JP2004249565A - インサート成形体、インサート成形用金型、およびインサート成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】例えばロータリエンコーダの回転ディスクのような回転体に用いた場合でも、回転時の振れ、あるいは偏心などを抑制し得る高精度なインサート成形体、インサート成形用金型、およびインサート成形体の製造方法を提供する。
【解決手段】断面円形の周面１ａを有するインサート部材１と注型材料とが一体注型されたインサート成形体において、インサート部材として、周面から径方向に盛り上がる突起部１ｂを周方向に均等に３箇所以上形成してなることを特徴とするものである。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば光学式ロータリエンコーダ、ベアリング用軸受け、ギア等の高精度が要求される回転体や回転体を保持する部材などに好ましく用いることができるインサート成形体、インサート成形用金型、およびインサート成形体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば光学式ロータリエンコーダに用いられる回転ディスクなどのように、回転軸となる金属製の筒状体と、センサーによる被検出部となる樹脂製回転ディスクとが一体注型されたインサート成形体には、回転時の振れや、偏心等の点で高度な形状精度が要求される。このようなインサート部材と樹脂とを一体化した高精度なインサート成形体を得る場合、金属製の筒状あるいは円柱状のインサート部材を精度よく、かつ信頼性が高く金型にセットする方法として、コレットによりインサート部材を固定し、常に正確に垂直な状態で保持する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−６０８０１号公報（第３頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のインサート部材と樹脂を高精度に一体成形する方法においては、インサート部材を金型へ精度良くセットすることが重要である。しかし、先に述べたようなコレット方式では、金型の開閉によって分割したコレットがインサート部材を固定する構造となっており、この方法ではインサート部材の高精度な位置決め固定が期待できない。また、分割構造であるために、成形品に分割跡の筋目が形成されるため、その筋目が精度に影響する。このように、高精度なインサート成形体が要求される場合は多くの問題があった。
【０００５】
また、上記光学式ロータリエンコーダに用いられる回転ディスクなどを一体成形するためには、金属製筒状体を予め金型のコアピンに挿入しセットする工程が必要となるが、金属製筒状体の内径はコアピンの直径より大きくしておかなければならない。また、金属製筒状体をコアピンに挿入しやすくするために、金属製筒状体とコアピンとのクリアランスを大きくする必要がある。しかし、クリアランスを大きくすると金型の中で固定したときに金属製筒状体が傾くため、垂直に固定できなくなり、成形後の一体成形品の形状精度が悪くなる問題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような従来技術の課題を解消するためになされたものであり、例えば光学式ロータリエンコーダの回転ディスクのような回転体に用いた場合でも回転時の振れや、偏心等を抑制し得る高精度なインサート成形体、インサート成形用金型、およびインサート成形体の製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るインサート成形体は、断面円形の周面を有するインサート部材と注型材料とが一体注型されたインサート成形体において、上記インサート部材は、周面から径方向に盛り上がる突起部を周方向に均等に３箇所以上形成してなることを特徴とするものである。
【０００８】
また、この発明に係るインサート成形用金型は、円柱状または円筒状のインサート部材を挿嵌、固定するための円周面が形成された保持部材を備えたインサート成形用金型において、上記保持部材は、上記円周面から径方向に盛り上がる突起部が周方向に均等に３箇所以上設けられ、該突起部の径方向の高さを約５〜約７０μｍとしたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、この発明に係るインサート成形体の製造方法は、円柱状または円筒状のインサート部材を注型材料と一体注型するに際し、上記インサート部材を金型内に固定するための保持部材として、該インサート部材を挿嵌させるための円周面を有し、かつ該円周面には、径方向に盛り上がる突起部が周方向に３箇所以上形成され、該突起部の径方向の高さを約５〜約７０μｍとしてなる保持部材を用い、予め上記インサート部材を上記金型の保持部材の温度よりも高い温度に加熱した後、上記保持部材に挿嵌することを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１ないし図６は、この発明の実施の形態１によるインサート成形体としての光学式ロータリエンコーダに用いる回転ディスク、インサート成形用金型およびインサート成形体の製造方法を説明するための図であり、より具体的には、図１はインサート部材としての回転軸となる金属製の筒状体を金型の保持部材（コアピン）に挿入したときの状態を模式的に示す断面図、図２は上記筒状体の外観を示す斜視図、図３は上記筒状体の内周面に設けた突起部の形状を模式的に示す平面図、図４は注型に用いる金型の要部を示す断面図、図５は筒状体をコアピンに挿入するときの状況を示す模式図、図６は完成したインサート成形体としての光学式ロータリエンコーダの回転ディスクを模式的に示す斜視図である。なお、各図を通じて同一符合は同一もしくは相当部分を示すものとする。
【００１１】
図に示すように、光学式ロータリエンコーダの回転ディスク６の回転軸となるインサート部材１は、金属製の筒状体からなり、より具体的には、長さ約６ｍｍ、外径約１０ｍｍ、内径約５ｍｍの寸法で、材料はアルミニウムからなる。該インサート部材１は、図４および図５に示すように、鉄系の材料からなる金型７の保持部材（コアピン）２に挿嵌固定され、金型７内に樹脂を充填して一体成形される。
【００１２】
一般的にこのような場合、インサート部材１の内径と保持部材２の外径との差を大きくすると挿入は容易となるが、得られるインサート成形体の直角度や振れ、同軸度のような形状精度は悪くなる。また、インサート部材１の内径と保持部材２の外径との差が小さくなると、得られるインサート成形体の精度は良くなるが挿嵌が難しくなる。
【００１３】
この実施の形態１では、その問題を解消するために、インサート部材１の内径部分の形状を、図１、および図３に示すように内周面１ａより中心側径方向に盛り上がる突起部１ｂを３箇所形成した構造とした。上記突起部１ｂと内周面１ａとの径方向の差、即ち突起部（凹凸）の高さｄが、ある一定の値より大きくなると、インサート部材１を金型７の保持部材２にセットした場合に、その保持部材２の外周面との間に生じる隙間に樹脂が流入するようになるため、希望の成形品が得られない。そこで鋭意検討を重ねた結果、この実施の形態１においては突起部１ｂの高さｄは、用いた注型樹脂が流入しない範囲内である約３０μｍとした。なお、図２、および図５ではインサート部材１の内周面１ａ部に設けた突起部１ｂの図示を省略している。
【００１４】
一方、この実施の形態１に用いる本発明の金型７は、パーティングライン８を境に上下に開閉し得るように構成されており、上方の固定側取付板９に、固定側型板９ａがランナストリッパプレート９ｂを介して取り付けられている。上記固定側型板９ａの中心部には、キャビティ４に連通するようにゲート９ｃ、ランナ９ｄが設けられ、固定側取付板９の上部からランナ９ｄに通じるスプル９ｅを介してキャビティ４内に液状樹脂が送給できるように形成されている。
【００１５】
また、上記金型７の下部は、昇降可能に設けられた可動側取付部材１０と、この可動側取付部材１０に対し、受け板１０ｂおよびスペーサ部材１０ｃを介して取り付けられた可動側型板１０ａと、コアブロック３に圧入固定され、このコアブロック３を介して上記可動側型板１０ａの中心部に嵌合された保持部材（コアピン）２とからなっている。なお、上記キャビティ４はコアブロック３内の上方部と上記固定側型板９ａの下部中心部に跨ってディスク状に形成されている。なお、１１ａは上部エジェクタプレート、１１ｂは下部エジェクタプレート、１２はインサート成形体６を排出するためのエジェクタピン、ｅはコアピン２とインサート部材１の内周面１ａとの隙間である。
【００１６】
次にインサート部材１と注型樹脂などの注型材料とのインサート成形方法について説明する。この実施の形態１では、注型樹脂はポリカーボネートとした。樹脂温度は約３００℃、金型温度は約１２０℃とした。また、アルミニウム製筒状体からなるインサート部材１の予備加熱温度は、上記金型温度より約５０℃高い約１７０℃とした。金型７をパーティングライン８で開いた状態で、上記予め加熱されたインサート部材１を保持部材（コアピン）２に手動または図示を省略しているロボットにより自動でセットし、金型を閉じる。
【００１７】
その後、ランナ９ｄを通じて上記加熱された注型樹脂をゲート９ｃからキャビティ４内に充填し、冷却した後金型７を開け、インサート部材１と樹脂製回転体５が一体となったインサート成形体６を取り出す。取り出し方法は、エジェクタピン１２と一体となったエジェクタプレート１１を押し上げることによって、エジェクタピン１２がインサート部材１を突き上げ、インサート成形体６がパーティングライン８より上に排出される。上記動作を繰り返すことによって、安定したインサート成形体を得ることができる。
【００１８】
上記のように、実施の形態１によれば、インサート部材１の内周面１ａに突起部１ｂを設けたことにより、一体成型時にインサート部材１をコアピンからなる保持部材２に挿入するときに、エアの抜けがよく挿入し易くなり、ゴミ等によるカジリがなく精度よく挿嵌できるといった利点がある。さらに、コアピンによって構成した保持部材２を金型に固定されたコアブロック３の中心部に保持し、キャビティ４をコアブロック３の上部内に設けたことにより、インサート部材１と樹脂製回転体５部分の軸心相互を高精度に一致させることができ、径方向の金型の分割跡目をなくし、回転体としての振れや偏心を小さく抑えた高精度な回転体や軸受け等の機能を有するインサート成形体を提供することができる。
【００１９】
また、インサート部材１を金型７の材質より熱膨張の高い材料を用い、金型７の温度より高い温度で予熱し、インサート部材１と保持部材２との隙間を拡大するようにしたことによって、挿入がより容易になり、注型が効率的になる効果が得られる。
【００２０】
なお、上記金属製筒状体からなるインサート部材１の内周面１ａに設ける突起部１ｂは、保持部材２の外周部に均等に固定されなければならないため、突起部１ｂの位置は中心軸に対し対称でなければならない。即ち、この実施の形態１の場合、突起部１ｂは中心軸に対し１２０°の角度で設けられ、軸方向には連続して一様に設けられている。また、突起部１ｂの周方向の数は、必ずしも３箇所に限定されるものではなく、４箇所以上の任意の数でもよい。なお、加工性や精度の面から、該突起部１ｂの周方向の数は、８箇所程度までとすることは望ましい。
【００２１】
さらに、内周面１ａに対する突起部１ｂの高さｄ、即ち実質的に保持部材２の外周面とインサート部材１の内周面１ａとの隙間は、約３０μｍとしたが、該高さｄとしては、約５μｍ〜約７０μｍ、さらに好ましくは約２０μｍ〜約５０μｍとするのが良い。上記高さｄが約５μｍ未満ではエア抜けの効果が少なく、また、約７０μｍを超えると樹脂漏れが生じるようになるので望ましくない。従って上記範囲内に選ぶのが望ましい。なお、上記高さｄを約２０μｍ〜約５０μｍとした場合にはエア抜けおよび樹脂漏れの点で更に望ましい結果が得られる。
【００２２】
なお、樹脂漏れは、用いる樹脂の種類、配合体の種類や配合量、加熱温度、送給圧力などによって変わるので、例えば粘度が低く樹脂漏れが生じ易い注型材料の場合は、上記高さｄを樹脂漏れが生じない程度に適宜低めにすれば良い。さらに、突起部１を有する周面を形成する方法は特に限定されず、例えば、機械加工、焼結金属方法など、公知の任意の手段を用いることができる。
【００２３】
また、用いる注型材料は、例えば熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂などの通常用いられる注型樹脂材料はもとより、樹脂以外でも同様の機能を有する材料であれば用いることができる。また、インサート部材１の材料は、金型７に用いられる材料よりも熱膨張係数が大きいものが望ましい。また、金型７としては一般的には鋼鉄、あるいはステンレス系の材料が用いられるため、その場合にはインサート部材１に用いる材料は、アルミニウムの他に例えば銅などの金属材料、あるいはアルミニウム合金、真鍮など、熱膨張係数が大きい合金類を用いてもよい。
【００２４】
実施の形態２．
図７および図８は実施の形態２によるインサート成形体を説明する図であり、図７は用いるインサート部材を模式的に示す平面図、図８はそのインサート部材をコアピンからなる保持部材に挿入した状態を模式的に示す断面図である。この実施の形態２では、インサート部材１として、長さ１０ｍｍ、外径９ｍｍ、内径６ｍｍで真鍮製の金属製筒状体を用いた。また、図に示すように内周面１ａに対する突起部１ｂを、上記実施の形態１よりも滑らかな盛り上がりの形状とし、金型の保持部材（コアピン）２に挿入したときの周方向の接点数は、図８に示すように３箇所で接する構造とし、突起部１ｂの高さｄ、即ちインサート部材１の内周面１ａとコアピンのような円柱状体からなる保持部材２の外周面との隙間は約２０μｍとした。
【００２５】
また、注型材料としては、ガラス繊維充填ポリブチレンテレフタレート樹脂を使用し、樹脂温度約２８０℃、金型温度約８０℃とした。そして、上記実施の形態１と同じ図４に示す金型を用い、インサート部材１の予備加熱温度は、金型７の温度より約１００℃高い約１８０℃とした。そして、上記実施の形態１と同様に、加熱されたインサート部材１を金型７の保持部材（コアピン）２にセットし、上記注型樹脂を充填することによって、筒状のインサート部材と一体のインサート成形体を得た。
【００２６】
上記のようにして製造された実施の形態２によるインサート成形体は、上記実施の形態１と同様、回転体としての振れや偏心を小さく抑えた形状精度に優れたものとすることができ、光学式ロータリエンコーダの回転ディスクとして用いたときの精度は、所期の要求を十分満足するものであった。
【００２７】
ところで、上記実施の形態の説明では、インサート部材１として、円筒状の金属材料を用いたが、これに限定されるものでないことは勿論であり、例えば円柱状の金属材料を用い、該円柱の外周部に突起部を設けたものであっても同様の効果が期待できる。なお、その場合には、保持部材としての円柱状のコアピンに代えて、例えば円筒状の保持部材、あるいは円柱状のインサート部材を受け入れる挿入孔を有する保持部材を用い、その内周面で円柱状のインサート部材を保持させればよい。
【００２８】
さらに、突起部をインサート部材の内周面または外周面に設けた場合について説明したが、該突起部はコアピンなどインサート部材の保持部材２の側に設けても同様の効果を期待することができる。その場合には、インサート部材の突起部（凹凸）の加工が不要となるので、製造が容易で安価にできる効果が得られる。また、突起部１ｂの形状は実施の形態のものに限定されず、要するにインサート部材と、その保持部材との間に隙間が形成される形状であれば良い。
【００２９】
また、用いるインサート部材の材質は上記実施の形態に示したような金属に限定されるものではなく、例えば複合材料などを用いても差し支えない。さらに、用いる成形材料、あるいはこの発明の用途についても実施の形態に例示したものに限定されないことは言うまでもない。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、インサート部材の周面から径方向に盛り上がる突起部を、周方向に均等に３箇所以上形成したことにより、製造過程でインサート部材を金型内に高精度に固定することができるので、回転体としての振れや偏心を小さく抑えたインサート成型体を提供することができる。
【００３１】
また、円柱状または円筒状のインサート部材を挿嵌するための金型の保持部材の周面に、３箇所以上の突起部を設け、該突起部の径方向の高さを約５〜約７０μｍとしたことにより、インサート部材を高精度に固定でき、品質の高いインサート成型体が得られる金型を提供できる。
【００３２】
また、円柱状または円筒状のインサート部材を挿嵌固定する金型の保持部材の周面に、径方向の高さが約５〜約７０μｍの突起部を周方向に均等に３箇所以上設け、インサート部材を金型の温度よりも高い温度に加熱した後、上記保持部材の周面に挿嵌するようにしたことにより、インサート部材の金型への固定が容易かつ高精度となり、例えばロータリエンコーダの回転ディスクのような回転体に用いた場合でも回転時の振れや、偏心等を抑制し得る高精度なインサート成形体を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【符号の説明】
【図１】実施の形態１に用いるインサート部材を金型の保持部材（コアピン）に挿入したときの状態を模式的に示す断面図である。
【図２】図１のインサート部材を示す斜視図である。
【図３】図１のインサート部材の内周面に設けた突起部の形状を模式的に示す平面図である。
【図４】実施の形態１に係る金型の要部を示す断面図である。
【図５】図４に示す金型の保持部材としてのコアピンにインサート部材を挿入する状態を模式的に示す断面図である。
【図６】実施の形態１によるインサート成形体を模式的に示す斜視図である。
【図７】実施の形態２に用いた金属製筒状体からなるインサート部材を示す平面図である。
【図８】図７のインサート部材を金型の保持部材に挿入した状態を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１ インサート部材（筒状体）、 １ａ 内周面、 １ｂ 突起部、 ２ 保持部材（コアピン）、 ３ コアブロック、 ４ キャビティ、 ５ 樹脂製回転体、 ６ インサート成形体、 ７ 金型、 ｄ 突起部の高さ（隙間）。

Claims (5)

1. 断面円形の周面を有するインサート部材と注型材料とが一体注型されたインサート成形体において、上記インサート部材は、周面から径方向に盛り上がる突起部を周方向に均等に３箇所以上形成してなることを特徴とするインサート成形体。
2. 上記インサート部材の周面に設けられた突起部の高さは、径方向に約５〜約７０μｍの寸法であることを特徴とする請求項１記載のインサート成形体。
3. 上記インサート部材は、注型に用いる金型材料よりも熱膨張係数の高い金属材料を用いるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のインサート成形体。
4. 円柱状または円筒状のインサート部材を挿嵌、固定するための円周面が形成された保持部材を備えたインサート成形用金型において、上記保持部材は、上記円周面から径方向に盛り上がる突起部が周方向に均等に３箇所以上設けられ、該突起部の径方向の高さを約５〜約７０μｍとしたものであることを特徴とするインサート成形用金型。
5. 円柱状または円筒状のインサート部材を注型材料と一体注型するに際し、上記インサート部材を金型内に固定するための保持部材として、該インサート部材を挿嵌させるための円周面を有し、かつ該円周面には、径方向に盛り上がる突起部が周方向に３箇所以上形成され、該突起部の径方向の高さを約５〜約７０μｍとしてなる保持部材を用い、予め上記インサート部材を上記金型の保持部材の温度よりも高い温度に加熱した後、上記保持部材に挿嵌することを特徴とするインサート成形体の製造方法。

Images