JP2714338B2 - 熱可塑性樹脂製歯車のガスアシスト成形法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガスアシスト成形法によ
る歯車の製造法に関するものであり、さらに詳しくは寸
法精度に優れる熱可塑性樹脂製の歯車を得るためのガス
アシスト成形法に関する。

【０００２】

【従来の技術】歯車は自動車、一般機械、精密機械、電
気・電子等の各分野に機構部品として幅広く用いられて
いる。そして、成形性が良く、軽量で、しかも錆びない
という理由から熱可塑性樹脂による歯車も近年ますます
その利用が拡大している。さらには、最近の各分野のハ
イテク化にともない同部品に対する寸法精度の要求も高
度化してきており、これに応えることが技術的な課題と
なっている。

【０００３】しかし、熱可塑性樹脂は射出成形を行うと
き、金型内で溶融状態から固化する際に大きく収縮して
しまうため、金型の寸法通りに成形品が得られず、精度
良く製品を得ることは非常に難しい。このため、従来、
成形条件、樹脂特性、金型デザイン等から様々な改良が
行われて来ている。例えば、金型デザインにおいては成
形収縮を見込んだ設計が行われており、主に以下の３つ
の方法を用いて金型の設計が行われている。

【０００４】（１）キャビティーモジュールは製品と同
一にし、圧力角及び転位係数で成形収縮を見込む。 （２）キャビティー圧力角は製品と同一にし、モジュー
ルで成形収縮を見込む。 （３）モジュールと圧力角の両方で成形収縮を見込む。

【０００５】このような金型設計により、ある程度の精
度が得られるようになった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
（１）、（２）及び（３）の方法はいずれも収縮による
インボリュート歯形そのもののずれ、歯スジ方向の収縮
は考慮しておらず、より高度な寸法精度が必要な場合
は、金型を試行錯誤によって修正していくことが必要で
あった。このため、開発、製造までに多くの労力と時間
を必要とするので、短期間に精度良い歯車を得ることは
非常に困難であった。

【０００７】以上のように、通常の射出成形法では熱可
塑性樹脂が固化するときの収縮が大きいために歯車の誤
差が大きくなるという問題点があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明者等が鋭意研究を重ねた結果、歯の付け根部分
からガス体を導入し、歯の付け根部分に中空構造を形成
するガスアシスト成形法が上記の問題点を解決すること
を見出し本発明に到達した。つまり、ガスアシスト成形
法を用いて歯の付け根部分にガス体を導入することによ
り、歯部の収縮による形状誤差を抑え、精度の優れた歯
車が得られることを見いだした。

【０００９】すなわち、本発明は、歯の付け根部分
（３）を有する熱可塑性樹脂製歯車のガスアシスト成形
法において、該歯の付け根部分（３）からガス体を導入
し、該歯の付け根部分（３）の全周もしくは一部に中空
部（６）を形成することを特徴とする熱可塑性樹脂製歯
車のガスアシスト成形法である。以下、本発明を説明す
る。本発明でいうガスアシスト成形法とは、射出成形に
おいて熱可塑性樹脂を金型キャビティー中に射出後、ガ
ス体を樹脂中に注入することにより中空成形品を得る成
形法である。

【００１０】本発明のガスアシスト成形法は、通常の射
出成形機とガス注入装置の組み合わせによって行われ
る。ガス注入装置は、樹脂の射出後に配管を通して樹脂
中にガス体を注入し、設定時間このガス圧を保持する装
置である。これには注入するガス体を予め高圧に圧縮
し、アキュームレーターに蓄え、ガス注入時に配管を通
して高圧ガスを導入する方式や一定量のガス体をポンプ
により連続で送り込み、加圧していく方式等が考えられ
るが、射出後の樹脂中にガス体を歯の付け根部分から送
り込めれば如何なる方式も可能である。このとき、ガス
体の注入口はシリンダーのノズル、金型のスプルー、ラ
ンナー、製品部に直接等の方法が考えられるが、高圧の
ガス体を歯の付け根部分から樹脂中に注入できればいず
れの方法でも実施可能である。

【００１１】本発明に用いられる熱可塑性樹脂としては
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＢＳ
樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリアセタール、
ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリ
エチレンテレフテレート、ポリブチレンテレフタレー
ト、ポリフェニレンスルフィド、ポリイミド、ポリアミ
ドイミド、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリ
サルフォン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエー
テルケトン、液晶ポリマー、ポリテトラフルオロエチレ
ン、熱可塑性エラストマー等が挙げられるが、通常の射
出成形が可能であれば、いかなる熱可塑性樹脂も用いる
ことができる。特に、ポリアセタール樹脂（以下ＰＯＭ
と略す）、及びポリアミド樹脂（以下ＰＡと略す）は耐
熱性が高く、機械的物性にも優れ、さらには摺動特性に
も優れるため歯車用の樹脂として多く用いられており、
本発明においても好適に用いられる。

【００１２】本発明では歯の付け根部分に中空部がある
ので、耐熱性、機械的強度等をアップする目的で、必要
に応じて無機及び、または有機の充填材を熱可塑性樹脂
に配合することが出来る。好適な充填材としては、ガラ
ス繊維、炭素繊維、金属繊維、アラミド繊維、チタン酸
カリウム、アスベスト、炭化ケイ素、セラミック、窒化
ケイ素、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、カオリン、ク
レー、パイロフィライト、ベントナイト、セリサイト、
ゼオライト、マイカ、雲母、ネフェリンシナイト、タル
ク、アタルパルジャイト、ウオラストナイト、ＰＭＦ、
フェライト、ケイ酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸
マグネシウム、ドロマイト、酸化亜鉛、酸化チタン、酸
化マグネシウム、酸化鉄、二硫化モリブデン、黒鉛、石
こう、ガラスビーズ、ガラスパウダー、ガラスバルー
ン、石英、石英ガラスなどの強化充填材を挙げることが
出来き、これらは中空であってもよい。また、これらの
強化充填材は２種以上を併用することが可能であり、必
要によりシラン系、チタン系などのカップリング剤で予
備処理して使用する事ができる。

【００１３】本発明で用いるガス体としては窒素やヘリ
ウム、ネオン、アルゴンなどの不活性ガスが挙げられる
が、樹脂に対して不活性であればいかなるガス体も用い
ることができる。また、これらのガス体を用いるときは
通常不純物が含まれるが、あまり不純物成分が多いと成
形時に樹脂の分解やヤケを生じる場合があるので好まし
くない。経済性を考慮すると工業的には窒素ガスがより
好適に使用される。

【００１４】本発明における歯の付け根部分３とは、通
常の熱可塑性樹脂製の歯車において施されるウエッブ部
４（肉抜き部）と歯底円２との間にある歯幅と同じ厚み
の部分を言う（図１〜２を参照）。そして、本発明では
この歯の付け根部分３の全周もしくは一部にガスを導き
中空部６を設け、樹脂の収縮を抑える。ガスアシスト成
形法では樹脂中にガス体が供給され樹脂の収縮を補い、
さらに樹脂を効果的に金型に密着させることが可能であ
るため寸法精度が良好になると予想される。通常の射出
成形法でも樹脂の収縮を保圧をかけることにより補うこ
とができるが、ゲートシール後はゲート部で樹脂が固化
しているので圧力が伝わらなくなる。しかし、ガスアシ
スト成形法ではゲートシール後もガス体によってキャビ
ティー内部に圧力がかかるため、良好な結果が得られる
と考えられる。また、単に任意の部分にガスを導入する
だけでは歯の誤差を少なくすることは困難である。

【００１５】本発明では歯の付け根部分３から歯の付け
根部分３といった歯５に近い部分にガス体を通すことに
より、効果的に歯５を含む歯部の収縮を抑えることがで
きたと考えられる。このため、中空部６を歯の付け根部
分３内に、可能な限り全周に近い範囲に設けることが好
ましい。本発明は収縮の影響の大きい、広幅の歯車、モ
ジュール２以上といった大モジュールの歯車に特に有効
である。

【００１６】本発明による歯車は寸法精度が良好であ
り、機構部品として自動車、一般機械、精密機械、電気
・電子等の各分野に有用である。

【００１７】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を更に詳細に説
明するが、これは本発明を限定するものではない。

【００１８】

【実施例１〜２】モジュール１、歯数６０枚、歯先円直
径６２ｍｍ、歯幅６ｍｍ、標準圧力角２０゜、ウエッブ
厚み１．５ｍｍのインボリュート歯車（平歯）の金型を
用いた。この金型による製品態様の断面図を図２の
（Ａ）、（Ｂ）に示した。ゲートは１点で、歯の付け根
部分に設けた。

【００１９】また、熱可塑性樹脂としてはポリアセター
ル樹脂、ポリアミド樹脂を用いて、金型温度はいずれも
８０℃、シリンダーの設定温度は、それぞれ２００℃、
２９０℃でガスアシスト成形を行った。さらに、樹脂の
計量値はショートショットとなる値を用いた。ガスアシ
スト成形法ではフルショットの計量値を用い樹脂の収縮
分のみガスを導入する方法も可能である。しかし、樹脂
製歯車は比較的小型の成形品であるため、全体の収縮体
積が小さく、フルショットの計量値を用いると注入した
ガス体がゲートを通過しない場合がある。このため今回
はショートショットの計量値を用いた。

【００２０】樹脂中に注入するガス体には窒素ガスを用
い、ガス注入口はシリンダーのノズル部に設けた。この
ときシリンダーへのガスの侵入（金型と反対方向への侵
入）を防止する目的でガス注入口のスクリュー側（ホッ
パー側）にシャットオフ弁を設けた。ガス注入装置に窒
素ガスを導入し、１００ｋｇ／ｃｍ² に昇圧してアキュ
ームレーターに蓄え、樹脂射出後に配管を通して樹脂中
に注入した。ガス体は、ノズルからスプルー、ランナー
を通って歯車のキャビティー中に導入された。このとき
の条件はガス圧入遅延時間（樹脂の射出後ガスを注入す
るまでの時間）を０．５秒、ガス圧入時間（ガス注入を
行う時間）を４０秒、圧力保持時間（ガス注入を止めガ
ス系を閉じた状態に保持する時間とガス圧入時間とを加
えた時間）を５０秒とした。型開きは圧力保持時間終了
から１０秒後に行い、成形品を取り出した。

【００２１】上記方法により何れも中空構造をもつ成形
品が得られた。中空部の態様の１つを図１の（Ａ）、
（Ｂ）に示した。得られた歯車の精度測定にはＪＩＳ歯
車精度規格（ＪＩＳ Ｂ １７０２）の歯形誤差、歯す
じ方向誤差を用いた。いずれの誤差も理想的なインボリ
ュート歯車からの寸法のずれであり、誤差の値が小さい
ほど正確に作動する歯車と言える。得られた結果を表１
に示した。

【００２２】

【比較例１〜２】実施例１〜２の金型を用い、ガス体の
注入は行わず、樹脂射出、樹脂保圧、冷却といった通常
の射出成形を行った。シリンダー設定温度、金型温度等
は実施例１〜２と同じで、保圧は５００ｋｇ／ｃｍ² 、
保圧時間は１５秒、冷却時間は５０秒とした。

【００２３】得られた結果を表１に示した。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【発明の効果】表１に示すように本発明による歯車は樹
脂の収縮が抑えられ、より金型に近い形状を持つので、
インボリュート歯車として誤差が少ないことが分かる。
このように、本発明の歯車は誤差の少ない良好な寸法精
度をもつので、機構部品として正確に動き、産業上非常
に有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）は実施例１〜２によって得られたガ
スアシスト成形された歯車の断面図の一つで、歯形を一
部省略した図である。 図１（Ｂ）は実施例１〜２によって得られたガスアシス
ト成形された歯車の歯幅方向の断面図の一つである。

【図２】図２（Ａ）は実施例で用いられた金型により得
られた歯車の断面図で、歯形を一部省略した図である。
図２（Ｂ）は実施例で用いられた金型により得られた歯
車の歯幅方向の断面図の一つである。

【符号の説明】

１ 歯先円 ２ 歯底円 ３ 歯の付け根部分 ４ ウエッブ部 ５ 歯 ６ 中空部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 歯の付け根部分（３）を有する熱可塑性
   樹脂製歯車のガスアシスト成形法において、該歯の付け
   根部分（３）からガス体を導入し、該歯の付け根部分
   （３）の全周もしくは一部に中空部（６）を形成するこ
   とを特徴とする熱可塑性樹脂製歯車のガスアシスト成形
   法。