JP4314523B2

JP4314523B2 - 合成樹脂製ギヤの製造方法

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Publication number: JP4314523B2
Application number: JP2004124624A
Authority: JP
Inventors: 貴則黒川
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2004-04-20
Filing date: 2004-04-20
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2024-04-20
Also published as: JP2005305779A

Description

本発明は、環状の芯金と、芯金の環の外周を取り囲み外周に歯部が形成される環状の合成樹脂部材とを備えた合成樹脂製ギヤの製造方法に関するものである。

例えば、自動車の電動パワーステアリング装置の減速機のウォームホイール（大歯車）などには、騒音を低減するために、歯部が合成樹脂で形成された合成樹脂製ギヤが使用される（例えば特許文献１）。
図８および図１１を参照して、合成樹脂製ギヤは、中心に軸が挿通される通孔１０を有する環状の芯金１と、芯金１の環の外周を取り囲む環状の合成樹脂部材２とを備えた前駆体３を製造したのち、この前駆体３の、合成樹脂部材２の外周側面２１に歯部を切削加工して製造される。また前駆体３は通例、インサート成形により製造される。

図８、図９および図１１を参照して、インサート成形では、合成樹脂部材２の外形に対応したキャビティＣ内に、芯金１を保持する保持部を設けた金型９０を用意する。金型９０は、可動型９１と固定型９２とを備えている。
可動型９１は、固定型９２と合わせた際にキャビティＣを形成する凹部９３を備えている。凹部９３は、環状の合成樹脂部材２の外径に対応した内径および厚みに対応した深さを有する円柱状に形成され、この凹部９３の円形の底面９４が、合成樹脂部材２の、図８において下側の端面２２の外形に対応した賦形面とされ、内周側面９５が、外周側面２１に対応した賦形面とされている。また、底面９４の円の中心から固定型９２側へ向けて、芯金１の通孔１０の内径に対応した外径を有する円柱状の突起９６が突設されて保持部とされている。凹部９３と突起９６とは、軸線を一致させて同軸上に配置されている。また突起９６の、固定型９２に対向する先端部９６ａには、コールドスラグトラップとなる凹部９７が形成されている。

固定型９２は、可動型９１との合わせ面９８が、合成樹脂部材２の、図８において上側の端面２３の外形に対応した賦形面とされ、合わせ面９８の、可動型９１の突起９６の先端部９６ａと対向する位置に、射出成形機から供給される溶融合成樹脂を、図中に実線の矢印で示すようにキャビティＣ内に導くためのスプルーゲートＳが配設されている。また、固定型９２のスプルーゲートＳの周囲の合わせ面９８は、その全周において、突起９６に保持された芯金１の、固定型９２と対向する端面１１と、一定間隔を隔てて形成されており、それにより、スプルーゲートＳと芯金１の環の外周とを繋ぐ合成樹脂の流路Ｌが設けられている。

インサート成形に際しては、まず、可動型９１の突起９６を芯金１の通孔１０に挿通することにより芯金１を可動型９１に保持させた状態で、可動型９１と固定型９２とを合わせ、所定の型締め力で型締めした後、図示しない射出成形機のシリンダで溶融された合成樹脂を、スプルーゲートＳおよび流路Ｌを通してキャビティＣ内に注入する。そして、冷却して合成樹脂を固化させたのち、可動型９１を開いて前駆体３を取り出す。

図１０を参照して、金型９０から取り出した直後の前駆体３のうち、合成樹脂部材２には、スプルーゲートＳ内および流路Ｌ内で合成樹脂が固化したランナ部材２ａ、２ｂが一体化している。そのため次工程で、このランナ部材２ａ、２ｂを切削加工により除去して、芯金１の端面１１を露出させることにより、図８および図１１に示す前駆体３が製造される。
特開平７−２１５２２７号公報

しかし上記の製造方法では、切削加工によってランナ部材２ａ、２ｂを除去する工程を必要とする分、工程数が多くなるため生産性が低く、製造コストがかかるという問題がある。また、前記流路Ｌは、厚肉の合成樹脂部材２内に真空ボイドが生じるのを防止するべく、キャビティＣ内に充填した合成樹脂に十分な合成樹脂圧をかける必要があることから、図９中の幅ｔを大きめに形成しなければならない。そのため、内径の大きいスプルーゲートＳを必要とすることと相まって、切削加工によって捨てなければならない合成樹脂量が多くなり、そのことも、製造コストを引き上げる原因となっている。

そこで、溶融した合成樹脂を、複数のピンゲートを通して直接に、キャビティＣ内に注入することが検討されるが、上に述べたように合成樹脂部材２は厚肉であるため、真空ボイドの発生を防止するには、ゲート径を大きくとって、キャビティＣ内に充填した合成樹脂に十分な合成樹脂圧をかける必要があり、型開き時のゲートカットのためにゲート径をできるだけ小さくする必要のあるコールドランナは採用できない。

そのため、ゲート径を大きくとることができるホットランナが好ましいが、ホットランナを通してキャビティＣに直接に合成樹脂を注入すると、ホットランナの先端で合成樹脂が冷却されて発生したコールドスラグが、合成樹脂部材２内に混入して、当該合成樹脂部材２の、そして合成樹脂部材２の外周側面２１に形成される歯部の強度を低下させる等、合成樹脂製ギヤの特性が悪化するという問題がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、インサート成形後の前駆体からランナ部材を切削加工によって除去する工程を必要とせず、かつ合成樹脂部材内に真空ボイド等を生じさせることのないホットランナゲートを用いたピンゲート方式の成形方法によって合成樹脂部材を成形することができ、しかも、コールドスラグの混入による特性の悪化を生じるおそれのない合成樹脂製ギヤの製造方法を提供することにある。

本発明は、環状の芯金と、芯金の環の外周を取り囲み外周に歯部が形成される環状の合成樹脂部材とを備えた合成樹脂製ギヤを、合成樹脂部材の外形に対応したキャビティ内に芯金を保持する保持部を設けた金型の上記保持部に芯金を保持した状態で、溶融した合成樹脂を、キャビティに接続したホットランナを通してキャビティ内に注入して製造する製造方法において、ホットランナのゲートを、キャビティの、保持部に保持する芯金の一方側の端面の、外周縁と中心の通孔との間の領域に対向する位置に配設し、かつ、芯金の端面の、ホットランナのゲートに対向する位置にコールドスラグトラップを設けると共に、上記端面にゲートと芯金の環の外周とを繋ぐ合成樹脂の流路を設け、金型の保持部に芯金を保持した状態で、ホットランナを通して、溶融した合成樹脂を、まずコールドスラグトラップに注入し、次いで流路を通して芯金の外周に供給してキャビティ内に注入して合成樹脂部材を形成することを特徴とするものである。

なお、本発明の製造方法においては、ホットランナのゲートを、環の周方向の複数箇所に等間隔に設けるのが好ましい。
また、本発明の製造方法においては、流路を、環の全周にわたる環状に形成するのが好ましい。

本発明によれば、インサート成形後の前駆体からランナ部材を切削加工によって除去する工程を必要とせず、かつ合成樹脂部材内に真空ボイド等を生じさせることのないホットランナゲートを用いたピンゲート方式の成形方法によって、合成樹脂部材を成形することができる。しかも、ホットランナの先端で生じたコールドスラグは、芯金の端面に設けたコールドスラグトラップで捕捉することができるので、当該コールドスラグが環状の合成樹脂部材内に混入して、合成樹脂製ギヤの特性が悪化するのを防止することもできる。

また、ホットランナのゲートを、環の周方向の複数箇所に等間隔に設けた場合には、合成樹脂部材にウエルドライン等が生じるのを防止して、合成樹脂製ギヤの特性が悪化するのを防止することができる。
また、流路を、環の全周にわたる環状に形成した場合には、合成樹脂部材にウエルドライン等が生じるのを防止して、合成樹脂製ギヤの特性が悪化するのを防止することができる。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の製造方法の一実施形態の一工程を示す断面図、図２Ａは、図１の一部を拡大した断面図である。また、図３Ａは、この例の製造方法によって製造される合成樹脂製ギヤの前駆体３の断面図、図３Ｂは、上記前駆体３の、前記図８において下側の端面を示す平面図である。

図３Ａ、図３Ｂおよび図８を参照して、前駆体３は、中心に軸が挿通される通孔１０を有する環状の芯金１と、芯金１の環の外周を取り囲む環状の合成樹脂部材２とを備えている。
図１、図２Ａ、図３Ａおよび図８を参照して、上記前駆体３をインサート成形によって製造するための金型Ｍは、可動型４と固定型５とを備えている。

可動型４は、固定型５と合わせた際にキャビティＣを形成する凹部４０を備えている。凹部４０は、環状の合成樹脂部材２の外径に対応した内径および厚みに対応した深さを有する円柱状に形成され、この凹部４０の円形の底面４１が、合成樹脂部材２の、図８において上側の端面２３の外形に対応した賦形面とされ、内周側面４２が、外周側面２１に対応した賦形面とされている。

また、底面４１の円の中央部には、芯金１の、図８において上側の端面１１の、通孔１０の周囲に設けた環状の突出部１１ａの形状に対応し、上記突出部１１ａと嵌め合わされる環状の凹部４３ａを備えた平面形状円形の突起台部４３が設けられ、この突起台部４３の円の中心から固定型５側へ向けて、芯金１の通孔１０の内径に対応した外径を有する円柱状の突起４４が突設されて、この突起台部４３と突起４４とで、芯金１の保持部とされている。凹部４０と突起台部４３と突起４４とは、軸線を一致させて同軸上に配置されている。また突起４４の先端部は、可動型４と固定型５とを型締めした際に、次に述べる固定型５の合わせ面５０に当接される。

固定型５は、可動型４との合わせ面５０が、合成樹脂部材２の、図８において下側の端面２２の外形に対応した賦形面とされている。また、合わせ面５０のうち、芯金１の、図８において下側の端面１２の、外周縁と中心の通孔１０との間の領域に対向する位置にはホットランナ６のゲートＧが配設されている。ホットランナ６は、先端開口がゲートＧとされた合成樹脂の流路６０を有する筒状に形成され、ゲートＧを含む細径の先端部６１と、この先端部６１と連続する外形の大きい本体部６２とを備えている。先端部６１は、固定型５の合わせ面５０から、可動型４の方向に突出するように配設されている。本体部６２内には、流路６０を流れる合成樹脂を加熱するための加熱配管６３が配設されている。

図１および図３Ｂを参照して、ホットランナ６のゲートＧは、芯金１の通孔１０の周囲の、円周上の４箇所に等間隔に配設されており、これにより、ゲートＧから供給される合成樹脂のキャビティＣ内での移動量を短くできるため、合成樹脂部材２にウエルドライン等が生じるのを防止して、合成樹脂製ギヤの特性が悪化するのを防止することができる。
図１および図２Ａを参照して、芯金１の端面１２の、通孔１０の周囲には円筒部１４が形成されていると共に、この円筒部１４の外側の、ゲートＧに対向する位置には凹部１３が形成されている。凹部１３は、円筒部１４を囲むように環状に形成されている。また、可動型５の合わせ面５０の、上記凹部１３に対応する位置には、凹部１３内に挿入される凸部５１が形成されている。凸部５１も環状に形成されている。凹部１３と凸部５１とは、互いに接触しないように所定間隔を隔てて配設されている。また、芯金１の端面１２と合わせ面５０とも、互いに接触しないように所定間隔を隔てて配設されている。

また、円筒部１４は、芯金１を可動型４の保持部に保持させた状態で固定型５と合わせた際に、その外周面に、合わせ面５０から突設させたホットランナ６の先端部６１がほぼ隙間なく接するように、その外径が設定されている。
また、図２Ａ、および同じ領域のゲート以外の部分での拡大断面図である図２Ｂを参照して、凸部５１は、合わせ面５０からホットランナ６の先端部６１が突設された個所では、その内周面に、突設させた先端部６１がほぼ隙間なく接するように、内径が設定されている。また、それ以外の個所では、凸部５１の内周面から径方向内方へ向けて、先端部６１の突出高さと同じ高さを有する環状の膨出部を設けて、先端部６１間の隙間を埋めている。膨出部５１ａは、円筒部１４とほぼ隙間なく接するように、その内径が設定されている。

そしてこれらにより、図１に実線の矢印で示すように、ゲートＧから、凹部１３と凸部５１との間の隙間と、端面１２と合わせ面５０との隙間を通ってキャビティＣに至る合成樹脂の流路Ｌが形成されている。流路Ｌは、環の全周にわたって形成されているため、複数のゲートＧから出た合成樹脂をその直後の時点で互いに溶融、一体化させた状態でキャビティＣに供給できる。そのため、合成樹脂部材２にウエルドライン等が生じるのを防止して、合成樹脂製ギヤの特性が悪化するのを防止することができる。

上記流路Ｌのうち、凹部１３の内周面とゲートＧとの間の隙間の、軸線方向の幅ｔ_１は、流路６０の内径ｔ_２よりも大きくなるように設定されている（ｔ_１＞ｔ_２）。また、凹部１３の内周面と凸部５１との間の隙間の、軸線方向の幅ｔ_３は、上記内径ｔ_２よりも小さくなるように設定されている（ｔ_２＞ｔ_３）。そのため、先端部６１内で合成樹脂が冷却されて生じる、流路６０の内径ｔ_２に対応する外径を有するコールドスラグは、隙間の幅がｔ_１である部分にトラップされて、それより先に流入することができない。つまり、凹部１３の内周面とゲートＧとの間の、隙間の幅がｔ_１である環状の部分が、コールドスラグトラップＴとされている。

インサート成形に際しては、まず、可動型４の突起４４を芯金１の通孔１０に挿通すると共に、環状の凹部４３ａに突出部１１ａを嵌め合わせることにより、芯金１を可動型４に保持させた状態で、可動型４と固定型５とを合わせ、所定の型締め力で型締めする。
次に、図示しない射出成形機のシリンダで溶融された合成樹脂を、ホットランナ６、コールドスラグトラップＴおよび流路Ｌを通してキャビティＣ内に注入する。

そして、冷却して合成樹脂を固化させたのち、可動型４を開くと、図３Ａ、図３Ｂおよび図８に示すように、切削加工によって除去する部分を有しない合成樹脂製ギヤの前駆体３が製造される。しかも製造された前駆体３は、コールドスラグが、コールドスラグトラップＴにおいて捕捉されるため、当該コールドスラグが環状の合成樹脂部材２内に混入して、合成樹脂製ギヤの特性が悪化するのを防止することもできる。

このあと、従来同様に、合成樹脂部材２の外周側面２１に歯部を切削加工することによって、合成樹脂製ギヤが製造される。
図４Ａおよび図４Ｂを参照して、合成樹脂の流路Ｌは、環の周方向の複数箇所に分割して形成してもよい。その際には、合成樹脂部材にウエルドライン等が生じるのを防止して、合成樹脂製ギヤの特性が悪化するのを防止するため、図示のように、ゲートＧの位置と流路Ｌの位置とを周方向に一致させておくのが好ましい。これにより、使用する合成樹脂の量を少しでも減らすことができる。

図５は、本発明の製造方法の、他の実施形態の一工程を示す断面図である。また、図６Ａは、この例の製造方法によって製造される合成樹脂製ギヤの前駆体３の断面図、図６Ｂは、上記前駆体３の、前記図８において下側の端面を示す平面図である。
図６Ａ、図６Ｂおよび図８を参照して、前駆体３は、中心に軸が挿通される通孔１０を有する環状の芯金１と、芯金１の環の外周を取り囲む環状の合成樹脂部材２とを備えている。

図５、図６Ａおよび図８を参照して、上記前駆体３をインサート成形によって製造するための金型Ｍは、可動型４と固定型５とを備えている。
可動型４は、図１の場合と同様に形成される。すなわち可動型４は、固定型５と合わせた際にキャビティＣを形成する凹部４０を備えている。凹部４０は、環状の合成樹脂部材２の外径に対応した内径および厚みに対応した深さを有する円柱状に形成され、この凹部４０の円形の底面４１が、合成樹脂部材２の、図８において上側の端面２３の外形に対応した賦形面とされ、内周側面４２が、外周側面２１に対応した賦形面とされている。

固定型５は、可動型４との合わせ面５０が、合成樹脂部材２の、図８において下側の端面２２の外形に対応した賦形面とされている。また、合わせ面５０のうち、芯金１の、図８において下側の端面１２の、外周縁と中心の通孔１０との間の領域に対向する位置にはホットランナ６のゲートＧが配設されている。ホットランナ６は、先端開口がゲートＧとされた合成樹脂の流路６０を有する筒状に形成され、ゲートＧを含む細径の先端部６１と、この先端部６１と連続する外形の大きい本体部６２とを備えている。先端部６１は、ゲートＧが固定型５の合わせ面５０と面一になるように配設されている。本体部６２内には、流路６０を流れる合成樹脂を加熱するための加熱配管６３が配設されている。

図５および図６Ｂを参照して、ホットランナ６のゲートＧは、芯金１の通孔１０の周囲の、円周上の４箇所に等間隔に配設されており、これにより、ゲートＧから供給される合成樹脂のキャビティＣ内での移動量を短くできるため、合成樹脂部材２にウエルドライン等が生じるのを防止して、合成樹脂製ギヤの特性が悪化するのを防止することができる。
図５を参照して、芯金１の端面１２の、通孔１０の周囲には円筒部１４が形成されていると共に、この円筒部１４の外側の、ゲートＧに対向する位置には凹部１３が形成されている。凹部１３は、円筒部１４を囲むように環状に形成されている。また、可動型５の合わせ面５０の、上記凹部１３に対応する位置には、凹部１３内に挿入される凸部５２が形成されている。凸部５２も環状に形成されている。凸部５２の内周面から、可動型４側の先端部にかけての形状は、円筒部１４の外周面から、凹部１３の底面にかけての形状に対応しており、これらの部分に嵌め合わされるようになっている。

凸部５２の外周面は、凹部１３の径方向外側の内周面と、互いに接触しないように所定間隔を隔てて配設されて、環状の隙間が形成されている。隙間の径方向の幅ｔ_４は、ホットランナ６の流路６０の内径ｔ_２よりも大きくなるように設定されている（ｔ_４＞ｔ_２）。また、ホットランナ６のゲートＧは、この隙間に対向させて配設されている。そして、これらにより、上記環状の隙間が、コールドスラグトラップＴとされている。

また、芯金１の端面１２と合わせ面５０とは、互いに接触しないように所定間隔を隔てて配設されており、これにより、ゲートＧから、コールドスラグトラップＴの方向と直交方向に伸びで、端面１２と合わせ面５０との隙間を通ってキャビティＣに至る合成樹脂の流路Ｌが形成されている。流路Ｌは、環の全周にわたって形成されているため、複数のゲートＧから出た合成樹脂をその直後の時点で互いに溶融、一体化させた状態でキャビティＣに供給できる。そのため、合成樹脂部材２にウエルドライン等が生じるのを防止して、合成樹脂製ギヤの特性が悪化するのを防止することができる。

そして、冷却して合成樹脂を固化させたのち、可動型４を開くと、図６Ａ、図６Ｂおよび図８に示すように、切削加工によって除去する部分を有しない合成樹脂製ギヤの前駆体３が製造される。しかも製造された前駆体３は、コールドスラグが、コールドスラグトラップＴにおいて捕捉されるため、当該コールドスラグが環状の合成樹脂部材２内に混入して、合成樹脂製ギヤの特性が悪化するのを防止することもできる。

このあと、従来同様に、合成樹脂部材２の外周側面２１に歯部を切削加工することによって、合成樹脂製ギヤが製造される。
図７Ａおよび図７Ｂを参照して、コールドスラグトラップＴと合成樹脂の流路Ｌは、環の周方向の複数箇所に分割して形成してもよい。これにより、使用する合成樹脂の量を少しでも減らすことができる。

なお、上記各実施形態では、ホットランナ６のゲートＧを、環の周方向の４箇所に設けていたが、ゲートＧは、３箇所以下でも、５箇所以上でも構わない。また、各実施形態では、合成樹脂製ギヤのもとになる前駆体３を製造していたが、凹部４０の内周側面４２に、歯面に対応した賦形面を形成しておいて、インサート成形によって直接に、合成樹脂製ギヤを製造することもできる。その他、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。

本発明の製造方法の一実施形態の一工程を示す断面図である。図２Ａは、図１の一部を拡大した断面図であり、図２Ｂは、同じ領域の、ゲート以外の部分での拡大断面図である。図３Ａは、この例の製造方法によって製造される合成樹脂製ギヤの前駆体の断面図であり、図３Ｂは、上記前駆体の平面図である。図４Ａは、変形例の製造方法によって製造される合成樹脂製ギヤの前駆体の断面図であり、図４Ｂは、上記前駆体の平面図である。本発明の製造方法の、他の実施形態の一工程を示す断面図である。図６Ａは、この例の製造方法によって製造される合成樹脂製ギヤの前駆体の断面図であり、図６Ｂは、上記前駆体の平面図である。図７Ａは、変形例の製造方法によって製造される合成樹脂製ギヤの前駆体の断面図であり、図７Ｂは、上記前駆体の平面図である。前駆体の外観を示す斜視図である。従来の、スプルーゲートを用いた製造方法の一工程を示す断面図である。上記従来の製造方法によって製造される、金型から取り出した直後の合成樹脂製ギヤの前駆体の断面図である。上記前駆体から、ランナを切削加工して除去した後の状態を示す断面図である。

符号の説明

１芯金
２合成樹脂部材
３合成樹脂製ギヤの前駆体
６ホットランナ
１２端面
４３ａ凹部（保持部）
４４突起（保持部）
Ｃキャビティ
Ｇゲート
Ｌ流路
Ｍ金型
Ｔコールドスラグトラップ

Claims

環状の芯金と、芯金の環の外周を取り囲み外周に歯部が形成される環状の合成樹脂部材とを備えた合成樹脂製ギヤを、合成樹脂部材の外形に対応したキャビティ内に芯金を保持する保持部を設けた金型の上記保持部に芯金を保持した状態で、溶融した合成樹脂を、キャビティに接続したホットランナを通してキャビティ内に注入して製造する製造方法において、
ホットランナのゲートを、キャビティの、保持部に保持する芯金の一方側の端面の、外周縁と中心の通孔との間の領域に対向する位置に配設し、かつ、芯金の端面の、ホットランナのゲートに対向する位置にコールドスラグトラップを設けると共に、上記端面にゲートと芯金の環の外周とを繋ぐ合成樹脂の流路を設け、
金型の保持部に芯金を保持した状態で、ホットランナを通して、溶融した合成樹脂を、まずコールドスラグトラップに注入し、次いで流路を通して芯金の外周に供給してキャビティ内に注入して合成樹脂部材を形成することを特徴とする合成樹脂製ギヤの製造方法。
請求項１において、ホットランナのゲートを、環の周方向の複数箇所に等間隔に設けることを特徴とする合成樹脂製ギヤの製造方法。
請求項２において、流路を、環の全周にわたる環状に形成することを特徴とする合成樹脂製ギヤの製造方法。