JP2002225092A - 弾性体を用いた成形金型及び成形方法 - Google Patents

弾性体を用いた成形金型及び成形方法

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JP2002225092A
JP2002225092A JP2001026154A JP2001026154A JP2002225092A JP 2002225092 A JP2002225092 A JP 2002225092A JP 2001026154 A JP2001026154 A JP 2001026154A JP 2001026154 A JP2001026154 A JP 2001026154A JP 2002225092 A JP2002225092 A JP 2002225092A
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mold
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local compression
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Hidekazu Kitayama
英和 北山
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Polyplastics Co Ltd
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  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

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
2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JIS B1702(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 (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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。
  6. 【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。
  7. 【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。
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