(57)【要約】【課題】製造工程を複雑にすることなくめねじ部を安定して形成するとこが可能な金型成形方法を提供すること。【解決手段】金型１の製品部５内に溶融したマグネシウム合金を充填し、冷却凝固して成形品５０を成形する。その後、ねじ形状ピン３０を回動させ、めねじ形成部３１を成形品５０のめねじ部５３から回転退避させる。これにより、めねじ部５３を成形時に同時に形成することができる。マグネシウム合金はアルミニウム合金に比べて金型材料に焼き付き難い性質を有しているので、めねじ部５３を安定して形成することができる。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
めねじ部（５３）を形成するための中子ピン部材（３０）を有する金型（１）内に、溶融材料もしくは半溶融材料を充填する充填工程と、
前記充填工程で充填された前記溶融材料もしくは半溶融材料を、冷却凝固して成形品（５０）を形成する凝固工程と、
前記凝固工程の後で、前記成形品（５０）内から前記中子ピン部材（３０）を回転しながら退避させるねじ抜き工程とを備え、
前記めねじ部（５３）を有する前記成形品（５０）を形成する金型成形方法において、
前記充填工程で充填される前記溶融材料もしくは半溶融材料は、マグネシウム合金からなることを特徴とする金型成形方法。
【請求項２】
前記中子ピン部材（３０）の表面には、前記溶融材料もしくは半溶融材料との活性が低い不活性材層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の金型成形方法。
【請求項３】
前記充填工程の前に、前記中子ピン部材（３０）の表面に離型剤を塗布する塗布工程を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金型成形方法。
【請求項４】
前記充填工程の前に、前記中子ピン部材（３０）を冷却する冷却工程を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の金型成形方法。
【請求項５】
前記冷却工程では、前記中子ピン部材（３０）が３００℃以下となるように冷却することを特徴とする請求項４に記載の金型成形方法。
【請求項６】
前記冷却工程では、前記中子ピン部材（３０）に流体を吹き付けて前記中子ピン部材（３０）を冷却することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の金型成形方法。
【請求項７】
前記流体は、離型剤であることを特徴とする請求項６に記載の金型成形方法。
【請求項８】
前記成形品（５０）を複数回成形する場合には、前記ねじ抜き工程を行なうときの前記中子ピン部材（３０）の温度を、前記複数回に亘り略同一とすることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の金型成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金型を用いてめねじ部を有する成形品を形成する金型成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、締結部となるめねじ部を有する成形品の形成方法として、例えば、ダイカスト鋳造加工によりアルミニウム合金の成形品を形成し、この成形品に切削加工（所謂タップ加工）によりめねじ部を形成する方法が採用されている。
【０００３】
また、下記特許文献１では、ダイカスト鋳造加工を行なう金型にめねじ部形成用の中子ピンを設け、金型内に溶融金属を充填、冷却凝固した後、鋳造成形品内から中子ピンを回転退避させて、めねじ部を有する成形品を鋳造時に一体的に形成する方法が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−１８７２４３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ダイカスト鋳造加工において一般的な充填材料であるアルミニウム合金を用い、上記特許文献１に提案された方法により成形品を形成すると、アルミニウム合金が中子ピンに焼き付きやすい。これにより、成形品内から中子ピンを回転退避するときにねじ山が破壊されやすく、めねじ部を安定して形成できないという不具合が発生する。
【０００６】
また、この不具合を解消する方法として、前述のように、ダイカスト鋳造加工によりアルミニウム合金の成形品を形成し、この成形品に切削加工によりめねじ部を形成する方法を採用すると、製造工程が複雑になるという問題がある。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みてなされたもので、製造工程を複雑にすることなくめねじ部を安定して形成するとこが可能な金型成形方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
めねじ部（５３）を形成するための中子ピン部材（３０）を有する金型（１）内に、溶融材料もしくは半溶融材料を充填する充填工程と、
充填工程で充填された溶融材料もしくは半溶融材料を、冷却凝固して成形品（５０）を形成する凝固工程と、
凝固工程の後で、成形品（５０）内から中子ピン部材（３０）を回転しながら退避させるねじ抜き工程とを備え、
めねじ部（５３）を有する成形品（５０）を形成する金型成形方法において、
充填工程で充填される溶融材料もしくは半溶融材料は、マグネシウム合金からなることを特徴としている。
【０００９】
マグネシウム合金は、アルミニウム合金等に比較して、中子ピン部材（３０）を含む金型（１）に焼き付き難い性質を有している。したがって、中子ピン部材（３０）を有する金型（１）による成形時に、めねじ部（５３）を有する成形品（５０）を一体的に形成することができる。このようにして、製造工程を複雑にすることなくめねじ部（５３）を安定して形成することができる。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明では、中子ピン部材（３０）の表面には、溶融材料もしくは半溶融材料との活性が低い不活性材層が形成されていることを特徴としている。
【００１１】
これによると、成形品（５０）のめねじ部（５３）が中子ピン部材（３０）に一層焼き付き難い。したがって、製造工程を複雑にすることなく、確実にめねじ部（５３）を安定して形成することができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明では、充填工程の前に、中子ピン部材（３０）の表面に離型剤を塗布する塗布工程を備えることを特徴としている。
【００１３】
これによると、成形品（５０）のめねじ部（５３）が中子ピン部材（３０）により一層焼き付き難い。したがって、製造工程を複雑にすることなく、より確実にめねじ部（５３）を安定して形成することができる。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明では、充填工程の前に、中子ピン部材（３０）を冷却する冷却工程を備えることを特徴としている。
【００１５】
これによると、マグネシウム合金が金型（１）の構成材料と反応し難くなり、成形品（５０）のめねじ部（５３）が中子ピン部材（３０）にさらに焼き付き難くなる。したがって、製造工程を複雑にすることなく、より一層確実にめねじ部（５３）を安定して形成することができる。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明では、冷却工程では、中子ピン部材（３０）が３００℃以下となるように冷却することを特徴としている。
【００１７】
これによると、マグネシウム合金と一般的な金型の構成材料である鉄との反応を抑制し易い。
【００１８】
また、請求項６に記載の発明では、冷却工程では、中子ピン部材（３０）に流体を吹き付けて前記中子ピン部材（３０）を冷却することを特徴としている。
【００１９】
これによると、中子ピン部材（３０）を容易に冷却することができる。
【００２０】
また、請求項７に記載の発明では、冷却工程で吹き付ける流体は、離型剤であることことを特徴としている。
【００２１】
これによると、中子ピン部材（３０）を冷却するときに、中子ピン部材（３０）に離型剤を塗布することができる。したがって、成形品（５０）のめねじ部（５３）が中子ピン部材（３０）に焼き付くことを確実に防止することが可能である。
【００２２】
また、請求項８に記載の発明では、成形品（５０）を複数回成形する場合には、ねじ抜き工程を行なうときの中子ピン部材（３０）の温度を、複数回に亘り略同一とすることを特徴としている。
【００２３】
これによると、成形品（５０）内から回転退避する中子ピン部材（３０）の寸法を複数回に亘り略同一とすることができる。したがって、複数個の成形品（５０）のめねじ部（５３）のねじ寸法のばらつきを抑制することができる。
【００２４】
なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００２６】
図１は、本実施形態の成形用金型である金型１の概略断面構成図である。
【００２７】
本実施形態の金型１は、溶融金属もしくは半溶融金属（本例では、マグネシウム合金）の射出成形用金型であって、鉄材からなる固定型１１と可動型１２とにより構成されている。固定型１１内にはスプルー２が設けられ、スプルー２の下流側端部にはランナー３が接続している。そして、ランナー３の先端にゲート部４を介して製品部５が形成されている。
【００２８】
図示は省略しているが、本実施形態では、射出機として、例えばインライン式のスクリュー射出機が使用され、成形時には、スクリューを内蔵したスクリュー外筒の先端部であるノズル部が、金型１のスプルー２の開口部に当接して配置されるようになっている。スプルー２およびランナー３からなる構成が、製品部５内に金属を供給するための供給経路である。
【００２９】
可動型１２に設けられた２１はエジェクタピンであり、エジェクタピン２１は図中右方に移動することにより、製品部５内および供給経路内で凝固した金属を可動型１２から離型できるようになっている。
【００３０】
上記製品部５内で成形される成形品５０の概略断面構成を図２に示す。図２に示すように、成形品５０は平板状のプレート部５１と、プレート部５１から垂直方向に延設された円筒部５２とにより構成されている。そして、円筒部５２の内面にはめねじ部５３が形成されている。
【００３１】
図１において３０を付した部材が本実施形態における中子ピン部材であるねじ形状ピンである。ねじ形状ピン３０は、一部が可動型１２の摺動孔２４内に配置され、図中右方側端部に前述の製品部５内に突設可能なめねじ形成部３１を備えている。めねじ形成部３１は、成形品５０のめねじ部５３に対応するように、おねじ形状をなしている。なお、ねじ形状ピン３０は鉄材からなり、めねじ形成部３１の表面には、マグネシウム合金との活性が低いセラミック材層（本実施形態の不活性材層）がコーティングされている。
【００３２】
ねじ形状ピン３０の図中左方側端部には、めねじ形成部３１と同一ピッチのおねじが形成されたねじ部３２を備えており、ねじ部３２は可動型１２に設けられためねじ形状のガイド部２２と螺合するようになっている。ねじ部３２とガイド部２２とからなる構成が回転スライド機構として機能し、ねじ形状ピン３０が回動することにより、めねじ形成部３１が製品部５内に進退可能となっている。
【００３３】
ねじ形状ピン３０のねじ部３２の図中右方側には、ギア３３が形成されており、駆動モータ２３に連結したギア２３ａと歯合している。そして、駆動モータ２３が作動すると、ギア２３ａ、３３により駆動力が伝達され、ねじ形状ピン３０が回動するようになっている。
【００３４】
２５は可動型１２内に形成された流体経路であり、流体経路２５の下流側端部は摺動孔２４内に開口している。また、流体通路２５の上流側端部には流体ノズル２６が配設されており、流体通路２５内に向かって流体（本例では離型剤）を吐出できるようになっている。
【００３５】
２７は、可動型１２の製品部５近傍を温度調節する温調手段としてのヒータであり、２８は可動型１２の製品部５の温度を検出する温度検出手段としての温度センサ（本例では熱電対）である。そして、温度センサ２８の検出結果に基づいてヒータ２７を通電発熱することで、金型１のめねじ形成部３１を含む製品部５近傍を所定温度に制御するようになっている。
【００３６】
次に、上記構成の金型１を用いた成形品５０の製造方法について説明する。
【００３７】
成形品５０を製造する場合には、まず、図３に示すように、型開きした金型１の固定型１１と可動型１２との間に離型剤塗布用の塗布ノズル４０を配置し、製品部５内面等に離型剤を塗布する。本実施形態では塗布ノズル４０から水溶性離型剤を塗布しているが、油性離型剤等を塗布するものであってもよい。なお、このとき、ねじ形状ピン３０は図中右方側に前進した位置にあり、めねじ形成部３１は製品部５内に突出している。
【００３８】
図３に示すように、離型剤を塗布したら、次に、図４に示すように、可動型１２を移動させ、固定型１１と可動型１２とを（金型１を）型締めする。金型１を型締めしたら、スプルー２の上流側端部に図示しない射出ユニットのノズル部を当接し、溶融したマグネシウム合金を射出して、図５に示すように、スプルー２、ランナー３を介して、ゲート部４から製品部５内に溶融状態のマグネシウム合金を充填する。
【００３９】
本例では、６００℃の溶融マグネシウム合金（例えば、合金番号ＡＺ９１Ｄ材）を、２ｍ／ｓのスピード（図示しない射出ユニットのスクリュー前進速度）で射出して、金型１内の製品部５に充填を行なった。なお、充填する材料は、上述のような溶融材料ではなく、一部固相が残る半溶融材料（例えば、５６０〜５７０℃に加熱されたＡＺ９１Ｄ材）であってもよい。また、ＡＺ９１Ｄ材に限定されず、ＡＭ５０Ａ材、ＡＭ６０Ｂ材等であってもよい。
【００４０】
製品部５内に溶融状態のマグネシウム合金を充填すると、金型１がマグネシウム合金から熱を奪い、マグネシウム合金を冷却して凝固させる。これにより、金型１の製品部５内には、図２に示すような成形品５０が形成される。マグネシウム合金が所定温度まで冷却、凝固したら、成形品５０内からめねじ形成部３１を回転しながら退避させるねじ抜き動作を行なう。
【００４１】
ここで、溶融マグネシウム合金が充填される前の金型１（少なくとも製品部５の近傍）は、ヒータ２７と温度センサ２８とのより、予め設定された温度（本例では２００℃）に温度調節されている。そこに、溶融マグネシウム合金が充填されることで、型温は一端急激に上昇した後、前述の設定温度（本例では２００℃）に向かって下降してくる。その間、型温を温度センサ２８により常時計測し、型温が予め設定された温度（本例では、ねじ抜き開始温度２００℃）に到達したら、めねじ形成部３１のねじ抜き動作を行なう。
【００４２】
駆動モータ２３を駆動させ、歯合したギア２３ａ、３３を介して、ねじ形状ピン３０を回動させる。この回動に伴ない、図６に示すように、ガイド部２２とねじ部３２とからなる回転スライド機構の作用により、ねじ形状ピン３０は図中左方側に移動する。回転スライド機構のねじピッチは、めねじ形成部３１のねじピッチと同一であるので、めねじ形成部３１は、凝固形成された成形品５０のめねじ部５３に沿って回転しながら図中左方側に退避する。
【００４３】
図６に示すように、めねじ形成部３１が成形品５０（製品部５）内から完全に引抜かれたら（退避したら）、図７に示すように、可動型１２を移動させて金型１を型開きする。そして、図８に示すように、エジェクタピン２１を図中右方側に移動させて、成形品５０および供給経路内の凝固物とを可動型１２から離型する。
【００４４】
離型した成形品５０と供給経路内の凝固物とをゲート部４に対応する位置において切断することにより、図２に示すようなめねじ部５３を有する成形品５０が得られる。
【００４５】
成形品５０等を離型した金型１は、ねじ形状ピン３０およびエジェクタピン２１を図３に示す位置に復帰させ、上述と同様の成形サイクルにより、次回の成形を行なう。
【００４６】
このようにして、成形サイクルを繰り返すときには、各種成形条件は略同一とし、特にねじ抜き開始温度は同一にすることが好ましい。これによると、成形品５０内からねじ抜きするめねじ形成部３１の寸法を複数回に亘り同一とすることができる。したがって、複数個の成形品５０のめねじ部５３のねじ寸法のばらつきを抑制することができる。
【００４７】
なお、図３に示す工程が本実施形態における塗布工程である。図５に示す工程が本実施形態における充填工程であり、図５に示す状態で充填された金属が冷却凝固する工程が凝固工程である。また、図６に示す工程が本実施形態におけるねじ抜き工程である。
【００４８】
ここで、上述の成形サイクルを繰り返すときに、充填工程の前に、前成形サイクル中に行なわれるねじ形状ピン３０の冷却工程について説明する。上述の成形サイクル中、図３〜図６に示す工程では、ねじ形状ピン３０は、図９に示す位置にあり、摺動孔２４内において流体経路２５の下流端を閉じている。
【００４９】
その後、ねじ抜きおよび成形品５０の離型が行なわれると、図１０に示すように、流体経路２５の下流端は摺動孔２４内において開口し、めねじ形成部３１のねじ溝を介して、製品部５および外部と連通する。図１０に示す状態において、流体ノズル２６は流体である離型剤を吐出する。吐出された離型剤は、めねじ形成部３１のねじ溝に沿って流れ、めねじ形成部３１を冷却しつつめねじ形成部３１の全域に塗布される。
【００５０】
これにより、可動型１２の本体部に対し別部材で構成しているために成形時に昇温し易いねじ形状ピン３０のめねじ形成部３１を確実に（本例では２００℃に）冷却し、充填工程以降の溶融マグネシウム合金との反応性を低下させることができる。また、塗布された離型剤により、ねじ抜き工程におけるめねじ形成部３１とめねじ部５３との摩擦抵抗を減少し離型を容易にすることができる。また、離型剤は摺動孔２４の内面にも塗布されるので、摺動孔２４とねじ形状ピン３０との潤滑も良好に行なわれる。
【００５１】
以上が充填工程前に行なわれる本実施形態における冷却工程である。なお、上記例では、ねじ形状ピン３０のめねじ形成部３１の温度を２００℃に冷却したが、冷却温度は３００℃以下とすることが好ましい。本発明者らは、冷却温度が３００℃以下の場合には、３００℃より高い場合よりも、めねじ形成部３１とめねじ部５３との焼き付きが発生し難いことを確認している。
【００５２】
上述の構成および製造方法によれば、充填工程では、金型１内に溶融したマグネシウム合金が充填される。マグネシウム合金は、アルミニウム合金等に比較して、一般的な金型材料である鉄材に対し焼き付き難い性質を有している。したがって、金型１、特にねじ形状ピン３０のめねじ形成部３１に焼き付き難い。
【００５３】
また、ＡＺ９１Ｄ材等のマグネシウム合金は、耐食性や強度特性等の向上を目的として数パーセントのアルミニウムを含有している。ところが、めねじ形成部３１には表面にセラミック材層が形成されている。また、充填工程前には、製品部５内面に離型剤が塗布され、特にめねじ形成部３１には確実に離型剤の塗布が行なわれている。したがって、充填されるマグネシウム合金に焼き付きを発生し易いアルミニウムが含まれていても、金型材料との接触を抑制することができる。
【００５４】
さらに、充填工程の前には、冷却工程において、めねじ形成部３１が確実に冷却されている。したがって、マグネシウム合金に含まれるアルミニウムがめねじ形成部３１の金型材料に接触したとしても、焼き付きは発生し難い。
【００５５】
このようにして、めねじ部５３を切削工程等の別工程で形成することなく、成形品５０形成時にめねじ部５３を安定して形成することができる。
【００５６】
従来から、成形品を樹脂により形成し、樹脂成形時に締結部となるめねじ部を形成する方法も知られているが、締結強度が確保し難いという問題がある。要求される締結強度が高い場合には、めねじ部が形成された金属部品をインサート成形する方法や、めねじ部が形成された金属部品を成形品に圧入する方法が用いられているが、製造工程は複雑である。本実施形態のように、製造工程を複雑にすることなく、めねじ部を安定して形成できる効果は非常に大きい。
【００５７】
（他の実施形態）
上記一実施形態では、冷却工程において流体ノズル２６が吐出する流体は離型剤であったが、めねじ形成部３１を冷却できる流体であれば、これに限定されるものではない。たとえば、冷却と潤滑とを目的として潤滑剤を吐出するものであってもよいし、冷却のみを目的として、空気、特に冷却した空気、もしくは水等を吐出するものであってもよい。
【００５８】
また、上記一実施形態では、製品部５近傍を温度調節する温調手段としてヒータ２７を設けていたが、これに限定されるものではない。例えば、熱媒体配管を配設し、この配管内に油、空気、水等を熱媒体として流通して温度調節するものであってもよい。
【００５９】
また、上記一実施形態では、図６に示すように、ねじ抜き工程が行なわれた後に、図７に示すように、型開きを行なうものであったが、型開き力を回転力とする機構を設け、ねじ抜きと型開きとを同時に行なうものであってもよい。
【００６０】
また、上記一実施形態では、溶融したマグネシウム合金を射出ユニットから金型内に射出充填する所謂射出成形法を採用したが、上記一実施形態中でも説明した半溶融のマグネシウム合金を射出充填する所謂チクソモールディング法を採用してもよいし、ダイカスト鋳造法、スクイズ鋳造法、低圧鋳造法、重力鋳造法等を採用するものであってもよい。金型を用いる成形法であれば本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における成形用金型である金型１の概略構造を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態における成形品の概略構造を示す断面図である。
【図３】成形品の製造工程を説明するための概略断面図であり、離型剤の塗布工程を示す図である。
【図４】成形品の製造工程を説明するための概略断面図であり、塗布工程の後、型締めした状態を示す図である。
【図５】成形品の製造工程を説明するための概略断面図であり、マグネシウム合金の充填工程および凝固工程を示す図である。
【図６】成形品の製造工程を説明するための概略断面図であり、めねじ形成部のねじ抜き工程を示す図である。
【図７】成形品の製造工程を説明するための概略断面図であり、ねじ抜き工程の後、型開きをした状態を示す図である。
【図８】成形品の製造工程を説明するための概略断面図であり、成形品を離型した状態を示す図である。
【図９】成形品の製造工程を説明するための要部概略断面図であり、冷却工程を行なう前の状態を示す図である。
【図１０】成形品の製造工程を説明するための要部概略断面図であり、冷却工程を示す図である。
【符号の説明】
１  金型
５  製品部
１１  固定型
１２  可動型
２２  ガイド部
２５  流体通路
２６  流体ノズル
２７  ヒータ（温調手段）
２８  温度センサ
３０  ねじ形状ピン（中子ピン部材）
４０  塗布ノズル
５０  成形品
５３  めねじ部
【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】
2004216390.tif 000009
【図８】
2004216390.tif 000010
【図９】
2004216390.tif 000011
【図１０】
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