JP4124112B2 - インサート成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、インサート成形方法に関するものであり、特に多孔質体をインサート部品とするインサート成形に好適なインサート成形方法に関するものである。

一般に、型締め状態で金型面間にキャビティが形成される射出成形用金型装置は、キャビティ内に溶融樹脂を射出して所定形状の射出成形品を製造するために用いられるものであるが、近年では、このような射出成形用金型装置を用いて、例えば金属からなる薄板状をなす多孔質体と、この多孔質体の外周縁部から多孔質体の面方向に延びる樹脂部とが一体となった複合多孔質体を製造したいという要望がある。
つまり、キャビティにインサート部品としての多孔質体をインサートし、この多孔質体に連なるように溶融樹脂を射出するインサート成形を行うことにより、前記複合多孔質体であるインサート成形品を製造したいという要望がある（例えば特許文献１参照）。
特開２００３−１２７１９０号公報

しかしながら、要望される複合多孔質体は厚さが薄いシート状とされ、さらに多孔質体は三次元網目構造を有しているので、この多孔質体は強度が低く、したがって、前記従来のインサート成形では、キャビティにおける溶融樹脂の射出圧により多孔質体が容易に変形するなどして高精度な複合多孔質体を製造することが困難であるという問題があった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、インサート成形品としての複合多孔質体を高精度に製造することができるインサート成形方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、型締め状態で金型面間に形成されるキャビティにインサート部品としての多孔質体をインサートし、この多孔質体に連なるように溶融樹脂を射出するインサート成形を行うことにより、多孔質体と樹脂部とが一体に形成されてなる複合多孔質体を製造するインサート成形方法であって、型締めにより、前記金型面に配置された前記多孔質体をこれらの金型面によって型開閉方向に圧縮して固定するとともに、前記キャビティを形成する型締め工程と、該型締め工程の後に、前記キャビティに溶融樹脂を射出する射出工程と、該射出工程の後に、前記多孔質体または／および前記溶融樹脂を型開閉方向に圧縮する圧縮工程とを有し、前記圧縮工程は、前記多孔質体を型締め方向に塑性変形させ気孔率を調整することを特徴とする。

この発明に係るインサート成形方法によれば、射出工程の後に前記圧縮工程を経て複合多孔質体を製造するので、多孔質体に反りや変形が生ずることを最小限に抑制することができる。すなわち、以下の作用を奏することになる。
まず、前記圧縮工程で溶融樹脂を圧縮することにより、溶融樹脂をキャビティの全域に均等な密度で行き渡らせることが可能になり、これにより、溶融樹脂の硬化収縮挙動をキャビティ内の全域で均等にすることができる。したがって、溶融樹脂の硬化収縮挙動により、多孔質体の外周縁部のうち溶融樹脂の位置する部分に作用する負荷の均等化を図ることが可能になり、製造される複合多孔質体に反りが発生することを抑制することができる。

次に、前記圧縮工程で多孔質体を圧縮することにより、多孔質体を型締め方向に塑性変形させることが可能になり、したがって、前記射出工程時までは、製造する複合多孔質体を構成する多孔質体の気孔率および厚さより、インサートする多孔質体の気孔率および厚さを大きくしておき、射出工程後に多孔質体を型締め方向に塑性変形させて、前記複合多孔質体の気孔率および厚さにすることが可能になる。これにより、前記射出工程時に溶融樹脂が射出されるキャビティ内における流路断面積を大きくしておくことができるので、溶融樹脂の射出圧を低く設定してもキャビティの全域に均等な密度で溶融樹脂を行き渡らせることが可能になる。したがって、この射出圧の低下により、多孔質体の変形発生を抑制することができるとともに、多孔質体が金型面の表面に沿った方向に位置ずれすることを抑制することができる。

本発明に係るインサート成形方法によれば、インサート成形品としての複合多孔質体を高精度に製造することができる。

以下、本発明の一実施形態について、図を参照して説明するが、まず、このインサート成形用金型装置によって製造するインサート成形品である複合多孔質体を、図５を参照しながら説明する。
この複合多孔質体１０は、例えば金属からなる薄板状をなす多孔質体１１と、この多孔質体１１のそれぞれの外周縁部から多孔質体１１の面方向に延びる樹脂部１２とが一体に形成されたものであり、全体として矩形薄板状をなしている。

多孔質体１１は、三次元網目構造を有する矩形薄板状をなし、側部に開口する気孔が各方向に連通していることにより、通気性・吸水性を備え、軽量で表面積が大きいという特性を有している。

一方、樹脂部１２は、多孔質体１１と略同じ厚さを有する枠形薄板状をなし、図５（ｂ）に示すように、多孔質体１１の外周縁部に対して段差なく連ねられている。
なお、多孔質体１１と樹脂部１２とが一体になった矩形薄板状をなす複合多孔質体１０は、その樹脂部１２が固定あるいは狭持されるなどして各種装置に取り付けられることにより、例えば、フィルタ・ガス拡散部材・放熱部材・吸水部材などに用いられる。また、多孔質体１１は、これを用いて製造する複合多孔質体１０に要求される特性に応じて適宜選択されるものであり、金属不織布であってもよく、また金属製に限らず、結晶性の黒鉛や、結晶性でない無定形炭素を含むものとしての炭素質であってもよい。

ここで、金属製の多孔質体１１を製造する方法としては、金属粉末を含むスラリーを薄く成形して乾燥させることによってグリーンシートを得た後、このグリーンシートを焼成する方法がある。
図４に、ドクターブレード法によってスラリーを薄く成形するためのグリーンシート製造装置を示す。

スラリーＳは、例えばＳＵＳ３１６Ｌ等の金属粉末、有機バインダ（メチルセルロース）、溶媒（水）を混合したものであり、必要に応じて、加熱処理により気化する発泡剤（ヘキサン）や消泡剤（エタノール）等が添加される。
グリーンシート製造装置３０において、まず、スラリーＳが貯蔵されたホッパ３１から、ローラ３２によって搬送されるキャリアシート３３上にスラリーＳが供給されると、キャリアシート３３上のスラリーＳが、移動するキャリアシート３３とドクターブレード３４との間で延ばされ、所定の厚さに成形される。

成形されたスラリーＳは、さらにキャリアシート３３によって搬送され、加熱炉３５を通過するとともに、この加熱炉３５中で乾燥されることにより、ＳＵＳ３１６Ｌ粉末が有機バインダによって接合された状態のグリーンシートＧが形成される。なお、スラリーＳに発泡剤が含まれる場合、キャリアシート３３上に延ばされた状態のスラリーＳを、乾燥前に、高湿度雰囲気下にて加熱処理し、発泡剤を発泡させて発泡スラリーとしてから、乾燥処理を行ってグリーンシートＧを形成する。
最後に、このグリーンシートＧは、キャリアシート３３から取り外された後、図示しない真空炉にて脱脂・焼成されることにより、有機バインダが取り除かれ、金属粉末同士が焼結した多孔質体１１となる。

このようにして得られた多孔質体１１は、図１から図３に示すようなインサート成形用金型装置１を用いたインサート成形において、インサート部品としてキャビティ２にインサートされ、キャビティ２に溶融樹脂が射出されることにより、図５に示すような複合多孔質体１０が製造される。

このインサート成形用金型装置１は、図１から図３に示すように、固定金型３及び可動金型４からなり、互いの金型面３ａ，４ｂが対向するように配設されるとともに、可動金型４が固定金型３に対して進退可能に支持された構成の一対の金型と、金型面３ａ，４ｂの表面に沿った方向に多孔質体１１を位置決めする位置決め手段８とを備える概略構成とされている。そして、図２，図３に示すように、可動金型４が固定金型３に向かって前進し型締め状態になると、金型面３ａ，４ｂの間に複合多孔質体１０をインサート成形するためのキャビティ２が形成されるようになっている。

位置決め手段８は、４本のピン部材と、これらのピン部材を固定金型面３ａに対して出没可能に支持する例えば油圧，空圧シリンダーからなる図示しない駆動部と、これら４本のピン部材と駆動部との間に配設された例えばスプリングやゴムなどからなる図示しない弾性部材とを備えている。

以上のように構成された位置決め手段８により、多孔質体１１は次の２つの方法によって金型面３ａ，４ｂの表面に沿った方向に位置決めされることになる。
まず、１つ目は、前記駆動部によりピン部材を可動金型面４ｂに進出移動した後に、多孔質体１１をピン部材の内側に位置する可動金型面４ｂ上に配置する。これにより、多孔質体１１の外周縁部が４本のピン部材のうち少なくとも一つに接することによって、図１に示すように、多孔質体１１が金型面３ａ，４ｂの表面に沿った方向に位置決めされる。
次に、２つ目は、多孔質体１１を可動金型面４ｂ上に配置した後に、前記駆動部によりピン部材を可動金型面４ｂに進出移動する。この際、４本のピン部材のうち少なくとも一つが多孔質体１１の外周縁部に接することにより、図１に示すように、多孔質体１１の前記位置決めがなされる。

可動金型４は、図示しない第１の進退駆動部により固定金型３に対して進退可能に支持された可動金型本体４ｃと、この可動金型本体４ｃに穿設された孔内に、この内周面と摺接しながら固定金型３に向かって進退可能に支持された圧縮金型４ａとを備え、この圧縮金型４ａは第２の進退駆動部により支持された構成となっている。すなわち、前記第１の進退駆動部により、可動金型本体４ｃおよび圧縮金型４ａは一体となって固定金型３に対して進退移動し、前記第２の進退駆動部により、圧縮金型４ａのみが固定金型３に対して進退移動するようになっている。また、圧縮金型４ａのうち、固定金型面３ａと対向する表面が可動金型４の金型面４ｂとされている。

以上のように構成されたインサート成形用金型装置１により、図６に示す複合多孔質体１０を製造する方法について説明する。
まず、多孔質体１１を可動金型面４ｂ上に前述したように位置決め状態で配置する（図１参照）。

そして、この位置決め状態、すなわちピン部材のうち少なくとも一つを多孔質体１１の外周縁部に接触させた状態で、前記第１の進退駆動部により可動金型本体４ｃおよび圧縮金型４ａを一体として固定金型３に向かって前進移動させ型締めし、金型面３ａ，４ｂにより多孔質体１１を型開閉方向に圧縮して固定するとともに、キャビティ２を形成する（図２参照）。ここで、この型締めの過程において、位置決め手段８のピン部材先端面が固定金型面３ａに当接した後は、可動金型４の前進移動に従って、徐々に前記弾性部材が縮小されることにより、前記ピン部材の可動金型面４ｂからの突出長さが短くなる。

その後、位置決め手段８の４本のピン部材を、これらのピン部材の先端面が可動金型面４ｂと面一になるまで後退移動した後に、または、後退移動しながら、図３に示すように、ランナ５からゲート６を通じて射出した溶融樹脂７をキャビティ２内に充填する（射出工程）。なお、前記ピン部材を後退させながら溶融樹脂７をキャビティ２内に充填する方法では、この充填完了時には、前記ピン部材の先端面と可動金型面４ｂの表面とは面一となっている。

そして、溶融樹脂７のキャビティ２内への充填が完了した後、溶融樹脂７が硬化して図５に示す樹脂部１２になる前に、可動金型４が有する前記第２の進退駆動部により、圧縮金型４ａを図３の二点鎖線に示すように固定金型３に向かって前進移動させる（圧縮工程）。この際、位置決め手段８の４本のピン部材も、圧縮金型４ａの前進移動に伴って移動することにより、圧縮工程時における、可動金型面４ｂとピン部材の先端面との面一状態は維持される。
この圧縮金型４ａの前進移動量は、製造する複合多孔質体１０の厚さおよび気孔率、多孔質体１１の厚さおよび気孔率、溶融樹脂７の材質などに基づいて設定する。すなわち、インサートする多孔質体１１の厚さおよび気孔率を、インサート成形により製造する複合多孔質体１０の厚さおよび気孔率より大きくしておき、これらのうち厚さの差分だけ圧縮金型４ａを固定金型３に向かって前進移動させる。ただし、この圧縮金型４ａの移動量は、溶融樹脂７がキャビティ２の全域に均等な密度で行き渡り、かつ多孔質体１１が型締め方向に塑性変形し、さらに、多孔質体１１の気孔率が複合多孔質体１０の気孔率と同等になるような移動量に設定する。

なお、この際、多孔質体１１は前述したように三次元網目構造を有しているので、圧縮金型４ａにより圧縮変形しても、面方向に広がることはなく略厚さ方向にのみ変形するので、複合多孔質体を高精度に製造できる。また、製造する複合多孔質体１０を構成する多孔質体１１の気孔率を、多孔質体１１の製造時に予め設定しておくのではなく、射出成形後に設定するので、例えば、高めの気孔率とされた多孔質体を大量に製造しておき、複合多孔質体１０に関して需要者からの要求仕様に応じて適宜気孔率を調整する製造方法を実現することが可能になり、結果として、製造コストの低減を図ることができる。さらに、前記圧縮変形により複合多孔質体１０の平坦度も向上する。

次に、圧縮金型４ａを前述の状態で所定時間保持し、溶融樹脂７を硬化させて樹脂部１２とすることにより、多孔質体１１と樹脂部１２とが段差なく連なり一体になったインサート成形品である複合多孔質体１０が形成される。
その後、前記第１の進退駆動部により圧縮金型４ａおよび可動金型本体４ｃを固定金型３から離間するように後退移動させるとともに、前記第２の進退駆動部により圧縮金型４ａを固定金型３に向かって前進移動させ、さらに、位置決め手段８のピン部材を可動金型面４ｂから突出するように、この手段８が有する前記駆動部により再度前進移動させる。以上により、複合多孔質体１０が可動金型面４ａから良好に引離されてインサート成形用金型装置１から取除かれる。

以上により製造された複合多孔質体１０は、溶融樹脂７をキャビティ２に射出した後、さらに圧縮金型４ａにより圧縮されることにより、溶融樹脂７は多孔質体１１の側部に開口する気孔内に５μｍ〜１０００μｍ程度の深さまで含浸して硬化することなり、これにより、多孔質体１１と樹脂部１２とはアンカー効果で強固に接合されることになる。例えば、樹脂部１２の材料にポリプロピレンを用いた場合、成形温度１８０℃、８０ｋＮで型締めし、成形圧２５０ｋｇ／ｃｍ^２で射出成形し、圧縮金型４ａにより８０ｋＮで２秒保持すると、このような複合多孔質体１０が得られる。

以上説明したように、本実施形態によるインサート成形方法によれば、射出工程の後に前記圧縮工程を経て複合多孔質体１０を製造するので、多孔質体１１に反りや変形が生ずることを最小限に抑制することができる。すなわち、以下の作用を奏することになる。
まず、前記圧縮工程で溶融樹脂７を圧縮することにより、溶融樹脂７をキャビティ２の全域に均等な密度で行き渡らせることが可能になり、これにより、溶融樹脂７の硬化収縮挙動をキャビティ２内の全域で均等にすることができる。したがって、溶融樹脂７の硬化収縮挙動により、多孔質体１１の外周縁部が受ける負荷の均等化を図ることが可能になり、製造される複合多孔質体に反りが発生することを抑制することができる。

次に、前記圧縮工程で多孔質体１１を圧縮することにより、多孔質体１１を型締め方向に塑性変形させることが可能になり、したがって、前記射出工程時までは、製造する複合多孔質体１０を構成する多孔質体１１の気孔率および厚さより、インサートする多孔質体１１の気孔率および厚さを大きくしておき、射出工程後に多孔質体１１を型締め方向に塑性変形させて、複合多孔質体１０の気孔率および厚さにすることが可能になる。これにより、前記射出工程時に溶融樹脂７が射出されるキャビティ２内における流路断面積を大きくしておくことができるので、溶融樹脂７の射出圧を低く設定してもキャビティ２の全域に溶融樹脂を均等な密度で行き渡らせることが可能になる。したがって、この射出圧の低下により、多孔質体１１の変形発生を抑制することができるとともに、多孔質体１１が金型面３ａ，４ｂの表面に沿った方向に位置ずれすることを抑制することができる。
以上により、複合多孔質体１０を高精度に製造することができる。

なお、多孔質体１１については、前述したように、これを用いて製造する複合多孔質体１０に求められる特性に応じて適宜選択されるものであるが、多孔質体１１の気孔径や気孔率が小さすぎると、溶融樹脂７が気孔中に適度に入り込めなくなってアンカー効果が不十分となり、樹脂部１２との接合強度が十分に得られないおそれがある。
逆に、多孔質体１１の気孔径や気孔率が大きすぎても、多孔質体１１自体の強度が不足して、樹脂成形圧及び樹脂硬化時の圧縮に耐えられなくなって変形の生じるおそれや、溶融樹脂７が多孔質体１１の気孔内の奥深くまで浸透しすぎてしまって、所望の形状を維持することができなくなるおそれがある。
それゆえ、多孔質体１１については、気孔径が１０μｍ〜２ｍｍ程度、気孔率が４０〜９８％程度に設定されていることが好ましい。

一方、樹脂部１２についても、これを用いて製造する複合多孔質体１０に求められる特性に応じて耐熱温度や硬度等が考慮されつつ適宜選択されるものであって、熱可塑性樹脂、エラストマー（ゴムを含む）など、射出成形可能な材質であればよい。
また、この樹脂部１２は、図５（ｂ）に示すように平坦であってもよいが、ねじ挿通孔用の穴や、装置に対する嵌合用の溝形状、強度向上のためのリブ形状、ボスなどを樹脂成形時に設けておいてもよい。
さらに、前記実施形態では、複合多孔質体１０として、図５（ｂ）に示すように、樹脂部１２の厚さを多孔質体１１の厚さと略同一にして、この樹脂部１２を多孔質体１１の外周縁部に対して段差なく連ねた構成を示したが、この段差を有する構成であってもよい。例えば、樹脂部１２の厚さを多孔質体１１の厚さより約０．０１ｍｍ薄くし、多孔質体１１の外周縁部に対して段差を付けて連ねた構成であってもよい。
さらにまた、樹脂部１２は、図５（ａ）に示すように、多孔質体１１の外周縁部すべてに連なる必要はなく、必要に応じて部分的に連なっていてもよい。
また、前記実施形態においては、位置決め手段８のうち多孔質体１１の縁部に接する構成としてピン部材を採用したが、これに限らず、例えば内面の少なくとも一部が多孔質体１１の外周縁部に接するような枠体であってもよい。
さらに、ピン部材として、図１（ｂ）に示すように、断面視が円形状の構成を採用したが、これに限らず、例えば矩形状でも、楕円形状などであってもよい。

また、前記実施形態においては、位置決め手段８および圧縮金型４ａを可動金型４に配設した構成を示したが、固定金型３に配設してもよいし、これらのうちの一方を可動金型４に他方を固定金型３に配設するようにしてもよい。このような構成においても、前記実施形態と同様に、複合多孔質体１０を高精度に製造することができる。
さらに、前記実施形態においては、圧縮金型４ａにより複合多孔質体１０の全面、すなわち多孔質体１１および溶融樹脂７（樹脂部１２）を圧縮した方法を示したが、多孔質体１１または溶融樹脂７（樹脂部１２）のいずれか一方を圧縮してもよい。

インサート成形品としての複合多孔質体を高精度に、かつ低コストで製造することができるインサート成形方法を提供する。

（ａ）は本発明の第一実施形態として示したインサート成形方法の第１工程を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示すインサート成形用金型装置の一部を示す断面平面図である。 本発明の第一実施形態として示したインサート成形方法の第２工程を示す図である。 本発明の第一実施形態として示したインサート成形方法の第３工程を示す図である。 多孔質体を製造する方法の一例を示す模式図である。 （ａ）は複合多孔質体の平面図、（ｂ）は複合多孔質体の断面側面図である。

符号の説明

１ インサート成形用金型装置
２ キャビティ
３ 固定金型
３ａ 固定金型面
４ 可動金型
４ａ 圧縮金型
４ｂ 可動金型面
７ 溶融樹脂
８ 位置決め手段
１０ 複合多孔質体
１１ 多孔質体
１２ 樹脂部

Claims (1)

1. 型締め状態で金型面間に形成されるキャビティにインサート部品としての多孔質体をインサートし、この多孔質体に連なるように溶融樹脂を射出するインサート成形を行うことにより、多孔質体と樹脂部とが一体に形成されてなる複合多孔質体を製造するインサート成形方法であって、
   型締めにより、前記金型面に配置された前記多孔質体をこれらの金型面によって型開閉方向に圧縮して固定するとともに、前記キャビティを形成する型締め工程と、
   該型締め工程の後に、前記キャビティに溶融樹脂を射出する射出工程と、
   該射出工程の後に、前記多孔質体または／および前記溶融樹脂を型開閉方向に圧縮する圧縮工程とを有し、
   前記圧縮工程は、前記多孔質体を型締め方向に塑性変形させ気孔率を調整することを特徴とするインサート成形方法。

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