JP5837366B2 - 溶融樹脂のプレス成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶融樹脂を金型で挟み込んでプレス成形する溶融樹脂のプレス成形装置に関する。詳しくは、溶融樹脂内にインサート部材をインサートしてインサート成形する溶融樹脂のプレス成形装置に関する。

従来、インサート成形をする方法としては、金型にインサート部材を設置できるように金型を加工し、そこにインサート部材を載置して成形する落とし込みという方法がある。また、インサート部材を固定する入れ子を作製し、この入れ子にインサート部材を固定したものを金型にはめ込み成形する方法がある。

このような落とし込みや入れ子を金型にはめ込む方法は、インサートの際に手間がかかる。また、金型の立ち上がり部分や上型にインサートする場合にインサート部材が落下してしまい、インサートできない問題がある。また、入れ子をはめ込む金型を作製する場合には、金型の制作費が高くなるという問題もある。

このため、インサート部材の固定位置近傍の金型に磁石を埋め込み、金型に埋め込まれた磁石の磁力でインサート部材を固定するようにした技術が開示されている（特許文献１参照）。この技術によれば、金型の立ち上がり部分や上型にもインサート部材を固定することができる。

特開平６−９１６５７号公報

しかしながら特許文献１記載の技術では、高温成形により金型に埋め込まれた磁石の磁力が低下する場合があり、インサート部材の完全な固定ができない問題がある。また、インサート部材として磁石の磁力により固定可能な金属しか用いることができない問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、インサート部材を確実に固定してインサート成形を可能とする溶融樹脂のプレス成形装置を提供することにある。

本発明の溶融樹脂のプレス成形装置（例えば、後述のプレス成形装置１，１ａ）は、互いに対向して配置された第１の型（例えば、後述の固定型２）及び第２の型（例えば、後述の可動型３）を備え、これら第１の型及び第２の型で溶融樹脂を挟み込んでプレス成形する溶融樹脂のプレス成形装置であって、前記第１の型に設けられ、溶融樹脂の充填に先立って前記第１の型の成形面に載置されるインサート部材（例えば、後述のナットＮ）を位置決めする位置決め具（例えば、後述の位置決め具４）と、当該位置決め具に対向して前記第２の型に設けられ、当該第２の型の成形面に対して突没する方向に移動可能な押し当て具（例えば、後述の押し当て具６）と、前記押し当て具を回転させるための動力伝達機構（例えば、後述の動力伝達機構８）と、を備え、前記動力伝達機構は、前記第２の型内部で上下方向に並んだ歯を有するラックギヤ（例えば、後述のラックギヤ９）と、前記ラックギヤと噛み合い前記第２の型の上下運動を水平軸回りの回転力に変換するピニオンギヤ（例えば、後述のピニオンギヤ１０）と、前記ピニオンギヤによる水平軸回りの回転力を直交する鉛直軸回りの回転力に変換するベベルギヤ（例えば、後述のベベルギヤ１１，１２）と、前記ベベルギヤによる鉛直軸回りの回転力を前記押し当て具に伝達するギヤ群（例えば、後述のギヤ１３，１４，１５，１６，１７）と、を含んで構成され、型閉め前においては、前記押し当て具が、前記第２の型の成形面から前記位置決め具側に突出しており、型閉め時においては、前記押し当て具が、前記位置決め具に位置決めされたインサート部材に前記動力伝達機構による回動力で回転しながら押し当てられた状態で前記第２の型の成形面に対して没する方向に移動することで、前記インサート部材が回動可能に位置決めされることを特徴とする。

本発明によると、インサート部材は、位置決め具を設けた第１の型と押し当て具との両方に、金型が挟み込む両側から押さえ付けられ、両側からしっかりと固定される。このため、インサート部材は、磁石の磁力により固定可能な金属でなくても固定される。したがって、インサート部材を確実に固定してインサート成形することができる。

前記押し当て具を、前記第２の型から前記インサート部材側へ付勢する付勢手段を更に備えるとよい。

本発明によると、押し当て具が付勢手段に付勢されているので、押し当て具は、インサート部材に押し当てられた後に、インサート部材に押し当てられた状態を維持しつつ第２の型の成形面に対して没する方向に移動することができる。またこのとき、インサート部材は位置決め具を設けた第１の型と押し当て具との両方にしっかりと固定された状態を保てる。

前記インサート部材は、貫通孔を有し、前記位置決め具が前記インサート部材の貫通孔に差し込まれ、前記押し当て具が、前記インサート部材の貫通孔の開口を塞ぎつつ前記位置決め具に位置決めされたインサート部材に押し当てられた状態となることで、溶融樹脂の侵入を防止する樹脂侵入防止手段（例えば、後述の位置決め具４の周りのキャビティの成形面２ａ及び差込部６ａの周りの押し当て具６の先端面）を構成するとよい。

本発明によると、貫通孔を有するインサート部材を、確実に固定してインサート成形することができると共に、インサート部材の貫通孔の開口を塞いで貫通孔内に溶融樹脂が流入することを確実に防止することができる。

本発明によれば、インサート部材を確実に固定してインサート成形を可能とする溶融樹脂のプレス成形装置を提供することができる。

本発明の実施形態１に係る溶融樹脂を充填前のプレス成形装置を示す概略構成図である。 本発明の実施形態１に係る型閉め中に押し当て具がナットに押し当てられた状態のプレス成形装置を示す概略構成図である。 本発明の実施形態１に係る型閉め完了の状態のプレス成形装置を示す概略構成図である。 本発明の実施形態１及び従来技術に係る溶融樹脂の流動モデルを示す図である。 本発明に関連する溶融樹脂のプレス成形装置を示す概略構成図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
［実施形態１］
図１〜図３は、本実施形態に係る溶融樹脂のプレス成形装置１を示す概略構成図であり、図１は、溶融樹脂を充填前かつナットＮを設置した状態を示し、図２は、型閉め中に押し当て具６がナットＮに押し当てられた状態を示し、図３は、型閉め完了の状態を示す。
図１〜図３において、溶融樹脂のプレス成形装置１（以下、単にプレス成形装置１という）は、溶融樹脂を金型で挟み込んでプレス成形するもので、溶融樹脂内にインサート部材、ここでは貫通孔を有するナットＮをインサートしてインサート成形を行う。
プレス成形装置１は、互いに対向して配置された第１の型である固定型２及び第２の型である可動型３を備え、固定型２及び可動型３で溶融樹脂を挟み込んでプレス成形する。下方に固定された固定型２に対し、上方に離間していた可動型３を接近させることでプレス成形を行う。このため、不図示であるが可動型３を固定型２に接近又は隔離させる駆動機構を備える。

固定型２には、上部に開口した溶融樹脂を充填するキャビティの成形面２ａに、上下方向の向きに貫通した貫通孔を有するナットＮが載置される。固定型２には、上部に開口した溶融樹脂を充填するキャビティの成形面２ａから上方向に突出し、ナットＮの貫通孔の下側の口に差し込まれる位置決め具４が設けられている。位置決め具４は、円柱状をしており、ナットＮの貫通孔径よりも小径であり、ナットＮの貫通孔長さよりも短い。
ナットＮの貫通孔の下側の口が位置決め具４に差し込まれることで、ナットＮを固定型２に位置決めして、溶融樹脂の充填に先立って載置する。
ナットＮが載置される固定型２のキャビティの成形面２ａにおける位置決め具４周辺には、超低摩擦のコーティング５が施されている。このコーティング５により、後述のようにナットＮが型閉め中に回転可能となる。

可動型３は、下部に開口した溶融樹脂を充填するキャビティの成形面３ａから押し当て具６が下方、すなわちナットＮ方向に位置決め具４に対向して突出する。押し当て具６は、ピン状で可動型３と別体であり、ナットＮ方向に突出する先端とは反対側の可動型３の内部の基端においてコイルスプリング７に接続されている。
押し当て具６は、固定型２に設置されたナットＮに対向する先端に、ナットＮの貫通孔の上側の口に差し込まれる差込部６ａが設けられている。押し当て具６の先端の差込部６ａはナットＮの貫通孔径よりも小径であり、押し当て具６の外径はナットＮの外径より小径かつ貫通孔径よりも大径である。差込部６ａはナットＮの貫通孔に所定長挿入される長さに設定される。
型閉めにより可動型３が固定型２に接近するように下降すると、型閉め中に押し当て具６は差込部６ａをナットＮの貫通孔の上側の口に差し込んだ状態でナットＮに押し当てられることになる。なおこのとき、押し当て具６の差込部６ａに差し込まれたナットＮの貫通孔の上側の口は、差込部６ａの周りの押し当て具６の先端面で塞がれた状態となる。またこの押し当て具６は、型閉め時に、位置決め具４に位置決めされたナットＮに押し当てられた状態で可動型３の成形面３ａに対して没する方向に移動することが可能となっている。つまり、押し当て具６は、可動型３の成形面３ａに対して突没する方向に移動可能である。
なおこの型閉め時には、位置決め具４がナットＮの貫通孔に差し込まれ、押し当て具６が、ナットＮの貫通孔の開口を塞ぎつつ位置決め具４に位置決めされたナットＮに押し当てられた状態となる。このため、位置決め具４に差し込まれたナットＮの貫通孔の下側の口は、位置決め具４の周りのキャビティの成形面２ａで塞がれ、差込部６ａの周りの押し当て具６の先端面が、ナットＮの貫通孔の上側の口を塞ぎつつナットＮに押し当てられ、ナットＮの貫通孔内へ溶融樹脂の流入を防止する本発明の樹脂侵入防止手段を構成する。
ピン状の押し当て具６は、差込部６ａを有する先端とは反対側に、可動型３の内部に延びて基端を有しており、その基端においてコイルスプリング７に接続されている。コイルスプリング７は、押し当て具６に接続された側と反対側で可動型３に固定されている。このため、型閉め前は押し当て具６がナットＮに押し当てられずコイルスプリング７が非圧縮状態であることから、押し当て具６はコイルスプリング７の付勢力を受けないでコイルスプリング７にぶら下がって保持される。一方、型閉め時には押し当て具６がナットＮに押し当てられると共に可動型３が固定型２に接近してコイルスプリング７が圧縮状態となることから、押し当て具６はコイルスプリング７によってナットＮ方向へ付勢される。コイルスプリング７は、本発明の付勢手段を構成する。

一方、可動型３内部には、押し当て具６を回転させるための動力伝達機構８が配置されている。動力伝達機構８は、可動型３内部で上下方向に並んだ歯を有するラックギヤ９と、ラックギヤ９と噛み合い可動型３の上下運動を水平軸回りの回転力に変換するピニオンギヤ１０と、ピニオンギヤ１０による水平軸回りの回転力を直交する鉛直軸回りの回転力に変換するベベルギヤ１１，１２と、ベベルギヤ１２による鉛直軸回りの回転力を伝達するギヤ１３，１４，１５，１６，１７と、を備える。この動力伝達機構８は、可動型３内部に配置されるが、ラックギヤ９を除いたものが可動型３以外の固定部に固定され可動型３とは一体的に移動することはない。
ラックギヤ９は、可動型３内部で上下方向に延びて上下方向に並んだ歯を有し、可動型３以外の固定部に固定された回転軸１８に設けられたピニオンギヤ１０と噛み合う。これにより、可動型３が固定型２に接近するように下降すると、ラックギヤ９が下方へ移動することによりピニオンギヤ１０が回転し、回転軸１８が水平軸回りの回転力を得ることができる。ピニオンギヤ１０が設けられた回転軸１８には、ベベルギヤ１１が接続されている。ベベルギヤ１１は、回転軸１８の水平軸回りの回転力を、ベベルギヤ１１に噛み合うベベルギヤ１２で鉛直軸回りの回転力に変換する。ベベルギヤ１２には、ギヤ１３が噛み合っており、ギヤ１３から更に連続して他のギヤ１４，１５，１６，１７が噛み合っている。
ここで、ギヤ１３，１５，１７は、それぞれ押し当て具６を軸心に挿通させており、ギヤ１３，１５，１７の挿通孔とギヤ１３，１５，１７に挿通された各押し当て具６の外周面は、例えば水平断面視四角形状といった回り止めが形成され、回り止めが両者を規制することでギヤ１３，１５，１７の回転力を各押し当て具６に伝達しつつ、回り止めが上下方向のずれを許容することでギヤ１３，１５，１７に対して各押し当て具６が相対的に上下にスライド移動できるようになっている。このため、押し当て具６の外周面に形成された回り止めは、押し当て具６が相対的に上下にスライド移動しても回転力が伝達できるように、上下に長く形成されるとよい。

以上の構成のプレス成形装置１では、まず、図１に示すように、固定型２に対し可動型３が開いた隔離状態の型閉め前に、位置決め具４にナットＮの貫通孔の下側の口が差し込まれ、ナットＮが固定型２のキャビティの成形面２ａ上に載置される。つまり、ナットＮが溶融樹脂の充填に先立って固定型２の成形面２ａに載置され、位置決めされる。

次に、型閉めを開始すると同時に溶融樹脂をキャビティ内に射出充填開始する。
型閉め開始後に、プレス成形装置１では、図２に示すように、固定型２に接近するように下降する可動型３から突出した押し当て具６が、差込部６ａをナットＮの貫通孔の上側の口に差し込んでナットＮに押し当てられる。このとき、押し当て具６は、可動型３の下降に伴い、動力伝達機構８を介した回転力で回転する。

その後の型閉め中では、押し当て具６は、可動型３が下降する程圧縮されていくコイルスプリング７により付勢されつつ、可動型３の下降に伴い、ナットＮに押し当てられた状態で可動型３のキャビティの成形面３ａに対して没する方向に移動する。これより、固定型２の成形面２ａと押し当て具６の先端面とでナットＮが固定される。
またそれと共に、押し当て具６は、可動型３の下降に伴い、動力伝達機構８を介した回転力で回転する。このため、押し当て具６に押し当てられたナットＮも、押し当て具６に従動して回転する。ここで、ナットＮが設置された固定型２のキャビティの成形面２ａに超低摩擦のコーティング５が施されているので、ナットＮの回転が阻害されることもない。
このとき、固定型２と可動型３とで挟み込まれた溶融樹脂は、キャビティ内にプレスされながら広がっていく。なお、溶融樹脂は、押し当て具６がナットＮに押し当てられた状態となるまではナットＮの近傍までは広がらないように、溶融樹脂の射出充填速度やタイミング等が設定される。

図４は、溶融樹脂の流動モデルを示す図であり、図４（ａ）が本実施形態に係る溶融樹脂の流動モデルであり、図４（ｂ）が従来技術に係る溶融樹脂の流動モデルである。
図４（ｂ）に示すように、従来では、型閉め中にナットＮを回転させていなかった。このため、図示矢印の樹脂流動のように、ナットＮを回り込んだ両側の溶融樹脂の流動がまっすぐ分断されて交わらずに流動していく。これにより、ナットＮ周りの樹脂の充填が最後になった部分にウエルドラインが発生してしまう。
これに対し、図４（ａ）に示すように、本実施形態では、型閉め中にナットＮを回転させている。このため、図示矢印の樹脂流動のように、ナットＮを回り込んだ両側の溶融樹脂の流動が図示矢印のナットＮの回転により交わり合いながら流動していく。これにより、ナットＮ周りの樹脂の充填が最後になった部分でもウエルドラインを緩和することができる。つまり、ウエルド部位の繊維配向を変化させ、物性低下を防止するようにしている。

そして型閉めが完了すると、図３に示すように、キャビティ内のみに溶融樹脂が広がり、位置決め具４と押し当て具６とで固定されたナットＮの貫通孔には溶融樹脂が侵入しないでプレス成形を行うことができる。

本実施形態に係るプレス成形装置１によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態によると、ナットＮは、位置決め具４を設けた固定型２と押し当て具６との両方に、固定型２と可動型３とが挟み込む両側から押さえ付けられ、両側からしっかりと固定される。このため、ナットＮは、磁石の磁力で固定可能な金属でなくても固定される。したがって、ナットＮを確実に固定してインサート成形することができる。
本実施形態によると、押し当て具６を、コイルスプリング７によって可動型３からナットＮ側へ付勢するので、押し当て具６は、ナットＮに押し当てられた後に、ナットＮに押し当てられた状態で可動型３の成形面２ａに対して没する方向に移動することができる。またこのとき、ナットＮは位置決め具４を設けた固定型２と押し当て具６との両方にしっかりと固定された状態を保てる。
本実施形態によると、位置決め具４がナットＮの貫通孔に差し込まれ、押し当て具６が、ナットＮの貫通孔の開口を塞ぎつつ位置決め具４に位置決めされたナットＮに押し当てられた状態となることで、溶融樹脂の侵入を防止する樹脂侵入防止手段を構成する。これにより、位置決め具４の周りのキャビティの成形面２ａ及び差込部６ａの周りの押し当て具６の先端面で、ナットＮの貫通孔内に溶融樹脂が流入することを確実に防止することができる。

ここで、従来の貫通孔を有するナットをインサートして樹脂成形する技術としては、拡張や熱圧入等の方法が一般的であった。これらの方法は、樹脂成形とは別工程となり、工数が多くなってしまっていた。また、インジェクションのような金型で密閉された状態でピンを入れてナット内への樹脂の侵入を防ぐ方法も考えられる。しかし、プレス成形の場合には金型が閉じるのと同時に樹脂充填が開始されるので、既存方法ではナットの貫通孔内への樹脂の侵入を防ぐことができず、後加工を必要とするものであった。
これに対し本実施形態によると、位置決め具４がナットＮの貫通孔に差し込まれ、押し当て具６が、ナットＮの貫通孔の開口を塞ぎつつ位置決め具４に位置決めされたナットＮに押し当てられた状態となる。
これにより、ナットＮは、位置決め具４を設けた固定型２と押し当て具６との両方に、固定型２と可動型３とが挟み込む両側から押さえ付けられ、両側からしっかりと固定される。同時に、位置決め具４の周りのキャビティの成形面２ａ及び差込部６ａの周りの押し当て具６の先端面で、ナットＮの貫通孔内に溶融樹脂が流入することを確実に防止する。
このように本実施形態によると、貫通孔を有するナットＮを確実に固定してインサート成形することができると共に、ナットＮの貫通孔内に溶融樹脂が流入することを確実に防止することができる。したがって、樹脂成形とは別工程は必要なく、工数が多くなることがない。また、ナットＮの貫通孔内へ侵入した樹脂を処理するために後加工を必要とすることもない。

［本発明に関連する装置］
本発明に関連する溶融樹脂のプレス成形装置１ａの構成例について、図５を参照して説明する。なお、本構成例では、その特徴部分を説明するものとし、上記実施形態で説明した事項については、説明を省略する。
図５は、本発明に関連する溶融樹脂のプレス成形装置１ａを示す概略構成図であり、特に、型閉め中に押し当て具６がナットＮに押し当てられた状態を示す。

図５に示すプレス成形装置１ａでは、押し当て具６の差込部６ａが、上記実施形態と異なりナットＮの貫通孔の上側の口に差し込まれるのではなく、ナットＮの貫通孔周りに形成した４つの凹部１９にそれぞれ差し込まれる。ナットＮの凹部１９は、差込部６ａの位置ずれを許容できるように大きめに形成されるとよい。型閉めにより可動型３が下降すると、型閉め中に押し当て具６は差込部６ａをナットＮの凹部１９に差し込んだ状態でナットＮに押し当てられることになる。なおこのとき、押し当て具６の差込部６ａに差し込まれたナットＮの貫通孔の上側の口は、差込部６ａの周りの押し当て具６の先端面で塞がれた状態となる。

図５に示すプレス成形装置１ａでは、可動型３内部の押し当て具６を回転させるための動力伝達機構８ａが、上記実施形態と異なる。
図５の装置における動力伝達機構８ａは、回転力を供給する駆動源であるモータ２０と、モータ２０の回転力を各押し当て具６に伝達するベルト２１と、を備える。モータ２０及びベルト２１は、可動型３内に配置される。
モータ２０は、可動型３内に配置され、電力供給を受けることで駆動されて回転する。モータ２０は、ベルト２１に回転力を伝達できるようになっている。ベルト２１は、弾性体製であり、モータ２０と、モータ２０から最も離れた押し当て具６との間に巻かれており、他の押し当て具６にも接触する。ベルト２１の押し当て具６に接触する部位と、押し当て具６のベルト２１に接触する部位とには、凹凸が形成されており、凹凸同士の噛み合いでベルト２１の回転力を押し当て具６に伝達しつつ、凹凸同士が上下方向にずれることが可能となることで、ベルト２１に対して押し当て具６が相対的に上下にスライド移動できるようになっている。このため、押し当て具６の外周面に形成された凹凸は、押し当て具６が相対的に上下にスライド移動しても回転力が伝達できるように、上下に長く形成されるとよい。

１，１ａ…プレス成形装置（溶融樹脂のプレス成形装置）
２…固定型（第１の型）
２ａ…キャビティの成形面
３…可動型（第２の型）
３ａ…キャビティの成形面
４…位置決め具
５…コーティング
６…押し当て具
６ａ…差込部
７…コイルスプリング
８，８ａ…動力伝達機構
９…ラックギヤ
１０…ピニオンギヤ
１１，１２…ベベルギヤ
１３，１４，１５，１６，１７…ギヤ
１８…回転軸
１９…凹部
２０…モータ
２１…ベルト
Ｎ…ナット（インサート部材）

Claims (3)

1. 互いに対向して配置された第１の型及び第２の型を備え、これら第１の型及び第２の型で溶融樹脂を挟み込んでプレス成形する溶融樹脂のプレス成形装置であって、
   前記第１の型に設けられ、溶融樹脂の充填に先立って前記第１の型の成形面に載置されるインサート部材を位置決めする位置決め具と、
   当該位置決め具に対向して前記第２の型に設けられ、当該第２の型の成形面に対して突没する方向に移動可能な押し当て具と、
   前記押し当て具を回転させるための動力伝達機構と、を備え、
   前記動力伝達機構は、前記第２の型内部で上下方向に並んだ歯を有するラックギヤと、前記ラックギヤと噛み合い前記第２の型の上下運動を水平軸回りの回転力に変換するピニオンギヤと、前記ピニオンギヤによる水平軸回りの回転力を直交する鉛直軸回りの回転力に変換するベベルギヤと、前記ベベルギヤによる鉛直軸回りの回転力を前記押し当て具に伝達するギヤ群と、を含んで構成され、
   型閉め前においては、前記押し当て具が、前記第２の型の成形面から前記位置決め具側に突出しており、
   型閉め時においては、前記押し当て具が、前記位置決め具に位置決めされたインサート部材に前記動力伝達機構による回動力で回転しながら押し当てられた状態で前記第２の型の成形面に対して没する方向に移動することで、前記インサート部材が回動可能に位置決めされることを特徴とする溶融樹脂のプレス成形装置。
2. 前記押し当て具を、前記第２の型から前記インサート部材側へ付勢する付勢手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の溶融樹脂のプレス成形装置。
3. 前記インサート部材は、貫通孔を有し、
   前記位置決め具が前記インサート部材の貫通孔に差し込まれ、前記押し当て具が、前記インサート部材の貫通孔の開口を塞ぎつつ前記位置決め具に位置決めされたインサート部材に押し当てられた状態となることで、溶融樹脂の侵入を防止する樹脂侵入防止手段を構成することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融樹脂のプレス成形装置。

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