JPH11216885A - 貫通穴保有部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 貫通穴を有する精密部品の製造方法におい
て、各貫通穴の真円度が非常に優れた精密部品を射出成
形によって成形すること。 【解決手段】 貫通穴の一方の全ての出口を封じるよう
に設けられた導入案内部を有する型を用いて、導入案内
部を介して、成形ピンの軸と平行方向に成形材料を射出
し、得られた成形体の導入案内部を焼成後に除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、貫通穴保有する精
密部品の製造方法に係わり、詳しくは真円度に優れた周
壁の薄肉部が非常に狭い貫通穴を有する精密部品の製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、三次元複雑形状を有する貫通穴保
有精密部品は切削などの機械加工法により、多くの工数
をかけて製造されていた。以下に代表的な部品を例に上
げ、本発明を説明する。

【０００３】例えば、ドットプリンタの印字ヘッド部に
は、ソレノイド機構を持った駆動部とその円周上に配置
された複数のニードルがあり、そのニードルは複数のニ
ードルガイドのガイド穴に挿通されて、印字ヘッドの先
端部のニードルガイドまでラッパ状に収束され、それぞ
れの曲率をもって往復連動をしている。

【０００４】このニードルをガイドするニードルガイド
のガイド穴は、ニードルの外径に対して適切な内径を有
し、またニードルの激しい摺動に長期間耐えうる機械的
強度と表面の平滑性による潤滑性とが必要とされ、さら
にガイド穴間隔も印字品質を左右するので精度良く設け
られている必要もある。

【０００５】従って、このニードルカイドは、機械的強
度や耐久性に優れたセラミックが用いられ、これまでは
粉末プレス成形や機械加工法を駆使して製造されてい
た。しかし、最近これら従来加工法の改良策として、三
次元複雑形状を有する製品を効率よく製造することが可
能な粉末射出成形法の利用が提案され、特開昭６３−２
０７４６４号に示されている。

【０００６】粉末射出成形によってセラミックス製のニ
ードルガイドの様な貫通穴を有する部品を製造する場
合、従来は以下の例のような工程による方法が一般的で
あった。

【０００７】第１に、アルミナ、ジルコニアなどのセラ
ミックス粉末と、ワックスや熱可塑性樹脂等の有機バイ
ンダーとを混練して射出成形用材料を得る。

【０００８】第２に、射出成形機によってこの射出成形
用材料を射出成形金型に射出成形してニードルガイドの
成形体を得る。

【０００９】ここで、成形金型は、ガイド穴が貫通した
成形品が得られるように、ガイド穴を形成する成形ピン
をその軸方向の両端が金型と連接した構造とし、成形材
料は上記成形ピンの軸方向とは直角な方向にあるサイド
ゲートから注入し、図４（ａ）に示すように、ガイド穴
４３の両端が貫通された成形体４０が得られる。

【００１０】第３に、大気または窒素雰囲気下で５００
℃程度まで徐々に昇温して、有機バインダーの大半を分
解除去する脱脂処理を行って脱脂体とした後、大気中で
この脱脂体を焼結させてニードルガイド焼結体を得る。

【００１１】第４に、この焼結体のゲート材４７や材料
溜り４９等の不要部分を研削等で除去し、ガイド穴４３
の内面仕上げとテーパ部の仕上げをワイヤラッピング加
工で、またエッヂをブラシラッピング加工で仕上げ、図
４（ｂ）に示す、ニードルガイド４１を得る。

【００１２】上記のように、従来の製造方法では、ガイ
ド穴を形成する成形ピンが、その軸方向の両端が金型と
連接した成形型で、かつ成形材料を成形ピンの軸方向と
は直角な方向にあるサイドゲートから注入し、ガイド穴
の両端が貫通された成形体を得ることを特徴としてい
た。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】近年、ドットプリンタ
の印字品質を向上させるため、ドット数を著しく増加さ
せた印字ヘッドが強く要望され、かかる印字ヘッドに用
いるニードルガイドはガイド穴の間隔をできるだけ狭く
する必要があり、例えば２４ドットで一文字を構成する
印字ヘッドの場合には、ガイド穴間の薄肉部の厚さ、つ
まりガイド穴間隔が約５０μｍと著しく狭くなってい
る。

【００１４】しかしながら、これらのガイド穴間隔が著
しく狭いニードルガイドは、上記従来の製造方法では提
供できないという問題があった。

【００１５】これは、図５の従来の製造方法における成
形材料の流動流の模式図に示されるように、サイドゲー
ト５８から圧入される成形材料流５６の流れが、成形ピ
ン５３間の薄肉部に対しては、その間隔が狭すぎるため
にその流れが阻害され、成形ピン列の両サイドを流れる
成形材料流５６が、丁度ガイド穴間の薄肉部で、両側か
ら衝突してウエルドラインＷＬを形成するためである。

【００１６】このウエルドラインの発生には、ガイド穴
径に対するガイド穴間隔の比も関係し、その比が三分の
一以下では発生が顕著となる。

【００１７】このウエルドラインのために、ガイド穴周
辺の成形体に密度のムラや充填不良等を生じて、焼成後
における焼結体のガイド穴の穴径精度や、穴表面の凹凸
あるいは穴の強度等に問題を生じて提供が困難となって
いる。

【００１８】このウエルドラインが発生する問題に対し
て、例えば金型温度を上げたりあるいは射出材料の加熱
筒の温度を上げる等の対策を行ってみたが、成形材料が
金型に固着して離型が悪くなったり、成形材料が劣化し
て脱脂処理中に変形したり、スプルおよびランナー部の
再生利用ができない等の問題が生じている。

【００１９】一般に、ガイド穴の真円度は上記ガイド穴
周壁の薄肉部における種々の欠陥、つまりウエルドライ
ンの発生に伴う部分的充填不足、密度のムラ、穴の欠
け、穴表面の凹凸、穴強度の不足、穴間隔の不揃い等、
と密接な関係があり、上記欠陥が少なくなるにつれて真
円度も良くなる。

【００２０】従って本発明は、粉末射出成形によって、
ガイド穴周壁の薄肉部がガイド穴の三分の一以下と、著
しく狭いセラミックス製のニードルガイドを製造する場
合などにおいて、穴の真円度が優れた貫通穴保有部品を
製造し、提供することを目的としている。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、貫通穴の一方
の全ての出口を封じるように設けられた導入案内部と貫
通穴を成形するため成形ピンとを有する型を用い、成形
ピンの軸に対して平行な方向で、型に成形材料を射出
し、得られた成形体の導入案内部を成形後に除去して、
貫通穴保有部品を作成し、得るものである。

【００２２】望ましくは、成形材料にセラミックスを含
む粉末と有機バインダーとを混練したものを用い、これ
を型に射出して得られた成形体を加熱し、有機バインダ
ーを除去して、焼結体とした後に、導入案内部を除去す
ることを行う。

【００２３】また、成形ピンの間隔が充分に大きく、流
動量に変化を与えない、流動条件での単位通過面積あた
りの成形材料の流動量を基準とし、成形ピン間隔Ｄであ
る時の単位面積あたりの成形材料の流動量の比を流動比
Ｒとし、流動比Ｒを０．０５以上、かつ成形ピン間隔Ｄ
に対する導入案内部の高さＨの比を１以上とすることに
よって、より貫通穴の真円度を高めることが可能であ
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】ここで、導入案内部とは、図２
（ａ）、（ｂ）に示されているように、本来の二一ドル
ガイド２１のガイド穴（以後、貫通穴とする。）２３の
露出した面でニードル先端側に位置する面の貫通穴２３
全てを封じるように設けられている。

【００２５】その導入案内部高さＨは、成形ピン間隔Ｄ
と成形材料の流動比Ｒに対応させて、最適に設定するこ
とでウエルドラインの発生を抑制して、真円度の優れた
貫通穴の提供が可能となる。

【００２６】ここで成形材料の流動比Ｒとは、同じ単位
通過面積について成形ピン間隔Ｄで変化する成形材料の
通過量である流動量の比を意味し、成形ピン間隔が大き
く実質的にフリーな、つまり流動量に変化を与えない流
動条件での流動量を基準として、その流動比をＲ＝１．
０と表現し、成形ピン間隔Ｄが狭くなり流動量が減少す
ると流動比Ｒも小さい値で表現する。

【００２７】導入案内部の幅と奥行きは、最低でも夫々
導入案内部の高さ相当分（Ｗ１、Ｗ２）、成形ピンから
外側に拡大して設定する。

【００２８】従来発生していだウエルドラインは、第１
に、流動する成形材料が高粘度なので狭いガイド穴間つ
まりガイド穴成形ピン間を流れ難いために、そして第
２、ゲートからの流動距離が長くて、成形材料が徐々に
冷却され、一層粘度が高くなって異なる流れの成形材料
がお互いに相溶しずらくなるために、特に温度の低い成
形ピン間の両流動流の衝突面で発生しやすかった。この
傾向は当然、流動比Ｒが小さくなる程顕著になる。

【００２９】本発明では、成形金型に成形材料の導入案
内部を設けさらに成形材料のゲートをこの導入案内部に
設けた構成によって、従来の成形ピンの軸方向とは直角
な方向への成形材料の流れを、平行な方向への流れに変
えた。

【００３０】成形ピンの狭い薄肉部分に対するこの成形
材料の流れの方向の変化が、つまり成形ピンとの平行な
流れが、成形材料の流動流の衝突の形態を変えて、ウエ
ルドラインの発生を著しく抑制している。

【００３１】また、ニードルガイドとして最も重要な、
ニードル先端側に位置するガイド穴先端部の薄肉部に相
当する成形ピン先端近くの狭い薄肉部分に、最も流動距
離が短くかつ冷されていない、すなわち流動性の良い成
形材料が到達し、充填するので、ウエルドラインの抑制
に一層効果的である。

【００３２】さらに、ガイド穴間隔で変わる成形材料の
流動比Ｒに対応させて導入案内部の高さを変えて、成形
材料の流れの方向をある程度意図的に制御して、ウエル
ドラインの発生を抑制している。しかし、０．０５以下
のように小さい流動比Ｒでは、ウエルドラインの抑制は
著しく困難となる。

【００３３】以下セラミックス製のドットプリンタ用の
ニードルガイドを例に上げ、本発明の詳細を図面および
実施例にもとづいて説明するが、本発明はこれに限定さ
れるものではない。

【００３４】

【実施例】（実施例１）本発明になる製造方法は、第１
に、平均粒径０．５μｍジルコニア粉末１００重量部に
対し、アタクチックポリプロピレン、エチレン−酢酸ビ
ニル共重合体およパラフィンワックスが、４０：３０：
３０の割合からなる有機バインダーを１５重量部で添加
したものを、加圧二一ダにて１００℃で１時間混練し、
冷却後粉砕して成形材料を得る。

【００３５】第２に、この成形材料を射出成形機の加熱
筒内に充填し、加熱筒内の温度を１５０℃に保って成形
材料を溶融状態にした後、あらかじめ焼結による収縮を
見込み、かつガイド穴を成形する成形ピンの先端部側
に、導入案内部を設けた射出成形金型を用いて前記導入
案内部のゲートから成形材料を充填し、図１（ａ）の導
入案内部１５のついた成形体１０を得る。

【００３６】第３に、この成形体を脱脂炉にて窒素雰囲
気下で２０℃／時間の速度で５００℃まで温度を上げて
有機バインダーの９７％を除去して脱脂体を得て、この
脱脂体を大気中１５００℃で１時間焼成して焼結体を得
る。

【００３７】第４に、この焼結体の導入案内部１５を研
削除去して貫通穴のガイド穴１３を露出させて、図１
（ｂ）の貫通穴保有部品である完成ニードルガイド１１
を得る。

【００３８】上記工程による製造方法によって製造され
たニードルガイドの、各部分の寸法測定およびガイド穴
間の薄肉部の断面観察を行ったところ、いずれの部分に
おいても、９９．８％以上の寸法精度が得られ、ガイド
穴間の薄肉部分にウエルドラインや充墳不足の部分は見
られず、最大径と最小径の比で表現したガイド穴の真円
度も９９．８％以上の優れたものであった。

【００３９】（実施例２）実施例１とほぼ同じ製造方法
で、図２（ａ）および（ｂ）に示す成形体を与える金型
の成形ピン間隔Ｄを、成形材料の流動比が０．０５〜
０．４の範囲となるように、また導入案内部の高さを成
形ピン間隔の１〜３倍の範囲で変化させて、ニードルガ
イドを製造した。

【００４０】得られたニードルガイドのガイド穴の真円
度を測定して、それぞれの成形ピン間隔に対応した流動
比Ｒで、ガイド穴の真円度が９９．８％を越える導入案
内部高さの成形ピン間隔に対する比を求めたところ、第
３図に示すように、流動比Ｒによってその最適な高さが
異なることが判明した。

【００４１】このことは、導入案内部の高さは、成形材
料の流動比つまり同じ射出条件が同じならば成形ピン間
隔に対応させて変える必要があるが、不必要に導入案内
部の高さを大きく設定すると、焼結後の研削除去に多大
な手間を要してコストが高くなり、さらに本発明の特色
である成形材料の成形ピンと平行した流れが乱れて、む
しろ、真円度が悪くなる傾向がある。

【００４２】一般に、成形材料の流動比Ｒが０．０５以
下では成形が困難であり、０．４以上では成形ピン間隔
の影響が少ない。また図３より、成形ピン間隔Ｄに対す
る導入案内部高さＨの比は１以上に設定することが望ま
しい。成形材料の流動比は同じ成形ピン間隔でも、成形
材料組成、型温度、材料温度や射出圧等によっても変化
する。

【００４３】さらに成形ピンの形状は、ストレート形状
でも、あるいはテーパ形状でも良いが、本発明の方法に
は、特に狭い薄肉部を有するテーパ形状がより効果的で
ある。

【００４４】上記実施例ではセラミック粉末にジルコニ
アを使用したが、アルミナ、窒化ケイ素、窒化ホウ素、
炭化ケイ素等高硬度なセラミック材料や潤滑材を複合さ
せた材料でも良い結果が得られた。

【００４５】

【発明の効果】本発明の貫通穴保有部品の製造法をドッ
トプリンタ用ニードルガイドの製造方法に適用すること
により、隣接する成形ピンの隙間に成形材料が流動性の
良い状態で均一にかつ充分に充填するので、ウエルドラ
インの発生が著しく抑制でき、真円度の優れた欠陥のほ
とんど無いガイド穴を有する、ニードルガイドの量産的
な提供が可能となり、印字密度の高いプリンタヘッドの
製品化が実現された。

【００４６】また外形寸法のバラツキが０．２％以内と
寸法精度が非常に良く、さらにガイド穴の面粗さが小さ
く、ガイド穴の内面仕上げの二次加工処理が不要で、さ
らにテーパ部を持った成形ピンを用いた場合、ガイド穴
のエッヂの二次加工処理も不要であった。

【００４７】以上のように、本発明による貫通穴保有部
品の製造方法は、寸法精度や機械的強度の様な機能的特
性、および２次加工を必要としないなどの生産性や経済
性にも優れた製造方法である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を示す図で、導入案内部を有する成形体
（ａ）と、完成ニードルガイド（ｂ）とを示す。

【図２】本発明の製造方法で得られるニードルガイドの
成形体の上面図（ａ）と断面図（ｂ）とを示す。

【図３】種々な流動比Ｒで、ガイド穴の真円度が９９．
８％を越える導入案内部高さの成形ピンに対する比を示
した図である。

【図４】従来のニードルガイドの製造方法の主要な工程
例を示す図で、貫通ガイド穴を有する成形体（ａ）と、
完成ニードルガイド（ｂ）を示す。

【図５】従来の製造方法における、成形材料の流動流の
模式図を示す。

【符号の説明】

１１ ニードルガイド １３ ガイド穴 １５ 導入案内部 １０ 成形体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 星 政美 東京都田無市本町６丁目１番12号 シチズ ン時計株式会社田無製造所内 (72)発明者 齋藤 茂 東京都田無市本町６丁目１番12号 シチズ ン時計株式会社田無製造所内 (72)発明者 吉岡 憲一 東京都田無市本町６丁目１番12号 シチズ ン時計株式会社田無製造所内 (72)発明者 中村 誠一 山梨県富士吉田市下吉田１

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 貫通穴の一方の全ての出口を封じるよう
   に設けられた導入案内部と貫通穴を成形するため成形ピ
   ンとを有する型を用い、前記型に成形ピンの軸に対して
   平行な方向で成形材料を射出し、得られた成形体の前記
   導入案内部を成形後に除去してなる貫通穴保有部品。
2. 【請求項２】 成形材料はセラミックスを含む粉末と有
   機バインダーとを混練したものであり、射出して得られ
   た成形体を加熱し、有機バインダーを除去して、焼結体
   とした後に、導入案内部を除去して得られる請求項１に
   記載の貫通穴保有部品。
3. 【請求項３】 流動比Ｒ、成形ピン間隔Ｄ、および導入
   案内部の高さＨの関係が、 流動比Ｒ＝（成形ピン間隔Ｄでの単位通過面積あたりの
   成形材料の流動量）／（成形ピン間隔が充分に大きく、
   流動量に変化を与えない流動条件での単位通過面積あた
   りの成形材料の流動量）＞＝０．０５、 （導入案内部の高さＨ）／（成形ピン間隔Ｄ）＞＝１、 である請求項１に記載の貫通穴保有部品。