JP5632837B2 - 成形品を製造する方法および成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶融樹脂により成形品を製造する方法、および成形装置に関するものである。

日本国特許公開公報２００９−６８６５６号には、回転伝達機構や装置に使用される合成樹脂歯車が開示されている。この合成樹脂歯車は、外周部に歯部が一体に形成された円環状のリム及びリムの内周面から半径方向内側に突設された円環状のウェブを有する外周部材と、歯車中心軸をなす軸部を有する内周部材からなる。この合成樹脂歯車においては、軸部はウェブの内周面の内側に配置され、軸部又はウェブの一方には、半径方向に延在する複数の溝が設けられ、軸部又はウェブの他方には、半径方向に延在し、溝に対し半径方向にスライド可能なように嵌合された複数の回転規制部が設けられている。また、軸部又はウェブの一方には、半径方向に延在し、回転規制部よりも薄肉かつ湾曲した形状に形成された弾発部が、その先端部が軸部又はウェブの他方に押し当てられるように設けられている。

合成樹脂製の歯車を、印刷、製本などを行うプリンター、コピー機、複合機の紙送り機構の回転伝達機構、その他の様々な回転伝達機構に使用することが検討されている。回転機構（輪列）に弾性変形可能な歯車を含めることにより、かみ合いの精度を改善できる。このため、コスト高の高精度歯車の使用数を抑制でき、低コストで回転伝達機構の精度を向上できる。回転伝達機構の精度を向上することにより幾つかのメリットが得られる。たとえば、プリンターなどにおいては、印刷ずれを抑制して印刷出力の品質を向上できる可能性がある。また、回転伝達機構のかみ合い音や振動の発生を抑制できる。また、回転機構に使用される歯車の耐久性も向上できる。

ゴムや、ゴムとエンジニアリングプラスチックの中間領域をカバーするような柔軟性に富んだ素材などのようなゴム状の弾性（ゴム弾性）を備えた材料はエラストマー（elastomer）と称されることがある。熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ、Thermoplastic Elastomer）は、熱を加えると軟化して流動性を示し、冷却すればゴム状弾性体に戻る性質をもつ。したがって、射出成形などの方法により成型加工を行うことができる。このため、熱可塑性エラストマーは、回転伝達機構の精度向上、騒音防止、耐久性向上に寄与する弾性変形可能な歯車を製造するための素材として有望視されている。

熱可塑性エラストマーのような柔軟性に富んだ素材を射出成形により成型する場合、射出圧力が高いと成形収縮率が小さくなり、ひけ、ボイドは改善される。しかしながら、成形収縮率が小さくなるので、離型しにくくなり、金型からの脱型性は低下する。また、エラストマーは変形しやすいので、金型に１〜２％程度の抜き勾配を設けることが推奨される。さらに、エラストマーは金型との粘着力も大きいため、突き出しのための面積を大きくすることが推奨される。柔らかいグレードの熱可塑性エラストマーほど、上記のような要因により脱型性が低下する。

柔らかいグレードの熱可塑性エラストマーは、成形後（成形品）の特性を考慮すると弾性変形可能な歯車を製造するのに適している。しかしながら、柔らかいグレードの熱可塑性エラストマーにより成形された製品の脱型性を確保しようとすると、高精度の歯車を成形することは非常に難しい。すなわち、歯車の精度を高めるためには、射出圧力を高くして成形収縮率を低くすることが望ましいが、脱型性は低下し、脱型性を確保するために抜き勾配を設けることは歯車の精度を低下させる要因となる。

さらに、溶融樹脂を成形型に高圧で注入した場合、柔らかいグレードの熱可塑性エラストマー樹脂により成形された製品（成形品）が成形型に密着し（貼り付いて）、押し出し（突き出し）ピンで押した程度では、成形品を成形型から良好に外すことができないことがある。したがって、溶融樹脂を成形型に高圧で注入しても、歯車などの成形品を成形型から良好に外すことができる製造方法および成形装置が求められている。

本発明の１つの態様は、第１の型と第２の型とを含む成形型により成形品を製造する方法である。第１の型および第２の型は、溶融樹脂を注入するキャビティの少なくとも一部を形成し、成形品を脱型する際に分離される。第２の型は、さらに、ベースとなる第３の型と、成形品の外周面を規定する第４の型とを含む。第４の型は、成形品を脱型する際、第３の型に対し移動可能である。成形品は歯車であり、第４の型は歯車の歯の部分を形成する部材である。

当該方法は、以下の工程を含む。
（ａ）キャビティ内に溶融樹脂を注入すること（溶融樹脂を注入する工程）。
（ｂ）第１の型と第２の型とを分離した後、成形品とともに第４の型を第３の型から離すこと（第４の型を離す工程）。
（ｃ）成形品を第４の型から取り出すこと（成形品を取り出す工程）。

この方法では、第２の型から成形品を取り出す（脱型する）際に、まず、ベースとなる第３の型から第４の型を成形品とともに離す。その後、成形品を第４の型から取り出す。すなわち、成形品は、いったん、成形品の外周面を規定する第４の型とともに第３の型から離型される。したがって、第３の型から成形品を離型させる際に、成形品の代わりに、あるいは成形品とともに第４の型に力を加えることができる。このため、成形品と第３の型との粘着性が強い場合であっても、より確実に成形品を第３の型から分離できる。その後、成形品を第４の型から取り出すことができる。

当該方法において、第４の型を第３の型から離すこと（第４の型を離す工程）は、以下の工程を含むことが望ましい。
（ｂ１）第３の型と第４の型との間に流体を圧入すること。流体の典型的なものは空気であるが、不活性気体や、液体であってもよい。

この方法では、第２の型から成形品を取り出す際に、第３の型と、第４の型との間に流体を圧入しながら第４の型を成形品とともに第３の型から離す。その後、成形品を第４の型から取り出す。成形品は、成形品の外周面を規定する第４の型とともに、流体の圧力により第３の型から離型される。第３の型と第４の型との間に流体を圧入することにより、第３の型と第４の型との間に形成される微小な隙間であって、溶融樹脂が実質的に流入しないような隙間に、より確実に流体を入れ、第３の型と第４の型との分離を促進できる。このため、成形品が第３の型に密着あるいは貼りついた状態でも、第３の型と第４の型との間に作用する流体の圧力を、第４の型とともに成形品を、第３の型から分離する力に利用できる。

流体の圧力により、いったん第４の型が第３の型から離れはじめると、成形品も第４の型に密着した状態で第３の型から離れ易い。脱型性の低い（脱型しにくい）、柔らかいグレードの熱可塑性エラストマー（熱可塑性エラストマー樹脂）は冷却後も金型との密着性が高い。また、第４の型は、成形品の外周面を規定するものである。このため、第４の型が第３の型から離れると成形品と第３の型との接合部が現れ、第４の型に成形品が引っ張られるので、成形品と第３の型との間に隙間が形成されやすい。いったん成形品と第３の型との間に隙間が形成されると、そこに流体が流れ込む。このため、第３の型と成形品との間に作用する流体の圧力を、成形品を第３の型から分離するための力に利用できる。したがって、成形品が第３の型に密着していたとしても、成形品を第３の型から分離（離型）させやすい。

第３の型に第４の型を収納する凹部を設け、第４の型を、凹部に収納された状態から第３の型に対し予め規定された範囲だけ移動するように第３の型に取り付けられておくことが望ましい。

また、成形品を第４の型から取り出すこと（成形品を取り出す工程）は、以下の工程を含むことが好ましい。
（ｃ１）第３の型の凹部と成形品との間に流体を圧入すること。

第３の型と第４の型との間に流体を圧入することにより第３の型から第４の型が分離した後、流体を圧入し続ける。第４の型は、第３の型に対し規定された範囲だけ移動する。したがって、第３の型の凹部と成形品との間の流体圧力が増大し、流体により成形品の第３の型に面した部分が強く押される。この流体による力（圧力）は、第４の型から成形品を離脱させる力、または離脱を補助する力となる。この流体による力は、突き出し（押し出し）ピンを用いて成形品を脱型（離型）させるときよりも、成形品の広い面積に作用する。このため、より強い力で確実に成形品を第４の型から離すことができる。また、柔軟な成形品であっても、脱型の際の変形も抑制でき、成形品を第４の型から良好に外すことができる。

なお、第４の型を第３の型から離す工程および／または成形品を第４の型から取り出す工程において、押し出し（突き出し）ピンなどを併用することも可能である。

この方法は、柔らかい熱可塑性樹脂であっても脱型性を向上できるので、射出圧力を高めることができる。このため、高弾性な樹脂により、いっそう精度の高い成形品を製造できる。したがって、この方法は、成形品として、より精度が高く、弾性変形しやすい歯車を製造するのに適している。そのような歯車を製造するのに適した典型的な溶融樹脂は、熱可塑性エラストマー樹脂（熱可塑性エラストマー樹脂の溶融物）である。

本発明の他の態様の１つは、上記の方法により得られる成形品である。当該成形品の１つの形態は、歯車の歯の部分を含み、少なくとも歯の部分は、熱可塑性エラストマー樹脂であり、歯の部分が第４の型により成形されているものである。

本発明の他の態様の１つは、キャビティ内に溶融樹脂を注入し、成形品を製造する成形装置である。この成形装置は、キャビティの少なくとも一部を形成し、成形品を脱型する際に分離される第１の型および第２の型を有する。第２の型は、ベースとなる第３の型と、成形品の外周面を規定する第４の型とを含む。第４の型は、第１の型と第２の型とが分離された後、成形品とともに第３の型に対し移動可能である。典型的には第４の型は、移動可能なように第３の型に取り付けられている。第４の型は、例えば、第１の型の方向に移動可能である。この成形装置は、成形品を第４の型とともに第３の型から離型できる。このため、柔軟で粘着力が強い素材を用いた成形品を離型しやすい。

この成形装置は、さらに、第３の型と第４の型との間に流体を圧入する流体経路を有することが好ましい。第３の型と第４の型との間に圧入した流体の圧力を利用して成形品とともに第４の型を第３の型から分離できる。さらに、流体の圧力を利用して第４の型から成形品を脱型できる。

流体経路は、第４の型と第３の型とが接触する部分に流体を供給する経路であることが好ましい。また、第４の型の外周方向から流体を供給するものであることが好ましい。さらに、第４の型が第３の型に接触する（当たる）部分、および第３の型が第４の型に接触する部分の少なくとも一方の部分の縁は面取りされた部分を含むことが好ましい。流体経路に面取りされた部分が含まれ、面取りされた部分を介して第３の型と第４の型とが接触した部分（面接触した部分）に流体が注入される。したがって、流体の圧力を利用して第３の型から、第４の型を成形品とともに、分離しやすい。

第４の型は、第３の型に対し予め規定された範囲だけ移動可能なように第３の型に取り付けられていることが好ましい。成形品を第４の型とともに第３の型から離型した後、さらに流体により圧力を加えると、第４の型が第３の型に取り付けられているので、成形品に加えられた圧力により第４の型から成形品を離型できる。したがって、この成形装置は、第３の型と第４の型とを含む第２の型から、複数の段階を経て成形品を脱型する装置を含む。

第４の型は第３の型の凹部に収納されていることが好ましい。第３の型から第４の型を成形品とともに離した後、第３の型の凹部と成形品との間に圧入される流体の圧力を利用して第４の型から成形品を取り外すことができる。

成形装置の一形態は、歯車の製造装置である。この成形装置を用いることにより、弾性変形する歯車であって、精度の高い歯車を製造できる。また、第４の型は、例えば、歯車の歯（外歯）の部分を形成するための部材、たとえばコマなどと称される環状の部材であってもよい。

本発明のさらに異なる態様の１つは、キャビティ内に注入される溶融樹脂により成形品を製造する成形型である。この成形型は、キャビティの少なくとも一部を形成し、成形品を脱型する際に分離される第１の型および第２の型を有し、第２の型は、ベースとなる第３の型と、成形品の外周面を規定する第４の型であって、第１の型と第２の型とが分離された後に第３の型に対し移動可能な第４の型と、第３の型と第４の型との間に流体を圧入する流体経路とを含む。

本発明の一実施形態にかかる成形装置を示す断面図。 図１の成形装置において、第１の型と第２の型とを分離した状態を示す断面図。 図１の成形装置の一部であって、成形品および第４の型を、第３の型から離した状態を示す断面図。 図１の成形装置の一部であって、成形品を第４の型から取り出した状態を示す断面図。 図５（ａ）は図２の一部（第４の型の第３の型への接続部）を拡大して示す断面図。図５（ｂ）は図３の一部（第４の型の第３の型への接続部）を拡大して示す断面図。 本発明の一実施形態にかかる成形品の製造方法の一例を説明するためのフローチャート。

図１ないし図４は、本発明の一実施形態にかかる成形装置を示す断面図である。それぞれの図は、成形品を製造する過程の典型的な状態を示す。これらの図には、成形装置の典型的な部分を説明するために、それらの部分を断面および端面などにより模式的に示している。図５においても同様である。

この成形装置１は、キャビティ２５内に溶融樹脂３１を注入し、成形品８０を製造する装置（射出成形装置）である。成形装置１は、キャビティ２５を形成する成形型１０を含む。成形型１０は、製造する成形品８０の種類、サイズなどにより、適宜、変更可能である。本例の成形型１０は、高精度の歯車を成形品（製品）８０として製造できる。

成形型１０は、キャビティ２５を形成する第１の型１１および第２の型１２を有する。本例の成形型１０は、第１の型１１が上型、第２の型１２が下型であり、実質的に上下２分割の金型である。以下、第１の型１１を上型、第２の型１２を下型と称する。上型１１は、成形装置１の可動ベース（上部ベース）５とともに軸方向（上下方向）に移動可能な複数のプレートまたはパーツにより構成される。上型１１は、溶融樹脂３１を成形装置１のノズル２からキャビティ２５に注入するための樹脂通路２１を含む。下型１２は、成形装置１の固定ベース（下部ベース）６に固定ボルト７などにより実質的に固定または動きが制限された状態で保持された複数のプレートまたはパーツにより構成される。成形装置１のベース５および６は相対的に上下方向に移動するものであればよく、上部ベース５が固定ベース、下部ベース６が可動ベースであってもよい。この場合、下型１２が可動し、上型１１が固定される。

上型１１は、上下に伸びたシャフト９１に沿って上下に可動する。上型１１は、下方に動いて下型１２に結合されるとキャビティ２５を形成する。成形品を脱型する際は、上型１１は、上方に動いて下型１２から分離される。シャフト９１は、上型１１と下型１２とが閉じられる（連結される）際に、それらの位置を合わせる機能を含む。さらに、シャフト９１は、上型１１および下型１２が連結された状態では、歯車（成形品）８０を成形する際の中子体を兼ねる。

本例では、成形品（歯車）８０は、その中心にリング状の部材（リング、インサート）３２が埋設された状態で成形される。この成形品８０は中心のリング３２とともにシャフト９１に沿って脱型される。中心のリング３２は成形品８０から取り外されるようにしてもよく、成形品（製品）８０である歯車の補強部材として使用されてもよい。また、成形品８０の外側の下型１２（実際には後述するギア駒１４）との境界部分８１は、歯車の歯の部分を示している。

下型１２は、成形品（歯車）８０の外周面を規定し、歯の部分８１を形成する可動式の部材（ギア型、ギア駒、ギアピース、第４の型）１４を含む。すなわち、下型１２は、可動式のギア駒１４に対してベースとなる第３の型１３と、成形品８０の外周面を規定する第４の型であるギア駒１４とを含む。以下では第３の型１３をベース型（ベースピース）、第４の型１４をギア駒（ギアピース）と称する。

ベース型１３は、中心のシャフト９１に沿って凹んだ凹部１３ａを含む。ギア駒１４は、成形品（歯車）８０の外周面（歯の部分）８１を規定するリング状の部材（型）であり、ベース型１３の凹部１３ａに収納されている。また、ギア駒１４は、成形品８０を脱型するために上型１１を取り外すと（分離すると）、その上面１４ｄが露出し、上型１１を下型１２（ベース型１３）から分離した後にベース型１３に対し規定された範囲だけ移動可能なようにベース型１３に取り付けられている。

より具体的には、ギア駒１４はリング状で、内周面（内周側）１４ｃが歯車８０の歯８１を規定する部分であり、ギア駒１４の本体（周辺部分、外周部分）１４ｅを貫通するように複数のスタッド９３（図面では２本のスタッドを図示）がベース型１３から立脚している。これらのスタッド９３は下部がベース型１３に固定され、上部にギア駒１４の動きを規制するストッパ９３ａが設けられている。ギア駒１４は、ベース型１３の凹部１３ａの内部で、これらのスタッド９３に沿って上下方向にスライド可能となっている。したがって、ギア駒１４は、これらスタッド９３を介して、ストッパ９３ａにより許容される範囲で移動（スライド）するようにベース型１３に取り付けられている。

上型１１の下部の下型１２に対向（対面）する側には、複数のスタッド９３のそれぞれ対応する位置であってギア駒１４の本体１４ｅに当たる位置に複数の凹部１１ａが設けられている。上型１１と下型１２とが接触している（連結している、閉じている、すなわち、成形型１０が閉じている）ときは、スタッド９３の下型１２から突き出た部分、すなわち、ギア駒１４から突き出た部分は、凹部１１ａ内にそれぞれ収納される。したがって、これらのスタッド９３は、上型１１と下型１２とが閉じることを妨げない。ギア駒１４を下型１２（ベース型１３）に対して移動可能に取り付ける方法は本例に限定されない。たとえば、スタッド９３がギア駒１４に固定されており、スタッド９３がベース型１３に対してギア駒１４とともに移動してもよい。

図１に示すように、この成形装置１においては、上型１１が下型１２と接触してキャビティ２５が形成され、溶融樹脂３１が注入される段階では、ギア駒１４はベース型１３の凹部１３ａに収まり、ギア駒１４は移動しない。ギア駒１４のベース型１３に対する位置（下型１２の中における位置）は、ギア駒１４とスタッド９３の接触および／またはギア駒１４の外周面１４ｆと凹部１３ａの内周面との接触により精度よく維持される。したがって、ベース型１３およびギア駒１４により精度の高い歯車８０を成形するための金型（下型）１２が構成される。

図２に示すように、上型１１が下型１２から外れ（成形型が開かれ）ると、ギア駒１４の上面１４ｄが現れる。その後、スタッド９３をスライダとして、ギア駒１４は、上型１１の方向（上方）に移動可能となる。したがって、図３および図４に示すように、ギア駒１４は、ベース型１３に接触する第１の位置（図１および図２に示した位置）から、ストッパ（留め金具）９３ａに接触する第２の位置（図３および図４に示した位置）までスタッド９３に沿って動かされる。

成形装置１は、下型１２を貫通して成形品８０の下面に当たる複数の押し出し（突き出し）ピン（図面では４本の押し出しピンを図示）９５を含む。これらの押し出しピン９５は、ベース型１３からギア駒１４を成形品８０とともに分離する際、および／または、ギア駒１４から成形品８０を取り出す際に、以下に説明する流体７０と協働するように用いられる。

可動式のギア駒１４を備えた成形型１０を用いる成形装置１においては、押し出しピン９５を省略したり、ピン９５の本数を削減することは有効である。歯車８０の押し出しピン９５が当たる位置は押し出しピン９５の圧力に耐えられる構造や厚みを備えた形状が要求される。押し出しピン９５を省略したり、本数を少なくすることにより、歯車８０を設計する際に、押し出しピン９５に対応した形状を採用する必要がなくなる。したがって、成形装置１により製造可能な歯車８０の形状の選択範囲が広がる。

この成形装置１に用いられる成形型１０は、さらに、下型１２のベース型１３の内部を通り、ベース型１３とギア駒１４との間に流体７０を圧入（注入）してベース型１３からギア駒１４を分離するための流体経路２２を有する。流体経路２２を通じて圧入する流体７０は、気体、特に、空気であることが好ましい。流体７０は、窒素あるいはアルゴンなどの不活性気体であってもよい。流体７０は液体であってもよい。

流体経路２２は、ベース型１３の内部を通り、ギア駒１４の外周部１４ｆ、すなわち、ギア駒１４とベース型１３とが接触する部分まで延びている。より具体的には、流体経路２２は、ベース型１３の凹部１３ａの底まで延びており、凹部１３ａの底または底近傍に流体７０の吐出口２２ａが設けられている。本例の流体経路２２は、この吐出口２２ａから水平方向に下型１２（ベース型１３）を貫通し、下型１２の外側に延びている。したがって、流体経路２２を介して、下型１２の外側から流体７０を供給し、ギア駒１４の下面１４ｂとベース型１３との境界部分に、ギア駒１４の外周方向から流体７０を注入できる。

なお、流体経路２２は、ギア駒１４とベース型１３との接触部分に流体７０を圧入できるように形成されればよく、本例に限定されない。ギア駒１４の周方向から流体７０を注入させる代わりに、ギア駒１４の下側から流体７０を注入してもよい。この場合、流体経路２２の吐出口は、例えば、ベース型１３の凹部１３ａの下面（底面）に設けることができる。

流体経路２２の吐出口２２ａをギア駒１４とベース型１３との接続部分（接触部分）に設けることにより、吐出口２２ａを成形品８０から離すことができる。このため、吐出口２２ａが樹脂により塞がれることを抑制できる。したがって、成形品８０を脱型する際に、確実に流体７０をギア駒１４とベース型１３との接触部分に流入でき、流体７０により、ギア駒１４を成形品８０とともにベース型１３から分離するための力が得られる。特に、吐出口２２ａをギア駒１４の外周部１４ｆまたはその近傍に設けることにより、吐出口２２ａと成形品８０との間に十分な距離を確保できる。

図５（ａ）および図５（ｂ）に拡大して示すように、ギア駒１４がベース型１３に当たる（接触する）下面１４ｂの外縁１４ａは面取りされている。流体経路２２は、ギア駒１４の外周方向から流体７０をギア駒１４とベース型１３とが面接触した部分、すなわち、ギア駒１４の下面１４ｂに注入するようにアレンジされている。ギア駒１４の下面１４ｂの外縁１４ａは凹部１３ａの中で流体経路２２に面しており、外縁１４ａを面取りしておくことにより、ベース型１３とギア駒１４との間、すなわち、ベース型１３とギア駒１４とが接触した（面接触した）部分に流体７０が流入しやすい。ギア駒１４の下面１４ｂの外縁１４ａの代わりに、あるいはそれとともに、下面１４ｂと接触する凹部１３ａの底面の外縁を面取りしてもよい。

ギア駒１４とベース型１３（ベース型１３の凹部１３ａ）との接触面、すなわち、ギア駒１４の下面１４ｂと凹部１３ａの底面とは適度な面粗さに調整される。特に、密着性の高い樹脂を成型する場合、金型の面は適度な面粗さを持つように仕上げられる。したがって、ギア駒１４とベース型１３との接触部分には、流体７０が流入する程度な微小な隙間が形成される。さらに、脱型するために上型１１が下型１２から分離された状態になると、型締め力は成形型１０には作用しない。このため、脱型する際に、可動タイプのギア駒１４には型締め力は作用せず、ギア駒１４はベース型１３に押し付けられていない状態となる。したがって、ギア駒１４とベース型１３との接触部分（合わせ面）に流体７０が流入しやすい。

また、この可動タイプのギア駒１４において、溶融樹脂３１が流入し、流動性が低い状態になるまで（低温になるまで）は、ギア駒１４とベース型１３との接触部分（合わせ面）に型締め力が作用するのでギア駒１４とベース型１３との合わせ面に溶融樹脂３１が流入することは実質的にはない。さらに、合わせ面となるギア駒１４の底面１４ｂの面積は十分に大きく、ギア駒１４とベース型１３との接触部分（合わせ面）の外周部に至るまで樹脂３１が流れ込むことは阻止される。したがって、ギア駒１４の周囲から空気などの流動性の非常に高い流体７０を供給することにより、ギア駒１４とベース型１３との接触部分に流体７０を流入させることができ、その圧力によりギア駒１４とベース型１３とを分離できる。

ギア駒１４の外周面１４ｆと下面１４ｂのコーナー部である外縁１４ａが面取りされていると、流体経路２２の内部の流体７０の圧力が上昇したときに、まず、面取りされた外縁１４ａにギア駒１４を押し上げる力が働く。このため、流体７０の圧力によりギア駒１４の下面１４ｂの外周部分をベース型１３から離すことができる。次に、ベース型１３から離れた下面１４ｂの外周部分に流体７０が流入し、その圧力でギア駒１４とベース型１３との隙間が広がる。このように、ギア駒１４とベース型１３との接触部分に流体７０を容易に流入させることができる。したがって、短時間に、また、確実に、成形品８０をギア駒１４とともにベース型１３から分離できる。

図６は、成形品８０を製造する方法の一例を説明するフローチャートである。なお、以下では成形装置１を用いて製造方法１００を説明しているが、本発明に含まれる製造方法は、必ずしも成形装置１を用いて行うものでなくてもよい。

この製造方法１００においては、まず、ステップ１０１において、ノズル２から樹脂通路２１を介してキャビティ２５内に、加熱された溶融状態の樹脂（溶融樹脂）を注入する（図１参照）。溶融樹脂が冷却され、固化（硬化）された後、または低温（常温、成形品８０の使用温度）状態に戻った後、ステップ１０２において、上型（第１の型）１１および下型（第２の型）１２を相対的に動かして上型１１と下型１２とを分離し、上型１１を成形品８０から取り外す（図２参照）。成形装置１では、上型１１を上方に移動し、下型１２から取り外す。この段階では、可動ベース５および固定ベース６により、上型１１および下型１２を分離するために十分な力を得ることができる。したがって、粘着性の高い樹脂３１を用いた成形品８０であっても上型１１を成形品８０から離型できる。

次に、ステップ１０３において、ベース型（第３の型）１３とギア駒（第４の型）１４との間に流体（空気）７０を圧入し、成形品８０とともにギア駒１４をベース型１３から離す（図３参照）。本例の成形型１０においては、ギア駒１４の底面１４ｂの外周部分のコーナー部（外縁）１４ａが面取りされている。空気経路２２の圧力を上昇させ、空気経路２２を介して圧縮空気７０を注入すると、面取りされた外縁１４ａに圧縮空気７０が先ず作用し、ギア駒１４を上昇させる力を発揮する。したがって、ベース型１３とギア駒１４との間に流体７０が良好に入り込む（図５（ａ）および図５（ｂ）参照）。

一旦、ベース型１３とギア駒１４との間に流体７０が入り込むと、ベース型１３とギア駒１４との間に加速度的に流体７０が流入し、ギア駒１４の下面１４ｂに、ギア駒１４をベース型１３から離す方向（上方）に力が作用する。ギア駒１４は、成形品８０である歯車８０の外周面（歯の部分）８１を規定する型であり、成形品８０の外周に沿って十分な大きさのリング状の部材にすることができる。したがって、流体７０が作用する下面１４ｂの面積を十分に確保でき、流体７０により成形品８０をギア駒１４とともに、ベース型１３から離型するための力を得ることができる。

成形品８０はギア駒１４と密着している。このため、流体７０の圧力によりギア駒１４がベース型１３から離れて上方へ移動すると、ギア駒１４とともに成形品８０も上方へ移動する。特に、成形品８０が歯車である場合、成形品８０の外周の歯の部分８１と、ギア駒１４の内周の歯を成形する部分１４ｃとの接触面積は広く、成形品８０はギア駒１４に密着し、成形品８０はギア駒１４とともに移動しやすい。さらに、樹脂３１がエラストマーなどの柔軟で密着性の高い樹脂であると、成形品８０はさらにギア駒１４に密着し、ともにベース型１３から離型されやすい。

ギア駒１４に引っ張られて成形品８０がベース型１３から離れ始めると成形品８０とベース型１３との間に隙間が生じる。その隙間に流体７０が流入することにより、流体７０により成形品８０自体にベース型１３から離れる力が作用する。したがって、この成形型（金型）１０は、圧縮空気などの流体７０により、成形品８０をギア駒１４とともにベース型１３から離型するための十分な力を得やすい。

ギア駒１４および成形品８０に作用する流体７０の力により、成形品８０はギア駒１４とともにベース型１３から離れると、成形品８０およびギア駒１４は、凹部１３ａの内部でギア駒１４がスタッド９３のストッパ９３ａに接触するまで上方に移動する。この際、流体経路２２の流体７０の圧力を上昇させて流体７０を流入するとともに、押し出しピン９５により成形品８０を上方に押してもよい。押し出しピン９５により成形品８０をベース型１３から離型するための力を増強できる。

ステップ１０４において、さらに成形品８０を押すことにより、ギア駒１４から取り出す（図４参照）。この成形型１０においては、ギア駒１４は、スタッド９３およびストッパ９３ａによりベース型１３に対して移動できる範囲が制限されている。したがって、流体経路２２を介して流体７０をベース型１３の凹部１３ａに圧入して成形品８０を流体７０によりさらに上方へ押すことにより、ギア駒１４から成形品８０を上方へ押しだすことができる。成形品８０に流体（圧縮空気）７０を良好に作用させるためには、ギア駒１４がストッパ９３ａにより停止した状態で、ギア駒１４の外周面１４ｆが凹部１３ａの周面に接触していることが好ましい。この際、押し出しピン９５により、成形品８０を上方に押すことにより、成形品８０をギア駒１４から取り出すための力を増強してもよい。

成形品８０が歯車である場合、特に、平たい歯車（平歯）である場合、歯を含む外周部分８１の面積に対しては、本体部分８２の下面の面積は十分に大きい。したがって、本体部分８２の下面に作用する流体７０により、外周部分８１をギア駒１４の内周部分１４ｃから離型するための力を得やすい。さらに、この成形型１０においては、成形品８０が、本体部分８２がスポーク状になった歯車である場合よりも、本体部分８２が板状の歯車の方が離型するための力が得やすい。樹脂３１がエラストマーの場合、歯車としての強度を確保するためには本体部分８２が板状で、均一な厚みであることが望ましい。したがって、この成形型１０は、そのような歯車を成形品８０として製造するのに適している。

このように、この成形型１０および成形装置１を用いた製造方法１００においては、下型１２から成形品８０をワンステップで脱型するのではなく、まず、成形品８０をギア駒１４とともにベース型１３から離型し、その後、成形品８０をギア駒１４から離型することにより、成形品８０の脱型が完了する。ギア駒１４は、多段の歯車を形成するために多段階に分かれていてもよく、この場合は、さらに多段階の離型するステップを用いることにより成形品８０を脱型できる。また、成形品８０は、平歯に限らず、べベルギアなどの種々の歯車であってもよく、また、歯車以外で外周面を所定の形状に成形される部品あるいは製品であってもよい。

熱可塑性エラストマー樹脂（ＴＰＥ）は、熱を加えると軟化して流動性を示し、冷却すればゴム状弾性体に戻る性質を持つエラストマーである。したがって、キャビティ２５の内部で冷却されると、熱可塑性エラストマー樹脂はゴム状弾性体に戻り、成形品８０になった状態でも粘着性が強い。この成形装置１および製造方法１００は、粘性が強く、密着性の高い成形品８０であっても良好に成形装置１から脱型できる。

（実施例）
上記の成形装置１および成形品８０の製造方法１００は、弾性変形可能な樹脂性の歯車、特に、柔らかいグレードの樹脂により歯車を成形するのに適している。本例では、溶融樹脂３１として、熱可塑性エラストマー樹脂（ＴＰＥ）の溶融物を用い、かつ、溶融樹脂３１を成形型１０に高圧で注入して、精度の高い歯車を製造した。熱可塑性エラストマー樹脂には、ポリエステル系熱可塑性エラストマー樹脂であるハイトレル（登録商標）４０４７（東レ・デュポン社製）を使用した。東レ・デュポン社製のハイトレル（登録商標）は、熱可塑性エラストマー樹脂の中でも低温から高温まで広い使用温度範囲で高強度およびゴム弾性を示すエンジニアリングエラストマーの一例である。特に、ポリエステル系熱可塑性エラストマー樹脂であるハイトレル（登録商標）４０４７は、最も柔軟性に富む（たとえば、曲げ弾性が１００ＭＰａ以下）素材であり、成型可能なエラストマー素材として注目されている。反面、成形品８０の脱型が比較的困難であることは、例えば、日本国特許公開公報２００８−３１４０８号などに記載されている。

従来の金型、すなわち、可動タイプのギア駒を有しない金型では、溶融樹脂がハイトレル（登録商標）４０４７であると、射出圧力が７０ＭＰａ以上になると離型（脱型）性が不足し、金型から脱型することが難しかった。本例の成形装置１および金型（成形型）１０を用い、図６に示した製造方法を実施すると、ハイトレル（登録商標）４０４７であっても、射出圧力が１３０ＭＰａで離型（脱型）させることができ、成形時の収縮率を小さくできた。したがって、柔軟性が高い樹脂により高精度の歯車を製造できた。

以上のように、成形装置１および製造方法１００によれば、エラストマー樹脂を高圧で注入しても成形品８０を良好に脱型することができる。したがって、高精度・高剛性の歯車８０を得ることができる。また、成形装置１および製造方法１００によれば、成形品８０を良好に脱型することができる。このため、成形品８０に抜き勾配や凹凸（リブ）などを設けてもよいが、成形品８０に抜き勾配や凹凸（リブ）などを設けなくてもよい。したがって、成形装置１および製造方法１００によれば、歯車のように抜き勾配を設けることが難しい、あるいは、抜き勾配や凹凸（リブ）を設けることにより剛性が低下する成形品８０であっても、剛性を低下させることなく、良好に形成することができる。

また、成形装置１においては、キャビティ２５の周囲にギア駒１４が設けられている。このため、流体７０の吐出口２２ａはキャビティ２５には直接露出していない。したがって、高圧で溶融樹脂を注入したとしても、吐出口２２ａが樹脂で閉塞されることはない。このため、製造時にキャビティ２５へ高圧で溶融樹脂を注入でき、脱型時にはベース型１３とギア駒１４との間に確実に流体７０を注入（流入、圧入）でき、成形品８０とともにギア駒１４をベース型１３から離し、さらに成形品８０を良好な状態で脱型できる。

なお、上記の成形装置１および製造方法１００は、本発明の一例であり、これらに限定されない。本例の成形装置１においては、第１の型１１と第２の型１２とによりキャビティ２５を形成しているが、第１の型１１と第２の型１２とは、キャビティ２５の少なくとも一部を形成するものであればよい。すなわち、キャビティ２５を形成する成形型１０は、第１の型１１および第２の型１２以外の型あるいはパーツを含むものであってもよい。また、上記の成形装置１においては、上型（第１の型）１１と下型（第２の型）１２とに分割された成形型１０を有するものであるが、成形型１０は、上下２分割のものに限定されるものではない。

空気などの流体７０によりギア駒１４を押し上げる方法は、成形品８０より一回り大きくなるギア駒１４のサイズ的なメリットを活かし、簡単に離型するための力を得ることができるので好ましい。空気などの流体７０によりギア駒１４を押し上げる代わりに、ギア駒１４を押し出し（突き出し）ピンなどの機械的な方法により押し上げて、ギア駒１４と成形品８０とを一体でベース型１３から離型してもよい。

また、本発明の成形装置および製造方法で製造される成形品は、歯車に限定されるものではなく、外周囲が第４の型で規定できるような構造を有するものは、本発明の成形装置および製造方法において好適に製造できる。

Claims (13)

1. 第１の型と第２の型とを含む成形型により成形品を製造する方法であって、
   前記第１の型および前記第２の型は、溶融樹脂を注入するキャビティの少なくとも一部を形成し、前記成形品を脱型する際に分離され、さらに、前記第２の型は、ベースとなる第３の型と、前記成形品の外周面を規定する第４の型であって、前記成形品を脱型する際に前記第３の型に対し移動可能な第４の型とを含み、前記第４の型は前記第３の型の凹部に収納され、前記凹部の内部で前記第３の型に対し予め規定された範囲だけ移動するように前記第３の型に取り付けられ、前記成形品は歯車であり、前記第４の型は前記歯車の歯の部分を形成する部材であり、
   当該方法は、
   前記キャビティ内に溶融樹脂を注入することと、
   前記第１の型と前記第２の型とを分離した後、前記成形品とともに前記第４の型を前記凹部の内部で移動して前記第３の型から離すことと、
   前記第３の型の前記凹部の内部で移動した状態の前記第４の型から前記成形品を取り出すこととを有する方法。
2. 請求項１において、
   前記第４の型を前記第３の型から離すことは、前記第３の型と前記第４の型との間に流体を圧入することを含む、方法。
3. 請求項１または２において、
   前記第４の型から前記成形品を取り出すことは、前記第４の型とともに移動した前記成形品と前記第３の型の前記凹部との間に形成された隙間に流体を圧入することを含む、方法。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   前記第４の型を前記第３の型から離すことは、前記第４の型を前記第１の型の方向に移動することを含む、方法。
5. 請求項１において、
   前記溶融樹脂は、熱可塑性エラストマー樹脂の溶融物である、方法。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の方法により得られる成形品。
7. 請求項１ないし３のいずれかに記載の方法により得られる成形品であって、少なくとも前記歯の部分は、熱可塑性エラストマー樹脂である、成形品。
8. キャビティ内に溶融樹脂を注入し、成形品を製造する成形装置であって、
   前記キャビティの少なくとも一部を形成し、前記成形品を脱型する際に分離される第１の型および第２の型を有し、
   前記第２の型は、
   ベースとなる第３の型と、
   前記成形品の外周面を規定する第４の型であって、前記第１の型と前記第２の型とが分離された後、前記第３の型に対し前記成形品とともに移動可能な第４の型とを含み、前記第４の型は前記第３の型の凹部に収納され、前記第４の型は、前記凹部の内部で前記第３の型に対し規定された範囲だけ移動するように前記第３の型に取り付けられており、前記成形品は歯車で、前記第４の型は前記歯車の歯の部分を形成する部材である、成形装置。
9. 請求項８において、
   さらに、前記第３の型と前記第４の型との間に流体を圧入する流体経路を有する、成形装置。
10. 請求項８において、
    前記第４の型は前記第１の型の方向に移動する、成形装置。
11. キャビティ内に溶融樹脂を注入し、成形品を製造する成形装置であって、
    前記キャビティの少なくとも一部を形成し、前記成形品を脱型する際に分離される第１の型および第２の型を有し、
    前記第２の型は、
    ベースとなる第３の型と、
    前記成形品の外周面を規定する第４の型であって、前記第１の型と前記第２の型とが分離された後、前記第３の型に対し前記成形品とともに移動可能な第４の型と、
    前記第３の型と前記第４の型との間に流体を圧入する流体経路とを含み、
    前記流体経路は、前記第４の型と前記第３の型とが接触する部分に流体を供給する経路であり、
    前記第４の型が前記第３の型に接触する部分、および前記第３の型が前記第４の型に接触する部分の少なくとも一方の部分の縁は、面取りされた部分を含む、成形装置。
12. キャビティ内に注入される溶融樹脂により成形品を製造する成形型であって、
    前記キャビティの少なくとも一部を形成し、前記成形品を脱型する際に分離される第１の型および第２の型を有し、
    前記第２の型は、
    ベースとなる第３の型と、
    前記成形品の外周面を規定する第４の型であって、前記第１の型と前記第２の型とが分離された後、前記第３の型に対し前記成形品とともに移動可能な第４の型とを含み、前記第４の型は前記第３の型の凹部に収納され、前記第４の型は、前記凹部の内部で前記第３の型に対し規定された範囲だけ移動するように前記第３の型に取り付けられており、前記成形品は歯車で、前記第４の型は前記歯車の歯の部分を形成する部材である、成形型。
13. 請求項１２において、
    前記第３の型と前記第４の型との間に流体を圧入する流体経路をさらに有する成形型。

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