JP2016504226A - 締結要素を射出成形するための方法及び締結要素 - Google Patents

Abstract

軸に沿って延びるとともにスタッド等を受け入れるための軸方向に延びる穴（４、２４）を囲む壁（３）を備える本体（２、２２）を有する締結要素（１、２１）を成形する、キャビティを囲む射出成形金型によって、プラスチックから締結要素（１、２１）を射出成形するための方法において、射出成形金型は、キャビティが一様の厚さを有するように設計され、液晶ポリマー材料（ＬＣＰ）が、プラスチックとして用いられ、これは、材料の流頭が軸方向に一様にキャビティ内へ前進するように、軸方向射出端において射出成形金型のキャビティ内へ中心に沿って射出される。【選択図】図１

Description

本発明は、スタッド等を受け入れるための軸方向に延びる穴を囲む少なくとも１つの壁を備えるとともに軸に沿って延びる本体を有する締結要素を、キャビティを囲む射出成形金型によってプラスチックから射出成形するための方法に関する。本発明は、更に、プラスチックから射出成形された、スタッドを受け入れるための穴を有する締結要素に関する。

上記型式の締結要素、特にナットは、特許文献１、特許文献２及び特許文献３から公知である。特許文献３は、特定した型式の製造方法も記載する。このような締結要素の射出成形には熱可塑性材料が用いられるが、その熱安定性には限界がある。

独国実用新案第２９８ １０ ４２８ Ｕ１号明細書 独国特許第１００ ４８ ９７５ Ｃ１号明細書 独国特許出願公開第１０ ２００５ ００６ ５９２ Ａ１号明細書

本発明の目的は、比較的高温に、具体的には２００℃以上になり得る環境で用いることができる、前述の型式の締結要素を特定すること、及び該締結要素を射出成形するための方法を特定することである。

この目的は、請求項１で特定される特徴を有する方法により、及び、請求項１０で特定される特徴を有する締結要素により達成される。この方法の有利な実施形態は、請求項２から請求項９で特定され、締結要素の有利な実施形態は、請求項１１から請求項１６で特定される。

本発明によれば、軸に沿って延びるとともにスタッド等を受け入れるための軸方向に延びる穴を囲む壁を備える本体を有する締結要素を成形する、キャビティを囲む射出成形金型によって、プラスチックから締結要素を射出成形するための方法において、液晶ポリマー材料（ＬＣＰ）がプラスチックとして用いられる。射出成形金型は、この場合、キャビティが一様の厚さを有するように設計され、液晶ポリマー材料（ＬＣＰ）は、材料の流頭が軸方向に一様にキャビティ内へ前進するように、軸方向射出端において射出成形金型のキャビティ内へ中心に沿って（ｃｅｎｔｒａｌｌｙ）射出される。この文脈において、キャビティの厚さは、互いに直接対向して共に締結要素の壁を成形するキャビティの壁同士の間隔を意味するものと理解される。従って、キャビティの厚さは、キャビティを充填することによって成形される壁の厚さと一致する。

液晶ポリマーは高い耐熱性で特徴付けられるので、液晶ポリマーから成形される締結要素は、高い熱応力の領域で用いることができる。しかしながら、射出成形に用いられる液晶ポリマー（ＬＣＰ）材料は、プロセスによって誘発される、分子の整列に起因するに配向により、異方性の特性を有する。従って、所望の成形部品特性を得るためには、射出の際の材料の流れの方向によって、締結要素の強度要件に最適な分子配向を達成することが重要である。ＬＣＰ材料はニットライン強度が低いので、この場合、ニットラインの生成はできるだけ回避するべきである。好ましくはナットとして使用可能な締結要素のために非常に有利な強度特性を有する分子の整列は、射出点を一方の軸方向端部に、射出成形によって形成される壁に対して中心を合わせて配置することにより達成することができることが示された。射出プロセスは、良好に制御することができ、強度が低いニットラインの生成が十分に回避される。

本発明の別の提案によれば、ＬＣＰ材料の中心射出は、ポリマー材料がその中へ中心に沿って射出される、穴の片側を閉鎖するスプルーを、射出成形金型によって壁の射出端に形成することにより、特に有利に達成することができる。スプルーは、壁を成形するための、スプルーに隣接するキャビティの環状端において、非常に一様な材料の分配をもたらし、それにより一様な流頭ももたらす。スプルーは、ポリマー材料が出ていくために必要とされるのが中心に配置されるノズル１つだけであるという、更なる利点を有する。このことが、射出成形工具の製造及び維持をかなり簡単にする。

スプルーが、締結要素に挿入されるスタッドによる穴の貫通を妨げないように、本発明の別の提案によれば、スプルーは、スロット及び／又は所定の破断点により分離可能となるように設計することができる。これにより、穴に入ったスタッドは、スプルーを分離し、引き離すように広げることができる。

あるいは、本発明の別の提案によれば、壁を成形するためのキャビティの射出端を環状の設計とすることができ、ポリマー材料は、環状ノズルによって射出成形金型のキャビティ内へと射出される。

本発明の別の提案によれば、射出成形金型の適切な設計により、穴を囲み、壁と本質的に同じ厚さを有するフランジを、射出端の反対側の壁の端部に成形することができる。更に、フランジの外周縁に、軸方向に延び、フランジと同じ厚さを有する補強リングを設けることができる。

本発明の別の提案によれば、射出成形金型のキャビティは、本体の壁の外側に半径方向外方に延びるリブを成形し、その厚さが壁の厚さと本質的に同じになるように、設計することができる。リブは、壁を補強する役割を果たす。幾つか又は全てのリブには、フランジ上に成形され、フランジの外周縁まで半径方向外方に延びる端部分を設けることができる。これは、フランジの補強、及びフランジへの壁の接合を達成する。

本発明の別の提案によれば、本体の外側に工具係合領域を形成するために、壁の外側に配置された幾つか又は全てのリブの外側の軸方向に延びる端部に、接線方向に延びる補強リブを成形することができ、この補強リブの外面は、多角柱の角領域を形成する。本発明によるこの設計は、一様で比較的厚さが薄い壁により、締結要素の本体の外側に、穴の直径に依存しない、有利には大きく作ることができる外径を有する工具係合領域を形成することを可能にする。

本発明は、図面に示される例示的な実施形態を参照して以下で詳細に説明される。

本発明による締結要素の第１の実施形態の斜視図である。 図１の締結要素の平面図である。 図１の締結要素の側面図である。 図２の線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。 図２の線Ｖ−Ｖに沿った断面図である。 本発明による締結要素の第２の実施形態の斜視図である。

図１から図５は、部品をねじ付きボルトに締結するためのナットとして用いることができる締結要素１を示す。締結要素１は、図４及び図５に示されるように中央の円筒形の穴４を囲む壁３を備えた、中空円筒形の本体２を有する。穴４には雌ねじが設けられているが、締結要素がセルフタッピングねじ（self-cutting thread）付きスタッドに取り付けられるものである場合には、平滑に設計することもできる。図中の穴４の上端は、先端が本体２から外に突き出した円錐形のスプルー５によって閉鎖されている。スプルー５は、壁３よりも薄い壁厚を有し、互いに一様な間隔で配置された３つのスロット６と、これらスロット６の中心に所定の破断点７とを有する。スロット６及び所定の破断点７は、締結要素をスタッドに対して締め付けている間に、穴４に進入したスタッドがスプルー５に軸方向に押し当たったときに、スプルー５を分離することを可能にする。スプルー５の分離後、互いに分離されたスプルーの断片は引き離されるように広がり、スタッドの更なる前進によって押しのけられるので、スタッドは、本体２の射出端において妨げられることなく穴４から出てくることができる。

スプルー５の反対側の本体２の端部に、穴４を環状に囲む平らな板状のフランジ８が成形される。フランジ８の外周縁は、フランジ８から本体に面する上側が突出する補強リング９によって補強される。

軸方向及び半径方向外方に延びるリブ１０、１１が、壁３の外側に互いに一様な間隔で配置される。フランジ８に隣接して、リブ１０には、半径方向外方に補強リング９まで延びてこれに接続される延長部１２が設けられる。リブ１０及び延長部１２は、壁３とフランジ８との間の接続を補強し、フランジ８の剛性を高める。

リブ１１は、それぞれがリブ１０の間に配置され、その半径方向外方の縁部は、壁３から距離を取ってリブ１１の両側に接線方向に延びる補強リブ１３を支持する。補強リブ１３の外面１４は、多角柱、ここでは六角柱の角領域を形成する。これは、有利には大きい外径を有する、工具係合領域を作り出す。リブ１０は、工具係合用に設けられた領域において、その端面がそれぞれの隣接する補強リブ１３の外面と共通平面になるような半径方向の幅を有する。

その設計のため、締結要素１は、液晶ポリマー材料、具体的には高分子量のサーモトロピックＬＣＰ材料から、射出成形プロセスで製造するのに特に適している。壁３、フランジ８、補強リング９及び種々のリブなどの締結要素１の全ての部分は、本質的に一様な、比較的薄い厚さを有する。更に、これらは、材料がスプルーの先端部に向けて中心射出されると流頭が射出成形金型内へ一様に前進するように配置され、反対方向からの材料が合流するニットラインが回避される。中心射出は更に、締結要素が使用時に受ける要求に合致する好適な強度値を与えることを期待し得る分子整列をもたらす。その結果として、締結要素をスタッドに対して締め付けることによる部品の締結で生じる力に十分に順応することができる。

説明した締結要素の設計、及び射出成形によるその製造のための方法は、繊維強化プラスチックから締結要素を製造する場合にも適しており、なぜなら、繊維も同様に軸方向及び半径方向で優勢に整列するからである。

図６は、締結要素２１の変形の実施形態を示し、これは、本体２２を通る穴２４がフランジ２８とは反対側の射出端で全開である点が締結要素１と異なる。その代わり、本体２２は、射出端において環状面３０を形成しており、この場合、材料は、締結要素２１の一次成形のための環状ノズルを用いて射出成形金型内へ射出することができる。環状面３０を成形する射出成形金型の表面において、環状ノズルは、一定ではあるが環状面３０の幅より小さい幅の、同心の環状間隙を有する。射出成形プロセスの際に、ＬＣＰ材料は、環状間隙から管形状で一様に出て、一様に前進する流頭で射出成形金型を充填する。射出手段の設計の違いは別にして、射出成形プロセス及びそれによって達成可能な締結要素２１の特性は、締結要素１に関連して上で説明したものとほとんど一致する。

１、２１：締結要素
２、２２：本体
３：壁
４、２４：穴
５：スプルー
６：スロット
７：破断点
８、２８：フランジ
９：補強リング
１０、１１：リブ
１２：リブ１０の延長部
１３：補強リブ
１４：補強リブの外面
３０：環状面

Claims (16)

1. 軸に沿って延びるとともにスタッド等を受け入れるための軸方向に延びる穴（４、２４）を囲む壁（３）を備える本体（２、２２）を有する締結要素（１、２１）を成形する、キャビティを囲む射出成形金型によって、プラスチックから締結要素（１、２１）を射出成形するための方法において、前記射出成形金型が、前記キャビティが一様な厚さを有するように設計されること、及び、液晶ポリマー材料（ＬＣＰ）が前記プラスチックとして用いられ、これが、前記材料の流頭が軸方向に一様に前記キャビティ内へ前進するように、軸方向射出端において前記射出成形金型の前記キャビティ内へ中心に沿って射出されることを特徴とする方法。
2. 前記射出成形金型は、前記穴（４）を片側で閉鎖する円錐形のスプルー（５）を前記壁（３）の前記射出端に形成し、そのスプルーへ前記液晶ポリマー材料が中心に沿って射出されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記スプルー（５）が、スロット（６）及び／又は所定の破断点（７）により分離可能であるように設計されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記本体（２２）の前記射出端が環状であり、前記液晶ポリマー材料が環状ノズルによって射出されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 前記穴（４）を囲み、前記壁（３）と本質的に同じ厚さを有するフランジ（８）が、前記射出端の反対側の前記壁（３）の端部に成形されることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の方法。
6. 軸方向に延び、前記フランジ（８）と同じ厚さを有する補強リング（９）が、前記フランジ（８）の外周縁に成形されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
7. 軸方向及び半径方向外方に延びるリブ（１０、１１）が、前記本体（２）の前記壁（３）の外側に配置され、前記リブの厚さが前記壁（３）の厚さと本質的に等しいことを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の方法。
8. 幾つか又は全てのリブ（１０）には、前記フランジ（８）上に成形され、前記フランジ（８）の前記外周縁（９）まで半径方向外方に延びる延長部（１２）が設けられることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 幾つか又は全てのリブ（１１）には、工具係合領域を形成するために、接線方向に延びる補強リブ（１３）が外端に設けられ、前記補強リブ（１３）の外面（１４）は多角柱の角領域を形成することを特徴とする、請求項１〜請求項８のいずれかに記載の方法。
10. プラスチックから射出成形され、軸に沿って延びるとともにスタッド等を受け入れるための軸方向に延びる穴（４）を囲む少なくとも１つの壁（３）を備える本体（２）を有する、締結要素において、前記締結要素が液晶ポリマー材料（ＬＣＰ）製であり、前記壁（３）が本質的に一様な厚さを有すること、及び、ノズルの中心に沿って出てくる前記液晶ポリマー材料を分配するために、前記壁（３）の一方の軸方向端部に前記穴を閉鎖するスプルー（５）が形成されることを特徴とする締結要素。
11. 前記スプルー（５）が、スロット（６）及び／又は所定の破断点（７）を有することを特徴とする、請求項１０に記載の締結要素。
12. 前記壁（３）と本質的に同じ壁厚を有するフランジ（８）が、前記スプルー（５）の反対側の前記壁（３）の端部に成形されることを特徴とする、請求項１０〜請求項１１のいずれかに記載の締結要素。
13. 補強リング（９）が、前記フランジ（８）の外周縁に成形されることを特徴とする、請求項１２に記載の締結要素。
14. 半径方向外方に延びる、その厚さが前記壁（３）の厚さと本質的に等しいリブ（１０、１１）が、前記壁（３）の外側に配置されることを特徴とする、請求項１０〜請求項１３のいずれかに記載の締結要素。
15. 幾つか又は全てのリブ（１１）は、工具係合領域を形成し、半径方向外端に接線方向に延びる補強リブ（１３）が設けられ、前記補強リブ（１３）の外面（１４）は多角柱の角領域を形成することを特徴とする、請求項１４に記載の締結要素。
16. 幾つか又は全てのリブ（１０）には、前記フランジ（８）上に成形された、前記フランジ（８）の前記外周縁（９）まで延びる延長部（１２）が設けられることを特徴とする、請求項１４〜請求項１５のいずれかに記載の締結要素。

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