JP6254738B1 - 真空成形用金型及びそれを備えた真空成形装置並びにアンダーカットを有するトレイの真空成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 真空成形用金型の壁面構造を改良して、アンダーカットを有するプラスチック成形品の離型を容易にする手段を提供する。【解決手段】 内部に仕切り壁を有する深皿状のトレイの側壁内面及び／又は前記仕切り壁側面に、前記トレイを多段に積み重ねる際の支持台となるアンダーカットを有するトレイを真空成形する真空成形用金型に、前記側壁内面及び／又は前記仕切り壁側面から突出する可動ブロックと、前記可動ブロックを前記側壁内面及び／又は前記仕切り壁側面の内側に収容するハウジング又は空洞部と、前記可動ブロックの背面と前記ハウジング又は前記空洞部の背面との間に保持されたスプリングと、前記可動ブロックを回転可能に支持する支持軸とを備える前記アンダーカットを形成するアンダーカット形成部を設け、離型の際に、前期可動ブロックの上部が金型内に押し込まれるようにする。【選択図】図２

Description

この発明は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の合成樹脂材からなるシートを金型に真空吸引させて所定形状の物品を成形する真空成形装置に関し、特にその金型の構造を改良して、アンダーカットの突出幅の調整と、アンダーカットを有するトレイの離型を容易に行える構造とした真空成形金型及びそれを備えた真空成形装置等に関する。

真空成形とは、熱可塑性樹脂のシートを加熱軟化させ、シートと金型との間にある空気を真空に引き、シートを金型に密着させる成形法である。図５は、真空成形装置の原理の説明図である。図５（ａ）に見られるように、樹脂製のシート（例えばＰＥＴシート）２１を温風により加熱軟化させ、金型２２をカバーするようにセットする。

次いで、図５（ｂ）に見られるように、金型２２に設けられている無数の微細孔（図示していない）から、真空吸引しシート２１を金型２２に密着させる。その後、図５（ｃ）に示すように、成形品（例えばトレイ）２３を金型２２から離型する。

例えば、電子回路等の部品を収納・搬送する部品収納用トレイを成形する場合、真空成形法には以下のような特徴がある。
(１)射出成形法に比べて金型が安価であり、小ロット生産に適している。
(２)原料である樹脂製のシートが薄ければ薄いほど、トレイの価格を安くできる。しかし、薄くなればなるほど、トレイを段積みするとトレイが撓み、トレイの変形により収納されている部品に傷がついたり、破損したりする可能性がでてくる。

そこで、段積みしてもトレイに収納されている部品を破損させないため、以下のようなことが行われている。
（イ）トレイの内側周辺にアンダーカットと呼ばれる出っ張り部を設ける。
（ロ）トレイを使うときには、部品を入れた状態でトレイを９０度回転させて交互に重ね、トレイ同士が重ならないようにする。
（ハ）１段毎に交互にトレイの向きを１８０度反転する反転積みとし、収納部の位置をずらした形状にして、交互重ねで使用する。
（ニ）厚みのある樹脂製のシートを用いて、トレイの強度をアップする。

しかし、上記（ロ）や（ハ）の方法は、トレイに入っている部品をピックアップする自動搭載機（マウンター）のマウント位置等がトレイの反転により違ってくるため、それを制御するプログラムが複雑になる。また、トレイの向きを変更する時間が必要になる、という課題がある。

また、（ニ）はコストが嵩むという問題がある。（ィ）は、（ロ）、（ハ）、（ニ）のような問題は無いが、アンダーカットの出っ張りが大きくなると、成形品を金型から離型することが難しくなる。即ち、アンダーカットの出っ張りが障壁になり、金型から離型できない。そのため、アンダーカットの出っ張り幅は、成形後に円滑に金型から離型できる程度の幅に収める必要があり、十分な大きさのアンダーカットを形成できない、という問題がある。

さらに、アンダーカットはトレイの外枠の内側周縁にしか配置できないため、大型トレイの場合、収納した部品の加重で反りが生じるという問題もある。かかるアンダーカットの離型にかかる問題を解決するため、いくつかの従来技術が提案されている（例えば特許文献１〜３など）。

特許文献１には、自動車のバンパーのようなアンダーカットを有する成形品の離型を容易にするように、その構造を改良した真空成形用金型が開示されている。図６は、特許文献１の金型構造の説明図で、図６(ａ)は離型前の状態、図６(ｂ)は離型時の状態を示している。

この金型は、図６に見られるように、金型２１から成形品２２を離型するのに障害となるアンダーカット側面２３を形成する部分を可動部材２４とし、クランプ２５を引っ張ると、可動部材２４が湾曲部２６の方向に移動し、成形品２２を容易に引き抜くことができるという構造になっている。また、可動部材２４は、ばね２７の弾性力によって引っ張られ自動的に定位置に復帰するようになっている。

しかし、この技術は、成形品２２を斜め上方に引き上げることによって、可動部材２５が摺動し、離型されるようになっている。したがって、成形品２２を真っ直ぐ上方に引き上げて離型するようなケ−スには、可動部材２５を動かす駆動力が働かないので、この技術は適用できない。

特許文献２には、アンダーカットを主金型と補助金型と組み合わせて構成することにより、離型を容易にしたプラスチック成型装置が開示されている。図７は、特許文献２の金型構造の説明図である。図７に見られるように、補助金型２８は、アンダーカット２９を形成するための内向きに張り出した突出部３０を有する。

補助金型２８はプランジャー３１に接続され、このプランジャー３１をエアシリンダー（図示していない）等の昇降機構で作用させることによって、斜め上方に上昇させるようになっており、これにより金型から離型する際にアンダーカットが邪魔にならないようにしている。しかしこの技術は、プランジャー３１に接続するエアシリンダーが必要であり、金型にコストがかかるという問題がある。

また、特許文献３には、回動自在なフラップからなるアンダーカット成型手段を、金型のアンダーカットに対応する位置に配設した真空成形装置が開示されている。しかし、この方式では、フラップが金型の外部に露出しており、フラップの破損や回転不良を起こし易いという課題がある。

特開平１０−１６６４３７号公報 特開２００１−３０１０１８号公報 特開２００４−１３６４５５号公報

図１は、本発明の真空成形装置により成形された部品収納用トレイの形状の一例を示す図である（図の簡略化のため、底部の凹凸や仕切り壁の一部を省略している）。図に見られるように、このトレイは、細長い長方形の深皿状のもので、トレイ１の内部に仕切り壁２が設けられ、トレイ１の側面内側及び仕切り壁２の側面に複数のアンダーカット３が形成されている。

このアンダーカット３は、トレイ１を多段に積み重ねる際の支持台となるもので、その形状は、張出し部の上面が平らで、外側側面がオーバーハング状の傾斜面となっている。かかるトレイを成形した後に離型する際には、トレイを垂直上方に引き上げて行う。しかし、アンダーカット３の部分で、トレイ１が金型の張出し部に引っ掛かるため、簡単には離型できない。特にトレイの段積みを多くするために張り出し部の幅を広くするとトレイを金型から離型できなくなるという問題がある。

そこで、アンダーカットの離型を容易にするため、金型の壁面に何らかの工夫をする必要がある。しかし、前述した離型を容易にするための従来技術には、下記のような問題点があって、本願のケ−スには適用できない。上述したように、特許文献１の方法は、金型側が凹状のアンダーカットの側壁の一部を可動部材で構成するものであるから、金型側が凸状の本願のケ−スには直ちに適用できない。

特許文献２の方法は、金型のアンダーカットを主金型と補助金型に分割し、離型の際に補助金型をプランジャー及びエアシリンダーで移動させるという構成のものであるが、アンダーカットの数が多い本願のケ−スでは、金型のコストが過大になるため適用できない。

特許文献３の方法は、金型のアンダーカットの壁面に可動フラップを設けるというものであるが、すでに述べたように、可動フラップが金型の外部に露出しているため、破損のおそれがあって好ましくない。

そこで本発明は、前述のような形状を有する成形品、例えば、部品収納用トレイの離型を容易にするものであって、アンダーカットの金型の内側にオーバーハングするような出っ張っり部の幅を任意に調整でき、かつその構造が比較的簡単で製作コストが安価であり、出っ張り部となる可動部材が金型外部に露出しないような壁面構造を有する真空成形用金型及びこの金型を用いた真空成形装置等を提供することを課題としている。

上記課題を解決するための本発明の真空成形用金型は、内部に仕切り壁を有する深皿状のトレイの側壁内面及び／又は前記仕切り壁側面に、前記トレイを多段に積み重ねる際の支持台となるアンダーカットを有するトレイの真空成形用金型であって、
前記アンダーカットを形成するアンダーカット形成部は、前記側壁内面及び／又は前記仕切り壁側面から突出する可動ブロック本体と、前記可動ブロック本体を前記側壁内面及び／又は前記仕切り壁側面の内側に収容するハウジング又は空洞部と、前記可動ブロック本体の背面と前記ハウジング又は前記空洞部の背面との間に保持されたスプリングと、前記可動ブロック本体の下端から前記可動ブロック本体が突出する方向に延びる連結部材と、前記連結部材の端部で前記可動ブロック本体を回転可能に支持する支持軸とを含み、
前記支持軸の回転中心は、前記側壁内面及び／又は前記仕切り壁側面から突出した前記可動ブロック本体の上部先端位置より前方に設けられていることを特徴とする真空成形用金型、である。

また、本発明の真空成形装置は、上記の真空成形用金型を用いて樹脂製の成形品の成形を行なうことを特徴とするものである。
さらに本発明の真空成形方法は、内部に仕切り壁を有する深皿状のトレイの側壁内面及び／又は前記仕切り壁側面に、前記トレイを多段に積み重ねる際の支持台となるアンダーカットを有するトレイを、樹脂製シートを真空成形金型に吸着させ真空成形するアンダーカットを有するトレイの真空成形方法であって、
前記側壁内面及び／又は前記仕切り壁側面の内側に設けられたハウジング又は空洞部に、前記側壁内面及び／又前記仕切り壁側面に設けられた切欠き部から突出する可動ブロック本体と、前記ハウジング又は前記空洞部の背面と前記可動ブロック本体の背面にスプリングとを設け、
前記可動ブロック本体の下部に連結し、前記可動ブロック本体が突出する方向に延びる連結部材の端部に設けられた、前記可動ブロック本体を回転可能に支持する支持軸の回転中心を、前記側壁内面及び／又は前記仕切り壁側面に設けられた切欠き部から突出した前記可動ブロック本体の上部先端位置より前方に設け、
前記切欠き部と前記可動ブロック本体との間に前記樹脂製シートが真空吸引されない隙間にして前記可動ブロック本体を突出させ、
真空吸引により前記可動ブロック本体に前記樹脂製シートを吸着させ前記アンダーカットを形成し、
前記アンダーカットが形成されたトレイを前記真空成形用金型から離型する際の前記可動ブロック本体に生じる押圧力により、前記スプリングを圧縮させ前記可動ブロック本体を前記ハウジング又は前記空洞部内に押し込み、前記トレイを離型することを特徴とするアンダーカットを有するトレイの真空成形方法、である。

本発明により、真空成形用金型の壁面構造を改良して、アンダーカットを有するプ成形品の離型を容易にする金型を提供することが可能になった。本発明の真空成形用金型のアンダーカット構造は、出っ張り部の幅の他、様々な形状のアンダーカットを有する成形品に対して広く適用することができ、かつ側壁内側、仕切り壁側面等、部品収納トレイの任意の場所にアンダーカットを設けることができる。

また、このアンダーカット構造は、その構成が簡単なため、比較的安価に製作することができ、かつ可動ブロック(突出部)がほぼ金型内部に収容されているため、破損のおそれがないという特徴を備える。さらに、アンダーカット形成部の可動ブロック、支持軸、スプリングは他の金型に転用可能であることから真空成形用金型のコストを下げることができる。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について説明する。図２は、本発明の第一の実施例である真空成形用金型のアンダーカットの壁面構造を示す図で、図２(ａ)は真空成形用金型に設けるアンダーカット形成部３ａの斜視図、図２(ｂ)はアンダーカット形成部３ａの断面図である。

図２(ａ)に見られるように、アンダーカット形成部３ａは、金型４の内面に設けられた切欠き部５、その内部の空洞部に可動ブロック６を備える。可動ブロック６は、アンダーカットの傾斜面を形成する可動ブロック本体７と、その下端から横にＬ字状に延びる連結部材８と、連結部材８の先端付近でその両側面に延びる一対の円柱状の支持軸９とを備える。

支持軸９は、金型の底面に取り付けられた異形フランジ１０に設けられた半円筒状の切欠き１１に嵌合して、可動ブロック６を回動可能に支持している。図２(ｂ)に見られるように、異形フランジ１０は同形のものが２枚（１０ａ及び１０ｂ）が重ね合わせて用いられ、上下の半円筒状の切欠き１１ａ，１１ｂが重なりあって、円筒状の軸受け１２が形成され、可動ブロック６がその傾動によって脱落しないように支持されている。この実施例では異形フランジ１０ａと１０ｂとを重ね合わせているが、異形フランジ１０ａを金型の底面に代用させることは好ましい。

また、可動ブロック６が収容されている空洞部の奥（背面）には、奥壁面１３が衝立状に配設されており、可動ブロック６の背面と奥壁面１３の前面との間にスプリング１４が配設されている。可動ブロック６の背面と奥壁面１３の前面には、それぞれスプリング１４を納める凹部１５（図中破線で示す）が形成され、スプリング１４の後端がこの凹部１５に嵌め込まれて、可動ブロック６の傾動により、スプリング１４が脱落しないように保持されている。

図３は、本実施例の真空成形用金型におけるプラスチック成形品の成形・離型方法の説明図で、図３(ａ)は成形時の状態、図３(ｂ)は離型時の状態を示す。
図３(ａ)に見られるように、成形時には、可動ブロック６はその背面のスプリング１４の弾性力により、可動ブロック６の前面がアンダーカット３の突出部を構成するよう保持されている。

この状態で、温風加熱されて軟化した熱可塑性樹脂のシートを金型の所定の位置にセットし、金型表面の小孔（図示していない）から真空吸引する。これにより、シートは所定の形状の成形品１６（アンダーカット３を有するトレイ）に成形される。この時、真空吸引の吸引力により、可動ブロック６が押されて、スプリング１４が圧縮されないように、スプリング１４の弾性力は、それに耐えうる弾性力（腰の強い）ものを用いなければならない。

次いで、真空吸引を停止し、成形品１６が冷却されて固化した後、真空吸引の小孔から空気を噴出（ブロー）するなかで、人力又は機械力で成形品１６の上部を掴んで、垂直上方に引き上げ離型を行なう。この時、可動ブロック６の突出部が、アンダーカット３の下部の出っ張り部に押されて、スプリング１４が圧縮され、可動ブロック６は金型の内部に引っ込まれ、成形品１６の離型がスムーズに行われる。

ただし、アンダーカット３の数が多いため、スプリング１４の弾性力が大きい場合には容易に成形品１６の引き上げができない場合が生じる。本発明者の知見によれば、かかる場合には、真空吸引の小孔から空気その他の気体を噴出(ブロー)させることにより、その風圧力で成形品１６に大きな上昇力が生じ、比較的容易に離型を行ない得ることが知見された。

図４は、本発明の第二の実施例である真空成形用金型のアンダーカットの壁面構造を示す図で、図４(ａ)は成形前のアンダーカットの斜視図、図４(ｂ)は離型前のアンダーカットの断面図である。この実施例では、金型４の切欠き部５の内部にハウジング１７が形成され、その内部に可動ブロック７が収容されている。

またこの実施例では、可動ブロック本体７の下端付近に、その両側面に延びる一対の円柱状の支持軸（図示していない）が形成され、第一実施例の可動ブロック６のようなＬ字状の連結部材は設けられていない。また、この支持軸を支持する一対の軸受け１２は、ハウジング１７の両側壁面のそれぞれ所定の位置に設けられ、これにより、可動ブロック本体７は回動可能に支持されている。

本実施例では、ハウジング１７は、その下端に形成されたフランジ１８により金型底面に取り付けられているが、ハウジング１７の取付方法はこの例に限る必要はない。
第一実施例と第二実施例の壁面構造の差異は、ハウジング１７の有無の差と、可動ブロック本体７の形状の差及び軸受け１２が形成されている位置の差のみである。

可動ブロック本体７の背面と奥壁面１３の前面との間にスプリング１４が配設されていること、及び可動ブロック本体７の背面と奥壁面１３との間にスプリング１４を納める凹部１５が形成され、スプリング１４の脱落を防止するよう構成されている点も第一実施例と同様である。
また、この第二実施例の金型における成形品の成形・離型の方法も、図３に示した第一実施例の場合と同様である。

本発明の真空成形用金型は、アンダーカットの壁面を、その下部を回動可能に支持された可動ブロックで構成し、可動ブロックの背面と奥壁の前面との間にスプリングを配することによって、離型の際に、可動ブロックが金型内に押し込まれるように構成していることに特徴がある。

この壁面構造は、可動ブロックの上面の幅や形状を変えることよって、アンダーカットの形状を変えることができる。すなわち、金型側が凸状のアンダーカットであれば、如何なる形状のアンダーカットを有する成形品に対しても、この壁面構造を適用して離型を容易にする可能性があると考えられる。

また、この壁面構造は、その構成が簡単なため、比較的安価に製作することができ、かつ可動ブロックがほぼ金型内部に収容されているため、破損のおそれがないという利点を有している。さらに、アンダーカット形成部の構成部品は取付け自在に構成されているため、構成部品を他の金型に転用することができる。このため、金型のコストを低減することができる。

本発明の真空成形装置により成形された部品収納用トレイの形状の一例を示す図である。 本発明の第一実施例である真空成形用金型のアンダーカット形成部の壁面構造を示す図である。 本実施例の真空成形用金型におけるプラスチック成形品の成形・離型方法の説明図である。 本発明の第二実施例である真空成形用金型のアンダーカット形成部の壁面構造を示す図である。 真空成形装置の原理の説明図である。 従来技術の金型の壁面構造の一例を示す図である。 従来技術の金型の壁面構造の他の例を示す図である。

１：トレイ、２：仕切り壁、３：アンダーカット、３ａ：アンダーカット形成部、４：金型、５：切欠き部、６：可動ブロック、７：可動ブロック本体、８：連結部材、９：支持軸、１０、１０ａ，１０ｂ：異形フランジ，１１ａ，１１ｂ：切欠き、１２：軸受け、１３：奥壁面、１４：スプリング、１５：凹部、１６：成形品、１７：ハウジング、１８：フランジ、２１：シート、２１ｋ：金型、２２：成形品、２３ｓ：成形品、２３：アンダーカット側面、２４：可動部材、２５：クランプ、２６：湾曲部、２７：ばね、２８：補助金型、２９：、突出部、３１：プランジャー

Claims (7)

1. 内部に仕切り壁を有する深皿状のトレイの側壁内面及び／又は前記仕切り壁側面に、前記トレイを多段に積み重ねる際の支持台となるアンダーカットを有するトレイの真空成形用金型であって、
   前記アンダーカットを形成するアンダーカット形成部は、前記側壁内面及び／又は前記仕切り壁側面から突出する可動ブロック本体と、前記可動ブロック本体を前記側壁内面及び／又は前記仕切り壁側面の内側に収容するハウジング又は空洞部と、前記可動ブロック本体の背面と前記ハウジング又は前記空洞部の背面との間に保持されたスプリングと、前記可動ブロック本体の下端から前記可動ブロック本体が突出する方向に延びる連結部材と、前記連結部材の端部で前記可動ブロック本体を回転可能に支持する支持軸とを含み、
   前記支持軸の回転中心は、前記側壁内面及び／又は前記仕切り壁側面から突出した前記可動ブロック本体の上部先端位置より前方に設けられていることを特徴とする真空成形用金型。
2. 前記可動ブロック本体は、前記トレイである被成形体の成形時には、前記スプリングの弾性力で押圧されて前記側壁内面及び／又は前記仕切り壁側面から突出し、
   前記被成形体の離型時には、離型により前記可動ブロック本体に生じる押圧力により前記スプリングが圧縮され、前記可動ブロック本体が金型の内部に押し込まれるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の真空成形用金型。
3. 前記スプリングの弾性力は、成形時の真空吸引力によっては圧縮せず、前記押圧力により圧縮され、前記可動ブロック本体が前記ハウジング内又は空洞部内に押し込まれる範囲であることを特徴とする請求項２に記載の真空成形用金型。
4. 前記可動ブロック本体、前記スプリング、前記支持軸は、前記ハウジング又は前記空洞部内に着脱可能に装着されていることを特徴とする請求項１に記載の真空成形用金型。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の真空成形用金型を備えたことを特徴とする真空成形装置。
6. 内部に仕切り壁を有する深皿状のトレイの側壁内面及び／又は前記仕切り壁側面に、前記トレイを多段に積み重ねる際の支持台となるアンダーカットを有するトレイを、樹脂製シートを真空成形金型に吸着させ真空成形するアンダーカットを有するトレイの真空成形方法であって、
   前記側壁内面及び／又は前記仕切り壁側面の内側に設けられたハウジング又は空洞部に、前記側壁内面及び／又前記仕切り壁側面に設けられた切欠き部から突出する可動ブロック本体と、前記ハウジング又は前記空洞部の背面と前記可動ブロック本体の背面にスプリングとを設け、
   前記可動ブロック本体の下部に連結し、前記可動ブロック本体が突出する方向に延びる連結部材の端部に設けられた、前記可動ブロック本体を回転可能に支持する支持軸の回転中心を、前記側壁内面及び／又は前記仕切り壁側面に設けられた切欠き部から突出した前記可動ブロック本体の上部先端位置より前方に設け、
   前記切欠き部と前記可動ブロック本体との間に前記樹脂製シートが真空吸引されない隙間にして前記可動ブロック本体を突出させ、
   真空吸引により前記可動ブロック本体に前記樹脂製シートを吸着させ前記アンダーカットを形成し、
   前記アンダーカットが形成されたトレイを前記真空成形用金型から離型する際の前記可動ブロック本体に生じる押圧力により、前記スプリングを圧縮させ前記可動ブロック本体を前記ハウジング又は前記空洞部内に押し込み、前記トレイを離型することを特徴とするアンダーカットを有するトレイの真空成形方法。
7. 前記スプリングの弾性力は、成形時の真空吸引力によっては圧縮せず、前記押圧力により圧縮され、前記可動ブロック本体が前記ハウジング内又は空洞部内に収容される範囲であることを特徴とする請求項６に記載の真空成形用方法。

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