JP6028743B2 - 樹脂スペーサ、インサート成形品及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インサート部品を金型内に設置し、樹脂部材が覆う形で一体化成形するインサート部品の成形方法に関するものである。

従来のインサート成形法としては、様々な方法が提案されている。例えば、インサート部品を金型内で複数の支持ピンを用いて保持し、所定の時間経過後に支持ピンを徐々に後退させ、インサート成形部材と支持ピンとの間に生じる空間に溶融樹脂を充填融合させて、インサート成形部材の周囲全体を樹脂で被覆してインサート射出成形品を製造する方法がある（例えば、特許文献１または２参照）。

また、別の方法としては、インサート部品をキャビティ内で固定するための固定用部材を樹脂成形により製造し、その固定用部材をインサート部品と共にキャビティ内に配置して、インサート部品の位置決めをし、その後、溶融樹脂をキャビティ内に充填して成形する方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。この方法を用いれば、特許文献１または２で示したように支持ピンを用いることなく、固定用部材はインサート部品とともに一体化されるため、支持ピンの引き抜き時に生じる開口部が無いインサート射出成形品を得ることができる。

確かに、固定用部材を用いれば、外見上はピン跡や開口部の無いインサート成形品を得ることは可能であるが、固定用部材をインサート成形に用いる成形樹脂と同じ材料で作製したとしても、通常、成形樹脂と固定用部材とは別部材であり、固定用部材の表面が完全に溶融することができるほどの温度に上がらないため、その界面は完全には融着しない。このため、固定用部材の表面に凹凸を形成し、機械的に密着力を向上させること等の処理が行われるが、界面が完全に融着していないため、気密性や水密性は保てない。

インサート部品が金属の場合は、使用環境によっては、腐食ガスや水分による腐食が発生する場合がある。固定用部材に接着剤を塗布して気密性や水密性といった密閉性を確保することはできるが、製造工程に接着剤の塗布工程が増え、製造コストの増大を招くこととなる。

また、別の方法として、樹脂製のインサート部品自体の外周部にリング状のリブを設置し、インサート成形時にリブを溶融させてシーリングするという技術がある（例えば、特許文献４参照）。

特開２００６−１４２７２９号公報 特開２０１０−２３４６４１号公報 特開２００４−１７４８３９号公報 特開２００５−２８８２８号公報

しかしながら、上記先行文献１または２で開示されている技術では、通常、インサート成形において溶融樹脂を充填中に支持ピンを後退させてその隙間に樹脂を流し込むためには、支持ピン周囲の樹脂が完全に固化していてはできない。特にインサート部品に接する支持ピンの周囲では、樹脂は十分に溶融している必要がある。しかし、樹脂が溶融している状態で支持ピンを後退させると、インサート部品の位置決めが不安定になりやすい。複数の支持ピンの内、樹脂の固化状態に応じて、少本数ずつ順次支持ピンを後退できれば、ある程度の位置決めは可能であるが、通常の成形品では位置による固化時間のずれは小さく、高精度の位置決めをすることは難しい。

また、上記先行文献３で開示されている技術では、固定用部材を用いれば、外見上はピン跡や開口部の無いインサート成形品を得ることは可能であるが、固定用部材をインサート成形に用いる成形樹脂と同じ材料で作製したとしても、通常、成形樹脂と固定用部材とは別部材であり、固定用部材の表面が完全に溶融することができるほどの温度に上がらないため、その界面は完全には融着しない。このため、固定用部材の表面に凹凸を形成し、機械的に密着力を向上させること等の処理が行われるが、界面が完全に融着していないため、気密性や水密性は保てない。

インサート部品が金属の場合は、使用環境によっては、腐食ガスや水分による腐食が発生する場合がある。固定用部材に接着剤を塗布して気密性や水密性といった密閉性を確保することはできるが、製造工程に接着剤の塗布工程が増え、製造コストの増大を招くこととなる。

また、上記先行文献４で開示されている技術では、リブを設置するための条件として、インサート部品は樹脂成形品に限定され、インサート部品の形状でも制約を受けるため、特定の形状の樹脂成形品についてしか適用されない。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、気密性や水密性といった密閉性を確保し、かつ、インサート部品の保持することができる樹脂スペーサの形状、及び、樹脂スペーサを用いたインサート部品の成形方法を提供するものである。

この出願の第１の発明に係る樹脂スペーサは、インサート成形時にインサート部品を保持する樹脂スペーサであって、本体部と、前記本体部の周りを一周して設けられた薄肉部であるリブ部とを備え、前記リブ部は、インサート成形に用いる成形樹脂と同種又は相溶性を有する樹脂からなり、少なくとも一部が最外周を溶融する形で前記成形樹脂と一体化されて成形され、リブ部における薄肉部の厚さをｔ、樹脂の成形温度における粘度をη、樹脂の熱拡散係数をα、樹脂の溶融温度をＴｍ、成形樹脂の温度をＴｓ、樹脂の初期温度をＴ０としたとき、ｔが式（１）から式（３）を満たす範囲にあり、
ｔｍｉｎ＜ｔ＜ｔｍａｘ （１）
ｔｍｉｎ＝√（１５η）／（１×１０ ^６ ） （２）
ｔｍａｘ＝√（α／（−０．２３４５ｌｏｇ（（π／４）・（Ｔｍ−Ｔｓ）／（Ｔ０−Ｔｓ）））） （３）
リブ部の高さをＬ、樹脂の熱伝導率をλとしたとき、Ｌが式（４）から式（７）を満たす範囲にあるものである。
Ｌｍｉｎ＜Ｌ＜Ｌｍａｘ （４）
Ｌｍａｘ＝ｔ・√（１×１０ ^６ ／（１５η）） （５）
Ｌｍｉｎ＝Ｌｍａｘ−ｃｏｓｈ ^−１ （（（Ｔｍ−Ｔｓ）／（Ｔ０−Ｔｓ））・ｃｏｓｈ（ｍ・Ｌｍａｘ））／ｍ （６）
ｍ＝√（２０００／（λ・ｔ）） （７）
また、この出願の第２の発明に係るインサート成形品は、
インサート部品と、
インサート部品の表面に接して固着される複数の樹脂スペーサと、
インサート部品の少なくとも一部、及び、樹脂スペーサの少なくとも一部を包含するように設けられた成形樹脂とを備え、
樹脂スペーサは、周りを一周して設けられた薄肉部であるリブ部を有し、該リブ部は、成形樹脂と同種又は相溶性を有する樹脂からなり、少なくとも一部が最外周を溶融する形で成形樹脂と一体化されて成形され、
リブ部における薄肉部の厚さをｔ、樹脂の成形温度における粘度をη、樹脂の熱拡散係数をα、樹脂の溶融温度をＴｍ、成形樹脂の温度をＴｓ、樹脂の初期温度をＴ０としたとき、ｔが式（８）から式（１０）を満たす範囲にあり、
ｔｍｉｎ＜ｔ＜ｔｍａｘ （８）
ｔｍｉｎ＝√（１５η）／（１×１０ ^６ ） （９）
ｔｍａｘ＝√（α／（−０．２３４５ｌｏｇ（（π／４）・（Ｔｍ−Ｔｓ）／（Ｔ０−Ｔｓ）））） （１０）
リブ部の高さをＬ、樹脂の熱伝導率をλとしたとき、Ｌが式（１１）から式（１４）を満たす範囲にあるものである。
Ｌｍｉｎ＜Ｌ＜Ｌｍａｘ （１１）
Ｌｍａｘ＝ｔ・√（１×１０ ^６ ／（１５η）） （１２）
Ｌｍｉｎ＝Ｌｍａｘ−ｃｏｓｈ ^−１ （（（Ｔｍ−Ｔｓ）／（Ｔ０−Ｔｓ））・ｃｏｓｈ（ｍ・Ｌｍａｘ））／ｍ （１３）
ｍ＝√（２０００／（λ・ｔ）） （１４）

本発明に係るは樹脂スペーサ、及び、樹脂スペーサを用いたインサート部品の成形方法を実施することで、容易な方法で確実にインサート部品の位置決めができると共に、気密性や水密性といった密閉性に優れたインサート成形品を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る樹脂スペーサの斜視図である。 本発明の実施の形態１に係るインサート部品を金型のキャビティ内に保持した状態を示した断面図である。 本発明の実施の形態１に係るインサート成形品の断面図である。 本発明の実施の形態１に係る樹脂スペーサの斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る樹脂スペーサの断面図である。 本発明の実施の形態１に係る樹脂スペーサの斜視図である。 本発明の実施の形態１に係るインサート部品の斜視図である。 本発明の実施の形態１に係るインサート成形品の斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る樹脂スペーサの斜視図である。 本発明の実施の形態２に係るインサート部品を金型のキャビティ内に保持した状態を示した断面図である。 本発明の実施の形態２に係るインサート成形品の斜視図である。 本発明の実施の形態３に係る樹脂スペーサの斜視図である。 本発明の実施の形態３に係る樹脂スペーサの斜視図である。 本発明の実施の形態３に係る樹脂スペーサの斜視図である。

実施の形態１．
次に、図面を用いて、この発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

まず、この発明の実施の形態１に係る樹脂スペーサについて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る樹脂スペーサを示した斜視図である。また、図２は、インサート部品を金型のキャビティ内に保持した状態を示した断面図である。図において、樹脂スペーサ１は、例えば、射出成形法を用いて製造したものであり、円柱形状をした本体部２と、本体部２の側面部３に添って、側面部３の一部を共有し取り囲むように、本体部２の周りを一周して設けられた円盤状の薄肉部を有するリブ部（以下、「リブ」とのみ記載する場合がある）４と、本体部２の上面であって支持ピン１７が接する側の第一の主面５と、本体部２の下面であってインサート部品１６と接する側の第二の主面６とを有し、第一の主面５には、支持ピン１７を保持し、樹脂充填中に樹脂スペーサ１の位置がずれないように位置決めするための凹部７が設けられている。

なお、ここでは、本体部２が円柱形上の場合を示したが、特に円柱形上に限定する必要はなく、支持ピン１７を介してインサート部品１６を保持できる形状であれば、四角柱形状でも、他の角柱形状でもよく、必ずしも、柱状形状でなくても、垂直断面が台形形状であっても構わない。また、形状に厳密な精度も必要ではない。極端な場合は、球状、楕円状であっても上記機能を担保できるものであれば特に形状は問わない。

また、ここではリブ部４を円盤状としているが、本体部２の周りを一周するように設けられていれば、特に円盤形状でなくてもよい。例えば、楕円であっても、四角平板であっても、平板ではなく波打つ形状であってもよい。なお、ここでは、本体部を円柱としているが、本体部が周りを囲むような後述の鍔部等を有する場合は、直接本体部の円柱部と接していなくとも鍔部を有する本体部及びリブ部が一体でつながっており、リブ部が本体部の少なくとも一部であって、インサート部品と樹脂スペーサとの境界からつながる溶融樹脂と樹脂スペーサとの境界がインサート成形品の外部に直接つながらないように、リブ部が本体部を一周するように設けられてさえいれば、密閉した空間を形成することができ本発明の効果を奏することは明らかである。また、リブ部４のリブ高さ８、及び、リブ厚９については後述するが、設計条件により異なり、上記機能を担保できるものであれば特にリブ高さ８、及び、リブ厚９を規定するものではない。

次に、金型内におけるインサート部品１６の保持方法について説明する。インサート部品１６は、金型の固定側型１１及び可動側型１２で挟まれた部分にできる空間であるキャビティ１５内に上下に樹脂スペーサ１を介する形で支持ピン１７により保持される。固定側型１１には、支持ピン１７が設けられていることはもちろんのこと、溶融した樹脂を流し込むための樹脂流入口１４が設けられている。また、可動側型１２には、支持ピン１７が設けられていることはもちろんのこと、樹脂成形後に固化したインサート成形品を可動側型１２から取り外すための突き出しピン１３が設けられている。なお、ここでは、金型の上型を固定側型とし、下型を可動側型としたが、特にどちら側を固定し、どちら側を可動させるかについては設計事項であり、特に制限されるものではない。

次に、図２を用いて、この発明の実施の形態１に係るインサート部品の成形方法（射出成形法）について説明する。まず、可動側型１２に設けられた支持ピン１７上に樹脂スペーサ１を第一の主面５を下側に向けて設置し、その上にインサート部品１６を設置する。インサート部品１６上には、固定側型１１に設けられた支持ピン１７に対応する位置にそれぞれ樹脂スペーサ１が設けられており、可動側型１２を上方向に可動させることで、インサート部品１６が支持ピン１７で保持された状態でキャビティ１５内に設置される。

次に、固定側型１１に設けられた樹脂流入口１４から別途設けられた樹脂溶融装置（発明に直接関係が無いため、ここでは図面を省略する）で溶融された樹脂（以下、溶融樹脂、または、インサート成形に用いられるので成形樹脂と記載する場合がある）がキャビティ１５内に流し込まれる。溶融樹脂は、高温であるが大きな熱抵抗を有する金型に接することで徐々に冷却され固化する。樹脂が完全に固化した後、可動側型１２を下側に可動させて固定側型１１との間を広げると共に、突き出しピン１３によりインサート部品１６を上向きに突き上げることで、インサート部品１６を可動側型１２から取り外す。

図３は、上記方法により製造されたインサート成形品を示す断面図である。図において、インサート成形品２０は、インサート部品１６の上下に樹脂スペーサ１を配置したまま固化した樹脂２１で固められた構造となっている。固化した樹脂２１には、支持ピン１７で保持されていた部分にピン穴２２が存在している。なお、この図では、わかりやすいように樹脂スペーサ１の周りにリブ部４が存在する形で図示されているが、リブ部４は薄く熱容量が小さいため、溶融樹脂を流し込んだ際にその一部または全部が溶融し、少なくともリブ先端で全周が成形樹脂によって溶融し、溶融樹脂と一体化した状態で固化する。そのため、後から流し込んだ溶融樹脂と樹脂スペーサ１との間は、少なくともリブ部４において完全に密閉され、気密性や水密性といった密閉性に優れたインサート成形品を得ることができる。これにより、インサート成形されたインサート部品が雰囲気ガスや水分で腐食しにくくなり、インサート成形品の信頼性が向上する。

次に、上記説明したインサート部品の成形方法（射出成形法）について、一具体例を用いて説明する。まず、射出成形に用いる溶融樹脂は、樹脂スペーサ１と同一材料からなる熱可塑性樹脂を用いる。溶融樹脂の溶融温度３２０℃とし、金型温度を１３０℃として、通常の射出成形条件で実施した。金型内で熱可塑性樹脂が金型温度に冷却された後、図３に示すインサート成形品を取り出した。このとき、射出成形に用いる溶融樹脂は、樹脂スペーサ１と同一材料からなる熱可塑性樹脂を用いることが望ましいが、同種の樹脂、又は、互いに相溶する樹脂であれば、まったく同一材料からなる樹脂でなくても構わない。

熱可塑性樹脂としては、射出成形可能な以下のような樹脂を用いることができる。例えば、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体樹脂、アクリロニトリル・スチレン共重合体樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、液晶ポリマー、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリサルフォン樹脂、シンジオタクチックポリスチレン樹脂、または、ポリエーテサルフォン樹脂、等である。これにガラス繊維、炭素繊維、ウイスカー、または、無機充填剤などが配合されていてもよい。

また、リブ部の厚さ及びリブ部の高さには、より好ましい範囲がある。リブ部の厚さが薄すぎると樹脂スペーサの成形時にリブ部を形成する部分に樹脂が流れ込みにくくなりうまく成形できない可能性がある。また、リブ部の厚さが厚すぎると溶融樹脂からの伝熱に時間がかかるため、リブ部が溶融しにくくなり、溶融樹脂と完全に一体化できなくなる。さらに、リブ部が狭すぎると、樹脂スペーサの本体部からの冷却により溶融しにくくなり、リブ部が広すぎると、樹脂スペーサの成形時にリブ部を形成する部分の樹脂の流動長が長くなるため、リブ部を形成する部分に樹脂が流れ込みにくくなりうまく成形できない可能性がある。

なお、上記説明では、樹脂スペーサは、リブ部を一つ、つまり一重に設けたものについて説明してきたが、例えば、図４及び図６に示すように、リブ部を二つ形成、つまり二重形成した方が望ましい。なぜならば、リブ部を複数形成することにより、リブ部により外部と完全に隔てられるシール部分が多重形成され、気密性及び水密性といった密閉性がより向上するからである。なお、リブ高さ、リブ厚、又は、リブ高さ及びリブ厚を変えた方が、成形ばらつきに柔軟に対応できるため、より確実に密閉することができる。また、ここでは、２つ（二重）の場合について記載したが、三重、四重等、その他の多重構造でも構わない。

以下、リブ部の厚さ及びリブ部の高さについてのより好ましい範囲について説明する。リブ部の厚さｔ（単位ｍ）の範囲を下記数式１で規定する。

ここで、ｔ_ｍｉｎ（単位ｍ）、ｔ_ｍａｘ（単位ｍ）は、下記数式２及び３でそれぞれ求められる。

リブ部の高さＬ（単位ｍ）の範囲を下記数式４で規定する。

Ｌｍｉｎ（単位ｍ）およびＬｍａｘ（単位ｍ）は、採用したｔの値を用いて、それぞれ下記数式５及び６で求められる。

ここで、ηは、樹脂スペーサに用いられる樹脂の成形温度における粘度であり、より好ましくは、せん断速度１００（１／ｓ）付近の値（単位Ｐａ・ｓ）、αは、樹脂スペーサに用いられる樹脂の熱拡散係数（単位ｍ^２／ｓ）、Ｔｍは、樹脂スペーサに用いられる樹脂の溶融温度（単位℃）、Ｔｓは溶融樹脂（成形樹脂）の温度（単位℃）、Ｔ_０は樹脂スペーサの初期温度（単位℃）である。また、数式６中の分母ｍは、下記数式７で求められる。

ここで、λは、樹脂スペーサに用いられる樹脂の熱伝導率（単位Ｗ／ｍ・Ｋ）である。

実施例１．
樹脂スペーサに、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂で、三菱エンジニアリングプラスチックが製造販売するガラス繊維強化ＰＢＴ樹脂、商品名がノバデュラン５０１０Ｇ３０（以下、５０１０Ｇ３０とのみ記載する場合がある）を用い、成形樹脂にも同じく５０１０Ｇ３０を用いて、図７に示す金属インサート部品５１を成形樹脂の溶融温度２６０℃で射出成形を行った。ここで、金属インサート部品５１には、予め樹脂スペーサ５２及び５３を貼り付けておいた。なお、図において、樹脂スペーサ５２及び５３は、リブ部が１重のものが示されているが、金属インサート部品の形状及び樹脂スペーサの位置の概略を示したものであり、実際の実施例では、下記に示すとおりリブ部を２重に設けたものを使用した。

このとき用いた樹脂スペーサは、より密閉性を向上させるために、図４及び図５に示すように、円柱形上の側面に沿って第二の主面近傍から突き出た円盤状の鍔部を含む帽子型をした本体部の鍔部から同心円状に垂直に伸びたリブ部を２重に設けたものである。ここで、図４は、この発明の実施例１に係る樹脂スペーサの斜視図であり、図５は、この発明の実施例１に係る樹脂スペーサの断面図である。

図４及び図５において、樹脂スペーサ３１は、例えば、射出成形法を用いて製造したものであり、円柱形上の側面部３３に添って第二の主面近傍から突き出た円盤状の鍔部３４を含む帽子型をした本体部３２と、鍔部３４から外側の同心円上で垂直に伸びた薄肉部を有する第一のリブ部３８と、鍔部３４から内側の同心円上で垂直に伸びた薄肉部を有する第二のリブ部３９と、本体部３２の上面であって支持ピン１７が接する側の第一の主面３５と、本体部３２の下面であってインサート部品１６と接する側の第二の主面３６とを有し、第一の主面３５には、支持ピン１７を保持し、樹脂充填中に樹脂スペーサ３１の位置がずれないように位置決めするための凹部３７が設けられている。

なお、ここでは、本体部３２の鍔部３４から同心円上で垂直に伸びた薄肉部を有する第一のリブ部３８及び第二のリブ部３９を例示したが、特に同心円上にリブ部が存在する必要はない。側面部３３を一周取り囲む形で設けられていれば、楕円でも多角形の形状でも構わない。また、形状に厳密な精度も必要ではない。極端な場合は、歪な形状であっても上記機能を担保できるものであれば特に形状は問わない。

今回用いた樹脂スペーサは、図で示された外側に配置した第一のリブ部３８のリブ高さ９１が１．５（ｍｍ）、リブ厚９２が０．３（ｍｍ）、内側に配置した第二のリブ部３９のリブ高さ９３が１（ｍｍ）、リブ厚９４が０．３（ｍｍ）のものである。

リブ高さ及びリブ厚は、上記数式１〜７を満足するようにして求めた。５０１０Ｇ３０の２６０℃での粘度は、せん断速度１００（１／ｓ）で約２３０（Ｐａ・ｓ）、熱拡散係数は、１．７６×１０^−７（ｍ^２／ｓ）、熱伝導率０．２５（Ｗ／ｍ・Ｋ）、溶融温度は２２４（℃）であり、成形樹脂の温度２６０（℃）、樹脂スペーサの初期温度２５（℃）として計算すると、リブ厚の範囲は０．０６〜０．９０（ｍｍ）となり、この範囲に含まれる０．３（ｍｍ）を採用した。さらにリブ厚０．３（ｍｍ）における、リブ高さの範囲は０．３６〜５．１１（ｍｍ）と算出でき、２重のリブ高さは、それぞれこの範囲に含まれる１．５（ｍｍ）及び１（ｍｍ）とした。

上記のようにして成形したインサート成形品の外観を図８に示す。同時に、断面形状の詳細確認のため、同じグレードのＰＢＴ樹脂を用い、色彩が異なるＰＢＴ樹脂（以下、「色違い樹脂」と記載する場合がある）を用いた別のインサート成形品も成形した。

金型から取り出したインサート成形品は、外観検査にて問題なく成形できていることを確認した。そこで、色違い樹脂で成形したインサート成形品の樹脂スペーサ部分を切出し、断面をカットして顕微鏡で詳しく観察した。リブの界面で色の異なる樹脂が混合され、樹脂スペーサのリブが溶融し、成形樹脂と融着していることが確認できた。

以上説明したように、本発明によれば、成形樹脂がキャビティ内を充填し、インサート部品と一体化する時に樹脂スペーサも一体化され、この時熱容量の小さなリブが成形樹脂からの加熱により溶融し成形樹脂と融着するため、気密性及び水密性といった密閉性に優れたインサート成形品を得ることができる。

また、金型内でインサート部品を別途成形した樹脂スペーサで支えるため、インサート部品の形状に大きな制約はなく、樹脂スペーサと接する小さな面が、必要箇所確保されていれば良い。

また、インサート部品自体に溶融リブを設置する場合、インサート部品は樹脂製に限られるが、本発明の樹脂スペーサを用いれば、インサート部品の材質は特に制限する必要はなく、樹脂はもちろんであるが、金属又はセラミック等を用いることもできる。

実施例２．
樹脂スペーサに、ポリアミド樹脂であるポリアミドＭＸＤ６（ＰＡ−ＭＸＤ６）樹脂で、三菱エンジニアリングプラスチックが製造販売するガラス繊維強化ＰＡ−ＭＸＤ６樹脂、商品名がレニー１００２Ｆ（以下、１００２Ｆとのみ記載する場合がある）を用い、成形樹脂にも同じく１００２Ｆを用いて、成形樹脂の溶融温度２８０℃で、上記実施例１と同様な樹脂スペーサを用い、同様な方法で射出成形を行った。

リブ高さ及びリブ厚は、上記数式１〜７を満足するようにして求めた。１００２Ｆの２８０℃での粘度は、せん断速度１００（１／ｓ）で約４９０（Ｐａ・ｓ）、熱拡散係数は、１．４９×１０^−７（ｍ^２／ｓ）、熱伝導率０．２１（Ｗ／ｍ・Ｋ）、溶融温度は２４３（℃）であり、成形樹脂の温度２８０（℃）、樹脂スペーサの初期温度２５（℃）として計算すると、リブ厚の範囲は０．０９〜０．８２（ｍｍ）となり、この範囲に含まれる０．３（ｍｍ）を採用した。さらにリブ厚０．３（ｍｍ）における、リブ高さの範囲は０．３４〜３．５０（ｍｍ）と算出でき、２重のリブ高さは、それぞれこの範囲に含まれる１．５（ｍｍ）及び１（ｍｍ）とした。

金型から取り出したインサート成形品は、実施例１と同様に、外観検査にて問題なく成形できていることを確認した。そこで、色違い樹脂で成形したインサート成形品の樹脂スペーサ部分を切出し、断面をカットして顕微鏡で詳しく観察した。リブの界面で色の異なる樹脂が混合され、樹脂スペーサのリブが溶融し、成形樹脂と融着していることが確認できた。

実施例３．
樹脂スペーサに、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂で、ポリプラスチックスが製造販売するガラス繊維強化ＰＰＳ樹脂、商品名がジュラファイド１１４０Ａ６（以下、１１４０Ａ６とのみ記載する場合がある）を用い、成形樹脂にも同じく１１４０Ａ６を用いて、成形樹脂の溶融温度３２０℃で、上記実施例１と同様な樹脂スペーサを用い、同様な方法で射出成形を行った。

リブ高さ及びリブ厚は、上記数式１〜７を満足するようにして求めた。１１４０Ａ６の３２０℃での粘度は、せん断速度１００（１／ｓ）で約６６０（Ｐａ・ｓ）、熱拡散係数は、１．８８×１０^−７（ｍ^２／ｓ）、熱伝導率０．２７（Ｗ／ｍ・Ｋ）、溶融温度は２８５（℃）であり、成形樹脂の温度３２０（℃）、樹脂スペーサの初期温度２５（℃）として計算すると、リブ厚の範囲は０．１０〜０．８８（ｍｍ）となり、この範囲に含まれる０．３（ｍｍ）を採用した。さらにリブ厚０．３（ｍｍ）における、リブ高さの範囲は０．３５〜２．０１（ｍｍ）と算出でき、２重のリブ高さは、それぞれこの範囲に含まれる１．５（ｍｍ）及び１（ｍｍ）とした。

金型から取り出したインサート成形品は、実施例１と同様に、外観検査にて問題なく成形できていることを確認した。そこで、色違い樹脂で成形したインサート成形品の樹脂スペーサ部分を切出し、断面をカットして顕微鏡で詳しく観察した。リブの界面で色の異なる樹脂が混合され、樹脂スペーサのリブが溶融し、成形樹脂と融着していることが確認できた。

上記実施例について、樹脂の種類、リブ高さ、又は、リブ厚をそれぞれ変えて成形した図１に示す樹脂スペーサ用い、上記説明した実施の形態によりインサート成形品を製造した。色違い樹脂で成形したインサート成形品の樹脂スペーサ部分を切出し、断面をカットして顕微鏡で詳しく観察し、リブ界面での融着性を評価した。

評価結果を下記表１に示す。樹脂の種類によって、境界は異なるが、概ねリブ厚が厚くなるにつれて、また、リブ高さが狭くなるにつれてリブ界面の融着性が低下する。リブ厚が薄くなればなるほど融着性は向上するが、極端に薄くすると、成形時の樹脂流動性が低下し、射出成形では成形困難になる。このような例を比較例として記載するが、リブの一部が不溶融、又は、リブの成形が困難だった比較例１〜３は、数式１〜７を満足していない。リブを十分溶融させるためには、リブ高さ、及び、リブ厚の範囲が数式１〜７を満足することが望ましい。

実施の形態２．
上記の実施の形態１では、支持ピンを用い、樹脂スペーサを介してインサート部品を保持するインサート部品の成形方法について記載したが、支持ピンの役割を樹脂スペーサに持たせることにより、支持ピンを用いないで樹脂成形することも可能である。図９は、この発明の実施の形態２に係る樹脂スペーサの斜視図である。図１０は、本発明の実施の形態２に係るインサート部品を金型のキャビティ内に保持した状態を示した断面図である。図において、上記実施の形態１で示した番号が付された部分については、上記実施の形態１で記載した構成と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図において、樹脂スペーサ１０１には、固定側型５５及び可動側型５６のキャビティ５８に面する所定の位置に設けられた凹部５７と勘合する凸部１０７が、第一の主面５上に設けられており、インサート部品１６は、支持ピン１７を収納する部分を有しない固定側型５５及び可動側型５６で構成されたキャビティ５８内に樹脂スペーサ１０１を介して保持されている。樹脂スペーサ１０１には、第一の主面５に固定側型５５又は可動側型５６との位置決め用の凸部１０７が設けられ、この位置決め用の凸部１０７と対向する位置に設けられた固定側型５５及び可動側型５６の凹部５７と勘合する。

上記実施の形態１と同様に、図９に示すＰＢＴ樹脂製樹脂スペーサを用いてインサート部品を保持し、ＰＢＴ樹脂を成形樹脂としてインサート成形した。このときの樹脂スペーサは、リブ高さが１．５ｍｍ、肉厚が０．３ｍｍのものを用いた。本発明の実施の形態で成形したインサート成形品を図１１に示す。図中、インサート成形品７１の樹脂スペーサ１０１は凸部１０７を有する。

金型から取り出したインサート成形品は、実施例１と同様に、外観検査にて問題なく成形できていることを確認した。そこで、色違い樹脂で成形したインサート成形品の樹脂スペーサ部分を切出し、断面をカットして顕微鏡で詳しく観察した。リブの界面で色の異なる樹脂が混合され、樹脂スペーサのリブが溶融し、成形樹脂と融着していることが確認できた。

以上説明したように、本実施の形態によれば、インサート部品を金型に設置し、射出成形機を用いて溶融樹脂を金型キャビティ内に流し込んで冷却固化させインサート部品と一体化する射出成形法を用いたインサート成形法において、支持ピンによって生じる開口部が無く、密閉性に優れたインサート成形品を得る方法を提供することができる。

実施の形態３．
上記の実施の形態２では、樹脂スペーサの本体部は、複雑な凹凸形状を有さない円柱形状をしたものについて説明したが、例えば、本体部にアンダーカット部を有する形状であっても構わない。図１２〜１４に、本体部にアンダーカット部を有する樹脂スペーサの一例を示す。アンダーカット部とは、通常、成形品を金型から取り出すときに、そのままの状態では離型できないような凸凹形状のことを指すが、以下、アンダーカット部という場合には、便宜上、本体部に形成された凸凹形状全般を指すこととする。アンダーカット部を設ける理由は、アンダーカット部に形成された凹部に成形樹脂が流れ込むことで、凸部と勘合し、樹脂スペーサと成形樹脂がより強固に結合するという効果を奏するためである。図において、上記実施の形態で示した番号が付された部分については、上記実施の形態１で記載した構成と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施の形態では、図１２〜図１４に示した樹脂スペーサ７６、樹脂スペーサ８６、及び、樹脂スペーサ９６を用い、上記実施の形態２と同様な方法でインサート成形品の成形を行った。樹脂スペーサ７６、樹脂スペーサ８６、及び、樹脂スペーサ９６のアンダーカット部は、それぞれアンダーカット部７７、アンダーカット部８７、及び、アンダーカット部９７で示される。さらに、樹脂スペーサ７６のリブ部は、第一のリブ部７８及び第二のリブ部７９で示され、樹脂スペーサ８６のリブ部は、リブ部８８で示され、並びに、樹脂スペーサ９６のリブ部は、リブ部９８で示される。ここで、樹脂スペーサ８６の壁部８９は、あたかもリブ部を構成するように見えるが、実際には、リブ部は非常に薄く形成されているため、成形樹脂を流し込む過程で表面全体が溶融しないような壁部はリブ部とはなりえない。ただし、壁部とするかリブ部とするかは、高さ及び厚さをどのようにするかに係る設計事項であるため、特に設けられた箇所、又は、見た目だけで判断することはできず、それが有する作用効果が大切である。

樹脂スペーサ７６、樹脂スペーサ８６、及び、樹脂スペーサ９６を用い成形し、金型から取り出したインサート成形品は、外観検査にてアンダーカット部に成形樹脂が充填され、問題なく成形できていることを確認した。本実施の形態に係る樹脂スペーサを用いて成形したインサート成形品は、アンダーカット部に成形樹脂が充填され、樹脂スペーサの表面露出面積が少なくなった。樹脂スペーサ部分を含んだ試験片を切出し、曲げ試験を実施した結果、それぞれ樹脂スペーサ１に対し、樹脂スペーサ７６での１．５倍、樹脂スペーサ８６で１．６倍、及び、樹脂スペーサ９６で１．９倍程度強度が向上していることを確認した。

以上説明したように、本実施の形態によれば、樹脂スペーサと成形樹脂との界面の面積を広く取ることができるので、インサート成形品の曲げ強度を大きくできるのみならず、樹脂スペーサと成形樹脂とが分離し難いインサート成形品を得ることができる。

１ 樹脂スペーサ、２ 本体部、３ 側面部、４ リブ部、５ 第一の主面、６ 第二の主面、７ 凹部、８ リブ高さ、９ リブ厚、
１１ 固定側型、１２ 可動側型、１３ 突き出しピン、１４ 樹脂流入口、１５ キャビティ、１６ インサート部品、１７ 支持ピン、
２０ インサート成形品、２１ 樹脂、２２ ピン穴、
３１ 樹脂スペーサ、３２ 本体部、３３ 側面部、３４ 鍔部、３５ 第一の主面、３６ 第二の主面、３７ 凹部、３８ 第一のリブ、３９ 第二のリブ、
４１ 樹脂スペーサ、４２ 本体部、４３ 側面部、４５ 第一の主面、４６ 第二の主面、４７ 凹部、４８ 第一のリブ、４９ 第二のリブ、
５１ 金属インサート部品、５２ 樹脂スペーサ、５３ 樹脂スペーサ、
５５ 固定側型、５６ 可動側型、５７ 凹部、５８ キャビティ
６１ インサート成形品
７１ インサート成形品
７６ 樹脂スペーサ、７７ アンダーカット部、７８ 第一のリブ部、７９ 第二のリブ部
８６ 樹脂スペーサ、８７ アンダーカット部、８８ リブ部、８９ 壁部
９１ 第一のリブ部のリブ高さ、９２ 第一のリブ部のリブ厚、９３ 第二のリブ部のリブ高さ、９４ 第三のリブ部のリブ厚、
９６ 樹脂スペーサ、９７ アンダーカット部、９８ リブ部、
１０１ 樹脂スペーサ、１０７ 凸部

Claims (8)

1. インサート成形時にインサート部品を保持する樹脂スペーサであって、
   本体部と、
   前記本体部の周りを一周して設けられた薄肉部であるリブ部とを備え、
   前記リブ部は、インサート成形に用いる成形樹脂と同種又は相溶性を有する樹脂からなり、少なくとも一部が最外周を溶融する形で前記成形樹脂と一体化されて成形され、
   前記リブ部における薄肉部の厚さをｔ、前記樹脂の成形温度における粘度をη、前記樹脂の熱拡散係数をα、前記樹脂の溶融温度をＴｍ、前記成形樹脂の温度をＴｓ、前記樹脂の初期温度をＴ０としたとき、ｔが式（１）から式（３）を満たす範囲にあり、
   ｔｍｉｎ＜ｔ＜ｔｍａｘ （１）
   ｔｍｉｎ＝√（１５η）／（１×１０ ^６ ） （２）
   ｔｍａｘ＝√（α／（−０．２３４５ｌｏｇ（（π／４）・（Ｔｍ−Ｔｓ）／（Ｔ０−Ｔｓ）））） （３）
   前記リブ部の高さをＬ、前記樹脂の熱伝導率をλとしたとき、Ｌが式（４）から式（７）を満たす範囲にある樹脂スペーサ。
   Ｌｍｉｎ＜Ｌ＜Ｌｍａｘ （４）
   Ｌｍａｘ＝ｔ・√（１×１０ ^６ ／（１５η）） （５）
   Ｌｍｉｎ＝Ｌｍａｘ−ｃｏｓｈ ^−１ （（（Ｔｍ−Ｔｓ）／（Ｔ０−Ｔｓ））・ｃｏｓｈ（ｍ・Ｌｍａｘ））／ｍ （６）
   ｍ＝√（２０００／（λ・ｔ）） （７）
2. 前記リブ部が複数個所に設けられたことを特徴とする請求項１記載の樹脂スペーサ。
3. 前記本体部の前記インサート部品と接する面と反対の面に、前記インサート部品を支持する支持ピンと勘合する凹部を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の樹脂スペーサ。
4. 前記本体部の前記インサート部品と接する面と反対の面に、前記成形樹脂が流し込まれる空間であるキャビティを構成する金型と勘合する凸部を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の樹脂スペーサ。
5. インサート部品と、
   前記インサート部品の表面に接して固着される複数の樹脂スペーサと、
   前記インサート部品の少なくとも一部、及び、前記樹脂スペーサの少なくとも一部を包含するように設けられた成形樹脂とを備え、
   前記樹脂スペーサは、周りを一周して設けられた薄肉部であるリブ部を有し、該リブ部は、前記成形樹脂と同種又は相溶性を有する樹脂からなり、少なくとも一部が最外周を溶融する形で前記成形樹脂と一体化されて成形され、
   前記リブ部における薄肉部の厚さをｔ、前記樹脂の成形温度における粘度をη、前記樹脂の熱拡散係数をα、前記樹脂の溶融温度をＴｍ、前記成形樹脂の温度をＴｓ、前記樹脂の初期温度をＴ０としたとき、ｔが式（８）から式（１０）を満たす範囲にあり、
   ｔｍｉｎ＜ｔ＜ｔｍａｘ （８）
   ｔｍｉｎ＝√（１５η）／（１×１０ ^６ ） （９）
   ｔｍａｘ＝√（α／（−０．２３４５ｌｏｇ（（π／４）・（Ｔｍ−Ｔｓ）／（Ｔ０−Ｔｓ）））） （１０）
   前記リブ部の高さをＬ、前記樹脂の熱伝導率をλとしたとき、Ｌが式（１１）から式（１４）を満たす範囲にあるインサート成形品。
   Ｌｍｉｎ＜Ｌ＜Ｌｍａｘ （１１）
   Ｌｍａｘ＝ｔ・√（１×１０ ^６ ／（１５η）） （１２）
   Ｌｍｉｎ＝Ｌｍａｘ−ｃｏｓｈ ^−１ （（（Ｔｍ−Ｔｓ）／（Ｔ０−Ｔｓ））・ｃｏｓｈ（ｍ・Ｌｍａｘ））／ｍ （１３）
   ｍ＝√（２０００／（λ・ｔ）） （１４）
6. 前記リブ部が複数個所に設けられたことを特徴とする請求項５記載のインサート成形品。
7. 請求項５または請求項６に記載のインサート成形品の製造方法であって、 固定された樹脂流入口を有する固定側型、及び、インサート部品を配置して可動する可動側型で構成される金型のキャビティ内に、前記金型との間に樹脂スペーサを介して前記インサート部品を保持する工程と、
   前記キャビティ内に前記樹脂流入口から溶融樹脂を流し込む工程と、
   前記溶融樹脂を冷却固化させる工程と、
   前記溶融樹脂を冷却固化した後に、前記金型から前記インサート成形品を取り出す工程とを備えたインサート成形品の製造方法。
8. 前記インサート部品を保持する工程は、前記金型のキャビティ内に、前記金型との間に前記樹脂スペーサ及び前記インサート部品を支持する支持ピンを介して保持する工程であることを特徴とする請求項７記載のインサート成形品の製造方法。

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