KR100230634B1 - 축일체형 회전체의 중공 사출 성형방법 및 그것에 의한 성형품(method for hollow injection molding a shaft-unified type rotator and a molded article obtained thereby) - Google Patents

축일체형 회전체의 중공 사출 성형방법 및 그것에 의한 성형품(method for hollow injection molding a shaft-unified type rotator and a molded article obtained thereby) Download PDF

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KR100230634B1
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resin
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hollow fiber
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KR1019970702306A
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노리히꼬 후루야
기미히로 구보
마사아끼 곤도
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야마모토 카즈모토
아사히 가세이 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 중공 사출 성형법에 관한 것이다. 좀더 상세하게는, 우수한 생산성을 갖는 샤프트 일체형 수지제 회전체의 중공 사출 성형법에 관한것이다.
본 발명으로 제조된 성형품은 치수 정밀도, 강도, 표면 외관성 및 재료의 재활용성이 우수하다.

Description

[발명의 명칭]
축일체형 회전체의 중공 사출 성형 방법 및 그것에 의한 성형품
[도면의 간단한 설명]
도1a는 캐비티에 가압유체 주입구를 갖는 금형의 게이트를 도시한 개략도.
도1b는 도1a에 개시된 금형을 사용하여 제조된 성형품의 축선을 따른 단면도.
도1c는 라인 A-A' 을 따라 도시된 도1b의 성형품의 축선에 수직한 단면도.
도2a에서 도2c는 본 발명의 중공사출 성형공정의 일실시예를 나타낸 도면.
도3a는 코너가 제거되지 않은 금형의 게이트 근방을 도시한 단면도.
도3b는 도3a의 금형으로 제조된 성형품을 도시한 단면도.
도4a내지 도4c는 본 발명의 중공사출성형에 의해 제조된 성형품의 실시예를 나타낸 도면.
도4a는 축부와 롤러부 사이의 경계부를 나타낸 도면.
도4b는 축부와 기어부 사이의 경계부를 나타내는 도면.
도4c는 축부와 캠부 사이의 경계부를 나타낸 도면.
도5는 본 발명의 성형방법 중 하나에 사용된, 게이트 랜드와 캐비티 사이에 라운딩 가공된 코너를 갖는 금형의 게이트 근방을 도시한 단면도.
도6은 본 발명의 성형방법 중 하나에 사용된, 롤러부와 축부 사이에 라우딩 가공된 코너를 갖는 금형의 게이트 근방을 도시한 단면도.
도7은 본 발명의 성형방법 중 하나에 사용된, 롤러부와 축부 사이에 경사면 가공된 코너를 갖는 금형의 게이트 근방을 도시한 단면도.
도8은 본 발명의 성형 방법 중 하나에 사용된, 롤러부와 축부 사이에 경사면 가공된 코너를 갖는 금형의 게이트 근방을 도시한 단면도.
도9는 본 발명의 성형품의 일실시예를 나타낸 도면.
도10은 도9의 성형품을 도시한 단면도.
도11a는 본 발명에 의해 제조된 그루브를 갖는 성형품 중 하나의 외관을 나타낸 도면.
도11b는 도11a의 성형품의 축선을 따라 도시한 단면도.
도11c는 도11a의 성형품의 축선에 수직한 단면도.
도12는 본 발명의 실시예 1 내지 13 에서 사용된 금형의 파팅면을 나타낸 도면.
도13은 본 발명의 비교예 1 내지 4 에서 사용된 금형의 파팅면을 나타낸 도면.
도14는 본 발명의 실시예 14 내지 16 에서 제조된 롤러의 축선을 따라 도시한 단면도.
도15는 본 발명의 실시예 14 내지 16 에서 사용된 금형의 파팅면을 나타낸 도면.
도16는 본 발명의 실시예 17 내지 19 에서 사용된 금형의 파팅면을 나타낸 도면.
도17는 본 발명의 실시예 17 내지 19 에서 제조된 롤러의 축선을 따라 도시한 단면도.
도18는 본 발명의 실시예 20 내지 25 에서 제조된 기어부를 갖는 롤러를 나타낸 도면.
도19는 본 발명의 실시예 20과 21 에서 사용된 금형의 파팅면을 나타낸 도면.
도20a내지 도20c는 본 발명의 실시예 20 과 21 의 성형공정을 나타낸 개략도.
도21은 도19에 개시된 금형을 사용하여 제조된 롤러의 축선을 따라 도시된 단면도.
도22은 본 발명의 실시예 22 와 23 에서 사용된 금형의 파팅면을 나타낸 도면.
도23은 본 발명의 실시예 24 와 25 에서 사용된 금형의 파팅면을 나타낸 도면.
도24a 내지 도24c 는 본 발명의 실시예 24 와 25 의 성형공정을 나타낸 개략도.
도25는 본 발명의 실시예 26 내지 29 에서 제조된 롤러를 나타낸 도면.
도26a는 실시예 34 내지 37 에서 제조된 그루브를 갖는 롤러를 나타낸 도면.
도26b는 도26a의 롤러의 축선을 따라 도시한 단면도.
도26c 는 도26a의 롤러의 축선에 수직한 라인을 따라 도시한 단면도.
도27은 본 발명의 실시예 38 내지 43 및 비교예 7 내지 12 에서 제조된 종이 공급 롤러를 나타낸 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 유체/가스 주입구 2 : 주입 파이프
3 : 축선의 중심 4 : 금형
5 : 축선 6 : 중공부
7 : 캐비티 8 : 용융 수지
9 : 스프루 10 : 리너
11 : 금형 파팅면 12 : 수지부
13 : 게이트 랜드 14 : 게이트
15 : 얇은 벽부 (코너) 16 : 경계부
17 : 축부 18 : 롤러부
19 : 기어부 20 : 캠부
21 : 라운딩 가공된 코너 22 : 경사면 가공된 코너
23 : 게이트 24 : 통로 입구
25 : 그루부 26 : 보조 캐비티
27 : 보조 캐비티로의 통로 28 : 셧-오프 밸브
[발명의 상세한 설명]
[기술분야 ]
본 발명은 축일체형 회전체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 좀 더 상세하게는, 축일체형 회전체의 중공 사출 성형 방법과 그것에 의해 제조된 치수 정밀도, 외관성, 생산성 및 재활용성과 같은 환경 보호성이 뛰어난 성형품에 관한 것이다.
[배경기술]
종래, 자동차의 내외장 부품과 텔레비젼의 외장 부품과 같은 비교적 대형인 성형품의 경량화, 강성의 향상, 부품수의 감소, 구성 부품의 일체화를 달성하기 위해 주로 중공사출 성형법이 발전되고 확립되었다. 그러나, 최근에는 기어와 롤러 같은 비교적 소형품의 치수 정밀도의 향상, 구성 부품의 일체화에 대해 증가하는 요구를 충족하는 성형방법으로서 중공사출성형이 주목받고 있다.
보통의 기계, 정밀기계 및 전기와 전자장치와 같은 다양한 분야에서 수지제 회전체가 기계적인 부품으로서 폭넓게 사용되고 있다. 근래에는 수지제 회전체가 성형성이 양호하고, 경량이며, 녹이 슬지 않기 때문에, 다양한 수지로 만들어진 회전체의 수요가 증가하고 있고, 또한 그러한 회전체에 대해 높은 정밀도가 요구되고 있다. 통상, 상기 회전체는 동력을 100 % 전달하는 축을 포함하는 회전체 전체가 일체화되도록 성형하는 것이 바람직하다.
지금까지, 보통의 사출 성형법에 의한 축일체형 회전체를 성형하려는 시도가 있었다. 그러나, 이러한 방법에 따라 회전체를 일체화된 물체로 성형하면, 최종 성형품에 부분적으로 두꺼운 벽부가 종종 형성되어 수지의 함몰 흔적(sink mark), 뒤틀림, 휘어짐 등의 변형이 증가한다. 그 결과, 회전체는 원통도 및 동축도와 같은 치수 정밀도가 저하되는 경향이 있다.
종래의 사출 성형법을 향상시키기 위하여; 일본 특허 출원 공개 공보 제 208460/1993 호와 DE 특허 공고 공보 제 3835964 호에 중공 성형품을 제조하는 향상된 사출 성형법이 개시되어 있다. 이 방법은 수지제 롤러를 일체로 성형할 수 있는 금형내에 미충전부를 남기도록 용해 수지를 사출하는 단계와 미충전부 내부로 수지를 퍼뜨리도록 수지 내부로 가압 가스를 주입하는 단계를 포함한다.
이 방법에 사용되는 금형은, 캐비티내에 가압가스용 주입구를 갖기 때문에, 주입되는 가스의 자국(trace)이 공급 파이프가 설치되어 있는 부분에 남는다. 그러므로, 자국이 남은 부분을 제거하기 위한 공정이 성형품이 금형으로부터 꺼내진 후 필요하게 된다. 게다가, 캐비티의 축선이 수평으로 되도록 캐비티가 금형내에 배치되어 있기 때문에, 성형품의 축선에 수직한 단면에 있어서, 벽두께가 균일하지 않다. 따라서, 중력 중심과 성형품의 축이 일치하지 않고, 그들의 치수 정밀도가 불량하기 때문에, 회전체의 기능을 하지 못하는 많은 문제점이 성형품에 있었다.
게다가, 회전체의 축선이 수직으로 되도록 캐비티를 배치하고, 가압 가스용 게이트 및 입구를 캐비티의 바닥에 설치한 구조를 갖는 금형으로 중공사출성형에 의해 회전체을 제조하는 방법이 일본국 특허 출원 공개 공보 제 108558/1995 호에 개시되어 있다.
이 방법에 사용하는 금형은 회전체의 축선과 캐비티의 하부의 교점에 가압가스용 입구를 갖는다. 그러나, 수지사출용 게이트가 가스용 입구로부터 떨어져 배치되어 있기 때문에, 균일한 압력으로 수지를 캐비티 내부로 사출하는 것이 어렵다. 따라서, 최종 회전체의 벽 두께는 게이트 둘레에서 불균일하게 된다. 수지용 게이트 및 가압가스용 입구가 회전체의 축선과 캐비티의 하부의 교점에 배치되어 있기 때문에, 금형으로부터 최종 회전체를 꺼내기가 어렵고, 종종 성형시 가스용 입구로부터 가스가 누출될 수도 있고, 또한 금형으로부터 꺼내질 때 회전체가 변형될 수도 있다.
발명의 개시
본 발명은 내부에 중공부를 갖는 축일체형 수지제 회전체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, 게이트를 갖는 에지면이 캐비티의 바닥으로 되고 축선이 수직으로 되도록 회전체의 축선과 캐비티의 에지면의 교점에 설치된 게이트를 갖는 금형을 배치하는 단계와 중공사출성형을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명에서 "중공사출 성형방법" 은 용융수지가 금형의 캐비티 내부로 사출되는 동안 또는 사출된 후 용융수지 내부로 가압유체를 주입하는 단계를 포함하는 중공 성형품을 제조하는 사출성형법을 의미하는 용어이다. 금형 내부로 사출된 용융수지의 용적은 수지가 냉각되어 응고됨에 따라 감소한다. 보통의 사출성형법에서는, 일반적으로 수축된 수지의 용적을 보충하기 위해 2차압력 (보충압력) 을 가한다. 그러나, 게이트가 밀봉된 후 게이트에서 수지가 응고되기 때문에 2차 사출압력의 효과가 얻어질 수 없다.
다른 한편으로, 중공사출 성형법에서는, 용융수지 내부로 가압유체를 주입함으로써 용적 감소를 보충하면서 캐비티 표면으로 수지를 가압할 수 있다. 그러므로, 높은 치수정밀도를 갖는 성형품을 제조할 수 있다. 중공사출 성형법의 대표적인 예가 일본 특허 공고 공보 제 14968/1982 호에 개시되어 있다.
본 발명에서 "가압유체" 는 성형품에 중공을 형성하기 위해 사용하는 유체를 의미하는 용어이다. 본 발명은 대기압하 23 ℃ 에서 가스 또는 액체 상태이고, 사출성형 온도와 압력에서 성형에 사용되는 용융수지와 반응하지 않거나 또는 상용하지 않는 유체를 사용한다. 그러한 유체의 예로는 질소, 이산화탄소, 공기, 헬륨, 네온, 아르곤, 글리세린 및 파라핀이 있다. 가압가스가 일반적으로 사용된다. 질소, 헬륨, 네온 및 아르곤 등의 불활성 가스가 특히 바람직하다. 경제적 관점에서, 질소 가스가 산업적인 응용으로 바람직하다. 이들 유체는 보통 불순물을 함유한다.
본 발명에서 "캐비티" 는 수지가 사출되고, 성형공정 완료 후 회전체가 얻어지는 금형 파팅면 (mold parting face) 상의 요면(concavity)들 중 하나를 의미하는 용어이다.
본 발명에서 "수직 방향" 은 일반적으로 중력 방향을 의미하는 용어이다. 그러나, 성형품의 축선이 정확히 수직으로 되도록 성형기내에 금형을 설치하는 것은 실질적으로 어렵다. 본 발명에서는, 용융수지가 게이트로부터 캐비티의 상단까지 캐비티 내부로 균일하게 공급될 수 있으면, 성형품의 축선이 엄밀하게 수직이 되도록 캐비티를 배치할 필요는 없다. 수직 방향으로부터 20°이내의 각도, 더 좋게는 10°이내의 각도로 캐비티를 배치하는 것이 바람직하다.
회전체의 축선이 수직으로 되도록 캐비티를 배치하면, 최종 성형품에서 젯팅(jetting) 이 거의 나타나지 않는다. "젯팅" 은 사출 초기에 수지의 사행(蛇行)에 의해 사행 흔적이 성형품에 남는 것을 의미하는 용어이다.
본 발명의 중공사출 성형은 종래의 사출성형기와 가압 유체를 주입하는 장치를 조합하여 수행된다. 가압유체를 주입하는 장치는 용융수지의 사출 후 금형내의 용융수지 내부로 주입 파이프를 통해 가압유체를 가압하고 소정 시간 동안 유체의 압력을 유지하는 장치이다. 유체가 캐비티내의 용융수지 내부로 주입되기만 하면, 유체를 가압하는 방법에 제한은 없다. 그러한 방법의 예로는, 고압으로 미리 압축된 유체를 머큐뮬레이터 내부에 유지하는 단계와 주입 파이프를 통해 용융수지 내부로 고압 유체를 주입하느 단계를 구비하는 방법, 및 펌프로 압축시키면서 용융수지 내부로 소정량의 유체를 계속 주입하는 단계를 구비하는 방법 등이 있다. 고압 유체가 용융수지 내부로 주입될 수 있기만 하면, 유체는 금형의 어느 지점으로부터도 주입될 수 있다. 예를 들어, 성형기의 노즐 (이하, 간단히 노즐로 칭한다), 금형의 스프루 또는 러너 (이하, 각각 간단히 스프루 또는 러너로 칭한다) 로부터 유체가 주입될 수 있다. 가압 유체가 노즐, 스프루 또는 러너로부터 주입되면, 유체는 게이트 중심을 통과해 캐비티에 도달하여 성형품의 중심에 중공을 형성한다. 결과적으로, 우수한 진원도와 원통도를 가지며 중력 중심이 거의 회전체의 축선과 일치하는 회전체가 제조된다.
캐비티에 배치된 주입구로부터 가압가스를 주입함으로써 중공 성형품을 제조할 수도 있다. 그러나, 이 경우 수지벽이 주입구에 형성되지 않는다. 따라서, 주입구 근방의 형상은 도1에 도시된 것 같이 비대칭으로 되어 사출후 수지가 균일하게 수축되지 않는다. 그 결과, 진원도 등의 치수정밀도의 저하를 초래하고 중심 진동 (run-out) 을 증대시키므로 바람직하지 않다.
효과적으로 성형품에 중공부를 형성하기 위하여, 20 내지 300 ㎏/㎠, 더 좋게는 50 내지 250 ㎏/㎠ 하에서 금형내의 용융수지 내부로 가압유체를 주입하는 것이 바람직하다.
가압유체를 주입한 후, 수지가 충분히 냉각되어 응고될 때까지 중공부내의 압력을 소정시간 동안 유지해야 한다. 효과적으로 성형품에 중공부를 형성하기 위하여, 5 내지 120 초, 더 좋게는 10 내지 60 초 동안 주입한 유체의 압력을 유지하는 것이 바람직하다.
성형품의 크기는 유체압력과 유체압력 유지시간을 제어함으로써 쉽게 조정된다.
용융수지 내부에 주입된 가압유체가 상기 수지의 응고되지 않은 부분을 통해 선택적으로 진행함으로써 중공부가 형성된다. 따라서, 사출 완료 후, 가압유체의 주입을 10 초 이내, 더 좋게는 5 초 이내에 시작해야 한다. 만약 수지 사출후 10 초 이상 초과 후 유체를 주입하면, 용융수지는 캐비티의 표면과 접촉하는 표층면에서부터 냉각되어 응고되기 시작한다. 이러한 것이 성형품내에 중공부 형성을 어렵게 만든다. 따라서, 금형의 전사성 (轉寫性) 과 같은 가압유체의 효과를 충분히 획득할 수 없다.
본 발명의 중공사출 성형법에 사용되는 수지로는 열가소성 수지를 일반적으로 사용한다. 본 발명에 사용하는 열가소성 수지로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, ABS 수지, 폴리비닐클로라이드, 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 변성된 폴리페닐렌 에테르, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리페닐렌 술파이드, 폴리이미드, 폴리아미드 이미드, 폴리에테르 이미드, 폴리아릴레이트, 폴리술폰, 폴리에테르 술폰, 폴리에테르에테르케톤, 액정수지, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 열가소성 탄성 중합체가 있다. 통상적인 사출 성형을 수행하는 한, 어떤 열가소성 수지도 사용할 수 있다. 특히, 폴리아세탈과 폴리아미드는 내열성과 기계적 물성 뿐만 아니라 마찰 특성도 우수하다. 폴리아세탈과 폴리아미드는 회전체의 재료 및 회전체 이외의 기계 부품으로서 종종 사용된다. 그러므로, 본 발명에는 그들을 사용하는 것이 바람직하다.
게다가, 열경화성 수지도 사용할 수 있다. 본 발명에 사용할 수 있는 열경화성 수지로는 페놀수지, 요소수지, 멜라민수지 및 에폭시수지가 있다.
본 발명의 성형품은 그 내부에 중공부를 가지므로, 필요하다면 내열성, 기계적 강도 및 다른 성질들을 향상시킬 목적으로, 필요하다면, 수지에 유기적 또는 무기적 충전재(filler)를 배합할 수 있다. 충전재의 바람직한 예로서, 유리섬유, 탄소섬유, 금속섬유, 아라미드섬유, 포타슘 티타네이트, 석면, 실리콘 카바이드, 세라믹, 실리콘 나이트라이드, 황산바륨, 황산칼슘, 카올린, 점토, 피로필라이트, 벤토아니트, 세리사이트, 제올라이트, 운모, 네펠라이트, 활석, 아타풀가이트, 울라스토나이트, 슬래그섬유, 페라이트, 칼슘실리케이트, 탄산칼슘, 탄산마그그네슘, 돌로마이트, 산화아연, 산화티타늄, 산화마그네슘, 산화철, 몰리브데늄 다이술파이드, 그라파이트, 석고, 글래스 비드, 유리분말, 글라스 볼룬, 석영 및 석영글래스와 같은 강화 충전재가 있다. 이들 강화 충전제는 중공일 수도 있다. 그들은 개별적으로 또는 조합해서 사용할 수 있고, 필요하다면, 사용전에 실렌인류의 결합제와 티다늄류의 결합제로 예비처리할 수도 있다. 탄소섬유, 금속섬유 및 그라파이트 중 어느 하나가 충전재로서 선택되면, 최종 성형품 그 자체의 전기저항치가 감소된다. 그러므로, 최종 성형품을 먼지 같은 미세한 분말의 부착으로부터 방지할 수 있으므로 바람직하다.
본 발명에서 "중공부" 는 성형품내에 형성된 공간을 의미하는 용어이다. 발포제에 의해 성형되는 셀과 보이드 (void) 와는 다르다.
본 발명에서 "회전체" 는 축선상의 임의의 부분에서 회전함으로써 기능을 발현하도록 요구되는 하나 이상의 형상을 가지는 예컨대, 기어, 도르래, 도르래 그루브, 클러치, 롤러, 캠, 캠 그루브, 키 그루브, 피트 및 노치와 이들을 포함하는 기계 부품과 같은 기능 부품을 의미하는 용어이다.
이하, 본 발명에서의 바람직한 중공사출 성형법을 상세히 설명한다.
제 1 방법으로서, 미충전부를 남기도록 캐비티 내부에 용융수지를 사출하고 미충전부로 수지가 퍼지도록 수지 내부로 가압유체를 주입함으로써 중공성형품을 제조하는 방법이 있다 (즉, 상술된 일본 특허 출원 공개 공보 제208460/1993 호). 이 방법에서는, 캐비티 용적의 50 내지 90 %, 더 좋게는 60 내지 80 % 인 수지량을 사출하는 것이 바람직하다.
제 2 방법으로서, 러너 등의 내부에 소정량의 용융수지를 사출하면서 용융수지 내부로 가압유체를 주입하여, 캐비티 내부로의 수지 사출과 유체 주입을 동시에 완료하는 단계를 포함하는 중공사출 성형법이 있다.
"동시 주입법" 으로 불리우는 상기 방법에 따르면, 수지 유동의 중단 없이 중공성형품을 제조할 수 있다. 그러므로, 헤지테이션 마크 (hesitation mark) 를 방지할 수 있다. 또한, 용융수지의 주입량으로 중공률을 조정할 수 있다. 이 방법은 보조캐비티를 설치하는 것이 구조상 불가능한 금형으로 중공성형을 수행하는데 효과적이다.
"헤지테이션 마크" 는 성형품의 표면에 생기는 미세한 환상의 요철을 가리키는 용어이다. 헤지테이션 마크는 용융슈지의 사출시 응고되는 수지부와 가압유체의 주입시 응고되는 수지부 사이의 경계부에서 생긴다. 이러한 현상은 캐비티에 미충전부를 남기도록 용융수지를 사출하는 단계와 수지 내부로 가압유체를 주입하여 수지를 가압함으로써 미충전부로 수지를 퍼뜨리는 단계를 포함하는 중공사출 성형법으로 제조된 중공성형품에 생기는 경향이 있다.
동시주입법에서는, 용융수지의 사출후, 20 초 이내, 더 좋게는 10 초 이내에 가압유체를 주입하는 것이 바람직하다.
제 3 방법으로서, 캐비티에 접속되는 보조캐비티를 갖는 금형을 사용하여, 캐비티내에 미충전부를 남기지 않도록 용융수지를 사출하는 단계와 수지의 사출 완료후 수지 내부로 가압유체를 주입하는 단계를 포함하는 방법이 있다. 이러한 성형법은 일반적으로 "풀-샷 방법" 으로 불린다.
풀-샷 방법에서, 중공부는 용융수지의 용적 감소를 보충하는 양만큼 가압유체를 주입하여 형성되므로, 중공부는 용융수지의 용적 감소와 동일한 용적을 가진다. 보다 큰 용적을 갖는 중공부를 형성하기 위해서, 일본국 특허 출원 공개 공보 제 121820/1991 호에 개시된, 보조캐비티를 갖는 금형을 사용하는 방법이 있다.
"보조캐비티" 는 가압유체가 수지 내부로 주입될 때 캐비티내의 용융수지 일부분이 유입되는 공간을 의미하는 용어이다. 보조캐비티의 용적을 조정함으로써 성형품의 중공률을 용이하게 조정할 수 있다. 이러한 보조 캐비티는 또한 전술한 두 방법과 후술할 방법에도 사용할 수 있다.
보조캐비티를 사용하는 풀-샷 중공사출 성형법에서는, 성형 조건과 보조 캐비티의 용적에 따라 가압유체의 일부가 캐비티와 보조 캐비티 사이의 통로 내부로 유입되어 성형품의 중공부와 이어지는 중공부가 보조 캐비티내에 형성될 수 있다. 결과적으로, 축선 방향을 따른 중공부의 길이가 축선 방향을 따른 성형품의 전체 길이와 동일한 성형품이 제조된다. 성형품의 벽이 얇기 때문에 성형품의 내면과 외면간의 냉각 시간의 차이가 작아진다. 결과적으로, 성형품 전체의 수지가 균일하게 수축한다. 보조 캐비티는 캐비티 위에 배치되어, 캐비티 축선의 연장선을 따라 캐비티의 상단면으로부터 설치된 통로에 의해 캐비티에 접속되는 것이 바람직하다. 성형품 축선의 연장선을 따라 게이트 및 통로가 설치된 금형을 사용하면, 중공부가 그 축선을 따라 형성되어 최종 성형품의 벽 두께가 균일하게 되므로 바람직하다.
보다 확실하게 가압유체를 보조 캐비티 내부로 유입시키기 위해서, 보조 캐비티의 용적은 캐비티 용적의 20 내지 60 %, 더 좋게는 30 내지 50 % 인 것이 바람직하다. 보조 캐비티의 용적이 캐비티 용적의 20 내지 60 % 이면, 축선을 따른 성형품의 전체 길이에 대한 축선을 따른 중공부 길이의 비율은 80 내지 100 % 이다. 또한, 캐비티와 보조 캐비티를 접속하는 통로상에 셧-오프 밸브를 설치하는 것도 바람직하다. "셧-오프 밸브" 는 캐비티와 보조 캐비티을 임의로 분리하고 접속할 수 있는 구조물을 의미하는 용어이다.
다음은 셧-오프 밸브를 사용하는 방법의 구체적인 실시예이다. 처음에, 셧-오프 밸브를 폐쇄한 상태로, 미충전부를 남기도록 캐비티 내부로 용융수지를 사출한다. 이때 보조 캐비티는 캐비티로부터 분리되어 있으므로, 사출 압력에 의해 용융수지가 보조 캐비티 내부로 유출되는 것이 방지된다. 따라서, 용융 수지가 캐비티 벽면 전체에 충분히 압착되므로 전사성이 보장된다. 그 다음으로, 가압 유체가 용융수지 내부로 주입되기 시작한 후 캐비티와 보조 캐비티를 접속시킨다. 그 결과, 축선 방향을 따른 길이가 성형품 길이의 80 % 이상인 중공부가 형성된다.
가압유체의 주입 시작으로부터 0 내지 10 초 이내, 더 좋게는 0.5 내지 5 초 이내에 셧-오프 밸브를 개방하는 것이 바람직하다. 이것은 수지가 냉각되어 응고되기 전에 캐비티 내부로 사출된 수지의 일부를 퍼뜨리는 것이 필요하기 때문이다.
사출성형기 또는 가스 주입기로부터의 신호에 의해 밸브를 구동하기 위한 타이밍을 조정하고 설정할 수 있는 구동원이라면 유압실린더와 같은 어떠한 구동원으로도 셧-오프 밸브를 구동할 수 있다.
제 4 방법으로서, 노즐과 게이트 사이의 일부 또는 전체 공간 내부에 수지를 사출하는 단계와 성형에 필요한 수지량이 공급된 부분보다 노즐에 더 가까운 부분에 배치된 주입구로부터 가압유체를 주입하는 단계를 포함하는 중공성형품을 제조하는 중공사출 성형법이 있다.
충전된 수지량과 주입구의 위치는 제조될 성형품의 크기와 두께, 중공부와 다른 부분들의 크기에 의해 적절하게 결정된다. 가압유체에 의해 캐비티 내부로 사출될 수지량을 확보하기 용이하도록 노즐에 더욱 가까운 부분에 주입구를 배치하는 것이 바람직하다. 사출될 수지량을 확보하기 위해 스프루와 러너의 용적을 크게 하는 것도 또한 효과적이다. 더욱이, 가압유체가 주입된 후, 유지의 압력이 해방될 때까지 유체의 압력을 소정시간 동안 유지하는 것이 바람직하다.
이 중공사출 성형법에 따르면, 폴리아세탈 수지와 같은 결정성 수지 또는 함유된 충전재 때문에 특히, 큰 결정화속도를 갖는 수지가 사용되어도 우수한 외관성을 갖는 중공성형품을 제조할 수 있다. 또한, 이 방법에서는, 전체 수지가 가압유체에 의해 캐비티 내부로 사출되기 때문에, 캐비티 내부로의 수지 사출이 다른 중공 사출 성형법에 의해 보다 낮고 보다 균일한 압력과 보다 균일한 속도로 수행된다. 그러므로, 보다 작은 비틀림을 갖는 성형품을 제조할 수 있다. 보조 캐비티를 설치할 수 없는 복잡한 구조를 갖는 금형으로 중공사출 성형을 수행할 때, 높은 중공률을 갖는 성형품을 생산하기 위해서는 이 방법이 효과적이다.
도2a 내지 2c는 이러한 성형 방법의 일실시예를 나타낸다. 도2a 는 러너 (10) 와 게이트 (14) 사이의 일부 또는 전공간을 충전하는 용융수지를 성형기에 의해 스프루 (9) 로부터 사출하는 단계를 나타낸다. 도2b 는 러너상에 배치된 주입구 (도시되지 않음) 로부터 가압유체를 충전하는 단계를 나타낸다. 이 단계에서, 사출된 수지가 캐비티 내부로 가압되어 수지내에 중공부를 형성한다. 도2c 는 소정시간, 예를 들어, 30 초 동안 유체의 압력을 유지하는 단계를 나타낸다. 이 단계 후, 유체의 압력을 해방한다.
이 방법에서는, 셧-오프 밸브가 금형의 스프루와 게이트 사이에 설치되어도 된다. 셧-오프 밸브를 설치하는 위치는 게이트에 보다 가까운 것이 바람직한데, 그 이유는 금형을 충전하기 위한 수지량이 충분히 획득될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 셧-오프 밸브는 러너와 캐비티 사이의 경계에 배치되어야 한다. 이렇게 함으로써, 먼저 밸브를 폐쇄함으로써 캐비티 내부로 수지가 흘러들어가는 것이 방지된다. 그 다음에, 가압유체의 충전후 10 초 이내에 밸브를 개방함으로써 캐비티와 러너가 연결되고, 따라서 내부에 중공부를 갖는 성형품이 제조될 수 있다.
또한, 본 발명의 어느 중공사출 성형법에서도, 게이트 랜드 및 축과 롤러 사이의 경계부에서의 단일 또는 복수의 코너는 제거되는 것이 바람직하다.
"코너" 는 캐비티와 성형품 각각의 단면도에서 캐비티의 내면상 또는 성형품의 외면상의 각 (角) 을 의미하는 용어이다. 그러한 코너는 도3a 에 도시된 게이트 랜드 (13) 근방의 코너 (15), 도4a 에 도시된 축과 롤러 사이의 경계부 (16) 에서의 코너 (15), 도4b 에 도시된 축과 기어 (19) 사이의 경계부 (16) 에서의 코너 (15), 도4c 에 도시된 축과 캠 (20) 사이의 경계부 (16) 에서의 코너 (15), 및 기어들 사이의 경계부에서의 코너를 포함한다.
중공사출 성형에서, 유체 주입구가 노즐과 게이트 사이에 배치되면, 가압유체는 게이트를 통과하여 캐비티에 도달한다. 이 경우, 코너 상부 또는 근방에 사출된 수지는 유체의 압력을 견디지 못하고 유체의 선다 (tip) 방향으로 쉽게 압축된다. 그 결과, 도3a 와 도3b 에 도시된 바와 같이 이들 코너 (15) 상부 또는 근방에 얇은 벽부가 형성된다. 때때로, 가압 유체가 코너 근방으로부터 누출되기도 한다. 따라서, 소망의 형상을 갖는 성형품의 안정된 생산을 달성할 수 없다. 비록 소망의 형상을 갖는 성형품이 제조되어도, 가압유체의 효과를 충분히 획득할 수 없기 때문에 치수정밀도가 저하된다. 게다가, 수지벽의 불충분한 두께에 의해 성형품이 저하될 가능성도 있다.
상기 캐비티의 코너는 예를 들어, 라운딩 가공 (radiusing) 또는 경사면 가공(beveling) 에 의해 제거될 수 있다.
"라운딩 가공" 은 캐비티의 코너 상부를 다듬어서 원호로 만드는 것을 의미하는 용어이다. 원호 외에도 부드러운 커브도 또한 유효하다.
캐비티의 게이트 근방의 코너가 라운딩 가공된 것이 도5 에 도시되어 있다. 도5 는 성형품의 축선을 따른 게이트 랜드의 단면도이다.
숫자 7, 10, 13, 및 14 는 각각 캐비티 표면, 러너, 게이트 랜드 및 게이트를 가리킨다.
부호 A, B, D, E 및 F 는 각각 캐비티의 표면상의 일 점을 가리킨다. 좀더 정확하게는, A 는 캐비티 표면상에서 게이트 면상의 점을 가리키고, B 와 D 는 각각 게이트 면상에서 라운딩 가공된 코너의 표면과 캐비티 표면과의 교차점을 가리키며, E 는 게이트 랜드와 금형의 스프루 또는 러너 사이의 경계를 가리킨다.
도5 에 캐비티의 라운딩 가공된 코너가 도시되어 있다. Te 가,
0.1mm ≤ Te ≤ (
Figure kpo00001
- 1) × Gt
의 식으로 정해지는 관계를 만족하면 라운딩 가공된 코너는 그 효과를 발현한다. 여기서, 도5 에서, Gt 는 선분 CE 의 길이를 나타내고 (C 는 선분 AB 와 선분 DE 의 교차점), Te 는 선분 CF 의 길이를 나타낸다 (F 는 라운딩 가공된 표면과 ∠ACE 의 이등분선의 교차점).
상기 관계식은 도5 에 도시된 게이트부의 형상으로 제한되지 않고, 게이트부의 다른 형상에도 채택될 수 있다.
Te 가 0.1㎜ 이하이면, 가압유체의 누출 방지 효과 및 성형품의 강도 향상이 충분히 발현되지 않는다. Te 는 0.5㎜ 이상인 것이 바람직하다. Te 가 보다 길어짐에 따라, 보다 충분한 효과를 얻을 수 있다. 그러나, 게이트 절단시의 용이성과 게이트 절단후 코너의 외관성을 고려한 범위내에 Te 를 놓는 것이 필요하다.
도6 은 롤러와 축 사이의 경계부에서 라운딩 가공된 코너의 실시예를 나타낸다. 도6 은 축과 롤러를 갖는 성형품의 축선을 따른 캐비티의 부분 단면도이다. 부호 L, M, O, P 및 Q 는 각각 코너가 라운딩 가공된 캐비티 표면상의 점을 가리킨다. 본 예에서, 코너를 라운딩 가공하는 바람직한 범위는,
a) 5mm ≤ T2 - T1 ≤ T3 × 2 의 경우에는
0.4 mm ≤ Tg ≤ (
Figure kpo00002
- 1)/2 × (T2 - T1),
b) 5mm ≤ T3 × 2 ≤ T2 - T1 의 경우에는
0.4 mm ≤ Tg ≤ (
Figure kpo00003
- 1) × T3
의 공식으로 표현된다. 여기서, 도6 에서, Tg 는 선분 NQ 의 길이를 나타내고 (N 은 선분 LM 과 선분 OP 의 교차점, Q 는 라운딩 가공된 코너의 표면과 ∠LNP 의 이등분선의 교차점), T3 는 선분 LN 의 길이를 나타낸다. T1 과 T2 는 축부와 롤러부 양쪽이 실린더 형상일 때의 각각의 직경을 나타낸다. T1 및/또는 T2 는 양쪽 또는 어느 한쪽이 기어 형상일 때의 피치원의 직경을 나타낸다. T1 및/또는 T2 는 양쪽 또는 어느 한쪽이 캠 형상일 때의 최소의 캠 직경을 나타낸다.
상기 관계식은 도6 에 도시된 캐비티의 형상으로 제한되지 않고, 캐비티의 다른 형상에도 채택될 수 있다.
Tg 가 O.4㎜ 이하이면, 가압유체의 누출 방지 효과 및 성형품의 강도 향상이 충분히 발현되지 않는다. Tg 는 0.5㎜ 이상인 것이 바람직하다. Tg 가 보다 길어짐에 따라, 보다 충분한 효과를 획득할 수 있다. 그러나, 게이트 절단시의 용이성과 게이트 절단후 코너의 외관성을 고려한 범위내에 Tg 를 놓는 것이 필요하다.
"경사면 가공" 은 상기 코너를 각진 면 (angled straight surface) 으로 대체하는 것을 의미한다. 예를 들어, 도7 에 도시된 바와 같이, 게이트 근방에 코너를 갖는 캐비티 표면을 다듬어서 상기 코너를 선분 BFD 를 갖는 평면으로 대체한다.
도7 에 캐비티 코너 근방의 경사면 가공이 예시되어 있다. 도7 은 성형품의 축선을 따른 게이트 랜드의 단면도이고, 숫자 7, 10, 13 및 14 는 각각 캐비티 표면, 러너, 게이트 랜드 및 게이트를 가리킨다. 보다 정확하게, A 는 캐비티 표면상에서 게이트 면상의 한 점을 가리키고, B 와 D 는 각각 게이트 면상에서 경사면 가공된 코너 표면과 캐비티 표면의 교차점을 가리키며, E 는 게이트 랜드와 금형의 스프루 또는 러너 사이의 경계부를 가리킨다. 코너를 경사면 가공하는 바람직한 범위는,
0.1 mm ≤ Tf ≤ (
Figure kpo00004
- 1) × Gt
의 식으로 표현된다. 여기서, 도7 에서, Gt 는 선분 CE 의 길이를 나타내고 (C 는 선분 AB 와 선분 DE 의 교차점), Tf 는 선분 CF 의 길이를 나타낸다(F 는 경사면 가공된 표면과 ∠ACE 의 이등분선의 교차점).
상기 관계식은 도7 에 도시된 게이트부의 형상으로 제한되지 않고, 게이트부의 다른 형상에도 채택될 수 있다.
Tf 가 0.1㎜ 이하이면, 가압유체의 누출방지 효과 및 성형품의 강도 향상이 충분히 발현되지 않는다. Tf 는 0.5㎜ 이상인 것이 좋다. Tf 가 길어짐에 따라, 보다 충분한 효과를 얻을 수 있다. 그러나, 게이트 절단시의 용이성과 게이트 절단후 코너의 외관성을 고려한 범위내에 Tf 를 놓는 것이 필요하다.
도8 은 캐비티의 게이트 근방 이외의 코너, 즉, 축과 롤러 사이의 경계부 코너가 경사면 가공된 경우를 예시한다. 도8 은 축선을 따른 축부와 롤러부를 갖는 성형품의 부분 단면도이다. 부호 L, M, O, P 및 Q 는 각각 캐비티 표면상의 점을 가리킨다. 코너를 경사면 가공하는 바람직한 범위는,
a) 5mm ≤ T5 - T4 ≤ T6 × 2 의 경우에는
0.4 mm ≤ Th ≤
Figure kpo00005
/4 × (T5 - T4),
b) 5mm ≤ T6 × 2 ≤ T5 - T4 의 경우에는
0.4 mm ≤ Th ≤
Figure kpo00006
/2 × T6
의 식으로 표현된다. 여기서, 도8 에서, Th 는 선분 NQ 의 길이를 나타내고 (N 은 선분 LM 과 선분 OP 의 교차점, Q 는 경사면 가공된 코너의 표면과 ∠LNP 의 이등분선의 교차점), T6 은 선분 LN 의 길이를 나타낸다. T4 와 T5 는 축부와 롤러부 양쪽이 실린더 형상일 때의 각각의 직경을 나타낸다. T4 및/또는 T5 는 양쪽 또는 어느 한쪽이 기어 형상일 때의 피치원의 직경을 나타낸다. T4 및/또는 T5 는 양쪽 또는 어느 한쪽이 캠 형상일 때의 최소의 캠 직경을 나타낸다.
상기 관계식은 도8 에 도시된 캐비티의 형상으로 제한되지 않고, 캐비티의 다른 형상에도 채택될 수 있다.
Th 가 0.4㎜ 이하이면, 가압유체의 누출 방지 효과 및 성형품의 강도 향상이 충분히 발현되지 않는다. Th 는 0.5㎜ 이상인 것이 바람직하다. Th 가 보다 길어짐에 따라, 더욱 충분한 효과를 얻을 수 있다. 그러나, 게이트 절단시의 용이성과 게이트 절단후 코너의 외관성을 고려한 범위내에 Th 를 놓는 것이 필요하다.
상기 설명된 바와 같이, 코너의 라운딩 가공 및 경사면 가공에 의해 얇은 벽부가 형성되는 것을 방지할 수 있고, 가압 유체의 누출을 감소시킬 수 있다. 그러므로, 성형품을 안정적으로 생산할 수 있다.
상기 사출성형법에서는, 중공률이 2 내지 60 %, 더 좋게는 15 내지 50 % 가 되도록 성형품을 성형하는 조건을 결정하는 것이 바람직하다. 중공률이 이러한 범위내에 있으면 중공사출성형을 안정적으로 수행할 수 있으므로, 소망의 형상을 용이하게 형성할 수 있고, 최종 성형품이 헤지테이션 마크 등의 불량한 외관성을 갖지 않고 우수한 치수정밀도를 가질 수 있어서 바람직하다.
중공률은,
중공율 (%) = {(V × p - M) / (V × p)} × 100
의 식으로 정해진다. 상기 식에서, V 는 중공부가 성형품과 동일한 수지로 충전될 때의 중공부의 용적을 나타내고, P 는 사용된 수지의 비중을 나타내고, M 은 중공 성형품의 질량을 나타낸다.
상기 관계식을 만족하는 중공률을 얻기 위해, 공지된 방법들을 적당히 사용한다. 예를 들어, 풀-샷 방법, 동시 주입법 및 상술된 네 번째 성형법의 경우에, 보조 캐비티의 용적, 사출될 수지량, 스프루 또는 러너의 용적 및 사출된 수지량 각각을 조정함으로써 만족스런 중공률이 얻어진다.
축선을 따른 성형품 전체의 길이에 대한 중공부의 비율로는 80 % 이상, 더 좋게는 90 % 이상이 바람직하다. 도9 는 100 % 중공부 비율을 갖는 성형품의 일실시예를 나타내고, 도10 은 축선에 따른 도9 의 성형품의 단면도를 나타낸다.
축선을 따른 중공부의 길이와 축선을 따른 성형품의 전체 길이 사이의 차이가 작을 때, 중공부가 형성된 부분과 중공부가 형성되지 않는 부분 사이의 벽두께에서의 실질적인 차이는 더욱 작아진다. 그 결과, 냉각과 응고가 시간차없이 진행된다.
그러므로, 성형 사이클이 단축되고, 경제적으로도 바람직하다. 게다가, 최종 성형품은 중공부가 형성되지 않는 부분이 더욱 적기 때문에, 유체의 압력이 성형 단계에서 용융수지의 모든 부분으로 충분히 전달될 수 있다. 따라서, 함몰 흔적과 비틀림이 거의 발생하지 않는다. 결과적으로, 향상된 치수정밀도를 갖는 소망의 성형품이 제조된다.
본 발명의 성형품의 바람직한 형상들이 이후로 예시된다.
첫째로, 성형품의 축선에 수직한 단면에 있어서, 성형품의 축선과 내면 사이의 최단거리와 최장거리는,
0 ≤ (d1 - d2) / d1 ≤ 0.1
의 관계식을 만족하는 것이 바람직하다. 상기 식에서 d1 과 d2 는 각각 축선과 성형품의 내면 사이의 최장거리와 최단거리를 가리킨다. 성형품 내부에 형성된 중공부가 상기 관계식을 만족하면, 성형품의 중력 중심은 거의 성형품의 축선 중심과 일치한다. 결과적으로, 중심 진동이 감소되므로 바람직하다.
둘째로, 롤러가 회전체로서 작동하는데 필요한 캠 그루브와 키 그루브와 같은 그루브 또는 요철이 롤러상에 배치되어 단일 부품이 복수의 기능을 하도록 하는 것이 바람직하다. 요철 또는 캠 그루브와 같은 그루브가 성형품의 부분 또는 전면상에 배치될 때는,
0.7 ≤ (R2 - r1) / (R1 - r1) ≤ 1
의 관계식을 만족하도록 배치되는 것이 좋다. 상기 관계식에서, R1, R2, r1 및 r2 는 다음과 같이 정해진다.
표면상에 그루브를 갖는 성형품의 축선에 수직한 단면에서, R1 과 R2 는 각각 성형품의 축선의 중심과 외면 사이의 최장거리와 최단거리를 가리키고, r1 과 r2 는 각각 성형품의 축선의 중심과 내면 사이의 최장거리와 최단거리를 가리킨다.
가압유체의 누출을 방지하기 위해, 그루브의 코너는, 예를 들어, 라운딩 가공에 의해 제거되는 것이 바람직하다. 캠 그루브가 배치된 경우에는, 캠 그루브의 에지가 라운딩 가공된다.
[실시예]
[사용된 수지와 조건]
다음의 수지들은 실시예 및 비교예에서 사출성형과 중공사출성형을 수행하는데 사용된다.
폴리아세탈 공중합 수지:
아사히 가세이 고오교 가부시끼가시샤제 (Asahi Chemical Industry C0., LTD) 테낙ⓟ-C 4520 (Tenacⓟ-C 4520).
유리 섬유를 함유하는 폴리아세탈 공중합 수지:
아사히 가세이 고오교 가부시끼가이샤제 (유리 섬유가 75 대 25 의 비율로 배합된) 테낙ⓟ-C GN755 (Tenacⓟ-C GN755).
폴리아세탈형 수지:
아사히 가세이 고오교 가부시끼가이샤제 라이넥스ⓟ-T TFC67N (Lynexⓟ-T TFC67N).
나일론 66 (폴리아미드 66) 수지:
아사히 가세이 고오교 가부시끼가이샤제 레오나ⓟ 1420S (Leonaⓟ 1420S).
변성된 PPE 수지:
아사히 가세이 고오교 가부시끼가이샤제 자이론테낙ⓟ 500Z (Xyronⓟ 500Z).
ABS 수지:
아사히 가세이 고오교 가부시끼가이샤제 스타일락(p)-ABS 101 (Stylacⓚ-ABS 101).
폴리아세탈 수지 또는 폴리아세탈형 수지가 사출성형 또는 중공사출 성형될 때, 성형기의 실린더와 금형의 온도를 각각 200 ℃ 와 80 ℃ 로 설정하였다.
변형된 PPE 수지가 사출성형 또는 중공사출성형될 때, 성형기의 실린더와 금형의 온도를 각각 280 ℃ 와 80 ℃ 로 설정하였다.
ABS 수지가 사출성형 또는 중공사출성형될 때, 성형기의 실린더와 금형의 온도를 각각 230 ℃ 와 40 ℃ 로 설정하였다.
[성형기]
실시예에 사용된 성형기에는 실린더 내부로 가스가 역류하는 것을 방지하기 위해 가스 주입구의 스크류(호퍼) 면상에 셧-오프 밸브를 설치하였다.
[가압유체]
수지 내부로 주입되는 가압유체로서 질소 가스를 사용하였다. 가스 압력은 각각의 실시예 또는 비교예에서 결정되었다.
[성형품의 성능평가]
중공 형상, 진원도, 중심 진동의 크기, 롤러 표면의 조도, 파괴 강도로부터 임의로 선택된 특성을 측정하여 성형품을 평가하였다. 측정 기기 및 방법은 아래에 나열된다.
중공부의 크기 측정:
임의의 위치에서 축일체형 회전체를 자르고, 축의 중심으로부터 회전체의 내벽까지의 거리를 측정하여, 최장거리와 최단거리를 각각 d1과 d2 로 정하고, d1 과 d2 사이의 차이의 d1 에 대한 비율을 구해 축선에 수직한 단면의 크기를 얻었다.
축선을 따라 축일체형 회전체를 자르고, 축선을 따른 회전체의 전체길이와 중공부의 길이를 측정하여, 회전체의 전체 길이에 대한 중공부의 길이의 비율을 구해 축선 방향을 따른 단면의 크기를 얻었다.
진원도의 측정:
(주) 미쯔또요 (Mitsutoyo) 사제 진원도 측정 기기 RA-424 를 사용하여, 최종 축일체형 회전체의 측정점에서 진원도를 측정하였다.
중심 진동의 크기:
(주) 미쯔또요 사제 진원도 측정 기기 RA-424 를 사용하여, 최종 축일체형 회전체상의 임의로 선택된 3 점에서 중심 진동의 크기를 측정하였다. 3 점 중 2 점에서의 크기를 기준으로 정하고, 중심에서의 크기를 측정값으로 정하였다.
상기 진원도를 측정하는 기기가 사용될 때, 성형품의 모양에 의존하는 약 300 ㎛ 이상의 중심 진동의 크기에서는 측정이 종종 수행될 수 없었다. 그러므로, 상기 측정 기기로 측정될 수 없는 샘플은 다이얼 게이지를 사용하여 다시 측정하였다.
롤러표면의 조도:
(주) 도오쿄세이미쓰 (Tokoy Seimitsu) 사제 서프콤 575A (SURFCOM 575A) 표면 조도 측정기를 사용하였다. JIS B 0601-1982 에 따라서 측정된 최대높이값 (Rmax)(⒨) 이 조도로서 정해졌다.
파괴강도:
인스트론(Instron) (주) 사제 만능시험기 모델 1185 로 파괴 강도를 측정하였다. 롤러의 양쪽 단부를 고정하고, 경계부에서 파괴 하중을 측정하기 위해 롤러의 중앙에 하중을 올려놓았다.
[실시예 1 내지 4]
도9 에 도시된 롤러부 (18) 및 축부 (17) 를 구비하는 축일체형 롤러를 성형할 수 있는 금형을 사용하였다. 도12 에 도시된 바와 같이, 상기 금형은, 축일체형 롤러의 축선이 수직으로 되도록 배치된 캐비티 (7) 와 캐비티의 바닥과 상기 축선의 교차점에 설치된 게이트 (14) 를 구비하고 있다.
아래의 단계를 따라서 표 1 에 나열된 수지를 사용하여 중공사출성형을 수행하였다.
제1단계로서, 사출 성형기를 사용하여 캐비티 내부 용적의 70 % 에 해당하는 수지량을 캐비티 (7) 내부로 사출하였다.
제2단계로서, 제1단계의 수지 사출 0.5 초 후, 150 ㎏/㎠ 으로 가압된 질소가스를 성형기의 스프루 (9) 와 접속하는 노즐부에 배치된 가압 가스 주입구 (도시되지 않음) 를 통해 5 초 동안 수지 내부로 주입하였다.
제3단계로서, 제2단계에서 수지 내부로 주입된 질소가스의 압력을 30 초동안 유지하였다. 제3단계후, 질소가스의 압력을 해방하였다. 성형사이클은 약 45초 이었다.
중공 형상, 진원도, 중심 진동에 대해 최종 축일체형 롤러를 평가하였다. 중공부의 크기는 도9의 B 점에서 롤러를 잘라 얻은 단면에서 측정하였다. 도9 에 도시된 롤러상의 A, B 및 C 점에서 진원도를 측정하였다. 롤러상의 A,B 및 C점에서 중심 진동의 크기를 측정하였다. A 와 C 점에서의 크기를 기준으로 정하고, B 점에서의 크기를 측정값으로 정하였다. 측정의 결과는 표 1 에 도시되어 있다.
[비교예 1 내지 4]
도9 에 도시된 축일체형 롤러를 성형할 수 있는 금형을 사용하였다. 도13 에 도시된 바와 같이, 축일체형 롤러가 수평으로 되도록 캐비티 (7) 를 금형내에 배치하였다. 실시예 1 내지 4 에서와 동일한 조건하에서 동일한 수지로 축일체형 롤러를 성형하였으며, 다만, 금형의 구조만 상이하였다. 측정의 결과들이 표 1 에 도시되어 있다.
[실시예 5 내지 13]
실시예 1 내지 4 에서 사용된 금형 및 표 2 에 나열된 수지를 사용하여 중공사출성형을 아래의 단계를 따라 수행하였다.
실시예 5, 8 및 11 에서는 성형기의 노즐부 (도시되지 않음); 실시예 6, 9 및 12 에서는 금형의 러너 (10) (도12 에서 A 지점); 실시예 7, 10 및 13 에서는 금형의 캐비티 (7) (도12 에서 B 지점)에 가압가스 주입구 (1)를 배치하였다.
제1단계로서, 사출 성형기를 사용하여 캐비티 내부 용적의 70 % 에 해당하는 수지량을 캐비티 (7) 내부로 사출하였다.
제2단계로서, 제1단계의 수지 사출 0.5 초 후, 100 ㎏/㎠ 으로 가압된 질소 가스를 노즐부, 러너 및 캐비티내에 배치된 가압 가스 주입구 중 어느 하나를 통해 5 초 동안 수지 내부로 주입하였다.
제3단계로서, 제2단계에서 수지 내부로 주입된 질소가스의 압력을 30 초 동안 유지하였다. 제3단계후, 질소가스의 압력을 해방하고, 금형으로부터 성형품을 꺼냈다. 성형사이클은 약 45 초 이었다.
실시예 1 내지 4 와 동일한 방법으로 최종 성형품을 평가하였다. 측정의 결과는 표 2 에 도시되어 있다.
[실시예 14 내지 16]
도9 에 도시된 롤러부 (18) 와 축부 (17) 를 구비하는 축일체형 롤러를 성형할 수 있는 금형을 사용하였다. 도15 에 도시된 바와 같이, 상기 금형은 축일체형 롤러의 축선이 수직으로 되도록 배치된 캐비티 (7) 와 캐비티의 바닥과 상기 축선의 교차점에 설치된 원형 게이트 (14) 를 구비하였다.
보조캐비티(26) 는 캐비티 (7) 위에 배치되었고, 축선의 연장선을 따라 캐비티의 상단부로부터 배치된 통로 (27) 에 의해 캐비티와 접속되어 있다. 보조캐비티의 용적은 캐비티 용적의 40 % 이었다.
풀-샷 중공사출성형을 아래의 단계를 따라 수행하였다.
제1단계로서, 미충전부를 남기지 않도록 캐비티 (7) 내부를 사출하였다.
제2단계로서, 제1단계의 수지 사출 0.5 초 후, 150 ㎏/㎠ 으로 가압된 질소 가스를 성형기의 노즐부에 배치된 가압 가스 주입구 (도시되지 않음) 를 통해 5 초 동안 수지 내부로 주입하였다.
제3단계로서, 제2단계에서 수지 내부로 주입된 질소가스의 압력을 30 초 동안 유지하였다. 제3단계후, 질소가스의 압력을 해방하고, 금형으로부터 성형품을 꺼냈다. 성형사이클은 약 45초 이었다.
최종 성형품의 중공의 크기를 측정했을 때, 그 결과는 실시예 1 내지 4 에서 제조된 성형품의 크기와 유사하였다.
더욱이, 성형품의 축선을 따른 중공부의 전체 길이, 진원도, 중심 진동에 대해서도 최종 성형품을 평가하였다. 도9 에 도시된 성형품상의 A, B 및 C 점에서 진원도를 측정하였다. 성형품상의 A, B 및 C 점에서 중심 진동의 크기를 측정하였다. A 와 C 점에서의 크기를 기준으로 정하고, B 점에서의 크기를 측정값으로 정하였다. 측정의 결과는 표 3 에 도시되어 있다. 도14 는 중공성형품의 축선을 따른 단면도이다.
[실시예 17 내지 19]
풀-샷 사출 성형을 수행하기 위해 실시예 14 내지 16 에서와 같이 도9 에 도시된 축일체형 롤러를 성형할 수 있는 금형을 사용하였다. 도16 에 도시된 바와 같이, 상기 금형은 캐비티의 축선이 수직이 되도록 배치된 캐비티 (7) 및 캐비티의 바닥과 상기 축선의 교차점에 설치된 게이트 랜드 (13) 를 구비하였다.
더욱이, 보조캐비티 (26) 가 캐비티 (7) 위에 배치되어, 축선의 연장선을 따라 캐비티의 상부로부터 통로 (27) 에 접속되어 있었다. 통로 (27) 의 형상은 원형이었다. 유압실린더에 의해 동작되는 셧-오프 밸브 (28) 를 통로 (27) 의 중앙 부근에 배치하였다. 표 3 에 나열된 수지를 사용하였다. 보조 캐비티의 용적은 캐비티 용적의 40 % 였다.
아래의 단계에 따라 중공 사출 성형을 수행하였다.
제1단계로서, 캐비티 (7) 와 보조캐비티 (26) 가 셧-오프 밸브 (28) 에 의해 분리된 상태로 캐비티 내부에 미충전부를 남기지 않도록 수지를 사출하였다.
제2단계로서, 제1단계의 수지사출 0.5 초 후, 150 ㎏/㎠ 으로 가압된 질소가스를 성형기의 노즐부에 배치된 가압가스 주입구 (도시되지 않음) 를 통해 5 초 동안 수지 내부로 주입하였다.
제3단계로서, 질소가스를 수지 내부로 주입하기 시작한 0.5 초 후, 캐비티 (7) 와 보조캐비티 (26) 를 접속하기 위해 셧-오프 밸브 (28) 를 개방하였다. 수지 일부를 보조캐비티 (26) 내부로 압출하는 동안 캐비티 (7) 내의 수지에 중공부 (6) 가 형성되었다.
제 4 단계로서, 제3단계에서 수지 내부로 주입된 질소의 압력을 소정시간 유지하였다. 제 4 단계 후, 질소가스의 압력을 해방하고 금형으로부터 성형품을 꺼냈다. 성형 사이클은 약 45 초 였다.
최종 성형품의 중공부 크기를 측정했을 때, 그 결과는 실시예 1 내지 4 에서 얻어진 성형품의 크기와 유사하였다.
더욱이, 실시예 14 내지 16 에서와 동일한 방법에 따라 최종 성형품을 평가하였다. 그 결과는 표 3 에 도시되어 있다. 도 17 은 최종 중공성형품의 축선을 따른 단면도이다.
[실시예 20 과 21 ]
도18 에 도시된 바와 같이, 롤러부 (18), 축부 (17) 및 기어부 (19) 을 구비하는 축일체형 롤러를 성형할 수 있는 금형을 사용하였다. 도19 에 도시된 바와 같이, 금형은 축일체형 롤러의 축선이 수직으로 되도록 배치된 캐비티 (7), 캐비티의 바닥과 상기 축선의 교차점에 설치된 게이트 (14) 및 러너 (10) 에 설치된 가압 가스 주입구 (1) 를 구비하였다. 도20a, 20b 및 20c 에 도시된 단계를 따라 중공사출성형을 실시하였고 표 4 에 나열된 수지를 사용하였다.
제1단계로서, 도20a 에 도시된 바와 같이, 캐비티의 내부 용적의 70 % 에 해당하는 수지를 캐비티 (7) 내부로 사출하였다.
제2단계로서, 도20b 에 도시된 바와 같이, 수지의 사출 동안 러너 (10) 에 배치된 가압가스주입구 (1) 를 통해 수지 내부로 질소가스를 주입하여 캐비티 (7) 내부에 중공 성형품을 형성하였다.
제3단계로서, 도20c 에 도시된 바와 같이, 수지 내부에 주입된 질소의 압력을 30 초 동안 유지하였다. 제3단계 이후, 질소가스의 압력을 해방하였다. 성형 사이클은 약 45 초 이었다. 도21 은 최종 중공성형품의 단면도이다.
도18 에 도시된 바와 같이, 롤러부 (18) 의 표면조도에 대해 최종 성형품을 평가하였다. 그 결과는 표 4 에 도시되어 있다. 게다가, 다른 특성 (중공부의 크기, 진원도 및 중심진동의 크기)도 평가했으며, 그 결과는 실시예 1 내지 4 에서 얻어진 성형품의 것과 유사하였다.
[실시예 22 와 23]
도22 에 도시된 바와 같이,가스 주입구가 러너 (10) 에 설치되지 않는 것을 제외하고는 실시예 20 과 21 에서와 동일한 금형을 사용하여, 도2a, 도2b 및 도2c 에 도시된 단계에 따라 표 4 에 나열된 수지를 사용하여 중공사출성형을 수행하였다.
제1단계로서, 도2a 에 도시된 것 바와 같이, 스프루 (9) 를 통해 금형 내부로 수지를 사출하여 러너 (10) 를 충전하였다.
제2단계로서, 도2b 에 도시된 바와 같이, 성형기의 노즐부에 설치된 가압 가스 주입구로부터 질소가스를 주입하여 스프루 (9) 에서와 러너 (10) 내의 수지 일부를 캐비티 (7) 내부로 압출하였다.
제3단계로서, 도2c 에 도시된 바와 같이, 수지 내부에 주입된 질소의 압력을 30 초 동안 유지하였다. 제3단계후, 질소가스의 압력을 해방하고, 금형에서 성형품을 꺼냈다. 성형 사이클은 약 45 초 이었다.
실시예 20 과 21 에서와 동일한 방법으로 최종 성형품을 평가했다. 그 결과는 표 4 에 나열되어 있다. 더욱이, 다른 특성 (중공부의 크기, 진원도 및 중심 진동의 크기) 도 평가했으며, 그 결과는 실시예 1 내지 4 에서 얻어진 성형품의 것과 유사하였다.
[실시예 24 와 25]
도23 에 도시된 바와 같이, 셧-오프 밸브 (28) 가 러너 (10) 상에 배치된 것을 제외하고는 실시예 20 내지 23 에서와 동일한 금형을 사용하여, 도24a, 24b 및 24c 에 도시된 단계를 따라 표 4 에 나열된 수지를 사용하여 중공사출성형을 수행하였다.
제1단계로서, 도24a 에 도시된 바와 같이, 러너 (10) 상에 배치된 셧-오프 밸브가 폐쇄된 상태에서, 성형기의 스프루 (9) 를 통해 금형 내부로 수지를 사출하여 상기 러너를 충전하였다.
제2단계로서, 도24b 에 도시된 바와 같이, 성형기의 노즐부에 배치된 가압가스 주입구 (도시되지 않음) 를 통해 질소가스를 수지 내부로 주입하였다. 질소가스가 주입되기 시작한 0.5 초 후, 셧-오프 밸브를 동작 시켜 러너 (10) 와 게이트 랜드 (13) 를 접속시키고 캐비티 (7) 내부로 사출된 수지의 일부를 압출하여 중공성형품을 형성하였다.
제3단계로서, 도24c 에 도시된 바와 같이, 수지 내부에 주입된 질소의 압력을 30 초 동안 유지하였다. 제3단계 이후, 질소가스를 해방하였다. 성형 사이클은 약 45 초 이었다.
실시예 20 내지 23 에서와 동일한 방법으로 최종 성형품을 평가하였다. 그 결과는 표 4 에 나열되어 있다. 더욱이, 다른 특성 (중공부의 크기, 진원도 및 중심 진동의 크기) 도 평가했으며, 그 결과는 실시예 1 내지 4 에서 얻어진 성형품의 것과 유사하였다.
[비교예 5 와 6]
수지를 사출하는 단계, 압력을 유지하는 단계 및 냉각시키는 단계를 구비하는 종래의 사출성형에 따라 도19 에 도시된 금형으로 축일체형 롤러를 성형하였다. 표 4 에 나열된 수지를 사용하였다. 유지되는 압력, 압력 유지시간 및 냉각시간은 각각 600 ㎏/㎠, 15 초 및 40 초 이었다. 성형 사이클은 약 65 초 이었다.
실시예 20 내지 25 와 동일한 방법으로 최종 성형품을 평가하였다. 그 결과는 표 4 에 나열되어 있다.
[실시예 26 내지 28 ]
도25 에 도시된 롤러를 사출성형으로 제조하였다. 롤러의 크기는,
외경 : 20 ㎜
전체 길이 : 400 ㎜
게이트 랜드의 길이 : 2.0 ㎜
이었고, 최종 성형품의 벽이 얇아지는 것을 방지하기 위해, 게이트의 코너가 도 5 와 같이 라운딩 가공되어 표 5 에 도시된 바와 같이 Te 가 0.2 또는 0.4 ㎜ 가 되었다. 표 5 나열된 수지를 사용하였다.
캐비티 내부에 미충전부를 남기도록 용융 상태의 수지를 캐비티 내부로 사출하였다. 사출 0.5 초 후, 금형의 노즐부에 배치된 가스 주입구를 통해 수지내부로 150 ㎏/㎠ 으로 가압된 질소가스를 5 초 동안 주입하였다. 주입 후, 압력을 30 초 동안 유지하고, 가스의 압력을 해방하였다.
각각의 실시예마다 1000 샷 번 중공사출성형을 반복하여 가스 누출에 의한 불량품의 발생률을 비교하였다. 게다가, 다른 특성 (중공부의 크기, 진원도 및 진동 중심의 크기) 도 평가했으며, 그 결과는 실시예 1 내지 4 에서 제조된 성형품의 결과와 유사하였다.
[실시예 29]
게이트 랜드 (13) 와 게이트 (14) 의 접속부의 코너가 도 7 에 도시된 바와 같이 경사면 가공된 것을 제외하고는 중공사출성형을 실시예 27 과 동일한 과정을 따라 실시하였으며 상기 코너는 실시예 26 내지 28 에서 라운딩 가공되어 있었다. 실시예 27 과 동일한 방법으로 최종 성형품을 평가하였다. 그 결과는 표 5 에 도시되어 있다. 게다가, 다른 특성 (중공부의 크기, 진원도 및 진동 중심의 크기) 도 평가했으며, 그 결과는 실시예 1 내지 4 에서 제조된 성형품의 결과와 유사하였다.
[실시예 30 내지 32]
도9 에 도시된 형상의 롤러를 중공사출성형으로 제조하였다. 롤러의 경계부 (16) 는 롤러부 (18) 와 축 (17) 사이의 경계를 가리킨다. 경계부 (16) 에 1 또는 3㎜ 라운딩 가공된 코너 (Tf)(21) 를 배치하였다.
최종 성형품의 크기는,
전체 길이 : 280 ㎜
롤러 길이 : 200 ㎜
축길이 (T3) : 40 ㎜
롤러 직경 (T2) : 40 ㎜
축의 직경 : 20 ㎜
T2 및 T3 : 도6 에 도시된 바와 같이,
이었고, 표 6 에 나열된 수지를 사용하였다.
캐비티 (7) 용적의 70 % 에 해당하는 수지량을 캐비티 내부로 사출하였다. 사출 0.5 초 후, 금형의 노즐부에 배치된 가압가스 주입구 (1) 를 통해 120 ㎏/㎠ 로 미리 가압된 질소가스를 수지 내부로 주입하였다. 가스의 압력을 40 초 동안 유지한 다음 해방하였다. 각각의 실시예마다 1000 샷 번 중공사출성형을 반복하여 가스의 누출에 의한 불량품의 발생률을 비교하였다. 그 결과가 표 6 에 도시되어 있다. 게다가, 다른 특성 (중공부의 크기, 진원도 및 진동 중심의 크기)도 평가했으며, 그 결과는 실시예 1 내지 4 에서 제조된 성형품의 결과와 유사하였다.
[실시예 33]
실시예 30 내지 32 에서 축부와 롤러부 사이의 경계부의 라운딩 가공된 코너가 경사면 가공된 코너로 바뀐 것을 제외하고는 실시예 31 과 동일한 단계를 따라 중공사출성형을 수행하고, 동일한 방법으로 평가하였다. 수지는 표 6 에 도시되어 있다. 게다가, 다른 특성 (중공부의 크기, 진원도 및 진동 중심의 크기)도 평가했으며, 그 결과는 실시예 1 내지 4 에서 제조된 성형품의 결과와 유사하였다.
[실시예 34 내지 37도]
도26a 에 도시된 표며상에 그루브 (25) 를 갖는 축일체형 롤러를 중공사출성형으로 제조하였다. 도16 에 도시된 바와 같이, 금형내에, 롤러의 축선이 수직으로 되도록 캐비티를 배치하고, 보조캐비티를 캐비티 위에 배치하였다. 게이트는 캐비티의 바닥의 축선상에 배치되었고, 캐비티와 보조캐비티를 접속하는 통로의 캐비티측 입구가 캐비티의 상부의 축선상에 배치되었다. 게다가, 캐비티와 보조캐비티를 임의로 분리하고 접속할 목적으로 셧-오프 밸브를 통로의 중앙부에 설치하였다.
실시예 34 내지 37 에서는, 보조캐비티의 내부 용적이 바뀐 것을 제외하고는 실시예 30 내지 32 와 동일한 과정에 따라 중공사출성형을 수행하였다. 각각의 실시예에서 상기 내부 용적은 최종 축일체형 롤러 용적의 각각 25, 30, 35, 40 % 에 해당하였다.
최종 성형품의 (최대 및 최소) 두께를 도 26(a) 의 B 점에서 성형품을 잘라서 측정하였다. 게다가, 성형품의 축선을 따른 중공부의 길이도 또한 측정하였다.
도26a 에서의 A 점과 C 점에서 성형품을 지탱하는 동안 성형품의 B 점에서 중심 진동을 측정하였다. 그루브 부분에서의 측정치를 배제하는 B 점에서 측정된 값을 평가치로 정하였다.
도26a 에서의 C 점에서 진원도를 측정하였다. 측정 결과는 표 7 에 도시되어 있다. 게다가, 표면 조도 또한 측정하였다. 실시예 20 과 21 에서와 동일한 정도이었다.
[실시예 38 내지 43 및 비교예 7 내지 12]
도27 에 도시된 축일체형 종이 공급 롤러를 중공사출성형으로 제조 하였다. 표 8 에 나타낸 바와 같이, 게이트 및 롤러부와 축부 사이의 경계부에 라운딩 가공된 코너를 갖는 캐비티를 롤러의 축선이 수직으로 되도록 배치하였다. 게다가, 러너와 캐비티를 임의로 분리하고 접속할 수 있는 셧-오프 밸브도 러너상에 배치하였다.
가스가 주입되기 시작할 때까지는 캐비티와 러너가 셧-오프 밸브에 의해 분리되는 것을 제외하고는 실시예 20 과 동일한 과정으로 성형을 수행하였다.
비교예 7 내지 12 에서는, 롤러의 축선이 수평으로 되도록 금형내의 캐비티가 배치된 것을 제외하고는 실시예 38 내지 43 에서와 동일한 과정으로 성형을 수행하였다.
실시예 38 내지 43 에서 얻어진 성형품은 실시예 1 내지 4 및 26 내지 32 에서 얻어진 성형품에서와 유사한 중공부의 크기, 동일한 정도의 게이트에서의 가스 누출과 파괴 하중치를 가졌다. 반면에, 비교예 7 내지 12 에서 얻어진 성형품은 실시예 38 내지 43 에서 제조된 것보다 떨어졌다. 다른 평가의 결과는 표 8 에 도시되어 있다.
다른 특성 (중공부의 크기, 불량 성형품의 발생율 및 파괴 하중) 도 평가했으며, 만족스런 결과를 얻었다.
[실시예 44 내지 49 및 비교예 13 내지 18]
도27 에 도시된 축일체형 종이 공금 롤러를 중공사출성형으로 제조 하였다. 표 9 에 나타낸 바와 같이, 게이트 및 롤러부와 축부 사이의 경계에 경사면 가공된 코너를 갖는 캐비티를 롤러의 축선이 수직으로 되도록 배치하였다. 게다가, 러너와 캐비티를 임의로 분리하고 접속할 수 있는 셧-오프 밸브도 러너상에 배치하였다.
가스를 주입하기 시작할 때까지 캐비티와 러너가 셧-오프 밸브에 의해 분리되는 것을 제외하고는 실시예 14 와 동일한 과정으로 성형을 수행하였다.
비교예 13 내지 18 에서는, 금형내의 캐비티를 롤러의 축선이 수평으로 되도록 배치한 것을 제외하고는 실시예 44 내지 49 에서와 동일한 과정으로 성형을 수행하였다.
실시예 44 내지 49 에서 제조된 성형품은 실시예 1 내지 4 및 26 내지 32 에서 제조된 성형품과 유사한 중공부의 크기, 동일한 정도의 게이트에서의 가스 누출 및 파괴 하중치를 가졌다. 반면에, 비교예 13 내지 18 에서 제조된 성형품은 실시예 44 내지 49 에서 제조된 것보다 떨어졌다. 다른 평가의 결과는 표 9 에 도시되어 있다.
다른 특성 (중공부의 크기, 불량 성형품의 발생율 및 파괴 하중) 도 평가했으며, 만족스런 결과를 얻었다.
[산업상 이용 가능성]
본 발명의 중공사출 성형법에 따르면, 축일체형 수지제 회전체를 한번의 사출로 제조할 수 있다. 그러므로, 축일체형 회전체를 짧은 시간내에 뿐만 아니라 일회의 사출로 제조할 수 있다. 달리 말하자면, 본 발명의 중공사출 성형법은 생산성이 우수하다.
본 발명의 방법에 의해 얻어진 최종 회전체는 높은 치수 정밀도와 우수한 외관성을 갖는다. 게다가, 금속 축부와 수지를 구비하는 성형품에 비해 재료의 재활용성도 향상된다.
결과적으로, 상기 축일체형 수지제 회전체는 자동차, 통상적인 기계, 정밀 기계 및 전기 설비와 같은 다양한 분야에서 유용하다. 상기 회전체는 팩시밀리, 복사기, 프린터와 같은 종이 공급부에도 특히 유용하다.
[표 1]
Figure kpo00007
[표 2]
Figure kpo00008
[표 3]
Figure kpo00009
[표 4]
Figure kpo00010
[표 5]
Figure kpo00011
[표 6]
Figure kpo00012
[표 7]
Figure kpo00013
[표 8]
Figure kpo00014
[표 9]
Figure kpo00015

Claims (27)

  1. 내부에 중공부를 갖는 축일체형 수지제 회전체를 제조하는 방법에 있어서, 스프루,러너, 게이트 및 캐비터가 용융수지의 유동 방향을 따라 이와 같은 순서로 설치되어 있는 금형에서, 상기 회전체의 축선과 상기 캐비터의 에지면의 교점에 형성된 상기 게이트를 갖는 상기 금형을, 상기 게이트를 갖는 상기 에지면이 상기 캐비티의 바닥으로 되고 상기 회전체의 축선이 수직으로 되도록, 배치하는 단계 및 중공사출성형을 수행하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 축일체형 수지제 회전체의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중공사출성형은 가압유체를 게이트를 통해 상기 캐비티 내부로 주입함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 중공사출성형은, 미충전부를 남기도록 용융수지를 캐비티 내부에 사출한 다음, 이어서 상기 용융수지를 상기 미충전부 내부로 퍼뜨리기 위하여 상기 캐비티 내부에 가압유체를 주입함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 중공사출성형은, 상기 캐비티의 내부 용적의 50 내지 90 % 에 해당하는 양의 상기 용융수지를 상기 캐비티 내부에 사출함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 중공사출성형은, 용융수지를 상기 캐비티 내부에 사출하면서 가압유체를 상기 캐비티 내부로 주입함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 중공사출성형은, 미충전부를 남기지 않도록, 상기 캐비티에 접속된 보조 캐비티를 갖는 상기 캐비티 내부에 용융수지를 사출한 다음, 이어서 가압유체를 상기 용융수지 내부로 주입함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 중공사출성형은, 보조 캐비티가 상기 캐비티 위에 배치되고 캐비티의 상부로부터 축선의 연장선을 따라 배치된 통로에 의해 상기 보조캐비티가 상기 캐비티에 접속되어 있는 금형을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 중공사출성형은, 캐비티와 보조캐비티를 접속하는 통로상에 셧-오프 밸브를 배치하는 단계, 상기 밸브를 폐쇄한 상태로 상기 캐비티 내부에 용융수지를 사출하는 단계, 및 밸브를 개방한 상태로 캐비티 내부에 가압유체를 주입하는 단계로 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 중공사출성형은, 상기 금형의 상기 스프루와 상기 게이트 사이의 공간의 일부분 또는 전체에 용융수지를 사출하는 단계, 및 성형에 요구되는 수지량이 공급되는 지점보다 상기 용융수지의 유동 방향을 따라 상기 스프루 앞에 위치된 노즐에 보다 가까운 지점에 배치되어 있는 주입구로부터 가압유체를 주입하는 단계로 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 중공사출성형은, 상기 금형의 러너와 상기 캐비티 사이에 배치된 셧-오프 밸브가 폐쇄된 상태하에서 상기 금형의 스프루와 상기 게이트 사이의 공간의 일부분 또는 전체에 용융수지를 사출하는 단계, 및 이어서 상기 셧-오프 밸브가 개방된 상태하에서 가압유체를 주입하는 단계로 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 중공사출성형은, 상기 캐비티의 단일 또는 복수의 코너가 라운딩 가공된 또는 경사면 가공된 금형을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 중공사출성형은, 상기 코너가 라운딩 가공된 금형을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 중공사출성형은, 게이트에서의 라운딩 가공된 코너가,
    0.1mm ≤ Te ≤ (
    Figure kpo00016
    - 1) × Gt
    로 정의되는 관계식을 만족하는 금형을 사용하여 수행되며, 도5 에서, Gt 는 선분 CE (C 는 선분 AB 와 선분 DE 의 교점) 의 길이를 나타내고 Te 는 선분 CF (F 는 라운딩 가공된 코너의 표면과 ∠ACE 의 이등분선의 교점) 의 길이를 나타내는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 중공사출성형은, 게이트에서의 코너 이외의 라운딩 가공된 코너가,
    a) 5 mm ≤ T2 - T1 ≤ T3 × 2 의 경우에
    0.4 mm ≤ Tg ≤ (
    Figure kpo00017
    - 1)/2 × (T2 - T1); 그리고
    b) 5 mm ≤ T3 × 2 ≤ T2 - T1 의 경우에
    0.4 mm ≤ Tg ≤ (
    Figure kpo00018
    - 1) × T3
    로 정의되는 관계식을 만족하는 금형을 사용하여 수행되며, 도6 에서, Tg 는 선분 NQ (N 은 선분 LM 과 선분 OP 의 교점, Q 는 라운딩 가공된 코너의 표면과 ∠LNP 의 이등분선의 교점) 의 길이를 나타내고, T3 는 선분 LN 의 길이를 나타내고, T1 과 T2 는 축부와 롤러부 양쪽이 실린더 형상일 때 각각 축부와 롤러부의 직경을 나타내고, 양쪽 또는 어느 한쪽이 기어 형상일 때 T1 및/또는 T2 는 피치원의 직경을 나타내고, 양쪽 또는 어느 한쪽이 캠 형상일 때 T1 및/또는 T2 는 캠의 최소직경을 나타내는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 중공사출성형은, 코너가 경사면 가공된 금형을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  16. 제15항에 있어서, 게이트에서의 경사면 가공된 코너가,
    0.1 mm ≤ Tf ≤ (
    Figure kpo00019
    - 1) × Gt
    로 정의되는 관계식을 만족하는 금형을 사용하여 수행되며, 도7 에서, Gt 는 선분 CE (C 는 선분 AB 와 선분 DE 의 교점) 의 길이를 나타내고 Tf 는 선분 CF (F 는 경사면 가공된 코너의 표면과 ∠ACE 의 이등분선의 교점) 의 길이를 나타내는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 중공사출성형은, 게이트에서의 코너 이외의 경사면 가공된 코너가,
    a) 5 mm ≤ T5 - T4 ≤ T6 × 2 의 경우에
    0.4 mm ≤ Th ≤
    Figure kpo00020
    /4 × (T5 - T4); 그리고
    b) 5 mm ≤ T6 × 2 ≤ T5 - T4 의 경우에
    0.4 mm ≤ Th ≤
    Figure kpo00021
    /2 × T6
    로 정의되는 관계식을 만족하는 금형을 사용하여 수행되며, 도8 에서, Th 는 선분 NQ (N 은 선분 LM 과 선분 OP 의 교점, Q 는 경사면 가공된 코너의 표면과 ∠LNP 의 이등분선의 교점) 의 길이를 나타내고, T6 는 선분 LN 의 길이를 나타내고, 축부와 롤러부 양쪽이 실린더 형상일 때 T4 와 T5 는 각각 축부와 롤러부의 직경을 나타내고, 양쪽 또는 어느 한쪽이 기어 형상일 때 T4 및/또는 T5 는 피치원의 직경을 나타내고, 양쪽 또는 어느 한쪽이 캠 형상일 때 T4 및/또는 T5 는 캠의 최소직경을 나타내는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  18. 단일 또는 복수의 코너가 라운딩 가공된 또는 경사면 가공된 것을 특징으로 하는 제1항에 기재된 제조방법으로 제조되는 축일체형 회전체.
  19. 제18항에 있어서, 단일 또는 복수의 라운딩 가공된 것을 특징으로 하는 축일체형 회전체.
  20. 제18항에 있어서, 단일 또는 복수의 코너가 경사면 가공된 것을 특징으로 하는 축일체형 회전체.
  21. 축선을 따른 상기 회전체의 전체길이에 대한 축선을 따른 중공부의 길이의 비율이 80 % 이상인 것을 특징으로 하는 제1항에 기재된 제조방법으로 제조되는 축일체형 회전체.
  22. 제18항에 있어서, 상기 회전체의 중공부의 형상이,
    0 ≤ (d1 - d2) / d1 ≤ 0.1
    로 정의되는 관계식을 만족하며, 여기서, d1 과 d2 는 축선과 상기 회전체의 내면 사이의 최장거리와 최단거리를 각각 나타내는 것을 특징으로 하는 축일체형 회전체.
  23. 제18항에 있어서, 그루브가 상기 회전체의 표면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 축일체형 회전체.
  24. 제23항에 있어서, 그루브 및 중공부가,
    0.7 ≤ (R2-r2) / (R1- r1) ≤ 1
    로 정의되는 관계식을 만족하며, 그루브부를 포함하는 축선에 수직한 단면도에서, R1 과 R2 는 축선의 중심과 회전체의 외면 사이의 최장거리와 최단거리를 각각 나타내고, r1 과 r2 는 축선과 회전체의 내면 사이의 최장거리와 최단거리를 각각 나타내는 것을 특징으로 하는 축일체형 회전체.
  25. 제21항에 있어서, 상기 회전체의 중공부의 형상이,
    0 ≤ (d1 - d2) / d1 ≤ 0.1
    로 정의되는 관계식을 만족하며, 여기서, d1 과 d2 는 축선과 상기 회전체의 내면 사이의 최장거리와 최단거리를 각각 나타내는 것을 특징으로 하는 축일체형 회전체.
  26. 제21항에 있어서, 그루브가 상기 회전체의 표면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 축일체형 회전체.
  27. 제26항에 있어서, 그루브 및 중공부가,
    0.7 ≤ (R2-r2) / (R1- r1) ≤ 1
    로 정의되는 관계식을 만족하며, 그루브부를 포함하는 축선에 수직한 단면도에서, R1 과 R2 는 축선의 중심과 회전체의 외면 사이의 최장거리와 최단거리를 각각 나타내고, r1 과 r2 는 축선과 회전체의 내면 사이의 최장거리와 최단거리를 각각 나타내는 것을 특징으로 하는 축일체형 회전체.
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