KR101495623B1 - 사출성형에 의한 수지 성형 기어의 제조방법 - Google Patents

Abstract

림의 외주면을 따라 형성된 치부와, 림의 내주면을 따라 연장되는 웹과, 웹의 적어도 일부에 접합하고 중심축에 배치된 심부에 형성된 보스에 배치된 게이트부를 구비한 수지 성형 기어를, 사출성형에 의해 일체로 성형하는 수지 성형 기어의 제조방법으로서, 용융 온도가 Tm℃인 합성수지를 사용하고, 수지 성형 기어를 형성하기 위한 금형의 캐비티 내부에, Tm℃의 용융 온도에서 용융된 합성 수지를 사출충전하는 단계와, 게이트부의 고화시에, 웹의 두께 중심 온도 T1을 (Tm-20)℃ 이상 내지 (Tm+20)℃ 이하로, 치부의 표면 온도 T2를 (T1-50)℃ 이하로 설정하는 단계를 포함하는 제조방법이 제공된다.

Description

사출성형에 의한 수지 성형 기어의 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING A RESIN MOLDED GEAR BY INJECTION MOLDING}

본 발명은, 사출성형에 의한 수지 성형 기어의 제조방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 웹 및 림을 갖고 치부가 성형품 외주부에 배치된 고정밀도의 수지 성형 기어를, 사출성형공정에 있어서, 기어의 소정 개소의 수지 온도에 대한 온도범위를 설치함으로써, 치부의 변형, 치수 격차 및 수축의 증대를 억제하도록 제조하는 기술에 관한 것이다.

수지 성형 기어는, 복사기와 프린터 등의 오피스 오토메이션(OA) 기기, 잉크 카트릿지 등의 소모품과, 디지털 카메라와 비디오 카메라 등의 소형 정밀기기를 포함하는 넓은 범위의 기계제품에 동력전달부품으로서 장착되어 있다.

종래, 동력전달부품으로서 기능하는 수지 성형 기어로서는, 평기어가 널리 사용되고 있다.

저소음 성능과 물림률(contact ratio)의 향상의 요구가 강한 경우에는, 헬리컬기어가 사용된다. 최근에는, 기계제품의 고기능 및 품질화에 따라, 기어도 고정밀도화가 요구되어, 나선(helix) 등급(JIS B 1702) 및 물림 오차(contact error)(JGMA 116-02) 이외에도, 진원도, 동축도 등에 대한 규격도 이전보다 좁은 규격 범위로 설정되는 일이 많다.

이와 같은 기어의 성형에 사용되는 수지로는, 폴리아세탈, 폴리에틸렌, 나일론, 폴리부타디엔 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리프로필렌을 예로 들 수 있다.

그러나, 전술한 어느쪽의 수지도 수지가 용융 상태로부터 고화 상태로 변태할 때 체적의 수축을 겪을 뿐만 아니라, 보압(pressure dwell)설정, 금형 온도 설정, 수지 온도 설정 등의 제조건에 따라서는 성형품의 변형 및 주저앉음이 발생하여, 기어 정밀도를 만족시킬 수 없다고 하는 문제가 있다.

예를 들면, 성형수지로서 폴라아세탈을 사용한 경우에는, 이 수지가 결정성의 수지이므로 수축률이 크고, 또한 결정화시에 생성된 잠열에 의해 수지 온도가 저하하기 어려워, 성형품이 변형하기 쉽다고 하는 문제를 일으킨다. 이 문제를 해소하기 위해, 종래기술로서, 금형의 냉각방법을 연구하여 냉각성을 향상하는 수법과, 냉각공정에서 성형품 표면을 가압함으로써 이들 변형과 수축을 억제하는 수법이 개시되어 있다.

또한, 수축을 억제하기 위해 기어의 부분적인 개소를 소정의 형상이나 소정의 두께로 설정한다고 하는 수법이 개시되어 있다.

예를 들면, 일본국 특개 2007-130902호 공보에서는, 가동 금형측의 다이에 기어의 치부와 동심원의 오목형상부가 설치되고, 고정 금형측의 다이에는 금형이 닫혔을 때에 가동측 오목형상부의 형상과 합치하는 형상을 갖는 볼록부가 설치되어 있다.

이 일본국 특개 2007-130902호 공보에는, 이 볼록부 내부에 치부와 동심원 형상의 냉각 매체 경로를 배치함으로써, 기어 치부의 냉각성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.

또한, 일본국 특개 2002-235835호 공보에는, 사출성형공정 내에, 보압공정 이외에, 금형에 부착된 가압기구를 사용해서 기어 형상부의 일부를 가압하는 공정을 설치함으로써, 형상과 치수 정밀도를 향상시킨 고정밀도의 수지 성형 기어를 제공하는 기술이 개시되어 있다.

또한, 일본국 특개평 11-13861호 공보에는, 웹 및 림을 갖고 치부가 성형품 외주부에 배치된 수지 성형 기어에 있어서, 림 및 웹의 두께를 톱니의 피치 원 두께에 대해 일정한 범위의 비율로 설정함으로써, 고정밀도 기어를 얻는 기술이 개시되어 있다.

기어를 성형할 때, 불가피하게 수축이 발생하여, 수축량과 수축 경향에 의해 수축이 기어의 정밀도에 영향을 미치는 것이 알려져 있다.

또한, 수축 뿐만 아니라 변형과 치수의 격차도 기어 정밀도에 영향을 주는 것도 알려져 있다. 사출성형에 있어서 수축을 억제하는 수단을 몇가지 들 수 있다. 그중에서도, 가장 영향의 정도가 큰 것은, (1) 성형품의 두께, (2) 게이트 치수, (3) 사출 압력, (4) 스크류 전진 기간 및 (5) 금형 온도의 다섯가지이다.

그렇지만, 항목 (1) 및 (2)의 내용은 성형품의 사용 목적에 따라서는 변경하는 것이 어려운 경우가 있다.

따라서, 일반적으로 수축의 경감을 도모하기 위해 취해지는 수단으로서는, 항목 (3) 내지 (5)의 성형조건의 변경을 주로 들 수 있다.

이하, 수축률과, 사출 압력, 스크류 전진 기간 및 금형 온도의 관계에 대해서 구체적으로 설명한다.

사출 압력: 사출 압력이 높을수록, 수축률은 작아진다.

그러나, 높은 사출 압력을 가해도, 캐비티 내부에 전달되는 압력은 국부적인 압력손실의 정도에 따라 변한다. 그 때문에, 가장 큰 수지 유동 거리에 위치한 최종 충전부 근방에서 가장 압력손실이 커진다. 따라서, 이 개소에서는, 수축량이 증대할 뿐만 아니라, 치수의 격차 등이 생기기 쉬워진다.

스크류 전진 기간: 사출 압력에 의해 캐비티 내부의 수지가 계속해서 압축되고 있는 기간, 즉 스크류 또는 플랜저가 전진하기 시작하고 나서부터 스크류 또는 플랜저의 후퇴를 시작할 때까지의 기간을 스크류 전진 기간으로 부른다.

스크류 전진 기간이 게이트 고화시점에 도달하면, 수축률은 가장 작아지지만, 스크류 전진 기간이 게이트 고화시점에 못미치는 경우에는, 수축률이 증대한다.

금형 온도: 금형 온도가 저하할수록, 수축률은 작아진다.

그러나, 금형 온도가 낮아질수록, 수지 유동 과정에서 압력손실이 현저해져, 그 결과 캐비티 내부에의 전달 압력에 격차가 생긴다.

또한, 유동성 악화에 따라, 표면 성상이 악화를 일으키는 일도 있다.

즉, 수축 현상은 캐비티 내부의 압력상태 및 금형 온도 상태에 크게 의존하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 이 2개의 상태는 수축 뿐만 아니라 변형과 치수 격차에도 크게 영향을 미치고 있다.

다음에, 도 2의 기어를 예로 들어, 캐비티 내 압력상태 및 금형 온도 상태의 영향을 상세히 설명한다.

기어는, 원통형으로 형성된 림(11)과, 림의 외주면을 따라 이 원통형 림의 중심축(15)에서 외부 방향으로 형성된 톱니(12)와, 림의 내주면에 접합하고 중심축의 방향으로 평 원판 형상으로 연장되는 웹(13)과, 웹에 접합하고 중심축에 배치된 심부에 형성된 보스(14)와, 게이트(16)를 구비한다.

캐비티 내부에 기해지는 압력이 높을수록 수축률은 작아지고, 치수의 격차도 작아진다. 따라서, 사출 압력은 높은 쪽이 더 유효하게 된다.

그러나, 캐비티 내부에 수지가 충전한 후, 가압공정에 있어서 실린더가 전진하여 보스 혹은 웹 부분에서 수지의 고화가 진행하면, 압력의 전파 경로에서 가장 긴 거리에 위치한 림 및 치부에서는 가압 상태가 감쇠하게 된다. 그 결과, 게이트가 고화할 때까지 충분한 가압성을 유지할 수 없어져, 림 및 치부에 치수의 격차와 변형의 문제를 일으킨다.

가압 상태의 감쇠를 억제하기 위해, 금형 온도를 상승시키는 수단이 사용된다. 즉, 높은 금형 온도에 의해 보스 및 웹 부분에서 고화상태로의 이행을 지연시켜, 게이트가 고화할 때까지 가압 상태를 유지하는 방법이 사용된다.

그러나, 앞서 말한 것과 같이, 금형 온도가 높은 경우에는, 성형품 수축률이 증대하여, 결과적으로 기어 정밀도가 저하한다고 하는 문제를 일으킨다.

상기한 일본국 특개 2007-130902호 공보에는, 매체 경로를 갖는 끼워넣기식의 다이에 의해 치부에 대한 냉각성을 향상시키는 기술이 개시되어 있지만, 기어의 가압 상태를 고려하고 있지 않아, 치수 격차와 변형 등의 문제를 해결하는 것은 어렵다. 또한, 이와 같은 구성은 금형의 내구성과 금형 제작상의 문제를 일으킬 수도 있다.

또한, 상기 일본국 특개 2002-235835호 공보에는, 가압기구를 사용하여 기어 정밀도의 향상시키는 기술이 개시되어 있지만, 금형 구조가 복잡해져 금형의 제작이 곤란해지는 동시에, 성형공의 공정수가 증대한다고 하는 문제가 있다.

또한, 일본국 특개평 11-13861호 공보에는, 기어 형상을 변경함으로써 주저앉음과 변형을 억제하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 두께 등의 기어 형상의 변경으로 인해, 기어 자신의 강도와 내구성이 현저하게 변화한다고 하는 점에서 문제가 있다.

본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 수축에 의한 기어 정밀도의 악화가 없이 치부의 가압 상태를 유지할 수 있는, 사출성형에 의한 수지 성형 기어의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 예시적인 실시형태에 따르면, 원통형으로 형성된 림과, 상기 림의 외주면을 따라 상기 원통형의 중심축에서 외부 방향으로 형성된 치부와, 상기 림의 내주면에 접합하고 상기 중심축의 방향으로 평 원판 형상을 갖도록 연장되는 웹과, 상기 웹의 적어도 일부에 접합하고 상기 중심축에 배치된 심부에 형성된 보스에 배치된 게이트부를 구비한 수지 성형 기어를, 사출성형에 의해 합성 수지로 일체로 성형하는, 사출성형에 의한 수지 성형 기어의 제조방법으로서, 상기 합성 수지는 용융 온도가 Tm℃인 합성 수지를 포함하고, 상기 수지 성형 기어를 형성하기 위한 금형의 캐비티 내부에, 상기 용융 온도 Tm℃에서 용융한 합성 수지를 사출충전하는 단계와, 상기 게이트부의 고화시에, 상기 웹의 두께 중심 온도 T1이 (Tm-20)℃ 이상, (Tm+20)℃ 이하가 되고, 상기 치부의 표면 온도 T2가 (T1-50)℃ 이하가 되도록 상기 금형을 냉각하는 단계를 포함하는 수지 성형 기어의 제조방법이 제공된다.

본 발명에 따르면, 수축에 의한 기어 정밀도의 악화를 수반하지 않고, 치부의 가압 상태를 유지하는 것이 가능한, 사출성형에 의한 수지 성형 기어의 제조방법을 실현할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징은 첨부된 도면을 참조하여 주어지는 이하의 실시형태의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 사출성형에 의한 수지 성형 기어의 제조방법을 설명하기 위한 성형중의 온도 이력을 나타낸 그래프.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 사출성형에 의한 수지 성형 기어의 제조방법을 설명하기 위한 수지 성형 기어의 일례를 나타낸 개략 단면도.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 수지 성형 기어를 성형하는 사출성형 금형의 개략 단면도.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 사출성형에 의한 수지 성형 기어의 제조방법에 의해 제조된 성형품과 종래기술에 의해 제조된 성형품의 기어 정밀도의 차이를 설명하기 위한 성형중의 온도 이력 및 압력 이력을 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 사출성형에 의한 수지 성형 기어의 제조방법에 의해 제조된 성형품과 종래기술에 의해 제조된 성형품의 기어 정밀도의 차이를 설명하기 위한 수지 성형 기어의 치부의 변형을 나타낸 개략도.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 사출성형에 의한 수지 성형 기어의 제조방법에 의해 제조된 성형품과 종래기술에 의해 제조된 성형품의 기어 정밀도의 차이를 설명하기 위한 수지 성형 기어의 치형 형상 측정 개소를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 실시형태에 따른 사출성형에 의한 수지 성형 기어의 제조방법에 의해 제조된 성형품과 종래기술에 의해 제조된 성형품의 기어 정밀도의 차이를 설명하기 위한 수지 성형 기어의 톱니의 수축을 나타낸 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태를 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.

본 발명에 따르면, 성형공정 내에 있어서, 사출성형기의 실린더 혹은 플런저의 전진 개시로부터 게이트가 고화할 때까지의 캐비티 내부의 가압이 유효한 기간에, 소정 개소의 수지 온도에 대한 범위가 제공된다.

소정 개소의 한가지 예는 수지 성형 기어의 웹부의 두께 중심부이다. 게이트 고화시의 수지 온도 T1을 수지의 용융 온도 Tm℃에 대해 (Tm-20)℃ 이상으로 설정한다.

이에 따라, 림 및 치부에의 압력 전파 경로로서 기능하는 웹이 완전히 고화하지 않으므로, 가압이 유효한 기간에 림 및 치부에 대한 가압성의 감쇠가 억제되어, 그 결과 이 개소에 있어서의 치수의 불균일성과 변형을 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 게이트 고화시의 수지 온도 T1이 (Tm+20)℃ 이하로 설정된다. 이와 같은 설정을 통해, 캐비티 내부의 성형품 표면 온도를 용융 온도 Tm℃ 이하로 냉각하는 단계에 필요한 기간을 단축할 수 있어, 성형 싸이클이 단축되어, 저코스트로 수지 성형 기어를 성형제조하는 것이 가능해진다. 또한, 치부의 표면 온도에 대해서도 범위를 설정한다.

게이트 고화시의 치부의 표면 온도 T2를 급랭에 의해 (T1-50)℃까지 감소시킨다. 이와 같은 설정을 통해, 치부의 수축을 최소화할 수 있어, 고정밀도의 기어 형성이 가능해진다.

이하에서, 본 발명의 실시형태에 따라, 사출성형에 의해 합성 수지로 일체로 성형하는 수지 성형 기어의 제조방법에 대해 첨부도면을 참조하여 설명한다.

도 1은, 성형중의 온도 이력을 나타낸 그래프로서, 성형중의 시간 경과에 따른 성형품의 소정 개소의 수지 온도의 변화를 나타내고 있다.

이 그래프는, 수지 성형 기어의 웹부의 두께 중심에서의 수지 온도 이력(1)과, 치부 표면의 온도 이력(2)을 나타내고 있다. 도 2는, 수지 성형 기어의 일례를 나타낸 단면도다.

원통형으로 형성된 림(11)은 기어의 중심축과 동심원 형상으로 배치된다.

치부(12)는 중심축에서 볼 때 림의 외주 위에 접합되어 있다. 즉, 치부(2)는 림의 외주면을 따라 원통의 중심축에서 외부 방향으로 형성되어 있다.

웹(13)은 림의 내주면으로부터 중심축을 향하는 방향으로 평 원판 형상을 갖도록 연장되어 있다. 중심축에 배치된 심부에 형성된 보스(14)는 웹의 적어도 일부에 접합되어 있다.

게이트부(16)는 보스의 단부에 배치되어 있다. 수지 성형 기어는 주로 결정성 수지인 폴리아세탈을 사용하여 제조되고, 아사히 화성 케미컬사제 테낙(등록상표) 등을 사용해서 사출성형에 의해 제조된다.

도 3은, 수지 성형 기어를 성형하는 사출성형 금형(20)의 개략 단면도다.

도 3의 사출성형 금형(20)은, 고정측 금형(24)에 기어 성형 다이 51 및 52를 구비한다. 기어 성형 다이 51은 기어의 외주부를 형성하도록 구성되고, 기어 성형 다이 52는 웹, 기어의 내주부 및 보스를 형성하도록 구성된다.

더구나, 기어 성형 다이 52는 게이트(32)를 갖고, 또한 매체 경로 21을 가져 다이의 온도를 단독으로 변경한다.

가동측 금형(25)은 기어 성형 다이 53, 54 및 55를 구비한다. 기어 성형 다이 53은 웹, 기어의 내주부 및 보스를 형성하도록 구성되고, 치부에 접하는 개소에 내부 압력 센서(42)를 구비하고, 웹에 접하는 개소에 수지 온도센서(41)를 구비한다.

더구나, 기어 성형 다이 53은 매체 경로(22)를 가져 다이의 온도를 단독으로 변경한다. 기어 성형 다이 54는 치부를 형성하도록 구성된다. 또한, 기어 성형 다이 55는 기어의 중심축에 배치된 축 구멍을 형성하도록 구성된다.

다음에, 본 실시형태에 따른 사출성형에 의한 수지 성형 기어의 제조방법의 일례를 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1에 있어서, 사출 개시 시점은 "a"로 표시하고, 게이트 고화 시점은 "b"로 표시하고, 실린더 전진 종료 시점은 "c"로 표시하고, 냉각 종료 시점은 "d"로 표시한다.

게이트 고화시점 "b"가 실린더 전진 종료 시점 "c" 이전에 오도록 실린더 전진 종료 시점 "c"를 설정한다.

사출 개시 시점 "a"에서, 금형 캐비티 내부에 용융 수지가 사출 충전되고, 그후 실린더가 전진하여 캐비티 내부의 수지가 가압된다.

그후, 게이트 고화 시점 "b"에 일어나는 게이트 고화에 따라, 캐비티 내부의 가압력의 전파는 차단된다. 이 경우, 이 시점에서의 웹의 두께 중심 온도 T1이 사용 수지의 용융 온도 Tm℃에 대해 (Tm-20)℃ 이상, (Tm+20)℃ 이하로 설정된다.

예를 들면, 용융 온도가 150℃인 경우에, 두께 중심 온도 T1은 130℃ 이상 170℃ 이하로 설정한다.

이때, 웹의 두께 중심 온도 T1은 도 3의 수지 온도센서(41)를 사용하여 측정하고, 매체 경로 21 및 22를 각각을 흐르는 매체의 온도를 조정하여 변동시킨다.

다음에, 같은 시점에서의 치부의 표면 온도 T2를 (T1-50)℃ 이하로 설정한다. 예를 들면, 미리 설정된 웹의 두께 중심 온도 T1이 130℃인 경우, 치부의 표면 온도를 80℃ 이하로 설정한다.

이때, 치부의 표면 온도 T2는, 게이트 고화시점 "b" 직후에 성형품을 추출하고, 적외선 카메라 등으로 표면 온도를 측정하고, 측정 결과에 근거하여 금형의 매체 경로 23을 흐르는 매체의 온도를 변경함으로써 조정한다.

다음에, 냉각 종료 시점 "d"에서 성형품의 표면 온도가 용융 온도 Tm 이하가 되도록, 냉각 종료 시점 "d" 및 금형 매체 경로 23을 흐르는 매체의 온도를 조정한다.

예를 들면, 용융 온도 150℃의 수지를 사용한 경우에는, 냉각 종료 시점 "d"에서 성형품의 온도가 150℃ 이하가 되도록, 냉각 종료 시점 "d" 및 금형 매체 경로 23을 흐르는 매체의 온도를 조정한다.

성형품의 표면 온도는 적외선 카메라 등을 사용해서 측정하고, 치부의 표면 온도 T2에 대한 온도조건을 만족하도록 매체 경로 23을 흐르는 매체 온도와 냉각 종료 시점 "d"를 설정한다.

이하, 본 실시형태의 제조방법에 의해 제조된 성형품과 종래기술에 의해 제조된 성형품의 기어 정밀도의 차이를, 도 4, 도 5, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.

도 4는, 내부 압력 센서(42)로 계측된 치부의 내부 압력(3)의 결과 시간의 이력과, 웹부의 두께 중심 온도(1)의 경과 시간의 이력을 나타낸 그래프이다.

본 실시형태에 따른 사출성형에 의한 수지 성형 기어의 제조방법은, 사출성형기의 실린더 혹은 플런저가 전진하여 캐비티 내부에 수지가 충전하기 시작하는 사출 개시 시점 "a"로부터 게이트가 고화하는 게이트 고화시점 "b"까지의 기간에 소정 개소의 온도상태를 정의한 것이다.

본 실시형태의 상기한 제조방법에 따르면, 수지 성형 기어의 웹부의 두께 중심 온도 T1을 (Tm-20)℃ 이상으로 설정함으로써, 게이트 고화시점 "b"까지 림 및 치부에의 압력 전파 경로로서 기능하는 웹이 완전 고화하지 않게 된다.

이에 따라, 실린더 혹은 플런저의 사출 개시 시점 "a"로부터 게이트 고화시점 "b"까지의 가압이 유효한 기간에, 림 및 치부에 대한 가압의 감쇠가 억제된다.

즉, 수지가 충전된 직후의 피크 내부 압력 Pmax와 게이트 고화 시점 "b"에서의 내부 압력 Pb의 차이가 작아진다.

도 5는, 도 2의 기어의 치부가 중심축을 향하는 방향으로 기울어짐 변형했을 때 얻어지는 최종적인 형상(17)을 나타낸 것이다. 도 5에는 이 경우의 기울어짐 량 "r"도 도시되어 있다.

이 기울어짐 량 "r"은 게이트 고화 시점 "b"에서 내부 압력 Pb의 값이 커짐에 따라 작아져, 치부의 기울어짐과 변형이 억제되었다고 하는 것이 실험에 의해 밝혀졌다.

도 6은 도 2의 기어의 한 개의 대표적인 톱니의 치형 측정 개소를 나타낸 것이다.

웹의 면에 가까운 개소로부터 치형 측정 개소 4, 치형 측정 개소 5 및 치형 측정 개소 6이 설치된다. 게이트로부터의 가장 긴 수지 유동 거리에 배치된 개소는 치형 측정 개소 6의 근방의 개소이다.

치형 측정 개소 4, 5 및 6의 치형 형상은, 게이트 고화 시점 "b"에 있어서의 내부 압력 Pb의 값이 클수록 격차가 감소하고, 치부의 치수도 안정되는 것을 실험에 의해 확인하였다.

또한, 두께 중심 온도 T1을 (Tm+20)℃ 이하로 설정하여, 필요 이상으로 수지 온도가 상승하지 않는다. 따라서, 성형품이 추출된 후 웹부 근방에서 주저앉음의 발생을 억제할 수 있으므로, 기어 정밀도가 향상된다.

더구나, 냉각 종료 시간 "d"를 가능한한 이르게 설정할 수 있으므로, 성형 사이클의 연장을 수반하지 않아, 저코스트로 수지 성형 기어를 성형할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 성형방법은, 치부의 표면 온도 T2를 가압이 유효한 기간 내에 웹의 두께 중심의 수지 온도 T1에 대해 50℃ 이상의 온도차가 얻어지도록 냉각에 의해 줄임으로써 치부의 수축 거동을 억제하는 특징을 갖는다.

도 7은 기어의 한 개의 톱니의 수축 경향을 나타낸 것이다.

참조부호 "18"로 나타낸 것과 같이, 치부의 표면 온도가 높은 경우, 치선(tip of the tooth)에서 수축이 증대하는 것을 실험에 의해 알 수 있었다.

또한, 도 2에 있어서, 치부의 톱니 외경 치수를 "p"로 표시하고, 치부의 치폭 치수를 "q"로 표시한다. 톱니 외경 치수 "p"와 치폭 치수를 "q" 모두 치부 표면 온도가 상승함에 따라 소하는 것이 실험에 의해 명확하게 되었다. 즉, 치부의 표면 온도 T2를 감소하여, 치부 근방에서 일련의 수축 거동을 억제함으로써, 고정밀도의 기어 성형이 가능해진다.

(실시예 1)

실시예 1로서, 본 발명이 적용되는 사출성형에 의한 수지 성형 기어의 제조방법의 구성예에 대해 설명한다.

본 실시예 1에서는, 수지 재료로서, 아사히 화성 케미컬사에 의해 제조되고 용융 온도 Tm이 150℃인 테낙(Tenac)(등록상표) HC750을 사용하였다. 게이트 고화 시점 "b"에 있어서의 웹의 두께 중심 온도 T1이 수지의 용융 온도 Tm℃에 대해 (Tm-20)℃ 이상 내지 (Tm+20) 이하가 되도록 각각의 매체 경로 21 및 22에 흐르는 매체의 온도를 조정하였을 때, 치부에 있어서의 압력 경향과 형상의 변형의 관계를 이하의 표 1에 나타낸다.

실시예 1-1, 및 이하에서 설명하는 실시예 1-2 및 실시예 1-3에서는, 게이트 고화 시점 "b"에 있어서의 두께 중심 온도 T1 온도를 130℃ 이상 내지 170℃ 이하가 되도록 설정하였다.

실시예 1-1의 두께 중심 온도 T1은 하한 온도로서 130℃로 설정되었고, 실시예 1-3의 두께 중심 온도 T1은 상한 온도로서 170℃로 설정되었다.

또한, 비교예 1-1 및 비교예 1-2는, 본 발명에 따른 두께 중심 온도 T1의 설정 범위에 들어가지 않은 예이다.

이상과 같이, 게이트 고화 시점 "b"에 있어서 웹의 두께 중심 온도 T1을 본 발명의 실시예의 온도범위 내로 설정함으로써, 치부에 가해지는 피크 내부 압력 Pmax와 게이트 고화 시점 "b"에 있어서의 감쇠후의 내부 압력 Pb의 차이를 줄일 수 있었다.

이와 같이, 사출 개시 시점 "a"로부터 게이트 고화 시점 "b"까지의 기간에 압력의 감쇠를 억제함으로써, 치부의 기울어짐량 "r"도 줄이는 것이 가능해져, 치부의 변형도 억제된다.

더구나, 도 6에 도시되는 치형 형상 측정 개소 4, 5 및 6에서의 치형 형상의 격차도 작아져, 고정밀도의 기어가 성형되었다.

한편, 비교예 1-1 및 1-2는 두께 중심 온도 T1의 범위를 만족하고 있지 않고, 치부에 있어서의 압력감쇠도 상당하였다. 따라서, 그 감쇠량에 따라 치부의 기울어짐량 "r"과 치형 형상의 격차가 증가하였다.

또한, 게이트 고화 시점 "b"에 있어서 치부의 표면 온도 T2가 (T1-50)℃ 이하가 되도록 매체 경로 23에 흐르는 매체의 온도를 조정했을 때, 치부에 있어서의 수축 경향의 관계를 이하의 표 2에 나타낸다.

실시예 1-4 및 실시예 1-5에서는, 두께 중심 온도 T1이 135℃이었을 때, 표면 온도 T2가 85℃ 이하가 되도록 설정하였다.

실시예 1-5는 표면 온도 T2의 범위의 상한 온도로 표면 온도를 설정한 예이다.

또한, 비교예 1-3 및 비교예 1-4는 본 발명의 실시예에 따른 표면 온도 T2의 범위에 표면 온도가 포함되지 않는 예이다.

표 2에 나타낸 것과 같이, 게이트 고화 시점 "b"에 있어서의 치부의 표면 온도 T2를 본 발명의 실시예의 온도범위로 설정하였을 때, 도 7에 나타낸 치선의 수축 경향(18)이 억제되는 것을 알 수 있었다.

또한, 기어의 치부의 치폭 치수 "q" 및 톱니 외경 치수 "p"에 대해서도 수축량이 줄어들었다. 한편, 비교예 1-3 및 1-4에서는, 게이트 고화 시점 "b"에 있어서 치부 표면 온도가 높았다. 따라서, 치선에서의 수축 경향이 증대할 뿐만 아니라, 치폭 치수 및 톱니 외경 치수에 대해 수축량도 증대하였다.

게이트 고화 시점 "b"에 있어서 웹의 두께 중심 온도 T1 및 치부의 표면 온도 T2를 본 발명의 실시예에 따른 온도범위로 설정한 실시예 1-6에서 기어의 정밀도에 미치는 영향과, 두께 중심 온도 및 표면 온도가 본 발명의 실시예에 따른 온도 범위에 포함되지 않는 비교예 1-5 및 1-6에서 성형된 기어의 정밀도에 미치는 영향을 표 3에 나타낸다.

비교예 1-5는 금형 전체가 저온상태로 유지되어 있는 일례이다. 두께 중심 온도 T1이 본 발명의 실시예에 따른 온도범위의 하한을 밑돌고, 또한, 표면 온도 T2 온도가 본 발명의 실시예에 따른 온도범위 내에 들어가지 않았다.

또한, 비교예 1-6은 금형 전체가 고온상태로 유지되어 있는 일례이다. 두께 중심 온도 T1은 본 발명의 본 실시예에 따른 온도범위 내에 있지만, 표면 온도 T2가 본 발명의 실시예에 따른 온도범위 내에 들어가지 않았다.

표 3에 나타낸 것과 같이, 실시예 1-6에서 성형된 기어는 비교예 1-5 및 1-6에서 성형된 기어보다도 나선 오차 및 물림 오차 면에서 고정밀도를 가졌다.

비교예 1-5에서는, 웹의 두께 중심 온도 T1이 낮으므로, 치부에서의 형상 변형이 커져, 기어 정밀도가 악화되었다. 비교예 1-6에서는, 치부의 표면 온도 T2가 높으므로, 치부 전체의 수축 거동이 현저해져, 기어 정밀도가 악화되었다.

실시예 1-6에서는, 어느쪽의 정밀도 악화 요인도 배제된 상태에서 기어를 형성하여, 고정밀도 기어가 성형되었다.

(실시예 2)

수지 재료로서, 폴리아세탈 수지 이외의 수지를 채용해서 본 발명에 따른 성형방법에 의해 기어의 성형을 행하였다.

사용된 수지로서는, 도레이사제에 의해 제조된 아밀란(Amilan)(등록상표)의 폴리아미드6(PA6), 폴리플라스틱사에 의해 제조된 듀라넥스(DURANEX)(등록상표)의 폴리부타디엔 테레프탈레이트(PBT), 아사히화성케미컬사에 의해 제조된 선텍(Suntec)(등록상표)의 폴리에틸렌(PE)과, 일본폴리프로필렌사제에 의해 제조된 노바테크(NOVATEC)(등록상표)의 폴리프로필렌(PP)을 사용하였다.

본 발명에 따른 온도범위 내로 성형조건을 설정한 실시예 2에서 성형된 기어의 정밀도에의 영향과, 본 발명에 따른 온도범위에서 성형조건이 벗어나 설정된 종래기술의 비교예 2에서 성형된 기어의 정밀도에의 영향을 표 4에 나타낸다.

그 결과, 비교예 2에서 성형된 기어의 정밀도와 본 발명에 따른 실시예 2에서 성형된 기어의 정밀도 사이에 명확한 차이가 생기고 있었고, 어떤 수지를 사용한 경우에도 실시예 2의 기어 정밀도가 더 우수한 결과를 나타내고 있다.

예시적인 실시형태들을 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 이러한 실시형태에 한정되지 않는다는 것은 자명하다. 이하의 청구범위의 보호범위는 가장 넓게 해석되어 모든 변형, 동등물 구조 및 기능을 포괄하여야 한다.

Claims (5)

1. 원통형으로 형성된 림과,
   상기 림의 외주면을 따라 상기 원통형의 중심축에서 외부 방향으로 형성된 치부와,
   상기 림의 내주면에 접합하고 상기 중심축의 방향으로 평 원판 형상을 갖도록 연장되는 웹과,
   상기 웹의 적어도 일부에 접합하고 상기 중심축에 배치된 심부에 형성된 보스에 배치된 게이트부
   를 구비한 수지 성형 기어를, 사출성형에 의해 수지로 일체로 성형하는, 사출성형에 의한 수지 성형 기어의 제조방법으로서,
   상기 수지는 용융 온도가 Tm℃이고,
   상기 제조방법은,
   상기 수지 성형 기어를 형성하기 위한 금형의 캐비티 내부에, 용융한 수지를 사출하는 단계와,
   상기 게이트부의 고화시에, 상기 웹의 두께 중심 온도 T1이 (Tm-20)℃ 이상 내지 (Tm+20)℃ 이하가 되고, 상기 치부의 표면 온도 T2가 (T1-50)℃ 이하가 되도록 상기 금형을 냉각하는 단계를 포함하는 사출성형에 의한 수지 성형 기어의 제조방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 수지는, 폴리아세탈, 폴리아미드 6, 폴리부타디엔 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 중 어느 한가지를 포함하는 사출성형에 의한 수지 성형 기어의 제조방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 금형 냉각단계는, 상기 금형 내에 형성된 매체 경로를 흐르는 매체의 온도를 조정함으로써 상기 웹의 두께 중심 온도 T1을 변화시키는 단계를 포함하는 사출성형에 의한 수지 성형 기어의 제조방법.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 금형 냉각단계는, 상기 금형 내에 형성된 매체 경로를 흐르는 매체의 온도를 조정함으로써 상기 치부의 표면 온도 T2를 변화시키는 단계를 포함하는 사출성형에 의한 수지 성형 기어의 제조방법.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 금형을 냉각한 후에, 상기 캐비티 내부의 성형품 표면 온도가 Tm℃ 이하가 될 때까지, 상기 금형을 추가로 냉각하는 단계를 더 포함하는 사출성형에 의한 수지 성형 기어의 제조방법.

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