(57)【要約】【課題】軽量化と製造コストの低減を図ることができる樹脂製回転継手とこのような容器を成形可能な射出成形用金型を提供する。【解決手段】内圧を受ける有底筒形状の樹脂製回転継手である。残存平均繊維長が０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の繊維状強化材を含む樹脂の射出成形品である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外径面にキーが形成された円筒形状の周壁を備えた樹脂製回転継手であって、
残存平均繊維長が０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の繊維状強化材を含む樹脂の射出成形品であることを特徴とする樹脂製回転継手。
【請求項２】
繊維状強化材が、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ザイロン繊維、あるいはボロン繊維の中から選択されるいずれかの繊維からなることを特徴とする請求項１に記載の樹脂製回転継手。
【請求項３】
ベースとなる樹脂が、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の樹脂製回転継手。
【請求項４】
外径寸法が５ｍｍ〜２０ｍｍのときに、肉厚を１．０ｍｍ〜３．０ｍｍに設定したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の樹脂製回転継手。
【請求項５】
周壁の一方の開口を塞ぐ蓋壁を有し、この蓋壁の外面の中央部一か所にピンゲート跡が形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の樹脂製回転継手。
【請求項６】
キーの外径面にタブ切断跡が形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の樹脂製回転継手。
【請求項７】
周壁の一方の開口を塞ぐ蓋壁を有し、周壁の外面にゲート部を通過する型割線を有することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の樹脂製回転継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂製回転継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転継手は、プリンター、複写機（コピー機）、ファックスなどの事務機器や家電製品等で用いられる小型モータの回転力の伝達機構に用いられる場合がある。そして、比較的小さなトルクを伝えるための回転継手として、樹脂製のものが用いられる場合（特許文献１）がある。
【０００３】
しかしながら、樹脂製回転継手は伝達トルクが大きくなると、樹脂単体で構成されたものでは、強度不足等により対応することができなくなる。そこで、焼結等で成形された金属インサート（インサート部材）を用いるインサート成形にて成形することを提案できる。このようにインサート成形にて成形することによって、強度補強することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１３９４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、インサート成形する場合、インサート部材を必要とするため、このインサート部材を別途製作する必要がある。インサート部材を製作する場合、有人成形で成形したり、インサート成形装置を用いて成形したりして製作することになる。このため、生産性に劣るとともに、コスト高を招くことになる。しかも、金属インサートと樹脂部との密着強度も重要であり、製品品質にばらつきが生じたりし、インサート成形したにも関わらず、密着強度が低いものが成形されるおそれもあった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みて、強度的に安定したインサート成形品に対して遜色がない強度を備え、しかも、樹脂一体品の特性である軽量化及びコスト低減化を図ることができる樹脂製回転継手を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の樹脂製回転継手は、外径面にキーが形成された円筒形状の周壁を備えた樹脂製回転継手であって、残存平均繊維長が０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の繊維状強化材を含む樹脂の射出成形品である。
【０００８】
本発明の樹脂製回転継手によれば、繊維状強化材を含む樹脂の射出成形品であるので、強度アップを図ることができ、しかも、インサート成形品に比べて軽量化を達成できる。射出成形品であるので、複雑な形状にも対応でき、外径面にキーが形成された回転継手を安定して成形することができる。特に、残存平均繊維長が０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の繊維状強化材を含む樹脂の射出成形品であるので、強度的にも安定している。
【０００９】
繊維状強化材として、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ザイロン繊維、あるいはボロン繊維の中から選択されるいずれかの繊維を用いることができ、ベースとなる樹脂として、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を用いることができる。このように構成することよって、成形される樹脂製回転継手に応じて種々の材料を選択でき、設計性に優れる。
【００１０】
射出成形で円筒体を成形した場合、一般に表面近くで繊維配向性が高く、肉厚の中心付近では繊維配向が少なく、繊維がランダムに並ぶ傾向がある。従って、表面付近の方が他の部位よりも配向方向の強度が高くなる。この傾向は長繊維を充填した材料の方が顕著に表れる。そのために、肉厚方向で許容強度が異なる事になる。この継手の許容伝達トルクは成形品を肉厚方向に分割したそれぞれの層の許容荷重に半径を乗じた値を径方向に集計したものとなる。ここで、外径は一般的に機器のスペースの取り合いによって決まり、あまり自由に選ぶ事は出来ない場合が多い。一方、内径は比較的自由度があるため、強度を上げるために肉厚を大きくし、結果として内径が小さくなることが多い。しかし、前述のように長繊維成形品では成形品表面付近の強度が高くなる。内径が小さくなると内側高強度層の面積が小さくなるとともに、トルクの腕の長さが短くなる。結果として、肉厚を広げても十分な許容トルクアップの効果は得られなくなる。このため、繊維状強化材を含む樹脂の射出成形品で円筒形状に回転継手を成形する場合、外径寸法が５ｍｍ〜２０ｍｍのときに、肉厚を１．０ｍｍ〜３．０ｍｍが最適と考えられる。
【００１１】
射出成形品では、金型内で溶融樹脂が合流する部位にウエルドと呼ばれる脆弱部が成形される。ウエルド部には、密着不良に起因するウエルドラインが形成されることになって、外観不良、応力集中による強度・靱性低下などが発生する。このため、長繊維強化材を含む樹脂を用いたとしても、ウエルド部では繊維による強化効果は期待できず、ベースの樹脂の強度に依存する。また、長繊維強化材を含む樹脂を用いたことによって、非ウエルド部の強度が高い分、相対的にウエルド部の強度低下率が大きくなる。しかしながら、長繊維強化材を含む樹脂を用いた場合、短繊維強化材を含む樹脂を用いた場合に比べて、強度の向上を図ることができる。
【００１２】
このため、長繊維強化材を用いた場合に、蓋壁の外面の中央部一か所にピンゲート跡が形成されるようにするのが好ましい。このように設定することによって、成形される回転継手の周壁（外周）にゲート跡が成形されないので、周壁（外周）にウエルド部が形成されない製品となる。このため、強度的に安定した製品を提供できる。
【００１３】
一般に、成形後の型開き時に、製品に繋がっているスプルーランナー部が製品（成形品）から引き千切られ場合が多い。このため、長繊維強化材を含む樹脂を用いた成形した場合にゲート部の強度が大となっているので、引き千切れにくく、型開きが不安定となり、成形サイクル全体の不安定化を招くことになる。また、ゲート部が千切れない場合や綺麗に千切れない場合も生じる。綺麗に千切れない場合、製品ゲート部において、凹部を生じさせる場合がある。
【００１４】
このため、製品を取り出すことによって、蓋壁の外面に、ゲート部を通過する型割線を形成されるものが好ましい。このように型割線が形成されたものでは、成形後の型開き時に、製品に繋がっているスプルーランナー部が製品（成形品）から引き千切られることがない。このため、成形サイクル全体の不安定化を招いたり、強度低下を招いたりすることがない。
【００１５】
また、ネジリ方向の剛性・強度を上げるためには、繊維が周方向や径方向に配向するよりも軸方向に配向する方が好ましい。繊維は樹脂の流れ方向に配向する性質があるので、繊維配向の方向からも軸方向片端面にゲートを設ける事が好ましく、特に長繊維成形では有効である。
【００１６】
外径面にキーが形成された円筒形状の周壁を備えた樹脂製回転継手では、製品の特性上、キーの根元に大きなせん断力、または曲げモーメントがかかる。この部分では、繊維は径方向に配向する事が好ましい。しかし、キーは必ずしも径方向に長さがなく、繊維が十分に配向出来るだけの流動長を得る事が出来ない。その為に、キーの外径部に捨てタブを設けるように成形するのが好ましい。このように捨てタブを成形するようにすれば、成形後、捨てタブをニッパー等で切り捨てる必要は生じるがこの捨てタブを設ける事により、キー根元で繊維が径方向に配向し、結果としてキーの強度アップが期待できる。そこで、製品として、キーの外径面にタブ切断跡が形成されているのが好ましい。
【００１７】
前記樹脂製回転継手を成形は射出成形用金型を用いて成形できる。射出成形用金型は、例えば、金型閉状態で製品キャビティに連通するスプルーランナーを形成する複数個のスライドコアを備え、スライドコアのスライドによって金型開状態となって、スプルーランナー部が製品に付設されたまま金型から取出され、製品が、残存平均繊維長が０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の繊維状強化材を含む樹脂にて成形されているものである。
【００１８】
このような射出成形用金型によれば、製品に繋がっているスプルーランナー部が製品（成形品）から引き千切られることがない。このため、成形サイクル全体の不安定化を招いたり、強度低下を招いたりすることがない。しかも、繊維状強化材を含む樹脂の射出成形品を成形でき、軽量の容器を提供できる。また、複雑な形状にも対応でき、外径面にキーを有する樹脂製回転継手を安定して成形でき、成形品としては、精度的にも安定する。また、残存平均繊維長が０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の繊維状強化材を含む樹脂の射出成形品であるので、強度的にも安定している。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、強度的に安定したインサート成形品に対して遜色がない強度を備え、しかも、樹脂一体品の特性である軽量化及びコスト低減化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る樹脂製回転継手の成形方法を示し、（ａ）は金型閉状態の要部簡略断面図であり、（ｂ）は繊維状強化材を含む樹脂を金型のキャビティ内に注入している状態の要部簡略断面図であり、（ｃ）はスライドコアの開状態の要部簡略断面図であり、（ｄ）は金型開状態の要部簡略断面図である。
【図２】図１（ｂ）のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】射出成形用金型から取り出した状態の製品の断面図である。
【図４】スプルーランナー部を除去した状態の製品の断面図である。
【図５】本発明に係る樹脂製回転継手の斜視図である。
【図６】本発明に係る樹脂製回転継手の簡略平面図である。
【図７】繊維配向性の説明図である。
【図８】キーにタブが成形された製品の断面図である。
【図９】キーにタブが成形された製品からタブを切り離した状態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下本発明の実施の形態を図１〜図９に基づいて説明する。図５は、本発明に係る樹脂製回転継手を示し、この場合の継手１は、外径面２にキー３が形成された円筒形状の周壁４を備えた樹脂製回転継手であって、残存平均繊維長が０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の繊維状強化材を含む樹脂の射出成形品である。
【００２２】
この樹脂製回転継手１のキー３は、周壁４の両端部側にそれぞれ周方向に沿って所定ピッチ（この場合、９０°ピッチ）に配設されている。各キー３は、断面矩形状であり、軸方向に延びている。また、両端部側の各キー３の位相が一致している。すなわち、一端側の各キー３と、他端側の各キー３とがそれぞれ周方向に沿って９０°ピッチで配設される軸方向線上に配置される。周壁４の一方の開口部が蓋壁５にて塞がれている。この場合、後述するように、蓋壁５の外面５ａの中央部にゲート跡Ｇおよび型割線Ｐ（図６参照）が形成されている。
【００２３】
樹脂製回転継手１は、残存平均繊維長が０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の繊維状強化材（長繊維状強化材）を含む樹脂の射出成形品であって、図１に示すように射出成形金型１０を用いて成形される。この場合、繊維状強化材は、例えば、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ザイロン繊維、あるいはボロン繊維の中から選択されるいずれかの繊維からなる。
【００２４】
また、ベースとなる樹脂が、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂である。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリイミド等が挙げられ、また、熱硬化性樹脂としては、熱硬化性ポリイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の合成樹脂が挙げられる。
【００２５】
この場合、樹脂製回転継手１の周壁４の肉厚として、１．０ｍｍから３．０ｍｍ程度に設定できる。この肉厚は、後述するように、繊維状強化材を含む樹脂にて円筒体を射出成形で成形した場合に起因するものである。この場合、外径寸法が５ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。
【００２６】
射出成形金型１０は、図１に示すように、第１型１１と、この第１型１１上に水平方向にスライドして開閉する複数個（この場合、２個）のスライドコア１２，１２と、ロッド１３とを備える。このため、図１（ａ）に示すように金型閉状態で、製品キャビティ１４が形成される。ここで、金型閉状態とは、スライドコア１２，１２が相互接近してつき合わされ、また、ロッド１３が上昇した状態である。
【００２７】
製品キャビティ１４は、周壁形成部１４ａと蓋壁形成部１４ｂとキー形成部１４ｃとを有し、蓋壁形成部１４ｂの中央部には、ゲート１５を介してスプルーランナー１６は上方に延びている。この場合、スライドコア１２の内面に、周壁形成部１４ａとキー形成部１４ｃと蓋壁形成部１４ｂの外面となる凹部１２ａ、およびゲート１５乃至スプルーランナー１６の内径面となる凹溝１２ｂが形成されている。また、ロッド１３の外径面１３ａが製品キャビティ１４の周壁形成部１４ａの内面となり、ロッド１３の端面１３ｂが製品キャビティ１４の蓋壁形成部１４ｂの内面となる。従って、金型閉状態でスライドコア１２，１２にてスプルーランナー１６が形成される。
【００２８】
スライドコア１２，１２は、図外の往復動機構を介してスライドし、ロッド１３も図外の往復動機構を介して上下動する。この場合の各往復動機構は、シリンダ機構、ボールねじ機構等の公知・公用の機構を用いることができる。なお、スライドコア１２としては、この場合、一対であるので、図２に示すように、キー形成部１４ｃは、各スライドコア１２の両端部（上下）にそれぞれ１個有し、閉状態にて２個のキー形成部１４ｃが上下に形成される半割部１４ｄ、１４ｄが上下に形成されている。
【００２９】
次に、図１に示す射出成形金型を用いて製品（樹脂製回転継手）の成形方法を説明する。まず図１（ａ）に示すような金型閉状態として、スプルーランナー１６からゲート１５を介してキャビティ１４内に、図１（ｂ）に示すように、加熱溶融させた材料を射出注入する。そして、冷却・固化後、図１（ｃ）に示すように、スライドコア１２、１２を開状態とする。
【００３０】
加熱溶融させた材料は、繊維状強化材を含む樹脂であり、繊維状強化材としては、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ザイロン繊維、あるいはボロン繊維の中から選択されるいずれかの繊維からなる。また、熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリイミド等の熱可塑性樹脂や熱硬化性ポリイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂である。
【００３１】
この場合、製品（樹脂製回転継手１）にスプルーランナー部２０が接続された状態で、スライドコア１２、１２が開状態となる。その後、図１（ｄ）に示すように、ロッド１３を下降させて、金型開状態として、スプルーランナー部２０の製品１を取り出す。なお、スライドコア１２、１２のスライドとロッド１３の下降とを同時に行ってもよい。
【００３２】
ところで、射出成形機は一般的には、型締ユニットと射出ユニットに分かれ、型締ユニットは金型の開閉、突き出し（エジェクター）を行い、トグル式と、油圧シリンダーで直接金型を開閉する直圧式とがある。また、射出ユニットは材料を加熱溶融させ、金型内へ射出する。この場合、スクリューを回転させ、ホッパーから投入した材料を射出する。このため、投入する材料の繊維は、ある一定の長さの範囲に調整されているが、成形加工時にスクリューで混練される際に、ある分量は折れ、さらには、ランナーやゲートを通過する際にもある分量が折れる。このため、本発明では、残存平均繊維長が０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の繊維状強化材を含む樹脂の射出成形品となるように、投入する材料の繊維長さを設定している。
【００３３】
金型１０から製品１を取り出した状態では、図３に示すように、スプルーランナー部２０が、蓋壁５と外面（裏面）５ａの中央部から突設されている状態である。そこで、ニッパ等の切断工具でこのスプルーランナー部２０を図４に示すように切り離すことになる。このように切断することによって、充填材である繊維が切断される。
【００３４】
これに対して、一般の射出成形においては、ゲート（ピンゲート）は金型が開く際にランナーロックピンでランナーが引っ張られることで引き千切られる。しかしながら、繊維状強化材を含む樹脂を用いた場合、強度が高いためケード部を引き千切ることが難しい。また、無理に引きちぎると長い繊維により製品厚みの内部の樹脂まで引き抜かれる場合がある。
【００３５】
しかしながら、本射出成形用金型では、スライドコアのスライドによって金型開状態となって、スプルーランナー部２０が製品１に付設されたまま取出されるので、成形後の型開き時に、製品１に繋がっているスプルーランナー部２０が製品（成形品）１から引き千切られることがない。このため、成形サイクル全体の不安定化を招いたり、強度低下を招いたりすることがない。本発明の樹脂製回転継手１では、蓋壁５の外面５ａに、ゲート１５を通過する型割線Ｐ（図６参照）を有することになる。また、製品１の蓋壁５の外面の中央部（パーティングラインの長手方向中央部）にゲート跡Ｇが形成される。このように型割線Ｐが形成されたものでは、成形後の型開き時に、製品１に繋がっているスプルーランナー部２０が製品（成形品）１から引き千切られることがない。
【００３６】
本発明の樹脂製回転継手によれば、繊維状強化材を含む樹脂Ｓの射出成形品であるので、軽量化を達成できる。射出成形品であるので、複雑な形状にも対応でき、外径面にキーを有する樹脂製回転継手を安定して成形でき、しかも、製品として精度的にも安定する。また、残存平均繊維長が０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の繊維状強化材を含む樹脂の射出成形品であるので、強度的にも安定している。
【００３７】
繊維状強化材として、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ザイロン繊維、あるいはボロン繊維の中から選択されるいずれかの繊維を用いることができ、ベースとなる樹脂として、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を用いることができる。このように構成することによって、成形される樹脂製回転継手に応じて種々の材料を選択でき、設計性に優れる。
【００３８】
射出成形品では、金型内で溶融樹脂が合流する部位にウエルドと呼ばれる脆弱部が成形される。ウエルド部には、密着不良に起因するウエルドラインと呼ばれるＶ字溝が形成されることになって、外観不良、応力集中による強度・靱性低下などが発生する。このため、長繊維強化材を含む樹脂を用いたとしても、ウエルド部では繊維による強化効果は期待できず、ベースの樹脂の強度に依存する。また、長繊維強化材を含む樹脂を用いたことによって、非ウエルド部の強度が高い分、相対的にウエルド部の強度低下率が大きくなる。しかしながら、長繊維強化材を含む樹脂を用いた場合、短繊維強化材を含む樹脂を用いた場合に比べて、強度の向上を図ることができる。
【００３９】
このため、本発明に係る樹脂製回転継手１のように、蓋壁５の外面５ａの中央部一か所にピンゲート跡Ｇが形成されているものが好ましい。このように設定することによって、成形される継手１の周壁４にウエルド部が形成されない製品となっている。すなわち、内圧を受ける部分（周壁４）にウエルド部が形成されないことになって、強度的に安定した製品を提供できる。
【００４０】
また、ネジリ方向の剛性・強度を上げるためには、繊維が周方向や径方向に配向するよりも軸方向に配向する方が好ましい。繊維は樹脂の流れ方向に配向する性質があるので、繊維配向の方向からも軸方向片端面にゲートを設ける事が好ましく、特に長繊維成形では有効である。
【００４１】
ところで、射出成形で図７に示すような円筒体５０を成形した場合、一般に表面近くで繊維配向性が高く、肉厚の中心付近では繊維配向が少なく、繊維がランダムに並ぶ傾向がある。従って、表面付近の方が他の部位よりも配向方向の強度が高くなる。この傾向は長繊維を充填した材料の方が顕著に表れる。そのために、肉厚方向で許容強度が異なる事に成る。この継手の許容伝達トルクは成形品を肉厚方向に分割したそれぞれの層の許容荷重σrに半径Ｒを乗じた値を径方向に集計したものとなる。ここで、外径寸法（半径）Ｒｏは一般的に機器のスペースの取り合いによって決まり、あまり自由に選ぶ事は出来ない場合が多い。一方、内径寸法（半径）Ｒｉは比較的自由度があるため、強度を上げるために肉厚ｔ（Ｒｏ−Ｒ１）を大きくし、結果としてＲｉが小さくなることが多い。しかし、前述のように長繊維成形品では成形品表面付近の強度が高くなる。Ｒｉが小さくなるとせっかくの内側高強度層の面積が小さくなるとともに、トルクの腕の長さが短くなる。結果として、肉厚を広げても十分な許容トルクアップの効果は得られなくなる。
【００４２】
このため、外径φ５〜φ２０程度の継手において、肉厚はｔ１〜ｔ３程度が最適と考えられる。このように設定することによって、回転継手として安定したトルク伝達機能を発揮することができる。
【００４３】
また、製品（回転継手）の特性上、キー３の根元に大きなせん断力、または曲げモーメントがかかる。この部分では、繊維は径方向に配向する事が好ましい。しかし、キー３は必ずしも径方向に長さがなく、繊維が十分に配向出来るだけの流動長を得る事が出来ない。その為に、図８に示すようにキー３の外径部に捨てタブ５１が形成されるように成形し、成形後、図９に示すように、捨てタブ５１をニッパー等の切断工具で切り捨てるようするのが好ましい。このように、捨てタブを設ける事により、キー根元で繊維が径方向に配向し、結果としてキーの強度アップが期待できる。
【００４４】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、キー３の数としては任意に設定できる。キー３の断面形状や断面積も、相手部材のキー溝に嵌合して、トルク伝達が可能である範囲で種々変更できる。
【符号の説明】
【００４５】
２     外径面
３     キー
４     周壁
５     蓋壁
５ａ   外面
１０   射出成形金型
１２   スライドコア
１４   製品キャビティ
１５   ゲート
１６   スプルーランナー
Ｇ     ゲート跡
Ｇ１   タブ切断跡
Ｐ     型割線
Ｓ     樹脂
【図１】
2020139615.tif 000003
【図２】
2020139615.tif 000004
【図３】
2020139615.tif 000005
【図４】
2020139615.tif 000006
【図５】
2020139615.tif 000007
【図６】
2020139615.tif 000008
【図７】
2020139615.tif 000009
【図８】
2020139615.tif 000010
【図９】
2020139615.tif 000011