(57)【要約】【課題】インサート部品−樹脂間の優れた密着性を確保すると共に成形サイクルを向上させた射出インサート成形品の製造方法を提供する。【解決手段】インサート部品を熱可塑性樹脂により包埋する射出インサート成形品の製造方法において、表面処理され十点平均表面粗さＲｚが５μｍ以下の金型を使用すると共に、インサート部品保持駒の温度を、熱可塑性樹脂の降温結晶化温度（Ｔｃ）以上の温度範囲として樹脂を射出充填し、次いで空気中の水分が結露状態あるい水分が固化し氷結状態にある低温空気を用いてインサート部品保持駒を１５０℃以下に急冷却した後、インサート成形品を金型から取り出す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インサート部品を熱可塑性樹脂により包埋する射出インサート成形品の製造方法において、表面処理され十点平均表面粗さＲｚが５μｍ以下の金型を使用すると共に、インサート部品保持駒の温度を、熱可塑性樹脂の降温結晶化温度（Ｔｃ）以上の温度範囲として樹脂を射出充填し、次いで空気中の水分が結露状態あるい水分が固化し氷結状態にある低温空気を用いてインサート部品保持駒を１５０℃以下に急冷却した後、インサート成形品を金型から取り出すことを特徴とする射出インサート成形品の製造方法。
【請求項２】
インサート部品保持駒の回りを断熱板で断熱処理する請求項１記載の射出インサート成形品の製造方法。
【請求項３】
金型がダイヤモンド状炭素被膜により表面処理されたものである請求項１又は２記載の射出インサート成形品の製造方法。
【請求項４】
インサート部品保持駒の温度が、熱可塑性樹脂の降温結晶化温度（Ｔｃ＋１０℃）〜（Ｔｃ＋５０℃）の温度範囲である請求項１〜３の何れか１項記載の射出インサート成形品の製造方法。
【請求項５】
インサート部品保持駒が高熱伝導タイプのものである請求項１〜４の何れか１項記載の射出インサート成形品の製造方法。
【請求項６】
熱可塑性樹脂がエラストマーを含有するポリフェニレンサルファイド樹脂組成物である請求項１〜５の何れか１項記載の射出インサート成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インサート部品を樹脂にて包埋する射出インサート成形品の製造方法に関し、詳しくは、インサート部品−樹脂間の優れた密着性を確保すると共に成形サイクルを向上させた射出インサート成形品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インサート成形は異種材料の一体化のために有効な手段であり、電機・電子部品、自動車部品等の製造に利用されている。しかし、金属インサートと樹脂界面の密着は通常の成形法では充分ではなく抜け落ちや界面からの気体・液体の漏れの原因となってしまう。このような欠点を改善するために、金属表面の粗化処理や接着フイルムを塗布する方法、あるいはインサート部品を予熱する等の方法が提案されている。前者の場合にはインサート部品の前処理工程によるコストアップの問題がある。後者の場合には予熱工程が必要なことや周辺環境条件によって樹脂流入時の温度分布が不均一になる等の問題があった。
【０００３】
金属をインサートする場合、予熱しておいても金型に設置し樹脂を射出するまでに急速に温度低下するため、インサートの温度を金型内で十分な温度に保持することが出来ず、更に、樹脂の加工温度が高くなると、予熱温度も高くする必要があり、インサートの温度管理はさらに困難となる。また高温のインサートを金型に挿入する場合は、人手で行うことは困難であり、ロボットが必要になるなど、設備投資が必要になる。
【０００４】
このために、種々のインサート部品を加熱する種々の成形方法が検討されている。
例えば、液晶ポリマーのインサート成形方法では、金属またはセラミック製の部品を予め加熱保持しておく方法であり、インサート部品は金型に装着される前あるいは装着後に電気ヒーター、電磁誘導加熱、火炎などの熱源により直接あるいは熱媒体などを通じて間接的に加熱され、加熱終了後短時間内に樹脂を充填する方法が開示されている（特許文献１参照）。しかし、この技術では、熱容量の小さい薄片の金属端子等では、樹脂充填時まで、所定の温度を確保することが難しい。特に温度コントロールを行えないので、十分な密着性を安定して得ることはできないという問題がある。
【０００５】
また、インサート射出成形用金型において、通気孔が形成された網目構造などのインサートを使用して固定金型から移動金型に熱媒体を流通させる回路を形成させ、インサート物を樹脂の加熱変形温度以上に加熱して樹脂を射出し、金型の冷却時に熱媒体の温度を徐々に下げる方法が開示されている（例えば特許文献２参照）。しかし、この技術では、金型まで加熱、冷却する必要があり、付帯設備が大きくなったり、熱効率が悪いという問題がある。
【０００６】
かかる従来技術の欠点を改善する方法として、本願出願人は、金型内でインサート部品を加熱することにより、樹脂と接する際のインサート部品の温度を、熱可塑性樹脂の融点もしくは軟化点以上の温度範囲内に、所定時間、コントロールすることを特徴とするインサート成形法を提案した（特許文献３）。
【特許文献１】特開平１−３１０９２４号公報
【特許文献２】特開平１１−１０５０７６号公報
【特許文献３】特開２００４−２４９６８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献３の手法によれば、インサート部品−樹脂間の優れた密着性を有する射出インサート成形品が得られる。しかしながら、その後さらに研究を進めた結果、特許文献３の手法は成形効率の点で改善すべき点があることが判明した。即ち、特許文献３の手法は、樹脂と接する際のインサート部品の温度を、比較的高温である熱可塑性樹脂の融点もしくは軟化点以上の温度範囲内に、所定時間、コントロールするため、該温度範囲内のまま保温されると、成形工程の製品突き出し時に、突き出し力によって変形または破壊に至る場合があった。従って、樹脂の射出充填が完了し、所定時間経過した後には、速やかにインサート成形品の温度を熱可塑性樹脂の融点もしくは軟化点以下にまで下げる必要があるが、従来提案されている一般的な冷却手法である水あるいは油、放熱等による冷却では冷却時間が長くかかり効果が少ないと共に効率的でない。また、その他の特殊な冷却法では設備やコストの点で問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記従来技術の問題を解決し、インサート部品−樹脂間の優れた密着性を確保すると共に成形サイクルを向上させた射出インサート成形品の製造方法を開発すべく検討した結果、特定の金型を使用すると共に、特定の冷却手段を採用することが有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち本発明は、インサート部品を熱可塑性樹脂により包埋する射出インサート成形品の製造方法において、表面処理され十点平均表面粗さＲｚが５μｍ以下の金型を使用すると共に、インサート部品保持駒の温度を、熱可塑性樹脂の降温結晶化温度（Ｔｃ）以上の温度範囲として樹脂を射出充填し、次いで空気中の水分が結露状態あるい水分が固化し氷結状態にある低温空気を用いてインサート部品保持駒を１５０℃以下に急冷却した後、インサート成形品を金型から取り出すことを特徴とする射出インサート成形品の製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、従来手法よりも短い成形サイクルで射出インサート成形品を製造することが可能になる。また、従来手法よりも比較的低温の加熱でインサート部品−樹脂間の優れた密着性を確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
［インサート部品］
本発明で使用するインサート部品は、材質には特に制限はなく、金属製でもセラミック製、炭素製、その他の無機物製などの非金属製でもよい。
【００１２】
金属製インサート部品は、材質には特に制限はなく、銅、アルミ、鉄などの金属、燐青銅、ステンレスなどの合金、異種金属の貼合わせ体、これらのメッキ処理品などが挙げられる。ステンレスは、マルテンサイト系、オーステナイト系などが挙げられる。
【００１３】
インサート部品の形状には、特に制限はなく、一つのインサート部品の両端が成形品の外部に露出あるいは突出しているもの、例えば電気・電子部品の端子などが挙げられる。
【００１４】
尚、前記特許文献３の手法の場合は、金属製インサート部品が、成形品の外部に露出していない場合には、金属インサート部品の両端部に無接点給電などにより通電して、電気的に加熱したり、非金属製のインサート部品の場合には、上記の両端が成形品の外部に露出している形状にして、端部、好ましくは両端部を発熱体に嵌め込むなどして接触させ、伝熱により加熱できる構造とするなどというインサート部品形状によっては成形が困難となることがあったが、本発明の手法であれば、インサート部品が成形品の外部に露出していない場合も何ら問題なく成形することが可能である。
【００１５】
インサート部品は、表面を粗化処理して樹脂との密着を良くするようにしてもよい。粗化処理の程度は、十点平均粗さ（Ｒｚ）で表して、８以上、好ましくは８〜１５、特に１０以上である。粗化処理は、磨きによっても、メッキやエッチングなどにより多孔質状にして得てもよい。
［インサート部品保持駒の加熱］
インサート部品保持駒の加熱温度は、熱可塑性樹脂の降温結晶化温度（Ｔｃ）以上の温度範囲とすれば、十分なインサート部品−樹脂間の密着性が得られる。製造工程の面から、加熱温度は上記範囲内でできるだけ低温が好ましく、（Ｔｃ＋１０℃）〜（Ｔｃ＋５０℃）の温度範囲であることが好ましい。熱可塑性樹脂の降温結晶化温度（Ｔｃ）よりも低すぎる場合には、樹脂とインサート部品の密着性が低下し、余りに高すぎる場合には、樹脂が変質したり分解したりして樹脂とインサート部品の密着性が低下するので好ましくない。
【００１６】
本発明によれば、前記特許文献３（特開２００４−２４９６８１号）の「樹脂の融点もしくは軟化点以上の温度範囲内」よりも低温域での加熱で十分な密着性が得られる。
【００１７】
インサート部品保持駒の加熱時間は、樹脂の射出前２．０秒以内〜金属インサート部品の周囲に充填されるまでの間である。
【００１８】
樹脂がインサート部品の周囲に充填される前に、インサート部品保持駒の温度が上記温度より低下すると、樹脂とインサート部品との間の密着が不十分になりやすいという問題がある。
【００１９】
本発明に用いるインサート部品保持駒は高熱伝導タイプのものが好ましい。具体的には、ＳＵＳ４２０Ｊ２等のステンレス鋼、Ａ７０７５等のアルミ合金、ベリリウム銅（ＢｅＡ２５、ＢｅＡ２７５Ｃ）等の析出硬化型銅合金、ＺＡＳ等の亜鉛合金が挙げられる。耐蝕耐磨性からＳＵＳ４２０Ｊ２等のステンレス鋼が好ましい。
【００２０】
本発明では、インサート部品保持駒の回りを断熱板で断熱処理しておくのが好ましくい。断熱板としては、ガラス強化ポリエステル、ガラスエポキシ積層板、フェノール樹脂等が挙げられる。また、エアキャップ等の断熱層であっても構わない。
［加熱方法］
金属製、非金属製を問わず、インサート部品保持駒を発熱体に接触させ、伝熱等により加熱する。
【００２１】
発熱体により加熱する方法としては、金型と電気絶縁されたヒータ、電磁誘導加熱ヒータ又は熱媒体により加熱する方法が挙げられる。金型と電気絶縁されたヒータにより加熱する方法としては、シース線ヒータなどを金型内に埋め込んだり、ヒータの埋め込まれた加熱板を金型表面に取り付ける方法などが例示される。
【００２２】
熱媒体により加熱する方法としては、金型内に熱媒体流路を設け、所定の温度の熱媒体を外部から供給し、排出させる方法が挙げられる。熱媒体としては、特に制限はなく、油、水、空気、窒素、燃焼ガスなどの流体が挙げられ、蒸気の場合には液体への凝縮伝熱でもよい。
［成形品及び金型］
本発明で用いられるインサート部品及びインサート成形品の形状の一例を、図２及び３に示す。
【００２３】
図１は、本発明の手法によりインサート成形品を製造するためのインサート部品保持駒の一例を示す図である。
【００２４】
加熱部品（棒ヒータ）３は、インサート保持駒を所定温度に昇温させるヒータである。
【００２５】
流路２は、空気中の水分が結露状態あるい水分が固化し氷結状態にある低温空気を通過させ、氷分の融解熱あるいは水分の気化熱によって金属インサート部品が接する金属インサート部品保持駒を冷却させる低温空気の流路である。
【００２６】
流路２の出口からは、低温空気中の水分がインサート保持駒の熱によって蒸発気化したスチームとして排出され、大気中への放出であっても、排出配管としても構わない。
【００２７】
本発明に用いるインサート部品保持駒には、図１に示すように断熱板４を設けるのが好ましい。断熱板４はインサート部品保持駒の周辺を断熱するもので、エアキャップ等の断熱層であっても構わない。
【００２８】
また、本発明に使用する金型は、表面処理がなされていない場合、樹脂が金型や保持駒に密着してしまい、離型不良が発生するため、表面処理され十点平均表面粗さＲｚが５μｍ以下のものであることが必要である。インサート部品保持駒も同様であることが好ましい。表面処理の方法としては、ダイヤモンド状炭素被膜（ＤＬＣ）、ＣｒＮ、Ｃｒメッキ等の表面処理により表面粗さが上記範囲内になれば、何れの表面処理でも良いが、耐蝕耐磨性等からダイヤモンド状炭素被膜による表面処理が好ましい。
［樹脂］
インサート成形で使用する樹脂としては、インサート成形に使用することが可能な樹脂であれば制限はないが、熱可塑性樹脂が好ましい。これらは、結晶性樹脂、非結晶性樹脂、生分解性樹脂、非生分解性樹脂、合成樹脂、天然産製樹脂、汎用樹脂、エンジニアリング樹脂、ポリマーアロイ等、いずれの種類の樹脂でもよい。
【００２９】
熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ−４−メチル−ペンテン−１等ポリオレフィン、ポリスチレン（ＰＳ）、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、（メタ）アクリル樹脂、セルロース系樹脂、エラストマー等が挙げられる。
【００３０】
エンジニアリング樹脂としては、ナイロン６、同６，６、同１２、同６，１２のような各種脂肪族ポリアミドまたは芳香族ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）のような芳香族ポリエステル樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＯ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリスルフォン（ＰＳｕ）、ポリイミド（ＰＩ）、各種液晶ポリエステル、弗素樹脂等が挙げられる。更にエラストマーを含有させることにより、気密性が向上し、より好ましい。
【００３１】
特にエラストマーを含有するポリフェニレンサルファイド樹脂組成物は、本発明の効果が顕著であり、好ましく用いられる。
【００３２】
エラストマーとしては、熱可塑性樹脂の溶融加工時に著しい分解等が起こらない耐熱性を有するものであれば何れのものも含有させることが可能であるが、耐熱性の面から、エチレン共重合体が好ましい。
【００３３】
エチレン共重合体としては、エチレンとα，β−不飽和酸のグリシジルエステルを主体としたエチレン共重合体、エチレンとα，β−不飽和酸のアルキルエステルを主体としたエチレン共重合体、エチレンと炭素数５以上のα−オレフィンとのエチレン共重合体等が挙げられる。これらのエチレンエチレン共重合体に、アクリル酸、アクリル酸メチル、メタクリル酸、アクリロニトリル、スチレン等の第三成分を分岐又は架橋構造的に化学結合させたグラフト共重合体でもかまわない。
【００３４】
エラストマーの含有量としては、組成物全体の１〜１５重量％を占める量が好ましい。
【００３５】
その他、脂肪族ジカルボン酸、脂肪族ジオール、脂肪族ヒドロキシカルボン酸もしくはその環状化合物からの脂肪族ポリエステル、さらにはこれらがジイソシアネートなどにより分子量が増加した脂肪族ポリエステル等の生分解性樹脂などであってもよい。
上記樹脂には、各種の樹脂添加剤や充填剤を含んでいてもよい。
［成形方法］
樹脂の充填は、インサート部品保持駒が前記所定の温度範囲に到達した後、開始されることが好ましく、充填中は所定の温度範囲内に保持されることが好ましい。前記所定の温度範囲に到達する前や、所定の温度範囲内に保持される時間が短すぎると、樹脂とインサート部品との間の密着が不十分になりやすい。
［冷却工程］
成形品の冷却工程では、前述の通り、流路に、空気中の水分が結露状態あるい水分が固化し氷結状態にある低温空気を通過させ、氷分の融解熱あるいは水分の気化熱によってインサート部品が接するインサート部品保持駒を冷却する。
【００３６】
本発明では、氷分の融解熱あるいは水分の気化熱によってインサート保持駒及び成形品の温度を瞬時に低下させることができる。
［用途］
本発明により得られたインサート成形品は、電機・電子部品、自動車部品等に広く使用することができる。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例１
図１に示す流路を有するインサート部品保持駒に、図２に示す金属インサート部品をセットし、金型を閉めた後、直ちにインサート部品保持駒温度を金型母型温度；８０℃から所定温度；２４５℃まで１．９秒で昇温し、下記条件で樹脂を射出成形することにより図３のようなインサート成形品を得た。
【００３８】
樹脂としては、ポリプラスチック（株）製、ベクトラＡ４６０（融点２８０℃、降温結晶化温度（Ｔｃ）２１０℃）を使用した。尚、降温結晶化温度（Ｔｃ）は、示差走査熱量分析装置（パーキンエルマー社製ＤＳＣ７）にて、２０℃／分の昇温条件で測定した。
［成形条件］
金型母型及びインサート部品保持駒の表面処理；鋼材ＳＵＳ４２０Ｊ２上に、ＤＬＣを厚み１．０μｍにコーティング処理した。表面粗さは、樹脂流動方向；Ｒｚ２．５μｍ、Ｒａ０．２５μｍ、樹脂流動直角方向Ｒｚ２．５μｍ、Ｒａ０．２５μｍである。
【００３９】
成形品形状；幅１０ｍｍ×長さ１０ｍｍ×高さ３ｍｍ（図３参照）
成形機；ソディックプラステック（株）製ＴＲ４０ＶＲ
金属インサート部品；銅製リードフレーム（詳細については図２参照）
断熱板；ガラスエポキシ積層板
金型温度；金型母型は８０℃
射出成形時のインサート部品保持駒温度；２４５℃
射出成形前のインサート部品保持駒加熱時間；１．９秒
射出時間（保圧時間を含む）；３秒
射出速度；２００ｍｍ／秒
保圧；１００ＭＰａ
冷却時のインサート部品保持駒冷却媒体；空気中の水分が結露状態にある極低温圧縮空気−３０℃、５ＭＰａを流路２に流す。
【００４０】
成形品を金型から取り出す際に、変形又は破壊が発生しない最短成形サイクルは９秒であった。成形した得たインサート成形品を成形後４８時間以上常温下に放置した後、下記気密試験を行い、インサート部品−樹脂間の気密性を評価した。評価結果を表１に示す。
［気密性評価］
インサート成形品を図４に示す装置にセットし、評価装置全体を水の中に入れた後、配管によりエアー加圧を行い、成形品のインサート部品と樹脂の界面からのエアー（気泡）の漏れが発生する最大のエアー圧力を測定した。エアー圧力の数値が大きいほど、気密性が高いことになる。
実施例２
母型金型とインサート部品保持駒の間に断熱板を使用しない以外は実施例１と同様にして成形した。
実施例３
冷却時のインサート部品保持駒冷却媒体として、空気中の水分が氷結状態にある低温圧縮空気０℃、５ＭＰａを流路２に流した以外は実施例２と同様にして成形した。
実施例４
射出成形時のインサート部品保持駒温度を２１０℃にした以外は実施例１と同様にして成形した。
比較例１
射出成形時のインサート部品保持駒温度を２００℃にした以外は実施例１と同様にして成形した。
比較例２
冷却時のインサート部品保持駒冷却媒体として、常温２３℃、５ＭＰａの空気を流路２に流した以外は実施例２と同様にして成形した。
実施例５
樹脂として、ポリフェニレンサルファイド樹脂（（株）クレハ製、310℃、ズリ速度1200sec-1での溶融粘度が140Pa・ｓ）５０重量％とガラス繊維４０重量％及びエチレン／グリシジルメタクリレート共重合体にアクリロニトリル／スチレン共重合体をグラフト結合させた重合体（日本油脂（株）製、モディパーＡ４４００）１０重量％からなる樹脂組成物（融点２８０℃、降温結晶化温度（Ｔｃ）２４０℃）を使用し、母型金型温度を１４０℃、射出成形時のインサート部品保持駒温度を２６０℃にした以外は実施例１と同様にして成形した。
実施例６
樹脂として、ポリフェニレンサルファイド樹脂（（株）クレハ製、310℃、ズリ速度1200sec-1での溶融粘度が140Pa・ｓ）６０重量％とガラス繊維４０重量％からなる樹脂組成物（融点２８０℃、降温結晶化温度（Ｔｃ）２４０℃）を使用し、母型金型温度を１４０℃、射出成形時のインサート部品保持駒温度を２６０℃にした以外は実施例１と同様にして成形した。
【００４１】
これらの最短成形サイクル、気密性評価結果を表１に示す。
【００４２】
【表１】
2008132756.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は本発明に使用するインサート部品保持駒の１例を示す図で、(a) は保持下駒の上面図、(b) は同じく側面断面図、(c) は保持上駒の上面図、(d) は同じく側面断面図である。
【図２】図２は本発明に使用するインサート部品の１例を示す図である。
【図３】図３は本発明により得られるインサート成形品の１例を示す図であり、(a) 上面図、(b) は下面図、(c) は側面図、(d) は側面断面図である。
【図４】図４は気密性評価の状況を示す模式図であり、(a) は略示断面図、(b) は略示斜視図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  インサート部品位置決めピン
２  冷却エアー流路
３  棒ヒータ
４  断熱板
５  インサート部品保持ピン
６  インサート成形品
７  圧縮エアー挿入孔
８  エアー漏れ測定箇所
【図１】
2008132756.tif 000004
【図２】
2008132756.tif 000005
【図３】
2008132756.tif 000006
【図４】
2008132756.tif 000007