JP2009179033A - 成形用金型及びそれを用いた成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一端部が閉塞した中空筒状の成形体を成形する成形用金型において、２段階で成形を行うことなく、片持ち梁状のコアの自由端部近傍の撓みを防止できるため、成形体の一端部近傍の偏肉を防止することができる成形用金型、及び該成形用金型を用いた成形体の製造方法を提供すること。
【解決手段】一端部が閉塞した中空筒状の成形体を成形する成形用金型１であって、キャビティ２、コア３を備えており、コア３は、キャビティ２のキャビティ面の内側に片持ち梁状に配設されており、これにより、キャビティ２のキャビティ面とコア３の外面との間に、中空筒状の前記成形体を形成し得るキャビティ空間Ｑが形成されており、キャビティ２には、片持ち梁状のコア３の自由端部３２近傍を、保持し得るコア先端保持機構６が設けられている。
【選択図】図５

Description

本発明は、一端部が閉塞した中空筒状の成形体を成形する成形用金型及びそれを用いた成形体の製造方法に関する。

一端部が閉塞した中空筒状の成形体として、例えば、図１に示すように、「弾性ゴムからなり、本体部Ｍ１が円筒状で、一端部Ｍ２が半球状に閉塞し、他端部Ｍ３に開口部Ｍ３１を有し且つフランジ部Ｍ３２を備えた成形体Ｍが知られている。尚、図１において、その上半分は断面図であり、その下半分は外面図である。
このような成形体Ｍとしては、例えば、特許文献１等で開示してある、抄造型における膨張・収縮自在な中子が挙げられる。

一端部Ｍ２が閉塞した中空筒状の成形体Ｍは、従来においては、例えば、図７（ａ）に示す成形用金型１を用いて製造されていた。図７（ａ）に示す成形用金型１には、中空筒状の成形体Ｍを横方向に延びるように形成し得るキャビティ空間Ｑが形成されるように、キャビティ２及び片持ち梁状のコア３が配設されている。キャビティ２は、上型２１及び下型２２から構成されている。

コア３は、基部３３及び基部３３から横方向に延出して延びる棒状部３１を主体として構成されている。棒状部３１は、図１に示す成形体Ｍにおける円筒状の本体部Ｍ１の内面及び他端部Ｍ３の開口部Ｍ３１を形成する部分であり、円柱形状を有している。コア３の自由端部３２は、図１に示す成形体Ｍにおける半球の一端部Ｍ２の内面を形成する部分であり、半球形状を有している。コア３の基部３３は、キャビティ２と連結する部分であり、棒状部３１よりも大きな断面積（縦断面の面積）を有しており、上型２１及び下型２２における、キャビティ面の段差部との間で、図１に示す成形体Ｍにおけるフランジ部Ｍ３２を形成する部分である。

キャビティ２（上型２１）の上方には、成形体Ｍの素材Ｍ０〔図７（ｂ）参照〕をキャビティ空間Ｑに供給する素材供給部４が載置されている。素材供給部４には、成形体Ｍの素材Ｍ０を貯留する素材貯留部４１が設けられており、素材貯留部４１に成形体Ｍの素材Ｍ０が貯留されている。素材貯留部４１に貯留された成形体Ｍの素材Ｍ０は、プレス機（図示せず）によってプレスされる。
素材供給部４及び上型２１には、複数本のランナー流路５が設けられており、ランナー流路５を介して、プレス機によってプレスされて加圧された成形体Ｍの素材Ｍ０を、キャビティ空間Ｑに上方から供給できるようになっている。

しかし、図７（ａ）に示す成形用金型１を用いて成形体Ｍの成形を行うと、成形体Ｍの素材Ｍ０にプレス機により高圧が付与されるため、成形体Ｍの素材Ｍ０がランナー流路５を介してキャビティ空間Ｑに供給されると、コア３（特にその自由端部３２近傍）は高圧で押圧されることになる。そのため、図７（ｂ）に示すように、コア３の自由端部３２が撓み、成形される成形体Ｍには、特に一端部Ｍ２近傍において大きな偏肉が生じやすい。また成形体Ｍが前述の膨張・収縮自在な弾性体の中子の場合には、均一に膨張・収縮しない、耐久性が低下するといった問題が生じる。このような偏肉は、中空筒状の成形体Ｍにおいて、その断面に対するその長さの比が大きい程（つまり細長い程）、生じやすくなる。

両端部が閉塞していない（両端部が開口している）中空筒状の成形体であれば、片持ち梁状のコアの自由端部を保持することができるため（例えば、下記特許文献２参照）、前述の偏肉の発生を防止することができる。しかし、図１に示すような、一端部Ｍ２が閉塞した中空筒状の成形体Ｍを成形する場合には、特許文献２記載の成形用金型を採用することができない。

そこで、従来においては、一端部Ｍ２が閉塞した細長い中空筒状の成形体Ｍを成形する場合には、成形体Ｍの一端部Ｍ２近傍の偏肉を防止するために、図８に示すように、２段階で成形を行っている。詳述すると、まず、図８（ａ）に示すように、成形体Ｍの一端部Ｍ２側の約半分に対応した第１金型（先端型）１Ａを用い、成形体Ｍの一端部Ｍ２側の約半分を成形する。尚、図８（ａ）に示す第１金型１Ａにおける各符号は、図７に示す成形用金型１における各符号に「Ａ」を付したものであるから、その説明を省略する。

次に、図８（ｂ）に示すように、成形体Ｍの他端部Ｍ３側の約半分に対応した第２金型（継ぎ型）１Ｂを用い、成形体Ｍの他端部Ｍ３側の約半分を成形して、成形体Ｍ全体を完成させる。尚、図８（ｂ）に示す第２金型１Ｂにおける各符号は、図７に示す成形用金型１における各符号に「Ｂ」を付したものであるから、その説明を省略する。

図８に示すような、２段階で成形する方法によれば、金型を２種類用意する必要であると共に、成形を２回行う必要があるため、製造設備のコスト、製造の手間等を含む製造コストが高くなるという問題点がある。
また、成形体の素材によっては、２段階での成形では接合部の接合強度が不十分となるといった問題が発生する場合がある。

特開平１１−３１４２６７公報 特開平６−４７７８１号公報

従って、本発明の目的は、一端部が閉塞した中空筒状の成形体を成形する成形用金型において、２段階で成形を行うことなく、片持ち梁状のコアの自由端部近傍の撓みを防止できるため、成形体の一端部近傍の偏肉を防止することができる成形用金型、該成形用金型を用いた成形体の製造方法及び該成形体の製造方法で製造された弾性成形体を提供することにある。

本発明は、一端部が閉塞した中空筒状の成形体を成形する成形用金型であって、キャビティ、コアを備えており、前記コアは、前記キャビティのキャビティ面の内側に片持ち梁状に配設されており、これにより、該キャビティのキャビティ面と該コアの外面との間に、中空筒状の前記成形体を形成し得るキャビティ空間が形成されており、前記キャビティには、片持ち梁状の前記コアの自由端部近傍を、保持し得るコア先端保持機構が設けられている成形用金型を提供することにより、上記目的を達成したものである。

また、本発明は、前記成形用金型で、前記コア先端保持機構が前記コアの自由端部近傍に当接する当接部材及び該当接部材を該前記コアの自由端部に対して接近又は離反させる当接部材駆動部を備えたものを用いた成形体の製造方法であって、前記成形体の素材を前記キャビティ空間に供給する前に、前記コア先端保持機構の前記当接部材を前記コアの自由端部近傍に当接させておき、該成形体の素材が該キャビティ空間に充填され、前記コアの下部表面に接した後に、該コア先端保持機構の該当接部材を該コアの自由端部近傍から離反し、然る後、該成形体の素材を該キャビティ空間に更に供給する成形体の製造方法を提供するものである。

また、本発明は、前記成形体の製造方法で製造された弾性成形体を提供するものである。

本発明の成形用金型によれば、一端部が閉塞した中空筒状の成形体を成形する成形用金型において、２段階で成形を行うことなく、片持ち梁状のコアの自由端部近傍の撓みや芯ずれを防止できるため、成形体の一端部近傍の偏肉を防止することができる。
本発明の成形体の製造方法によれば、一端部が閉塞した中空筒状の成形体を容易に且つ安定的に製造することができる。

以下、本発明の成形用金型について、その好ましい一実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。まず、本実施形態の成形用金型によって製造（成形）される成形体について説明する。本実施形態の成形用金型によって製造される成形体Ｍは、図１に示すように、一端部Ｍ２が閉塞した中空筒状の成形体である。尚、図１において、その上半分は断面図であり、その下半分は外面図である。

本形態の成形体Ｍは、抄紙型（図示せず）の一部を構成する膨張・収縮自在の中子である。従って、本形態の成形体Ｍは弾性体からなる。弾性体としては、例えば、シリコーンゴム、ウレタンゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、フッ素ゴム、オレフィン系エラストマー、天然ゴム、イソプレンゴム等が挙げられる。
図１に示すように、成形体Ｍの本体部Ｍ１は中空の円筒状であり、成形体Ｍの一端部Ｍ２は中空の半球状である。成形体Ｍの他端部Ｍ３は、開口部Ｍ３１を有し、フランジ部Ｍ３２を備えている。成形体Ｍは、その直径Ｓｍに対する、その長さ（長手方向の長さ）Ｌｍの比（Ｌｍ／Ｓｍ）が、例えば３〜５０、好ましくは５〜２０である。尚、成形体Ｍの直径Ｓｍとは、中空部がなく、成形体Ｍが中実構造を有していると仮定したときの直径のことであり、また本形態のようにフランジ部Ｍ３２を備えている場合には、フランジ部Ｍ３２を含めない直径のことである。

次に、本実施形態の成形用金型１について説明する。本実施形態の成形用金型１は、図１に示す成形体Ｍを成形するもので、図２〜図４に示すように、キャビティ２、コア３及びランナー流路５を備えている。
キャビティ２は、図２及び図３に示すように、上下一対の上型２１，下型２２を主体として構成されている。上型２１及び下型２２には、成形体Ｍの本体部Ｍ１の外面及び一端部Ｍ２の外面を形成する第１キャビティ面Ｐ１と、成形体Ｍのフランジ部Ｍ３２の一面（一端部Ｍ２と反対側の面）を形成する第２キャビティ面Ｐ２とが、段差部を有して凹状に形成されている。第２キャビティ面Ｐ２の内側には、コア３の基部３３（後述）が配設される。

コア３は、図２〜図４に示すように、キャビティ２のキャビティ面Ｐ（第１キャビティ面Ｐ１）の内側に、片持ち梁状に配設されている。詳細には、コア３は、基部３３及び基部３３から横方向に延出して延びる棒状部３１を主体として構成されている。棒状部３１は、図１に示す成形体Ｍにおける円筒状の本体部Ｍ１の内面及び他端部Ｍ３の開口部Ｍ３１を形成する部分であり、円柱形状を有している。コア３の自由端部３２は、図１に示す成形体Ｍにおける半球の一端部Ｍ２の内面を形成する部分であり、半球形状を有している。コア３（詳細には、棒状部３１及び自由端部３２）は、その直径Ｓ３に対する、その長さ（長手方向の長さ）Ｌ３（図４参照）の比（Ｌ３／Ｓ３）が、例えば３〜５０、好ましくは５〜２０である。

コア３の基部３３は、キャビティ２の第２キャビティ面Ｐ２の内側に配設される部分であり、棒状部３１よりも大きな断面積（縦断面の面積）を有している。コア３の基部３３は、上型２１及び下型２２における、第１キャビティ面Ｐ１と第２キャビティ面Ｐ２との段差部との間で、図１に示す成形体Ｍにおけるフランジ部Ｍ３２を形成する。換言すると、コア３の基部３３は、成形体Ｍのフランジ部Ｍ３２の他面（一端部Ｍ２とは反対側の面）を形成する部分である。

従って、キャビティ２のキャビティ面Ｐとコア３の外面との間に、図１に示す中空筒状の成形体Ｍを横方向に延びるように形成し得るキャビティ空間Ｑが形成される。

キャビティ２（上型２１）の上方には、成形体Ｍの素材Ｍ０（図５参照）をキャビティ空間Ｑに供給する素材供給部４が載置されている。素材供給部４には、成形体Ｍの素材Ｍ０を貯留する素材貯留部４１が設けられており、素材貯留部４１に成形体Ｍの素材Ｍ０が貯留されている。素材貯留部４１に貯留された成形体Ｍの素材Ｍ０は、プレス機（図示せず）によってプレスされる。

ランナー流路５（第１ランナー流路５１）は、成形体Ｍの素材Ｍ０をキャビティ空間Ｑに上方から供給するように、キャビティ２に複数本設けられている。また、素材供給部４にも第２ランナー流路５２が複数本設けられている。第１ランナー流路５１及び第２ランナー流路５２は、一体化し、素材貯留部４１に貯留された成形体Ｍの素材Ｍ０をキャビティ空間Ｑに供給するランナー流路５を形成している。

次に、本実施形態の成形用金型１の特徴部分であるコア先端保持機構６について説明する。コア先端保持機構６は、片持ち梁状のコア３の自由端部３２近傍を下方から、つまりランナー流路５の反対側から保持し得る機構である。具体的には、コア先端保持機構６は、コア３の自由端部３２近傍に当接する当接部材６１及び当接部材６１をコア３の自由端部３２に対して接近又は離反させる当接部材駆動部６２を備えている。当接部材駆動部６２における駆動手段としては特に制限はなく、例えば、空気圧、カム機構（回転カム、スライドカム）、電動機構を用いることができる。スプリングの付勢力を併用してもよい。
本実施形態においては、コア先端保持機構６は下型２２に設けられており、当接部材６１の先端部（コア３に当接する部分）は、下型２２側のキャビティ空間Ｑ内に出入り自在になっている（図５，図６参照）。

本実施形態においては、当接部材６１は円棒形状を有している。当接部材６１の断面積は、大き過ぎると、成形後の成形体Ｍにおける当接部材６１の痕が目立つため好ましくなく、一方、小さ過ぎると、当接部材６１の強度不足や当接部材６１によってコア３に傷を付けてしまう場合がある。従って、当接部材６１の断面積は、好ましくは２〜４００ｍｍ²、更に好ましくは４〜１００ｍｍ²である。

コア３の自由端部３２とコア先端保持機構６の当接部材６１との距離Ｌ６（図２参照）は、例えば５〜２００ｍｍ、好ましくは１０〜５０ｍｍである。

次に、前記実施形態の成形用金型１を用いた、本発明の成形体の製造方法の一実施態様について図面を参照しながら説明する。
本発明の成形体の製造方法は、図２に示すように、成形体Ｍの素材Ｍ０をキャビティ空間Ｑに供給する前に、コア先端保持機構６の当接部材６１をコア３の自由端部３２近傍に当接させておき、次に、図５に示すように、成形体Ｍの素材Ｍ０をランナー流路５を介してキャビティ空間Ｑに供給し、成形体Ｍの素材Ｍ０がキャビティ空間Ｑに充填され、コア３の下部表面に接した後に、図６に示すように、コア先端保持機構６の当接部材６１をコア３の自由端部３２近傍から離反し、然る後、成形体Ｍの素材Ｍ０をキャビティ空間Ｑに更に供給する方法である。

本実施形態の成形体の製造方法について詳述する。
成形前、即ち、成形体Ｍの素材Ｍ０をキャビティ空間Ｑに供給する前においては、図２に示すように、コア先端保持機構６の当接部材６１は、既にコア３の自由端部３２近傍に当接しており、従って、コア３の自由端部３２は下方から保持されている。

次に、素材貯留部４１に貯留された成形体Ｍの素材Ｍ０は、プレス機（図示せず）によってプレスされ、図５に示すように、ランナー流路５を介してキャビティ空間Ｑに供給される。成形体Ｍの素材Ｍ０の供給圧力によって、片持ち梁状のコア３には、特に自由端部３２には、下方に向けて力が加わる。而して、キャビティ２には、コア先端保持機構６が設けられており、コア３の自由端部３２近傍は、コア先端保持機構６によって下方から保持されている。そのため、コア３の自由端部３２近傍が下方に向けて撓むことはない。

次に、成形体Ｍの素材Ｍ０がキャビティ空間Ｑに充填されコア３の下部表面に接した後には、図６に示すように、コア先端保持機構６の当接部材駆動部６２を駆動させて、当接部材６１を下方に、即ちコア３の自由端部３２近傍から離反する方向に移動する。ここで、当接部材６１の先端部は、キャビティ２のキャビティ面Ｐと略一致した位置に配置することが好ましい。この状態で、プレス機によって成形体Ｍの素材Ｍ０を更にプレスし、キャビティ空間Ｑに更に供給する。その結果、当接部材６１がコア３の自由端部３２近傍に当接している状態においてキャビティ空間Ｑにおける成形体Ｍの素材Ｍ０が回り込んでいなかった空間にも、成形体Ｍの素材Ｍ０が回り込む。ここで、コア３の下部表面に素材Ｍ０が接していれば、当接部材６１がコア３の自由端部３２近傍を保持していなくても、コア３の自由端部３２近傍が下方に向けて撓むことは、実質的にない。

本実施形態の成形用金型１及びそれを用いた本実施態様の成形体の製造方法によれば、図８に示す従来技術のように２段階で成形を行うことなく、片持ち梁状のコア３の自由端部３２近傍の撓みを防止できるため、成形体Ｍの一端部Ｍ２近傍の偏肉を防止することができる。従って、一端部Ｍ２が閉塞した中空筒状の成形体Ｍを容易に且つ安定的に製造することができる。

本発明の成形用金型及び成形体の製造方法は、それぞれ前述した実施形態及び実施態様に制限されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。
前記実施形態の成形用金型１においては、キャビティ空間Ｑは、成形体Ｍを横方向に延びるように形成し得るように構成されており、従って、ランナー流路５は、成形体Ｍの素材Ｍ０をキャビティ空間Ｑに上方から供給するように設けられており、コア先端保持機構６は、コア３の自由端部３２近傍を下方から保持するように構成されているが、本発明の成形用金型においては、キャビティ空間Ｑは、成形体Ｍを縦方向や斜め方向に延びるように形成し得るように構成されていてもよく、それに応じて、ランナー流路５の延びる方向〔つまり成形体Ｍの素材Ｍ０の供給方向（流動方向）〕及びコア先端保持機構６によりコア３の自由端部３２近傍を保持する方向も変更することができる。
（図２のように、キャビティ空間Ｑが、成形体Ｍを横方向に延びるように形成し得るように構成されている場合であっても、ランナー流路５は、成形体Ｍの素材Ｍ０をキャビティ空間Ｑに上方から供給するように設けられる他、上下の両方向、左右の両方向または左右の片方からも供給することができる。）
つまり、コア先端保持機構６は、成形体の形状やランナー流路の位置などにより、自由端部３２の下方だけではなく、上方、側面、先端部等の自由端部が効率的に保持できる位置に設置する。また、上下、左右などに複数個設置することも可能である。特に、前述のコア３の直径Ｓ３に対する、その長さ（長手方向の長さ）Ｌ３（図４参照）の比（Ｌ３／Ｓ３）が大きい場合には、コア３の自由端部３２がキャビティ空間Ｑに対して芯ずれを生じやすくなるが、コア先端保持機構６でコア３の自由端部３２の上下、左右などの適宜箇所を保持することで芯すれを防止することができる。

本発明の成形用金型及び成形体の製造方法によって製造される成形体Ｍは、一端部Ｍ２が閉塞していれば、他端部Ｍ３の構成は制限されず、例えば、他端部Ｍ３にフランジ部Ｍ３２が設けられていなくてもよい。
本発明の成形用金型及び成形体の製造方法によって製造される成形体は、弾性体からなる成形体に制限されず、非弾性体、例えば、非弾性の合成樹脂からなる成形体の成形（製造）に適用することができる。
本発明の成形用金型及び成形体の製造方法は、プレス成形に制限されず、例えば射出成形に適用することができる。

図１は、本発明の成形用金型又は従来の成形用金型によって製造される、一端部が閉塞した中空筒状の成形体の一形態を示す半断面図である。 図２は、本発明の成形用金型の一実施形態を示す断面図である。 図３は、図２に示す成形用金型におけるキャビティを示す断面図である。 図４は、図２に示す成形用金型におけるコアを示す断面図である。 図５は、図２に示す成形用金型を用いて、図１に示す成形体を製造する工程の前半を示す断面図である。 図６は、図２に示す成形用金型を用いて、図１に示す成形体を製造する工程の後半を示す断面図である。 図７（ａ）は、一端部が閉塞した中空筒状の成形体を成形する従来の成形用金型の一形態を示す断面図で、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す成形用金型を用いて、図１に示す成形体を製造する工程を示す断面図である。 図８（ａ）及び（ｂ）は、一端部が閉塞した中空筒状の成形体を成形する従来の成形用金型の別の形態を示す断面図である。

符号の説明

１ 成形用金型
２ キャビティ
２１ 上型
２２ 下型
３ コア
３１ 棒状部
３２ 自由端部
３３ 基部
４ 素材供給部
４１ 素材貯留部
５，５１，５２ ランナー流路
６ コア先端保持機構
６１ 当接部材
６２ 当接部材駆動部
Ｍ 成形体
Ｍ０ 素材
Ｍ１ 本体部
Ｍ２ 一端部
Ｍ３ 他端部
Ｍ３１ 開口部
Ｍ３２ フランジ部
Ｐ キャビティ面
Ｑ キャビティ空間

Claims (6)

1. 一端部が閉塞した中空筒状の成形体を成形する成形用金型であって、
   キャビティ及びコアを備えており、
   前記コアは、前記キャビティのキャビティ面の内側に片持ち梁状に配設されており、これにより、該キャビティのキャビティ面と該コアの外面との間に、中空筒状の前記成形体を形成し得るキャビティ空間が形成されており、
   前記キャビティには、片持ち梁状の前記コアの自由端部近傍を保持し得るコア先端保持機構が設けられている成形用金型。
2. 前記キャビティ空間は、中空筒状の前記成形体を横方向に延びるように形成するようになっており、
   前記コア先端保持機構は、片持ち梁状の前記コアの自由端部近傍をキャビティ面より突き出た部材により保持するようになっている請求項１記載の成形用金型。
3. 前記成形体は弾性体からなる請求項１又は２に記載の成形用金型。
4. 前記コア先端保持機構は、前記コアの自由端部近傍に当接する当接部材及び該当接部材を該前記コアの自由端部に対して接近又は離反させる当接部材駆動部を備えている請求項１〜３の何れかに記載の成形用金型。
5. 請求項４記載の成形用金型を用いた成形体の製造方法であって、
   前記成形体の素材を前記キャビティ空間に供給する前に、前記コア先端保持機構の前記当接部材を前記コアの自由端部近傍に当接させておき、該成形体の素材が該キャビティ空間に充填され、前記コアの下部表面に接した後に、該コア先端保持機構の該当接部材を該コアの自由端部近傍から離反し、然る後、該成形体の素材を該キャビティ空間に更に供給する成形体の製造方法。
6. 請求項５に記載の成形体の製造方法で製造された弾性成形体。

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