JP4086814B2 - インサート成形方法及びインサート成形用金型 - Google Patents

インサート成形方法及びインサート成形用金型 Download PDF

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Description

本発明は、金型のキャビティに予め別部材を挿入し、樹脂と一体化するインサート成形技術に関するものである。
特に、本発明は、成形品の一部分にコイルスプリングを、成形品と一体的にインサート成形した成形品及び成形方法に関する。
更に、本発明は、前記成形品が軸受部材であり、該軸受部材にコイルスプリングの一端側がインサート成形された成形品に関する。
従来、コイルスプリングと樹脂成形品を組み合わせて一体化する製品では、別々に製造されたコイルスプリングと樹脂成形品を、後工程において組み立てて一体化することが多い。
一般的な従来例として、別々に製造されたコイルスプリングと樹脂成形品を後工程において一体化した複合成形品を図９に示す。図９において、１はコイルスプリング、２は射出成形された樹脂製の軸受を表している。
図９に示した軸受部材は本出願人の製造に係る、画像形成装置（複写機、プリンター）のトナーカートリッジに組み込まれるものであり、図１１に前記軸受部材が組み込まれたトナーカートリッジの一部を示す。図１１において、３０は軸受部材、３１はトナーカートリッジ枠体、３２は軸部材、３３はコイルスプリングを表している。
軸受部材３０を間隔を空けて、一対をカートリッジ枠体３１内に組み込み、軸部材３２を軸受部材３０の開口部分から挿入して、軸部材３２を軸受両端で保持させるように構成されている。
このような構成においては、別々の製造工程で製造されたコイルスプリング１と軸受２は、自動機等の組み立て手段を用いて、コイルスプリング１を軸受２に圧入することにより一体化していた。
また、コイルスプリング１と軸受２の嵌め合いが、すきまばめに設定されている場合は、必要に応じて接着等の手段を用いて一体化される場合が多い。
なお、コイルスプリングと樹脂成形品を一体化する技術が、実開平０３−０１３８５３号公報（特許文献１）に、インサート成形に関する技術が、登録新案第２５２５４８７号公報（特許文献２）、特開平５−１４７０６６号公報（特許文献３）に開示されている。
実開平０３−０１３８５３号公報 登録新案第２５２５４８７号公報 特開平５−１４７０６６号公報
しかしながら、上記のような従来のコイルスプリング１を軸受２に圧入するという構成では、コイルスプリング１を軸受２に圧入する際に、樹脂材料で構成された軸受２が、コイルスプリング１によって削られ、樹脂カスが出るという問題がある。この樹脂カスが軸受２から外れ落ち、別の部材に付着するとトナーカートリッジの機能的な障害を引き起こす場合がある。また、コイルスプリング１と軸受２の結合強度が低下し軸受機能、に影響を及ぼすといった重大な欠陥を引き起こす可能性がある。
また、コイルスプリング１と軸受２の組み立て嵌合をすきまばめとする場合、コイルスプリング１を軸受２に挿入する際に、樹脂材料で構成された軸受２がコイルスプリング１によって削られ、樹脂カスが出るという問題は生じないものの、コイルスプリング１が軸受２から脱落しないようにするためには、コイルスプリング１を軸受２に接着するなど別の手段を用いて固定する必要があり、工数増、コスト増になる問題がある。
さらに、コイルスプリング１を軸受２に圧入するという構成の製品を自動機等によって組み立てようとした場合、パーツフィーダ上でコイルスプリング１同士が絡まって分離できなくなり、コイルスプリング１の供給不足が生じ、自動機がたびたび停止するという問題が発生する場合がある。また、絡まったコイルスプリング１の分離は、人が手作業で行わなければならず、手間がかかるという問題もある。また、コイルスプリング１の搬送、圧入工程においても、コイルスプリング１が可撓性を有するために、自動機等に微妙な調整を必要とし、安定しにくいという問題もある。
従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、樹脂材料で構成された軸受へのコイルスプリングの圧入を廃止し、圧入時に生じる樹脂カス発生を防止することである。
また、本発明の他の目的は、樹脂部品とコイルスプリングの一体化を簡便に、また、安価に行えるようにすることである。
また、本発明の更に他の目的は、コイルスプリング同士の絡まりを防止し、コイルスプリングの供給を滞りなく行えるようにすることである。
また、本発明の更に他の目的は、コイルスプリングのように、バネ性を有する部材であって、弾性機能を必要とする部材における弾性作用時の抜け落ちを防ぐ機能を有する部材、特に、コイルスプリングをインサート成形した軸受部材を提供することである。
即ち、軸受部材にコイルスプリングを取り付ける場合、上記したように軸受部材のコイルスプリング取り付け位置に突起部を形成して、該突起にコイルスプリングの一端部分を嵌め込むようにして取り付けると、上記の削りかすが出たり、コイルスプリングが外れ易くなる問題が生ずる。本発明はこの問題を解決する。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わるインサート成形方法は、軸受部材にコイルスプリング部材をインサート成形する方法であって、前記軸受部材を成形する固定型、移動型及びコアピンによって前記軸受部材を成形するための軸受部材用キャビティが形成されており、該軸受部材用キャビティに対向して前記コイルスプリング部材を挿入するための挿入部が前記移動型に形成されており、該挿入部に前記コイルスプリング部材を挿入し、該コイルスプリング部材の内径部に前記コアピンを挿入するとともに前記コイルスプリング部材を前記軸受用キャビティに向けて押圧位置決めし、前記軸受部材用キャビティに前記コイルスプリング部材が部分的に進入した状態で型締めし、前記コアピンの先端まで樹脂材料を注入し、前記軸受部材にコイルスプリング部材をインサート成形することを特徴とする。
また、この発明に係わるインサート成形方法において、前記コイルスプリング部材は、前記固定型又は移動型の少なくとも一方に設けられ、前記移動型の型締め方向に弾性的に移動可能に支持された保持駒により弾性的に圧縮保持されることを特徴とする。
また、この発明に係わるインサート成形方法において、前記コイルスプリング部材を前記軸受部材用キャビティに向けて押圧位置決めする前に、前記固定型と移動型を所定の寸法だけ開いた状態まで型締め動作を行なうことを特徴とする。
また、本発明に係わるインサート成形用金型は、軸受部材にコイルスプリング部材をインサート成形するインサート成形用金型であって、前記軸受部材を成形するための軸受部材用キャビティを形成するとともに該軸受部材用キャビティに対向して前記コイルスプリング部材を挿入するための挿入部を形成する固定型、移動型及びコアピンを有し、前記コアピンは、前記挿入部に移動可能であって、前記軸受部材用キャビティに向かって押圧力を作用させる加圧手段によって移動することを特徴とする。
また、この発明に係わるインサート成形用金型において、前記コアピンは、前記コイルスプリング部材を所定量圧縮するための段差部を有することを特徴とする。
また、この発明に係わるインサート成形用金型において、前記挿入部には、前記固定型または移動型の少なくとも一方に設けられ、前記移動型の型締め方向に弾性的に移動可能に支持された保持駒を有することを特徴とする。
本発明によれば、樹脂材料で構成された軸受へのコイルスプリングの圧入を廃止し、圧入時に生じる樹脂カス発生を防止することが可能となる。
また、樹脂部品とコイルスプリングの一体化を簡便に、また、安価に行なうことが可能となる。
また、コイルスプリング同士の絡まりを防止し、コイルスプリングの供給を滞りなく行なうことが可能となる。
以下、本発明の好適な一実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態の樹脂成形品を示す図である。図１において、３はコイルスプリング、４は軸受である。
上記構成において、コイルスプリング３を、予めその端部３ａが金型内のキャビティに露出するようにインサートし、このキャビティに溶融樹脂を射出する。これにより、溶融樹脂は軸受４の形状を形成すると共に、コイルスプリング３の内径部に侵入し、コイルスプリング３の内径部に挿入されたコアピン（図示せず）の先端まで流動し、コイルスプリング３と軸受４の結合部を形成する。一体化されたコイルスプリング３と軸受４は、所定の冷却時間を経て型外へ取り出される。
図２は、本発明の第２の実施形態の樹脂成形品を示す図である。図２において、５はコイルスプリングとの結合部、６は軸受を示す。
上記構成において、結合部５は、コイルスプリングの外周を囲むように構成されており、金型内に予めインサートされたコイルスプリングは、外周の一部がキャビティ内に露出しており、溶融樹脂はコイルスプリングの露出した外周部を円形に流動し、結合部５の形状を形成する。この場合、コイルスプリングは、外周を保持される形で軸受６と一体化される。
図３は、本発明の第３の実施形態の樹脂成形品を示す図である。図３において、７はコイルスプリングの外径結合部、８はコイルスプリングの内径結合部、９は軸受を示す。
上記構成において、外径結合部７は、コイルスプリングの外周を囲むように構成されており、内径結合部８は、コイルスプリングの内径部に突出するように構成されている。金型内に予めインサートされたコイルスプリングは、その端部がキャビティ内に露出しており、溶融樹脂はコイルスプリングの露出した外径部と内径部を挟むように流動し、外径結合部７と内径結合部８の形状を形成する。この場合、コイルスプリングは、外径および内径の両方を保持される形で軸受９と一体化される。
次に、上記のコイルスプリングをインサート成形して軸受部品を製造するための射出成形用金型の構造の１例を図４に示す。
図４において、１０は移動駒、１１は固定駒、１２はコイルスプリングを保持するコアピン、３はコイルスプリング、１４はコイルスプリングを部分的に径方向に圧縮保持する保持部、１５は第１のスライド駒部材、１６はセンター駒部材、１７は第２のスライド駒部材を示す。
上記構成において、移動駒１０は、不図示の移動側金型に取り付けられる。移動駒１０には保持駒２２を挿入する空間部が形成されており、保持駒２２にはコイルスプリング３を配置する空間部（凹溝）１０ａが形成されている。また移動駒１０の中央部分にはスライド駒部材１５および１７が配置されている。スライド駒部材１５および１７には樹脂材料を注入（射出）するためのキャビティ１５ａおよび１７ａが形成されている。符号１６はセンター駒部材と称し、スライド駒部材１５及び１７のキャビティ１５ａ及び１７ａ内に配置されている。センター駒部材１６は先端部分が半円形形状を成し、半円の基部部分に突起部が形成されている。符号１２はコアピン部材であり、太径部、中径部、小径部の円筒形状を成している。コアピン部材１２は移動駒部材１０および保持駒部材２２に形成された空間部１０ａ内に配置される。
なお、コアピン１２は、コイルスプリング３が凹溝１０ａ内にセットされた後に、コイルスプリング３の軸線方向（図に示す矢印Ａ方向）に押圧力を作用させる加圧手段により移動され、コイルスプリング３内に挿入される。このとき、コアピン１２は、段差部１２ａによりコイルスプリング３をその軸線方向に所定量圧縮する。また、移動駒１０と固定駒１１には、コイルスプリング３の一部を径方向に圧縮保持する保持部１４が設けられ、保持駒２２の凹溝１０ａにインサートされ、コアピン１２によって内径を保持されたコイルスプリング３の一部、具体的には樹脂と結合する側のコイルスプリング外径部を圧縮保持できるような寸法に形成されている。そして、コイルスプリング３の端部３ａは、第１のスライド駒部材１５、センター駒部材１６、第２のスライド駒部材１７から構成されるキャビティに突出し、キャビティ内に射出された樹脂と一体化される。
図１０はコイルスプリングを軸方向に圧縮する状態を示した図である。
スライド駒部材１５および１７とセンター駒部材１６とコアピン１２で形成される空間部分が成形品の軸受部材を形成するキャビティとなる。
再び、図４に戻って、符号１１は固定駒部材であり、移動駒部材１０と対向するように不図示の固定用型部材に固定されている。
固定駒部材１１には押さえ駒２０を挿入する空間部が形成されており、押さえ駒２０は保持駒２２に形成されたコイルスプリング３の挿入用の半円形状の空間部１０ａに対応する半円形状の空間部１０ｂを有する。また、押さえ駒部材２０を保持駒２２に押圧するためのコイルスプリング部材２１が取り付けられている。
上記構成では、スライド駒部材１５および１７とセンター駒部材１６とで形成されるキャビティ空間により成形品の軸受部材を成形するための樹脂注入用キャビティが形成される。そして、スライド駒部材１５，１７のコイルスプリング配置用空間部にコイルスプリング３を樹脂注入用キャビティ空間部に対向するように配置する。そして、コアピン１２の押圧力でコイルスプリングをセンター駒部材１６の半円形頭部部分に押し付けることで、コイルスプリング３が樹脂注入用キャビティ内に部分的に進入した状態で配置される。その後、樹脂材料が樹脂注入用用キャビティに注入されることで、コイルスプリングの先端部分３ａが成形品内にインサート状態に固定されることとなる。
次に上記構成の成形金型を用いて軸受部材にコイルスプリングをインサート成形する成形操作について説明する。
本実施形態で使用する樹脂材料は、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）である。不図示の射出成形装置側の射出シリンダーから、図４に示した成形金型の一次スプルー３４、ランナー３５、二次スプルー３６、ゲート３７を介して溶融樹脂材料を射出する。射出ざれた溶融樹脂材料はゲート３７から軸受部材成形用のキャビティ内に注入され、順次、キャビティに充填される。キャビティ内に樹脂材料が射出注入されるに従って、成形品キャビティ内に位置しているコイルスプリング３のキャビティ部分（保持部用キャビティ部）にも樹脂材料が回りこんで、コイルスプリング３の先端部分（コイルスプリング内径部分）の一部分に樹脂材料が注入される。
図５は、本発明の実施形態におけるインサート金型について説明する図であり、固定駒、移動駒、押さえ駒、保持駒の関係を簡略化して示した図である。
図５において、１１は固定駒、１０は移動駒、２０は固定駒１１内で移動可能な押さえ駒、２１は押さえ駒２０に設けられたコイルスプリング、２２は移動駒１０内でコイルスプリング３を保持する保持駒、３はインサートされたコイルスプリングを示す。押さえ駒２０と移動駒２２は、一対の保持駒としてコイルスプリング３を弾性的に圧縮保持する。
上記構成において、樹脂を射出するに先立ち金型を閉じる際、固定駒１１と移動駒１０のＰＬ（パーティングライン）面を図のＡで示す寸法だけ開いた状態で、型締め動作を一旦停止する。この時、固定駒１１側に設けられた押さえ駒２０は、コイルスプリング２１により付勢されるため、固定駒１１よりも移動駒１０側に突出しており、移動駒１０側でコイルスプリング３を保持する保持駒２２に、コイルスプリング２１のバネ圧により押し付けられている。この状態で、インサートされたコイルスプリング３は、軸方向に移動させられ、所定の位置に位置決めされる。この後再び型締め動作を再開すると固定駒１１と移動駒１０のＰＬ面のスキマはなくなり、本型締めが完了する。
図６は、本発明の実施形態におけるインサート金型について説明する図であり、コイルスプリングと樹脂との結合部分の拡大図である。図６において、２２は保持駒、３はコイルスプリング、２６はストッパを示す。
上記構成において、コイルスプリング３を、金型内の保持駒２２の所定の位置にインサートする際に、コイルスプリング３が、キャビティ内に所定寸法以上突出しないよう、コイルスプリング３と樹脂との結合部にストッパ２６を設けている。
図７は、本発明の第４の実施形態のインサート成形品について説明する図である。図７において、２７は軸受、３はコイルスプリング、２９は軸受２７とコイルスプリング３の結合部に設けられた、爪を示す。
上記構成において、爪２９は、コイルスプリング３の外径の一部あるいは全周を樹脂で覆うように構成されている。
図８は、本発明の実施形態におけるコイルスプリングについて説明する図である。図８において、３はコイルスプリング、３ａはコイルスプリング端部の座巻き部を示す。
上記構成において、コイルスプリングの座巻き部３ａの座巻き数は、３巻きあるいは、４巻となっている。また、コイルのリードにより生じるスキマＢより、コイルスプリング３の座巻き部３ａの幅Ａの方が、長くなっている。また、コイル径φＣは、コイルのリードにより生じるスキマＢよりも大きくなるように構成されている。
なお、ここに挙げた例は、一例を示すものであって、樹脂成形品とコイルスプリングの形状の組み合わせは他に多数考えられ、本発明は上記例に限定されるものではない。
以上説明したように、コイルスプリングを金型内にインサートし、該コイルスプリングの一部をキャビティ内に露出させ、該コイルスプリングの露出部と樹脂とを一体化することにより、組み立て工程の廃止、工数削減、コストダウン等の効果がある。また、コイルスプリングを後工程において樹脂部品に挿入し組み立てる際に生じる、樹脂カスを防止できる他、コイルスプリングを後工程において樹脂部品に挿入し組み立てる際に生じる、自動機の頻繁な停止を抑制する効果がある。
また、コイルスプリングを金型内にインサートし、該コイルスプリングの一部をキャビティ内に露出させ、該コイルスプリングの露出部と樹脂とを一体化する際、コイルスプリングの一部を径方向に圧縮保持したことにより、樹脂を射出する際に発生する圧力によってコイルスプリングがずれたり、バリが生じたりする問題を解決する効果がある。
また、コイルスプリングを金型内にインサートし、該コイルスプリングの一部をキャビティ内に露出させ、該コイルスプリングの露出部と樹脂とを結合させ一体化する際に、金型の型締め動作に先んじて、コイルスプリングを保持する駒同士が所定の間隔になるように金型を仮型締めした後、コイルスプリングを当該駒の所定の位置に移動させて位置決めし、金型の本型締め動作できるようにコイルスプリングを保持する駒に型締め方向に移動可能な構造を設けたことによって、コイルスプリングの位置決めを正確に行うことに効果がある。
また、コイルスプリングを金型内にインサートし、該コイルスプリングの一部をキャビティ内に露出させ、該コイルスプリングの露出部と樹脂とを一体成形する際に、コイルスプリングの長さ方向に圧縮を加えたことにより、コイルスプリングが樹脂圧によってずれたり、バリが生じたりする問題の発生防止に効果がある。
また、コイルスプリングを金型内にインサートし、該コイルスプリングの一部をキャビティ内に露出させ、該コイルスプリングの露出部と樹脂とを一体成形する際に、コイルスプリングと樹脂との結合部にストッパを設けたことにより、コイルスプリングが必要以上にキャビティ内に突出しないようにする効果がある。 また、コイルスプリングを金型内にインサートし、該コイルスプリングの一部をキャビティ内に露出させ、該コイルスプリングの露出部と樹脂とを一体成形する際に、コイルスプリングの外径の一部あるいは全周を樹脂で覆うようにしたことにより、樹脂とバネの結合強度を向上させる効果がある。
また、コイルスプリングを金型内にインサートし、該コイルスプリングの一部をキャビティ内に露出させ、該コイルスプリングの露出部と樹脂とを一体成形する際に、コイルスプリング端部の座巻き数を３巻きあるいは、４巻き以上としたことにより、樹脂とコイルスプリングの結合長さを十分に確保し、樹脂とコイルスプリングの結合強度を向上させる効果がある。
また、コイルスプリングを金型内にインサートし、該コイルスプリングの一部をキャビティ内に露出させ、該コイルスプリングの露出部と樹脂とを一体成形する際に、該コイルスプリングの座巻き部の幅を、コイルのリードにより生じるスキマより長くしたことにより、コイルスプリング同士が絡まり、インサート成形する際にコイルスプリングの供給に支障をきたすことを防止する効果がある。
また、コイルスプリングを金型内にインサートし、該コイルスプリングの一部をキャビティ内に露出させ、該コイルスプリングの露出部と樹脂とを一体成形する際に、コイルのリードにより生じるスキマよりコイル径を大きくしたことにより、コイルスプリング同士が絡まり、インサート成形する際にコイルスプリングの供給に支障をきたすことを防止する効果がある。
また、コイルスプリングを金型内にインサートし、該コイルスプリングの一部をキャビティ内に露出させ、該コイルスプリングの露出部と樹脂とを結合させ一体化する際、上記のインサート成形用金型または、コイルスプリングを用いることにより、安価で品質的に安定した成形を行うことに効果がある。
本発明の第１の実施形態の樹脂成形品を示す図である。 本発明の第２の実施形態の樹脂成形品を示す図である。 本発明の第３の実施形態の樹脂成形品を示す図である。 本発明の実施形態に係る射出成形用金型を説明する図である。 本発明の実施形態に係る射出成形用金型を説明する図である。 本発明の実施形態に係る射出成形用金型を説明する図である。 本発明の第４の実施形態の樹脂成形品を示す図である。 本発明の実施形態に係るコイルスプリングを説明する図である。 従来の樹脂成形品を説明する図である。 コイルスプリングを軸方向に圧縮する状態を説明する図である。 トナーカートリッジに組み込まれた軸受部材を説明する図である。
符号の説明
１ コイルスプリング
２ 軸受
３ コイルスプリング
４ 軸受
５ 結合部
６ 軸受
７ 外径側の結合部
８ 内径側の結合部
９ 軸受
１０ 移動駒
１１ 固定駒
１２ コアピン
１４ 圧縮保持部
１５ 第１スライドコア
１６ センターコア
１７ 第２スライドコア
２０ 押さえ駒
２１ コイルスプリング
２２ 保持駒
２６ ストッパ
２７ 軸受
２９ 爪
３０ 軸受部材
３１ トナーカートリッジ枠体
３２ 軸部材
３３ コイルスプリング
３４ 一次スプルー
３５ ランナー
３６ 二次スプルー
３７ ゲート

Claims (6)

  1. 軸受部材にコイルスプリング部材をインサート成形する方法であって、
    前記軸受部材を成形する固定型、移動型及びコアピンによって前記軸受部材を成形するための軸受部材用キャビティが形成されており、該軸受部材用キャビティに対向して前記コイルスプリング部材を挿入するための挿入部が前記移動型に形成されており、該挿入部に前記コイルスプリング部材を挿入し、該コイルスプリング部材の内径部に前記コアピンを挿入するとともに前記コイルスプリング部材を前記軸受用キャビティに向けて押圧位置決めし、前記軸受部材用キャビティに前記コイルスプリング部材が部分的に進入した状態で型締めし、前記コアピンの先端まで樹脂材料を注入し、前記軸受部材にコイルスプリング部材をインサート成形することを特徴とするインサート成形方法。
  2. 前記コイルスプリング部材は、前記固定型又は移動型の少なくとも一方に設けられ、前記移動型の型締め方向に弾性的に移動可能に支持された保持駒により弾性的に圧縮保持されることを特徴とする請求項１に記載のインサート成形方法。
  3. 前記コイルスプリング部材を前記軸受部材用キャビティに向けて押圧位置決めする前に、前記固定型と移動型を所定の寸法だけ開いた状態まで型締め動作を行なうことを特徴とする請求項１または２に記載のインサート成形方法。
  4. 軸受部材にコイルスプリング部材をインサート成形するインサート成形用金型であって、
    前記軸受部材を成形するための軸受部材用キャビティを形成するとともに該軸受部材用キャビティに対向して前記コイルスプリング部材を挿入するための挿入部を形成する固定型、移動型及びコアピンを有し、前記コアピンは、前記挿入部に移動可能であって、前記軸受部材用キャビティに向かって押圧力を作用させる加圧手段によって移動することを特徴とするインサート成形用金型。
  5. 前記コアピンは、前記コイルスプリング部材を所定量圧縮するための段差部を有することを特徴とする請求項４に記載のインサート成形用金型。
  6. 前記挿入部には、前記固定型または移動型の少なくとも一方に設けられ、前記移動型の型締め方向に弾性的に移動可能に支持された保持駒を有することを特徴とする請求項４に記載のインサート成形用金型。
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