JP5265219B2 - インサート成形方法 - Google Patents

Description

本発明はインサート成形方法に係り、特にインサートされた部品に対する樹脂成形部分の位置精度が要求されるインサート成形品を成形するためのインサート成形方法に関する。

例えば、金属製の軸の回りに樹脂を一体に成形して軸受部品を製造する技術が知られている。図１はそのような軸受部品の一例を示す断面図である。

図１において、軸受部品１は、金属製の軸２と、同じく金属製の中間部品３と、中間部品の外周に形成された外周樹脂部4とよりなる。外周樹脂部４の外周の一部は回転摺動部として機能し、軸受支持体５の軸受部に回転可能に支持される。また、中間部品３から延出した軸２の先端は、回転軸６に固定されるように構成されている。例えば、軸２の先端は回転軸６の穴に圧入されて固定される。これにより、回転軸６は軸受部品１を介して軸受支持体５により回転可能に支持される。

上述の軸受部品１を製造する際に、インサート成形方法により外周樹脂部４を中間部品３の周囲に一体的に成形することができる。インサート成形を用いることで、軸２と外周樹脂部４とを容易に一体構造の部品とすることができる。中間部品３は、軸２と外周樹脂部４とを強固に固定するための部品である。軸２は圧入により中間部品３に強固に固定され、且つ、中間部品３の大きな外周面を利用して外周樹脂部４が強固に接合される。中間部品３への軸２の圧入は、中間部品３の周囲に外周樹脂部４をインサート成形した後に行われる。

ここで、軸に対して樹脂部品を一体的に成形するインサート成形方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に開示されたインサート成形方法では、軸の一部にメッキ被膜を施しておき、メッキ被膜上に樹脂部品を成形する。成形の際にメッキ被膜の端部を金型により樹脂部品に向けて変形させることで、メッキ被膜により樹脂部品を軸の周囲に固定する。
特開２００６−１７０２６０号公報

図１に示す軸受部品１を製造するには、中間部品３の周囲に外周樹脂部４をインサート成形した後、軸２を中間部品３に圧入する。したがって、中間部品３の外周面の中心に対して、軸２が圧入される穴の中心の位置精度がよくないと、外周樹脂部４の外周面（回転摺動部として機能する）の中心を、軸２が圧入される穴の中心に精度よく一致させることができない。その結果、圧入れされた軸２の中心と外周樹脂部４の外周面の中心とが一致せず、偏心した状態となってしまう。このため、寸法精度を出すために機械加工による精密加工を用いて中間部品３を製造しなければならず、これが軸受部品１の製造コストを高くする要因となっていた。

一方、上述の特許文献１に記載のインサート成形方法によれば、金型にメッキ被膜を施した軸を取り付けてその周囲に樹脂部品を直接成形するので、樹脂部品と軸との位置精度は比較的高くできる。また、中間部品を用いる代わりにメッキ被膜を軸に施すことで、軸に対して樹脂部品を固定するため、中間部品を用いることなくインサート成形が可能となり、部品点数が減少する。しかし、特許文献１に記載のインサート成形方法では、軸に対してメッキ被膜を施す処理が必要であり、軸の製造工程が複雑となり、その分の製造コストがかかるため、中間部品を用いる場合よりも製造コストが高くなるおそれがある。

本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、インサート部品と樹脂成形部との位置精度を高く維持しながら、インサート部品と樹脂成形部との間に中間部品が介在したインサート成形品を容易に製造することのできるインサート成形方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の一態様によれば、
金型装置のキャビティ内に第１の部品を配置し、且つ該第１の部品が結合する部分を有する第２の部品を該第１の部品に対して配置し、
前記第１の部品を前記第２の部品に向けて押圧して前記第１の部品を前記第２の部品に結合し、
前記第２の部品の周囲に樹脂部を射出成形し、
前記第１の部品の前記第２の部品への結合状態を、型締力検出器の検出値により判定することを特徴とするインサート成形方法が提供される。

本発明によれば、第１の部品と樹脂部の外面との位置精度を高く維持しながら、第１の部品と樹脂部との間に第２の部品が介在したインサート成形品を容易に製造することができる。

本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図２は本発明の実施形態によるインサート成形方法によりインサート成形を行うための金型装置の断面図である。図２に示す金型装置１０は、図１に示す軸受部品１をインサート成形するために用いられる金型装置である。

金型装置１０は、可動金型１０Ａと固定金型１０Ｂとよりなる。図２において、可動金型１０Ａと固定金型１０Ｂとの境目（いわゆるパーティングライン）が太線ＰＬで示されている。太線ＰＬの左側が可動金型１０Ａであり、右側が固定金型１０Ｂである。図２に示す状態は金型装置１０が型閉した状態であり、型開する場合は可動金型１０Ａが図２中左向きに移動する。

可動金型１０Ａは、可動プラテン２０に取り付けられる可動金型取付板部１１と、端面が前記パーティングラインを形成する可動金型型板部１３との間に、可動金型中板部１２を設けた構造を有する。また、可動金型取付板部１１と可動金型中板部１２との間の上部および下部には、エジェクタ（図示せず）のスペーサブロック１４が夫々形成されている。スペーサブロック１４に周囲を囲まれた部分には空間が形成されており、当該空間に、成形品突き出しロッド１５と、当該突き出しロッド１５の後端部を挟持する第１の突き出しプレート１６及び第２の突き出しプレート１７とが設けられている。

固定金型１０Ｂは、固定プラテン２２に取り付けられる。固定金型１０Ｂには、射出装置の加熱シリンダ３０の先端のノズル３１から溶融した樹脂が供給される。固定金型１０Ｂの内部には、溶融した樹脂を流してキャビティに導くための通路（ランナ）１８が形成されている。すなわち、ランナ１８の一端には、固定金型１０Ｂの側面に形成されたノズルタッチ部１８ａが形成されている。ノズルタッチ部１８ａには加熱シリンダ３０の先端のノズル３１が接続され、加熱シリンダ３０で溶融されて計量された樹脂がランナ１８に供給される。

ランナ１８の他端はゲート１９となっており、ランナ１８はゲート１９を介してキャビティに接続されている。従って、ランナ１８に供給された溶融樹脂はゲート１９を介してキャビティに充填され、溶融樹脂が固化して軸受部品１の外周樹脂部４が形成される。

より具体的には、可動金型１０Ａ内に形成されるキャビティ内に、軸受部品１の軸２と中間部品３とが収容された状態で、中間部品３の外周面とキャビティの内面との間に溶融樹脂が充填されて、外周樹脂部４が形成される。軸２の一端側は、後述のようにインサート成形の途中で中間部品３に圧入される。一方、軸２の他端は、インサート成形工程の初期の段階で、キャビティから延在する貫通孔４０に挿入される。貫通孔４０には、軸２が挿入される側の反対側からエジェクタピン４２が挿入されている。

エジェクタピン４２は貫通孔４０内で進退可能に構成されている。エジェクタピン４２の一端は、上述のエジェクタの突き出しロッド１５に接続されており、エジェクタを駆動することで、エジェクタピン４２を進退させることができる。インサート成形が終了して金型装置１０が型開された後、エジェクタピン４２を前進させることで、インサート成形後の軸受部品１を可動金型１０Ａのキャビティから押し出すように構成されている。

なお、固定プラテン２２からは４本のタイバー２４（図２中、一本のみが示されている）が延在しており、可動プラテン２０はタイバー２４に沿って進退可能な構成となっている。タイバー２４には型締力センサ２６が取り付けられ、型締力センサ２６により型締時の型締力が検出される。型締力センサ２６からの検出信号は、型締動作を制御する制御部２８に供給される。

次に、本発明の一実施形態によるインサート成形方法について、図３を参照しながら説明する。図３は本発明の一実施形態によるインサート成形方法により軸受部品１をインサート成形するときの工程を示す図である。図３に示すインサート成形方法では、可動金型に加えられる型締力により軸受部品１の軸２を中間部品３に圧入する。

まず、図３（ａ）に示すように、可動金型１０Ａのキャビティ内に開口している貫通孔４０内に第１の部品としての軸２の先端を挿入し、続いて、第２の部品としての中間部品３の中心穴にキャビティ内に延在している軸２の他端側が挿入されるように中間部品３をキャビティ内に収容する。貫通孔４０内には反対側からエジェクタピン４２が挿入されており、軸２はエジェクタピン４２の突き当たった状態で止まっている。

中間部品３の中心穴は、入り口側が軸２の外形より僅かに大きい内径を有する大径穴となっており、奥の部分が軸２の外形より僅かに小さい内径を有する小径穴となっている。小径穴の内径は、軸２の先端が圧入されるのに適当な大きさとされている。

金型装置１０を開いた状態で、図３（ａ）に示すように軸２と中間部品３を可動金型１０Ａのキャビティ内に収容した状態では、軸２の先端は中間部品３の小径穴の手前まで挿入されている。この状態で、中間部品３の一部は可動金型１０Ａのキャビティから突出している。

図３（ａ）に示す状態から、可動プラテン２０を前進させて金型装置１０を型閉する。型閉に伴い、可動金型１０Ａは固定金型１０Ｂに向かって移動し、中間部品３の端面が固定金型に当接する。この時点で型閉工程は終了し、続いて軸２を中間部品３に圧入して結合する圧入工程に移る。圧入工程では、可動金型１０Ａに型締力を加えることにより、軸２の先端を中間部品３の小径穴に圧入する。これにより、軸２は中間部品３に結合される。圧入工程では、圧入に必要な型締力のみが可動金型１０Ａ、すなわち軸２に加えられる。

圧入工程により軸２が中間部品３の小径穴に完全に圧入されると、図３（ｂ）に示すように、可動金型１０Ａは固定金型１０Ｂに当接する。この時点が通常の型閉終了に相当し、続いて、型締工程が開始される。なお、圧入工程が終了した時点で、中間部品３の外周面とキャビティの内面との間にキャビティ空間が形成される。

型締工程が終了して所定の型締力が可動金型１０Ａに加えられたら、図３（ｃ）に示すように、溶融樹脂をゲート１９からキャビティ空間に充填し成形を行う。溶融樹脂を充填したら樹脂圧を所定時間だけ保持しながら溶融樹脂を冷却する。キャビティ空間は、軸受部品１の外周樹脂部４と同じ形状となっており、充填された溶融樹脂を冷却して固化させると、外周樹脂部４となる。溶融樹脂は固化する際に収縮し、中間部品４の外周面に密着し固定される。

保圧・冷却工程が終了したら、型開工程に移る。型開工程では、可動金型１０Ａを後退させて金型装置を開く。型開が終了したら、エジェクタを駆動してエジェクタピン４２を前進させる。これにより、軸受部品１の軸２が押され、キャビティ内で成形された軸受部品１はキャビティの外に突き出される。可動金型１０Ａのキャビティから突き出された軸受部品１は、取り出し機により射出成形機から取り出されて、次の工程へと運ばれる。

上述のインサート成形によれば、軸受部品１の軸２の中心軸（すなわち、回転軸）と、外周樹脂部４の中心軸（すなわち、回転軸）とを精度よく一致させることができる。上述のように、軸受部品１の回転軸２が可動金型１０Ａの貫通孔４０に嵌合した状態で、外周樹脂部４が形成される。外周樹脂部４の外周面（すなわち、回転摺動面）は、可動金型１０Ａのキャビティの内面により形成される。貫通孔４０とキャビティの内面は、両方とも可動金型１０Ａに形成された中心を同じとする円形の加工部分であり、その中心は精度よく一致している。言い換えれば、貫通孔４０の内面（図３（ａ）において斜線を施した部分であり、第１の位置決め部となる）とキャビティの内面（図３（ａ）において斜線を施した部分であり、第２の位置決め部となる）とは位置精度を高く形成することができる。したがって、軸２の外径を貫通孔４０の内径に極力近づけておけば（軸２を貫通孔４０に挿入可能な程度で）、軸２の中心軸（すなわち回転軸）は貫通孔４０の中心に精度よく一致し、したがって、キャビティの内面により形成された外周樹脂部４の中心軸（すなわち、回転軸）に精度よく一致する。

ここで、例えば軸２が圧入される中間部品３の加工精度があまり良くない場合、中間部品３の外周面に関する中心軸と、軸２が圧入される小径穴の中心軸とが精度よく一致しないことがある。この場合、軸２の回転軸に対して中間部品３の回転軸が偏心した状態となる。しかし、このように軸２の中心軸に対して中間部品３の中心軸が偏心している場合であっても、上述のインサート成形により外周樹脂部４を成形すれば、軸２の回転軸と中間部品３を含めた外周樹脂部４の回転軸とを精度よく一致させることができる。したがって、上述のインサート成形を用いることにより、加工精度があまりよくないが安価な加工法で中間部品３を製造することができ、軸受部品１の製造コストを低減することができる。また、インサート成形を行う際の金型装置１０の動作（すなわち、可動金型に加えられる型締力）を利用して軸２を中間部品３に圧入するため、個別に圧入作業を行う必要がなく、軸受部品１の製造工程数を減らすことができ、その分の製造コストも低減することができる。

図４は上述のインサート成形中の可動金型１０Ａの位置と型締力の検出値とを関連付けて示すグラフである。図４において、型閉が開始されると、可動金型の位置は型開位置から徐々に型閉位置に近づいていく。可動金型の位置を示す縦軸において、金型が全開しているときの型開位置がＬであり、原点０が型閉位置である。図３（ａ）に示す軸２と中間部品３を可動金型１０Ａのキャビティに収容する工程は、型閉開始までの間に行われる
型閉が進んで可動金型１０Ａが固定金型１０Ｂに近接し、可動金型１０Ａのパーティング面から突出している中間部品３が固定金型１０Ｂのパーティング面に当接した時点で、軸２の圧入開始となる。圧入が開始されると型締力が検出されるが、圧入に必要な型締力しか発生しないため、検出値は急激には上昇しない。圧入が終了した時点で、図３（ｂ）に示すように可動金型１０Ａのパーティング面が固定金型１０Ｂのパーティング面に当接する。この時点で型締力の昇圧が開始され、型締力の検出値は急激に上昇する。

型締力の昇圧が完了して型締力が所定の値となると、可動金型１０Ａの位置は０となる。型締力の昇圧開始から昇圧完了までの間に可動金型位置が僅かに変化するのは、型締力により金型装置１０が圧縮されて僅かに変形するためである。

型締力の昇圧が完了すると、図３（ｃ）に示すように、樹脂の充填が行われる。樹脂の充填中は、型締力が維持されるため、型締力の検出値は一定の値となる。図４では示していないが、樹脂の充填が完了してから樹脂が固化された後、型締力の印加が解除され、可動金型１０Ａは後退して型開が行われる。型開が完了したら、図３（ｄ）に示すようにエジェクタピン４２を駆動して、軸受部品１を可動金型１０から取り出す。

以上のように、可動金型１０Ａの位置に関連付けて型締力を検出しておくことにより、軸２の中間部品への圧入状態を判定することができる。例えば、圧入開始から型締力の検出値が急激に上昇して、型締力の昇圧開始の時点で型締力の検出値が異常に高い値となった場合は、軸２の圧入が強すぎて完全に圧入されない、あるいは圧入により中間部品３が変形してしまうなどの不具合が発生している可能性が大きい。一方、圧入開始から型締力の検出値の上昇が緩やかで、型締力の昇圧開始の時点で型締力の検出値が異常に低い値となった場合は、軸２の圧入が緩すぎて軸２の固定が十分ではないといった不具合が発生している可能性が大きい。圧入開始された後に型締力の昇圧が開始された時点における型締力の検出値を監視し、型締力の検出値が所定の範囲以上又は以下（上限値以上又は下限値以下）であった場合に、インサート成形した軸受部品１に不具合が発生している可能性が大きいと判断して、当該軸受部品１を検査することが好ましい。あるいは、型締力の検出値に異常が認められた時点で直ちに型締を中止し、軸２の圧入具合をチェックすることもできる。すなわち、型締力の検出値に基づいて、軸２の圧入を制御することができる。

なお、型締力の検出は、図２に示す型締力センサ２６により行われ、型締力の検出値は制御部２８に送られて、各種の制御に用いられる。ただし、型締力の検出は型締力センサ２６に限られず、他のセンサを用いてもよい。例えば、可動プラテンに加わる型締力の反力をロードセルにより検出してこれを型締力の検出値とすることもできる。

次に、本発明の他の実施形態によるインサート成形方法について、図５を参照しながら説明する。図５は本発明の他の実施形態によるインサート成形方法により軸受部品１をインサート成形するときの工程を示す図である。図５に示すインサート成形方法では、エジェクタピン４２の突き出し力により軸受部品１の軸２を中間部品３に圧入する。

まず、図５（ａ）に示すように、可動金型１０Ａのキャビティ内に開口している貫通孔４０内に軸２の先端を挿入し、続いて、中間部品３の中心穴にキャビティ内に延在している軸２の他端側が挿入されるように中間部品３をキャビティ内に収容する。貫通孔４０内には反対側からエジェクタピン４２が挿入されており、軸２はエジェクタピン４２の突き当たった状態で止まっている。

中間部品３の中心穴は、入り口側が軸２の外形より僅かに大きい内径を有する大径穴となっており、奥の部分が軸２の外形より僅かに小さい内径を有する小径穴となっている。小径穴の内径は、軸２の先端が圧入されるのに適当な大きさとされている。

金型装置１０を開いた状態で、図５（ａ）に示すように軸２と中間部品３を可動金型１０Ａのキャビティ内に収容した状態では、軸２の先端は中間部品３の小径穴の手前まで挿入されている。この状態で、中間部品３は可動金型１０Ａのキャビティ内に完全収容され、中間部品３の端面は可動金型１０Ａのパーティング面に一致している。

図５（ａ）に示す状態から、可動プラテン２０を前進させて金型装置１０を型閉する。型閉に伴い、可動金型１０Ａは固定金型１０Ｂに向かって移動し、可動金型１０Ａのパーティング面が固定金型１０Ｂのパーティング面に当接する。このとき、可動金型１０Ａのキャビティ内の中間部品３の端面も固定金型１０Ｂのパーティング面に当接する。なお、型閉工程が終了した時点で、中間部品３の外周面とキャビティの内面との間にキャビティ空間が形成される。型閉が終了したら、続いて型締工程に移るが、本実施形態では、型締力を急激に印加するのではなく、まず所定の小さな型締力を加える。そして、その型締力を維持したまま、圧入工程が開始される。圧入工程では、エジェクタを駆動してエジェクタピン４２を前進させる。これにより、図５（ｂ）に示すように、エジェクタピン４２の前側に配置されていた軸２が中間部品３の小径穴に圧入される。上述の所定の小さな型締力は、圧入力に負けて可動金型１０Ａが後退しないように可動金型１０Ａを固定しておくために印加される型締力である。

圧入工程により軸２が中間部品３の小径穴に完全に圧入されると、続いて、型締力を所定の値となるまで昇圧させる。型締工程が終了して所定の型締力が可動金型１０Ａに加えられたら、図５（ｃ）に示すように、溶融樹脂をゲート１９からキャビティ空間に充填し成形を行う。溶融樹脂を充填したら樹脂圧を所定時間だけ保持しながら溶融樹脂を冷却する。キャビティ空間は、軸受部品１の外周樹脂部４と同じ形状となっており、充填された溶融樹脂を冷却して固化させると、外周樹脂部４となる。溶融樹脂は固化する際に収縮し、中間部品４の外周面に密着して接合される。

保圧・冷却工程が終了したら、型開工程に移る。型開工程では、可動金型１０Ａを後退させて金型装置を開く。型開が終了したら、エジェクタを駆動してエジェクタピン４２をさらに前進させる。これにより、軸受部品１の軸２が押され、キャビティ内で成形された軸受部品１はキャビティの外に突き出される。可動金型１０Ａのキャビティから突き出された軸受部品１は、取り出し機により射出成形機から取り出されて、次の工程へと運ばれる。

上述のインサート成形によれば、軸受部品１の軸２の中心軸（すなわち、回転軸）と、外周樹脂部４の中心軸（すなわち、回転軸）とを精度よく一致させることができる。上述のように、軸受部品１の回転軸２が可動金型１０Ａの貫通孔４０に嵌合した状態で、外周樹脂部４が形成される。外周樹脂部４の外周面（すなわち、回転摺動面）は、可動金型１０Ａのキャビティの内面により形成される。貫通孔４０とキャビティの内面は、両方とも可動金型１０Ａに形成された中心を同じとする円形の加工部分であり、その中心は精度よく一致している。言い換えれば、貫通孔４０の内面（図５（ａ）において斜線を施した部分であり、第１の位置決め部となる）とキャビティの内面（図５（ａ）において斜線を施した部分であり、第２の位置決め部となる）とは位置精度を高く形成することができる。したがって、軸２の外径を貫通孔４０の内径に極力近づけておけば（軸２を貫通孔４０に挿入可能な程度で）、軸２の中心軸（すなわち回転軸）は貫通孔４０の中心に精度よく一致し、したがって、キャビティの内面により形成された外周樹脂部４の中心軸（すなわち、回転軸）に精度よく一致する。

ここで、例えば軸２が圧入される中間部品３の加工精度があまり良くない場合、中間部品３の外周面に関する中心軸と、軸２が圧入される小径穴の中心軸とが精度よく一致しないことがある。この場合、軸２の回転軸に対して中間部品３の回転軸が偏心した状態となる。しかし、このように軸２の中心軸に対して中間部品３の中心軸が偏心している場合であっても、上述のインサート成形により外周樹脂部４を成形すれば、軸２の回転軸と中間部品３を含めた外周樹脂部４の回転軸とを精度よく一致させることができる。したがって、上述のインサート成形を用いることにより、加工精度があまりよくないが安価な加工法で中間部品３を製造することができ、軸受部品１の製造コストを低減することができる。また、インサート成形を行う際にエジェクタのエジェクトピン４２の動作（すなわち、エジェクタの突き出し力）を利用して軸２を中間部品３に圧入するため、個別に圧入作業を行う必要がなく、軸受部品１の製造工程数を減らすことができ、その分の製造コストも低減することができる。

軸受部品の断面図である。 本発明の実施形態によるインサート成形方法によりインサート成形を行うための金型装置の断面図である。 本発明の一実施形態によるインサート成形の工程を示す図である。 インサート成形中の可動金型の位置と型締力の検出値とを関連付けて示すグラフである。 本発明の他の実施形態によるインサート成形の工程を示す図である。

符号の説明

１ 軸受部品
２ 軸
３ 中間部品
４ 外周樹脂部
５ 軸受支持体
６ 回転軸
１０ 金型装置
１０Ａ 可動金型
１０Ｂ 固定金型
１５ 突き出しロッド
１８ ランナ
１９ ゲート
２０ 可動プラテン
２２ 固定プラテン
２４ タイバー
２６ 型締センサ
３０ 加熱シリンダ
３１ ノズル
４０ 貫通孔
４２ エジェクタピン

Claims (5)

1. 金型装置のキャビティ内に第１の部品を配置し、且つ該第１の部品が結合する部分を有する第２の部品を該第１の部品に対して配置し、
   前記第１の部品を前記第２の部品に向けて押圧して前記第１の部品を前記第２の部品に結合し、
   前記第２の部品の周囲に樹脂部を射出成形し、
   前記第１の部品の前記第２の部品への結合状態を、型締力検出器の検出値により判定することを特徴とするインサート成形方法。
2. 請求項１記載のインサート成形方法であって、
   前記第１の部品の前記第２の部品への結合を、型締力検出器の検出値により制御することを特徴とするインサート成形方法。
3. 請求項１又は２記載のインサート成形方法であって、
   前記金型装置の前記キャビティは第１の位置決め部を有し、前記第１の部品は該第１の位置決め部に配置され、
   前記キャビティは前記第１の位置決め部に対応した第２の位置決め部を更に有し、前記樹脂部の外面は該第２の位置決め部により形成されることを特徴とするインサート成形方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載のインサート成形方法であって、
   前記第１の部品の前記第２の部品への結合は、型締力により行われることを特徴とするインサート成形方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項記載のインサート成形方法であって、
   前記第１の部品の前記第２の部品への結合は、エジェクタの突き出し力により行われることを特徴とするインサート成形方法。

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