JP2006305972A - バルブゲート式金型装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 携帯電話機の筐体のように流行性に富む一方、全体寸法に大きな変更がない樹脂成形品を製作するための金型装置の製作期間を短縮することを課題とする。
【解決手段】 互いに型閉し型閉時に製品キャビティ14を相互間に形成する固定型21と可動型22とからなる金型装置１の前記固定型21内に複数のバルブゲート15を配設する金型装置１の製造方法において、バルブピン３を含むバルブ本体５を標準化して予め製作しておくとともに、前記固定型21について前記バルブピン３を含むバルブ本体５の取り付け加工を残した状態で予め製作しておき、成形品の大きさと形状が決定した段階で前記固定型21に前記バルブピン３を含むバルブ本体５の取り付け加工を行なうことで上記の課題を解決する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、熱可塑性樹脂の射出成形などに用いられる金型装置を短期間に製造できるバルブゲート式金型装置およびその製造方法に関する。

携帯電話機等の情報機器の筐体は、軽量であることや量産性に優れているとの理由から、熱可塑樹脂材料を用いて成形されることが多い。また、携帯電話機等の情報機器においては、技術進歩の進展や流行に応じて頻繁にモデルチェンジが行なわれている。このように流行性のある商品においては、市場への商品の投入時期は極めて重要である。市場に商品を早期に投入するためには、製作に長い時間を要する樹脂成形金型装置の製作期間をいかにして短縮するかがポイントとなる。

従来、金型装置の設計期間を短縮するため、金型装置を構成する各部材についてはＣＡＤを用いて設計期間を短縮する努力がなされ、ある程度の成果が得られている。しかし、金型装置の製作段階については、多種多様な金型装置を製作する必要性から、製作に多くの時間を要していた。また、金型装置は樹脂成形品を量産するためのものであるが、金型装置自体は基本的に量産されるものではなく、一品製作的な特殊性を有している。そして、金型製作工程には人手による作業も多く、金型装置の完成までには多くの時間を要していた。

このような背景もあり、従来、金型装置を標準化して金型製作期間の短縮を図る試みは乏しかった。僅かに金型修正期間を短縮する試みがなされていた程度でしかなかった（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３６２４６号公報

従来、携帯電話機等の筐体は頻繁にモデルチェンジがなされているが、その一方で筐体全体としての寸法に大きな変更はなされない。携帯電話機は全体寸法が小さいほど携帯に便利であるが、液晶表示装置等の表示画面は大きい方が視認性はよくなるし、操作ボタンについてもある程度の大きさがないと操作性が劣ることになる。このような携帯電話機に課せられた機能面からの制約により、携帯電話機の筐体の全体寸法はモデルチェンジされても大きく変更されることはなかった。この傾向は今後とも変わることはないと思われる。

ところで、成形品たる携帯電話機の筐体の全体寸法に大きな変更はなくても、筐体の形状が変更になれば、筐体を成形する金型装置は新規に製作する必要がある。金型装置を新規に製作するには多くの時間を要することは上述したとおりである。

そこで、本発明は、携帯電話機の筐体など流行性に富む一方、成形品の全体寸法に大きな変更がない樹脂成形品を製作するための金型装置の製作期間を短縮し、併せて製作費用を低減することをも課題とする。

請求項１記載の発明は、互いに型閉し型閉時に製品キャビティを相互間に形成する固定型と可動型とからなる金型装置の前記固定型内に複数のバルブゲートを配設する金型装置の製造方法において、バルブピンを含むバルブ本体を標準化して予め製作しておくとともに、前記固定型について前記バルブピンを含むバルブ本体の取り付け加工を残した状態で予め製作しておき、成形品の大きさと形状が決定した段階で前記固定型に前記バルブピンを含むバルブ本体の取り付け加工を行なうことを特徴とするバルブゲート式金型装置の製造方法である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のバルブゲート式金型装置の製造方法において、前記バルブピンの基部に設けたフランジの前後にスペーサリングを配設して前記バルブピンをピストンに取付けたことを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のバルブゲート式金型装置の製造方法において、平面視が円環形状をしたシリンダの任意の位置に前記バルブゲートを配置可能としたものである。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法により製造したバルブゲート式金型装置である。

請求項１記載のバルブゲート式金型装置の製造方法によれば、バルブピンを含むバルブ本体を標準化して予め製作しておくとともに、バルブピンを含むバルブ本体が取り付けられる固定型についてバルブピンを含むバルブ本体の取り付け加工を残した状態で固定型を製作しておき、成形品の大きさと形状が決定した段階で前記固定型にバルブピンを含むバルブ本体の取り付け加工を行なうこととしたので、金型装置の製作期間を短縮することができる。また、標準化された部材を用いることができるので、金型製作コストの低減を図ることができる。

請求項２記載のバルブゲート式金型装置の製造方法によれば、バルブピンの基部に設けたフランジの前後にスペーサリングを配設してバルブピンをピストンに取付けたので、全長が長いバルブピンを必要とする場合であっても、標準化したバルブピンを使用することができる。その結果、形状が異なる成形品に適合する金型装置の製作期間を短縮することができる。

請求項３記載のバルブゲート式金型装置の製造方法によれば、バルブゲートの配置自由度が高まるので、金型装置の効率的な設計が可能となる。

請求項４記載のバルブゲート式金型装置によれば、金型装置の製作期間を短縮できるので、流行性に富む商品をタイムリーに市場に投入することができる。

以下、本発明を実施するための形態について図１〜図４を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る製造方法が適用される２バルブゲート式金型装置１における、バルブゲート駆動装置２を構成するピストン平面視に対するバルブピン３の配置分布を示す図面である。より具体的には、携帯電話機の筐体部品の成形品を成形する金型装置１に配置されたバルブピン３の配置状況を調べたものである。

２バルブゲート式金型装置１においては、バルブゲート駆動装置２として平面視が円環形状をしたエアシリンダ４が用いられる。このような円環形状をしたエアシリンダ４を用いると、２つのバルブピン３の同期が容易になる。また、バルブピン３の位置は円環内にあれば任意の位置に配置できるので、バルブゲートの配置自由度が高まるというメリットもある。

図１において、Ａはエアシリンダ４内のピストン６の平面視を表している。図中イ〜リの符号は、バルブピン３の配置される位置を表している。同一金型に配置されるバルブピン３については同一の符号を付している。すなわち、２バルブゲート式であるから同一符号はイ、イというように２箇所に存在する。同一金型に配置される２箇所のバルブピン３は必ずしも対称位置に設けられるものではないが、温度分布等のゲートバランスを考慮すると、対称位置に配置することのメリットは多く、バルブピン３は可能な限り対称位置に配置される。図1は9例について調査したものであるが、９例中８例においてバルブピン３の配置位置は、エアシリンダ４内のピストン６の平面視である円環内に入っている。ピストン６の外径より外側に存在するのは１例だけであった。

図２は、図１と同一の２バルブゲート式金型装置１における、バルブピン３の長手方向の配置分布を示す図面である。すなわち、図２は、図１と直交する断面を示している。図から明らかなようにバルブピン３の先端3a位置は、成形品が異なってもほとんど変化しない。金型装置１内におけるバルブピン３の軸方向位置は、僅かに変化するだけであり、一工夫すれば成形品が異なる金型装置１であってもバルブピン３、ひいてはバルブ本体５を個々に製作することなく、共通のバルブピン３及びバルブ本体５を使用することができる可能性を示唆している。

上記の調査結果は、携帯電話機の筐体部品に限って言えば、成形部品の形状が異なっても、バルブピン３のピストン６平面視内における位置と軸方向位置さえ変更すれば、概ね９０％の金型装置１について、共通部品を用いて製作できることを示唆している。本発明の発明者らは、上記の調査結果から、金型部品を可能な限り標準化しておき、必要最小限の範囲だけを後で個別加工することによって、異なる形状の携帯電話機の筐体を成形する金型装置１を、短期間で製作できる可能性があるとの知見を得るに至った。

図３は、本発明の実施例を示す模式図である。バルブピン３を駆動するエアシリンダ４は、図示しない固定取付板に取り付けられ、該固定取付板は射出成形機のプラテンに取り付けられる。先述したようにエアシリンダ４内のピストン６は平面視において円環形状をしており、その中央部には、射出成形機のノズルからマニホールド７のランナー7aへ溶融した樹脂材料を送るためのスプルーが設けられたスプルーブッシュ８が配置されている。エアシリンダ４内に収納された円環形状のピストン６には、２箇所にインナーピストン９および複数個のスペーサリング10a〜10cを配設してバルブピン3が固定されている。その結果、エアシリンダ４内においてピストン６が往復動作すると、バルブピン３も一体となって往復動作するようにされている。

図４は、図３に示す模式図と同様な構成を有する金型装置１の実施例を示す部分断面図である。マニホールド７はディスタンススペーサ11によりシリンダ端部材12と隔てて組立てられており、マニホールド７からシリンダ４側への熱伝導を防止するようにされている。また、マニホールド７と固定取付板13との間にも空気断熱層が形成され、マニホールド７から固定取付板13への熱伝導を防止するようにされている。

マニホールド７の一端中央部にはスプルーブッシュ８が接続され、他端には２箇所にバルブ本体５が接続されている。そして、マニホールド７の内部にはスプルーからバルブ本体５へ溶融した樹脂材料を導くためのランナー7aが設けられている。さらに、バルブ本体５が位置する中心部にはバルブピン３が配設される孔7bが設けられている。また、図示していないが、マニホールド７の適所には加熱のためのシーズヒータが複数個配置され、ランナー7aはホットランナーとされている。

ここで、樹脂材料の流れを簡単に説明すると、溶融した樹脂材料は、射出成形機からスプルーブッシュ８内のスプルーに注入される。そして、マニホールド７内に設けられたランナー7aを経てバルブ本体５内に入り、バルブゲート15の先端からキャビティ14内に注入される。

バルブピン３は溶融した樹脂材料の注入を制御するためのものであり、バルブピン３の先端位置は、固定型21と可動型22の間に形成されるキャビティ14の形状に対応して適切な位置に配置する必要がある。したがって、成形品の形状が異なればバルブピン３の先端位置は配置変更をする必要がある。また、バルブピン３のピストン６の径方向位置も成形品の形状と大きさに合わせて、樹脂材料がキャビティ14内に均一に注入されるように適切な位置に配置する必要がある。換言すると、成形品の形状が異なれば固定型21内に設けるバルブピン３を含むバルブ本体５のピストン６径方向位置と軸方向位置を変更しなければならない。現に、従来は成形品の形状と大きさが決定した後で個別に固定型21とバルブピン３を含むバルブ本体５を製作していた。

しかし、本発明による金型装置は、図１および図２に示したようなバルブピン３の配置分布についての新規な知見に基づき、成形品の形状や大きさにかかわらず標準化したバルブピン３およびバルブ本体５を使用している。すなわち、本発明は互いに型閉し型閉時に製品キャビティ14を相互間に形成する固定型21と可動型22とからなる金型装置１の前記固定型21内に複数のバルブゲート15を配設する金型装置１の製造方法において、バルブピン３を含むバルブ本体５を標準化して予め製作しておくとともに、前記固定型21について前記バルブピン３を含むバルブ本体５の取り付け加工を残した状態で予め製作しておき、成形品の大きさと形状が決定した段階で前記固定型21に前記バルブピン３を含むバルブ本体５の取り付け加工を行なうことを特徴とするバルブゲート式金型装置１の製造方法である。

成形品を携帯電話機の筐体に限定すれば、金型移動軸方向すなわちバルブピン３の軸方向（図２参照）、および金型移動軸に直交する面（図１参照）内における２本のバルブピン３の配置分布は限られた範囲内にある。そこで、バルブピン３を含むバルブ本体５は標準化したものを予め製作しておく。また、バルブ本体５が取付けられるマニホールド７についても、バルブ本体５の取り付け部分を除いて予め製作しておく。その後、成形品の大きさと形状が決定した段階で、マニホールド７に取付けられるバルブ本体５の位置を決定し、マニホールド７内に設けるランナー7aやバルブピン３の通し孔7bについても追加工を行なうものである。また、エアシリンダ４を構成するシリンダ端部材12に設けられるインナーピストン貫通孔12a、およびピストン６に設けられるインナーピストン９取り付け用孔も、成形品の大きさと形状が決定した段階で追加工により設ける。

このようにしてエアシリンダ４を構成する円環形状のピストン６の平面視内にバルブピン３が配置される場合であれば、標準化して製作されたバルブピン３とバルブ本体５を用いて異なる成形品に対応した金型装置１を短期間に製作することができる。成形品を携帯電話機の筐体に限ると、概ね９０％の筐体用金型装置は、このようにして標準化した部品を用いて製作することができる。その結果、市場ニーズに適合した商品をタイムリーに市場投入することが可能になるとともに、金型装置の製作コストも低減することができる。

また、固定型21内におけるバルブピン３の先端3a位置の配置分布は図２に示すように比較的変動幅は少ないが、標準化したバルブピン３およびバルブ本体５をそのままピストン６やマニホールド７に取付けたのでは多種類の成形品の形状に対応することはできない。かかる事情に基づき、本発明においては、つぎに述べるような工夫をしている。

バルブゲート駆動装置２は、孔部4aを有するシリンダ４と、中空内筒12bの一端にフランジが設けられたシリンダ端部材12と、シリンダ４の開口部を塞ぐシリンダ蓋部材16とから構成されている。このように構成された平面視が円環形状を有するエアシリンダ４の内部には、平面視がリング状のピストン６が収納されている。また、該ピストン６は製作上の都合から２部材のピストン6a,6bから構成され、ピストン6aには、拡径段部17を有する孔が２箇所に設けられている。また、前記拡径段部17を有する孔には、概略円筒形状を有するインナーピストン９が挿入固定されている。より詳細に説明すると、インナーピストン９の外周面には拡径段部17が設けられ、内周面には拡径段部18を有する孔が設けられている。そして、インナーピストン９の内周面の拡径段部18には、下部スペーサリング10a、バルブピン３の基部に設けられたフランジ3b部と中部スペーサリング10b、上部スペーサリング10cが、この順序で挿入されている。そして、２部材のピストン6a,6bは図示しないボルトにより一体的に結合され、このことにより、前記の各スペーサリング10a,10b,10cとバルブピン３もピストン６に固定されることになる。

このような構成により、バルブピン３は、インナーピストン９内周面の拡径段部18に下部スペーサリング10a、中部スペーサリング10b、上部スペーサリング10cとともに固定され、ピストン６が往復動作するとバルブピン３も同期して往復動作することになる。

なお、インナーピストン９内周面の拡径段部18にバルブピン３のフランジ3b部を固定する際に、下部スペーサリング10aと上部スペーサリング10cの他に中部スペーサリング10bをも組み込むのは、精密機械加工された部品であるバルブピン３に無理な外力が作用するのを防止するためである。すなわち、中部スペーサリング10bの高さ寸法は、バルブピン３のフランジ3b高さ寸法より僅かに大きな寸法で製作されており、下部スペーサリング10aと上部スペーサリング10cにより中部スペーサリング10bを挟みこんで固定しても、バルブピン３のフランジ3b部には、何ら外力が作用しないよう構成されている。

上述したような構成とすることにより、上部スペーサリング10cと下部スペーサリング10aの合計した高さ寸法を一定にしつつ、両者の高さ寸法の比率だけを変更することにより、インナーピストン９内周面の拡径段部18において、バルブピン３のフランジ3b部が固定される軸方向位置を自由に変更することができる。すなわち、精密加工を要し、製作に多くの時間を必要とするバルブピン３については、もっとも多用される長さ寸法のものを標準品として製作しておき、成形品の形状が決定した段階でバルブピン３の軸方向配置位置を定めることが可能となる。したがって、上部スペーサリング10cと下部スペーサリング10aの高さ寸法を調整するだけで、バルブピン３の実質的長さを変更することができる。

以上説明したように、本発明によるバルブゲート式金型装置１の製造方法によれば、成型品の大きさや形状が異なっても、標準化して製作しておいた金型部品に追加工するだけで異なる形状の成形品の製作に適合可能な金型装置１を製作することができる。したがって、金型装置１の製作期間を短縮することができるとともに金型装置１の製作コストの低減も図ることができる。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施をすることができる。例えば、上記実施例では金型装置１内に２つのバルブゲート15を有するものについて説明したが、金型装置１内に配置されるバルブゲート15の数は２つに限定されるものではなく、３つ以上であっても構わない。また、上記実施例では携帯電話機の筐体を成形する場合について説明したが、成形品は携帯電話機の筐体に限定されるものでないことは言うまでもない。さらに、バルブゲート駆動装置２として、エアシリンダに代えて油圧シリンダを用いることも可能である。

２バルブゲート式金型装置におけるバルブゲート駆動装置に対するバルブゲートの配置分布を示す図面である。 ２バルブゲート式金型装置におけるバルブゲートの長手方向の配置分布を示す図面である。 本発明の実施例を示す模式図である。 同上、金型装置の一部断面図である。

符号の説明

１ 金型装置
３ バルブピン
４ シリンダ（エアシリンダ）
3b フランジ
５ バルブ本体
６ ピストン
７ マニホールド
10a,10b,10c スペーサーリング
14 キャビティ
15 バルブゲート
21 固定型
22 可動型

Claims (4)

1. 互いに型閉し型閉時に製品キャビティを相互間に形成する固定型と可動型とからなる金型装置の前記固定型内に複数のバルブゲートを配設する金型装置の製造方法において、バルブピンを含むバルブ本体を標準化して予め製作しておくとともに、前記固定型について前記バルブピンを含むバルブ本体の取り付け加工を残した状態で予め製作しておき、成形品の大きさと形状が決定した段階で前記固定型に前記バルブピンを含むバルブ本体の取り付け加工を行なうことを特徴とするバルブゲート式金型装置の製造方法。
2. 前記バルブピンの基部に設けたフランジの前後にスペーサリングを配設して前記バルブピンをピストンに取付けたことを特徴とする請求項１記載のバルブゲート式金型装置の製造方法。
3. 平面視が円環形状をしたシリンダの任意の位置に前記バルブゲートを配置可能としたことを特徴とする請求項１または２記載のバルブゲート式金型装置の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法により製造したバルブゲート式金型装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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