JP2017080940A

JP2017080940A - 射出成形金型の製造方法

Info

Publication number: JP2017080940A
Application number: JP2015209464A
Authority: JP
Inventors: 坂本　泰之; Yasuyuki Sakamoto; 泰之坂本
Original assignee: Enplas Corp
Current assignee: Enplas Corp
Priority date: 2015-10-26
Filing date: 2015-10-26
Publication date: 2017-05-18

Abstract

【課題】アンダーカット部を有する成形品で且つサイズの小さな成形品を生産できる射出成形金型の製造方法を提供する。【解決手段】第１の工程は、成形品１２のアンダーカット部１３から駒７を並進させて分離する際に、成形品１２に生じる最大応力及び駒７が成形品１２によって並進方向の周りに回転させられる回転角を、駒７の並進方向を変えてシミュレーションで複数求める。第２の工程は、第１の工程で求めた全ての最大応力が成形品１２の耐力以上である場合には、アンダーカット部１３の形状を変更し、再度、第１の工程をやり直す。第３の工程は、第１の工程において求めた成形品１２の複数の最大応力のうちの耐力未満で且つ最小の応力を決定し、最小の応力に対応する駒７の並進方向及び駒７の回転角に基づいて駒７の移動路１５を形成する。【選択図】図４

Description

この発明は、アンダーカット部を有する成形品の射出成形に使用される射出成形金型の製造方法に関するものである。

例えば、アンダーカット部を有する過給器用羽根車、歯車等の合成樹脂製の成形品は、射出成形金型のキャビティ内に溶融状態の合成樹脂材料を射出し、そのキャビティ内の合成樹脂材料が冷却固化した後、射出成形金型の固定型から可動型を分離し、アンダーカット部を形作る駒（入子型）を成形品のアンダーカット部から分離することにより、射出成形金型から離型することができるようになっている。そして、このような成形品を形作る射出成形金型は、駒を分割し（例えば、固定側入子と可動側入子に二分割し）、成形品の離型時に、分割した駒がアンダーカット部に干渉することなく移動できるように工夫されている（特許文献１参照）。

特開２００６−２７２７４８号公報（特に、段落００２２〜００２３、図７（ｃ）及び図８）

しかしながら、従来の射出成形金型は、成形品のサイズが小さな場合に、駒の強度を確保できない等の理由により、駒を分割することができず、使用できないという問題を有していた。

そこで、本発明は、アンダーカット部を有する成形品で且つサイズの小さな成形品を生産できる射出成形金型の製造方法を提供する。

本発明は、キャビティ４内に溶融状態の樹脂材料を射出し、アンダーカット部１３を有する成形品１２を射出成形した後、前記アンダーカット部１３を形成する駒７を前記成形品１２から分離するようになっている射出成形金型１の製造方法に関するものである。この発明における射出成形金型１の製造方法は、（１）前記アンダーカット部１３から前記駒７を並進させて分離する際に、前記成形品１２に生じる最大応力及び前記駒７が前記成形品１２によって並進方向の周りに回転させられる回転角を、前記駒７の並進方向を変えてシミュレーションで複数求める第１の工程と、（２）前記第１の工程で求めた全ての前記最大応力が前記成形品１２の耐力以上である場合には、前記アンダーカット部１３の形状を変更し、再度、前記第１の工程をやり直す第２の工程と、（３）前記第１の工程において求めた前記成形品１２の複数の前記最大応力のうちの耐力未満で且つ最小の応力を決定し、前記最小の応力に対応する前記駒７の並進方向及び前記駒７の回転角に基づいて前記駒７の移動路１５を形成する第３の工程と、を有している。

本発明によれば、成形品のアンダーカット部から駒を並進させて分離する際に、成形品が駒によって破壊されないように、駒の移動路が形成されるため、駒を分割する必要がない。したがって、本発明によれば、アンダーカット部を有する成形品で且つサイズの小さな成形品を射出成形し得る射出成形金型の製造が可能になる。

本発明の第１実施例に係る製造方法によって製造された射出成形金型を示す図であり、図１（ａ）が射出成形金型の平面図、図１（ｂ）が図１（ａ）のＡ１−Ａ１線に沿って切断して示す射出成形金型の断面図、図１（ｃ）が図１（ａ）のＡ２−Ａ２線に沿って切断して示す射出成形金型の断面図である。図１に示した射出成形金型で射出成形された成形品を示す図であり、図２（ａ）が成形品の平面図、図２（ｂ）が成形品の側面図である。射出成形前の射出成形金型を示す図であり、可動型を固定型から離した状態を示す図であって、図３（ａ）が固定型を平面視した図、図３（ｂ）が図３（ａ）の矢印Ａ方向に沿って見た側面図（固定型の一部を破断して示す側面図）、図３（ｃ）が図３（ａ）の矢印Ｂ方向に沿って見た固定型の側面図である。射出成形後の射出成形金型を示す図であり、可動型を固定型から離した状態を示す図であって、図４（ａ）が固定型を平面視した図、図４（ｂ）が図４（ａ）のＡ３−Ａ３線に沿って切断して示す固定型側の断面図、図４（ｃ）が図４（ａ）の矢印Ｃ方向に沿って見た側面図（固定型の一部を破断して示す側面図）、図４（ｄ）が図４（ｂ）で示した駒を駒の移動路に沿ってスライド移動させた後の状態を示す固定型の断面図である。駒の並進方向を説明するための図であり、駒の端部側及び成形品の角形筒状部の外端側を簡略化して示す図である。射出成形金型の製造工程の第１実施例を説明するためのフローチャート図であり、特に、駒の移動路を決定するための製造工程の第１実施例を説明するためのフローチャート図である。射出成形金型の製造工程の第２実施例を説明するためのフローチャート図であり、特に、駒の移動路を決定するための製造工程の第２実施例を説明するためのフローチャート図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づき詳述する。

［第１実施例］
図１は、本発明の第１実施例に係る製造方法によって製造された射出成形金型１を示す図である。なお、図１（ａ）は、射出成形金型１の平面図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ１−Ａ１線に沿って切断して示す射出成形金型１の断面図である。また、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ２−Ａ２線に沿って切断して示す射出成形金型１の断面図である。

この図１に示すように、射出成形金型１は、固定型２と可動型３との型合わせ面側にキャビティ４が形成されており、キャビティ４を形作るための空間５内に軸型６と一対の駒７，７がスライド移動できるように収容され、軸型６と一対の駒７，７の周囲に形成される隙間がキャビティ４になっている。軸型６は、丸棒の側面に一対の平行面８，８が対向するように形成されており、先端面１０が可動型３のキャビティ内面３ａに突き当てられた状態から固定型２に形成された軸型ガイド穴１１に沿ってスライド移動し、キャビティ４を形作るための空間５内から退避できる（空間５外に抜け出すことができる）ようになっている。駒７は、略角棒状に形成され、成形品１２のアンダーカット部１３（図２参照）を形成するためのアンダーカット部形成部分１４が一部に形成され（図３参照）、先端面７ａが軸型６の平行面８に突き当てられた状態から移動路１５に沿ってスライド移動し、キャビティ４を形作るための空間５内から退避できるようになっている。このような射出成形金型１は、キャビティ５に開口するゲート１６が固定型２に形成されており、溶融状態の樹脂材料（ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等）がゲート１６からキャビティ４内に射出されることにより、キャビティ４の形状が転写されたような成形品１２（図２参照）を成形できるようになっている。

図２は、図１に示した射出成形金型１で射出成形された成形品１２を示す図である。なお、図２（ａ）は、成形品１２の平面図である。また、図２（ｂ）は、成形品１２の側面図である。

この図２に示すように、成形品１２は、軸穴１７を有する筒状のボス１８が中央に形成され、このボス１８の軸方向に沿った一端（下端）寄りの部分にフランジ２０が形成されている。ボス１８は、軸穴１７が軸型６を転写した形状になっており、肉厚が同一の寸法に形成され、軸直角断面の外形形状が角丸長円形状になっている。そして、この成形品１２は、ボス１８の平面状の外側壁２１からフランジ２０の上面２０ａの径方向に沿って延びる角形筒状部２２が一対形成されている（中心軸２３の周りに２回対称となるように形成されている）。この角形筒状部２２は、駒７の外表面と可動型３との間のキャビティ部分で形作られており、軸穴１７からフランジ２０の径方向外方端２４側（以下、外端２４側と略称する）まで延びる断面略矩形形状の連通路２５が形成されている。そして、この角形筒状部２２の連通路２５は、フランジ２０の径方向外方端２４寄りの部分にアンダーカット部１３が形成されている。この連通路２５のアンダーカット部１３は、駒７のアンダーカット部形成部分１４が転写されたものであり、連通路２５の一側壁の内方に三角状に張り出した突起であり、連通路２５の途中から外端２４側へ向かうに従って連通路断面積を漸減させるように形成されている。

図３は、射出成形前の射出成形金型１を示す図であり、可動型３を固定型２から離した状態を示す図である。なお、図３（ａ）は、固定型２を平面視した図である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）の矢印Ａ方向に沿って見た側面図（固定型２の一部を破断して示す側面図）である。また、図３（ｃ）は、図３（ａ）の矢印Ｂ方向に沿って見た固定型２の側面図である。

この図３に示すように、駒７は、固定型２の上面２ａ側（可動型３に対面する側）にスライド移動できるように配置されており、図示しない駆動手段（カム、シリンダ、モータ等）によって駒７の移動路１５に沿ってスライド移動させられるようになっている。そして、この駒７は、その一側面７ｂにアンダーカット部形成部分１４が形成されている。この駒７のアンダーカット部形成部分１４は、駒７の一側面７ｂで且つ外端７ｃ寄りに位置する部分の下端から上端に向けて切り込み深さを漸増させると共に、駒７の一側面７ｂで且つ駒７の長手方向中央部の上端から外端７ｃ寄りに位置する部分の上端に向けて切り込み深さを漸増させる三角形状の凹みである。駒７の移動路１５は、固定型２側に設けられており、図６又は図７に示す射出成形金型１の製造方法に従って形成される。

図４は、射出成形後の射出成形金型１を示す図であり、可動型３を固定型２から離した状態を示す図である。なお、図４（ａ）は、固定型２を平面視した図である。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ３−Ａ３線に沿って切断して示す固定型２側の断面図である。また、図４（ｃ）は、図４（ａ）の矢印Ｃ方向に沿って見た側面図（固定型２の一部を破断して示す側面図）である。また、図４（ｄ）は、図４（ｂ）で示した駒７を移動路１５に沿ってスライド移動させた後の状態を示す固定型２の断面図である。

この図４に示すように、射出成形後の射出成形金型１は、可動型３を固定型２から型分離した状態において、軸型６が成形品１２のボス１８の軸穴１７に嵌合し、駒７が成形品１２の角形筒状部２２に係合した状態になっている。そして、成形品１２は、角形筒状部２２の両側壁２２ａ，２２ａと上面壁２２ｂが可動型３から分離され、角形筒状部２２の両側壁２２ａ，２２ａと上面壁２２ｂが可動型３に拘束されない状態になっている。その結果、図４（ｂ）において、成形品１２の角形筒状部２２は、駒７が軸型６から離れる方向に移動路１５に沿ってスライド移動する際に、アンダーカット部１３及びその周辺がスライド移動する駒７によって押し拡げられるように変形させられる。すなわち、駒７は、図４（ｂ）に示す軸型６に押し当てられた状態から図４（ｃ）に示す成形品１２の角形筒状部２２を抜け出る位置まで、成形品１２の角形筒状部２２のアンダーカット部１３及びその周辺部を変形させながら移動する。

図５は、駒７の並進方向を説明するための図であり、駒７の外端７ｃ側及び成形品１２の角形筒状部２２の外端２２ｃ側を簡略化して示す図である。

この図５において、駒７は、その並進方向をＲ（駒７の移動方向ベクトル）で示してあり、移動方向ベクトル分だけ移動した場合、移動後の位置を三次元空間の直交座標系（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）で示すことができる。ここで、Ｘ−Ｙ座標面に投影した移動方向ベクトルＲとＸ軸とがなす角をαとし、移動方向ベクトルＲとＺ軸とがなす角をβとすると、駒７が移動方向ベクトルＲ分だけ移動した後の位置は、Ｘ軸上でＲｓｉｎβ・ｃｏｓαとなり、Ｙ軸上でＲｓｉｎβ・ｓｉｎαとなり、Ｚ軸上でＲｃｏｓβとなる。したがって、駒７の並進方向は、角度α及びβによって決定することができる。

図６は、射出成形金型１の製造工程の第１実施例を説明するためのフローチャート図であり、特に、駒７の移動路１５を決定するための製造工程の第１実施例を説明するためのフローチャート図である。

（第１の工程）
この図６に示すように、駒７の移動路１５の決定には、非線形問題が解ける非線形構造解析ソフト（例えば、シミュレーションソフトとして、ＡｄｖｅｎｔｕｒｅＣｌｕｓｔｅｒ、ＡＢＡＱＵＳ、ＡＮＳＹＳ、又はＬＳ−ＤＹＮＡ）が使用される。そこで、第１ステップ（Ｓ１）として、成形品１２の射出成形に使用する樹脂材料の材料物性値（ポアソン比ν、縦弾性係数Ｅ、耐力σ_０．２、応力歪線図、接触摩擦力（静摩擦係数、動摩擦係数）等）、成形品１２の形状及び駒７の形状の３Ｄ（３次元）データ、駒７の並進方向を示す角度（α、β）を、シミュレーションソフトに入力する。また、駒７の並進方向の周りの回転自由度（回転自由又は回転固定）を、シミュレーションの実行前にシミュレーションソフトに設定する。本実施例において、シミュレーションソフトは、駒７が並進方向の周りに自由に回転できるように設定される。また、例えば、最初の駒７の並進方向（α１、β１）は、α１＝０，β１＝０とし、Ｚ軸方向（角形筒状部２２の長手方向）に沿った方向とすることが考えられる。なお、スライド移動（並進）する駒７は、並進方向の周りに自由に回転できるように設定されることにより、成形品１２の角形筒状部２２の両側壁２２ａ，２２ａ及び上面壁２２ｂから作用する力が釣り合う角度（θ）まで、並進方向の周りに回転できることになる（図５参照）。

次に、上記シミュレーションソフトを使用してシミュレーションを実行し（ステップＳ２）、駒７が成形品１２の角形筒状部２２から抜かれるまで（図４（ｂ）の状態から図４（ｄ）の状態に移行するまで）に、角形筒状部２２に作用する最大応力（σ）を算出すると共に、最大応力に対応する駒７の回転角（θ）を算出する（ステップＳ３）。これら、角形筒状部２２に生じる最大応力（σ）と駒７の回転角（θ）は、駒７の並進方向（α、β）と関連付けしてメモリに記録される。

次に、ステップＳ２〜ステップＳ３の回数が所望のシミュレーション回数（ｎ＝Ｘ）に到達しているか否かを判断し（ステップＳ４）、ステップＳ２からステップＳ３の回数が所望のシミュレーション回数（ｎ＝Ｘ）に到達していない場合には、駒７の並進方向（αｎ、βｎ）を変更し（ステップＳ１ａ）、ステップＳ２からステップＳ３の回数が所望のシミュレーション回数（ｎ＝Ｘ）に到達するまで、ステップＳ２〜Ｓ４及びステップＳ１ａを繰り返し実行する。

（第２の工程）
ステップＳ４において、シミュレーションの回数が所望の回数（ｎ＝Ｘ）に到達し、全ての最大応力が耐力以上と判断された場合（ステップＳ５）、アンダーカット部１３の形状（及びアンダーカット部形成部分１４の形状）を変更し、変更後の成形品１２の形状の３Ｄデータ及び駒７の形状の３Ｄデータをシミュレーションソフトに入力し直す（ステップＳ１ｂ）と共に、駒７の並進方向（αｎ、βｎ）を変更し（ステップＳ１ａ）、ステップＳ２からステップＳ３の回数が所望のシミュレーション回数（ｎ＝Ｘ）に到達するまで、ステップＳ２〜Ｓ４及びステップＳ１ａを繰り返し実行する（第１の工程をやり直す）。

（第３の工程）
また、ステップＳ４において、ステップＳ２からステップＳ３の回数が所望のシミュレーション回数（ｎ＝Ｘ）に到達したと判断され、記録された全ての角形筒状部２２の最大応力のうちで耐力未満の最大応力があると判断された場合には、記録された全ての最大応力のうちで耐力（σ_０．２）未満で且つ最小の応力（σｍｉｎ）を選択し、σｍｉｎに対応する（関連付けされた）駒７の回転角（θ）及び駒７の並進方向（α、β）を決定し、これら駒７の回転角（θ）及び駒７の並進方向（α、β）に合致するように駒７の移動路１５を形成する（ステップＳ６）。

以上のような本実施例に係る射出成形金型１の製造方法によれば、成形品１２のアンダーカット部１３から駒７を並進させて分離する際に、成形品１２が駒７によって破壊されないように、駒７の移動路１５が形成されるため、駒７を分割する必要がない。その結果、本実施例に係る射出成形金型１の製造方法によれば、アンダーカット部１３を有する成形品１２で且つサイズの小さな成形品１２を射出成形し得る射出成形金型１の製造が可能になる。

また、本実施例に係る射出成形金型１の製造方法によれば、第２の工程を有する結果、成形品１２のアンダーカット部１３の形状が、移動路１５に沿って移動する駒７によって破壊されないように決定される。

（第２実施例）
図７は、射出成形金型１の製造工程の第２実施例を説明するためのフローチャート図であり、特に、駒７の移動路１５を決定するための製造工程の第２実施例を説明するためのフローチャート図である。なお、図７は、本第２実施例と上記第１実施例とを比較し易くするため、図６に対応する箇所には同一符号を付してある。

本実施例において、シミュレーションソフトは、上記第１実施例と同様のものが使用されるが、駒７が並進方向の周りに自由に回転できないように設定（回転固定に設定）される（ステップＳ１）。したがって、本実施例は、シミュレーションを実行することによって最大応力σｎのみが出力される（ステップＳ２〜Ｓ３）。以下に、本実施例に係る射出成形金型１の製造方法を説明する。

（第１の工程）
第１ステップ（Ｓ１）として、成形品１２の射出成形に使用する樹脂材料の材料物性値（ポアソン比ν、縦弾性係数Ｅ、耐力σ_０．２、応力歪線図、接触摩擦力（静摩擦係数、動摩擦係数）等）、成形品１２の形状及び駒７の形状の３Ｄデータ、駒７の並進方向を示す角度（α、β）を、シミュレーションソフトに入力する。また、駒７の並進方向の周りの回転自由度を、シミュレーションの実行前にシミュレーションソフトに設定する（回転固定に設定する）。

次に、シミュレーションソフトを使用してシミュレーションを実行し（ステップＳ２）、駒７が成形品１２の角形筒状部２２から抜かれるまで（図４（ｂ）の状態から図４（ｄ）の状態に移行するまで）に、角形筒状部２２に作用する最大応力（σ）を算出する（ステップＳ３）。この最大応力（σ）は、駒７の並進方向（α、β）と関連付けしてメモリに記録される。

（第３の工程）
また、ステップＳ４において、ステップＳ２からステップＳ３の回数が所望のシミュレーション回数（ｎ＝Ｘ）に到達したと判断され、記録された全ての最大応力のうちで耐力未満の最大応力があると判断された場合には、記録された全ての最大応力のうちで耐力（σ_０．２）未満で且つ最小の応力（σｍｉｎ）を選択し、σｍｉｎに対応する（関連付けされた）駒７の並進方向（α、β）を決定し、駒７の並進方向（α、β）に合致するように駒７の移動路１５を形成する（ステップＳ６）。

本実施例に係る射出成形金型１の製造方法によれば、上述した第１実施例と同様に、成形品１２のアンダーカット部１３から駒７を並進させて分離する際に、成形品１２が駒７によって破壊されないように、駒７の移動路１５が形成されるため、駒７を分割する必要がない。したがって、本第２実施例に係る射出成形金型１の製造方法によれば、アンダーカット部１３を有する成形品１２で且つサイズの小さな成形品１２を射出成形し得る射出成形金型１の製造が可能になる。

なお、本発明は、第１及び第２実施例に係る成形品１２の射出成形金型１の製造方法に限定されるものではなく、他のアンダーカット部を有する過給器用羽根車、歯車等の射出成形金型の製造方法に広く適用できる。

１……射出成形金型、４……キャビティ、７……駒、１２……成形品、１３……アンダーカット部、１５……移動路

Claims

キャビティ内に溶融状態の樹脂材料を射出し、アンダーカット部を有する成形品を射出成形した後、前記アンダーカット部を形成する駒を前記成形品から分離するようになっている射出成形金型の製造方法において、
前記アンダーカット部から前記駒を並進させて分離する際に、前記成形品に生じる最大応力及び前記駒が前記成形品によって並進方向の周りに回転させられる回転角を、前記駒の並進方向を変えてシミュレーションで複数求める第１の工程と、
前記第１の工程で求めた全ての前記最大応力が前記成形品の耐力以上である場合には、前記アンダーカット部の形状を変更し、再度、前記第１の工程をやり直す第２の工程と、
前記第１の工程において求めた前記成形品の複数の前記最大応力のうちの耐力未満で且つ最小の応力を決定し、前記最小の応力に対応する前記駒の並進方向及び前記駒の回転角に基づいて前記駒の移動路を形成する第３の工程と、
を有することを特徴とする射出成形金型の製造方法。
キャビティ内に溶融状態の樹脂材料を射出し、アンダーカット部を有する成形品を射出成形した後、前記アンダーカット部を形成する駒を前記成形品から分離するようになっている射出成形金型の製造方法において、
前記アンダーカット部から前記駒を並進させて分離する際に、前記成形品に生じる最大応力を、前記駒の並進方向を変えてシミュレーションで複数求める第１の工程と、
前記第１の工程で求めた全ての前記最大応力が前記成形品の耐力以上である場合には、前記アンダーカット部の形状を変更し、再度、前記第１の工程をやり直す第２の工程と、
前記第１の工程において求めた前記成形品の複数の前記最大応力のうちの耐力未満で且つ最小の応力を決定し、前記最小の応力に対応する前記駒の並進方向に基づいて前記駒の移動路を形成する第３の工程と、
を有することを特徴とする射出成形金型の製造方法。