JP2891960B2 - 貫通穴保有部品の製造方法 - Google Patents

貫通穴保有部品の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、貫通穴保有する精
密部品の製造方法に係わり、詳しくは真円度に優れた周
壁の薄肉部が非常に狭い貫通穴を有する精密部品の製造
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、三次元複雑形状を有する貫通穴保
有精密部品は切削などの機械加工法により、多くの工数
をかけて製造されていた。以下に代表的な部品を例に上
げ、本発明を説明する。
【0003】例えば、ドットプリンターの印字ヘッド部
には、ソレノイド機構を持った駆動部とその円周上に配
置された複数のニ一ドルがあり、そのニ一ドルは複数の
ニ一ドルガイドのガイド穴に挿通されて印字ヘッドの先
端部のニ一ドルガイドまでラッパ状に収束され、それぞ
れの曲率をもって往復連動をしている。
【0004】この二一ドルをガイドするニードルガイド
のガイド穴は、ニ一ドルの外径に対して適切な内径を有
し、またニ一ドルの激しい摺動に長期間耐えうる機械的
強度と表面の平滑性による潤滑性とが必要とされ、さら
にガイド穴間隔も印字品質を左右するので精度良く設け
られている必要もある。
【0005】従って、このニ一ドルカイドは、機械的強
度や耐久性に優れたセラミックが用いられ、これまでは
粉末プレス成形や機械加工法を駆使して製造されてい
た。しかし、最近これら従来加工法の改良策として、三
次元複雑形状を有する製品を効率よく製造することが可
能な粉末射出成形法の利用が提案され、特開昭63−2074
64号に示されている。
【0006】粉末射出成形によってセラミックス製のニ
ードルガイドの様な貫通穴を有する部品を製造する場
合、従来は以下の例のような工程による方法が一般的で
あった。
【0007】第1に、アルミナ、ジルコニアなどのセラ
ミックス粉末とワックスや熱可塑性樹脂等の有機バイン
ダーとを混練して射出成形用材料を得る。
【0008】第2に、射出成形機によってこの射出成形
用材料を射出成形金型に射出成形してニードルガイドの
成形体を得る。
【0009】ここで、成形金型は、ガイド穴が貫通した
成形品が得られるように、ガイド穴を形成する成形ピン
をその軸方向の両端が金型と連接した構造とし、成形材
料は上記成形ピンの軸方向とは直角な方向にあるサイド
ゲートから注入し、図4(a)に示すように、ガイド穴
43の両端が貫通された成形体40が得られる。
【0010】第3に、大気またほ窒素雰囲気下で500
℃程度まで徐々に昇温して有機バインダーの大半を分解
除去する脱脂処理を行って脱脂体とした後、大気中でこ
の脱脂体を焼結させてニードルガイド焼結体を得る。
【0011】第4に、この焼結体のゲート材47や材料
溜り49等の不要部分を研削等で除去し、ガイド穴43
の内面仕上とテーパ部の仕上をワイヤラッピング加工
で、またエッヂをブラシラッピング加工で仕上げ、図4
(b)に示す、ニ一ドルガイド41を得る。
【0012】上記のように、従来の製造方法では、ガイ
ド穴を形成する成形ピンが、その軸方向の両端が金型と
連接した成形型で、かつ成形材料を成形ピンの軸方向と
は直角な方向にあるサイドゲートから注入し、ガイド穴
の両端が貫通された成形体を得ることを特徴としてい
た。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】近年、ドットプリンタ
ーの印字品質を向上させるため、ドット数を著しく増加
させた印字ヘッドが強く要望され、かかる印字ヘッドに
用いるニードルガイドはガイド穴の間隔をできるだけ狭
くする必要があり、例えば24ドットで一文字を構成す
る印字ヘッドの場合には、ガイド穴間の薄肉部の厚さが
約50μmと著しく狭くなっている。
【0014】しかしながら、これらのガイド穴間隔が著
しく狭いニードルガイドは、上記従来の製造方法では提
供できないという問題があった。
【0015】これは、図5の従来の製造方法における成
形材料の流動流の模式図に示されるように、サイドゲー
ト58から圧入される成形材料流56の流れが、成形ピ
ン53間の薄肉部に対しては、その間隔が狭すぎるため
にその流れが阻害され、成形ピン列の両サイドを流れる
成形材料流56が、丁度ガイド穴間の薄肉部で、両側か
ら衝突してウエルドラインWLを形成するためである。
【0016】このウエルドラインの発生には、ガイド穴
径に対するガイド穴間隔の比も関係し、その比が三分の
一以下では発生が顕著となる。
【0017】このウエルドラインのために、ガイド穴周
辺の成型体に密度のムラや充填不良等を生じて、焼成後
の焼結体のガイド穴の穴径精度や穴表面の凹凸あるいは
穴の強度等に問題を生じて提供が困難となっている。
【0018】このウェルドラインが発生する問題に対し
て、例えば金型温度を上げたりあるいは射出材料の加熱
筒の温度を上げる等の対策を行ってみたが、成形材料が
金型に固着して離型が悪くなったり、成形材料が劣化し
て脱脂処理中に変形したり、スプルおよびランナー部の
再生利用ができない等の問題が生じている。
【0019】一般に、ガイド穴の真円度は上記ガイド穴
周壁の薄肉部における種々の欠陥、つまりウエルドライ
ンの発生に伴う部分的充填不足、密度のムラ、穴の欠
け、穴表面の凹凸、穴強度の不足、穴間隔の不揃い等、
と密接な関係があり、上記欠陥が少なくなるにつれて真
円度も良くなる。
【0020】従って本発明は、粉末射出成形によって、
ガイド穴周壁の薄肉部がガイド穴の三分の一以下と著し
く狭いセラミックス製のニードルガイドを製造する場合
などにおいて、穴の真円度が優れた貫通穴保有部品を製
造する方法の提供を目的としている。
【0021】
【課題を解決するための手段】本発明は、粉末射出成形
においてガイド穴成形ピンの先端側に設けた導入案内部
のゲートから成形材料を流入させて導入案内部を有する
成形体を得て、脱脂、焼成後に、上記導入案内部を除去
する方法によって、上記課題を解決し、ガイド穴の真円
度が優れたニードルガイドの様な貫通穴保有部品の製造
方法の提供を可能にしたものである。
【0022】
【発明の実施の形態】ここで、導入案内部とは、図2
(a)、(b)に示されているように、本来の二一ドル
ガイド21のガイド穴23の露出した面でニ一ドル先端
側に位置する面のガイド穴23全てを封じるように設け
られている。
【0023】その高さHは、成形ピン間隔Dと成形材料
の流動比Rに対応させて、最適に設定することでウエル
ドラインの発生を抑制して、真円度の優れたガイド穴の
提供が可能となる。
【0024】ここで成形材料の流動比Rとは、同じ単位
通過面積について成形ピン間隔Dで変化する成形材料の
通過量である流動量の比を意味し、成形ピン間隔が大き
く実質的にフリーな流動条件での流動量を基準としてそ
の流動比をR=1.0と表現し、成形ピン間隔Dが狭く
なり流動量が減少すると流動比Rも小さい値で表現す
る。
【0025】導入案内部の幅と奥行きは、最低でも夫々
導入案内部の高さ相当分(W1、W2)、成形ピンから
外側に拡大して設定する。
【0026】従来発生していだウエルドラインは、第1
に、流動する成形材料が高粘度なので狭いガイド穴間つ
まりガイド穴成形ピン間を流れ難いために、そして第
2、ゲートからの流動距離が長くて成形材料が徐々に冷
却され一層粘度が高くなって異なる流れの成形材料がお
互いに相溶しずらくなるために、特に温度の低い成形ピ
ン間の両流動流の衝突面で発生しやすかった。この傾向
は当然、流動比Rが小さくなる程顕著になる。
【0027】本発明では、ニードルガイドの成形金型に
成形材料の導入案内部を設けさらに成形材料のゲートを
この導入案内部に設けた構成によって、従来の成形ピン
の軸方向とは直角な方向への成形材料の流れを、平行な
方向への流れに変えた。
【0028】成形ピンの狭い薄肉部分に対するこの成形
材料の流れの方向の変化が、つまり成形ピンとの平行な
流れが、成形材料の流動流の衝突の形態を変えて、ウエ
ルドラインの発生を著しく抑制している。
【0029】また、ニ一ドルガイドとして最も重要なニ
ードル先端側に位置するガイド穴先端部の薄肉部に相当
する成形ピン先端近くの狭い薄肉部分に、最も流動距離
が短くかつ冷されていない、すなわち流動性の良い成形
材料が到達し、充填するので、ウエルドラインの抑制に
一層効果的である。
【0030】さらに、ガイド穴間隔で変わる成形材料の
流動比Rに対応させて導入案内部の高さを変えて、成形
材料の流れの方向をある程度意図的に制御して、ウェル
ドラインの発生を抑制している。しかし、0.05以下
のように小さい流動比Rでは、ウェルドラインの抑制は
著しく困難となる。
【0031】以下セラミックス製のドットプリンタ用の
ニードルガイドを例に上げ、本発明の詳細を図面及ぴ実
施例にもとづいて説明するが、本発明はこれに限定され
るものではない。
【0032】
【実施例】
(実施例1)本発明になる製造方法は、第1に、平均粒
径0.5μmジルコニア粉末100重量部に対し、アタ
クチックポリプロピレン、エチレンー酢酸ビニル共重合
体およパラフィンワックスが40:30:30の割合か
らなる有機バインダを15重量部で添加したものを、加
圧二一ダにて100℃て1時間混練し、冷却後粉砕して
成形材料を得る。
【0033】第2に、この成形材料を射出成形機の加熱
筒内に充填し、加熱筒内の温度を150℃に保って成形
材料を溶融状態にした後、あらかじめ焼結による収縮を
見込みかつガイド穴の成形ピンの先端部側に導入案内部
を設けた射出成形金型を用いて前記導入案内部のゲート
から成形材料を充填し、図1(a)の導入案内部15の
ついた成形体10を得る。
【0034】第3に、この成形体を脱脂炉にて窒素雰囲
気下で20℃/時間の速度で500℃まで温度を上げて
有機バインダ一の97%を除去して脱脂体を得て、この
脱脂体を大気中1500℃で1時間焼成して焼結体を得
る。
【0035】第4に、この焼結体の導入案内部15を研
削除去して貫通穴のガイド穴13を露出させて、図1
(b)の貫通穴保有部品である完成ニ一ドルガイド11
を得る。
【0036】上記工程による製造方法によって製造され
たニードルガイドの各部分の寸法測定およびガイド穴間
の薄肉部の断面観察を行ったところ、いずれの部分にお
いても、99.8%以上の寸法精度が得られ、ガイド穴
間の薄肉部分にウエルドラインや充墳不足の部分は見ら
れず、最大径と最小径の比で表現したガイド穴の真円度
も99.8%以上の優れたものであった。
【0037】(実施例2)実施例1とほぼ同じ製造方法
で、図2(a)及び(b)に示す成形体を与える金型の
成形ピン間隔Dを成形材料の流動比が0.05〜0.4
の範囲となるように、また導入案内部の高さを成形ピン
間隔の1〜3倍の範囲で変化さぜて、ニードルガイドを
製造した。
【0038】得られたニードルガイドのガイド穴の真円
度を測定して、それぞれの成形ピン間隔に対応した流動
比Rで、ガイド穴の真円度が99.8%を越える導入案
内部高さの成形ピン間隔に対する比を求めたところ、第
3図に示すように、流動比Rによってその最適な高さが
異ることが判明した。
【0039】このことは、導入案内部の高さは、成形材
料の流動比つまり同じ射出条件が同じならば成形ピン間
隔に対応させて変える必要があるが、不必要に導入案内
部の高さを大きく設定すると、焼結後の研削除去に多大
な手間を要してコストが高くなり、さらに本発明の特色
である成形材料の成形ピンと平行した流れが乱れて、む
しろ、真円度が悪くなる傾向がある。
【0040】一般に、成形材料の流動比Rが0.05以
下では成形が困難であり、0.4以上では成形ピン間隔
の影響が少ない。成形材料の流動比は同じ成形ピン間隔
でも、成形材料組成や型温度や材料温度ヤ射出圧等によ
っても変化する。
【0041】さらに成形ピンの形状は、ストレート形状
でも、あるいはデーバ形状でも良いが、本発明の方法に
は、特に狭い薄肉部を有するテーパ形状がより効果的で
ある。
【0042】上記実施例ではセラミック粉末にジルコニ
アを使用したが、アルミナ、窒化ケイ素、窒化ホウ素、
炭化ケイ素等高硬度なセラミック材料や潤滑材を複合さ
せた材料でも良い結果が得られた。
【0043】
【発明の効果】本発明の貫通穴保有部品の製造法をドッ
トプリンタ用ニードルガイドの製造方法に適用すること
により、隣接する成形ピンの隙間に成形材料が流動性の
よい状態で均一にかつ充分に充填するので、ウエルドラ
インの発生が著しく抑制でき、真円度の優れた欠陥のほ
とんど無いガイド穴を有するニードルガイドの量産的な
提供が可能となり、印字密度の高いプリンタヘッドの製
品化が実現された。
【0044】また外形寸法のバラツキが0.2%以内と
寸法精度が非常に良く、さらにガイド穴の面粗さが小さ
く、ガイド穴の内面仕上げの二次加工処理が不要で、さ
らにテーパ部を持った成形ピンを用いた場合、ガイド穴
のエッヂの二次加工処理も不要であった。
【0045】以上のように、本発明による貫通穴保有部
品の製造方法は、寸法精度や機械的強度の様な機能的特
性、および2次加工を必要としないなどの生産性や経済
性にも優れた製造方法である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による製造方法のポイントの工程例を示
す図で、導入案内部を有する成形体(a)と、完成ニー
ドルガイド(b)とを示す。
【図2】本発明の製造方法で得られるニードルガイドの
成形体の上面図(a)と断面図(b)とを示す。
【図3】種々な流動比Rでガイド穴の真円度が99.8
%を越える導入案内部高さの成形ピンに対する比を示し
た図である。
【図4】従来の二一ドルガイドの製造方法の主要な工程
例を示す図で、貫通ガイド穴を有する成形体(a)と、
完成ニ一ドルガイド(b)を示す。
【図5】従来の製造方法における、成形材料の流動流の
模式図を示す。
【符号の説明】
11 ニードルガイド 13 ガイド穴 15 導入案内部 10 成形体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 齋藤 茂 東京都田無市本町6丁目1番12号 シチ ズン時計株式会社田無製造所内 (72)発明者 吉岡 憲一 東京都田無市本町6丁目1番12号 シチ ズン時計株式会社田無製造所内 (72)発明者 中村 誠一 山梨県富士吉田市下吉田1 審査官 尾崎 俊彦 (56)参考文献 特開 昭63−56460(JP,A) 特開 昭61−78657(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B41J 2/265

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粉末射出成形によって、貫通穴列におけ
    る貫通穴間の薄肉部の厚さが貫通穴径の三分の一以下で
    ある貫通穴保有部品を製造する方法であって、前記射出
    成形において、前記貫通穴の一方の全ての出口を封じる
    ように設けられた導入案内部を有する型を用いて、前記
    導入案内部を介して成形材料を射出し、得られた成形体
    の前記導入案内部を焼成後に除去することを特徴とした
    貫通穴保有部品の製造方法。
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