(57)【要約】  外面に一体的な金属化コーティング（１２）すなわち金属化層を含む、ネットシェイプ成形された構成要素を製造する方法を提供する。当該方法は、溶融ポリマー（１０）樹脂と溶融金属合金（１２）との厳密に適合される混合物を金型キャビティ（２０）に加圧下で射出することを含む。材料の粘度の違いから、金属（１２）を加圧下に置くと、成形される部品の外面（２２）に移動する傾向にあり、最終的に、外面に金属層（１２）を含むポリマーコア（１０）を有するネットシェイプ成形された部品（３４）を作製する。さらに、本発明は、上記の方法と併せて用いられるのに適する供給原料（４０）の配合物を提供する。
2008537916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面周りに金属層を有するネットシェイプ成形された構成要素を製造する方法であって、
ポリマー樹脂を供給する工程であって、該ポリマー樹脂は、第１の温度と該第１の温度よりも高い第２の温度との間で存在する有効な溶融状態を有する、ポリマー樹脂を供給する工程と、
前記第１の温度よりも高く、且つ前記第２の温度よりも低い溶融温度を有する粒状金属を供給する工程と、
前記ポリマー樹脂を、前記第１の温度よりも高く、且つ前記粒状金属の前記溶融温度よりも低い温度に加熱する工程であって、これにより、該ポリマー樹脂を溶融させる、加熱する工程と、
前記粒状金属を前記溶融ポリマー樹脂に均質に分散させる工程であって、これにより、組成物を形成する、分散させる工程と、
前記組成物を、前記粒状金属の前記溶融温度よりも高い温度にさらに加熱する工程と、
前記組成物を加圧下で、内壁を有する金型キャビティ内に射出する工程と、
前記金属を前記ポリマーから分離する工程であって、該金属は前記内壁の方向に移動し、且つ該ポリマーは前記キャビティの内部方向に移動する、分離する工程と、
前記組成物を冷却する工程であって、これにより、金属層がポリマーコアを取り囲む構成要素を形成する、冷却する工程と
を含む、ネットシェイプ成形された構成要素を製造する方法。
【請求項２】
前記ポリマー樹脂を加熱する工程、前記粒状金属を均質に分散させる工程、前記組成物をさらに加熱する工程、及び前記組成物を射出する工程は、該ポリマー樹脂及び該粒状金属が導入端と排出端との間の射出成形バレルを通過するときに実施され、該バレルの温度は前記導入端における前記第１の温度から前記排出端における前記金属の前記溶融温度よりも高い温度まで徐々に上昇する、請求項１に記載のネットシェイプ成形された構成要素を製造する方法。
【請求項３】
前記射出成形バレルは、前記排出端に近接する一方向バルブを備え、前記粒状金属は、前記組成物が該一方向バルブを通過するまで固体状態で残る、請求項２に記載のネットシェイプ成形された構成要素を製造する方法。
【請求項４】
前記溶融金属の粘度は、前記溶融ポリマー樹脂の粘度よりも小さい、請求項１に記載のネットシェイプ成形された構成要素を製造する方法。
【請求項５】
前記粒状金属は、亜鉛、スズ及びアンチモンから成る群より選択される金属の合金である、請求項１に記載のネットシェイプ成形された構成要素を製造する方法。
【請求項６】
前記ポリマー樹脂はＡＢＳであり、前記粒状金属は、約９５％のスズと、約５％のアンチモンとを含む合金である、請求項５に記載のネットシェイプ成形された構成要素を製造する方法。
【請求項７】
前記ポリマー樹脂はＰＰＳであり、前記粒状金属は、約６０％のスズと、約４０％のアンチモンとを含む合金である、請求項５に記載のネットシェイプ成形された構成要素を製造する方法。
【請求項８】
ネットシェイプ成形された構成要素であって、
外面を有するポリマーコアであって、第１の温度と該第１の温度よりも高い第２の温度との間で存在する有効な溶融状態を有する、ポリマーコアと、
前記ポリマーコアの前記外面周りに配置される金属層であって、前記第１の温度よりも高く、且つ前記第２の温度よりも低い溶融温度を有する、金属層と
を含む、ネットシェイプ成形された構成要素。
【請求項９】
前記金属層は、亜鉛、スズ及びアンチモンから成る群より選択される金属の合金である、請求項８に記載のネットシェイプ成形された構成要素。
【請求項１０】
前記ポリマーコアはＡＢＳであり、前記金属層は、約９５％のスズと、約５％のアンチモンとを含む合金である、請求項９に記載のネットシェイプ成形された構成要素。
【請求項１１】
前記ポリマーコアはＰＰＳであり、前記金属層は、約６０％のスズと、約４０％のアンチモンとを含む合金である、請求項９に記載のネットシェイプ成形された構成要素。
【請求項１２】
外面周りに金属層を有する構成要素をネットシェイプ成形する際に用いられるポリマー複合材料供給原料を製造する方法であって、
ポリマー樹脂を供給する工程であって、該ポリマー樹脂は、第１の温度と該第１の温度よりも高い第２の温度との間で存在する有効な溶融状態を有する、ポリマー樹脂を供給する工程と、
前記第１の温度よりも高く、且つ前記第２の温度よりも低い溶融温度を有する粒状金属を供給する工程と、
前記ポリマー樹脂を、前記第１の温度よりも高く、且つ前記粒状金属の前記溶融温度よりも低い温度に加熱する工程であって、これにより、該ポリマー樹脂を溶融させる、加熱する工程と、
前記粒状金属を前記溶融ポリマー樹脂に均質に分散させる工程であって、これにより、組成物を形成する、分散させる工程と、
前記組成物を押出す工程であって、これにより、射出成形供給原料を形成する、押出す工程と
を含む、ポリマー複合材料供給原料を製造する方法。
【請求項１３】
前記押出された組成物を冷却する工程と、
前記押出されてから冷却された組成物をペレット成形する工程と
をさらに含む、請求項１２に記載のポリマー複合材料供給原料を製造する方法。
【請求項１４】
前記粒状金属は、亜鉛、スズ及びアンチモンから成る群より選択される金属の合金である、請求項１２に記載のポリマー複合材料供給原料を製造する方法。
【請求項１５】
前記ポリマー樹脂はＡＢＳであり、前記粒状金属は、約９５％のスズと、約５％のアンチモンとを含む合金である、請求項１４に記載のポリマー複合材料供給原料を製造する方法。
【請求項１６】
前記ポリマー樹脂はＰＰＳであり、前記粒状金属は、約６０％のスズと、約４０％のアンチモンとを含む合金である、請求１４に記載のポリマー複合材料供給原料を製造する方法。
【請求項１７】
前記押出された組成物を射出成形アセンブリに入れる工程と、
前記組成物を前記粒状金属の前記溶融温度よりも高い温度に加熱する工程と、
前記組成物を加圧下で、内壁を有する金型キャビティ内に射出する工程であって、該加圧により、前記金属が前記ポリマーから分離し、該金属は前記内壁の方向に移動し、且つ該ポリマーは該キャビティの内部方向に移動する、射出する工程と、
前記組成物を冷却する工程であって、これにより、金属層がポリマーコアを取り囲む構成要素を形成する、冷却する工程と
をさらに含む、請求項１２に記載のポリマー複合材料供給原料を製造する方法。
【請求項１８】
外面周りに金属層を有する構成要素をネットシェイプ成形する際に用いられるポリマー複合材料供給原料であって、
第１の温度と該第１の温度よりも高い第２の温度との間で存在する有効な溶融状態を有するポリマー樹脂と、
前記第１の温度よりも高く、且つ前記第２の温度よりも低い溶融温度を有する粒状金属であって、前記ポリマー樹脂に均質に分散されている、粒状金属と
を含む、ポリマー複合材料供給原料。
【請求項１９】
前記粒状金属は、亜鉛、スズ及びアンチモンから成る群より選択される金属の合金である、請求項１８に記載のポリマー複合材料供給原料。
【請求項２０】
前記ポリマー樹脂はＡＢＳであり、前記粒状金属は、約９５％のスズと、約５％のアンチモンとを含む合金である、請求項１９に記載のポリマー複合材料供給原料。
【請求項２１】
前記ポリマー樹脂はＰＰＳであり、前記粒状金属は、約６０％のスズと、約４０％のアンチモンとを含む合金である、請求項１９に記載のポリマー複合材料供給原料。
【請求項２２】
金属層が外面周りに配置されるポリマーコアを製造する方法であって、
ポリマー樹脂を供給する工程であって、該ポリマー樹脂は、第１の温度と該第１の温度よりも高い第２の温度との間で存在する有効な溶融状態を有する、ポリマー樹脂を供給する工程と、
前記第１の温度よりも高く、且つ前記第２の温度よりも低い溶融温度を有する粒状金属を供給する工程と、
前記ポリマー樹脂を、前記第１の温度よりも高く、且つ前記粒状金属の前記溶融温度よりも低い温度に加熱する工程であって、これにより、該ポリマー樹脂を溶融させる、加熱する工程と、
前記粒状金属を前記溶融ポリマー樹脂に均質に分散させる工程であって、これにより、組成物を形成する、分散させる工程と、
前記組成物を、前記粒状金属の前記溶融温度よりも高い温度にさらに加熱する工程と、
前記組成物を加圧下で成形する工程であって、該加圧により、前記ポリマー樹脂が該組成物のコアにおいて圧密され、該金属が前記ポリマーコアの外面に移動する、成形する工程と
を含む、金属層が外面周りに配置されるポリマーコアを製造する方法。
【請求項２３】
前記溶融金属の粘度は、前記溶融ポリマー樹脂の粘度よりも小さい、請求項２２に記載の金属層が外面周りに配置されるポリマーコアを製造する方法。
【請求項２４】
前記粒状金属は、亜鉛、スズ及びアンチモンから成る群より選択される金属の合金である、請求項２２に記載の金属層が外面周りに配置されるポリマーコアを製造する方法。
【請求項２５】
前記ポリマー樹脂はＡＢＳであり、前記粒状金属は、約９５％のスズと、約５％のアンチモンとを含む合金である、請求項２４に記載の金属層が外面周りに配置されるポリマーコアを製造する方法。
【請求項２６】
前記ポリマー樹脂はＰＰＳであり、前記粒状金属は、約６０％のスズと、約４０％のアンチモンとを含む合金である、請求項２４に記載の金属層が外面周りに配置されるポリマーコアを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は包括的に、外面に金属コーティングを有するポリマー構成要素（polymer component）に関する。より詳細には、本発明は、外面に金属層を有する、成形されたポリマー構成要素に関し、当該金属層は、部品(part)を金型から取り出す前に、金型キャビティ内全体に形成される。さらに、本発明は、部品が金型内に残っている状態でも、外面周りに金属層を含む成形されたポリマー部品を製造する方法を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
構成要素を製造する業界において、できる限り少ない工程を使用して構成要素を製造することにより、このような部品を製造し得るコストを削減する一方で、速度及び効率を向上させることが非常に望まれている。これらの目的を鑑みて、構成要素の製造に関する一般的な製造プロセスは、ネットシェイプ成形（net shape molding）である。ネットシェイプ成形プロセスでは、溶融原料を金型キャビティに入れて、構成要素を金型から取り出すときには、構成要素は最終形態であり、さらなるプロセス処理を必要とすることなく完成する。プロセスが単純であるため、ネットシェイプ成形は、ポリマー樹脂と種々の金属とを含む多種多様なベース材料に関して用いられる。
【０００３】
ネットシェイプ成形プロセスは広範に製造される構成要素に有効に作用するが、特にポリマー材料を用いるネットシェイプ成形プロセスを用いることの問題点は、様々な他の所望特性を部品に付与するために、成形工程が完了した後で他の工程を必要とすることが多いことである。例えば、電子機器に利用される部品は多くの場合、機器内の熱伝達、電磁障害（ＥＭＩ）の影響に対する遮蔽、機器内の高感度構成要素を避けて放射エネルギーを反射させること、及び／又はランプ若しくは発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光出力を反射させること等の付加的な機能を付与しなければならない。したがって、従来技術では、反射面が望ましいとき、多くの場合、金属成分のスピニング又は機械加工等の別の製造方法を用いて、又はポリマーをベースとした部品の所望面に金属化コーティングを設けることによって部品を製造したため、ネットシェイプ成形プロセスの後に付加的なプロセス処理工程を必要とした。いずれの場合でも、部品を製造するコストが大幅に増大する。
【０００４】
ネットシェイプ成形した後でポリマー構成要素を金属化する好ましい方法は、いくつかの欠点を有する。主に、上述のように、金属化は部品を製造するのに必要なコスト及び時間を大幅に増大させる。一般的に、金属化は、部品を金型から取り出したら、薬浴を用いて前処理し、次に真空蒸着又は真空めっきを用いてめっきし、最後に部品上に堆積している金属の薄層を保護するようにクリアコーティングすることを必要とする。これらの付加的な工程は、部品をその最終状態とするまでに、部品の非常に多くの付加的な措置を導入し、且つ部品を製造するのにかかるコストを二倍近くにする。さらに、部品のコストが大幅に増大したとしても、コーティングは、磨耗、剥離、フレーキング及び引掻きを極めて起こしやすく、これらは全て構成要素の早期の破損をまねく。
【０００５】
あるいは、部品が、向上した熱伝導性を必要とする従来技術では、一般的に、ベースポリマー樹脂に高熱伝導性フィラーを投入して、最終部品の熱伝導性を向上させた。このようなフィラーは一般的に、カーボンブラック、カーボンファイバ、セラミックパウダー及び／又は金属フレークを含む。このようなフィラーの添加によってポリマーの熱伝導性は改善されるが、これらの熱伝導性フィラーのコストは一般的に非常に高く、望ましい熱伝導性及び導電性を得るために一般的に必要とされるフィラーの投入は、ベースポリマー樹脂の可撓性及び強度に劇的なインパクトをもたらす。さらに、フィラー材料とポリマー樹脂成分との間の密度の差により、成形された部品は一般的に、樹脂の濃度が大きい領域(resin rich region)を外側面に含み、フィラー材料の濃度は構成要素の中心に向かって大きくなる。電気フラックスは、物体の表面上、正確にはフィラー材料の濃度が最も小さい部品領域を伝わる傾向があるため、部品の導電性を大きくしようとする場合に、これは特に問題となる。したがって、ネットシェイプ成形されたフィラーポリマーを用いて比較的大きい導電性を有する部品を製造することは困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、成形プロセス中に製造される構成要素が金属化面を含むことが求められている。さらに、成形プロセス中に製造される構成要素が、高い耐性及び耐磨耗性を示す一体的に成形される金属化面を含むことが求められている。さらに、ネットシェイプ成形プロセスの所望のアスペクトを全て保持すると共に、金属化に関連する従来の付加的な工程を排除する、ポリマー構成要素のインモールド金属化のプロセスが求められている。最終的に、インモールド金属化ポリマー構成要素のネットシェイプ成形に用いられる供給原料として好適な配合材料が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
これに関して、本発明は、外面に一体的に成形される金属化コーティングすなわち金属化層を有するネットシェイプ成形された構成要素を製造する新規な方法を提供する。当該構成要素を製造する上で、少なくともベースポリマーと、溶融金属とを含む溶融材料は、金属が部品の外面に、そして金型キャビティの内壁の方向に移動するように、金型キャビティ内に加圧下で射出され、これは以下でさらに十分に記載する。このプロセスの結果、部品が冷却され、成形キャビティから取り出されるときに、外面に金属層を含むポリマーコアを有するネットシェイプ成形された部品が製造される。さらに、本発明は、上記の方法に用いられるのに適する供給原料組成物の配合を提供する。
【０００８】
一般的に、金属合金及びポリマー樹脂は、相対的な融点において厳密に適合するように、またポリマーと金属とが混和性でないことを保証するように選択される。金属合金の融点が、ベースポリマー樹脂の所望の成形温度範囲の上限に近く、樹脂が一般的に配合される温度よりも高く調節されることが、本発明の範囲において特に重要である。さらに、合金の融点は、ポリマー複合体（金属合金を含む）が押出バレルのチェックリングを通過するまで、成形機の押出バレル内で到達することがない温度であることも重要である。金属合金は、溶融状態において非常に低い粘度を有するため、金属合金がチェックリングを通過するまで、固体状態に維持することは、溶融金属が、押出スクリューを過ぎたバレル内を後方に流れる可能性を防止する。
【０００９】
材料の流れが押出バレルのチェックリングを通過した後に、ポリマー及び金属合金の両方が溶融状態となり、続いて金型キャビティ内に射出する温度に達する。成形用キャビティ内の圧力が増大するにつれて、粘度のより小さい材料は、差圧が最も大きい金型キャビティの外面に移動する傾向にあり、また、粘度のより大きい材料は、金型キャビティの中央領域に残る。したがって、本発明の状況では、溶融金属がより小さい粘度を有するため、溶融金属は混合物から、金型キャビティの外側に追いやられるのに対し、より大きい粘度を有するポリマーは、金型キャビティのコアに残る。部品を冷却させると、得られる部品は、金属コーティングすなわち金属層が外面上に、すなわち外面に配置されるポリマーコアを有するネットシェイプ成形された部品である。
【００１０】
また、本発明の方法に用いられるのに適する供給原料の製造が提供される。この方法では、ベースポリマー樹脂に均質に分散される粉末状金属合金を含むポリマー組成物が配合される。これに関して、金属合金がポリマー樹脂の配合温度において固体状態で残ることが重要であり、このため、合金は配合プロセス中に液化することなく、ポリマー樹脂材料から早期に分離される。
【００１１】
したがって本発明の目的は、一体的に成形される金属化面を含むネットシェイプ成形された構成部品(component part)を製造する方法を提供することである。本発明のさらなる目的は、従来のネットシェイプ成形装置の使用を通じて高い耐性及び耐磨耗性を示す、一体的に成形される金属化面を含む構成要素を製造する方法を提供することである。本発明のよりさらなる目的は、ネットシェイプ成形プロセスの所望の態様を全て保護し、且つ従来から金属化に関連する付加的な工程を除去する、ポリマー構成要素のインモールド金属化のプロセスを提供することである。最終的に、本発明の目的は、インモールド金属化ポリマー構成要素のネットシェイプ成形と併せて用いられる供給原料として好適である配合材料を提供することである。
【００１２】
本発明を特徴づける新規性を有する様々な特徴に加えて、本発明の他の目的と併せて上記の目的は、特に本明細書に添付の特許請求の範囲において、また本開示の部品を製造する際に示される。本発明、その稼動の有益性、及びこれを使用することにより達成される特定の目的のより十分な理解のために、本発明の好ましい実施の形態が示される添付の図面及び記載内容について言及を行う。
【００１３】
図面は、本発明を実施するために現在考え得る最良の形態を示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
ここで図面を参照して、本発明の方法の実施態様を示す。本発明の方法は包括的に図１〜図４に図示される。上記のように、本発明の方法は主に、成形されたポリマー複合構成要素のインモールド金属化を対象とする。より詳細には、本発明の方法は、外面周りに金属層を有するネットシェイプ成形されたポリマー複合構成要素の製造を対象とする。本発明におけるネットシェイプ成形プロセスは、一般的な既知のプロセスである。これにより、構成部品は金型キャビティの内部に形成され、この部品は、金型キャビティから取り出されるときに完成形態をとっている。
【００１５】
図１〜図４を包括的に参照すると、ネットシェイプ複合構成要素を形成する上で、本発明の方法は一般的に、ポリマー樹脂１０及び粒状金属１２の供給を含み、それらは両方とも、乾式混合されるか、又は射出成形機１６のホッパー１４に別々に入れられ、成形プロセスを通過する際に混合される。ポリマー樹脂１０及び粒状金属１２はその後、ポリマー樹脂１０が溶融するまで加熱される。ポリマー樹脂１０及び粒状金属１２はその後、バレル１８に引き込まれるようにして、射出成形機１６のバレル１８内でさらに混合される。ポリマー樹脂１０及び粒状金属１２の混合物は初めに、ポリマー樹脂１０の低い融点よりも高いが、金属１２の融点よりも低い温度に加熱される。これは十分に、以下で詳細に開示される。混合された組成物が射出成形機１６のバレル１８を十分進むと、複合体はさらに、粒状金属の融点よりも高い温度に加熱される。最後に、完全に溶融した組成物を加圧下で、金型キャビティ２０内に射出する。ここで、金属１２が金型キャビティの壁２２の方向に移動し、且つポリマーが金型キャビティ２０の内部２４方向に移動するように、加圧により、組成物中の金属１２がポリマー１０から分離される。成形された構成部品を冷却した後、ポリマーコアを取り囲む金属層を含む構成部品が得られる。
【００１６】
図２〜図４に、組成物が本発明のプロセス中に進行する様々な段階を示す。図２から分かるように、符号２６は、溶融ポリマー１０に均質に分散している粒状金属１２を示す。粒状金属１２はプロセスのこの点では、固体状態で残り、射出成形機１６の内孔１８に沿って通過することに留意することが重要である。図３において、符号２８は、射出成形機１６の排出端に設けられるチェックリング３２を通過した後の組成物を示す。チェックリング３２は、組成物の後方へのあらゆる流れを防ぐ一方向バルブとして作用する。プロセスのこの点では、金属１２が十分に溶融したことが分かるが、金属材料１２は依然としてポリマー１０内に懸濁している。次に図４を検討してみると、符号３０において、圧力が溶融複合材料にかけられることが分かり、物理学により、より粘度の小さい材料がより大きい差圧を有する金型キャビティ２０内位置に移動することが示されることから、この場合、より粘度の小さい溶融金属１２が金型２０の内壁２２に移動するのに対して、より粘度の大きいポリマー１０は金型キャビティ２０の中央コア２４の方向に移動する。結果的に、ポリマー１０中に懸濁する金属１２は完全に内壁２２の方向に追いやられるが、ポリマー１０は金型２０のコアに残る。このため、冷却すると、複合構成要素は、ポリマーコア１０と、ポリマーコア１０材料の外面周りに配置される金属層１２とを含む。
【００１７】
本発明のプロセスを実施する上で、ベースポリマー１０及び粒状金属材料１２が、インモールド金属化プロセスと併せて十分に好適であることが重要である。ポリマー樹脂１０及び粒状金属１２の選択の１つの重要な基準は、ポリマー１０及び金属１２が相互に親和性を有していないため、それらが完全に混合するか又はアロイ（alloy）を形成することを防止するという点である。金属１２及びポリマー１０が混和性であれば、それらは、分離することが不可能な混合物を製造し、最終的に、成形プロセス中に構成部品の外側面への金属１２の移動を妨げるアロイをもたらす。さらに、金属１２及びポリマー１０は、それらのそれぞれの融点がつり合いをとるように選択される必要がある。より詳細には、ポリマー樹脂は、溶融状態となり且つ有効な状態を維持する有効な範囲を有する。この有効な溶融範囲は、本発明のプロセスにおける重要なファクターである。多くの場合、ポリマーは、それらの有効な溶融範囲の下端の融点を用いて配合され、それらの溶融範囲の上端の融点を用いて成形される。この制限を考慮して、本発明の方法を達成するために、金属１２は、ポリマー１０の有効な溶融範囲内の正しい温度になる融点を有するように選択されなければならない。金属１２の融点がポリマー１０の融点よりもかなり高い場合、ポリマー１０は、金属１２の融点に達する前に燃焼してしまう可能性がある。逆に、金属１２の融点がポリマー１０の融点よりもかなり低い場合、材料の分離が、成形プロセス中のかなり早い段階に起こってしまう可能性があり、球状の成形組成物をもたらす。したがって、ベースポリマー１０の一般的な配合温度よりも高く、その上ポリマー樹脂１０の一般的な成形範囲内であり、且つポリマー１０の有効な溶融範囲の上限よりも低い融点を有する金属１２が選択されることが好ましい。最後的に、溶融金属１２の粘度は、成形プロセスの稼動温度において溶融ポリマー１０の粘度よりも低くなければならない。
【００１８】
本発明の状況において、様々なポリマー樹脂１０が使用に適しており、全てが本発明の開示の範囲に含まれる。ポリマー樹脂１０材料を選択するための最も重要な基準は、上記のように、選択された粒状金属１２の融点に厳密に対応する有効な溶融範囲を有する樹脂を選択する能力である。好適なポリマー樹脂１０は、広範な熱可塑性樹脂及び／又は熱硬化性樹脂並びにそのアロイを含み得る。より好ましくは、本発明における使用に特に適するポリマー樹脂１０としては、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンのコポリマー（ＡＢＳ）及びポリカーボネートが挙げられる。
【００１９】
粒状金属１２の選択という観点から、金属１２が、ベースポリマー樹脂１０の有効な溶融範囲内である比較的低い融点を有する必要があることを示すことができる。このような金属１２は、合金の融点が構成金属成分のいずれの融点よりも低い、共晶合金であることが特に好ましい。たいていの場合、このような低融点の金属１２は、スズ、亜鉛及び／又はアンチモンを用いて形成される合金である。したがって、本発明に関連する使用に特に適する金属１２としては、スズ−亜鉛合金、スズ−アンチモン合金及び亜鉛−アンチモン合金が挙げられるが、ポリマー１０の有効な溶融範囲と比較的厳密に適合する融点を有するという要件を満たすあらゆる金属材料が好適であることが、当業者に理解されるであろう。
【実施例１】
【００２０】
約２２７℃〜２４３℃（約４４０°Ｆ〜４７０°Ｆ）の有効な溶融範囲を有するＡＢＳポリマー樹脂を選択し、ＡＢＳを一般的に２２７℃〜２３５℃（４４０°Ｆ〜４５５°Ｆ）の範囲で配合し、約２３５℃〜２４３℃（約４５５°Ｆ〜４７０°Ｆ）で成形する。金属合金は、約９５％のスズと、約５％のアンチモンとを用いて形成され、２３９℃（４６３°Ｆ）の融点を有する。この実施例において、配合温度範囲を用いて、この金属合金をポリマー樹脂中に混合する。組成物が射出成形バレルのチェックリングを通過したら、ポリマーにおける好ましい成形温度である２４３℃（４７０°Ｆ）に昇温し、合金を組成物として溶融し、これを金型キャビティ内に加圧下で射出する。
【実施例２】
【００２１】
約２９３℃〜３２１℃（約５６０°Ｆ〜６１０°Ｆ）の有効な溶融範囲を有するＰＰＳポリマー樹脂を選択し、ＰＰＳを一般的に、２９３℃〜２９６℃（５６０°Ｆ〜５６５°Ｆ）の範囲で配合し、約２９６℃〜３２１℃（約５６５°Ｆ〜６１０°Ｆ）で成形する。金属合金は、約６０％のスズと、約４０％のアンチモンとを用いて形成され、３０７℃（５８５°Ｆ）の融点を有する。この実施例において、配合温度範囲を用いて、この金属合金をポリマー樹脂中に混合する。組成物が射出成形バレルのチェックリングを通過したら、ポリマーにおける好ましい成形温度である約３１０℃（約５９０°Ｆ）に昇温し、合金を組成物として溶融し、これを金型キャビティ内に加圧下で射出する。
【００２２】
分かりやすいように、或る特定のポリマー１０及び金属合金１２を名前で言及しているが、それらが本開示に提示される選択基準を利用して選択されるベースポリマー１０及び金属１２と同等に正しく作用するであろうことから、本発明は、本明細書中に記載の一般的な教示を利用するあらゆるプロセスに適用可能である。さらに、本開示を用いて製造される部品のための多種多様な材料の組み合わせ並びに最終用途も、本発明の精神に含まれる。
【００２３】
次に図５を見ると、本発明の教示に従って形成される構成要素３４の具象的な断面図が示されている。得られる構成要素３４は、従来技術の金属化プロセスのものと比較して、相対的に厚い金属外層１２を有するポリマーコア１０を含むと考えることができる。金属層１２の厚みのために、表面が高い引掻き耐性を示すことが特に留意される。従来の金属化面の耐性を求めるための既知の従来技術による試験プロセスを利用して試験すると、本発明の教示を用いて製造される構成要素３４は、剥離、フレーキング又は引掻きの徴候を何ら示さなかった。構成要素上の金属コーティング１２が、ベース金属自体の耐性及び耐磨耗性に関連する耐性及び耐磨耗性を示したことが特に留意される。外側の金属層１２は、その材料を外側に移動させると共に、プラスチックコア１０材料との架橋を維持することによって形成されるため、これらの固有の耐性及び強度特性が実現可能となる。これは、本発明の方法の大きなメリットである架橋を含まない、金属材料が噴霧されるだけに過ぎない従来技術の方法と大きく異なる。さらに、構成部品３４の外層１２は、ベース金属の特性を示すが、構成部品３４の強度特性は、選択されるポリマー樹脂１０の強度特性に応じて維持される。これにより、ポリマーが一般的にかなりの可撓性を失い、且つ極めて脆性となる、フィラーポリマーの使用と比べて改良される。
【００２４】
また、高熱伝導性構成要素３４が必要とされる場合、窒化ホウ素、アルミナ、アルミニウム又は銅等の金属フレーク、炭素フィラーのような、従来技術で既知の何種類もの熱伝導性フィラーを、ベースポリマー１０に充填して、ベースポリマー１０の熱伝導性、同様に構成部品３４の全体の熱伝導性を大幅に向上させることができることに留意されたい。
【００２５】
本発明のプロセス及び得られる構成要素に影響を与え得る、考慮されるべき他の改変形態が存在するが、プロセス自体で要求される限定はない。このような改変形態は、金型キャビティ２０が充填される方法、キャビティ２０を充填するのに用いられる圧力、及び金型２０自体の温度を含む。充填されるときに金型２０が冷え過ぎていると、金属１２が外面２２に移動する程度に、キャビティ内の圧力が増大する前に、材料成形組成物が硬化し始めるおそれがある。これがより大きい金型内で起こるのを避けるために、この金型を予備加熱する必要があり得る。したがって、金型温度を高くすることにより、金属１２があまりに急速に硬化するのを防げると考えられる。さらに、高圧縮スクリューを利用することにより、本発明のプロセスに影響を与える。この場合、スクリューにおける高い圧力は、射出成形機１６自体のバレル１８内の組成物を早期に分離させる。それゆえ、組成物が金型キャビティ２０に射出されるまで、配合機内のより遅い速度及びより小さい圧力が、組成物の均質性を維持するために望まれる。部品３４の外面に配置される金属層１２の厚みは主に、成形組成物中に利用されるポリマー１０と金属１２との相対体積を制御することによって制御されるが、金型キャビティの圧力を変更することによって厚みによる部分的な制御も行うことができる。
【００２６】
次に図６及び図７を見ると、本発明の教示を実施する代替的な方法が示されている。この場合、外面周りに金属層１２を有する構成要素３４をネットシェイプ成形するときに用いられるポリマー複合材料供給原料を製造する方法が提供される。上記の教示に記載されるこの方法は、ポリマー樹脂１０及び粒状金属１２の供給を含み、それらは両方とも、乾式混合されるか、又は射出成形機１６のホッパー１４に別々に入れられ、成形プロセスを通過するように混合される。ポリマー樹脂１０及び粒状金属１２はその後、ポリマー樹脂１０が溶融するまで加熱される。ポリマー樹脂１０及び粒状金属１２はその後、バレル１８に引き込まれるようにして、射出成形機１６のバレル１８内でさらに混合される。ポリマー樹脂１０及び粒状金属１２の混合物は初めに、ポリマー１０の低い融点よりも高いが、金属１２の融点よりも低い温度に加熱される。
【００２７】
図７に示されるように、符号２６は、組成物の拡大図と考えられる図を示しており、固体状態で残る粒状金属１２はポリマー樹脂１０に均質に分散している。プロセスのこの点で、複合体は、さらに加熱されることなく押出成形される。押出成形体(extrudate)３６は、本発明による射出成形供給原料として用いられるのに適する、粒状金属１２が混合されているポリマー組成物を提供する。押出成形体３６が冷えると、切断機器３８を用いてペレット成形し、射出成形供給原料として用いるために製造業者に一般的に提供される、ペレット４０を形成することができる。
【００２８】
ペレット４０は順に続いて、射出成形機１６のホッパー１４に供給され、先に述べたプロセスにおいて成形される。このプロセスにおいて、ペレット４０は射出成形機の内径１８に沿って進み、最初にポリマー樹脂１０を溶融し、次に、組成物が成形バレル１８のチェックリング３２を通過したら、加熱して粒状金属１２を溶融する。全ての他の点において、プロセスは上記のように稼動する。
【００２９】
したがって、本発明の方法は、外面に金属コーティング１２すなわち金属層を含むネットシェイプ成形された部品を製造することであると示すことができる。これは、高価で非常に長い金属化プロセスによる従来技術でしか得ることができなかった。本発明のインモールド金属化された部品は、従来技術の方法を用いて製造される部品と比較して、大幅に改良された耐性を示すと共に、このような部品を製造するのに関する時間及びコストの劇的な削減ももたらす。本発明を用いて製造される部品は、熱伝達又はＥＭＦの遮蔽が要求される任意の様々な電子工学的な用途に、並びに、金属化ポリマー構成要素が機能目的又は装飾目的のいずれかで有用であると思われる任意の他の用途に使用されるのに適していることが理解される。これらの理由から、本発明は、当該技術分野における有意な発展を示すと確信されるため、かなりの産業上の利益を有する。
【００３０】
本発明を具現化する或る特定の具体的な構造を本明細書中に示し、且つ記載しているが、基礎を成す発明の概要の精神及び範囲を逸脱することなく、様々な改変形態及び部品の再配置が行われ得ること、及び、これらが添付の特許請求の範囲に示される範囲を除いて、本明細書に示され且つ記載される特定の形態に限定されないことは、当業者に明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の方法を実施する成形機の模式的な断面図である。
【図２】図１の成形機に沿って通過する際の、ポリマー樹脂中に懸濁される粒状金属の断面図である。
【図３】図１の成形機のチェックリングを通過する際の、ポリマー樹脂中に懸濁される溶融金属の断面図である。
【図４】圧力がかけられた後の溶融金属及びポリマー樹脂の断面図である。
【図５】本発明の方法により製造される、ネットシェイプ成形された複合体の具象的な断面図である。
【図６】本発明の代替方法を実施する成形機の模式的な断面図である。
【図７】図６の成形機に沿って通過する際の、ポリマー樹脂中に懸濁される粒状金属の断面図である。
【図１】
2008537916.tif 000003
【図２】
2008537916.tif 000004
【図３】
2008537916.tif 000005
【図４】
2008537916.tif 000006
【図５】
2008537916.tif 000007
【図６】
2008537916.tif 000008
【図７】
2008537916.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成20年1月8日(2008.1.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面周りに金属層を有するネットシェイプ成形された構成要素を製造する方法であって、
ポリマー樹脂を供給する工程であって、該ポリマー樹脂は、第１の温度と該第１の温度よりも高い第２の温度との間で存在する有効な溶融状態を有する、ポリマー樹脂を供給する工程と、
前記第１の温度よりも高く、且つ前記第２の温度よりも低い溶融温度を有する粒状金属を供給する工程と、
前記ポリマー樹脂を、前記第１の温度よりも高く、且つ前記粒状金属の前記溶融温度よりも低い温度に加熱する工程であって、これにより、該ポリマー樹脂を溶融させる、加熱する工程と、
前記粒状金属を前記溶融ポリマー樹脂に均質に分散させる工程であって、これにより、組成物を形成する、分散させる工程と、
前記組成物を前記粒状金属の前記溶融温度よりも高い温度にさらに加熱する工程であって、これにより、前記粒状金属を溶融金属にする、加熱する工程と、
前記組成物を加圧下で、内壁を有する金型キャビティ内に射出する工程と、
前記溶融金属を前記ポリマーから分離する工程であって、該金属は前記内壁の方向に移動し、且つ該ポリマーは前記キャビティの内部方向に移動する、分離する工程と、
前記組成物を冷却する工程であって、これにより、金属層がポリマーコアを取り囲む構成要素を形成する、冷却する工程と
を含む、ネットシェイプ成形された構成要素を製造する方法。
【請求項２】
前記ポリマー樹脂を加熱する工程、前記粒状金属を均質に分散させる工程、前記組成物をさらに加熱する工程、及び前記組成物を射出する工程は、該ポリマー樹脂及び該粒状金属が導入端と排出端との間の射出成形バレルを通過するときに実施され、該バレルの温度は前記導入端における前記第１の温度から前記排出端における前記金属の前記溶融温度よりも高い温度まで徐々に上昇する、請求項１に記載のネットシェイプ成形された構成要素を製造する方法。
【請求項３】
前記射出成形バレルは、前記排出端に近接する一方向バルブを備え、前記粒状金属は、前記組成物が該一方向バルブを通過するまで固体状態で残る、請求項２に記載のネットシェイプ成形された構成要素を製造する方法。
【請求項４】
前記溶融金属の粘度は、前記溶融ポリマー樹脂の粘度よりも小さい、請求項１に記載のネットシェイプ成形された構成要素を製造する方法。
【請求項５】
前記粒状金属は、亜鉛、スズ及びアンチモンから成る群より選択される金属の合金である、請求項１に記載のネットシェイプ成形された構成要素を製造する方法。
【請求項６】
前記ポリマー樹脂はアクリロニトリル−ブタジエン−スチレンのコポリマー（ＡＢＳ）であり、前記粒状金属は、約９５％のスズと、約５％のアンチモンとを含む合金である、請求項５に記載のネットシェイプ成形された構成要素を製造する方法。
【請求項７】
前記ポリマー樹脂はポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）であり、前記粒状金属は、約６０％のスズと、約４０％のアンチモンとを含む合金である、請求項５に記載のネットシェイプ成形された構成要素を製造する方法。
【請求項８】
外面周りに金属層を有する構成要素をネットシェイプ成形する際に用いられるポリマー複合材料供給原料を製造する方法であって、
ポリマー樹脂を供給する工程であって、該ポリマー樹脂は、第１の温度と該第１の温度よりも高い第２の温度との間で存在する有効な溶融状態を有する、ポリマー樹脂を供給する工程と、
前記第１の温度よりも高く、且つ前記第２の温度よりも低い溶融温度を有する粒状金属を供給する工程と、
前記ポリマー樹脂を、前記第１の温度よりも高く、且つ前記粒状金属の前記溶融温度よりも低い温度に加熱する工程であって、これにより、該ポリマー樹脂を溶融させる、加熱する工程と、
前記粒状金属を前記溶融ポリマー樹脂に均質に分散させる工程であって、これにより、組成物を形成する、分散させる工程と、
前記組成物を押出す工程であって、これにより、射出成形供給原料を形成する、押出す工程と
を含む、ポリマー複合材料供給原料を製造する方法。
【請求項９】
前記押出された組成物を冷却する工程と、
前記押出されてから冷却された組成物をペレット成形する工程と
をさらに含む、請求項８に記載のポリマー複合材料供給原料を製造する方法。
【請求項１０】
前記粒状金属は、亜鉛、スズ及びアンチモンから成る群より選択される金属の合金である、請求項８に記載のポリマー複合材料供給原料を製造する方法。
【請求項１１】
前記ポリマー樹脂はアクリロニトリル−ブタジエン−スチレンのコポリマー（ＡＢＳ）であり、前記粒状金属は、約９５％のスズと、約５％のアンチモンとを含む合金である、請求項１０に記載のポリマー複合材料供給原料を製造する方法。
【請求項１２】
前記ポリマー樹脂はポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）であり、前記粒状金属は、約６０％のスズと、約４０％のアンチモンとを含む合金である、請求１０に記載のポリマー複合材料供給原料を製造する方法。
【請求項１３】
前記押出された組成物を射出成形アセンブリに入れる工程と、
前記組成物を前記粒状金属の前記溶融温度よりも高い温度に加熱する工程と、
前記組成物を加圧下で、内壁を有する金型キャビティ内に射出する工程であって、該加圧により、前記金属が前記ポリマーから分離し、該金属は前記内壁の方向に移動し、且つ該ポリマーは該キャビティの内部方向に移動する、射出する工程と、
前記組成物を冷却する工程であって、これにより、金属層がポリマーコアを取り囲む構成要素を形成する、冷却する工程と
をさらに含む、請求項８に記載のポリマー複合材料供給原料を製造する方法。
【請求項１４】
外面周りに金属層を有する構成要素をネットシェイプ成形する際に用いられるポリマー複合材料供給原料であって、
第１の温度と該第１の温度よりも高い第２の温度との間で存在する有効な溶融状態を有する、供給原料ペレットを成形するポリマー樹脂と、
前記第１の温度よりも高く、且つ前記第２の温度よりも低い溶融温度を有する粒状金属であって、前記供給原料ペレットを成形するポリマー樹脂に均質に分散されている、粒状金属と
を含む、ポリマー複合材料供給原料。
【請求項１５】
前記粒状金属は、亜鉛、スズ及びアンチモンから成る群より選択される金属の合金である、請求項１４に記載のポリマー複合材料供給原料。
【請求項１６】
前記ポリマー樹脂はアクリロニトリル−ブタジエン−スチレンのコポリマー（ＡＢＳ）であり、前記粒状金属は、約９５％のスズと、約５％のアンチモンとを含む合金である、請求項１５に記載のポリマー複合材料供給原料。
【請求項１７】
前記ポリマー樹脂はポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）であり、前記粒状金属は、約６０％のスズと、約４０％のアンチモンとを含む合金である、請求項１５に記載のポリマー複合材料供給原料。
【請求項１８】
金属層が外面周りに配置されるポリマーコアを製造する方法であって、
ポリマー樹脂を供給する工程であって、該ポリマー樹脂は、第１の温度と該第１の温度よりも高い第２の温度との間で存在する有効な溶融状態を有する、ポリマー樹脂を供給する工程と、
前記第１の温度よりも高く、且つ前記第２の温度よりも低い溶融温度を有する粒状金属を供給する工程と、
前記ポリマー樹脂を、前記第１の温度よりも高く、且つ前記粒状金属の前記溶融温度よりも低い温度に加熱する工程であって、これにより、該ポリマー樹脂を溶融させる、加熱する工程と、
前記粒状金属を前記溶融ポリマー樹脂に均質に分散させる工程であって、これにより、組成物を形成する、分散させる工程と、
前記組成物を前記粒状金属の前記溶融温度よりも高い温度にさらに加熱する工程であって、これにより、前記粒状金属を溶融金属にする、加熱する工程と、
前記組成物を加圧下で成形する工程であって、該加圧により、前記ポリマー樹脂が該組成物のコアにおいて圧密され、該溶融金属が前記ポリマーコアの外面に移動する、成形する工程と
を含む、金属層が外面周りに配置されるポリマーコアを製造する方法。
【請求項１９】
前記溶融金属の粘度は、前記溶融ポリマー樹脂の粘度よりも小さい、請求項１８に記載の金属層が外面周りに配置されるポリマーコアを製造する方法。
【請求項２０】
前記粒状金属は、亜鉛、スズ及びアンチモンから成る群より選択される金属の合金である、請求項１８に記載の金属層が外面周りに配置されるポリマーコアを製造する方法。
【請求項２１】
前記ポリマー樹脂はアクリロニトリル−ブタジエン−スチレンのコポリマー（ＡＢＳ）であり、前記粒状金属は、約９５％のスズと、約５％のアンチモンとを含む合金である、請求項２０に記載の金属層が外面周りに配置されるポリマーコアを製造する方法。
【請求項２２】
前記ポリマー樹脂はポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）であり、前記粒状金属は、約６０％のスズと、約４０％のアンチモンとを含む合金である、請求項２０に記載の金属層が外面周りに配置されるポリマーコアを製造する方法。
【国際調査報告】
2008537916.tif 000010