JP2011140158A - 成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設備費ならびに設置スペースを抑え、かつ手作業の工程も不要としてコストの低減を図る。
【解決手段】素材に所定の加工を施すとともに、その素材の表面に樹脂を射出成形する装置であって、例えば金属素材５０をプレス成形する際に該金属素材５０を保持する金型（上型２６及び下型２７）等の保持具を含む所定の加工機構を備えている。そして、保持具に保持された状態において、金属素材５０の表面とそれに対向して配置される成形型部材の内面との間に樹脂を成形するための成形空間２８が構成され、その外部から成形空間にまで連通する樹脂流路２６ａが設けられている。この樹脂流路２６ａを通じて成形空間２８に溶融樹脂を射出することが可能な射出機構を備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、素材に所定の加工を施すとともに、その素材に樹脂を射出成形するための成形装置に関する。

図９に示すブラケット７０は、自動車においてメインバッテリーが損傷したときの補助用あるいは事故等が発生したときの緊急通信用として設けられているバッテリーを保持する自動車部品である。このブラケット７０は、板形状の金属素材を所定の形状にプレス成形（曲げ加工）し、バッテリーを載せる表面にフェルトや樹脂からなるシート７２を手作業で貼り付けている。このシート７２により、バッテリーのガタツキや異音を防止している。そして、シート７２の素材にフェルトよりも安価な樹脂を選ぶことで、材料コストを削減することはできるが、手作業の工程がコストアップの大きな要因になっている。
そこで、手作業による工程を、特許文献１〜３で開示されているような金属素材の表面に樹脂を成形する設備に代えることも可能である。

特開平０５−２００８７７号公報 特開平１１−１７９７５５号公報 特開平１１−２５４４８１号公報

特許文献１〜３で開示されている樹脂の成形設備を用いる場合、その設備費ならびに設置スペースが新たに必要となり、コストの削減にはつながりにくい。

本発明は、このような課題を解決しようとするもので、その目的は、設備費ならびに設置スペースを抑え、かつ手作業の工程も不要としてコストの低減を図ることである。

本発明は、上記の目的を達成するためのもので、以下のように構成されている。
素材に所定の加工を施すとともに、その素材の表面に樹脂を射出成形する装置であって、素材に所定の加工を施す際に素材を保持する治具あるいは金型等の保持具を含む所定の加工機構を備えている。そして、保持具に保持された状態において、素材の表面とそれに対向して配置される成形型部材の内面との間に樹脂を成形するための成形空間が構成され、成形空間の外部から成形空間にまで連通する樹脂流路が設けられている。この樹脂流路を通じて成形空間に溶融樹脂を射出することが可能な射出機構を備えている。

この構成によれば、一つの加工設備で、かつ一回の加工作動の間において、素材の加工と、素材の表面に対する樹脂の射出成形とを行うことができる。したがって、それぞれの加工設備を個別に設置する場合と比較して設備費ならびに設置スペースを抑えることができるとともに、手作業の工程を不要とすることによるコストの低減を図ることができる。
また、このような装置において、成形型部材を保持具の一部により構成することで、装置の部品点数、ひいては装置の重量、設置スペースを抑えることができる。

実施例１の成形装置を表した正面図。 実施例１の成形装置を表した側面図。 図２に示されている射出機構を拡大して表した構成図。 実施例１の成形工程を表した説明図。 製品の一例であるブラケットを表した斜視図。 ブラケットを表した平面図。 図６のX-X矢視方向の断面図。 図６のY-Y矢視方向の断面図。 従来のブラケットを表した斜視図。 実施例２における金属圧延加工機の概要を表した断面図。 実施例３における鍛造加工装置の概要を表した断面図。 実施例４におけるＶ溝プーリ製造装置の概要を表した断面図。 実施例４におけるＶ溝プーリ製造装置の概要を表した断面図。 実施例５における直立型ボール盤の概要を表した側面図。 実施例５における直立型ボール盤の概要を表した側面図。 実施例６における切削加工機の概要を表した断面図。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を用いて説明する。
実施例１
図１および図２で示す成形装置は、プレス成形機１０と射出機構３０とを備えている。プレス成形機１０は、図４で示す金属素材５０をプレス成形（曲げ加工）することが可能であり、射出機構３０はペレット状の樹脂材（エラストマー等）を加熱溶融して射出することが可能である。

プレス成形機１０は縦型タイプであって、基台１２の上方にシリンダーベース１８が配置され、基台１２の上板１４とシリンダーベース１８とが４本のタイバー１６によって互いに結合されている。プレス成形機１０の金型開閉機構２０は、シリンダーベース１８に組付けられた油圧シリンダー等の駆動源２２と、この駆動源２２の作動によって各タイバー１６に沿って昇降するダイプレート２４とを備えている。また、金型はダイプレート２４の下面に固定された上型２６と、基台１２の上板１４の上面に固定された下型２７とによって構成されている。
図４で示すように、上型２６は、射出機構３０によって溶融樹脂を射出するための樹脂流路２６ａと、この樹脂流路２６ａに連通して後述する成形空間２８を構成する凹部２６ｂとを備えている。一方、下型２７は、基台１２の上板１４に固定されたダイ２７ａと、このダイ２７ａの内部で上下に移動することができるスライダー２７ｂとによって構成されている。

射出機構３０は、図３で明らかなようにシリンダー形状（中空形状）のボデー３２を備え、その内部にはプランジャー３４が組み込まれている。ボデー３２の上端には、プランジャー３４を作動させる油圧シリンダー３６が組付けられ、反対側の下端にはボデー３２の内部に連通したシャットオフバルブ３８が結合されている。このシャットオフバルブ３８は、上型２６の樹脂流路２６ａ内に位置している。また、ボデー３２の内部へは、ホッパー４２から供給路４４を通じてペレット状の樹脂材が供給され、樹脂材はボデー３２に内蔵されたヒーター（図示省略）で加熱されて溶融樹脂となる。

プランジャー３４は、油圧シリンダー３６によって図３の位置から下方へ作動し、溶融樹脂をシャットオフバルブ３８に向けて圧送する。シャットオフバルブ３８は、樹脂圧を受けていないときは、スプリング力を受けているピストン（図示省略）でゲートを閉じており、樹脂圧がかかるとピストンを後退させてゲートが開き、先端のノズル４０から成形空間２８に溶融樹脂を射出することができる。そして、成形空間２８に対する溶融樹脂の充填が完了して樹脂圧が下がると、ゲートが元の状態に閉じる構造になっている。
なお、ホッパー４２からボデー３２の内部に通じる供給路４４は、ペレット状の樹脂材がブリッジ現象を起こして流れなくなった場合に、細い棒を使ってブリッジを壊すためのものである。したがって、樹脂材がスムーズに流れるのであれば、ホッパー４２からボデー３２の内部に直接供給する構造に代えることも可能である。

つづいて、例えば図５〜図８で示すバッテリー用のブラケット５２を成形する場合の工程を主として図４によって説明する。
まず、ブラケット５２の形状に合わせて所定の輪郭に打ち抜かれた板状の金属素材５０を、図４（Ａ）で示すように下型２７にセットし、プレス成形機１０における金型開閉機構２０の駆動源２２を作動させて上型２６を下降させる。これにより、図４（Ｂ）で示すように下型２７のダイ２７ａに対してスライダー２７ｂが上型２６と一緒に下降して金属素材５０のプレス成形（曲げ加工）が行われ、上型２６が図４（Ｃ）で示す下死点に達することでプレス成形が完了する。

図４（Ｃ）で示す状態では、プレス成形された金属素材５０（ブラケット５２）の表面と、それに対向する上型２６との間には凹部２６ｂによって成形空間２８が確保されている。この成形空間２８には、前述のように上型２６の樹脂流路２６ａが連通しており、かつ樹脂流路２６ａ内には射出機構３０のシャットオフバルブ３８が位置している。そこで、油圧シリンダー３６によってプランジャー３４を作動させ、前述のようにシャットオフバルブ３８に樹脂圧がかかってゲートが開くと、図４（Ｄ）で示すように樹脂流路２６ａを通じて成形空間２８に溶融樹脂が射出される。なお、成形空間２８は、射出成形される樹脂部材５４の形状（図５および図６）に対応した形状になっている。
金型開閉機構２０には、上型２６が図４（Ｃ）で示す下死点に達した型締め状態を検出するセンサー（図示省略）が設けられており、このセンサーからの信号に基づいて射出機構３０による射出のタイミングが設定されている。

成形空間２８に溶融樹脂が充填されたら、数秒間程度そのままの状態に保持して樹脂の冷却を行った後、図４（Ｅ）で示すように上型２６および下型２７のスライダー２７ｂを上昇させる。そして、最終的には上型２６を図４（Ｆ）で示す元の上死点まで上昇させて成形が完了する。
すなわち、プレス成形機１０における一つの金型（上型２６および下型２７）による一回の開閉作動の間において、金属素材５０のプレス成形と樹脂の射出成形とを行うことができる。

図５〜図８で示すブラケット５２は成形品の一例であり、射出成形された樹脂部材５４は平面「Ｈ」形のリブ状を呈している。この形状の樹脂部材５４により、図９に示すブラケット７０のシート７２と同様に、ブラケット５２に載せられるバッテリーのガタツキや異音を防ぐことができる。
なお、ブラケット５２の金属素材５０と樹脂部材５４との結合を確実にするために、金属素材５０に開けられた複数個の貫通孔５２ａに溶融樹脂を流入させている。各貫通孔５２ａに流入した溶融樹脂は、金属素材５０の裏面と下型２７との間において、貫通孔５２ａの内径より大きな外径の凸部５４ａを成形している（図７および図８）。

バッテリーのガタツキや異音を防ぐ目的からすれば、できる限り広範囲に樹脂部材５４を成形するのが望ましい。しかし、金属素材５０をプレス成形する際に、曲げ部に近い箇所の貫通孔５２ａが変形して溶融樹脂の流れを阻害するおそれがあるため、これらの貫通孔５２ａは曲げＲ面の終端から4mm程度離れた位置に設定している。また、ブラケット５２における曲げのない外形部についても、プレス成形の寸法精度を考慮して樹脂部材５４の縁をブラケット５２の外形線から2mm程度離れた位置とし、樹脂部材５４の成形時にバリが生じるのを防止している。

本実施例のプレス成形機１０については、専ら金属素材５０の曲げ加工を説明したが、上型２６と下型２７とからなる金型を用いた打抜き加工や絞り加工等の金属プレス成形であれば、本発明を適応することは可能である。
なお、本実施例では図４における上型２６に樹脂流路２６ａを設けたが、この樹脂流路２６ａの部分にそのまま射出機構３０を配置してもよい。また、下型２７に樹脂流路を設け、ブラケット５２の側面に樹脂を射出成形してもよい。さらには、例えば実開平０７−００９５８５号に記載されているように縦に配置された２組のプレス金型の一方または両方に、本実施例のような装置を組み込むことで、１回の加工サイクル内で３〜４工程の加工を施すことができる。

実施例２
例えば特開平０５−０９２６９３号に記載されている金属圧延加工機は、図１０で示すものとほぼ同じような構成になっている。この図面において、上下一対の回転ロール６０のうち、何れか一方の内部に射出機構３０を組み込むことで、金属素材１５０の圧延加工と実質的に同時に樹脂の射出成形が可能となる。回転ロール６０は回転するため、単に射出機構３０をその内部に設けるだけでは成立しないが、射出機構３０は回転しないようにし、回転ロール６０に設けた樹脂流路と連通した時にだけ射出するようにすることで、上記が可能となる。また、一旦圧延加工をした後、回転ロール６０を逆回転させ、樹脂を成形したい位置まで戻してから射出成形してもよい。
このようにすることで、単に凹凸のあるコインやメダルではなく、樹脂により加飾されたものを得ることができる。

実施例３
例えば特開平０６−２１８４８１号に記載されている自動車用ホイールの鍛造加工装置は、図１１で示すものとほぼ同じような構成になっている。この図面において、鍛造金型６１内に射出機構３０を組み込むことで、金属の鍛造加工と合わせて樹脂の射出成形が可能となる。鍛造加工は実質的に瞬時に終わってしまうため、鍛造金型６１を再度３次素材２５０に当てる必要がある。この結果、射出成形しない場合に比べて加工時間は長くなるが、射出成形のための専用設備が不要となり、鍛造と射出成形をそれぞれ別の設備で行うのに比べ加工時間は短くなる。また設備の設置スペースも同様に少なくて済み、さらには射出成形をするために新たに追加される作業は、加工素材の搬送も含め一切必要がない。
このようにすることで、自動車用ホイールの鍛造加工と合わせて、樹脂の射出成形により加飾を施すことができる。

実施例４
例えば特開平０７−１１６７６０号に記載されている板金製ポリＶ溝プーリの製造装置は、図１２あるいは図１３で示すものとほぼ同じような構成になっている。図１２において、内型６２内に射出機構３０を組み込むことで、金属素材３５０の絞り加工と合わせて樹脂の射出成形が可能となる。
また、図１３において、回転上型６３内に射出機構３０を組み込むことで、金属素材３５０の転造加工と合わせて樹脂の射出成形が可能となる。回転上型６３は回転するため、単に射出機構３０をその内部に設けるだけで成立させるのは難しいが、射出機構３０は回転しないようにし、回転上型６３が停止した時だけ射出するようにすれば、転造加工にあわせた樹脂の射出成形が可能となる。
このようにすることで、板金製ポリＶ溝プーリの取付部である平面部に、樹脂を射出成形することができる。

実施例５
特開平０７−３０８８１０号に記載されている直立型ボール盤は、図１４あるいは図１５で示すものとほぼ同じような構成になっている。図１４あるいは図１５において、テーブル６４に射出機構３０を組み込むことで、被加工素材４５０の穴あけ加工と樹脂の射出成形とが可能となる。
この実施例では、ボール盤による穴あけ加工の際に被加工素材４５０は動かないため、穴あけ加工と同時に射出成形できるという利点がある。
また、被加工素材４５０は穴あけ加工の前であってもテーブル６４に保持されているため、穴あけ加工の前に射出成形することもできる。

実施例６
特開平１１−２３９９０１号に記載されているホイール切削加工機は、図１６で示すものとほぼ同じような構成が採用されている。図１６において、ワーク支持プレート６５に射出機構３０を設けることで、軽合金ホイール素材５５０の切削加工と合わせて樹脂の射出成形が可能となる。ワーク支持プレート６５は切削加工時には回転しているため同時に射出成形することはできないが、ワーク支持プレート６５に樹脂流路を設け、回転が停止した状態でこの樹脂流路と連通するように射出機構３０を設けることで、切削加工と合わせた樹脂の射出成形が可能となる。したがって、射出成形しない場合に比べて加工時間は長くなるが、射出成形のための専用設備が不要となり、切削加工と射出成形とをそれぞれ別の設備で行うのに比べて加工時間は短くなり、また設備の設置スペースも同様に少なくて済む。さらには、射出成形をするために新たに追加される作業は、加工素材の搬送も含め一切必要がない。
このようにすることで、自動車用ホイールの切削加工と合わせて、樹脂の射出成形により加飾を施すことができる。
なお、この実施例では切削加工を施す前に射出成形を行うこともできる。

以上のように、金型や各種治具のように素材を保持する保持具を含む加工機であれば、保持具の一部は素材の加工処理されない部分と必ず接するため、そのような部分を利用することで、当該加工と合わせて樹脂の射出成形を行うことができる。
このような加工の例として、金属の曲げ、圧延、鍛造、絞り加工、転造加工、穴あけ加工、切削加工を例に挙げて説明したが、この他にも研磨、研削、ブラスト、切断、押抜き等、保持具を用いる加工であればどのような加工でも用いることができる。
また、金属だけでなく、木材、樹脂成形品、紙、セラミック、石膏、鉱物等、上記加工を施す素材であればどのような素材でも本発明を用いることができる。

１０ プレス成形機
２０ 金型開閉機構
２６ 上型（金型）
２６ａ 樹脂流路
２７ 下型（金型）
３０ 射出機構
５０ 金属素材

Claims (2)

1. 素材に所定の加工を施すとともに、その素材の表面に樹脂を射出成形する装置であって、素材に前記所定の加工を施す際に素材を保持する保持具を含む所定の加工機構を備えており、前記所定の加工を施すために保持具に保持された状態において、素材の表面とそれに対向して配置される成形型部材の内面との間に樹脂を成形するための成形空間が構成され、成形空間の外部から成形空間にまで連通する樹脂流路が設けられ、この樹脂流路を通じて成形空間に溶融樹脂を射出することが可能な射出機構を備えている成形装置。
2. 前記成形型部材が前記保持具の一部により構成されている請求項１に記載の成形装置。
   

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