JP6521677B2 - 樹脂製部材の加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば樹脂製パイプを曲げ加工等をするための樹脂製部材の加工装置に関する。

従来、樹脂製パイプを曲げ加工する方法としては、例えば特許文献１に開示されている。この曲げ加工方法は、パイプ中に高周波誘導発熱体を埋設し、この高周波誘導発熱体に高周波誘導加熱装置により、磁界を作用させて発熱させることでパイプを誘導加熱して行うものである。

特開平７−９５７１号公報

しかしながら、このような加工方法にあっては、パイプ内に高周波誘導発熱体を埋設する必要があるため、パイプの成形自体が面倒となってコスト高になり易いと共に、高周波誘導発熱体の重量によりパイプの計量化を図ることが難しい。また、パイプを高周波誘導発熱体の熱で曲げ加工する際に、パイプの樹脂部分に内部応力が残留し易く、曲げ状態を長期に亘り良好に維持することが困難であると共に、曲げ加工後の表面品質も劣るという不都合がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、簡易な構成により樹脂製部材の樹脂内部の応力を除去できて、各種の加工を容易かつ高精度に行うこと等が可能な樹脂製部材の加工装置を提供することにある。

かかる目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、被加工品としての樹脂製部材に近接配置される発熱体と、該発熱体の外周側近傍に配置された加熱コイルと、該加熱コイルに高周波電流を供給可能なトランジスタインバータと、前記樹脂製部材を加工する加工手段と、を備え、前記トランジスタインバータから前記加熱コイルに、前記樹脂製部材の曲げ部に所定の柔軟度が得られる条件の第１高周波電流と前記樹脂製部材の樹脂部内部の応力を除去できる条件の第２高周波電流を供給して前記発熱体を誘導加熱し、前記樹脂製部材の樹脂内部の応力を除去しつつもしくは除去した状態で、前記加工手段により前記樹脂製部材に曲げ加工を施すことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記第１高周波電流の周波数が、前記第２高周波電流の周波数より低く設定されることを特徴とする。また、請求項３に記載の発明は、前記第２高周波電流が、前記加熱コイルに段階的に供給されることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、前記発熱体が曲げ加工用の固定金型であり、該固定金型が誘導加熱された状態で移動金型を移動させて曲げ加工を行うことを特徴とする。

本発明のうち請求項１ないし４に記載の発明によれば、トランジスタインバータから加熱コイルに所定の高周波電流を供給して発熱体を誘導加熱し、樹脂製部材の樹脂内部の応力を除去しつつもしくは除去した状態で加工手段により樹脂製部材に所定の加工を施すため、発熱体を所定の高周波電流で誘導加熱するという簡易な構成により、誘導加熱と同時に樹脂内部の応力を除去できて、所定の加工手段で樹脂製部材の各種加工を容易、安価かつ高精度に行うことができる。

また、所定の加工が樹脂製部材の曲げ加工で発熱体が曲げ加工用の金型であるため、例えば樹脂製パイプの樹脂内部の応力を除去しつつ発熱体と加工手段を兼用する金型を使用して曲げ加工を行うことができると共に、内部応力による外観品質の低下を防止できる等、高精度な曲げ加工品を容易に行うことができる。

本発明に係わる加工装置を樹脂製部材としての樹脂製パイプの曲げ加工に適用した場合の概略構成図 同曲げ加工状態の要部断面図 同その加工方法を示す工程図 同その高周波電流の供給状態の一例を示す図 同樹脂製部材としての参考例を示す軸付き樹脂製ギヤの断面図 同その加工方法を示す工程図

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係わる加工装置の一実施形態を示している。図１に示すように、加工装置１は、樹脂製部材としての樹脂製パイプ２の外周側に近接配置される加熱コイル３と、この加熱コイル３に所定周波数で所定出力の高周波電流を供給可能なトランジスタインバータ４と、前記樹脂製パイプ２を曲げ加工する加工手段としての固定金型５ａ及び移動金型５ｂと、この移動金型５ｂを前進もしくは後退させる金型移動部６と、トランジスタインバータ４と金型移動部６等を制御する制御装置７等を備えている。

前記加熱コイル３は、例えば銅パイプや銅線を所定回数巻回することにより、側面視で円環状もしくは馬蹄形に形成されており、銅パイプを使用した場合には、該銅パイプ内に前記制御装置７の制御信号により冷却水が循環供給されて、通電時の加熱コイル３自体の発熱が抑えられるようになっている。

また、この加熱コイル３は、固定金型５ａの外周側に所定の隙間を有して配置されて、後述する如くトランジスタインバータ４から高周波電流が供給されることにより、固定金型５ａを誘導加熱するようになっている。このとき、加熱コイル３は、固定金型５ａの先端外周側に所定の隙間を有して配置されるが、固定金型５ａと移動金型５ｂの両方に配置するようにしても良く、金型５ａ、５ｂの加熱温度で各金型５ａ、５ｂに接触もしくは近接する樹脂製パイプ２が所定温度まで加熱されるようになっている。

前記トランジスタインバータ４は、トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子を、例えばフルブリッジ接続したインバータ回路を有し、その入力側に前記制御装置７が接続され、その出力側に前記加熱コイル３が接続されている。このトランジスタインバータ４は、その出力端子から出力される高周波電流の周波数や電流値（出力）が、少なくとも二種類設定可能に構成されている。

前記固定金型５ａ及び移動金型５ｂは、例えば金型鋼等の金属で形成され、その対向面には半円弧形状の型面５ｃがそれぞれ形成されている。そして、この移動金型５ｂを移動させる前記金型移動部６は、油圧シリンダーやエアシリンダー等で構成され、制御装置７の制御信号により移動金型５ｂを矢印イ方向に前進させたり、反矢印イ方向に後退させるようになっている。また、前記制御装置７は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、タイマー等を有して、後述する如く各種制御が可能となっている。

前記樹脂製パイプ２は、図１及び図２に示すように、所定の樹脂の成形により所定厚さの樹脂壁２ａ（樹脂部）を有する所定長さの円筒形状に形成され、その所定位置が固定金型５ａと移動金型５ｂの前記型面５ｃの形状に沿って曲げ加工される。この曲げ加工方法を図３に基づいて説明する。

先ず、被加工品としての樹脂製パイプ２（図ではワーク）を、図１に示すように図示しない治具上に水平（もしくは垂直）状態でセット（Ｋ０１）し、ワークの曲げ部の外周面を固定金型５ａの型面５ｃに略接触状態とさせる。そして、制御装置７の制御信号でトランジスタインバータ４を作動させて、加熱コイル３に所定周波数で所定出力（所定電流値）の高周波電流を供給して固定金型５ａの型面５ｃ部分を誘導加熱（Ｋ０２）する。

この固定金型５ａの誘導加熱により固定金型５ａ自体が加熱されて、その型面５ｃ部分の熱及び固定金型５ａ周囲の雰囲気の熱でワークの曲げ部が加熱され、この曲げ部の加熱により、曲げ部自体が曲げ加工に適した柔軟度に設定される。曲げ部が曲げ加工に適した温度（柔軟度）に設定されたら、制御装置７の制御信号により、移動金型５ｂを前進（Ｋ０３）させて、この型面５ｃと固定金具５ａの型面５ｃとの間で曲げ部を挟持する。

この曲げ部の両金型５ａ、５ｂによる挟持状態で誘導加熱が継続され、ワークの形態に応じて予め設定した時間が経過した時点で、制御装置７の制御信号によりトランジスタインバータ４から加熱コイル３への高周波電流の供給を遮断して誘導加熱を停止（Ｋ０４）する。このワークの両金型５ａ、５ｂによる挟持状態での所定時間の誘導加熱時に、誘導加熱による曲げ加工により、樹脂壁２ａの内部に例えば図２の矢印ハの如く曲げ方向内側に応力が集中するが、この樹脂部内の応力が誘導加熱により除去（もしくは軽減）された状態となり、内部応力による曲げ部の樹脂部内部の密度が略均一化されて、曲げ部の内側表面の皺等の発生が抑制されると共に、厚さ方向の略均一した密度により曲げ部自体の強度を高めることができる。

そして、工程Ｋ０４で誘導加熱を停止したら、制御装置７の制御信号により金型移動部６を作動させて移動金型５ｂを後退（Ｋ０５）させる。これにより、ワークの曲げ部が曲げ加工され、このワークを治具から取り出す（Ｋ０６）ことで、樹脂製パイプ２の曲げ部の曲げ加工が終了する。

つまり、前記加工装置１による樹脂製パイプ２の曲げ加工は、発熱体としての固定金型５ａの近傍に加熱コイル３を配置し、この加熱コイル３にトランジスタインバータ４から所定周波数で所定出力の高周波電流を供給して、樹脂製パイプ２が接触状態の固定金型５ａを誘導加熱することで、樹脂製パイプ２自体を加熱して柔軟性を持たせて両金型５ａ、５ｂの型面５ｃで曲げ加工する。この曲げ加工時に樹脂製パイプ２の樹脂部自体を加熱することで、樹脂製パイプ２の成形時や曲げ加工時に発生する樹脂部（樹脂壁２ａ）内部の応力が除去されることになる。

なお、図３の工程図においては、ワークのセットの後に、固定金型５ａを所定周波数で所定出力の一種類の高周波電流で誘導加熱したが、例えば図３の二点鎖線で示すように工程Ｋ０２の誘導加熱自体を、第１周波数ｆ１で第１出力Ｉ１の第１誘導加熱を所定時間Ｔ１行い、この後に第２周波数ｆ２で第２出力Ｉ２の第２誘導加熱を所定時間Ｔ２行うようにしても良い。

この場合、第１誘導加熱は曲げ部に所定の曲げ加工用の柔軟度が得られる条件とされ、第２誘導加熱は曲げ加工時や成形時に発生したワークの樹脂部内部の応力を除去できる条件に設定される。つまり、例えば図４に示すように、第２誘導加熱の周波数ｆ２もしくは出力Ｉ２が、第１誘導加熱の周波数ｆ１や出力Ｉ１に対して好ましくは低く（場合によっては高く）設定されたり、あるいは点線で示すように第２誘導加熱の条件を段階的に低下させる等、各誘導加熱の時間Ｔ１、Ｔ２と共に、ワークの樹脂の種類、樹脂部の厚さあるいは曲げ角度等の形態に応じて所定に設定される。

このように、前記加工装置１によれば、トランジスタインバータ４から加熱コイル３に所定の高周波電流を供給して例えば固定金型５ａを誘導加熱し、樹脂製パイプ２の曲げ部の内部応力を除去しつつ両金型５ａ、５ｂにより樹脂製パイプに所定の曲げ加工を施すため、固定金型５ａを所定の高周波電流で誘導加熱するという簡易な構成により、誘導加熱と同時に樹脂製パイプ２の樹脂部の内部応力を除去できて、所定の曲げ形状の樹脂製パイプ２を容易で安価に加工できると共に、内部応力の除去により曲げ角度を均一化したり表面品質を安定させる等、高精度な曲げ加工を行うことができる。

また、樹脂製パイプ２の曲げ部が曲げ加工に適切な温度に設定しつつ、曲げ加工時に樹脂部の内部応力を除去できる所定周波数で所定出力の高周波電流を加熱コイル３に供給するだけで、所定の曲げ加工を高精度で行うことができ、曲げ加工コストを低減させて安価な所定の曲げ角度の樹脂製パイプ２を得ることができる。特に、所定のトランジスタインバータ４から加熱イル３に供給される高周波電流を複数種類に設定可能とすれば、樹脂製パイプ２の材質や曲げ形状等の形態に応じた高周波電流の供給で、曲げ加工と内部応力除去を効率的に行うことが可能になり、各種曲げ形態の樹脂製パイプ２の曲げ加工に好適に適用することが可能になる。

また、従来から使用している高周波誘導加熱装置の周波数や出力を所定に設定し、樹脂製パイプ２の曲げ角度に応じた所定の金型５ａ、５ｂを準備するだけで、従来不可能であった高周波誘導加熱装置により樹脂製パイプ２の曲げ加工も行うことができて、新たな設備の設置を抑えて、既存のトランジスタインバータ式高周波誘導加熱装置の他分野への効果的な使用が可能になる。

図５は、本発明に係わる加工装置１で加工される参考例としての樹脂製部材を示す断面図である。この例の樹脂製部材は軸付き樹脂製ギヤ１０であり、鉄鋼、ステンレス、アルミニウム等の金属で形成された金属軸１０ａと、この金属軸１０ａの所定位置に固着された樹脂製のギヤ部１０ｂで構成されている。前記金属軸１０ａのギヤ部１０ｂが固着される部位には、軸方向に溝１１が多数列形成され、この溝１１内にギヤ部１０ｂの樹脂が誘導加熱による溶融で固着（溶着）されて、互いの軸回り方向の回転が規制されている。

この軸付き樹脂製ギヤ１０は、前記加工装置１を使用して図６に示すようにして加工される。なお、図１に示す加工装置１の場合は、曲げ加工に使用されることから加工手段が固定金型５ａと移動金型５ｂであるが、図６に示す場合は、ギヤ部１０ｂのギヤとしての凸部１２ａ及び凹部１２ｂの加工であるため、加工手段としての適宜形状の切削刃１３（切削手段）が使用される。以下、この軸付き樹脂製ギヤ１０の加工方法を、前記樹脂製パイプ２の曲げ加工方法と同一部位には同一符号を付して説明する。

先ず、図６に示すように、金属軸１０ａがその軸孔に嵌挿された樹脂製のギヤ１０ｂ（以下、これをワークという）を、図示しない治具上にセット（Ｋ１１）する。このとき、ギヤ部１０ｂは、その外周面にギヤとしての凸部１２ａと凹部１２ｂが形成されていない平坦な円周面で形成されている。また、金属軸１０ａとギヤ部１０ｂは、外周面が円筒形状のギヤ部１０ａを金属軸１０ａの溝１１部分に一体的に射出成形するか、あるいは別々に形成された円筒形状のギヤ部１０ｂの軸孔に金属軸１０ａを嵌挿することで互いに一体化されている。

そして、ワークをセットした状態で、制御装置７の制御信号により、軸付き樹脂製ギヤ１０の外周側に所定の隙間で配置された加熱コイル３に、トランジスタインバータ４から所定周波数で所定出力の高周波電流を所定時間供給して、軸付き樹脂製ギヤ１０の金属軸１０ａを誘導加熱（Ｋ１２）する。この誘導加熱により、磁性体金属からなる金属軸１０ａが誘導加熱されて、その熱で金属軸１０ａの外周面に接触状態とされている樹脂製のギヤ部１０ｂが加熱されて、ギヤ部１０ｂの軸孔部分が溶融して金属軸１０ａの溝１１内に固着、すなわちギヤ部１０ｂが金属軸１０ａに溶着される。

また、このギヤ部１０ｂと金属軸１０ａの溶着時に加熱コイル３に供給される高周波電流の周波数や出力及び供給時間を所定に設定することで、ギヤ部１０ｂ全体が溶融しない範囲で所定温度まで加熱され、ギヤ部１０ｂ内部の前記射出成形時等に発生した残留応力や溶融固着時に発生するギヤ内部の応力等が除去され、ギヤ部１０ｂ内部の密度等の物性がその全域において略均等化された状態となる。なお、このときのギヤ部１０ｂは、前述したようにその外周面が凸部１２ａや凹部１２ｂを有さない平滑な外周面となっている。

そして、誘導加熱が終了したら、ワークを治具上から取り出し（Ｋ１３）、金属軸１０ａにギヤ部１０ｂが溶着されたワークの、ギヤ部１０ｂの平滑な外周面に切削刃１３により凹部１２ｂを切削加工（Ｋ１４）する。このとき、切削刃１３がギヤ部１０ｂの外周面に図５の矢印ロの如く所定の速度で進入移動して凹部１２ｂが切削されるが、前記ギヤ部１０ｂが誘導加熱によりその内部の応力が除去されているため、切削刃１３の移動でギヤ部１０ｂの樹脂が欠けたり割れ等が生じることがなく、所定形状の凹部１２ｂ（すなわち凸部１２ａ）が確実に切削加工されることになる。

この切削加工によりギヤ部１０ｂ、すなわち軸付き樹脂製ギヤ１０が製造されることになる。この軸付き樹脂製ギヤ１０の切削加工においても、前記樹脂製パイプ２と同様に、工程Ｋ０２の誘導加熱時を二種類（もしくは段階的な複数種）の加熱条件で行うこともできる。

なお、前記実施形態においては、樹脂製部材と発熱体としての金型５ａや金属軸１０ａを接触状態としたが、これらを例えば若干の隙間を有する状態で配置しても良い（これらを近接状態という）。また、前記実施形態においては、樹脂製部材として樹脂製パイプ２と軸付き樹脂製ギヤ１０を例にして説明したが、例えば断面角形や丸形の柱状の樹脂製部材や板状の樹脂製部材の曲げ曲げ加工や切削加工等にも適用することができる。

さらに、前記実施形態における、各樹脂製部材に接触もしくは近傍配置される発熱体の形態、加工装置１自体の構成等は、一例であって、例えば発熱体として加工部位に塗布可能な鉄粉等が混入した塗料（樹脂）を使用したり、誘導加熱時に樹脂製部材の内部応力の除去効果を促進させ得る振動を付与したり、あるいはワークの誘導加熱を無酸化状態として内部応力の除去を効果的に行う等、所定の加工が必要な各種樹脂製部材に最適な適宜の構成を採用することができる。

本発明は、曲げ加工や切削加工される樹脂製部材に限定されず、その他の適宜の各種加工が必要とされる全ての樹脂製部材に利用できる。

１・・・加工装置、２・・・樹脂製パイプ、２ａ・・・樹脂壁、３・・・加熱コイル、４・・・トランジスタインバータ、５ａ・・・固定金型、５ｂ・・・移動金型、５ｃ・・・型面、６・・・金型移動部、７・・・制御装置、１０・・・軸付き樹脂製ギヤ、１０ａ・・・金属軸、１０ｂ・・・ギヤ部、１１・・・溝、１２ａ・・・凸部、１２ｂ・・・凹部、１３・・・切削刃。

Claims (4)

1. 被加工品としての樹脂製部材に近接配置される発熱体と、該発熱体の外周側近傍に配置された加熱コイルと、該加熱コイルに高周波電流を供給可能なトランジスタインバータと、前記樹脂製部材を加工する加工手段と、を備え、
   前記トランジスタインバータから前記加熱コイルに、前記樹脂製部材の曲げ部に所定の柔軟度が得られる条件の第１高周波電流と前記樹脂製部材の樹脂部内部の応力を除去できる条件の第２高周波電流を供給して前記発熱体を誘導加熱し、前記樹脂製部材の樹脂内部の応力を除去しつつもしくは除去した状態で、前記加工手段により前記樹脂製部材に曲げ加工を施すことを特徴とする樹脂製部材の加工装置。
2. 前記第１高周波電流の周波数は、前記第２高周波電流の周波数より低く設定されることを特徴とする請求項１に記載の樹脂製部材の加工装置。
3. 前記第２高周波電流は、前記加熱コイルに段階的に供給されることを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂製部材の加工装置。
4. 前記発熱体が曲げ加工用の固定金型であり、該固定金型が誘導加熱された状態で移動金型を移動させて曲げ加工を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の樹脂製部材の加工装置。

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