JP2014156100A - 金属と樹脂の一体成形品 - Google Patents
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Abstract
【課題】二色射出成形によって製造され、広い周波数帯域に亘って良好な電磁波シールド性を備えた金属と樹脂の一体成形品を提案すること。
【解決手段】金属と樹脂の一体成形品1Aでは、金属成形部3の金属材料による第1電磁波シールド特性と、金属成形部3に配合されている第1添加剤5による第2電磁波シールド特性と、樹脂成形部4に配合されている第2添加剤6による第3電磁波シールド特性とによって、全体の電磁波シールド特性が決定される。第1、第2添加剤5、6は、それぞれ別個の成形部に配合されており、相互に影響し合って、それ自身の特性が劣化することがないので、広帯域に亘って優れた電磁波シールド特性を呈する。
【選択図】図1
【解決手段】金属と樹脂の一体成形品1Aでは、金属成形部3の金属材料による第1電磁波シールド特性と、金属成形部3に配合されている第1添加剤5による第2電磁波シールド特性と、樹脂成形部4に配合されている第2添加剤6による第3電磁波シールド特性とによって、全体の電磁波シールド特性が決定される。第1、第2添加剤5、6は、それぞれ別個の成形部に配合されており、相互に影響し合って、それ自身の特性が劣化することがないので、広帯域に亘って優れた電磁波シールド特性を呈する。
【選択図】図1
Description
本発明は、二色射出成形法を用いて製造された、金属成形部および樹脂成形部が熱融着により一体化された構成の一体成形品に関する。特に、電磁波シールド性および放熱性が必要とされる部品に用いるのに適した金属と樹脂の一体成形品に関する。
車載部品、電子機器等において、パワー半導体モジュール、発光ダイオード等のマウント基板、ICパッケージ等の部品には、電磁シールド性、放熱性、剛性が要求される。また、このような部品の外周面には所定の加飾性が要求される場合もある。
特許文献1、2には、二色射出成形法を用いて、金属層および樹脂層が一体形成された構成の複合成形品を製造する方法が提案されている。特許文献1においては、所定の電磁波シールド性を備えた添加剤が混合分散された熱可塑性樹脂と、融点の低い金属を用いて複合成形品を製造することで、添加剤および金属によって所定の電磁波シールド性を備えた複合成形品を得るようにしている。
このような複合成形品においては、良好な電磁波シールド性が得られる周波数帯域に制約があり、目標とする周波数帯域、あるいは、より広範な周波数帯域で良好な電磁波シールド性を得ることが困難であるという課題がある。
電磁波シールド用樹脂にシールド性フィラーを添加する場合において、例えば、カーボンは0.1〜1000MHz帯域の電磁波シールド性に適しており、フェライトは30MHz〜40GHz帯域の電磁波シールド性に適している。したがって、双方のフィラーを樹脂に配合して、メガヘルツ帯域からギガヘルツ帯域に亘る広範な電磁波シールド性を備えた複合成形品を製造することが考えられる。
しかしながら、双方のフィラーを樹脂に配合した場合には、樹脂の中での双方のフィラーの分散性が阻害され、広範な電磁波シールド性が得られないばかりでなく、メガヘルツ帯域、ギガヘルツ帯域の双方においても十分な電磁波シールド性が得られない。電磁波が樹脂内の導電性のフィラーを通過する際には、それらの表面での反射と内部での吸収とによる減衰が与えられる。異なる特性のフィラーがこのような複雑な挙動を呈し、相互に影響を及ぼし合うことで、所期の電磁波シールド性が得られないものと推察される。
このように、従来の金属と樹脂の複合成形品では、高い周波数帯域であるギガヘルツ帯域に亘る広い周波数帯域の電磁波に対して、良好な減衰特性を確保することが容易ではない。
また、従来の複合成形品では、低い周波数帯域の電磁波に対して高い減衰特性を与えることが難しい。このため、従来では、電磁波シールド用シートを複合成形品に積層するか、あるいは、別の磁気シールド機構を併用している。
一方、複合成形品においては、放熱特性を改善する場合においても、放熱性素材からなるフィラーまたは粉末が添加剤として樹脂に配合される。この場合、複合成形品の樹脂成形部分は全体として放熱特性が付与される。このため、部分的に放熱、断熱を行うことができず、断熱が必要とされる部位に不要な熱伝導が行われてしまう等の不具合が発生するおそれがある。
本発明の課題は、このような点に鑑みて、低い帯域から高い帯域に亘る広い周波数帯域において良好な電磁波シールド性を備えた金属と樹脂の一体成形品を提案することにある。
また、本発明の課題は、広い帯域に亘る電磁波シールド性を備えていると共に、必要な部位に所望の放熱性あるいは断熱性を備えた金属と樹脂の一体成形品を提案することにある。
上記の課題を解決するために、本発明の金属と樹脂の一体成形品は、
二色射出成形によって金属成形部および樹脂成形部が熱融着されて一体化した複合成形体を備え、
前記金属成形部は、第1添加剤が混合分散された金属材料から形成され、
前記樹脂成形部は、前記第1添加剤とは異なる素材からなる第2添加剤が混合分散された熱可塑性樹脂材料から形成され、
前記金属材料は第1電磁波シールド特性を備え、
前記第1添加剤は第2電磁波シールド特性を備え、
前記第2添加剤は第3電磁波シールド特性を備えていることを特徴としている。
二色射出成形によって金属成形部および樹脂成形部が熱融着されて一体化した複合成形体を備え、
前記金属成形部は、第1添加剤が混合分散された金属材料から形成され、
前記樹脂成形部は、前記第1添加剤とは異なる素材からなる第2添加剤が混合分散された熱可塑性樹脂材料から形成され、
前記金属材料は第1電磁波シールド特性を備え、
前記第1添加剤は第2電磁波シールド特性を備え、
前記第2添加剤は第3電磁波シールド特性を備えていることを特徴としている。
本発明の金属と樹脂の一体成形品では、金属成形部の金属材料による第1電磁波シールド特性と、金属成形部に配合されている第1添加剤による第2電磁波シールド特性と、樹脂成形部に配合されている第2添加剤による第3電磁波シールド特性とによって、全体の電磁波シールド特性が決定される。第1、第2添加剤は、それぞれ別個の成形部に配合されており、相互に影響し合って、それ自身の特性が劣化することがない。よって、広帯域に亘る優れた電磁波シールド特性を備えた一体成形品を得ることができる。また、金属材料、第1、第2添加剤を適切に選択することにより、所望の帯域の電磁波シールド特性に優れた一体成形品を得ることができる。
ここで、前記金属材料として、250℃以下の融点を備えた金属あるいは合金が用いられる。前記樹脂材料として、ポリカーボネート、ABS、ポリスチレン、ポリアセタール、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンのうちのいずれか一つを用いることができる。また、前記第1添加剤として、カーボン、フェライト、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素マグネシウム、酸化マグネシウム、炭化ケイ素のうちのいずれか一つからなる繊維状あるいは粉末状の添加剤を用いることができる。前記第2添加剤として、カーボン、フェライト、アラミド樹脂、ガラスのうちのいずれか一つからなる繊維状あるいは粉末状の添加剤を用いることができる。
この場合、金属材料、樹脂材料、第1および第2添加剤を適切に組み合わせることにより、前記金属成形部を、熱伝導率が5〜160W/m・kの放熱部とすることができ、前記樹脂成形部を、熱伝導率が0.5W/m・k以下の断熱部とすることができる。前記金属成形部に、前記複合成形体の外周面に露出させた放熱面を設けておくことにより、放熱性に優れた一体成形品を得ることができる。
また、放熱部である金属成形部の一部によって、断熱部である樹脂成形部を分離することにより、一体成形品の必要な部分に放熱部および断熱部のそれぞれを形成することができる。
以下に、図面を参照して、本発明を適用した金属と樹脂の一体成形品(以下、単に「一体成形品」と呼ぶ場合もある。)の実施の形態を説明する。
[実施の形態1:電磁波シールド性を備えた一体成形品]
図1は、電磁波シールド性を備えた一体成形品を示す概略断面図である。本実施の形態に係る一体成形品1Aは、二色射出成形法によって成形された複合成形体2を備えている。複合成形体2は、金属成形部3および樹脂成形部4が熱融着されて一体化された構成のものである。金属成形部3には、所定量の第1添加剤5が混合分散されている。樹脂成形部4には、第1添加剤5とは異なる素材からなる所定量の第2添加剤6が混合分散されている。
図1は、電磁波シールド性を備えた一体成形品を示す概略断面図である。本実施の形態に係る一体成形品1Aは、二色射出成形法によって成形された複合成形体2を備えている。複合成形体2は、金属成形部3および樹脂成形部4が熱融着されて一体化された構成のものである。金属成形部3には、所定量の第1添加剤5が混合分散されている。樹脂成形部4には、第1添加剤5とは異なる素材からなる所定量の第2添加剤6が混合分散されている。
複合成形体2は、例えば、一定厚さの板材であり、矩形の本体板部分2aと、本体板部分2aの四周縁から裏面側に直角に折れ曲がっている外周板部分2bとを備えている。複合成形体2の表面側の部分は金属成形部3によって形成され、その裏面側の部分は樹脂成形部4によって形成されている。これにより、複合成形体2の本体板部分2aの表面2cおよび外周板部分2bの外側面2dに、金属成形部3が露出している。また、本体板部分2aの裏面2eおよび外周板部分2bの内側面2fに、樹脂成形部4が露出している。複合成形体2の裏面側を向く一定幅の矩形枠状の端面2gは、その外側半分に金属成形部3が露出し、その内側半分に樹脂成形部4が露出している。複合成形体2の表面、裏面等に所定の仕上げ加工が施されて、一体成形品1Aとなっている。
ここで、金属成形部3は、所謂、低融点の金属材料から形成されている。一般的には、250℃以下の融点を備えた金属あるいは合金を用いる。また、樹脂成形部4の樹脂材料は、ポリカーボネート、ABS、ポリスチレン、ポリアセタール、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンのうちのいずれか一つを用いることが望ましい。これ以外の熱可塑性樹脂を用いることも可能である。
一方、第1添加剤5および第2添加剤6のそれぞれとしては、ガラス、カーボン、セラミックス、ポリマーのうちの一つからなる繊維状あるいは粉末状の添加剤を用いることができる。具体的には、第1添加剤5として、カーボン、フェライト、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素マグネシウム、酸化マグネシウム、あるいは、炭化ケイ素からなる繊維状(フィラー)あるいは粉末状の添加剤を用いることができる。第2添加剤6として、カーボン、フェライト、アラミド樹脂、あるいは、ガラスからなる繊維状(フィラー)あるいは粉末状の添加剤を用いることができる。
例えば、金属成形部3には、低融点金属に第1添加剤5としてカーボン繊維(フィラー)あるいはカーボン粉末が所定の割合で配合されている。樹脂成形部4には、熱可塑性樹脂に第2添加剤6としてフェライト繊維(フィラー)あるいはフェライト粉末が所定の割合で添加されている。
この構成によれば、第1、第2添加剤5、6同士が、それぞれの電磁波シールド特性を阻害しないので、低い帯域から高い帯域に亘って良好な電磁波シールド特性を備えた一体成形品1Aが得られる。本例の場合には、カーボンは0.1〜1000MHz帯域の電磁波シールド性に優れ、フェライトは30MHz〜40GHz帯域の電磁波シールド性に優れている。これらの間の帯域の電磁波シールド性は、金属成形部3の金属材料によって得られる。したがって、図1において実線および破線の矢印で示すように、異なる帯域の電磁波がそれぞれ、金属成形部3および樹脂成形部4のそれぞれによって確実に反射される。よって、一体成形品1Aは、0.1MHz〜40GHzの広範囲の周波数帯域に亘って良好な電磁波シールド性を呈する。
なお、本例では、一体成形品1Aの表面側に金属成形部3が積層され、裏面側に樹脂成形部4が積層されている。逆に、一体成形品1Aの表面側に樹脂成形部4が積層され、裏面側に金属成形部3が積層された構成を採用することも可能である。
(実施の形態1の変形例)
次に、図2は図1の電磁波シールド用の一体成形品1Aの変形例を示す説明図である。図2に示す一体成形品1Bの基本構成は図1の一体成形品1Aと同様であるので、対応する部位には同一の符号を付し、それらの部位に説明は省略する。
次に、図2は図1の電磁波シールド用の一体成形品1Aの変形例を示す説明図である。図2に示す一体成形品1Bの基本構成は図1の一体成形品1Aと同様であるので、対応する部位には同一の符号を付し、それらの部位に説明は省略する。
一体成形品1Bの金属成形部3Aには、表面2cの側から厚さ方向に直角に延びて裏面2eに至る一定厚さの仕切部3aが形成されている。仕切部3aの裏面側の先端面3bは裏面2eに露出している。樹脂成形部4Aは、仕切部3aによって左右に分離された部分4aおよび4bを備えている。これらの部分4a、4bは、裏面2eに露出しており、仕切部3aの先端面3bと同一平面上に位置している。
この構成の一体成形品1Bでは、図2において矢印で示すように、金属成形部3Aによってシールドできない周波数帯域の電磁波が仕切部3aを介して表面側から裏面側、あるいは裏面側から表面側に通過可能である。したがって、必要な帯域の電磁波を透過でき、不要な電磁波をシールドできる選択的な電磁波シールド特性を備えたシールド板を実現できる。
[実施の形態2:放熱性を備えた一体成形品]
図3は、本発明を適用した放熱性を備えた一体成形品を示す概略断面図である。一体成形品10の断面構成は図2に示す一体成形品1Bと同一である。
図3は、本発明を適用した放熱性を備えた一体成形品を示す概略断面図である。一体成形品10の断面構成は図2に示す一体成形品1Bと同一である。
すなわち、一体成形品10は、二色射出成形法によって成形された複合成形体12を備えている。複合成形体12は、金属成形部13Aおよび樹脂成形部14Aが熱融着されて一体化された構成のものである。金属成形部13Aには、所定量の第1添加剤15が混合分散されている。樹脂成形部14Aには、第1添加剤15とは異なる素材からなる所定量の第2添加剤16が混合分散されている。
複合成形体12の金属成形部13Aは、例えば、一定厚さの板材であり、矩形の本体板部分12aと、本体板部分12aの四周縁から裏面側に直角に折れ曲がっている外周板部分12bとを形成している。これにより、複合成形体12の本体板部分12aの表面12cおよび外周板部分12bの外側面12dに、金属成形部13Aが露出している。金属成形部13Aの裏面側には樹脂成形部14Aが充填され、平坦な裏面12eが形成されている。
金属成形部13Aには、表面12cの側から厚さ方向に直角に延びて裏面12eに至る一定厚さの仕切部13aが形成されている。仕切部13aの裏面側の先端面13bは裏面12eに露出している。樹脂成形部14Aは、仕切部13aによって左右に分離された部分14aおよび14bを備えている。これらの部分14a、14bは、裏面12eに露出しており、仕切部13aの先端面13bと同一平面上に位置している。
金属成形部13Aは、所謂、低融点の金属材料から形成されている。一般的には、250℃以下の融点を備えた金属あるいは合金を用いる。また、樹脂成形部14Aの樹脂材料は、ポリカーボネート、ABS、ポリスチレン、ポリアセタール、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンのうちのいずれか一つを用いることが望ましい。これ以外の熱可塑性樹脂を用いることも可能である。
一方、金属成形部13Aに配合される第1添加剤15は、当該金属成形部13Aの放熱性を高めるために用いる放熱性を備えた添加剤である。例えば、カーボン、フェライト、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素マグネシウム、あるいは、酸化マグネシウムからなる繊維状(フィラー)あるいは粉末状の添加剤を用いることができる。
一方、樹脂成形部14Aに配合される第2添加剤16は、当該樹脂成形部14Aの断熱性を高めるために用いる所定の断熱性を備えた添加剤である。例えば、カーボン、フェライト、アラミド樹脂あるいはガラスからなる繊維状(フィラー)あるいは粉末状の添加剤を用いることができる。
金属成形部13Aに用いる低融点金属材料および第1添加剤15として、適切な素材のものを組み合わせることにより、金属成形部13Aの熱伝導率を、5〜160W/m・kの放熱部とすることができる。また、樹脂成形部14Aに用いる熱可塑性樹脂および第2添加剤16として、適切な素材のものを組み合わせることにより、樹脂成形部14の熱伝導率を0.5W/m・k以下の断熱部とすることができる。
このように構成された一体成形品10では、放熱部である金属成形部13Aが表面12c、外側面12dに露出しており、これらの表面が放熱面として機能する。また、外周板部分12bの裏面側の端面および仕切部13aの裏面側の先端面13bは裏面側に露出している。したがって、これらの露出面から裏面側において発生した熱が金属成形部13Aに伝わり、金属成形部13Aを介して表面側に放出される。したがって、一体成形品10の裏面側で発生する熱を効率良く表面側に放出できる。
また、断熱部である樹脂成形部14Aは、金属成形部13Aの一部である仕切部13aによって左右に分断され、相互に孤立した部分14a、14bとなっている。一体成形品10の裏面側において、これらの断熱性の部分14a、14bに対峙している部位には、熱が伝わることなく、熱遮断状態に維持される。したがって、一体成形品10の裏面側に配置された発熱部品からの熱を、金属成形部13Aを介して効率良く外部に放出でき、熱遮断状態に保持すべき部品を樹脂成形部14Aによって確実に熱遮断状態に維持できる。
さらに、実施の形態1で説明したように、金属成形部13Aに所定の電磁波シールド特性を付与し、樹脂成形部14Aにも、添加した第2添加剤16によって所定の電磁波シールド特性を付与できる。また、仕切部13aを介して所定帯域の電磁波を透過させることができる。したがって、優れた放熱・遮断性と、優れた電磁波遮断・透過特性を備えた一体成形品を得ることができる。
なお、図1に示すように、金属成形部13Aおよび樹脂成形部14Aを積層した状態の一体成形品を製造することも可能である。
[その他の実施の形態]
上記の実施の形態1、2において、二色射出成形により、金属成形部と樹脂成形部を確実に一体化するためには、金属成形部と前記樹脂成形部の収縮率の差が少ないことが望ましい。例えば、収縮率の差が0.1%以下であることが望ましい。
上記の実施の形態1、2において、二色射出成形により、金属成形部と樹脂成形部を確実に一体化するためには、金属成形部と前記樹脂成形部の収縮率の差が少ないことが望ましい。例えば、収縮率の差が0.1%以下であることが望ましい。
これに加えて、金属成形部と樹脂成形部の熱線膨張率の差も少ないことが望ましい。例えば、熱線膨張率の差が、1×10−5以下であることが望ましい。
この場合において、金属成形部に配合される第1添加剤としては、カーボン、フェライト、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素マグネシウム、あるいは、酸化マグネシウムからなる繊維状(フィラー)あるいは粉末状の添加剤を用いることが望ましい。
また、樹脂成形部に配合される第2添加剤としては、カーボン、フェライト、アラミド樹脂あるいはガラスからなる繊維状(フィラー)あるいは粉末状の添加剤を用いることが望ましい。
1A,1B,10 一体成形品
2,12 複合成形体
2a,12a 本体板部分
2b,12b 外周板部分
2c,12c 表面
2d,12d 外側面
2e,12e 裏面
2f,12f 内側面
2g,12g 端面、
3,3A,13A 金属成形部
3a,13a 仕切部
3b,13b 先端面
4,4A,14A 樹脂成形部
5,15 第1添加剤
6,16 第2添加剤
2,12 複合成形体
2a,12a 本体板部分
2b,12b 外周板部分
2c,12c 表面
2d,12d 外側面
2e,12e 裏面
2f,12f 内側面
2g,12g 端面、
3,3A,13A 金属成形部
3a,13a 仕切部
3b,13b 先端面
4,4A,14A 樹脂成形部
5,15 第1添加剤
6,16 第2添加剤
Claims (9)
- 二色射出成形によって金属成形部および樹脂成形部が熱融着されて一体化した複合成形体を備え、
前記金属成形部は、第1添加剤が混合分散された金属材料から形成され、
前記樹脂成形部は、前記第1添加剤とは異なる素材からなる第2添加剤が混合分散された熱可塑性樹脂材料から形成され、
前記金属材料は第1電磁波シールド特性を備え、
前記第1添加剤は第2電磁波シールド特性を備え、
前記第2添加剤は第3電磁波シールド特性を備えていることを特徴とする金属と樹脂の一体成形品。 - 前記金属材料は、250℃以下の融点を備えた金属あるいは合金であり、
前記樹脂材料は、ポリカーボネート、ABS、ポリスチレン、ポリアセタール、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンのうちのいずれか一つであり、
前記第1添加剤および前記第2添加剤のそれぞれは、ガラス、カーボン、セラミックス、ポリマーのうちの一つからなる繊維状あるいは粉末状の添加剤である請求項1に記載の金属と樹脂の一体成形品。 - 前記第1添加剤は、カーボン、フェライト、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素マグネシウム、酸化マグネシウム、炭化ケイ素のうちのいずれか一つからなる繊維状あるいは粉末状の添加剤であり、
前記第2添加剤は、カーボン、フェライト、アラミド樹脂、ガラスのうちのいずれか一つからなる繊維状あるいは粉末状の添加剤である請求項2に記載の金属と樹脂の一体成形品。 - 前記第1添加剤および前記第2添加剤の一方は、カーボンからなる繊維状あるいは粉末状の添加剤であり、
前記第1添加剤および前記第2添加剤の他方は、フェライトからなる繊維状あるいは粉末状の添加剤である請求項3に記載の金属と樹脂の一体成形品。 - 前記金属成形部は、熱伝導率が5〜160W/m・kの放熱部であり、
前記樹脂成形部は、熱伝導率が0.5W/m・k以下の断熱部であり、
前記金属成形部は、前記複合成形体の外周面に露出している放熱面を備えている請求項3または4に記載の金属と樹脂の一体成形品。 - 前記金属成形部と前記樹脂成形部の収縮率の差が0.1%以下であり、
前記金属成形部と前記樹脂成形部の熱線膨張率の差が1×10−5以下であることを特徴とする請求項3ないし5のうちのいずれか一つの項に記載の金属と樹脂の一体成形品。 - 前記複合成形体は板状のものであり、
前記複合成形体の厚さ方向に前記金属成形部および前記樹脂成形部が積層され、
前記複合成形体の表面には、前記金属成形部および前記樹脂成形部の一方が露出し、
前記複合成形体の裏面には、前記金属成形部および前記樹脂成形部の他方が露出している請求項1ないし6のうちのいずれか一つの項に記載の金属と樹脂の一体成形品。 - 前記金属成形部は、前記複合成形体の表面および外周面に露出しており、
前記樹脂成形部は、前記複合成形板の裏面に露出している請求項7に記載の金属と樹脂の一体成形品。 - 前記金属成形部は、前記厚さ方向に沿って前記表面から前記裏面まで延びる少なくとも一つの仕切部を備え、
前記樹脂成形部は、前記仕切部によって分断されている請求項7または8に記載の金属と樹脂の一体成形品。
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KR20160090886A (ko) | 2013-11-27 | 2016-08-01 | 제이엔씨 주식회사 | 광경화성 잉크젯 잉크 |
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