JP7790262B2 - 成形型の製造方法、及び、成形型 - Google Patents

Description

本開示は、成形型の製造方法、及び、成形型に関する。

特許文献１には、射出成形装置に用いられる成形型に関して、三次元造形装置を用いてトンネルゲートを有する積層体を造形し、その積層体を金型等の成形型に取り付けることが開示されている。

特開２０１７－１２４５９３号公報

三次元造形装置によって造形された積層体を成形型に取り付ける場合、成形品の品質を高めるためには、成形型に対する積層体の取り付け面の加工を精度良く行うことが好ましい。しかし、取り付け面の加工は煩わしい作業であるため、より簡便に、積層体を備える成形型を作成可能な技術が求められている。

本開示の第１の形態によれば、射出成形装置に用いられる成形型の製造方法が提供される。この製造方法は、第１開口が形成された第１部材、及び、前記第１開口に組み込まれる第２部材を有するベースプレート上に、造形材料を吐出して層を積層することで前記成形型の一部となる積層体を造形する第１工程と、前記積層体の少なくとも一部が造形された前記ベースプレートから前記第２部材を取り外して、少なくとも一部が造形された前記積層体に、切削処理、及び、入れ子部材のインサートの少なくともいずれかを行う第２工程と、前記第２工程の後に実行され、前記積層体が造形された前記ベースプレート、又は、前記積層体が造形され、全ての前記第２部材が取り外された前記ベースプレートを、モールドベースに設けられた第２開口に組み込み、前記成形型を製造する第３工程と、を有する。

本開示の第２の形態によれば、射出成形装置に用いられる成形型が提供される。この成形型は、第１部材を有するベースプレートであって、第２部材が組み込まれる第１開口が前記第１部材に形成された、ベースプレートと、前記ベースプレート上に造形された積層体と、第２開口を有するモールドベースと、を備え、前記モールドベースの前記第２開口に、前記積層体が造形された前記ベースプレートが組み込まれている。

射出成形装置の概略構成を示す断面図である。 第１フラットスクリューの概略構成を示す斜視図である。 第１バレルの概略平面図である。 三次元造形装置の概略構成を示す説明図である。 造形ユニットの概略構成を示す説明図である。 積層体が造形されるベースプレートの概略構成を示す斜視図である。 貫通孔の形状を示す図である。 成形型の製造方法を示す工程図である。 三次元造形装置において積層体を造形する様子を模式的に示す図である。 ベースプレート上に積層体が造形された様子を示す斜視図である。 積層体に対して切削加工が施された様子を示す斜視図である。 第３工程において組み立てられた成形型を示す図である。 第３工程において組み立てられた成形型を示す図である。 可動型の断面構造を模式的に示す図である。 支持板の平面図である。 第２実施形態におけるベースプレートの第１部材を示す斜視図である。 第１部材に形成された貫通孔の断面構造を示す図である。 第１部材の他の形状の例を示す図である。

Ａ．第１実施形態：
図１は、本実施形態における成形型４００が用いられる射出成形装置１０の概略構成を示す断面図である。図１には、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向を示す矢印が示されている。Ｘ方向及びＹ方向は、水平面に平行な方向であり、Ｚ方向は、重力方向とは反対の方向である。図２以降に示すＸ，Ｙ，Ｚ方向は、図１に示すＸ，Ｙ，Ｚ方向に対応している。以下の説明において、向きを特定する場合には、矢印の指し示す方向である正の方向を「＋」、矢印の指し示す方向とは反対の方向である負の方向を「－」として、方向表記に正負の符合を併用する。

射出成形装置１０は、可塑化装置１１０と、射出制御機構１２０と、型締装置１３０と、成形型４００とを備えている。

可塑化装置１１０は、第１フラットスクリュー１１１と第１バレル１１２と第１ヒーター１１３と第１ノズル１１４とを有している。第１フラットスクリュー１１１は、収容部１０１に収容されている。第１フラットスクリュー１１１は、スクロールあるいはローターとも呼ばれる。第１フラットスクリュー１１１は、駆動モーターや減速機によって構成されるスクリュー駆動部１１５によって、回転軸ＲＸを中心に収容部１０１内で回転駆動される。本実施形態において、Ｘ方向は、回転軸ＲＸに沿った方向である。第１バレル１１２の中心には、流出孔１１６が形成されている。流出孔１１６には、後述する射出シリンダー１２１が接続されている。流出孔１１６には、射出シリンダー１２１よりも上流部に、逆止弁１２４が備えられている。

図２は、第１フラットスクリュー１１１の概略構成を示す斜視図である。第１フラットスクリュー１１１は、その中心軸に沿った方向における高さが直径よりも小さい略円柱状を有する。第１フラットスクリュー１１１の、第１バレル１１２に対向する溝形成面２０１には、中央部２０５を中心に、渦状の溝２０２が形成されている。溝２０２は、第１フラットスクリュー１１１の側面に形成された材料投入口２０３に連通している。ホッパー等の材料供給部から供給される材料は、材料投入口２０３を通じて溝２０２に供給される。溝２０２は、凸条部２０４によって隔てられることにより形成されている。図２には、溝２０２が３本形成されている例を示しているが、溝２０２の数は、１本でもよいし、２本以上であってもよい。なお、溝２０２は、渦状に限らず、螺旋状あるいはインボリュート曲線状であってもよいし、中央部から外周に向かって弧を描くように延びる形状であってもよい。

図３は、第１バレル１１２の概略平面図である。第１バレル１１２は、第１フラットスクリュー１１１の溝形成面２０１に対向する対向面２１２を有している。対向面２１２の中央には、流出孔１１６が形成されている。対向面２１２には、流出孔１１６に接続され、流出孔１１６から外周に向かって渦状に延びている複数の案内溝２１１が形成されている。第１フラットスクリュー１１１の溝２０２に供給された材料は、第１フラットスクリュー１１１の回転と第１ヒーター１１３の加熱とによって、第１フラットスクリュー１１１と第１バレル１１２との間において可塑化されながら、第１フラットスクリュー１１１の回転によって溝２０２及び案内溝２１１に沿って流動し、第１フラットスクリュー１１１の中央部２０５へと導かれる。中央部２０５に流入した材料は、第１バレル１１２の中心に設けられた流出孔１１６から射出制御機構１２０へと導かれる。なお、第１バレル１１２に案内溝２１１は設けられていなくてもよい。また、案内溝２１１は、流出孔１１６に接続されていなくてもよい。

本明細書において「可塑化」とは 、溶融を含む概念であり、固体から流動性を有する状態に変化させることである。具体的には、ガラス転移が起こる材料の場合、可塑化とは、材料の温度をガラス転移点以上にすることである。ガラス転移が起こらない材料の場合、可塑化とは、材料の温度を融点以上にすることである。

図１に示すように、射出制御機構１２０は、射出シリンダー１２１と、プランジャー１２２と、プランジャー駆動部１２３とを備えている。射出制御機構１２０は、射出シリンダー１２１内の可塑化材料を、後述するキャビティー１１７に射出注入する機能を有している。射出制御機構１２０は、第１ノズル１１４からの可塑化材料の射出量を制御する。射出シリンダー１２１は、第１バレル１１２の流出孔１１６に接続された略円筒状の部材であり、内部にプランジャー１２２を備えている。プランジャー１２２は、射出シリンダー１２１の内部を摺動し、射出シリンダー１２１内の可塑化材料を、可塑化装置１１０に備えられた第１ノズル１１４に圧送する。プランジャー１２２は、モーターによって構成されるプランジャー駆動部１２３により駆動される。

成形型４００は、可動型４２０と固定型４１０とを備えている。可動型４２０と固定型４１０とは、互いに対面して設けられ、その間に、成形品の形状に応じたキャビティー１１７を有している。可動型４２０及び固定型４１０には、キャビティー１１７を区画する凹凸形状が形成されている。キャビティー１１７を区画する凹形状のことをキャビティー部ともいい、凸形状のことをコア部ともいう。キャビティー１１７には、第１バレル１１２の流出孔１１６から流出した可塑化材料が、射出制御機構１２０によって圧送されて第１ノズル１１４から射出される。可動型４２０及び固定型４１０の詳細については後述するが、本実施形態における可動型４２０及び固定型４１０は、キャビティー１１７が形成された積層体と、ベースプレートと、モールドベースとを備える樹脂型である。

型締装置１３０は、成形型駆動部１３１を備えており、可動型４２０と固定型４１０との開閉を行う機能を有している。型締装置１３０は、モーターによって構成される成形型駆動部１３１を駆動することによってボールネジ１３２を回転させ、ボールネジ１３２に結合された可動型４２０を、固定型４１０に対して移動させて成形型４００を開閉させる。つまり、固定型４１０は、射出成形装置１０において静止しており、その静止した固定型４１０に対して、可動型４２０が、相対的に移動することにより、成形型４００の開閉が行われる。

可動型４２０には、成形品を成形型４００から離型させるための押出機構４０７が設けられている。押出機構４０７は、エジェクターピン４０８と、支持板４０９と、支持棒４０６と、バネ４１１と、押出板４１２と、スラストベアリング４１３とを有する。

エジェクターピン４０８は、キャビティー１１７内で成形された成形品を押し出すための棒状部材である。エジェクターピン４０８は、可動型４２０を貫通してキャビティー１１７まで挿通するように設けられている。支持板４０９は、エジェクターピン４０８を支持する板部材である。エジェクターピン４０８は、支持板４０９に固定されている。支持棒４０６は、支持板４０９に固定されており、可動型４２０に形成された貫通孔に挿通される。バネ４１１は、可動型４２０と支持板４０９との間の空間に配置され、支持棒４０６に挿入されている。バネ４１１は、成形時において、エジェクターピン４０８の頭部がキャビティー１１７の壁面の一部をなすように支持板４０９を付勢する。押出板４１２は、支持板４０９に固定されている。スラストベアリング４１３は、押出板４１２に取り付けられており、ボールネジ１３２の頭部が押出板４１２を傷つけないように設けられている。なお、スラストベアリング４１３に替えて、スラスト滑り軸受等を用いてもよい。

図４は、三次元造形装置３００の概略構成を示す説明図である。本実施形態における三次元造形装置３００は、層を積層することによって、射出成形装置１０に用いられる成形型４００の一部となる積層体４５０を造形する。積層体４５０のことを造形部品ともいう。

本実施形態における三次元造形装置３００は、造形ユニット３１０と、切削ユニット３２０と、ステージ３３０と、移動機構３４０と、制御部３５０とを備えている。

制御部３５０は、１つ、又は、複数のプロセッサーと、主記憶装置と、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェイスとを備えるコンピューターによって構成されている。制御部３５０は、主記憶装置上に読み込んだプログラムや命令をプロセッサーが実行することによって、造形ユニット３１０、切削ユニット３２０、及び、移動機構３４０の動作を制御する。なお、制御部３５０は、コンピューターではなく、複数の回路の組み合わせによって構成されてもよい。

三次元造形装置３００は、制御部３５０の制御下で、造形ユニット３１０に設けられた第２ノズル３１１からステージ３３０に向かって造形材料を吐出させつつ、移動機構３４０を駆動させて第２ノズル３１１とステージ３３０との相対的な位置を変化させることによって、ステージ３３０上に積層体４５０を造形する。

また、三次元造形装置３００は、制御部３５０の制御下で、切削ユニット３２０に装着された切削工具３２１を回転させつつ、移動機構３４０を駆動させて切削工具３２１とステージ３３０との相対的な位置を変化させることによって、ステージ３３０上に積層された積層体４５０を切削工具３２１で切削し、キャビティー１１７を形成する。

図５は、造形ユニット３１０の概略構成を示す説明図である。造形ユニット３１０は、材料の供給源である材料供給部３１２と、材料を可塑化して造形材料にする可塑化部３１３と、造形材料を吐出する吐出部３１４とを備えている。

材料供給部３１２は、可塑化部３１３に、造形材料を生成するための原材料を供給する。材料供給部３１２は、例えば、原材料を収容するホッパーによって構成される。材料供給部３１２は、下方に接続された材料供給路３１５を介して、可塑化部３１３に接続されている。原材料は、ペレットや粉末等の形態で材料供給部３１２に投入される。原材料としては、例えば、ＣＯＣ（環状オレフィンコポリマー）、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＡ（ポリアミド）６６、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＢＩ（ポリベンゾイミダゾール）等の樹脂を主成分とする材料が用いられる。主成分とは、その材料において、質量的に最も多く、例えば、５０質量％以上、含まれている成分であることをいう。なお、原材料には、主成分以外に、金属やセラミック、溶剤、バインダー等の成分が含まれてもよい。

可塑化部３１３は、図１に示した射出成形装置１０の可塑化装置１１０と同様の構成を備える装置である。つまり、可塑化部３１３は、第２フラットスクリュー３１６と第２バレル３１７と第２ヒーター３０９とによって原材料の可塑化を行う。可塑化部３１３は、材料供給部３１２から供給された原材料を可塑化することにより、流動性を発現させたペースト状の造形材料を生成し、吐出部３１４へと導く。

吐出部３１４は、可塑化部３１３によって生成された造形材料をステージ３３０に向かって吐出する第２ノズル３１１を備える。吐出部３１４には、第２ノズル３１１から吐出する造形材料の吐出量を調整可能な吐出量調整部３１８が備えられている。本実施形態において、吐出量調整部３１８は、バタフライバルブによって構成されている。制御部３５０は、モーター等により構成されたバルブ駆動部３１９を駆動してバタフライバルブを回転させることにより、造形材料の吐出量を調整する。

図４に示す切削ユニット３２０は、ステージ３３０側の先端に取り付けられた切削工具３２１を回転させて、ステージ３３０上に積層された積層体４５０の切削を行う装置である。切削工具３２１として、例えば、フラットエンドミルや、ボールエンドミルを用いることができる。制御部３５０は、移動機構３４０を制御することによって、切削工具３２１とステージ３３０上に積層された積層体４５０との相対的な位置を変化させて切削位置を制御する。

ステージ３３０は、移動機構３４０によって支持されている。本実施形態における移動機構３４０は、ステージ３３０を、造形ユニット３１０及び切削ユニット３２０に対して、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に沿って移動させる３軸ポジショナーとして構成されている。本実施形態では、ステージ３３０上に、成形型４００の一部を構成するベースプレート４３０が取り外し可能に固定され、そのベースプレート４３０上に積層体４５０が造形される。なお、移動機構３４０は、ステージ３３０を移動させずに、造形ユニット３１０及び切削ユニット３２０をステージ３３０に対して移動させてもよい。また、移動機構３４０は、ステージ３３０と、造形ユニット３１０及び切削ユニット３２０との両方を移動させてもよい。移動機構３４０は、ステージ３３０を水平面に対して傾斜させる機能を有してもよいし、第２ノズル３１１や切削工具３２１を傾斜させる機能を有してもよい。

図６は、積層体４５０が造形されるベースプレート４３０の概略構成を示す斜視図である。ベースプレート４３０は、第１部材４３１と第２部材４３２とを有している。第１部材４３１及び第２部材４３２は、本実施形態では金属によって形成されている。第１部材４３１及び第２部材４３２は、金属に限らず、ガラスやセラミックなどの材料によって形成されていてもよい。

第１部材４３１には、第１開口４３３が形成されている。本実施形態では、第１部材４３１は、略矩形状の形状に２つの第１開口４３３が形成された枠状の形状を有している。第１部材４３１の積層体４５０が造形される造形面４３８には、複数の貫通孔４３４が形成されている。

図７は、貫通孔４３４の形状を示す図である。図７には、第１部材４３１の断面構造を模式的に示している。貫通孔４３４は、造形面４３８に向かって開口面積が小さくなる形状を有している。つまり、貫通孔４３４は、造形面４３８から、その反対側の面である底面４３９に向けて径が大きくなる逆テーパー状の形状を有している。なお、本実施形態では、第１部材４３１に複数の貫通孔４３４が形成されているが、底部を有する複数の凹部が造形面４３８に形成されていてもよい。複数の凹部も、造形面４３８に向かって開口面積が小さくなる形状を有していることが好ましい。

図６に示すように、第２部材４３２は、略矩形状の形状を有している。本実施形態では、第２部材４３２の積層体４５０が造形される面は、凹部又は貫通孔を有していない。第２部材４３２は、第１部材４３１の第１開口４３３に組み込まれる。本実施形態では、２つの第１開口４３３に対して、それぞれ１つずつ第２部材４３２が組み込まれる。そのため、本実施形態では、第２部材４３２が複数の部材を有しているということができる。第２部材４３２の形状は、略矩形状に限定されず、第１部材４３１の第１開口４３３の組み込み可能な形状であればよい。例えば、複数の第２部材が組み合わさって、１つの第１開口４３３に組み込まれてもよい。なお、他の実施形態では、第２部材４３２の積層体４５０が造形される面に、凹部や貫通孔が形成されてもよい。この場合、第１部材４３１の凹部や貫通孔を省略することも可能である。

図６及び図７に示すように、ベースプレート４３０の側面は、第１側面４３６と、第１側面４３６よりも造形面４３８に近い第２側面４３７を有している。第１側面４３６は、第２側面４３７よりもベースプレート４３０の中心から離れている。つまり、ベースプレート４３０の外周には、底面４３９側よりも造形面４３８側の方が小さなサイズとなるように、段差が形成されている。なお、他の実施形態では、この段差は形成されていなくてもよい。

図８は、成形型４００の製造方法を示す工程図である。以下では、成形型４００のうちの可動型４２０の製造方法を説明する。第１工程において、まず、三次元造形装置３００が、ステージ３３０上に固定されたベースプレート４３０の上に、成形型４００の一部となる積層体４５０を造形する。

図９は、三次元造形装置３００において積層体４５０を造形する様子を模式的に示す図である。三次元造形装置３００では、造形ユニット３１０の可塑化部３１３において、固体状態の原材料が可塑化されて造形材料が生成される。制御部３５０は、ステージ３３０と第２ノズル３１１との距離を保持したまま、ステージ３３０の上面に沿った方向に、ステージ３３０に対する第２ノズル３１１の位置を変えながら、第２ノズル３１１から造形材料を吐出させる。第２ノズル３１１から吐出された造形材料は、第２ノズル３１１の移動方向に連続してベースプレート４３０上に堆積され、層Ｌが形成される。

制御部３５０は、第２ノズル３１１の走査を繰り返して複数の層Ｌを形成する。より具体的には、制御部３５０は、１つの層Ｌを形成した後、ステージ３３０に対する第２ノズル３１１の位置を、Ｚ方向に移動させる。そして、これまでに形成された層Ｌの上に、更に層Ｌを積み重ねることによって積層体４５０を造形する。

制御部３５０は、例えば、一層分の層Ｌを堆積した後に第２ノズル３１１をＺ方向に移動させる場合や、不連続のパスを造形する場合等において、第２ノズル３１１からの造形材料の吐出を一時的に中断させることがある。この場合、制御部３５０は、吐出量調整部３１８を制御して、第２ノズル３１１からの造形材料の吐出を停止させる。制御部３５０は、第２ノズル３１１の位置を変更した後、吐出量調整部３１８によって造形材料の吐出を再開させることによって、変更後の第２ノズル３１１の位置から造形材料の堆積を再開させる。

図１０は、ベースプレート４３０上に積層体４５０が造形された様子を示す斜視図である。ベースプレート４３０には、積層体４５０が積層される面に、複数の貫通孔４３４が形成されている。そのため、貫通孔４３４を跨ぐように第２ノズル３１１が移動して造形材料が吐出されることで、造形材料の一部が貫通孔４３４に進入し、貫通孔４３４によりアンカー効果が発揮される。そのため、積層体４５０の造形中に、積層体４５０がベースプレート４３０から剥がれることを抑制できる。特に、本実施形態では、貫通孔４３４は、逆テーパー状の形状を有しているため、アンカー効果が強く発揮され、ベースプレート４３０と積層体４５０との密着性を高めることができる。

図８の第２工程では、ベースプレート４３０から第２部材４３２取り外し、切削ユニット３２０によって積層体４５０に対して切削処理を施す。図１１は、積層体４５０に対して切削加工が施された様子を示す斜視図である。三次元造形装置３００は、切削ユニット３２０を用いて、積層体４５０を切削することにより、キャビティー１１７を形成する。図１１には、キャビティー１１７を区画する凹形状が形成されている例を示しているが、キャビティー１１７を区画する凸形状を切削により形成してもよい。図１１では、キャビティー１１７が一つだけ形成されている例を示しているが、キャビティー１１７は、複数形成されてもよい。

本実施形態の第２工程では、更に、三次元造形装置３００は、切削ユニット３２０を用いて、キャビティー１１７の底部に孔開け加工を施すことにより、エジェクターピン４０８及び入れ子部材４３５を挿入するための挿入孔１１８を形成する。第２工程では、切削処理に先立ち、ベースプレート４３０から第２部材４３２を取り外すため、切削ユニット３２０による挿入孔１１８の形成が、第２部材４３２によって遮られることがない。図１１には、エジェクターピン４０８が挿入される２つの挿入孔１１８Ａと、入れ子部材４３５が挿入される２つの挿入孔１１８Ｂが形成された例を示している。第２工程では、切削処理によって形成された挿入孔１１８Ｂに、ピン状の入れ子部材４３５が挿入されることで、積層体４５０に対する入れ子部材４３５のインサートが行われる。入れ子部材４３５のキャビティー１１７内に突き出た部分は、キャビティー１１７の一部を構成する。なお、キャビティー１１７及び挿入孔１１８のいずれか一方又は両方は、切削処理ではなく、第１工程における積層体の造形時に、三次元造形されてもよい。キャビティー１１７及び挿入孔１１８の両方が三次元造形される場合、第２工程では、入れ子部材４３５のインサートのみが行われてもよい。また、第２工程では、入れ子部材４３５のインサートは行わず、切削処理のみ行われてもよい。

第２工程では、キャビティー１１７や挿入孔１１８だけではなく、積層体４５０の表面や側面が切削されてもよい。本実施形態では、ベースプレート４３０の外周に、第１側面４３６及び第２側面４３７によって段差が形成されているので、積層体４５０の側面の切削時に、切削工具３２１がベースプレート４３０に接触することを抑制することができる。

なお、第２工程は、第１工程が完了した後に限らず、例えば、第１工程において積層体４５０の一部が造形されたタイミングで実行されてもよい。例えば、一定の厚みの層が造形される毎に、第２工程が実行されて切削処理が行われてもよい。

また、第２工程では、切削処理や入れ子部材４３５のインサートに先立ち、ベースプレート４３０からは、全ての第２部材４３２が取り外されてもよいし、切削処理や入れ子部材４３５のインサートに影響する第２部材４３２だけが取り外されてもよい。つまり、第２部材４３２が複数の部材を備えている場合には、そのうちの少なくとも１つの部材を取り外せばよい。

第２工程が実行された後、図８の第３工程では、積層体４５０が造形されたベースプレート４３０を、モールドベースに組み込み、成形型４００を製造する。

図１２及び図１３は、第３工程において組み立てられた成形型４００を示す図である。図１２には、可動型４２０のパーティング面側の斜視図を示し、図１３には、その反対側の斜視図を示している。図１３に示した斜視図は、モールドベース４４０を、ベースプレート４３０の底面に対応する位置で切断した断面を示している。

上記第３工程では、金属製のモールドベース４４０を用意し、そのモールドベース４４０に設けられた第２開口４４１に、積層体４５０が造形されたベースプレート４３０を組み込む。こうすることにより、モールドベース４４０、ベースプレート４３０、及び積層体４５０を有する成形型４００が組み立てられる。モールドベース４４０に設けられた第２開口４４１の形状は、ベースプレート４３０が嵌まる形状、より詳しくは、ベースプレート４３０の第１側面４３６と嵌合する形状になっている。

図１２及び図１３に示すように、本実施形態では、ベースプレート４３０の２つの第１開口４３３のうち、積層体４５０が造形されていない側の第１開口４３３には、第２部材４３２が組み込まれ、積層体４５０が造形されている側の第１開口４３３には、第２部材４３２が組み込まれていない。このように、積層体４５０が造形されている側の第１開口４３３に、第２部材４３２を組み込まないことで、第１開口４３３内に、入れ子部材４３５やエジェクターピン４０８を自由に配置することができる。なお、第３工程では、積層体４５０が造形され、全ての第２部材４３２が取り外されたベースプレート４３０を、モールドベース４４０の第２開口４４１に組み込んでもよい。言い換えれば、第３工程では、積層体４５０が造形され、ベースプレート４３０から全ての第２部材４３２が取り外された第１部材を、モールドベース４４０の第２開口４４１に組み込んでもよい。

図１４は、可動型４２０の断面構造を模式的に示す図である。図１５は、支持板４０９の平面図である。図１４に示すように、モールドベース４４０は、第２開口４４１の底に底部４４４を有している。上述した第３工程では、第１部材４３１の底面４３９に形成された孔と、モールドベース４４０の底部４４４に形成された孔とに、挿通部材４４６を挿通することで第１部材４３１とモールドベース４４０とが固定される。挿通部材４４６は、例えば、ボルトやネジである。なお、他の実施形態では、例えば、モールドベース４４０の第２開口４４１側から第１部材４３１を押さえつける部材を配置することによって、第１部材４３１をモールドベース４４０に固定してもよい。

モールドベース４４０の底部４４４には複数のスリット孔４４５が形成されている。また、図１５に示すように、エジェクターピン４０８を支持する支持板４０９にも、スリット孔４４５に対応する位置に、複数のスリット孔４４９が形成されている。複数のスリット孔４４５，４４９は、長尺方向を揃えて、平行に並べられている。これらのスリット孔４４５，４４９には、エジェクターピン４０８が挿入される。エジェクターピン４０８は、スリット孔４４５，４４９の長尺方向において、任意の位置に位置決めすることができる。そのため、キャビティー１１７における挿入孔１１８Ａの配置自由度を高めることができる。なお、本実施形態では、モールドベース４４０の底部４４４及び支持板４０９には、スリット孔が形成されているが、孔の形状はこれに限らず、例えば、矩形状や丸状の多数の孔が底部４４４及び支持板４０９に形成されていてもよい。

以上のようにして製造された成形型４００は、図１に示した射出成形装置１０に取り付けられ、射出成形に用いられる。射出成形において用いられる原材料は、積層体４５０の材料よりも耐熱性が低い樹脂材料であることが好ましい。耐熱性が低いとは、ガラス転移点又は融点が低いことをいう。例えば、積層体４５０の材料がＰＢＩであれば、射出成形に用いられる材料として、例えば、ＰＥＥＫやＰＰＳ、ＰＯＭ、ＡＢＳを用いることができる。また、積層体４５０の材料がＰＥＥＫであれば、射出成形に用いられる材料として、ＰＰＳやＰＯＭ、ＡＢＳを用いることができる。また、積層体４５０の材料がＰＰＳであれば、射出成形に用いられる材料として、ＰＯＭやＡＢＳを用いることができる。

以上で説明した第１実施形態によれば、ベースプレート４３０上に直接的に造形材料を吐出して積層体４５０を造形し、その積層体４５０をベースプレート４３０とともに、モールドベース４４０に設けられた第１開口４３３に組み込みことで成形型４００を製造する。積層体４５０を別途作成してベースプレート４３０やモールドベース４４０に固定する場合には、積層体４５０の、ベースプレート４３０やモールドベース４４０に対する取り付け面を精度良く加工する必要があるが、本実施形態では、上記のとおり、ベースプレート４３０上に積層体４５０を直接的に造形するため、取り付け面に対する加工が不要である。そのため、積層体４５０を備える成形型４００を簡便に製造できる。

また、本実施形態では、第２工程において、複数の第２部材４３２のうちの少なくとも一部を取り外して切削処理及び入れ子部材４３５のインサートを行い、第３工程では、積層体４５０が造形され、一部の第２部材４３２が取り外されたベースプレート４３０を、モールドベース４４０の第２開口４４１に組み込む。そのため、第２部材４３２が取り外された部分に対して、切削処理を行ったり、入れ子部材４３５のインサートを行ったり、エジェクターピン４０８を配置することができる。

また、本実施形態では、第１部材４３１の積層体４５０が造形される造形面４３８は、複数の貫通孔４３４を有している。そのため、積層体４５０がベースプレート４３０から剥がれることを抑制できる。特に、本実施形態では、複数の貫通孔４３４は、積層体４５０が造形される造形面４３８に向かって、開口面積が小さくなる形状を有しているので、ベースプレート４３０に対する積層体４５０の密着度をより効果的に高めることができる。

また、本実施形態では、ベースプレート４３０の側面は、第１側面４３６と、第１側面４３６よりも積層体４５０が造形される造形面４３８に近い第２側面４３７を有し、第１側面４３６は、第２側面４３７よりもベースプレート４３０の中心から離れている。そのため、切削工具がベースプレート４３０の側面に接触することを抑制でき、積層体４５０の側面を容易に切削できる。

また、本実施形態では、第２部材４３２の積層体４５０が造形される面は、凹部又は貫通孔４３４を有していない。そのため、第２部材４３２上に積層される積層体４５０の造形精度を高めることができる。また、第２部材４３２をベースプレート４３０から容易に取り外すことができる。

また、本実施形態では、モールドベース４４０は、第２開口４４１の底に底部４４４を有し、底部４４４は、複数のスリット孔４４５を有している。そのため、スリット孔４４５を通るエジェクターピン４０８の配置自由度を高めることができる。

また、本実施形態では、第１部材４３１の積層体４５０が造形される造形面４３８とは反対側の面に形成された孔と、モールドベース４４０に形成された孔とに、挿通部材４４６を挿通することで第１部材４３１とモールドベース４４０とを固定する。そのため、ベースプレート４３０とモールドベース４４０とを強固に接合でき、これにより成形品質を向上させることができる。また、モールドベース４４０の底部４４４側から、第１部材４３１とモールドベース４４０とを固定することができるため、モールドベース４４０の底部４４４とは反対側から、つまり積層体４５０側から第１部材４３１とモールドベース４４０とを固定する場合と比較して、固定するためのスペースを積層体４５０側に確保する必要がなく、積層体４５０の設計自由度を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、積層体４５０の使用後には、ベースプレート４３０から積層体４５０を除去することができるので、これにより、ベースプレート４３０を再利用することができる。

また、本実施形態では、積層体４５０が、樹脂を主成分とする造形材料を用いて造形される。そのため、樹脂の断熱効果によって、射出成形時に、可塑化材料がキャビティー１１７内で急冷されることを抑制できる。そのため、成形品にヒケが生じることを抑制できる。

Ｂ．第２実施形態：
図１６は、第２実施形態におけるベースプレート４３０の第１部材４３１Ｂを示す斜視図である。図１７は、第１部材４３１に形成された貫通孔４３４Ｂの断面構造を示す図である。第２実施形態は、第１部材４３１に対する積層体４５０の固定方法が第１実施形態と異なる。

第１実施形態では、図７に示したように、第１部材４３１には、逆テーパー状の貫通孔４３４が形成されている。これに対して、第２実施形態では、図１６及び図１７に示すように、第１部材４３１の造形面４３８側に円柱状の第１穴４６１が形成され、第１部材４３１の底面４３９側の第１穴４６１に対応する位置に円柱状の第２穴４６２が形成され、第１穴４６１と第２穴４６２との挟まれた部分に、第１穴４６１及び第２穴４６２よりも小径な貫通孔４３４Ｂが形成されている。

第２実施形態において、第１部材４３１Ｂは、複数の貫通孔４３４Ｂに挿通されて積層体４５０を第１部材４３１Ｂに固定するための着脱可能な固定部材４６３を備えている。固定部材４６３は、本実施形態ではネジである。

第２実施形態では、第１実施形態で説明した第１工程、すなわち、ベースプレート４３０上に積層体４５０を造形する工程は、固定部材４６３が第２穴４６２側から貫通孔４３４Ｂに挿入された状態で行われる。こうすることにより、積層体４５０の造形時に、造形材料が固定部材４６３の第１穴４６１に押しつけられ、ネジ形状が積層体４５０に転写される。

以上で説明した第２実施形態によれば、積層体４５０が固定部材４６３によって第１部材４３１に固定されるので、積層体４５０が浮く方向と沈む方向の両方の方向に移動することを抑制できる。そのため、ベースプレート４３０に対する積層体４５０の密着度を高めることができる。また、本実施形態では、第１穴４６１が逆テーパー状ではなく円柱状であるため、固定部材４６３を積層体４５０から取り外せば、積層体４５０を第１部材４３１から容易に引き剥がすことができる。また、本実施形態では、固定部材１６３の周りに第１穴４６１が設けられているので、固定部材１６３に向かって造形材料が流れ込みやすい。

なお、第２実施形態では、着脱可能な固定部材４６３によって積層体４５０が第１部材４３１に固定されればよく、第１穴４６１と第２穴４６２とのいずれか一方又は両方は省略されてもよい。

Ｃ．他の実施形態：
（Ｃ－１）ベースプレート４３０を構成する第１部材４３１の形状は、第１実施形態に示した形状に限られない。図１８には、第１部材４３１の他の形状の例を示している。図１８の例（Ａ）には、第１開口４３３が１つの場合の第１部材４３１を示している。例（Ｂ）には、第１開口４３３が同一方向に３つ並ぶ第１部材４３１を示している。例（Ｃ）には、第１開口４３３が横方向に２つ、縦方向に２つの計４つ並ぶ第１部材４３１を示している。このように、第１部材４３１の形状は様々な形状とすることが可能である。

（Ｃ－２）上記実施形態において、射出成形装置１０及び三次元造形装置３００は、フラットスクリューを用いて、材料の可塑化を行う。これに対して、射出成形装置１０及び三次元造形装置３００は、フラットスクリューではなく、インラインスクリューを用いて材料を可塑化してもよい。

（Ｃ－３）上記実施形態において、三次元造形装置３００としては、熱溶解積層法や、粉末焼結積層造形法、光造形法、インクジェット法など、種々の三次元造形方式を採用する装置を用いることができる。

（Ｃ－４）上記実施形態では、ベースプレート４３０の形状が、モールドベース４４０の第１開口４３３に嵌合する形状であるものとした。これに対して、ベースプレート４３０の形状は、開口４４１よりも小さな形状であってもよい。

（Ｃ－５）上記実施形態では、可動型４２０の製造方法を説明したが、固定型４１０についても同様に製造可能である。ただし、固定型４１０については、エジェクターピン４０８が通る挿入孔１１８ではなく、第１ノズル１１４から射出される可塑化材料をキャビティー１１７に導くゲート部を、造形ユニット３１０又は切削ユニット３２０により積層体４５０に形成する。

（Ｃ－６）上記実施形態において、成形型４００として使用した後のキャビティー１１７を有する積層体４５０を切削することによって、異なる形状のキャビティー１１７を有する積層体４５０を新たに形成してもよい。この場合、第１工程における層の積層を省略することができ、成形型４００を有効に再利用することができる。

Ｄ．他の形態：
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、以下に記載する各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

（１）本開示の第１の形態によれば、射出成形装置に用いられる成形型の製造方法が提供される。この製造方法は、第１開口が形成された第１部材、及び、前記第１開口に組み込まれる第２部材を有するベースプレート上に、造形材料を吐出して層を積層することで前記成形型の一部となる積層体を造形する第１工程と、前記積層体の少なくとも一部が造形された前記ベースプレートから前記第２部材を取り外して、少なくとも一部が造形された前記積層体に、切削処理、及び、入れ子部材のインサートの少なくともいずれかを行う第２工程と、前記第２工程の後に実行され、前記積層体が造形された前記ベースプレート、又は、前記積層体が造形され、全ての前記第２部材が取り外された前記ベースプレートを、モールドベースに設けられた第２開口に組み込み、前記成形型を製造する第３工程と、を有する。
このような形態の成形型の製造方法であれば、モールドベースに組み込むベースプレート上に直接的に積層体を造形するため、積層体の、ベースプレートやモールドベースへの取り付け面に対する加工が不要になる。そのため、積層体を備える成形型を簡便に製造できる。

（２）上記形態において、前記第２部材は複数の部材を有し、前記第２工程では、前記複数の部材のうち少なくとも１つの部材を取り外して、前記切削処理及び前記インサートの少なくともいずれかを行ってもよい。このような形態によれば、第２部材が取り外された部分に対して、入れ子部材やエジェクターピンを配置することができる。

（３）上記形態において、前記第１部材の前記積層体が造形される面は、複数の凹部又は複数の貫通孔を有してもよい。このような形態によれば、積層体がベースプレートから剥がれることを抑制できる。

（４）上記形態において、前記複数の凹部又は前記複数の貫通孔は、前記積層体が造形される前記面に向かって、開口面積が小さくなる形状を有してもよい。このような形態によれば、ベースプレートに対する積層体の密着度を高めることができる。

（５）上記形態において、前記第１部材は、前記複数の貫通孔に挿通されて前記積層体を前記第１部材に固定するための着脱可能な固定部材を備えてもよい。このような形態によれば、ベースプレートに対する積層体の密着度を高めることができる。

（６）上記形態において、前記ベースプレートの側面は、第１側面と、前記第１側面よりも前記積層体が造形される面に近い第２側面を有し、前記第１側面は、前記第２側面よりも前記ベースプレートの中心から離れていてもよい。このような形態によれば、積層体の側面を容易に切削できる。

（７）上記形態において、前記第２部材の前記積層体が造形される面は、凹部又は貫通孔を有していなくてもよい。このような形態によれば、積層体の造形精度を高めることができる。

（８）上記形態において、前記モールドベースは、前記第２開口の底に底部を有し、前記底部は、複数のスリット孔を有してもよい。このような形態によれば、スリット孔を通るエジェクターピンの配置自由度を高めることができる。

（９）上記形態において、前記第３工程では、前記第１部材の前記積層体が造形される面とは反対側の面に形成された孔と、前記モールドベースに形成された孔とに、挿通部材を挿通することで前記第１部材と前記モールドベースとを固定してもよい。このような形態によれば、ベースプレートとモールドベースとを強固に接合できる。

（１０）本開示の第２の形態によれば、射出成形装置に用いられる成形型が提供される。この成形型は、第１部材を有するベースプレートであって、第２部材が組み込まれる第１開口が前記第１部材に形成された、ベースプレートと、前記ベースプレート上に造形された積層体と、第２開口を有するモールドベースと、を備え、前記モールドベースの前記第２開口に、前記積層体が造形された前記ベースプレートが組み込まれている。

１０…射出成形装置、１０１…収容部、１１０…可塑化装置、１１１…第１フラットスクリュー、１１２…第１バレル、１１３…第１ヒーター、１１４…第１ノズル、１１５…スクリュー駆動部、１１６…流出孔、１１７…キャビティー、１１８…挿入孔、１２０…射出制御機構、１２１…射出シリンダー、１２２…プランジャー、１２３…プランジャー駆動部、１２４…逆止弁、１３０…型締装置、１３１…成形型駆動部、１３２…ボールネジ、２０１…溝形成面、２０２…溝、２０３…材料投入口、２０４…凸条部、２０５…中央部、２１１…案内溝、２１２…対向面、３００…三次元造形装置、３０９…第２ヒーター、３１０…造形ユニット、３１１…第２ノズル、３１２…材料供給部、３１３…可塑化部、３１４…吐出部、３１５…材料供給路、３１６…第２フラットスクリュー、３１７…第２バレル、３１８…吐出量調整部、３１９…バルブ駆動部、３２０…切削ユニット、３２１…切削工具、３３０…ステージ、３４０…移動機構、３５０…制御部、４００…成形型、４０６…支持棒、４０７…押出機構、４０８…エジェクターピン、４０９…支持板、４１０…固定型、４１１…バネ、４１２…押出板、４１３…スラストベアリング、４２０…可動型、４３０…ベースプレート、４３１…第１部材、４３２…第２部材、４３３…第１開口、４３４…貫通孔、４３５…入れ子部材、４３６…第１側面、４３７…第２側面、４３８…造形面、４３９…底面、４４０…モールドベース、４４１…第２開口、４４４…底部、４４５…スリット孔、４４６…挿通部材、４４９…スリット孔、４５０…積層体、４６１…第１穴、４６２…第２穴、４６３…固定部材

Claims (10)

1. 射出成形装置に用いられる成形型の製造方法であって、
   第１開口が形成された第１部材、及び、前記第１開口に組み込まれる第２部材を有するベースプレート上に、造形材料を吐出して層を積層することで前記成形型の一部となる積層体を造形する第１工程と、
   前記積層体の少なくとも一部が造形された前記ベースプレートから前記第２部材を取り外して、少なくとも一部が造形された前記積層体に、切削処理、及び、入れ子部材のインサートの少なくともいずれかを行う第２工程と、
   前記第２工程の後に実行され、前記積層体が造形された前記ベースプレート、又は、前記積層体が造形され、全ての前記第２部材が取り外された前記ベースプレートを、モールドベースに設けられた第２開口に組み込み、前記成形型を製造する第３工程と、を有する、
   成形型の製造方法。
2. 請求項１に記載の成形型の製造方法であって、
   前記第２部材は複数の部材を有し、
   前記第２工程では、前記複数の部材のうち少なくとも１つの部材を取り外して、前記切削処理及び前記インサートの少なくともいずれかを行う、成形型の製造方法。
3. 請求項１に記載の成形型の製造方法であって、
   前記第１部材の前記積層体が造形される面は、複数の凹部又は複数の貫通孔を有する、成形型の製造方法。
4. 請求項３に記載の成形型の製造方法であって、
   前記複数の凹部又は前記複数の貫通孔は、前記積層体が造形される前記面に向かって、開口面積が小さくなる形状を有する、成形型の製造方法。
5. 請求項３に記載の成形型の製造方法であって、
   前記第１部材は、前記複数の貫通孔に挿通されて前記積層体を前記第１部材に固定するための着脱可能な固定部材を備える、成形型の製造方法。
6. 請求項１に記載の成形型の製造方法であって、
   前記ベースプレートの側面は、第１側面と、前記第１側面よりも前記積層体が造形される面に近い第２側面を有し、前記第１側面は、前記第２側面よりも前記ベースプレートの中心から離れている、成形型の製造方法。
7. 請求項１に記載の成形型の製造方法であって、
   前記第２部材の前記積層体が造形される面は、凹部又は貫通孔を有さない、成形型の製造方法。
8. 請求項１に記載の成形型の製造方法であって、
   前記モールドベースは、前記第２開口の底に底部を有し、
   前記底部は、複数のスリット孔を有する、成形型の製造方法。
9. 請求項１に記載の成形型の製造方法であって、
   前記第３工程では、前記第１部材の前記積層体が造形される面とは反対側の面に形成された孔と、前記モールドベースに形成された孔とに、挿通部材を挿通することで前記第１部材と前記モールドベースとを固定する、成形型の製造方法。
10. 射出成形装置に用いられる成形型であって、
    第１部材を有するベースプレートであって、第２部材が組み込まれる第１開口が前記第１部材に形成された、ベースプレートと、
    前記ベースプレート上に造形された積層体と、
    第２開口を有するモールドベースと、を備え、
    前記モールドベースの前記第２開口に、前記積層体が造形された前記ベースプレートが組み込まれている、成形型。