JP2008149502A - 射出成形回転体 - Google Patents

Abstract

【課題】繊維強化樹脂中の強化繊維の不均一配向に起因する寸法精度の不良を回避し、より真円度を高くできるとともに、得ようとする射出成形回転体の形状に制約がなく、形状を自由に選択できる射出成形回転体を提供することを目的としている。
【解決手段】繊維強化樹脂組成物を複数のゲートからキャビティ内に射出することによって成形される射出成形回転体において、各ゲートが射出成形回転体の回転軸を中心とする１つの円のほぼ円周上にほぼ等間隔で設けられ、ゲート数が７以上の多点ゲートを用いて成形されることを特徴としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、たとえば、自動車用部品等の動力伝達機構や各種産業機器等において使用されるギヤやプーリー等の射出成形回転体に関する。

金属製に比べ、軽量で生産性に優れていることから、従来からいろいろな分野で、樹脂製のギヤやプーリー等の射出成形回転体が用いられている。
このような射出成形回転体の成形方法としては、多点のピンゲート方式による成形方法が一般的である。

すなわち、特に、図３〜図５に示すギヤ１００のように、中心部に軸孔１１０などの開口がある射出成形回転体の場合は、中心部に１点ゲートを設定できないため、図３〜図５に示すような多点（図では６点）のピンゲート２００が用いられ、図４に示すように、各ピンゲート２００から溶融樹脂を放射状に広がるように金型のキャビティ内に注入して成形するようになっている。また、ピンゲート２００は、ギヤ１００の回転軸Oを中心とする１つの円上に等間隔で通常４点（特許文献１参照）または６点（特許文献２参照）の偶数点設けられている。

一方、射出成形回転体の成形に用いられる樹脂組成物としては、車両用等のギヤやプーリー等のように、強度や耐熱性が要求される射出成形回転体を得る場合、ガラス繊維強化樹脂組成物やカーボン繊維強化樹脂組成物が用いられている。
しかし、繊維強化樹脂組成物を用いた場合、得られる射出成形回転体は、繊維配向の不均一性による収縮率の差が生じ、成形後の真円度が損なわれるという問題（課題）が生じている。

すなわち、たとえば、上記のギヤ１００のように、ピンゲート２００が６点である射出成形金型を用いた場合で説明すると、図４に示すように、隣り合うピンゲート２００間において射出された材料が合流し、ウェルドＵ１、・・・、Ｕ６が放射状に発生する。そして、ウェルドＵ１とウェルドＵ４、ウェルドＵ２とウェルドＵ５、ウェルドＵ３とウェルドＵ６がそれぞれギヤ１００の回転軸Oを挟んで対称に形成される。
また、このウェルドＵ１、・・・、Ｕ６部分では、ガラス繊維やカーボン繊維等の強化繊維が図４でギヤ１００内に矢印で示すように中心から外周方向へ向かって配向するため、冷却時にほとんど半径方向へは収縮しない。

これに対し、ウェルドＵ１、Ｕ２、・・・、Ｕ６部分以外の正常域である各ウェルドＵ１（Ｕ２、・・・、Ｕ６）から３０°（π／１２）角度がずれた位置に形成されるフローフロントＦＦ１、ＦＦ２、・・・、ＦＦ６部分では繊維強化樹脂組成物の流れ３００が射出成形回転体の円周方向に向き、強化繊維が半径方向に直交する方向に配向するため、冷却時この部分は半径方向へ大きな収縮を生じ、半径方向の寸法がウェルドＵ１、・・・、Ｕ６部分よりそれぞれΔＦＦ分だけやや小さくなる。ここで、冷却収縮後のウェルドＵ１（Ｕ２、・・・、Ｕ６）部半径をＲ，フローフロントＦＦ１（ＦＦ２、・・・、ＦＦ６）部半径をＲ´とすると、ΔＦＦ＝Ｒ−Ｒ´である。
したがって、成形された１つのギヤ１００の中にウェルド支配モード（Ｕ部）とフローフロント支配モード（ＦＦ部）の２つのモード（図５参照）を持ち、外径（直径）寸法に関して均一性（真円度の精度）が低下する。
なお、図３中、１２０は歯部である。

詳しく説明すると、図５に示すように、Ｕ１、・・・、Ｕ６部分のギヤ１００の回転軸Ｏから各ウェルドＵ１（Ｕ２、・・・、Ｕ６）の最外端までの冷却収縮後の距離（半径）をＲとすると、ウェルドＵ１とウェルドＵ４とを通る直径部分の寸法Ａは２Rとなる。
一方、フローフロントＦＦ３と、フローフロントＦＦ６とを通る直径部分の冷却収縮後の寸法Ｂは、ギヤ１００の回転軸Ｏから各フローフロントＦＦ１（ＦＦ２、・・・、ＦＦ６）の最外端までの距離（半径）がＲ−ΔＦＦであるため、２（Ｒ−ΔＦＦ）となる。

以上のことより、
真円度(％)＝〔１−[実測直径の（ＭＡＸ値−ＭＩＮ値）／目標直径]〕×１００と定義すると、偶数ゲート点数での真円度はＭＡＸ値である寸法ＡとＭＩＮ値である寸法Ｂの差に依存し、次式で求められる。
真円度(％)＝〔１−[（寸法Ａ−寸法Ｂ）／目標直径]〕×１００
＝〔１−[（２Ｒ−２（Ｒ−ΔＦＦ））／目標直径]〕×１００
＝〔（１−２ΔＦＦ）／目標直径〕×１００

そこで、このような問題を解決するために、肉厚円筒部と、その同心円的外側に間隔をおいて歯列を形成してなる外縁鍔部を有し、前記円筒部と外縁鍔部とを連結する複数の放射状のリブが形成されているギヤにおいて、前記円筒部と外縁鍔部との中間位置に同心円的に樹脂量調整用流路を形成し、樹脂量調整用流路から、放射状リブを通じて肉厚円筒部及び外縁鍔部に円滑に樹脂を流入させることにより、ウェルドラインの発生を抑制し、樹脂の流れ不良を改善するようにしたギヤ（特許文献２参照）が提案されている。

特開２００４−１３２４１９号公報 特開２００３−０２８２７４号公報

しかしながら、上記の先に提案された方法では、樹脂量調整用流路を設けたりする必要があり、得ようとする射出成形回転体の形状に制約がある。

本発明は、上記事情に鑑みて、繊維強化樹脂中の強化繊維の不均一配向に起因する寸法精度の不良を回避し、より真円度を高くできるとともに、得ようとする射出成形回転体の形状に制約がなく、形状を自由に選択できる射出成形回転体を提供することを目的としている。

そこで、本発明の発明者らは、ゲートの位置を変えたり、ゲートの数を変更することによって、フローフロント部での収縮を抑えることができれば、樹脂量調整用流路を設けたりせずとも、より真円度の高いものが得られるのではないかと考え鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに到った。

すなわち、本発明にかかる射出成形回転体は、繊維強化樹脂組成物を複数のゲートからキャビティ内に射出することによって成形される射出成形回転体において、各ゲートが射出成形回転体の回転軸を中心とする１つの円のほぼ円周上にほぼ等間隔で設けられ、ゲート数が７以上の多点ゲートを用いて成形されることを特徴としている。
また、本発明において、ゲート数が奇数であることが好ましい。
なお、本発明において、ほぼ円周上とは、本発明の目的を阻害しない程度に各ゲートの回転軸から半径方向の距離が若干ずれている場合を含むことを意味し、ほぼ等間隔とは、本発明の目的を阻害しない程度に各ゲート間のピッチが若干異なる場合を含むことを意味している。

本発明において、射出成形回転体とは、回転軸を中心に回転させる用途に用いられる略円盤状や略円筒状の射出成形品を意味している。具体的に説明すると、たとえば、ギヤやプーリーが挙げられ、外径は特に限定されるものではないが、１００ｍｍφ以下、特に５０ｍｍφ〜７０ｍｍφのギヤに好適である。

本発明において、真円度(％)とは、ノギス等の測定機器を用いて射出成形回転体の最外周部の周方向の場所を換えて測定し、測定値の最大値と最小値との差を射出成形回転体の最外周部の目標直径で除してその商を、１から引いた残りの値に１００を乗じた値である。

なお、ギヤにおける直径の測定は、例えば、歯数が偶数のギヤの場合は、ギヤの回転軸を挟んで対称位置に設けられた歯の頂部間を、場所を換えて測定することによって求めることができる。一方、歯数が奇数の場合は、隣接する２つの歯の接線の２つの歯の中間点と、この中間点に対してギヤの回転軸を挟んで他方に設けられた歯の頂部との間を、場所を換えて測定することによって求めることができる。すなわち、歯数が奇数のギヤの場合、ノギスの一方の外側測定用ジョウを隣接する２つの歯に跨るように配置し、この前記隣接する２つの歯の中間点に対してギヤの回転軸を挟んで他方に設けられた歯の頂部に、他方の外側測定用ジョウを当てて測定することができる。

本発明の射出成形回転体を形成する繊維強化樹脂組成物に用いられる樹脂としては、特に限定されないが、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、変性ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）およびポリアミド系樹脂（ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン４６、ナイロン６１２、ナイロン６Ｔ、ナイロン６Ｉ、ナイロン９Ｔ、ナイロンＭＸＤ６等）等の熱可塑性樹脂が挙げられる。

強化繊維としては、特に限定されないが、たとえば、ガラス繊維、カーボン繊維等の無機繊維やアラミド繊維等の有機繊維が挙げられる。

本発明にかかる射出成形回転体は、繊維強化樹脂組成物を複数のゲートからキャビティ内に射出することによって成形される射出成形回転体において、各ゲートが射出成形回転体の回転軸を中心とする１つの円のほぼ円周上にほぼ等間隔で設けられ、ゲート数が７以上の多点ゲートを用いて成形されることで、繊維強化樹脂組成物中の強化繊維の不均一配向に起因する寸法精度の不良を回避し、より真円度を高くできる。しかも、樹脂量調整用流路などを設ける必要もなく、得ようとする射出成形回転体の形状に制約されることなく、形状を自由に選択できるようになる。

また、許容される範囲内でゲート点数を７以上の奇数点とすることで後述する偏差解消効果およびウェルド数増加による精度向上効果の、その両方の効果を持つ高精度の射出成形回転体を得ることができる。
本発明によれば、真円度９９.９％以上の射出成形回転体を確実に得ることができ、従来の繊維強化樹脂製ギヤにおける噛合精度を飛躍的に向上させることができる。

以下に、本発明を、その実施の形態をあらわす図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１および図２は、本発明にかかる射出成形回転体の１つであるギヤの１例をあらわしている。

図１に示すように、このギヤ１は、最外周部の目標直径が、好ましくは１００ミリメートル以下であって、７点のピンゲート２からキャビティ内に繊維強化樹脂組成物が注入されることによって得られ、中央に軸孔１１を備えている。図１中、１２は歯部である（歯列は省略）。
すなわち、７点のピンゲート２は、ギヤ１の回転軸Ｏを中心とする１つの円上に等間隔（２π／７ずつ角度がずれて）で設けられ、この７点のピンゲート２からキャビティ内に注入された繊維強化樹脂組成物は、図２に示すように、隣り合うピンゲート２の間でぶつかり合ってそれぞれウェルドＵ１（Ｕ２、・・・、Ｕ７）を形成するとともに、これらのウェルドＵ１、・・・、Ｕ７の周方向両側に２π／１４角度がずれた位置にそれぞれフローフロントＦＦ１、・・・、ＦＦ７が形成される。

このように、７点以上の多点ゲートとすることで、従来の４点ゲートや６点ゲートに比べ、１つのフローフロントＦＦ１（ＦＦ２、・・・、ＦＦ７）部分の幅が小さくなり、ウェルド数を増加させることでフローフロントＦＦ１、・・・、ＦＦ７部分の収縮する領域を抑制し、その結果、真円度精度をより向上させることができる。
特に、ゲート点数が奇数の場合には、偶数点にはない、以下のような効果を得ることができる。すなわち、ゲート点数が奇数であれば、図２に示すように、各ウェルドＵ１（Ｕ２、・・・、Ｕ７）のギヤ１の回転軸Ｏを挟んだ対称位置に必ずフローフロントＦＦ４（ＦＦ５、ＦＦ６、ＦＦ７、ＦＦ１、ＦＦ２、ＦＦ３）部分が形成される。

そして、図２に示すように、ウェルドＵ１とフローフロントＦＦ４とを通る直径部分の寸法Ｃは、ギヤ１の回転軸ＯからウェルドＵ１の最外端までの距離（半径）Ｒと、ギヤ１の回転軸ＯからフローフロントＦＦ４の最外端までの距離（半径）Ｒ−△ＦＦとの合計である２Ｒ−△ＦＦとなる。
同様に、寸法Ｄは、フローフロントＦＦ７の最外端とウェルドＵ４の最外端間の寸法であるから、この寸法も２Ｒ−△ＦＦとなる。

以上のことから、７点ゲートのようにゲート数が奇数である場合、各ウェルドＵ１（Ｕ２、・・・、Ｕ７）を通る部分の直径は、すべて２Ｒ−△ＦＦとなり、Ｃ寸法−Ｄ寸法＝（２Ｒ−△ＦＦ）−（２Ｒ−△ＦＦ）＝０である。これにより、回転体のどの部位についても均一化され、偶数点ゲートの場合に生じた収縮偏差は解消され、より真円度が増すという特徴がある。（偏差解消効果）

以下に、具体的な実施例を説明する。

（実施例１）
繊維強化樹脂組成物としての直径１０μｍ、長さ200〜300μｍのガラス繊維が重量比５０％含まれるナイロン６６（ＰＡ６６）樹脂組成物を用いて、射出成形により各部の寸法が以下のとおりである円盤（ギヤのように歯が形成されていない）を、ゲート点数を４〜９まで変化させてそれぞれ成形した。
板厚：３．５ｍｍ
外径：φ６０．０ｍｍ
中心部開口：φ１０ｍｍ
ゲート位置：得ようとするギヤの回転軸を中心とする半径１０ｍｍの円の円周上

なお、金型は、ゲート部分が入れ子仕様となっており、予め製作しておいたゲート点数を変えた複数の入れ子を交換することにより、ゲート点数を変えて成形できるようにしたものを用いた。
また、金型温度は、８０℃〜８３℃（コア型表面での実測値）であった。
次に、このようにして得られた６種類の樹脂円盤各３０個について、その外径(直径)をランダムにノギスにて３０箇所ずつ測定し、ゲート数毎に測定された全データの最大値と最小値との差および真円度を求め、その結果を以下の表１に示した。

上記表１に示されるように、繊維強化射出成形回転体では、６点ゲートから７点ゲートにかけて真円度が飛躍的に向上し、偏差解消効果が顕著に発現することがわかる。
一方、６点ゲートは５点ゲート以下の精度に落ちるが、８点ゲートは７点ゲートよりも精度が向上することから、偶数ゲートでも８点以上では精度が向上することがわかった。
以上のように、本発明は、ゲート点数を７点以上の奇数に設定することで、繊維配向の影響の少ない（真円度の高い）高精度樹脂回転体を製造することができる。上記のことから、許容される範囲内で、７点以上のゲート点数に、金型を設計しておけば高精度の射出成形回転体が得られる。特に、繊維配向の大きい場合には有効である。

本発明の射出成形回転体は、自動車駆動伝達系およびＯＡ部品の駆動伝達系等の高真円度が要求される場所に使用されるギヤやプーリー等に好適に用いられる。

本発明にかかる射出成形回転体の１つの実施の形態である７点ゲートを用いて成形されたギヤの１例を模式的にあらわす図である。 図１のギヤのウェルドとフローフロントの配置を説明する図である。 従来の６点ゲートを用いて成形されたギヤの１例を模式的にあらわす図である。 図３のギヤの成形時の繊維強化樹脂組成物の流れを説明する図である。 図３のギヤのウェルドとフローフロントの配置を説明する図である。

符号の説明

１ ギヤ（射出成形回転体）
２ ピンゲート

Claims (4)

1. 繊維強化樹脂組成物を複数のゲートからキャビティ内に射出することによって成形される射出成形回転体において、
   各ゲートが射出成形回転体の回転軸を中心とする１つの円のほぼ円周上にほぼ等間隔で設けられ、ゲート数が７以上の多点ゲートを用いて成形されることを特徴とする射出成形回転体。
2. ゲート数が奇数である請求項１に記載の射出成形回転体。
3. 真円度が９９．９％以上である請求項１または請求項２に記載の射出成形回転体。
4. 直径が１００ミリメートル以下である請求項１〜請求項３のいずれかに記載の射出成形回転体。

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