JP6933925B2 - インサート成形法 - Google Patents

Description

この発明は、樹脂製のインサート部品（以下、樹脂インサート部品という。）と熱可塑性樹脂とを金型キャビティー内で一体成形させて樹脂成形品を形成するインサート成形法に関し、より詳しくは、樹脂インサート部品の表面と熱可塑性樹脂の密着性とを高めることができ、そのために金型の内部に樹脂インサート部品の表面を予熱するための機能を設ける必要がなく、従って、金型の内部構造を複雑化させる必要がないインサート成形法に関する。

インサート成形法は、樹脂インサート部品と熱可塑性樹脂材料とを一体成形させる手法であり、電気・電子部品、自動車部品、配管材の製造に広く利用されている。

通常のインサート成形法について、図面を参照しながら説明する。図１０は、一般的なインサート成形法の原理説明図であり、（ａ）は、金型を開状態にした図、（ｂ）は、第３の金型ブロックに樹脂インサート部品を装着した状態を示す図、（ｃ）は、金型を閉状態にした図、（ｄ）は、金型キャビティーに熱可塑性樹脂を射出した状態を示す図、（ｅ）は、金型を開状態にした図である。

図１０に示すように、一般的にインサート部品がパイプ状などの中空形状である場合の金型は、第１の金型ブロック１、第１の金型ブロック１に対して相対移動が可能な第２の金型ブロック２、第１の金型ブロック１と第２の金型ブロック２との間に配置する樹脂インサート部品４を装着するための第３の金型ブロック３の３つの金型ブロックを備えている。

第１の金型ブロック１と第２の金型ブロック２との相対距離を小さくすることで、第３の金型ブロック３を第１の金型ブロック１と第２の金型ブロック２により挟み込んだ閉じた状態（以下、閉状態という。）になり、逆に、第３の金型ブロック３を、これを挟んでいる第１の金型ブロック１と第２の金型ブロック２の相対距離を大きくすることにより第１の金型ブロック１と第２の金型ブロック２から解放した状態（以下、開状態という）になるように構成されている。

インサート成形するには、まず、図１０（ａ）に示すように、金型を開状態にしておく。次いで、同図（ｂ）に示すように、第３の金型ブロック３の所定位置に樹脂インサート部品４を装着する。

その後、同図（ｃ）に示すように、金型を閉状態にすることで、樹脂インサート部品４が装着してある第３の金型ブロック３を第１の金型ブロック１および第２の金型ブロック２により挟み込み、これにより、金型内に三つの金型ブロックにより囲まれてできる金型キャビティー５を形成する。

次に、同図（ｄ）に示すように、金型キャビティー５内に、溶融している熱可塑性樹脂（以下、溶融樹脂という場合がある。）６を射出して、樹脂インサート部品４と熱可塑性樹脂６とを一体に成形する。

そして、最後に、同図（ｅ）に示すように、金型を開状態にして、樹脂インサート部品４と熱可塑性樹脂６との一体成形体である樹脂成形品７を金型キャビティー５から取り出す。

しかし、上述したインサート成形法は、樹脂インサート部品と熱可塑性樹脂材料とを一体成形させる場合において、樹脂インサート部品の表面と射出成形された溶融樹脂との温度差が大きいと、樹脂インサート部品の表面と溶融樹脂の相溶が不足し、その結果、界面剥離が起こり易くなるという問題を抱えている。

上記問題を解決するためになされたインサート成形法が特許文献１から３に開示されている。

特許文献１に記載されたインサート成形法は、樹脂インサート部品を１００℃近傍に予熱してから金型内の所定位置に保持させ、溶融樹脂と溶着させる方法である。

特許文献２に記載されたインサート成形法は、金型内に予熱板と断熱板とを設け、樹脂インサート部品と溶融樹脂とを溶着させる方法である。

特許文献３に記載されたインサート成形法は、金型内に加熱したエアー等の熱媒体を導入し樹脂インサート部品を加熱し、溶融樹脂と溶着させる方法である。

特開２００３−２３６９２０号公報 特開２００９−２７４４２９号公報 特開平１１−１０５０７６号公報

ところが、上記特許文献１から３に記載されたインサート成形法は、以下のような問題があった。

特許文献１の方法では、樹脂インサート部品の温度を予熱により高めたとしても、これを金型に挿入して溶融樹脂に接触させるまでの間に温度が低下してしまうので、樹脂インサート部品を、溶融樹脂の温度に近い表面温度で成形することが難しい。予熱温度を高めれば、溶融樹脂の温度に近い表面温度で成形することも不可能ではないが、樹脂インサート部品の種類、特に、薄肉部を有する部品では、予熱温度が高くなりすぎると、軟化・溶融が起こるので、一体成形そのものが難しくなる。

特許文献２の方法では、樹脂インサート部品が接する部分の金型内部に予熱板と断熱板とにより樹脂インサート部品の表面を予熱する機能を設ける必要があるので、金型の内部構造が複雑化するという問題が生じる。

特許文献３の方法では、金型内にインサート部品を加熱する熱媒体を導入する導入口が金型外壁に設置され、導入口から導入された熱媒体によって、インサート部品を加熱する加熱回路を金型内部に形成する必要があるので、金型の内部構造が複雑化するという問題が生じる。

従って、この発明の目的は、樹脂インサート部品の表面と熱可塑性樹脂の密着性とを高めることができ、そのために金型の内部に樹脂インサート部品の表面を予熱するための機能を設ける必要がなく、従って、金型の内部構造を複雑化させる必要がないインサート成形法を提供することにある。

この発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、下記を特徴とするものである。

この発明の第１の形態に係るインサート成形法は、樹脂インサート部品と熱可塑性樹脂とを金型キャビティー内で一体成形することにより樹脂成形品を成形するインサート成形法であって、第１の金型ブロックと、前記第１の金型ブロックに対して相対移動が可能な第２の金型ブロックと、前記第１の金型ブロックと前記第２の金型ブロックとの間に配置する第３の金型ブロックとを備え、前記第１の金型ブロックと前記第２の金型ブロックとの相対距離を小さくすることで前記第３の金型ブロックを第１の金型ブロックと第２の金型ブロックにより挟み込んだ第１の状態にすることができるとともに、前記第３の金型ブロックを、これを挟んでいる前記第１の金型ブロックと前記第２の金型ブロックとの相対距離を大きくすることにより前記第１の金型ブロックと前記第２の金型ブロックから解放した第２の状態にすることができる金型を用意する第１の工程と、前記金型を前記第２の状態にして、前記第３の金型ブロックの所定位置に樹脂インサート部品を装着する第２の工程と、加熱装置を、前記金型の外部から、前記第１の金型ブロックと前記第２の金型ブロックとの間に配置している前記第３の金型ブロックに向けて移動させ、前記樹脂インサート部品を加熱可能な位置に装填する第３の工程と、前記加熱装置により、前記樹脂インサート部品の表面を所定温度範囲にまで予熱する第４の工程と、前記加熱装置を前記金型の外部に取り出し、その直後に前記金型を前記第１の状態にすることで、予熱された前記樹脂インサート部品が装着してある前記第３の金型ブロックを、前記第１の金型ブロックと前記第２の金型ブロックとにより挟み込み、これにより、前記第１の金型ブロック、前記第２の金型ブロックおよび前記第３の金型ブロックにより囲まれてできる金型キャビティーを形成し、その直後に前記金型キャビティーに溶融した熱可塑性樹脂を射出し、前記樹脂インサート部品と前記熱可塑性樹脂を一体に成形する第５の工程と、前記金型を前記第２の状態にして、前記樹脂インサート部品と前記熱可塑性樹脂との一体成形体である樹脂成形品を前記金型キャビティーから取り出す第６の工程とを有し、前記第３の金型ブロックに装着してある前記樹脂インサート部品は、内部に空間を有しており、前記第４の工程は、前記空間内に冷却用エアーを吹き込み、前記加熱装置の加熱による前記樹脂インサート部品の変形を抑制する工程を有することに特徴を有するものである。

この発明の第２の形態に係るインサート成形法は、第１の形態に係るインサート成形法であって、前記加熱装置は、電気的に輻射熱を発生させ、前記樹脂インサート部品に照射させることにより前記樹脂インサート部品を、前記熱可塑性樹脂の融点または軟化点以上に加熱することに特徴を有するものである。

この発明によれば、樹脂インサート部品と熱可塑性樹脂とが互いによく密着した樹脂成形品を作製することができ、しかも、樹脂インサート部品と熱可塑性樹脂とが互いによく密着した樹脂成形品を作製するために、金型の内部構造を複雑化させる必要がない。

また、この発明によれば、装着金型にセットされた樹脂インサート部品の内面に冷却用エアーを吹き込むので、加熱装置の過剰な加熱による樹脂インサート部品の変形を抑制することができる。

この発明のインサート成形法の原理説明図であり、金型を開状態にした図である。 この発明のインサート成形法の原理説明図であり、第３の金型ブロックに樹脂インサート部品を装着した状態を示す図である。 この発明のインサート成形法の原理説明図であり、加熱装置を樹脂インサート部品の加熱位置に移動させた状態を示す図である。 この発明のインサート成形法の原理説明図であり、加熱装置を金型の外部に取り出した状態を示す図である。 この発明のインサート成形法の原理説明図であり、金型を閉状態にした図である。 この発明のインサート成形法の原理説明図であり、金型キャビティーに熱可塑性樹脂を射出した状態を示す図である。 この発明のインサート成形法の原理説明図であり、金型を開状態にした図である。 この発明を適用した樹脂製熱交換器のエレメントを示す正面図である。 樹脂チューブと成形により形成されたブラケットとが溶着して、一体化した状態を示すエレメントの断面図である。 金型に樹脂チューブが装着された状態を示す図であり、（ａ）は、側面図、（ｂ）は、正面図である。 樹脂チューブの表面を赤外線加熱装置で加熱する状態を示す図であり、（ａ）は、側面図、（ｂ）は、正面図である。 樹脂チューブの表面を加熱後、赤外線加熱装置を取り出した状態を示す図であり、（ａ）は、側面図、（ｂ）は、正面図である。 装着金型を閉状態にする状態を示す図であり、（ａ）は、閉状態にする途中を示す側面図、（ｂ）は、閉状態にした側面図である。 樹脂チューブと一体化したブラケットが形成された装着金型を示す正面図である。 樹脂チューブ内にエアーを送り、樹脂チューブの内面を冷却している状態を示す断面図である。 一般的なインサート成形法の原理説明図であり、金型を開状態にした図である。 一般的なインサート成形法の原理説明図であり、第３の金型ブロックに樹脂インサート部品を装着した状態を示す図である。 一般的なインサート成形法の原理説明図であり、金型を閉状態にした図である。 一般的なインサート成形法の原理説明図であり、金型キャビティーに熱可塑性樹脂を射出した状態を示す図である。 一般的なインサート成形法の原理説明図であり、金型を開状態にした図である。

次に、この発明のインサート成形法の一実施態様を、図面を参照しながら説明する。

図１は、この発明のインサート成形法の原理説明図であり、（ａ）は、金型を開状態にした図、（ｂ）は、第３の金型ブロックに樹脂インサート部品を装着した状態を示す図、（ｃ）は、加熱装置を樹脂インサート部品の加熱位置に移動させた状態を示す図、（ｄ）は、加熱装置を金型の外部に取り出した状態を示す図、（ｅ）は、金型を閉状態にした図、（ｆ）は、金型キャビティーに熱可塑性樹脂を射出した状態を示す図、（ｇ）は、金型を開状態にした図である。

図１に示すように、この発明においても使用する金型は、第１の金型ブロック１、第１の金型ブロック１に対して相対移動が可能な第２の金型ブロック２、第１の金型ブロック１と第２の金型ブロック２との間に配置する樹脂インサート部品４を装着するための第３の金型ブロック３の３つの金型ブロックを備えている。

第１の金型ブロック１と第２の金型ブロック２との相対距離を小さくすることで、第３の金型ブロック３を第１の金型ブロック１と第２の金型ブロック２により挟み込んだ閉じた状態（以下、閉状態という。）になり、逆に、第３の金型ブロック３を、これを挟んでいる第１の金型ブロック１と第２の金型ブロック２の相対距離を大きくすることにより第１の金型ブロック１と第２の金型ブロック２から解放した状態（以下、開状態という）になるように構成してある。

この発明では、金型の外部から加熱装置８を、第１の金型ブロック１と第２の金型ブロック２との間に配置している第３の金型ブロック３に向けて移動および取り出しできるようになっている。

次に、この発明によるインサート成形法について説明する。

まず、図１（ａ）に示すように、金型を開状態にしておく。次いで、同図（ｂ）に示すように、第３の金型ブロック３の所定位置に樹脂インサート部品４を装着する。

次に、同図（ｃ）に示すように、金型の外部から加熱装置８を、第１の金型ブロック１と第２の金型ブロック２との間に配置している第３の金型ブロック３に向けて移動させて、樹脂インサート部品４を加熱可能な位置に装填する。次に、加熱装置８により、樹脂インサート部品４の外表面を所定温度範囲にまで予熱する。この際、樹脂インサート部品４の内表面を保持している第３の金型３は加熱しない。第３の金型３を加熱すると、樹脂インサート部品４の内表面の温度が上昇して、樹脂インサート部品４が軟化し、これにより樹脂インサート部品４が変形するか、金型内での保持が困難になるからである。

次に、同図（ｄ）に示すように、加熱装置８を金型の外部に取り出し、その直後に、同図（ｅ）に示すように、金型を閉状態にすることで、予熱された樹脂インサート部品４が装着してある第３の金型ブロック３を第１の金型ブロック１および第２の金型ブロック２により挟み込み、これにより、金型内に三つの金型ブロックにより囲まれてできる金型キャビティー５を形成する。

次いで、その直後に、同図（ｆ）に示すように、金型キャビティー５に熱可塑性樹脂６を射出して、樹脂インサート部品４と熱可塑性樹脂６とを一体に成形する。

そして、最後に、金型を開状態にして、樹脂インサート部品４と熱可塑性樹脂６の一体成形体である樹脂成形品７を金型キャビティー５から取り出す。

この発明の第１の形態によれば、上述したように、第３の金型ブロック３に装着してある樹脂インサート部品４を加熱装置８で所定温度範囲にまで予熱した直後に、金型を閉状態にし、さらにその直後に溶融樹脂を金型キャビティー５に射出するので、金型内において樹脂インサート部品４の表面温度を接触直前の溶融樹脂の温度と大差がない水準にまで予熱することができ、しかも、その予熱温度の低下を極力抑制することができる。

従って、樹脂インサート部品４と熱可塑性樹脂６との間の界面剥離が起こり難くなる。それ故、この発明によれば、樹脂インサート部品４と熱可塑性樹脂６とが互いによく密着した樹脂成形品７を作製することができ、しかも、樹脂インサート部品４と熱可塑性樹脂６とが互いによく密着した樹脂成形品７を作製するために、金型の内部構造を複雑化させる必要がない。

また、この発明の第２の形態によれば、加熱装置８により電気的に輻射熱を発生させ、樹脂インサート部品４に照射させることによって、樹脂インサート部品４を熱可塑性樹脂６の融点または軟化点以上に容易に加熱することができる。

また、この発明の第３の形態によれば、第３の装着ブロック３にセットされた樹脂インサート部品４の内面に冷却用エアーを吹き込むので、加熱装置８の過剰な加熱による樹脂インサート部品４の変形を抑制することができる。

次に、この発明の実施例を、図２から図９を参照しながら説明する。なお、この発明は、この実施例に限定されるものではない。

この実施例では、東芝機械株式会社製射出成形機を使用し、株式会社ハイベック製の赤外線加熱装置を株式会社スター精機製の直交ロボットに装着して、赤外線加熱装置を射出成形機の上部から移動金型と装着金型と固定金型との隙間に挿入し、加熱後、赤外線加熱装置を取り出して、樹脂製熱交換器のエレメントの成形を行った。

図２は、この発明を適用した樹脂製熱交換器用エレメントを示す正面図である。

エレメントは、複数の樹脂チューブ９とブラケット１０とから構成され、樹脂チューブ９の両端にブラケット１０が一体成形により接続され、樹脂チューブ９内に熱交換される流体が流せる構造になっている。

樹脂チューブ９は、押出成形後、所定長さに切断された部品で、装着金型１１（図４参照）に装着された後、射出成形により溶融樹脂が射出されて、ブラケット１０が形成されるとともに、樹脂チューブ９と一体成形される樹脂インサート部品である。

樹脂チューブ９は、厚さ方向にバリア層を有した５層ポリエチレン製で、外径６．４６ｍｍ、厚さ０．６２ｍｍである。

金型は、移動金型１２（第１の金型ブロック１に相当）と固定金型１３（第２の金型ブロック２）と樹脂チューブ９（樹脂インサート部品４に相当）を装着する装着金型１１（第３の金型ブロック３に相当）とで構成され、射出成型機により開閉される（図４参照）。

図３は、樹脂インサート部品である樹脂チューブ９と成形により形成されたブラケット１０とが溶着して、一体化したエレメントを示す断面図である。

樹脂チューブ９の端部とブラケット１０とは溶着され、溶着部の長さは、１７ｍｍである。樹脂チューブ９の端部は、ブラケット１０の側面に開口されている。

図４（ａ）、（ｂ）に示すように、樹脂チューブ９を装着した装着金型１１と移動金型１２と固定金型１３とが射出成形機内に配置され、加熱装置としての赤外線加熱装置の熱源１４が装着金型１１の上部で直交ロボット（図示せず）により固定されている。また、樹脂チューブ９を装着金型１１に装着する際、樹脂チューブ９の端部が装着金型１１の移動ブロック１５に固定されているコア１６に挿入されている。

ブラケット１０の形状となる金型の成形面である金型キャビティー１７（図６参照）は、移動金型１２と固定金型１３にある。

図５（ａ）、（ｂ）に示すように、赤外線加熱装置の熱源１４は、移動金型１２と装着金型１１と固定金型１３との間に挿入されている。赤外線加熱装置の熱源１４は、装着金型１１の上部から挿入され、装着金型１１に装着された樹脂チューブ９の表面を所定の時間で加熱する。実際の成形では、熱源温度設定は、約３００℃以上、樹脂チューブ９表面の加熱時間は、約８秒で行った。赤外線加熱装置の熱による樹脂チューブ９の表面温度の設定は、１００℃とした。

図６（ａ）、（ｂ）に示すように、樹脂チューブ９の表面を所定の時間加熱後、赤外線加熱装置の熱源１４は、移動金型１２と装着金型１１と固定金型１３との間から取り出される。

図７（ａ）、（ｂ）に示すように、赤外線加熱装置の熱源１４が移動金型１２と装着金型１１と固定金型１３との間から取り出された後、直ちに金型は、閉状態にされる。赤外線加熱装置の熱源１４によって加熱された樹脂チューブ９は、移動金型１２と固定金型１３と装着金型１１とで形成された金型キャビティー１７の中にある。溶融樹脂は、金型キャビティー１７に射出され、溶融樹脂と樹脂チューブ９とが一体化して、ブラケット１０が形成される。

図８に示すように、射出成型および金型を開けた後の、装着金型１１に樹脂チューブ９と一体化したブラケット１０が形成される。

図９に示すように、移動ブロック１５に固定されたコア１６に、樹脂チューブ９の端部が挿入された状態で、コア１６の中心には、エアーが通過できる孔１８が設けてあり、熱源１４による樹脂チューブ９の表面の加熱から溶融樹脂の射出成形によるブラケット１０の成形の間、コア１６の中心の孔１８から樹脂チューブ９内にエアー１９が送られて、樹脂チューブ９の内面が冷却される。

上述したように、この発明のインサート成形法によれば、樹脂チューブ９と成形により形成されたブラケット１０とが互いによく密着した樹脂製熱交換器用エレメントを作製することができた。しかも、樹脂チューブ９とブラケット１０とが互いによく密着した樹脂製熱交換器用エレメントを作製するために、金型の内部構造を複雑化させる必要がない。

また、この発明のインサート成形法によれば、装着金型にセットされた樹脂チューブ９の内面に冷却用エアー１９を吹き込むので、熱源１４の過剰な加熱による樹脂チューブ９の変形を抑制することができた。

１：第１の金型ブロック
２：第２の金型ブロック
３：第３の金型ブロック
４：樹脂インサート部品
５：金型キャビティー
６：熱可塑性樹脂
７：樹脂成型品
８：加熱装置
９：樹脂チューブ
１０：ブラケット
１１：装着金型
１２：移動金型
１３：固定金型
１４：熱源
１５：移動ブロック
１６：コア
１７：金型キャビティー
１８：孔
１９：エアー

Claims (2)

1. 樹脂インサート部品と熱可塑性樹脂とを金型キャビティー内で一体成形することにより樹脂成形品を成形するインサート成形法であって、
   第１の金型ブロックと、前記第１の金型ブロックに対して相対移動が可能な第２の金型ブロックと、前記第１の金型ブロックと前記第２の金型ブロックとの間に配置する第３の金型ブロックとを備え、
   前記第１の金型ブロックと前記第２の金型ブロックとの相対距離を小さくすることで前記第３の金型ブロックを第１の金型ブロックと第２の金型ブロックにより挟み込んだ第１の状態にすることができるとともに、前記第３の金型ブロックを、これを挟んでいる前記第１の金型ブロックと前記第２の金型ブロックとの相対距離を大きくすることにより前記第１の金型ブロックと前記第２の金型ブロックから解放した第２の状態にすることができる金型を用意する第１の工程と、
   前記金型を前記第２の状態にして、前記第３の金型ブロックの所定位置に樹脂インサート部品を装着する第２の工程と、
   加熱装置を、前記金型の外部から、前記第１の金型ブロックと前記第２の金型ブロックとの間に配置している前記第３の金型ブロックに向けて移動させ、前記樹脂インサート部品を加熱可能な位置に装填する第３の工程と、
   前記加熱装置により、前記樹脂インサート部品の表面を所定温度範囲にまで予熱する第４の工程と、
   前記加熱装置を前記金型の外部に取り出し、その直後に前記金型を前記第１の状態にすることで、予熱された前記樹脂インサート部品が装着してある前記第３の金型ブロックを、前記第１の金型ブロックと前記第２の金型ブロックとにより挟み込み、これにより、前記第１の金型ブロック、前記第２の金型ブロックおよび前記第３の金型ブロックにより囲まれてできる金型キャビティーを形成し、その直後に前記金型キャビティーに溶融した熱可塑性樹脂を射出し、前記樹脂インサート部品と前記熱可塑性樹脂を一体に成形する第５の工程と、
   前記金型を前記第２の状態にして、前記樹脂インサート部品と前記熱可塑性樹脂との一体成形体である樹脂成形品を前記金型キャビティーから取り出す第６の工程と
   を有し、
   前記第３の金型ブロックに装着してある前記樹脂インサート部品は、内部に空間を有しており、前記第４の工程は、前記空間内に冷却用エアーを吹き込み、前記加熱装置の加熱による前記樹脂インサート部品の変形を抑制する工程を有することを特徴とするインサート成形法。
2. 前記加熱装置は、電気的に輻射熱を発生させ、前記樹脂インサート部品に照射させることにより前記樹脂インサート部品を、前記熱可塑性樹脂の融点または軟化点以上に加熱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法。

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