WO2017056319A1 - ワックス型射出成型用のクランプ装置及びワックス型の製造方法 - Google Patents

ワックス型射出成型用のクランプ装置及びワックス型の製造方法 Download PDF

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WO2017056319A1
WO2017056319A1 PCT/JP2015/078074 JP2015078074W WO2017056319A1 WO 2017056319 A1 WO2017056319 A1 WO 2017056319A1 JP 2015078074 W JP2015078074 W JP 2015078074W WO 2017056319 A1 WO2017056319 A1 WO 2017056319A1
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surface pressure
clamp
wax
rubber mold
mold
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PCT/JP2015/078074
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English (en)
French (fr)
Inventor
幾營 久保
Original Assignee
株式会社エイシン技研
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C7/00Patterns; Manufacture thereof so far as not provided for in other classes
    • B22C7/02Lost patterns

Definitions

  • the present invention relates to a clamping device for wax mold injection molding and a method for manufacturing a wax mold, and in particular, a clamping device used for fixing a rubber mold in wax mold injection molding in lost wax precision casting and a wax using the clamping device.
  • the present invention relates to a mold manufacturing method.
  • the first process is the process of making the prototype.
  • the second process is a process of manufacturing a rubber mold having a cavity having the same shape as the original mold.
  • the third step is a step of injecting the wax dissolved in the rubber mold and taking it out to produce a wax mold having the same shape as the original mold. In general, many wax molds are produced by repeating the third step.
  • a large number of wax molds manufactured in the third step are attached in a tree shape while dissolving the end of the wax mold around the wax rod, and this is installed in a cylindrical heat-resistant container, and gypsum is poured.
  • the process of creating a plaster mold is the process of making the prototype.
  • the second process is a process of manufacturing a rubber mold having a cavity having the same shape as the original mold.
  • the third step is a step of injecting the wax dissolved in the rubber mold and taking it out to produce a wax mold having the same shape as the original mold. In general, many wax molds are produced by repeating the third step
  • the fifth step is to use an electric furnace or gas furnace, etc., to dissolve away the wax inside the gypsum mold at a low temperature, completely burn the wax adhering to the inside of the cavity at a medium temperature, and further raise the temperature to increase the temperature.
  • a firing process in which after the steel has developed a strength that can withstand the impact of pouring a noble metal, it is lowered to a temperature suitable for pouring the noble metal.
  • the sixth process is a casting process in which precious metal is poured into a gypsum mold that has many of the same cavities as the original mold.
  • the seventh step is to quickly cool the gypsum mold with water when the precious metal has hardened, split the gypsum into pieces, take out the dendritic precious metal, cut off excess parts, and polish the precious metal with the same shape as the original mold Process.
  • a mold frame (not shown) having a size corresponding to the size of the rubber mold 3 to be created, a prototype 1 and parts 2 (runner 2a and gate 2b) are used.
  • the bottom of the formwork is closed with a plate, and the material before vulcanization of silicon rubber is placed in the lower half, and then the part 1 is bonded to the original mold 1 and then the material before vulcanization is placed in the upper half.
  • a two-component solidified silicone rubber may be used instead of the vulcanizable rubber.
  • Such a cut 3c also has an effect of facilitating vacuuming and sealing of the pressurized wax when a wax mold is produced by injecting wax into the rubber mold 3.
  • a wax mold is produced by injecting wax into the rubber mold 3.
  • the inside of the rubber mold may be divided into several parts or cores may be inserted.
  • the size and thickness of the rubber mold vary accordingly. Also, the hardness of the rubber is often changed in accordance with the durability of the rubber mold and the difficulty level when the wax mold is taken out from the rubber mold.
  • FIGS 2 and 3 show conceptual diagrams of the wax-type injection molding machine and the clamping device used in the third step.
  • the wax type injection molding machine 6 has an injection nozzle 7, and basically has a function of evacuating the cavity 4 in the rubber mold from the injection nozzle 7 and a function of pressurizing and injecting the dissolved wax. Furthermore, in order to produce high-quality wax molds in large quantities with high yield, functions such as melt wax temperature control, injection nozzle temperature control, injection pressure control, evacuation time control, and injection time control may be required. is there.
  • the clamping device 5 sandwiches the rubber mold 3 between a mounting plate 9 and a clamp plate 10 driven by a clamping force generator 11 to apply a clamping force (clamping force F1, clamping reaction force F2), thereby causing an injection nozzle 7 and a gate 4a.
  • the rubber mold 3 is pressed against the injection nozzle 7 with a pressing force F3 and sealed. In this state, wax is injected from the injection nozzle 7 into the cavity 4 of the rubber mold 3.
  • the volume and shape of the original mold 1 are various, and therefore the length when viewed from above the rubber mold 3, 3 'manufactured from the original mold and the thickness when viewed from the side are also varied. Accordingly, in order to appropriately inject the melted wax into the cavity 4 in the rubber mold and to manufacture a predetermined wax mold, a function required in addition to the basic functions shown in FIG. Will occur.
  • the thickness of the rubber mold 3 is not always constant, and the clamp plate 10 and the mounting table 9 are not completely parallel. Therefore, the clamp force generator 11 and the clamp plate 10 swing the clamp plate 10 by a spherical bearing. It is common to couple by a floating mechanism 12 that supports it.
  • the vertical movement mechanism 5b is for adjusting the height of the mounting table 9 within a certain range R2 so that the gates 4a of the rubber dies 3, 3 ′ having different thicknesses can be adjusted to the height of the injection nozzle 7. Is.
  • the back-and-forth moving mechanism 5c is for moving the mounting table 9 in the front-rear direction.
  • the back-and-forth moving mechanism 5c is for moving the mounting table 9 in the front-rear direction.
  • the clamping force F1 and the pressing force F3 are set. It needs to be adjusted. However, if the clamping force F1 or the pressing force F3 is excessive, the rubber mold 3 is deformed, and it becomes impossible to take a wax mold close to the original mold.
  • FIG. 4 shows the force balance when the rubber mold 3 is clamped by the clamp device 5 and the wax is injected.
  • the clamp force generator 11 is a device for applying a clamp force F1 to the clamp plate 10.
  • the area S is smaller than the area A, and when calculating the surface pressure, the total cross-sectional area of the rubber mold 3 is A + S ⁇ A. Often it can be calculated.
  • the rubber mold 3 is advanced and pressed against the injection nozzle 7, and after evacuation, the wax is injected from the nozzle 7 at a certain pressure P to fill the wax inside the rubber mold 3.
  • a force Fp obtained by multiplying the cross-sectional area S and the injection pressure P is generated in the cavity 4, and the resultant force of the clamping force F1 and Fr + Fp balances. Therefore, the elastic force Fr of the rubber mold 3 is changed from F1 to F1-Fp.
  • the surface pressure of the rubber mold mating surface 3c decreases to (F1-Fp) / A.
  • the deflection of the rubber mold 3 decreases from D1 to D2 (D2 ⁇ D1), and the volume and shape of the cavity 4 change (4 ′ ⁇ 4 ′′).
  • the decrease in the elastic force Fr causes the wax to ooze out from the rubber mold mating surface 3c at the time of wax injection, and causes the need for deburring and the like in a subsequent process.
  • the clamping force F1 is excessively increased, the burden on the rubber mold 3 is increased, and the volume and shape (4 ′′) of the cavity at the time of wax injection are changed from the initial volume and shape (4). It will change greatly.
  • the deformation of the cavity is a problem because it means that the product shape is different from that of the prototype 1.
  • This problem is significant when the product is an industrial precision part.
  • the change in the cavity volume causes the metal usage of the product to become unstable. In particular, when the product is a precious metal, even a slight increase in the amount of use produces a large amount of the product, which greatly affects the profit management of the manufacturer.
  • an appropriate clamping force F1 must be determined according to the type of rubber mold 3 and the injection pressure P.
  • the rubber mold 3 has various sizes and hardnesses, and the injection pressure P needs to be changed according to the type of wax, the size and shape of the cavity 4, etc., and is appropriate based on such various factors. It is practically impossible to obtain the correct clamping force F1. For this reason, the clamping force F1 is determined for each rubber mold 3 by trial and error.
  • Patent Document 2 The manufacturer performs such trial and error for each of the large number of rubber dies 3, and further inputs manufacturing conditions such as injection pressure P and clamping force F1 determined thereby to the apparatus for each rubber dies 3 to be stored. Work (Patent Document 2) is forced. In addition, because of trial and error, operator skill is required to determine the optimum manufacturing conditions, increasing the difficulty of manufacturing high-quality products. Since it was determined by trial and error, there were variations in manufacturing conditions, which caused variations in product volume and shape.
  • ⁇ Viewpoint 1> A mounting table for mounting the rubber mold; A clamp plate movable in the vertical direction; A clamping force generator for applying a clamping force to the clamping plate; A clamping device for wax mold injection molding that clamps the rubber mold between the mounting table and the clamp plate, A surface pressure measuring mechanism for measuring the surface pressure generated in the rubber mold; An input means for inputting the surface pressure target value; The clamp apparatus further comprising a control means for controlling the clamping force based on the surface pressure target value and the surface pressure measured by the surface pressure measuring mechanism.
  • the surface pressure measuring mechanism has a surface pressure sensor, 4.
  • ⁇ Viewpoint 5> The injection of the wax into the rubber mold is performed in a state where the clamp device is adjacent to the wax mold injection molding machine,
  • the wax injection direction is a first direction
  • a direction in a horizontal plane perpendicular to the first direction is a second direction.
  • the distance in the first direction from the end of the clamp plate on the wax-type injection molding machine side is 0 to 20 mm
  • the surface pressure sensor from the point of application of the clamping force on the clamp plate 5.
  • the clamping device according to aspect 4 wherein the clamping device is installed in an area where the distance in the second direction is 5 mm to 17.5 mm.
  • ⁇ Viewpoint 6> 6 The clamping device according to aspect 4 or 5, wherein a plurality of the surface pressure sensors are installed at spaced positions in the first direction and / or the second direction.
  • ⁇ Viewpoint 7> A method for producing a wax mold using the clamping device according to any one of aspects 1 to 6, A first step of clamping the rubber mold according to the control of the control means; A second step of maintaining the clamping force at the end of the first step; A method of manufacturing a wax mold, comprising: a third step of injecting wax into the rubber mold after a predetermined time has elapsed since the end of the first step.
  • Patent Document 2 is the only conventional technique for tackling the problem to be solved by the above invention.
  • the apparatus of Patent Document 2 has problems in terms of human costs related to data input and the like, management costs, efficiency, and convenience.
  • the product of Patent Document 2 having the problem (2) described above has achieved commercial success for a period of about 10 years from its release to today, despite the high price of the device. I am paying.
  • viewpoints 1 and 7 are not easily conceived at least in this industry.
  • up and down, front and rear, and left and right mean directions perpendicular to each other.
  • the first and second directions mean directions perpendicular to each other in the horizontal plane.
  • this definition is not strict and should be interpreted flexibly as long as the effects of the invention can be achieved.
  • the angle between the top, bottom, front, back, left and right can be different from the vertical.
  • the vertical direction does not necessarily mean the vertical direction.
  • the vertical direction may be a direction in a horizontal plane.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of a rubber mold manufacturing method.
  • FIG. 2 is a side view of the wax-type injection molding machine and the clamping device.
  • FIG. 3 is a side view of the clamping device.
  • 4 (a) to 4 (c) show the force balance when the rubber mold is clamped by the clamping device and the wax is injected.
  • Fig.5 (a) shows the clamp apparatus 5A which concerns on one Embodiment of this invention.
  • FIG. 5B shows a clamp device 5B according to another embodiment.
  • Fig.6 (a) shows transition of the typical surface pressure measured value Pm in 5 A of clamp apparatuses in a 3rd process.
  • FIG. 6B shows a transition of a typical surface pressure measurement value Pm in the clamp device 5 in the third step.
  • FIG. 7 is a front view of a clamp device 5C according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a side view of a clamp device 5C according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 shows the lock mechanism 20A.
  • FIG. 10 shows the wedge receiving member 25.
  • FIG. 11 illustrates the wedge effect due to having the recess 25c.
  • FIG. 12 shows a modified form of the locking mechanism.
  • FIG. 13 shows a modified form of the locking mechanism.
  • FIG. 14 shows the surface pressure measuring mechanism 30.
  • FIG. 15 shows a preferable range R of the installation positions of the surface pressure sensors 31A and 31B.
  • FIGS. 16A and 16B show the top and side surfaces of exemplary surface pressure sensors 31A to 31D.
  • FIG. 17 shows a mechanism of surface pressure measurement by the surface pressure measurement mechanism 30.
  • FIG. 5 (a) showing a clamp device 5A according to an embodiment of the present invention.
  • the clamp device 5 ⁇ / b> A includes a mounting table 9, a clamp plate 10, a clamp force generator 11, a surface pressure sensor 31, a target value input unit 40, and a control unit 50.
  • the surface pressure sensor 31 constitutes a surface pressure measuring unit.
  • the clamp force generator 11 presses (clamps) the rubber mold 3 between the mounting table 9 and the clamp plate 10 by lowering the clamp shaft 11a by supplying air S, and the air S exhausts and the action of the return spring 11b. It is preferable to use a single-action air cylinder that raises the clamp shaft 11a. This is because the friction between the piston and the cylinder wall and other friction can be reduced, and the pressing force can be freely changed by controlling the supply pressure of the air S.
  • the surface pressure sensor 31 provides the control unit 40 with a signal corresponding to the surface pressure generated in the rubber mold 3 by the clamp.
  • the surface pressure sensor 31 is attached to the lower surface of the clamp plate 10.
  • the number of the surface pressure sensors 31 may be one or plural.
  • the surface pressure sensor 31 is installed at a position corresponding to the rubber mold mating surface 3c (a part other than the cavity 4 and the gate 4a) in the rubber mold 3.
  • the surface pressure sensor 31 generates a signal corresponding to the pressure generated on the rubber mold mating surface 3c. Therefore, the pressure generated on the rubber mold mating surface 3c can be obtained based on the signal from the surface pressure sensor 31.
  • the target value input unit 40 is a means for inputting the surface pressure target value Pa to the control unit 50.
  • the target value input unit 40 can be configured with, for example, a keyboard, a touch panel, a mouse, a button, or the like.
  • the control unit 50 controls the clamping force F ⁇ b> 1 by the clamping force generator 11 based on the signal from the surface pressure sensor 31.
  • the clamping force F1 can be controlled by controlling the supply of air S to the clamping force generator 11.
  • the control unit 50 obtains an appropriate calculation value from the signal of the surface pressure sensor 31, and feedback-controls the supply of the clamping force F1 or the air S based on the calculated value.
  • the control unit 50 controls the supply of the air S to the clamping force generator 11 based on the surface pressure (surface pressure measurement value Pm) obtained from the signal of the surface pressure sensor 31.
  • surface pressure surface pressure measurement value Pm
  • the controller 50 supplies the air S when the measured surface pressure value Pm is less than the set surface pressure Pa, and stops supplying the air S when the measured surface pressure value Pm is equal to or greater than the set surface pressure Pa. .
  • the air S may be exhausted.
  • the control of the control unit 50 can be PID control.
  • the inventor of the present application uses the clamping device of the present invention and is necessary to prevent the exudation of wax with respect to the rubber mold 3 having various sizes / materials and various hollow shapes currently used in the industry.
  • An experiment was conducted to examine the minimum surface pressure (hereinafter referred to as seal pressure Ps) of the rubber mold mating surface 3c. As a result, it is possible to statistically grasp the seal pressure Ps from only the injection pressure P of the wax. Depending on the size / material of the rubber mold 3 and the size / shape of the cavity 4, the seal pressure Ps It was found that the pressure Ps was not greatly affected.
  • a value obtained by adding a certain margin (margin for covering a decrease in the measured pressure value Pm at the time of wax injection) to the approximate value of the seal pressure Ps obtained by the above formula (1) or the like is a surface pressure target.
  • a certain margin margin for covering a decrease in the measured pressure value Pm at the time of wax injection
  • the value Pa By setting the value Pa, it is possible to inject the wax into the rubber mold 3 without causing the wax to ooze out.
  • a value obtained by a simple mathematical expression such as C3 ⁇ Ps can be used as the surface pressure target value Pa.
  • C3 is a constant of about 1.1 to 1.5, for example.
  • FIG. 6A shows a transition of a typical surface pressure measurement value Pm in the clamp device 5A in the third step.
  • the horizontal axis is time.
  • the rubber mold 3 is arranged so that the point of action of the clamping force F1 is at the center of the rubber mold 3, and the rubber mold 3 is clamped with a uniform surface pressure.
  • the control unit 50 starts controlling the air S (time t0)
  • the clamp plate 10 comes into contact with the upper surface of the rubber mold 3 at a certain time t1, and thereafter, the deflection (compression) of the rubber mold 3 increases and the surface pressure increases.
  • the measured value Pm increases.
  • the control unit 50 stops the supply of the air S.
  • the surface pressure measurement value Pm is maintained at a constant value (surface pressure target value Pa). Thereafter, when the wax injection is started at time t3, the deflection of the rubber mold 3 is reduced by the injection pressure P of the wax, and the surface pressure measurement value Pm is reduced.
  • the surface pressure target value Pa is appropriately set as described above. In this case, the surface pressure measurement value Pm can be prevented from being lower than the seal pressure Ps. Therefore, it is possible to inject the wax into the rubber mold 3 without causing the wax to ooze out with respect to various rubber molds 3 having different sizes / materials and the sizes / shapes of the cavities 4.
  • this state is maintained for a certain time (until a certain time t5) from the time t4 when the injection of the wax is completed until the wax is cooled / solidified to some extent. Thereafter, the rubber mold 3 is removed from the injection nozzle 7 to complete the third step.
  • the control of the air S by the control unit 50 may be performed only between the time point t0 and the time point t3, but the control may be continued over a predetermined time after the time point t3.
  • the controller 50 supplies the air S when the surface pressure measurement value Pm decreases after the time point t3, so that the reduction range of the surface pressure measurement value Pm becomes small. Therefore, a smaller surface pressure target value Pa can be set.
  • FIG. 5B shows a clamp device 5B according to another embodiment.
  • the clamp device 5B has the same configuration as that of the clamp device 5A except that the clamp device 20 is provided.
  • the lock mechanism 20 is disclosed in PCT / JP2015 / 073015 previously filed by the applicant of the present application, and is used to fix the vertical position of the clamp plate 10 with respect to the mounting table 9 in a state where the rubber mold 3 is clamped. Mechanism. By fixing the position of the clamp plate 10, it is possible to reduce the reduction width of the surface pressure measurement value Pm at the time of wax injection.
  • the surface pressure target value Pa can be made smaller (a value closer to the seal pressure Ps), and the load on the rubber mold 3 and the volume and shape of the cavity due to excessive clamping force F1 can be further reduced. It becomes possible to make it smaller. As a result, it is possible to manufacture the product more faithfully with the prototype 1, and to improve the quality of precision parts and the like.
  • FIG. 6B shows a transition of a typical surface pressure measurement value Pm in the clamp device 5B in the third step.
  • the horizontal axis is time.
  • the position of the clamp plate 10 is fixed by the lock mechanism 20.
  • the decrease width of the surface pressure measurement value Pm by the wax injection after the time point t3 becomes smaller than that in the case of FIG. 6A (ideally, the decrease width becomes zero).
  • the position of the clamp plate 10 by the lock mechanism 20 may be fixed manually or under the control of the control unit 50.
  • the control unit 50 preferably controls the lock mechanism 20 to fix the position of the clamp plate 10 at the timing of the time point t2 (or an appropriate timing between the time point t2 and the time point t3).
  • 7 to 9 show a particularly preferred form of the clamping device 5C. 7 and 8 correspond to the portion above the rubber mounting table 9 of the clamp mechanism 5a in FIG.
  • the clamp device 5C of the present embodiment includes a clamp mechanism unit housing 8, a mounting table 9 having a substantially horizontal mounting surface for mounting the rubber mold 3, and a clamp plate 10 movable in the vertical direction.
  • the housing 8 can be formed of a metal material such as a sheet metal.
  • the mounting table 9 has a rubber-type positioning insertion plate 9a formed of an acrylic plate or the like on which the rubber mold 3 can be mounted, and the above-described mounting surface is formed on the rubber-type positioning insertion plate 9a.
  • the clamp plate 10 is formed of a substantially flat metal plate or the like.
  • one or a plurality of recesses 10 b (FIG. 17) for accommodating a below-described surface pressure sensor 31 and one or a plurality of wirings for passing the wiring from the surface pressure sensor 31 to the circuit board 33.
  • a hole 10c (FIG. 14) is formed.
  • the clamp force generator 11 is a device for changing the vertical position of the clamp plate 10 with respect to the mounting table 9 and causing the clamp force F1 to act on the clamp plate 10.
  • the clamp force generator 11 is a single-acting air cylinder capable of moving the clamp plate 10 up and down by a clamp shaft 11a operated by compressed air and applying a clamp force F1 to the clamp plate 10. is there.
  • the clamp shaft 11a and the clamp plate 10 are connected via a floating mechanism 12.
  • the floating mechanism 12 includes a rocking bearing portion 12a and a movement limiting mechanism 12b.
  • the oscillating bearing 12a is coupled to the clamp shaft 11a by a ball joint or the like so that the clamp plate 10 can swing back and forth and right and left.
  • the movement limiting mechanism 12b allows the clamp shaft 11a to move in the front-rear direction when the clamp plate 10 is at the top dead center, while the clamp plate 10 of the clamp shaft 11a moves when the clamp plate 10 is lowered from the top dead center.
  • the position in the front-rear direction with respect to is fixed.
  • the operating point of the clamping force F1 on the clamp plate 10 can be adjusted in the front-rear direction according to the size of the rubber mold 3. In the descending process, the point of action of the clamping force F1 is prevented from shifting.
  • the clamp plate 10 has protrusions 10a on the left and right, and the clamp mechanism housing 8 has an engagement portion 8a that engages with the protrusion 10a of the clamp plate 10 at the top dead center. Engaging the protrusion 10a and the engaging portion 8a prevents the clamp plate 10 from moving back and forth together when the clamp shaft 11a moves in the front-rear direction.
  • the clamping force generator moving mechanism 13 is a mechanism for moving the clamping force generator 11 in the front-rear direction.
  • the clamp force generator moving mechanism 13 rotates the guide shaft 13a for guiding the clamp force generator 11 back and forth, a rack 13b and a pinion 13c for driving the clamp force generator 11 back and forth, and the pinion 13c.
  • the knob 13d is provided.
  • the guide shaft 13a is attached to the clamp mechanism section housing 8 with a slight gap, and even if the clamp force generator 11 is operated, a large reaction force does not act on the guide shaft 13a, and the clamp mechanism section housing.
  • Clamp reaction force receivers 13e for directly acting on the body 8 are attached to the left and right in the entire moving direction of the clamp force generator moving mechanism 13.
  • the vertical position of the clamping force generator moving mechanism 13 with respect to the mounting table 9 is basically fixed. In a state in which the clamp plate 10 clamps the rubber mold 3, the clamp reaction force receiver 13e is in close contact with the clamp mechanism unit housing 8, and the vertical position of the clamp force generator moving mechanism 13 with respect to the mounting table 9 is substantially Fixed.
  • the left-right moving mechanism 14 is a mechanism that guides the clamp mechanism 5a in the left-right direction according to the force in the left-right direction acting on the clamp mechanism 5a.
  • FIG. 9 shows the lock mechanism 20A.
  • the lock mechanism 20 ⁇ / b> A includes a lock rod 21, a block member 22, an elastic member 23, an air cylinder 24, and a wedge receiving member 25.
  • the lock bar 21 is a flat bar member having a circular hole 21a at one end and a circular hole 21b at the other end.
  • the circular hole 21a is rotatably supported in a horizontal plane around a fixed shaft 13g fixed to the housing 13f of the clamp force generator moving mechanism 13.
  • the circular hole 21b is rotatably supported around a drive shaft 24b formed at the tip of the piston 24a of the air cylinder 24.
  • the lock rod 21 has an engaging portion 21c that can be engaged with the clamp shaft 11a at an intermediate position between the circular holes 21a and 21b.
  • the engaging portion 21c can have a complementary shape to the clamp shaft 11a.
  • the engaging portion 21c is provided at a position where the distance N between the circular holes 21a and 21b is sufficiently larger than the distance n between the circular hole 21a and the engaging portion 21c.
  • the block member 22 is fixed to the housing 13f of the clamp force generator moving mechanism 13.
  • An elastic member 23 such as a spring is inserted between the other end side of the lock rod 21 and the block member 22.
  • the air cylinder 24 drives the piston 24a in the horizontal direction (left and right in FIG. 8A) by the pressure of the air S1 and the urging force of the elastic member 23.
  • the air cylinder 24 is positioned so that a slight gap is formed between the engaging portion 21c and the clamp shaft 11a when the air S1 is not supplied.
  • FIG. 10 shows the wedge receiving member 25.
  • FIG. 10A is a perspective view
  • FIG. 10B is a CC cross section of FIG. 9B.
  • the wedge receiving member 25 is a member having a substantially cylindrical outer shape having a protruding portion 25a.
  • the wedge receiving member 25 is formed with a guide hole 25b having substantially the same diameter as that of the clamp shaft 11a for guiding the clamp shaft 11a, and a concave portion 25c opened in the guide hole 25b.
  • the guide hole 25b and the recessed part 25c penetrate the wedge receiving member 25 in the vertical direction.
  • the recess 25c has an arcuate cross-sectional shape having a smaller diameter than the guide hole 25b formed at the eccentric position of the guide hole 25b.
  • the connecting portion between the guide hole 25b and the recess 25c constitutes friction portions 25d and 25e that generate friction between the clamp shaft 11a.
  • the distance r1 between the friction portions 25d and 25e is smaller than the diameter r2 of the guide hole 25b (clamp shaft 11a).
  • a cut portion 25f having a width substantially the same as the thickness of the lock rod 21 for guiding the lock rod 21 in a horizontal plane is formed.
  • the wedge receiving member 25 is preferably an integral member formed by processing a cylindrical rod from the viewpoint of cost and strength.
  • the recess 25c can be processed by an end mill or the like, and the cut portion 25f can be processed by a mill or the like.
  • the wedge receiving member 25 is fixed to the housing 13f in a state where the protruding portion 25a is inserted into the engagement hole 13h of the housing 13f.
  • 25g is a receiving hole for the fixed shaft 13g.
  • the pressing force from the clamp shaft 11a to the wedge receiving member 25 can be increased. Further, when the pressing force of the clamp shaft 11a acts on two points (friction portions 25d and 25e), a large reaction force is generated by the wedge effect, and the position of the clamp shaft 11a in the vertical direction can be firmly fixed.
  • FIG. 11 illustrates the wedge effect by having the recess 25c.
  • a drag is generated only at one location of the wedge receiving member 25, and the magnitude of the drag is equal to the pressing force F of the clamp shaft 11a.
  • the presence of the concave portion 25c generates drag Fa and Fb at the two friction portions 25d and 25e.
  • the drag Fa and Fb can be increased as Fa2 and Fb2.
  • the frictional force acting on the clamp shaft 11a acts as a product of the drag forces Fa and Fb and the friction coefficient, the frictional force can be effectively increased by the wedge effect. Since the coefficient of friction is determined by the material and surface roughness of the outer wall of the clamp shaft 11a and the inner wall of the recess 25c, a spiral groove is formed in the clamp shaft 11a and / or the recess 25c by selecting an appropriate material and finishing an appropriate surface roughness. Etc., it is possible to increase the friction coefficient.
  • the wedge receiving member 25 having the projection 25a, the guide hole 25b, the notch 25f, and the like is shown as a particularly preferable aspect.
  • the clamp shaft 11a due to the wedge effect described above has only the friction portions 25d and 25e. Can be fixed, and other configurations can be omitted.
  • FIG. 12 shows a first modification of the locking mechanism.
  • a sleeve 26 having a taper 26b with a split 26a and a sleeve 27 having a taper 27a complementary to the taper 26b are fitted into the clamp shaft 11a. If the sleeve 27 is pressed against the sleeve 26 by the piston 28 a of the air cylinder 28 or the like, the position of the clamp shaft 11 a can be fixed by tightening the sleeve 26.
  • FIG. 13 shows a second modification of the locking mechanism.
  • the lock mechanism 20C of FIG. 13 has a pair of blocks or plates 29 having a taper 29a that engages with the clamp shaft 11a.
  • the position of the clamp shaft 11a can be fixed by supporting one end of the block or plate 29 rotatably, applying a pressing force to the other end, and sandwiching the clamp shaft 11a with the taper 29a.
  • the position of the clamp shaft 11a can be fixed by forming a rack vertically on the outer wall of the clamp shaft 11a, engaging the pinion with the rack, and fixing the pinion.
  • FIG. 14 shows the surface pressure measuring mechanism 30.
  • the surface pressure measuring mechanism 30 includes a surface pressure sensor 31, a pressure receiving plate 32, and a circuit board 33.
  • the surface pressure measuring mechanism 30 of this embodiment has four surface pressure sensors 31A to 31D. Each of the surface pressure sensors 31A to 31D is installed in a plurality of recesses 10b formed on the lower surface of the clamp plate 10.
  • a control unit (not shown) described later controls the supply of air S to the clamping force generator 11 based on the output of the surface pressure sensor 31A. Control based on two or more outputs of the surface pressure sensors 31A to 31D is also possible.
  • the surface pressure sensor 31B is a spare sensor, and when the surface pressure sensor 31A fails, the control unit controls the supply of the air S to the clamping force generator 11 based on the output of the surface pressure sensor 31B. .
  • the surface pressure sensors 31A and 31B are positions corresponding to the rubber mold mating surface 3c (portions other than the cavity 4 and the gate 4a) in the rubber mold 3 and are located within a range of the outer shape of the rubber mold 3 having the smallest size. It is preferable to arrange.
  • a preferred range R of the installation positions of the surface pressure sensors 31A and 31B is shown in FIG. As shown in the figure, the preferable range R is a range in which the distance from the center C of the clamp plate 10 in the left-right direction is 5 to 17.5 mm, and from the front end E (end portion on the injection nozzle 7 side) of the clamp plate 10. The backward distance is in the range of 0 to 20 mm.
  • the surface pressure sensor 31A and the surface pressure sensors 31C and / or 31D are used for checking the pressing balance of the clamp plate 10 (appropriateness of the action point of the clamping force F1 in the front-rear direction).
  • the clamp force generator 11 is moved by the clamp force generator moving mechanism 13. The position in the front-rear direction can be adjusted.
  • the clamp force generator moving mechanism 13 is provided with a drive device for driving the clamp force generator 11 in the front-rear direction, and the control unit performs clamping based on the signals from the surface pressure sensor 31A and the surface pressure sensors 31C and / or 31D.
  • the force generator 11 may be configured to automatically move.
  • the surface pressure sensor 31C can be used, and when the rubber mold 3 is relatively large, the surface pressure sensor 31D can be used.
  • the surface pressure sensors 31A to 31D are carbon resistance type sensors.
  • the surface pressure sensors 31A to 31D include a substrate 31a on which a circuit pattern (not shown) including a pair of comb electrodes is formed, and terminals 31b and 31b electrically connected to the comb electrodes.
  • a carbon film 31d is attached to the upper part of the comb-shaped electrode via a spacer 31c, and the change in pressure is detected by changing the conductive resistance between the comb-shaped electrodes according to the pressure acting on the carbon film 31d. It is a mechanism.
  • the carbon resistance type sensor has advantages such as very thin, small shape and high durability, although the surface pressure detection accuracy is not so high.
  • the surface pressure sensors 31A to 31D are installed in the recess 10b formed in the clamp plate 10 so that the surface of the carbon film 31d is substantially coincident with the lower surface of the clamp plate 10.
  • the terminals 31b and 31b of the surface pressure sensors 31A to 31D are soldered to the wiring on the circuit board 33 through the wiring holes 10c provided in the clamp plate 10 so as to avoid the movable part of the floating mechanism 12.
  • the pressure receiving plate 32 is preferably made of a material having a lower hardness than the rubber mold 3 (for example, rubber, plastic, etc.).
  • the pressure receiving plate 32 may be attached to the lower surface of the clamp plate 10 so as to cover the entire lower surface of the clamp plate 10. Since the clamp device 5C of the present embodiment includes the lock mechanism 20A, it is preferable to make the pressure receiving plate 32 as thin as possible. This is because the lock mechanism 20 ⁇ / b> A clamps the rubber mold 3 via the pressure receiving plate 32, which may reduce the lock effect.
  • the thickness of the pressure receiving plate 32 may be thin.
  • the thickness of the pressure receiving plate 32 is preferably 0.03 to 5 mm, more preferably 0.05 to 3 mm, and particularly preferably 0.1 mm to 2 mm. It is. In the case of a clamping device that does not use the lock mechanism 20A, the thickness of the pressure receiving plate 32 is not limited, and the pressure receiving plate 32 having a large thickness may be used.
  • FIG. 17 shows a mechanism of surface pressure measurement by the surface pressure measurement mechanism 30.
  • FIG. 17 (a) when there is no pressure receiving plate 32, unless the rubber mold 3 is deformed, the clamping force does not act on the carbon film 31d, so the pressure of the rubber mold 3 may not be detected properly. Conceivable.
  • the pressure receiving plate 32 having low hardness is arranged on the lower surface of the clamp plate 10, as shown in FIG. 17B, the pressure receiving plate 32 is deformed so that the clamping force easily acts on the carbon film 31d. The pressure can be detected more reliably.
  • the circuit board 33 carries a circuit pattern for collecting the surface pressure sensors 31A to 31D and connecting them to the control unit. In order to ensure insulation between the circuit pattern and the clamp plate 10, the circuit board 33 is attached to the clamp plate 10 via a spacer 33a.
  • the circuit board 33 has a U shape so as to avoid the movable part of the floating mechanism 12.
  • the clamp device 5C may have a target value input unit and a control unit similar to the target value input unit 40 and the control unit 50 of the clamp devices 5A and 5B.
  • the control unit controls the clamping force F1 by controlling the supply of the air S to the clamping force generator 11 based on the output of the surface pressure sensor 31A.
  • the control unit can control the supply pressure of the air S to the clamping force generator 11 based on the output of the surface pressure sensor 31B. .
  • the carbon resistance type surface pressure sensors 31A to 31D are used in the embodiment of the clamp device 5C, but other types of sensors can also be used.
  • a conductive rubber resistance type sensor using a rubber plate made of conductive fine powder such as metal may be used.
  • the conductive rubber resistance type sensor is thicker, less durable, and less accurate than the carbon resistance type sensor.
  • a high precision surface pressure sensor can be constructed by applying a strain gauge or magnetic sensor, but it is thin and difficult to reduce in shape.
  • the carbon resistance type is most suitable.
  • the surface pressure sensor 31B is a spare sensor, and the surface pressure sensors 31C and / or 31D are used for checking the pressure balance, but two surface pressure sensors 31A to 31D are used.
  • the supply pressure of the air S may be controlled using the average value of the above outputs.
  • the case where the number of the clamping force generators 11 is one is shown.
  • a plurality of small (small output) clamping force generators 11 are arranged in the front-rear direction, and the surface pressure sensor 31A and the surface pressure sensor 31A are arranged.
  • a modification in which the clamp force F1 (supply pressure of the air S) of each clamp force generator 11 is controlled using the signal of the pressure sensor 31C or 31D so that the pressing balance in the front-rear direction is uniform is also possible.
  • the clamping force generator moving mechanism 13 can be omitted.
  • the positional relationship and the number of the surface pressure sensors 31A, 31C, 31D in the front-rear direction are not limited to those in the above embodiment, and can be adjusted as appropriate.
  • the pressure balance in the front-rear direction is not made uniform, but the pressure balance in the front-rear direction is adjusted according to the characteristics of the rubber mold 3 and the arrangement and shape of the cavity 4 (front of the rubber mold 3). It is also possible to make the clamping force of the part stronger or weaker than the rear part. Thereby, better wax injection may be possible.
  • the clamping device of the present invention can have the following effects in addition to the effects described above.
  • the clamp force generator 11 is preferably an air cylinder that moves the clamp shaft 11a up and down by the supply of air S and the action of the return spring 11b.
  • the thickness of the rubber mold 3 varies, and the thickness of the rubber mold positioning insertion plate 9a (acrylic plate) varies depending on the customer. If the thickness of the rubber mold 3 or the thickness of the rubber mold positioning / inserting plate 9a changes, the amount of deflection of the return spring 11b when the rubber mold 3 is clamped is different. A difference occurs in the force F1.
  • the clamp force F1 is different if the thickness of the rubber mold 3 or the thickness of the acrylic plate (rubber mold positioning insertion plate 9a) is different. This makes it more difficult to obtain an appropriate value for the clamping force, which is one of the reasons why the clamping force must be changed in various ways. Since the present invention controls the clamping force based on the actually measured surface pressure Pm, the clamping force can be made constant regardless of the difference in the thickness of the rubber mold 3 or the difference in the thickness of the acrylic plate. obtain.
  • the present invention can be applied to the manufacture of a clamping device and a wax mold used for fixing a rubber mold at the time of wax mold injection molding for the manufacture of small articles such as jewelry and accessories, and industrial products.

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Abstract

ゴム型3に過大なクランプ力が掛かることなく、かつ、ワックス射出時のワックス漏れが防止されるようにゴム型3をクランプすることができるクランプ装置を提供する。クランプ装置は、ゴム型3を載置する載置台9と、上下方向に移動可能なクランププレート10と、クランププレート10に対してクランプ力を作用させるためのクランプ力発生器11を有し、載置台9とクランププレート11の間でゴム型3をクランプするものであり、ゴム型3に発生する面圧Pmを測定する面圧センサー31を含む面圧測定機構と、面圧目標値Paを入力するための入力手段40と、面圧目標値Paと面圧Pmに基づいてクランプ力F1を制御する制御手段50を更に有する。

Description

ワックス型射出成型用のクランプ装置及びワックス型の製造方法
 本発明は、ワックス型射出成型用のクランプ装置及びワックス型の製造方法に関し、特に、ロストワックス精密鋳造におけるワックス型射出成型におけるゴム型の固定に使用されるクランプ装置及び当該クランプ装置を用いたワックス型の製造方法に関する。
 主として貴金属を用いた装飾品・アクセサリー・ジュエリーなどは、小さくて複雑、更に精密な形状をしている。このような製品を大量に生産したいという要望があり、ロストワックス精密鋳造法がこの業界で発達してきた。もちろん、上記以外の精密工業用部品製造においても応用可能である。
 ジュエリー製造業界におけるロストワックス精密鋳造は、次のような工程を有する。
 第一工程は原型を製作する工程。
 第二工程は原型と同じ形状の空洞を有するゴム型を製作する工程。
 第三工程はゴム型に溶解したワックス射出し、これを取り出すことで原型と同じ形状のワックス型を製造する工程。一般には、第三工程を繰り返して行うことで、多数のワックス型が製造される。
 第四工程は第三工程で製造した多数のワックス型をワックス棒周辺にワックス型の湯道端部を溶解しつつ樹状に取り付け、これを筒状の耐熱容器内に装着して石膏を流し込み、石膏型を作成する工程。
 第五工程は電気炉又はガス炉その他を用いて、低温で石膏型の内部にあるワックスを溶解流失させ、中温で空洞内部に付着したワックスを完全に燃焼させ、更に温度を上げることで石膏型が貴金属を流し込んだときの衝撃に耐えうる強度を出した後、貴金属を流し込むに適した温度まで下げて待機する焼成工程。
 第六工程は原型と同じ空洞を沢山持つ石膏型内部に貴金属を流し込む鋳造工程。
 第七工程は、貴金属が固まった時点で、石膏型を急速に水冷することで、ばらばらに石膏を割り、樹状の貴金属を取り出し、余分な部分を切り取り、原型と同じ形状の貴金属を磨く仕上げ工程。
 図1を参照して第二工程のゴム型の製造方法を説明する。第二工程では、作成したいゴム型3の大きさに応じたサイズの型枠(不図示)と、原型1と、部品2(湯道2aと湯口2b)を使用する。型枠の下をプレートで塞ぎ、下半分にシリコンゴム加硫前の材料を入れ、その上に、原型1に部品2を接着したものを配置し、その後、上半分に加硫前の材料を入れ、枠の上部をプレートで塞ぎ、プレスしながら温度を上げて加硫する。加硫性のゴムの代わりに二液固化型のシリコンゴムを使用しても良い。
 シリコンゴムが固まってゴム本来の弾性を持つようになったら、ゴム型3を前記の枠から取り出してジグザグの切り込み3cを入れ、原型1とこれに接着した部品2を取り出して、ゴム型を上ゴム型3aと下ゴム型3bに分離する。これにより、内部に原型1及び部品2と同形状の空洞4を有するゴム型3が得られる。このような切り込み3cを分離面全体に入れることにより、上下のゴム型3aと3bを合わせたとき、正確に合わせることができ、内部の空洞形状も正確に再現できる。
 このような切り込み3cはまた、ゴム型3にワックスを射出してワックス型を作成する際、真空引きと加圧したワックスのシールを容易にする作用も有する。ワックス型をゴム型3から取り出す場合、合わせ面(切り込み)3cから上ゴム型3aを分離した後、下ゴム型3bを変形させながら取り出し作業をすると、複雑な形状のワックス型であっても、壊さずに容易に取り出すことができる。場合によっては、ゴム型内部を幾つかに分割したり、中子を入れることもある。
 原型は様々な大きさがあるため、ゴム型もそれに合わせて大きさと厚みは様々に変化する。また、ゴム型の耐久性や、ワックス型をゴム型内部から取り出すときの難易度に合わせて、ゴムの硬度も変えることが多い。
 図2、図3に、第三工程で使用されるワックス型射出成型機とクランプ装置の概念図を示す。
 ワックス型射出成型機6は射出ノズル7を有し、基本的に射出ノズル7からゴム型内の空洞4を真空引きする機能と溶解したワックスを加圧して射出する機能を持つ。更に良質なワックス型を歩留まりよく大量に生産するため、溶解ワックスの温度制御と射出ノズルの温度制御、射出圧力の制御、真空引き時間の制御、射出時間の制御等の機能を要求される場合がある。
 クランプ装置5は、ゴム型3を載置台9とクランプ力発生器11で駆動されるクランププレート10で挟み込んでクランプ力(クランプ力F1、クランプ反力F2)を作用させ、射出ノズル7と湯口4aを上下左右で位置合わせし、ゴム型3を押しつけ力F3で射出ノズル7に押しつけてシールする。その状態で、射出ノズル7からゴム型3の空洞4内にワックスが注入される。
 原型1の体積や形状は様々であり、従って原型から製作したゴム型3、3’の上から見たときの縦横の長さと横から見たときの厚みもまた様々なものになる。そこで、これに対応して、溶解したワックスを適切にゴム型内の空洞4へ射出し、所定のワックス型を製作するためには、図2の基本的な機能に追加して更に必要な機能が発生する。
 ゴム型3は必ずしも厚さが一定とは限らず、またクランププレート10と載置台9は完全な平行ではないため、クランプ力発生器11とクランププレート10は球面軸受部によりクランププレート10を揺動可能に支持するフローティング機構12で結合するのが一般的である。
 ゴム型3をクランプし適切にシールする上で、ゴム型合わせ面3cに均一な面圧を加える必要がある。そのためゴム型の全面に平均して力を加えてクランプすることが望ましい。ゴム型3,3’は大きさがいろいろであるため、クランプ力F1の作用点(クランプ力発生器11)をある範囲R1内で移動させる必要がある。
 上下移動機構5bは、異なる厚さを有するゴム型3,3’の湯口4aを射出ノズル7の高さに合わせることができるように、載置台9の高さをある範囲R2で調整するためのものである。
 前後移動機構5cは、載置台9を前後方向に移動させるためのものである。前後移動機構5cにより、ゴム型3,3’の湯口4aを射出ノズル7方向へ移動して押しつけ力F3を発生させることにより、第三工程におけるゴム型3内部の空洞4の真空引きと内部へワックスを射出する際の圧力のシールを行うことができる。
 また、空洞4の形状やワックスの性質に合わせて射出ノズル7からのワックスの射出圧力を変更するために、及び/又は、ワックスの射出圧力に負けないように、クランプ力F1や押しつけ力F3を調整する必要がある。ただし、クランプ力F1や押しつけ力F3が過大になると、ゴム型3が変形するため、原型に近いワックス型を取ることができなくなる。
国際公開第2013/038448号 特開2002-254137号公報
 図4は、クランプ装置5でゴム型3をクランプしてワックスを射出するときの力バランスを示す。
 クランプ力発生器11は、クランププレート10に対してクランプ力F1を加えるための装置である。
 載置台9上に載置したゴム型3を載置台9とクランププレート10の間でクランプしたとき、クランプ力F1によりゴム型3はたわみ(圧縮)D1を生じ、空洞4の容積、形状も変化する(4→4’)。このとき、ゴム型3の弾性係数をKとすると、ゴム型3には、Fr=K×D1の弾性力Frが発生する。F1とFrは大きさが等しく方向が反対で、力がバランスする。クランプ力F1は空洞4’の断面積Sには作用せず、ゴム型合わせ面3cの面積Aに作用する。従って、F1/A=K×D1/Aの値が、ゴム型3のゴム型合わせ面3cに作用する面圧を意味する。なお、図1にも示すように、一般のゴム型3では、面積Aと比較して面積Sは小さく、面圧の計算等に際しては、ゴム型3の全体の断面積を、A+S≒Aとして計算できる場合が多い。
 ゴム型3を前進させて射出ノズル7に押しつけ、真空引き後、ノズル7からワックスをある圧力Pで射出してゴム型3の内部にワックスを充満させる。このとき、空洞4には、断面積Sと射出圧力Pを乗じた力Fpが発生し、クランプ力F1とFr+Fpの合力がバランスするので、ゴム型3の弾性力Frは、F1からF1-Fpに減少し、ゴム型合わせ面3cの面圧は、(F1-Fp)/Aに減少する。これに伴い、ゴム型3のたわみは、D1からD2(D2<D1)に減少し、空洞4の容積及び形状が変化する(4’→4’’)。
 弾性力Frの減少は、ワックス射出時のゴム型合わせ面3cからのワックス滲み出しの原因となり、後工程でバリ取り等の必要を生じさせる。これを防ぐために過剰にクランプ力F1を大きくすると、ゴム型3への負担が大きくなることに加え、ワックス射出時の空洞の容積、形状(4’’)が当初の容積、形状(4)から大きく変化してしまう。空洞の変形は、原型1と異なる製品形状となることを意味するので問題である。製品が工業用精密部品である場合にこの問題が重大であることは明らかである。空洞容積の変化は、製品の金属使用量が安定しない原因となる。特に、製品が貴金属である場合、わずかな使用量の増大であっても、製品を大量に生産するため、製造業者の利益管理に多大な影響を与える。
 そのため、ゴム型3の種類と射出圧力Pに応じて適切なクランプ力F1を決めなくてはならない。しかし、ゴム型3の大きさや硬度は多種多様であり、射出圧力Pもワックスの種類や空洞4の大きさ・形状等に応じて変化させる必要があり、このような多様な要因に基づいて適切なクランプ力F1を求めることは、実際上不可能である。そのため、ゴム型3毎に試行錯誤でクランプ力F1を決定しているのが現状である。
 製造業者は、多数のゴム型3毎にこのような試行錯誤を行い、更には、それにより決定した射出圧力Pやクランプ力F1等の製造条件をゴム型3毎に装置に入力し、記憶させる作業(特許文献2)を強いられている。また、試行錯誤であるから、最適な製造条件を決定するには作業者の熟練が必要であり、品質の良い製品を製造することの困難性を増大させている。試行錯誤で決定されることから製造条件にバラツキがあり、それにより、製品の容積、形状にバラツキを生じさせていた。
 本出願には、下記の発明が開示される。
<観点1>
 ゴム型を載置する載置台と、
 上下方向に移動可能なクランププレートと、
 前記クランププレートに対してクランプ力を作用させるためのクランプ力発生器を有し、
 前記載置台と前記クランププレートの間で前記ゴム型をクランプするワックス型射出成型用のクランプ装置であって、
 前記ゴム型に発生する面圧を測定するための面圧測定機構と、
 面圧目標値を入力するための入力手段と、
 前記面圧目標値と前記面圧測定機構で測定した前記面圧に基づいて、前記クランプ力を制御する制御手段
 を更に有することを特徴とするクランプ装置。
<観点2>
 前記載置台に対する前記クランププレートの上下方向の位置を固定するロック機構を更に有すること
を特徴とする観点1に記載のクランプ装置。
<観点3>
 前記クランププレートの下面に前記ゴム型よりも低硬度の受圧板が貼付されていること
を特徴とする観点1又は2に記載のクランプ装置。
<観点4>
 前記面圧測定機構は、面圧センサーを有し、
 前記面圧センサーは、前記クランププレートの下面に形成された凹部に取り付けられていること
を特徴とする観点1~3のいずれかに記載のクランプ装置。
<観点5>
 前記ゴム型へのワックスの注入は、前記クランプ装置をワックス型射出成型機と隣接させた状態で行われ、
 前記ワックスの注入の方向を第1の方向とし、前記第1の方向に垂直な水平面内の方向を第2の方向として、
 前記面圧センサーは、前記クランププレートの前記ワックス型射出成型機側の端部からの前記第1の方向の距離が0~20mmであり、前記クランププレート上の前記クランプ力の作用点からの前記第2の方向の距離が5mm~17.5mmである領域に設置されること
を特徴とする観点4に記載のクランプ装置。
<観点6>
 前記第1の方向及び/又は前記第2の方向の離間した位置に複数の前記面圧センサーが設置されること
を特徴とする観点4又は5に記載のクランプ装置。
<観点7>
 観点1~6のいずれかのクランプ装置を用いたワックス型の製造方法であって、
 前記制御手段の制御に従って前記ゴム型をクランプする第1ステップと、
 前記第1ステップの終了時点のクランプ力を維持する第2ステップと、
 前記第1ステップの終了時点から一定時間経過後に前記ゴム型へのワックスの注入を行う第3ステップ
 を有することを特徴とするワックス型の製造方法。
 上記発明が解決しようとする課題は、当業界において20年以上の長年に渡り解決が望まれていたにも関わらず、今日まで解決がなされなかったものである。下記(1)~(3)の事情は、上記発明が解決しようとする課題が長年に渡り解決が望まれ、解決が試みられていたものであり、それにも関わらず、当業界の何人も観点1,7の発明に想到することができなかったことの証左である。
(1)上記発明が解決しようとする課題に取り組んだものとしては、特許文献2がおおよそ唯一の従来技術である。
(2)特許文献2の装置は、観点1,7の発明と比較すると、データ入力等に係る人的コストや管理コスト・効率性・利便性等の点において問題を有している。
(3)上記(2)の問題を抱える特許文献2の実施品が、その装置価格の高額さにも関わらず、発売から今日に至る約10年の期間に渡って一応の商業上の成功を納めている。
 上記を考慮すれば、少なくとも当業界においては、観点1,7の発明は、容易に想到できたものではないと言える。
 本願では、上下、前後、左右は、相互に垂直な方向を意味する。第1及び第2の方向は、水平面内における相互に垂直な方向を意味する。ただし、この定義は、厳密なものではなく、発明の効果が達成できる範囲で柔軟に解釈されるべきである。発明の効果が達成できる限り、上下、前後、左右等の相互間の角度は、垂直と異なる角度であり得る。また、上下方向は、必ずしも鉛直方向を意味しない。例えば、下記実施形態におけるクランプ装置を横置きで使用するような形態では、上下方向は、水平面内の方向であり得る。
図1は、ゴム型の製造方法の説明図である。 図2は、ワックス型射出成型機及びクランプ装置の側面図である。 図3は、クランプ装置の側面図である。 図4(a)~(c)は、クランプ装置でゴム型をクランプしてワックスを射出するときの力バランスを示す。 図5(a)は、本発明の一実施形態に係るクランプ装置5Aを示す。図5(b)は、他の実施形態に係るクランプ装置5Bを示す。 図6(a)は、第三工程におけるクランプ装置5Aでの典型的な面圧測定値Pmの推移を示す。図6(b)は、第三工程におけるクランプ装置5での典型的な面圧測定値Pmの推移を示す。 図7は、本発明の一実施形態に係るクランプ装置5Cの正面図である。 図8は、本発明の一実施形態に係るクランプ装置5Cの側面図である。 図9は、ロック機構20Aを示す。 図10は、楔受部材25を示す。 図11は、凹部25cを有することによる楔効果を説明する。 図12は、ロック機構の変形形態を示す。 図13は、ロック機構の変形形態を示す。 図14は、面圧測定機構30を示す。 図15は、面圧センサー31A及び31Bの好ましい設置位置の範囲Rを示す。 図16(a)、図16(b)は、例示的な面圧センサー31A~31Dの上面及び側面を示す。 図17は、面圧測定機構30による面圧測定のメカニズムを示す。
 本発明の一実施形態に係るクランプ装置5Aを示す図5(a)を用いて本発明の原理を説明する。
 クランプ装置5Aは、載置台9と、クランププレート10と、クランプ力発生器11と、面圧センサー31と、目標値入力部40と、制御部50を有する。本実施形態では、面圧センサー31が面圧測定手段を構成する。
 クランプ力発生器11は、エアSの供給によりクランプシャフト11aを下降させることにより載置台9とクランププレート10の間でゴム型3を押圧(クランプ)し、エアSの排気と復帰バネ11bの作用によりクランプシャフト11aを上昇させる単動のエアシリンダーを用いるのが良い。その理由は、ピストンとシリンダー壁その他の摩擦を少なくすることができ、エアSの供給圧力を制御することで押圧力を自在に変えられるからである。
 面圧センサー31は、クランプによってゴム型3に発生する面圧に応じた信号を制御部40に提供する。好ましくは、面圧センサー31は、クランププレート10の下面に取り付けられる。面圧センサー31の個数は、1つでも良く、複数でも良い。クランプ装置5Aでは、面圧センサー31は、ゴム型3におけるゴム型合わせ面3c(空洞4及び湯口4a以外の部分)に対応する位置に設置される。面圧センサー31は、ゴム型合わせ面3cに発生する圧力に応じた信号を発生させる。よって、面圧センサー31の信号に基づいてゴム型合わせ面3cに発生する圧力を求めることが可能である。
 目標値入力部40は、面圧目標値Paを制御部50に入力するための手段である。目標値入力部40は、例えば、キーボードやタッチパネル、マウス、ボタン等で構成し得る。
 制御部50は、面圧センサー31の信号に基づいて、クランプ力発生器11によるクランプ力F1を制御する。クランプ力F1の制御は、クランプ力発生器11へのエアSの供給の制御により行い得る。好ましくは、制御部50は、面圧センサー31の信号から適正な演算値を求め、これに基づいてクランプ力F1若しくはエアSの供給をフィードバック制御する。好ましい態様では、制御部50は、面圧センサー31の信号から求まる面圧(面圧測定値Pm)に基づいて、クランプ力発生器11へのエアSの供給を制御する。以下では、説明の便宜上、この態様を前提として説明する。制御部50は、面圧測定値Pmが面圧設定値Pa未満のときはエアSの供給を行い、面圧測定値Pmが面圧設定値Pa以上のときは、エアSの供給を停止する。面圧測定値Pmが面圧設定値Pa以上のときは、エアSを排気しても良い。制御部50の制御は、PID制御とすることができる。
 本願発明者は、本発明のクランプ装置を使用し、当業界で現在使用されている様々な大きさ・材質や様々な空洞形状のゴム型3に対して、ワックスの滲み出しを防ぐのに必要なゴム型合わせ面3cの最小の面圧(以下、シール圧力Psと言う。)を調べるための実験を行った。その結果、シール圧力Psは、ワックスの射出圧力Pのみから概算値を統計的に把握することが可能であり、ゴム型3の大きさ・材質や空洞4の大きさ・形状等によっては、シール圧力Psはさほど大きく影響されないことが判った。本発明者が行った実験では、大きさや材質、空洞4の大きさや形状の異なる種々のゴム型3に対し、下記式(1)のような一次式によってシール圧力Psの概算値を求めることが可能であるとの結果が得られた。(C1及びC2は定数である。)
     Ps=C1×P+C2       (1)
 よって、上記式(1)等によって求めたシール圧力Psの概略値に、あるマージン(ワックス射出の際の面圧測定値Pmの減少分をカバーするためのマージン)を加えた値を面圧目標値Paとして設定することにより、ワックスの滲み出しを生じることなく、ゴム型3へのワックス注入を行うことができる。例えば、C3×Psのような簡単な数式で求めた値を面圧目標値Paとして使用することができる。C3は、例えば、1.1~1.5程度の定数である。
 図6(a)は、第三工程におけるクランプ装置5Aでの典型的な面圧測定値Pmの推移を示す。横軸は時間である。一般的には、クランプ力F1の作用点がゴム型3の中心になるようにゴム型3を配置し、均一な面圧でゴム型3のクランプが行われる。制御部50がエアSの制御を開始する(時点t0)と、ある時点t1でクランププレート10がゴム型3の上面に接触し、以降、ゴム型3のたわみ(圧縮)が増大し、面圧測定値Pmは上昇する。そして、面圧測定値Pmが面圧目標値Paに到達すると(時点t2)、制御部50は、エアSの供給を停止させる。これにより、面圧測定値Pmは一定値(面圧目標値Pa)に保たれる。その後、時点t3においてワックス射出を開始すると、ワックスの射出圧力Pによりゴム型3のたわみが減少し、面圧測定値Pmが減少するが、面圧目標値Paを上述したように適切に設定しておけば、面圧測定値Pmがシール圧力Psを下回らないようにすることができる。よって、大きさ・材質や空洞4の大きさ・形状等が異なる種々のゴム型3に対して、ワックスの滲み出しを生じることなく、ゴム型3へのワックス注入を行うことができる。また、従来の試行錯誤によるクランプ力F1等の決定や装置への入力等の煩雑な作業が不要化又は軽減され、品質の良い製品をより容易に製造することが可能になる。更に、適切な面圧目標値Paの設定により、過剰なクランプ力F1がゴム型3に掛かることを防止し、ゴム型3の負担や空洞4の容積/形状の変化を小さくすることが可能になる。
 通常は、ワックスの射出が完了した時点t4から、ワックスがある程度冷却/固化するまでのある時間(ある時点t5まで)、この状態が維持される。その後、ゴム型3を射出ノズル7から取り外して、第三工程は完了する。
 制御部50によるエアSの制御は、時点t0~時点t3の間のみ行っても良いが、時点t3以降の所定時間に渡って制御を継続しても良い。時点t3以降も制御を継続する場合、時点t3以降に面圧測定値Pmが減少したときに制御部50がエアSを供給するため、面圧測定値Pmの減少幅が小さくなる。よって、より小さい面圧目標値Paを設定することが可能になる。
 図5(b)は、他の実施形態に係るクランプ装置5Bを示す。クランプ装置5Bは、ロック機構20を有することを除いて、クランプ装置5Aと同様の構成を有する。ロック機構20は、本願出願人が先に出願したPCT/JP2015/073015において開示されたものであり、ゴム型3をクランプした状態でクランププレート10の載置台9に対する上下方向の位置を固定するための機構である。クランププレート10の位置を固定することで、ワックスの射出の際の面圧測定値Pmの減少幅を小さくすることができる。これにより、面圧目標値Paをより小さくする(よりシール圧力Psに近い値にする)ことが可能になり、過剰なクランプ力F1によるゴム型3の負担や空洞の容積、形状の変化をより小さくすることが可能になる。それにより、原型1により忠実な製品製造が可能となり、精密部品等の品質向上を図り得る。
 図6(b)は、第三工程におけるクランプ装置5Bでの典型的な面圧測定値Pmの推移を示す。横軸は時間である。図6(a)の場合と同様にして、面圧測定値Pmが面圧目標値Paに到達した時点t2(又は当該時点t2からワックス射出を開始する時点t3までの間の適宜のタイミング)で、ロック機構20によりクランププレート10の位置を固定する。これにより、時点t3以降のワックス射出による面圧測定値Pmの減少幅は、図6(a)の場合よりも小さくなる(理想的には、減少幅がゼロになる)。よって、シール圧力Psに対する面圧目標値Paのマージンをより小さくでき、クランプ力F1によるゴム型3の負担や空洞の容積、形状の変化を一層小さくすることが可能になる。ロック機構20によるクランププレート10の位置固定は、手動で行ってもよく、制御部50の制御によって行ってもよい。制御部50は、好ましくは、時点t2のタイミング(又は時点t2と時点t3の間の適宜のタイミング)でクランププレート10の位置を固定するようにロック機構20を制御する。
 図7~9は、特に好ましい形態のクランプ装置5Cを示す。図7及び図8は、図3におけるクランプ機構部5aのゴム型載置台9より上の部分に対応する。
 本実施形態のクランプ装置5Cは、クランプ機構部筐体8と、ゴム型3を載置するための実質的に水平な載置面を有する載置台9と、鉛直方向に移動可能なクランププレート10と、クランプ力発生器11と、フローティング機構12と、クランプ力発生器移動機構13と、左右移動機構14と、ロック機構20Aと、面圧測定機構30を有する。
 筐体8は、板金等の金属材料で形成され得る。載置台9は、ゴム型3を装着可能なアクリル板等で形成されるゴム型位置決め挿入プレート9aを有し、上記載置面は、ゴム型位置決め挿入プレート9a上に形成されている。
 クランププレート10は、実質的に平板状の金属板等により形成される。クランププレート10には、後述の面圧センサー31を収容するための1つ又は複数の凹部10b(図17)及び面圧センサー31から回路基板33への配線を通すための1つ又は複数の配線孔10c(図14)が形成されている。
 クランプ力発生器11は、載置台9に対するクランププレート10の上下方向の位置を変化させ、クランププレート10に対してクランプ力F1を作用させるための装置である。好ましくは、クランプ力発生器11は、圧縮エアにより動作するクランプシャフト11aによってクランププレート10を上下に移動させ、クランププレート10に対してクランプ力F1を作用させることが可能な単動式エアシリンダーである。
 クランプシャフト11aとクランププレート10は、フローティング機構12を介して連結されている。フローティング機構12は、揺動軸受部12aと、移動制限機構12bを有する。
 揺動軸受部12aは、ボールジョイント等によって、クランププレート10を前後左右に揺動可能にクランプシャフト11aに結合させる。
 移動制限機構12bは、クランププレート10が上死点にあるときには、クランプシャフト11aの前後方向の移動を許容する一方で、クランププレート10が上死点から下降したときには、クランプシャフト11aのクランププレート10に対する前後方向の位置を固定する。これにより、クランププレート10が上死点にあるときには、ゴム型3の大きさに合わせて、クランププレート10に対するクランプ力F1の作用点を前後方向で調整することが可能であり、クランププレート10の下降過程では、クランプ力F1の作用点がずれてしまうことが防止される。
 クランププレート10は、左右に突起部10aを有し、クランプ機構部筐体8は、上死点にあるクランププレート10の突起部10aに係合する係合部8aを有する。突起部10aと係合部8aが係合することで、クランプシャフト11aの前後方向への移動の際にクランププレート10が一緒に前後に移動することが防止される。
 クランプ力発生器移動機構13は、前後方向にクランプ力発生器11を移動させるための機構である。
 クランプ力発生器移動機構13は、クランプ力発生器11を前後に案内するガイドシャフト13aと、クランプ力発生器11を前後に駆動するためのラック13b及びピニオン13cと、ピニオン13cを回転操作するためのツマミ13dを有する。
 ガイドシャフト13aはクランプ機構部筐体8に若干の隙間を有して装着されており、クランプ力発生器11が作動しても、大きな反力がガイドシャフト13aに作用せずにクランプ機構部筐体8に直接作用させるためのクランプ反力受け13eがクランプ力発生器移動機構13の移動方向全域においてその左右に取り付けられている。
 クランプ力発生器11をツマミ13dの回転により移動させるときは、クランプ反力受け13eとクランプ機構部筐体8との間に若干の隙間を設けてあり、自由に移動可能であるが、クランプシャフト11aが下降してゴム型3をクランプしたとき、その反力によってガイドシャフト13aが持ち上がり、クランプ反力受け13eがクランプ機構部筐体8に密着して、大きな反力を受け止める。
 クランプ力発生器移動機構13の載置台9に対する上下方向の位置は基本的に固定されている。クランププレート10がゴム型3をクランプした状態では、クランプ反力受け13eがクランプ機構部筐体8に密着し、クランプ力発生器移動機構13の載置台9に対する上下方向の位置は、実質的に固定される。
 左右移動機構14は、クランプ機構部5aに作用する左右方向への力に応じてクランプ機構部5aを左右方向に案内する機構である。
 図9は、ロック機構20Aを示す。図示のように、ロック機構20Aは、ロック棒21と、ブロック部材22と、弾性部材23と、エアシリンダー24と、楔受部材25を有する。
 ロック棒21は、一端に円形孔21aを有し、他端に円形孔21bを有する平板棒状の部材である。円形孔21aは、クランプ力発生器移動機構13の筐体13fに固定された固定軸13gの周りで水平面内で回転自在に支持される。円形孔21bは、エアシリンダー24のピストン24a先端に形成された駆動軸24bの周りで回転自在に支持される。
 ロック棒21は、円形孔21a,21bの中間位置にクランプシャフト11aに係合可能な係合部21cを有する。係合部21cは、クランプシャフト11aに相補的な形状とすることができる。係合部21cは、円形孔21a,21b間の距離Nが円形孔21aと係合部21cの距離nよりも充分大きくなる位置に設けられる。
 ブロック部材22は、クランプ力発生器移動機構13の筐体13fに固定されている。ロック棒21の他端側とブロック部材22の間には、バネ等の弾性部材23が介挿されている。
 エアシリンダー24は、エアS1の圧力と弾性部材23の付勢力でピストン24aを水平方向(図8(a)の左右)に駆動する。エアシリンダー24は、エアS1の供給が無いときに、係合部21cとクランプシャフト11aの間に僅かな隙間が形成されるように位置決めされている。
 図10は、楔受部材25を示す。図10(a)は、斜視図であり、図10(b)は、図9(b)のC-C断面である。楔受部材25は、突起部25aを有する概略円筒状の外形を有する部材である。楔受部材25には、クランプシャフト11aを案内するためのクランプシャフト11aと概略同径の案内穴25bと、案内穴25bに開口する凹部25cが形成されている。案内穴25b及び凹部25cは、楔受部材25を上下方向に貫通している。好ましい実施形態では、凹部25cは、案内穴25bの偏心位置に形成された案内穴25bより小径の円弧状の断面形状を有する。案内穴25bと凹部25cの接続部位は、クランプシャフト11aとの間で摩擦を発生させる摩擦部25d,25eを構成する。摩擦部25d,25eの間の距離r1は、案内穴25b(クランプシャフト11a)の径r2よりも小さい。
 楔受部材25の側面には、ロック棒21を水平面内で案内するためのロック棒21の厚みと概略同幅の切込部25fが形成されている。楔受部材25は、例えば、円筒状のロッドを加工することにより形成した一体物の部材であることが、コスト、強度の面から好ましい。凹部25cはエンドミル等により、切込部25fはフライス等により加工できる。楔受部材25は、突起部25aを筐体13fの係合穴13hに挿入した状態で筐体13fに固定される。図中25gは、固定軸13gの受け孔である。
 ロック機構20Aの動作を説明する。
 エアシリンダー24へのエアS1未供給時には、係合部21cとクランプシャフト11aの間、及び、クランプシャフト11aと摩擦部25d,25eの間に隙間が有り、クランプシャフト11aは上下方向に自由に移動可能である。
 エアシリンダー24にエアS1が供給されると、ピストン24aがロック棒21を固定軸13gの周りで回転させ、係合部21cによりクランプシャフト11aが凹部25c側に押し付けられる。この押付力により、クランプシャフト11aと摩擦部25d,25eの間に摩擦が生じ、クランプシャフト11aの載置台9に対する上下方向の位置が固定される。
 このとき、距離Nが距離nよりも充分大きいため、クランプシャフト11aから楔受部材25への押付力を大きくすることができる。また、クランプシャフト11aの押付力が2点(摩擦部25d,25e)に作用することにより、楔効果で大きい反力が発生し、クランプシャフト11aの上下方向の位置固定が強固にできる。
 図11は、凹部25cを有することによる楔効果を説明する。凹部25cが無い場合、楔受部材25の一箇所でしか抗力が発生せず、その抗力の大きさはクランプシャフト11aの押付力Fに等しい。しかし、本実施形態では、凹部25cがあることで、2箇所の摩擦部25d,25eで抗力Fa,Fbが発生する。摩擦部25d,25eの距離r1を大きくしていくと(ただし、r1<r2)、抗力Fa,Fbを、Fa2,Fb2のように増大させることができる。
 クランプシャフト11aに作用する摩擦力は抗力Fa,Fbと摩擦係数の積で作用するため、上記楔効果により摩擦力を効果的に高めることができる。摩擦係数はクランプシャフト11aの外壁と凹部25cの内壁の材質と表面粗さによって決まるため、適切な材質の選択と適正な表面粗さ仕上げにより、又は、クランプシャフト11a及び/又は凹部25cに螺旋溝などを施すことで、摩擦係数を高めることが可能である。
 ピストン24aが直線運動をするのに対してロック棒21は回転運動をするが、円形孔21bの径を駆動軸24bより少し大きくしておけば上記動作に問題は生じない。クランプシャフト11aを凹部25cに向けて押し付ける際に、クランプシャフト11aの駆動方向に直角方向の力が作用するが、クランプシャフト11aと案内穴25bの径差を充分小さくしておけば、クランプ力発生器11の機能、動作に悪影響は生じない。
 本実施形態では、特に好ましい態様として、突起部25aや案内穴25b、切込部25f等を有する楔受部材25を示したが、摩擦部25d,25eさえ有れば上記楔効果によるクランプシャフト11aの固定が可能であり、その他の構成は、省略することも可能である。
 上記実施形態におけるロック機構20Aには、種々の変形形態が考えられる。
 図12は、ロック機構の第1の変形形態を示す。図12のロック機構20Bでは、割26aを入れたテーパ26b付きスリーブ26と、テーパ26bに相補的なテーパ27aを有するスリーブ27がクランプシャフト11aに嵌挿されている。エアシリンダー28のピストン28a等でスリーブ27をスリーブ26に押し付ければ、スリーブ26の締め付けによりクランプシャフト11aの位置を固定することができる。
 図13は、ロック機構の第2の変形形態を示す。図13のロック機構20Cは、クランプシャフト11aに係合するテーパ29aを有する一対のブロック又は板29を有する。ブロック又は板29の一端を回転可能に支持し、他端に押付力を作用させ、クランプシャフト11aをテーパ29aで挟み込むことによって、クランプシャフト11aの位置を固定することができる。
 更に他の形態として、クランプシャフト11aの外壁に上下方向にラックを形成し、当該ラックにピニオンを係合させ、ピニオンを固定することにより、クランプシャフト11aの位置を固定することもできる。
 図14は、面圧測定機構30を示す。面圧測定機構30は、面圧センサー31と、受圧板32と、回路基板33を有する。
 本実施形態の面圧測定機構30は、4つの面圧センサー31A~31Dを有する。各面圧センサー31A~31Dは、クランププレート10の下面に形成された複数の凹部10bに設置される。
 後述の制御部(不図示)は、面圧センサー31Aの出力に基づいてクランプ力発生器11へのエアSの供給を制御する。面圧センサー31A~31Dの2つ以上の出力に基づく制御も可能である。面圧センサー31Bは、予備のセンサーであり、面圧センサー31Aが故障した場合には、制御部は、面圧センサー31Bの出力に基づいてクランプ力発生器11へのエアSの供給を制御する。
 面圧センサー31A及び31Bは、ゴム型3におけるゴム型合わせ面3c(空洞4及び湯口4a以外の部分)に対応する位置であって、最もサイズの小さいゴム型3の外形の範囲内の位置に配置することが好ましい。面圧センサー31A及び31Bの好ましい設置位置の範囲Rを図15に示す。図示のように、好ましい範囲Rは、クランププレート10の中心Cから左右方向への距離が5~17.5mmの範囲であって、クランププレート10の前端E(射出ノズル7側の端部)から後方への距離が0~20mmの範囲である。
 面圧センサー31Aと面圧センサー31C及び/又は31Dは、クランププレート10の押圧バランス(前後方向におけるクランプ力F1の作用点の適切性)のチェックに使用される。面圧センサー31Aと面圧センサー31C及び/又は31Dの信号を比較することにより、押圧バランスが不適切であると判断される場合には、クランプ力発生器移動機構13によりクランプ力発生器11を前後方向の位置を調整することができる。クランプ力発生器移動機構13にクランプ力発生器11を前後方向に駆動するための駆動装置を設け、制御部が、面圧センサー31Aと面圧センサー31C及び/又は31Dの信号に基づいて、クランプ力発生器11を自動的に移動させるように構成しても良い。ゴム型3が比較的小型のときには面圧センサー31Cを使用し、比較的大型のときには面圧センサー31Dを使用することができる。
 図16(a)、図16(b)は、例示的な面圧センサー31A~31Dの上面及び側面を示す。本実施形態では、面圧センサー31A~31Dは、カーボン抵抗式のセンサーである。面圧センサー31A~31Dは、一対の櫛形電極を含む回路パターン(不図示)が形成された基板31aと、各櫛形電極に電気的に接続された端子31b,31bを有する。櫛形電極の上部には、スペーサ31cを介してカーボン膜31dが取り付けられており、カーボン膜31dに作用する圧力に応じて櫛形電極間の導電抵抗が変化することにより、圧力の変化が検出される仕組みである。カーボン抵抗式のセンサーは、面圧検出精度はそれほど高くないものの、非常に薄くて形状も小さく、耐久性も高い等の利点を有する。
 面圧センサー31A~31Dは、カーボン膜31dの表面がクランププレート10の下面と概略一致するようにクランププレート10に形成された凹部10bに設置される。また、各面圧センサー31A~31Dの端子31b,31bは、フローティング機構12の可動部分を避けるように、クランププレート10に設けた配線孔10cを通して回路基板33上の配線に半田付けされる。
 クランププレート10の下面には、受圧板32を取り付けることが好ましい。受圧板32は、ゴム型3よりも硬度の低い材質(例えば、ゴム、プラスチック等)とするとよい。受圧板32は、クランププレート10の下面の概略全体を覆うようにクランププレート10の下面に貼り付けるとよい。本実施形態のクランプ装置5Cは、ロック機構20Aを有するため、受圧板32は極力薄くすることが好ましい。ロック機構20Aは、受圧板32を介してゴム型3をクランプするため、ロック効果が薄れる可能性があるからである。本実施形態の面圧センサー31A~31Dの肉厚は極めて薄く0.05mm程度である(カーボン膜31dの作動範囲はそれ以下である)から、受圧板32の肉厚も薄くて良い。受圧板32の硬度にもよるが、受圧板32の肉厚は、好ましくは、0.03~5mmであり、より好ましくは、0.05~3mmであり、特に好ましくは、0.1mm~2mmである。ロック機構20Aを使用しないクランプ装置の場合は、受圧板32の肉厚に制約はなく、肉厚の大きい受圧板32を使用してよい。
 図17は、面圧測定機構30による面圧測定のメカニズムを示す。図17(a)に示すように、受圧板32が無い場合、ゴム型3が変形しない限り、カーボン膜31dにはクランプ力が作用しないことから、ゴム型3の圧力を適切に検出できない場合が考えられる。硬度の低い受圧板32をクランププレート10の下面に配置すると、図17(b)に示すように、受圧板32が変形することでクランプ力がカーボン膜31dに作用し易くなり、ゴム型3の圧力をより確実に検出することができる。
 回路基板33は、面圧センサー31A~31Dの配線をとりまとめて制御部に接続するための回路パターンを担持する。回路パターンとクランププレート10の絶縁を確保するため、回路基板33は、スペーサ33aを介してクランププレート10に取り付けられる。回路基板33は、フローティング機構12の可動部分を避けるようにコの字の形状となっている。
 クランプ装置5Cは、クランプ装置5A,5Bの目標値入力部40、制御部50と同様の目標値入力部及び制御部を有し得る。本実施形態では、制御部は、面圧センサー31Aの出力に基づいてクランプ力発生器11へのエアSの供給を制御することでクランプ力F1を制御する。実際の作業現場では、クランプ装置5Cを用いて1日に数百~千回以上のワックス型製造が行われることもめずらしくない。多数回の反復使用等により面圧センサー31A又はその配線が故障した場合、制御部は、面圧センサー31Bの出力に基づいてクランプ力発生器11へのエアSの供給圧力を制御することができる。
 以上、好ましい実施形態を説明したが、上記実施形態は例であり、本発明は、請求の範囲において種々の変更が可能である。
 例えば、クランプ装置5Cの実施形態では、カーボン抵抗式の面圧センサー31A~31Dを使用する例を示したが、他の方式のセンサーを使用することも可能である。例えば、金属等の導電性のある微細粉末をゴム板を用いた導電性ゴム抵抗式のセンサーを使用しても良い。ただし、導電性ゴム抵抗式のセンサーは、カーボン抵抗式のセンサーと比較すると、厚みが大きく、耐久性が低く、精度も低い。ストレンゲージや磁気センサーを応用して精度の高い面圧センサーを構成することもできるが、薄く、形状を小さくするのが困難である。現在入手可能な面圧センサーの中では、カーボン抵抗式が最も好適である。
 上記実施形態では、面圧センサー31A~31Dをクランププレート10の下面に設置する場合を示したが、載置台9の上面に設置してもよい。
 上記実施形態では、面圧センサー31Bは予備のセンサーであり、面圧センサー31C及び/又は31Dは、押圧バランスのチェック等に使用される場合を示したが、面圧センサー31A~31Dの2つ以上の出力の平均値を用いてエアSの供給圧力を制御しても良い。
 上記実施形態では、クランプ力発生器11が1台である場合を示したが、小型の(出力が小さい)複数台のクランプ力発生器11を前後方向に並べて設置し、面圧センサー31Aと面圧センサー31C又は31Dの信号を用いて、前後方向の押圧バランスが均一になるように、各クランプ力発生器11のクランプ力F1(エアSの供給圧力)を制御する変形形態も可能である。この変形形態では、クランプ力発生器移動機構13は省略することも可能である。面圧センサー31A,31C,31Dの前後方向の位置関係や個数は、上記実施形態の場合に限らず、適宜調整することができる。なお、この変形形態では、前後方向における押圧バランスを均一にするのではなく、ゴム型3の特性や空洞4の配置、形状等に応じて前後方向における押圧バランスを調整する(ゴム型3の前部のクランプ力を後部より強くしたり弱くしたりするなど)ことも可能である。それにより、より良好なワックス注入が可能となる場合がある。
 本発明のクランプ装置は、上述の効果の他に、次の効果を有し得る。
 上記の通り、クランプ力発生器11は、エアSの供給と復帰バネ11bの作用によりクランプシャフト11aを上下動させるエアシリンダーを使用するのが好ましい。また、ゴム型3の厚さは様々であり、ゴム型位置決め挿入プレート9a(アクリル板)の厚さも顧客によって様々である。そして、ゴム型3の厚みやゴム型位置決め挿入プレート9aの厚さが変わると、ゴム型3をクランプしたときの復帰バネ11bのたわみ量が異なるため、エアSの圧力が同じでも、実際のクランプ力F1に相違が生じる。すなわち、クランプ力発生器11に付加したエアSの圧力が一定でも、ゴム型3の厚みやアクリル板(ゴム型位置決め挿入プレート9a)の厚みが異なると、クランプ力F1は異なる。これが、クランプ力の適正値を求める事を一層困難にしており、様々にクランプ力を変えなくてはいけない原因の一つになっている。本発明は、実際に測定した面圧Pmに基づいてクランプ力を制御するため、ゴム型3の厚みの違いやアクリル板の厚みの違いに関わらず、クランプ力を一定にできるという効果も有し得る。
 本発明は、宝飾品、アクセサリ等の小物や工業製品等の製造のためのワックス型射出成型の際のゴム型の固定に使用されるクランプ装置及びワックス型の製造に適用することができる。
1・・・原型
2・・・部品
3,3’・・・ゴム型
4,4’,4’’・・・空洞
5,5A,5B・・・クランプ装置
5a・・・クランプ機構部
5b・・・上下移動機構
5c・・・前後移動機構
6・・・ワックス型射出成型機
7・・・射出ノズル
8・・・クランプ機構部筐体
9・・・ゴム型載置台
10・・・クランププレート
11・・・クランプ力発生器
11a・・・クランプシャフト
12・・・フローティング機構
13・・・クランプ力発生器移動機構
14・・・左右移動機構
20、20A~20C・・・ロック機構
21・・・ロック棒
21c・・・係合部
24・・・エアシリンダー
24b・・・駆動軸
25・・・楔受部材
25d,25e・・・摩擦部
30,30A~30D・・・面圧測定機構
31・・・面圧センサー
31a・・・基板
31b・・・端子
31d・・・カーボン膜
31c・・・スペーサ
32・・・受圧板
33・・・回路基板
33a・・・スペーサ
40・・・目標値入力手段
50・・・制御部
 

Claims (7)

  1.  ゴム型を載置する載置台と、
     上下方向に移動可能なクランププレートと、
     前記クランププレートに対してクランプ力を作用させるためのクランプ力発生器を有し、
     前記載置台と前記クランププレートの間で前記ゴム型をクランプするワックス型射出成型用のクランプ装置であって、
     前記ゴム型に発生する面圧を測定するための面圧測定機構と、
     面圧目標値を入力するための入力手段と、
     前記面圧目標値と前記面圧測定機構で測定した前記面圧に基づいて、前記クランプ力を制御する制御手段
     を更に有することを特徴とするクランプ装置。
  2.  前記載置台に対する前記クランププレートの上下方向の位置を固定するロック機構を更に有すること
    を特徴とする請求項1に記載のクランプ装置。
  3.  前記クランププレートの下面に前記ゴム型よりも低硬度の受圧板が貼付されていること
    を特徴とする請求項1又は2に記載のクランプ装置。
  4.  前記面圧測定機構は、面圧センサーを有し、
     前記面圧センサーは、前記クランププレートの下面に形成された凹部に取り付けられていること
    を特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載のクランプ装置。
  5.  前記ゴム型へのワックスの注入は、前記クランプ装置をワックス型射出成型機と隣接させた状態で行われ、
     前記ワックスの注入の方向を第1の方向とし、前記第1の方向に垂直な水平面内の方向を第2の方向として、
     前記面圧センサーは、前記クランププレートの前記ワックス型射出成型機側の端部からの前記第1の方向の距離が0~20mmであり、前記クランププレート上の前記クランプ力の作用点からの前記第2の方向の距離が5mm~17.5mmである領域に設置されること
    を特徴とする請求項4に記載のクランプ装置。
  6.  前記第1の方向及び/又は前記第2の方向の離間した位置に複数の前記面圧センサーが設置されること
    を特徴とする請求項4又は5に記載のクランプ装置。
  7.  請求項1~6のいずれか一項のクランプ装置を用いたワックス型の製造方法であって、
     前記制御手段の制御に従って前記ゴム型をクランプする第1ステップと、
     前記第1ステップの終了時点のクランプ力を維持する第2ステップと、
     前記第1ステップの終了時点から一定時間経過後に前記ゴム型へのワックスの注入を行う第3ステップ
     を有することを特徴とするワックス型の製造方法。
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