JP4458545B2 - インサート射出成形品の製造方法 - Google Patents
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Description
例えば、以下の特許文献1には、複数個の突極と該突極を円筒状に支持する支持部とから成るステーターコア構成部材をインサート部材とし、その表面にポリエステル樹脂から成るポリマー成形部(被覆部)が一体成形されて成るハーメチックモーター用ステーターコアを射出成形によって製造する方法が記載されている。
即ち、インサート部材の表面に例えば厚さ1mm以下のような薄肉部分を形成する場合、型内(キャビティ内)に射出された溶融ポリマー成形材料が当該薄肉部分に対応するキャビティ部に十分に充填される前に固化してしまい、結果的に成形材料の未充填部位(即ち所望するポリマー成形部が形成されないショート部位)が生じる虞があった。
そこで本発明は、かかる比較的複雑な形状のインサート射出成形品を製造する際の従来の課題を解決するべく創出されたものであり、その目的とするところは、薄肉部分におけるポリマー成形材料の未充填を防止し、所望する形状のポリマー成形部(被覆部)がインサート部材の表面に一体に形成されたインサート射出成形品及びその製造方法を提供することである。また、そのような製造方法に好適に使用される射出成形装置を提供することを他の目的とする。
即ち、請求項1の発明は、金属製リングから成る環状インサート部材であって内周側に複数の突出部と該突出部に挟まれた内周部分を有するインサート部材と、該インサート部材の少なくとも一部の外表面を被覆するポリマー成形部とが一体化して成るインサート射出成形品の製造方法である。
本製造方法は、(1).雄型と雌型とから成る開閉可能な射出成形型のキャビティ内の所定位置に前記インサート部材を配置する工程を包含する。
また、本製造方法は、(2).前記射出成形型を閉じて、前記キャビティにおける成形型面と前記インサート部材の外表面との間又は前記キャビティにおける雄型の成形型面と雌型の成形型面との間の寸法が大きい厚肉成形キャビティ部と、該厚肉成形キャビティ部よりも前記寸法が小さい薄肉成形キャビティ部とを、前記射出成形型内に射出されたポリマー成形材料が流通可能に相互に連通した状態で形成する工程を包含する。ここで前記薄肉成形キャビティ部は、前記雄型の成形型面又は前記雌型の成形型面の少なくとも一方と前記インサート部材の突出部又は内周部分の少なくとも一方とによって形成され、且つ、前記厚肉成形キャビティ部の前記寸法よりも、前記雄型の成形型面又は雌型の成形型面の少なくとも一方と前記インサート部材の突出部又は内周部分の少なくとも一方との間の寸法が小さくなるように形成される。
好ましくは、厚肉成形キャビティ部と薄肉成形キャビティ部との間の連通部分は前記寸法が厚肉成形キャビティ部よりも小さく且つ薄肉成形キャビティ部よりも大きい接続成形キャビティ部を構成している。
さらにまた、本製造方法は、(3).前記厚肉成形キャビティ部を構成する成形型面に設けられた射出ゲートから該厚肉成形キャビティ部内に加熱されて流動可能な液状の熱可塑性ポリマーを主体とするポリマー成形材料を射出する工程を包含する。ここで該射出工程は、前記射出ゲート部分において前記ポリマー成形材料が剪断熱を発生させながら加熱されることにより該ゲートから射出される際には射出前よりも低い粘度且つ高い流動性が実現され、前記厚肉成形キャビティ部内に射出された該ポリマー成形材料は先ず前記厚肉成形キャビティ部及びその近傍に充填されるとともに内部で液状を保ちつつ成形型面又はインサート部材と接触した部分で固化されていき、前記射出ゲートから引き続き射出されてきた前記ポリマー成形材料によって前記内部の液状ポリマー成形材料が前記厚肉成形キャビティ部から薄肉成形キャビティ部に流動していき該薄肉成形キャビティ部が該流動してきたポリマー成形材料によって充填されるように行われる。
さらにまた、本製造方法は、(4).前記充填されたポリマー成形材料を固化させることにより、前記厚肉成形キャビティ部において形成された厚肉部分と、前記薄肉成形キャビティ部でインサート部材の少なくとも一部の外表面を被覆すると共に該インサート部材と一体化された薄肉部分とを有するポリマー成形部を成形する工程を包含する。
かかる射出によって厚肉成形キャビティ部内に、十分に加熱された低粘度且つ高流動性の液状ポリマー成形材料を充填することができる。このとき、厚肉成形キャビティ部の壁面或いはインサート部材の表面に近接する領域に充填されたポリマー成形材料が先ず固化する一方、厚肉成形キャビティ部の内部(典型的には厚肉成形キャビティ部の中央付近)に供給された成形材料は流動可能な液状を依然保っていることができる。而して、かかる射出を継続することにより、前記射出ゲートから更に射出された液状ポリマー成形材料の圧によって押し出されるようにして前記内部の液状を保っている加熱状態のポリマー成形材料が滞留することなく連通部分(典型的には前記接続成形キャビティ部)を通って薄肉成形キャビティ部に移動していき、該薄肉成形キャビティ部内を充填することができる。
このため、請求項1に記載の本発明のインサート射出成形品製造方法によると、従来のように薄肉成形キャビティ部の型壁面に多数の射出ゲートを直接設けることなく、溶融状態(液状)のポリマー成形材料を滞ることなく安定的に厚肉成形キャビティ部から薄肉成形キャビティ部に隙間無く補給することができる。従って、複雑な形状のインサート部材の表面を被覆するポリマー成形部の薄肉部分にショートが発生するのを防止し、所望する良好な形状のインサート射出成形品を製造することができる。
かかる構成の請求項2のインサート射出成形品製造方法では、インサート部材の局部的な過熱を防止することができる。このため、請求項2のインサート射出成形品製造方法によると、請求項1の製造方法の奏する効果に加えて、インサート部材の高い形状安定性を実現し得るという効果が得られる。
かかる構成の請求項3のインサート射出成形品製造方法では、射出された液状ポリマー成形材料の一部が薄肉成形キャビティ部に直接導入されることを防止することができる。このため、請求項3のインサート射出成形品製造方法によると、請求項2の製造方法の奏する効果に加えて、より安定的に薄肉成形キャビティ部をポリマー成形材料によって未充填部を生じさせずに充填し得るという効果が得られる。
かかる構成の請求項4のインサート射出成形品製造方法では、溶融状態の熱可塑性ポリマー成形材料の主成分が結晶性熱可塑性樹脂材料である。かかる樹脂は加熱・溶融状態における粘度が非晶性熱可塑性樹脂の粘度よりも低い。このため、請求項4のインサート射出成形品製造方法によると、請求項1〜3のいずれかの製造方法の奏する効果に加えて、薄肉成形キャビティ部に供給する溶融ポリマー成形材料の流動性をより向上させ得るという効果が得られる。
かかる構成の請求項5のインサート射出成形品製造方法によると、請求項4の奏する効果に加えて、容易に入手可能であるという効果が得られる。
かかる構成の請求項6のインサート射出成形品製造方法では、前記耐熱性のある粉末状又は繊維状物質の存在によってポリマー成形材料の流動抵抗が高まり、結果、射出ゲートを通過する際に高い剪断熱を発生させ得る。このため、請求項6のインサート射出成形品製造方法によると、請求項1〜5のいずれかの製造方法の奏する効果に加えて、高い剪断熱によって低粘度且つ高流動性が実現された液状ポリマー成形材料を厚肉成形キャビティ部内に容易に射出し得るという効果が得られる。
かかる構成の請求項7のインサート射出成形品製造方法によると、請求項6の製造方法の奏する効果に加えて、ポリマー成形部に無機物(例えばガラス繊維)が含有されることによって、製造されたインサート射出成形品の物理的強度を向上させ得るという効果が得られる。
かかる構成の請求項8のインサート射出成形品製造方法では、前記直径範囲の小孔からなるピンゲートを採用することにより、適切な射出圧力をかけることによって効果的に剪断熱を発生させることができる。このため、請求項8のインサート射出成形品製造方法によると、請求項1〜7のいずれかの製造方法の奏する効果に加えて、高い剪断熱によって低粘度且つ高流動性が実現された液状ポリマー成形材料を厚肉成形キャビティ部内に、より効率良く射出し得るという効果が得られる。
なお、本明細書において便宜上呼称する「雄型」及び「雌型」とは、内部に所望するキャビティを形成し得る射出成形型を構成する一対の型構成部材をいう用語であり、特に形状によって限定するのものではない。一般的には、固定側の型板(キャビティプレート)を含むものを雌型、可動側の型板(コアプレート)を含むものを雄型というがこの態様に限定されない。
小さなサイズで且つ形状が複雑な成形品を製造する場合には、いわゆるピンゲートが好ましい。孔の直径が3mm以下(例えば0.2〜2mm、より好ましくは0.6〜1.2mm)の小孔から成るピンゲートが好適である。ゲートの直径がそれよりも大きすぎると剪断熱或いは摩擦熱の発生が少なくなるため好ましくなく、逆にゲートの直径がそれよりも小さすぎるとゲートを通過する際の成形材料の流動抵抗が大きくなりすぎるので好ましくない。厚肉成形キャビティ部に設けるゲートの数は、製造するインサート射出成形品の形状・サイズによって異なるため特に限定されないが、小孔の径が同等のピンゲートを複数(例えば2〜3箇所)設けることが好ましい。
なお、インサート部材の材質に応じてポリマー成形材料の主成分たる熱可塑性ポリマー成分を適宜選択する(或いはその逆にインサート部材の材質を選択する)ことによって、一体性(剥離強度等)に優れる複合製品たるインサート射出成形品を製造することができる。
かかる結晶性ポリマーの好適例としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等の汎用樹脂、ポリアミド(PA)、ポリアセタール(POM)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリメチルペンテン(TPX)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリテトラフロロエチレン(PTFE)等のエンジニアリング樹脂が挙げられる。特に、溶融状態で樹脂粘度が低く保たれ良好な流動性が得られるPP、POM、PA、PBT、PPS、PEEK等が好ましい。
また、環境に対する配慮からは塩素等のハロゲンを含まない樹脂が好ましく、リサイクル性等の観点からはPPのようなオレフィン系樹脂が好ましい。例えばハードセグメントがオレフィン系樹脂であるオレフィン系熱可塑性エラストマー(TPO)が好ましい。
特に、セラミック、鉱物等の無機物から成る粉状又は繊維状の充填材が高い耐熱性を有し且つ成形品の物理的強度を向上させ得る観点から好ましい。例えば、粒径が1μm〜50μmのセラミック粉、鉱物粉(タルク等)、ガラスビーズ等が特に好ましい。また、繊維状無機充填材としては、直径が0.1〜50μm程度のガラスファイバー、ボロンファイバー、炭化ケイ素ファイバー、カーボンナノチューブ等が特に好ましい。
また、ポリマー成形材料には、上記のような充填材の他に、種々の補助成分を含有させることができる。例えば、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、着色剤、難燃剤等が挙げられる。
なお、種々の成分を配合したポリマー成形材料は、従来公知の種々の方法によって所望する形態に調製することができる。例えば、所定の比率で熱可塑性ポリマーと粉末状又は繊維状充填材とを配合したものを混練・押出機にて均一に混練し、ストランドに押出した後にペレット形状に造粒することができる。こうして得られたペレットを必要に応じた量で射出成形機に供給すればよい。
ここで開示されるインサート射出成形品製造方法は、インサート部材の表面の一部にそのような厚肉成形部分と薄肉成形部分とが連続して形成される成形品の製造方法である。好ましくは、厚肉成形部分と薄肉成形部分との間に肉厚がこれらの中間程度である接続ポリマー成形部分(上記連通部分に相当するポリマー成形部分)が形成される。
具体例を挙げれば、例えばポリマー成分がPBTである場合に、直径が0.6mmのピンゲートから3m/分程度の射出速度(流量)及び130MPa程度の射出圧力で厚肉成形キャビティ部内に成形材料を射出することによって、剪断熱で加熱され低い粘度且つ高い流動性が実現された成形材料を型内に供給することができる。
図1及び図2には、本実施形態に係る製造方法によって得られるインサート射出成形品10の形状を示しており、具体的には回転角度センサに用いられるレゾルバー10である。即ち、図1及び図2に示すように、この射出成形品は、インサート部材に相当する金属製リングが積層されて成る環状ステータコア12を備える。この環状ステータコアの内周側には、等間隔に形成された磁極歯に相当する複数の突出部(本実施形態では10箇所)12Aが形成されている。
かかる被覆部分26,24は、さらに、内周側突出部12Aの先端露出部においてステータコア本体12の環に対して上下方向に張り出した薄肉舌片部24(以下、便宜的に上下方向にそれぞれ張り出した部分を第1薄肉舌片部24A及び第2薄肉舌片部24Bと呼ぶ。)と、当該薄肉舌片部24と環状部22との間の内周側突出部12A側面に形成された薄肉側面部26とに分けられる。
また、環状部22は、詳しくは、ステータコア本体12の環に対して上下方向(図面上)に張り出した凸壁部22Aと、内周側突出部(磁極歯)12Aに挟まれた内周部分を被覆する内周壁部22Bとから構成される。
これらポリマー成形部のうち、方形部(端子取付部)30が本発明に係る厚肉部分に相当し、薄肉舌片部24(24A,24B)、内周壁部22B、及び薄肉側面部26が典型的な薄肉部分に相当する。また、環状部22の一部34がこれら薄肉部分と厚肉部分とを接続する部分に相当する。
なお、上述した構成のレゾルバー10の機能自体は、従来の回転角度センサに使用されているものと同様であり、本発明には直接関係がないためこれ以上の説明は省略する。
図3及び図4に示すように、本実施形態に係る射出成形型50は、インサート部材であるステータコア12と金属端子15が配置される固定式の下型(雌型)72と、当該下型72との型閉じによって型内に所定のキャビティを形成する可動式の上型(雄型)62とから構成される。
図4に示すように、下型72の本体は、受け板58に載置される。受け板58と取付板56との間にはスペーサブロック57に囲まれた空間があり、その空間には第1突出板51及び第2突出板52が形成され、突出ロッド55によって昇降可能に形成されている。かかる第1突出板51には、下型72の本体を貫通して後述するキャビティに達する幾つかの突出ピン54A,54B,54Cが設けられている。これにより、射出成形完了後、突出ロッド55が上方に移動して第1及び第2突出板51,52が押し上げられると同時に突出ピン54A,54B,54Cの先端がキャビティ内に突出することにより、当該キャビティ内に形成された射出成形品をキャビティから押し出すことができる。なお、このような構成は従来のものと同様であり、詳細な説明は省略する。
本実施形態においては、かかるピンゲート68(ゲートに連結するスプルー65及びランナー66A,66Bを含む)が二つ設けられており、その具体的な射出位置は、図1及び図3に符号100,101で示している。
なお、本実施形態において射出されるポリマー成形材料は、PBTを主体に構成された成形材料であり、副成分(充填材)として無機質のガラス繊維を全体の30質量%含む成形材料である。
即ち、本実施形態に係る厚肉成形キャビティ部に相当する方形部成形キャビティ部130が形成される。また、本実施形態に係る薄肉成形キャビティ部に相当する第1薄肉舌片部成形キャビティ部124A、第2薄肉舌片部成形キャビティ部124B、薄肉側面部成形キャビティ部126及び内周壁部成形キャビティ部122Bが形成される。さらにまた、上記薄肉成形キャビティ部と厚肉成形キャビティ部とを連通する部分(即ち接続成形キャビティ部)に相当する環状部22の一部を成形するキャビティ部134及び凸壁部成形キャビティ部122Aが形成される。これらキャビティ部に上記組成の溶融ポリマー成形材料を射出することによってインサート部材(ステータコア12及び金属端子15)の表面を被覆するポリマー成形部20が形成される。
特に限定するものではないが、本実施形態においては、約260℃に加熱されたポリマー成形材料をゲート68に供給し、剪断熱によってさらに約280℃程度にまで加熱された成形材料を厚肉成形キャビティ部130内に射出することができる。
そして、上述した各工程を繰り返し行うことによって、所望する形状のインサート射出成形品(レゾルバー)10を多数製造することができることは、従来の射出成形法と同様である。
例えば、上記実施形態として例示したインサート射出成形品はレゾルバーであるが、これに限定されず、ポリマー成形部として厚肉部分とそれに連通する薄肉部分とを備える種々のインサート射出成形品の製造に本発明を適用することができる。
12 インサート部材(ステータコア)
15 金属端子
20 ポリマー成形部(樹脂被覆部)
22 環状部
22A 凸壁部
22B 内周壁部
24 薄肉舌片部
24A 第1薄肉舌片部
24B 第2薄肉舌片部
26 薄肉側面部
29 壁部外周舌片部
30 方形部(端子取付部)
34 接続部分
50 成形型
62 上型(可動型/雄型)
65 スプルー
66A,B ランナー
68 射出ゲート
70 入子型
72 下型(固定型/雌型)
100,101 射出部位
120 キャビティ
122A 凸壁部成形キャビティ部
122B 内周壁部成形キャビティ部
124A 第1薄肉舌片部成形キャビティ部
124B 第2薄肉舌片部成形キャビティ部
126 薄肉側面部成形キャビティ部
130 方形部成形キャビティ部
134 接続部分(接続成形キャビティ部)
Claims (8)
- 金属製リングから成る環状インサート部材であって内周側に複数の突出部と該突出部に挟まれた内周部分を有するインサート部材と、該インサート部材の少なくとも一部の外表面を被覆するポリマー成形部とが一体化して成るインサート射出成形品の製造方法であって、以下の工程:
(1).雄型と雌型とから成る開閉可能な射出成形型のキャビティ内の所定位置に前記インサート部材を配置する工程;
(2).前記射出成形型を閉じて、前記キャビティにおける成形型面と前記インサート部材の外表面との間又は前記キャビティにおける雄型の成形型面と雌型の成形型面との間の寸法が大きい厚肉成形キャビティ部と、該厚肉成形キャビティ部よりも前記寸法が小さい薄肉成形キャビティ部とを、前記射出成形型内に射出されたポリマー成形材料が流通可能に相互に連通した状態で形成する工程、
ここで前記薄肉成形キャビティ部は、前記雄型の成形型面又は前記雌型の成形型面の少なくとも一方と前記インサート部材の突出部又は内周部分の少なくとも一方とによって形成され、且つ、前記厚肉成形キャビティ部の前記寸法よりも、前記雄型の成形型面又は雌型の成形型面の少なくとも一方と前記インサート部材の突出部又は内周部分の少なくとも一方との間の寸法が小さくなるように形成される;
(3).前記厚肉成形キャビティ部を構成する成形型面に設けられた射出ゲートから該厚肉成形キャビティ部内に加熱されて流動可能な液状の熱可塑性ポリマーを主体とするポリマー成形材料を射出する工程、
ここで該射出工程は、前記射出ゲート部分において前記ポリマー成形材料が剪断熱を発生させながら加熱されることにより該ゲートから射出される際には射出前よりも低い粘度且つ高い流動性が実現され、前記厚肉成形キャビティ部内に射出された該ポリマー成形材料は先ず前記厚肉成形キャビティ部及びその近傍に充填されるとともに内部で液状を保ちつつ成形型面又はインサート部材と接触した部分で固化されていき、前記射出ゲートから引き続き射出されてきた前記ポリマー成形材料によって前記内部の液状ポリマー成形材料が前記厚肉成形キャビティ部から薄肉成形キャビティ部に流動していき該薄肉成形キャビティ部が該流動してきたポリマー成形材料によって充填されるように行われる;および
(4).前記充填されたポリマー成形材料を固化させることにより、前記厚肉成形キャビティ部において形成された厚肉部分と、前記薄肉成形キャビティ部でインサート部材の少なくとも一部の外表面を被覆すると共に該インサート部材と一体化された薄肉部分とを有するポリマー成形部を成形する工程;
を包含する製造方法。 - 前記ポリマー成形材料を、前記キャビティ内に配置されたインサート部材に直接接触しない方向に射出する、請求項1に記載の製造方法。
- 直接接触しない方向に射出された前記ポリマー成形材料の射出方向を、前記厚肉成形キャビティ部内で前記射出方向とは異なる方向に変更させて前記薄肉成形キャビティ部に流動させる、請求項2に記載の製造方法。
- 前記熱可塑性ポリマー成形材料は、結晶性熱可塑性樹脂材料を主体に構成されている、請求項1〜3のいずれかに記載の製造方法。
- 前記結晶性熱可塑性樹脂材料として、ポリプロピレン、ポリアセタール、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド及びポリエーテルエーテルケトンから成る群から選択される少なくとも1種の樹脂材料を使用する、請求項4に記載の製造方法。
- 前記ポリマー成形材料は、前記キャビティ内に射出された際の温度で溶解しない耐熱性を有する粉末状又は繊維状の物質を含む、請求項1〜5のいずれかに記載の製造方法。
- 前記ポリマー成形材料に含まれる前記物質として、粉末状又は繊維状の無機物を使用する、請求項6に記載の製造方法。
- 孔径が直径0.2mm〜2mmのピンゲートから前記ポリマー成形材料を射出する、請求項1〜7のいずれかに記載の製造方法。
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