JP4549521B2 - インサート成形方法及び金型 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金型内に予めインサート（ワーク）を配設した上で、合成樹脂或いはゴムなどの成形加工を行う（以下、インサート成形と略称する）のに利用される射出成形用金型に関する。
【０００２】
【従来技術】
インサート成形は、予め成形金型内にインサート或いはワークと呼ばれる既成形品を配設した上で合成樹脂などによる射出成形を行い、インサートの上面や周囲などに樹脂成形部分を形成する手法であり、各種の電子部品などの製造において広く利用されている。尚、インサート成形は、各種の樹脂成形法に適用されるものであるが、本発明は、射出成形法に限定される。
【０００３】
金型内に配設するインサートは、既加工済みの樹脂成形部品（板状、棒状、箱状、その他の形状）である場合や、金属、ガラス、陶器、カーボンなどの異種材料による部品である場合がある。
【０００４】
インサートは必ずしも寸法規格が高精度には製造されていないことが多く、例えば、厚み寸法にバラツキのあるようなインサートを金型内に配設して射出成形を行うと、配設したインサートによっては、型締めを行なってもインサートの一部分と上型との接触面に間隙が生じ、その部分に射出した樹脂が流出しバリとなってしまうことがある。
【０００５】
上記の詳細を図面に従って説明する。図６―Ａに示すように、インサート１が平板状の形状であり、加工精度が低く、厚みにｈ１＜ｈ２のような差が生じていたような場合、これを下型２の上面にセットして型締めを行うと、インサート１の上面部分の内で厚みの大きい側（ｈ２の側）が上型３の下面に接触して、厚みの小さい側（ｈ１の側）に隙間が生じることになる。これを別な説明の仕方をすると、インサート１が傾いているために、上型３の側に用意されるキャビティ（凹部）４の周縁下面に隙間が生じることになる。キャビティ４は合成樹脂による成形品となる部分であるので、その下面に隙間が生じている状態でゲート５から合成樹脂の射出を行うと、図６−Ｂに示すように、樹脂成形品６の下端部にバリ７が生じることになる。
【０００６】
殊に、射出成形法では、高い圧力で樹脂が射出されるため、極めて小さな間隙からも樹脂が漏出し、バリが発生し易い。バリの発生を防止するために、低い射出圧力に設定すると、成形品の精度・物性などに支障が生じることになる。
【０００７】
インサート成形において上記のバリの発生を防止しようとする改良は既に幾つか試みられており、例えば、特開平８−２８８３２６号公報などにその成果が示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
インサート成形においてバリの発生の問題は、インサート製品が不良・無駄になるという致命傷ともいうべき欠点となる。また、製造ロスの発生の外、バリ取り作業の必要が生じることなどから製造コストの上昇にも繋がるものであり、解決が要請されている。
【０００９】
前記した特開平８−２８８３２６号公報は、インサートを載置する支持部材の下面側を弾性部材（複数の弦巻バネ）で支持することによって、インサートの厚みのバラツキを吸収してバリの発生を防止することを教えている。然しながら、インサートの寸法バラツキは一定ではなく、実に様々なバラツキがあるため、インサートの支持体に対し均等な力が加わる複数のバネによる支持では、満足な解決策とはなっていない。
【００１０】
また、前述したように、インサートにはプレス加工された金属製のものや合成樹脂製のものに限らず、低い衝撃力で破損し易い陶器製、カーボン製、ガラス製などのものがあり、後者のものでは特に、外形精度にバラツキがある場合、型締めに際して型内に配設したインサートが破壊されるという事態の発生もあり、製造ロスに繋がっている。
【００１１】
本出願人は、上記したインサート破壊の防止、バリ発生の防止、金型の製造、操作、メンテナンスなどの点で優れたインサート成形方法及び金型を、特願２０００−１４９５４７により明らかにした。
【００１２】
上記先行発明に係るインサート成形方法（インサート成形用金型）は、上型と下型とを相対向して配置し、上型側のキャビティにゲートを通して溶融樹脂ないしゴム材料を射出充填することによって、下型側にセットされたインサートに樹脂ないしゴムの射出成形を行うインサート成形方法（インサート成形用金型）において、上記下型の上面に形成された凹部に、前記インサートをセットする可動支持体が嵌挿され、この可動支持体の下面重心位置を押圧機構のシャフトの先端により支持し、上型側に押圧すると共に、前記凹部の側面部と可動支持体の側面部との間に間隙を存在させることにより、インサートの上面が上型の下面に均等に面接触するように、前記可動支持体を前記凹部内で該シャフトによる押圧支持点を中心として傾斜させることを特徴とするものであった。
【００１３】
上記から明らかなように、先行発明は、可動支持体の下面重心位置を単一の押圧手段のシャフトにより上型の方向に押圧する構成であった。その後の研究によると、成形品の一辺が例えば約１５ｃｍを超えるような大型の場合、或いは、インサート自体が大型の場合（例えば、一辺が約２０ｃｍを超える場合）、可動支持体の下面重心位置の１点支持では、可動支持体バランスが取り難い、との知見が得られた。つまり、このような大型成形品或いは大型インサートでのインサート成形では、可動支持体の１点支持方式による制御では、バリ発生のない安定した射出成形が困難であることが判明した。
【００１４】
本発明は、上記から明らかなように、大型成形品或いは大型インサートでのインサート成形においてバリ発生のない安定した射出成形が可能であるインサート成形方法及び金型を明らかにすることを課題とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るインサート成形方法及び金型の特徴は、下記構成である。
（１）上型と下型とを相対向して配置し、上型側のキャビティにゲートを通して溶融樹脂ないしゴム材料を射出充填することによって、下型側にセットされたインサートに樹脂ないしゴムの射出成形を行うインサート成形方法において、上記下型の上面に形成された凹部に、前記インサートを載置する可撓性を有する可動支持体を上下動自在に配置する共に、その下面を別々に作動する複数の押圧手段のシャフトの先端により支持し、該可動支持体を該押圧手段のシャフトの夫々により複数の位置で上型側に押圧して移動させ、該可動支持体の撓み変形により、インサートの上面が上型の下面に均等に接触するように設定して成形を行うことを特徴とするインサート成形方法。
【００１６】
（２）インサートをセットする可動支持体が、少なくとも複数の押圧手段のシャフトとシャフトとの間において可撓性を有することを特徴とする前記（１）に記載のインサート成形方法。
【００１７】
（３）上型と下型とを相対向して配置し、上型側のキャビティにゲートを通して溶融樹脂ないしゴム材料を射出充填することによって、下型側にセットされたインサートに樹脂ないしゴムの射出成形を行うインサート成形方法において利用される金型であり、上記下型の上面に形成された凹部に、前記インサートを載置する可撓性を有する可動支持体を上下動自在に配置すると共に、その下面を別々に作動する複数の押圧手段のシャフトの先端により支持し、該可動支持体を該押圧手段のシャフトの夫々により複数の位置で上型側に押圧して移動させ、該可動支持体を撓み変形できるよう構成されていることを特徴とするインサート成形用金型。
【００１８】
（４）インサートをセットする可動支持体が、少なくとも複数の押圧手段のシャフトとシャフトとの間において可撓性を有することを特徴とする前記（３）に記載のインサート成形用金型。
【００１９】
【発明の実施の形態】
添付の図面に従い、本発明の実施例を詳述する。
図１及び図２に示すように、本発明に係るインサート成形用金型は、下型１０側の構成に特徴がある。即ち、下型１０の上面の凹部１１には、可撓性を有する可動支持体２０が上下動自在に配置されており、その下面側に配置されている夫々油圧ジャッキなどで構成される複数の押圧手段３０のシャフト３１の夫々により、上型４０の方向に押圧・移動される構成となっている。
【００２０】
可動支持体２０の上面にはインサート５０が載置される。図１に示すように、インサート５０は、可動支持体２０の上面には、凹部２１が形成されており、この凹部２１がインサート５０を載置する際の位置決めとなっている。尚、作図の都合で、凹部２１の壁面とインサート５０の側面との間に間隙があるかのようであるが、実際には間隙は生じない。
【００２１】
可動支持体２０の底面部分には、押圧手段３０のシャフト３１の先端が当接する位置に、該シャフト３１の先端形状に対応させて凹部を形成してもよい。また、シャフト３１の先端と可動支持体２０の底面とを磁力或いは静電気により吸着しあうように構成すること、更には、位置決めピンを介在させる構造とすることもできる。
【００２２】
尚、可動支持体２０の力学的構造としては、射出成形用金型の一部として当然のことながら、溶解樹脂ないしゴム材料の射出圧力に耐え得ることが要求される。
【００２３】
押圧手段３０の個数及び配列位置は、例えば図１に示す如く、インサート５０の各コーナー部分に夫々１個ずつ合計４個とすることが１例であるが、図１に示す態様に限定されるものではなく、図１に示す態様で、各コーナー部分に夫々２個とし合計８個とする態様、或いは、辺部にも２個ずつ配置し合計１６個とする態様、更に中央部分にも配列する態様など様々に設計可能である。要は、インサート５０の全体が、可撓性を有する可動支持体２０を介して、均等に上型４０側に押圧されるという要請を満足させる個数及び配列構造であればよい。
【００２４】
配置される複数の押圧手段３０は、夫々別個に圧力の制御を行うこともできるように構成されている。従って、例えば図２に示すように、可動支持体２０の上面の凹部２１にインサート５０を載置し、下型１０を上昇させ、下型１０の上面を上型４０の下面に密接させた状態で、各押圧手段３０を作動させれば、押圧手段３０のシャフト３１の上端が可動支持体２０の下面に当接し、可動支持体２０の横移動を防止しつつ、上型４０の方向に移動する結果、インサート５０の上面は、上型４０の下面に接触する。このとき押圧手段３０の夫々に与えられる圧力は均等なものに設定されている。
【００２５】
可動支持体２０の平面形状は、方形・多角形・円形など自由であり、また、上面の凹部１１の平面形状とインサート５０の平面形状とは相似している。
【００２６】
上記の操作で、若しもインサート５０の一部の面に、例えば、厚みが異なるなどの不均一部分が存在する場合、肉厚が大きい部分では上型４０の下面に接触するが、肉厚が小である部分では上型４０の下面に非接触の状態となっている。そして、インサート５０の上面と上型４０の下面とが接触している肉厚の大きい部分はストッパーが掛かっている状態であり、それ以上押圧手段３０による押圧力は作用しないが、非接触である肉厚の小さい部分では、なおも押圧手段３０の押圧力が作用するから、その部分の可動支持体２０は撓み変形を受けることになり、その結果、インサート５０の肉厚の小さい部分の上面も上型４０の下面に接触し、インサート５０の上面全体が上型４０の下面に密接するに至る。
【００２７】
上記は、インサート５０の厚みの不均一部分が小さい場合であり、複数の押圧手段３０の押圧力を個別に制御する必要が無いが、不均一部分が大きい場合には、押圧力を個別に制御して、インサート５０の各面が均一に上型４０の下面に面接触するように操作することが好ましい。
【００２８】
インサート５０の一部が肉厚不均一で、その上面と上型４０の下面との間に空隙が生じているかどうかは、次のようにして判断される。即ち、押圧手段３０の夫々を同一の圧力で作動させた場合、若しインサート５０が均一であれば、インサート５０の上面は同時に上型４０の下面に当接する結果、押圧手段３０のシャフトの運動量は均等となる。これに対し、インサート５０の一部の面に不均一な肉厚部分が存在する場合、夫々の押圧手段３０のシャフト３１の運動量が同一であれば、肉厚が大の部分のシャフト３１の押圧力には、肉厚の小である部分のシャフト３１よりも早くストッパーが掛かることになる。この違いは、押圧手段３０の夫々のシャフト３１の運動量を検出することにより知ることができる。更に、或る特定の押圧手段３０のシャフト３１の運動量が極端に大きい或いは小さい場合は、インサート５０の不均一さが際立っていると認識することができ、このような場合は、成形を中止して型を開き不適切なインサート５０の排除を行うことも可能である。
【００２９】
以上の操作、つまり、インサート５０の肉厚の不均一さの検出、許容できる不均一さと許容できない肉厚の不均一さの判別、不適切なインサート５０の排除までを自動制御で行うことにより、品質の保持、生産能率の向上、生産ロスの軽減などに有益である。
【００３０】
上記から明らかなように、本発明において、可動支持体２０は、従来品の如き剛体で形成するのではなく、可撓性を持つことが重要である。可撓性は、例えば、図１に示す実施例では、隣接する位置及び対角線の位置に用意される押圧手段３０の距離に相当する距離で計測して、可動支持体２０が可撓性を持つという意味であり、押圧手段３０のシャフト３１の先端が当接する個所を中心とする例えば数ｃｍの範囲で可撓性を有するということではない。後者のような態様では、シャフト３１の先端が当接する部分だけに凸部が形成され、その周囲では逆に間隙が生じることになり不適切である。
【００３１】
可動支持体２０が具有すべき可撓性に付いて、図３に従って詳述する。
可撓性とは、外力により撓み変形し、外力の除去により元に戻る性質をいうが、可動支持体２０が可撓性を持つために、その素材（例えば、板バネの如き弾性力を有する金属板）並びに可撓性を失わないような形状寸法が設定される。
【００３２】
概略図で示されている可動支持体２０には、底面において押圧手段３０のシャフト３１の先端が当接するポイントＰ１〜Ｐ４が示されている。図３−Ａに仮想線で示されているラインＡ〜ラインＤは、夫々可動支持体２０の変形の方向を示している。例えば、ラインＡはポイントＰ１とポイントＰ２の間の変形（ポイントＰ２の側が上方に変形）、ラインＢはポイントＰ１とポイントＰ３の間の変形（ポイントＰ３の側が上方に変形）、ラインＣはポイントＰ１とポイントＰ４の間の変形（ポイントＰ４の側が上方に変形）を夫々示している。
上記したポイント間の変形は、図示しないが、複合的に生じるものである。
【００３３】
図３−Ｂは、可動支持体２０の可撓性を意味する変形が、例えばポイントＰ１の部分に局部的に生じる凸部の如き性質のものでないことを示したものである。
【００３４】
図４及び図５に示すＡ〜Ｆの各図に従って、本発明に係るインサート成形用金型を利用したインサート成形のサイクルを説明する。尚、切断面は、図１にＩＶ−ＩＶ線で示されている。
【００３５】
図４−Ａは、上型４０の下方に下型１０が開いた状態を示しており、上型４０の側には、樹脂流出路となるゲート４２、樹脂成形部分となるキャビティ４１ が用意されている。他方、下型１０の上端側には、凹部１１が形成されており、可動支持体２０が配設されている。可動支持体２０の底面には押圧手段３０のシャフト３１の先端が当接できるように配置してある。
【００３６】
図４−Ｂは、可動支持体２０の上面にインサート５０が配設された状態を示している。インサート５０の配設は、自動・手操作のどちらでもよい。
【００３７】
図４−Ｃに示すように、インサート５０の配設が完了すると、下型１０を上型４０の方向に移動させて型締めが行われる。
【００３８】
図４−Ｄに示すように、型締めが完了すると、押圧手段３０が駆動され、シャフト３１が上昇する。シャフト３１の先端が可動支持体２０の底部に当接してから更に上昇すると、可動支持体２０は上昇し、インサート５０の上面が上型４０の下面に接触状態となる。このとき、配設したインサート５０の両端の厚みに差が生じているような場合、シャフト３１の先端で押圧されている可動支持体２０は、インサート５０の厚み差を解消する方向に変形する、つまり、可動支持体２０は、インサート５０の厚みが小さい側が高くなる方向に撓み変形し、上型４０の下面とインサート５０との接触面における間隙発生が阻止される。
【００３９】
上記の作用を更に説明すると、インサート５０の肉厚に部分的な差がある場合、インサート５０が上型４０方向に移動するとき、先ず、肉厚が大である側（図６のｈ２、以下同様）が先に当接し、更に肉厚が小である側（図６のｈ１、以下同様）を押圧しているシャフト３１による押圧が継続されると、可動支持体２０は、前記ｈ２の頂部の接触位置の側が基点となって肉厚が小である側（ｈ１）までのスパンで、ｈ１とｈ２とが上型４０の下面と面接触となるまで、撓み変形することになる。
【００４０】
図４−Ｄに示す状態で、ゲート４２を通して合成樹脂などの射出が行われ、キャビティ４１内には合成樹脂が充填される。
【００４１】
図５−Ｅは、充填した合成樹脂冷却（固化）のため所定時間の経過を待って型を開いた状態を示しおり、自動或いは手操作により成形品の取り出しが行なわれる。尚、図５−Ｅに示す態様では、型開きに連動して押圧手段３０を作動してシャフト３１を下降させることによって、可動支持体２０を凹部１１の底部に落とし込んでいるが、型開き→成形品の取出→可動支持体２０の落とし込みの順で作動させてもよい。
【００４２】
図５−Ｆは、初期状態、即ち、図４−Ａに示した状態への復帰を示している。
以上により射出成形の１サイクルの完了である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、発明の課題において詳述した、大型成形品或いは大型インサートでのインサート成形において生じるバリ発生などの成形不良の問題を解決できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る金型の要部斜視図
【図２】本発明に係る金型の概略断面図
【図３】可動支持体の可撓性を説明する概略図
【図４】本発明に係る金型による射出成形のサイクルを示す概略図
【図５】本発明に係る金型による射出成形のサイクルを示す概略図
【図６】従来例の説明図
【符号の説明】
１０−下型
１１−可動支持体配置用の凹部
２０−可動支持体
２１−インサート載置用の凹部
３０−押圧手段
３１−シャフト
４０−上型
４１−キャビティ
４２−ゲート
５０−インサート
５１−成形品
ｈ１−インサートの厚み
ｈ２−インサートの厚み

Claims (4)

1. 上型と下型とを相対向して配置し、上型側のキャビティにゲートを通して溶融樹脂ないしゴム材料を射出充填することによって、下型側にセットされたインサートに樹脂ないしゴムの射出成形を行うインサート成形方法において、上記下型の上面に形成された凹部に、前記インサートを載置する可撓性を有する可動支持体を上下動自在に配置する共に、その下面を別々に作動する複数の押圧手段のシャフトの先端により支持し、該可動支持体を該押圧手段のシャフトの夫々により複数の位置で上型側に押圧して移動させ、該可動支持体の撓み変形により、インサートの上面が上型の下面に均等に接触するように設定して成形を行うことを特徴とするインサート成形方法。
2. インサートをセットする可動支持体が、少なくとも複数の押圧手段のシャフトとシャフトとの間において可撓性を有す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. 上型と下型とを相対向して配置し、上型側のキャビティにゲートを通して溶融樹脂ないしゴム材料を射出充填することによって、下型側にセットされたインサートに樹脂ないしゴムの射出成形を行うインサート成形方法において利用される金型であり、上記下型の上面に形成された凹部に、前記インサートを載置する可撓性を有する可動支持体を上下動自在に配置すると共に、その下面を別々に作動する複数の押圧手段のシャフトの先端により支持し、該可動支持体を該押圧手段のシャフトの夫々により複数の位置で上型側に押圧して移動させ、該可動支持体を撓み変形できるよう構成されていることを特徴とするインサート成形用金型。
4. インサートをセットする可動支持体が、少なくとも複数の押圧手段のシャフトとシャフトとの間において可撓性を有することを特徴とする請求項３に記載のインサート成形用金型。

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