可塑性材製の螺旋状部品及びその製造方法
【課題】 合成樹脂製コイルバネの本質的な問題を解消し、バネとして使用できるほか、他のフィーダ等としても利用可能な可塑性材製の螺旋状部品、特にバネ定数の大きな合成樹脂製のバネを提供する。
【解決手段】 可塑性材製の螺旋状部品は射出成形した可塑性材の断面が少なくとも一個所以上の角部を有した四角形、六角形、八角形、三角形等の形状とし、あるいはその一部にアール面を形成してあることとし、その製造方法は複数に分割された型材の合面に凹部を形成し、この凹部内に中子を密接状態で収容し、この中子の周囲であって、前記型材側に螺旋状部品成形用のキャビティを形成した金型装置に、溶融した可塑性材を射出成形して充填し、この可塑性材が所定の温度に到達された後に前記型材を開口して中子と共に可塑性材製の螺旋状部品を取り出すこととする。
【解決手段】 可塑性材製の螺旋状部品は射出成形した可塑性材の断面が少なくとも一個所以上の角部を有した四角形、六角形、八角形、三角形等の形状とし、あるいはその一部にアール面を形成してあることとし、その製造方法は複数に分割された型材の合面に凹部を形成し、この凹部内に中子を密接状態で収容し、この中子の周囲であって、前記型材側に螺旋状部品成形用のキャビティを形成した金型装置に、溶融した可塑性材を射出成形して充填し、この可塑性材が所定の温度に到達された後に前記型材を開口して中子と共に可塑性材製の螺旋状部品を取り出すこととする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形による可塑性材製の螺旋状部品、特に合成樹脂製コイルバネ及びその製造方法に関し、実際の用途に使用できる高弾性のコイルバネに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、自動車や家電製品を始め、合成樹脂成形品を使用している製品は、合成樹脂部分とバネや金属片等の金属部分とを分別し、これらをそれぞれの原料工場において再生利用することが義務付けられる場合が多い。
【０００３】
例えば、化粧液や洗剤を入れる合成樹脂製ボトルは一般に使い捨て容器として使用されている。そして、このボトルの頭部に小型ポンプを持つノズルが設けられており、このノズルの頭部を押圧してそのストロークに対応して少量の液体を吐出させるようにしている。このノズルの部分に前記小型ポンプを構成するプランジャ軸を復元するための弾発部材としてステンレス等の金属製の小型コイルバネが使用されている。また、各種の合成樹脂製玩具には腕等の可動部分を復元する部分にも前記と同様に金属製のコイルバネが使用されている場合が多い。
【０００４】
これらのボトルは使用後に、また、玩具の場合は故障したり不要となった場合に廃棄される場合が多いが、これらの合成樹脂製品には、合成樹脂の本体部分と金属製コイルバネとが混在して組み立てられており、従って、廃棄する際にはこれらを分解して合成樹脂と金属とに分別することが前提となっている。
【０００５】
しかし、前記ボトルの頭部の小型ポンプを構成しているノズル部分を分解するには、それなりの技術的知識と道具が必要で、主婦や子供にはこの分解操作が困難であり、また、男性でも面倒であり、従って、本体等の外形部分の合成樹脂部分とコイルバネの金属部分が混在した状態で廃棄せざるを得ないケースが多い。しかし、今後はこのような廃棄方法は厳しく規制される傾向にある。
【０００６】
一方、液体を収容する合成樹脂製ボトルや玩具等は軽量化が検討されており、そのために金属製コイルバネに代えて合成樹脂製バネの使用が望まれてきた。従って、前記合成樹脂成形品を廃棄する際の環境上の規制と、前記ボトルや玩具の軽量化の問題から合成樹脂製コイルバネが必要となっている。
【０００７】
合成樹脂製コイルバネは、一般には押出成形法によって断面円形の細い線条物を製造し、これが軟化状態にある間、あるいは固化した後に再加熱して軟化状態で回転する丸棒からなる芯棒（マンドレル）の表面に巻付けながらコイル状に形成し、これを所定の長さに切断して１個のコイルとして完成している。
【０００８】
しかし、この押出方法による合成樹脂製のコイルバネは、金属製のコイルバネと比較すると合成樹脂自体の弾性が遙かに低いことから、バネとして使用するには制限があり、その用途はあまり多くないのが現状である。
【０００９】
また、弾性力を増加させるように構成した合成樹脂製コイルバネとしては、同長さ、同旋回方向、同径、同ピッチのコイルバネを複数本並設し、その両端にリングを配置して各コイルバネの端部を前記リングで連結するように一体成形した構造のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
また、合成樹脂製薄肉円筒に、略等間隔で上下方向及び左右方向に透孔を開口した円筒壁を網状に形成したものも提案されている（例え特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１０−７３１３８号公報
【特許文献２】特開平９−２９１９５５号公報
【特許文献３】特公平７−１０２５９１号公報
【特許文献４】特願２００３−２７５５８８号出願書類
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする問題点は、文献として示していないが、押出成形した線条体をマンドレルの表面に巻付けてコイルバネに成形したものは、当然のことながら断面が円形のものしか適用できず、断面が矩形等の比較的大きな断面係数を持つものに変更することが実質的に困難であるという点である。
【００１２】
そして、円形断面以外の三角断面や矩形断面の線条物を押出成形し、これをマンドレル上に巻付けてコイル状に成形しようとすると、線条物を一定の方向に正確に案内することが困難である上に断面が所定のものから変形やヘタリの部分が発生してしまい、見栄えが悪く、その上に所定のバネ特性をもつものを製造することが困難となる。さらに、円形断面に成形した合成樹脂製の線条体をコイル状に成形したものと、金属製のコイルバネとを比較すると、合成樹脂の剛性がステンレス等の金属に比較すると弱いことから、大きさに比較して著しく弱いバネ力しか発揮することができないという欠点があったという点である。
【００１３】
また、特許文献１に記載された合成樹脂製バネは、複数本のコイルバネの両端部リングを配置した形に一体成形したものや、複数本のコイルバネの両端と中間部にリングを配置した形に一体成形したものが提案されているが、このコイルバネを製造する方法が全く記載されておらず、如何なる方法で製造するものか不明である。
【００１４】
更に、特許文献２に記載された発明は、合成樹脂によって円筒形の網状物を成形し、これを長さ方向に圧縮するようなものであり、前記のように液体注出するポンプの圧縮コイルバネとして使用できるものであるが、これは液体注出ポンプ等の合成樹脂製品の分別廃棄の際に、分別しないでそのまま廃棄することができる利点がある。しかしながら、この構造の圧縮バネは構造が著しく複雑であり、従って、製造方法が煩雑である上に所定の圧縮強度のものを効率的に得ることは困難であるという点である。
【００１５】
ところで、合成樹脂製ネジに共通する最大の問題は、合成樹脂の剛性、即ち、バネ定数が金属製のものに比較すると格段に低いことである。従って、この欠点を補うためにバネを大型化するとその用途に適合しない大きさのものとなる欠点がある。
【００１６】
同じ材料を使用して製造されたコイルバネであっても、その断面を変更することによって力学的には弾性力を強くすることが可能である。例えば、外径寸法が同じものであっても、断面が円形のものから横幅の広い矩形断面にすると、その弾性力は大きくなる。さらに、高さを横幅より高くすると断面係数の増加がかなり大きいことから、その弾性力は更に増加する。さらに、その材料である合成樹脂の中に炭素繊維やガラス繊維の短繊維等の補強繊維を混入すると金属に近い弾性力を出させることも困難ではない。
【００１７】
しかし、押出成形によって断面が矩形の平板を成形し、これをマンドレルの表面に巻付けてコイルバネを成形した場合は、その平板に捩じれが発生して正確な形状のものを製造することが困難となる。しかし、前記のように炭素繊維やガラス繊維を混入したプラスチックの場合は、一旦、冷却して固化すると、成形の段階で弾性力が向上していることから再加工が困難となる。
【００１８】
本発明は、この合成樹脂製コイルバネの本質的な問題を解消し、バネとして使用できるほか、他のフィーダ等としても利用可能な可塑性材製の螺旋状部品、特にバネ定数の大きな合成樹脂製のバネを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記目的を達成するために本発明に係る可塑性材製の螺旋状部品は射出成形した可塑性材の断面が少なくとも一個所以上の角部を有した四角形、六角形、八角形、三角形等の形状とし、あるいはその一部にアール面を形成してあることを特徴とし、中央空間部に付加物を設けたことを特徴とし、少なくとも一端に弾発性以外の機能を持つ部分を一体に成形したことを特徴とし、本体の長さ方向にピッチ、外径、内径、厚さ、断面形状のうち、少なくとも一つを変更し、かつ一体成形としてあることを特徴とし、本体の少なくとも一方の端部にフックを一体的に備えたことを特徴としている。
【００２０】
また、本発明に係る可塑性材製の螺旋状部品は本体コイルの断面は、上面と下面がほぼ平行しており、全圧縮の状態において、コイルの下面と隣接するコイルと上面とが接触状態となるように構成されていることを特徴とし、断面が矩形のコイルの角部を含む頂面部分において型材のパーティングラインが形成されていることを特徴とし、コイルの中間部分には隣接するコイル間を一体に連結するバーＲを備え、バネとしての作用をしない部分を有していることを特徴とし、各コイルには軸芯方向に沿った突起状のスペーサを一体に備え、各コイル間の隙間を保持することができるようにしたことを特徴とし、前記した可塑性材は熱可塑性の合成樹脂であることを特徴としている。
【００２１】
また、本発明に係る製造方法は複数に分割された型材の合面に凹部を形成し、この凹部内に中子を密接状態で収容し、この中子の周囲であって、前記型材側に螺旋状部品成形用のキャビティを形成した金型装置に、溶融した可塑性材を射出成形して充填し、この可塑性材が所定の温度に到達された後に前記型材を開口して中子と共に可塑性材製の螺旋状部品を取り出すことを特徴とし、第一型材２と、この第一型材２に接離する第二型材３と、これらの型材２、３の接合面に配置された中子８と、この中子８の周囲であって前記第一型材２と第二型材３に、合わせて螺旋状となるキャビティ６を形成した金型装置１を用い、前記第一型材２には、この第一型材２の接合面に平行して移動するスライドコア２ｃ、２ｄを、前記第二型材３の接合面に平行して移動するスライドコア３ｃ、３ｄが配置されており、前記螺旋状のキャビティ６は、螺旋の所定の長さを成形する型材側のキャビティとスライドコア側のキャビティとの組合せによって形成されており、この金型装置１のキャビティ６に可塑性材を充填してコイルバネＳを成形する工程と、前記スライドコア２ｃ、２ｄ、３ｃ、３ｄを第一型材２と第二型材３に対して後退させる工程と、更に、この第一型材２と第二型材３との一方あるいは双方を前記スライドコアの移動した方向と交差する方向に移動させて前記コイルバネＳを第一型材２と第二型材３より離型する工程とからなることを特徴としている。
【００２２】
さらに、本発明に係る製造方法は前記スライドコア２ｃ、２ｄ、３ｃ、３ｄは、螺旋状のキャビティ６に沿って約９０°間隔で配置されていることを特徴とし、前記中子８は、コイルバネＳの内面を成形すると共に、このコイルバネＳの内部に形成される空間部に各種の部材を一体的に成形するように構成されていることを特徴とし、前記コイルバネＳの内部に形成される空間部に、円筒体を一体的に成形したことを特徴とし、中子８Ａと、この中子８Ａの周囲に接離する４個以上の金型片とからなり、この金型片の内面にコイルバネＳを成形するための螺旋状のキャビティが形成されており、このキャビティの断面は三角形や台形や蒲鉾形の如く傾斜面あるいは円弧面を有している金型装置２０に、射出成形機より熱可塑性合成樹脂を注入して成形することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る可塑性材製の螺旋状部品の製造方法は、複数に分割された型材の合面に凹部を形成し、この凹部内に中子を密接状態で収容し、この中子の周囲であって、前記型材側にコイルバネ成形用のキャビティを穿設した金型装置に、溶融した可塑性材を射出成形して充填し、この可塑性材が所定の温度に到達された後に前記型材を開口して中子と共に可塑性材製の螺旋状部品を取り出すことを特徴としている。
【００２４】
従って、射出成形によって可塑性材を製造するので、精度の良い可塑性材製の螺旋状部品、特に熱可塑性合成樹脂製コイルバネを大量生産することができる。
【００２５】
また、第一型材２と、この第一型材２に接離する第二型材３と、これらの型材２、３の接合面に配置された中子８と、この中子８の周囲であって前記第一型材２と第二型材３に螺旋状のキャビティ６を形成した金型装置１において、前記第一型材２には、この第一型材２の接合面に平行して移動するスライドコア２ｃ、２ｄを、前記第二型材３の接合面に平行して移動するスライドコア３ｃ、３ｄが配置されており、前記螺旋状のキャビティ６は、螺旋の所定の長さを成形する型材側のキャビティとスライドコア側のキャビティとの組合せによって形成されている。
【００２６】
従って、型材２、３と、この型材２、３に支持されているスライドコア２ｃ、２ｄ、３ｃ、３ｄとの接合面にコイルバネＳを構成する螺旋状のキャビティ６が形成されており、図５、図６、図９、図１０に示したように、厚さに比較して幅の広い矩形断面を持つコイルバネのように、金型のキャビティに沿ってアンダーカット部分が多数発生するものでも、簡単に金型より成形品であるコイルバネを隔型して製造することができる。
【００２７】
このようにコイルバネの断面に各種のものを採用できることから、合成樹脂製コイルバネであっても、矩形断面や偏平な板状等の各種の断面を持つコイルバネを成形することができる。
【００２８】
従って、従来の円形断面のコイルバネに比較して遙かに大きな弾性係数を持ち、弾性力の強いコイルバネを成形することができ、従来の押出成形によって製造される合成樹脂製コイルバネでは使用できなかったような用途に使用することができる。
【００２９】
また、コイルバネの幅に比較して遙かに厚い断面を持ち、高弾性のものを製造することができる。
【００３０】
本発明のコイルバネの射出成形方法によると、目的に応じて下記のものを製造できる。
【００３１】
不等ピッチのコイルバネ、螺旋を形成する部分に不等厚みを形成したコイルバネ、コイルバネの長さの中間部に突起部やブラケットを一体的に成形したコイルバネ、長さ方向の途中から厚さの異なるコイルバネを製造して圧縮する高さによって弾性力を変化させることができるコイルバネ、コイルバネの内部に各種の付加物、例えばストッパーとなる棒状物、保持棒を通すパイプ状の部材等を一体的に成形でき、その応用範囲の極めて広いものを提供できる。
【００３２】
特に、従来の合成樹脂製コイルバネでは到底製造することができ得なかった、両端にフック等の留め具を一体的に成形したコイルバネでも容易に製造することができる。
【００３３】
このように本発明によって製造されるコイルバネは、単なるコイルバネとしての機能のみならず、コイルバネの一部にあるいは、途中に固定部分やスペーサ部分を一体成形することができる。
【００３４】
また、コイルバネの一端あるいは両端にそれぞれコイルバネとは異なる機能を持つ部材、例えば台板、断面円形あるいは角型の短軸、ネジ部、他の部材との連結部等を一体的に成形できる。また、長さ方向に直径の異なるコイルバネ、長さ方向に断面の異なるコイルバネ等、用途に応じた特性を持つものを効率的に成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図面として示す実施例のように構成することで実現した。
【実施例１】
【００３６】
次に、本発明の好ましい実施の例を図面を参照して説明する。
【００３７】
まず、本発明により製造可能なコイルバネの構造について説明する。図６は本発明によって効率的に製造できる代表的なコイルバネＳの斜視図であり、ポリプロピレン、ポリエステルあるいはポリカーボネート等の高弾性率を持ち、工業用途に使用される合成樹脂を用いて射出成形したコイルバネの一例を示している。このコイルバネＳの特徴は、例えば、厚さｔが２ｍｍ、幅ｂが５ｍｍの薄板状の断面を持ち、外径が４５ｍｍ、ピッチが７ｍｍの螺旋状に形成したもので、平板状の断面係数を採用したことによる改良された弾性力により優れたバネ特性を発揮できるものである。
【００３８】
また、この薄板をスパイラル状に射出成形したバネにおいては、殆ど圧縮された状態においても安定して弾性力を発揮できる効果がある。また、完全に圧縮された場合は一つの円筒体として作用する効果がある。この効果は液体、気体等の流体の流通量を制御する弁体としても利用できることを意味する。
【００３９】
図７はコイルバネＳ１を構成するコイル部ｃと、その内部の円筒体Ｂを同心円状に配置して両者をフランジ部ｆで一体的に射出成形したもので、このコイル部ｃの端部に固定部として使用できる突出片ｄを形成したものを示している。この突出片ｄは、例えばコイル部ｃの弾性力を他に伝達する部分であり、また、円筒体Ｂはその内部に例えば支持軸や案内部材を貫通させて使用する場合等に使用できる。
【００４０】
このように本発明は単なるコイルバネのみならず、コイルバネと他の機能を持つ部材と一体化したものも簡単に製造することが可能となる。
【００４１】
図８は、スタンダード的なコイルバネＳ２の正面図であって、外径Ｄ、幅ｂに対して厚さｔを比較的厚く、更にピッチｐも比較的大きくしたもので、弾性変形するストロークを大きくし、比較的強い弾性力を発揮できる特性を持つものを示している。なお、前記各種のストロークや弾性力等の条件や寸法は任意に設計することが可能である。
【００４２】
また、図９にコイルバネＳ２に採用する各種断面を示しており、（ａ）は縦梁状断面、（ｂ）は横梁状断面、（ｃ）は台形断面、（ｄ）と（ｅ）は蒲鉾形断面、（ｆ）は山形断面をそれぞれ示している。これらの断面は金属のコイルバネとは異なって、射出成形の特徴を活かしてバネの用途に応じた断面を採用できる点が優れている。
【００４３】
図１０は、本発明によって製造できる特殊なバネ力の大きなコイルバネＳ３であり、厚みｔに比較して幅ｂを広くしたものであり、しかも両端に端板（あるいは支持板）Ｔをそれぞれ一体成形して安定した状態で支持し易くしたものである。この構造のものは複数本を積み上げた状態で使用すると、長いコイルバネと同様に利用できる。
【００４４】
また、図１１に示すＳ４は前記図１０のコイルバネＳ３の変形であって、端板Ｔを省略した簡易型のものを示している。このコイルバネは複数個並列して使用すると広い平面の圧力を受ける用途に使用することができる。
【００４５】
次に、金型装置について説明する。図１は、本発明に係る合成樹脂製コイルバネを製造するための金型装置の要部を示す斜視図、図２は同横断面図、図３は型材とスライドコアと中子との関係を示す断面図、更に図４はスライドコアを除去した後、型材を後退させて目的とするコイルバネを取り出した状態を示す側面図である。なお、この図４においては中子は省略されている。
【００４６】
また、図５は図１に示した金型装置１を更に具体化した装置の金型部材の分解図であって、一体化すべき部分を一体化している。また、中子８Ａを前後に二分して成形品であるコイルバネＳを取り出し易い構造としている。
【００４７】
この実施の形態に係わる金型装置１は図６〜図１１に例示した断面が矩形乃至平板状、あるいはリボン状のコイルバネを製造するのに適した装置であって、矩形断面や平板状断面等の断面形状を有するコイルバネを金型から断面変形しない状態で正確に抜出すようにしたものである。
【００４８】
例えば、矩形乃至平板状の断面を持つコイルバネは、通常使用される２つの金型の合面に１／２づつキャビティを形成した場合は、金型に付着して抜けない「アンダーカット部分」が発生する。このアンダーカット部分は、成形品の抜出し方向の前部に金型の一部が突出している場合を意味しており、従って、金型の製作に際しては、金型の移動方向とコイルバネのような複雑な傾斜面を持つ成形品の抜出し方向との関係で、成形品が引っ掛かる部分が存在しないように金型の設計が必要である。
【００４９】
その意味において本発明においては、金型装置１を第一型材（右型あるいは上型）第二型材（左型あるいは下型）の組合せからなる型材を基礎構造として構成している。この基礎構造の型材２、３は横方向Ｘ１、Ｘ２に移動する。そしてこの方向とは異なる方向、好ましくは直交する縦方向にＹ１、Ｙ２に移動するスライドコア２ｃ、２ｄ、３ｃ、３ｄを前記型材２、３に支持させている。前記第一型材２と第二型材３は、成形型部２ａ、２ｂと、３ａ、３ｂと前記スライドコア２ｃ、２ｄ、３ｃ、３ｄで構成されている。
【００５０】
本発明に係る金型装置１は、例えば、第一型材２と、第二型材３で構成され、そして、これらの型材２、３の合面に形成されている貫通孔５（あるいは凹部）の周囲にコイルバネＳを成形するためのキャビティ６を形成している。前記貫通孔５に中子８が配置され、この中子８と前記型材２、３との間に形成されたキャビティ６によってコイルバネＳが成形されるようになっている。
【００５１】
前記中子８を中心として第一型材２と第二型材３とが矢印Ｘ１、Ｘ２の方向に、一方あるいは双方が移動する離型動作をするようになっている。また、中子８は上下と左右と中心部の部材の組合せで円柱状に構成されており、中心の部材を除去し、その両側の部材を除去すると上下の円弧状の表面を持つ部材を除去して分解し、成形されたコイルバネＳを取り出すことができるようになっている。
【００５２】
この実施の形態においては、第一型材２と第二型材３のコイルバネ状のキャビティ６の曲面の切削を容易にするために、二つに割った型材（成形型部２ａ、２ｂと３ａ、３ｂ）で製作し、これらを凹凸状の嵌合部や連結板を使用して一個の部材に形成している。そして第一型材２と第二型材３には、合面に沿って移動するスライドコア２ｃ、２ｄと３ｃ、３ｄがそれぞれ設けられている。
【００５３】
このスライドコア２ｃの端部は連結金具２ｅで、また、スライドコア２ｄの端部は連結金具２ｆでそれぞれ一体とされており、矢印Ｙ１、Ｙ２で示すように一斉に開口動作するようになっている。この構造は第二型材３側にも同様に採用されている。
【００５４】
従って、コイルバネＳの成形工程においては、第一型材２と第二型材３と、これらの第一型材２、第二型材３に支持されているスライドコア２ｃ、２ｄ及び３ｃ、３ｄによって貫通孔５が形成され、この貫通孔５内に配置された丸棒状の中子８の周囲にコイルバネＳを成形するための螺旋状のキャビティ６の壁面が連続的に形成されているのである。
【００５５】
図５に示す金型装置１の場合は、図１の装置を著しく簡略化して金型の精度を向上させており、実際の装置にはこのような簡易型で、耐久性のあるものが使用される。
【００５６】
型材２、３とスライドコアについて説明すると、図２と図３を参照して理解できるように、コイルバネＳを形成する薄板の厚さの中間には次のように型材が配置されてキャビティ６を形成している。成形型部２ａと、この成形型部２ａに形成された間隙に案内されて矢印Ｙ１の方向に移動するようにスライドコア２ｃが嵌合配置されている。同様に成形型部２ｂと、この成形型部２ｂに形成された間隙に案内されて矢印Ｙ２の方向に移動するようにスライドコア２ｄが嵌合配置されている。また、成形型部３ａと、この成形型部３ａに形成された間隙に案内されて矢印のように上方に移動するスライドコア３ｃ、成形型部３ｂと、この成形型部３ｂに形成された間隙に案内されて矢印のように下方に移動するスライドコア３ｄが嵌合配置されている。
【００５７】
このように、コイルバネＳの１ピッチを形成する型材は９０°の範囲で異なる型材で構成され、また、このコイルバネＳの厚さ方向には図３に示すように、成形型部２ｂとスライドコア２ｄ、成形型部３ｂとスライドコア３ｄ、成形型部３ａとスライドコア３ｃ、成形型部２ａとスライドコア２ｃの合面に螺旋を９０°の範囲で分割したキャビティ６が形成されている。
【００５８】
この実施の形態においては、厚さに比較して幅の広い矩形断面を持つコイルバネＳを成形する関係で、９０°毎にアンダーカット部分が形成されることになるから、９０°毎に２種類の金型（型材とスライドコアの組合せ）が配置されている。前記の如く、図３に示す１ピッチｐのコイルバネＳに着目すると、スライドコアで成形する部分は９０°毎に配置され、第一型材２と第二型材３で成形される部分は前記スライドコアに続く９０°毎の部分である。
【００５９】
前記金型装置１で製造されるコイルバネＳの頂面にはパーティングラインが形成されており、この頂面の部分で第一型材２とスライドコア２ｃ、２ｄ、第二型材３とスライドコア３ｃ、３ｄが対面していることがわかる。
【００６０】
図４は生成されたコイルバネＳを金型装置１から取り出す状態（中子８を省略）を示しており、図１のように第一型材２の成形型部２ａ、２ｂとスライドコア２ｃ、２ｄを集合させ、同様に第二型材３の各種型材を集合させ、前記中子８を中心として螺旋状のキャビティ６が形成される。
【００６１】
このようにして金型装置１が集合状態となったならば、図示しない射出成形機に接続されたノズル１０（図１）より金型装置１内に溶融樹脂を圧入し、所定の時間をおいて金型が所定の温度に冷却されたならば図１のように各型材を開口し、中子８の周囲にコイルバネＳを成形した状態で取り出す。そして長さ方向に複数に分割されている中子８の周面を縮小させてコイルバネＳを中子８より取り出すのである。
【００６２】
本発明のコイルバネに使用する合成樹脂は弾性係数の高い工業用樹脂、例えばポリカーボネート、ナイロン、ＡＢＳ等が使用できるが、これらの樹脂に炭素繊維やガラス繊維の短繊維、場合によっては金属ウイスカーを混合した原料を使用して射出成形することによって更に高反発力を持つコイルバネを成形することができる。
【００６３】
図１２は、図１のようにスライドコアを使用しない金型装置２０によってコイルバネＳ５を成形する方法を示す斜視図であって、中子８Ａと８個割りの型片（セグメント）２１の間に螺旋状のキャビティを形成し、これに溶融樹脂を射出注入してコイルバネＳ５を成形するものである。なお、この種の金型装置の場合は型片２１を４分割あるいは６分割したものでも十分に使用できる。
【００６４】
この金型装置２０の場合は、スライドコアを使用していないことから、コイルバネの断面はアンダーカット部分が発生しないように、台形、三角状、蒲鉾状等比較的大きな斜面を持ったものを効率的に成形する場合の装置に適している。
【００６５】
本発明によって製造できる合成樹脂製コイルバネを例示すると次の通りである。断面が偏平な矩形断面のもの、台形断面のもの、頂部に凹部を持つ二山形断面のもの（図９）あるいは扇形等、押出成形では製造できない断面のコイルバネを簡単に製造できる。図７に示すように、コイルバネＳ１の端部に突出片ｄを形成したり、コイルバネの内部に円筒体Ｂ等の付加物を一体成形することができる。図１３に示すように、コイルバネＳ５の両端にフックｆ等の固定手段等他の機能を持つ部材を一体的に設けたものを製造できる。図１４は前記コイルバネＳ５を成形するための二つに分割された中子８Ｂ、８ｂを示しており、成形後はこれらの中子８Ｂ、８ｂを矢印のように抜き去ることで図１３に示したコイルバネＳ５を取り出すことができるのである。
【００６６】
また、金属バネと同様に使用できるものを製造できる。即ち、図１０や図１１に示すように、従来の成形方法では到底製造不可能な厚さに比較して幅の広いコイルバネＳ３、Ｓ４でも製造できる。そしてその材料に炭素繊維やガラス繊維、あるいは金属ウイスカー等の補強繊維を混入することによって高い弾性率を持つ合成樹脂素材とし、しかも、最大の断面係数を持つものを簡単に製造することが可能である。
【００６７】
図１に示した金型装置を使用すると、不等厚さのコイルバネ、不等ピッチのコイルバネＳ６（図１５）、コイルバネの途中に、コイルバネの間を連結する部材Ｒ（図１６）を設けてコイルバネとして作用しない部分を形成したバネＳ７、コイルバネの端部あるいは中間部に固定部材を設けたコイルバネＳ８を一体成形できる。また、図１８として示すようにコイルバネＳ９のピッチ間に突起状のスペーサ２２、２２‥を一体成形することもでき、かかる構成は、このコイルバネＳ９をコピー機等における廃トナーの搬送部材として使用した際、捻れ等の変形によってピッチ間が詰ってしまい、フィーダとして効を奏しなくなってしまうことを防止できる。
【００６８】
また、図１７に示すように、コイルバネの両端に短軸を突出させた固定部材ｋ２と台板ｋ１をそれぞれ設けたもの等、各種の用途に応じた機能を持つものを製造することができる。
【００６９】
コイルバネとしては、金型装置の加工上の都合から、円形なスパイラル状のものが適している。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば断面として四角形、六角形、八角形等用途に応じて各種の形状のものでも製造することが可能である。
【００７０】
例えば、矩形断面のコイルバネの場合、図１０及び図１１に示すように、高さ／厚さの比を大きく変えたものを、用途に応じて設計し、製造することが可能である。また、幅に比較して高さを大きくした弾性力の大きなコイルバネも用途によって容易に製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明に係る可塑性材製の螺旋状部品は、特に熱可塑性合成樹脂製のコイルスプリングを対象とし、弾発要素として用いることを主目的としているが、可塑性材は合成樹脂のほかにも金属、セラミック等も広く応用範囲とし、これによって断面を矩形状等とした金属製、セラミック製のバネを製造でき、特にセラミックの場合は、射出成形したものを焼結することで、弾性と硬性を併せもつ螺旋状部品とできる。加えて、螺旋状部品はバネのほか、前記したように、弁体やフィーダ等としても利用でき、成型時に薄膜や焼却できるような素材を介在させると引張バネの成形にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】型材とスライドコアを組み合わせた金型装置の分解斜視図である。
【図２】図３に示した金型装置の断面表示線で切断した横断面図である。
【図３】図２に示した金型装置の断面図である。
【図４】成形型部と成形したコイルバネとの関係を示す側面図である。
【図５】図１に示した金型装置を簡略化した装置の分解斜視図である。
【図６】偏平断面を持つコイルバネの斜視図である。
【図７】円筒体を中央部に持つコイルバネの斜視図である。
【図８】標準的なコイルバネの正面図である。
【図９】（ａ）〜（ｆ）図は、図８のコイルバネに適用する各種断面図である。
【図１０】本発明で製造できる広幅で弾性力の大きなコイルバネの斜視図である。
【図１１】本発明で製造できる広幅で弾性力の大きなコイルバネの斜視図である。
【図１２】スライドコアを使用しない金型装置を示す斜視図である。
【図１３】両端にフックを形成したコイルバネの側面図である。
【図１４】図１３のコイルバネを製造する際の分解コアを示す図である。
【図１５】異なる直径と、異なるピッチを持つコイルバネの斜視図である。
【図１６】中間部にコイルとして機能しない部分を持つコイルバネの斜視図である。
【図１７】一端に台座等を、他端に支持板等を設けたコイルバネの斜視図である。
【図１８】一部にスペーサとしての突起を備えたコイルバネの斜視図である。
【符号の説明】
【００７３】
１ 金型装置
２ 第一型材
２ａ、２ｂ 成形型部
３ 第二型材
３ａ、３ｂ 成形型部
２ｃ、２ｄ、３ｃ、３ｄ スライドコア
５ 貫通孔（凹部）
６ キャビティ
８、８ａ 中子
８Ｂ、８ｂ 中子
Ｓ〜Ｓ９ コイルバネ
２０ 金型装置
２１ 型片
２２ 突起状のスペーサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形による可塑性材製の螺旋状部品、特に合成樹脂製コイルバネ及びその製造方法に関し、実際の用途に使用できる高弾性のコイルバネに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、自動車や家電製品を始め、合成樹脂成形品を使用している製品は、合成樹脂部分とバネや金属片等の金属部分とを分別し、これらをそれぞれの原料工場において再生利用することが義務付けられる場合が多い。
【０００３】
例えば、化粧液や洗剤を入れる合成樹脂製ボトルは一般に使い捨て容器として使用されている。そして、このボトルの頭部に小型ポンプを持つノズルが設けられており、このノズルの頭部を押圧してそのストロークに対応して少量の液体を吐出させるようにしている。このノズルの部分に前記小型ポンプを構成するプランジャ軸を復元するための弾発部材としてステンレス等の金属製の小型コイルバネが使用されている。また、各種の合成樹脂製玩具には腕等の可動部分を復元する部分にも前記と同様に金属製のコイルバネが使用されている場合が多い。
【０００４】
これらのボトルは使用後に、また、玩具の場合は故障したり不要となった場合に廃棄される場合が多いが、これらの合成樹脂製品には、合成樹脂の本体部分と金属製コイルバネとが混在して組み立てられており、従って、廃棄する際にはこれらを分解して合成樹脂と金属とに分別することが前提となっている。
【０００５】
しかし、前記ボトルの頭部の小型ポンプを構成しているノズル部分を分解するには、それなりの技術的知識と道具が必要で、主婦や子供にはこの分解操作が困難であり、また、男性でも面倒であり、従って、本体等の外形部分の合成樹脂部分とコイルバネの金属部分が混在した状態で廃棄せざるを得ないケースが多い。しかし、今後はこのような廃棄方法は厳しく規制される傾向にある。
【０００６】
一方、液体を収容する合成樹脂製ボトルや玩具等は軽量化が検討されており、そのために金属製コイルバネに代えて合成樹脂製バネの使用が望まれてきた。従って、前記合成樹脂成形品を廃棄する際の環境上の規制と、前記ボトルや玩具の軽量化の問題から合成樹脂製コイルバネが必要となっている。
【０００７】
合成樹脂製コイルバネは、一般には押出成形法によって断面円形の細い線条物を製造し、これが軟化状態にある間、あるいは固化した後に再加熱して軟化状態で回転する丸棒からなる芯棒（マンドレル）の表面に巻付けながらコイル状に形成し、これを所定の長さに切断して１個のコイルとして完成している。
【０００８】
しかし、この押出方法による合成樹脂製のコイルバネは、金属製のコイルバネと比較すると合成樹脂自体の弾性が遙かに低いことから、バネとして使用するには制限があり、その用途はあまり多くないのが現状である。
【０００９】
また、弾性力を増加させるように構成した合成樹脂製コイルバネとしては、同長さ、同旋回方向、同径、同ピッチのコイルバネを複数本並設し、その両端にリングを配置して各コイルバネの端部を前記リングで連結するように一体成形した構造のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
また、合成樹脂製薄肉円筒に、略等間隔で上下方向及び左右方向に透孔を開口した円筒壁を網状に形成したものも提案されている（例え特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１０−７３１３８号公報
【特許文献２】特開平９−２９１９５５号公報
【特許文献３】特公平７−１０２５９１号公報
【特許文献４】特願２００３−２７５５８８号出願書類
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする問題点は、文献として示していないが、押出成形した線条体をマンドレルの表面に巻付けてコイルバネに成形したものは、当然のことながら断面が円形のものしか適用できず、断面が矩形等の比較的大きな断面係数を持つものに変更することが実質的に困難であるという点である。
【００１２】
そして、円形断面以外の三角断面や矩形断面の線条物を押出成形し、これをマンドレル上に巻付けてコイル状に成形しようとすると、線条物を一定の方向に正確に案内することが困難である上に断面が所定のものから変形やヘタリの部分が発生してしまい、見栄えが悪く、その上に所定のバネ特性をもつものを製造することが困難となる。さらに、円形断面に成形した合成樹脂製の線条体をコイル状に成形したものと、金属製のコイルバネとを比較すると、合成樹脂の剛性がステンレス等の金属に比較すると弱いことから、大きさに比較して著しく弱いバネ力しか発揮することができないという欠点があったという点である。
【００１３】
また、特許文献１に記載された合成樹脂製バネは、複数本のコイルバネの両端部リングを配置した形に一体成形したものや、複数本のコイルバネの両端と中間部にリングを配置した形に一体成形したものが提案されているが、このコイルバネを製造する方法が全く記載されておらず、如何なる方法で製造するものか不明である。
【００１４】
更に、特許文献２に記載された発明は、合成樹脂によって円筒形の網状物を成形し、これを長さ方向に圧縮するようなものであり、前記のように液体注出するポンプの圧縮コイルバネとして使用できるものであるが、これは液体注出ポンプ等の合成樹脂製品の分別廃棄の際に、分別しないでそのまま廃棄することができる利点がある。しかしながら、この構造の圧縮バネは構造が著しく複雑であり、従って、製造方法が煩雑である上に所定の圧縮強度のものを効率的に得ることは困難であるという点である。
【００１５】
ところで、合成樹脂製ネジに共通する最大の問題は、合成樹脂の剛性、即ち、バネ定数が金属製のものに比較すると格段に低いことである。従って、この欠点を補うためにバネを大型化するとその用途に適合しない大きさのものとなる欠点がある。
【００１６】
同じ材料を使用して製造されたコイルバネであっても、その断面を変更することによって力学的には弾性力を強くすることが可能である。例えば、外径寸法が同じものであっても、断面が円形のものから横幅の広い矩形断面にすると、その弾性力は大きくなる。さらに、高さを横幅より高くすると断面係数の増加がかなり大きいことから、その弾性力は更に増加する。さらに、その材料である合成樹脂の中に炭素繊維やガラス繊維の短繊維等の補強繊維を混入すると金属に近い弾性力を出させることも困難ではない。
【００１７】
しかし、押出成形によって断面が矩形の平板を成形し、これをマンドレルの表面に巻付けてコイルバネを成形した場合は、その平板に捩じれが発生して正確な形状のものを製造することが困難となる。しかし、前記のように炭素繊維やガラス繊維を混入したプラスチックの場合は、一旦、冷却して固化すると、成形の段階で弾性力が向上していることから再加工が困難となる。
【００１８】
本発明は、この合成樹脂製コイルバネの本質的な問題を解消し、バネとして使用できるほか、他のフィーダ等としても利用可能な可塑性材製の螺旋状部品、特にバネ定数の大きな合成樹脂製のバネを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記目的を達成するために本発明に係る可塑性材製の螺旋状部品は射出成形した可塑性材の断面が少なくとも一個所以上の角部を有した四角形、六角形、八角形、三角形等の形状とし、あるいはその一部にアール面を形成してあることを特徴とし、中央空間部に付加物を設けたことを特徴とし、少なくとも一端に弾発性以外の機能を持つ部分を一体に成形したことを特徴とし、本体の長さ方向にピッチ、外径、内径、厚さ、断面形状のうち、少なくとも一つを変更し、かつ一体成形としてあることを特徴とし、本体の少なくとも一方の端部にフックを一体的に備えたことを特徴としている。
【００２０】
また、本発明に係る可塑性材製の螺旋状部品は本体コイルの断面は、上面と下面がほぼ平行しており、全圧縮の状態において、コイルの下面と隣接するコイルと上面とが接触状態となるように構成されていることを特徴とし、断面が矩形のコイルの角部を含む頂面部分において型材のパーティングラインが形成されていることを特徴とし、コイルの中間部分には隣接するコイル間を一体に連結するバーＲを備え、バネとしての作用をしない部分を有していることを特徴とし、各コイルには軸芯方向に沿った突起状のスペーサを一体に備え、各コイル間の隙間を保持することができるようにしたことを特徴とし、前記した可塑性材は熱可塑性の合成樹脂であることを特徴としている。
【００２１】
また、本発明に係る製造方法は複数に分割された型材の合面に凹部を形成し、この凹部内に中子を密接状態で収容し、この中子の周囲であって、前記型材側に螺旋状部品成形用のキャビティを形成した金型装置に、溶融した可塑性材を射出成形して充填し、この可塑性材が所定の温度に到達された後に前記型材を開口して中子と共に可塑性材製の螺旋状部品を取り出すことを特徴とし、第一型材２と、この第一型材２に接離する第二型材３と、これらの型材２、３の接合面に配置された中子８と、この中子８の周囲であって前記第一型材２と第二型材３に、合わせて螺旋状となるキャビティ６を形成した金型装置１を用い、前記第一型材２には、この第一型材２の接合面に平行して移動するスライドコア２ｃ、２ｄを、前記第二型材３の接合面に平行して移動するスライドコア３ｃ、３ｄが配置されており、前記螺旋状のキャビティ６は、螺旋の所定の長さを成形する型材側のキャビティとスライドコア側のキャビティとの組合せによって形成されており、この金型装置１のキャビティ６に可塑性材を充填してコイルバネＳを成形する工程と、前記スライドコア２ｃ、２ｄ、３ｃ、３ｄを第一型材２と第二型材３に対して後退させる工程と、更に、この第一型材２と第二型材３との一方あるいは双方を前記スライドコアの移動した方向と交差する方向に移動させて前記コイルバネＳを第一型材２と第二型材３より離型する工程とからなることを特徴としている。
【００２２】
さらに、本発明に係る製造方法は前記スライドコア２ｃ、２ｄ、３ｃ、３ｄは、螺旋状のキャビティ６に沿って約９０°間隔で配置されていることを特徴とし、前記中子８は、コイルバネＳの内面を成形すると共に、このコイルバネＳの内部に形成される空間部に各種の部材を一体的に成形するように構成されていることを特徴とし、前記コイルバネＳの内部に形成される空間部に、円筒体を一体的に成形したことを特徴とし、中子８Ａと、この中子８Ａの周囲に接離する４個以上の金型片とからなり、この金型片の内面にコイルバネＳを成形するための螺旋状のキャビティが形成されており、このキャビティの断面は三角形や台形や蒲鉾形の如く傾斜面あるいは円弧面を有している金型装置２０に、射出成形機より熱可塑性合成樹脂を注入して成形することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る可塑性材製の螺旋状部品の製造方法は、複数に分割された型材の合面に凹部を形成し、この凹部内に中子を密接状態で収容し、この中子の周囲であって、前記型材側にコイルバネ成形用のキャビティを穿設した金型装置に、溶融した可塑性材を射出成形して充填し、この可塑性材が所定の温度に到達された後に前記型材を開口して中子と共に可塑性材製の螺旋状部品を取り出すことを特徴としている。
【００２４】
従って、射出成形によって可塑性材を製造するので、精度の良い可塑性材製の螺旋状部品、特に熱可塑性合成樹脂製コイルバネを大量生産することができる。
【００２５】
また、第一型材２と、この第一型材２に接離する第二型材３と、これらの型材２、３の接合面に配置された中子８と、この中子８の周囲であって前記第一型材２と第二型材３に螺旋状のキャビティ６を形成した金型装置１において、前記第一型材２には、この第一型材２の接合面に平行して移動するスライドコア２ｃ、２ｄを、前記第二型材３の接合面に平行して移動するスライドコア３ｃ、３ｄが配置されており、前記螺旋状のキャビティ６は、螺旋の所定の長さを成形する型材側のキャビティとスライドコア側のキャビティとの組合せによって形成されている。
【００２６】
従って、型材２、３と、この型材２、３に支持されているスライドコア２ｃ、２ｄ、３ｃ、３ｄとの接合面にコイルバネＳを構成する螺旋状のキャビティ６が形成されており、図５、図６、図９、図１０に示したように、厚さに比較して幅の広い矩形断面を持つコイルバネのように、金型のキャビティに沿ってアンダーカット部分が多数発生するものでも、簡単に金型より成形品であるコイルバネを隔型して製造することができる。
【００２７】
このようにコイルバネの断面に各種のものを採用できることから、合成樹脂製コイルバネであっても、矩形断面や偏平な板状等の各種の断面を持つコイルバネを成形することができる。
【００２８】
従って、従来の円形断面のコイルバネに比較して遙かに大きな弾性係数を持ち、弾性力の強いコイルバネを成形することができ、従来の押出成形によって製造される合成樹脂製コイルバネでは使用できなかったような用途に使用することができる。
【００２９】
また、コイルバネの幅に比較して遙かに厚い断面を持ち、高弾性のものを製造することができる。
【００３０】
本発明のコイルバネの射出成形方法によると、目的に応じて下記のものを製造できる。
【００３１】
不等ピッチのコイルバネ、螺旋を形成する部分に不等厚みを形成したコイルバネ、コイルバネの長さの中間部に突起部やブラケットを一体的に成形したコイルバネ、長さ方向の途中から厚さの異なるコイルバネを製造して圧縮する高さによって弾性力を変化させることができるコイルバネ、コイルバネの内部に各種の付加物、例えばストッパーとなる棒状物、保持棒を通すパイプ状の部材等を一体的に成形でき、その応用範囲の極めて広いものを提供できる。
【００３２】
特に、従来の合成樹脂製コイルバネでは到底製造することができ得なかった、両端にフック等の留め具を一体的に成形したコイルバネでも容易に製造することができる。
【００３３】
このように本発明によって製造されるコイルバネは、単なるコイルバネとしての機能のみならず、コイルバネの一部にあるいは、途中に固定部分やスペーサ部分を一体成形することができる。
【００３４】
また、コイルバネの一端あるいは両端にそれぞれコイルバネとは異なる機能を持つ部材、例えば台板、断面円形あるいは角型の短軸、ネジ部、他の部材との連結部等を一体的に成形できる。また、長さ方向に直径の異なるコイルバネ、長さ方向に断面の異なるコイルバネ等、用途に応じた特性を持つものを効率的に成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図面として示す実施例のように構成することで実現した。
【実施例１】
【００３６】
次に、本発明の好ましい実施の例を図面を参照して説明する。
【００３７】
まず、本発明により製造可能なコイルバネの構造について説明する。図６は本発明によって効率的に製造できる代表的なコイルバネＳの斜視図であり、ポリプロピレン、ポリエステルあるいはポリカーボネート等の高弾性率を持ち、工業用途に使用される合成樹脂を用いて射出成形したコイルバネの一例を示している。このコイルバネＳの特徴は、例えば、厚さｔが２ｍｍ、幅ｂが５ｍｍの薄板状の断面を持ち、外径が４５ｍｍ、ピッチが７ｍｍの螺旋状に形成したもので、平板状の断面係数を採用したことによる改良された弾性力により優れたバネ特性を発揮できるものである。
【００３８】
また、この薄板をスパイラル状に射出成形したバネにおいては、殆ど圧縮された状態においても安定して弾性力を発揮できる効果がある。また、完全に圧縮された場合は一つの円筒体として作用する効果がある。この効果は液体、気体等の流体の流通量を制御する弁体としても利用できることを意味する。
【００３９】
図７はコイルバネＳ１を構成するコイル部ｃと、その内部の円筒体Ｂを同心円状に配置して両者をフランジ部ｆで一体的に射出成形したもので、このコイル部ｃの端部に固定部として使用できる突出片ｄを形成したものを示している。この突出片ｄは、例えばコイル部ｃの弾性力を他に伝達する部分であり、また、円筒体Ｂはその内部に例えば支持軸や案内部材を貫通させて使用する場合等に使用できる。
【００４０】
このように本発明は単なるコイルバネのみならず、コイルバネと他の機能を持つ部材と一体化したものも簡単に製造することが可能となる。
【００４１】
図８は、スタンダード的なコイルバネＳ２の正面図であって、外径Ｄ、幅ｂに対して厚さｔを比較的厚く、更にピッチｐも比較的大きくしたもので、弾性変形するストロークを大きくし、比較的強い弾性力を発揮できる特性を持つものを示している。なお、前記各種のストロークや弾性力等の条件や寸法は任意に設計することが可能である。
【００４２】
また、図９にコイルバネＳ２に採用する各種断面を示しており、（ａ）は縦梁状断面、（ｂ）は横梁状断面、（ｃ）は台形断面、（ｄ）と（ｅ）は蒲鉾形断面、（ｆ）は山形断面をそれぞれ示している。これらの断面は金属のコイルバネとは異なって、射出成形の特徴を活かしてバネの用途に応じた断面を採用できる点が優れている。
【００４３】
図１０は、本発明によって製造できる特殊なバネ力の大きなコイルバネＳ３であり、厚みｔに比較して幅ｂを広くしたものであり、しかも両端に端板（あるいは支持板）Ｔをそれぞれ一体成形して安定した状態で支持し易くしたものである。この構造のものは複数本を積み上げた状態で使用すると、長いコイルバネと同様に利用できる。
【００４４】
また、図１１に示すＳ４は前記図１０のコイルバネＳ３の変形であって、端板Ｔを省略した簡易型のものを示している。このコイルバネは複数個並列して使用すると広い平面の圧力を受ける用途に使用することができる。
【００４５】
次に、金型装置について説明する。図１は、本発明に係る合成樹脂製コイルバネを製造するための金型装置の要部を示す斜視図、図２は同横断面図、図３は型材とスライドコアと中子との関係を示す断面図、更に図４はスライドコアを除去した後、型材を後退させて目的とするコイルバネを取り出した状態を示す側面図である。なお、この図４においては中子は省略されている。
【００４６】
また、図５は図１に示した金型装置１を更に具体化した装置の金型部材の分解図であって、一体化すべき部分を一体化している。また、中子８Ａを前後に二分して成形品であるコイルバネＳを取り出し易い構造としている。
【００４７】
この実施の形態に係わる金型装置１は図６〜図１１に例示した断面が矩形乃至平板状、あるいはリボン状のコイルバネを製造するのに適した装置であって、矩形断面や平板状断面等の断面形状を有するコイルバネを金型から断面変形しない状態で正確に抜出すようにしたものである。
【００４８】
例えば、矩形乃至平板状の断面を持つコイルバネは、通常使用される２つの金型の合面に１／２づつキャビティを形成した場合は、金型に付着して抜けない「アンダーカット部分」が発生する。このアンダーカット部分は、成形品の抜出し方向の前部に金型の一部が突出している場合を意味しており、従って、金型の製作に際しては、金型の移動方向とコイルバネのような複雑な傾斜面を持つ成形品の抜出し方向との関係で、成形品が引っ掛かる部分が存在しないように金型の設計が必要である。
【００４９】
その意味において本発明においては、金型装置１を第一型材（右型あるいは上型）第二型材（左型あるいは下型）の組合せからなる型材を基礎構造として構成している。この基礎構造の型材２、３は横方向Ｘ１、Ｘ２に移動する。そしてこの方向とは異なる方向、好ましくは直交する縦方向にＹ１、Ｙ２に移動するスライドコア２ｃ、２ｄ、３ｃ、３ｄを前記型材２、３に支持させている。前記第一型材２と第二型材３は、成形型部２ａ、２ｂと、３ａ、３ｂと前記スライドコア２ｃ、２ｄ、３ｃ、３ｄで構成されている。
【００５０】
本発明に係る金型装置１は、例えば、第一型材２と、第二型材３で構成され、そして、これらの型材２、３の合面に形成されている貫通孔５（あるいは凹部）の周囲にコイルバネＳを成形するためのキャビティ６を形成している。前記貫通孔５に中子８が配置され、この中子８と前記型材２、３との間に形成されたキャビティ６によってコイルバネＳが成形されるようになっている。
【００５１】
前記中子８を中心として第一型材２と第二型材３とが矢印Ｘ１、Ｘ２の方向に、一方あるいは双方が移動する離型動作をするようになっている。また、中子８は上下と左右と中心部の部材の組合せで円柱状に構成されており、中心の部材を除去し、その両側の部材を除去すると上下の円弧状の表面を持つ部材を除去して分解し、成形されたコイルバネＳを取り出すことができるようになっている。
【００５２】
この実施の形態においては、第一型材２と第二型材３のコイルバネ状のキャビティ６の曲面の切削を容易にするために、二つに割った型材（成形型部２ａ、２ｂと３ａ、３ｂ）で製作し、これらを凹凸状の嵌合部や連結板を使用して一個の部材に形成している。そして第一型材２と第二型材３には、合面に沿って移動するスライドコア２ｃ、２ｄと３ｃ、３ｄがそれぞれ設けられている。
【００５３】
このスライドコア２ｃの端部は連結金具２ｅで、また、スライドコア２ｄの端部は連結金具２ｆでそれぞれ一体とされており、矢印Ｙ１、Ｙ２で示すように一斉に開口動作するようになっている。この構造は第二型材３側にも同様に採用されている。
【００５４】
従って、コイルバネＳの成形工程においては、第一型材２と第二型材３と、これらの第一型材２、第二型材３に支持されているスライドコア２ｃ、２ｄ及び３ｃ、３ｄによって貫通孔５が形成され、この貫通孔５内に配置された丸棒状の中子８の周囲にコイルバネＳを成形するための螺旋状のキャビティ６の壁面が連続的に形成されているのである。
【００５５】
図５に示す金型装置１の場合は、図１の装置を著しく簡略化して金型の精度を向上させており、実際の装置にはこのような簡易型で、耐久性のあるものが使用される。
【００５６】
型材２、３とスライドコアについて説明すると、図２と図３を参照して理解できるように、コイルバネＳを形成する薄板の厚さの中間には次のように型材が配置されてキャビティ６を形成している。成形型部２ａと、この成形型部２ａに形成された間隙に案内されて矢印Ｙ１の方向に移動するようにスライドコア２ｃが嵌合配置されている。同様に成形型部２ｂと、この成形型部２ｂに形成された間隙に案内されて矢印Ｙ２の方向に移動するようにスライドコア２ｄが嵌合配置されている。また、成形型部３ａと、この成形型部３ａに形成された間隙に案内されて矢印のように上方に移動するスライドコア３ｃ、成形型部３ｂと、この成形型部３ｂに形成された間隙に案内されて矢印のように下方に移動するスライドコア３ｄが嵌合配置されている。
【００５７】
このように、コイルバネＳの１ピッチを形成する型材は９０°の範囲で異なる型材で構成され、また、このコイルバネＳの厚さ方向には図３に示すように、成形型部２ｂとスライドコア２ｄ、成形型部３ｂとスライドコア３ｄ、成形型部３ａとスライドコア３ｃ、成形型部２ａとスライドコア２ｃの合面に螺旋を９０°の範囲で分割したキャビティ６が形成されている。
【００５８】
この実施の形態においては、厚さに比較して幅の広い矩形断面を持つコイルバネＳを成形する関係で、９０°毎にアンダーカット部分が形成されることになるから、９０°毎に２種類の金型（型材とスライドコアの組合せ）が配置されている。前記の如く、図３に示す１ピッチｐのコイルバネＳに着目すると、スライドコアで成形する部分は９０°毎に配置され、第一型材２と第二型材３で成形される部分は前記スライドコアに続く９０°毎の部分である。
【００５９】
前記金型装置１で製造されるコイルバネＳの頂面にはパーティングラインが形成されており、この頂面の部分で第一型材２とスライドコア２ｃ、２ｄ、第二型材３とスライドコア３ｃ、３ｄが対面していることがわかる。
【００６０】
図４は生成されたコイルバネＳを金型装置１から取り出す状態（中子８を省略）を示しており、図１のように第一型材２の成形型部２ａ、２ｂとスライドコア２ｃ、２ｄを集合させ、同様に第二型材３の各種型材を集合させ、前記中子８を中心として螺旋状のキャビティ６が形成される。
【００６１】
このようにして金型装置１が集合状態となったならば、図示しない射出成形機に接続されたノズル１０（図１）より金型装置１内に溶融樹脂を圧入し、所定の時間をおいて金型が所定の温度に冷却されたならば図１のように各型材を開口し、中子８の周囲にコイルバネＳを成形した状態で取り出す。そして長さ方向に複数に分割されている中子８の周面を縮小させてコイルバネＳを中子８より取り出すのである。
【００６２】
本発明のコイルバネに使用する合成樹脂は弾性係数の高い工業用樹脂、例えばポリカーボネート、ナイロン、ＡＢＳ等が使用できるが、これらの樹脂に炭素繊維やガラス繊維の短繊維、場合によっては金属ウイスカーを混合した原料を使用して射出成形することによって更に高反発力を持つコイルバネを成形することができる。
【００６３】
図１２は、図１のようにスライドコアを使用しない金型装置２０によってコイルバネＳ５を成形する方法を示す斜視図であって、中子８Ａと８個割りの型片（セグメント）２１の間に螺旋状のキャビティを形成し、これに溶融樹脂を射出注入してコイルバネＳ５を成形するものである。なお、この種の金型装置の場合は型片２１を４分割あるいは６分割したものでも十分に使用できる。
【００６４】
この金型装置２０の場合は、スライドコアを使用していないことから、コイルバネの断面はアンダーカット部分が発生しないように、台形、三角状、蒲鉾状等比較的大きな斜面を持ったものを効率的に成形する場合の装置に適している。
【００６５】
本発明によって製造できる合成樹脂製コイルバネを例示すると次の通りである。断面が偏平な矩形断面のもの、台形断面のもの、頂部に凹部を持つ二山形断面のもの（図９）あるいは扇形等、押出成形では製造できない断面のコイルバネを簡単に製造できる。図７に示すように、コイルバネＳ１の端部に突出片ｄを形成したり、コイルバネの内部に円筒体Ｂ等の付加物を一体成形することができる。図１３に示すように、コイルバネＳ５の両端にフックｆ等の固定手段等他の機能を持つ部材を一体的に設けたものを製造できる。図１４は前記コイルバネＳ５を成形するための二つに分割された中子８Ｂ、８ｂを示しており、成形後はこれらの中子８Ｂ、８ｂを矢印のように抜き去ることで図１３に示したコイルバネＳ５を取り出すことができるのである。
【００６６】
また、金属バネと同様に使用できるものを製造できる。即ち、図１０や図１１に示すように、従来の成形方法では到底製造不可能な厚さに比較して幅の広いコイルバネＳ３、Ｓ４でも製造できる。そしてその材料に炭素繊維やガラス繊維、あるいは金属ウイスカー等の補強繊維を混入することによって高い弾性率を持つ合成樹脂素材とし、しかも、最大の断面係数を持つものを簡単に製造することが可能である。
【００６７】
図１に示した金型装置を使用すると、不等厚さのコイルバネ、不等ピッチのコイルバネＳ６（図１５）、コイルバネの途中に、コイルバネの間を連結する部材Ｒ（図１６）を設けてコイルバネとして作用しない部分を形成したバネＳ７、コイルバネの端部あるいは中間部に固定部材を設けたコイルバネＳ８を一体成形できる。また、図１８として示すようにコイルバネＳ９のピッチ間に突起状のスペーサ２２、２２‥を一体成形することもでき、かかる構成は、このコイルバネＳ９をコピー機等における廃トナーの搬送部材として使用した際、捻れ等の変形によってピッチ間が詰ってしまい、フィーダとして効を奏しなくなってしまうことを防止できる。
【００６８】
また、図１７に示すように、コイルバネの両端に短軸を突出させた固定部材ｋ２と台板ｋ１をそれぞれ設けたもの等、各種の用途に応じた機能を持つものを製造することができる。
【００６９】
コイルバネとしては、金型装置の加工上の都合から、円形なスパイラル状のものが適している。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば断面として四角形、六角形、八角形等用途に応じて各種の形状のものでも製造することが可能である。
【００７０】
例えば、矩形断面のコイルバネの場合、図１０及び図１１に示すように、高さ／厚さの比を大きく変えたものを、用途に応じて設計し、製造することが可能である。また、幅に比較して高さを大きくした弾性力の大きなコイルバネも用途によって容易に製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明に係る可塑性材製の螺旋状部品は、特に熱可塑性合成樹脂製のコイルスプリングを対象とし、弾発要素として用いることを主目的としているが、可塑性材は合成樹脂のほかにも金属、セラミック等も広く応用範囲とし、これによって断面を矩形状等とした金属製、セラミック製のバネを製造でき、特にセラミックの場合は、射出成形したものを焼結することで、弾性と硬性を併せもつ螺旋状部品とできる。加えて、螺旋状部品はバネのほか、前記したように、弁体やフィーダ等としても利用でき、成型時に薄膜や焼却できるような素材を介在させると引張バネの成形にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】型材とスライドコアを組み合わせた金型装置の分解斜視図である。
【図２】図３に示した金型装置の断面表示線で切断した横断面図である。
【図３】図２に示した金型装置の断面図である。
【図４】成形型部と成形したコイルバネとの関係を示す側面図である。
【図５】図１に示した金型装置を簡略化した装置の分解斜視図である。
【図６】偏平断面を持つコイルバネの斜視図である。
【図７】円筒体を中央部に持つコイルバネの斜視図である。
【図８】標準的なコイルバネの正面図である。
【図９】（ａ）〜（ｆ）図は、図８のコイルバネに適用する各種断面図である。
【図１０】本発明で製造できる広幅で弾性力の大きなコイルバネの斜視図である。
【図１１】本発明で製造できる広幅で弾性力の大きなコイルバネの斜視図である。
【図１２】スライドコアを使用しない金型装置を示す斜視図である。
【図１３】両端にフックを形成したコイルバネの側面図である。
【図１４】図１３のコイルバネを製造する際の分解コアを示す図である。
【図１５】異なる直径と、異なるピッチを持つコイルバネの斜視図である。
【図１６】中間部にコイルとして機能しない部分を持つコイルバネの斜視図である。
【図１７】一端に台座等を、他端に支持板等を設けたコイルバネの斜視図である。
【図１８】一部にスペーサとしての突起を備えたコイルバネの斜視図である。
【符号の説明】
【００７３】
１ 金型装置
２ 第一型材
２ａ、２ｂ 成形型部
３ 第二型材
３ａ、３ｂ 成形型部
２ｃ、２ｄ、３ｃ、３ｄ スライドコア
５ 貫通孔（凹部）
６ キャビティ
８、８ａ 中子
８Ｂ、８ｂ 中子
Ｓ〜Ｓ９ コイルバネ
２０ 金型装置
２１ 型片
２２ 突起状のスペーサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出成形した可塑性材の断面が少なくとも一個所以上の角部を有した四角形、六角形、八角形、三角形等の形状とし、あるいはその一部にアール面を形成してあることを特徴とする可塑性材製の螺旋状部品。
【請求項２】
中央空間部に付加物を設けたことを特徴とする請求項１に記載の可塑性材製の螺旋状部品。
【請求項３】
少なくとも一端に弾発性以外の機能を持つ部分を一体に成形したことを特徴とする請求項１に記載の可塑性材製の螺旋状部品。
【請求項４】
本体の長さ方向にピッチ、外径、内径、厚さ、断面形状のうち、少なくとも一つを変更し、かつ一体成形としてあることを特徴とする請求項１に記載の可塑性材製の螺旋状部品。
【請求項５】
本体の少なくとも一方の端部にフックを一体的に備えたことを特徴とする請求項１に記載の可塑性材製の螺旋状部品。
【請求項６】
本体コイルの断面は、上面と下面がほぼ平行しており、全圧縮の状態において、コイルの下面と隣接するコイルと上面とが接触状態となるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の可塑性材製の螺旋状部品。
【請求項７】
断面が矩形のコイルの角部を含む頂面部分において型材のパーティングラインが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の可塑性材製の螺旋状部品。
【請求項８】
コイルの中間部分には隣接するコイル間を一体に連結するバーＲを備え、バネとしての作用をしない部分を有していることを特徴とする請求項１に記載の可塑性材製の螺旋状部品。
【請求項９】
各コイルには軸芯方向に沿った突起状のスペーサを一体に備え、各コイル間の隙間を保持することができるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の可塑性材製の螺旋状部品。
【請求項１０】
前記した可塑性材は熱可塑性の合成樹脂であることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８または請求項９に記載の可塑性材製の螺旋状部品。
【請求項１１】
複数に分割された型材の合面に凹部を形成し、この凹部内に中子を密接状態で収容し、この中子の周囲であって、前記型材側に螺旋状部品成形用のキャビティを形成した金型装置に、溶融した可塑性材を射出成形して充填し、この可塑性材が所定の温度に到達された後に前記型材を開口して中子と共に可塑性材製の螺旋状部品を取り出すことを特徴とする可塑性材製の螺旋状部品の製造方法。
【請求項１２】
第一型材２と、この第一型材２に接離する第二型材３と、これらの型材２、３の接合面に配置された中子８と、この中子８の周囲であって前記第一型材２と第二型材３に、合わせて螺旋状となるキャビティ６を形成した金型装置１を用い、前記第一型材２には、この第一型材２の接合面に平行して移動するスライドコア２ｃ、２ｄを、前記第二型材３の接合面に平行して移動するスライドコア３ｃ、３ｄが配置されており、前記螺旋状のキャビティ６は、螺旋の所定の長さを成形する型材側のキャビティとスライドコア側のキャビティとの組合せによって形成されており、この金型装置１のキャビティ６に可塑性材を充填してコイルバネＳを成形する工程と、前記スライドコア２ｃ、２ｄ、３ｃ、３ｄを第一型材２と第二型材３に対して後退させる工程と、更に、この第一型材２と第二型材３との一方あるいは双方を前記スライドコアの移動した方向と交差する方向に移動させて前記コイルバネＳを第一型材２と第二型材３より離型する工程とからなることを特徴とする可塑性材製の螺旋状部品の製造方法。
【請求項１３】
前記スライドコア２ｃ、２ｄ、３ｃ、３ｄは、螺旋状のキャビティ６に沿って約９０°間隔で配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の可塑性材製の螺旋状部品の製造方法。
【請求項１４】
前記中子８は、コイルバネＳの内面を成形すると共に、このコイルバネＳの内部に形成される空間部に各種の部材を一体的に成形するように構成されていることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の可塑性材製の螺旋状部品の製造方法。
【請求項１５】
前記コイルバネＳの内部に形成される空間部に、円筒体を一体的に成形したことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の可塑性材製の螺旋状部品の製造方法。
【請求項１６】
中子８Ａと、この中子８Ａの周囲に接離する４個以上の金型片とからなり、この金型片の内面にコイルバネＳを成形するための螺旋状のキャビティが形成されており、このキャビティの断面は三角形や台形や蒲鉾形の如く傾斜面あるいは円弧面を有している金型装置２０に、射出成形機より熱可塑性合成樹脂を注入して成形することを特徴とする可塑性材製の螺旋状部品の製造方法。
【請求項１】
射出成形した可塑性材の断面が少なくとも一個所以上の角部を有した四角形、六角形、八角形、三角形等の形状とし、あるいはその一部にアール面を形成してあることを特徴とする可塑性材製の螺旋状部品。
【請求項２】
中央空間部に付加物を設けたことを特徴とする請求項１に記載の可塑性材製の螺旋状部品。
【請求項３】
少なくとも一端に弾発性以外の機能を持つ部分を一体に成形したことを特徴とする請求項１に記載の可塑性材製の螺旋状部品。
【請求項４】
本体の長さ方向にピッチ、外径、内径、厚さ、断面形状のうち、少なくとも一つを変更し、かつ一体成形としてあることを特徴とする請求項１に記載の可塑性材製の螺旋状部品。
【請求項５】
本体の少なくとも一方の端部にフックを一体的に備えたことを特徴とする請求項１に記載の可塑性材製の螺旋状部品。
【請求項６】
本体コイルの断面は、上面と下面がほぼ平行しており、全圧縮の状態において、コイルの下面と隣接するコイルと上面とが接触状態となるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の可塑性材製の螺旋状部品。
【請求項７】
断面が矩形のコイルの角部を含む頂面部分において型材のパーティングラインが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の可塑性材製の螺旋状部品。
【請求項８】
コイルの中間部分には隣接するコイル間を一体に連結するバーＲを備え、バネとしての作用をしない部分を有していることを特徴とする請求項１に記載の可塑性材製の螺旋状部品。
【請求項９】
各コイルには軸芯方向に沿った突起状のスペーサを一体に備え、各コイル間の隙間を保持することができるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の可塑性材製の螺旋状部品。
【請求項１０】
前記した可塑性材は熱可塑性の合成樹脂であることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８または請求項９に記載の可塑性材製の螺旋状部品。
【請求項１１】
複数に分割された型材の合面に凹部を形成し、この凹部内に中子を密接状態で収容し、この中子の周囲であって、前記型材側に螺旋状部品成形用のキャビティを形成した金型装置に、溶融した可塑性材を射出成形して充填し、この可塑性材が所定の温度に到達された後に前記型材を開口して中子と共に可塑性材製の螺旋状部品を取り出すことを特徴とする可塑性材製の螺旋状部品の製造方法。
【請求項１２】
第一型材２と、この第一型材２に接離する第二型材３と、これらの型材２、３の接合面に配置された中子８と、この中子８の周囲であって前記第一型材２と第二型材３に、合わせて螺旋状となるキャビティ６を形成した金型装置１を用い、前記第一型材２には、この第一型材２の接合面に平行して移動するスライドコア２ｃ、２ｄを、前記第二型材３の接合面に平行して移動するスライドコア３ｃ、３ｄが配置されており、前記螺旋状のキャビティ６は、螺旋の所定の長さを成形する型材側のキャビティとスライドコア側のキャビティとの組合せによって形成されており、この金型装置１のキャビティ６に可塑性材を充填してコイルバネＳを成形する工程と、前記スライドコア２ｃ、２ｄ、３ｃ、３ｄを第一型材２と第二型材３に対して後退させる工程と、更に、この第一型材２と第二型材３との一方あるいは双方を前記スライドコアの移動した方向と交差する方向に移動させて前記コイルバネＳを第一型材２と第二型材３より離型する工程とからなることを特徴とする可塑性材製の螺旋状部品の製造方法。
【請求項１３】
前記スライドコア２ｃ、２ｄ、３ｃ、３ｄは、螺旋状のキャビティ６に沿って約９０°間隔で配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の可塑性材製の螺旋状部品の製造方法。
【請求項１４】
前記中子８は、コイルバネＳの内面を成形すると共に、このコイルバネＳの内部に形成される空間部に各種の部材を一体的に成形するように構成されていることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の可塑性材製の螺旋状部品の製造方法。
【請求項１５】
前記コイルバネＳの内部に形成される空間部に、円筒体を一体的に成形したことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の可塑性材製の螺旋状部品の製造方法。
【請求項１６】
中子８Ａと、この中子８Ａの周囲に接離する４個以上の金型片とからなり、この金型片の内面にコイルバネＳを成形するための螺旋状のキャビティが形成されており、このキャビティの断面は三角形や台形や蒲鉾形の如く傾斜面あるいは円弧面を有している金型装置２０に、射出成形機より熱可塑性合成樹脂を注入して成形することを特徴とする可塑性材製の螺旋状部品の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００８−２５６１９（Ｐ２００８−２５６１９Ａ）
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１９５６５４（Ｐ２００６−１９５６５４）
【出願日】平成１８年７月１８日（２００６．７．１８）
【出願人】（０００１３４４６４）株式会社トスカ (23)
【出願人】（５０５０６４９３２）株式会社メックモールド (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月１８日（２００６．７．１８）
【出願人】（０００１３４４６４）株式会社トスカ (23)
【出願人】（５０５０６４９３２）株式会社メックモールド (5)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]