JP2014065152A - 成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】試作品を、正規の製品と同じ材料で形成するとともに、短納期で、しかも、廉価に形成すること。
【解決手段】正規の製品１の全周にわたって削り代２を肉付けした一次製品１Ａ用の簡易金型１０を製作する。簡易金型１０を射出成形機２０に装着して、正規の製品１と同じ材料を充填して、一次製品１Ａを成形する。簡易金型１０から取り出した一次製品１Ａを、マシニングセンタに装着して切削加工して、正規の製品１に仕上げる。
【選択図】図１

Description

本発明は、成形品の製造方法に関し、特に、樹脂又は金属で形成された小ロット部品や試作部品等を成形する際の成形品の製造方法に関する。

従来、新たな製品を開発する際に、その製品を構成する構成部品等の試作品はその製品の目的とする性能や安全面に対してクリアできるように物性試験や耐久試験、必要によっては衝突試験等を経なければならない。例えば、自動車の内装部品や外装部品等を樹脂で成形する場合、曲面や傾斜面を有すると共に凹凸状に形成され、さらに、部品の強度も必要となることから、通常、射出成形で形成することが多い。この場合、物性試験や耐久試験または衝突試験等を行なうためには、試作品が、正規の部品と同一の材料で射出成形によって形成されなければならず、そのためには、射出成形用の金型を新たに製作して試作品を作る必要があった。例えば、自動車の内装部品は凹凸状に形成されて複雑な形状であるから、この部品を成形する射出成形用の金型も複雑に形成されることになる。

しかし、試作品は、各種の試験に合格した上で量産品として生産できるものであるから、例えば、１個の試作品を上述のような新たな金型を製作して成形するのでは、金型製作コストに見合うことはできない。しかも納期も長期間かかることになって、実質的には射出成形用金型を製作して試作品を製作することは現実的でなかった。

従来では、このような試作品を製作する方法としては、例えば、特許文献１に示されるように、レーザー光を照射することで硬化する液体樹脂を用いた光造型法や、図８に示すような市販されている樹脂ブロック５０を購入して、マシニングセンタやＮＣフライス盤等の切削機械で切削加工を施すことによって行なわれていた。

特開２００１−２６０２０４号公報

特許文献１の光造型法は、液体状の光硬化性樹脂中に造型ベースをセットし、レーザー光を造型ベース上の光硬化性樹脂に照射して一層分の造型を行なう。これを繰り返して積層し１個の製品を形成している。光硬化性樹脂は、レーザー光で照射された部分が硬化されることから、硬化された部分が１個の製品として造型されることとなる。そのため、複雑な形状でも早期に製品を完成することができることとなっていた。

しかし、この光造型法では、成形可能な材質が限定されており、正規の部品と同一の材料で製作することができないことから、成形された部品は、組付け試験はできても、物性試験や耐久試験または衝突試験はできなかった。

また、図８に示すような市販の樹脂ブロックで切削加工を行なって試作品を形成する場合、全て切削加工で行なうため、１個の試作品を形成することは短期間で容易に行なえるものの、一般の樹脂ブロックは、決められた材料で形成されているため、メーカーが要求する材料のものと一致するものではないことから、やはり、組付け試験はできても、物性試験や耐久試験または衝突試験はできなかった。物性試験や耐久試験または衝突試験等をできるようにするには、やはり、正規の部品と同一の材料で成形できる金型を製作して成形する必要があった。

本願発明は、上記の課題に鑑み、小ロット部品や、試作品であっても、簡易金型を製作して、短納期で廉価に成形できる成形品の製造方法を提供するものである。

本願発明の成形品の製造方法は、以下のように行うものである。すなわち、
本発明の請求項１記載に係る成形品の製造方法は、正規の製品の形状に削り代を肉付けした一次製品を成形するための簡易金型を製作し、前記簡易金型に前記正規の製品と同一の材料を注入して、前記一次製品を前記正規の製品と同一の成形法で成形し、前記簡易金型から取り出した前記一次製品の前記削り代分を、切削加工により削り落として、正規の製品寸法に仕上げることを特徴とするものである。

この方法によれば、正規の製品の形状に削り代を肉付けし、肉付けされた部位を切削加工で仕上げることができるから、簡易金型を製作する際に、簡易金型のキャビティ部分をラフに仕上げることができる。つまり、樹脂成形品の場合、細かい溝やリブ、又は、主要形状部位の屈曲部や傾斜部が多く複雑に形成されていることが多いため、正規に金型を製作しようとすると、手間がかかって多くの時間を費やし、またコストも大幅にかかってしまう。金型のキャビティ部に係る部位の加工精度をラフにすることによって、簡易金型を短納期で廉価に製作できる。そして、その簡易金型から取り出した成形品には、正規の部品に対して削り代を設けてあるから、その削り代分を、切削機械で切削加工をすることによって精度良く仕上げることができる。したがって、このように成形された製品は短納期で廉価なコストで形成することができるとともに、仕上げられた製品は、正規の部品と同一の材質で、また同一の成形方法で形成されているから、そのまま物性試験や耐久試験または衝突試験等を行なうことが可能となる。

また、金型をラフな精度で製作できることによって、通常、成形品を押し出すための金型内に設置する押し出しピンを設置しなくてもよい。

なお、本発明は試作品ばかりでなく、小ロット部品用の金型であっても廉価で容易に製作できるとともに、補充部品として要求された、例えば、中古車の部品の場合、上述の簡易金型を容易に製作できることから、古い金型を保管する必要がなく処分しておくことが可能となる。

また、本発明の請求項２記載に係る成形品の製造方法は、請求項１に係るものであって、前記簡易金型が、射出成形用の金型であり、前記一次製品が射出成形により成形されることを特徴としている。

射出成形で成形できることは、成形された成形品に射出圧力がかかった状態で成形できるので、必要な部品強度を保つことができる。

正規の試作品に、削り代を付けた一次製品用の金型を形成する流れを示す流れ図である。 図１の金型を装着した射出成形機を示す正面図である。 図２の射出成形機から取り出した一次製品を示す正面図である。 図３の一次製品の削り代を切削加工している状態の正面図である。 完成品を示す正面図である 別の形状の試作品を示す斜視図（ａ）及びＸ−Ｘ断面図（ｂ）である 図６の試作品に削り代を設けた状態の斜視図（ａ）及びＹ−Ｙ断面図（ｂ）である。 従来の製造方法で使用していた樹脂ブロックを示す斜視図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

以下の説明では、成形される製品を、開発される試作品１で説明するが、成形される製品は、小ロット製品や、旧タイプに使用されていた補充部品であってもよい。

図１は、新たに開発される試作品１の製品データ（ａ）から、削り代２を設けた状態の一次製品１Ａのデータ（ｂ）を示し、その一次製品１Ａを成形するための簡易金型１０を示すものである。なお、図１（ｂ）、図４、図７（ｂ）において、削り代２は、薄墨を施した部分である。

試作品１は、例えば、自動車の内装部品又は外装部品を示すものであり、長手方向の中央部において、一方の面側に向かって凸状に湾曲され、紙面の奥行き方向にその長手方向の長さより短い幅を有して湾曲された板状の本体３として形成されている。長手方向に沿った本体３の他方の面側に位置される凹状内側面４に、凹状内側面４から凸状に湾曲された方向と逆方向に向かって多数の突起部５を有して形成されている。

図１（ｂ）における削り代２を設けた一次製品１Ａは、図１の試作品１の全周にわたって、削り代２が０．１〜１０ｍｍの厚さ寸法に肉付けされて形成されている。削り代２は、前述の寸法範囲内において、夫々の試作品の各部位によって適宜決定される。実施形態では、全周面全てにおいて、２〜３ｍｍ程度としている。

なお、試作品１の表面に図示しない溝やリブ等の細かい形状が形成されている場合、一次製品１Ａの削り代２がその部位を埋めた状態になるので、たとえ、図１（ａ）に示すことがあっても、図１（ｂ）にはその形状が示されない。

次に、一次製品１Ａのデータに沿って新たな簡易金型１０を製作する。簡易金型１０は、固定型１１と可動型１２とを備えており、固定型１１の凹部１１ａに可動型１２の凸部１２ａが挿入可能に形成される。固定型１１の凹部１１ａと可動型１２の凸部１２ａとの間に形成された隙間が、図２の一次製品１Ａの形状と一致するキャビティ１３を示すことになる。

このキャビティ１３の形状は、その表面粗さがラフとなるように形成されている。つまり、キャビティ１３の表面粗さ及び突起部５の高さや外径寸法精度、突起部５，５のピッチ間の精度等が削り代２分を含めて大まかな寸法に形成されていればよい。また、一次製品１Ａをキャビティ１３から取り出す場合、簡易金型１０を開いたときに、押し出しピンで押し出すことをしないで剥ぎ取るように取り出す。つまり、押し出しピンの設置を必要としないように簡易金型１０を製作することができる。したがって、簡易金型１０の製作を短納期でしかも低コストで提供することが可能となる。

このように製作された簡易金型１０を射出成形機２０に装着する。図２に示す射出成形機２０は、一般的に使用されるものであり、機体２１上の一方側に型締め機構２２が配置されている、型締め機構２２に固定型１１と可動型１２が装着され、可動型１２が水平方向に移動することによって、簡易金型１０の開閉が行なわれる。機体２１の他方側には、固定型１１に向かうシリンダ２３が装着され、シリンダ２３の後方（反型締め機構２２側）には、材料を注入するホッパー２４が配置されている。さらにホッパー２４の後方には、射出装置２５が配置されて、ホッパー２４から注入された樹脂材をシリンダ２３から型締め機構２２内に充填可能に構成している。

本形態では、正規の試作品１は自動車の内装部品であり、材料は正規の部品と同一の樹脂材料、例えば、ＴＳＯＰ又はＰＡＧ−ＧＦ３０で形成されている。正規の試作品１は、前述のように、長手方向の中央部を一方の面側に湾曲させた板状の本体３を形成しているものであり、他方の面側には、長手方向に沿って突起部５を複数個形成しているものである。また、突起部５は、紙面の奥行き方向の幅方向に複数個並設されている。削り代２を設けた一次製品１Ａは、正規の試作品１に対して削り代２を全周にわたって２〜３ｍｍ厚くするように設けたもので、全ての突起部５、５間には凹部６が形成されて、下面視では、凸凹状になっている。

一次製品１Ａの表面粗さは、粗く形成され、突起部５、５間のピッチは一般公差程度であり、凹部６の深さも一般公差程度に形成されている。このような一次製品１Ａを形成すべき簡易金型１０をまず製作することとなる。この簡易金型１０では、前述のように、通常必要とされる押し出しピン用孔を形成することはなく、そのため、押し出しピンも設置されていない。

簡易金型１０が製作されると、図２に示す射出成形機２０に簡易金型１０を装着する。ホッパー２４には、正規の試作品１の材料、例えば、ＴＳＯＰ又はＰＡＧ−ＧＦ３０が貯留され、シリンダ２３を介して簡易金型１０内に充填される。射出成形機２０で成形された一次製品１Ａは、表面粗さの精度が高くないので、キャビティ１３内に強く接触しているわけではなく、型開き時に、そのまま落下するか、或いは剥ぎ取りによって取り出される。

取り出された一次製品１Ａは、図３に示すように、図１（ｂ）の一次製品１Ａのデータと同様の形状に形成されている。

次に、図４に示すように、射出成形機２０から取り出された一次製品１Ａを、例えば、治具等を用いてマシニングセンタやＮＣフライス盤等の切削機械２８に装着する。切削機械２８では、数値制御によって、湾曲状の本体３の全周面や突起部５の周りに設けられた削り代２を切削する。これによって図５に示すように、図面に要求された精度の高い正規の試作品１に仕上げることができる。上述のように成形された試作品１は、正規の製品と同一の材料で、しかも同一の成形方法で形成されているため、組付け試験はもちろん、物性試験、耐久試験あるいは衝突試験等をも行なうことができる。

次に、図６に示すように、溝やリブが形成された試作品３１を成形する場合について説明をする。

試作品３１は、やはり、自動車の内装部品または外装部品であって、平面視、長方形に形成され、短手方向の中央部が湾曲された薄板プレート本体３３を有し、長手方向の両端部には凹状の内側面３４から立ち上がる壁部３５、３５が形成されるとともに、凹状の内側面３４には、縦横に形成されたリブ３６が設けられている。凹状の内側面３４の短手方向両端側には、長手方向に沿って夫々直列的に並設された複数個の突出部３７が内側面３４から立上るように配置され、突出部３７に薄板プレート本体３３の長手方向に沿った溝３８が形成されている。

この試作品３１に削り代３２を設けたものが、図７によって示される。つまり、この試作品３１の一次製品３１Ａは、薄板プレート本体３３の両面及び、両側壁部３５、３５、及び突出部３７の全周面に肉付けされた２〜３ｍｍの削り代３２を設けている。削り代３２は、縦横に形成されたリブ３６の厚みを超えた厚みであり、また溝３８は削り代３２によって埋められている。したがって、図７には、リブ３６、溝３８は現れてこない。

そして、この試作品３１の一次製品３１Ａの形状に合わせて、簡易金型４０を製作する。簡易金型４０は、固定型４１と可動型４２とを備えて図３と同様に構成されている。簡易金型４０の図面は図３を兼用する。固定型４１と可動型４２との間に形成されるキャビティ４３は、図７に示すような試作品３１の一次製品３１Ａの形状と同一に形成される。この金型を図２の射出成形機２０に装着する。前述と同様に、樹脂材料を充填して、図７に示すような、一次製品３１Ａが成形され、金型の型開き時に、やはり、型締め機構２２より剥ぎ取られることになる。

そして、取り出された一次製品３１Ａを、治具等を用いてマシニングセンタやＮＣフライス盤等の切削機械２８に取り付けて、仕上げ加工を行うことになる。一次製品３１Ａの場合は、薄板プレート本体３３を切削加工する際、突出部３７を除いた平面部位を切削すると同時に、リブ３６が内側面３４から立上るように形成するとともに、突出部３７を形成する際に、溝３８部分の削り代３２を取り除いて、溝３８を形成する。

上述のように、実施形態の成形品の製造方法では、試作品１，３１や小ロット部品の一次製品１Ａ、３１Ａに合わせた簡易金型１０、４０を、先ず製作することになる。一次製品１Ａ、３１Ａには切削機械２８で切削する削り代２、３２を設けているから、簡易金型（固定型と可動型）１０、４０自体を高精度に形成する必要はない。また、一次製品１Ａ、３１Ａは、型開き時に容易に取り出せるから、通常の金型に成形品を押し出して引き離すための押し出しピンを必要としない。このことを含めて、簡易金型１０、４０を短納期及び低コストで製作することができる。しかも、本願発明の製造方法で成形された試作品１、３１は、正規の製品と同じ材料で、しかも同じ成形方法で形成できるから、成形された試作品１、３１は、組付け試験だけでなく、物性試験や耐久試験あるいは衝突試験等をも行なうことができる。

また、射出成形機２０で成形すれば、成形品の材料が簡易金型１０、４０に充填される際に、射出圧力が加わった状態で成形できるので、開発のために要求された強度を保てることができる。

１、３０、正規の試作品
１Ａ、３０Ａ、正規の試作品に削り代を設けた一次製品
２、３２、削り代
１０、４０、一次製品を成形するための簡易金型
２０、簡易金型１０、４０を装着した射出成形機
２８、切削機械

また、本発明の請求項２記載に係る成形品の製造方法は、請求項１に係るものであって、前記簡易金型が、射出成形用の金型であり、前記一次製品が射出成形により成形されることを特徴としている。射出成形で成形できることは、成形された成形品に射出圧力がかかった状態で成形できるので、必要な部品強度を保つことができる。

さらに、本発明の請求項３記載に係る一次製品の製造方法は、正規の製品の形状に削り代を肉付けした一次製品を成形するための簡易金型を製作し、前記簡易金型に前記正規の製品と同一の材料を注入して、前記一次製品を前記正規の製品と同一の成形法で成形し、前記簡易金型から取り出すことを特徴とするものである。この方法によれば、小ロット部品や、試作品等を形成する際、正規の製品の形状に削り代を肉付けした一次製品を成形するための簡易金型をラフな精度で製作することができる。そのため、簡易金型を短期間で廉価なコストで製作することができる。この簡易金型によって成形された成形品(一次製品)を、削り代を削り取る切削加工をすることによって、正規の製品(小ロット部品や試作品)を形成することができる。この製品は正規の部品と同一の材料で形成されているから、各種の試験、例えば、物性試験や耐久試験または衝突試験等を行なうことができる。

以下の説明では、成形される製品（成形品）を、開発される試作品１で説明するが、成形される製品は、小ロット部品や、旧タイプに使用されていた補充部品であってもよい。

試作品１は、例えば、自動車の内装部品又は外装部品を示すものであり、長手方向の中央部において、一方の面側に向かって凸状に湾曲され、紙面の奥行き方向にその長手方向の長さより短い幅を有して湾曲された板状の本体３として形成されている。長手方向に沿った本体３の他方の面側に位置される凹状内側面４には、凹状内側面４から凸状に湾曲された方向と逆方向に向かって多数の突起部５が形成されている。

本形態では、正規の試作品１は自動車の内装部品または外装部品であり、材料は正規の部品と同一の樹脂材料、例えば、ＴＳＯＰ又はＰＡＧ−ＧＦ３０で形成されている。正規の試作品１は、前述のように、長手方向の中央部を一方の面側に湾曲させた板状の本体３を形成しているものであり、他方の面側には、長手方向に沿って突起部５を複数個形成しているものである。また、突起部５は、紙面の奥行き方向の幅方向に複数個並設されている。削り代２を設けた一次製品１Ａは、正規の試作品１に対して削り代２を全周にわたって２〜３ｍｍ厚くするように設けたもので、全ての突起部５、５間には凹部６が形成されて、下面視では、凸凹状になっている。

一次製品１Ａの表面粗さは、粗く形成され、突起部５、５間のピッチは一般公差程度であり、凹部６の深さも一般公差程度に形成されている。このような一次製品１Ａを成形すべき簡易金型１０をまず製作することとなる。この簡易金型１０では、前述のように、通常必要とされる押し出しピン用孔を形成することはなく、そのため、押し出しピンも設置されていない。

Claims (2)

1. 正規の製品の形状に削り代を肉付けした一次製品を成形するための簡易金型を製作し、前記簡易金型に前記正規の製品と同一の材料を注入して、前記一次製品を前記正規の製品と同一の成形法で成形し、前記簡易金型から取り出した前記一次製品の前記削り代分を、切削加工により削り落として、正規の製品寸法に仕上げることを特徴とする成形品の製造方法。
2. 前記簡易金型が、射出成形用の金型であり、前記一次製品が射出成形により成形されることを特徴とする請求項１記載の成形品の製造方法。