JP2000218656A - 樹脂製歯車の成形方法及びその金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成形が容易で、歯面、軸等の歯車精度が良好
な樹脂製歯車の成形方法及びその金型を提供する。 【解決手段】 歯車成形用金型キャビティに溶融樹脂を
注入した後に、歯底部形成用金型部分（１３）に設けら
れた加圧流体注入口（２１）から加圧流体を圧入して、
歯底部表面（３）と歯底部形成用金型部分（１３）の間
に圧力をかけ、歯面（２）を歯面形成用金型部分（１
２）に押しつけながら、樹脂を冷却、固化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、歯車部が中実な樹
脂製歯車の成形方法及びその金型に関するものであり、
詳しくは、歯面や中心軸孔のひけを減少させた樹脂製歯
車の成形方法及びその金型に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】樹脂製歯車は、自動車、一般事務機、精
密機械、電子、電気等の各分野に幅広く使われている。
そして生産性が良く軽量でかつ錆びないという理由から
近年ますますその利用が拡大している。この様な樹脂製
歯車の精度を向上させるため、様々な取り組みがなされ
ている。しかしながら、図３に示すように、従来の樹脂
製歯車では冷却時に、歯面２や中心軸孔面５に樹脂のひ
け２５を生じ、特に樹脂の肉厚のところではひけが顕著
になるために、歯車部や中心軸部の精度が低下する。

【０００３】例えば特開平７−２８５１４４号公報で
は、歯車内部にガスを圧入する方法が示されている。し
かしながら、この技術では、樹脂内部にガスを導入する
場合、中空部分の大きさが不均一になり易く、歯車の精
度のバラツキが発生するため、金型の温度調節や製品設
計等に細心の注意を払う必要があった。

【０００４】また、特開平８−１１８５１９号公報に
は、キャビティ下端面の軸線上にゲートを設けた金型を
用い、所定量の溶融樹脂をキャビティ内に充填中あるい
は射出完了１０秒後までに、加圧流体をキャビティ内に
注入開始することにより、成形品内に中空部を形成する
ことを特徴とする軸一体型樹脂製回転体の中空射出成形
法が示されている。しかしこの方法では、歯面内に加え
て歯車部にも空洞が生じるために、製品精度、特に歯車
部の製品精度、外観に問題が生じる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、成形
が容易で、歯面、軸等の歯車精度が良好な樹脂製歯車の
成形方法及びその金型を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、溶融樹脂
を金型内に射出後、樹脂を中間温度まで冷却して、固化
した後に、歯底部表面３と歯底部形成用金型部分１３の
間に加圧流体により圧力をかけ、歯面２を歯面形成用金
型部分１２に押しつけながら、樹脂を最終温度まで冷
却、固化させることにより、冷却後に歯面や中心軸孔等
にひけを生じにくく、したがって歯面や軸孔等の金型転
写性が良く、歯車精度が良い樹脂製歯車が得られること
を見い出し、本発明を完成するに至った。

【０００７】すなわち本発明の第１は、歯車成形用金型
キャビティに溶融樹脂を注入した後に、歯底部形成用金
型部分（１３）に設けられた加圧流体注入口（２１）か
ら加圧流体を圧入して、歯底部表面（３）と歯底部形成
用金型部分（１３）の間に圧力をかけ、歯面（２）を歯
面形成用金型部分（１２）に押しつけながら、樹脂を冷
却、固化させることを特徴とする樹脂製歯車の成形方法
を提供する。本発明の第２は、歯車が中心軸孔を有する
場合であって、歯車成形用金型キャビティに溶融樹脂を
注入した後に、歯底部形成用金型部分（１３）に設けら
れた加圧流体注入口（２１）から加圧流体を圧入して、
歯底部表面（３）と歯底部形成用金型部分（１３）の間
に圧力をかけ、歯面（２）を歯面形成用金型部分（１
２）に押しつけ、且つ中心軸孔面（５）を中心軸孔形成
用金型部分（１５）に押しつけながら、樹脂を冷却、固
化させることを特徴とする樹脂製歯車の成形方法を提供
する。本発明の第３は、歯車が中心軸を有する場合であ
って、歯車成形用金型キャビティに溶融樹脂を注入した
後に、歯底部形成用金型部分（１３）に設けられた加圧
流体注入口（２１）から加圧流体を圧入して、歯底部表
面（３）と歯底部形成用金型部分（１３）の間に圧力を
かけ、歯面（２）を歯面形成用金型部分（１２）に押し
つけ、且つ中心軸表面（６）の少なくとも一部を中心軸
形成用金型部分（１６）に押しつけながら、樹脂を冷
却、固化させることを特徴とする樹脂製歯車の成形方法
を提供する。本発明の第４は、歯車が中心軸を有する場
合であって、歯車成形用金型キャビティに溶融樹脂を注
入し、中心軸（８）内に中空成形用加圧流体を圧入して
中心軸内に中空部（２２）を設けた上で、歯底部形成用
金型部分（１３）に設けられた加圧流体注入口（２１）
から加圧流体を圧入して、歯底部表面（３）と歯底部形
成用金型部分（１３）の間に圧力をかけ、歯面（２）を
歯面形成用金型部分（１２）に押しつけ、且つ中心軸表
面（６）を中心軸形成用金型部分（１６）に押しつけな
がら、樹脂を冷却、固化させることを特徴とする樹脂製
歯車の成形方法を提供する。本発明の第５は、歯面形成
用金型部分（１２）及び歯底部形成用金型部分（１３）
を有する樹脂製歯車用金型において、歯底部形成用金型
部分（１３）の端部に、加圧流体注入口（２１）を設
け、歯底部表面（３）と歯底部形成用金型部分（１３）
の間に、加圧流体注入口（２１）から加圧流体を注入し
て、歯面（２）を歯面形成用金型部分（１２）に押しつ
けることを特徴とする樹脂製歯車用金型を提供する。本
発明の第６は、歯車（１）が中心軸（８）を有する本発
明の第５に記載の樹脂製歯車用金型を提供する。本発明
の第７は、歯車（１）が中心軸孔（９）を有する本発明
の第５に記載の樹脂製歯車用金型を提供する。本発明の
第８は、歯車（１）が中心軸（８）を有し、中心軸
（８）内に中空部（２２）を設けるための加圧流体注入
口（２１）を金型内に有する本発明の第５に記載の樹脂
製歯車用金型を提供する。本発明の第９は、加圧流体注
入口（２１）が歯底部形成用金型部分（１３）内に設け
られた突き出しピン、注入ピン、又は金型部分（１３）
の一部に設けられた多孔性燒結金属である本発明の第５
〜８のいずれかに記載の樹脂製歯車用金型を提供する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を用いて説明
する。図１は本発明により成形される樹脂製歯車の縦断
面図である。歯車１は、金型１０（上金型を示す。）及
び金型１１（下金型を示す。）の間の金型キャビティに
樹脂ゲート３１から溶融樹脂を注入して歯車部４、歯底
部７等を形成し、必要であれば続いて中心軸部内等に中
空成形用加圧流体を圧入して、中空成形により中心軸８
の内部等に中空部２２を形成した上で、歯底部形成用金
型部分１３に設けられた加圧流体注入口２１から加圧流
体を圧入して、歯底部表面３と歯底部形成用金型部分１
３の間に圧力をかけ、歯面２を歯面形成用金型部分１２
に押しつけながら、樹脂を冷却、固化させることにより
得られ、得られた歯車１は歯面を含め歯車部のひけが少
ない。

【０００９】本発明では、歯車１の歯面２は歯面形成用
金型部分１２に強く押しつけられるので金型部分１２の
表面の転写性が良く、精度の向上した歯車が得られる。
歯底部表面３は歯底部形成用金型部分１３から加圧流体
により離されるので必ずしも転写性は良くないが、歯車
精度への影響は少なく、特に問題にならない。

【００１０】歯底部７は、中心軸８に対して直角、鋭
角、鈍角又は丸みを持って接続される。同様に、歯底部
７は、歯車部４に対して直角、鋭角、鈍角又は丸みを持
って接続される。歯底部表面３は平面であるが、中心方
向から歯車部４の方向に複数のリブ（図示せず。）を有
していてもよいし、リブの代わりに孔（図示せず。）を
有していてもよく、孔の周りにリブを有していてもよ
い。

【００１１】本発明において、歯車１は歯車と同軸の中
心軸８を有していてもよく、中心軸８内には中心軸孔９
を有していてもよい。歯車１が中心軸８を有し、中心軸
８内に中心軸孔９を有する場合、歯底部表面３と歯底部
形成用金型部分１３の間に加圧流体圧をかけて歯面２が
歯面形成用金型部分１２に強く押しつけられるのと同様
に、中心軸孔面５が中心軸孔形成用金型部分１５に強く
押しつけられるので、中心軸孔９の成形精度が向上する
ので、中心軸孔９を他の回転軸（図示せず。）等に挿入
して使用する場合に、歯車１の回転にぶれが生じにく
い。

【００１２】歯車１が中心軸８を有し中心軸孔９が無い
場合、歯底部表面３と歯底部形成用金型部分１３の間に
加圧流体圧をかけると、加圧流体の注入により歯底部３
の樹脂が押し広げられて、中心軸８の樹脂を中心軸形成
金型部分１６に強く押しつけるので、中心軸８の表面の
成形精度が向上する。なお、この場合、歯底部３に近い
中心軸８の表面に、加圧流体の侵入による間隙が多少生
じても、回転軸の表面の大部分（５０％以上、好ましく
は６０％以上）の精度が上がるので、回転のぶれはやは
り少なくなる。

【００１３】歯底部形成用金型部分１３に設けられる加
圧流体注入口２１の数は１以上であれば特に制限はない
が、実用的には２〜８であり、対称的に設けられること
が好ましい。加圧流体注入口２１は金型１０及び１１の
両面に設けても、片面にのみ設けてもよい。加圧流体注
入口２１の注入口面の形状は特に制限が無く、正方形、
長方形、多角形、円形、楕円形であってもよいが、実用
的には円形である。加圧流体注入口２１の１個の注入口
面の径は特に制限はないが、０．１〜５０ｍｍ、好まし
くは１〜１０ｍｍが例示される。

【００１４】加圧流体注入口２１としては、歯底部形成
用金型部分１３内に突き出しピンや注入ピンを設けて、
例えばその端部に設けられた小孔や、金型部分１３の一
部を燒結金属のような微小な径の多孔性のものを使用す
ることができる。歯底部表面３と歯底部形成用金型部分
１３との間には加圧流体を侵入させるための隙間が必要
であるが、樹脂を金型との接触により冷却する場合に生
じる隙間を使用してもよいし、金型部分１３の表面に樹
脂が侵入しにくいほどの微細な溝またはざらつき等を施
して、その空隙を使用することもできるし、前記ピンを
若干突き出すことにより生じる間隙を使用することもで
きるし、注入加圧流体の圧力を充分高くして金型部分１
３と歯底部表面３との間を引き剥がすようにすることも
可能である。

【００１５】本発明において、樹脂製歯車１の歯車部４
は樹脂により完全に充填された状態、即ち中実の状態で
ある。歯底部７は、好ましくは中実の状態であるが、場
合によっては一部中空にすることもできる。歯車１は、
歯車と同軸の中心軸８を有していてもよく、中心軸８に
は中心軸孔９が有っても、無くてもよい。中心軸孔が無
い場合、中心軸８は中実または中空にすることができ
る。また、中心軸８の一部又は全体を中空成形して軽量
化を図ることもできるし、中空成形による金型面への圧
接の効果と本発明による金型面への圧接の効果とを併用
させることもできる。上記のように本発明では、必要に
応じて、歯車部を除いて歯車の一部を中空にすることも
できるが、要は歯底部表面３と歯底部形成用金型部分１
３の間に加圧流体圧をかけ、歯面２を歯面形成用金型部
分１２に押しつけながら、樹脂を最終温度まで冷却、固
化させることにより、歯面のひけを防止することができ
ればよく、各部の中空成形による変形も本発明に含まれ
る。

【００１６】なお、歯車１の中心軸８または歯底部７の
一部等に中空部２２を形成する際の樹脂の中空成形法と
しては、キャビティ内に未充填部が残らないように溶融
樹脂を充填し、次いで中空成形用加圧流体を該樹脂内に
注入する方法（フルショット法）、キャビティ内に未充
填部を残して溶融樹脂を充填し、次いで加圧流体を該樹
脂内に注入して金型内に完全に樹脂を行き渡らせる方法
（ショートショット法）又は、一種のショートショット
法であるが溶融樹脂をキャビティ内に射出中に加圧流体
を溶融樹脂内に注入する方法（溶融樹脂・加圧流体同時
注入法）等のいずれの方法も使用できる。この際に、キ
ャビティに連結された副キャビティを有する金型を用い
ることもできる。

【００１７】中空成形法では、特にフルショット法で
は、中空成形用加圧流体による効果を向上させる目的
で、金型内に副キャビティを設け、中空成形用加圧流体
注入時に製品キャビティ中の一部の樹脂を逃がすことが
できる。副キャビティを設ける場合には、副キャビティ
をキャビティに連通して設け、キャビティ中の一部溶融
樹脂を中空成形用加圧流体によリ副キャビティに押出し
ながら成形品内に中空部を形成する方法により、樹脂の
ヘジテイションによる外観不良の発生を抑制し、かつ大
きな中空率の成型品が得られる。副キャビティの容量に
よって、製品の中空率を調整することができる。

【００１８】本発明による歯車１の成形法について、中
心軸８内に中心軸孔９を有する場合について、以下に時
系列的に説明する。始めに、中心軸８等の端部に設けら
れた樹脂ゲート３１から金型キャビティ内に溶融樹脂３
０を射出して中心軸８、歯底部７及び歯車部４を形成さ
せて、樹脂が中間温度に冷却された後に、金型１０及び
／又は１１の歯底部形成用金型部分１３の端部に設けら
れた加圧流体注入口２１から窒素ガス等の加圧流体２０
を圧入して、歯底部表面３と歯底部形成用金型部分１３
の間に圧力をかけ、歯面２を歯面形成用金型部分１２側
に強く押しつけながら、さらに最終温度まで樹脂を冷
却、固化させ、歯車１を取り出す。

【００１９】上記注入加圧流体２０は、通常の中空成形
法（ガスインジェクション法）で使用される窒素のよう
な不活性ガスが使用できて、その圧力は５ＭＰａ以上、
好ましくは１０〜３０ＭＰａ程度である。

【００２０】樹脂が金型内に注入され保持される時間
は、樹脂の種類、金型温度、成形品の形状、特に肉厚に
より決められる条件による。加圧流体の圧入は、樹脂が
金型内に注入された後、好ましくは充填から１０秒以内
に、すなわち歯面や歯底部が形成され加圧流体により金
型面に圧着されるように樹脂が移動できる中間温度に冷
却された状態で行われることが望ましい。また、歯車１
の取り出しは、成形品取り出し時に変形しない最終温度
まで冷却された後に行われる。

【００２１】樹脂としては、ポリプロピレン等のポリオ
レフィン、ナイロン６６等のポリアミド、ポリブチレン
テレフタレート等のポリエステル、ポリアセタール、ポ
リカーボネート、ポリフェニレンエーテル、液晶ポリマ
ー、それらのポリマーアロイ等の熱可塑性樹脂が挙げら
れる。これらには、ガラス繊維、カーボン繊維、ウィス
カー等の強化材を充填することができる。

【００２２】本発明によれば、成形が容易で、歯面、軸
孔等の樹脂部のひけが少なく歯車精度が良好な樹脂製歯
車が得られ、自動車、一般事務機、精密機械、電子、電
気等の分野に使用できる。また、成形される歯車の種類
は、公知の各種のものが成形可能であり、具体的には平
歯車、はすば歯車、やまば歯車、かさ歯車、ねじ歯車、
ウォーム歯車等が挙げられ、また、歯底面を共有する二
段歯車等の多段歯車であってもよい。

【００２３】

【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。 [実施例１]図１に示すような金型を使用して、歯幅１０
ｍｍ、外径４０ｍｍ、モジュール３、歯底厚み３ｍｍ、
軸外径１１ｍｍ、軸孔径５ｍｍの歯車を作成した。この
金型には固定側及び可動側の各歯底部の３箇所に加圧流
体注入口が設けられている。成形収縮率が２％の無充填
ポリアセタールを用い、シリンダー温度を２００℃、金
型温度を８０℃に設定し、樹脂を金型内に充填した。金
型に樹脂が充填された後、加圧流体注入口より１５ＭＰ
ａに加圧された窒素ガスを導入し、これを３０秒保持し
た。その後、導入ガスを減圧し、金型を開いて歯車を取
り出した。得られた歯車の歯底部にはひけが発生してい
たが、歯面にはひけが少なく、きれいに金型が転写され
ていた。その上、中心軸孔のひけも少なかった。又、こ
の歯車の精度を測定した所、ＪＩＳ精度が２級、ＪＩＧ
ＭＡ精度が１級で精度の良い歯車を得ることが出来た。

【００２４】[比較例１]実施例１と同じ金型を用い、実
施例１と同じ樹脂、条件で樹脂を金型内に充填した。金
型に樹脂が充填された後、窒素ガスを注入せず、３０秒
冷却して歯車を取り出した。得られた歯車の歯底部や歯
面、中心軸孔には、ひけが発生しており、金型の転写が
不十分であった。又、この歯車の精度を測定した所、Ｊ
ＩＳ精度が５級、ＪＩＧＭＡ精度が３級で、余り精度が
良くなかった。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、歯面を含む歯車部や、
中心軸孔あるいは中心軸のひけが改善された歯車が容易
に成形可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の歯車の成形法の一例の下金型の平面図
及び該金型に樹脂が充填された状態の縦断面図である。

【図２】本発明の成形方法により得られた歯車の一例の
平面図及び縦断面図である。

【図３】従来の成形方法により得られた歯車の一例の平
面図及び縦断面図である。

【図４】本発明の成形方法により得られた歯車の他の例
の縦断面図である。

【図５】本発明の成形方法により得られた歯車の他の例
の縦断面図である。

【符号の説明】

１ 樹脂製歯車 ２ 歯面 ３ 歯底部表面 ４ 歯車部 ５ 中心軸孔面 ６ 中心軸表面 ７ 歯底部 ８ 中心軸 ９ 中心軸孔 １０、１１ 金型 １２ 歯面形成用金型部分 １３ 歯底部形成用金型部分 １５ 中心軸孔形成用金型部分 １６ 中心軸形成用金型部分 ２１ 加圧流体注入口 ２２ 中空部 ２５ ひけ ３１ 樹脂ゲート

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 歯車成形用金型キャビティに溶融樹脂を
   注入した後に、歯底部形成用金型部分（１３）に設けら
   れた加圧流体注入口（２１）から加圧流体を圧入して、
   歯底部表面（３）と歯底部形成用金型部分（１３）の間
   に圧力をかけ、歯面（２）を歯面形成用金型部分（１
   ２）に押しつけながら、樹脂を冷却、固化させることを
   特徴とする樹脂製歯車の成形方法。
2. 【請求項２】 歯車が中心軸孔を有する場合であって、
   歯車成形用金型キャビティに溶融樹脂を注入した後に、
   歯底部形成用金型部分（１３）に設けられた加圧流体注
   入口（２１）から加圧流体を圧入して、歯底部表面
   （３）と歯底部形成用金型部分（１３）の間に圧力をか
   け、歯面（２）を歯面形成用金型部分（１２）に押しつ
   け、且つ中心軸孔面（５）を中心軸孔形成用金型部分
   （１５）に押しつけながら、樹脂を冷却、固化させるこ
   とを特徴とする樹脂製歯車の成形方法。
3. 【請求項３】 歯車が中心軸を有する場合であって、歯
   車成形用金型キャビティに溶融樹脂を注入した後に、歯
   底部形成用金型部分（１３）に設けられた加圧流体注入
   口（２１）から加圧流体を圧入して、歯底部表面（３）
   と歯底部形成用金型部分（１３）の間に圧力をかけ、歯
   面（２）を歯面形成用金型部分（１２）に押しつけ、且
   つ中心軸表面（６）の少なくとも一部を中心軸形成用金
   型部分（１６）に押しつけながら、樹脂を冷却、固化さ
   せることを特徴とする樹脂製歯車の成形方法。
4. 【請求項４】 歯車が中心軸を有する場合であって、歯
   車成形用金型キャビティに溶融樹脂を注入し、中心軸
   （８）内に中空成形用加圧流体を圧入して中心軸内に中
   空部（２２）を設けた上で、歯底部形成用金型部分（１
   ３）に設けられた加圧流体注入口（２１）から加圧流体
   を圧入して、歯底部表面（３）と歯底部形成用金型部分
   （１３）の間に圧力をかけ、歯面（２）を歯面形成用金
   型部分（１２）に押しつけ、且つ中心軸表面（６）を中
   心軸形成用金型部分（１６）に押しつけながら、樹脂を
   冷却、固化させることを特徴とする樹脂製歯車の成形方
   法。
5. 【請求項５】 歯面形成用金型部分（１２）及び歯底部
   形成用金型部分（１３）を有する樹脂製歯車用金型にお
   いて、歯底部形成用金型部分（１３）の端部に、加圧流
   体注入口（２１）を設け、歯底部表面（３）と歯底部形
   成用金型部分（１３）の間に、加圧流体注入口（２１）
   から加圧流体を注入して、歯面（２）を歯面形成用金型
   部分（１２）に押しつけることを特徴とする樹脂製歯車
   用金型。
6. 【請求項６】 歯車（１）が中心軸（８）を有する請求
   項５に記載の樹脂製歯車用金型。
7. 【請求項７】 歯車（１）が中心軸孔（９）を有する請
   求項５に記載の樹脂製歯車用金型。
8. 【請求項８】 歯車（１）が中心軸（８）を有し、中心
   軸（８）内に中空部（２２）を設けるための加圧流体注
   入口（２１）を金型内に有する請求項５に記載の樹脂製
   歯車用金型。
9. 【請求項９】 加圧流体注入口（２１）が歯底部形成用
   金型部分（１３）内に設けられた突き出しピン、注入ピ
   ン、又は金型部分（１３）の一部に設けられた多孔性燒
   結金属である請求項５〜８のいずれかに記載の樹脂製歯
   車用金型。