JP2023159914A - 成形型の製造方法、及び、成形型 - Google Patents
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Abstract
【課題】積層体を備える成形型を簡便に作成可能な技術を提供する。【解決手段】射出成形装置に用いられる成形型の製造方法が提供される。この製造方法は、第1開口が形成された第1部材、及び、第1開口に組み込まれる第2部材を有するベースプレート上に、造形材料を吐出して層を積層することで成形型の一部となる積層体を造形する第1工程と、積層体の少なくとも一部が造形されたベースプレートから第2部材を取り外して、少なくとも一部が造形された積層体に、切削処理及び入れ子部材のインサートの少なくともいずれかを行う第2工程と、第2工程の後に実行され、積層体が造形されたベースプレート、又は、積層体が造形され、全ての第2部材が取り外されたベースプレートを、モールドベースに設けられた第2開口に組み込み、成形型を製造する第3工程と、を有する。【選択図】図8
Description
本開示は、成形型の製造方法、及び、成形型に関する。
特許文献1には、射出成形装置に用いられる成形型に関して、三次元造形装置を用いてトンネルゲートを有する積層体を造形し、その積層体を金型等の成形型に取り付けることが開示されている。
三次元造形装置によって造形された積層体を成形型に取り付ける場合、成形品の品質を高めるためには、成形型に対する積層体の取り付け面の加工を精度良く行うことが好ましい。しかし、取り付け面の加工は煩わしい作業であるため、より簡便に、積層体を備える成形型を作成可能な技術が求められている。
本開示の第1の形態によれば、射出成形装置に用いられる成形型の製造方法が提供される。この製造方法は、第1開口が形成された第1部材、及び、前記第1開口に組み込まれる第2部材を有するベースプレート上に、造形材料を吐出して層を積層することで前記成形型の一部となる積層体を造形する第1工程と、前記積層体の少なくとも一部が造形された前記ベースプレートから前記第2部材を取り外して、少なくとも一部が造形された前記積層体に、切削処理、及び、入れ子部材のインサートの少なくともいずれかを行う第2工程と、前記第2工程の後に実行され、前記積層体が造形された前記ベースプレート、又は、前記積層体が造形され、全ての前記第2部材が取り外された前記ベースプレートを、モールドベースに設けられた第2開口に組み込み、前記成形型を製造する第3工程と、を有する。
本開示の第2の形態によれば、射出成形装置に用いられる成形型が提供される。この成形型は、第1部材を有するベースプレートであって、第2部材が組み込まれる第1開口が前記第1部材に形成された、ベースプレートと、前記ベースプレート上に造形された積層体と、第2開口を有するモールドベースと、を備え、前記モールドベースの前記第2開口に、前記積層体が造形された前記ベースプレートが組み込まれている。
A.第1実施形態:
図1は、本実施形態における成形型400が用いられる射出成形装置10の概略構成を示す断面図である。図1には、互いに直交するX,Y,Z方向を示す矢印が示されている。X方向及びY方向は、水平面に平行な方向であり、Z方向は、重力方向とは反対の方向である。図2以降に示すX,Y,Z方向は、図1に示すX,Y,Z方向に対応している。以下の説明において、向きを特定する場合には、矢印の指し示す方向である正の方向を「+」、矢印の指し示す方向とは反対の方向である負の方向を「-」として、方向表記に正負の符合を併用する。
図1は、本実施形態における成形型400が用いられる射出成形装置10の概略構成を示す断面図である。図1には、互いに直交するX,Y,Z方向を示す矢印が示されている。X方向及びY方向は、水平面に平行な方向であり、Z方向は、重力方向とは反対の方向である。図2以降に示すX,Y,Z方向は、図1に示すX,Y,Z方向に対応している。以下の説明において、向きを特定する場合には、矢印の指し示す方向である正の方向を「+」、矢印の指し示す方向とは反対の方向である負の方向を「-」として、方向表記に正負の符合を併用する。
射出成形装置10は、可塑化装置110と、射出制御機構120と、型締装置130と、成形型400とを備えている。
可塑化装置110は、第1フラットスクリュー111と第1バレル112と第1ヒーター113と第1ノズル114とを有している。第1フラットスクリュー111は、収容部101に収容されている。第1フラットスクリュー111は、スクロールあるいはローターとも呼ばれる。第1フラットスクリュー111は、駆動モーターや減速機によって構成されるスクリュー駆動部115によって、回転軸RXを中心に収容部101内で回転駆動される。本実施形態において、X方向は、回転軸RXに沿った方向である。第1バレル112の中心には、流出孔116が形成されている。流出孔116には、後述する射出シリンダー121が接続されている。流出孔116には、射出シリンダー121よりも上流部に、逆止弁124が備えられている。
図2は、第1フラットスクリュー111の概略構成を示す斜視図である。第1フラットスクリュー111は、その中心軸に沿った方向における高さが直径よりも小さい略円柱状を有する。第1フラットスクリュー111の、第1バレル112に対向する溝形成面201には、中央部205を中心に、渦状の溝202が形成されている。溝202は、第1フラットスクリュー111の側面に形成された材料投入口203に連通している。ホッパー等の材料供給部から供給される材料は、材料投入口203を通じて溝202に供給される。溝202は、凸条部204によって隔てられることにより形成されている。図2には、溝202が3本形成されている例を示しているが、溝202の数は、1本でもよいし、2本以上であってもよい。なお、溝202は、渦状に限らず、螺旋状あるいはインボリュート曲線状であってもよいし、中央部から外周に向かって弧を描くように延びる形状であってもよい。
図3は、第1バレル112の概略平面図である。第1バレル112は、第1フラットスクリュー111の溝形成面201に対向する対向面212を有している。対向面212の中央には、流出孔116が形成されている。対向面212には、流出孔116に接続され、流出孔116から外周に向かって渦状に延びている複数の案内溝211が形成されている。第1フラットスクリュー111の溝202に供給された材料は、第1フラットスクリュー111の回転と第1ヒーター113の加熱とによって、第1フラットスクリュー111と第1バレル112との間において可塑化されながら、第1フラットスクリュー111の回転によって溝202及び案内溝211に沿って流動し、第1フラットスクリュー111の中央部205へと導かれる。中央部205に流入した材料は、第1バレル112の中心に設けられた流出孔116から射出制御機構120へと導かれる。なお、第1バレル112に案内溝211は設けられていなくてもよい。また、案内溝211は、流出孔116に接続されていなくてもよい。
本明細書において「可塑化」とは 、溶融を含む概念であり、固体から流動性を有する状態に変化させることである。具体的には、ガラス転移が起こる材料の場合、可塑化とは、材料の温度をガラス転移点以上にすることである。ガラス転移が起こらない材料の場合、可塑化とは、材料の温度を融点以上にすることである。
図1に示すように、射出制御機構120は、射出シリンダー121と、プランジャー122と、プランジャー駆動部123とを備えている。射出制御機構120は、射出シリンダー121内の可塑化材料を、後述するキャビティー117に射出注入する機能を有している。射出制御機構120は、第1ノズル114からの可塑化材料の射出量を制御する。射出シリンダー121は、第1バレル112の流出孔116に接続された略円筒状の部材であり、内部にプランジャー122を備えている。プランジャー122は、射出シリンダー121の内部を摺動し、射出シリンダー121内の可塑化材料を、可塑化装置110に備えられた第1ノズル114に圧送する。プランジャー122は、モーターによって構成されるプランジャー駆動部123により駆動される。
成形型400は、可動型420と固定型410とを備えている。可動型420と固定型410とは、互いに対面して設けられ、その間に、成形品の形状に応じたキャビティー117を有している。可動型420及び固定型410には、キャビティー117を区画する凹凸形状が形成されている。キャビティー117を区画する凹形状のことをキャビティー部ともいい、凸形状のことをコア部ともいう。キャビティー117には、第1バレル112の流出孔116から流出した可塑化材料が、射出制御機構120によって圧送されて第1ノズル114から射出される。可動型420及び固定型410の詳細については後述するが、本実施形態における可動型420及び固定型410は、キャビティー117が形成された積層体と、ベースプレートと、モールドベースとを備える樹脂型である。
型締装置130は、成形型駆動部131を備えており、可動型420と固定型410との開閉を行う機能を有している。型締装置130は、モーターによって構成される成形型駆動部131を駆動することによってボールネジ132を回転させ、ボールネジ132に結合された可動型420を、固定型410に対して移動させて成形型400を開閉させる。つまり、固定型410は、射出成形装置10において静止しており、その静止した固定型410に対して、可動型420が、相対的に移動することにより、成形型400の開閉が行われる。
可動型420には、成形品を成形型400から離型させるための押出機構407が設けられている。押出機構407は、エジェクターピン408と、支持板409と、支持棒406と、バネ411と、押出板412と、スラストベアリング413とを有する。
エジェクターピン408は、キャビティー117内で成形された成形品を押し出すための棒状部材である。エジェクターピン408は、可動型420を貫通してキャビティー117まで挿通するように設けられている。支持板409は、エジェクターピン408を支持する板部材である。エジェクターピン408は、支持板409に固定されている。支持棒406は、支持板409に固定されており、可動型420に形成された貫通孔に挿通される。バネ411は、可動型420と支持板409との間の空間に配置され、支持棒406に挿入されている。バネ411は、成形時において、エジェクターピン408の頭部がキャビティー117の壁面の一部をなすように支持板409を付勢する。押出板412は、支持板409に固定されている。スラストベアリング413は、押出板412に取り付けられており、ボールネジ132の頭部が押出板412を傷つけないように設けられている。なお、スラストベアリング413に替えて、スラスト滑り軸受等を用いてもよい。
図4は、三次元造形装置300の概略構成を示す説明図である。本実施形態における三次元造形装置300は、層を積層することによって、射出成形装置10に用いられる成形型400の一部となる積層体450を造形する。積層体450のことを造形部品ともいう。
本実施形態における三次元造形装置300は、造形ユニット310と、切削ユニット320と、ステージ330と、移動機構340と、制御部350とを備えている。
制御部350は、1つ、又は、複数のプロセッサーと、主記憶装置と、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェイスとを備えるコンピューターによって構成されている。制御部350は、主記憶装置上に読み込んだプログラムや命令をプロセッサーが実行することによって、造形ユニット310、切削ユニット320、及び、移動機構340の動作を制御する。なお、制御部350は、コンピューターではなく、複数の回路の組み合わせによって構成されてもよい。
三次元造形装置300は、制御部350の制御下で、造形ユニット310に設けられた第2ノズル311からステージ330に向かって造形材料を吐出させつつ、移動機構340を駆動させて第2ノズル311とステージ330との相対的な位置を変化させることによって、ステージ330上に積層体450を造形する。
また、三次元造形装置300は、制御部350の制御下で、切削ユニット320に装着された切削工具321を回転させつつ、移動機構340を駆動させて切削工具321とステージ330との相対的な位置を変化させることによって、ステージ330上に積層された積層体450を切削工具321で切削し、キャビティー117を形成する。
図5は、造形ユニット310の概略構成を示す説明図である。造形ユニット310は、材料の供給源である材料供給部312と、材料を可塑化して造形材料にする可塑化部313と、造形材料を吐出する吐出部314とを備えている。
材料供給部312は、可塑化部313に、造形材料を生成するための原材料を供給する。材料供給部312は、例えば、原材料を収容するホッパーによって構成される。材料供給部312は、下方に接続された材料供給路315を介して、可塑化部313に接続されている。原材料は、ペレットや粉末等の形態で材料供給部312に投入される。原材料としては、例えば、COC(環状オレフィンコポリマー)、ABS(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン)、POM(ポリアセタール)、PA(ポリアミド)66、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PBI(ポリベンゾイミダゾール)等の樹脂を主成分とする材料が用いられる。主成分とは、その材料において、質量的に最も多く、例えば、50質量%以上、含まれている成分であることをいう。なお、原材料には、主成分以外に、金属やセラミック、溶剤、バインダー等の成分が含まれてもよい。
可塑化部313は、図1に示した射出成形装置10の可塑化装置110と同様の構成を備える装置である。つまり、可塑化部313は、第2フラットスクリュー316と第2バレル317と第2ヒーター309とによって原材料の可塑化を行う。可塑化部313は、材料供給部312から供給された原材料を可塑化することにより、流動性を発現させたペースト状の造形材料を生成し、吐出部314へと導く。
吐出部314は、可塑化部313によって生成された造形材料をステージ330に向かって吐出する第2ノズル311を備える。吐出部314には、第2ノズル311から吐出する造形材料の吐出量を調整可能な吐出量調整部318が備えられている。本実施形態において、吐出量調整部318は、バタフライバルブによって構成されている。制御部350は、モーター等により構成されたバルブ駆動部319を駆動してバタフライバルブを回転させることにより、造形材料の吐出量を調整する。
図4に示す切削ユニット320は、ステージ330側の先端に取り付けられた切削工具321を回転させて、ステージ330上に積層された積層体450の切削を行う装置である。切削工具321として、例えば、フラットエンドミルや、ボールエンドミルを用いることができる。制御部350は、移動機構340を制御することによって、切削工具321とステージ330上に積層された積層体450との相対的な位置を変化させて切削位置を制御する。
ステージ330は、移動機構340によって支持されている。本実施形態における移動機構340は、ステージ330を、造形ユニット310及び切削ユニット320に対して、X,Y,Z方向に沿って移動させる3軸ポジショナーとして構成されている。本実施形態では、ステージ330上に、成形型400の一部を構成するベースプレート430が取り外し可能に固定され、そのベースプレート430上に積層体450が造形される。なお、移動機構340は、ステージ330を移動させずに、造形ユニット310及び切削ユニット320をステージ330に対して移動させてもよい。また、移動機構340は、ステージ330と、造形ユニット310及び切削ユニット320との両方を移動させてもよい。移動機構340は、ステージ330を水平面に対して傾斜させる機能を有してもよいし、第2ノズル311や切削工具321を傾斜させる機能を有してもよい。
図6は、積層体450が造形されるベースプレート430の概略構成を示す斜視図である。ベースプレート430は、第1部材431と第2部材432とを有している。第1部材431及び第2部材432は、本実施形態では金属によって形成されている。第1部材431及び第2部材432は、金属に限らず、ガラスやセラミックなどの材料によって形成されていてもよい。
第1部材431には、第1開口433が形成されている。本実施形態では、第1部材431は、略矩形状の形状に2つの第1開口433が形成された枠状の形状を有している。第1部材431の積層体450が造形される造形面438には、複数の貫通孔434が形成されている。
図7は、貫通孔434の形状を示す図である。図7には、第1部材431の断面構造を模式的に示している。貫通孔434は、造形面438に向かって開口面積が小さくなる形状を有している。つまり、貫通孔434は、造形面438から、その反対側の面である底面439に向けて径が大きくなる逆テーパー状の形状を有している。なお、本実施形態では、第1部材431に複数の貫通孔434が形成されているが、底部を有する複数の凹部が造形面438に形成されていてもよい。複数の凹部も、造形面438に向かって開口面積が小さくなる形状を有していることが好ましい。
図6に示すように、第2部材432は、略矩形状の形状を有している。本実施形態では、第2部材432の積層体450が造形される面は、凹部又は貫通孔を有していない。第2部材432は、第1部材431の第1開口433に組み込まれる。本実施形態では、2つの第1開口433に対して、それぞれ1つずつ第2部材432が組み込まれる。そのため、本実施形態では、第2部材432が複数の部材を有しているということができる。第2部材432の形状は、略矩形状に限定されず、第1部材431の第1開口433の組み込み可能な形状であればよい。例えば、複数の第2部材が組み合わさって、1つの第1開口433に組み込まれてもよい。なお、他の実施形態では、第2部材432の積層体450が造形される面に、凹部や貫通孔が形成されてもよい。この場合、第1部材431の凹部や貫通孔を省略することも可能である。
図6及び図7に示すように、ベースプレート430の側面は、第1側面436と、第1側面436よりも造形面438に近い第2側面437を有している。第1側面436は、第2側面437よりもベースプレート430の中心から離れている。つまり、ベースプレート430の外周には、底面439側よりも造形面438側の方が小さなサイズとなるように、段差が形成されている。なお、他の実施形態では、この段差は形成されていなくてもよい。
図8は、成形型400の製造方法を示す工程図である。以下では、成形型400のうちの可動型420の製造方法を説明する。第1工程において、まず、三次元造形装置300が、ステージ330上に固定されたベースプレート430の上に、成形型400の一部となる積層体450を造形する。
図9は、三次元造形装置300において積層体450を造形する様子を模式的に示す図である。三次元造形装置300では、造形ユニット310の可塑化部313において、固体状態の原材料が可塑化されて造形材料が生成される。制御部350は、ステージ330と第2ノズル311との距離を保持したまま、ステージ330の上面に沿った方向に、ステージ330に対する第2ノズル311の位置を変えながら、第2ノズル311から造形材料を吐出させる。第2ノズル311から吐出された造形材料は、第2ノズル311の移動方向に連続してベースプレート430上に堆積され、層Lが形成される。
制御部350は、第2ノズル311の走査を繰り返して複数の層Lを形成する。より具体的には、制御部350は、1つの層Lを形成した後、ステージ330に対する第2ノズル311の位置を、Z方向に移動させる。そして、これまでに形成された層Lの上に、更に層Lを積み重ねることによって積層体450を造形する。
制御部350は、例えば、一層分の層Lを堆積した後に第2ノズル311をZ方向に移動させる場合や、不連続のパスを造形する場合等において、第2ノズル311からの造形材料の吐出を一時的に中断させることがある。この場合、制御部350は、吐出量調整部318を制御して、第2ノズル311からの造形材料の吐出を停止させる。制御部350は、第2ノズル311の位置を変更した後、吐出量調整部318によって造形材料の吐出を再開させることによって、変更後の第2ノズル311の位置から造形材料の堆積を再開させる。
図10は、ベースプレート430上に積層体450が造形された様子を示す斜視図である。ベースプレート430には、積層体450が積層される面に、複数の貫通孔434が形成されている。そのため、貫通孔434を跨ぐように第2ノズル311が移動して造形材料が吐出されることで、造形材料の一部が貫通孔434に進入し、貫通孔434によりアンカー効果が発揮される。そのため、積層体450の造形中に、積層体450がベースプレート430から剥がれることを抑制できる。特に、本実施形態では、貫通孔434は、逆テーパー状の形状を有しているため、アンカー効果が強く発揮され、ベースプレート430と積層体450との密着性を高めることができる。
図8の第2工程では、ベースプレート430から第2部材432取り外し、切削ユニット320によって積層体450に対して切削処理を施す。図11は、積層体450に対して切削加工が施された様子を示す斜視図である。三次元造形装置300は、切削ユニット320を用いて、積層体450を切削することにより、キャビティー117を形成する。図11には、キャビティー117を区画する凹形状が形成されている例を示しているが、キャビティー117を区画する凸形状を切削により形成してもよい。図11では、キャビティー117が一つだけ形成されている例を示しているが、キャビティー117は、複数形成されてもよい。
本実施形態の第2工程では、更に、三次元造形装置300は、切削ユニット320を用いて、キャビティー117の底部に孔開け加工を施すことにより、エジェクターピン408及び入れ子部材435を挿入するための挿入孔118を形成する。第2工程では、切削処理に先立ち、ベースプレート430から第2部材432を取り外すため、切削ユニット320による挿入孔118の形成が、第2部材432によって遮られることがない。図11には、エジェクターピン408が挿入される2つの挿入孔118Aと、入れ子部材435が挿入される2つの挿入孔118Bが形成された例を示している。第2工程では、切削処理によって形成された挿入孔118Bに、ピン状の入れ子部材435が挿入されることで、積層体450に対する入れ子部材435のインサートが行われる。入れ子部材435のキャビティー117内に突き出た部分は、キャビティー117の一部を構成する。なお、キャビティー117及び挿入孔118のいずれか一方又は両方は、切削処理ではなく、第1工程における積層体の造形時に、三次元造形されてもよい。キャビティー117及び挿入孔118の両方が三次元造形される場合、第2工程では、入れ子部材435のインサートのみが行われてもよい。また、第2工程では、入れ子部材435のインサートは行わず、切削処理のみ行われてもよい。
第2工程では、キャビティー117や挿入孔118だけではなく、積層体450の表面や側面が切削されてもよい。本実施形態では、ベースプレート430の外周に、第1側面436及び第2側面437によって段差が形成されているので、積層体450の側面の切削時に、切削工具321がベースプレート430に接触することを抑制することができる。
なお、第2工程は、第1工程が完了した後に限らず、例えば、第1工程において積層体450の一部が造形されたタイミングで実行されてもよい。例えば、一定の厚みの層が造形される毎に、第2工程が実行されて切削処理が行われてもよい。
また、第2工程では、切削処理や入れ子部材435のインサートに先立ち、ベースプレート430からは、全ての第2部材432が取り外されてもよいし、切削処理や入れ子部材435のインサートに影響する第2部材432だけが取り外されてもよい。つまり、第2部材432が複数の部材を備えている場合には、そのうちの少なくとも1つの部材を取り外せばよい。
第2工程が実行された後、図8の第3工程では、積層体450が造形されたベースプレート430を、モールドベースに組み込み、成形型400を製造する。
図12及び図13は、第3工程において組み立てられた成形型400を示す図である。図12には、可動型420のパーティング面側の斜視図を示し、図13には、その反対側の斜視図を示している。図13に示した斜視図は、モールドベース440を、ベースプレート430の底面に対応する位置で切断した断面を示している。
上記第3工程では、金属製のモールドベース440を用意し、そのモールドベース440に設けられた第2開口441に、積層体450が造形されたベースプレート430を組み込む。こうすることにより、モールドベース440、ベースプレート430、及び積層体450を有する成形型400が組み立てられる。モールドベース440に設けられた第2開口441の形状は、ベースプレート430が嵌まる形状、より詳しくは、ベースプレート430の第1側面436と嵌合する形状になっている。
図12及び図13に示すように、本実施形態では、ベースプレート430の2つの第1開口433のうち、積層体450が造形されていない側の第1開口433には、第2部材432が組み込まれ、積層体450が造形されている側の第1開口433には、第2部材432が組み込まれていない。このように、積層体450が造形されている側の第1開口433に、第2部材432を組み込まないことで、第1開口433内に、入れ子部材435やエジェクターピン408を自由に配置することができる。なお、第3工程では、積層体450が造形され、全ての第2部材432が取り外されたベースプレート430を、モールドベース440の第2開口441に組み込んでもよい。言い換えれば、第3工程では、積層体450が造形され、ベースプレート430から全ての第2部材432が取り外された第1部材を、モールドベース440の第2開口441に組み込んでもよい。
図14は、可動型420の断面構造を模式的に示す図である。図15は、支持板409の平面図である。図14に示すように、モールドベース440は、第2開口441の底に底部444を有している。上述した第3工程では、第1部材431の底面439に形成された孔と、モールドベース440の底部444に形成された孔とに、挿通部材446を挿通することで第1部材431とモールドベース440とが固定される。挿通部材446は、例えば、ボルトやネジである。なお、他の実施形態では、例えば、モールドベース440の第2開口441側から第1部材431を押さえつける部材を配置することによって、第1部材431をモールドベース440に固定してもよい。
モールドベース440の底部444には複数のスリット孔445が形成されている。また、図15に示すように、エジェクターピン408を支持する支持板409にも、スリット孔445に対応する位置に、複数のスリット孔449が形成されている。複数のスリット孔445,449は、長尺方向を揃えて、平行に並べられている。これらのスリット孔445,449には、エジェクターピン408が挿入される。エジェクターピン408は、スリット孔445,449の長尺方向において、任意の位置に位置決めすることができる。そのため、キャビティー117における挿入孔118Aの配置自由度を高めることができる。なお、本実施形態では、モールドベース440の底部444及び支持板409には、スリット孔が形成されているが、孔の形状はこれに限らず、例えば、矩形状や丸状の多数の孔が底部444及び支持板409に形成されていてもよい。
以上のようにして製造された成形型400は、図1に示した射出成形装置10に取り付けられ、射出成形に用いられる。射出成形において用いられる原材料は、積層体450の材料よりも耐熱性が低い樹脂材料であることが好ましい。耐熱性が低いとは、ガラス転移点又は融点が低いことをいう。例えば、積層体450の材料がPBIであれば、射出成形に用いられる材料として、例えば、PEEKやPPS、POM、ABSを用いることができる。また、積層体450の材料がPEEKであれば、射出成形に用いられる材料として、PPSやPOM、ABSを用いることができる。また、積層体450の材料がPPSであれば、射出成形に用いられる材料として、POMやABSを用いることができる。
以上で説明した第1実施形態によれば、ベースプレート430上に直接的に造形材料を吐出して積層体450を造形し、その積層体450をベースプレート430とともに、モールドベース440に設けられた第1開口433に組み込みことで成形型400を製造する。積層体450を別途作成してベースプレート430やモールドベース440に固定する場合には、積層体450の、ベースプレート430やモールドベース440に対する取り付け面を精度良く加工する必要があるが、本実施形態では、上記のとおり、ベースプレート430上に積層体450を直接的に造形するため、取り付け面に対する加工が不要である。そのため、積層体450を備える成形型400を簡便に製造できる。
また、本実施形態では、第2工程において、複数の第2部材432のうちの少なくとも一部を取り外して切削処理及び入れ子部材435のインサートを行い、第3工程では、積層体450が造形され、一部の第2部材432が取り外されたベースプレート430を、モールドベース440の第2開口441に組み込む。そのため、第2部材432が取り外された部分に対して、切削処理を行ったり、入れ子部材435のインサートを行ったり、エジェクターピン408を配置することができる。
また、本実施形態では、第1部材431の積層体450が造形される造形面438は、複数の貫通孔434を有している。そのため、積層体450がベースプレート430から剥がれることを抑制できる。特に、本実施形態では、複数の貫通孔434は、積層体450が造形される造形面438に向かって、開口面積が小さくなる形状を有しているので、ベースプレート430に対する積層体450の密着度をより効果的に高めることができる。
また、本実施形態では、ベースプレート430の側面は、第1側面436と、第1側面436よりも積層体450が造形される造形面438に近い第2側面437を有し、第1側面436は、第2側面437よりもベースプレート430の中心から離れている。そのため、切削工具がベースプレート430の側面に接触することを抑制でき、積層体450の側面を容易に切削できる。
また、本実施形態では、第2部材432の積層体450が造形される面は、凹部又は貫通孔434を有していない。そのため、第2部材432上に積層される積層体450の造形精度を高めることができる。また、第2部材432をベースプレート430から容易に取り外すことができる。
また、本実施形態では、モールドベース440は、第2開口441の底に底部444を有し、底部444は、複数のスリット孔445を有している。そのため、スリット孔445を通るエジェクターピン408の配置自由度を高めることができる。
また、本実施形態では、第1部材431の積層体450が造形される造形面438とは反対側の面に形成された孔と、モールドベース440に形成された孔とに、挿通部材446を挿通することで第1部材431とモールドベース440とを固定する。そのため、ベースプレート430とモールドベース440とを強固に接合でき、これにより成形品質を向上させることができる。また、モールドベース440の底部444側から、第1部材431とモールドベース440とを固定することができるため、モールドベース440の底部444とは反対側から、つまり積層体450側から第1部材431とモールドベース440とを固定する場合と比較して、固定するためのスペースを積層体450側に確保する必要がなく、積層体450の設計自由度を向上させることができる。
また、本実施形態によれば、積層体450の使用後には、ベースプレート430から積層体450を除去することができるので、これにより、ベースプレート430を再利用することができる。
また、本実施形態では、積層体450が、樹脂を主成分とする造形材料を用いて造形される。そのため、樹脂の断熱効果によって、射出成形時に、可塑化材料がキャビティー117内で急冷されることを抑制できる。そのため、成形品にヒケが生じることを抑制できる。
B.第2実施形態:
図16は、第2実施形態におけるベースプレート430の第1部材431Bを示す斜視図である。図17は、第1部材431に形成された貫通孔434Bの断面構造を示す図である。第2実施形態は、第1部材431に対する積層体450の固定方法が第1実施形態と異なる。
図16は、第2実施形態におけるベースプレート430の第1部材431Bを示す斜視図である。図17は、第1部材431に形成された貫通孔434Bの断面構造を示す図である。第2実施形態は、第1部材431に対する積層体450の固定方法が第1実施形態と異なる。
第1実施形態では、図7に示したように、第1部材431には、逆テーパー状の貫通孔434が形成されている。これに対して、第2実施形態では、図16及び図17に示すように、第1部材431の造形面438側に円柱状の第1穴461が形成され、第1部材431の底面439側の第1穴461に対応する位置に円柱状の第2穴462が形成され、第1穴461と第2穴462との挟まれた部分に、第1穴461及び第2穴462よりも小径な貫通孔434Bが形成されている。
第2実施形態において、第1部材431Bは、複数の貫通孔434Bに挿通されて積層体450を第1部材431Bに固定するための着脱可能な固定部材463を備えている。固定部材463は、本実施形態ではネジである。
第2実施形態では、第1実施形態で説明した第1工程、すなわち、ベースプレート430上に積層体450を造形する工程は、固定部材463が第2穴462側から貫通孔434Bに挿入された状態で行われる。こうすることにより、積層体450の造形時に、造形材料が固定部材463の第1穴461に押しつけられ、ネジ形状が積層体450に転写される。
以上で説明した第2実施形態によれば、積層体450が固定部材463によって第1部材431に固定されるので、積層体450が浮く方向と沈む方向の両方の方向に移動することを抑制できる。そのため、ベースプレート430に対する積層体450の密着度を高めることができる。また、本実施形態では、第1穴461が逆テーパー状ではなく円柱状であるため、固定部材463を積層体450から取り外せば、積層体450を第1部材431から容易に引き剥がすことができる。また、本実施形態では、固定部材163の周りに第1穴461が設けられているので、固定部材163に向かって造形材料が流れ込みやすい。
なお、第2実施形態では、着脱可能な固定部材463によって積層体450が第1部材431に固定されればよく、第1穴461と第2穴462とのいずれか一方又は両方は省略されてもよい。
C.他の実施形態:
(C-1)ベースプレート430を構成する第1部材431の形状は、第1実施形態に示した形状に限られない。図18には、第1部材431の他の形状の例を示している。図18の例(A)には、第1開口433が1つの場合の第1部材431を示している。例(B)には、第1開口433が同一方向に3つ並ぶ第1部材431を示している。例(C)には、第1開口433が横方向に2つ、縦方向に2つの計4つ並ぶ第1部材431を示している。このように、第1部材431の形状は様々な形状とすることが可能である。
(C-1)ベースプレート430を構成する第1部材431の形状は、第1実施形態に示した形状に限られない。図18には、第1部材431の他の形状の例を示している。図18の例(A)には、第1開口433が1つの場合の第1部材431を示している。例(B)には、第1開口433が同一方向に3つ並ぶ第1部材431を示している。例(C)には、第1開口433が横方向に2つ、縦方向に2つの計4つ並ぶ第1部材431を示している。このように、第1部材431の形状は様々な形状とすることが可能である。
(C-2)上記実施形態において、射出成形装置10及び三次元造形装置300は、フラットスクリューを用いて、材料の可塑化を行う。これに対して、射出成形装置10及び三次元造形装置300は、フラットスクリューではなく、インラインスクリューを用いて材料を可塑化してもよい。
(C-3)上記実施形態において、三次元造形装置300としては、熱溶解積層法や、粉末焼結積層造形法、光造形法、インクジェット法など、種々の三次元造形方式を採用する装置を用いることができる。
(C-4)上記実施形態では、ベースプレート430の形状が、モールドベース440の第1開口433に嵌合する形状であるものとした。これに対して、ベースプレート430の形状は、開口441よりも小さな形状であってもよい。
(C-5)上記実施形態では、可動型420の製造方法を説明したが、固定型410についても同様に製造可能である。ただし、固定型410については、エジェクターピン408が通る挿入孔118ではなく、第1ノズル114から射出される可塑化材料をキャビティー117に導くゲート部を、造形ユニット310又は切削ユニット320により積層体450に形成する。
(C-6)上記実施形態において、成形型400として使用した後のキャビティー117を有する積層体450を切削することによって、異なる形状のキャビティー117を有する積層体450を新たに形成してもよい。この場合、第1工程における層の積層を省略することができ、成形型400を有効に再利用することができる。
D.他の形態:
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、以下に記載する各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、以下に記載する各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
(1)本開示の第1の形態によれば、射出成形装置に用いられる成形型の製造方法が提供される。この製造方法は、第1開口が形成された第1部材、及び、前記第1開口に組み込まれる第2部材を有するベースプレート上に、造形材料を吐出して層を積層することで前記成形型の一部となる積層体を造形する第1工程と、前記積層体の少なくとも一部が造形された前記ベースプレートから前記第2部材を取り外して、少なくとも一部が造形された前記積層体に、切削処理、及び、入れ子部材のインサートの少なくともいずれかを行う第2工程と、前記第2工程の後に実行され、前記積層体が造形された前記ベースプレート、又は、前記積層体が造形され、全ての前記第2部材が取り外された前記ベースプレートを、モールドベースに設けられた第2開口に組み込み、前記成形型を製造する第3工程と、を有する。
このような形態の成形型の製造方法であれば、モールドベースに組み込むベースプレート上に直接的に積層体を造形するため、積層体の、ベースプレートやモールドベースへの取り付け面に対する加工が不要になる。そのため、積層体を備える成形型を簡便に製造できる。
このような形態の成形型の製造方法であれば、モールドベースに組み込むベースプレート上に直接的に積層体を造形するため、積層体の、ベースプレートやモールドベースへの取り付け面に対する加工が不要になる。そのため、積層体を備える成形型を簡便に製造できる。
(2)上記形態において、前記第2部材は複数の部材を有し、前記第2工程では、前記複数の部材のうち少なくとも1つの部材を取り外して、前記切削処理及び前記インサートの少なくともいずれかを行ってもよい。このような形態によれば、第2部材が取り外された部分に対して、入れ子部材やエジェクターピンを配置することができる。
(3)上記形態において、前記第1部材の前記積層体が造形される面は、複数の凹部又は複数の貫通孔を有してもよい。このような形態によれば、積層体がベースプレートから剥がれることを抑制できる。
(4)上記形態において、前記複数の凹部又は前記複数の貫通孔は、前記積層体が造形される前記面に向かって、開口面積が小さくなる形状を有してもよい。このような形態によれば、ベースプレートに対する積層体の密着度を高めることができる。
(5)上記形態において、前記第1部材は、前記複数の貫通孔に挿通されて前記積層体を前記第1部材に固定するための着脱可能な固定部材を備えてもよい。このような形態によれば、ベースプレートに対する積層体の密着度を高めることができる。
(6)上記形態において、前記ベースプレートの側面は、第1側面と、前記第1側面よりも前記積層体が造形される面に近い第2側面を有し、前記第1側面は、前記第2側面よりも前記ベースプレートの中心から離れていてもよい。このような形態によれば、積層体の側面を容易に切削できる。
(7)上記形態において、前記第2部材の前記積層体が造形される面は、凹部又は貫通孔を有していなくてもよい。このような形態によれば、積層体の造形精度を高めることができる。
(8)上記形態において、前記モールドベースは、前記第2開口の底に底部を有し、前記底部は、複数のスリット孔を有してもよい。このような形態によれば、スリット孔を通るエジェクターピンの配置自由度を高めることができる。
(9)上記形態において、前記第3工程では、前記第1部材の前記積層体が造形される面とは反対側の面に形成された孔と、前記モールドベースに形成された孔とに、挿通部材を挿通することで前記第1部材と前記モールドベースとを固定してもよい。このような形態によれば、ベースプレートとモールドベースとを強固に接合できる。
(10)本開示の第2の形態によれば、射出成形装置に用いられる成形型が提供される。この成形型は、第1部材を有するベースプレートであって、第2部材が組み込まれる第1開口が前記第1部材に形成された、ベースプレートと、前記ベースプレート上に造形された積層体と、第2開口を有するモールドベースと、を備え、前記モールドベースの前記第2開口に、前記積層体が造形された前記ベースプレートが組み込まれている。
10…射出成形装置、101…収容部、110…可塑化装置、111…第1フラットスクリュー、112…第1バレル、113…第1ヒーター、114…第1ノズル、115…スクリュー駆動部、116…流出孔、117…キャビティー、118…挿入孔、120…射出制御機構、121…射出シリンダー、122…プランジャー、123…プランジャー駆動部、124…逆止弁、130…型締装置、131…成形型駆動部、132…ボールネジ、201…溝形成面、202…溝、203…材料投入口、204…凸条部、205…中央部、211…案内溝、212…対向面、300…三次元造形装置、309…第2ヒーター、310…造形ユニット、311…第2ノズル、312…材料供給部、313…可塑化部、314…吐出部、315…材料供給路、316…第2フラットスクリュー、317…第2バレル、318…吐出量調整部、319…バルブ駆動部、320…切削ユニット、321…切削工具、330…ステージ、340…移動機構、350…制御部、400…成形型、406…支持棒、407…押出機構、408…エジェクターピン、409…支持板、410…固定型、411…バネ、412…押出板、413…スラストベアリング、420…可動型、430…ベースプレート、431…第1部材、432…第2部材、433…第1開口、434…貫通孔、435…入れ子部材、436…第1側面、437…第2側面、438…造形面、439…底面、440…モールドベース、441…第2開口、444…底部、445…スリット孔、446…挿通部材、449…スリット孔、450…積層体、461…第1穴、462…第2穴、463…固定部材
Claims (10)
- 射出成形装置に用いられる成形型の製造方法であって、
第1開口が形成された第1部材、及び、前記第1開口に組み込まれる第2部材を有するベースプレート上に、造形材料を吐出して層を積層することで前記成形型の一部となる積層体を造形する第1工程と、
前記積層体の少なくとも一部が造形された前記ベースプレートから前記第2部材を取り外して、少なくとも一部が造形された前記積層体に、切削処理、及び、入れ子部材のインサートの少なくともいずれかを行う第2工程と、
前記第2工程の後に実行され、前記積層体が造形された前記ベースプレート、又は、前記積層体が造形され、全ての前記第2部材が取り外された前記ベースプレートを、モールドベースに設けられた第2開口に組み込み、前記成形型を製造する第3工程と、を有する、
成形型の製造方法。 - 請求項1に記載の成形型の製造方法であって、
前記第2部材は複数の部材を有し、
前記第2工程では、前記複数の部材のうち少なくとも1つの部材を取り外して、前記切削処理及び前記インサートの少なくともいずれかを行う、成形型の製造方法。 - 請求項1に記載の成形型の製造方法であって、
前記第1部材の前記積層体が造形される面は、複数の凹部又は複数の貫通孔を有する、成形型の製造方法。 - 請求項3に記載の成形型の製造方法であって、
前記複数の凹部又は前記複数の貫通孔は、前記積層体が造形される前記面に向かって、開口面積が小さくなる形状を有する、成形型の製造方法。 - 請求項3に記載の成形型の製造方法であって、
前記第1部材は、前記複数の貫通孔に挿通されて前記積層体を前記第1部材に固定するための着脱可能な固定部材を備える、成形型の製造方法。 - 請求項1に記載の成形型の製造方法であって、
前記ベースプレートの側面は、第1側面と、前記第1側面よりも前記積層体が造形される面に近い第2側面を有し、前記第1側面は、前記第2側面よりも前記ベースプレートの中心から離れている、成形型の製造方法。 - 請求項1に記載の成形型の製造方法であって、
前記第2部材の前記積層体が造形される面は、凹部又は貫通孔を有さない、成形型の製造方法。 - 請求項1に記載の成形型の製造方法であって、
前記モールドベースは、前記第2開口の底に底部を有し、
前記底部は、複数のスリット孔を有する、成形型の製造方法。 - 請求項1に記載の成形型の製造方法であって、
前記第3工程では、前記第1部材の前記積層体が造形される面とは反対側の面に形成された孔と、前記モールドベースに形成された孔とに、挿通部材を挿通することで前記第1部材と前記モールドベースとを固定する、成形型の製造方法。 - 射出成形装置に用いられる成形型であって、
第1部材を有するベースプレートであって、第2部材が組み込まれる第1開口が前記第1部材に形成された、ベースプレートと、
前記ベースプレート上に造形された積層体と、
第2開口を有するモールドベースと、を備え、
前記モールドベースの前記第2開口に、前記積層体が造形された前記ベースプレートが組み込まれている、成形型。
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