JP3604426B2 - 回転体およびその成形方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は樹脂製の回転体およびその成形方法に関し、更に詳しくは、内部を中空構造とした樹脂製の回転体およびその成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、樹脂成形品の成形方法において、型装置のキャビティ内に溶融樹脂を注入した後、キャビティ内に加圧ガスを圧入して溶融樹脂の内部に中空部を形成したまま溶融樹脂を冷却固化させる方法が知られている。これは、溶融樹脂の内部に中空部を形成することで、溶融樹脂の肉厚をできるだけ均一化し、熱収縮によるひけ（変形）を防止するのに役立つ。そして、溶融樹脂の内部に中空部を形成するための具体的方法が幾つか提案されている。例えば特公昭５７−１４９６８号公報には、キャビティ内に注入される溶融樹脂の量を中空部の容積分だけ予め不足させておく方法が開示されている。この方法の場合、溶融樹脂の無駄なく溶融樹脂の内部に中空部を形成することができるが、中空型物の表面にヘジテーションと呼ばれる波紋状の凹凸が生じて表面の仕上がり状態が悪くなることが知られている。また、上記公報には加圧ガスの圧入時に型のキャビティ容積を拡大させる方法が開示されているが、この方法の場合、型の可動部の周りで樹脂の引張り或いは折畳みが生じる結果、樹脂成形品の表面の仕上がり状態が悪くなることが知られている。一方、特開平３−１２１８２０号公報には、キャビティを満たす量の溶融樹脂を注入した後、加圧ガスの圧入によりキャビティ内の溶融樹脂の一部を該キャビティと連通する樹脂押出室に押し出すことにより溶融樹脂内部に中空部を形成する方法が開示されている。この方法は、表面状態の良好な樹脂成形品を得るための有効な方法と考えられるが、キャビティの形状と樹脂押出室の形成位置との関係如何によっては成形品内部に所望の中空部を形成できない場合もある。また、キャビティ内の樹脂と樹脂押出室内の樹脂とが一体に連結されて成形されるので、成形品の脱型が容易な型組立構造とするためには、樹脂押出室の形成位置を成形品の形状に合わせて工夫する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、外周に歯形を有する精密歯車を樹脂成形する場合、歯車をほぼ一定樹脂厚の内部中空構造とすることが重要であるが、図９（ａ），（ｂ）に示すように、歯車１の中心の軸部２から外周までをほぼ一定厚みの板状とした場合、たとえ歯車１を形成するキャビティ内に注入された溶融樹脂の一部を所要容積の樹脂押出室に押し出すようにしても、キャビティ内の溶融樹脂内に形成される中空部の形状が安定しない。したがって、樹脂の肉厚が不均一となって局部的に大きなひけが生じる原因となる。
【０００４】
また、歯車１の軸部２を中空構造にするために、該軸部１の端面を形成するキャビティの軸端形成面に樹脂押出室を開口形成した場合、成形品を脱型可能にするための型組立構造が非常に複雑なものとなる。なお、図９中３は樹脂注入ゲート内で固化した樹脂を概略的に示し、４は歯車１の内部に形成された中空部であり、５は樹脂押出室内に押し出された樹脂を概略的に示す。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、寸法精度が高く且つ表面状態が良好で強度の高い樹脂製の回転体およびその成形方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、環状部と、前記環状部の中心に前記環状部と同軸に位置する軸部と、前記軸部と前記環状部との間に放射状に配置されて前記軸部と前記環状部とを連結する複数の放射リブとを有し、型装置のキャビティ内に溶融樹脂を注入した後、前記キャビティ内に圧入した中空部形成流体により前記溶融樹脂の内部に中空部を形成した状態で前記溶融樹脂を冷却固化することにより成形された回転体であって、
前記中空部は前記軸部の一端面を形成する軸部一端形成面より圧入された中空部形成流体により前記軸部内に形成されると共に、前記軸部の内部から前記各放射リブ内を経て前記環状部内へと延び、更に、前記環状部内で二方に分岐して、互いに隣り合う２つの放射リブの間の環状部形成面に開口した樹脂押出室またはその近傍までそれぞれ延びていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の回転体において、前記軸部の中空部は、前記軸部の他端面を形成する軸部他端形成面に開口した嵌合穴に摺動可能に保持された中子体の一端を前記中空部形成流体の圧入時に前記キャビティ内よりほぼ前記軸部他端形成面の位置まで退動させることにより形成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の回転体において、互いに隣り合う２つの放射リブの間の前記環状部の内周面には前記樹脂押出室内に押し出されて固化した樹脂体が固着していることを特徴とする。
【０００９】
また、上記課題を解決するために、請求項４記載の発明は、型装置のキャビティ内に該キャビティ内をほぼ満たす量の溶融樹脂を注入した後、前記キャビティ内に中空部形成流体を圧入した状態で前記溶融樹脂を冷却固化することにより、環状部と、前記環状部の中心に前記環状部と同軸に位置する軸部と、前記軸部と前記環状部との間に放射状に配置されて前記軸部と前記環状部とを連結する複数の放射リブとを有する中空構造の回転体を成形する方法であって、
前記中空部形成流体を前記軸部の一端面を形成する軸部一端形成面より前記キャビティ内に圧入し、
前記中空部形成流体の圧力により前記キャビティ内の溶融樹脂の一部を、互いに隣り合う２つの放射リブの間の環状部形成面に開口した樹脂押出室に押し出すことにより、前記軸部の内部から前記各放射リブ内を経て前記環状部内へと延び、更に、前記環状部内で二方に分岐して、互いに隣り合う２つの放射リブの間の環状部形成面に開口した樹脂押出室またはその近傍までそれぞれ延びる中空部を形成することを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の回転体の成形方法において、前記中空部形成流体の圧入時に、前記軸部の他端面を形成する軸部他端形成面に開口した嵌合穴に摺動可能に保持された中子体の一端を前記キャビティ内よりほぼ前記軸部他端形成面の位置まで退動させることを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の発明は、請求項４記載の回転体の成形方法において、前記樹脂押出室を環状部内周形成面に開口させて設け、前記樹脂押出室内に押し出されて冷却固化した樹脂体を前記キャビティ内で冷却固化した回転体と一体に前記型装置から取り出すことを特徴とする。
【００１２】
【作用】
請求項１記載の回転体においては、軸部の一端面を形成する軸部一端形成面よりキャビティ内に圧入される中空部形成流体により軸部内に中空部が形成されており、この中空部が、軸部の内部から各放射リブの内部を経て環状部内へと延び、更に、環状部内で二方に分岐して、互いに隣り合う２つの放射リブの間の環状部形成面に開口した樹脂押出室またはその近傍までそれぞれ延びているので、軸部、放射リブおよび環状部がそれぞれ高強度な中空構造となっている。しかも、環状部がほぼ全周にわたりほぼ均厚の中空構造となるので、環状部に溶融樹脂の熱収縮による変形が発生しない。したがって、環状部の精度が高く表面状態が良好で且つ強度の高い回転体を提供することができる。
【００１３】
請求項２記載の回転体においては、軸部の中空部は、軸部の他端面を形成するキャビティ内壁面に開口した嵌合穴に摺動可能に保持された中子体の一端を中空部形成流体の圧入時にキャビティ内よりほぼキャビティ内壁面の位置まで退動させることにより形成されているので、軸部はその内部の中空部を閉塞する端壁を備えた強度の高い中空構造となる。したがって、精度の高い環状部と強度の高い中空構造の軸部を有する回転体を提供することができる。
【００１４】
請求項３記載の回転体においては、樹脂押出室内に押し出されて固化した樹脂体が互いに隣り合う２つの放射リブの間の環状部の内周面に固着しているので、同一重量および同一外形寸法の回転体に比べて軸部周りの慣性モーメントを大きくすることができ、回転の安定性に優れた回転体とすることができる。
【００１５】
請求項４記載の回転体の成形方法においては、軸部の一端面を形成する軸一端形成面よりキャビティ内に圧入される中空部形成流体の圧力により、キャビティ内の溶融樹脂の一部を、互いに隣り合う２つの放射リブの間の環状部形成面に開口した樹脂押出室に押し出すことにより、軸部を形成する溶融樹脂の内部から各放射リブを形成する溶融樹脂の内部を経て環状部を形成する溶融樹脂内部に至り、更に、環状部を形成する溶融樹脂内で二方に分岐して、環状部形成面に開口する樹脂押出室またはその近傍までそれぞれ延びる中空部を形成するので、軸部、放射リブおよび環状部をそれぞれ高強度な中空構造とすることができる。しかも、環状部をほぼ全周にわたりほぼ均厚の中空構造とすることができるので、環状部に溶融樹脂の熱収縮による変形が発生することを防止できる。したがって、環状部の精度が高く表面状態が良好で且つ強度の高い回転体を成形することができる。
【００１６】
請求項５記載の回転体の成形方法においては、中空部形成流体の圧入時に、軸部の他端面を形成する軸部他端形成面に開口した嵌合穴に摺動可能に保持された中子体の一端をキャビティ内よりほぼ軸部他端形成面の位置まで退動させるので、軸部を形成するキャビティに溶融樹脂を押し出すための樹脂押出室を開口形成することなく、一端が端壁で確実に閉塞された軸部を容易且つ確実に形成することができる。したがって、キャビティからの溶融樹脂の押し出し量を最小限に抑えつつ、軸部を高強度の中空構造とした回転体を得ることができる。
【００１７】
また、溶融樹脂の冷却固化後にキャビティ内の回転体をキャビティ内から取り出す際に、回転体の軸部と樹脂押出室内の樹脂体とを切り離したり、軸部から切り離した樹脂体を型装置から除去したりする必要性がなくなるので、型構造を簡素化できると共に、回転体成形工程の作業効率を大幅に向上することができる。
【００１８】
しかも、中空部形成流体の圧入時に移動する中子体は軸部の他端面を形成するキャビティ内壁面に開口した嵌合穴に摺動可能に保持されているので、軸部の外周面の仕上がり精度を低下させることなく、一端が端壁で確実に閉塞された中空構造の軸部を形成することができる。
【００１９】
請求項６記載の回転体の成形方法においては、樹脂押出室を環状部内周形成面に開口させて設け、樹脂押出室内に押し出されて冷却固化した樹脂体をキャビティ内で冷却固化した回転体と一体に型装置から取り出すので、同一重量および同一外形寸法の回転体に比べて軸部周りの慣性モーメントが大きく、回転の安定性に優れた回転体を成形することができる。また、樹脂体の切離し機構を必要としない簡素な構造の型装置にて回転体を効率良く安価に製造することができる。
【００２０】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例につき説明する。
【００２１】
図１から図３までは本発明を歯車に適用した場合の一実施例を示したものであり、図１は歯車の平面図、図２（ａ）は図１中Ａ−Ａ線に沿った断面図、同図（ｂ）〜（ｅ）はそれぞれ図１中Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線およびＥ−Ｅ線に沿った断面図、図３は歯車要部の横断面図である。また、図４から図７までは図１〜図３に示す歯車の成形方法を説明したもので、図４は型装置の概略横断面平面図、図５は歯車の図２（ａ）中符号Ｓで示す断面領域に対応した型装置の要部拡大断面図、図６（ａ），（ｂ）はそれぞれ図５のＦ−Ｆ線およびＧ−Ｇ線に沿った断面図、図７（ａ）〜（ｄ）は歯車の軸部の成形工程説明図である。以下、これらの図を参照して本発明の一実施例に係る歯車およびその成形方法を説明する。
【００２２】
はじめに図１〜図３を参照すると、歯車１０は外周に歯形１２を有する外側環状部１１と、外周に歯形１４を有する内側環状部１３と、これら環状部１１，１３の中心にこれら環状部１１，１３と同軸に位置する軸部１５と、この軸部１５と外側環状部１１との間に放射状に配置されて軸部１５と内側環状部１３と外側環状部１１とを連結する複数の放射リブ１６とを有する。ここでは環状部１１，１３を円周方向に八等分する間隔で８つの放射リブ１６が設けられている。
【００２３】
図４を参照すると、この歯車１０を成形するための型装置１７は、第１〜第４プレート１８ａ〜１８ｄを有し、第１プレート１８ａは射出成形装置に固定されて射出成形装置のノズル１９に接続される。第２〜第４プレート１８ｂ〜１８ｄはそれぞれ射出成形装置の軸線方向（図４中上下方向）に移動可能に支持されている。第３プレート１８ｃと第４プレート１８ｄとの間に歯車１０を形成するキャビティ２０が形成されている。キャビティ２０は歯車１０の軸部１５の上端部を形成するための軸部一端形成面２０ａを有し、第１〜第３プレート１８ａ〜１８ｃには溶融樹脂２１をキャビティ２０内に注入するための樹脂通路２２が第３プレート１８ｃの軸部一端形成面２０ａに開口して設けられている。図示実施例においては、樹脂通路２２は射出成形機のノズル１９に接続されるスプルー２２ａと、このスプルー２２ａに接続されるランナー２２ｂと，一端がランナー２２ｂに接続され、他端がキャビティ２０に開口するゲート２２ｃとからなる。この実施例ではキャビティ２０内を満たす量の溶融樹脂２１が射出成形機のノズル１９から樹脂通路２２を通ってキャビティ２０内に注入された後、中空部形成流体がこのノズルから樹脂通路２２内に圧入される。この時、樹脂通路２２内の溶融樹脂２１は樹脂通路２２の内壁に接した部分から冷却固化し始めるが、樹脂通路２２の中心部は十分な高温状態にあるので、中空部形成流体は樹脂通路２２内の溶融樹脂２１の中心部を通ってキャビティ２０内に圧入される。なお、溶融樹脂をキャビティ２０内に注入するための樹脂注入ゲートは中空部形成流体をキャビティ２０内に圧入するためのゲート（若しくはノズル）とは異なる位置でランナーまたはキャビティ２０内に開口していてもよく、また、複数の樹脂注入ゲートを用いてもよい。
【００２４】
溶融樹脂２１としては、射出成形できる熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、熱硬化性樹脂、或いはこれらと公知の添加材やフィラーとの配合物を用いることができる。また、中空部形成流体としては、例えば空気、窒素、炭酸ガス等のように、成形温度および射出圧力下で液化しないガスが一般的であるが、溶融樹脂２１と相溶性のない液体を用いてもよい。
【００２５】
図５および図６（ａ）に示すように、歯車１０の外側環状部１１の内周面１１ａを形成する外側環状部内周形成面２０ｂには樹脂押出室２４に連通する樹脂押出口２５が開口している。図１において、２６はキャビティ２０内から樹脂押出室２４内に押し出された溶融樹脂２１が冷却固化してできた樹脂体であり、この樹脂体２６は樹脂押出口２５内で固化した連結部２６ａを介して外側環状部１１と連結されている。この図から容易に判るように、各樹脂押出室２４は互いに隣り合う２つの放射リブ１６の間に位置しており、また、樹脂押出口２４も互いに隣り合う２つの放射リブ１６の間に位置してキャビティ２０の外側環状部内周形成面２０ｂに開口している。
【００２６】
同様に、図５および図６（ｂ）に示すように、歯車１０の内側環状部１３の内周面１３ａを形成する内側環状部内周形成面２０ｃには樹脂押出室２７と連通する樹脂押出口２８が開口している。図１において、２９はキャビティ２０内から樹脂押出室２７内に押し出された溶融樹脂２１が冷却固化してできた樹脂体であり、この樹脂体２９は樹脂押出口２８内で固化した連結部２９ａを介して内側環状部１３と連結されている。この図から容易に判るように、各樹脂押出室２７は互いに隣り合う２つの放射リブ１６の間に位置しており、また、樹脂押出口２８も互いに隣り合う２つの放射リブ１６の間に位置して内側環状部内周形成面２０ｃに開口している。
【００２７】
上記樹脂押出口２５，２８は、キャビティ２０内を溶融樹脂２１で満たすときは樹脂押出室２４，２７内が溶融樹脂２１で満たされることのないように、溶融樹脂２１の流動抵抗が大きくなるように調整されている。したがって、溶融樹脂２１の注入時にはキャビティ２０内のみがその溶融樹脂２１で満たされ、その後キャビティ２０内に中空部形成流体が圧入されたとき、その圧力でキャビティ２０内の溶融樹脂２１の一部が樹脂押出口２５，２８から樹脂押出室２４，２７内に押し出されることにより、キャビティ２０内の溶融樹脂２１の内部に所要体積の中空部３０が形成される。この状態で溶融樹脂を冷却固化することにより、内部に中空部３０を有する歯車１０が成形される。
【００２８】
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、中空部３０は軸部１５の内部から各放射リブ１６の内部を経て環状部１１，１３内へと延びており、更に、図３に示すように、外側環状部１１内でそれぞれ二方に分岐して、各々の先端が互いに隣り合う２つの放射リブ１６，１６のほぼ中間に位置する樹脂押出口２５，２８の近傍まで延びている。内側環状部１３の内部も同様である。
【００２９】
なお、この実施例では、各樹脂押出室２５，２８は溶融樹脂押出し量に見合った容積となっているので、中空部３０は樹脂押出室２５，２８の内部には達していないが、各樹脂押出室２５，２８を溶融樹脂押出し量に見合った容積よりも大きな容積のものとすることにより、中空部３０を環状部１１，１３内から樹脂押出室２５，２８の内部まで延在させててもよい。
【００３０】
さらに、この実施例では、図４に示すように、第４プレート１８ｄには軸部１５の他端面を形成する軸部他端形成面２０ｄに開口する嵌合穴２０ｅが形成されており、この嵌合穴２０ｅに中子体３１が摺動可能に嵌合している。この中子体３１は、図７（ａ）に示すように、溶融樹脂２１の注入時にその一端３１ａがキャビティ２０内に位置するようにばね３２で付勢されている。したがって、溶融樹脂２１の注入時にはキャビティ２０の容積はキャビティ２０内に突出した中子体３１の体積分だけ減少しており、この容積の減少したキャビティ２０を満たす量の溶融樹脂２１がキャビティ２０内に注入されることとなる。ばね３２のばね力はキャビティ２０内に圧入される中空部形成流体の圧力で中子体３１の一端３１ａがキャビティ２０内より軸部他端形成面２０ｄとほぼ同一面をなす位置まで退動されるように調整されている。したがって、図７（ｂ），（ｃ）に示すように、中空部形成流体の圧入時には中子体３１がばね力に抗してキャビティ２０内からほぼ軸部他端形成面２０ｄの位置まで退動し、これにより、キャビティ２０の容積が拡張され、歯車１０の軸部１５を形成する溶融樹脂２１の内部に上記中空部３０が大きく形成されることとなる。
【００３１】
また、中空部形成流体の圧入時には、軸部他端形成面と中子体３１の一端３１ａとでキャビティ２０が閉塞されているので、成形される軸部１５の他端部には軸部１５の内部の中空部３０を完全に閉塞する端壁１５ａが形成される。このように、軸部１５は端部を閉塞した中空構造をなすので、端部が開口した中空構造と比して大きな強度を有するものとなる。なお、中子体３１がキャビティ２０から退動するとき、中子体３１の表面で冷却された溶融樹脂２１の折畳み現象がキャビティ２０内で生じ得るが、たとえ溶融樹脂２１の折畳みによる表面欠陥が生じたとしても、その影響は表面状態の重要度が低い軸部１５の端部に現れるにすぎず、表面状態の重要度の高い軸部１５の外周面にはその影響は現れないので、成形歯車１０の品質を低下させることはない。
【００３２】
キャビティ２０内の溶融樹脂内部の中空部形成流体の回り方等を考慮すると、上記歯車１０等回転体の中空率を１０〜３０％とするのが好ましい。ここで、歯車１０等回転体の中空率は、一般に次式で表すことができる。
【００３３】
【数１】
中空率（％）＝（（Ｖ×ρ−Ｍ）／（Ｖ×ρ））×１００
【００３４】
ここで、Ｖは歯車（回転体）の見かけの体積、ρは樹脂密度、Ｍは歯車（回転体）の重さである。
【００３５】
なお、中子体３１を用いる代わりに、軸部他端形成面２０ｄの下方に樹脂押出室を設け、中空部形成流体の圧入時にキャビティ２０内の溶融樹脂２１の一部を軸部他端形成面２０ｄに開口する樹脂押出室に押し出すように構成することも可能であるが、その場合、成形された歯車１０と共に樹脂押出室内で冷却固化した樹脂体を離型させるための型組立構造が複雑化するという欠点がある。これに対し、上記中子体３１を用いた場合、成形後に第３プレート１８ｃと第４プレート１８ｄとの間を開くことにより、歯車１０を容易にキャビティ２０から取り出すことができる。
【００３６】
ここで、図４を参照して、離型工程をさらに詳細に説明すると、まず、第３プレート１８ｃと第４プレート１８ｄを一体に移動させて第２プレート１８ｂと第３プレート１８ｃとの間を開くと、歯車１０の軸部１５が樹脂通路２２内で冷却固化した樹脂体２３から切り離される。その後、第１プレート１８ａと第２プレート１８ｂとの間を開くと、樹脂通路２２内の樹脂体２３はランナーロックピン３４から離脱され、第１および第２プレート１８ａ，１８ｂから除去される。一方、歯車１０は、第３プレート１８ｃと第４プレート１８ｄとの間を開いた後、第４プレート１８ｄに設けられている多数のエジェクタピン３３で歯車１０を押圧することにより、第４プレート１８ｄのキャビティから取り出すことができる。
【００３７】
なお、中空部形成流体がキャビティ２０内に圧入されて中子体３１がキャビティ２０内から退動するとき、ばね３２は圧縮される。したがって、成形後にキャビティ２０を開いたとき、ばね３２の復元力が強すぎると、その力で歯車１０が不用意に移動型組立体１８から飛び出す原因となる。そこで、このような不具合を防止するために、好ましくは、図４および図７に示すように、中子体３１の一端３１ａには逆円錐台形状の突起３１ｂが設けられる。したがって、歯車１０の軸部１５はその端壁１５ａに突起３１ｂが埋設した状態で成形されるので、成形後にキャビティ２０を開いたときに、歯車１０が中子体１５に係止された状態に保たれる。その後、エジェクタピン３３で歯車１０を押して歯車１０を第４プレート１８ｄから取り出すときは、樹脂の弾性変形により突起３１ｂを歯車１０の軸部１５から簡単に離脱させることができる。
【００３８】
また、キャビティ２０を開いたときに、成形された歯車１０の軸部１５の他端面にばね３２の復元力が中子体３１を介して作用していると、第４プレート１８ｄに保持された歯車１０に望ましくない局部的な負荷が加わることになる。そこで、このような不具合を解消するために、図示は省略するが、ばね３２の型側受座を可動とし、第４プレート１８ｄを第３プレート１８ｃから離間させる前にばね３２の圧縮を解除させることが可能である。その場合、成形された歯車１０が不用意に飛び出すこともなくなるので、上述した逆円錐台形状の突起３１ｂを省略することができる。
【００３９】
以上述べた成形方法により、図１〜図３に示す歯車１０を得ることができる。
【００４０】
上記構成の歯車１０においては、上述したように、キャビティ２０内に圧入される中空部形成流体により形成される中空部３０が、軸部１５の内部から各放射リブ１６の内部を経て環状部１１，１３内へと延び、更に、環状部１１，１３内でそれぞれ二方に分岐して、互いに隣り合う２つの放射リブ１６の間の環状部形成内壁面２０ｂ，２０ｃに開口した樹脂押出口２５，２８の近傍までそれぞれ延びているので、軸部１５、放射リブ１６および環状部１１，１３をそれぞれ高強度な中空構造とすることができる。しかも、環状部１１，１３をほぼ全周にわたりほぼ均厚の中空構造とすることができるので、環状部１１，１３に溶融樹脂２１の熱収縮による変形が発生することを防止できる。したがって、環状部１１，１３の精度が高く表面状態が良好で且つ強度の高い歯車１０を得ることができる。
【００４１】
また、上記実施例における軸部１５の中空部３０は、軸部１５の他端面（ゲート２２ａと反対側の端面）を形成する軸部他端形成面２０ｄに開口した嵌合穴２０ｅに摺動可能に保持された中子体３１の一端３１ａを中空部形成流体の圧入時にキャビティ２０内よりほぼ軸部他端形成面２０ｄの位置まで退動させることにより形成されているので、軸部１５はその内部の中空部３０を閉塞する端壁１５ａを備えた強度の高い中空構造となる。したがって、精度の高い環状部１１，１３と強度の高い中空構造の軸部１５を有する歯車１０が得られる。
【００４２】
また、軸部他端形成面２０ｄに樹脂押出室を開口形成する必要がないので、成形された歯車１０をキャビティ２０内から取り出す際に、歯車１０の軸部を樹脂押出室内の樹脂体から切り離したり、該樹脂押出室内の樹脂体を除去したりする必要がない。したがって、型構造を簡素化できると共に、歯車成形工程の作業効率を大幅に向上することができる。
【００４３】
しかも、中空部形成流体の圧入時に移動する中子体３１は軸部１５の他端面を形成するキャビティ２０の軸部他端形成面２０ｄに開口した嵌合穴２０ｅに摺動可能に保持されているので、軸部１５の外周面の仕上がり精度を低下させることなく、一端が端壁１５ａで確実に閉塞された中空構造の軸部１５を形成することができる。
【００４４】
図８（ａ），（ｂ）は本発明を歯車に適用した場合の他の実施例を示すものであり、同図（ａ）は歯車の平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）中Ｈ−Ｈ線に沿った断面図である。同図において、上記実施例と同様の構成要素には同一参照符号が付してある。
【００４５】
図８（ａ），（ｂ）を参照すると、この実施例の歯車１０は、上記実施例と同様に、外周に歯形１２を形成した環状部１１と、環状部１１の中心に環状部１１と同軸に位置する軸部１５と、軸部１５と環状部１１との間に放射状に配置されて軸部１５と環状部１１とを連結する複数の放射リブ１６とを有する。この歯車１０は、型装置１７のキャビティ２０内に溶融樹脂２１を注入した後、キャビティ２０内に圧入した中空部形成流体により溶融樹脂２１の内部に中空部３０を形成した状態で溶融樹脂を冷却固化することにより成形される。
【００４６】
この実施例においても、図８（ａ）に仮想線で示すように、樹脂押出室２４は互いに隣り合う２つの放射リブ１６の間の環状部内周形成面に開口形成されており、また、中空部３０は、上記実施例と同様に、軸部１５の一端面を形成する型装置の軸部一端形成面より圧入された中空部形成流体により軸部１５内に形成されると共に、軸部１５の内部から各放射リブ１６内を経て環状部１１内へと延び、更に、環状部１１内で二方に分岐して、互いに隣り合う２つの放射リブ１６の間の環状部内周形成面に開口した樹脂押出室２４の近傍までそれぞれ延びている。また、軸部１５の中空部３０は、上記実施例と同様に、軸部１５の他端面を形成する型装置の軸部他端形成面に開口した嵌合穴に摺動可能に保持された中子体の一端を中空部形成流体の圧入時にキャビティ内よりほぼ軸部他端形成面の位置まで退動させることにより形成されている。
【００４７】
上記実施例と異なり、この実施例では、キャビティ内から樹脂押出室２４内に押し出されて冷却固化した各樹脂体２６は、キャビティ内で冷却固化された歯車１０から切り離されている。各樹脂体２６は型装置の内部で歯車１０から切り離してもよいし、或いは、型装置から離型した後に歯車１０から切り離してもよい。このように、樹脂体２６を除去することにより歯車１０が大きく軽量化される。また、樹脂体２６は樹脂注入ゲート内で冷却固化される樹脂体と共に成形材料として再利用できるので、経済性に優れている。
【００４８】
以上、図示実施例につき説明したが、本発明は上記実施例の態様のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲に記載した発明の範囲内においてその構成要素に種々の変更を加えることができる。例えば、軸部と環状部とを連結する放射リブは任意の個数および形状に変更可能である。また、図４に示す実施例では、中子体３１は中空部形成流体の圧力によりばね３２のばね力に抗してキャビティ２０内より退動されるものとなっているが、中子体３１をソレノイド、流体圧シリンダ装置等のアクチュエータにより進退動作させるようにしてもよい。さらに、上記実施例のように、本発明は精密歯車に好適に実施することができるが、歯車以外の例えばプーリー等またはそれらの複合体にも同様に実施可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、寸法精度が高く且つ表面状態が良好で強度の高い樹脂製の回転体およびその成形方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す歯車の平面図である。
【図２】（ａ）は図１中Ａ−Ａ線に沿った断面図、（ｂ）〜（ｅ）はそれぞれ図１中Ｂ−Ｂ線，Ｃ−Ｃ線，Ｄ−Ｄ線およびＥ−Ｅ線に沿った断面図である。
【図３】図１に示す歯車の要部の横断面図である。
【図４】図１に示す歯車を成形する型装置の概略横断面平面図である。
【図５】図５に示す型装置の図３中断面領域Ｓに対応する要部拡大断面図である。
【図６】（ａ）は図５中Ｆ−Ｆ線に沿った縦断面図、（ｂ）は図６中Ｇ−Ｇ線に沿った断面図である。
【図７】図１に示す歯車の軸部の成形工程を示す説明図である。
【図８】本発明の他の実施例を示すもので、（ａ）は歯車の平面図、（ｂ）は（ａ）中Ｈ−Ｈ線に沿った断面図である。
【図９】従来の樹脂歯車とその成形方法を示すもので、（ａ）は歯車の平面図、（ｂ）は（ａ）中Ｉ−Ｉ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
１０ 歯車（回転体）
１１ 外側環状部
１２ 歯形
１３ 内側環状部
１４ 歯形
１５ 軸部
１６ 放射リブ
１７ 型装置
１８ａ〜１８ｄ 第１〜第４プレート
１９ ノズル
２０ キャビティ
２１ 溶融樹脂
２２ 樹脂通路
２３ 樹脂通路内で固化した樹脂体
２４，２７ 樹脂押出室
２５，２８ 樹脂押出口
２６，２９ 樹脂押出室内で固化した樹脂体
２６ａ，２９ａ 樹脂体の連結部
３０ 中空部
３１ 中子体
３２ ばね
【産業上の利用分野】
本発明は樹脂製の回転体およびその成形方法に関し、更に詳しくは、内部を中空構造とした樹脂製の回転体およびその成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、樹脂成形品の成形方法において、型装置のキャビティ内に溶融樹脂を注入した後、キャビティ内に加圧ガスを圧入して溶融樹脂の内部に中空部を形成したまま溶融樹脂を冷却固化させる方法が知られている。これは、溶融樹脂の内部に中空部を形成することで、溶融樹脂の肉厚をできるだけ均一化し、熱収縮によるひけ（変形）を防止するのに役立つ。そして、溶融樹脂の内部に中空部を形成するための具体的方法が幾つか提案されている。例えば特公昭５７−１４９６８号公報には、キャビティ内に注入される溶融樹脂の量を中空部の容積分だけ予め不足させておく方法が開示されている。この方法の場合、溶融樹脂の無駄なく溶融樹脂の内部に中空部を形成することができるが、中空型物の表面にヘジテーションと呼ばれる波紋状の凹凸が生じて表面の仕上がり状態が悪くなることが知られている。また、上記公報には加圧ガスの圧入時に型のキャビティ容積を拡大させる方法が開示されているが、この方法の場合、型の可動部の周りで樹脂の引張り或いは折畳みが生じる結果、樹脂成形品の表面の仕上がり状態が悪くなることが知られている。一方、特開平３−１２１８２０号公報には、キャビティを満たす量の溶融樹脂を注入した後、加圧ガスの圧入によりキャビティ内の溶融樹脂の一部を該キャビティと連通する樹脂押出室に押し出すことにより溶融樹脂内部に中空部を形成する方法が開示されている。この方法は、表面状態の良好な樹脂成形品を得るための有効な方法と考えられるが、キャビティの形状と樹脂押出室の形成位置との関係如何によっては成形品内部に所望の中空部を形成できない場合もある。また、キャビティ内の樹脂と樹脂押出室内の樹脂とが一体に連結されて成形されるので、成形品の脱型が容易な型組立構造とするためには、樹脂押出室の形成位置を成形品の形状に合わせて工夫する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、外周に歯形を有する精密歯車を樹脂成形する場合、歯車をほぼ一定樹脂厚の内部中空構造とすることが重要であるが、図９（ａ），（ｂ）に示すように、歯車１の中心の軸部２から外周までをほぼ一定厚みの板状とした場合、たとえ歯車１を形成するキャビティ内に注入された溶融樹脂の一部を所要容積の樹脂押出室に押し出すようにしても、キャビティ内の溶融樹脂内に形成される中空部の形状が安定しない。したがって、樹脂の肉厚が不均一となって局部的に大きなひけが生じる原因となる。
【０００４】
また、歯車１の軸部２を中空構造にするために、該軸部１の端面を形成するキャビティの軸端形成面に樹脂押出室を開口形成した場合、成形品を脱型可能にするための型組立構造が非常に複雑なものとなる。なお、図９中３は樹脂注入ゲート内で固化した樹脂を概略的に示し、４は歯車１の内部に形成された中空部であり、５は樹脂押出室内に押し出された樹脂を概略的に示す。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、寸法精度が高く且つ表面状態が良好で強度の高い樹脂製の回転体およびその成形方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、環状部と、前記環状部の中心に前記環状部と同軸に位置する軸部と、前記軸部と前記環状部との間に放射状に配置されて前記軸部と前記環状部とを連結する複数の放射リブとを有し、型装置のキャビティ内に溶融樹脂を注入した後、前記キャビティ内に圧入した中空部形成流体により前記溶融樹脂の内部に中空部を形成した状態で前記溶融樹脂を冷却固化することにより成形された回転体であって、
前記中空部は前記軸部の一端面を形成する軸部一端形成面より圧入された中空部形成流体により前記軸部内に形成されると共に、前記軸部の内部から前記各放射リブ内を経て前記環状部内へと延び、更に、前記環状部内で二方に分岐して、互いに隣り合う２つの放射リブの間の環状部形成面に開口した樹脂押出室またはその近傍までそれぞれ延びていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の回転体において、前記軸部の中空部は、前記軸部の他端面を形成する軸部他端形成面に開口した嵌合穴に摺動可能に保持された中子体の一端を前記中空部形成流体の圧入時に前記キャビティ内よりほぼ前記軸部他端形成面の位置まで退動させることにより形成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の回転体において、互いに隣り合う２つの放射リブの間の前記環状部の内周面には前記樹脂押出室内に押し出されて固化した樹脂体が固着していることを特徴とする。
【０００９】
また、上記課題を解決するために、請求項４記載の発明は、型装置のキャビティ内に該キャビティ内をほぼ満たす量の溶融樹脂を注入した後、前記キャビティ内に中空部形成流体を圧入した状態で前記溶融樹脂を冷却固化することにより、環状部と、前記環状部の中心に前記環状部と同軸に位置する軸部と、前記軸部と前記環状部との間に放射状に配置されて前記軸部と前記環状部とを連結する複数の放射リブとを有する中空構造の回転体を成形する方法であって、
前記中空部形成流体を前記軸部の一端面を形成する軸部一端形成面より前記キャビティ内に圧入し、
前記中空部形成流体の圧力により前記キャビティ内の溶融樹脂の一部を、互いに隣り合う２つの放射リブの間の環状部形成面に開口した樹脂押出室に押し出すことにより、前記軸部の内部から前記各放射リブ内を経て前記環状部内へと延び、更に、前記環状部内で二方に分岐して、互いに隣り合う２つの放射リブの間の環状部形成面に開口した樹脂押出室またはその近傍までそれぞれ延びる中空部を形成することを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の回転体の成形方法において、前記中空部形成流体の圧入時に、前記軸部の他端面を形成する軸部他端形成面に開口した嵌合穴に摺動可能に保持された中子体の一端を前記キャビティ内よりほぼ前記軸部他端形成面の位置まで退動させることを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の発明は、請求項４記載の回転体の成形方法において、前記樹脂押出室を環状部内周形成面に開口させて設け、前記樹脂押出室内に押し出されて冷却固化した樹脂体を前記キャビティ内で冷却固化した回転体と一体に前記型装置から取り出すことを特徴とする。
【００１２】
【作用】
請求項１記載の回転体においては、軸部の一端面を形成する軸部一端形成面よりキャビティ内に圧入される中空部形成流体により軸部内に中空部が形成されており、この中空部が、軸部の内部から各放射リブの内部を経て環状部内へと延び、更に、環状部内で二方に分岐して、互いに隣り合う２つの放射リブの間の環状部形成面に開口した樹脂押出室またはその近傍までそれぞれ延びているので、軸部、放射リブおよび環状部がそれぞれ高強度な中空構造となっている。しかも、環状部がほぼ全周にわたりほぼ均厚の中空構造となるので、環状部に溶融樹脂の熱収縮による変形が発生しない。したがって、環状部の精度が高く表面状態が良好で且つ強度の高い回転体を提供することができる。
【００１３】
請求項２記載の回転体においては、軸部の中空部は、軸部の他端面を形成するキャビティ内壁面に開口した嵌合穴に摺動可能に保持された中子体の一端を中空部形成流体の圧入時にキャビティ内よりほぼキャビティ内壁面の位置まで退動させることにより形成されているので、軸部はその内部の中空部を閉塞する端壁を備えた強度の高い中空構造となる。したがって、精度の高い環状部と強度の高い中空構造の軸部を有する回転体を提供することができる。
【００１４】
請求項３記載の回転体においては、樹脂押出室内に押し出されて固化した樹脂体が互いに隣り合う２つの放射リブの間の環状部の内周面に固着しているので、同一重量および同一外形寸法の回転体に比べて軸部周りの慣性モーメントを大きくすることができ、回転の安定性に優れた回転体とすることができる。
【００１５】
請求項４記載の回転体の成形方法においては、軸部の一端面を形成する軸一端形成面よりキャビティ内に圧入される中空部形成流体の圧力により、キャビティ内の溶融樹脂の一部を、互いに隣り合う２つの放射リブの間の環状部形成面に開口した樹脂押出室に押し出すことにより、軸部を形成する溶融樹脂の内部から各放射リブを形成する溶融樹脂の内部を経て環状部を形成する溶融樹脂内部に至り、更に、環状部を形成する溶融樹脂内で二方に分岐して、環状部形成面に開口する樹脂押出室またはその近傍までそれぞれ延びる中空部を形成するので、軸部、放射リブおよび環状部をそれぞれ高強度な中空構造とすることができる。しかも、環状部をほぼ全周にわたりほぼ均厚の中空構造とすることができるので、環状部に溶融樹脂の熱収縮による変形が発生することを防止できる。したがって、環状部の精度が高く表面状態が良好で且つ強度の高い回転体を成形することができる。
【００１６】
請求項５記載の回転体の成形方法においては、中空部形成流体の圧入時に、軸部の他端面を形成する軸部他端形成面に開口した嵌合穴に摺動可能に保持された中子体の一端をキャビティ内よりほぼ軸部他端形成面の位置まで退動させるので、軸部を形成するキャビティに溶融樹脂を押し出すための樹脂押出室を開口形成することなく、一端が端壁で確実に閉塞された軸部を容易且つ確実に形成することができる。したがって、キャビティからの溶融樹脂の押し出し量を最小限に抑えつつ、軸部を高強度の中空構造とした回転体を得ることができる。
【００１７】
また、溶融樹脂の冷却固化後にキャビティ内の回転体をキャビティ内から取り出す際に、回転体の軸部と樹脂押出室内の樹脂体とを切り離したり、軸部から切り離した樹脂体を型装置から除去したりする必要性がなくなるので、型構造を簡素化できると共に、回転体成形工程の作業効率を大幅に向上することができる。
【００１８】
しかも、中空部形成流体の圧入時に移動する中子体は軸部の他端面を形成するキャビティ内壁面に開口した嵌合穴に摺動可能に保持されているので、軸部の外周面の仕上がり精度を低下させることなく、一端が端壁で確実に閉塞された中空構造の軸部を形成することができる。
【００１９】
請求項６記載の回転体の成形方法においては、樹脂押出室を環状部内周形成面に開口させて設け、樹脂押出室内に押し出されて冷却固化した樹脂体をキャビティ内で冷却固化した回転体と一体に型装置から取り出すので、同一重量および同一外形寸法の回転体に比べて軸部周りの慣性モーメントが大きく、回転の安定性に優れた回転体を成形することができる。また、樹脂体の切離し機構を必要としない簡素な構造の型装置にて回転体を効率良く安価に製造することができる。
【００２０】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例につき説明する。
【００２１】
図１から図３までは本発明を歯車に適用した場合の一実施例を示したものであり、図１は歯車の平面図、図２（ａ）は図１中Ａ−Ａ線に沿った断面図、同図（ｂ）〜（ｅ）はそれぞれ図１中Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線およびＥ−Ｅ線に沿った断面図、図３は歯車要部の横断面図である。また、図４から図７までは図１〜図３に示す歯車の成形方法を説明したもので、図４は型装置の概略横断面平面図、図５は歯車の図２（ａ）中符号Ｓで示す断面領域に対応した型装置の要部拡大断面図、図６（ａ），（ｂ）はそれぞれ図５のＦ−Ｆ線およびＧ−Ｇ線に沿った断面図、図７（ａ）〜（ｄ）は歯車の軸部の成形工程説明図である。以下、これらの図を参照して本発明の一実施例に係る歯車およびその成形方法を説明する。
【００２２】
はじめに図１〜図３を参照すると、歯車１０は外周に歯形１２を有する外側環状部１１と、外周に歯形１４を有する内側環状部１３と、これら環状部１１，１３の中心にこれら環状部１１，１３と同軸に位置する軸部１５と、この軸部１５と外側環状部１１との間に放射状に配置されて軸部１５と内側環状部１３と外側環状部１１とを連結する複数の放射リブ１６とを有する。ここでは環状部１１，１３を円周方向に八等分する間隔で８つの放射リブ１６が設けられている。
【００２３】
図４を参照すると、この歯車１０を成形するための型装置１７は、第１〜第４プレート１８ａ〜１８ｄを有し、第１プレート１８ａは射出成形装置に固定されて射出成形装置のノズル１９に接続される。第２〜第４プレート１８ｂ〜１８ｄはそれぞれ射出成形装置の軸線方向（図４中上下方向）に移動可能に支持されている。第３プレート１８ｃと第４プレート１８ｄとの間に歯車１０を形成するキャビティ２０が形成されている。キャビティ２０は歯車１０の軸部１５の上端部を形成するための軸部一端形成面２０ａを有し、第１〜第３プレート１８ａ〜１８ｃには溶融樹脂２１をキャビティ２０内に注入するための樹脂通路２２が第３プレート１８ｃの軸部一端形成面２０ａに開口して設けられている。図示実施例においては、樹脂通路２２は射出成形機のノズル１９に接続されるスプルー２２ａと、このスプルー２２ａに接続されるランナー２２ｂと，一端がランナー２２ｂに接続され、他端がキャビティ２０に開口するゲート２２ｃとからなる。この実施例ではキャビティ２０内を満たす量の溶融樹脂２１が射出成形機のノズル１９から樹脂通路２２を通ってキャビティ２０内に注入された後、中空部形成流体がこのノズルから樹脂通路２２内に圧入される。この時、樹脂通路２２内の溶融樹脂２１は樹脂通路２２の内壁に接した部分から冷却固化し始めるが、樹脂通路２２の中心部は十分な高温状態にあるので、中空部形成流体は樹脂通路２２内の溶融樹脂２１の中心部を通ってキャビティ２０内に圧入される。なお、溶融樹脂をキャビティ２０内に注入するための樹脂注入ゲートは中空部形成流体をキャビティ２０内に圧入するためのゲート（若しくはノズル）とは異なる位置でランナーまたはキャビティ２０内に開口していてもよく、また、複数の樹脂注入ゲートを用いてもよい。
【００２４】
溶融樹脂２１としては、射出成形できる熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、熱硬化性樹脂、或いはこれらと公知の添加材やフィラーとの配合物を用いることができる。また、中空部形成流体としては、例えば空気、窒素、炭酸ガス等のように、成形温度および射出圧力下で液化しないガスが一般的であるが、溶融樹脂２１と相溶性のない液体を用いてもよい。
【００２５】
図５および図６（ａ）に示すように、歯車１０の外側環状部１１の内周面１１ａを形成する外側環状部内周形成面２０ｂには樹脂押出室２４に連通する樹脂押出口２５が開口している。図１において、２６はキャビティ２０内から樹脂押出室２４内に押し出された溶融樹脂２１が冷却固化してできた樹脂体であり、この樹脂体２６は樹脂押出口２５内で固化した連結部２６ａを介して外側環状部１１と連結されている。この図から容易に判るように、各樹脂押出室２４は互いに隣り合う２つの放射リブ１６の間に位置しており、また、樹脂押出口２４も互いに隣り合う２つの放射リブ１６の間に位置してキャビティ２０の外側環状部内周形成面２０ｂに開口している。
【００２６】
同様に、図５および図６（ｂ）に示すように、歯車１０の内側環状部１３の内周面１３ａを形成する内側環状部内周形成面２０ｃには樹脂押出室２７と連通する樹脂押出口２８が開口している。図１において、２９はキャビティ２０内から樹脂押出室２７内に押し出された溶融樹脂２１が冷却固化してできた樹脂体であり、この樹脂体２９は樹脂押出口２８内で固化した連結部２９ａを介して内側環状部１３と連結されている。この図から容易に判るように、各樹脂押出室２７は互いに隣り合う２つの放射リブ１６の間に位置しており、また、樹脂押出口２８も互いに隣り合う２つの放射リブ１６の間に位置して内側環状部内周形成面２０ｃに開口している。
【００２７】
上記樹脂押出口２５，２８は、キャビティ２０内を溶融樹脂２１で満たすときは樹脂押出室２４，２７内が溶融樹脂２１で満たされることのないように、溶融樹脂２１の流動抵抗が大きくなるように調整されている。したがって、溶融樹脂２１の注入時にはキャビティ２０内のみがその溶融樹脂２１で満たされ、その後キャビティ２０内に中空部形成流体が圧入されたとき、その圧力でキャビティ２０内の溶融樹脂２１の一部が樹脂押出口２５，２８から樹脂押出室２４，２７内に押し出されることにより、キャビティ２０内の溶融樹脂２１の内部に所要体積の中空部３０が形成される。この状態で溶融樹脂を冷却固化することにより、内部に中空部３０を有する歯車１０が成形される。
【００２８】
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、中空部３０は軸部１５の内部から各放射リブ１６の内部を経て環状部１１，１３内へと延びており、更に、図３に示すように、外側環状部１１内でそれぞれ二方に分岐して、各々の先端が互いに隣り合う２つの放射リブ１６，１６のほぼ中間に位置する樹脂押出口２５，２８の近傍まで延びている。内側環状部１３の内部も同様である。
【００２９】
なお、この実施例では、各樹脂押出室２５，２８は溶融樹脂押出し量に見合った容積となっているので、中空部３０は樹脂押出室２５，２８の内部には達していないが、各樹脂押出室２５，２８を溶融樹脂押出し量に見合った容積よりも大きな容積のものとすることにより、中空部３０を環状部１１，１３内から樹脂押出室２５，２８の内部まで延在させててもよい。
【００３０】
さらに、この実施例では、図４に示すように、第４プレート１８ｄには軸部１５の他端面を形成する軸部他端形成面２０ｄに開口する嵌合穴２０ｅが形成されており、この嵌合穴２０ｅに中子体３１が摺動可能に嵌合している。この中子体３１は、図７（ａ）に示すように、溶融樹脂２１の注入時にその一端３１ａがキャビティ２０内に位置するようにばね３２で付勢されている。したがって、溶融樹脂２１の注入時にはキャビティ２０の容積はキャビティ２０内に突出した中子体３１の体積分だけ減少しており、この容積の減少したキャビティ２０を満たす量の溶融樹脂２１がキャビティ２０内に注入されることとなる。ばね３２のばね力はキャビティ２０内に圧入される中空部形成流体の圧力で中子体３１の一端３１ａがキャビティ２０内より軸部他端形成面２０ｄとほぼ同一面をなす位置まで退動されるように調整されている。したがって、図７（ｂ），（ｃ）に示すように、中空部形成流体の圧入時には中子体３１がばね力に抗してキャビティ２０内からほぼ軸部他端形成面２０ｄの位置まで退動し、これにより、キャビティ２０の容積が拡張され、歯車１０の軸部１５を形成する溶融樹脂２１の内部に上記中空部３０が大きく形成されることとなる。
【００３１】
また、中空部形成流体の圧入時には、軸部他端形成面と中子体３１の一端３１ａとでキャビティ２０が閉塞されているので、成形される軸部１５の他端部には軸部１５の内部の中空部３０を完全に閉塞する端壁１５ａが形成される。このように、軸部１５は端部を閉塞した中空構造をなすので、端部が開口した中空構造と比して大きな強度を有するものとなる。なお、中子体３１がキャビティ２０から退動するとき、中子体３１の表面で冷却された溶融樹脂２１の折畳み現象がキャビティ２０内で生じ得るが、たとえ溶融樹脂２１の折畳みによる表面欠陥が生じたとしても、その影響は表面状態の重要度が低い軸部１５の端部に現れるにすぎず、表面状態の重要度の高い軸部１５の外周面にはその影響は現れないので、成形歯車１０の品質を低下させることはない。
【００３２】
キャビティ２０内の溶融樹脂内部の中空部形成流体の回り方等を考慮すると、上記歯車１０等回転体の中空率を１０〜３０％とするのが好ましい。ここで、歯車１０等回転体の中空率は、一般に次式で表すことができる。
【００３３】
【数１】
中空率（％）＝（（Ｖ×ρ−Ｍ）／（Ｖ×ρ））×１００
【００３４】
ここで、Ｖは歯車（回転体）の見かけの体積、ρは樹脂密度、Ｍは歯車（回転体）の重さである。
【００３５】
なお、中子体３１を用いる代わりに、軸部他端形成面２０ｄの下方に樹脂押出室を設け、中空部形成流体の圧入時にキャビティ２０内の溶融樹脂２１の一部を軸部他端形成面２０ｄに開口する樹脂押出室に押し出すように構成することも可能であるが、その場合、成形された歯車１０と共に樹脂押出室内で冷却固化した樹脂体を離型させるための型組立構造が複雑化するという欠点がある。これに対し、上記中子体３１を用いた場合、成形後に第３プレート１８ｃと第４プレート１８ｄとの間を開くことにより、歯車１０を容易にキャビティ２０から取り出すことができる。
【００３６】
ここで、図４を参照して、離型工程をさらに詳細に説明すると、まず、第３プレート１８ｃと第４プレート１８ｄを一体に移動させて第２プレート１８ｂと第３プレート１８ｃとの間を開くと、歯車１０の軸部１５が樹脂通路２２内で冷却固化した樹脂体２３から切り離される。その後、第１プレート１８ａと第２プレート１８ｂとの間を開くと、樹脂通路２２内の樹脂体２３はランナーロックピン３４から離脱され、第１および第２プレート１８ａ，１８ｂから除去される。一方、歯車１０は、第３プレート１８ｃと第４プレート１８ｄとの間を開いた後、第４プレート１８ｄに設けられている多数のエジェクタピン３３で歯車１０を押圧することにより、第４プレート１８ｄのキャビティから取り出すことができる。
【００３７】
なお、中空部形成流体がキャビティ２０内に圧入されて中子体３１がキャビティ２０内から退動するとき、ばね３２は圧縮される。したがって、成形後にキャビティ２０を開いたとき、ばね３２の復元力が強すぎると、その力で歯車１０が不用意に移動型組立体１８から飛び出す原因となる。そこで、このような不具合を防止するために、好ましくは、図４および図７に示すように、中子体３１の一端３１ａには逆円錐台形状の突起３１ｂが設けられる。したがって、歯車１０の軸部１５はその端壁１５ａに突起３１ｂが埋設した状態で成形されるので、成形後にキャビティ２０を開いたときに、歯車１０が中子体１５に係止された状態に保たれる。その後、エジェクタピン３３で歯車１０を押して歯車１０を第４プレート１８ｄから取り出すときは、樹脂の弾性変形により突起３１ｂを歯車１０の軸部１５から簡単に離脱させることができる。
【００３８】
また、キャビティ２０を開いたときに、成形された歯車１０の軸部１５の他端面にばね３２の復元力が中子体３１を介して作用していると、第４プレート１８ｄに保持された歯車１０に望ましくない局部的な負荷が加わることになる。そこで、このような不具合を解消するために、図示は省略するが、ばね３２の型側受座を可動とし、第４プレート１８ｄを第３プレート１８ｃから離間させる前にばね３２の圧縮を解除させることが可能である。その場合、成形された歯車１０が不用意に飛び出すこともなくなるので、上述した逆円錐台形状の突起３１ｂを省略することができる。
【００３９】
以上述べた成形方法により、図１〜図３に示す歯車１０を得ることができる。
【００４０】
上記構成の歯車１０においては、上述したように、キャビティ２０内に圧入される中空部形成流体により形成される中空部３０が、軸部１５の内部から各放射リブ１６の内部を経て環状部１１，１３内へと延び、更に、環状部１１，１３内でそれぞれ二方に分岐して、互いに隣り合う２つの放射リブ１６の間の環状部形成内壁面２０ｂ，２０ｃに開口した樹脂押出口２５，２８の近傍までそれぞれ延びているので、軸部１５、放射リブ１６および環状部１１，１３をそれぞれ高強度な中空構造とすることができる。しかも、環状部１１，１３をほぼ全周にわたりほぼ均厚の中空構造とすることができるので、環状部１１，１３に溶融樹脂２１の熱収縮による変形が発生することを防止できる。したがって、環状部１１，１３の精度が高く表面状態が良好で且つ強度の高い歯車１０を得ることができる。
【００４１】
また、上記実施例における軸部１５の中空部３０は、軸部１５の他端面（ゲート２２ａと反対側の端面）を形成する軸部他端形成面２０ｄに開口した嵌合穴２０ｅに摺動可能に保持された中子体３１の一端３１ａを中空部形成流体の圧入時にキャビティ２０内よりほぼ軸部他端形成面２０ｄの位置まで退動させることにより形成されているので、軸部１５はその内部の中空部３０を閉塞する端壁１５ａを備えた強度の高い中空構造となる。したがって、精度の高い環状部１１，１３と強度の高い中空構造の軸部１５を有する歯車１０が得られる。
【００４２】
また、軸部他端形成面２０ｄに樹脂押出室を開口形成する必要がないので、成形された歯車１０をキャビティ２０内から取り出す際に、歯車１０の軸部を樹脂押出室内の樹脂体から切り離したり、該樹脂押出室内の樹脂体を除去したりする必要がない。したがって、型構造を簡素化できると共に、歯車成形工程の作業効率を大幅に向上することができる。
【００４３】
しかも、中空部形成流体の圧入時に移動する中子体３１は軸部１５の他端面を形成するキャビティ２０の軸部他端形成面２０ｄに開口した嵌合穴２０ｅに摺動可能に保持されているので、軸部１５の外周面の仕上がり精度を低下させることなく、一端が端壁１５ａで確実に閉塞された中空構造の軸部１５を形成することができる。
【００４４】
図８（ａ），（ｂ）は本発明を歯車に適用した場合の他の実施例を示すものであり、同図（ａ）は歯車の平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）中Ｈ−Ｈ線に沿った断面図である。同図において、上記実施例と同様の構成要素には同一参照符号が付してある。
【００４５】
図８（ａ），（ｂ）を参照すると、この実施例の歯車１０は、上記実施例と同様に、外周に歯形１２を形成した環状部１１と、環状部１１の中心に環状部１１と同軸に位置する軸部１５と、軸部１５と環状部１１との間に放射状に配置されて軸部１５と環状部１１とを連結する複数の放射リブ１６とを有する。この歯車１０は、型装置１７のキャビティ２０内に溶融樹脂２１を注入した後、キャビティ２０内に圧入した中空部形成流体により溶融樹脂２１の内部に中空部３０を形成した状態で溶融樹脂を冷却固化することにより成形される。
【００４６】
この実施例においても、図８（ａ）に仮想線で示すように、樹脂押出室２４は互いに隣り合う２つの放射リブ１６の間の環状部内周形成面に開口形成されており、また、中空部３０は、上記実施例と同様に、軸部１５の一端面を形成する型装置の軸部一端形成面より圧入された中空部形成流体により軸部１５内に形成されると共に、軸部１５の内部から各放射リブ１６内を経て環状部１１内へと延び、更に、環状部１１内で二方に分岐して、互いに隣り合う２つの放射リブ１６の間の環状部内周形成面に開口した樹脂押出室２４の近傍までそれぞれ延びている。また、軸部１５の中空部３０は、上記実施例と同様に、軸部１５の他端面を形成する型装置の軸部他端形成面に開口した嵌合穴に摺動可能に保持された中子体の一端を中空部形成流体の圧入時にキャビティ内よりほぼ軸部他端形成面の位置まで退動させることにより形成されている。
【００４７】
上記実施例と異なり、この実施例では、キャビティ内から樹脂押出室２４内に押し出されて冷却固化した各樹脂体２６は、キャビティ内で冷却固化された歯車１０から切り離されている。各樹脂体２６は型装置の内部で歯車１０から切り離してもよいし、或いは、型装置から離型した後に歯車１０から切り離してもよい。このように、樹脂体２６を除去することにより歯車１０が大きく軽量化される。また、樹脂体２６は樹脂注入ゲート内で冷却固化される樹脂体と共に成形材料として再利用できるので、経済性に優れている。
【００４８】
以上、図示実施例につき説明したが、本発明は上記実施例の態様のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲に記載した発明の範囲内においてその構成要素に種々の変更を加えることができる。例えば、軸部と環状部とを連結する放射リブは任意の個数および形状に変更可能である。また、図４に示す実施例では、中子体３１は中空部形成流体の圧力によりばね３２のばね力に抗してキャビティ２０内より退動されるものとなっているが、中子体３１をソレノイド、流体圧シリンダ装置等のアクチュエータにより進退動作させるようにしてもよい。さらに、上記実施例のように、本発明は精密歯車に好適に実施することができるが、歯車以外の例えばプーリー等またはそれらの複合体にも同様に実施可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、寸法精度が高く且つ表面状態が良好で強度の高い樹脂製の回転体およびその成形方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す歯車の平面図である。
【図２】（ａ）は図１中Ａ−Ａ線に沿った断面図、（ｂ）〜（ｅ）はそれぞれ図１中Ｂ−Ｂ線，Ｃ−Ｃ線，Ｄ−Ｄ線およびＥ−Ｅ線に沿った断面図である。
【図３】図１に示す歯車の要部の横断面図である。
【図４】図１に示す歯車を成形する型装置の概略横断面平面図である。
【図５】図５に示す型装置の図３中断面領域Ｓに対応する要部拡大断面図である。
【図６】（ａ）は図５中Ｆ−Ｆ線に沿った縦断面図、（ｂ）は図６中Ｇ−Ｇ線に沿った断面図である。
【図７】図１に示す歯車の軸部の成形工程を示す説明図である。
【図８】本発明の他の実施例を示すもので、（ａ）は歯車の平面図、（ｂ）は（ａ）中Ｈ−Ｈ線に沿った断面図である。
【図９】従来の樹脂歯車とその成形方法を示すもので、（ａ）は歯車の平面図、（ｂ）は（ａ）中Ｉ−Ｉ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
１０ 歯車（回転体）
１１ 外側環状部
１２ 歯形
１３ 内側環状部
１４ 歯形
１５ 軸部
１６ 放射リブ
１７ 型装置
１８ａ〜１８ｄ 第１〜第４プレート
１９ ノズル
２０ キャビティ
２１ 溶融樹脂
２２ 樹脂通路
２３ 樹脂通路内で固化した樹脂体
２４，２７ 樹脂押出室
２５，２８ 樹脂押出口
２６，２９ 樹脂押出室内で固化した樹脂体
２６ａ，２９ａ 樹脂体の連結部
３０ 中空部
３１ 中子体
３２ ばね
Claims (6)
- 環状部と、前記環状部の中心に前記環状部と同軸に位置する軸部と、前記軸部と前記環状部との間に放射状に配置されて前記軸部と前記環状部とを連結する複数の放射リブとを有し、型装置のキャビティ内に溶融樹脂を注入した後、前記キャビティ内に圧入した中空部形成流体により前記溶融樹脂の内部に中空部を形成した状態で前記溶融樹脂を冷却固化することにより成形された回転体であって、
前記中空部は前記軸部の一端面を形成する軸部一端形成面より圧入された中空部形成流体により前記軸部内に形成されると共に、前記軸部の内部から前記各放射リブ内を経て前記環状部内へと延び、更に、前記環状部内で二方に分岐して、互いに隣り合う２つの放射リブの間の環状部形成面に開口した樹脂押出室またはその近傍までそれぞれ延びていることを特徴とする回転体。 - 前記軸部の中空部は、前記軸部の他端面を形成する軸部他端形成面に開口した嵌合穴に摺動可能に保持された中子体の一端を前記中空部形成流体の圧入時に前記キャビティ内よりほぼ前記軸部他端形成面の位置まで退動させることにより形成されていることを特徴とする請求項１記載の回転体。
- 互いに隣り合う２つの放射リブの間の前記環状部の内側には前記樹脂押出室内に押し出されて固化した樹脂体が固着していることを特徴とする請求項１記載の回転体。
- 型装置の樹脂注入ゲートよりキャビティ内に該キャビティ内をほぼ満たす量の溶融樹脂を注入した後、前記キャビティ内に中空部形成流体を圧入した状態で前記溶融樹脂を冷却固化することにより、環状部と、前記環状部の中心に前記環状部と同軸に位置する軸部と、前記軸部と前記環状部との間に放射状に配置されて前記軸部と前記環状部とを連結する複数の放射リブとを有する中空構造の回転体を成形する方法であって、
前記中空部形成流体を前記軸部の一端面を形成する軸部一端形成面より前記キャビティ内に圧入し、
前記中空部形成流体の圧力により前記キャビティ内の溶融樹脂の一部を、互いに隣り合う２つの放射リブの間の環状部形成面に開口した樹脂押出室に押し出すことにより、前記軸部の内部から前記各放射リブ内を経て前記環状部内へと延び、更に、前記環状部内で二方に分岐して、互いに隣り合う２つの放射リブの間の環状部形成面に開口した樹脂押出室またはその近傍までそれぞれ延びる中空部を形成することを特徴とする回転体の成形方法。 - 前記中空部形成流体の圧入時に、前記軸部の他端面を形成する軸部他端形成面に開口した嵌合穴に摺動可能に保持された中子体の一端を前記キャビティ内よりほぼ前記軸部他端形成面の位置まで退動させることを特徴とする請求項４記載の回転体の成形方法。
- 前記樹脂押出室を環状部内周形成面に開口させて設け、前記樹脂押出室内に押し出されて冷却固化した樹脂体を前記キャビティ内で冷却固化した回転体と一体に前記型装置から取り出すことを特徴とする請求項４記載の回転体の成形方法。
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1994
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