JP6372954B2 - 電動モータ・ケーシングの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス繊維を添加した樹脂材を用いた射出成形体の製造方法及び電動モータ・ケーシングの製造方法に関する。

樹脂材を射出成形する際には、固定金型に対して可動金型を型締めして成形キャビティを形成し、シリンダで加圧した溶融樹脂材を固定金型のスプルー、ランナー及びゲートを通じて成形キャビティに射出して硬化させることが知られている。（特許文献１を参照）また、射出成形体の強度を高めるために、樹脂材にガラス繊維を補強材として添加した上で、射出成形を行うことも知られている。

従来の射出成形体の製造方法を図１１及び図１２に基づいて、説明する。図１１は従来の射出成形装置２００の平面図、図１２は、図１１のＢ−Ｂ線における断面図である。

図示のように、固定金型１と、固定金型１に対して型締装置（不図示）で移動可能に設けられた可動金型２が互いに対向して配置されている。固定金型１には成形キャビティ３に連通するゲート４が設けられている。このゲート４は、固定金型１に着脱自在に嵌め込まれるピンポイントブッシュとして設けられている。

固定金型１に対して可動金型２が移動して型締めが行われる。この時、固定金型１の凹型部１ａと可動金型２の凸型部２ａが型合わせされ、固定金型１と可動金型２とで囲まれた成形キャビティ３が形成される。

この型締め状態において、ゲート４を介して、射出装置（不図示）の射出ノズル５から溶融樹脂材６が射出される。すると、図１１に示すように、射出ノズル５から射出された溶融樹脂材６は、ゲート４の直下にあたる成形キャビティ３の中央部から成形キャビティ３の周端に向かって放射状に流動して成形キャビティ３の全体に充填される。充填された溶融樹脂材６は両金型で冷却されることにより硬化する。なお、図１２は溶融樹脂材６（黒塗り部分）がゲート４から成形キャビティ３に充填された状態を示している。

その後、可動金型２を固定金型１から移動させることにより型開きが行われ、成形キャビティ３から射出成形体が取り出される。この例では、射出成形体の形状は有底円筒をなしている。

特開２００８−３７０６８号公報

しかしながら、樹脂材にガラス繊維が添加されている場合には、繊維配向の影響により、射出成形体の反り変形が生じるという問題があった。

一般に、繊維配向の影響は、樹脂材中のガラス繊維が一方向に整列すると、当該一方向の樹脂収縮は小さいのに対して、当該一方向に直角方向の樹脂収縮は非常に大きいことにより、射出成形体の反り変形が生じるというものである。

図１１に示す従来例では、ガラス繊維は、破線で示した溶融樹脂材６の流路に沿い、ゲート４の直下にあたる成形キャビティ３の中央部から成形キャビティ３の周端に向かう直線の上に整列することになる。すると、当該直線方向の樹脂収縮は小さいのに対して、当該直線に対して直角方向の樹脂収縮は非常に大きくなり、この収縮差により反り変形が生じるのである。

本発明の電動モータ・ケーシングの製造方法は、電動モータを収納する筒部と、電動モータの回転を減速するためのウォームホイールギアを収納する有底円筒体と、を備えた電動モータ・ケーシングの製造方法において、前記有底円筒体に対応した第１の金型と第２の金型で囲まれてなる成形キャビティを形成する工程と、前記有底円筒体の底部に対応して第１の金型に設けられたゲートを介して、成形キャビティ内にガラス繊維が添加された溶融樹脂材を射出する工程と、を備え、第２の金型の型面にゲートに対向し、かつ前記有底円筒体の底部に対応して渦流形成部が形成され、溶融樹脂材を渦流形成部に向けて射出することにより、溶融樹脂材が渦流を形成しながら成形キャビティ内に充填されることを特徴とする。

本発明によれば、ガラス繊維を添加した溶融樹脂材を渦流形成部に向けて射出することにより、渦流を形成しながら溶融樹脂材を成形キャビティ内に充填している。これにより、ガラス繊維の整列が大きく乱され、射出成形体の方向による樹脂収縮差が小さくなることで射出成形体の反り変形を抑制することが可能になる。

本発明の実施形態における射出成形装置の平面図である。 図１のＡ−Ａ線における断面図である。 本発明の実施形態における渦流形成部の斜視図である。 本発明の実施形態における渦流形成部の平面図及び正面図である。 本発明の実施形態における変形例の渦流形成部の平面図及び正面図である。 本発明の実施形態における他の変形例の渦流形成部の正面図である。 本発明の実施形態における射出成形体の製造方法により製造された減速機付き電動モータ・ケーシングを上面側から見た斜視図である。 本発明の実施形態における射出成形体の製造方法により製造された減速機付き電動モータ・ケーシングを裏面側から見た斜視図である。 本発明の実施形態における射出成形体の製造方法により製造された減速機付き電動モータを上面側から見た斜視図である。（ケーシングに電動モータ及びウォームホイールギアを装着した状態を示すもの） 本発明の実施形態における射出成形体の製造方法により製造された減速機付き電動モータを裏面側から見た斜視図である。（ケーシングに電動モータ及びウォームホイールギアを装着した状態を示すもの） 従来例における射出成形装置の平面図である。 図１１のＢ−Ｂ線における断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態における射出成形装置１００の平面図、図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図である。

図示のように、射出成形装置１００は、固定金型１（第１の金型）、可動金型２（第２の金型）、ゲート４、射出ノズル５を備え、固定金型１に対して可動金型２が型締めされると、固定金型１と可動金型２とで囲まれた成形キャビティ３が形成される点は、従来例と同じである。

本実施形態においては、射出ノズル５からゲート４を介して成形キャビティ３内に溶融樹脂材６を射出する際に、溶融樹脂材６の渦流を形成するための渦流形成部７が設けられている。

渦流形成部７は、可動金型２に形成された貫通孔８を介してゲート４に対向するように成形キャビティ３内へ導入可能に構成され、可動金型２と同じ金属材で形成された円柱状の棒状体であることが好ましい。渦流形成部７を棒状体とするのは、成形キャビティ３への導入と、別の渦流形成部７との交換が容易であるからである。また、渦流形成部７は、可動金型２に形成された貫通孔８を介して導入するものに限らず、可動金型２の凸型部２ａの型面に、可動金型２と一体に恒久的に形成するものであってもよい。

渦流形成部７はその上端面に渦流形成用凹凸部７ａを有している。渦流形成部７が成形キャビティ３へ導入された状態で、渦流形成用凹凸部７ａはゲート４の直下に位置している。ゲート４の射出口の下端と渦流形成用凹凸部７ａとの距離は、成形キャビティ３の上下方向のスペース（射出成形体の厚さ）によって決まる。

渦流形成用凹凸部７ａの構成を図３及び図４に基づいて詳しく説明する。図３は渦流形成部７の斜視図、図４（Ａ）はその平面図、図４(Ｂ)はその正面図である。

図示のように、渦流形成用凹凸部７ａは、渦流形成部７の端面の中心から端面の周端に向けて滑らかに湾曲して延びる１２個の同形の凸部ａが、端面の中心に対して点対称（３０度回転対称）になるように配置されている。隣接する凸部ａ，ａの間は凹部になっている。

このように、渦流形成用凹凸部７ａは、図４（Ａ）の平面図で見ると、渦状の凹凸形状をなしているが、図４（Ｂ）の正面図で見ると、全体としてはその中央部が盛り上がった凸形状をなしている。渦流形成部７が成形キャビティ３へ導入された状態では、渦流形成用凹凸部７ａは、可動金型２の凸型部２ａの型面の上方に位置していることが好ましい。

図３及び図４の例では、凸部ａは、反時計回り方向に湾曲しているが、時計周り方向に湾曲していても良い。また、凸部ａの個数（枚数）は適宜増減することができるが、溶融樹脂材の渦流又乱流を効果的に発生させるためには７個〜１２個であることが好ましい。

渦流形成用凹凸部７ａの変形例を図５に示す。図５（Ａ）は渦流形成用凹凸部７ｂの平面図、図５(Ｂ)はその正面図である。図示のように、渦流形成用凹凸部７ｂは、端面の中心から端面の周端に向けて湾曲して延びる１０個の同形の凸部ｂが、端面の中心に対して点対称になるように配置されている点は、渦流形成用凹凸部７ａと同様であるが、図５（Ｂ）の正面図で見ると、全体としては中央部が凹んだ凹形状をなしている点が異なっている。渦流形成部７が成形キャビティ３へ導入された状態では、渦流形成用凹凸部７ｂは、可動金型２の凸型部２ａの型面の下方に位置していることが好ましい。

なお、渦流形成用凹凸部７ａ，７ｂは、上述のものに限らず、全体として渦状もしくは渦巻き状（スパイラル）の形状をなしていれば、渦流を形成することができる。

また、他の変形例として、図６に示すように、渦流形成用凹凸部７ａ，７ｂの代わりに、端面の中央部が周端から山状に盛り上がったものを渦流形成部７として用いてもよい。この渦流形成部７には渦流形成用凹凸部は形成されていないが、溶融樹脂材６が上方から山の頂上付近に衝突して下降流となることにより、溶融樹脂材６の流れに乱れが生じて渦流を形成することができる。

次に、上述の射出成形装置１００を用いた射出成形体の製造方法を説明する。先ず、水平に固定保持された固定金型１に対して可動金型２が鉛直下方に移動して型締めが行われる。この時、固定金型１の凹型部１ａと可動金型２の凸型部２ａが型合わせされ、固定金型１と可動金型２とで囲まれた成形キャビティ３が形成される。

この型締め状態において、ゲート４を介して、射出装置（不図示）の射出ノズル５から溶融樹脂材６が射出される。図２は溶融樹脂材６（黒塗り部分）がゲート４から成形キャビティ３に充填された状態を示している。

射出装置は、樹脂材を供給するホッパー、射出ノズル５が形成された加熱筒、加熱筒に回転自在に挿入されたスクリュー（押圧部材）、加熱筒の外周に取り付けられた電気ヒーターを備えて構成される。

樹脂材は、ホッパーから加熱筒の入り口に流れ込んでスクリューの回転で加熱筒に送り込まれる。そして、電気ヒーターによる加熱筒の温度制御と、スクリューの回転と、スクリューの回転による樹脂材のせん断の摩擦熱で樹脂材が溶融され、溶融樹脂材６が生成される。この場合、樹脂材には射出成形体の強度を高めるため、補強材としてガラス繊維が添加されている。

そのため、溶融樹脂材６にはガラス繊維が含有されている。射出ノズル５から射出された溶融樹脂材６は、金型装置のスプルー（樹脂供給路）、及びランナーを経由してゲート４に供給されるが、図１及び図２では、スプルー及びランナーの図示を省略してある。

射出ノズル５から射出された溶融樹脂材６は、図１に示すように、渦流形成部７の渦流形成用凹凸部７ａ，７ｂに衝突し、破線で示した渦流を形成しながら成形キャビティ３内に充填されていく。これは、溶融樹脂材６は渦流形成用凹凸部７ａ，７ｂの凹凸形状に沿って滑らかに湾曲しながら流れるからである。

ここで渦流とは、成形キャビティ３の中央部から周端部に向けて滑らかに湾曲しながら流れる渦状の流れを意味している。溶融樹脂材６に添加されたガラス繊維はこの渦流の流路に沿って配向されることから、ガラス繊維の整列が従来例に比して大きく乱される。

すなわち、図１の一本の破線に沿った一流路に着目すると、ガラス繊維の向きは、成形キャビティ３の中央部から周端部に向けて大きく湾曲することになる。そのため、ガラス繊維は、それぞれに異なった方向成分を有することが多くなる。そのため、射出成形体の方向による樹脂収縮差が小さくなる。

一般に、溶融樹脂材６が金型装置により冷却されて固形化する際や、温度環境の変化などによって射出成形体の樹脂収縮が生じる。この時、射出成形体の方向による樹脂収縮差が小さくなることで射出成形体の反り変形を抑制することが可能になる。

これに対して、従来例（図１１）にあっては、ガラス繊維の向きは、前述のように成形キャビティ３の中央部から周端部に向かう直線上に揃っているため、射出成形体の方向による樹脂収縮差が大きくなり、大きな反り変形が生じてしまう。図１の例では、ゲート４及び渦流形成部７は、成形キャビティ３の中央部に位置しているが、それらが成形キャビティ３の中央部から離れて位置している場合でも同様の効果を奏する。

溶融樹脂材６の冷却後は、可動金型２を固定金型１から移動させることにより型開きが行われ、成形キャビティ３から射出成形体が取り出される。なお、本実施形態では、射出成形体の形状は有底円筒の形状をなしているが、固定金型１、可動金型２の形態を適宜変更して射出成形体を製造することができる。

また、本実施形態では、樹脂材としては熱可塑性樹脂が用いられ、その加熱温度は２５０℃程度に設定され、固定金型１及び可動金型２の温度は６０℃程度の比較的低温に設定されている。また、他の樹脂材としては、熱硬化性樹脂を用いることもできる。この場合、熱硬化性樹脂にガラス繊維が添加されている限り上記と同様の効果を得ることができる。また、固定金型１に対する可動金型２の移動は相対的なものなので、反対に固定金型１を可動とし、可動金型２を固定としてもよいことは言うまでもない。

以上、本実施形態の射出成形装置１００と、射出成形体の製造方法について説明したが、次に、射出成形体である減速機付き電動モータ・ケーシング１０への適用例について、図７乃至図１０に基づいて説明する。

減速機付き電動モータ・ケーシング１０は、車両のパワーウインドウ駆動用の電動モータ１１及びウォームホイールギア１２等を収納するためのケーシングである。図７及び図８は、ケーシング本体のみを示し、図９及び図１０は、ケーシング本体に電動モータ１１及びウォームホイールギア１２を取り付け、収納した状態を示している。

減速機付き電動モータ・ケーシング１０は、ウォームホイールギア１２を収納する有底円筒体１３、有底円筒体１３の中央底部から立設されたウォームホイールギア１２の回転軸１４（出力軸）の挿通部１５、有底円筒体１３に隣接し、電動モータ１１及びそのウォーム軸を収納する筒部１６を備え、筒部１６の入口１７から電動モータ１１が挿入可能になっている。減速機付き電動モータ・ケーシング１０は、さらに車体本体に取り付けるためのマウント部１８、コネクター取り付け部１９を備えている。

ケーシング本体に電動モータ１１及びウォームホイールギア１２を取り付けられた状態では、電動モータ１１のウォーム軸が、ウォームホイールギア１２と噛み合い、電動モータ１１の回転が減速されるようになっている。

有底円筒体１３の部分は基本的には、上述の固定金型１、可動金型２及び渦流形成部７等を用いた射出成形により形成することができる。減速機付き電動モータ・ケーシング１０を全体として射出成形により形成するためには、その他の構成部分に対応した金型装置が必要となる。

この場合、ゲート４及び渦流形成部７は、有底円筒体１３の底部であって、ウォームホイールギア軸１４の挿通部１５と、電動モータ１１のウォーム軸を収納する筒部１６の間に対応する金型の部位に設けられている。これは、ウォームホイールギア軸１４と電動モータ１１のウォーム軸の間の距離に高い設計精度が求められ、その設計精度が実現できるように繊維配向の影響による反り変形を極力抑制する必要があるためである。

こうした射出成形の結果、有底円筒体１３の底部には渦流形成用凹凸部７ａに対応する射出成形痕跡７Ｘが形成される。また、射出成形痕跡７Ｘの裏側には、ゲート４に対応する射出成形跡４Ｘが形成される。

また、前述のように、渦流形成用凹凸部７ａを可動金型２の凸型部２ａの型面の上方に位置させた場合には、射出成形痕跡７Ｘは、有底円筒体１３の底部の主表面に凹部として形成される。

その一方、渦流形成用凹凸部７ｂを可動金型２の凸型部２ａの型面の下方に位置させた場合には、射出成形痕跡７Ｘは、有底円筒体１３の底部の主表面から突出して凸
部として形成されるが、その高さがウォームホイールギア１２と干渉しない高さに設定されていれば問題はない。

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。

１ 固定金型 ２ 可動金型 ３ 成形キャビティ
４ ゲート ４Ｘ ゲート４に対応する射出成形痕跡
５ 射出ノズル ６ 溶融樹脂材 ７ 渦流形成部
７ａ，７ｂ 渦流形成用凹凸部 ７Ｘ 渦流形成用凹凸部７ａに対応する射出成形痕跡 ８ 貫通孔 １０ 減速機付き電動モータ・ケーシング
１１ 電動モータ １２ ウォームホイールギア
１３ 有底円筒体 １４ 回転軸 １５ 挿通部
１６ 筒部 １７ 筒部の入口 １８ マウント部
１９ コネクター取り付け部 １００ 射出成形装置

Claims (6)

1. 電動モータを収納する筒部と、電動モータの回転を減速するためのウォームホイールギアを収納する有底円筒体と、を備えた電動モータ・ケーシングの製造方法において、
   前記有底円筒体に対応した第１の金型と第２の金型で囲まれてなる成形キャビティを形成する工程と、
   前記有底円筒体の底部に対応して第１の金型に設けられたゲートを介して、成形キャビティ内にガラス繊維が添加された溶融樹脂材を射出する工程と、を備え、
   第２の金型の型面にゲートに対向し、かつ前記有底円筒体の底部に対応して渦流形成部が形成され、溶融樹脂材を渦流形成部に向けて射出することにより、溶融樹脂材が渦流を形成しながら成形キャビティ内に充填されることを特徴とする電動モータ・ケーシングの製造方法。
2. 前記筒部は電動モータのウォーム軸を収納し、前記有底円筒体は前記ウォームホイールギアの回転軸の挿通部を有し、前記ゲート及び渦流形成部は前記挿通部と前記筒部の間に対応する金型の部位に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電動モータ・ケーシングの製造方法。
3. 前記渦流形成部は、棒状体として、前記第２の金型に形成された貫通孔を介して、前記成形キャビティへ導入されることを特徴とする請求項１または２に記載の電動モータ・ケーシングの製造方法。
4. 前記渦流形成部は、端面の中心から端面の周端に向けて湾曲して延びる複数の凸部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電動モータ・ケーシングの製造方法。
5. 前記渦流形成部の端面は、前記第２の金型の型面の上方に位置することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電動モータ・ケーシングの製造方法。
6. 前記渦流形成部の端面は、前記第２の金型の型面の下方に位置することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電動モータ・ケーシングの製造方法。

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