JP2005335088A - インサート成形用金型装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インサートパイプを高精度に位置決め可能とした、パイプをインサートして射出成形するためのインサート成形用金型装置を提供する。
【解決手段】インサートパイプ３が、Ｖブロック部材２５によりクランプされるようにすることにより、自動的に位置決めされ、インサートパイプの同軸性を容易に確保することができる。特に、金型要素に設けられた支承部２１が、前記インサート用パイプに密接して係合するべき円筒面を画定するものとすることにより、インサートパイプに対して局部的な圧力が加えられるのを回避することができ、パイプホルダーが射出成形時におけるインサートパイプの変形を防止して真円度及び外径寸法精度の高い成形を行うことができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、パイプをインサートして射出成形したインサート成形品を製造するためのインサート成形用金型装置に関し、特に高い真円度及び同軸寸法精度を必要とするインサート成形品の製造に好適な成形用金型装置に関する。

高い同軸寸法精度を必要とするインサート成形品としては、例えば光ケーブルを相互に接続する光ファイバコネクタ用のフェルールなどがあり、ケーブル被覆からファイバ素線を突出させた光ケーブルを軸心孔に挿入した一対のフェルールを突き合わせ状態で配置させ、その接合端部の外周に位置決め用として金属製で割溝付きのスリーブを被着してファイバ素線を同軸線上に一致させた状態で連結が行われるので、スリーブを被着するフェルールの外径寸法精度及び真円度や、ファイバ素線を挿入する軸心孔の外径に対する同軸寸法精度が要求される。

しかしながら、従来の射出成形による樹脂製フェルールでは、寸法精度、特に外径真円度及び外径に対する軸心孔の同軸精度などの点で十分とは言えず、寸法精度が低下すると射出成形時における充填密度の不均一や熱収縮で歪みを生じたり、スリーブを被着する際に柔らかい樹脂の外周面を損傷させること、静電気の影響を受けて樹脂の外周面にゴミが付着することなどに起因し、その結果は接続損失や端面の反射減衰量の増大など光コネクタの接続特性を低下させるので、一定品質のものを歩留まり良く大量生産するための改善が望まれている。

そこで、これらの改善を目的として本件出願人は先にフェルールとその成形方法に関する提案を行い、外形寸法精度と同軸度を高めたフェルールを樹脂材の射出成形によって容易且つ安価に量産することが可能な技術を提供した（特許文献１を参照されたい）。この提案によれば、成形時にインサートパイプを保持するパイプホルダー内に、インサートパイプを囲撓する位置にドーナツ状の圧力調整室を形成し、圧力調整室内に流体圧が作用しない状態でインサートパイプを金型内に配置し、圧力調整室内に流体圧を供給することによりインサートパイプをクランプした後に、樹脂を金型内に導入し、インサートパイプを高精度に位置決めし得る成形用金型装置が提供される。
特開２００２−１８９１３号公報

しかしながら、金型内に圧力調整室を設けたり、圧力調整室内に流体圧を導入するための油路を設ける必要があり、金型装置のコスト高の要因となり、より安価にインサートパイプを高精度に位置決めし得る成形用金型装置が望まれる。

このような従来技術の問題点に鑑み、本発明の主な目的は、インサートパイプを高精度に位置決め可能とした、パイプをインサートして射出成形するためのインサート成形用金型装置を提供することにある。

本発明の第２の目的は、パイプを安価にかつ高精度にインサートして射出成形可能なインサート成形用金型装置を提供することにある。

本発明の第３の目的は、光ファイバフェルールを安価にかつ高精度に射出成形可能なインサート成形用金型装置を提供することにある。

このような目的は、本発明によれば、インサート成形用金型装置であって、成形対象に対応するキャビティを画定するべく、開閉可能に設けられた複数の金型要素と、前記キャビティ内に樹脂を導入するために前記金型要素内に画定されたゲート及び樹脂導入通路と、インサート用のパイプを保持するためのパイプ保持体とを有し、前記パイプ保持体が、前記金型要素に設けられた支承部と、前記支承部に対して前記パイプをクランプするべく、前記支承部に向けて近接離反可能に設けられたＶブロック部材とを有することを特徴とするインサート成形用金型装置を提供することにより達成される。

インサートパイプが、Ｖブロック部材によりクランプされることから、自動的に位置決めされ、インサートパイプの同軸性を容易に確保することができる。特に、金型要素に設けられた支承部が、前記インサート用パイプに密接して係合するべき円筒面を画定するものとすれば、インサートパイプに対して局部的な圧力が加えられるのを回避することができ、射出成形時におけるインサートパイプの変形を防止して真円度及び外径寸法精度の高い成形を行うことができる。また、成形品をノックアウトする際にインサートパイプに擦り傷を発生させて外径寸法の精度を低下させる恐れも解消できると共に、長期間の使用でも摩耗による内径寸法精度の低下が少なくて高い寸法精度を維持することができる。

また、金型要素が、インサート用パイプに対して同軸的に配置されるべきコアピンと、コアピンを保持し、コアピンの軸心に対して直交する面内にて変位可能に設けられた金型ブロックとを含み、金型装置が、更に金型ブロックを前記面上の所定の方向について弾発支持するべく、金型ブロックに当接するように設けられ、かつばね支持された金属球或いはセラミック球等からなる硬質球と、金型ブロックを前記硬質球に向けて計測可能に変位させるための手段とを有するものとすれば、コアピンを確実に位置決めすることができる。また、金型装置の稼動中でも、金型を分解することなく随時コアピンの位置を調整することが可能であることから、生産効率を犠牲にすることなく常に高精度を維持することができる。

特に、コアピンを保持する金型ブロックを、金属ばねにより弾発支持された硬質球を用いて支持すれば、射出成形時の高温及び高圧の、コアピンの位置決め精度に対する影響を最小化することができ、コアピンの位置決め精度を、格別の管理努力を要することなく長期に渡って維持することができる。

以下に、本発明によるインサート成形用金型装置の、フェルールを実施対象とした好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１及び２に示すように、フェルール本体１は、軸心に光ファイバが装着される樹脂成形部２による内筒と、樹脂成形部２の外径を保持するインサートパイプ３による外筒を備え、詳細を後述するようにインサートパイプ３を金型装置内に装着させ、樹脂成形部２を射出成形して、内筒及び外筒を互いに一体に連結されたものとする。

樹脂成形部２には、前方側の軸心に光ファイバの心線部を挿入する心線挿入孔４ａを設けると共に、後方側の軸心に光ファイバの被覆部を挿入する被覆挿入孔４ｃを設け、心線挿入孔４ａと被覆挿入孔４ｃの間をテーパ孔４ｂで連通状態にしたファイバ装着孔４を形成している。

樹脂成形部２は、各種の熱可塑性樹脂の中から所望の機械的強度や寸法精度などが得られるものを成形樹脂材として選択して射出成形するが、特にエンジニアリングプラスチックの中でも、機械的強度及び寸法安定性に優れて加工性も良い液晶ポリマー（Ｉ型又はＩＩ型）などの使用が望ましい。

インサートパイプ３は、本体部３ｂと、前端側にて内径を本体部３ｂと等しくし、かつ外径をそれよりも縮径させた小径薄肉部３ａと、後端側にて外径を本体部３ｂと等しくし、かつ内径をそれよりも拡径した大径薄肉部３ｃとからなり、大径薄肉部３ｃの後端側の外周には係止部７を設けると共に、本体部３ｂの小径内周面と大径薄肉部３ｃの大径内周面はテーパ状内周面で接続されており、図示された実施形態では係止部７は外周環状溝として形成されている。

樹脂成形部２には、小径薄肉部３ａの先端に先端テーパ部２ａを、小径筒状部５の外周側に成形樹脂材のスラッグ溜まり部２ｂを、小径薄肉部３ａの内周側で軸心に心線挿入孔４ａを形成する小径円筒部２ｃを、小径薄肉部３ａと大径筒状部６の内周側で軸心にテーパ孔４ｂを形成するテーパ部２ｄを、大径薄肉部３ｃの内周側で軸心に被覆挿入孔４ｃを形成する大径円筒部２ｅを設け、大径円筒部２ｅの後端はインサートパイプ３の後端より後方に突出して露出されている。更に、樹脂成形部２の係止部７の外周に対応する部分には、フランジ８が形成されている。

インサートパイプ３は、樹脂成形部２の外周面に被着して外径寸法精度及び真円度を高めると共に、先端側の小径薄肉部３ａを内外に跨った樹脂成形部２中に埋設して接合強度を高め、小径薄肉部３ａの外周側を成形樹脂材のスラッグ溜まり部２ｂにして、詳細を後述するように心線挿入孔４ａの内径精度を改善できる。

インサートパイプ３は、後方側の大径薄肉部３ｃによって、被覆挿入孔４ｃ及びテーパ孔４ｂの外周における樹脂成形部２の肉厚をほぼ一定に確保すると共に、後端側の外周に設けた係止部７は、フェルール本体１をそのまま光半導体モジュール用として使用する場合や、フェルール本体１を利用したＳＴ形その他各種のの突き合わせ接続用のフェルールの製造に有効である。

すなわち、マニピュレータなどで係止部７を把持してフェルール本体１を持つことができるので、例えば光ファイバを装着したフェルール本体１を光半導体モジュールに使用する場合には、光半導体モジュール内の光学レンズ系（図示を省略）に対して、フェルール本体１を回転及び前後移動させて光軸の位置決め調整を行うことが可能であり、特にインサートパイプ３が金属製の場合には、光軸調整後に取付部材とレーザ溶接などで容易に一体接合することができる。

インサートパイプ３の材質としては、熱収縮が少なくて寸法精度が高いこと、機械的強度と剛性が得られること、耐熱性に優れ経時変化が少ないこと、加工及び表面研磨ができること等の要件に適合するパイプ材として、例えばステンレス材（ＳＵＳ）を含むその他の硬質金属材やジルコニアなどのセラミック類などの使用が可能である。

フェルール本体１を製造する金型装置１０は、フェルール本体１の先端側を成形するキャビティを画定する上型１０ａと、フェルール本体１の後端側を成形するキャビティを画定する下型１０ｂとを有する。上型１０ａには、心線挿入孔４ａを画定するために、そのキャビティ内の軸心に沿って、下型１０ｂに向けて突出する第１コアピン１１が保持されている。第１コアピン１１の基端部は、上型１０ａの一部をなすスライドブロック１２に保持されており、スライドブロック１２は、上型１０ａ内にて、第１コアピン１１の軸線方向に対して直交する面内にて摺動可能に支持されている。

図４に最も良く示されているように、スライドブロック１２は概ね４角形をなし、その図４に於ける左辺及び下辺に、それぞれ一列に配置された３つの弾発支持機構１３が当接している。各弾発支持機構１３は、上型１０ａ内にねじ込まれた有底筒状体１４を有する。有底筒状体１４の底端部が外方に位置し、開かれた端部がスライドブロック１２の対応する面に対峙している。有底筒状体内１４には、コイルばね１５及び、同ばねにより突出方向に付勢された鋼球１６が受容されており、その結果各鋼球１６がスライドブロック１２の対応する面に弾発的に押し付けられている。

スライドブロック１２の、各弾発支持機構１３が係合する面に対して対向する面には、マイクロメータ１７のロッド１８の端部が当接している。マイクロメータ１７は、ねじを利用して、つまみの回転をロッド１８の軸線方向運動に変換し、つまみに設けられた目盛りを読み取ることにより、ロッド１８の軸線方向の微小な運動を高精度に読み取り得るようにしたものである。本発明の広い概念によれば、このように弾発支持されたスライドブロック１２を、第１コアピン１１の軸線方向に対して直交する面内にて計測可能に変位させることは、マイクロメータ以外の、それ自体公知の手段によっても達成することができる。「計測可能」とは、具体的に変位を読み取り得るようにした場合ばかりでなく、成形された製品を計測し、その結果に応じて試行錯誤的に調節するような場合も含むものと了解されたい。

上型１０ａの型要素中で、フェルール本体１の先端側のキャビティの略全てを画定するメインブロック２０には、インサート用パイプ３を保持する機構が設けられている。図５に良く示されているように、インサート用パイプ３を保持する機構は、インサート用パイプ３の一側面を支持するべくメインブロック２０側に設けられた略半円筒形の支承面２１と、インサート用パイプの他方の側面の側にて、外部の油圧シリンダ機構のシリンダロッド２３を半径方向に摺動自在にガイドするガイド孔２２と、シリンダロッド２３の内端に設けられた押圧部材２４と、この押圧部材により、インサート用パイプの他方の側面に当接するべきＶブロック部材２５とを有する。Ｖブロック部材２５は、互いに所定の角度をなす一対の平面によりインサート用パイプに対して当接する。

ここで、略半円筒形の支承面２１が、Ｖブロック部材２５からの圧力を支持し、局部的に過大な圧力がインサート用パイプ３に対して加えられるのを回避する。また、Ｖブロック部材２５は、互いに所定の角度をなす一対の平面をもって、インサート用パイプに対して押圧されることから、これに一対の平面の働きによりインサート用パイプ３を強固かつ高精度に位置決め保持することができる。製造上の公差を考慮し、支承面２１は、インサート用パイプの側面に略適合する形状或いはそれよりもやや大きい曲率を有するものとすると良い。

図３に良く示されているように、フェルール本体１の先端側のキャビティの一部はインサート用パイプにより画定される。

下型１０ｂには、図３の下方から第１コアピン１１の遊端に向けて延出する第２コアピン３１が同軸的にかつ摺動可能に受容されている。第２コアピン３１の遊端即ち図３に於ける上端には、第１コアピン２１の遊端を密接して受容する孔が設けられている。従って、両コアピンの遊端を互いに衝当させ、第１コアピン１１の遊端を第２コアピン３１の受容孔に突入させると、両コアピンが互いに協働して、心線挿入孔４ａと被覆挿入孔４ｃの間をテーパ孔４ｂで連通状態にしたファイバ装着孔４を形成する一本の段付のコアピンを形成する。

下型１０ｂに設けられたキャビティは、図示外の樹脂供給源に至る樹脂導入通路３３に、フェルール本体１のフランジ部８を形成する部分に隣接するように設けられたゲート３２を介して連通している。第２コアピンに平行するように下型１０ｂに摺動自在に設けられた複数のノックアウトピン３４は、成形された製品を開かれた型から押し出すためのものである。

次に、この金型装置を用いた成形方法を説明する。先ず、上型１０ａと下型１０ｂとが互いに開かれ、シリンダロッド２３がキャビティの軸心から離反した位置にあり、また第２コアピン３１が、下型１０ｂ内に没入した状態で、図示されないマニピュレータによりインサート用パイプ３を上型１０ａのキャビティ内に配置する。次に、シリンダロッド２３をキャビティの軸心に向けて突入させ、最終的にインサート用パイプ３を支承面２１に押し付け、その位置を固定する。上型１０ａ及び下型１０ｂを互いに閉じ、併せて第２コアピン３１を第１コアピン１１の遊端に衝当させる。続いて、樹脂導入通路３３及びゲート３２を介して樹脂を上型１０ａ及び下型１０ｂの両者により画定されたキャビティ内に導入する。

成形後、上型１０ａ及び下型１０ｂを互いに開き、インサート用パイプ３と一体化するように成形された製品をノックアウトピン３４により押し出す。

このようにしてフェルール本体１を成形する際に、インサート用パイプ３の外周面と心線挿入孔４ａとの間には高い同軸性が必要とされる。そこで、２つのマイクロメータ１７を操作し、スライドブロック１２を軸線方向に対して直交する面内にて位置調整し、所望の同軸精度を達成することできる。特に、成形時の温度分布が同軸性に対して影響を及ぼすことから、成形過程に於いて達成される精度を確認しつつ、随時調節することが望ましい。一旦、金型装置の温度分布が定常状態に達すると、多くの場合、それ以上の調節操作を必要とすることなく、高い精度を長時間に渡って維持することができ、高い歩留まりを達成し、生産性を高めることができる。

なお、以上の実施形態ではフェルールを実施対象として説明したが、インサートパイプに射出成形を施したその他のインサート成形品であって、特に外径寸法精度や外径の真円度を必要としたり、外径に対する軸心孔の同軸寸法精度を必要とする他のインサート成形品にも適用することが可能である。

また、上記した実施形態以外にも本発明の概念から逸脱することなく各種の形態を採り得るものである。例えば、上記実施例では、支承面２１が、インサート用パイプの側面に略適合する形状或いはそれよりもやや大きい曲率を有する略半円筒形をなすものとしたが、所望に応じてＶブロック部材２５と同様なＶ字状面或いは他の多角形面などからなるものであっても良い。また、Ｖブロック部材２５の係合面も、Ｖ字状面に限らず、他の多角形面或いは適切な曲率を有する円筒面からなるものとすることができる。

また、本発明を実施するに際して、位置計測手段に用いた光学顕微鏡にコンピュータを接続して、ディスプレイにデジタル表示させることで計測を容易にすると共に、蓄積した計測データを分析して生産管理に利用することも可能である。更には、位置調整手段として用いた押圧摺動体とマイクロヘッドを一体にして使用することや、マイクロヘッドの代わりにサーボモータにリードスクリューやギヤーなどを組み合わせて、自動的に位置調整を行うことができる形態を採ることも可能である。

本発明のインサート成形用金型装置の実施対象の一例としてのフェルールの斜視図。 図１のフェルールの長手方向に沿った中央縦断面図。 図１及び２に示されたフェルールを成形するためのインサート成形用金型装置に適用された本発明の一実施例の縦断面図。 図３のＩＶ−ＩＶ線についてみた横断面図。 図３のＶ−Ｖ線についてみた横断面図。

符号の説明

１ フェルール本体
２ 樹脂成形部
３ インサート用パイプ
４ ファイバ装着孔
７ 係止部
８ フランジ部
１０ 金型装置
１０ａ 上型
１０ｂ 下型
１１ 第１コアピン
１２ スライドブロック
１３ 弾発支持機構
１４ 有底筒状体１８
１５ コイルばね
１６ 鋼球
１７ マイクロメータ
１８ ロッド
２０ メインブロック
２１ 支承面
２２ ガイド孔
２３ シリンダロッド
２４ 押圧部材
２５ Ｖブロック部材
３１ 第２コアピン
３２ ゲート
３３ 樹脂導入通路

Claims (6)

1. インサート成形用金型装置であって、
   成形対象に対応するキャビティを画定するべく、開閉可能に設けられた複数の金型要素と、
   前記キャビティ内に樹脂を導入するために前記金型要素内に画定されたゲート及び樹脂導入通路と、
   インサート用のパイプを保持するためのパイプ保持体とを有し、
   前記パイプ保持体が、前記金型要素に設けられた支承部と、前記支承部に対して前記パイプをクランプするべく、前記支承部に向けて近接離反可能に設けられた押圧部材とを有し、前記支承部及び押圧部材の押圧面の少なくとも一方がＶブロック面をなすことを特徴とするインサート成形用金型装置。
2. 前記押圧部材が、前記インサート用パイプに密接して係合するべきＶ字形当接面を画定するＶブロック部材をなすことを特徴とする請求項１に記載のインサート成形用金型装置。
3. 前記支承部の押圧面が前記インサート用パイプに密接して係合するべき円筒面を画定することを特徴とする請求項２に記載のインサート成形用金型装置。
4. 前記金型要素が、インサート用パイプに対して同軸的に配置されるべきコアピンと、前記コアピンを保持し、前記コアピンの軸心に対して直交する面内にて変位可能に設けられた金型ブロックとを含み、
   当該金型装置が、更に前記金型ブロックを前記面上の所定の方向について弾発支持するべく、前記金型ブロックに当接するように設けられ、かつばね支持された硬質球と、前記金型ブロックを前記硬質球に向けて計測可能に変位させるための手段とを有することを特徴とする請求項１に記載のインサート成形用金型装置。
5. 前記した計測可能に変位させるための手段がマイクロメータをなすことを特徴とする請求項４に記載のインサート成形用金型装置。
6. 前記硬質球が、前記金型要素内にねじ込まれた筒状体に受容され、かつ前記筒状体底部と前記硬質球との間に配置された金属ばねにより、前記筒状体から突出する方向に付勢されていることを特徴とする請求項４に記載のインサート成形用金型装置。

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