JP3618072B2

JP3618072B2 - 樹脂成形品の製造方法

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Publication number: JP3618072B2
Application number: JP2000028050A
Authority: JP
Inventors: 佳道西村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-02-04
Filing date: 2000-02-04
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2020-02-04
Also published as: JP2001212846A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂成形品の製造方法に係り、特に、自動車等に使用されるスロットルボディのように回転部分等を有する樹脂成形品に用いるに好適な樹脂成形品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車等に用いられるスロットルバルブは、ボディ，シャフト，バルブから構成されるが、この中で、ボディは、アルミダイキャストにより製造されているのが一般的である。アルミダイキャスト製のボディに、シャフトを回転可能に支持し、このシャフトにバルブを固定してスロットルバルブを製造するようにしている。
【０００３】
しかしながら、アルミダイキャストによって成形されたボディは、成形精度が十分でないため、成形後ボディの内径を、高精度に機械加工する必要があった。また、機械加工後、ボディへのシャフトの組み込みや、シャフトへのバルブの固定等の工程が必要となるため、スロットルバルブの製造工程が増加するという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明者らは、樹脂成形によりスロットルボディを製造することについて種々検討を行った。スロットルバルブは、ボディ，シャフト，バルブの少なくとも３つの部品から構成されるため、１回の樹脂成形でスロットルボディを成形することはこんなんであり、２回の樹脂成形を行う２重モールド法について検討した。
【０００５】
従来の２重モールド法としては、例えば、特開昭６２−５０１０９号公報に記載されているように、先順位の成形部品を成形後、この先順位の成形部品を含むように後順位の成形を行うことが知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭６２−５０１０９号公報に記載されたものは、人形の関節部を成形するものであるため、関節部が回動する必要があり、そのために、先順位の成形品の樹脂の融点を、後順位の成型品の樹脂の融点よりも高くしている。しかしながら、このように樹脂の融点を異ならせると、それぞれの樹脂成形品の熱膨張係数の違いにより、スロットルバルブのような精密部品の製造には適用できないことが判明した。即ち、スロットルバルブにおいては、バルブ全閉時に、バルブとボディの隙間を０．０１ｍｍとすることにより最低流量精度を確保するようにしているが、融点の異なる樹脂を用いて、２重成形すると、この隙間精度が確保できないという問題が発生する。一方、同一の樹脂材を用いて２重成形法によりスロットルボディを成形すると、バルブがボディに融着してバルブの回転が不可能となるという問題が発生する。なお、かかる問題は、スロットルバルブに限らず、先順位の部品を回転可能に後順位の部品によって支持する２重モールド法や、先順位の部品をスライド可能に後順位の部品によって支持する２重モールド法においても生じるものである。
【０００７】
本発明の目的は、高精度に機械加工が不要であり、製造工程を減少できるとともに、精度を確保できる樹脂成形品の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、一次樹脂成形品であるシャフトバルブを二次樹脂成形品であるボディ用金型にセットした後、この金型内に樹脂を射出成形することにより樹脂成形品であるスロットルバルブを製造する樹脂成形品の製造方法において、上記シャフトバルブは、上記ボディに対して可動する成形品であり、上記シャフトバルブが上記ボディと接触する部分において、上記シャフトバルブは、円弧状若しくは平面状の形状を有し、上記シャフトバルブ及び上記ボディの樹脂材料は、同一樹脂材料、又は同一若しくはほぼ同じ膨張係数を有する異なる樹脂材料からなり、上記ボディの内側に、上記シャフトバルブを巻き込むように二次成形を行うようにしたものである。
かかる方法により、高精度に機械加工が不要であり、製造工程を減少できるとともに、精度を確保できる樹脂成形品を製造し得るものとなる。
【０００９】
（２）上記（１）において、好ましくは、上記二次樹脂成形品であるボディ用金型に設けられたゲートは、上記金型内にセットされる上記シャフトバルブの位置から離れた位置置としたものである。
かかる方法により、射出成形時のスキン層を厚くして、一次樹脂成形品と二次樹脂成形品の溶融固着を防止し得るものとなる。
【００１０】
（３）上記（１）において、好ましくは、上記シャフトバルブのインサート部分に用いる入子として、銅合金製の銅入子を用いるようにしたものである。
かかる方法により、一次樹脂成形品側の熱ヒケをよくして、射出成形時のスキン層を厚くして、一次樹脂成形品と二次樹脂成形品の溶融固着を防止し得るものとなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図１１を用いて、本発明の一実施形態による樹脂成形品の製造方法について説明する。なお、以下の説明では、樹脂成形品としてスロットルバルブを例にとって説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による樹脂成形品の製造方法によって製造されるスロットルバルブの全体構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による樹脂成形品の製造方法によって製造されるスロットルバルブの全体構成を示す部分断面の斜視図である。
【００１２】
スロットルバルブ１０は、シャフトバルブ１２と、ボディ１６とから構成されている。シャフトバルブ１２は、樹脂成形による一次成形品である。シャフトバルブ１２は、シャフト部１２Ｓと、バルブ部１２Ｖが一体成形されたものであり、シャフト部１２Ｓの内部に、金属インサート棒１４がインサート成形されている。ボディ１６は、樹脂成形による二次成形品であり、一次成形品であるシャフトバルブ１２を取り巻くように成形されている。一次成形及び二次成形に用いられる樹脂材は、同じものを使用しており、例えば、ＰＢＴ−ＧＦ３０％を用いている。
【００１３】
図２以降を用いて後述するように、本実施形態による成形方法を用いることにより、バルブ部１２Ｖとボディ１６の接触部であるシール部Ａ及び、シャフト部１２Ｓとボディ１６の接触部である軸受部Ｂにおいては、二次成形時にも、一次成形品であるシャフトバルブ１２と、二次成形品であるボディ１６は結合していないものであり、シャフトバルブ１２は、簡単な力により回すことができる。従って、数十回のならしで可動部を平滑にすることにより、スロットルバルブ１０が製作できる。バルブ部１２Ｖの円周部のシール面は、二次射出時にボディ１６のシール面がバルブのシール面にならって成形されるので、両者の隙間を小さくでき、簡単にシール性能が確保できる。また、一次成形品であるシャフトバルブ１２と、二次成形品であるボディ１６は、同じ樹脂成形材料で構成されるため、温度変化があっても、互いの膨張係数が等しいため、シール面のギャップは一定に保持されるため、シール性能を確保できるものである。また、シャフトバルブ１２とボディ１６は、必ずしも同じ樹脂成形材料で構成される必要はなく、同一若しくはほぼ同じ膨張係数を有する異なる樹脂成形材料で構成するようにしてもよいものである。
【００１４】
次に、図２〜図１１を用いて、本実施形態による樹脂成形品の製造方法について説明する。
図２〜図４は、本発明の一実施形態による樹脂成形品の製造方法の流れを示す工程図である。
【００１５】
最初に、シャフトバルブ１２の一次成形を行う。一次成形のための金型を用いて、射出成形機により、シャフトバルブ１２をモールド成形する。この際、シャフト部１２Ｓの強度が樹脂だけでは不十分な場合、金属インサート棒１４をインサート成形することにより確保できる。得られたシャフトバルブ１２において、シール面および軸受部に相当する部分には大きなバリ等の発生が無いことを確認する。
【００１６】
次に、一次成形品であるシャフトバルブ１２を巻き込むように二次成形を行い、ボディ１６と一体化されたスロットルバルブ１０を製造する。そのために、図２に示すように、炭素綱等からなるボディ用の金型下型２０内にシャフトバルブ１２をセットするとともに、この金型下型２０内に銅合金製の入子である銅入子３０および銅入子３２をセットして、バルブ部１２Ｖの円周部がボディ１６と接触するシール部および、シャフト部１２Ｓがボディ１６と接触する軸受部を除き封鎖する。
【００１７】
ここで、入子の材料として、銅合金を使用するのは、二次モールド時の溶融樹脂流動時のスキン層を銅の高熱伝導率を利用して厚くし、一次モールドとの接触面の溶融を防止するためである。銅入子使用の効果については、図１０を用いて後述する。なお、炭素綱等の通常の金型材でも状況により問題なく使用できる場合もある。次に、図３に示すように、金型上型２２を閉じ、図４に示す状態とした後、射出成形する。
【００１８】
次に、図５〜図９を用いて、本実施形態による樹脂成形品の製造方法における一次モールド品と二次モールド品の関係について説明する。なお、図１〜図４と同一符号は、同一部分を示している。
図５〜図９は、本発明の一実施形態による樹脂成形品の製造方法における一次モールド品と二次モールド品の関係の説明図である。
【００１９】
最初に、図５〜図７を用いて、バルブ部１２Ｖの円周部がボディ１６と接触するシール部について説明する。
図５に示すように、金属インサート棒１４がインサート成形されたシャフトバルブ１２は、銅入子３０，３２に挟まれた状態で、金型下型２０内に固定される。なお、金型上型２２と、シャフトバルブ１２及び銅入子３０，３２との関係も同様となる。そして、金型下型２２の内周側と、シャフトバルブ１２及び銅入子３０，３２の外周側との間隙内に樹脂が射出されて、ボディ１６が二次成形品として形成される。
【００２０】
ここで、本実施形態においては、バルブ部１２Ｖの半径ｒ１は、入子３０，３２の半径ｒ２よりも小さくしてある（ｒ２＞ｒ１）。また、図６に示すように、バルブ部１２Ｖの半径ｒ１が、入子３０，３２の半径ｒ２と等しくしてもよいものである（ｒ２＝ｒ１）。
【００２１】
一方、図７に示すように、バルブ部１２Ｖの半径ｒ１を、入子３０，３２の半径ｒ２よりも大きくする（ｒ２＜ｒ１）と、構造上、矢印部Ｃ１，Ｃ２において、引っかかりができるので、二次成形品であるボディ１６に対して、一次成形品であるシャフトバルブ１２が回転できなくなり、また、一次モールドと二次モールドの界面に凸部ができてしまい溶融接着することなる。
【００２２】
それに対して、図５，図６に示したように、バルブ部１２Ｖの半径ｒ１を、入子３０，３２の半径ｒ２以下とする（ｒ２≧ｒ１）とすることにより、二次成形品であるボディ１６に対して、一次成形品であるシャフトバルブ１２が回転可能であり、また、一次モールドと二次モールドとが溶融接着するもないものである。なお、ｒ２＞ｒ１とする場合には、その差分（ｒ２−ｒ１）は、０．１ｍｍ程度とすることが望ましいものであった。
【００２３】
次に、図８及び図９を用いて、シャフト部１２Ｓとボディ１６とが接触する軸受部について説明する。
図９に示すように、金属インサート棒１４がインサート成形されたシャフトバルブ１２のシャフト部１２Ｓは、銅入子３０，３２に挟まれた状態で、金型下型２０内に固定される。なお、金型上型２２と、シャフトバルブ１２及び銅入子３０，３２との関係も同様となる。そして、金型下型２２の内周側と、銅入子３０，３２の外周側との間隙内に樹脂が射出されて、ボディ１６が二次成形品として形成される。
【００２４】
ここで、本実施形態においては、図８に示すように、一次成形品であるシャフトバルブ１２のシャフト部１２Ｓは、その外周が円形であるため、二次成形品であるボディ１６の接触面において、円弧状の接触となっている。また、図９に示すように、一次成形品であるシャフトバルブ１２のシャフト部１２Ｓは、円柱状であり、その外周が円形であるため、二次成形品であるボディ１６の接触面において、直線状の接触となっている。
【００２５】
即ち、二次成形品のモールド時に、二次成形品と接触する一次成形品の接触部の形状を、円弧状若しくは直線状とすることにより、図７に示したような二次成形品と接触する一次成形品の接触部の形状が、直角部とならないようにすることにより、二次成形品であるボディ１６に対して、一次成形品であるシャフトバルブ１２が回転可能であり、また、一次モールドと二次モールドとが溶融接着するもないものである。
【００２６】
次に、図１０及び図１１を用いて、モールド樹脂とスキン層について説明する。
【００２７】
図１０に示すように、金属インサート棒１４がインサート成形されたシャフトバルブ１２のシャフト部１２Ｓは、銅入子３０，３２に挟まれた状態で、金型下型２０内に固定される。なお、金型上型２２と、シャフトバルブ１２及び銅入子３０，３２との関係も同様となる。そして、金型下型２２の内周側と、銅入子３０，３２の外周側との間隙Ｇ内に樹脂が射出されて、ボディ１６が二次成形品として形成される。
【００２８】
ここで、図１０は、入子として、銅合金製の銅入子３０，３２を使用した場合を示しており、図１１は、入子として、炭素綱製の入子３０’，３２’を使用した場合を示している。
【００２９】
図１０に示すように、図中の左方向から間隙Ｇ内に溶融樹脂が射出されると、樹脂１６Ｒが、金型２０や銅入子３０，３２と接触する部分が冷却してスキン層が形成される。このとき、銅入子３０，３２の材料である銅合金の熱伝導率は、金型２０の材料である炭素綱等の熱伝導率よりも高いので、熱ヒケが大きく、スキン層が厚くなる。即ち、樹脂１６Ｒが銅入子３０，３２と接触する部分のスキン層１６Ｓの厚さｔ１は、樹脂１６Ｒが金型２０と接触する部分のスキン層１６Ｓの厚さｔ２よりも厚くなる（ｔ１＞ｔ２）。その結果、一次成形品であるシャフトバルブ１２のバルブ部１２Ｖと、二次成形品となる樹脂１６Ｒの接触部であるスキン層１６Ｓｃの厚さが厚いため、二次成形品が一次成形品と溶融固着し難くなるものである。
【００３０】
一方、図１１に示すように、図中の左方向から間隙Ｇ内に溶融樹脂が射出されると、樹脂１６Ｒが、金型２０や炭素綱製等の入子３０’，３２’と接触する部分が冷却してスキン層が形成される場合、樹脂１６Ｒが入子３０’，３２’と接触する部分のスキン層１６Ｓの厚さｔ３は、樹脂１６Ｒが金型２０と接触する部分のスキン層１６Ｓの厚さｔ２とほぼ等しくなる（ｔ３≒ｔ２）。なお、この場合でも、シャフトバルブ１２のバルブ部１２Ｖと入子３０’，３２’の位置関係によっては、二次成形品が一次成形品と溶融固着することなく、２重モールドを実施することもできる。
【００３１】
また、図４に示す状態において、射出成形のために樹脂を注入するゲート位置は、セットされたバルブシャフトよりできるだけ遠方に配置する。即ち、図４に示す状態において、ゲート位置を、図中の矢印Ｄ部若しくはＥ部とすることにより、ゲート位置を、バルブシャフト１２の位置から離すようにする。このようにすることにより、一次モールドと二次モールドが接触する際に、二次モールド時の溶融樹脂流動時のスキン層をできるだけ厚くし、溶融接着を防ぐことができる。
【００３２】
二次成形後、銅入子３０，３２を外し、スロットルボディ１０を取出す。次に、アニーリング処理を行い、十分残留応力を除去した後、バルブシャフト１２をボディ１６に対して回転させる。アニーリング処理は、例えば、１７５℃で２時間とする。アニーリング処理を行うことなく、バルブシャフトを回転させると、ボディにモールド時の残留応力が残っているため、元に戻らなくなったり、バルブが破壊される可能性があるが、アニーリング処理を実行することにより、残留応力を除去して、バルブの噛み合い力を小さくして、バルブシャフトの回転を可能とする。回転当初は、シャフト部の真円度の精度，バリ等が原因で滑らかに回転しない場合もあるが、数十回の慣らし運転により滑らかに回転するようになる。数十回のならしで可動部を平滑にすれば、スロットルバルブが製作できる。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態においては、二次成形時の溶融樹脂は、一次成形品の平面部およびＲの大きい部分（例えば、ＰＢＴ−ＧＦ３０％にてＲ２以上）のような非接合形状部分のみ接触ように構成することにより、一次モールドは溶融していないので簡単な力により回すことができる回転可能な一次成形品を有する二次成形品を形成することができる。
また、バルブ円周部のシール面は、二次射出時にボディのシール面がバルブのシール面にならって成形されるので、簡単にシール性能が確保できる。
さらに、一次成形と二次成形の樹脂を同じものを用いることができるため、温度変化があっても、シール面の隙間精度を所定の精度に保持することができる。特に、自動車用に用いられるスロットルバルブにおいては、−５０℃〜＋１２０℃のような広い温度範囲に亘って、隙間精度を保持して、バルブ全閉時の最低流量を所定の精度とする必要があるが、このような場合でも、十分に実用的なスロットルバルブを提供することができる。
また、スロットルバルブを樹脂成形により製造できることにより、機械加工の必要が無く、工程が大幅に削減できる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、樹脂成形品において、高精度に機械加工が不要であり、製造工程を減少できるとともに、精度を確保できるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による樹脂成形品の製造方法によって製造されるスロットルバルブの全体構成を示す部分断面の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態による樹脂成形品の製造方法の流れを示す工程図である。
【図３】本発明の一実施形態による樹脂成形品の製造方法の流れを示す工程図である。
【図４】本発明の一実施形態による樹脂成形品の製造方法の流れを示す工程図である。
【図５】本発明の一実施形態による樹脂成形品の製造方法における一次モールド品と二次モールド品の関係の説明図である。
【図６】本発明の一実施形態による樹脂成形品の製造方法における一次モールド品と二次モールド品の関係の説明図である。
【図７】本発明の一実施形態による樹脂成形品の製造方法における一次モールド品と二次モールド品の関係の説明図である。
【図８】本発明の一実施形態による樹脂成形品の製造方法における一次モールド品と二次モールド品の関係の説明図である。
【図９】本発明の一実施形態による樹脂成形品の製造方法における一次モールド品と二次モールド品の関係の説明図である。
【図１０】本発明の一実施形態による樹脂成形品の製造方法におけるモールド樹脂とスキン層について説明する。
【図１１】本発明の一実施形態による樹脂成形品の製造方法におけるモールド樹脂とスキン層について説明する。
【符号の説明】
１０…スロットルバルブ
１２…シャフトバルブ
１４…金属インサート棒
１６…ボディ
２０，２２…金型
３０，３２…銅入子

Claims

一次樹脂成形品であるシャフトバルブを二次樹脂成形品であるボディ用金型にセットした後、この金型内に樹脂を射出成形することにより樹脂成形品であるスロットルバルブを製造する樹脂成形品の製造方法において、
上記シャフトバルブは、上記ボディに対して可動する成形品であり、
上記シャフトバルブが上記ボディと接触する部分において、上記シャフトバルブは、円弧状若しくは平面状の形状を有し、
上記シャフトバルブ及び上記ボディの樹脂材料は、同一樹脂材料、又は同一若しくはほぼ同じ膨張係数を有する異なる樹脂材料からなり、
上記ボディの内側に、上記シャフトバルブを巻き込むように二次成形を行うことを特徴とする樹脂成形品の製造方法。
請求項１記載の樹脂成形品の製造方法において、
上記二次樹脂成形品であるボディ用金型に設けられたゲートは、上記金型内にセットされる上記シャフトバルブの位置から離れた位置であることを特徴とする樹脂成形品の製造方法。
請求項１記載の樹脂成形品の製造方法において、
上記シャフトバルブのインサート部分に用いる入子として、銅合金製の銅入子を用いることを特徴とする樹脂成形品の製造方法。