JP2002225092A

JP2002225092A - 弾性体を用いた成形金型及び成形方法

Info

Publication number: JP2002225092A
Application number: JP2001026154A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Kitayama; 英和北山
Original assignee: Polyplastics Co Ltd
Current assignee: Polyplastics Co Ltd
Priority date: 2001-02-01
Filing date: 2001-02-01
Publication date: 2002-08-14

Abstract

(57)【要約】【課題】特殊な成形機や金型の駆動ユニットを必要と
せずに、高精度の樹脂成形品を得る。【解決手段】金型のキャビティ面の一部に局所圧縮部
を形成し且つ局所圧縮部により成形された成形品の特定
部を圧縮するためのスライド機構部、及びスライド機構
部を金型に設けられた固定部に対してスライド可能に組
付けるための弾性体を有し、キャビティへの樹脂の充填
圧力により局所圧縮部が押されて弾性体が変形し、充填
終了後の充填圧力の減少による弾性体の回復力により押
し戻されたスライド機構部の局所圧縮部が成形品の特定
部を圧縮する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂成形品のひけ
やボイドによる精度低下を抑制するための設備費的に容
易な成形方法及びそれに使用する成形金型に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、樹脂製歯車のような高精度な樹脂
射出成形品を得るために、様々な手法が取られている
が、その一つとして射出圧縮成形が用いられている。し
かし、この成形法の場合、成形機に依存している部分が
非常に多く、複合動作が可能な特殊成形機が必要となる
という問題があった。また、外部に空圧や油圧ユニット
を設けて金型内部を圧縮する場合においても、特殊な機
構が必要となる。更に、これらの場合、一般的には、圧
縮タイミングを射出圧力と加圧力のバランスによって変
化させ、適正な条件を見出す必要があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、特殊な成形
機や金型の駆動ユニットを必要とせずに、高精度の樹脂
成形品を得ることを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、金型内に局
所圧縮部を有するスライド機構部を設け、固定部とスラ
イド機構部の間に弾性体を設けることにより、樹脂充填
時の圧力により弾性体が変形されてキャビティ体積が拡
大し、充填圧力が低下するに伴い、弾性体の回復力によ
り所望の箇所を圧縮することによって得られる成形品の
精度を詳細に研究し、かつ、これらの研究結果を総合的
に解析し、研究することにより、上記問題を解決しうる
ことを見出し、本発明を完成するに至った。

【０００５】すなわち、本発明の第１は、金型（３
０）、金型（３０）のキャビティ面の一部に局所圧縮部
（４１）を形成し且つ局所圧縮部（４１）により成形さ
れた成形品の特定部（４２）を圧縮するためのスライド
機構部（３６）、及びスライド機構部（３６）を金型
（３０）に設けられた固定部（３７）に対してスライド
可能に組付けるための弾性体（３４）からなり、キャビ
ティへの樹脂の充填圧力により局所圧縮部（４１）が押
されて弾性体（３４）が変形し、充填終了後の充填圧力
の減少による弾性体（３４）の回復力により押し戻され
たスライド機構部（３６）の局所圧縮部（４１）が成形
品の特定部（４２）を圧縮することを特徴とする樹脂成
形用金型を提供する。本発明の第２は、弾性体（３４）
がバネ類、流体バネ類、ゴム類、複合材料バネ類、又は
これらの組み合わせである本発明の第１記載の樹脂成形
用金型を提供する。本発明の第３は、成形品が樹脂歯車
である本発明の第１又は２に記載の樹脂成形用金型を提
供する。本発明の第４は、特定部（４２）が樹脂歯車の
ウエブである本発明の第３に記載の樹脂成形用金型を提
供する。本発明の第５は、本発明の第１〜４のいずれか
に記載の樹脂成形用金型を使用した成形方法を提供す
る。本発明の第６は、成形が射出成形、又は型閉めによ
る射出圧縮成形である本発明の第５に記載の成形方法を
提供する。本発明の第７は、樹脂がポリアセタール樹
脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンテ
レフタレート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、
又はポリアミド樹脂であることを特徴とする本発明の第
５又は６に記載の成形方法を提供する。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の樹脂成形用金型は、金型
３０、スライド機構部３６、及び弾性体３４を有する
（図２参照）。金型３０は、通常、固定型と移動型から
成り、両者の間に樹脂を充填するキャビティが形成され
る。金型３０に設けられたスライド機構部３６の一端の
部分に局部圧縮部４１が形成され、これにより、成形品
に特定部４２が成形される。特定部４２は充填完了後、
ひけやボイドの発生を抑制するために圧縮したい部分で
ある。スライド機構部３６は、キャビティへの樹脂の充
填圧力によりスライド機構部３６の局所圧縮部４１が押
されて移動し、キャビティ容積が拡大される。スライド
機構部３６は金型３０の可動側に設けられても固定側に
設けられても構わないし、その数は複数あってもよく、
その形状や数を限定するものではない。更に、そのスラ
イド方向も金型開閉方向に対して垂直でも、平行でも、
斜めでもよく、その方向を限定するものではない。スラ
イド機構部３６は、金型３０内を往復可能で樹脂が間に
入り込まずにスライドできる構造を有する。スライド部
分の断面は、例えば、円形、円環形、角形、角環形等が
挙げられる。スライド長さには特に制限はない。通常、
スライド機構部３６の一端の部分、例えば頂部が金型キ
ャビティ面の局所圧縮部４１を形成するので、キャビテ
ィ面の局所圧縮部４１の形状はスライド部分の断面と同
じ形状の平面に製作するが、異なる形状の平面であって
も、面が丸みを帯びた曲面や凹凸面や段差面を有してい
てもよい。

【０００７】スライド機構部３６を、金型３０の固定部
３７に対して、往復スライド可能に組付けるために、弾
性体３４が設けられる。弾性体３４は樹脂の充填圧力に
より縮められるように用いられても、伸ばされるように
用いられてもよい。したがって、充填圧力が減少するに
つれて、縮められた弾性体３４が、その回復力により伸
びて、スライド機構部３６の局所圧縮部４１を押し戻す
ようにしても、伸ばされた弾性体３４が、その回復力に
より縮んで、スライド機構部３６の局所圧縮部４１を押
し戻すようにしてもよい。なお、金型キャビティ面の局
所圧縮部４１の部分は、向かい側のキャビティ面３９と
の間に空間が設けられ、樹脂ゲート３５からの樹脂の充
填圧力により局所圧縮部４１が押されて移動する。充填
圧力は、弾性体の反発力以上である。

【０００８】弾性体３４としては、バネ類、流体バネ
類、ゴム類、複合材料バネ類等、又はこれらの組み合わ
せが挙げられ、それらの形状や材質は特に限定されな
い。バネ類としては、コイルバネ、板バネ、重ね板バ
ネ、皿バネ、トーションバーなど従来のものが挙げられ
る。その材質は、特に制限はなく、無機物でも、金属で
も、有機物でも、高分子でも構わないが、金属が好まし
く用いられる。流体バネ類としては、空気バネ、液入り
ダンパーなど従来のものが挙げられ、気体や液体の種類
には特に制限はなく従来のものが使用できる。ゴム類と
しては、天然ゴム、合成ゴム、エラストマーなど従来の
ものが挙げられ、これらは、液体封入、気泡入り、発泡
体、フィラー入り等種々の複合材質であってもよく、そ
れらの形状は上記各種バネ状、円柱状、円管状、角柱
状、穴あき柱状等であっても構わない。複合材料バネ類
は、金属とゴムを組み合わせたものなど従来のものが挙
げられる。また、上記各種弾性体は併用してもよい。弾
性体３４の一端は、スライド機構部３６に作用するよう
に、例えば局所圧縮部４１と反対の端部に設けられ、弾
性体３４の他端は金型に設けられた固定部３７に設けら
れる。固定部３７は金型内のいかなる部分に設けられて
も構わないし、それらは複数あっても構わない。また、
スライド機構部３６が複数の場合は、複数のスライド機
構部３６の他端を例えば支持体３８に固定し、支持体３
８と固定部３７との間に弾性体３４を組み込んでもよ
い。

【０００９】キャビティへ充填された樹脂は、充填完了
後、必要に応じて保圧され、金型により冷却されて樹脂
が内部まで固化される。ゲートシール後は樹脂が供給さ
れず、内部が未固化の成形品にはひけやボイドが生じ
る。このため、本発明では充填圧力が減少するにつれ
て、変形した弾性体３４が、その回復力により復元し
て、スライド機構部３６の局所圧縮部４１を押し戻し、
成形品の特定部４２を圧縮するようにする。したがっ
て、弾性体３４の種類や回復力は、ひけやボイドが生じ
ないような圧力を成形品に加えることが可能なもので、
また充填圧力や保圧力をも考慮して、選択される。弾性
体３４は自由に伸縮可能であり、弾性体３４の回復力
は、充填圧力より小さいように設定される。回復力が充
填圧力よりも大きいと、上記局所圧縮部４１の部分は常
にキャビティ方向へ前進状態に保たれ、樹脂圧力によっ
て圧縮されてキャビティ容積の拡大方向への移動が行え
ず、成形品を圧縮することが出来ないからである。ま
た、弾性体３４は、樹脂充填開始前は回復力の生じてい
ない状態でも、有る程度回復力の生じた状態でもよい。
例えば、有る程度縮んだ状態で使用する場合には、スラ
イド機構部３６の局所圧縮部４１が所定のスライド範囲
内に留まれるように、ストッパーやリミッターを設ける
ことができる。本発明では、スライド機構部３６の局所
圧縮部４１が押されて移動し、キャビティ容積が拡大さ
れてもよい。

【００１０】本発明の成形方法としては、具体的には、
射出成形、型閉めによる射出圧縮成形等が挙げられる。

【００１１】本発明は、例えば、高精度の要求される樹
脂成形歯車（図１参照）などに応用できる。樹脂成形歯
車としては、平歯車、はすば歯車、やまば歯車、すぐば
かさ歯車、まがりばかさ歯車、ねじば歯車などが挙げら
れる。歯のねじれ角度は、特に限定されるものではな
い。またこれらのはすば歯車や平歯車等はシングル歯車
や２段歯車に、または、駆動モータから多段に組み合わ
せて回転ムラをなくして減速するようにした、組合わせ
歯車であってもよい。図１では、樹脂成形歯車１０は、
円筒状に形成されたリム１１、リム１１の外周面に中心
軸１２に対して外方に形成された歯１３、リム１１の内
周面に中心軸方向に平円板状に延在するウエブ1５、及
びウエブ１５に接合し中心軸心部に形成されたボス１６
からなる。ウエブ１５の設けられる位置は、リム１１の
円筒状部分の中間でも上部でも下部でもよい。

【００１２】図２に、樹脂の充填及び成形品の局部圧縮
の例を示す。通常の射出成形機を使用して、溶融樹脂が
シリンダー側よりゲート３５を経て金型キャビティへ充
填される。ゲート３５としては例えばピンゲートが使用
される。ゲートの位置は特に限定するものではなく、ボ
スの下面でも、側面でも、ウエブ上でもよい。又ゲート
の個数も特に限定するものではなく、１個から５，６個
でもよい。局部圧縮は、例えば、局部加圧ピン３６’等
を用いて行うことができる。加圧ピン３６’の形状は丸
であっても、四角であってもよく、形状を限定するもの
ではない。又個数に関しても限定するものではない。局
部圧縮は、平円板状のウエブ１５の全面であっても、一
部であってもよいが、好ましくは円周方向に均一に圧縮
される。

【００１３】前記圧縮タイミングは、弾性体３４と樹脂
圧力により、自動的に決められる。ゲート部やノズル部
が固化するもしくは機械的に閉じられることにより、充
填時にかかっていた圧力はなくなり、弾性体の回復力に
より樹脂が圧縮される。

【００１４】樹脂成形歯車等の高精度の要求される成形
品では、成形時の収縮率が１．０％〜３．０％である熱
可塑性樹脂を用いる場合が多い。しかし、従来の技術で
はこの範囲の成形収縮率を有する樹脂を使用すると、薄
肉設計をしなければ成形時の樹脂収縮により成形品と金
型形状との寸法差が大きくなり、十分に高精度の歯車を
得ることが至難であった。本発明の技術を用いることに
より、厚肉設計であっても十分に高精度の歯車を得るこ
とができる。本発明で使用される熱可塑性樹脂として
は、具体的には、ポリアセタール樹脂（ポリオキシメチ
レン樹脂（ＰＯＭ））、ポリブチレンテレフタレート樹
脂（ＰＢＴ）もしくはポリエチレンテレフタレート樹脂
（ＰＥＴ）が、特に好ましく使用できる。さらに、ポリ
フェニレンサルファイド樹脂、ポリアミド樹脂なども好
適に使用できる。これらの樹脂は、通常添加される各種
添加剤が配合されていてもよいし、これらを主体とする
樹脂組成物であってもよい。

【００１５】上記ポリアセタール樹脂は、ホモポリマ
ー、コポリマーのいずれであってもよい。コポリマーの
場合には、主鎖の安定化のためにエチレンオキサイド、
ジオキソラン等の単量体成分がランダムに共重合された
もの、あるいはブロツクあるいはグラフト重合されたも
の、あるいは更に第三成分が導入されたもの等、いかな
る共重合形態であっても構わない。上記ポリブチレンテ
レフタレート、ポリエチレンテレフタレート等のポリエ
ステル樹脂は、通常の芳香族ジカルボン酸成分、脂肪族
ジオール成分の他に、イソフタル酸、ナフタレンジカル
ボン酸、アジピン酸等の芳香族又は脂肪族多塩基酸、あ
るいは、グリコール成分としてエチレングリゴール、ジ
エチレングリコール、ネオペンチルグリコール等のアル
キレングリコールやビスフェノールＡ等の芳香族ヒドロ
キシ化合物等を用いて変性させて得られる共重合体であ
っても構わない。

【００１６】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれらに限定されるものではない。 [実施例１]図１は本発明の樹脂成形歯車の１例であるは
すば歯車の縦断面図である。はすば歯車１０は、円筒状
に形成されたリム１１の外周面に中心軸１２に対して外
方にかつ斜めに形成された歯１３を有しており、リム１
１の内周面に接合して平円板状にウエブ１５が延在し、
ウエブ１５は円筒状のボス１６の外周面に接合してい
る。樹脂として、ポリプラスチックス（株）製のジュラ
コン（登録商標）Ｍ２７０Ｓ（無充填）を用いた。該樹
脂の成形時の収縮率は１．８％である。はすば歯車の設
計寸法は、歯外径Ｄが３０ｍｍ、歯幅ｂが１５ｍｍであ
り、ねじれ角が２０度で、モジュールが１すなわちピッ
チ円歯厚Ｓが１．５７ｍｍで、リム厚Ｓｒが２．５ｍｍ
で、ウエブ厚Ｓｕが３．０ｍｍで、ボス１６の厚みが
２．０ｍｍである。従って、はすば歯車の歯厚Ｓに対し
て、リム厚Ｓｒの比率が１．５９で、ウエブ厚Ｓｕの比
率が１．９１である。この寸法による歯車は、従来の要
求である十分な強度や剛性を有する。しかし、この比率
では一般的な射出成形ではリムとウエブの交点付近が大
きく収縮し、歯車の精度も大きく低下する。

【００１７】図２は、図１の歯車を成形した金型の縦断
面図の一例である。金型３０には、局部加圧ピン３６’
が組み込まれる。局部加圧ピン３６’は、金型が閉じら
れていてもスライド可能なスライド機構部３６の一例で
ある。複数の局部加圧ピン３６’は、例えば支持体３８
に固定され、固定部３７との間に弾性体３４が組み込ま
れている。金型３０には、歯車入れ子３１の回転抵抗を
減らすために、入れ子３１の内外にラジアルころがり軸
受け３２、また型締め方向にスラストころがり軸受け３
３を組み込んである。樹脂は歯車のボスの上面に周方向
に均等間隔に設けられた３個のピンゲート３５から金型
３０のキャビティ内に圧入される。

【００１８】射出成形機にファナック製α１００ｉＡを
用いた。射出条件は、シリンダー温度：１９０℃、金型
温度：６０℃、射出速度：２０ｍｍ／ｓ、弾性体として
金属製スプリングを使用した。射出圧力：１００ＭＰ
ａ、保圧力：１００ＭＰａ、射出保圧時間：２０ｓ、冷
却時間：１０ｓであり、また、局部圧縮断面積２．３ｃ
ｍ²であり、回復力が２．１ｔｏｎ、即ち圧縮力が約９
０ＭＰａであるように設定された。射出開始から５ｓ後
にゲートがシールされ、圧縮が２５ｓ行われた後、歯車
を金型より取り出した。歯車の各部の精度は、はすば歯
車のＪＩＳＢ１７０２（１９７６）精度測定条件に準
じて測定した。得られた歯車はＪＩＳ等級で３級以上の
高精度のものであった。測定結果を表１に示す。

【００１９】[比較例１]比較例１では、歯車の設計は実
施例１と同様にしたが、局部圧縮を行わない場合であ
る。比較例１では、収縮によるひけや変形により、ＪＩ
Ｓ等級の劣る歯車になった。結果を表１に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、樹脂成形において、特
殊な成形機や駆動ユニットを必要とせず、高精度な射出
成形を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の樹脂成形歯車の一例の縦断面図であ
る。

【図２】図１に示す樹脂成形歯車を成形する金型の断面
図である。

【符号の説明】

１０樹脂成形歯車１１リム１２中心軸１３歯１５ウエブ１６ボス３１歯車入れ子３２ラジアルころがり軸受け３３スラストころがり軸受け３４弾性体３５ゲート３６スライド機構部３６’局部加圧ピン３７固定部３８支持体３９局所圧縮部４１の向かい側のキャビティ面４１局所圧縮部４２特定部Ｄ歯先円直径ｂ歯幅Ｓピッチ円歯厚Ｓｒリム厚Ｓｕウエブ厚

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２９Ｋ 77:00 Ｂ２９Ｋ 77:00 81:00 81:00 Ｂ２９Ｌ 15:00 Ｂ２９Ｌ 15:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金型（３０）、金型（３０）のキャビテ
ィ面の一部に局所圧縮部（４１）を形成し且つ局所圧縮
部（４１）により成形された成形品の特定部（４２）を
圧縮するためのスライド機構部（３６）、及びスライド
機構部（３６）を金型（３０）に設けられた固定部（３
７）に対してスライド可能に組付けるための弾性体（３
４）からなり、キャビティへの樹脂の充填圧力により局
所圧縮部（４１）が押されて弾性体（３４）が変形し、
充填終了後の充填圧力の減少による弾性体（３４）の回
復力により押し戻されたスライド機構部（３６）の局所
圧縮部（４１）が成形品の特定部（４２）を圧縮するこ
とを特徴とする樹脂成形用金型。
【請求項２】弾性体（３４）がバネ類、流体バネ類、
ゴム類、複合材料バネ類、又はこれらの組み合わせであ
る請求項１記載の樹脂成形用金型。
【請求項３】成形品が樹脂歯車である請求項１又は２
に記載の樹脂成形用金型。
【請求項４】特定部（４２）が樹脂歯車のウエブであ
る請求項３に記載の樹脂成形用金型。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の樹脂成
形用金型を使用した成形方法。
【請求項６】成形が射出成形、又は型閉めによる射出
圧縮成形である請求項５に記載の成形方法。
【請求項７】樹脂がポリアセタール樹脂、ポリブチレ
ンテレフタレート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹
脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、又はポリアミド
樹脂であることを特徴とする請求項５又は６に記載の成
形方法。