JP3087010B2 - 熱可塑性樹脂製円筒成形品 - Google Patents

熱可塑性樹脂製円筒成形品

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JP3087010B2 JP7473295A JP7473295A JP3087010B2 JP 3087010 B2 JP3087010 B2 JP 3087010B2 JP 7473295 A JP7473295 A JP 7473295A JP 7473295 A JP7473295 A JP 7473295A JP 3087010 B2 JP3087010 B2 JP 3087010B2
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    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/1703Introducing an auxiliary fluid into the mould
    • B29C45/1704Introducing an auxiliary fluid into the mould the fluid being introduced into the interior of the injected material which is still in a molten state, e.g. for producing hollow articles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29LINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00Other particular articles
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は中空射出成形法により成
形され、かつその形状に段を少なくとも一つ有する熱可
塑性樹脂製円筒成形品に関するものである。更に詳しく
は、該成形品の寸法精度を向上させ、同時に成形時にお
ける不良率を効果的に減少させ、かつ段の部分の強度を
向上させることに関する。
【0002】
【従来の技術】本発明で言う「段」とは、該円筒におい
て、軸線に対し垂直な方向の断面形状が急激に変化する
境界部周辺を指し、また特に段における小径側円筒の端
を、本発明では「境界部」と定義する。また「円筒」と
はローラーや軸を指す。
【0003】本発明で言う「段を少なくとも一つ有する
熱可塑性樹脂製円筒」とは、具体的には図1に示す軸部
1とローラー部2が一体となった成形品、図2に示す軸
部(もしくはローラー部)21と歯車22が一体となっ
た成形品、図3に示す軸部(もしくはローラー部)31
とカム32が一体となった成形品、またはこれらが複合
された成形品等が挙げられる。
【0004】該円筒成形品は、一般機械,精密機械,電
気・電子等の各分野に機構部品として広く用いられてお
り、各機械・機器の高度化に伴い更に複雑な形状のもの
が要求されつつある。
【0005】従来、本発明で言う複雑形状の円筒を製造
するには、射出成形で一度に成形することは、成形上の
問題、即ち成形品にヒケや反りを生じてしまうという理
由で困難であった。故に例えば図1と同じ外観のローラ
ーの製造を例に挙げると、以下に示す時間やコストのか
かる手法を採らざるを得なかった。
【0006】まず基礎となる軸部,ローラー部を、押し
出し成形より得られた丸棒等からの切削により造形した
り、もしくは軸に金属シャフトを用い、インサート成形
によりローラー部を製造していた。
【0007】また図2及び図3に示す歯車やカム等を有
する円筒成形品は、その部分とローラー部または軸部と
を別々に製造し、接着剤や超音波溶着等により嵌合させ
て造形させ完成品を得ていた。
【0008】しかしながら近年、前記製造法の代替法と
して、中空射出成形法が一部の当該円筒製造に利用さ
れ、生産効率と成形品の精度向上に効果を上げている。
その理由は、中空射出成形法では従来の射出成形では改
善できなかったヒケや反りを、中空部の形成によって抑
えることができるため、複雑な形状の円筒でも一度に成
形でき、また金型に対する成形品の再現性が良いため、
精度も向上するからである。
【0009】中空射出成形により製造された段を有する
円筒の一例として、軸部とローラー部からなるローラー
が、本発明者らによって明らかにされており、特願平5
−272920号で出願されている。他にも、一方の端
にギアが設けられたローラーの中空射出成形による製造
方法が、特開平5−208460号公報で提案されてい
る。
【0010】以上述べてきたように、段を有する円筒を
精度および生産性良く製造するためには中空射出成形法
は非常に有効な手段であるが、実際に生産する上で以下
のような問題を抱えていた。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】中空射出成形法で段を
有する円筒を成形した場合、その段における境界部にお
いて図4に示す様に中空部3による内壁が外壁に近接
し、薄肉部7が生じる。そのため該境界部において強度
低下やまた成形時にガス破れを頻繁に生じるという不具
合が出てしまう。
【0012】従って製品強度や生産効率に問題があり、
実用化にあたってはこの薄肉化対策を施す必要があっ
た。
【0013】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明者等は鋭
意研究を進めた結果、境界部にコーナーR付けのエッジ
埋めを施すことにより、前記課題を解決することができ
ることを発見した。ここで言う「エッジ埋め」とは、境
界部のシャープコーナーを埋めて薄肉化が防げる様、成
形品の形状を変更することである。具体的なエッジ埋め
例を図5に示す。尚ここで言う「コーナーR」とは境
界部断面の外表面の円弧の半径を一般的には指すが、滑
らかな曲線なら特に円弧でなくても問題はない
【0014】コーナーR付けのエッジ埋め図5で説明
するとeが以下に示す範囲にある時好適である事
を、本発明者等は見いだした。
【0015】
【数3】
【0016】但し、上記の記号Te,T1,T2,T3は以
下のように定義する。図5において、直線ABと直線D
Eの交点を点Cとし、線分ACをT3とする。∠ACE
を2等分した直線と、製品の境界部の中空部ではない外
表面との交点を点Fとした時、線分CFをTeとする。
またT1,T2については、該境界部が円筒部同士の場合
は、境界部を挟んで小径側の円筒直径をT1とし、大径
側の円筒直径をT2と定義する。また該境界部が円筒部
と歯車の場合は、境界部を挟んで小径側の円筒直径をT
1とし、T2は歯底円直径と定義する。また境界部が円筒
部とカムの場合は、境界部を挟んで小径側の円筒直径を
1とし、T2はカムの最短径と定義する。
【0017】尚、Teは0.4mm以上ないとガス破れ
の抑制及び強度向上の効果はない。またTeは大きくと
れればとれるほど好適であるが、機能と外観を考えると
eの上限は上記の値が望ましい。Teの好適な範囲は、
エッジ埋めが楕円等の滑らかな曲線で行なわれた時でも
同様である。
【0018】
【0019】
【0020】
【0021】本発明はエッジ埋めをすることにより、境
界部の強度低下と成形中のガス破れを抑制させることを
特徴としており、その理由としてはエッジ埋めを施すこ
とにより境界部の薄肉化を効果的に防いでいると予想さ
れる。
【0022】また、本発明で言う「中空部」とは、成形
品内に中空部を生じさせる成形法によって形成されるも
のであり、この中空部は巣(ボイド)や発泡剤による気
泡とは相異するものである。
【0023】成形品内に中空部を発生させる成形方法は
どのようなものでも良いが、一体成形ができ、しかもバ
リの発生が少ないことから、中空射出成形法が好まし
い。
【0024】また、本発明で言う「中空射出成形法」と
は、射出成形において熱可塑性樹脂を金型キャビティ中
に射出中または/及び射出後、ガス体を樹脂中に注入す
ることにより中空成形品を得る成形法である。
【0025】本発明の中空射出成形法は、通常の射出成
形機とガス注入装置の組合せによって行われる。ガス注
入装置は、樹脂の射出後に配管を通して樹脂中にガス体
を注入し、設定時間中このガス圧を保持する装置であ
る。これには注入するガス体を予め高圧に圧縮し、アキ
ュムレーターに蓄え、ガス注入時に配管を通して高圧ガ
スを導入する方式や一定量のガス体をポンプにより連続
で送り込み、加圧していく方式等が考えられるが、射出
後の樹脂中にガス体を送り込めれば如何なる方式も可能
である。この時、ガスの注入口はシリンダーのノズル,
金型のスプルー,ランナー,製品部に直接等の方法が考
えられるが、高圧のガス体を樹脂中に注入できればいず
れの方法でも実施可能である。
【0026】本発明に用いられる熱可塑性樹脂として
は、ポリエチレン,ポリプロピレン,ポリスチレン,A
BS樹脂,ポリ塩化ビニル,ポリアミド,ポリアセター
ル,ポリカーボネート,変性ポリフェニレンエーテル,
ポリエチレンテレフタレート,ポリブチレンテレフタレ
ート,ポリフェニレンスルフィド,ポリイミド,ポリア
ミド,ポリアリレート,ポリサルフォン,ポリエーテル
サルフォン,ポリエーテルエーテルケトン,液晶ポリマ
ー,ポリテトラフルオロエチレン,熱可塑性エラストマ
ー等が挙げられるが、通常の射出成形が可能であれば、
如何なる熱可塑性樹脂も用いることができる。特にポリ
アセタール樹脂は耐熱性が高く機械的物性にも優れ、更
には摺動特性にも優れるため多く用いられており、本発
明においても好適に用いられる。
【0027】本発明の円筒は中空部がある為、耐熱性,
機械的強度等を高める目的で、必要に応じて無機または
有機の充填材を熱可塑性樹脂に配合することができる。
好適な充填材としては、ガラス繊維,炭素繊維,金属繊
維,アラミド繊維,チタン酸カリウム,アスベスト,炭
化ケイ素,セラミック,窒化ケイ素,硫酸バリウム,硫
酸カルシウム,カオリン,クレー,パイロフィライト,
ベントナイト,セリサイト,ゼオライト,マイカ,雲
母,ネフェリンシナイト,タルク,アタルパルジャイ
ト,ウオラストナイト,PMF,フェライト,ケイ酸カ
ルシウム,炭酸カルシウム,炭酸マグネシウム,ドロマ
イト,酸化亜鉛,酸化チタン,酸化マグネシウム,酸化
鉄,二硫化モリブデン,黒鉛,石膏,ガラスビーズ,ガ
ラスバルーン,石英,石英ガラス等の強化充填材を挙げ
ることができ、これらは中空であっても良い。また、こ
れらの強化充填材は2種以上を併用する事が可能であ
り、必要によりシラン系,チタン系等のカップリング剤
で予備処理して使用する事ができる。
【0028】また充填材として炭素繊維,金属繊維,黒
鉛の内の1種以上を選択すれば、ローラー自体の電気抵
抗値を下げることができるため、ほこり等の微小な粉体
の静電気による付着を抑制でき好適である。
【0029】本発明で用いるガス体としては、窒素やヘ
リウム,ネオン,アルゴン,水蒸気等の不活性ガスが挙
げられるが、樹脂に対して不活性であれば如何なるガス
体も用いることができる。経済性を考慮すると工業的に
は窒素ガスがより好適に使用される。
【0030】本発明では円筒成形品の全体もしくは一部
にガスを導き、樹脂の収縮を抑える。ガスアシスト成形
法では樹脂中にガス体が供給され樹脂の収縮を補い、更
に樹脂を効果的に金型に密着させることが可能であるた
め寸法精度が良好になると予想される。通常の射出成形
でも樹脂の収縮を保圧をかけることにより補うことがで
きるが、ゲートシール後はゲート部で樹脂が固化してい
るので圧力が伝わらなくなる。しかし、中空射出成形法
ではゲートシール後もガス体によってキャビティ内部に
圧力がかり、収縮によるひけの発生が抑えられるため、
寸法精度が向上する。
【0031】成形品の形状と中空部の形状はできるだけ
相似形で、かつ比較的中空率が大きいことが好ましい。
このような成形品の成形を容易にする上で、特開平3−
121820号公報に記載されているような副キャビテ
ィを使用する手法が知られている。図1はこの副キャビ
ティを使用した手法で成形した円筒成形品の一例である
ローラーであり、副キャビティは流出孔6の先に存在す
る。圧入孔5より圧入されたガスは、ローラー本体内の
樹脂を流出孔を通して副キャビティ内へ押しやりながら
中空部3を形成する。ガスが副キャビティまで達すれば
流出孔は形成されるが、条件によってガスが副キャビテ
ィに達せず、流出孔の形成されない場合もありうる。
【0032】本発明による円筒は寸法精度が良好であ
り、機械部品として、一般機械,精密機械,電気・電子
等の各分野に有用である。
【0033】
【実施例】以下に中空射出成形による円筒の実施例を挙
げて本発明を更に詳細に説明するが、これは本発明を限
定するものではない。
【0034】実施例1〜3 図1に示す形状のローラーを中空射出成形した。このロ
ーラーにおいて前で定義した境界部は、ローラー部2と
軸部1の接合部となる。この境界部に1mmまたは3m
mのコーナーR(Te)を付けた。各部の寸法は全長2
00mm(ローラー部長さ:160mm、両端の軸部長
さ(T3):各20mm)でローラー部の直径(T2)が
40mm、軸部直径(T1)が10mmであり、上記式
を満足している。
【0035】樹脂としては、ポリアセタール樹脂コポリ
マー(旭化成工業社製「テナック−C4520」)、ま
たはポリアミド66樹脂(旭化成工業社製「レオナ13
00S」)を用い、金型温度はいずれも80℃、シリン
ダー設定温度はそれぞれ200℃,290℃でガスアシ
スト射出成形を行った。
【0036】樹脂中に圧入する加圧ガスは窒素ガスを用
い、ガスノズルはシリンダーの射出ノズル内に設けた。
この時、シリンダー内への加圧ガスの侵入(金型と反対
方向への侵入)を防止する目的でガスノズルのスクリュ
ー側(ホッパー側)にシャットオフ弁を設けた。
【0037】ガス圧入装置に窒素ガスを導入し、150
kg/cm2に昇圧してアキュムレーターに蓄え、溶融
樹脂射出後に配管を通して溶融樹脂中に圧入した。加圧
ガスは、射出ノズルからスプルー,ランナーを通って、
ローラーを成形する金型キャビティ中に導入された。
【0038】この時の条件は、ガス圧入遅延時間(溶融
樹脂の射出後、加圧ガスを圧入するまでの時間)を0.
5秒、ガス圧入時間(加圧ガス圧入を行う時間)を5
秒、圧力保持時間(加圧ガスの圧入を止め、ガス系を閉
じた状態で保持する時間とガス圧入時間を加えた時間)
を50秒とした。型開きは圧入保持時間終了から5秒後
に行い、成形品を取り出した。
【0039】また、いずれの場合もゲートはローラーの
一方の端に位置させ、このゲートとは反対側に副キャビ
ティを接続し、成形を行った。
【0040】そして各々のローラーをそれぞれ1000
ショットづつ成形し、ガス破れによる成形不良の頻度を
測定した。
【0041】また境界部の強度を評価するため、ローラ
ーの両端を固定し中央部に荷重をかけ、境界部の破壊荷
重を測定した。
【0042】得られた結果を表1に示す。
【0043】
【0044】比較例1及び2 角取りを施さぬ事以外は、実施例と同様にして成形と評
価を行った。
【0045】得られた結果を表1に示す。
【0046】
【表1】
【0047】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明に係る樹脂製
円筒成形品は、境界部の強度が強く、かつ不良率を効果
的に低減させた、優れた形状を有する円筒成形品であ
る。
【0048】従って、自動車,一般機械,精密機械,電
気・電子機器等の分野の機構部品、例えばファクシミリ
やコピー等の紙送り部品等として有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる、中空射出成形により成形され
た樹脂製円筒成形品の一例であり、その外観と断面を示
す図である。
【図2】中空射出成形により成形された樹脂製円筒成形
品の境界部の一例であり、円筒部と歯車の連結部であ
る。
【図3】中空射出成形により成形された樹脂製円筒成形
品の境界部の一例であり、円筒部とカムの連結部であ
る。
【図4】中空射出成形により成形された樹脂製造円筒の
境界部に、エッジ埋めを施していない連結部の断面図で
ある。
【図5】中空射出成形により成形された樹脂製円筒の境
界部に施したエッジ埋めの一例であり、コーナーR付け
の例である。
【符号の説明】
1 軸部 2 ローラー部 3 中空部 4 コーナーR 5 圧入孔 6 流出孔 7 薄肉部 21,31 軸部(もしくはローラー部) 22 歯車 32 カム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B29C 45/00 - 45/84

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 中空射出成形法により成形された中空部
    を内部に少なくとも一つ有する熱可塑性樹脂製円筒成形
    品であり、かつ段を少なくとも一つ有し、該段の境界部
    の少なくとも一つにコーナーR付けのエッジ埋めを施し
    た円筒成形品。
  2. 【請求項2】 コーナーR付けのエッジ埋めを施した段
    の部分が、直径の異なる円筒部同士の境界である請求項
    1に記載の円筒成形品。
  3. 【請求項3】 コーナーR付けのエッジ埋めを施した段
    の部分が、円筒部と歯車の境界部である請求項1に記載
    の円筒成形品。
  4. 【請求項4】 コーナーR付けのエッジ埋めを施した段
    の部分が、円筒部とカムの境界部である請求項1に記載
    の円筒成形品。
  5. 【請求項5】 次の関係をなすコーナーR付けを施した
    請求項1乃至のいずれかに記載の円筒成形品。 【数1】 [但し、上記の記号Te,T1,T2,T3は以下のように
    定義する。図5において、直線ABと直線DEの交点を
    点Cとし、線分ACをT3とする。∠ACEを2等分し
    た直線と、製品の境界部の中空部ではない外表面との交
    点を点Fとした時、線分CFをTeとする。またT1,T
    2については、該境界部が円筒部同士の場合は、境界部
    を挟んで小径側の円筒直径をT1とし、大径側の円筒直
    径をT2と定義する。また該境界部が円筒部と歯車の場
    合は、境界部を挟んで小径側の円筒直径をT1とし、T2
    は歯底円直径と定義する。また該境界部が円筒部とカム
    の場合は、境界部を挟んで小径側の円筒直径をT1
    し、T2はカムの最短径と定義する。]
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