JP2004181827A - プラスチック金型におけるスプルーブッシュの製造法、及び、同製造法に用いる鍛造金型 - Google Patents

Abstract

【課題】切削加工や精密仕上げの加工工程を改善し、材料の節約、製品精度の均一化向上と多量生産が可能なスプルーブッシュの製造法を提供する。
【課題手段】円板状の軟鋼材１と棒状の鋼材２とを回転圧接加工により接合し、その後、圧接加工時に生じた高熱による熱硬化を取り除き、鋼材２の軸芯部にストレート穴の穿設加工を行い、その後、軟鋼材１に鍛造金型（固定型）に嵌合させるための切削加工を行い、その後、スプルーブッシュ母材ｓを高周波で加熱し、上記ストレート穴に鍛造金型を用いて熱間プレス加工によりストレート穴をテーパー状に鍛造加工し、その後、仕上げ前の熱処理を施し、各部の切削及び研磨加工を行い、その後、ラッピング加工を行う。上記熱間プレス加工は無酸化室で行う。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、プラスチック金型におけるスプルーブッシュの製造法及び同製造法に用いる鍛造金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下記記載の非特許文献１及び特許文献１に示すように、一般的に溶融樹脂を射出成形機の射出ノズルから金型へ導く流路のことをスプルーと呼び、この部分を特殊鋼でブッシュとした部品をスプルーブッシュという。従来、プラスチック射出成形用金型の一般標準部品としてのスプルーブッシュは市販されている。
【０００３】
上記スプルーブッシュの製造法は、従来、丸棒鋼材を旋盤、又は自動盤により幾重にも切削工具にて前加工が成されており、それに各段階で熱処理を施し、研削してラッピング加工をして製作している。
【０００４】
しかしながら、上記ラッピング加工も個々手作業にて行うため、仕上げの精度が個々バラバラで均等性にかけるものが多く、その精度を揃えるために多大な神経と努力と時間を浪費しているのが現実である。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１０５０７６号公報
【非特許文献１】
「はじめての金型技術」松岡甫篁・小松道男著．２００１年１１月１５日．株式会社工業調査会発行。特に、第１６２−１６６頁参照。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、プラスチック金型におけるスプルーブッシュの製造法において、切削加工や精密仕上げの加工工程を改善し、僅少な材料で加工精度及び加工速度の向上を考慮し、以って、材料の節約、製品精度の均一化向上と多量生産が可能なプラスチック金型におけるスプルーブッシュの製造法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、以下の手段を講じた。即ち、
請求項１記載のプラスチック金型におけるスプルーブッシュの製造法は、円板状の軟鋼材と棒状の鋼材とを回転圧接加工により接合する接合工程を具備することを特徴とする。
請求項２記載のプラスチック金型におけるスプルーブッシュの製造法は、鍛造金型を用いて熱間鍛造によりテーパー状に鍛造加工する鍛造工程を具備することを特徴とする。
請求項３記載のプラスチック金型におけるスプルーブッシュの製造法は、請求項１記載の接合工程と、鋼材の軸芯部に下穴の穿設加工を行う穿設工程によりスプルーブッシュ母材を得る工程と、請求項２記載の鍛造工程と、を具備することを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載のプラスチック金型におけるスプルーブッシュの製造法は、請求項３記載の手段において、上記接合工程後、圧接加工時に生じた高熱による熱硬化を取り除き、鋼材の軸芯部にストレート状の下穴の穿設加工を行い、その後、スプルーブッシュ母材を鍛造金型に嵌合させるための切削加工を行い、その後、高周波で加熱して上記鍛造工程を行い、その後、仕上げ前の熱処理を施し、各部の切削及び研磨加工を行い、その後、ラッピング加工を行うことを特徴とする。請求項５記載のプラスチック金型におけるスプルーブッシュの製造法は、請求項２乃至請求項４記載のいずれかの手段において、上記熱間鍛造を無酸化室で行うことを特徴とする。
【０００９】
請求項６記載のプラスチック金型におけるスプルーブッシュの製造法に用いる鍛造金型は、予めストレート穴が穿設されているスプルーブッシュ母材ｓにテーパー穴を形成することが可能な構成とすることを特徴とする。
請求項７記載のプラスチック金型におけるスプルーブッシュの製造法に用いる鍛造金型は、請求項６記載の手段において、固定型と可動型とからなり、両型にスプルーブッシュ母材ｓの嵌合凹部を設けると共に、可動型には、テーパー状の外形部を有する加工金具を内蔵させたことを特徴とする。
請求項８記載のプラスチック金型におけるスプルーブッシュの製造法に用いる鍛造金型は、請求項７記載の手段において、上記加工金具は、スプルーブッシュ母材ｓのストレート穴及び外周部に作用させることを特徴とする。
請求項９記載のプラスチック金型におけるスプルーブッシュの製造法に用いる鍛造金型は、請求項８記載の手段において、可動型に加工金具を内蔵させるに当たって、加工金具を可動型に対して、所定幅にわたって、移動可能に設けたことを特徴とする。
請求項１０記載のプラスチック金型におけるスプルーブッシュの製造法に用いる鍛造金型は、請求項９記載の手段において、可動型と加工金具との間には、可動型に対する加工金具を跳ね出すための跳出用スプリングを設けたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
【実施例１】
以下、本発明の実施の形態について添付した図面を用いて説明する。図１は加工工程１における圧接加工の概略説明図、図２は加工工程２後におけるスプルーブッシュ母材ｓの側面図、図３は加工工程３に用いる鍛造金型１０の断面図である。
【００１１】
Ａ．加工工程１（圧接加工）
先ず、工程１として、回転圧接により円盤状の軟鋼材１と棒状で所定長さの鋼材２とを圧接結合させる。この圧接結合に先立って、一方の軟鋼材１には予め鋼材２の先端の形状に近似した形状の穴を穿設しておく。また、他方の鋼材２の圧接部分は、略円錐台形状に形成しておく。そして、これらの２つの母材を、図１に示すように配置し、圧接結合させる。
【００１２】
この圧接時の加熱手段としては、軟鋼材１と棒状の鋼材２との回転差（通常は軟鋼材１側の回転をゼロとする。）に伴う摩擦熱を利用して圧接・溶接する手段を採用する。この圧接・溶接する手段としては、市販の回転圧接機（例、東芝機械株式会社製等）を用いることができる。但し、圧接加工後、加熱時に発生した高熱により部分的に発熱硬化することがあるので、事後熱処理にて焼きなましをすることが望ましい。
【００１３】
本発明は、このプラスチック金型におけるスプルーブッシュの製造法において、従来の引き抜き加工に換えて、この工程のみ採用し、その他の工程は他の従来手段等を採用してもよく（請求項１に相当する発明）、この圧接工程より、軟鋼材１及び鋼材２の素材の種類の選択の幅が広がり、より適切で安価で、加工性のよいスプルーブッシュの製造法が得られる。
【００１４】
Ｂ．加工工程２（ドリル加工・切削加工）
次に、工程２として、スプルーブッシュ母材ｓの中心（鋼材２部分の中心軸線部）を軸芯に高速細穴放電穴あけ機により穴あけ加工し、続いて、少し太目のドリルにてストレート穴４を再度調整加工する。この穴あけ加工には、例えば、普通市販の旋盤にてドリル穴あけを行うこととする。上記放電加工で穴あけを行い、次にドリルを用いて再度穴あけ加工を行う理由は、最初からドリルで穴あけ加工をした場合、細い穴径であるため穴芯が曲がってしまうことがあるから、先ず、放電加工でドリルの案内穴とすることが好ましい。そして、同時に軟鋼材１の外径寸法も鋼材２と同芯に揃えるために、切削工具で下型の仕様寸法に加工する。
【００１５】
即ち、軟鋼材１の平面部３も、同時加工で芯に直角とするため切削加工を行う。換言すれば、穴あけ加工機による鋼材２への穴あけ加工と同時的に軟鋼材１の外形（平面部３等）も整えておくことになる。その結果、図２に示すような、断面Ｔ形のスプルーブッシュ母材ｓを得ることができる。なお、図２における符号４は、ドリル加工によるストレート穴である。
【００１６】
Ｃ．加工工程３（鍛造加工）
以上の加工工程２（ドリル加工・切削加工）の加工の後、加工工程３（鍛造加工）に入る。鍛造加工にて工程２のストレート穴４は、はじめてテーパー穴となり、加工金型３１中心のテーパー部の表面にしわができないため、テーパー穴４は鏡面に近い精度に仕上がり、後工程のラッピング加工が容易となる。
又、鍛造加工においては、一般的に、空気中で加熱した場合は穴の内面にスケールが出来てしまい、目標としての鏡面精度（面粗さ度約１．６ｓ（ｓ＝μｍＲｍａｘ・ＪＩＳ表記）に加工し難くなるため、鍛造プレス部に内部の見える無酸化室１０５を設け（図４参照）、その無酸化室１０５内にて高周波加熱し、鍛造プレスの金型まで自動搬送装置を設置して、テーパー金型（図３）にて鍛造形成する。
【００１７】
本発明は、このプラスチック金型におけるスプルーブッシュの製造法において、この工程のみ採用して、その他の工程は他の手段を採用してもよく、この鍛造工程より、加工期間が短く、単価が低く、簡単で、耐久性及び品質（鏡面性等）がよいスプルーブッシュの製造法が得られる。
本発明は、このプラスチック金型におけるスプルーブッシュの製造法において、この工程のみ採用して、その他の工程は他の手段を採用してもよく（請求項２に相当する発明）、この圧接工程より、軟鋼材１及び鋼材２の素材の種類の選択の幅が広がり、より適切で安価で、加工性のよいスプルーブッシュの製造法が得られる。
【００１８】
（鍛造金型１０について）
鍛造金型１０は、図３に示すように、後述のプレス１００における機台１０１上に載置・固定される固定型としての下型２０と、該下型２０に対して上下動する可動型としての上型３０とからなる。
【００１９】
（下型２０）
そして、下型２０には、その中心部にスプルーブッシュ母材ｓの軟鋼材１部分が嵌合可能な平面形状円形の嵌合凹部２１と、該嵌合凹部２１の中央部から下方に貫通する穴２２とが形成される。また、前記嵌合凹部２１の両側に所定距離はなれて、アングル支持体２３が設けられ、該アングル支持体２３には回動可能に略Ｌ型の係止アングル２４が軸支されている。また、上記係止アングル２４の中間部には、スプリング保持軸２６が設けられ、該スプリング保持軸２６と、下型２０に立設されたスプリング支持棒２５との間には、係止用スプリング２７が縮装されている。そして、該係止用スプリング２７は、後述の上型３０側の係合金具３５に係合勝手に弾接している。この下型２０は、本実施例では、図４に示すようにプレス１００の機台１０１にセットされる。
【００２０】
（上型３０）
上型３０の中心穴部には、加工金具保持体３２が上下摺動可能に内装されており、更に、加工金具保持体３２内には、テーパーピン形状の雄型からなる加工金具３１が跳出用スプリング３４と共に内装されている。また、前記上型３０に上下に長く穿設された長穴３７を貫通する係合金具３５が、加工金具保持体３２の両側に設けられている。そして、係合金具３５には、略Ｌ型の係止アングル２４が係止用スプリング２７により係合勝手となっている。
【００２１】
また、加工金具保持体３２と加工金具３１との間には隙間が形成され、該隙間が加工物用の嵌合凹部３６を形成することになる。なお、図中、符号３３はエア抜き穴である。そして、この上型３０は、本実施例では図４に示すようにプレス１００のプレス作業本体１０２にセットされる（作業体１０３の部位）。
【００２２】
（プレス１００について）
鍛造金型１０は、鍛造機械、例えば、図５に示すようなプレス１００にセットして用いる。該プレス１００は、テーブル状の機台１０１と、プレス作業本体１０２と、プレス作業本体１０２に支持されて上下動する作業体１０３と、前記作業体１０３の上下動を操作するモーター駆動のフライホィール１０４と、プレス１００を空間的にカバーする無酸化室１０５と、テーブル状の機台１０１の近傍に配置される操作用ロボット１０６、及び、その他のロボット等１０７と、からなる。熱間プレス加工を無酸化室で行うことにより、鍛造後にスケールを生じさせない効果がある。
【００２３】
（金型１０の使用）
鍛造金型１０の使用について説明する。
図３は、上型３０は下型２０に対して最下位置にあり、鍛造加工後の位置である。このとき、加工金具保持体３２の下面がスプルーブッシュ母材ｓの軟鋼材肩面１ａに当接しており、加工金具保持体３２の加工物用嵌合凹部３６がスプルーブッシュ母材ｓの鋼材側面２ａ当接している。
その後、プレス１００の作業体１０３が上動し、上型３０が上動しても、係合金具３５が、係止アングル２４の下面に当接して、加工金具保持体３２、加工金具３１及びスプルーブッシュＳは上動せず、上型３０から突出状態となる。この突出は、跳出用スプリング３４により助長され、スプルーブッシュＳは、加工金具保持体３２及び加工金具３１からの分離が促進される。
【００２４】
そして、更に上型３０が上動すると、係合金具３５が長穴３７の最下壁に衝突し、係合金具３５は係止アングル２４を押し開き、加工金具保持体３２及び加工金具３１は上型３０と共に上動する。この間、加工後のスプルーブッシュＳは除去され、新たにスプルーブッシュ母材ｓが嵌合凹部２１に供給される。
そして、次工程が開始される。即ち、上型３０が下動し、この下動の過程でスプルーブッシュ母材ｓのストレート穴４をテーパー穴に鍛造加工する。この間、スプルーブッシュ母材ｓの軟鋼材１部分は嵌合凹部２１に嵌合状態で支持され、鋼材２部分は加工物用嵌合凹部３６に嵌合状態で支持されることになる。なお、上型３０が下動する過程で、係合金具３５が、Ｌ型アングル２４を押し開き、上型３０が最下位置に達した状態において、図３に示すように、係合金具３５はＬ型アングル２４の下部位置となる。
【００２５】
Ｃ．加工工程４（ラッピング加工）
加工工程３の後、残った外部加工、例えば、軟鋼材１の平面部３や曲面外周部は旋盤仕上げを施し、他の軟鋼材肩面１ａや鋼材側面２ａは研磨仕上げを施す。そして、一番最後にダイヤモンドペースト（一般名＝メディアと称している）を通過させて鍛造加工後のテーパー穴４の中をラッピング加工し、目的の精度が得られたら完成となる。前記ラッピング加工は、例えば、旭ダイヤ社製のラッピング用メディアを用いることが好ましい。
【００２６】
【実施例２】
次に、本発明に係る実施例２について説明する。図５は加工工程３に用いる鍛造金型１０’の実施例２の断面図である。
実施例２の鍛造金型１０’は、基本的には、実施例１の鍛造金型１０と同じであり、図５において、図３と同じ符号を付すことによって、その説明を省略する。実施例２においては、加工金具保持体３２の上部と上型３０の下部との間にも跳出用スプリング３４ａを付設している。この跳出用スプリング３４ａにより、上型３０が上動したときに、上型３０から加工金具保持体３２が下方に突出し易くしている。
【００２７】
【発明の効果】
本発明方法は、上記構成により、切削加工や精密仕上げの加工工程を改善し、僅少な材料で加工精度及び加工速度の向上を考慮し、以って、材料の節約、製品精度の均一化向上と多量生産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】加工工程１における圧接加工の概略説明図。
【図２】加工工程後におけるスプルーブッシュ母材ｓの側面図。
【図３】加工工程３に用いる鍛造金型１０の実施例１の断面図。
【図４】加工工程３に用いる無酸化室の概念図。
【図５】加工工程３に用いる鍛造金型１０’の実施例２の断面図。
【符号の説明】
ｓ・・スプルーブッシュ母材 Ｓ・・スプルーブッシュ
１・・軟鋼材 １ａ・・軟鋼材肩面
２・・鋼材 ２ａ・・鋼材側面
３・・平面部 ４・・ストレート穴（テーパー穴）
１０，１０’・・鍛造金型
２０・・下型 ２１・・（加工物用）嵌合凹部 ２２・・穴
２３・・アングル支持体 ２４・・係止アングル
２５・・・・スプリング支持棒 ２６・・スプリング保持軸
２７・・係止用スプリング
３０・・上型 ３１・・加工金具 ３２・・加工金具保持体
３３・・エア抜き穴 ３４，３４ａ・・跳出用スプリング
３５・・係合金具 ３６・・加工物用嵌合凹部 ３７・・長穴
１００・・プレス １０１・・機台 １０２・・プレス作業本体
１０３・・作業体 １０４・・フライホィール １０５・・無酸化室
１０６・・操作用ロボット １０７・・その他のロボット等

Claims (10)

1. 円板状の軟鋼材と棒状の鋼材とを回転圧接加工により接合する接合工程を具備することを特徴とするプラスチック金型におけるスプルーブッシュの製造法。
2. 鍛造金型を用いて熱間鍛造によりテーパー状に鍛造加工する鍛造工程を具備することを特徴とするプラスチック金型におけるスプルーブッシュの製造法。
3. 請求項１記載の接合工程と、鋼材の軸芯部に下穴の穿設加工を行う穿設工程によりスプルーブッシュ母材を得る工程と、請求項２記載の鍛造工程と、を具備することを特徴とするプラスチック金型におけるスプルーブッシュの製造法。
4. 上記接合工程後、圧接加工時に生じた高熱による熱硬化を取り除き、鋼材の軸芯部にストレート状の下穴の穿設加工を行い、
   その後、スプルーブッシュ母材を鍛造金型に嵌合させるための切削加工を行い、その後、高周波で加熱して上記鍛造工程を行い、その後、仕上げ前の熱処理を施し、各部の切削及び研磨加工を行い、
   その後、ラッピング加工を行うことを特徴とする請求項３記載のプラスチック金型におけるスプルーブッシュの製造法。
5. 上記熱間鍛造を無酸化室で行うことを特徴とする請求項２乃至請求項４記載のいずれかのプラスチック金型におけるスプルーブッシュの製造法。
6. 予めストレート穴が穿設されているスプルーブッシュ母材ｓにテーパー穴を形成することが可能な構成とすることを特徴とするスプルーブッシュの製造法に用いる鍛造金型。
7. 固定型と可動型とからなり、両型にスプルーブッシュ母材ｓの嵌合凹部を設けると共に、可動型には、テーパー状の外形部を有する加工金具を内蔵させたことを特徴とする請求項６のスプルーブッシュの製造法に用いる鍛造金型。
8. 上記加工金具は、スプルーブッシュ母材ｓのストレート穴及び外周部に作用させることを特徴とする請求項７のスプルーブッシュの製造法に用いる鍛造金型。
9. 可動型に加工金具を内蔵させるに当たって、加工金具を可動型に対して、所定幅にわたって、移動可能に設けたことを特徴とする請求項８のスプルーブッシュの製造法に用いる鍛造金型。
10. 可動型と加工金具との間には、可動型に対する加工金具を跳ね出すための跳出用スプリングを設けたことを特徴とする請求項９のスプルーブッシュの製造法に用いる鍛造金型。

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