JPH04224918A - プラスチック成形品の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、成形品の内部及び／又
は表層部に複数の電気回路を有するプラスチック成形品
に関し、特に電気絶縁処理された複数の導線を概ね所定
の電気回路パターンになるように配置し、成形品の形状
に応じて賦形後、粉体塗料を付着したプリフォームとし
、これをインサート成形するプラスチック成形品の製造
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】家電機器、電子計算機、計測器、通信機
器、制御装置等の電気・電子機器は、ますます小型化、
軽量化、多機能化、コンパクト化がすすみ、これに対応
して半導体部品の高集積化、配線板の高密度化・多層化
、フレキシブル配線板の導入、パッケージ部品の表面実
装化等が進行している。

【０００３】さらに、これらの配線板等を組み込んだ電
気・電子機器の筐体や部品にも電気回路を形成すること
も行われており、回路付成形品、立体配線成形品、ＭＣ
Ｂ（Ｍｏｌｄｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ｂｏａｒｄ）、Ｍ
ＣＤ（Ｍｏｌｄｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ｄｅｖｉｃｅ）
、ＭＩＤ（Ｍｏｌｄｅｄ　Ｉｎｔｅｒｃｏｎｅｃｔｉｎ
ｇＤｅｖｉｃｅ）等とよばれている。

【０００４】回路付成形品などとよばれるものの電気回
路のうち、比較的大きな電流を通す電源用の導体部には
銅、燐青銅、４２アロイ等の導電性金属シート類の打抜
き、エッチング等により加工したものが用いられ、一方
比較的小さな電流を通す信号用の導体部には導電性イン
クの塗布、印刷、貼布した銅箔のエッチング、電気めっ
き及び／又は化学めっきによる析出物等が利用されてい
る。

【０００５】これらの電気回路をプラスチック成形品の
表面及び／又は内部に形成する方法は、比較的剛性の大
きな導電性金属シートの加工品をインサート材として成
形する場合を除いて一般に複雑な工程を必要とし、コス
ト、信頼性、作業性等の面で必ずしも有利といえない場
合が多く、現時点で実用されている例は少ない。

【０００６】一般に成形品の表面層に電気回路を形成す
る方法としては、日経メカニカル誌（’８９、１１、１
３号）に掲載されているように、エー・ピー・イープロ
セス（ＡＰＥ　Ｐｒｏｃｅｓｓ）、アディティブ・プレ
ートン・エッチ・プロセス（Ａｄｄｉｔｉｖｅ　Ｐｌａ
ｔｅ−ｎ−Ｅｔｃｈ　Ｐｒｏｃｅｓｓ）、モールドン・
アッド・プロセス（Ｍｏｌｄ’ｎ　Ａｄｄ　Ｐｒｏｃｅ
ｓｓ）、モールドン・プレート・テクノロジー（Ｍｏｌ
ｄ’ｎ　Ｐｌａｔｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、リセス
ド・トラッキング・メソッド（Ｒｅｃｅｓｓｅｄ　Ｔｒ
ａｃｋｉｎｇ　Ｍｅｔｈｏｄ）等の化学めっきを用いる
方法、フィルム上に印刷した電気回路を成形時に熱転写
する方法等があり、ＵＶやレーザの照射による方法等も
知られている。

【０００７】これらのほかにサブトラクティブ法、スク
リーン印刷等により電気回路を形成したフィルム、シー
ト類を成形品の表面に貼付又は固着する方法がある。

【０００８】また射出成形法や圧縮成形法もあるが、比
較的剛性のある導電性金属シートを加工して電気回路を
形成したものをインサート材とする場合、成形圧力が高
い射出成形法や圧縮成形法では、例えば厚さ０．４ｍｍ
の銅シートをインサート材とするとき電気回路の最小線
幅及び最小線間距離はそれぞれ１ｍｍ及び２ｍｍとする
必要がある。さらに薄い軟質金属シートを用いたり、最
小線幅及び最小線間距離をさらに小さくしなければなら
ない場合のインサート成形は非常に困難となり、加えて
２層以上の電気回路をもつ回路付成形品を得ることは不
可能といえる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述した各種回路付成
形品の製造法のうち、所定の電気回路パターンをもつ導
電体をインサートする成形方法としては、生産性の面で
すぐれた特長をもつ射出成形法が汎用されている。また
化学めっきを用いて成形品の表層部に電気回路を形成す
る前述の方法の中でもめっき用触媒入りの成形材料で射
出成形する場合、めっき、触媒入り成形材料で一次成形
後成形品の表層部の電気回路パターン部を除いて触媒な
し成形材料で二次射出成形する場合などでも射出成形が
応用されている。

【００１０】なお射出成形の成形材料には成形品の使用
目的、使用条件によって各種のものが利用できるが、い
ずれの場合も著しく高い成形圧力が適用される。この成
形圧力についてプラスチック活用ノート（工業調査会刊
）に記載されている一部を引用すれば、熱可塑性樹脂の
場合の射出成形圧力（ＭＰａ）は、ポリプロピレン６８
．６〜１３７．２、ポリエチレンテレフタレート６８．
６〜１３７．２、ガラス繊維入りポリカーボネート６８
．６〜２０５．８、ガラス繊維入りポリブチレンテレフ
タレート４９．０〜６８．６、ポリエーテルサルフォン
７５．５〜１３７．２等であり、成形の際の初期粘度が
小さく、成形圧力が比較的小さいといわれる熱硬化性樹
脂の場合でも成形圧力（ＭＰａ）は、不飽和ポリエステ
ル樹脂ＢＭＣ（射出成形）４９．８〜９８．０、（トラ
ンスファ成形）１１．８〜４９．０、フェノール樹脂系
（射出成形）１３．７〜１３７．２、ジアリルフタレー
ト樹脂系（射出成形）４９．０〜１４７．０、（トラン
スファ成形）１９．６〜４９．０、エポキシ樹脂系（ト
ランスファ成形）４．９〜９．８等である。このため導
電性材料で成形した電気回路パターンをインサート材と
して成形する場合、該インサート材は前記した高い成形
圧力が加えられた際、変形による電気的な短絡や断線を
生じることがないように適正な電気的特性とともに機械
的強度と剛性を保有していなければならない。

【００１１】例えばガラス繊維強化ポリブチレンテレフ
タレートにより厚さ０．４ｍｍの銅シートから成形した
電気回路パターンをインサート材とする際、該パターン
の最小線幅は１ｍｍ及び最小線間距離は２ｍｍとする必
要がある。したがってさらに精細な電気回路パターンを
もつ場合や薄い軟質の導電性材料をインサート材として
回路付成形品を得ることは従来技術では非常に困難であ
り、まだ前記のインサート材の２枚以上を適正な間隔を
保って一体に成形することは不可能といえる。

【００１２】一方、成形品の表面に電気回路パターンを
形成するには、前述のような各種の方法があるが、導電
性金属シートの打抜きには打抜き用の型とプレス、エッ
チング加工の際はレジスト塗布用スクリーン版、乾燥装
置、エッチング及び仕上げ装置、銅箔張り積層板のサブ
トラクティブ法による電気回路形成の際には同じくレジ
スト塗布用スクリーン版、乾燥装置又はドライフィルム
ラミネータ、露光用マスク、露光装置、エッチング装置
及び仕上げ装置、アディティブ法による電気回路形成の
場合にはめっき触媒入り絶縁基材、レジスト塗布用スク
リーン版、触媒活性化装置、化学めっき装置、二段射出
成形法による場合には、それに対応した一段及び二段成
形用の金型等、それぞれの方法に伴い数多くの付属治具
、金型及び装置、複雑な工程、煩雑な操作等を必要とし
、同一品種の大量生産の場合においても、生産コスト、
納期、工程管理等に不利益は免れず、少量生産の際には
一層大きな負担となり、試作段階においても開発期間の
延引にもつながる。

【００１３】本発明は上記のような問題の生じない回路
付プラスチック成形品の製造法を提供することを目的と
するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前述した現
状に鑑み、ますます小形軽量化、多機能化、高性能化、
コンパクト化が要求される電気・電子機器の趨勢に即応
するため鋭意検討を進めた結果、電気・電子機器のプラ
スチック製筐体、部品等の表面及び／又は内部に複数の
導体部からなる任意の電気回路パターンを該導体間の電
気絶縁性を保持しながら通常の成形方法及び成形装置と
、常用されている熱可塑性又は熱硬化性の成形材料を用
いて一体化した回路付成形品が得られることを見出した
。

【００１５】本発明は、電気絶縁性材料で被覆された複
数の導線を概ね所定の電気回路パターンになるように配
置し、さらに成形品の形状に概ね沿うように予備的に賦
形した後、電気絶縁性の粉体塗料を付着、固化させてプ
リフォームとし、ついで該プリフォームをインサート材
として成形型にインサートした後、電気絶縁性の成形材
料を用いて電気回路を一体に成形するプラスチック成形
品の製造法に関する。

【００１６】なお本発明において、電気回路パターンの
形成方法は、電気絶縁性材料で被覆された導線を両端子
部のみ所定の位置になるように固定し、端子間の布線パ
ターンは概ね所定の電気回路パターンになるように配置
する。この際、厳密に所定の電気回路パターンに準拠し
て配置する必要はなく、また該導線同志の接触や重なり
などがあっても差支えない。ただし多数の該導線を用い
て成形品の形状に沿って賦形する際、曲げ加工部での該
導線の重なりはなるべく避けて、同一面になるように配
置することが望ましい。

【００１７】使用する該導線の太さは、通電する電流の
大きさによって選定する。また該導線の断面形状は、円
、平角等適宜に選定できる。

【００１８】概ね所定の電気回路パターンに配置した複
数の前記導線は、成形品の形状に概ね沿って賦形する。 この際の賦形は厳密に成形品に密接するものでなくても
よいが、前述のように賦形の際の曲げ加工部における該
導線の重なりは避けるとともに、その他の部位において
も配置された導線群はできるだけ重なりを避け平坦にな
るようにし、射出成形の際に成形材料の円滑な流動を阻
害しないように配慮することが望ましい。

【００１９】賦形された前記導線群は、予熱したうえ電
気絶縁性を有する粉体塗料を付着させて該導線群を固定
するが、この粉体塗料は電気絶縁処理された導線の被覆
層（電気絶縁層）との密着性がよく、粉体塗料を融着す
る際の処理条件によって該被覆層に有害な影響を与えな
いものであり、かつ所期の電気絶縁性を有するものであ
ればエポキシ系、ポリエステル系、アクリル系、エポキ
シ・ポリエステル系等いずれでもよい。該粉体塗料を付
着後、必要に応じてアフタキュア、アニーリング等の目
的で熱処理を行ってもよい。このような一連の処理を行
った導線群をプリフォームとして成形型へのインサート
材とする。

【００２０】賦形した導線群に電気絶縁性の粉体塗料を
付着させる方法としては、流動浸せき塗装法（Ｆｌｕｉ
ｄｉｚｅｄ−ｂｅｄ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ）
、ホットスプレー法（Ｈｏｔ　ｓｐｒａｙ　ｃｏａｔｉ
ｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ）、カスケード法（Ｃａｓｃａｄｅ
　ｃｏａｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ）等が知られており、
いずれの方法も使用できる。また粉体塗料の種類によっ
て該粉体塗料を前記導線群に付着、固化させた後適宜の
温度及び時間を保って焼成、硬化を行うこともある。

【００２１】上述のようにして得られたプリフォームの
表面には、成形材料との界面接着を確保するために接着
剤を塗布することがある。この接着剤は、成形品の使用
目的及び使用条件に適合したものであればゴム系、熱可
塑性樹脂系、熱硬化性樹脂系等いずれでもよく特に制限
はない。

【００２２】該プリフォームを成形型の所定の位置に固
定するためにプリフォームの適宜の部位に適正な寸法、
形状及び数のガイドホールや突起物を設け、対応する成
形型の表面に前記ガイドホール、突起物等に適合するガ
イドブッシュ、凹部等を設ける。これらのプリフォーム
位置決め部は一組の成形型のキャビティの内部にも外部
にも設けることができる。ガイドホールについて一例を
あげると、前記導線群の両端子の固定部にガイドホール
を設けることもでき、また概ね所定の電気回路パターン
で配置した導線群の両端子間の適切な箇所において該導
線群の配置を固定するために設けた固定板にガイドホー
ルをあけることもできる。後者においては、特に該プリ
フォームが長く、射出成形等の成形の際に型のキャビテ
ィ内を流動する成形材料によってプリフォームにずりの
応力が加わるような場合、導体の端子部に欠陥をもたら
すような応力が加わるのを防ぐためにも有効である。

【００２３】前記のプリフォームをインサート材として
封止するために用いる電気絶縁性成形材料としては、回
路付プラスチック成形品の使用目的、使用条件に応じて
熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等を主成分としたものが用
いられ、このうち熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン
、ポリプロピレン、ＡＢＳ、ポリメチルペンテン、ポリ
カーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチ
レンテレフタレート、ポリサルフォン、ポリアミド類、
ポリケトンケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテル
エーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミ
ド、液晶ポリマ類、ポリフェニレンサルファイド等が単
独又は２種以上組み合わせて用いられる。

【００２４】一方、熱硬化性樹脂としては、フェノール
樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウ
レタン、シリコーン、ポリイミド等が単独又は２種以上
組み合わせて用いられる。

【００２５】これらの樹脂には、必要に応じて充てん剤
、難燃剤、可撓化剤、着色剤、補強材等を配合すること
もできる。例えば充てん剤としては成形品の所期の性能
を阻害しないで成形性、耐熱性、耐燃性、熱伝導性、熱
膨張性、機械的特性、電気的特性、寸法安定性、コスト
等を改善するものであればよく、このような目的にそう
ものとして炭酸カルシウム、カオリン、クレー、ドロマ
イト、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、酸化アンチモン
類、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化
カルシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、β−
ユークリプタイト等が単独又は２種以上組み合わせて用
いられる。

【００２６】補強材としては、上記と同様に成形品の所
期の性能を阻害しないで耐熱性、機械的強度、熱伝導性
、寸法安定性、熱膨脹性、コスト等を改善するものであ
ればよく、このような目的にそうものとしてガラス繊維
、アラミド繊維、芳香族ポリエステル繊維、硫酸カルシ
ウムホイスカ、チタン酸カリホイスカ等が単独又は２種
以上組み合わせて用いられる。

【００２７】さらにこれらの電気絶縁性成形材料には、
配合した充てん剤、補強剤、着色剤、難燃剤等とマトリ
ックスレジンとのぬれ性、成形材料としての流動性を改
善するための添加剤、軽量化のための微小中空球（マイ
クロスフェア）、成形品の表面性改善のための発泡剤等
を配合してもよい。

【００２８】

【実施例】以下本発明の実施例を説明する。

【００２９】

【実施例１】図１に示すように直径が０．１ｍｍの銅線
の表面をポリイミドワニスで電気絶縁処理した導線（日
立電線製、商品名ＨＢＨ−１、ＩＭＷ、０．１φ、皮膜
０種）（以下絶縁導線とする）１を１１本準備した後、
この絶縁導線１を成形品のリブ位置７及び開孔部位置８
となる部分を避けて配置し、両端部及び中間部の２箇所
を短冊状のプリプレグ（日立化成モールド製、商品名Ｇ
Ｎ６２ＮＳ、厚さ０．３４ｍｍ）２枚の間に挿み、温度
１７０℃の熱板に圧力０．２９ＭＰａ（３ｋｇｆ／ｃｍ
２）で１２０分間加熱加圧して硬化させ固定し、それぞ
れの短冊状のプリプレグの両端部分にガイドホール５及
び６となる部分をけがいた。

【００３０】次に折り目線４に沿ってＲ（半径）０．２
ｍｍで直角に曲げ加工後、２３０℃に予熱し、エポキシ
樹脂系粉体塗料（住友ベーク製、商品名スミライトレジ
ンＥＣＰ−２５０ＧＨ）を流動させたコーティング装置
（トリム製、商品名ＦＢＣ−０１型）の流動層に２０秒
浸せきし、引き上げてから２００℃で５分間アフタキュ
アを行い、室温まで放冷した。

【００３１】放冷後全面に接着剤（スリーボンド製、商
品名スリーボンド１５７０）を１０〜１５μｍの厚さの
範囲に塗布し、１００℃の乾燥器内に１０分間保持して
表面を指触乾燥状態（表面を指先で押しつけ指先に粘着
しない状態）とした。さらに上記でけがいた部分をドリ
ルで穴明け加工して端子固定板２及び中間固定板３にガ
イドホール５及び６を設けて図２に示すようなプリフォ
ーム１０を得た。なお図２において９は固化した粉体塗
料である。

【００３２】ついで該プリフォーム１０を成形用金型の
下型に設けたインサート材固定用突起物（図示せず）と
前記のガイドホール５及び６とによって固定した後上型
を閉じ、上型に設けたピンゲートを通してガラス繊維強
化ポリブチレンテレフタレート（ガラス繊維含有率３０
重量％、東レ製、商品名ＰＢＴ１１０１Ｇ３０）を射出
成形した。なおこのときの成形装置は、東芝機械製のＩ
Ｓ−７５Ｓ射出成形機を用いた。また成形条件は、金型
温度６５±５℃、シリンダ温度２３５±１０℃、射出圧
力（ゲージ圧力）７．８４ＭＰａ（８０ｋｇｆ／ｃｍ２
）、射出速度９９％、射出時間３秒、冷却時間９秒であ
った。

【００３３】脱型後１５０℃の恒温槽で３時間熱処理し
てプラスチック成形品を得た。

【００３４】得られたプラスチック成形品内にインサー
トされた１１本の絶縁導線１内の断線、絶縁導線１間の
短絡などの電気的欠陥は見られなかった。

【００３５】

【比較例１】実施例１における粉体塗料の流動層への浸
せき工程を省いた以外は、実施例１と同様の工程を経て
プラスチック成形品を得た。

【００３６】得られたプラスチック成形品内の絶縁導線
は、開孔部の壁部に押しつけられて集まっているのが目
視され、電気的導通試験の結果、１１本の絶縁導線中８
本が断線していた。

【００３７】

【発明の効果】本発明の製造法によって得られる回路付
プラスチック成形品は、電気絶縁材料を被覆した導線を
概ね所定の電気回路パターンになるように配置した後成
形品の形状にほぼ沿うように予備的に賦形したものを流
動浸せき、ホットスプレー、カスケード等の方法によっ
て電気絶縁性の粉体塗料を付着、固化して一体化したプ
リフォームをインサート成形することを特徴の一つとし
、従来のサブトラクティブ法、アディティブ法、印刷法
等のように電気回路パターンの厳密な導体幅、導体間隔
等の管理を必要としない。

【００３８】さらに前記複数の導線を成形品の形状にほ
ぼ沿った形状に賦形することを特徴とするが、これらの
導線は軟質で可塑性があり容易に賦形させることができ
、特別に精密な治具、装置類を必要としないうえ、設計
の自由度は大きい。

【００３９】また前記のように賦形した複数の該導線を
電気絶縁性の粉体塗料の付着、固化により一体化したも
のをインサート材とするため汎用の成形法である射出成
形法、圧縮成形法、反応射出成形法（ＲＩＭ）、液状樹
脂注入成形法（ＲＴＭ）等各種の成形法が適用できる。

【００４０】上記の他導体（導線）が電気絶縁処理され
ているため導体（導線）相互間の接触、重なりは電気回
路としての性能上の支障はなく、従来技術では多層化し
なければならない構成であっても必要な線径をもつ電気
絶縁処理導線を所要本数を配置することで達せられる。 したがって、銅箔張り絶縁板や触媒入り絶縁板を必要と
せず、電気回路形成用のレジスト、スクリーン印刷装置
、エッチング装置、電気及び／又は化学めっき装置、多
層化のためのプリプレグ、プレス等を必要としない。

【００４１】以上のような特徴により、本発明は電気・
電子機器の小形化、高性能化、コンパクト化、開発期間
の短縮、コスト低減等にも大いに貢献することができる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】絶縁導線を端子固定板及び中間固定板で固定し
、折り目線に沿って直角に曲げ加工する前の状態を示す
正面図である。

【図２】本発明の実施例になるプラスチック成形品を得
るための中間工程のプリフォームの状態を示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

１　　絶縁導線　　　　　　　　　　　　２　　端子固
定板　　　　　　　　　　３　　中間固定板 ４　　折り目線　　　　　　　　　　　　５　　ガイド
ホール　　　　　　　　６　　ガイドホール ７　　リブ位置　　　　　　　　　　　　８　　開孔部
位置　　　　　　　　　　９　　固化した粉体塗料 １０　　プリフォーム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電気絶縁性材料で被覆された複数の導
   線を概ね所定の電気回路パターンになるように配置し、
   さらに成形品の形状に概ね沿うよう予備的に賦形した後
   、電気絶縁性の粉体塗料を付着、固化させてプリフォー
   ムとし、ついで該プリフォームをインサート材として成
   形型にインサートした後、電気絶縁性の成形材料を用い
   て前記の電気回路を一体に成形することを特徴とするプ
   ラスチック成形品の製造法。