JP3307563B2 - 三次元形状体用位置決め治具の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、三次元形状体用
位置決め治具の製造方法、詳しくは、曲面等の複雑な形
状の三次元形状体を位置合わせ可能な位置決め治具を安
価に製造可能な製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】移動体通信機器等にあっては、一般に、
複雑な三次元形状を有するスイッチカバー（三次元形状
体）を回路基板に直接に組み付けてデータ入力装置を構
成する。このようなデータ入力装置に用いるスイッチカ
バーは、一般に、ベース部から複数のキートップ部がそ
れぞれ薄肉のスカート部を介し表面側に膨出する三次元
形状を有し、ベース部が回路基板への支承部として、キ
ートップ部がオペレータの押圧操作部として、スカート
部がキートップ部の操作に皿バネ的な弾性特性を付与す
る機能を果たす。

【０００３】このようなスイッチカバーは、ベース部、
キートップ部およびスカート部等を有する基体をシリコ
ーンゴム等の射出成形等で成形した後、この基体をスク
リーン印刷機等に移送して位置合わせし、キートップ部
天面等にスクリーン印刷で着色層や符号（記号）等を形
成して製造される。そして、スクリーン印刷機における
基体の位置合わせに際しては、基体が複雑な三次元形状
であることから、複雑な一部の形状を省略した位置決め
治具（便宜上、従来技術１と称する）、放電加工やＮＣ
加工により複雑な形状を形成した位置決め治具（従来技
術２）、成形された基体の形状を注型樹脂材料で転写し
た位置決め治具（従来技術３）等が用いられていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術１にかかる位置決め治具にあっては、一部の形状が省
略されているため、基体と当接する面積が少なく、基体
を規定の位置に保持する保持性に劣り、スクリーン印刷
中等に基体が位置ずれを生じて印刷不良を招くという問
題があった。特に、上述した基体はシリコーンゴム等の
剛性に乏しい材料からなりキートップ部等が局部的な弾
性変形による位置ずれを生じやすいため、上記問題も顕
著であり、その解決が強く望まれていた。また、従来技
術２にかかる位置決め治具にあっては、上述した従来技
術１の問題を生じることが無く基体を高精度に位置決め
できるが、治具製作に相当の期間が必要であり、また、
製作コストも高く、生産数量が少ない基体の製造には用
いることができないという問題がある。

【０００５】さらに、従来技術３にかかる位置決め治具
にあっては、注型樹脂材料の硬化等に伴い熱歪みの発生
が避けられず、位置決め精度が劣るのみならず、また、
金属製の治具に比較して耐久性に劣り、メンテナンスや
交換を頻繁に行わなければならないという問題がある。
この発明は、上記問題に鑑みなされたもので、複雑な三
次元形状のワークの保持性、また、耐久性に優れ、さら
に、安価かつ短期間で製作できる位置決め治具の製造方
法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明にかかる三次元形状体用位置決め治具の製
造方法は、治具本体部に位置合わせ対象である三次元形
状体をＸＹの二次元方向に位置合わせ可能なＸＹ位置合
わせ嵌合部分を機械加工で形成し、該ＸＹ位置合わせ嵌
合部分が形成された治具本体部に、前記三次元形状体を
組み付けてキャビティを画成した後、該キャビティ内に
注型樹脂材料を注入して該注入樹脂材料を硬化させ、前
記三次元形状体の三次元形状が転写されたＺ位置合わせ
部分を前記治具本体部に一体的に固着した状態で形成す
るように構成した。

【０００７】そして、この発明にかかる三次元形状体用
位置決め治具の製造方法は、前記ＸＹ位置合わせ部を、
前記三次元形状体の少なくとも一部が嵌合可能な穴また
は凹部とする態様（請求項２）に、また、前記注型樹脂
材料に１００ポイズ〜２０００ポイズの粘度の常温硬化
型の材料を用いる態様（請求項３）、前記基体に金属を
用いる態様等に構成することができる。

【０００８】三次元形状体は、位置合わせに実際に用い
る物品（ワーク）あるいはワークを基に製作された模型
等であって、前述した移動体通信機器のデータ入力装置
に構成部品として用いるスイッチカバーに代表される。
そして、この発明にかかる位置決め治具は、上述の三次
元形状体の位置合わせに、すなわち、スクリーン印刷時
の位置合わせ、種々の工作機械や組立装置における位置
合わせに用いることができる。より具体的な例を示せ
ば、ベース部からスカート部を介してキー取付部が膨出
する基体をシリコーンゴム等で成形するとともに、硬質
樹脂で成形したキートップ部材に印刷を施し、このキー
トップ部材を基体のキー取付部に接着して構成されるス
イッチカバーの製造に際して、本願発明の位置決め治具
は、キートップ部材の接着時の基体（キー取付部）の位
置決め、キートップ部材への印刷時のキートップ部材の
位置決め等に用いられる。

【０００９】治具本体部は、三次元形状体の材質や形状
に合わせてその材質や形状が適宜選択されるが、望まし
い態様としては、金属や硬質樹脂、より望ましくは、ア
ルミニウム（合金）等の軽金属からなるもの、また、板
材やブロック等の対向する面が平面的な形状なもの等が
用いられる。この治具本体部にはＸＹ位置合わせ部が機
械加工で形成され、また、必要に応じて、注型樹脂材料
の樹脂注入通路が形成される。

【００１０】ＸＹ位置合わせ部は、三次元形状体の一部
あるいは全部が嵌合可能な穴や凹部（請求項２）で代表
されるが、突起やピン等で構成することも可能である。
機械加工は、フライス盤、旋盤、ボール盤等による加工
で代表され、数値制御（ＮＣ）方式であるか否かを問わ
ないが、高精度を得る上ではＮＣ方式が望ましい。

【００１１】キャビティは、治具本体部に三次元形状体
を組み付けた状態で治具本体部と三次元形状体の双方を
壁面として画成され、治具本体部や三次元形状体に形成
された樹脂注入通路が開口する。そして、Ｚ位置合わせ
部分は、キャビティに樹脂注入通路から注型樹脂材料を
注入し、キャビティ内の注入樹脂の硬化後に治具本体部
から三次元形状体を外すことで得られる。なお、Ｚ位置
合わせ部分が成形され、治具本体部から三次元形状体を
外した時には、必要に応じて、基体に付着した余分な硬
化樹脂を除去する。

【００１２】注型樹脂材料は、シリコーン系、エポキシ
系、アクリル系、これらに金属粉等を配合したもの等か
ら基体や三次元形状体の材質等に応じて選択されるが、
治具本体部が金属である場合は金属との接着性に優れる
エポキシ系が望ましい。また、この注型樹脂材料は、粘
度が１００ポイズ未満であると治具本体部と三次元形状
体との間に形成される隙間に漏出してＺ位置合わせ部分
の成形精度の低下を招き、逆に、粘度が２０００ポイズ
を超えると、流動性が低く注入時等に加圧を必要として
三次元形状体が変形を生じ、結果的に成形精度の低下を
招くため、粘度が１００ポイズ〜２０００ポイズのもの
から、より望ましくは、作業性を考慮して５００〜１５
００ポイズのものを、さらに、熱歪みの発生を防止する
観点から常温硬化型のものを選択する。

【００１３】

【作用】この発明にかかる三次元形状体用位置決め治具
の製造法は、治具本体部に三次元形状体をＸＹ方向に位
置決め可能なＸＹ位置合わせ嵌合部分を機械加工により
高精度（例えば、１／１００ｍｍ程度）に形成した後、
このＸＹ位置合わせ嵌合部分に三次元形状体の全部ある
いは一部を嵌合させてキャビティを画成し、このキャビ
ティ内に注型樹脂材料を注入してＺ位置合わせ部分を治
具本体部と固着した状態で形成する。このため、位置決
め治具を高精度に、また、製作コストの増大を招く放電
加工等によることなく安価に製作できる。そして、この
位置決め治具は、ＸＹ位置合わせ嵌合部分とＺ位置合わ
せ部分を三次元形状体と当接させて位置決めするため、
三次元形状体を確実に保持できる。

【００１４】

【実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図面を参
照して説明する。図１から図３はこの発明の一の実施の
形態にかかる三次元形状体用位置決め治具の製造方法を
模式的に表し、図１ａ〜ｄが製造過程における中間製作
物の断面図、図２が同位置決め治具の製造に用いる基体
の平面図、図３ａ，ｂがデータ入力装置に構成部品とし
て用いる基体（三次元形状体）を示す図である。

【００１５】先ず、図３を参照して三次元形状体である
基体を説明する。前述したように、基体１０は、平面視
（図３ａ）矩形状のベース部１１に略円筒状の３つのキ
ートップ部１２が薄肉のスカート部（図示せず）を介し
て膨出し、シリコーンゴムの射出成形等で各部が一体成
形される。なお、この基体１０に変えて完成品であるス
イッチカバー、また、スイッチカバーや基体１０と同一
寸法に金属や硬質樹脂等で製作された模型を用いること
も可能である。

【００１６】次に、図１を参照して位置決め治具の製造
方法を説明すると、先ず、所定の厚みのアルミニウム板
を素材とし、この素材に基体１０のキートップ部１２と
対応して３つの凹部（ＸＹ位置合わせ嵌合部分）３１を
ＮＣフライス盤により、また、これら凹部３１の底部に
開口する注入孔（樹脂注入通路）３２をフライス盤やド
リル盤により貫通形成し、治具本体部３０を得る（図１
ａ、図２参照））。凹部３１は、キートップ部１２が嵌
合可能な径の断面円形で深さがキートップ部１２の高さ
より大きく、相当の精度、１／１００ｍｍ程度の精度で
形成される。また、注入孔３２は、凹部３１に対して同
心状に凹部３１の形成精度より低い精度で形成される。
なお、図示しないが、上述した凹部３１の形成と同時に
取付用の孔等も形成される。

【００１７】続いて、図１ｂに示すように、治具本体部
３０の凹部３１に基体１０のキートップ部１２を嵌合さ
せ、治具本体部３０の各凹部３１内にそれぞれ注入孔３
２が開口するキャビティＣを画成し、これらキャビティ
Ｃ内にそれぞれ注入孔３２から注型樹脂材料９９を注入
する。この注型樹脂材料９９は、粘度が１００ポイズ〜
２０００ポイズのシリコーン系の常温硬化型樹脂材料が
用いられる。なお、この注型樹脂材料９９の注入時にお
いては、凹部３１とキートップ部１２の嵌合部分の隙間
に注型樹脂材料９９が侵出することがあり、この侵出樹
脂が後述するように不要部分９８として固化する。

【００１８】次いで、キャビティＣ内に注入された注型
樹脂材料９９を常温で放置して硬化させた後、図１ｃに
示すように、基体１０を取り外し、治具本体部３０と一
体に固着したＺ位置合わせ部分３３を得る。ここで、こ
のＺ位置合わせ部分３３には上述した侵出樹脂により不
要部分９８が形成されているため、当該不要部分９８を
ＮＣフライス盤により上記凹部３１の加工データと同一
のデータを用いて除去する。そして、この不要部分９８
の除去により図１ｄに示す位置決め治具Ｊが完成する。

【００１９】上述のようにして製造された位置決め治具
Ｊは、基体１０のキートップ部１２天面等へスクリーン
印刷機等で文字等を形成する場合等に用いられ、基体１
０を規定の位置に位置決めして保持する。ここで、位置
決め治具Ｊには、治具本体部３０の凹部３１に基体１０
のキートップ部１２が嵌合し、凹部３１の周面でキート
ップ部１２をＸＹ方向に位置決めし、また、凹部３１の
底部に成形されたＺ位置合わせ部分３３がキートップ部
１２の天面と係合してＺ方向に位置決めする。

【００２０】このため、この位置決め治具Ｊは、基体１
０を規定位置に確実かつ高精度に保持でき、また、繰り
返しの使用に耐える優れた耐久性が得られる。すなわ
ち、位置決め治具Ｊは、アルミニウム製の治具本体部３
０の凹部３１が高精度に形成され、この凹部３１に基体
１０のキートップ部１２を嵌合させてＸＹ方向に位置決
めし、また、凹部３１内に嵌合したキートップ部１２の
天面をＺ位置合わせ部分３３に当接させてＺ方向に位置
決めするため、基体１０、特に、キートップ部１２を高
精度かつ確実に保持でき、また、優れた耐久性が得られ
る。

【００２１】さらに、この位置決め治具Ｊは、機械加工
により得られた治具本体部３０に位置決め対象である基
体１０を組み合わせてキャビティＣを画成し、このキャ
ビティＣ内に注型樹脂材料を注入することで製造できる
ため、製造コストの増大や納期の長期化を招く放電加工
等が不要であり、安価に製造でき、生産数量が少ない場
合の製造にも用いることができる。

【００２２】なお、上述した実施の形態においては、図
４ａ，ｂに示すように、各キートップ部１２の高さが異
なる場合に適用できる位置合わせ治具Ｊを製造すること
も可能であり、また、同図に示すように、凹部３１を貫
通穴３８として貫通形成し、注入孔３２の形成を省略す
ることも可能である。

【００２３】図５はこの発明の他の実施の形態にかかる
三次元形状体用位置決め治具の製造方法を表し、図５ａ
が同位置決め治具の平面図、図５ｂがａのＢ−Ｂ矢視断
面図である。なお、この実施の形態においては、上述し
た実施の形態と同一の部分に同一の番号、符号を付して
説明を省略する。

【００２４】この実施の形態は、ピンポン玉５１を位置
決め対象である三次元形状体とする位置決め治具Ｊを製
造する製造方法を示す。そして、この製造方法において
は、先ず、アルミニウム板にピンポン玉５１が嵌合可能
な径の位置決め穴（ＸＹ位置合わせ嵌合部分）３９をフ
ライス盤やボール盤により規定の位置に貫通形成して治
具本体部３０を得る。次いで、治具本体部３０の位置決
め穴３９に一端側からピンポン玉５１を嵌合して閉止
し、治具本体部３０の位置決め穴３９の他側（開口側）
にキャビティＣを画成する。

【００２５】次に、キャビティＣ内に位置決め穴３９の
開口から直接に注型樹脂材料を注入、あるいは、該位置
決め穴３９の開口を注入孔が形成された治具等で閉止し
て該治具の注入孔から注型樹脂材料を注入する。そし
て、この注型樹脂材料が硬化した後、ピンポン玉５１を
取り外し、また、必要に応じて不要部分をフライス盤等
で除去し、位置決め治具Ｊが完成する。

【００２６】この実施の形態にあっても、前述した実施
の形態と同様に、ピンポン玉５１を規定の位置に確実か
つ高精度に保持でき、また、繰り返しの使用に耐える優
れた耐久性を有する位置決め治具Ｊが安価かつ短時間で
に製造できる。

【００２７】なお、述べるまでもないが、この発明にか
かる位置決め治具の製造方法は、上述した実施の形態に
限定されるものではなく、種々の三次元形状の物品の位
置合わせ、例えば、加工機や組立機における各種のワー
クの位置合わせ等に適用することができる。すなわち、
前述したが、より具体的な例で述べれば、ベース部から
スカート部を介してキー取付部が膨出する基体をシリコ
ーンゴム等で成形するとともに、硬質樹脂で成形したキ
ートップ部材に印刷を施し、このキートップ部材を基体
のキー取付部に接着して構成されるスイッチカバーの製
造に際して、キートップ部材の接着時の基体（キー取付
部）の位置決め、キートップ部材への印刷時のキートッ
プ部材の位置決めに用いる位置決め治具を製造すること
も可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明にかかる
三次元形状体用位置決め治具の製造方法によれば、ＸＹ
位置合わせ嵌合部分が機械加工で形成された治具本体部
を製作し、この治具本体部のＸＹ位置合わせ嵌合に位置
合わせ対象である三次元形状体を嵌合させてキャビティ
を画成し、このキャビティ内に注型樹脂材料を注入し、
この注型樹脂材料を硬化させて治具本体部と一体に固着
したＺ位置合わせ部分を成形した後、治具本体部から三
次元形状体を取り外すことで位置合わせ治具が製造され
る。このため、放電加工等の製造コストの増大や加工時
間が長期化を招く加工を要することなく位置決め治具を
製造でき、位置決め治具を安価に提供できる。また、製
造された位置決め治具は、三次元形状体を治具本体部の
ＸＹ位置合わせ嵌合部分によりＸＹ方向に高精度に位置
決めでき、また、Ｚ方向にはＺ位置合わせ部分で位置決
めするため、規定の位置に確実かつ高精度に三次元形状
体を保持でき、さらに、繰り返しの使用にも耐え、高い
耐久性が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一の実施の形態にかかる三次元形状
体用位置決め治具の製造方法による中間製作物をアルフ
ァベット順に模式的に示す断面図である。

【図２】同製造方法の中間工程で作成された治具本体部
の平面図である。

【図３】同製造方法により製造された位置決め治具によ
り位置合わせされる基体を示し、ａが平面図、ｂが正面
図である。

【図４】同製造方法により製造された他の態様の三次元
形状体用位置決め治具を示し、ａが平面図、ｂがａのＡ
−Ａ矢視断面図である。

【図５】この発明の他の実施の形態にかかる三次元形状
体用位置決め治具の製造方法により製造された位置決め
治具を示し、ａが平面図、ｂがａのＢ−Ｂ矢視断面図で
ある。

【符号の説明】

１０ 基体（三次元形状体） １２ キートップ部 ３０ 治具本体部 ３１ 嵌合凹部（ＸＹ位置合わせ嵌合部分） ３２ 注入孔（樹脂注入通路） ３３ Ｚ位置合わせ部分 ３９ 貫通孔（ＸＹ位置合わせ嵌合部分） ５１ ピンポン玉（三次元形状体） Ｃ キャビティ Ｊ 位置決め治具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41F 15/18 - 15/32 B29C 39/02 - 39/12 B41F 15/08 303 B41F 17/34 B41M 1/40

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 治具本体部に位置合わせ対象である三次
   元形状体をＸＹの二次元方向に位置合わせ可能なＸＹ位
   置合わせ嵌合部分を機械加工で形成し、該ＸＹ位置合わ
   せ嵌合部分が形成された治具本体部に前記三次元形状体
   を組み付けてキャビティを画成した後、該キャビティ内
   に注型樹脂材料を注入して該注入樹脂材料を硬化させ、
   前記三次元形状体の三次元形状が転写されたＺ位置合わ
   せ部分を前記治具本体部に一体的に固着した状態で成形
   することを特徴とする三次元形状体用位置決め治具の製
   造方法。
2. 【請求項２】 前記ＸＹ位置合わせ嵌合部分が、前記三
   次元形状体の少なくとも一部が嵌合可能な穴または凹部
   である請求項１に記載の三次元形状体用位置決め治具の
   製造方法。
3. 【請求項３】 前記注型樹脂材料が１００ポイズ〜２０
   ００ポイズの粘度の常温硬化型の材料である請求項１ま
   たは請求項２に記載の三次元形状体用位置決め治具の製
   造方法。