JP5588926B2 - 樹脂ギア及び金型及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は外周に円形歯車を備え、中心に円柱状の空洞で形成される軸差込穴がある樹脂ギアに関し、当該樹脂ギア製造用の金型及び当該樹脂ギアの製造方法にも関する。

従来、樹脂ギアの製造方法は、金型に樹脂を流し込み、樹脂が固化した後に金型から取出す、安価で生産性の良いとされる射出成形方式が主に用いられていた。また、前記金型内に樹脂を流し込む方式は、ゲートの切り離し及びゲート跡の後処理を必要としない図１５に示すような多点ピンゲートが一般的に採用されていた。この方式では各ゲートまで樹脂を分配して流すためのスプルランナー１０１ａを設けていた。ここでスプルランナー１０１ａは製品として使用されないため、廃材として廃棄される。このスプルランナー１０１ａの体積が大きいほどコスト高でありスプルランナーの体積縮小化が求められていた。更に図１６に示すように多点ピンゲート１０９ではゲート間に樹脂の合流があり、強度低下の欠陥となるウエルド１１０が生じてしまう。この強度低下はトルク伝達を行うギアには重大な欠陥となるためウエルド回避も課題であった。更に中央から均等に充填されないため、ギアの歯形精度を悪化させていた。

ここでウエルドの回避方法の一例として特開平８−１４５１４６号公報の図３に示されているようにディスク型のゲートで製品上面の中央１点から樹脂を流し込み、ウエルドを発生させない成形方式等が用いられていた。

特開平８−１４５１４６号公報

従来のこの方式ではギアの取り付く中央穴を塞いでしまうことになるため文献にもあるように、成形品のスプルー及びディスクゲートを切除することが記述されている。ここで切除の方法は特に記述されていないが、図３に示す形状からディスクゲートと製品の接地面は幅が広く厚みも厚い。このような構成ではスプルー及びディスクゲートを切り離すための機械加工が成形後に金型から取出し別の工程で実施することが必要となり、作業性が良くない。

本発明の目的は成形品を金型から取出す前にスプルー及びディスクゲートを切除できるように工夫することで、生産性の良い樹脂ギアを得るものであり、結果的に安価な樹脂ギアを得ることにある。

上記目的を達成するため本発明においては、外周に円形歯車を備え、中心に円柱状の空洞からなる軸差込穴と、前記軸差込穴周囲に凸状の補強環状リブを有し、前記補強環状リブの内側で前記軸差込穴との間に前記補強環状リブよりも高さの低い環状ゲート切断部を設けた樹脂ギアとした。

また具体的には上記樹脂ギアにおいて、外周に大きさの異なる２つの円形歯車を設けた樹脂ギアとした。

また具体的には前記樹脂ギアにおいて、前記補強環状リブの両側面が傾斜形状で断面が台形の樹脂ギアとした。

また、前記樹脂ギアを成形する金型は、前記環状ゲートに前記環状ゲート外形よりも外形の大きい円錐形のランナーを一体的に構成して、前記環状ゲートが括れた形とした。

更に、前記樹脂ギアを成形する方法は、樹脂材を前記ランナーに通して前記環状ゲートから金型内に流し込み、成形品を金型から取出す際に前記環状ゲートで成形品を切り離すように構成した。

また具体的には、金型内で成形品の取出しと同時に前記環状ゲートと成形品を切り離すように構成した。

また具体的には、前記金型に前記環状ゲート及びランナーを成形する可動入れ子を設け、成形品の取出し前に前記可動入れ子を開いて、前記環状ゲートと成形品を切り離すようにした。

このように構成した本発明では、スプルランナーの切り出しを金型内で行えるため、後工程がなく、樹脂ギアの低コスト化が図れる。成形品を金型から突き出すエジェクタ機構が必要ないのでこの点でも作業性が向上し、コスト低減になる。

実施例１の樹脂ギアの斜視図。 実施例１の樹脂ギアの側面図。 実施例１の樹脂ギアのＡ−Ａ断面図。 実施例１の樹脂ギアのＰ部分拡大図。 実施例１の樹脂ギアのＱ部分拡大図。 実施例１の樹脂ギアの成形金型内部製造過程図。 実施例１の樹脂ギアの成形金型内部製造過程図。 実施例１の樹脂ギアの成形金型内部製造過程図。 実施例１の樹脂ギアの成形金型内部製造過程図。 実施例１の樹脂ギアの成形金型内部製造過程図。 実施例１の樹脂ギアの成形金型内部製造過程図。 実施例２の樹脂ギアの成形金型内部製造過程図。 実施例２の樹脂ギアの成形金型内部製造過程図。 実施例２の樹脂ギアの成形金型内部製造過程図。 従来の樹脂ギアの斜視図。 従来の樹脂ギアの上面図。

以下に、図面を参照して、本発明の望ましい実施例について説明する。

図１は、本発明にかかる樹脂ギア１の第１実施例として、金型から取出した後の斜視図を示し、図２に側面図、図３にＡ−Ａ断面図を示し、更に図４にＰ部分拡大図を示し、図５にＱから見た部分拡大図を示す。

樹脂ギア１の構成としては、外周に大きさの異なる２つの円形歯車（大径歯車２，小径歯車３）を備え、中心に円柱状の空洞からなる軸差込穴４と、前記軸差込穴４周囲に凸状の補強環状リブ７を有し、前記補強環状リブ７の両側面が傾斜７ａ，７ｂで断面を台形形状とした。また径の大きい大径歯車２の内側は大径歯車２の歯幅よりも高さが低い平面部５，６とし、補強環状リブ７の内側においては高さの低い平面部８とした。ここで本発明とする樹脂ギアの特徴として、前記補強環状リブ７内側に位置する前記軸差込穴４との間において、前記補強環状リブ７よりも高さの低いＨ、環状ゲート切断部９を、前記平面部８から凸状に設けた。

また前記樹脂ギアの金型において、前記環状ゲート切断部９には前記環状ゲート切断部９外形よりも外形の大きい円錐形のスプルランナー１ａ部を一体的に構成して、前記環状ゲートが括れた形とし、更に樹脂材を前記スプルランナー１ａ部に通して前記環状ゲート切断部９から金型内に流し込み、樹脂ギア１を金型から取出す際に前記環状ゲート切断部９で樹脂ギア１とスプルランナー１ａ部を切り離す樹脂ギア及び金型及びその製造方法とした。

以下、本発明にかかる樹脂ギア１の製造過程を図６〜図１１にて詳細に説明する。

初めに樹脂ギア１をモールド成形するための金型構造は主に図６に示すように充填樹脂１０，ホットランナ１１，固定金型１２，可動板１４，可動金型１６，センターピン１７から構成されスプルランナー部１３を成形する部位は可動板１４に掘り込み、樹脂ギア１を成形するキャビ１５は可動型に掘り込む。

尚、本実施例１ではスプルランナー部１３の体積を少なくするためホットランナ１１を用いたが本発明を達成するところであればホットランナ１１を用いないコールドランナでも良い。

次に金型内部に充填される充填樹脂１０は図７に示すように、初めにスプルランナー部１３へ流れ込み環状ゲート１８を通りキャビ１５へと流れる。この時、環状ゲート１８であるがゆえに充填樹脂１０は環状に広がりながら流れ込み、途中樹脂の合流など無くウエルドも生じない。この樹脂の充填が連続的に繰り返され図８に示すように、キャビ１５内を充填樹脂１０で満たし、樹脂ギア１とスプルランナー１ａが一体的に成形される。充填樹脂１０が固化した後、図９に示すように金型を型開する。ここで可動板１４にはスプルランナー１ａの環状ゲートの部位が細くアンダーカット部位Ｒになっているため、樹脂ギア１は可動板１４へと張り付いた状態で可動金型１６及びセンターピン１７から離形される。

樹脂ギア１を金型から取出す取出し機には、図１０に示すように、スプルランナー１ａを切り離すアーム１９と樹脂ギア１を吸着する吸着アーム２０を具備した。ここでアーム１９は樹脂ギア１の軸差込穴４より外形を細く設定し、前記軸差込穴４の開放側からスプルランナー１ａに押し込み、更にスプルランナー１ａに押し当てて、スプルランナー１ａの最も厚みが薄い環状ゲート部位２１で樹脂ギア１から切り離し、可動板１４から突き出した。この時、予め環状ゲート切断部９の高さを補強環状リブ７よりも低く設定したため、樹脂ギア１の機能上、支障になることはなく、ゲート跡処理は生じない。

同時に吸着アーム２０は樹脂ギア１を吸着したまま、先にアーム１９を前記軸差込穴４から引き抜き、図１１に示すように可動板１４から放し、金型から樹脂ギア１を取出した。ここで樹脂ギア１の補強環状リブ７の両側を傾斜７ａ，７ｂの台形形状にしたため、可動板１４への引っかかりが生じなく、離形性は向上する。補足として金型では垂直の壁で補強環状リブを成形することは可能であるが、充填した樹脂の収縮から金型に成形品が抱きつく力が生じ、取出し機の吸着力では、離形しなくなる不具合が発生するためである。

よって本実施例１における効果として、環状ゲート切断部９によりウエルドの欠陥部位を発生させることがない。更に中央から均等に充填させることができるためギアの歯形精度の向上も図れ、高品質な樹脂ギア１が製造可能であり、スプルランナー１ａの切り出しを金型内で行い、また樹脂ギア１の取出しと同時にしたため、後工程がなく、大幅な低コスト化が図れた。更にホットランナ１１を採用したためコールドランナに比べて、スプルランナー１ａを極小にでき、廃材の低減化も図れた。

成形金型においては、金型型開でスプルランナー１ａのアンダーカットにより、樹脂ギア１が可動金型１６から引き抜けるため、金型に製品突き出し機構を省くことができる。よって金型構造は簡素化になり金型製作費用を大幅に削減できる。

図１２〜図１４は、本発明にかかる樹脂ギア１の第２実施例として示す。

樹脂ギア１の構成としては、実施例１と同様に、外周に大きさの異なる２つの円形歯車（大径歯車２，小径歯車３）を備え、中心に円柱状の空洞からなる軸差込穴４と、前記軸差込穴４周囲に凸状の補強環状リブ７を有し、前記補強環状リブ７の両側面が傾斜７ａ，７ｂで断面を台形形状とした。また径の大きい大径歯車２の内側は大径歯車２の歯幅よりも高さが低い平面部５，６とし、補強環状リブ７の内側においては高さの低い平面部８とした。ここで本発明とする樹脂ギアの特徴として、前記補強環状リブ７内側に位置する前記軸差込穴４との間において、前記補強環状リブ７よりも高さの低いＨ、環状ゲート切断部９を、前記平面部８から凸状に設けた。

また前記樹脂ギアの金型において、前記環状ゲート切断部９には前記環状ゲート切断部９外形よりも外形の大きい円錐形のスプルランナー１ａ部を一体的に構成して、前記環状ゲートが括れた形とし、更に樹脂材を前記スプルランナー１ａ部に通して前記環状ゲート切断部９から金型内に流し込み、樹脂ギア１を金型から取出す際に前記環状ゲート切断部９で樹脂ギア１とスプルランナー１ａ部を切り離す樹脂ギア及び金型及びその製造方法とした。

以下、本発明にかかる樹脂ギア１の製造過程を詳細に説明する。

初めに樹脂ギア１をモールド成形するための金型構造は主に図１２に示すように充填樹脂１０，ホットランナ１１，固定金型１２，可動板１４，可動金型１６，センターピン１７から構成されスプルランナー部１３を成形する部位は可動板１４に掘り込み樹脂ギア１を成形するキャビ１５は可動型に掘り込む。ここで特に実施例２においては、可動板１４の中にスプルランナー１ａ部及び環状ゲート切断部９更に補強環状リブ７を形成する部位を可動入れ子５０にしたことに特徴がある。尚、本実施例１ではスプルランナー部１３の体積を少なくするためホットランナ１１を用いたが本発明を達成するところであればホットランナ１１を用いないコールドランナでも良い。

次に金型内部に充填される充填樹脂１０は実施例１と同様に、初めにスプルランナー部１３へ流れ込み環状ゲート１８を通りキャビ１５へと流れる。この時、環状ゲート１８であるがゆえに充填樹脂１０は環状に広がりながら流れ込み、途中樹脂の合流など無くウエルドも生じない。この樹脂の充填が連続的に繰り返され、キャビ１５内を充填樹脂１０で満たし、樹脂ギア１とスプルランナー１ａが一体的に成形される。

充填樹脂１０が固化した後、金型を型開する。ここで可動板１４にはスプルランナー１ａの環状ゲートの部位が細くアンダーカット部位Ｒになっているため、樹脂ギア１は可動板１４へと張り付いた状態で可動金型１６及びセンターピン１７から離形される。

型開と同時に可動入れ子５０を固定型側Ｓへ可動させ、アンダーカットとなるスプルランナー１ａは可動入れ子５０に引張られ、スプルランナー１ａの最も厚みが薄い環状ゲート部位５１で樹脂ギア１とスプルランナー１ａが切り離される。この時、予め環状ゲート切断部９の高さを補強環状リブ７よりも低く設定したため、樹脂ギア１の機能上、支障になることはなく、ゲート跡処理は生じない。

尚、可動入れ子５０の可動方法としてはバネ，シリンダ，リンク機構など特に限定しなくて良い。

樹脂ギア１を金型から取出す取出し機には、図１４に示すように、スプルランナー１ａを突き出すアーム１９と樹脂ギア１を吸着する吸着アーム２０を具備した。ここでアーム１９は樹脂ギア１の軸差込穴４より外形を細く設定し、前記軸差込穴４から切り離したスプルランナー１ａに押し当てて、スプルランナー１ａを可動入れ子５０から突き出した。

同時に吸着アーム２０は樹脂ギア１を吸着したまま、先にアーム１９を前記軸差込穴４から引き抜き、可動板１４から放し、金型から樹脂ギア１を取出した。

よって本実施例２における効果として、環状ゲート切断部９によりウエルドの欠陥部位を発生させることがない。更に中央から均等に充填させることができるためギアの歯形精度の向上も図れ、高品質な樹脂ギア１が製造可能であり、スプルランナー１ａの切り出しを金型の型開で行ったため、後工程がなく、大幅な低コスト化が図れた。更にホットランナ１１を採用したためコールドランナに比べて、スプルランナー１ａを極小にでき、廃材の低減化も図れた。

成形金型においては、金型型開でスプルランナー１ａのアンダーカットにより、樹脂ギア１が可動金型１６から引き抜けるため、金型に製品突き出し機構を省くことができる。よって金型構造は簡素化になり金型製作費用を大幅に削減できる。

本発明は、モータなどの回転体を形成するものや回転体を用いて角度や位置，変位をセンシングするセンサなどトルクを伝達するギアや回転速度を減速させる減速ギアなどに適用される。例えば、自動車分野における流入空気量を調整するスロットル弁（バルブ）の回転伝達の減速ギアなどである。また、本発明の課題を解決するものであれば、上記の記した製品に限定されることなく適用できる。

本発明の樹脂ギアにおける効果として、環状ゲートによりウエルドの欠陥部位を発生させることがない。更に中央から均等に充填させることができるためギアの歯形精度の向上も図れ、高品質な樹脂ギアが製造可能であり、スプルランナーの切り出しを金型内で行えるため、後工程がなく、大幅な低コスト化が図れる。更にホットランナを採用したためコールドランナに比べて、スプルランナーを極小にでき、廃材の低減化も図れる。

成形金型においては、金型型開でスプルランナーのアンダーカットにより、樹脂ギアが可動型から引き抜けるため、金型に製品突き出し機構を省くことができる。よって金型構造は簡素化になり金型製作費用を大幅に削減できる。

また、環状ゲートによりウエルドの欠陥部位を発生させることがない。

更に中央から均等に充填させることができるためギアの歯形精度の向上も図れ、高品質な樹脂ギアが製造可能である。

さらに、スプルランナーの切り出しを金型内で行えるため、後工程がなく、大幅な低コスト化が図れる。

更にまた、ホットランナを採用したためコールドランナに比べて、スプルランナーを極小にでき、廃材の低減化も図れる。

成形品を金型から突き出すエジェクタ機構が必要ないのでこの点でも作業性が向上し、コスト低減になる。

本実施例の特徴をまとめると以下の通りである。
１．樹脂ギアの特徴として、（１）軸差込み穴の周囲で、補強環状リブの内側に環状のゲート切断部があること（当該切断部が補強環状リブより低いこと）。
２．中心軸受け部のギア成形側端部に環状のゲート切断部があること。
３．センタピンと上金型との間に薄い筒状ゲート空間が形成された成形装置。

１ 樹脂ギア
１ａ スプルランナー
２ 大径歯車
３ 小径歯車
４ 軸差込穴
５，６，８ 平面部
７ 補強環状リブ
７ａ，７ｂ 傾斜
９ 環状ゲート切断部
１０ 充填樹脂
１１ ホットランナ
１２ 固定金型
１３ スプルランナー部
１４ 可動板
１５ キャビ
１６ 可動金型
１７ センターピン
１８ 環状ゲート
１９ アーム
２０ 吸着アーム
２１，５１，Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｚ 部位
５０ 可動入れ子
１０１ 従来型樹脂ギア
１０１ａ 従来型スプルランナー
１０２ 従来型大径歯車
１０３ 従来型小径歯車
１０９ 多点ピンゲート
１１０ ウエルド
Ａ 断面
Ｓ 方向

Claims (3)

1. 外周に円形歯車を備え、中心に円柱状の空洞からなる軸差込穴と、前記軸差込穴周囲に凸状の補強環状リブを有し、前記補強環状リブ内側で前記軸差込穴との間に前記補強環状リブよりも高さの低い環状ゲート切断部が設けられる樹脂ギアの製造に用いる成型金型において、
   前記環状ゲート切断部には前記環状ゲート切断部の外形よりも外形の大きい円錐形のランナーを一体的に構成するスプルランナー部を形成する第１部位を設け、
   前記第１部位は、前記軸差込穴に挿入される軸の軸方向に対して前記補強環状リブと同じ高さに対応する前記スプルランナー部の径方向の厚さが、前記ゲート切断部との接続部に対応する前記スプルランナー部の径方向の厚さよりも大きくなるように形成される樹脂ギアの成形金型。
2. 外周に円形歯車を備え、中心に円柱状の空洞からなる軸差込穴と、前記軸差込穴周囲に凸状の補強環状リブを有し、前記補強環状リブ内側で前記軸差込穴との間に前記補強環状リブよりも高さの低い環状ゲート切断部が設けられる樹脂ギアの製造方法であって、
   前記環状ゲート切断部と接続されるスプルランナー部を成型する際に、前記軸差込穴に挿入される軸の軸方向に対して前記補強環状リブと同じ高さに対応する当該スプルランナー部の径方向の厚さが前記ゲート切断部との接続部に対応する前記スプルランナー部の径方向の厚さよりも大きくなるように、樹脂材を当該スプルランナー部に通して前記環状ゲート切断部から金型内に流し込み、
   成形品を前記金型から取出す際に前記環状ゲート切断部で成形品を切り離すことを特徴とする樹脂ギアの製造方法。
3. 請求項２に記載の樹脂ギアの製造方法において、
   前記金型内で成形品の取出しと同時に前記環状ゲート切断部と前記成形品を切り離すことを特徴とする樹脂ギアの製造方法。