JP4274464B2 - 局部加圧構造を有する射出成形金型及び射出成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形品の軸孔に対して横方向の面を加圧するために、環状スリーブ駒及び該環状スリーブ駒を押すために設けられた複数の棒状加圧伝達ピンが設けられた射出成形金型、及び該金型を使用した射出成形品の成形方法に関する。該金型を用いれば、軸孔のぶれが少ない射出成形品が得られる。

従来、精度の高い樹脂射出成形品、例えば樹脂製歯車を得ようとする場合、図１に示すように、歯車10'の側面（ウェブ）15'を局部加圧するために複数の棒状の局部加圧ピン26（図１（ｃ）では４本）が設けられ、局部加圧ピン26の先端部のみで部分的に加圧されていた。このため、局部加圧ピン26で押された部分は加圧され、側面15'の他の部分には歪みが生じるという問題があった。

特開２００２−２３５８３５公報には、歯車10'のウェブ15'上のリング状部分を、均一に加圧する方法が開示されている。（特許文献１参照）。
この技術では、ウェブ15'上の一部又は円周方向に加圧できる局部加圧ピン36が使用され、センターピン12の設置位置は、局部加圧ピン36の設置位置よりも成形品歯車10'に近い位置に記載されている。
従って、ウェブ15'上の一部を点状に加圧する場合には、図１に示す場合と同様の問題があり、あるいは、リング状部分15'を、均一に加圧するリング状の局部加圧ピン36が使用される場合には、センターピン12の固定が不十分になり、センターがぶれて、歯車のセンター軸孔10aの精度不良を生じやすいという問題がある。

また、図２に示すように、円筒状の局部加圧スリーブ46を用いて、円筒の先端面46aで、ウェブ15'をリング状に加圧する技術がある。
しかし、この技術では、センターピン12が固定されている部分12bと歯車10'までの距離が長くなり、また、金型円と筒状の局部加圧スリーブ46との間や局部加圧スリーブ46とセンターピン12との間に間隙が必要であるので、長いセンターピン12のセンターがぶれて、歯車の軸孔10aの精度不良を生じやすいという問題がある。

特開２００２−２３５８３５公報（請求項８および９、段落番号［０００９］）

本発明の目的は、射出成形用局部加圧金型において、センターピンの位置精度を向上させ、高精度の射出成形品を得ることである。

本発明者は、鋭意検討した結果、センターピン12に対して横方向に形成される面15をセンターピン12と同心的に環状に加圧する環状スリーブ駒４と該環状スリーブ駒４を複数の点で分散的に押すための複数の棒状の加圧伝達ピン５からなる局部加圧ピン１を使用することにより、上記問題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、柱状の軸孔10a及び軸孔10aに対して横方向の面15を有する成形品10を得るための射出成形金型において、前記軸孔10aを形成するための柱状のセンターピン12、及び、前記面15を加圧するための、前記センターピン12と同心的に環状に設けられた環状スリーブ駒４と該環状スリーブ駒４を押すために設けられた複数の棒状の加圧伝達ピン５からなる局部加圧ピン１を有する射出成形金型であって、前記環状スリーブ駒４と加圧伝達ピン５が、累合又は一体成形されていることを特徴とする射出成形金型、及び該射出成形金型を使用することを特徴とする射出成形方法である。
前記センターピン12の固定部12bは、棒状加圧伝達ピン５の固定部5bよりも成形品10に近い位置に設けられることが好ましく、前記加圧伝達ピン５は、センターピン12の固定部12bを貫通して設けられることが好ましい。
更に、前記局部加圧ピン１は、成形品10の突き出しにも使用することができる。
また、本発明の射出成形金型は、成形品10が樹脂成形歯車である場合に特に好適である。

本発明によれば、射出成形用局部加圧金型におけるセンターピンの位置精度が向上し、高精度の射出成形品を得ることが可能となる。

本発明に係る射出成形品10は、柱状の軸孔10aを及び軸孔10aに対して横方向の面15を有し、好ましくは筒形の成形品、さらに好ましくは歯車のような円筒形の成形品である。
軸孔10aに対して横方向の面15とは、軸孔10aに対して直角であっても、傾斜をもっていてもよく、面15は平面であっても、曲面であってもよく、面15上にはリブ、ボス、溝、孔、その他シボなどの模様や文字、記号等が設けられていてもよい。

以下、図面を用いて本発明を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図４は、本発明の局部加圧ピン１が設けられた金型の一例の縦断面図である。金型には、軸孔10aを形成するためのセンターピン12及び面15を加圧するための局部加圧ピン１が設けられる。
本発明に係る局部加圧ピン１は、面15を均一に加圧するための環状スリーブ駒４と、該環状スリーブ駒４を複数の点で分散的に均一に押すための複数の棒状の加圧伝達ピン５からなる。
局部加圧ピン１は、成形品の金型キャビティからの突き出しにも使用できる。従って、加圧伝達ピン５は、環状スリーブ駒４に対して累合するようにしてあるか、あるいは、環状スリーブ駒４と複数の加圧伝達ピン５は一体的に製作されていることが必要である。また、加圧伝達ピン５の端部5bは、センターピン12の固定端12bを貫通した後、基部に固定されるようにしてもよい。

図３は、本発明の局部加圧ピン１が設けられた金型の一例の縦断面図である。図３に示すように、棒状の加圧伝達ピン５の端部5bは、センターピン12の固定端12bを貫通する代りに、センターピン12が固定された雌金型20aを貫通した後、基部に固定されるようにしてもよい。

本発明では、センターピン12の固定部12bは、棒状加圧伝達ピン５の固定部5bよりも成形品10に近い位置に設けられることが好ましい。このようにすることによって、センターピン12の設定時及び樹脂充填時のぶれが抑えられ、軸孔の成形精度が向上する。

射出成形品10の軸孔10aは、有底穴でも貫通孔でもよく、孔（本発明では穴も含め孔と総称する。）の形状は円形、楕円形、正四角形などの多角形などでもよい。
軸孔10aの長さは、好ましくは、筒形の辺もしくは円筒形の直径を１とした場合に対して０．２〜２．０倍である。

環状スリーブ駒４は、センターピン12と同軸で、筒状の射出成形品10の面15と、好ましくは相似形の環状であり、面15を加圧する側の環の面は、好ましくは平面である。環の面15を押す側の面と反対の面は、棒状加圧伝達ピン５により押されるために、単なる平面でもよいが、平面に、棒状加圧伝達ピン５の先端が収められる有底穴が設けられていてもよい。
面15を均一に加圧する環状の面積Ａとしては、特に制限はないが、好ましくは加圧伝達ピン５の一本が面15を押す面積Ｂのピンの数の合計の１〜５倍、即ちピンの数をｎとすると、Ａ＝（ｎ×Ｂ）の１ないし５倍、である。環状スリーブ駒４の環の高さは、好ましくは軸孔10aの長さを１とした場合に、その０．２〜２．０倍である。
なお、環状スリーブ駒４は二つ以上に分割されていてもよいが、好ましくは１個である。

加圧伝達ピン５の環状スリーブ駒４の面を均一に加圧するために、複数の棒状の加圧伝達ピン５が設けられ、その個数は、２個以上であれば特に限定するものではない。それらの配置は、正三角形、正四角形等の正多角形の頂点の配置とするのが好ましい。加圧伝達ピン５の断面の形状は丸であっても、四角であってもよく、形状を限定するものではない。局部加圧は、面15の全面であっても、一部であってもよいが、好ましくは周方向に均一に加圧される。図４（ｃ）は、４本の加圧伝達ピン５が正四角形の頂点に配置された場合である。
加圧伝達ピン５の先端には、環状スリーブ駒４に累合できるように、ネジが形成されていてもよい。
加圧伝達ピン５の直径は、環状スリーブ駒４の環の幅の２０〜１００％である。

以下、歯車を例に説明する。
樹脂成形歯車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エブ15'、及びウエブ15'に接合し中心軸心部に形成されたボス類16'からなる。ウエブ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い。ボス類16'はボスでも軸でもよい。

また、ウエブ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。平円板状のウエブ15'は、必要に応じて、平円板状部分に貫通孔や凹部やリブ等を１つまたは複数個設けてもかまわない。

本発明の成形方法は、通常の射出成形に局部加圧を加える方法でもよいし、金型キャビティ面と成形品の間の境界部に局部加圧を加える方法であってもよい。前者の方法としては、金型の一部又は全体を、気体や液体などの加圧流体やモーターなどの動力を用いて機械的に加圧する方法が挙げられ、後者の方法としては、金型のキャビティ面と成形品の境界面に、気体や液体などの加圧流体を直接圧入する方法などが挙げられる。
樹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、溶融樹脂がシリンダー側よりゲート35'を経て金型キャ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く、ボスの下面でもよいし、側面でもよいし、ウエブ上でもよい。又ゲートの個数も特に限定するものではなく、１個から５，６個でもよい。
局部加圧は、平円板状のウエブ15'の全面であっても、一部であってもよいが、好ましくは円周方向に均一に加圧される。
加圧する部分は、例えば、ウエブ15'上に、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”であってもよい。

ウエブ15'の加圧の開始から終了までは、樹脂充填開始から型開き開始までの時間Ｔ３の期間内に行われる。
加圧タイミングは特に制限はないが、射出と同時にウエブ15'を加圧した場合、加圧後の収縮変形が発生するので、リム11'とウエブ15'の交差する付近の内部樹脂が固化する直前が望ましい。
また、樹脂充填終了後、保圧が行われるが、射出保圧力とウエブ15'に対する加圧力については特に制限はないが、射出保圧力が該加圧力よりも低い場合は、加圧により溶融樹脂がゲート35'よりシリンダー側へバックフローすることがあるので、加圧タイミングはゲート部が固化後であることが望ましい。
樹脂充填後に、ゲート部を機械的に封鎖してもよい。
ウエブ15'の加圧終了時期は、型開き開始までであれば、特に制限はない。ウエブ15'の加圧の開始から終了までに要する時間は、成形品の寸法、樹脂の種類および温度、金型温度などにより、最適値が決められる。

本発明に係る樹脂成形歯車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、まがりばかさ歯車、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、駆動モータから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。

成形品10を成形するための材料は、樹脂や天然材料や無機物などが挙げられる。
樹脂の種類としては特に制限はなく、射出成形に使用可能であればよく、好ましくは熱可塑性樹脂が用いられる。熱可塑性樹脂は、結晶性樹脂、非結晶性樹脂、生分解性樹脂、非生分解性樹脂、合成樹脂、天然産製樹脂、汎用樹脂、エンジニアリング樹脂、ポリマーアロイ等、いずれの種類の樹脂でもよい。
汎用熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ−４−メチル−ペンテン−１、ポリ環状オレフィン等のポリオレフィン、ポリスチレン（ＰＳ）、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、（メタ）アクリル樹脂、セルロース系樹脂、エラストマー等が挙げられる。
熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ゴム、不飽和ポリエステル、ユリア・メラミン樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。
エンジニアリング樹脂としては、ナイロン６、同６，６、同１２、同６，１２のような各種脂肪族ポリアミドまたは芳香族ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、のような芳香族ポリエステル樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＯ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）のようなポリアリーレンスルフィド（ＰＡＳ）、ポリスルフォン（ＰＳu）、ポリイミド（ＰＩ）、液晶ポリエステルや液晶ポリアミドなどの液晶ポリマー（ＬＣＰ）、弗素樹脂等が挙げられる。
その他、脂肪族ジカルボン酸、脂肪族ジオール、脂肪族ヒドロキシカルボン酸もしくはその環状化合物からの脂肪族ポリエステル、さらにはこれらがジイソシアネートなどにより分子量が増加した脂肪族ポリエステル等の生分解性樹脂などであってもよい。

歯車を成形する場合には、例えば、ポリアセタール樹脂（ポリオキシメチレン樹脂（ＰＯＭ））、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）もしくはポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）が、特に好ましく使用できる。さらに、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミド樹脂なども好適に使用できる。
これらの樹脂は、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樹脂組成物であってもよい。

上記ポリアセタール樹脂は、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、主鎖の安定化のためにエチレンオキサイド、ジオ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、あるいはブロツ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樹脂は、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、グ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ェノールＡ等の芳香族ヒドロキシ化合物等を用いて変性させて得られる共重合体であってもかまわない。

樹脂以外の成形原料としての天然材料としては、木材粉、でん粉、汚泥粉などが挙げられる。
成形原料としての無機物としては、焼結製鋼部品用の鉄粉やアルミ粉、電極用の炭素粉、その他ガラス粉などが挙げられる。

本発明により得られる射出成形品の軸孔のぶれは、成形品直径の、特に、歯車の場合には歯先円直径の、０〜０．０２％であり、従来のものでは０．１〜０．８％と大きい。

（実施例）
[実施例１]
樹脂成形歯車の１例としてはすば歯車を成形した。はすば歯車は、円筒状に形成されたリム11'の外周面に軸孔10aに対して外方にかつ斜めに形成された歯13'を有しており、リム11'の内周面に接合して平円板状にウエブ15'が延在し、該ウエブは円筒状のボス16'の外周面に接合している（以上、図示無し）。
樹脂として、ポリプラスチックス（株）製のジュラコンＭ２７０Ｓ（無充填）を用いた。該樹脂の成形時の収縮率は１．８％である。
はすば歯車の設計寸法は、軸孔径６．０ｍｍ、軸孔長さ１５．０ｍｍ、歯外径Ｄが３０ｍｍ、歯幅ｂが１５ｍｍであり、ねじれ角が２０度で、モジュールが１．０である。すなわちピッチ円歯厚Ｓが１．５７ｍｍで、リム厚Ｓｒが２．５ｍｍで、ウエブ厚Ｓｕが３．０ｍｍで、ボス16'の厚みが２．０ｍｍである。
この寸法による歯車は、従来の要求である十分な強度や剛性は勿論、最近の要求である初期精度、低騒音性能、高速性能をも有するものでもある。

上記設計寸法に基づき、通常の方法により歯車入れ子を作製し、図３に示す局部加圧ピン１が組み込まれたはすば歯車用の金型20に組み込んだ。
センターピン：長さ５０．０ｍｍ、外径６．０ｍｍ
環状スリーブ駒：外径２０．０ｍｍ、内径１０．０ｍｍ、高さ２０．０ｍｍ
加圧伝達ピン：長さ１５０．０ｍｍ、外径４．０ｍｍを４本
金型20には、歯車入れ子の回転抵抗を減らすために、入れ子の内外にラジアルころがり軸受け、また型締め方向にスラストころがり軸受けを組み込んである。
樹脂は歯車のボスの上面に周方向に均等間隔に設けられた３個のピンゲート３５から金型20のキャビティ内に圧入される。
ウエブ15'の加圧に、局部加圧ピン１が、射出開始から冷却工程間に任意のタイミングで前進する。

射出成形機にファナック製α１００ｉＡを用いた。射出条件は、シリンダー温度：１９０℃、金型温度：６０℃、射出速度：２０ｍｍ／ｓ、保圧力：１００ＭＰａ、射出保圧時間：２０ｓ、冷却時間：１０ｓである。また、局部加圧条件は、加圧面積２．３ｃｍ²、加圧荷重２．１ｔｏｎであり、この時の加圧力は約９０ＭＰａである。
射出開始から１９ｓ後（すなわち、成形品内部が固化する直前）に、加圧を１ｓ行った後、歯車を金型より取り出した。歯車の各部の精度は、軸精度はテーラーホブソン社製真円度測定器タリロンド300にて測定し、他ははすば歯車のＪＩＳ Ｂ１７０２（１９７６）精度測定条件に準じて測定した。
射出成形品の軸孔のぶれは、５μｍであった。

[比較例１]
図１に示す局部加圧ピンとセンターピンを備えた金型を使用した他は、実施例１と同様に行った。
センターピン：長さ５０．０ｍｍ、外径６．０ｍｍ
局部加圧ピン：長さ１７０．０ｍｍ、外径４．０ｍｍを４本

[比較例２]
図２に示す局部加圧ピンとセンターピンを備えた金型を使用した他は、実施例１と同様に行った。
センターピン：長さ３００．０ｍｍ、外径６．０ｍｍ
スリーブ：外径２０．０ｍｍ、内径１０．０ｍｍ、長さ２６０．０ｍｍ
間隙：外側０．０．００５ｍｍ、内側０．００５ｍｍ
結果を実施例１と共に、表１に纏めて示す。

（ａ）従来の局部加圧ピンを備えた金型の縦断面図である。 （ｂ）上記（ａ）において、成形品が突き出された状態を示す金型の縦断面図である。 （ｃ）上記（ａ）のA-A断面図である。 従来の円筒状の局部加圧スリーブを備えた金型の縦断面図である。 本発明に係る局部加圧ピンを備えた金型の一例の縦断面図である。 （ａ）本発明に係る局部加圧ピンを備えた金型の他の一例の縦断面図である。 （ｂ）上記（ａ）において、成形品が突き出された状態を示す金型の縦断面図である。 （ｃ）上記（ａ）のB-B断面図である。

符号の説明

１ 局部加圧ピン
４ 環状スリーブ駒
５ (棒状の)加圧伝達ピン
5b (加圧伝達ピン５の)固定部
10 射出成形品
10' 歯車
10a 軸孔
12 センターピン
12b (センターピン12の)固定部
15 (軸孔対して横方向の)面
15' ウェブ
20 金型
20a 雌金型
20b 雄金型
26 棒状の局部加圧ピン
35 ゲート
46 (円筒状の)局部加圧スリーブ
46a (局部加圧スリーブ46の)端面
46b (局部加圧スリーブ46の)固定部

Claims (6)

1. 柱状の軸孔10a及び軸孔10aに対して横方向の面15を有する成形品10を得るための射出成形金型において、
   前記軸孔10aを形成するための柱状のセンターピン12、及び
   前記面15を加圧するための、前記センターピン12と同心的に環状に設けられた環状スリーブ駒４と該環状スリーブ駒４を押すために設けられた複数の棒状の加圧伝達ピン５からなる局部加圧ピン１を有する射出成形金型であって、前記環状スリーブ駒４と加圧伝達ピン５が、累合又は一体成形されていることを特徴とする射出成形金型。
2. センターピン12の固定部12bが、棒状加圧伝達ピン５の固定部5bよりも成形品10に近い位置に設けられた、請求項１に記載された射出成形金型。
3. 加圧伝達ピン５がセンターピン12の固定部12bを貫通して設けられた、請求項２に記載された射出成形金型。
4. 局部加圧ピン１が成形品10の突き出しにも使用される、請求項１〜３のいずれかに記載された射出成形金型。
5. 成形品10が樹脂成形歯車である、請求項１〜４のいずれかに記載された射出成形金型。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載された射出成形金型を使用することを特徴とする射出成形方法。