JP2007296769A - インサート成形方法及び耐熱性樹脂部材 - Google Patents

Abstract

【課題】耐熱性樹脂部材の製造に用いられるインサート成形方法であって、インサート母材により形成された狭間隙部へ、粘度が高い溶融樹脂を容易に確実に充填させることができるインサート成形方法、及びこの方法を用いて製造された耐熱性樹脂部材を提供する。
【解決手段】インサート母材が挿入された射出成形金型内に、溶融した耐熱性樹脂を射出する工程を有するインサート成形方法であって、前記インサート母材が狭間隙部を形成し、前記インサート母材の、前記狭間隙部における表面が、非晶質材料で覆われていることを特徴とするインサート成形方法、及びこの方法を用いて製造された耐熱性樹脂部材。
【選択図】 図１

Description

本発明は、耐熱性樹脂部材の製造に好適なインサート成形方法、及びこのインサート成形方法により製造される耐熱性樹脂部材に関するものである。

インサート成形は、樹脂と他の部材からなる複合部材の製造に用いられている。例えば、特開２００４−３２９１１号公報（特許文献１）には、自動車用部品であるバスバー回路体をインサート成形により製造する方法が記載されている（請求項１）。ここでは、射出成形金型内に、バスバー（金属部材）を設置し、さらに溶融樹脂を注入して、バスバーと樹脂部材からなる複合部材であるバスバー回路体を製造している。

インサート成形では、金型内に前記バスバーのようなインサート母材が挿入されるので、この母材が、溶融樹脂が注入される際に樹脂の流動の物理的な障害になる。又、インサート母材間等に狭い間隙部分（以下「狭間隙部」と言う。）が形成され、注入される溶融樹脂の粘度が高い場合、この狭間隙部への樹脂の充填が困難となる。例えば、樹脂が注入されるゲート（射出ゲート）の反対側に樹脂が充填されない部分が生じやすい（ショートしやすい）。

特に、インサート母材が金属の場合は、樹脂流動性が悪くなる。金属の場合は表面状態により、金属面と樹脂との滑り性が低下することが原因と考えられる。従って、この場合は、狭間隙部への樹脂の充填はさらに困難となる。

粘度が高い溶融樹脂を狭間隙部まで確実に充填させ、前記のショートを防ぐ方法として、射出ゲートの反対側にも射出ゲートを設け、狭間隙部の両側から樹脂を注入する方法が考えられる。しかし、この方法は、射出設備を複雑にするとともに、樹脂の合流点で気泡が発生しやすいとの問題がある。

狭間隙部への樹脂の充填を容易にするためには、成形温度、圧力を上げる方法も効果的である。しかし、成形温度、圧力を上げすぎると、樹脂が劣化する、母材が変形する、ばりが発生する等の問題が生じる。

充填される溶融樹脂の粘度を下げることにより、狭間隙部への樹脂の充填を容易にすることができる。又、特開２００１−１６２６４３号公報（特許文献２）には、狭間隙部への樹脂の充填を容易にする方法として、樹脂に易流動化剤を添加する方法が開示されている（請求項１）。
特開２００４−３２９１１号公報 特開２００１−１６２６４３号公報

しかし、溶融樹脂の粘度を下げれば樹脂の耐熱性は低下する。又、特許文献２に記載のように、樹脂に易流動化剤を添加する場合も樹脂の耐熱性を低下させる。従って、これらの方法を、耐熱性樹脂部材の製造に用いることはできない。

本発明は、耐熱性樹脂部材の製造に用いられるインサート成形方法であって、インサート母材により形成された狭間隙部へ、粘度が高い溶融樹脂を容易に確実に充填させることができるインサート成形方法、及びこの方法を用いて製造された耐熱性樹脂部材を提供することを課題とする。

この課題は、インサート母材が挿入された射出成形金型内に、溶融した耐熱性樹脂を射出する工程を有するインサート成形方法であって、前記インサート母材が狭間隙部を形成し、前記インサート母材の、前記狭間隙部における表面が、非晶質材料で覆われていることを特徴とするインサート成形方法（請求項１）により達成される。

本発明者は検討の結果、インサート母材の表面を、非晶質材料で被覆することにより、樹脂流動性（母材の表面と樹脂との滑り性）が向上し、インサート母材により形成される狭間隙部への樹脂の充填が容易となり、ショート等の問題が生じないことを見出し、前記の本発明を完成した。

前記非晶質材料は、室温から３００℃までの熱膨張係数が６×１０^−６／℃以上の材料であることが好ましい。請求項２は、この好ましい態様に該当する。より好ましくは、８〜２３×１０^−６／℃の材料である。温度変化によるクラック発生があると、非晶質材料のインサート母材の表面上への保持が困難であるが、熱膨張係数をこの範囲とすることにより、インサート母材との熱膨張差を小さくし、温度変化によるクラック発生を防止することができる。ここで、室温から３００℃までの熱膨張係数とは、ＴＭＡ曲線の室温から３００℃までの傾きを言う。

ここで、非晶質材料とは、結晶化している成分の割合が少ない材料を言い、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、及びＰｂＯ等から選ばれる無機酸化物を混合溶融して得られるガラスが好ましく例示される。結晶化している成分の割合が大きいと、インサート母材の表面を覆う非晶質材料からなる層（以下、「非晶質層」という）の表面形状が粗くなり、樹脂の流動性が低下し、狭間隙部への樹脂の充填が困難になる。

非晶質材料が前記のガラスの場合、熱膨張係数は、Ｐ酸化物とＢ酸化物の比率や、アルカリ金属酸化物の含有量により変動する。そこでこれらを、調整することにより、前記範囲の熱膨張係数を得ることができる。

すなわち、前記のより好ましい範囲の熱膨張係数、８〜２３×１０^−６／℃は、ガラスを構成する無機酸化物として、Ｐ酸化物、Ｂ酸化物及びアルカリ金属酸化物を用いることにより得ることができる。Ｐ酸化物、Ｂ酸化物及びアルカリ金属酸化物からなるガラスは、さらに結晶化しにくく安定したガラス状態が得られる等の優れた特徴を有し、又人体に有害な鉛系等の物質を含まないので好ましい。

Ｐ酸化物及びＢ酸化物としては、それぞれ、Ｐ_２Ｏ_５及びＢ_２Ｏ_３が例示される。Ｐ_２Ｏ_５：Ｂ_２Ｏ_３のモル比は、１：０．９〜１：３．５の範囲が好ましい。この範囲とすることにより、８〜２３×１０^−６／℃の熱膨張係数を有するガラスが容易に得られる。アルカリ金属酸化物としては、その入手しやすさ等から、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ又はＫ_２Ｏが好ましい。前記のガラスは、さらにＡｌ_２Ｏ_３及びＳｉＯ_２等の、Ｐ酸化物及びＢ酸化物より融点の高い酸化物等を含有してもよい。

非晶質層の厚みは１μｍ有ればよい。非晶質材料は、熱伝導率の低いものが多く、非晶質層が厚いと、熱伝導の低下による発熱及びクラックが生じやすくなる等の問題が生じる場合がある。

なお、非晶質層は、好ましくは、インサート母材の前記狭間隙部での表面、すなわち狭間隙部を形成する部分の表面の全体に形成される。狭間隙部を形成する部分の表面の一部に非晶質層で覆われていない部分があっても、本発明の効果が得られるが、非晶質層で覆われている部分が大きい程、より大きな効果が得られるので好ましい。従って、狭間隙部を形成する部分の表面全体が非晶質層で覆われている場合、最大の効果が得られるのでより好ましい。

非晶質層のインサート母材表面への形成方法は特に限定されないが、例えば、コーターによる塗布法、浸漬法、気相合成法等が挙げられる。塗布法、浸漬法としては、具体的には、非晶質材料粉末の分散液にインサート母材を浸漬する等の方法により、該分散液を母材に塗布した後、加熱して該粉末を溶融し、冷却、固化する方法、非晶質材料をゾルゲル溶液にして、前記の分散液の場合と同様に、塗布、加熱して溶融、冷却、固化する方法、非晶質材料（ガラス）を構成する無機酸化物の溶融液に、インサート母材を浸漬して引上げ、冷却して固化する方法等が挙げられる。

本発明に用いられるインサート母材の材料は特に限定されない。ただし、インサート母材が金属の場合は、樹脂の流動性が特に低く、狭間隙部への充填の際の問題が大きいが、この問題が本発明により解決されるので、インサート母材が金属の場合特に本発明の効果が発揮される。

インサート母材に用いられる金属としては、価格、強度等の点から銅、鉄、アルミニウム、又はこれらの中の少なくとも１種を主成分とする合金が用いられる場合が多い。請求項３は、この態様に該当し、前記のインサート成形方法であって、インサート母材が、銅、鉄、アルミニウム、又はこれらから選ばれる少なくとも１種を主成分とする合金からなることを特徴とするインサート成形方法を提供するものである。

銅、鉄、アルミニウムの室温から３００℃までの熱膨張係数は、それぞれ、１７×１０^−６／℃、１２×１０^−６／℃、２３×１０^−６／℃であり、従って室温から３００℃までの熱膨張係数が６×１０^−６／℃以上である非晶質材料と熱膨張差が小さく、温度変化によるクラック発生の問題が生じにくい。なお、銀（熱膨張係数：１９×１０^−６／℃）、金（熱膨張係数：１４×１０^−６／℃）等の導体や、ニッケル（熱膨張係数：１３×１０^−６／℃）を用いた場合でも非晶質材料との熱膨張差が小さく、温度変化によるクラック発生の問題が生じにくい。

本発明のインサート成形方法に使用される耐熱性樹脂としては、熱変形温度が高い熱可塑性樹脂、特に熱変形温度が２００℃以上の熱可塑性樹脂や、無機系添加剤を加えることにより熱変形温度が２００℃以上となる樹脂が好ましく用いられ、これらの樹脂を用いる場合において、本発明の効果が特に発揮される。ここで、熱変形温度とはＴＭＡ曲線の変曲点を言う。

請求項４は、この好ましい態様に該当し、前記のインサート成形方法であって、耐熱性樹脂が、熱変形温度が２００℃以上の熱可塑性樹脂、又は無機系添加剤を加えることにより熱変形温度が２００℃以上となる樹脂であることを特徴とするインサート成形方法を提供するものである。

このような耐熱性樹脂を用いて、本発明のインサート成形方法を実施することにより、耐熱性に優れた樹脂部材を得ることができる。この耐熱性樹脂は、溶融粘度が高く、インサート成形において狭間隙部への充填が困難であるが、本発明のインサート成形方法により、狭間隙部へ容易に充填される。

熱変形温度が２００℃以上の熱可塑性樹脂としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド等の熱可塑性樹脂が挙げられる。又、無機系添加剤を加えて熱変形温度が２００℃以上となる樹脂としては、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、６ナイロン、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等が例示される。

無機系添加剤としては、シリカ（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化チタン、ジルコニア、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムもしくはカーボン等からなる、又はこれらの組合せからなる粒子や短繊維状の添加剤、又はタルク、マイカ若しくはモンモリナイト等からなる板状の添加剤が例示される。

本発明のインサート成形方法では、先ず射出成形金型内に前記のようなインサート母材が挿入される。射出成形金型としては、従来の通常の射出成形やインサート成形に用いられているものと同様なものを用いることができる。射出ゲート数も特に多くする必要はなく、本発明によれば、通常の射出ゲート数でも、狭間隙部への樹脂の充填が困難にならない。

インサート母材が挿入された金型のキャビティー内には、樹脂が射出、注入される。インサート母材により形成される狭間隙部の大きさや形状に特に制限はない。本発明の効果が大きく発揮される狭間隙部の厚み（ギャップ）の範囲は、樹脂の種類や狭間隙部の幅や長さ等により異なるが、通常、０．３ｍｍ未満の場合、従来技術では狭間隙部への樹脂の充填が非常に困難であり、一方本発明によれば樹脂の充填が容易に行われるので、本発明の効果が特に発揮される範囲である。

成形温度や圧力も、従来の通常の射出成形やインサート成形と同様な条件を採用することができる。従来と同様な成形温度や圧力でも、本発明によれば狭間隙部への樹脂の充填が容易に行われる。

本発明はさらに、前記のインサート成形方法により製造されることを特徴とする耐熱性樹脂部材（請求項５）を提供する。この耐熱性樹脂部材は、インサート母材により形成された狭間隙部へ樹脂が充填されて形成されたものであるので、耐熱性樹脂の薄層部（樹脂が薄い部分）を有するものである。インサート成形方法では、インサート母材と耐熱性樹脂を一体として成形がされるが、本発明の耐熱性樹脂部材は、このインサート母材と耐熱性樹脂が一体化した（貼り合わされた）成形物として自動車用部材等に好適に用いられる。

なお、成形後、インサート母材を除去して、樹脂のみからなる成形物として用いられる場合もある。又、インサート母材が金型壁面に固着している場合、又はインサート母材と金型が一体化している場合（これらの場合は、インサート母材は、金型の一部と考えることができる。）であっても、インサート母材の狭間隙部を形成する部分が、非晶質材料で覆われていると、該狭間隙部への樹脂の充填が容易になるとの本発明の効果が得られる。この場合は、金型からの成型品の取り出しの際に、インサート母材が除去され、薄層部を有する樹脂のみからなる成形物が得られる。

本発明のインサート成形方法においては、インサート母材により形成された狭間隙部へ、溶融された耐熱性樹脂、すなわち粘度が高い溶融樹脂を容易に確実に充填させることができる。従って、射出ゲートの数を多くする、成形温度や圧力を上げる等の手段、すなわち成形装置を複雑にする手段や、樹脂の劣化等が生じやすい手段を採らなくても、耐熱性の樹脂からなり薄層の樹脂成形部分を有する樹脂部材を容易に製造することができる。

本発明の耐熱性樹脂部材は、前記のような優れた特徴を有するインサート成形方法により製造されるものであるので、優れた耐熱性を有する成形樹脂部材である。そして、インサート母材と一体化した（貼り合わされた）複合部材として、又は成形後インサート母材を除去した、樹脂の薄層部を有する成形樹脂部材として、自動車用部材等に好適に用いられる。

次に発明を実施するための最良の形態を、図を用いて説明する。この形態は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲で、変更が可能である。

図１は、本発明のインサート成型方法における樹脂充填後の金型内の状態を示す断面図である。

先ず、図１で示す断面形状の射出成形金型１内に、インサート母材２が挿入される。インサート母材２としては、例えば銅からなるものが用いられる。図１より明らかなように、この例では、２つのインサート母材２が射出成形金型１の壁に密着して挿入されており、この母材間に狭間隙部３が形成されている。

インサート母材２の狭間隙部３側の表面は、ガラス（３３Ｂ_２Ｏ_３−３３Ｐ_２Ｏ_５−３３（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）−５Ａｌ_２Ｏ_３）で覆われ、非晶質層４を形成している。非晶質層４の厚みとしては、２０〜５０μｍ程度の場合が多い。又、非晶質の熱膨張係数としては、１４×１０^-６/℃程度が特に好ましい場合が多い。

この非晶質層４は、例えば、前記ガラスを構成する材料を粒径５０μｍ以下に粉砕し、濃度４０重量％となるよう溶剤（α−テルピネオールとＮ−メチル−２−ピロリドン）に分散した液を、インサート母材２の狭間隙部３側の表面に塗布後、Ｏ_２１０００ｐｐｍ雰囲気中、５７０℃×１０分で焼成する方法により形成することができる。なお、非晶質層の形成に浸漬法を採用した場合は、金型の壁に密着する側にも非晶質層が形成される。このように、非晶質層の形成を容易にする等の目的で、金型の壁に密着する側にも非晶質層を形成してもよいが、金型の壁側の非晶質層の部分は本発明の効果には寄与しない。

インサート母材２が挿入された後、射出ゲート５より、溶融した耐熱性樹脂６が射出、注入される。耐熱性樹脂６が、ＬＣＰ（住友化学株式会社製、商品名：Ｅ５００８）の場合、ノズル温度４００℃、基板温度１６０℃、圧力１２０ＭＰａの条件で射出、注入される。なお、Ｅ５００８の熱変形温度は３３５℃である。狭間隙部３の間隙を０．３ｍｍ程度としても、インサート母材２の表面が前記の非晶質層４で覆われているので、耐熱性樹脂６の流動性は良く、射出ゲートの反対側でのショートは生じない。

耐熱性樹脂６を注入し、狭間隙部３を含む射出成形金型１内に耐熱性樹脂６が充分充填された後、冷却がされ、耐熱性樹脂６は固化する。固化後、射出成形金型１より取出されて、インサート母材２と耐熱性樹脂６が一体化された耐熱性樹脂成形体が得られる。

このようにして得られたインサート母材と耐熱性樹脂が一体化された耐熱性樹脂成形体は、自動車用部材等として用いられる。なお、この耐熱性樹脂成形体からインサート母材を取り除いて、耐熱性樹脂６のみからなる成形体として用いられる場合もある。この耐熱性樹脂６のみからなる成形体は、樹脂の薄層部を有するものである。又、２つのインサート母材の中の一方のみを取り除いて、樹脂と一つのインサート母材が一体化した成形体として用いられる場合もある。

耐熱性樹脂充填後の射出成形金型の状態を示す断面図である。

符号の説明

１ 射出成形金型
２ インサート母材
３ 狭間隙部
４ 非晶質層
５ 射出ゲート
６ 耐熱性樹脂

Claims (5)

1. インサート母材が挿入された射出成形金型内に、溶融した耐熱性樹脂を射出する工程を有するインサート成形方法であって、前記インサート母材が狭間隙部を形成し、前記インサート母材の、前記狭間隙部における表面が、非晶質材料で覆われていることを特徴とするインサート成形方法。
2. 前記非晶質材料が、室温から３００℃までの熱膨張係数が６×１０^−６／℃以上の材料であることを特徴とする請求項１に記載のインサート成形方法。
3. 前記インサート母材が、銅、鉄、アルミニウム、又はこれらから選ばれる少なくとも１種を主成分とする合金からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインサート成形方法。
4. 前記耐熱性樹脂が、熱変形温度が２００℃以上の熱可塑性樹脂、又は無機系添加剤を加えることにより熱変形温度が２００℃以上となる樹脂であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のインサート成形方法。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のインサート成形方法により製造されることを特徴とする耐熱性樹脂部材。
   

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