JP7428512B2 - 成形体、複合成形体および複合成形体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、成形体、複合成形体および複合成形体の製造方法に関する。

近年、自動車、電気製品、産業機器等をはじめとした分野では、二酸化炭素の排出量削減、製造コストの削減等の要請に応えるため、金属成形体を樹脂成形体に置き換える動きが広がっている。それに伴い、一の樹脂成形体と他の樹脂成形体または金属成形体等とを強固に一体化する技術の提供が求められる。

特許文献１は、一の樹脂成形体と他の成形体とを一体化して複合成形品を製造する方法を開示する。この方法は、繊維状無機充填剤を含有する樹脂成形品に樹脂の一部除去を行い、側面から無機充填剤が露出された溝を形成して溝付き樹脂成形体を得た後、溝付き樹脂成形体の溝を有する面を接触面として他の成形体と一体化する。溝付き樹脂成形体を得る際、樹脂の一部除去は、レーザ照射によって行われる。この方法によると、溝で露出する無機充填剤が溝付き樹脂成形体及び他の成形体の破壊を抑えるアンカーの役割を果たし、結果として複合成形体の強度を著しく高めることができる。

また、特許文献２では、第１成形体に溝を形成するにあたって、溝を凹部、溝間を凸部として、第２樹脂の流動体が射出された方向の凸部、凹部等の溝の形状を規定することにより、複合成形体の接合強度を向上させる技術が提案されている。

特許２０１５－９１６４２号公報 特許第６３６６８６１号公報

このような溝付き第１成形体を使用する複合成形体では、非常に接合強度を向上させることができたが、溝の形状、大きさによっては、射出成形時に空気を巻き込み、その空気が気泡となって複合成形体に大量に残ってしまうという問題が発生した。その気泡が多い場合には、接合強度や気密性の低下を引き起こし、さらには透明な複合成形体では外観を劣化させることにもなり、大きな課題となった。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、複合成形体の製造時に残る気泡の発生を抑制することのできる溝形状を有する第１成形体、そして気泡の発生が抑えられた複合成形体およびその複合成形体の製造方法を提供することである。

本発明者らは、下記によって上記課題を解決した。

１． 第２樹脂を射出成形により複合するための溝付き第１成形体であって、該溝が、該第２樹脂射出成形時の流動体の第１成形体に対する流動方向Ｘに対して魚の骨形状である、溝付き第１成形体。
２． 該魚の骨形状が、該流動方向Ｘに対して上流側が頭、下流側が尾となる向きである、前記１記載の溝付き第１成形体。
３． 前記溝の少なくとも３０％以上の本数の溝形成方向Ｍが、前記流動方向Ｘと、流動中心から見て該流動方向Ｘに垂直な方向Ｙ_１またはＹ_２の間にある、前記１または２記載の溝付き第１成形体。
４． 該流動体の先頭部分の法線方向Ｈと該溝形成方向Ｍとのなす角θが０°≦θ＜４５°である、前記１～３いずれかに記載の溝付き第１成形体。
５． 溝付き第１成形体と第２樹脂成形体との複合成形体であって、該溝が、魚の骨形状である、複合成形体。
６． 第１成形体に第２樹脂を射出成形し複合成形体を製造する方法であって、第１成形体に魚の骨形状の溝を形成する工程、
該魚の骨形状の溝を有する第１成形体に、魚の頭から尾の向きであって背骨方向に第２樹脂を射出成形する工程、を有する複合成形体の製造方法。

本発明によると、射出成形時に空気を巻き込み、その空気が気泡となって複合成形体に大量に残ってしまうという課題を解決し、外観の劣化を抑制し安定した接合強度を得ることができる。

本実施形態に係る第１成形体が有する溝の形状および、第１成形体上に第２樹脂の流動体を射出成形しているときの状態を示す概略模式図である。 本実施形態に係る各方向を示す模式図である。 本実施形態の好ましい例の一つである。 本実施形態の好ましい例の一つである。 本実施形態の好ましい例の一つである。 本実施形態の好ましい例の一つである。 本実施形態の好ましい例の一つである。 本実施形態の好ましい例の一つである。 本実施形態の好ましい例の一つである。 本実施形態の好ましい例の一つである。 本実施形態の好ましい例の一つである。 本実施形態の好ましい例の一つである。 比較例となる、溝が第２樹脂の流動方向Ｘのみである試料の結果を示す写真である。 比較例となる、溝が第２樹脂の流動方向Ｘとそれに垂直なＹ_１，Ｙ_２方向のみで格子を形成している試料の結果を示す写真である。 比較例となる、溝が第２樹脂の流動方向Ｘに対して斜格子を形成している試料の結果を示す写真である。 本発明である溝が魚の骨形状を、直線のトレッドパターンで形成した試料の結果を示す写真である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。なお、説明が重複する箇所については、適宜説明を省略する場合があるが、発明の要旨を限定するものではない。

＜第１成形体＞
第１成形体は、通常使用される金属、ガラス等の無機成形体や樹脂成形体を使用することができる。
金属としては、アルミニウム、マグネシウム、ステンレス鋼、銅、チタン等を挙げることができる。金属は、金属合金から構成されてもよい。また、金属材料の表面には、陽極酸化処理等の表面処理や塗装がされていてもよい。軽量、強度の点からアルミニウム、マグネシウム、銅、チタンが好ましく、端子等の導電性が必要とされる用途においてはアルミニウム、銅がより好ましく、銅が特に好ましい。また、携帯端末筐体等の薄肉での剛性が要求される用途においてはマグネシウム、チタンが好ましく、チタンが特に好ましい。

樹脂成形体の場合の樹脂は、熱可塑性であれば、特に限定されない。好適な樹脂の例として、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等が挙げられる。樹脂に、無機充填剤であるガラス繊維等を混合した強化樹脂であっても良い。

図１は、本発明の実施形態である第１成形体１が有する魚の骨形状の溝３を示している。図１中の２は第１成形体上に射出成形される第２樹脂の流動体であり、その流動する先頭（フローフロントともいう）は、略放物線を形成している。魚の骨形状の溝３は、流動体の先頭の中心線（流動中心ＣともいいＸで示す方向に連続する）を背骨とすると、その背骨から第２樹脂の流動方向Ｘに垂直な第１成形体１の側面外側方向Ｙ_１、Ｙ_２方向に、魚の骨形状を有し傾斜している。なお、ここで背骨は必ずしも必要ではない。魚の骨形状は、流動方向Ｘに対して上流側が頭、下流側が尾となる向きである。
魚の骨は、直線であっても曲線であっても良く、その第１成形体１の側面端部まで溝が達する連続した形状であればよい。

さらに図１の魚の骨形状は、図２で示すように溝の少なくとも３０％以上の本数の溝形成方向Ｍが、流動方向Ｘと、流動中心Ｃから見て流動方向Ｘに垂直な方向Ｙ_１またはＹ_２の間にあることが好ましい。当該の範囲を満たす方向の本数の割合は、５０％以上であることが好ましく、６０％以上であることがより好ましく、７０％以上であることがさらに好ましく、８０％以上であることが特に好ましく、９０％以上であることが最も好ましい。

図２のＡ点、Ｂ点は、第２樹脂流動体のフローフロントのＹ_１方向およびＹ_２方向の任意の２点を表している。Ａ点では、第１成形体の溝の方向Ｍ_Ａは、流動方向Ｘと側面外側方向Ｙ_１の間に形成される。同様にＢ点では、溝の方向Ｍ_Ｂは、流動方向Ｘと側面外側方向Ｙ_２の間に形成される。Ｍ_Ａ、Ｍ_Ｂは、流動方向ＸとＹ_１方向、Ｙ_２方向の間にあることから、Ｘ方向、Ｙ_１方向およびＹ_２方向とは、溝の始点付近および終点付近を除き、通常は一致しない。

さらに溝の方向Ｍは、第２樹脂の流動体のフローフロントの法線方向Ｈと該溝形成方向Ｍとのなす角θが０°≦θ＜４５°であることが好ましく、０°≦θ＜３０°であることがより好ましく、０°≦θ＜２０°であることがさらに好ましく、０°≦θ＜１５°であることが特に好ましく、０°≦θ＜１０°であることが最も好ましい。

なお、上記の通り角θは、法線方向Ｈと溝形成方向Ｍとのなす角であり、その値は絶対値として扱う。すなわち法線方向Ｈに対して溝形成方向Ｍが、時計回り方向に４５°未満の範囲にある場合、及び反時計回り方向に４５°未満の範囲にある場合のいずれをも含むものである。

図２のＡ点では、Ａ点の法線方向をＨ_Ａとすると溝の方向Ｍ_Ａは、θ_Ａの範囲に形成することが好ましい。またＢ点では、Ｂ点の法線方向をＨ_Ｂとすると溝の方向Ｍ_Ｂは、θ_Ｂの範囲に形成することが好ましい。

本発明の魚の骨形状として好ましく使用できる形状として、模式的に図３～図１２の形状を挙げることができる。図３～図９は、図１の魚の骨形状を適宜変形した溝を示している。図１０では、放射状パターンの中心部からピンゲートにより第１成形体上に第２樹脂を流動させ、同心円状に第２樹脂を流動させる場合に有効である溝を示している。図１０は、一見通常の魚の骨形状とは離れているが、中心を背骨とし第２樹脂が背骨から同心円状に流動することから、作用効果が一致しており、本発明の実施態様の一つとすることができる。

図１１では、リング形状の第１成形体をリング形状の金型に配置し（（ａ）の状態）、金型（（ｂ）の状態）の一部のゲートから第２樹脂を流動させる場合に有効である溝を示している。図１２では、リング形状に溝を形成した第１成形体の全面（（ａ）の状態）に第２樹脂を流動させる場合（（ｂ）の状態）を示している。
溝の断面形状としては、通常知られている形状を適宜選択することができ、矩形・台形・Ｖ字・Ｕ字・円弧等であることが好ましい。溝の幅は５０～２００μｍ、深さは１０～３００μｍであることが好ましい。

＜溝付き第１成形体の製造方法＞
本発明の第１成形体の溝を形成する方法は、第１成形体製造時の金型により転写し溝形成する方法、第１成形体製造後にレーザ、切削、型押し、エッチング等により溝を形成する方法等が知られているが、通常のいかなる方法も使用することができる。特にレーザによる方法は、金型の準備を必要とせず細かな溝を製造できる点から好ましい。レーザによる方法を使用する場合、第１成形体にはレーザを吸収する化合物を含有させてもよい。

さらに、複合成形体にかかる応力の方向がある程度想定できる場合は、レーザを第１成形体表面に対し、垂直に照射するだけでなく、斜めに照射することにより、応力方向に対するアンカー効果をより高めるようにして溝を形成してもよい。そして第１成形体表面に対し、垂直な溝と斜めの溝を併存させてもよい。

＜複合成形体＞
本発明の複合成形体は、第１成形体に第２樹脂成形体を結合することによって製造することができる。第１成形体への結合は、第１成形体に第２樹脂成形体を構成する第２樹脂を射出成形することによって製造することができる。

第２樹脂成形体を構成する樹脂は、熱可塑性又は熱硬化性である。第１成形体を構成する第１樹脂と、第２樹脂成形体を構成する第２樹脂とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。第１成形体、第２樹脂成形体ともに、繊維状無機充填剤を含有する樹脂成形体であってもよく、その他公知の添加剤（酸化防止剤、安定剤、紫外線吸収剤、滑剤、離型剤、可塑剤、着色剤、強化材、靱性改良剤、流動性改良剤、耐加水分解性改良剤等）を含有する樹脂成形体であってもよい。

＜複合成形体の製造方法＞
まず第１成形体を構成する第１樹脂を溶融し、所望の形状を形成する金型によって射出成形する。この時金型に凹凸を設け、溝を形成してもよい。第１成形体の製造時に溝を形成しなかった場合は、その後レーザ等によって第１成形体の第２樹脂成形体と結合する面に所望に溝を形成する。ついで、溝を形成した溝付き第１成形体を金型に配置し、そこに第２樹脂成形体を構成する第２樹脂を流動し射出成形する。第１成形体への射出成形は、通常の条件を適宜選択することができる。

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

図１３～１６に示すように、第１成形体として、ガラス繊維を４０質量％含むポリフェニレンサルファイド樹脂（ポリプラスチックス株式会社製、ジュラファイド（登録商標）１１４０Ａ６）を用いて、シリンダー温度３２０℃、金型温度１４０℃、射出速度３０ｍｍ／ｓｅｃ、保圧力６０ＭＰａにて、幅１３ｍｍ×長さ４０ｍｍ×高さ３．２ｍｍの樹脂板を作製し、１３ｍｍ×４０ｍｍの面に流動方向Ｘだけの直線状溝、流動方向に垂直および水平な格子状溝、斜格子状溝、本発明の魚の骨形状の溝を形成した。

溝は、レーザ照射により幅１００μｍ×深さ１００μｍ、溝間隔３００μｍのものを形成した（ただし、魚の骨形状の溝では、樹脂のフローフロントに合わせて溝の方向を変更している都合上、溝間隔が若干増減している箇所を有するが、ほぼ３００μｍとなるようにしている）。

次いで、当該樹脂板を１３ｍｍ×４０ｍｍ×６．４ｍｍのキャビティ内に配置し、溝を形成した面上に第２樹脂が充填されるように、キャビティの１３ｍｍ×６．４ｍｍの面の一端側から、１３ｍｍ×４０ｍｍ×３．２ｍｍの空間に向けて、１３ｍｍ×２ｍｍのフィルムゲートで第２樹脂を射出した。ここで、残っている気泡が観察しやすいように、第２樹脂として透明なポリスチレン樹脂を使用し、シリンダー温度２２０℃、金型温度４０℃、射出速度２０ｍｍ／ｓｅｃ、保圧力６０ＭＰａで、１３ｍｍ×３．２ｍｍの射出成形をした。なお図１６ではθはすべての位置において０°であった。

＜結果＞
図１３～１６は試料の結果を示す写真である。左側が光学顕微鏡による１．５倍の写真であり、右側が光学顕微鏡による８倍の写真である。白く見える部分が残った気泡部分である。

比較の試料の結果を示す図１３～１５の写真では、残った気泡が観察されている。写真で示すように、直線状溝（１）、格子状溝（２）、斜格子状溝（３）では気泡の残りがはっきりと観察されたが、図１６の本発明の魚の骨形状の溝（トレッドパターン）（４）では、気泡はまったく観察されなかった。

１ 第１成形体
２ 第２樹脂成形体
３ 溝

Ａ，Ｂ フローフロント放物線上の任意の２点
Ｃ フローフロントの円周の中心

Ｘ 第２樹脂の流動方向
Ｙ_１、Ｙ_２ Ｃから見て流動する第２樹脂流動方向Ｘに垂直な二つの方向

Ｈ_Ａ Ａ点での法線方向
Ｍ_Ａ Ａ点で形成された溝の方向
θ_Ａ Ｈ_ＡとＭ_Ａの成す角度

Ｈ_Ｂ Ｂ点での法線方向
Ｍ_Ｂ Ｂ点で形成された溝の方向
θ_Ｂ Ｈ_ＢとＭ_Ｂの成す角度

Claims (5)

1. 第２樹脂を射出成形により複合するための溝付き第１成形体であって、前記溝が、前記第２樹脂射出成形時の流動体の第１成形体に対する流動方向Ｘに対して魚の骨形状であり、
   前記魚の骨形状が、前記第１成形体の側面端部まで溝が達する連続した形状を有し、
   前記魚の骨形状が、前記流動方向Ｘに対して上流側が頭、下流側が尾となる向きである、溝付き第１成形体。
2. 前記溝の少なくとも３０％以上の本数の溝形成方向Ｍが、前記流動方向Ｘと、流動中心から見て前記流動方向Ｘに垂直な方向Ｙ_１またはＹ_２の間にある、請求項１に記載の溝付き第１成形体。
3. 前記流動体の先頭部分の法線方向Ｈと前記溝形成方向Ｍとのなす角θが０°≦θ＜４５°である、請求項２に記載の溝付き第１成形体。
4. 溝付き第１成形体と第２樹脂成形体との複合成形体であって、前記溝が、前記第２樹脂射出成形時の流動体の第１成形体に対する流動方向Ｘに対して魚の骨形状であり、
   前記魚の骨形状が、前記第１成形体の側面端部まで溝が達する連続した形状を有し、
   前記魚の骨形状が、前記流動方向Ｘに対して上流側が頭、下流側が尾となる向きであり、
   前記流動体の先頭部分の法線方向Ｈと溝形成方向Ｍとのなす角θが０°≦θ＜４５°である、複合成形体。
5. 第１成形体に第２樹脂を射出成形し複合成形体を製造する方法であって、
   前記第１成形体に魚の骨形状の溝を形成する工程と、
   前記魚の骨形状の溝を有する第１成形体に、魚の背骨方向に第２樹脂を射出成形する工程と、を有し、
   前記魚の骨形状が、前記第１成形体の側面端部まで溝が達する連続した形状を有し、
   前記魚の骨形状が、流動方向Ｘに対して上流側が頭、下流側が尾となる向きである、
   複合成形体の製造方法。

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