(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上および下金型が形成するキャビティ内に金属部品を設置し、上記金型及び金属部品を、樹脂成形に用いる樹脂材料の常圧における融点あるいはガラス転移温度より３０〜１００℃高い第１の温度に加熱し、溶融した上記樹脂材料を所定の第１の圧力で上記キャビティ内に注入する第１の工程と、この第１の工程完了直後、５０〜１０００ｋｇ／ｃｍ2の第２の圧力で加圧し、上記金型及び金属部品が上記第１の温度で安定するまで保持する第２の工程と、上記第２の圧力を保持したまま、上記金型及び金属部品を、上記融点あるいはガラス転移温度より１０〜３０℃高い第２の温度まで冷却し、上記金型及び金属部品の温度が上記第２の温度で安定するまで保持する第３の工程と、上記第２の圧力を保持し金型の温度を上記第２の温度に保持したまま、上記金属部品を上記融点あるいはガラス転移温度より低い第３の温度に冷却する第４の工程と、金型全体を上記第２の圧力を保持したまま、あるいはこの第２の圧力より高い圧力に増圧し、上記第３の温度に冷却する第５の工程とを備えたことを特徴とする金属一体樹脂成形法。
【請求項２】
設置する金属部品の表面に化成処理によって酸化膜が形成されていることを特徴とする請求項１記載の金属一体樹脂成形法。
【請求項３】
設置する金属部品の表面が化成処理または機械的手段により表面粗化されていることを特徴とする請求項１記載の金属一体樹脂成形法。
【請求項４】
設置する金属部品の表面に熱硬化性の接着剤を塗布することを特徴とする請求項１記載の金属一体樹脂成形法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属と一体に樹脂成形する金属一体樹脂成形法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属部品と樹脂とを射出成形などによって一体に成形する技術は、回転軸受けなどの機械部品、あるいは光海底中継器におけるケーブル接続部のような金属電気部品の絶縁の他、幅広く利用されている。これらの機械部品、電気部品などは樹脂の収縮による金属部分と樹脂部分との界面での剥離、樹脂部の引け、内部歪みの発生およびボイドの発生が問題になる。
【０００３】
図５は、特開昭５９−２４６２０号公報に記載された成型機を模式的に示した図であり、同公報には内部歪みと引けを抑制する厚肉樹脂成形法が開示されている。図５において、１および２は上下に分割された金型であり、型締め力Ｐにより成形工程中一体に保持される。３はキャビティ、１９は射出シリンダ、２０はゲート、２１は可動コア、２２はピストンである。
【０００４】
図５に示された成形機による成形法は、型締め力Ｐにより金型１，２を一体に保持し、射出温度まで昇温し、射出シリンダ１９から樹脂を流し込み、ピストン２１を押し上げてゲート２０を閉じ、金型１，２を昇温することによって樹脂の溶融を行い、次にガラス転移温度付近まで急冷した後、ガラス転移温度付近で徐冷すると同時に可動コア２１をピストン２２で押し上げてキャビティ３内に圧力を加えつつ固化させるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の樹脂成形法のように、可動コアを使用するものは金型構造が複雑になるとともに、金型が大きくなり、さらには可動コアによって加圧するためにはゲートを閉じることが必要となるので、樹脂の収縮によって樹脂が不足した場合、樹脂を補給することができない。
【０００６】
また、金属部品と一体型の樹脂成形に適用した場合、上記金属部品と成形樹脂との界面における剥離が問題になる。
【０００７】
また、単純な形状の樹脂成形に対しては適用できるが、複雑な形状の樹脂成形には不向きである。
【０００８】
また、成形品の面積が大きくなると大きな加圧力を必要とするといった問題がある。
【０００９】
本発明は、上記のような問題を解決し、可動コアを必要とせず、樹脂の収縮による引けを抑制し、内部歪みを低減するとともに、樹脂と金属部品との界面における剥離を防ぐことができる、金属一体樹脂成形法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、上および下金型が形成するキャビティ内に金属部品を設置し、上記金型及び金属部品を、樹脂成形する樹脂材料の常圧における融点あるいはガラス転移温度より３０〜１００℃高い第１の温度に加熱し、溶融した上記樹脂材料を所定の第１の圧力で上記キャビティ内に注入する第１の工程と、この第１の工程完了直後、５０〜１０００ｋｇ／ｃｍ2の第２の圧力で加圧し、上記金型及び金属部品が上記第１の温度で安定するまで保持する第２の工程と、上記第２の圧力を保持したまま、上記金型及び金属部品を、上記融点あるいはガラス転移温度より１０〜３０℃高い第２の温度まで冷却し、上記金型及び金属部品の温度が上記第２の温度で安定するまで保持する第３の工程と、上記第２の圧力を保持し金型の温度を上記第２の温度に保持したまま、上記金属部品を上記融点あるいはガラス転移温度より低い第３の温度に冷却する第４の工程と、金型全体を上記第２の圧力を保持したまま、あるいはこの第２の圧力より高い圧力に増圧し、上記第３の温度に冷却する第５の工程とを備えた金属一体樹脂成形法である。
【００１２】
請求項２に係る発明は、上記請求項１記載の金属一体樹脂成形法において、設置する金属部品の表面に化成処理によって酸化膜が形成されているものである。
【００１３】
請求項３に係る発明は、上記請求項１記載の金属一体樹脂成形法において、設置する金属部品の表面が化成処理または機械的手段により表面粗化されているものである。
【００１４】
請求項４に係る発明は、上記請求項１記載の金属一体樹脂成形法において、設置する金属部品の表面に熱硬化性の接着剤を塗布するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図１ないし図４にしたがって、本発明の実施の形態を説明するが本発明がこれら実施の形態に限定されるものではない。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る金属一体樹脂成形装置を模式的に示す断面図である。図において、１および２は上および下金型、３はキャビティ、４はランナ、５はスプル（樹脂補給路）、６は金型１，２に設けられたヒータ、７は金型１，２に設けられた通水孔で、金型１，２は、ヒータ６などの金型加熱手段によって加熱され通水孔７に通水するなどの金型冷却手段によって冷却される。８は樹脂と一体に成形される金属部品で金型１，２が型締めされて形成されたキャビティ３内に設置された状態を示し、この場合、円筒形状の金属部品８の内部９に通水することによって金属部品８を冷却する金属部品冷却手段（図では見えていない）が設けられている。金型１，２と金属部品８の温度を測定する測定部がそれぞれ設けられ、温度制御部１０によって金型１，２と金属部品８がそれぞれ独立して温度制御される。この温度制御はヒータ６による加熱と通水による冷却によって行われる。１１は射出シリンダで、樹脂材料供給口１６からシリンダ１４内部に供給された樹脂材料を溶融するためのヒータ１２と、圧力制御部を備えた油圧シリンダ１７と、溶融樹脂１３を攪拌するとともに油圧シリンダ１７と連動して溶融樹脂１３を射出するスクリュウ１５とを備える。
【００１６】
図１に示した金属一体樹脂成形装置による樹脂成形の工程について、図３の時間−温度変化、図４の時間−圧力変化、図２の溶融と固化の状況を模式的に示す断面図に基づき説明する。
【００１７】
まず、第１の工程では、キャビティ３内に金属部品８を設置し、上下金型１，２を型締めし、ヒータ６によって金型１，２と金属部品８の温度を、樹脂成形に用いる樹脂材料の常圧における融点あるいはガラス転移温度より３０〜１００℃高い第１の温度Ｔ１に加熱し、射出シリンダ１０から油圧シリンダ１６によって第１の圧力Ｐ１で加圧し、溶融樹脂１３をスプル５、ランナ４を介してキャビティ３内に注入する（ｔ０−ｔ１）。第１の圧力Ｐ１は、溶融樹脂１２が金型１，２内のキャビティ３内に流動し、溶融状態で金属部品８と密着する大きさであればよく、通常１０〜２００ｋｇ／ｃｍ２の比較的低圧で注入する。
【００１８】
次に、第２の工程では、注入完了直後、５０〜１０００ｋｇ／ｃｍ２の第２の圧力Ｐ２で加圧し（ｔ１−ｔ２）、金属部品８及び金型１，２が第１の温度Ｔ１で安定するまで保持することによって、金型１，２内の溶融樹脂１３を均一な状態にする。
【００１９】
次に、第３の工程では、第２の圧力Ｐ２を保持したまま、金属部品８及び金型１，２を、樹脂材料の常圧における融点あるいはガラス転移温度より１０〜３０℃高い第２の温度Ｔ２まで冷却し、金属部品８及び金型１，２の温度が第２の温度Ｔ２で安定するまで保持する（ｔ２−ｔ３）。この場合の冷却は、通水孔７への通水と金属部品８内部へ通水する金属部品冷却手段によって行われる。金属部品８が中実の場合には、金属部品８に冷却部材を接触させるなどの金属部品冷却手段が可能である。この第３の工程における冷却にともなって、溶融樹脂１３の収縮が起こるが第２の圧力Ｐ２で保持することによって、収縮によって不足する溶融樹脂が補給される。
【００２０】
次に、第４の工程では、第２の圧力Ｐ２と金型１，２の温度Ｔ２を保持したまま、金属部品８を金属部品冷却手段によって樹脂材料の常圧における融点あるいはガラス転移温度より低い第３の温度Ｔ３に冷却する（ｔ３−ｔ４）。この第４の工程によって、図２に示したように、金属部品８側から溶融樹脂１３が固化し、金属部品８と密着した層が形成されるとともに、スプル５およびランナ４を含めた金型側は溶融状態あるいは半溶融状態にあるので、溶融樹脂１３の固化によって収縮するために不足する溶融樹脂の補給が第２の圧力Ｐ２によって行われる。
【００２１】
次に、第５の工程では、金型１，２全体を第３の温度Ｔ３に冷却する（ｔ４−ｔ５）とともに、この冷却と連動して加圧力を第３の圧力Ｐ３＝５００〜１５００ｋｇ／ｃｍ2に増圧する。この第５の工程によって、図２に示したように、金型側からも固化するが、ランナ４部分の樹脂が溶融あるいは半溶融の間は収縮にともない不足する樹脂の補給がされる。その後、室温まで冷却することによって金属一体樹脂成形が完了する。なお、この第５の工程における圧力は、必ずしもＰ３に増圧する必要はなく、溶融樹脂１３の粘度が低い場合は第２の圧力Ｐ２のままでもよい。
【００２２】
本発明の金属一体樹脂成形に使用される樹脂材料は、低密度ポリエチレン樹脂（融点：約１１０℃）、ポリプロピレン（融点：約１７０℃）、ポリスチレン（ガラス転移温度：約１００℃）などの熱可塑性樹脂であればいずれのものも使用でき、第１、第２および第３の温度（Ｔ１，Ｔ２及びＴ３）はこれら融点またはガラス転移温度によって決める。
【００２３】
また、樹脂と一体に成形する金属は銅、銅合金、鉄、鉄合金など種々の金属材料を用いることができ、限定されるものではない。
【００２４】
実施の形態２．
本実施の形態２は、樹脂成形の工程は上記実施の形態１と同じである。上記実施の形態１と異なるのは、樹脂成形前に金属部品の樹脂と接する表面に化成処理を施していることである。
【００２５】
次亜素塩素酸ソーダ１００ｇ、苛性ソーダ１００ｇ、水１リットルの割合で混合した混合溶液を準備する。この混合溶液を８５℃に昇温し、この昇温した溶液中に、銅、あるいは黄銅、ベリリウム銅、りん青銅などの銅合金材料からなる金属部品を、１〜２時間浸漬することによって、金属部品表面に酸化皮膜を形成する。この酸化皮膜を形成した金属部品を、実施の形態１同様に樹脂と一体成形する。
この化成処理によって、金属部品と樹脂との密着性を向上することができる。
【００２６】
実施の形態３．
上記実施の形態２は金属部品表面に酸化膜を形成することによって、樹脂との密着性を向上させるが、金属部品表面を粗面化しても同様の効果が得られる。
【００２７】
銅、あるいは黄銅、ベリリウム銅、りん青銅などの銅合金材料からなる金属部品を、濃硝酸と濃塩酸１：３の混酸に５秒間浸漬しエッチングすることによって金属部品表面を粗面化する。
【００２８】
また、ブラスト処理のような機械的な方法でもよく、ブラスト処理は、例えば、１０μｍ程度の粒径のＳｉＣを５ｋｇ／ｃｍ２の空気圧で金属部品表面に吹き付けて行う。
表面を粗面化した金属部品を、実施の形態１同様に樹脂と一体成形する。
【００２９】
なお、上記実施の形態２、３では金属部品表面を化成処理あるいはブラスト処理などの加工を行うものであるが、キャビティ内に設置する金属部品に予めエポキシ系などの熱硬化性接着剤を塗布しても、同様の効果が得られる。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１に係る発明は、樹脂注入直後、５０〜１０００ｋｇ／ｃｍ2の圧力で加圧し、金型及び金属部品の温度が安定するまで保持し、５０〜１０００ｋｇ／ｃｍ2の圧力を保持したまま、金型及び金属部品を、樹脂の常圧における融点あるいはガラス転移温度より１０〜３０℃高い温度まで冷却し、さらに金型及び金属部品の温度が安定するまで保持することによって、冷却により収縮し不足する樹脂を補給することができ、５０〜１０００ｋｇ／ｃｍ2の圧力を保持し、金型の温度を樹脂の常圧における融点あるいはガラス転移温度より１０〜３０℃高い温度に保持したまま、金属部品のみを上記融点あるいはガラス転移温度より低い温度に冷却することによって、金属部品側から固化させて樹脂と金属部品とを密着させると共に、収縮によって不足する樹脂を補給することがでるので、金属部品と樹脂との密着生を向上させるととともに、引けを抑制し、内部応力を低減させることができる。
【００３２】
請求項２、３および４に係る発明によれば、金属と樹脂との密着性をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属樹脂一体樹脂成形装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の樹脂成形工程における温度変化を示す図である。
【図３】本発明の樹脂成形工程における温度変化を示す図である。
【図４】本発明の樹脂成形工程における樹脂の固化の状態を生命する図である。
【図５】従来の樹脂成形装置を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１、２  金型、３  キャビティ、４  ランナ、５  スプル（樹脂補給路）、６  ヒータ、７  通水孔、８  金属部品、９  金属部品の内部、１０  温度制御部、１１  射出シリンダ、１２  ヒータ、１３  溶融樹脂、１４  シリンダ、１５  スクリュウ、１６  樹脂材料供給口、１７  油圧シリンダ、１８圧力制御部、１９  射出シリンダ、２０  ゲート、２１  可動コア、２２  ピストン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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