JP7721055B2 - 二色成形による樹脂接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、二色成形による樹脂接合方法に関する。

特許文献１は、黒色の合成樹脂を金型内にて射出成形して作られた１次成形品を不図示の金型内に納め、灰色の合成樹脂からなる２次成形材料を射出成形する二色成形法において、１次成形品に内奥部が出口部より広げた溝を設けて１次成形品と２次成形品とを剥離しにくく強固に結合させることが記載されており、内奥部が出口部より広げた溝の形状は第４図～第１１図に記載されている。

しかし、この特許文献１においては、１次成形品を不図示の金型で成形するとしても、１次成形品（本願の樹脂成形品）に内奥部が出口部より広げた溝（本願の凹所）が形成されるように成形する金型を簡単に製造して、その金型から成形された樹脂成形品を二色成形に用いて樹脂の結合性を高めることが望まれる。

特開昭５７－１８９８３４号公報

本発明は、二色成形に用いて樹脂層との結合性を高める樹脂接合方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項1に記載の二色成形による樹脂接合方法は、金属材でできたコアとキャビティの少なくとも一方の表面にパルス状のレーザ光を走査して先端の断面積が大きな複数個の突起部材を形成した樹脂成形用金型を用意し、前記樹脂成形用金型のコアとキャビティとを閉じて、前記複数個の突起部材を有する空間部に熱可塑性樹脂を射出成形して前記複数個の突起部材によりアンカ形状の複数個の凹所が形成された樹脂成形品からなる１次成形品を得て、前記１次成形品を二色成形用金型にセットして２次成形用熱可塑性樹脂を前記アンカ形状の複数個の凹所に充填することにより前記１次成形品に２次成形用熱可塑性樹脂の樹脂層が形成されて、前記２次成形用熱可塑性樹脂の樹脂層が前記アンカ形状の凹所を介して前記樹脂成形品に結合された二色成形品を得ることを特徴とする。また、
本発明の請求項２に記載の二色成形による樹脂接合方法は、請求項1に記載の二色成形による樹脂接合方法において、前記樹脂成形用金型のコアとキャビティの少なくとも一方の表面にパルス状のレーザ光を走査して前記表面に先端の断面積が大きな複数個の突起部材を形成する前記パルス状のレーザ光をレーザ光Lとして、コアやキャビティの金属材の熱拡散係数に基づきレーザ光Ｌの走査周波数ｈ、レーザ光Ｌのパルス幅ｔおよびレーザ光Ｌの走査速度ｖからなる式（１）で表わされる係数Ｒを特定することをレーザ光の走査要件として、前記係数Ｒが０．１～１．０を満たすレーザ光Ｌを前記コアやキヤビティの表面に沿った方向に走査させながら照射することを特徴とする請求項１に記載の二色成形による樹脂接合方法。
Ｒ＝２ｈ√ｋｔ／ｖ・・・式（１）
（ここで、式（１）中、ｈはレーザ光の走査周波数、√ｋｔにおけるｋは樹脂成形用金型のキャビティやコアを構成する金属材の熱拡散係数、√ｋｔにおけるｔはレーザ光のパルス幅、ｖはレーザ光の走査速度である。）

本発明は、樹脂成形用金型の金属材でできたコアとキャビティの少なくとも一方の表面にパルス状のレーザ光を走査して先端の断面積が大きな複数個の突起部材を形成した樹脂成形用金型を用意しているので、前記樹脂成形用金型を用いて、アンカ形状の複数個の凹所が形成された樹脂成形品を１次成形品とすることができ、二色成形金型により２次成形用樹脂を樹脂層として前記１次成形品に積層することにより、２次成形樹脂が前記アンカ形状の複数個の凹所に結合された二色成形品を得るので、二色成形による樹脂接合方法において前記１次成形品と前記２次成形用樹脂の樹脂層との結合性を高めることができる。

本発明の突起部材が形成された樹脂成形用金型の概要を示す断面図である。 本発明の突起部材を樹脂成形用金型のコアに形成する状態を示す断面図である。 本発明の樹脂成形用金型を用いて樹脂成形品を製造する製造工程図である。 本発明の樹脂成形用金型を閉じて樹脂成形品用樹脂を充填する状態を示す樹脂成形用金型の断面図である。 本発明の樹脂成形用金型に樹脂成形品用樹脂を充填して軟化状態の樹脂成形品を金型内に留めて樹脂成形用金型を開いた樹脂成形用金型の断面図である。 本発明の樹脂成形用金型を開いて樹脂成形品を得る樹脂成形用金型の断面図である。 本発明の樹脂成形用金型により得られた樹脂成形品を示す断面図である。 図７に記載の樹脂成形品に樹脂層を積層した二色成形品を得る二色成形金型の断面図である。 図８に記載の二色成形金型により得られた二色成形品を示す断面図である。

（樹脂成形用金型）
図１は、本発明の突起部材が形成された樹脂成形用金型を示す。

図１において、１は樹脂成形用金型であり、コア１Ａとキャビティ１Ｂとを有する。コア１Ａとキャビティ１Ｂとは、何れも金属材でできており、コア１Ａの表面には先端の断面積が大きな突起部材１１が複数個形成されており、キャビティ１Ｂにはノズル孔１２が形成されている。コア１Ａは図示しないが金型開閉駆動装置により上下に可動される可動型で、キャビティ１Ｂは可動せずに固定された固定型であり、コア１Ａとキャビティ１Ｂとは閉じられて、樹脂成形用金型１が閉じられた状態となって、空間部１Ｃが形成されている。この空間部１Ｃにノズル孔１２から樹脂成形品用樹脂（本願においては熱可塑性樹脂を例示）が射出して充填される。また、コア１Ａとキャビティ１Ｂとは閉じられることにより、空間部１Ｃには、コア１Ａの表面に形成された突起部材１１の先端はキャビティ１Ｂに対面して配置しているが、先端の断面積が大きな突起部材１１はコア１Ａの表面に代えてキャビティ１Ｂの表面若しくはコア１Ａとキャビティ１Ｂの表面に形成されていてもよい。また、突起部材１１は複数個形成されていることを図示するが、１個であってもよい。

（突起部材の形成）
図２は、本発明の突起部材を樹脂成形用金型のコアに形成する状態を示す。

図２において、金属材のコア１Ａの表面に沿った方向（Ｘ方向）にパルス状のレーザ光Ｌを走査させて、コア１Ａの表面に先端の断面積が大きな突起部材１１が形成される状態を示す。コア１Ａの表面に先端の断面積が大きな突起部材１１が形成されるには、発明者が研究してきたレーザ光の利用により行う。このレーザ光は、コア１Ａの金属材の熱拡散係数に基づきパルス状のレーザ光Ｌの走査周波数ｈ、レーザ光Ｌのパルス幅ｔおよびレーザ光Ｌの走査速度ｖからなるレーザ光Ｌの走査要件を特定しており、その走査要件を満たすパルス状のレーザ光Ｌをコア１Ａの表面に沿った方向に走査させながら照射することによりコア１Ａの表面に先端の断面積が大きな突起部材１１が形成される。

上記レーザ光の走査要件は下記式（１）で表わされる係数Ｒを特定して、係数Ｒが０．１～１．０を満たすパルス状のレーザ光Ｌをコア１Ａの表面に沿った方向に走査させながら照射することによりコア１Ａの表面に先端の断面積が大きな突起部材１１が形成される。
Ｒ＝２ｈ√ｋｔ／ｖ・・・（１）
（ここで、式（１）中、ｈはレーザ光の走査周波数、√ｋｔにおけるｋは樹脂成形用金型のキャビティやコアを構成する金属材の熱拡散係数、√ｋｔにおけるｔはレーザ光のパルス幅、ｖはレーザ光の走査速度である。）

この場合、図示しないが、コア１Ａに代えて樹脂成形用金型１のキャビティ１Ｂに若しくはコア１Ａとキャビティ１Ｂの表面に上記特定した走査要件によりパルス状のレーザ光Ｌを走査してキャビティ１Ｂの表面若しくはコア１Ａとキャビティ１Ｂの表面に先端の断面積が大きな突起部材１１を形成してもよい。

（樹脂成形用金型に形成される突起部材の確認）
式１において、コア１Ａの金属材の熱拡散係数ｋが６．６１ｍｍ２／ｓｅｃであって、走査周波数ｈが５０Ｈｚ、走査速度Ｖが１５０ｍｍ／ｓｅｃおよびパルス幅ｔが１００ｓｅｃとして係数Ｒが０．５４２で、レーザ光Ｌをコア１Ａの表面にＸ方向に走査すると、コア１Ａの表面には先端の断面積が大きな突起部材１１が形成されたが、同じ走査周波数ｈおよびパルス幅ｔで走査速度Ｖが７０ｍｍ／ｓｅｃとし係数Ｒが１．１６１でレーザ光Ｌを走査すると、コア１Ａの表面に突起部材１１は形成されるが、その先端の断面積は大きくはなかった。また、走査周波数ｈが１００Ｈｚ、走査速度Ｖが１０００ｍｍ／ｓｅｃおよびパルス幅ｔが２７．６ｓｅｃとし係数Ｒが０．０８５でレーザ光Ｌを走査すると、コア１Ａの表面に突起部材は形成されなかった。このように、コア１Ａの金属材の熱拡散係数ｋに基づきパルス状のレーザ光Ｌの走査周波数、レーザ光Ｌのパルス幅およびレーザ光Ｌの走査速度からなるレーザ光Ｌの走査要件を特定することが、コア１Ａの表面に先端の断面積が大きな突起部材１１が形成されることに重要な走査要件であり、レーザ加工として有用であることが立証できた。

（樹脂成形用金型による樹脂成形品の製造）
図３～図７を参照して、樹脂成形用金型を用いて樹脂成形品の製造を説明する。

図３は、樹脂成形用金型を用いて樹脂成形品を製造する製造工程図を示す。図３において、その製造工程は、加熱された樹脂成形用金型１に樹脂成形品用樹脂を充填する溶融樹脂充填工程９１と、充填した溶融樹脂１００Ａが樹脂成形用金型１を冷却する過程で固化される前の軟化した状態でその軟化した樹脂をキャビティ１Ｂに残存させたままコア１Ａの突起部材１１から切り離す分離工程９２と、キャビティ１Ｂに残存した溶融樹脂１００Ａを固化させてキャビティ１Ｂから取り出す冷却工程９３とからなる。

図４は、図１に記載の樹脂成形用金型１を溶融樹脂充填工程９１に用いる閉じられた状態の樹脂成形用金型１を示す。図４において、樹脂成形用金型１は図１に記載の通り、金属材でできたコア１Ａと金属材でできたキャビティ１Ｂとを有する射出成形金型であり、コア１Ａは金型開閉駆動装置（図示せず）に上下に可動する型であり、キャビティ１Ｂはノズル孔１２を有する固定された型であり、キャビティ１Ｂの上面には樹脂成形品用樹脂をコア１Ａとキャビティ１Ｂとからなる空間部１Ｃにノズル孔１２を介して射出し充填するノズル２が設けられている。３はコア１Ａに遊嵌して上下動される保持部材で、その先端は空間部１Ｃに露出している。コア１Ａとキャビティ１Ｂとが閉じられ、樹脂成形用金型１が閉じられて形成された空間部１Ｃにコア１Ａの表面からキャビティ１Ｂ方向に延出した先端の断面積が大きな突起部材１１が配置されており、コア１Ａとキャビティ１Ｂとが加熱されることによりこの空間部１Ｃは加熱され、樹脂成形品用樹脂がノズル２からノズル孔１２を介してこの加熱された空間部１Ｃに射出し充填されて溶融している。このように溶融樹脂充填工程９１では、樹脂成形品用樹脂が加熱された樹脂成形用金型１に充填されることにより溶融状態になる。この樹脂成形品用樹脂の素材は、加熱された樹脂成形用金型１に充填されることにより溶融し冷却過程で軟化状態となる樹脂であればよい。その樹脂としては、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ樹脂）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ樹脂）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ樹脂）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、ポリエチレン樹脂（ＰＥ樹脂）、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ樹脂）、ナイロン６６（ＰＡ６６）などのポリアミド樹脂（ＰＡ樹脂）、液晶ポリマー（ＬＣＰ樹脂）、変性ポリフェニレンエーテル樹脂（変性ＰＰＥ樹脂）、リアクター型軟質ポリプロピレン系樹脂（メタロセン系リアクター型ＴＰＯ樹脂）などの熱可塑性樹脂が例示でき、この熱可塑性樹脂においては、炭素繊維やガラス繊維やタルクなどの補強材、難燃化材、劣化防止剤、エラストマー成分などから少なくともひとつを選択して配合された熱可塑性樹脂、例えば、炭素繊維が配合された炭素繊維強化熱可塑性樹脂（ＣＦＲＴＰ）であってもよい。

図５は、分離工程９２において、樹脂成形品用樹脂が溶融状態になるように加熱された樹脂成形用金型１が冷却される過程で、コア１Ａが矢印方向に下降して軟化状態の溶融樹脂１００Ａがキャビティ１Ｂから切り離されるようにコア１Ａとキャビティ１Ｂとが開いた樹脂成形用金型１を示す。図５において、コア１Ａが矢印方向に下降する際、軟化状態の溶融樹脂１００Ａはコア１Ａから突出している保持部材３で落下しないように保持されている。このように加熱された樹脂成形用金型１が冷却される過程でキャビティ１Ｂから切り離されて軟化状態の溶融樹脂１００Ａとなり、コア１Ａの複数個の突起部材１１により溶融樹脂１００Ａには下面に連通したアンカ形状の凹所１０１が複数個形成されている。

図６は、冷却工程９３において、樹脂成型用金型１を開いて樹脂成形品１００を得る状態を示す。図６において、軟化状態の溶融樹脂１００Ａが冷却されて固化された樹脂成形品１００となり、コア１Ａから突出していた保持部材３の先端がコア１Ａの上面位置まで下降して、樹脂成形用金型１から樹脂成形品１００が得られ、図７に示すように、樹脂成形品１００の内部にはコア１Ａの突起部材１１による凹所１０１が複数個形成されており、それぞれの凹所１０１は樹脂成形品１００の下面に連通したアンカ形状となっている。

（樹脂成形用金型の二色成形への利用）
図８および図９を参照して樹脂成形用金型１で得られた樹脂成形品１００を１次成形品とし、２次成形用樹脂を樹脂層２００として１次成形品の樹脂成形品１００に積層する二色成形を説明する。

図８は、二色成形金型１０を示し、その二色成形金型１０はコア１０Ａとキャビティ１０Ｂとを有する射出成形金型であり、コア１０Ａは金型開閉駆動装置（図示せず）により上下に可動する型であり、キャビティ１０Ｂは固定された型で上方に２次成形用樹脂をコア１０Ａとキャビティ１０Ｂとからなる空間部１０Ｃに射出して充填するノズル２０が設けられている。図８において、図７に記載の樹脂成形品１００を上下逆にして、アンカ形状で凹所１０１が上面に連通された状態の樹脂成形品１００をコア１０Ａにセットし、樹脂成形品１００の上面がキャビティ１０Ｂに対面されるようにして、二色成形金型１０を閉じて樹脂成形品１００とキャビティ１０Ｂとの間の空間部１０Ｃにノズル２０から２次成形用樹脂を射出し充填して２次成形用樹脂が樹脂成形品１００の上面に連通された部位からアンカ形状の凹所１０１に入り込んで固化されて、樹脂層２００が樹脂成形品１００に積層され、図９に示すように、樹脂層２００が樹脂成形品１００に結合して積層された二色成形品３００が得られる。このようにして得られた二色成形品３００は樹脂層２００が樹脂成形品１００の上面に連通された部位からアンカ形状の凹所１０１に樹脂成形品１００が入り込んで、アンカ効果により、樹脂成形品１００と樹脂層２００との結合を高めた二色成形品３００となっているので、結合性の低い樹脂材の二色成形であっても結合性を高めることができる。この場合、樹脂成形品１００の凹所１０１は樹脂成形品１００の上面のみに連通するように形成されて、樹脂層２００が樹脂成形品１００の上面に積層されていることを図示するが、コア１０Ａおよびキャビティ１０Ｂの表面に沿った方向にパルス状のレーザ光Ｌを走査させて、図示しないが、コア１Ａとキャビティ１Ｂの表面に先端の断面積が大きな突起部材１１が形成された樹脂成形用金型１を用いることにより、両面に凹所１０１が形成された樹脂成形品１００を得て、この樹脂成形品１００を二色成形金型１０内にセットして、樹脂成形品１００の両面に２次成形用樹脂を射出して成形すれば、樹脂成形品１００の両面にアンカ効果により結合性を高めた樹脂層２００が積層された二色成形品３００が得られる。このようにして樹脂成形用金型１は、コア１Ａとキャビティ１Ｂの少なくとも一方の表面に先端の断面積が大きな突起部材１１が形成されているので、樹脂成形用金型１で成形された樹脂成形品１００を１次成形品とし、２次成形用樹脂を樹脂層２００として積層する二色成形に用いて樹脂成形品１００と樹脂層２００との結合性を高めることができる。

本発明は樹脂成形用金型で得られた樹脂成形品を二色成形工程に利用できる。

１ 樹脂成形用金型
１Ａ コア
１Ｂ キャビティ
１Ｃ 空間部
１１ 突起部材
１２ ノズル孔
２ ノズル
３ 保持部材
１００ 樹脂成形品
１０１ 凹所
１０ 二色成形金型
１０Ａ コア
１０Ｂ キャビティ
２００ 樹脂層２００
３００ 二色成形品

Claims (2)

1. 金属材でできたコアとキャビティの少なくとも一方の表面にパルス状のレーザ光を走査して先端の断面積が大きな複数個の突起部材を形成した樹脂成形用金型を用意し、前記樹脂成形用金型のコアとキャビティとを閉じて、前記複数個の突起部材を有する空間部に熱可塑性樹脂を射出成形して前記複数個の突起部材によりアンカ形状の複数個の凹所が形成された樹脂成形品からなる１次成形品を得て、前記１次成形品を二色成形用金型にセットして２次成形用熱可塑性樹脂を前記アンカ形状の複数個の凹所に充填することにより前記１次成形品に２次成形用熱可塑性樹脂の樹脂層が形成されて、前記２次成形用熱可塑性樹脂の樹脂層が前記アンカ形状の凹所を介して前記樹脂成形品に結合された二色成形品を得ることを特徴とする二色成形による樹脂接合方法。
2. 前記樹脂成形用金型のコアとキャビティの少なくとも一方の表面にパルス状のレーザ光を走査して前記表面に先端の断面積が大きな複数個の突起部材を形成する前記パルス状のレーザ光をレーザ光Lとして、コアやキャビティの金属材の熱拡散係数に基づきレーザ光Ｌの走査周波数ｈ、レーザ光Ｌのパルス幅ｔおよびレーザ光Ｌの走査速度ｖからなる式（１）で表わされる係数Ｒを特定することをレーザ光の走査要件として、前記係数Ｒが０．１～１．０を満たすレーザ光Ｌを前記コアやキヤビティの表面に沿った方向に走査させながら照射することを特徴とする請求項１に記載の二色成形による樹脂接合方法。
   Ｒ＝２ｈ√ｋｔ／ｖ・・・式（１）
   （ここで、式（１）中、ｈはレーザ光の走査周波数、√ｋｔにおけるｋは樹脂成形用金型のキャビティやコアを構成する金属材の熱拡散係数、√ｋｔにおけるｔはレーザ光のパルス幅、ｖはレーザ光の走査速度である。）