(57)【要約】  【課題】樹脂成形品を成形型から引き剥がす脱型方法で、簡便な機構を用いていながら、成形品にダメージを与えることなく確実に脱型できる方法を提供する。  【解決手段】成形型表面に柱状の穴を形成し、成形時においては該柱状の穴を、その断面形状に沿う先端形状を有する第１のピンによって閉止し、脱型を行う際には該第１のピンを型内部の方向に向かって後退させることで、成形品と穴の奥に設けられた第１の気体供給経路とを連通させし、しかる後に再び該第１のピンを前進させて、該柱状の穴に存在する気体を圧縮して圧力を増大させ、成形品と成形型との間に該圧縮した気体を進入させて成型品を引き剥がす。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂成形品を成形型から引き剥がす脱型方法であって、成形型表面に柱状の穴を形成し、成形時においては該柱状の穴の断面形状に沿う先端形状を有する第１のピンによって閉止し、脱型を行う際には該第１のピンを該穴に沿って後退させ、該穴と接続する第１の気体供給経路とを連通させて該穴内に気体を流入させ、しかる後に該第１のピンを前進させ、該穴内に充填された気体を圧縮し、成形品と成形型との間に該圧縮した気体を進入させて成型品を引き剥がすことを特徴とする、成形品の脱型方法。
【請求項２】
該第１のピンを前進させた後、該第１のピンを再び該穴に沿って後退させ、該穴と該第１の気体供給経路とを再び接続させ、気体の圧力で成形品を引き剥がすことを特徴とする、請求項１に記載の成形品の脱型方法。
【請求項３】
該第１のピンと一体的に形成される第１のピストン内部の内部を貫通する穴の一部に設けられ、かつ、該第１の気体供給経路の一部をなす圧力増幅室に第２のピンを挿入することで、該圧力増幅室に連通する空気室に気体を流入させ、空気を圧縮することで該圧力増幅室および、該空気室内の圧力を高め該第１のピンを後退させ、その後、該第１のピンを前進させ、該穴内に充填された気体を圧縮し、該圧縮した気体によって成形品を引き剥がすことを特徴とする、請求項１または２に記載の成形品の脱型方法。
【請求項４】
樹脂成形品を成形型から引き剥がす脱型機構であって、該成形型を構成する少なくとも１つの成形型内に、該成形型表面に繋がる柱状の穴と、該柱状の穴の奥に連通する第１の気体供給経路と、該柱状の穴の断面形状に沿う先端形状を有する第１のピンと、該第１のピンの先端部で該穴と該第１のピンとの隙間をシールするシール機構と、該第１のピンを、該第１のピンの先端部が該柱状の穴を塞ぎつつ、成形型の表面形状の一部をなす第１の位置と、該第１のピンが成形型の表面から後退して、成形型表面が柱状の穴を介して該第１の気体供給経路と連通される第２の位置との間を往復動作可能なピン駆動機構とを有し、該第１のピンを第２の位置に後退させて該柱状の穴と該第１の気体供給経路とを連通させ、再び該第１のピンを第１の位置に前進させて該柱状の穴に存在する気体を圧縮し、該圧縮した気体により該成型品を該成形型から引き剥がすことを特徴とする、成形品の脱型機構。
【請求項５】
該第１のピン駆動機構が気体圧力によりシリンダー内の第１のピストンを往復運動させる機構からなり、該第１のピストンには該第１のピンが一体的に接続され、該第１のピストンを後退させるための気体圧力が、該第１の気体供給経路から供給されることを特徴とする、請求項４に記載の成形品の脱型機構。
【請求項６】
該第１のピンの周縁部に設けられた空気室と、該第１のピンと一体的に形成される該第１のピストンと、第２のピンと、該第２のピンと一体的に形成される第２のピストンと第２のピンを内部に挿入することで、該第１のピンからなる該第１のピストンを後退させる空気圧力を増幅する圧力増幅室を有し、該圧力増幅室は該第１のピストン内部を貫通する穴の一部に設けられ、かつ、該圧力増幅室は、該第１の気体供給経路の一部をなすことを特徴とする、請求項４または５に記載の成形品の脱型機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂成形品にダメージを与えることなく、成形型から効果的に引き剥がす技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
樹脂成形工程においては、液状の樹脂を成形型の形に沿わせて硬化させることで、所望形状の成形品を得るが、硬化した樹脂は成形型と強固に接着してしまうことが多く、成形品を成形型から強制的に引きはがす機構、つまり脱型機構が必要になる。
【０００３】
従来から最も一般的に用いられている脱型機構として、細長い円柱形の可動性のピンを成形型の中に仕込んでおき、脱型の際に成形品の方向に向かって型から突出させる構成が知られている（例えば特許文献１）。しかし、ピンの突出を行うとき、成形品が成形型から離されることで発生する空間が真空状態となり、脱型を妨げる方向に力が働く上、ピンの先端の角部分の形状は、成形品に不必要な突起部を設けないために、角の尖った形状になっているため、ピンが成形品にキズをつけたり、ひどい場合には、成形品を折り曲げたり、突き抜けたりするという問題がしばしば発生する。
【０００４】
この対策として、ピンを突出させるのではなく、成形型内部の方向に後退させて、成形品と穴の奥に繋がれている空気供給源とを接続し、空気の力で成形品を成形型から引き剥がすことが提案されている（例えば特許文献２）。しかし、一般的な空圧機器を用いてかけることができる空気の圧力は、せいぜい１ＭＰａ（１０気圧）程度であり、特に成形品の曲げ剛性が高いもの（例えば繊維強化樹脂）の場合や、また成形型への接着力が強い樹脂（例えばエポキシ等の熱硬化樹脂）を用いる場合においては、成形品を押し上げて引き剥がすのに十分な力を得ることができない場合がある。
【０００５】
成形品を押し上げる力を大きくする方法として、ピンの径を大きくする方法が考えられるが、この場合、ピンと成形型との接触面積、つまりピンが樹脂によって成形型に接着される面積が大きくなり、その結果ピンを成形型から引き抜くのに多大な力が必要となり、その力に見合った重厚な機構が必要になるため、脱型機構、ひいては成形型全体のコストがアップするという新たな問題が起こることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−５３８０３号公報
【特許文献２】特開昭５９−１４００１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の状況を鑑みて、本発明は簡便な機構を用いていながら、成形品にダメージを与えることなく確実に脱型できる成形品の脱型方法および成形品の脱型機構を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するための手段として、本発明は以下の構成を有する。すなわち、樹脂成形品を成形型から引き剥がす脱型方法であって、成形型表面に柱状の穴を形成し、成形時においては該柱状の穴の断面形状に沿う先端形状を有する第１のピンによって閉止し、脱型を行う際には該第１のピンを該穴に沿って後退させ、該穴と接続する第１の気体供給経路とを連通させて該穴内に気体を流入させ、しかる後に該第１のピンを前進させ、該穴内に充填された気体を圧縮し、成形品と成形型との間に該圧縮した気体を進入させて成型品を引き剥がすことを特徴とする、成形品の脱型方法である。
【０００９】
また、樹脂成形品を成形型から引き剥がす脱型機構であって、該成形型を構成する少なくとも１つの成形型内に、該成形型表面に繋がる柱状の穴と、該柱状の穴の奥に連通する第１の気体供給経路と、該柱状の穴の断面形状に沿う先端形状を有する第１のピンと、該第１のピンの先端部で該穴と該第１のピンとの隙間をシールするシール機構と、該第１のピンを、該第１のピンの先端部が該柱状の穴を塞ぎつつ、成形型の表面形状の一部をなす第１の位置と、該第１のピンが成形型の表面から後退して、成形型表面が柱状の穴を介して第１の気体供給経路と連通される第２の位置との間を往復動作可能なピン駆動機構とを有し、該第１のピンを第２の位置に後退させて該柱状の穴と第１の気体供給経路とを連通させ、再び該第１のピンを第１の位置に前進させて該柱状の穴に存在する気体を圧縮し、該圧縮した気体により該成型品を該成形型から引き剥がすことを特徴とする、成形品の脱型機構である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の成形品の脱型方法によれば、簡便な機構を用いていながら、成形品にダメージを与えることなく確実に脱型できる成形品の脱型方法および成形品の脱型機構を提供することができる。具体的には、成形品を空気の圧力で成形型から引き剥がすため、成形品に不要なダメージを与えないだけでなく、成形型に仕込まれた簡素な機構によって空気を効率的に高いレベルの圧力まで圧縮できるため、特に剥がれにくい状態の成形品であっても、成形品と成形型との隙間に空気が確実に進入することで、確実に脱型することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る脱型機構の定常状態を示す概略断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る脱型機構の「脱型の第１のステップ」の状態を示す概略断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る脱型機構の「脱型の第２のステップ」の状態を示す概略断面図である。
【図４】本発明の脱型のステップを要約した図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る脱型機構の定常状態を示す概略断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る脱型機構の定常状態を示す概略断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る脱型機構の他の実施形態の定常状態を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の第１の実施形態を、図１〜図４を用いて説明する。図１は本実施形態において脱型機構が特に働いていない定常状態を示しており、この説明においては、上成形型１（以下単に上型１と呼ぶ）と相対する下成形型２（以下単に下型２と呼ぶ）の間の空間に液状の樹脂が供給され、その液状の樹脂が硬化し、成形品３ができあがった状態を示している。下型２には円柱状の穴４が設けられ、穴４の奥には、第１の気体供給経路５ａ，５ｂが接続されている。この態様において、第１の気体供給経路５ａは穴４に連なる形で、穴４より円柱の径を少し大きくした領域となっており、第１の気体供給経路５ｂは、第１の気体供給経路５ａに接続された細長い穴であり、下型２の成形品側とは反対側に伸び、最終的に下型２の外の空気供給源６に繋がっている。
【００１３】
穴４には第１のピン７が挿入されており、第１のピン７の先端部分は、下型２の製品面形状の一部を形成している。また、第１のピン７の先端部分の外径は、穴４の内径サイズより極僅かに小さい径となっている。具体的には、穴４の内径がφ８ｍｍの場合、第１のピン７の先端部分の外径を穴４の内径に対して５〜３０μｍ程度小さくすることが好ましい。更に外周にはシール機構として、ゴム状の弾性体からできたＯリング８が溝９にそれぞれ装着され、穴４を塞ぎ密栓できるようになっている。Ｏリング８の太さ、本数は、第１のピン７の大きさにもよるが、断面の直径が０．５〜０．８ｍｍ、本数は２〜４本設けることが好ましい。また、溝９は、Ｏリング８の太さに応じ、１本あたりの幅を０．６〜１．２ｍｍ、深さを０．４〜０．７ｍｍの範囲で設けることができる。
【００１４】
第１のピン７の後端側は、ピン駆動機構１０が連結部材１１を介して接続されている。本発明において、図１に示すように、第１のピン７が穴４を塞いでいる位置を、第１のピン７の「第１の位置」と呼ぶ。
【００１５】
図２は、図１の状態に続く、脱型作業の最初のステップ、すなわち「脱型の第１のステップ」を示している。図２において、上型１は図示しない型開閉機構によって上方に持ち上げられ、成形品３との間には空隙１５が形成され、成形品３が下型２に張り付いた状態となっている。ここで第１のピン７は、ピン駆動機構１０によって下型２の表面から後退させられ、成形型表面が穴４を介して第１の気体供給経路５ａ、５ｂと接続される。この第１のピン７が後退した位置を、第１のピン７の「第２の位置」と呼ぶ。
【００１６】
この結果、穴４には空気供給源６から空気が供給され、穴４は真空状態ではなく、空気供給源６の持つ圧力に応じて、大気圧もしくは大気圧より高い加圧状態となる。空気供給源６の圧力設定を加圧状態とした場合、成形品３を下型２から離反する方向に押し上げることができ、この時点で成形品３が下型２から脱型できるのであれば、脱型の第１のステップ以降は不要となるが、特に成形品３の剛性が高いもの（例えば繊維強化樹脂）の場合や、また成形型への接着力が強い樹脂（例えばエポキシ等の熱硬化樹脂）を用いる場合においては、空気供給源６にかける圧力を一般的な空圧機器から供給されるレベルで最大の空圧（例えば１ＭＰａ（１０気圧））としても、成形品３を脱型できないことが多い。
【００１７】
そこで次に、図３に示すような、「脱型の第２のステップ」に移行し、ここでピン駆動機構１０の動作によって、第１のピン７を、穴４を塞ぐ「第１の位置」に向かって再び前進させる。第１のピン７と穴４との間のシール機構が十分に機能している限り、この第１のピン７の前進の過程において、穴４内部の空気は大きく圧縮させされ、ピン駆動機構１０が第１のピン７を前進させる力と釣り合うまでところまで、その圧力を上昇させることができる。例えば、ピン駆動機構１０が一般的なエアシリンダー機構からなっており、そのシリンダーのボア径がφ２５ｍｍで、ここに１ＭＰａ（１０気圧）の空圧が付与された場合、内径φ８ｍｍの穴４の内部に発生する最大の圧力は、「１ＭＰａ（１０気圧）×（２５ｍｍ／８ｍｍ）２≒１０ＭＰａ（１００気圧）」となり、極小さく簡単な機構で、一般的な空圧機器では容易に用いられない極めて高い空気圧を発生させ、その力を、成形品３を下型２から引き剥がす力として利用できる。実際には上記計算例のような高い圧力に達する前に、空気が成形品３と下型２の接着を破ってその間に進入し、成形品３は下型２から引き剥がされることとなる。この接着が破られる面積が、求められる脱型の機能としてこの段階で十分であるならば、ここで脱型作業は終了となる。
【００１８】
しかし、脱型の第２のステップ後でも十分に脱型できない場合は、これに続いて「脱型の第３のステップ」に移行することができる。脱型の第３のステップは、図２の状態と同様に、第１のピン７を「第２の位置」まで再び後退させると、穴４は第１の気体供給経路５ａ、５ｂを通して空気供給源６と再び接続される。ここで空気供給源６の圧力を大気圧よりも高い加圧状態、例えば一般的な空圧機器から供給されるレベルの０．５〜１ＭＰａ（５〜１０気圧）にしておけば、成形品３は空圧で押し上げられる。この時に成形品３を空気が押し上げる作用は、先に示した「脱型の第１のステップ」の状況とは大きく異なる。すなわち、「脱型の第２のステップ」を行うことで、成形品３は下型２からある程度の面積がすでに引き剥がされた状態になっており、この隙間に空気が容易に進入することができるので、「脱型の第１のステップ」よりも遙かに大きな面積に渡って空気圧が等圧で作用し、成形品３を押し上げる総合の力は遙かに大きなものとなり、遂に脱型が完了する。なお、この後に最終的に第１のピン７は「脱型の第４のステップ」として再び「第１の位置」に戻され、樹脂成形が再び開始できる状態、つまり脱型機構として定常の状態となる。
【００１９】
以上の脱型のステップを要約すると、図４のようになる。本発明の最大のポイントは、「脱型の第２のステップ」において、穴４の空気を第１のピン７によって圧縮することで、圧縮された空気が成形品３を押し上げる力は、ピン駆動機構１０が第１のピン７を前進させる力に等しく、それはあたかも従来の技術でいうところの固い脱型用のピンを成形型表面から突き出す代わりに、これを空気層を介して実施しているとも言える。成形品３は固いピンでなく、流体である空気によって押されるので、脱型の過程で成形品３にキズを付けるリスクを回避できるうえ、単なる空気供給源６から提供される空気でなく、ピン駆動機構１０のような機械的機構による高い推力を成形品３に空気を介して直接与えることができるので、高い脱型能力が実現される。そして更に、「脱型の第３のステップ」によって、大面積にわたる空気圧の作用が及び、成形品３全体にわたる脱型をより確実なものにする。このキズを付けない特性と、高い脱型能力という２つの特性から、第１のピン７の径を従来の方式に比べて細く設定することができ、この結果、脱型機構全体を小さく設計できるというメリットも生まれる。脱型機構が小さければ、脱型機構を取り付ける場所の自由度が広がり、ひいては成形品形状設計の自由度も広がる。
【００２０】
以上、本発明の第１の実施形態を説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば図５には、本発明の第２の実施形態が開示されている。図５は特に脱型機構の定常状態、すなわち第１の実施形態において第１のピン７が第１の位置にある状態を示しており、ピン駆動機構１０’は空圧により第１のピストン１２を往復運動させる機構からなり、第１のピストン１２には第１のピン７’が一体的に形成され、第１のピストン１２を往復運動させるさせるための圧空が、空気供給源６’から切替弁１３を介し、第１の気体供給経路５ｃ，５ｄを経て、それぞれ空気室１４ａ，１４ｂに供給されるようになっている。そして特に重要なポイントが、空気室１４ａが穴４’に繋がっている点であり、この構成にすることで、「脱型の第１のステップ」において、切替弁１３の作用により、空気供給源６’から第１の気体供給経路５ｃを経て空気室１４ａに供給された空気は、その圧力によって第１のピストン１２を後退させると共に、第１のピン７’の先端部分が穴４’から抜けた時点で穴４’に空気を供給する役割を同時に担うことになる。その後の脱型作業のステップは、第１の実施形態で示したものと同等である。このような構成にすることで、脱型機構全体を小さくまとまった形に設計できる。
【００２１】
また、図６には、本発明の第３の実施形態が開示されている。図６は特に脱型機構の定常状態、すなわち第１の実施形態において第１のピン７”が第１の位置にある状態を示しており、第１のピン７”と一体的に形成される第１のピストン１２’の内部には、圧力増幅室１８を有しており、この圧力増幅室１８は第１のピストン１２’を後退させるための空気を蓄える空気室１４ｃおよび第１の気体供給経路５ｅと連通している。その圧力増幅室１８に第２のピン１６が挿入可能になっている。またこの第２のピン１６は、第２のピストン１７と一体的に形成されており、空気供給源６”から第２の気体供給経路５ｆを通じて供給された空気と、それに対向するスプリング１９の反発力によって上下に可動する。特に重要なポイントは、第２の気体供給経路５ｆから空気を入れてこの第２のピン１６を圧力増幅室１８に挿入することで、第１の気体供給経路５ｅから供給された空気を大幅に圧縮して、圧力増幅室１８および空気室１４ｃの圧力を高め、この圧縮した空気は第１のピストン１２’を後退させる大きな力を生み出し、第１のピン７”が穴４”の内壁や成形品３”と強く固着してしまった場合においても、油圧や大型のエアシリンダーを用いること無く、第１のピン７”を固着から引き剥がして、動作可能な状態することができる。ただし、第２のピン１６を圧力増幅室１８に挿入した状態は、第１のピン７”を穴４”から完全に引き抜くのに不都合な状態なので、ここで次のステップとして、第２の気体供給経路５ｆの空気を抜いて第２のピン１６を図６に示す様な、定常状態にまで後退させる。これで第１のピン７”の固着がなく動作が可能となった状態ができあがるので、以後は第２の実施形態にて開示した方法と同様の手順で、脱型の作業を遂行することができる。上述の実施形態において、空気室１４ｃの容積は極力小さいものとするのが圧力増幅の効果が大きいので好ましく、そのためには、第１のピストン１２’の空気室１４ｃ側の面と、それと対向して空気室１４ｃを構成する反対側の内面との距離を、第１のピン７”が完全に前進した状態で、極めて小さくなるよう接近させるのが好ましい。ただし、互いを完全に接触させてしまうと空気室１４ｃが形成できず、第１のピストン１２’を押す力も発生させられなくなるので、僅かな隙間は残す必要がある。
【００２２】
また、図７には本発明の第３の実施形態の他の形態が開示されている。図７の様に第１のピン７と連結部材１１を介して接続されるピン駆動機構１０の内部に圧力増幅室１８、空気室１４ｃ、第２のピン１６、第２のピストン１７、第１の気体供給経路５ｄ、５ｅを設けても同様の効果を発揮することができる。
【００２３】
上述の実施形態において、空気供給源６、６’、６”に供給される空気は、自然環境にある大気として説明したが、本発明は空気に限定されず、窒素や酸素、二酸化炭素、アルゴン、メタン等あらゆる気体から適宜選択することができる。しかしその経済性において、通常の大気を用いるのが好ましい。
【００２４】
また、上述の実施形態において、脱型機構は常に下型２、２’、２”に組み込まれた形のものを開示したが、これらの脱型機構をひとまとまり独立したユニットとして構成し、成形型に対して着脱自在とすることもできる。こうすることで、脱型機構がトラブルを起こした際にはユニットでその機構を交換することもでき、メンテナンス性の面で都合が良い。
【００２５】
穴４、４’、４”の形状は、長手方向に等断面形状をもつ柱状の形であれば、上述の実施形態のように丸穴でも良いし、その他四角形や六角形の多角形、長方形、または楕円形等の各断面形状が適用できる。実用上は加工が容易な丸穴が望ましいが、上述の実施形態で示したように、穴４、４’、４”の位置が成形型の製品面の平坦部に存在しない、または平坦部に存在していても、穴４、４’、４”がその法線方向に空けられない場合には、穴４、４’、４”の中に入るピンの周り止めの機能として、穴４、４’、４”を丸でなく、楕円等その他の非円形にすることも有意義である。
【符号の説明】
【００２６】
１、１’、１”：上成形型
２、２’、２”：下成形型
３、３’、３”：成形品
４、４’、４”：穴
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ：第１の気体供給経路
５ｆ：第２の気体供給経路
６、６’、６”：空気供給源
７、７’、７”：第１のピン
８：Ｏリング
９：溝
１０、１０’、１０”：ピン駆動機構
１１：連結部材
１２、１２’：第１のピストン
１３：切替弁
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ：空気室
１５：空隙
１６：第２のピン
１７：第２のピストン
１８：圧力増幅室
１９：スプリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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