中空部材の製造装置および中空部材の製造方法
【課題】コアピンの直径より内径が小さい中空な空間を有する中空部材を製造することができる中空部材の製造装置および中空部材の製造方法を提供する。
【解決手段】固定型２と、固定型２に接近離間可能に設けられた可動型３と、可動型３を固定型２に接近させた状態において両者の間に形成されるキャビティＣ内に流動性を有する材料を供給する材料供給部とを備えた装置であって、キャビティＣ内に、可動型３の移動方向と平行な中心軸を有するピン４が配置されており、材料供給部が、可動型３に設けられ、その一端がキャビティＣ内に前記材料を投入する投入口となった材料流路５を備えており、材料流路５は、その中心軸がピン４の中心軸と同軸になるように形成されている。材料を供給したときにピン４が破損したり、ピン４の位置がずれたりすることを防ぐことができる。
【解決手段】固定型２と、固定型２に接近離間可能に設けられた可動型３と、可動型３を固定型２に接近させた状態において両者の間に形成されるキャビティＣ内に流動性を有する材料を供給する材料供給部とを備えた装置であって、キャビティＣ内に、可動型３の移動方向と平行な中心軸を有するピン４が配置されており、材料供給部が、可動型３に設けられ、その一端がキャビティＣ内に前記材料を投入する投入口となった材料流路５を備えており、材料流路５は、その中心軸がピン４の中心軸と同軸になるように形成されている。材料を供給したときにピン４が破損したり、ピン４の位置がずれたりすることを防ぐことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空部材の製造装置および中空部材の製造方法に関する。
インクジェットプリンタやディスペンサー、ワイヤーボンディング等に使用されるノズルや、キャピラリー、配管路等に使用されるオリフィス等には、軸状部材であって、その軸方向に沿って貫通孔等の中空な空間が形成された中空部材が使用される。かかる中空部材における中空な空間の内径は、インクジェットプリンタやバルブ等の性能向上に伴って小径化しており、現状では直径１０μｍ以下の中空な空間を有する中空部材が求められている。
本発明は、かかる小径の中空な空間を有する中空部材の製造装置および中空部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
小径の貫通孔等の中空な空間を有する中空部材の製造には、中空部材の成形と同時に中空な空間を形成することができる射出成形が採用される（例えば、特許文献１〜６）。
射出成形は、固定型と可動型によって空閉されたキャビティ内に流動可能とした材料を注入して固化させることにより、キャビティの形状に成形された部材を製造する技術であり、キャビティ内にコアピンを配置しておけば、部材はキャビティの形状に成形され、その部材には、キャビティにおいてコアピンが配置されていた箇所に中空な空間が成形される。
【０００３】
しかるに、上記のごとき方法により製造された中空部材では、その中空な空間はコアピンと同じ形状に成形されるため、その中空な空間の内径はコアピンと同じ大きさになる。このため、中空部材における中空な空間の内径を小さくするためには非常に細いコアピンを使用する必要がある。しかし、現在のところ、直径１０μｍ程度のコアピンしか製造することができないため、内径１０μｍ以下の中空部材を製造することはできない。たとえ、直径１０μｍ以下のコアピンが製造できたとしても、かかるコアピンは非常に強度が弱くなるため、キャビティ内に材料を注入したときに、コアピンの半径方向から、その円周方向において不均一な力が加わればコアピンが損傷してしまうおそれがある。
また、材料として、セラミックス等の粉末に有機化合物のバインダを混合したものを使用すれば、直径１０μｍのコアピンを使用して製造された部材を焼結することにより、内径８μｍ程度の中空部材を製造することも可能であるが、この場合でも、内径８μｍ以下の中空部材を製造することはできない。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１８１８１１号
【特許文献２】特開２００１−１４５９１２号
【特許文献３】特開平１１−０９０９６３号
【特許文献４】特開平０８−０９９３０５号
【特許文献５】特開平０７−２５３５２１号
【特許文献６】特開平０５−３２９８１３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記事情に鑑み、コアピンの直径より内径が小さい中空な空間を有する中空部材を製造することができる中空部材の製造装置および中空部材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１発明の中空部材の製造装置は、固定型と、該固定型に接近離間可能に設けられた可動型と、該可動型を前記固定型に接近させた状態において両者の間に形成されるキャビティ内に流動性を有する材料を供給する材料供給部とを備えた装置であって、前記キャビティ内に、前記可動型の移動方向と平行な中心軸を有するピンが配置されており、前記材料供給部が、前記可動型に設けられ、その一端が前記キャビティ内に前記材料を投入する投入口となった材料流路を備えており、該材料流路は、その中心軸が前記ピンの中心軸と同軸になるように形成されていることを特徴とする。
第２発明の中空部材の製造装置は、第１発明において、材料供給部が、熱可塑性バインダと該熱可塑性バインダに混合された粉体との混合物を加熱し、該加熱された材料を前記材料流路に供給する加熱部を備えていることを特徴とする。
第３発明の中空部材の製造方法は、固定型と、該固定型に接近離間可能に設けられた可動型を備えており、該可動型を前記固定型に接近させた状態において両者の間に流動性を有する材料を収容するためのキャビティが形成される装置を用いて、前記流動性を有する材料を固化させて中空部材を製造する方法であって、前記可動型に、前記キャビティ内に流動性を有する材料を供給する材料流路が設けられており、かつ、該可動型における前記キャビティを形成する面に、該材料流路から前記キャビティ内に流動性を有する材料を投入する投入口が配置されており、前記キャビティ内に、前記可動型の移動方向と平行な中心軸を有するピンが配置されており、前記可動型を前記固定型に接近させかつ前記キャビティ内に流動性を有する材料を収容した状態から、前記キャビティ内に収容された材料が固化する前に、前記可動型を前記固定型から離間させることを特徴とする。
第４発明の中空部材の製造方法は、第３発明において、前記投入口が、前記ピンの軸方向の延長線上に配置されていることを特徴とする。
第５発明の中空部材の製造装置は、第３発明において、前記流動性を有する材料が、流動性を有するバインダと、該バインダに混合された粉体とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
第１発明によれば、材料流路の中心軸がキャビティ内に配置されているピンの中心軸と同軸になるように形成されているから、投入口から材料をキャビティ内に供給しても、ピンには中空な空間の中心軸周りに回転対称かつ均一な力しか加わらない。よって、材料を供給したときに、ピンに対してピンを曲げるような力は全く加わらないから、材料を供給したときにピンが破損したり、ピンの位置がずれたりすることを防ぐことができる。また、材料流路内の材料とキャビティ内の材料が投入口を介して一体となっているから、キャビティ内の材料が固化していない状態で可動型を離間させれば、材料流路内の材料によってキャビティ内の材料を引っ張ることができ、可動型の移動にともなってキャビティ内に収容された材料を可動型の移動方向に沿って伸ばすことができる。すると、キャビティ内に配置されているピンの中心軸が可動型の移動方向と平行であるから、材料は、ピンによって形成されていた空間が存在する状態で伸びることになる。しかも、材料は伸びることによって可動型の移動方向と直交する方向、言い換えれば、ピンの半径方向の長さが短くなり、伸びた部分は、材料の厚さが薄くなりかつ内部の空間も狭くなる。よって、キャビティ内に配置されているピンの直径よりも内径が小さい空間を有する中空部材を形成することができる。そして、材料が伸びるときにも、材料やピンには中空な空間の中心軸周りに回転対称かつ均一な力しか加わらず、材料を曲げるような力は全く加わらないから、材料が伸びるときに、中空な空間が潰れたり、材料の伸びている部分が折れ曲がったりすることを防ぐことができる。
第２発明によれば、材料を加熱することによって熱可塑性バインダが流動性を有するようになるから、材料をキャビティ内にスムースに供給することができる。そして、材料を固化させれば、中空な空間を有する部材を形成することができる。しかも、固化した部材を加熱すれば、バインダが除去されかつ粉体が焼結され中空部材が収縮するから、中空部材の内部空間の内径をさらに小さくでき、しかも、中空部材の壁の厚さも薄くすることができる。
第３発明によれば、材料流路内の材料とキャビティ内の材料が投入口を介して一体となっているから、キャビティ内の材料が固化していない状態で可動型を離間させれば、材料流路内の材料によってキャビティ内の材料を引っ張ることができ、可動型の移動にともなってキャビティ内に収容された材料を可動型の移動方向に沿って伸ばすことができる。すると、キャビティ内に配置されているピンの中心軸が可動型の移動方向と平行であるから、材料は、ピンによって形成されていた空間が存在する状態で伸びることになる。しかも、材料は伸びることによって可動型の移動方向と直交する方向、言い換えれば、ピンの半径方向の長さが短くなり、伸びた部分は、材料の厚さが薄くなりかつ内部の空間も狭くなる。よって、キャビティ内に配置されているピンの直径よりも内径が小さい空間を内部に有する中空部材を形成することができる。
第４発明によれば、材料が伸びるときに、材料やピンには中空な空間の中心軸周りに回転対称かつ均一な力しか加わらない。つまり、材料を曲げるような力は全く加わらないから、材料が伸びるときに、中空な空間が潰れたり、材料の伸びている部分が折れ曲がったりすることを防ぐことができる。
第５発明によれば、材料が固化した後、固化した部材を加熱すれば、バインダが除去されかつ粉体が焼結され中空部材が収縮するから、中空部材の内部空間の内径をさらに小さくでき、しかも、中空部材の壁の厚さも薄くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図３は本実施形態の中空部材の製造装置１の概略説明図である。同図において、符号Ｂは、本実施形態の中空部材の製造装置１における固定フレームを示しており、符号ＭＦは、固定フレームＢの上方に配置され、上下方向移動可能、言い換えれば、固定フレームＢに対して接近離間可能に設けられた移動フレームを示している。
【０００９】
図３に示すように、前記固定フレームＢの上面には、固定型２が取り付けられている。この固定型２には、その上面２Ａから下方に向けて凹んだ略円筒状の空間２ｈ（以下、単に空間２ｈという）が形成されている。この固定型２の空間２ｈは、その中心軸ＣＡが前記移動フレームＭＦの移動方向と平行となるように形成されており、その内部にはピン４が配置されている。このピン４は、その直径が下端から上端に向けて狭くなるように形成されたものであり、その中心軸が空間２ｈの中心軸ＣＡと同軸となるように配設されており、その先端が後述する貫通孔３ｈの絞り部３ｂまで伸びている。
なお、空間２ｈおよびピン４におけるその軸方向と直交する方向の断面形状は、円形に限られず、四角形や三角形等でもよく、その中心軸周りに回転対称な形状であればよい。
【００１０】
一方、図３に示すように、移動フレームＭＦの下面には、可動型３が取り付けられている。この可動型３には、その上下方向を貫通する貫通孔３ｈが形成されている。この貫通孔３ｈの上端部は、ノズル６を介して、プラスチック等の熱可塑性材料を加熱し流動化させる図示しない加熱部が連通されている。また、この貫通孔３ｈは、その中心軸が前記固定型２における空間２ｈの中心軸ＣＡと同軸となるように形成されており、可動型３の移動方向に沿って下面３Ａに向うに従いその内径が小さくなり、下面３Ａよりわずかに上方にその内径が最も小さくなる部分（絞り部３ｂ）が位置するように形成されている。
なお、貫通孔３ｈにおけるその軸方向と直交する方向の断面形状は、円形に限られず、四角形や三角形等でもよく、その中心軸周りに回転対称な形状であればよい。
【００１１】
上記のごとき構成であるから、移動フレームＭＦを移動させて可動型３を固定型２に接近させれば、可動型３の下面３Ａを固定型２の上面２Ａと接触させることができる。すると、可動型３の貫通孔３ｈと固定型２における空間２ｈが連通され、両者の間には、貫通孔３ｈと空間２ｈによって外部から遮断された空間が形成される。この空間に、加熱部において流動化された材料をノズル６を通して供給すれば、可動型３の貫通孔３ｈおよび固定型２の空間２ｈ内に材料が充満される。
【００１２】
このとき、可動型３の貫通孔３ｈおよびピン４は、いずれもその中心軸が固定型２の空間２ｈの中心軸ＣＡと同軸であるから、可動型３の貫通孔３ｈおよびピン４は同軸であり、絞り部３ｂの中心もピン４の軸方向の延長線上に位置する。このため、ノズル６から供給された材料は、絞り部３ｂを通って可動型３の貫通孔３ｈから固定型２の空間２ｈに流入するが、このとき材料は、固定型２の空間２ｈの中心軸ＣＡ方向にのみ流れ、中心軸ＣＡと交差する方向にはほとんど流れが生じない。このため、材料が可動型３の貫通孔３ｈから空間２ｈに流入したときに、ピン４には空間２ｈの中心軸周りに回転対称かつ均一な力しか加わらず、ピン４を曲げるような力はほとんど発生しないから、材料を供給したときにピン４が破損したり、ピン４の位置が空間２ｈの中心からずれたりすることを防ぐことができる。
したがって、可動型３の貫通孔３ｈおよび固定型２の空間２ｈ内に材料が充満された状態で材料を固化させれば、材料を、可動型３の貫通孔３ｈおよび固定型２の空間２ｈの形状に成形され、かつ、空間２ｈ内におけるピン４の位置、つまり、中心軸上に中空な空間を有する中空部材とすることができるのである。
なお、上記のごとく、ピン４に対して曲げるような力を発生させないためには、ノズル６の中心軸も固定型２の空間２ｈの中心軸ＣＡと同軸であることが望ましい。つまり、固定型２の空間２ｈからノズル６までの空間の中心軸が、全て同軸上に位置することが望ましい。
【００１３】
上記の可動型３の貫通孔３ｈおよび固定型２の略円筒状空間２ｈにおいて、ピン４が存在する部分、つまり貫通孔３ｈの絞り部３ｂよりも下方の空間が特許請求の範囲にいうキャビティＣであり、それより上方の空間が特許請求の範囲にいう材料流路５であり、絞り部３ｂが特許請求の範囲にいう投入口である。なお、以下では、貫通孔３ｈにおける絞り部３ｂよりも下方の空間および固定型２の空間２ｈをキャビティＣとし、貫通孔３ｈにおける絞り部３ｂよりも上方の空間を材料流路５とする。
【００１４】
また、図１に示すように、中空部材の製造装置１において、可動型３を固定型２に接近させ、かつキャビティＣ内に流動性を有する材料を収容した状態から、キャビティＣ内に収容された材料Ｍが固化する前であって、その粘性が強くなったときに可動型３を固定型２から離間させる（図１（Ｂ））。材料流路５内の材料ＭとキャビティＣ内の材料Ｍは絞り部３ｂを介して一体になっているから、材料流路５内の材料ＭによってキャビティＣ内の材料Ｍを引っ張ることができる。すると、可動型３の移動に伴ってキャビティＣ内に収容されている材料Ｍを可動型３の移動方向（図１では上下方向）に沿って伸ばすことができる。このとき、キャビティＣ内に配置されているピン４は、その中心軸が可動型３の移動方向と平行であるから、材料Ｍのうち伸びている部分、言い換えれば、可動型３と固定型２の間に位置する部分は、ピン４によって形成されていた空間が存在する状態で伸びることになる。
しかも、キャビティＣ内に収容されていた材料Ｍは上下方向に伸びることによって、体積が一定のままその長さだけが長くなるから、必然的に、可動型３の移動方向と直交する方向、言い換えれば、ピン４の半径方向の長さが短くなる。すると、キャビティＣ内に収容されていた材料Ｍは、固定型２の空間２ｈ内に位置する部分はピン４の半径方向の長さが短くなり、かつ、可動型３と固定型２の間に位置する部分はその内部の空間も狭くなる。つまり、材料Ｍのうち伸びている部分は、固定型２の空間２ｈ内に位置の間に位置していたときに比べて外径および内径がいずれも小さくなるので、可動型３を固定型２に接近させたままキャビティＣ内に流動性を有する材料を固化させる場合に比べて、中空部分の内径が小さい中空部材を成形することができる。言い換えれば、ピン４の直径に比べて内径が小さい中空部材を成形することができるのである。
【００１５】
そして、可動型３の貫通孔３ｈの中心軸、ピン４の中心軸および固定型２の空間２ｈの中心軸ＣＡが全て同軸上に位置しており、しかも、固定型２の空間２ｈの中心軸ＣＡは可動型３の移動方向と平行であるから、材料Ｍが伸びるとき、材料Ｍはピン４の半径方向に沿って均一に収縮する。このため、材料Ｍが伸びたときに、材料Ｍを曲げるような力は全く発生しないから、中空な空間が潰れたり、材料Ｍの伸びている部分が折れ曲がったりすることを防ぐことができる。
なお、ピン４は、直径が下端から上端まで同じものを使用してもよいが、上記のごとき方法により中空部材を成形する場合には、上端、つまり、可動型３側の端部が尖っているものが好適である。この場合、材料Ｍが伸びるときに、ピン４と材料Ｍとの間に発生する摩擦抵抗を小さくすることができるので、材料Ｍの損傷を防ぐことができ、成形後の中空部材の内面の面精度を高くすることができる。
【００１６】
そして、図２に示すように、上記のごとき方法によって製造された中空部材１０は、固定型２の底に位置していた部分（基端）から可動型３側に位置していた端部（先端）に向かって直径が小さくなり、その内部の中空な空間も基端から先端に向かって内径が小さくなるように成形される。
【００１７】
ここで、本実施形態の中空部材の製造装置１において可動型３を固定型２に接近させたまま中空部材を製造した場合を考えると、この中空部材の場合には、ピン４と同じ形状の中空な空間が形成されることになり、固定型２の上面２Ａと可動型３の下面３Ａとの接触面よりも下方のキャビティＣ内に位置する材料Ｍ、つまり、ピン４の先端が配置されている部分を除いた部分しか製品とすることができない。なぜなら、ピン４の先端は、ピン４を加工するときの加工熱などの影響により半球状となっており、ピン４の先端によって形成される中空な空間（以下、単に先端空間という）の内面は球面となってしまうので、ピン４の中心軸に対して先端空間の内面のなす角度が、ピン４の中心軸に対して中空な空間における他の部分の内面のなす角度と異なる角度になってしまうからである。したがって、可動型３を固定型２に接近させたまま製造された中空部材では、その中空空間の最小径は、固定型２の上面２Ａと可動型３の下面３Ａとの接触面の位置におけるピン径Ｄ１と同じ長さ（図３参照）にしかすることができず、そのピン径Ｄ１はせいぜい１０μｍが限界である。
【００１８】
しかし、上記ごとき方法によって中空部材１０を製造すれば、ピン４の先端が配置されている部分を除いても、可動型３の下面３Ａの位置（図１のＣＬの線）より下方の部分を製品とすることができる。すると、製品となった中空部材１０の中空空間の最小径はＤ２となり（図２（Ａ））、従来の場合のピン径Ｄ１より小さくできる。つまり、キャビティＣ内に配置されているピン４の直径よりも内径が小さい中空部材１０を形成することができ、たとえピン４の直径が１０μｍであっても、１μｍ以下の内径を有する中空部材１０であっても製造することができるのである。
しかも、中空部材１０は、中空な空間の内径が基端から先端に向かって小さくなるように成形されているから、製品となった中空部材１０をその軸方向の異なる位置で切断すれば、異なる内径を有する中空部材１０とすることができる。
なお、可動型３の下面３Ａの位置（図１のＣＬの線）より上方の部分であっても、ピン４の中心軸に対して中空な空間の内面のなす角度が、ピン４の中心軸に対して可動型３の下面３Ａの位置より下方の部分における内面１０ｈのなす角度と同じ角度となる部分は、製品とすることができるのは、いうまでもない。
【００１９】
また、材料Ｍを、流動性を有するようになる、例えば酢酸ビニルやアクリル系樹脂等の結合剤、ジブチルフタレート等の可塑剤等の熱可塑性のバインダと、このバインダに混合された、例えば、金属やセラミックス等の粉体からなる材料を使用することも可能である。粉末だけからなる材料では、流動性が悪く材料をキャビティＣ内に充填することが困難であるが、上記のごときバインダと混合しておけば、材料を加熱することによって材料の流動性が向上し、キャビティＣ内にスムースに供給することができる。しかも、材料を冷却して固化させたのち、バインダの蒸発温度以上に固化した材料を加熱すれば、熱可塑性のバインダを固化した材料から除去することができる。しかも、加熱温度を粉体の焼結温度以上とすれば、粉体が焼結した中空部材を製造することができる。すると、粉体が焼結した中空部材は、材料を冷却して固化させた場合に比べて、除去されたバインダの体積の分だけ体積が減少し、かつ、粉体の焼結による体積の減少も生じるから、焼結後の中空部材の体積を約２０％以上減少させることができる。すると、中空部材は、その壁面の厚さが薄くなるともに、内部空間の内径も小さくなるから、１μｍ以下の内径を有する中空部材１０を、より一層容易に製造することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明の中空部材の製造方法は、インクジェットプリンタやディスペンサー等に使用される、内径が小さい中空部材の製造に適している。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態の中空部材の製造装置１による中空部材１０の製造作業の説明図であって、（Ａ）は材料Ｍを注入した状態を示した図であり、（Ｂ）は可動型３を離間させた状態を示した図である。
【図２】本実施形態の中空部材の製造装置１により製造された中空部材１０の説明図であって、（Ａ）は縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ矢視図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線矢視図であり、（Ｄ）は（Ａ）のＤ−Ｄ線矢視図である。
【図３】本実施形態の中空部材の製造装置１の概略説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
１ 中空部材の製造装置１
２ 固定型
３ 可動型
４ ピン
５ 材料流路
１０ 中空部材
Ｃ キャビティ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空部材の製造装置および中空部材の製造方法に関する。
インクジェットプリンタやディスペンサー、ワイヤーボンディング等に使用されるノズルや、キャピラリー、配管路等に使用されるオリフィス等には、軸状部材であって、その軸方向に沿って貫通孔等の中空な空間が形成された中空部材が使用される。かかる中空部材における中空な空間の内径は、インクジェットプリンタやバルブ等の性能向上に伴って小径化しており、現状では直径１０μｍ以下の中空な空間を有する中空部材が求められている。
本発明は、かかる小径の中空な空間を有する中空部材の製造装置および中空部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
小径の貫通孔等の中空な空間を有する中空部材の製造には、中空部材の成形と同時に中空な空間を形成することができる射出成形が採用される（例えば、特許文献１〜６）。
射出成形は、固定型と可動型によって空閉されたキャビティ内に流動可能とした材料を注入して固化させることにより、キャビティの形状に成形された部材を製造する技術であり、キャビティ内にコアピンを配置しておけば、部材はキャビティの形状に成形され、その部材には、キャビティにおいてコアピンが配置されていた箇所に中空な空間が成形される。
【０００３】
しかるに、上記のごとき方法により製造された中空部材では、その中空な空間はコアピンと同じ形状に成形されるため、その中空な空間の内径はコアピンと同じ大きさになる。このため、中空部材における中空な空間の内径を小さくするためには非常に細いコアピンを使用する必要がある。しかし、現在のところ、直径１０μｍ程度のコアピンしか製造することができないため、内径１０μｍ以下の中空部材を製造することはできない。たとえ、直径１０μｍ以下のコアピンが製造できたとしても、かかるコアピンは非常に強度が弱くなるため、キャビティ内に材料を注入したときに、コアピンの半径方向から、その円周方向において不均一な力が加わればコアピンが損傷してしまうおそれがある。
また、材料として、セラミックス等の粉末に有機化合物のバインダを混合したものを使用すれば、直径１０μｍのコアピンを使用して製造された部材を焼結することにより、内径８μｍ程度の中空部材を製造することも可能であるが、この場合でも、内径８μｍ以下の中空部材を製造することはできない。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１８１８１１号
【特許文献２】特開２００１−１４５９１２号
【特許文献３】特開平１１−０９０９６３号
【特許文献４】特開平０８−０９９３０５号
【特許文献５】特開平０７−２５３５２１号
【特許文献６】特開平０５−３２９８１３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記事情に鑑み、コアピンの直径より内径が小さい中空な空間を有する中空部材を製造することができる中空部材の製造装置および中空部材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１発明の中空部材の製造装置は、固定型と、該固定型に接近離間可能に設けられた可動型と、該可動型を前記固定型に接近させた状態において両者の間に形成されるキャビティ内に流動性を有する材料を供給する材料供給部とを備えた装置であって、前記キャビティ内に、前記可動型の移動方向と平行な中心軸を有するピンが配置されており、前記材料供給部が、前記可動型に設けられ、その一端が前記キャビティ内に前記材料を投入する投入口となった材料流路を備えており、該材料流路は、その中心軸が前記ピンの中心軸と同軸になるように形成されていることを特徴とする。
第２発明の中空部材の製造装置は、第１発明において、材料供給部が、熱可塑性バインダと該熱可塑性バインダに混合された粉体との混合物を加熱し、該加熱された材料を前記材料流路に供給する加熱部を備えていることを特徴とする。
第３発明の中空部材の製造方法は、固定型と、該固定型に接近離間可能に設けられた可動型を備えており、該可動型を前記固定型に接近させた状態において両者の間に流動性を有する材料を収容するためのキャビティが形成される装置を用いて、前記流動性を有する材料を固化させて中空部材を製造する方法であって、前記可動型に、前記キャビティ内に流動性を有する材料を供給する材料流路が設けられており、かつ、該可動型における前記キャビティを形成する面に、該材料流路から前記キャビティ内に流動性を有する材料を投入する投入口が配置されており、前記キャビティ内に、前記可動型の移動方向と平行な中心軸を有するピンが配置されており、前記可動型を前記固定型に接近させかつ前記キャビティ内に流動性を有する材料を収容した状態から、前記キャビティ内に収容された材料が固化する前に、前記可動型を前記固定型から離間させることを特徴とする。
第４発明の中空部材の製造方法は、第３発明において、前記投入口が、前記ピンの軸方向の延長線上に配置されていることを特徴とする。
第５発明の中空部材の製造装置は、第３発明において、前記流動性を有する材料が、流動性を有するバインダと、該バインダに混合された粉体とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
第１発明によれば、材料流路の中心軸がキャビティ内に配置されているピンの中心軸と同軸になるように形成されているから、投入口から材料をキャビティ内に供給しても、ピンには中空な空間の中心軸周りに回転対称かつ均一な力しか加わらない。よって、材料を供給したときに、ピンに対してピンを曲げるような力は全く加わらないから、材料を供給したときにピンが破損したり、ピンの位置がずれたりすることを防ぐことができる。また、材料流路内の材料とキャビティ内の材料が投入口を介して一体となっているから、キャビティ内の材料が固化していない状態で可動型を離間させれば、材料流路内の材料によってキャビティ内の材料を引っ張ることができ、可動型の移動にともなってキャビティ内に収容された材料を可動型の移動方向に沿って伸ばすことができる。すると、キャビティ内に配置されているピンの中心軸が可動型の移動方向と平行であるから、材料は、ピンによって形成されていた空間が存在する状態で伸びることになる。しかも、材料は伸びることによって可動型の移動方向と直交する方向、言い換えれば、ピンの半径方向の長さが短くなり、伸びた部分は、材料の厚さが薄くなりかつ内部の空間も狭くなる。よって、キャビティ内に配置されているピンの直径よりも内径が小さい空間を有する中空部材を形成することができる。そして、材料が伸びるときにも、材料やピンには中空な空間の中心軸周りに回転対称かつ均一な力しか加わらず、材料を曲げるような力は全く加わらないから、材料が伸びるときに、中空な空間が潰れたり、材料の伸びている部分が折れ曲がったりすることを防ぐことができる。
第２発明によれば、材料を加熱することによって熱可塑性バインダが流動性を有するようになるから、材料をキャビティ内にスムースに供給することができる。そして、材料を固化させれば、中空な空間を有する部材を形成することができる。しかも、固化した部材を加熱すれば、バインダが除去されかつ粉体が焼結され中空部材が収縮するから、中空部材の内部空間の内径をさらに小さくでき、しかも、中空部材の壁の厚さも薄くすることができる。
第３発明によれば、材料流路内の材料とキャビティ内の材料が投入口を介して一体となっているから、キャビティ内の材料が固化していない状態で可動型を離間させれば、材料流路内の材料によってキャビティ内の材料を引っ張ることができ、可動型の移動にともなってキャビティ内に収容された材料を可動型の移動方向に沿って伸ばすことができる。すると、キャビティ内に配置されているピンの中心軸が可動型の移動方向と平行であるから、材料は、ピンによって形成されていた空間が存在する状態で伸びることになる。しかも、材料は伸びることによって可動型の移動方向と直交する方向、言い換えれば、ピンの半径方向の長さが短くなり、伸びた部分は、材料の厚さが薄くなりかつ内部の空間も狭くなる。よって、キャビティ内に配置されているピンの直径よりも内径が小さい空間を内部に有する中空部材を形成することができる。
第４発明によれば、材料が伸びるときに、材料やピンには中空な空間の中心軸周りに回転対称かつ均一な力しか加わらない。つまり、材料を曲げるような力は全く加わらないから、材料が伸びるときに、中空な空間が潰れたり、材料の伸びている部分が折れ曲がったりすることを防ぐことができる。
第５発明によれば、材料が固化した後、固化した部材を加熱すれば、バインダが除去されかつ粉体が焼結され中空部材が収縮するから、中空部材の内部空間の内径をさらに小さくでき、しかも、中空部材の壁の厚さも薄くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図３は本実施形態の中空部材の製造装置１の概略説明図である。同図において、符号Ｂは、本実施形態の中空部材の製造装置１における固定フレームを示しており、符号ＭＦは、固定フレームＢの上方に配置され、上下方向移動可能、言い換えれば、固定フレームＢに対して接近離間可能に設けられた移動フレームを示している。
【０００９】
図３に示すように、前記固定フレームＢの上面には、固定型２が取り付けられている。この固定型２には、その上面２Ａから下方に向けて凹んだ略円筒状の空間２ｈ（以下、単に空間２ｈという）が形成されている。この固定型２の空間２ｈは、その中心軸ＣＡが前記移動フレームＭＦの移動方向と平行となるように形成されており、その内部にはピン４が配置されている。このピン４は、その直径が下端から上端に向けて狭くなるように形成されたものであり、その中心軸が空間２ｈの中心軸ＣＡと同軸となるように配設されており、その先端が後述する貫通孔３ｈの絞り部３ｂまで伸びている。
なお、空間２ｈおよびピン４におけるその軸方向と直交する方向の断面形状は、円形に限られず、四角形や三角形等でもよく、その中心軸周りに回転対称な形状であればよい。
【００１０】
一方、図３に示すように、移動フレームＭＦの下面には、可動型３が取り付けられている。この可動型３には、その上下方向を貫通する貫通孔３ｈが形成されている。この貫通孔３ｈの上端部は、ノズル６を介して、プラスチック等の熱可塑性材料を加熱し流動化させる図示しない加熱部が連通されている。また、この貫通孔３ｈは、その中心軸が前記固定型２における空間２ｈの中心軸ＣＡと同軸となるように形成されており、可動型３の移動方向に沿って下面３Ａに向うに従いその内径が小さくなり、下面３Ａよりわずかに上方にその内径が最も小さくなる部分（絞り部３ｂ）が位置するように形成されている。
なお、貫通孔３ｈにおけるその軸方向と直交する方向の断面形状は、円形に限られず、四角形や三角形等でもよく、その中心軸周りに回転対称な形状であればよい。
【００１１】
上記のごとき構成であるから、移動フレームＭＦを移動させて可動型３を固定型２に接近させれば、可動型３の下面３Ａを固定型２の上面２Ａと接触させることができる。すると、可動型３の貫通孔３ｈと固定型２における空間２ｈが連通され、両者の間には、貫通孔３ｈと空間２ｈによって外部から遮断された空間が形成される。この空間に、加熱部において流動化された材料をノズル６を通して供給すれば、可動型３の貫通孔３ｈおよび固定型２の空間２ｈ内に材料が充満される。
【００１２】
このとき、可動型３の貫通孔３ｈおよびピン４は、いずれもその中心軸が固定型２の空間２ｈの中心軸ＣＡと同軸であるから、可動型３の貫通孔３ｈおよびピン４は同軸であり、絞り部３ｂの中心もピン４の軸方向の延長線上に位置する。このため、ノズル６から供給された材料は、絞り部３ｂを通って可動型３の貫通孔３ｈから固定型２の空間２ｈに流入するが、このとき材料は、固定型２の空間２ｈの中心軸ＣＡ方向にのみ流れ、中心軸ＣＡと交差する方向にはほとんど流れが生じない。このため、材料が可動型３の貫通孔３ｈから空間２ｈに流入したときに、ピン４には空間２ｈの中心軸周りに回転対称かつ均一な力しか加わらず、ピン４を曲げるような力はほとんど発生しないから、材料を供給したときにピン４が破損したり、ピン４の位置が空間２ｈの中心からずれたりすることを防ぐことができる。
したがって、可動型３の貫通孔３ｈおよび固定型２の空間２ｈ内に材料が充満された状態で材料を固化させれば、材料を、可動型３の貫通孔３ｈおよび固定型２の空間２ｈの形状に成形され、かつ、空間２ｈ内におけるピン４の位置、つまり、中心軸上に中空な空間を有する中空部材とすることができるのである。
なお、上記のごとく、ピン４に対して曲げるような力を発生させないためには、ノズル６の中心軸も固定型２の空間２ｈの中心軸ＣＡと同軸であることが望ましい。つまり、固定型２の空間２ｈからノズル６までの空間の中心軸が、全て同軸上に位置することが望ましい。
【００１３】
上記の可動型３の貫通孔３ｈおよび固定型２の略円筒状空間２ｈにおいて、ピン４が存在する部分、つまり貫通孔３ｈの絞り部３ｂよりも下方の空間が特許請求の範囲にいうキャビティＣであり、それより上方の空間が特許請求の範囲にいう材料流路５であり、絞り部３ｂが特許請求の範囲にいう投入口である。なお、以下では、貫通孔３ｈにおける絞り部３ｂよりも下方の空間および固定型２の空間２ｈをキャビティＣとし、貫通孔３ｈにおける絞り部３ｂよりも上方の空間を材料流路５とする。
【００１４】
また、図１に示すように、中空部材の製造装置１において、可動型３を固定型２に接近させ、かつキャビティＣ内に流動性を有する材料を収容した状態から、キャビティＣ内に収容された材料Ｍが固化する前であって、その粘性が強くなったときに可動型３を固定型２から離間させる（図１（Ｂ））。材料流路５内の材料ＭとキャビティＣ内の材料Ｍは絞り部３ｂを介して一体になっているから、材料流路５内の材料ＭによってキャビティＣ内の材料Ｍを引っ張ることができる。すると、可動型３の移動に伴ってキャビティＣ内に収容されている材料Ｍを可動型３の移動方向（図１では上下方向）に沿って伸ばすことができる。このとき、キャビティＣ内に配置されているピン４は、その中心軸が可動型３の移動方向と平行であるから、材料Ｍのうち伸びている部分、言い換えれば、可動型３と固定型２の間に位置する部分は、ピン４によって形成されていた空間が存在する状態で伸びることになる。
しかも、キャビティＣ内に収容されていた材料Ｍは上下方向に伸びることによって、体積が一定のままその長さだけが長くなるから、必然的に、可動型３の移動方向と直交する方向、言い換えれば、ピン４の半径方向の長さが短くなる。すると、キャビティＣ内に収容されていた材料Ｍは、固定型２の空間２ｈ内に位置する部分はピン４の半径方向の長さが短くなり、かつ、可動型３と固定型２の間に位置する部分はその内部の空間も狭くなる。つまり、材料Ｍのうち伸びている部分は、固定型２の空間２ｈ内に位置の間に位置していたときに比べて外径および内径がいずれも小さくなるので、可動型３を固定型２に接近させたままキャビティＣ内に流動性を有する材料を固化させる場合に比べて、中空部分の内径が小さい中空部材を成形することができる。言い換えれば、ピン４の直径に比べて内径が小さい中空部材を成形することができるのである。
【００１５】
そして、可動型３の貫通孔３ｈの中心軸、ピン４の中心軸および固定型２の空間２ｈの中心軸ＣＡが全て同軸上に位置しており、しかも、固定型２の空間２ｈの中心軸ＣＡは可動型３の移動方向と平行であるから、材料Ｍが伸びるとき、材料Ｍはピン４の半径方向に沿って均一に収縮する。このため、材料Ｍが伸びたときに、材料Ｍを曲げるような力は全く発生しないから、中空な空間が潰れたり、材料Ｍの伸びている部分が折れ曲がったりすることを防ぐことができる。
なお、ピン４は、直径が下端から上端まで同じものを使用してもよいが、上記のごとき方法により中空部材を成形する場合には、上端、つまり、可動型３側の端部が尖っているものが好適である。この場合、材料Ｍが伸びるときに、ピン４と材料Ｍとの間に発生する摩擦抵抗を小さくすることができるので、材料Ｍの損傷を防ぐことができ、成形後の中空部材の内面の面精度を高くすることができる。
【００１６】
そして、図２に示すように、上記のごとき方法によって製造された中空部材１０は、固定型２の底に位置していた部分（基端）から可動型３側に位置していた端部（先端）に向かって直径が小さくなり、その内部の中空な空間も基端から先端に向かって内径が小さくなるように成形される。
【００１７】
ここで、本実施形態の中空部材の製造装置１において可動型３を固定型２に接近させたまま中空部材を製造した場合を考えると、この中空部材の場合には、ピン４と同じ形状の中空な空間が形成されることになり、固定型２の上面２Ａと可動型３の下面３Ａとの接触面よりも下方のキャビティＣ内に位置する材料Ｍ、つまり、ピン４の先端が配置されている部分を除いた部分しか製品とすることができない。なぜなら、ピン４の先端は、ピン４を加工するときの加工熱などの影響により半球状となっており、ピン４の先端によって形成される中空な空間（以下、単に先端空間という）の内面は球面となってしまうので、ピン４の中心軸に対して先端空間の内面のなす角度が、ピン４の中心軸に対して中空な空間における他の部分の内面のなす角度と異なる角度になってしまうからである。したがって、可動型３を固定型２に接近させたまま製造された中空部材では、その中空空間の最小径は、固定型２の上面２Ａと可動型３の下面３Ａとの接触面の位置におけるピン径Ｄ１と同じ長さ（図３参照）にしかすることができず、そのピン径Ｄ１はせいぜい１０μｍが限界である。
【００１８】
しかし、上記ごとき方法によって中空部材１０を製造すれば、ピン４の先端が配置されている部分を除いても、可動型３の下面３Ａの位置（図１のＣＬの線）より下方の部分を製品とすることができる。すると、製品となった中空部材１０の中空空間の最小径はＤ２となり（図２（Ａ））、従来の場合のピン径Ｄ１より小さくできる。つまり、キャビティＣ内に配置されているピン４の直径よりも内径が小さい中空部材１０を形成することができ、たとえピン４の直径が１０μｍであっても、１μｍ以下の内径を有する中空部材１０であっても製造することができるのである。
しかも、中空部材１０は、中空な空間の内径が基端から先端に向かって小さくなるように成形されているから、製品となった中空部材１０をその軸方向の異なる位置で切断すれば、異なる内径を有する中空部材１０とすることができる。
なお、可動型３の下面３Ａの位置（図１のＣＬの線）より上方の部分であっても、ピン４の中心軸に対して中空な空間の内面のなす角度が、ピン４の中心軸に対して可動型３の下面３Ａの位置より下方の部分における内面１０ｈのなす角度と同じ角度となる部分は、製品とすることができるのは、いうまでもない。
【００１９】
また、材料Ｍを、流動性を有するようになる、例えば酢酸ビニルやアクリル系樹脂等の結合剤、ジブチルフタレート等の可塑剤等の熱可塑性のバインダと、このバインダに混合された、例えば、金属やセラミックス等の粉体からなる材料を使用することも可能である。粉末だけからなる材料では、流動性が悪く材料をキャビティＣ内に充填することが困難であるが、上記のごときバインダと混合しておけば、材料を加熱することによって材料の流動性が向上し、キャビティＣ内にスムースに供給することができる。しかも、材料を冷却して固化させたのち、バインダの蒸発温度以上に固化した材料を加熱すれば、熱可塑性のバインダを固化した材料から除去することができる。しかも、加熱温度を粉体の焼結温度以上とすれば、粉体が焼結した中空部材を製造することができる。すると、粉体が焼結した中空部材は、材料を冷却して固化させた場合に比べて、除去されたバインダの体積の分だけ体積が減少し、かつ、粉体の焼結による体積の減少も生じるから、焼結後の中空部材の体積を約２０％以上減少させることができる。すると、中空部材は、その壁面の厚さが薄くなるともに、内部空間の内径も小さくなるから、１μｍ以下の内径を有する中空部材１０を、より一層容易に製造することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明の中空部材の製造方法は、インクジェットプリンタやディスペンサー等に使用される、内径が小さい中空部材の製造に適している。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態の中空部材の製造装置１による中空部材１０の製造作業の説明図であって、（Ａ）は材料Ｍを注入した状態を示した図であり、（Ｂ）は可動型３を離間させた状態を示した図である。
【図２】本実施形態の中空部材の製造装置１により製造された中空部材１０の説明図であって、（Ａ）は縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ矢視図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線矢視図であり、（Ｄ）は（Ａ）のＤ−Ｄ線矢視図である。
【図３】本実施形態の中空部材の製造装置１の概略説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
１ 中空部材の製造装置１
２ 固定型
３ 可動型
４ ピン
５ 材料流路
１０ 中空部材
Ｃ キャビティ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定型と、該固定型に接近離間可能に設けられた可動型と、該可動型を前記固定型に接近させた状態において両者の間に形成されるキャビティ内に流動性を有する材料を供給する材料供給部とを備えた装置であって、
前記キャビティ内に、前記可動型の移動方向と平行な中心軸を有するピンが配置されており、
前記材料供給部が、
前記可動型に設けられ、その一端が前記キャビティ内に前記材料を投入する投入口となった材料流路を備えており、
該材料流路は、その中心軸が前記ピンの中心軸と同軸になるように形成されている
ことを特徴とする中空部材の製造装置。
【請求項２】
材料供給部が、
熱可塑性バインダと該熱可塑性バインダに混合された粉体との混合物を加熱し、該加熱された材料を前記材料流路に供給する加熱部を備えている
ことを特徴とする請求項１記載の中空部材の製造装置。
【請求項３】
固定型と、該固定型に接近離間可能に設けられた可動型を備えており、該可動型を前記固定型に接近させた状態において両者の間に流動性を有する材料を収容するためのキャビティが形成される装置を用いて、前記流動性を有する材料を固化させて中空部材を製造する方法であって、
前記可動型に、前記キャビティ内に流動性を有する材料を供給する材料流路が設けられており、かつ、該可動型における前記キャビティを形成する面に、該材料流路から前記キャビティ内に流動性を有する材料を投入する投入口が配置されており、
前記キャビティ内に、前記可動型の移動方向と平行な中心軸を有するピンが配置されており、
前記可動型を前記固定型に接近させかつ前記キャビティ内に流動性を有する材料を収容した状態から、前記キャビティ内に収容された材料が固化する前に、前記可動型を前記固定型から離間させる
ことを特徴とする中空部材の製造方法。
【請求項４】
前記投入口が、前記ピンの軸方向の延長線上に配置されている
ことを特徴とする請求項３記載の中空部材の製造方法。
【請求項５】
前記流動性を有する材料が、流動性を有するバインダと、該バインダに混合された粉体とからなる
ことを特徴とする請求項３記載の中空部材の製造方法。
【請求項１】
固定型と、該固定型に接近離間可能に設けられた可動型と、該可動型を前記固定型に接近させた状態において両者の間に形成されるキャビティ内に流動性を有する材料を供給する材料供給部とを備えた装置であって、
前記キャビティ内に、前記可動型の移動方向と平行な中心軸を有するピンが配置されており、
前記材料供給部が、
前記可動型に設けられ、その一端が前記キャビティ内に前記材料を投入する投入口となった材料流路を備えており、
該材料流路は、その中心軸が前記ピンの中心軸と同軸になるように形成されている
ことを特徴とする中空部材の製造装置。
【請求項２】
材料供給部が、
熱可塑性バインダと該熱可塑性バインダに混合された粉体との混合物を加熱し、該加熱された材料を前記材料流路に供給する加熱部を備えている
ことを特徴とする請求項１記載の中空部材の製造装置。
【請求項３】
固定型と、該固定型に接近離間可能に設けられた可動型を備えており、該可動型を前記固定型に接近させた状態において両者の間に流動性を有する材料を収容するためのキャビティが形成される装置を用いて、前記流動性を有する材料を固化させて中空部材を製造する方法であって、
前記可動型に、前記キャビティ内に流動性を有する材料を供給する材料流路が設けられており、かつ、該可動型における前記キャビティを形成する面に、該材料流路から前記キャビティ内に流動性を有する材料を投入する投入口が配置されており、
前記キャビティ内に、前記可動型の移動方向と平行な中心軸を有するピンが配置されており、
前記可動型を前記固定型に接近させかつ前記キャビティ内に流動性を有する材料を収容した状態から、前記キャビティ内に収容された材料が固化する前に、前記可動型を前記固定型から離間させる
ことを特徴とする中空部材の製造方法。
【請求項４】
前記投入口が、前記ピンの軸方向の延長線上に配置されている
ことを特徴とする請求項３記載の中空部材の製造方法。
【請求項５】
前記流動性を有する材料が、流動性を有するバインダと、該バインダに混合された粉体とからなる
ことを特徴とする請求項３記載の中空部材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−１０３１９１（Ｐ２００６−１０３１９１Ａ）
【公開日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２９３９０７（Ｐ２００４−２９３９０７）
【出願日】平成１６年１０月６日（２００４．１０．６）
【出願人】（５９２１２９４８６）株式会社長峰製作所 (18)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月６日（２００４．１０．６）
【出願人】（５９２１２９４８６）株式会社長峰製作所 (18)
【Ｆターム（参考）】
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