JP2002210782A - 円筒形状プラスチック成形品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】円筒形状プラスチック成形品の成形品形状の制
約を受けることなく、寸法精度が高く、強度に優れた円
筒形状プラスチック成形品が得られるような成形品の形
状構造を工夫すること。 【解決手段】円筒形状外周部に転写部を有しかつ、リム
を有する円筒形状プラスチック成形品において、前記リ
ム部裏側、ウエブ部もしくはその両者に不完全転写部が
形成され、かつ転写部のある外周部に隣接するリム側端
部の薄肉部の厚さｔと転写部の幅ｗの割合が０．０１≦
ｔ／ｗ≦０．２であるようにしたこと。リムの側端部に
上記厚さｔの薄肉部とリムの肉厚部との間に幅方向の段
差があり、上記薄肉部が金型内で半径方向に保持された
状態で成形される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、歯車、プーリーなど
の動力駆動用成形品をはじめとする円筒形状を有する高
精度なプラスチック成形品の形状構造及びその製造方法
に関するものであり、成形品の微細な歪みを確実に抑制
しつつ転写面にヒケが生じることを確実に防止できるも
のである。

【０００２】

【従来技術】動力駆動用部品の１つであるプラスチック
歯車は金属歯車と比較して自己潤滑性、低騒音、軽量、
耐腐食性、量産性等に優れているため、複写機、プリン
ター等の精密機械の動力伝達部に使用されている。通常
の射出成形機にてこれらの歯車を成形した場合、歯面中
央部と側端部では冷却固化速度に差があり、このために
冷却収縮差を生じ、その結果、図１に示すように、歯面
中央部にヒケが発生してしまう問題がある。この歯面中
央のひけが仮に微小であっても、伝動面のヒケであるか
ら電動特性（円滑性）に大きな影響を与え、複写機など
の光学機器の場合、その性能に大きな影響を与えること
になる。上記ヒケによる問題を解決する方法として、移
動駒をキャビティ内に突出させてキャビティ内に圧縮力
をかけ、これにより歯面の密度分布を高める圧縮成形が
知られている（特開昭６３−１１４６１４号公報）。し
かしこの従来方法においては、圧縮力を歯面に均一にか
けることが難しいため、樹脂の急冷固化による温度分
布、圧力分布の影響が大きく、圧縮時に圧縮方向と直行
する方向に圧力の偏りが存在し、また圧縮力を外周方向
に均一に動かすことは難しいため、高精度の成形品は得
られない。また、最近ではガスアシスト成形法を用い
て、歯面中央部にヒケが生じるのを防止しようとする方
法が提案されている（特開平６−１８２８２１号公報、
特開平８−２５５２０号公報）。この方法においては成
形品内部に中空部が形成されるため、成形品が強度不足
になるとともに、中空部を形成するために成形品形状を
必要以上に大きくしなくてはならないといった問題があ
る。

【０００３】

【解決しようとする課題】そこで、この発明は、成形品
形状の制約を受けることなく、寸法精度が高く、強度に
優れた円筒形状プラスチック成形品が得られるような成
形品の形状構造を工夫することをその課題とするもので
ある。

【０００４】

【課題解決のために講じた手段】上記課題解決のために
講じた手段は次のとおりである。

【解決手段１】（請求項１に対応）円筒形状外周部に転
写部を有しかつ、リムを有する円筒形状プラスチック成
形品において、前記リム部裏側、ウエブ部もしくはその
両者に不完全転写部が形成され、かつ転写部のある外周
部に隣接するリム側端部の薄肉部の厚さｔと転写部の幅
ｗの割合が０．０１≦ｔ／ｗ≦０．２であるようにした
こと。

【０００５】

【作用】リムの側端部に上記厚さｔの薄肉部とリムの肉
厚部との間に幅方向の段差があり、上記薄肉部が金型内
で半径方向に保持された状態で成形される。リムの外周
転写部が冷却固化した状態でヒケが誘導される他の部分
の冷却固化に伴う収縮力によってリム側端部が半径方向
内方に引っ張られて変形する傾向を生じるが、リム側端
部の薄肉部が金型に半径方向に保持されているので、上
記の半径方向内方への引っ張り力によって変形すること
が金型によって阻止され、この状態で成形される。した
がって、円筒形状プラスチック成形品の外周転写部は高
い形状精度で成形される。そして、上記の薄肉部の厚さ
ｔのリムの外周転写部の幅ｗとの割合ｔ／ｗが、０．０
１≦ｔ／ｗ≦０．２であるとき、上記効果が最も顕著で
あることが実験的に確認された。

【０００６】

【解決手段２】（請求項２に対応）解決手段１における
前記リム厚みｔと転写部の幅ｗの割合が０．０１≦ｔ／
ｗ≦０．２である領域ｈが、リムの側端部から幅方向内
方に０．５ｍｍ以上あるようにしたこと。

【０００７】

【作用】上記領域ｈがリムの側端部から幅方向内方に
０．５ｍｍ未満であるときは、厚さｔの薄肉部による、
上記のリムの外周転写部の半径方向内方への変形に対す
る金型による上記保持が必ずしも十分ではないが、領域
ｈがリム側端部から幅方向内方に０．５ｍｍ以上である
とき、解決手段１の上記作用を確実に生じる。

【０００８】

【解決手段３】（請求項３に対応）解決手段１又は解決
手段２における前記リム側端部の肉薄部が、転写部と対
抗するリム部裏側に設けられた切り欠きによって形成さ
れていること。

【解決手段４】（請求項４に対応）解決手段１又は解決
手段２における前記リム側端部の肉薄部が、転写部のあ
る外周面と隣接する側端面に凹部を設けることによって
形成されていること。

【解決手段５】（請求項５に対応）解決手段１又は解決
手段２における前記リム側端部の肉薄部が、転写部のあ
る外周面と隣接する側端面に凸部を設けることによって
形成されていること。

【解決手段６】（請求項６に対応）解決手段１乃至解決
手段５における前記リム部の厚みの幅方向における変化
が緩やかで急激にならないようにしたこと。

【解決手段７】（請求項７に対応）解決手段１乃至解決
手段６における前記リム内周部に設けられた切り欠き部
もしくは、凹部、凸部に成形品抜け方向と順方向に抜き
勾配が設けられていること。

【解決手段８】（請求項８に対応）請求項１乃至請求項
７における前記リム内周部に設けられた切り欠き及びリ
ム側端部に設けられた凸部もしくは凹部が併せて形成さ
れていること。

【０００９】

【解決手段９】（請求項９に対応）解決手段１乃至解決
手段８における前記不完全転写部を形成するための円筒
形状プラスチック成形品製造方法について、金型外部か
らキャビティ内に圧縮気体を導入すること。

【００１０】

【解決手段１０】（請求項１０に対応）解決手段１乃至
解決手段８の円筒形状プラスチック成形品における転写
面と対抗する位置にあるリム部裏側とウエブ部との境界
に不完全転写部を形成させる方法として、成形中にキャ
ビティの１部（可動駒等）を樹脂から離反させること。

【００１１】

【解決手段１１】（請求項１１に対応）解決手段１乃至
解決手段１０における円筒形状プラスチック成形品がプ
ラスチック歯車であること。なお、上記解決手段３乃至
１１の作用は次の実施の形態の説明及び発明の効果の説
明において明らかにする。

【００１２】

【実施の形態】次いで、図面を参照しつつ、この発明の
実施の形態を説明する。この実施例の円筒形状プラスチ
ック成形品の基本形状は図１に示すものと同じである。
そして、この円筒形状プラスチック成形品の円筒状の外
周転写部の幅ｗと、当該外周転写部に隣接する位置のリ
ム厚さｔとの割合ｔ／ｗが、０．０１乃至０．２になる
ように、リムの側端部の内周部が切り欠かれている。さ
らに、リム外周の転写面の反対側に位置する成形品リム
部裏面及びウエブ部のつけ根にまたがって、成形金型の
不完全転写によって形成されたヒケが存在する。これに
より、不完全転写部によってヒケがリム部裏側に優先的
に発生させられるので、その分の樹脂が転写面側に引っ
張られて補充されるので、図１に示すように転写面中央
部にヒケを発生せることが防止される。しかし、図３に
示すように、金型内に成形品があることを想定する場
合、このままでは前記非転写部に形成されるヒケ部は金
型と接していない空隙となり、成形品の冷却過程ではそ
の空隙部に成形品から供給される熱がこもるため温度が
上昇する。このため、成形品の特にリム部での空隙に近
い部分と遠い部分とでその熱収縮量に差が生じ、熱収縮
量の差によりリムに歪みが生じ、その結果、図４に示す
ようにリムの側端部が半径方向内方に図示のΔだけ変形
する。そして種々検討を重ねた結果、前記変形量Δは歯
幅ｗが短いほど少なく、またリム厚ｔが薄いほど成形品
リム部の急冷固化が速くて変形量Δは少なくなり、リム
厚ｔと歯幅ｗの割合ｔ／ｗと変形量Δとが相関すること
が判明した（図５）。そして、０．０１≦ｔ／ｗ≦０．
２とすることで変形量Δを３０μｍ以下に抑制すること
ができ、さらに、リム厚ｔが０．０１≦ｔ／ｗ≦０．２
となる領域の長さ（図２におけるｈ：実施例１において
は切り欠きの長さに相当する）がリム側端面から幅方向
内方に０．５ｍｍ以上あれば、リム変形抑制効果が顕著
であることが判明した。このことを勘案すれば、他のリ
ム部の厚さ（図２における厚さＴ）を、リムの上記変形
抑制とは関わりなく肉厚にすることが可能であり、した
がって、高強度の円筒形状の成形品を製造することが可
能となる。図６に示す実施例２の場合は、リム側端面に
Ｕ形のへこみ部（凹部）を設け、この凹部と外周の転写
部との間の肉厚ｔを０．０１≦ｔ／ｗ≦０．２の範囲の
ものとし、上記凹部の深さｈをｈ≧０．５ｍｍとするこ
とで、上記のとおりのリム部の変形を防ぐことができ
る。

【００１３】なお、図２においてリムにおける厚さｔの
薄肉部ｔから厚さＴの厚肉部へ、その厚さが階段状に急
激に変化すると、厚さｔの薄肉部分と厚さＴの厚肉部と
の間での熱収縮量に著しい差が生じる。このため、上記
肉薄部と肉厚部との境界における形状精度が低下する。
その場合は、図７（切り欠きによる場合）、図８（リム
側端面の凹部による場合）に示すようにリムの肉厚ｔの
薄肉部から肉厚Ｔの厚肉部へ肉厚が変化するところをテ
ーパ形状として、薄肉部と厚肉部との境界における肉厚
変化を可及的に緩やかにすることで上記の熱収縮量の差
に起因する面精度の低下を防ぐことができる。また、上
記の境界における肉厚の変化を可及的に緩やかにする方
法として、上記のテーパ構造に限らず図９に示すように
Ｒ形状としたり、あるいは段階的な複数のテーパで構成
したりする方法も可能である。さらに、図１０に示すよ
うに、転写外周面に隣接するリム側端面からリム幅方向
にｈ≧０．５ｍｍの範囲でｔ／ｗ≦０．２を満たすので
あれば、リム内周面を１つのテーパ面で構成したもので
もよい。

【００１４】図１１に示す実施例３の場合は、リム部の
側端面に凸形状となる部分を設け、その凸部の肉厚ｔと
外周の転写部の幅ｗの割合を０．０１≦ｔ／ｗ≦０．２
とし、その凹部の深さｈをｈ≧０．５ｍｍとすることで
上記のようなリム部の変形を防ぐことができる。この場
合、薄肉ｔの凸部と肉厚Ｔの部分との間に急激な肉厚変
化があってそのために熱収縮量に差を生じるとしても、
肉厚ｔの凸部には転写面が存在しないので、図７、図
８、図９に示したテーパ形状の場合のような考慮をする
必要はない。さらに、実施例１、実施例２、実施例３に
おいて切り欠き部、凹部、凸部を形成した場合、肉厚が
小さくなるため、成形品離型時の金型へのいわゆる「と
られ」によって変形する場合がある。この場合は、図１
２に示すように成形品抜け方向に勾配を設けることでこ
の問題を防ぐことができる。なお、図１３に示す実施例
４のように、切り欠き部と凸部もしくは凹部を設けるこ
とを併用してもよく、それにより転写面の変形を抑制す
る効果を一層向上させることができる。

【００１５】図１４、図１５は成形品の製造方法にかか
るこの発明の実施例である。図１４に本発明の製造方法
の実施例１のプラスチック成形金型の断面構成概略図を
示している。所定容積の円筒形状キャビティを画成する
外周部に転写部を有し、前記キャビティ内の成形品リム
部もしくはウエブ部の任意の場所に金型外部に連通され
た連通口が設けられおり、金型外に設置させられた気体
発生源と連結されている。次いでこの実施例１の作動に
ついて説明する．図１４に示したキャビティ内に溶融樹
脂が図示しないゲートを介して射出充填され、キャビテ
ィ内に発生する樹脂圧力によって転写面が成形品に転写
され、冷却固化して成形品が成形される。成形品が冷却
固化する過程で、樹脂圧力が所定の圧力になった時、気
体供給源を作動させて、成形品ウエブ部に開口している
連通口より圧縮気体を樹脂に吹き付けることにより、樹
脂とキャビティ壁面の間に強制的に空隙を形成し、この
空隙によって当該空隙に面する位置にヒケを誘導して形
成させる。このようにヒケを誘導することによって、上
記のように成形品の上記非転写部の樹脂が引っ張られ
て、その分、転写外周部に補充されるので、図１に示す
ようにリム中央部にヒケが生じることが防止される。

【００１６】図１５に本発明の製造方法にかかる実施例
２のプラスチック成形金型の断面構成概略図を示してい
る。所定容積の円筒形状キャビティを画成する外周部に
転写部を有し、前記キャビティ内の成形品リム部もしく
はウエブ部の任意の場所に移動可能な可動駒を設けてい
る。可動駒には金型外に設けられた圧力制御装置と連結
されている。次いで、この実施例２の作動について説明
する．図１５に示したキャビティ内に溶融樹脂がゲート
（図示なし）を介して射出充填され、キャビティ内に発
生する樹脂圧力によって転写面が成形品に転写され、冷
却固化して成形品が成形される。前記可動駒は前記圧力
制御装置と連結されており、キャビティ内に溶融樹脂を
射出充填する際にキャビティ内に発生する最大樹脂圧力
以上の圧力が前記可動駒に付与され、前記樹脂圧力によ
って可動駒が移動しないように固定されている。キャビ
ティ内に射出充填された樹脂の冷却固化が進み、樹脂圧
力が所定圧力になった時点で可動駒を後退させて（図１
５における矢印方向）成形面から離間させ、可動駒と成
形品キャビティ面との間に強制的に空隙を形成させる。
成形品の上記空隙に接する部分はキャビティ面に拘束さ
れることのない自由面となるので、その部分に優先的に
ヒケが形成される。これにより、上記のように成形品の
非未転写部の樹脂が引かれて、その分、転写外周部に補
充されるので、図１に示すようにリム中央部にヒケが生
じることが防止される。なお、図１５では右半分が可動
駒の移動前形態、左半分が可動駒移動後の形態を示して
いる。

【００１７】リムの変形を阻止するためにリム側端部に
凸部、凹部を複数設けてよく、そうすることにより、そ
の高さ、深さを、凸部、凹部が一つの場合に比して低減
できる。しかし、この場合は金型の構造が複雑になるの
で、凸部、凹部がいずれか一つの場合に比して実用上の
格別の利点はない。

【００１８】なお、この発明における円筒形状プラスチ
ック成形品がプラスチック歯車であるとき、この発明に
より回転伝達特性に優れ、高強度な歯車を製造すること
ができる。また、歯車の場合のリム厚は、図１６に示す
ように歯底からの寸法である。

【００１９】

【発明の効果】この発明の効果を請求項に係る発明毎に
整理すれば次のとおりである。 （１）請求項１に係る発明の効果 請求項１に係る発明によれば、円筒形状プラスチック成
形品のリム部裏側に不完全転写部を設けることで、リム
外周転写部の幅方向中央にヒケが生じることを防止で
き、また、リム部端部の厚みを規制することで、成形品
がリム部で変形してその形状精度が低下することを防ぐ
ことができる。

【００２０】（２）請求項２に係る発明の効果 請求項２に係る発明によれば、リム部の側端面より０．
５ｍｍの部分を除く他の部分のリム厚を厚くすることが
できるので、円筒形状プラスチック成形品の形状精度を
維持したままでその強度を向上させることができる。

【００２１】（３）請求項３に係る発明の効果 請求項３に係る発明によれば、円筒形状プラスチック成
形品のリム部の側端部に切り欠きを設けることで、成形
品がリム部で変形してその形状精度が低下することを防
ぐことができる。

【００２２】（４）請求項４に係る発明の効果 請求項４に係る発明によると、円筒形状プラスチック成
形品のリム部の側端部に凹部を設けることで、成形品が
リム部で変形してその形状精度が低下することを防ぐこ
とができる。

【００２３】（５）請求項５に係る発明の効果 請求項５に係る発明によれば、円筒形状プラスチック成
形品のリム部の側端部に凸部を設けることで、成形品が
リム部で変形してその形状精度が低下することを防ぐこ
とができる。

【００２４】（６）請求項６に係る発明の効果 請求項６に係る発明によれば、円筒形状プラスチック成
形品のリム部の厚みの変化が緩やかで急激にならないよ
うにすることで、リム部での収縮量の部分的な急激な変
化により形状精度が悪化するのを防ぐことができる。

【００２５】（７）請求項７に係る発明の効果 請求項７に係る発明によれば、成形品抜け方向にテーパ
を設けることで、離型をスムーズにして離型時の成形品
の変形を防ぐことができる。

【００２６】（８）請求項８に係る発明の効果 請求項８に係る発明によれば、円筒形状プラスチック成
形品のリム部に設けられた上記切り欠きと上記凸部とを
併用することで、成形品がリム部で変形してその形状精
度が低下することを、より確実に防ぐことができる。

【００２７】（９）請求項９に係る発明の効果 請求項９に係る発明によれば、金型外部から圧縮気体を
キャビティ内に導入することによって、所定の場所に不
完全転写部を比較的簡単容易に形成することができ、こ
れにより、リム部表面転写部の中央にヒケが生じること
を確実に防止することができる。

【００２８】（１０）請求項１０に係る発明の効果 請求項１０に係る発明によれば、円筒形状プラスチック
成形品の成形中にキャビティの一部を樹脂から離反させ
ることで、所定の正確な領域に不完全転写部を形成する
ことができ、リム部表面転写部の中央にヒケが生じるの
をより確実に防止することができる。

【００２９】（１１）請求項１１に係る発明の効果 請求項１１に係る発明によれば、本発明をプラスチック
歯車に適用することによって、回転伝達特性に優れ、高
強度な歯車を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は従来技術における円筒形状プラスチッ
ク成形品の平面図であり、（ｂ）は図１におけるＡ−Ａ
断面図である。

【図２】は円筒形状プラスチック成形品の実施例１の断
面図である。

【図３】は円筒形状プラスチック成形品のヒケをリム内
周とウエブ外周端との境界に誘導する成形金型の一例の
断面図である。

【図４】は図３の金型による円筒形状プラスチック成形
品のリムの変形状態を模式的に拡大した断面図である。

【図５】はｔ／ｗの大きさと変形量Δの大きさとの相関
グラフを示す図である

【図６】は円筒形状プラスチック成形品の実施例２の断
面図である。

【図７】は実施例２の変形例の要部拡大断面図である。

【図８】は実施例２の他の変形例の要部拡大断面図であ
る。

【図９】は実施例２のさらに他の種々の変形例の要部拡
大断面図である。

【図１０】は実施例２のさらに他の変形例の要部拡大断
面図である。

【図１１】は円筒形状プラスチック成形品の実施例３の
断面図である。

【図１２】は実施例２の変形例における抜き勾配をつけ
た変形例の重部拡大断面図である。

【図１３】は円筒形状プラスチック成形品の実施例４の
要部拡大断面図である。

【図１４】は円筒形状プラスチック成形品の製造方法の
実施例１を示す模式図である。

【図１５】は円筒形状プラスチック成形品の製造方法の
実施例２を示す模式図である。

【図１６】は解決手段１１（請求項１１に対応）の実施
例（歯車）の平面図である。

【符号の説明】

ｈ：切り欠き、凹部の深さ ｔ：薄肉部の厚さ Ｔ：リムの厚肉部の厚さ ｗ：外周転写部の幅

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畠山 寿治 東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会 社リコー内 (72)発明者 金松 俊宏 東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会 社リコー内 Ｆターム(参考） 4F202 AG07 AG28 AH12 AM32 AM33 CA11 CB01 CK11

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒形状外周部に転写部を有し、かつ、リ
   ムを有する円筒形状プラスチック成形品において、 前記リム部裏側、ウエブ部もしくはその両者に不完全転
   写部が形成され、かつ転写部のある外周部に隣接するリ
   ム側端部の厚みｔと転写部の幅ｗの割合が０．０１≦ｔ
   ／ｗ≦０．２であることを特徴とする円筒形状プラスチ
   ック成形品。
2. 【請求項２】前記リム厚みｔと転写部の幅ｗの割合が
   ０．０１≦ｔ／ｗ≦０．２である領域ｈが、リムの側端
   部より幅方向内方に０．５ｍｍ以上あることを特徴とす
   る請求項１の円筒形状プラスチック成形品。
3. 【請求項３】前記リム側端部の肉薄部が、転写部と対抗
   するリム部裏側に設けられた切り欠きによって形成され
   ていることを特徴とする請求項１又は請求項２の円筒形
   状プラスチック成形品。
4. 【請求項４】前記リム側端部の肉薄部が、転写部のある
   外周面と隣接する側端面に凹部を設けることによって形
   成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２の
   円筒形状プラスチック成形品。
5. 【請求項５】前記リム側端部の肉薄部が、転写部のある
   外周面と隣接する側端面に凸部を設けることによって形
   成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２の
   円筒形状プラスチック成形品。
6. 【請求項６】前記リム部の厚みの幅方向における変化が
   緩やかで急激にならないようにしていることを特徴とす
   る請求項１乃至請求項５の円筒形状プラスチック成形
   品。
7. 【請求項７】前記リム内周部に設けられた切り欠き部も
   しくは、凹部、凸部に成形品抜け方向と順方向に抜き勾
   配が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求
   項６の円筒形状プラスチック成形品。
8. 【請求項８】前記リム内周部に設けられた切り欠き及び
   リム側端部に設けられた凸部もしくは凹部が併せて形成
   されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７の円
   筒形状プラスチック成形品。
9. 【請求項９】前記不完全転写部を形成するために、金型
   外部からキャビティ内に圧縮気体を導入することを特徴
   とする請求項１乃至請求項８の円筒形状プラスチック成
   形品の製造方法。
10. 【請求項１０】前記転写面と対抗する位置にあるリム部
    裏側とウエブ部との境界に不完全転写部を形成させる方
    法として、成形中にキャビティの一部を樹脂から離反さ
    せることを特徴とする請求項１乃至請求項８の円筒形状
    プラスチック成形品の製造方法。
11. 【請求項１１】上記円筒形状プラスチック成形品がプラ
    スチック歯車であることを特徴とする請求項１乃至請求
    項１０のプラスチック成形品。