WO2006030810A1

WO2006030810A1 - 局部低加圧成形方法及び樹脂射出成形歯車

Info

Publication number: WO2006030810A1
Application number: PCT/JP2005/016908
Authority: WO
Inventors: Minoru Bessho; Akihiro Mochizuki
Original assignee: Polyplastics Co Ltd
Current assignee: Polyplastics Co Ltd
Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2007-03-16
Also published as: JP2006082434A; JP4407929B2

Description

明細書

局部低加圧成形方法及び樹脂射出成形歯車

技術分野

[0001] 本発明は、榭脂射出成形歯車を、ェジヱ外ピン等の局部加圧機構を利用し、低カロ圧圧力で長時間加圧することによる、局部加圧開始時期などの成形条件の許容幅が広ぐ得られた榭脂成形歯車が寸法的に高精度で、且つ多数個取り成形を可能とする成形方法、及び該方法により得られた歯車に関する。

背景技術

[0002] 従来、複写機、プリンタ一等の OA機器の動力伝達部品として、また、 VTRテープ駆動機構、レーザーディスクプレーヤのローデイング機構等に榭脂製の平歯車が多数使用されている。また、低騒音性能および高速性能の要求が強い場合には、嚙み合い率が高ぐかつ低騒音で大きな力を伝える榭脂はすば歯車が使用されている。このような榭脂歯車を設計する場合、従来は騒音や伝達効率、摩擦摩耗特性、強度、歯の各部要素の形状及び高度な初期精度等を考慮して、歯車の各構成部材の形状や寸法等を定めている。一般的には騒音や強度、剛性を考慮し、リム厚はピッチ円歯厚の 1. 5倍程度、または、モジュールの 2. 5倍程度とし、かつ、ウェブ厚はリム厚とほぼ同じにするように設計される。

例えば、平歯車ある、ははすば歯車の断面寸法の標準的寸法割合が示されており、これによると、ピッチ円歯厚とリム厚とウェブ厚の比は 1 : 1. 4 : 1. 6である。一方、高度な初期精度を考慮すると、ピッチ円歯厚とリム厚の比は 1 : 0. 6〜1. 2程度で設計することが一般的であった。（非特許文献 1参照）

[0003] 最近、プリンター、複写機等の OA機器の高精度化にともな、、これらの OA機器の動力伝達、作動伝達等を行う歯車には、歯車を使用する最も重要な目的である 1軸の回転角をその歯数に逆比例して他軸に正しく伝達する力否かを評価する角度伝達誤差の精度が要求されてきてヽる。

しかし、従来技術により、通常の歯車用榭脂を用い、歯車の強度、剛性、低騒音性能、歯の各部要素の形状及び寸法における高度な精度を主体とした歯車の各構成部材の形状、寸法を定める設計においては、例えば、一般的に用いられているポリアセタール榭脂を使用したはすば歯車においては、詳しくは、強度、剛性を考慮した設計の場合、円筒変形が発生し、リムとウェブの交点付近が大きく軸中央に向力つてひけるために JIS B1702(1976)に定められる精度が悪ぐ結果的に適正な動力伝達を行うことが出来ない。一方、高度な精度を考慮した場合、剛性不足により実際に使用される回転数や回転トルク下で角度達誤差が非常に大きくなる。

[0004] そこで、歯 13のピッチ円歯厚 Sに対するリム厚 Srの比率が 1. 2倍以上であり、且つ榭脂充填開始力も型開き開始までの時間 T3の期間内で、ウェブ 15を加圧成形することを特徴とする榭脂成形歯車の成形方法が知られて!/ヽる。（特許文献 1参照）しかし、従来のェジェタトピン圧縮機構を利用した射出成形での榭脂製歯車の高精度化に対しては、保圧圧力で抑えきれない成形収縮を保圧圧力より大きい機械的な圧力で抑制し、金型への転写性を向上させて榭脂製歯車の高精度化を可能としてきた。従って、従来の加圧成形による榭脂性歯車の高精度化には、大きな圧力を備える特殊仕様の成形機が必要であったり、加圧面積が増える多数個取りの射出成形に対しては不利であった。

[0005] 特許文献 1 :特開 2002— 235835号公報 (請求項 1〜12、段落 [0010]、実施例）非特許文献 1 :「プラスチック成形技術」第 13卷、第 8号、 17頁 (左側 10行目から 18 行目、右側図 2)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] 本発明は、榭脂成形歯車を、ェジェタトピン圧縮機構を備える標準型の成形機を使用して低加圧圧力で高精度に成形し、更には、榭脂成形歯車の多数個取りを可能にすることを目的とする。

課題を解決するための手段

[0007] 本発明者は、榭脂成形歯車のウェブを、ェジタトピンを使用して、広い加圧圧力範囲内で局部加圧して成形し、低加圧圧力であっても従来では想定できな、ほど長時間の加圧圧力を加えることで、高精度歯車の成形が可能であることを見出した。更に種々の溶融粘度及び半結晶化時間を有する材料榭脂を検討すると同時に、射出開始力も冷却工程中に加圧する時期と加圧圧力及びその保持時間を定め、充分な加圧圧力が長時間に渡ってキヤビティに加わることが可能な材料榭脂を選定した。

また、榭脂成形歯車の各構成部材の形状および寸法を変化させると同時に、加圧開始時期と加圧圧力及びその保持時間を変化させることにより成形された榭脂歯車の円筒変形と JIS B1702(1976)に定められる精度を、詳細に、総合的に研究することにより、上記課題を解決しうることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の第 1は、円筒状に形成されたリム（11)、リム（11)の外周面に円筒の中心軸（12)力も外方向に形成された歯（13)、リム（11)の内周面に接合し中心軸 ( 12)の方向に平円板状に延在するウェブ（ 15)、及びウェブ（ 15)に接合し中心軸（ 12)の心部に形成されたボス類（16)力なる榭脂成形歯車（10)を榭脂により一体的に射出成形する方法において、ウェブ（15)を、加圧圧力 Pが 5〜45MPaで、充填開始基準で、充填開始力ゲートシール終了までの時間 T4の 300〜400%の加圧開始時期 T1に、加圧を開始し、加圧時間 Tとして上記時間 T4の 120〜150%の時間、上記加圧圧力範囲内に保持することを特徴とする榭脂成形歯車の成形方法を提供する。

本発明の第 2は、ピッチ円歯厚（S)に対するリム厚（Sr)の比率が 1. 6倍以上であり、且つピッチ円歯厚（S)に対するウェブ厚（Su)の比率が 2. 0倍以上である本発明の第 1に記載の榭脂成形歯車の成形方法を提供する。

本発明の第 3は、金型温度が榭脂のガラス転移点以上、融点未満の温度で、加圧圧力 Pが 5MPa以上、 30MPa未満であることを特徴とする本発明の第 1又は 2に榭脂成形歯車の成形方法を提供する。

本発明の第 4は、金型温度が榭脂の (ガラス転移点 + 50°C)以上、（融点— 20°C) 以下であることを特徴とする本発明の第 3に記載の榭脂成形歯車の成形方法を提供する。

本発明の第 5は、ウェブ（15)を、榭脂成形歯車を金型から取り出すために使用するェジェタトピン（37)で加圧することを特徴とする本発明の第 1〜4のいずれか 1項に記載の榭脂成形歯車の成形方法を提供する。本発明の第 6は、榭脂成形歯車を一度に 2個以上成形可能であることを特徴とする本発明の第 1〜5のいずれか 1項に記載の榭脂成形歯車の成形方法を提供する。本発明の第 7は、榭脂充填後に、ゲート部を機械的に封鎖することを特徴とする本発明の第 1〜6のいずれか 1項に記載の榭脂成形歯車の成形方法を提供する。本発明の第 8は、榭脂の溶融粘度 (ISO 1133によるメルトインデックスに相当する。測定温度は榭脂毎に異なる。）が 35〜45(gZl0min)で、半結晶化時間 t^heが 80〜1 20秒である本発明の第 1〜7のいずれか 1項に記載の榭脂成形歯車の成形方法を提供する。

本発明の第 9は、榭脂が、成形時の収縮率 1. 0%〜3. 0%の熱可塑性榭脂である本発明の第 1〜8のいずれか 1項に記載の榭脂成形歯車の成形方法を提供する。本発明の第 10は、榭脂がポリアセタール榭脂である本発明の第 1〜9のいずれか 1 項に記載の榭脂成形歯車の成形方法を提供する。

本発明の第 11は、本発明の第 1〜10のいずれか 1項に記載の成形方法により得られる榭脂成形歯車を提供する。

本発明の第 12は、はすば歯車又は平歯車であることを特徴とする本発明の第 11 に記載の榭脂成形歯車を提供する。

発明の効果

[0009] 本発明によれば、榭脂成形歯車を、ェジヱタトピンによる加圧機構を備える標準型の成形機を使用して低加圧圧力で高精度に成形し、更には、榭脂成形歯車の多数個取りを可能にする。

得られた歯車は、複写機 'プリンター、ファクシミリ、カメラ、ビデオ、自動車、 OA機器等の部品として使用される。発明を実施するための最良の形態

[0010] 本発明の榭脂成形歯車 10は、円筒状に形成されたリム 11、リム 11の外周面に中心軸 12に対して外方に形成された歯 13、リム 11の内周面に中心軸方向に平円板状に延在するウェブ 15、及びウェブ 15に接合し中心軸心部に形成されたボス類 16からなる（図 1参照)。ウェブ 15の設けられる位置は、リム 11の円筒状部分の中間でも上部でも下部でもよ、。ボス類 16はボスでも軸でもよ、。榭脂成形歯車 10は、ピッチ円歯厚 Sに対するリム厚 Srの比率が 1. 6倍以上、好ましくは 2. 0以下である。 SrZSが上記範囲より小さいと、回転伝達誤差が小さい高精度の成形歯車を得ることができな、。

[0011] また、ウェブ 15は平円板状で、リム 11の内周面及びボス 16の外周へ接合される。

ピッチ円歯厚 Sに対して、ウェブ 15の少なくともリム 11及びボス 16への接合部のゥェブ厚 Suの比率が、 1. 5倍以上、好ましくは 1. 8〜2. 0である。ウェブ厚が上記比率の範囲外では十分な円筒精度が得られない。平円板状のウェブ 15は、全面が上記厚みを持つことが好ましいが、必要に応じて、平円板状部分に貫通孔ゃ凹部やリブ等を 1つまたは複数個設けても力まわない。

[0012] 本発明の成形方法は、通常の局部加圧機構を有する標準型の射出成形機、即ち射出力数 100トン程度で、ェジェタトピン押出し力数 10トン程度の成形機により行われる。局部加圧機構としては、通常ェジェタトピン、スリーブピン、可動式コア等が挙げられ、好ましくはェジェタトピンである。ェジェタトピンは、 1個の榭脂成形品あたり 1 個以上、好ましくは 2個以上である。

図 2に、榭脂の充填及び局部加圧の例を示す。通常の射出成形機を使用して、溶融榭脂がシリンダー側よりゲート 35を経て金型キヤビティへ充填される。ゲート 35としては、例えばピンゲートが使用される。ゲートの位置は特に限定するものではなぐボスの下面でもよいし、側面でもよいし、ウェブ上でもよい。又ゲートの個数も特に限定するものではなぐ 1個から 5, 6個でもよい。

局部加圧は、例えば、ェジェタトピン 37を用いて行うことができる。ェジェタトピン 37 の断面形状は丸であっても、四角であってもよぐ形状を限定するものではない。又個数に関しても限定するものではない。複数個のェジェタトピン 37による局部加圧は、好ましくは均一に加圧される。

ウェブ 15を円周方向に対して均一に加圧することが好ましい。このため、ウェブ 15 上に設定され、中心軸 12に対して同心円状にある 2つの円の間で形成されるリング状部分 15'を加圧することが好ましい。リング状部分 15'の面積力ウェブ 15の面積の、 80〜90%であるとよい。

[0013] 榭脂射出充填終了後、保圧が行われる。榭脂充填開始力もゲート部の樹脂が固化するまでの時間を T4とすると、 Τ4は、射出保圧時間と冷却時間の合計を固定し、保圧時間を徐々に増加させ、冷却時間を保圧時間を増加させた分だけ減少させて、スプル、ランナを除く製品重量を測定し、製品重量増カロしなくなる射出保圧時間で定義される。

[0014] 局部加圧するための加圧圧力（即ち、加圧圧力 =[加圧力] Ζ [加圧部の面積]である。；！を!³とすると、加圧圧力 Ρは 5〜45MPa、好ましくは 15〜30MPa、さらに好ましくは 30MPa未満であり、特に好ましくは 25MPa以下である。

加圧圧力 Pが上記範囲より小さすぎると、加圧の効果が生じにくぐ上記範囲より大きすぎると、加圧による成形品の変形が大きくなり、通常の成形機が使用し難くなつたり、多数個取りが困難となる。

[0015] 局部加圧の開始時期、即ち、加圧開始時期 T1は、ゲート部が固化後 (即ち、ゲートシール後）であり、充填開始基準で、充填開始からゲートシール終了までの時間 T4 の 300〜400%、好ましくは 340〜360%である。加圧開始時期 T1が上記範囲より早すぎると加圧後の収縮変形が発生し易くなり、遅すぎると加圧の効果が生じ難い。上記加圧圧力範囲内に保持する加圧時間 Tとしては、充填開始からゲートシール終了までの時間 T4の 120〜 150%の時間、好ましくは 130〜 140%の時間である。加圧時間 Tが上記範囲より短すぎると、加圧の効果が生じ難くなり、長すぎると変形が生じやすい。

[0016] 本発明で使用できる榭脂は、熱可塑性榭脂であり、好ましくは結晶性榭脂である。

榭脂は、溶融粘度 (ISO 1133に基づいて測定されたメルトインデックス (MI)に相当する。測定温度は榭脂毎に異なる。）が 9〜45gZl0min、好ましくは 35〜45gZl0mi nである。但し、溶融粘度測定温度は榭脂毎に異なる。

溶融粘度が上記範囲より小さい榭脂を用いると圧力伝達が不十分となるため歯車の精度が不十分となり、上記範囲より大きい榭脂を用いると固化速度が速く加圧の効果が低下する。

上記榭脂は、上記溶融粘度に加えて、半結晶化時間 t^heが 30〜200秒、好ましくは 80〜120秒である。半結晶化時間 t^heが上記範囲より短い榭脂を用いると固化が速くて加圧の効果が低下し、長い榭脂を用いると固化が遅くなり、成形サイクルが長くなる。

半結晶化時間 t^heは、次のように測定される。

装置として示差走査熱量計等を使用し、融点 +40°Cで、 5分間溶融状態に維持後、 10°CZ分で降温し、融点に保持し、融点到達後結晶化発熱曲線のピークトップが出るまでの時間である。

[0017] 上記榭脂は、成形時の収縮率が 1. 0%〜3. 0%である熱可塑性榭脂を用いることが好ましい。従来の技術では、この範囲の成形収縮率を有する榭脂を使用すると、成形時の榭脂収編こより成形品と金型形状との寸法差が大きくなり、十分に高精度の歯車を得ることが至難であった。

[0018] 本発明で使用される榭脂は、具体的には、ポリアセタール榭脂、ポリブチレンテレフタレート榭脂、ポリエチレンテレフタレート榭脂、ポリフエ-レンサルファイド榭脂又はポリアミド榭脂等が挙げられる。中でも、ポリアセタール榭脂（POM)が、特に好ましく使用できる。

[0019] 上記ポリアセタール榭脂は、ホモポリマー、コポリマーのいずれであってもよい。コポリマーの場合には、主鎖の安定ィ匕のためにエチレンオキサイド、ジォキソラン等の単量体成分がランダムに共重合されたもの、あるいはブロックあるいはグラフト重合されたもの、あるいは更に第三成分が導入されたもの等、いかなる共重合形態であってもかまわない。

上記ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル榭脂は、通常の芳香族ジカルボン酸成分、脂肪族ジオール成分の他に、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、アジピン酸等の芳香族又は脂肪族多塩基酸、あるいは、ダリコール成分としてエチレングリゴール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール等のアルキレングリコールやビスフエノール A等の芳香族ヒドロキシ化合物等を用 V、て変性させて得られる共重合体であっても力まわな、。

これらの榭脂は、通常添加される各種添加剤が配合されていてもよいし、これらを主体とする榭脂組成物であってもよヽ。

[0020] 本発明の榭脂成形歯車 10としては、平歯車、はすば歯車、やまば歯車、すぐばかさ歯車、まがりば力さ歯車、ねじば歯車などが挙げられる。歯のねじれ角度は、特に限定されるものではない。

またこれらのはすば歯車や平歯車等はシングル歯車や 2段歯車に、または、駆動モ一タカ多段に組み合わせて回転ムラをなくして減速するようにした、組合わせ歯車であってもよい。

[0021] (実施例）

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

[0022] (比較例 1)

結晶性ポリマーであるポリアセタール榭脂として、ジユラコン^\^-03 (ポリプラスチッタス (株)製、溶融粘度 (MI:45gZlO分（190°C) )、歯車を成形する上で好ましい推奨保圧力 100MPa、 t^he87秒、 Tml75°C、 Tg— 50°C)を使用し、下記のハスバ歯車を成形して、歯車の精度を (1)最大半径差（円筒幅方向に 5箇所、外径を測定し、それ力求めた最大半径と最小半径の差である。）、（2)歯形形状誤差、（3)歯筋形状誤差について評価した。結果を表 1に示す。

ポリアセタール榭脂の半結晶化時間 t^heは、次のように測定した。

装置としてパーキンエルマ一社製示差走査熱量計 DSC7型を使用し、サンプル約 5mgを 200°C X 5分間溶融状態に維持後、 10°C/分で降温し、 152°Cに達した時点で温度を一定に保持し、 152°C到達後結晶化発熱曲線のピークのトップが現れるまでの時間である。

成形品歯車諸元:モジュール 1、歯数 28、圧力角 20#、ネジレ角（右） 20#、歯幅 15 mm、ピッチ円直径 29. 797mm,歯先円外径 31. 797mm,ウェブ厚 3mm、ジム厚 2. 5mm

成形機:住友重機械工業 (株)製 SE— 100D

溶融榭脂温度： 200°C

金型温度： 60°C

射出速度： 17mm/秒

充填時間：0. 8秒

保圧圧力： lOOMPa (推奨保圧圧力）充填開始力ゲートシール終了までの時間 T4： 6秒

ェジェタトピン加圧力： 3. 4ton (本成形機のェジェタト力の最大値である）ェジェタトピンカ卩圧断面積： 262. 32mm²

ェジェタトピンカ卩圧圧力： 120MPa

ェジェタトピンストローク量: 1. 2mm

ェジェタトピン加圧開始時期 Tl:20秒後

ェジェタトピン加圧時間 Τ: 8秒間

歯車 1個取り

[0023] (比較例 2)

ポリアセタール樹脂として、ジユラコン™Μ270- 44 (ポリプラスチックス (株)製、溶融粘度（MI:27gZlO分（190°C) )、推奨保圧力 100MPa、 t^hc37秒、 Tml62°C、 Tg— 60 °C)を使用した他は比較例 1と同様に行った。結果を表 1に示す。

[0024] (実施例 1および 2)

ェジタトピンの加圧圧力及び加圧開始時期を、表 1に示す条件に変え、歯車を 1 又は 2個取りにした以外は比較例 1と同様に行い、歯車の精度を評価した。結果を表 1に示す。

[0025] (実施例 3)

ポリアセタール樹脂として、前記ジユラコン™M270-44を使用した他は実施例 1と同様に行った。結果を表 1に示す。

[0026] [表 1]

ο

o

o ο m

較例較例施例例実施実例実施比比 32121

σ>

O 加力圧圧

o

I

o ゲトシルーー

o

加時間圧 σ>

時加始期開圧

径差最大半

歯状差誤形形

o o 歯差状誤形形

o>

CM oa

o

CO

o

I CM O CO

σ> o

c

o

I σ> σ

0- E E E

CL H

薪

m 低加圧圧力で成形すると、加圧開始時期が、保圧終了後であって、充填開始基準で 18秒後から 20秒後の間であると、歯筋精度を中心とする寸法精度を従来の条件より向上させることが可能となった。比較例では、加圧圧力 120MPaでは加圧開始時期 20秒でやや良くなつたが、加圧開始時期は非常に狭い範囲であり、成形しにくいまた従来の 4分の 1程度の加圧圧力で寸法精度を満足することから、一般的にェジェクトピン加圧を装備して、る標準成形機にぉ、ても実現可能レベルである。同時に低圧加圧であるために、多数個取りにも有効である。

図面の簡単な説明

[0028] [図 1]本発明の榭脂成形歯車の一例の縦断面図である。

[図 2]図 1に示す榭脂成形歯車を成形する金型の断面図である。

符号の説明

[0029] 10 榭脂成形歯車

11 リム

12 中心軸

13 困

15 ウェブ

15 'リング状部分

16 ボス類

31 歯車入れ子

32 ラジアルころがり軸受け

33 スラストころがり軸受け

35 ゲート

37 ェジェタトピン

D 歯先円直径

b 歯幅

S ピッチ円歯厚

Sr リム厚

Su ウェブ厚

Claims

請求の範囲

[1] 円筒状に形成されたリム（11)、リム（11)の外周面に円筒の中心軸（12)力外方向に形成された歯（13)、リム（11)の内周面に接合し中心軸（12)の方向に平円板状に延在するウェブ（15)、及びウェブ（ 15)に接合し中心軸（ 12)の心部に形成されたボス類（16)からなる榭脂成形歯車 (10)を榭脂により一体的に射出成形する方法において、ウェブ（15)を、加圧圧力 Pが 5〜45MPaで、充填開始基準で、充填開始力ゲートシール終了までの時間 T4の 300〜400%の加圧開始時期 T1に、加圧を開始し、加圧時間 Tとして上記時間 T4の 120〜150%の時間、上記加圧圧力範囲内に保持することを特徴とする榭脂成形歯車の成形方法。

[2] ピッチ円歯厚（S)に対するリム厚（Sr)の比率が 1. 6倍以上であり、且つピッチ円歯厚（S)に対するウェブ厚 (Su)の比率が 2. 0倍以上である請求項 1に記載の榭脂成形歯車の成形方法。

[3] 金型温度が榭脂のガラス転移点以上、融点未満の温度で、加圧圧力 Pが 5MPa以上、 30MPa未満であることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の榭脂成形歯車の成形方法。

[4] 金型温度が榭脂の (ガラス転移点 + 50°C)以上、（融点― 20°C)以下であることを特徴とする請求項 3に記載の榭脂成形歯車の成形方法。

[5] ウェブ（15)を、榭脂成形歯車を金型力も取り出すために使用するェジクトピン（3

7)で加圧することを特徴とする請求項 1〜4の!ヽずれか 1項に記載の榭脂成形歯車の成形方法。

[6] 榭脂成形歯車を一度に 2個以上成形可能であることを特徴とする請求項 1〜5のいずれか 1項に記載の榭脂成形歯車の成形方法。

[7] 榭脂充填後に、ゲート部を機械的に封鎖することを特徴とする請求項 1〜6のいずれか 1項に記載の榭脂成形歯車の成形方法。

[8] 榭脂の溶融粘度 (ISO 1133によるメルトインデックスに相当する。測定温度は榭脂毎に異なる。）が 35〜45(gZl0min)で、半結晶化時間 t^heが 80〜120秒である請求項 1〜7のいずれか 1項に記載の榭脂成形歯車の成形方法。

[9] 榭脂が、成形時の収縮率 1. 0%〜3. 0%の熱可塑性榭脂である請求項 1〜8のいずれか 1項に記載の榭脂成形歯車の成形方法。

[10] 榭脂がポリアセタール榭脂である請求項 1〜9のいずれか 1項に記載の榭脂成形歯車の成形方法。

[11] 請求項 1〜10のいずれか 1項に記載の成形方法により得られる榭脂成形歯車。

[12] はすば歯車又は平歯車であることを特徴とする請求項 11に記載の榭脂成形歯車。