WO2022270146A1

WO2022270146A1 - インサート成形用金型およびインサート成形品の製造方法

Info

Publication number: WO2022270146A1
Application number: PCT/JP2022/018681
Authority: WO
Inventors: 康之春井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-06-24
Filing date: 2022-04-25
Publication date: 2022-12-29
Anticipated expiration: 2023-12-24

Abstract

ナット（４）をインサート成形するインサート成形用金型（１０）であって、において、前記ナットの底面が当接される当接部（２０ｂ）を有する胴部（２０ｈ）と、前記胴部から前記ナットの軸方向に突設され、前記ナットのネジ穴に挿入される筒状の保持部（２０ａ）と、を有するコアピン（２０）を備え、前記保持部は、前記当接部から突設して前記ナットのネジ穴に内接する筒状部（２０ｃ）と、前記筒状部から先端に軸方向のスリット（２０ｅ）を有し、前記筒状部の外周面に突出して設けられた凸部（２０ｈ）と、を有する。インサート成形品（１）と前記コアピンが前記凸部を有する前記保持部によって嵌合されているため、インサート品であるナットの中心軸とコアピン中心軸が一致する位置に正確にかつ傷なく固定することができる。

Description

インサート成形用金型およびインサート成形品の製造方法

　本願は、インサート成形用金型およびインサート成形品の製造方法に関するものである。

　ナットを埋設した樹脂成形品を射出成形にて製造するためには、インサート品となるナットを所定位置に保持する必要がある。例えば、従来のインサート成形用金型では、特許文献１に示すように、インサート品を支持する金型用コアピンにネジ部を設け、かつピン軸方向にスリットを設けてネジ先に弾性を持たせ、金型へのインサート品埋設とその位置決めを行っていた。

実開平６―１２０２４号公報

　特許文献１のような金型構造にあっては、インサート品となるナットがスリットを設けたコアピンのネジ部と干渉しながら挿入されるため、インサート品の雌ネジ部に傷が生じるという問題があった。成形後のインサート成形品の離型時においても干渉しながら製品が突き出されるため、雌ネジ部に傷及び製品変形が生じるという問題があった。
　本願は、傷無くインサート品を配置できるインサート成形用金型と、傷及び変形のないインサート成形品を得ることを目的としている。

　本願に係わるインサート成形用金型は、ナットをインサート成形するインサート成形用金型であって、前記ナットの底面が当接される当接部を有する胴部と、前記胴部から前記ナットの軸方向に突設され、前記ナットのネジ穴に挿入される筒状の保持部と、を有するコアピンを備え、前記保持部は、前記当接部から突設して前記ナットのネジ穴に内接する筒状部と、前記筒状部から先端に軸方向のスリットを有し、前記筒状部の外周面に突出して設けられた凸部と、を有するものである。

　本願によれば、インサート品となるナットのねじ側に挿入される保持部の先端にスリットを有するため、先端部は弾性を持ち、かつ先端付近の外周に凸部が設けられているため、インサート品であるナットの中心軸とコアピン中心軸が一致する位置に正確にかつ傷なく固定することができる。

実施の形態１に係わるインサート成形品の上面を示す斜視図である。実施の形態１に係わるインサート成形品の下面を示す斜視図である。実施の形態１に係わるインサート成形用金型のインサート品セット状態を示す断面図である。実施の形態１に係わるインサート成形用金型の型閉じ状態を示す断面図である。実施の形態１に係わるインサート成形用金型の成形品突き出し状態を示す断面図である。実施の形態１に係わるインサート成形用金型によるインサート成形品の製造工程を示すフローチャートである。実施の形態１に係わるインサート成形用金型のコアピンを示す斜視図である。実施の形態１に係わるインサート成形用金型のコアピンを示す平面図及び側面図である。実施の形態１に係わるインサート成形用金型のコアピンにインサート品がセットされた状態を示す断面図である。実施の形態２に係わるインサート成形用金型のコアピンを示す斜視図である。実施の形態４に係わるインサート成形用金型の成形後のコアピンとインサート成形品と突き出しピンとを示す断面図である。実施の形態５に係わるインサート成形用金型のコアピンを示す断面図である。実施の形態６に係わるインサート成形用金型のコアピンにインサート品がセットされた状態を示す断面図である。

実施の形態１．
　以下、本願の実施の形態１について説明する。本願の製造対象であるインサート成形品としては、例えば電子部品、センサ部品などの各種部品を、所定箇所にボルト固定により配設するための筐体、端子台などが挙げられる。固定対象は特に限定されず、種々の機械、装置、構造物等に配設することができるが、例としては自動車等の電動ステアリング、パワーコントロールユニット、エンジンコントロールユニット等が挙げられる。

　このようなインサート成形品１は、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、筐体本体２と、筐体本体２の内面に設けられた複数のボルト固定部３とを一体的に備える。なお、図１に示すインサート成形品１の形状は一例として簡単な形状を図示している。実際には、収容する各種部品、設置場所等に応じてインサート成形品１は多種多様な形状に製造される。また、インサート成形品１によって固定される対象の相手部品としては、基板および筐体本体２の蓋となるプレートなどがある。

　上記インサート成形品１を製造するためのインサート成形用金型１０の構成について、図２Ａから図２Ｃを用いて説明する。インサート成形品１のボルト固定部３を構成するインサート品は、雌ネジを有する袋状のナット４である。インサート品の外形は円形のほか、三角形または四角形等の多角形でもよく、特に形状の制限はない。また、インサート品の開口部に相手部品と固定用ボルトとの接触面積確保のため、ナット４の底面の外縁にフランジ形状を持ったフランジ部４ａを有する。このフランジ部４ａの形状も円形に限らず四角形等の多角形でもよく、特に形状の制限はない。

　このインサート成形用金型１０は、図２Ａから図２Ｃに示すように、固定側金型１１と、固定側金型１１に対して相対的に進退可能な可動側金型１２とを備える。図２Ａはインサート品セットを示す型開き状態であり、図２Ｂはインサート品となるナット４をインサート成形用金型１０にセットされた状態の型閉じ状態である。可動側金型１２を固定側金型１１に突き合わせた型閉じ状態では、求めるインサート成形品１の形状に応じた空洞であるキャビティ１３が形成される。このキャビティ１３内には、成形機からのノズルを介して射出される溶融樹脂がスプルー、ランナー及びゲートを通して供給されインサート成形品１が成形される。

　可動側金型１２には、インサート品のナット４の内径雌ネジ部に対応したコアピン２０が配設されており、ナット４はこのコアピン２０にセットされインサート成形される。このコアピン２０により、ナット４の位置決めが確実かつ容易になると共に、射出成形時にナット４の位置ズレが防がれて安定成形が可能となる。
　インサート成形用金型１０は、コアピン２０にインサート品となるナット４をセットした後に樹脂を注入して所定の形状を成形するものであり、軸線が鉛直方向になるように設置されている。図２および図３において、このインサート成形用金型１０は、軸線方向に移動可能な可動側金型１２と、可動側金型１２に対向して設けられた固定側金型１１とを備えている。可動側金型１２の軸線と固定側金型１１の軸線とは、一致するように調節されている。また、可動側金型１２には成形後のインサート成形品１を取り出すための突き出しピン２１ａ、２１ｂが設けられている。図２Ｃにインサート成形用金型１０の成形品突き出し状態を示す。突き出しピン２１ａおよび２１ｂによってインサート成形品１が突き出され、インサート成形品１はインサート成形用金型１０から手動もしくは自動機で取り出すことができる。

　また、図３にインサート成形品１の製造工程を示すフローチャートを示す。図３に示されるように、コアピン２０が配設されたインサート成形用金型１０によるインサート成形品１の製造工程は、インサート品となるナット４をインサート成形用金型１０のコアピン２０にセットするインサート品セット工程となるステップＳ１から始まる。以下、ステップＳ２で成形機の動作と連動した型閉じ工程が行われ、ステップＳ３で閉じられた型の中に溶融樹脂が注入される射出工程、ステップＳ４で樹脂がインサート成形品として固化するまで冷却するインサート成形品１の冷却工程、ステップＳ５で成形機の動作と連動した型開き工程、ステップＳ６で出来上がった完成品となるインサート成形品１を突き出す突き出し工程の順で各工程が実施される。ステップＳ６でインサート成形品１が取り出された後、再度ステップＳ１のインサート品セットの工程に戻って製造作業工程が繰り返される。

　可動側金型１２は、ナット４が挿入されるコアピン２０と、コアピン２０が組み込まれた可動側ベース部材１２ａとを有している。図４は、可動側金型１２に配設されているコアピン２０の斜視図である。コアピン２０には、ナット４の内径雌ネジ部に対応した外径を持つ筒状の保持部２０ａを有する。保持部２０ａには、コアピン２０とナット４の底面とが当接する当接部２０ｂから突設する筒状部２０ｃがあり、筒状部２０ｃから軸方向に枝分かれする形で先端部２０ｄが形成されている。先端部２０ｄには、先端から軸線方向に伸びる４箇所のスリット２０ｅから設けられている。また、それぞれの保持部２０ａの内面すなわち中空部とスリット２０ｅには保持部２０ａの先端に向けて外径方向に広がるテーパ形状となるテーパ２０ｆが設けられている。
　なお、ナット４のネジ呼び径はＭ４からＭ６を想定しており、構成可能範囲はＭ３からＭ８である。保持部２０ａおよび筒状部２０ｃの径はＭ３からＭ８に相当するナット４が確実に保持できる大きさとなる。

　保持部２０ａの先端部２０ｄには、先端付近の外周に筒状部２０ｃの外周面に突出して、外径側に丸みを帯びた凸形状の凸部２０ｇが設けられており、ナット４の内径側に接してナット４の位置を保持する。
　また、コアピン２０の胴部２０ｈは、可動側金型１２の可動側ベース部材１２ａの内部に配置される。胴部２０ｈには、保持部２０ａと同軸となる軸方向の伸びた中空部を持つ。その中空部の中に突き出しピン２１ａがスライド自在にセットされている。

　以下、上記構成のインサート成形用金型１０の作用について、図５および図６を用いて説明する。図５は可動側金型１２に配設されているコアピン２０の平面図および側面図である。図６は可動側金型１２に配設されているコアピン２０にインサート品であるナット４がセットされた状態の断面図であり、インサート品となるナット４が、保持部２０ａに挿入された状態を示す。

　まず、インサート成形用金型１０が型開き状態にあるときに、インサート品となるナット４がコアピン２０の保持部２０ａに挿入される。ここで、保持部２０ａの筒状部２０ｃの外径はナット４の内径に対応している。保持部２０ａの先端部２０ｄが凸部２０ｇを有しており、この丸みを帯びた４箇所それぞれの凸部２０ｇの外周円の径はナット４の内径雌ネジ部の径より大きい。また、保持部２０ａの先端部２０ｄはスリット２０ｅを有しており、先端部２０ｄは弾性を持つため、ナット４は、保持部２０ａの先端部２０ｄを内側に変形させながら押し込まれ、傷及び損傷なく保持部２０ａにセットされる。

　ナット４が保持されるとインサート成形用金型１０が閉じられる。この状態で溶融樹脂がスプルー、ランナー及びゲートを通してキャビティ１３内に供給されインサート成形品１が成形される。ここで、インサート品となるナット４が保持部２０ａの先端部２０ｄの弾性力によって均等に押圧され確実に保持されているので、ナット４の軸線とインサート成形後の部品の樹脂部分の軸線とが一致するように成形される。また、ナット４の浮き上がりもなく成形することができる。すなわちボルト固定部３の内径雌ネジ部への樹脂の侵入の無いインサート成形品１を得ることができる。
　また、成形後の製品突き出し時も同様に、ナット４がコアピン２０にネジ嵌合されていないため、保持部２０ａの弾性力を利用し、インサート成形品１をスムーズに離型することができ、傷及び損傷がなく、さらには無理な干渉力がかかることが無いため、変形のないインサート成形品１を得ることができる。

　実施の形態１に係わるインサート成形用金型１０によれば、コアピン２０の保持部２０ａに筒状部２０ｃと、さらに軸線方向のスリット２０ｅを有する先端部２０ｄとを設けたことにより、インサート品であるナット４を容易に、かつ傷及び損傷なく保持することができる。また、スリット２０ｅが周方向に等間隔に設けられているので、ナット４の内周面は、軸線方向の全長にわたって保持部２０ａから径方向外側に押圧されるとともに、軸線方向に垂直であるどの断面についても径方向に均一な力で押圧される。これによりインサート品となるナット４の内周面と保持部２０ａとの真円度、同軸度を向上させることができる。
　また、インサート品であるナット４がコアピン２０の保持部２０ａによって確実に保持され、ナット４の軸線とインサート成形後の部品の樹脂部分の軸線とが一致するように成形されるので、ナット４の軸線とインサート成形後のインサート成形品１の樹脂部分の軸線との同軸度を向上させることができる。

　また、インサート成形用金型１０は縦型成形機に対応した縦置きである場合について説明したが、縦置きに限定されるものではなく、インサート成形用金型１０は横型成形機に対応して横置きにされてもよい。この場合も、上記の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．　
　上記実施の形態１では、コアピン２０の保持部２０ａの外径はインサート品であるナット４の内径と同じ円筒形状であるものとして説明したが、円筒形状に限定されるものではない。図７に示すようにコアピン２０の保持部２０ａの内周及び外周面の形状は、筒状の角柱となる形状であってもよい。先端部２０ｄの弾性により、インサート品となるナット４の内径雌ネジ部を保持することができるものであれば、保持部２０ａの形状は三角形または四角形等他の形状であってもよい。また、スリット２０ｅが内周面の形状に合わせて不等間隔に設けられてもよい。その場合も、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
　実施の形態１および実施の形態２では、スリット２０ｅは４箇所に設けられているとしたが、スリット２０ｅの数は４箇所に限定されるものではなく、その他の数であってもよい。スリット２０ｅの数を増やした場合は、保持部２０ａの先端部２０ｄの弾性力が全周にわたってより均一にインサート品であるナット４に働くので、インサート成形品１に対するナット４の位置精度および外周面の真円度および同軸度をさらに向上させることができる。また、その場合も、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
　図８はインサート成形用金型１０に配設されるコアピン２０および製品の突き出しピン２１ａ、２１ｂと成形後のインサート成形品１を示す断面図である。図８に示すようにコアピン２０の中央部に突き出しピン２１ａが配置されている。また、成形後のインサート成形品１の筐体本体２を押し出すための突き出しピン２１ｂが可動側金型１２の可動側ベース部材１２ａの複数個所に点在して設けられている。ただし、図８では可動側ベース部材１２ａを省略して描いている。

　成形品の製造を始める前の準備として、金型の動作確認時または樹脂量安定までの間、インサート品であるナット４の装着無しで金型に樹脂を流す試し打ちを行うことがある。試し打ち時には、金型に流れる樹脂はコアピン２０の保持部２０ａの内部にまで侵入することがある。その場合、中空状となっている保持部２０ａの内側に樹脂が詰まり先端部２０ｄの弾性がなくなりインサート品であるナット４がセットできなくなる。
　このような問題を解決するために、コアピン２０の胴部２０ｈには中空部を設け、その中に突き出しピン２１ａを配置している。また、保持部２０ａの内面には、先端に向けて外径方向に広がるテーパ２０ｆが設けられている。このような構造を設けたことで、製品突き出し工程で突き出しピン２１ａを保持部２０ａ側に突き出し、試し打ち時の保持部２０ａの樹脂詰まりを容易に取り除くことができる。

実施の形態５．
　図９は実施の形態５に係わるコアピン２０の断面図を示すものである。図９に示すようにコアピン２０を交換部２０１とコアピン本体部２０２の２つに分割したものである。交換部２０１は、保持部２０ａとインサート品であるナット４との当接部２０ｂとを含み、コアピン本体部２０２に着脱自在に設けられる。このような分割構造とすることでインサート品となるナット４の雌ネジの径または長さなどコアピン形状に合わせた交換部２０１を用意することができる。交換部２０１とコアピン本体部２０２との固定は、互いの嵌合部にネジを設けてもよいし、着脱自在に固定できる方法であれば他の方法でも構わない。
　このようにすることで、インサート品の変更に対応することが可能なインサート成形用金型１０を得ることができる。また、保持部２０ａの摩耗時および破損時の交換もコアピン２０の全てを交換せずとも交換部２０１の交換のみで作業を継続することができ、保守性の向上が図れる。

実施の形態６．
　図１０は実施の形態６に係わるコアピン２０にインサート品がセットされた状態を示す断面図である。図１０に示すように、インサート品であるナット４の底面とコアピン２０の当接部２０ｂとの当接面に、ナット４のフランジ部４ａの外周に沿って軸方向に段となる外周壁２０ｉが設けられている。ナット４のフランジ部４ａの厚みとなる長さより軸方向の段部の長さが大きい外周壁２０ｉを設ける。そうすることで、インサート成形品１のボルト固定部３の形状に関わらず、射出される樹脂がナット４を当接部２０ｂに押さえつける方向に樹脂が流れるため、ナット４を当接部２０ｂに確実に押さえつけることができる。このように構成することで、金型内に射出注入された溶融樹脂のナット４内への侵入を堰き止めるという効果を得ることができる。
　このようにして、インサート品であるナット４を当接部２０ｂに押さえつけることができ、ナット４の浮き上がりおよびナット４内への溶融樹脂の侵入を抑制する効果が向上する。また、これにより得られるインサート成形品１は、ナット４の雌ネジ開口部、すなわちインサート成形品１のボルト固定部３の露出が完璧に行われる。ボルト固定部３以外にインサート品であるナット４の露出がないインサート成形品１を得ることができる。

　なお、本願の実施の形態では、インサート品として袋状のナット４を埋め込んだインサート成形品１の例で記述したが、袋状ナットの形態でなくてもコアピン２０の保持部２０ａに装着したナット４の穴の反対側に蓋を設けるなど、保持部２０ａ内部への樹脂の侵入を防ぐため構造を設けたものであれば、同じ効果を得ることが可能である。

　本願は、様々な例示的な実施の形態および実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１　インサート成形品、２　筐体本体、３　ボルト固定部、４　ナット、４ａ　フランジ部、１０　インサート成形用金型、１１　固定側金型、１２　可動側金型、１２ａ　可動側ベース部材、１３　キャビティ、２０　コアピン、２０ａ　保持部、２０ｂ　当接部、２０ｃ　筒状部、２０ｄ　先端部、２０ｅ　スリット、２０ｆ　テーパ、２０ｇ　凸部、２０ｈ　胴部、２０ｉ　外周壁、２１ａ，２１ｂ　突き出しピン、２０１　交換部、２０２　コアピン本体部。

Claims

　ナットをインサート成形するインサート成形用金型であって、
前記ナットの底面が当接される当接部を有する胴部と、
前記胴部から前記ナットの軸方向に突設され、前記ナットのネジ穴に挿入される筒状の保持部と、
を有するコアピンを備え、
前記保持部は、前記当接部から突設して前記ナットのネジ穴に内接する筒状部と、
前記筒状部の先端に軸方向のスリットを有し、前記筒状部の外周面に突出して設けられた凸部と、
を有することを特徴とするインサート成形用金型。
　前記保持部のスリットは４本設けられていることを特徴とする請求項１に記載のインサート成形用金型。
　前記コアピンの胴部には、前記保持部と同軸となる中空部を有し、
前記中空部に軸方向にスライド自在な突き出しピンが設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインサート成形用金型。
　前記保持部の内面は、先端に向けて外径方向に広がるテーパ形状を有していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のインサート成形用金型。
　前記コアピンには、前記保持部と前記当接部とを有する交換部がコアピン本体部から着脱自在に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のインサート成形用金型。
　前記ナットは底面に外縁となるフランジ部を有し、
前記ナットの底面と接する前記コアピンの当接部には、前記フランジ部の外周に沿って軸方向に段となる外周壁が設けられ、
前記外周壁の軸方向の長さが前記フランジ部の軸方向の長さより大きいことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のインサート成形用金型。
　請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のインサート成形用金型によるインサート成形品の製造方法であって、
　前記ナットを前記コアピンにセットするセット工程と、成型機と連動した型閉じ工程と、閉じられた型の中に溶融樹脂が注入される射出工程と、樹脂がインサート成形品として固化するまで冷却する冷却工程と、成型機と連動した型開き工程と、完成されたインサート成形品を突き出す突き出し工程と、を含むことを特徴とするインサート成形品の製造方法。