WO2016038945A1 - インサート成形品、該インサート成形品を用いた機器及びインサート成形品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
第1実施形態にかかるインサート成形品は、少なくとも表面が導電性である第1部材と、前記第1部材の少なくとも一部の表面上に形成され、Si、Ti、Al、Zr、Zn、Cr、Ni、Fe、Mo、B、Be、In及びSnから選択される元素の化合物の少なくとも1種を含む表面層と、前記表面層に密着するように前記表面層の少なくとも一部の上に成形された樹脂部とを備える。代表的なインサート成形品の例は、金属樹脂複合材料である。
二酸化ケイ素:1.1~2.2 g/cm3
酸化チタン:1.9~4.3 g/cm3
酸化アルミニウム:1.9~4.1 g/cm3
酸化ジルコニウム:2.4 g/cm3
酸化亜鉛:2.8~5.6 g/cm3
酸化クロム(III):2.6~5.2 g/cm3
酸化ニッケル:3.3~6.7 g/cm3
密度が低すぎると強度が低下するため、上記の範囲であることが好ましい。
図4は、レバー20の模式図である。レバー20は、ステンレスやチタンなど難錆性の金属部品を芯材22として用い、内側の面を除いた周囲を樹脂24で覆われている。芯材22の表面には表面層が形成されている。これにより、金属と樹脂の境界面の密着性を得ることができる。よって、レバー20のように金属製の芯材の一部が露出した成形品においても、境界面から水や菌などが浸入することを防ぐことができる。このような水密性は、内視鏡の洗浄消毒滅菌のプロセスによっても容易に破壊されず、密着性を保つことができる。
図5にスイッチ30の模式図を示す。スイッチ30は、例えば、芯材として金属製のスイッチ作動用部品32を備え、製品外表面にエラストマー製の操作部品34を備えている。一体化されたスイッチ作動用部品32と操作部品34とは、固定部材35に装着される。スイッチ作動用部品32の表面には表面層が形成されている。これにより、エラストマー製の操作部品34と金属製のスイッチ作動用部品32とが強固に結合するため、操作部品34が押されて変形した際でもスイッチ作動用部品32との接合が容易に破壊されない。そのため、より耐久性のある部品を安価に提供することができる。
図6に、内視鏡先端構造部品40の模式図を示す。この内視鏡先端構造部品40は、先端の光学部品としてガラス部品42を使用している。ガラス部品42を芯材として用い、その周囲に樹脂部44が成形されている。ガラス部品42の表面には表面層が形成されている。これにより、ガラス部品42と樹脂部44とは強固に結合しているため、その境界面における水密性が維持される。よって、境界面から水や菌などが浸入することを防ぐことができる。このような水密性は、内視鏡の洗浄消毒滅菌のプロセスによっても容易に破壊されず、密着性を保つことができる。部品同士の境界が菌で汚染されることを防げるために、安全な内視鏡を提供することができる。
図7に、内視鏡先端部50の断面模式図を示す。図7では、内視鏡用の先端構造部品54に、光伝送管56と、送気/送水管58とが内視鏡挿入部57内に配置されている。
図9に、水密パッキン70の模式図を示す。ステンレスやチタンなど難錆性の金属から成る本体72を芯材として用い、その一部にエラストマー材料からなる水密用のパッキン74が備えられている。パッキン74の表面には表面層が形成されている。これにより、金属と樹脂の境界面の密着性を得ることができる。よって、水密性を確保することができる。また、難錆材料の上に樹脂を直接インサート成形できるため、部品の構造や形状に合わせた自由な構造及び形状を有するパッキンを成形することが可能である。
図10に硬性鏡本体80の模式図を示す。ステンレスやチタンなど難錆性の金属から成る部品を芯材82として用い、その一端の周囲を覆う接眼レンズカバー84が備えられる。芯材82の外装に配置された接眼レンズカバー84は、電気メスなどを使用した際に医療従事者へ電気が流れるのを防ぐ絶縁体の役割を果たす。芯材82の表面には表面層が形成されている。これにより、芯材82と接眼レンズカバーとの境界面における水密性が維持されるため、境界面から水や菌などが浸入することを防ぐことができる。このような水密性は、内視鏡の洗浄消毒滅菌のプロセスによっても容易に破壊されず、密着性を保つことができる。
また、インサート成形品の他の実施態様として、注射器が挙げられる。注射器は、注射針の表面に表面層を形成し、注射針の周囲にインサート成形によってフランジ部分を成形することにより製造することができる。このようにして製造した注射器は、注射針とフランジ部の間が水密性である。この水密性は注射時の圧力にも耐えられるため、さまざまな薬品に対して水密部が侵されず、内部の薬品の流出や汚染を防ぐことができる。
第1実施形態にかかるインサート成形品の製造方法について説明する。該製造方法は、少なくとも表面が導電性である第1部材の表面上に、Si、Ti、Al、Zr、Zn、Cr、Ni、Fe、Mo、B、Be、In及びSnから選択される少なくとも1種の元素を含有する化合物を含む表面層を形成する工程と、前記表面層が形成された第1部材を成形型の内部に装着する工程と、前記成形型の内部に溶融樹脂を射出して前記第1部材の表面に形成された前記表面層上に樹脂を成形する工程とを含む。
りん青銅にNi-Auめっきした第1部材を試験片として用いた。試験片に、アルキルシラン化合物を含む燃料ガスを0.5秒噴きつけることにより、試験片の表面に多孔質シリカ皮膜を形成した。形成された表面層の膜厚は100 nmであり、密度d20は2.1 g/cm3であり、表面粗さRaは30 nmであった。なお、表面層の厚みは、XPSによるデプスプロファイルから算出した。密度は、表面層の厚みから求めた表面層の体積で、表面層を形成した時の試験片の増加重量分を除算することにより算出した。表面粗さは原子間力顕微鏡により計測した。
表面層が形成された試験片と樹脂とを用いて射出成形を行った。樹脂としてソルベイ社製ポリフェニルスルホン(PPSU)を用いて実施例1-1のインサート成形品を製造した。樹脂としてビクトレックス製(PEEK)を用いて実施例1-2のインサート成形品を製造した。
りん青銅にNi-Auめっきした第1部材を試験片として用いた。試験片を、ケイ酸アルカリ金属水溶液に浸漬し、その後、密閉容器の中にこの試験片と炭酸ガスおよび水を入れ、一定の温度と湿度を保ちながら炭酸化処理を行った。この処理により、試験片の表面に多孔質シリカ被膜を形成した。形成された表面層の膜厚は10 μmであり、密度d20は2.0 g/cm3であり、表面粗さRaは50 nmであった。
表面層が形成された試験片と樹脂とを用いて射出成形を行った。樹脂としてPPSUを用いて実施例2-1のインサート成形品を製造した。樹脂としてPEEKを用いて実施例2-2のインサート成形品を製造した。
りん青銅にNi-Auめっきした第1部材を試験片として用いた。テトラエトキシシラン100 g、硝酸0.16 g、水5.4 g、イソプロピルアルコール80 mlを混合した混合液を、90 ℃で2時間、還流させながら加熱し、ゾルを調製した。このゾルの液温を25±5℃に維持しながら、ゾル中に試験片を浸漬した。試験片を陰極として用い、白金コートチタン電極を陽極として用い、10 Vで10分間の通電を行った。これによって、試験片の表面にゲル層を電着させた。試験片を引き上げ、80℃で20分間、及び、150℃で30分間、熱処理し、アモルファスのシリカからなる表面層を形成した。表面層の膜厚は1 μmであり、密度d20は2. 2 g/cm3であり、表面粗さRaは40 nmであった。
表面層が形成された試験片と樹脂とを用いて射出成形を行った。樹脂としてPPSUを用いて実施例3-1のインサート成形品を製造した。樹脂としてPEEKを用いて実施例3-2のインサート成形品を製造した。
りん青銅にNi-Auめっきした第1部材を試験片として用いた。電気化学的処理により、試験片の表面にトリアジンチオール化合物(RTD)からなる層を形成した。
RTD層が形成された試験片と樹脂とを用いて射出成形を行った。樹脂としてPPSUを用いて比較例1-1のインサート成形品を製造した。樹脂としてPEEKを用いて比較例1-2のインサート成形品を製造した。
りん青銅にNi-Auめっきした第1部材を試験片として用いた。この試験片に、信越化学製のアミノシラン系シランカップリング剤(KBP43)を用いてシランカップリング処理を施し、処理層を形成した。
処理層が形成された試験片と樹脂とを用いて射出成形を行った。樹脂としてPPSUを用いて比較例2-1のインサート成形品を製造した。樹脂としてPEEKを用いて比較例2-2のインサート成形品を製造した。
りん青銅にNi-Auめっきした第1部材を試験片として用いた。この試験片と、樹脂とを用いて射出成形を行った。樹脂としてPPSUを用いて比較例3-1のインサート成形品を製造した。樹脂としてPEEKを用いて比較例3-2のインサート成形品を製造した。
各実施例及び比較例のインサート成形品を用いて、強度及び水密性を評価する試験を行った。強度の評価のために、島津製オートグラフを用いた引張り試験を行い、試験片と樹脂との界面の密着力を測定した。各実施例及び比較例の強度は、比較例3-1又は3-2の強度を1としたときの相対評価として示した。
水密性を評価するため、水中でエアリークテストを実施し、試験片と樹脂との界面から気泡が発生するかどうかを観察した。気泡が発生しなかった場合を○と表記し、気泡が発生した場合を×と表記した。
さらに、各実施例及び比較例のインサート成形品を過酸化水素ガスを用いて滅菌し、滅菌後に同様の試験を行った。
以上の結果を表1に示す。
Claims (12)
- 少なくとも表面が導電性である第1部材と、
前記第1部材の少なくとも一部の表面上に形成され、Si、Ti、Al、Zr、Zn、Cr、Ni、Fe、Mo、B、Be、In及びSnから選択される少なくとも1種の元素を含有する化合物を含む表面層と、
前記表面層に密着するように前記表面層の少なくとも一部の上に成形された樹脂部と、を備えたことを特徴とするインサート成形品。 - 前記第1部材は、ステンレス、チタン、ニッケルチタン(NiTi)、ケイ素鋼、コバルト、金、パラジウム、ニッケル、クローム、タングステン、カーボン、及びそれらの組合せからから成る群より選択される材料から構成されることを特徴とする、請求項1に記載のインサート成形品。
- 前記第1部材は、基体とその表面に形成された導電性を有する薄膜から構成されることを特徴とする、請求項1に記載のインサート成形品。
- 前記薄膜は、金、白金、パラジウム、ニッケル、チタン、クローム、ニッケルチタン、ニッケルクローム、ニッケルスズ、ニッケルスズコバルト及びステンレスから選択される金属のメッキ、酸化インジウム薄膜、ケイ素鋼薄膜、及びサファイア薄膜からなる群より選択される少なくとも1種の薄膜である、請求項3に記載のインサート成形品。
- 前記樹脂部が、PEI、LCP、ポリフェニルスルホン、PPO、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニル樹脂、テトラフルオロエチレン-パーフルオロエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリトリフルオロクロロエチレン樹脂、芳香族ポリケトン、及び、エチレン-トリフルオロクロロエチレン共重合体からなる群から選択される少なくとも1種の樹脂から構成されることを特徴とする、請求項1~4の何れか一項に記載のインサート成形品。
- 前記樹脂部が、ポリウレタン、シリコーンゴム、フッ素ゴム、天然ゴム、ネオプレンゴム、クロロプレンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、オレフィンゴム、スチレン-ブタジエンゴム、アクリロニトリル-ブタジエンゴム、エチレン-プロピレンゴム、エチレン-プロピレン-ジエンゴム、ブタジエンゴム、ブチルゴム、スチレン系熱可塑性エラストマー及びウレタン系熱可塑性エラストマーからなる群から選択される少なくとも1種の樹脂から構成されることを特徴とする、請求項1~4の何れか一項に記載のインサート成形品。
- 前記樹脂部が、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、尿素樹脂及びグアナミン樹脂からなる群から選択される少なくとも1種の樹脂から構成されることを特徴とする、請求項1~4の何れか一項に記載のインサート成形品。
- 前記第1部材は、円柱状の電気信号端子であることを特徴とする、請求項1~7の何れか一項に記載のインサート成形品。
- 請求項1~7の何れか一項に記載のインサート成形品を備えた電気信号コネクタ。
- 請求項1~7の何れか一項に記載のインサート成形品を備えた内視鏡。
- 少なくとも表面が導電性である第1部材の表面上に、Si、Ti、Al、Zr、Zn、Cr、Ni、Fe、Mo、B、Be、In及びSnから選択される少なくとも1種の元素を含有する化合物を含む表面層を形成する工程と、
前記表面層が形成された第1部材を成形型の内部に装着する工程と、
前記成形型の内部に溶融樹脂を射出して前記第1部材の表面に形成された前記表面層上に樹脂を成形する工程と、
を備えたインサート成形品の製造方法。 - 前記表面層を形成する工程が、Si、Ti、Al、Zr、Zn、Cr、Ni、Fe、Mo、B、Be、In及びSnから選択される少なくとも1種の元素を含有する化合物を含む燃料ガスの火炎を、前記第1部材の表面に吹き付ける工程である、請求項11に記載の製造方法。
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