(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺円柱形状から成る成形品を成形するキャビティ内において、樹脂充填用のゲートを前記キャビティ内の長手方向の一端に設け、このゲートと対向するように、中子をキャビティ内に組み込むと共に、この中子は、回転駆動装置により、キャビティ内で回転自在であると共に、スライド駆動装置により後退及び前進自在に構成されていて、前記ゲートからキャビティ内に樹脂を充填するとき、この充填に合わせて前記中子を前記回転駆動装置により回転させると共に、樹脂圧でキャビティ内を後退させることにより、前記キャビティ内に充填された樹脂の流動先端付近に回転力を付与して長尺円柱形状の成形品の表面および内部の樹脂に、円周状の配向を生成することを特徴とする長尺円柱形状から成る成形品の射出成形方法。
【請求項２】
長尺円柱形状から成る成形品を成形するキャビティにおいて、このキャビティ内の長手方向の一端に樹脂充填用のゲートを設けたこと、
前記キャビティ内において、前記ゲートに対向し、かつ、キャビティの長手方向の中心軸を中心として回転自在で、前記中心軸に沿ってキャビティ内を後退又は前進自在に中子を組み込んだこと、
前記中子からキャビティ内を経由し、前記中心軸の延長線上となるようにキャビティ外に駆動軸を延長し、前記キャビティ外において、前記駆動軸には、この駆動軸に回転を付与する回転駆動装置を取り付けると共に、前記駆動軸を後退又は前進させるスライド駆動装置を取り付けたこと、
を特徴とする長尺円柱形状の成形品の表面及び内部に、この成形品の中心軸を中心とした円周状の配向を生成する射出成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長尺円柱形状の成形品に円周方向の配向を形成することにより、成形品の寸法精度及び機械的強度を向上させる射出成形方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、射出成形による金型キャビティ内の樹脂の流動は、キャビティ壁面と樹脂の摩擦によりせん断流動を示す。このとき、キャビティ内の樹脂の配向は、一般的に金型壁面に近い層では樹脂の流動方向と平行に、中心部では垂直に配向する傾向にある。しかし、樹脂の流動特性あるいは成形条件、キャビティ形状などの条件によりキャビティ内に充填された樹脂の配向は不均一となり、機械的強度や寸法精度などに悪影響をおよぼすと云う問題がある。
【０００３】
そこで、パイプ形状の成形品に関して、金型の内側部および外側部の少なくともどちらか一方を回転させ、キャビティ内の樹脂を円周方向に配向させることにより、パイプの機械的強度および寸法精度を向上させる製造方法が提案されている（特開平７−９４９５号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した公知例のように、金型の内側部および外側部の少なくともどちらか一方を回転させる製造方法では、金型キャビティが円筒と円柱形状で構成されているため、所謂中空のパイプ形状しか成形できず、中空でない軸や軸にギアなどが一体となった長尺円柱形状の成形品を成形することは出来ない。
【０００５】
本発明は、前記した従来の問題点を解決し、確実に溶融樹脂を円周方向に配向させることにより、機械的強度および寸法精度にすぐれた、軸やギアなどが一体となった長尺円柱形状の成形品を成形するための射出成形方法およびその装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、長尺円柱形状から成る成形品の射出成形方法において、長尺円柱形状から成る成形品を成形するキャビティ内において、樹脂充填用のゲートを前記キャビティ内の長手方向の一端に設け、このゲートと対向するように、中子をキャビティ内に組み込むと共に、この中子は、回転駆動装置により、キャビティ内で回転自在であると共に、スライド駆動装置により後退及び前進自在に構成されていて、前記ゲートからキャビティ内に樹脂を充填するとき、この充填に合わせて前記中子を前記回転駆動装置により回転させると共に、樹脂圧でキャビティ内を後退させることにより、前記キャビティ内に充填された樹脂の流動先端付近に回転力を付与して長尺円柱形状の成形品の表面および内部の樹脂に、円周状の配向を生成することを特徴とするものである。
【０００７】
更に、請求項２に記載の発明においては、長尺円柱形状の成形品の表面及び内部に、この成形品の中心軸を中心とした円周状の配向を生成する射出成形装置において、長尺円柱形状から成る成形品を成形するキャビティにおいて、このキャビティ内の長手方向の一端に樹脂充填用のゲートを設けたこと、
前記キャビティ内において、前記ゲートに対向し、かつ、キャビティの長手方向の中心軸を中心として回転自在で、前記中心軸に沿ってキャビティ内を後退又は前進自在に中子を組み込んだこと、
前記中子からキャビティ内を経由し、前記中心軸の延長線上となるようにキャビティ外に駆動軸を延長し、前記キャビティ外において、前記駆動軸には、この駆動軸に回転を付与する回転駆動装置を取り付けると共に、前記駆動軸を後退又は前進させるスライド駆動装置を取り付けたこと、
を特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、回転軸あるいは、この回転軸と一体に成形されたギア、フランジ等の射出成形方法およびその装置であって、成形品の機械的強度と寸法精度の向上を図ることが主眼である。このため、この装置は、長尺円柱形状のキャビティ内を軸方向に移動可能で、なおかつ、長尺円柱形状の軸を中心として回転可能な中子を有することを特徴とする。そして、樹脂充填前には、中子を樹脂注入部（ゲート）付近に位置させて、キャビティ内に充填された溶融樹脂あるいは加圧気体の圧力により移動可能な中子を軸方向に移動（後退）させる。また、中子の軸方向の移動開始と同時あるいは前後の時間差をもって中子を回転させる。これら移動と回転の動作を中子に与えることにより、キャビティ内に充填された樹脂の流動先端を円周方向に回転させることができる。この結果、成形品表面および内部を積極的に円周方向に配向させることができる。
【０００９】
この装置においては、中子の軸方向への移動を制御するための流体シリンダーを有し、さらに中子を回転させるためのモータおよびギアユニットを有する。
【００１０】
また、前記の装置において加圧気体の注入をおこなう場合は、樹脂導入路に加圧気体注入部を有している。
【００１１】
前記の流体シリンダーの流体注入部と流体供給部の間には、射出成形機信号（型締め、型開き、射出等）により流体の流路を制御するための流体シリンダー制御部と、この流体制御部からの信号により動作する電磁弁、および流体シリンダーの移動速度を制御するリリーフ弁を有している。また、モータ電源部には、外部信号（加圧流体注入信号、流体シリンダー位置信号、射出成形機信号等）によりモータの回転動作を制御する回転制御部を有している。
【００１２】
さらに、加圧気体注入部と加圧気体供給部の間には、射出成形機信号により加圧気体注入を制御する加圧気体制御部を有している。
【００１３】
中子あるいは中子に接続された連結ピンと流体シリンダーの連結部には、中子に軸方向への荷重が伝達可能で、なおかつ、モータの回転力が流体シリンダーのシャフトに伝達されない、スラストベアリング構造を有する。
【００１４】
中子あるいは中子に接続された連結ピンには、キー溝加工（凹形状）を有し、回転力を伝えるギアにはキー（凸形状）を有する。それぞれの凹凸形状は軸方向に移動可能な隙間を持って嵌合しており、これにより回転力を伝えるギアから中子あるいは中子に接続された連結ピンに回転力が伝達され、さらに、中子あるいは中子に接続された連結ピンが軸方向へ移動可能な構造を有している。
【００１５】
中子の先端面には、中子の回転を樹脂に効率よく伝達するために、溝あるいは凹凸あるいは粗面加工あるいは摩擦係数の大きい材料を形成してもよい。但し、これらの手段が、成形品に悪い影響を与える場合には、形成しない。
【００１６】
【実施例１】
図２に示すシャフト形状の成形品Ａを、図１に示す成形装置を用いて成形を行った。成形品Ａの形状は図２の形状で、全長３００ｍｍ、ローラー部Ｂの径３０ｍｍ、ローラー部Ｂの長さ２７０ｍｍ、両端軸Ｃの径８ｍｍ、軸Ｃの長さ１５ｍｍで、射出成形機１から射出された溶融樹脂がスプルランナー２を通りゲート３に到達し、固定側入子５と可動側入子６で構成されるキャビティ内部に注入される。
【００１７】
回転駆動装置としてのサーボモータ７は、成形機からの射出信号が回転制御部８に伝達されることで、溶融樹脂の注入開始と同時あるいは時間差を持って回転を開始する。
【００１８】
サーボモータ７の回転は、回転軸７ａ→駆動ギア７ｂを介してギアユニット９内において中子４に連結された駆動軸４ａを介して中子４に伝達される。このとき、図３のギア１０に取付けられたキー１1が中子４の駆動軸４ａのキー溝１９に噛み合う構造により回転力が伝達されて中子４が回転する。
【００１９】
中子４は、図１に示すように、射出前にはゲート３付近の前進位置にあり、ゲート３から注入される溶融樹脂の圧力によりキャビティ内を後退していく。中子４の駆動軸４ａと流体シリンダー１２からの流体シリンダロッド１２aは、図３に示すスラストベアリング１３、１３′の組み合わせにより連結されており、軸方向の荷重を受けながら中子４の駆動軸４ａはスムーズに回転できる。
図４は、キャビティ内において、樹脂３０が充填されて中子４が回転しながら後退して行く中間の状態を示すものである。
【００２０】
さらに成形機からの射出信号は、スライド駆動装置としての流体シリンダー制御部１４に伝達され、電磁弁１５が閉じ、流体供給部１８からの流体圧力が遮断されると同時に電磁弁１６が開く。溶融樹脂３０がキャビティ内部へ注入されることにより、流体シリンダー１２内にある流体は流体シリンダポート１２dから電磁弁１６とリリーフ弁１７を通り、流体シリンダポート１２eに流れる。流体がリリーフ弁１７を通過するときに、リリーフ弁１７のバルブ開閉量により流体シリンダロッド１２aに駆動軸４ａを介して連結された中子４の移動速度を調整する。
【００２１】
樹脂充填完了時に流体シリンダスイッチ１２cの信号が回転制御部８に送られ、サーボモータ７の回転が停止する。
【００２２】
図５のようにキャビティ内部の成形品Ａの冷却および金型開きが完了した時点で、型開き完了信号が成形機から流体シリンダー制御部１４に送られ、電磁弁１６は閉じて電磁弁１５が開く。これより流体供給部１８から流体シリンダー１２内に流体が注入され、中子４が上方に引き上げられる。この結果、成形品Ａの上側の軸部Ｃが中子４から離型する。
【００２３】
以上のような成形方法でガラス繊維入り樹脂の成形品を成形した結果、図６に示すように、シャフト軸に直角な断面で軸を中心とする円周方向への繊維の配向ａが観察された。
【００２４】
成形中に中子４の回転を行わない成形品（比較例）と、回転を行った本発明に係る成形品Ａの軸方向に直角な断面の最大径と最小径の差は、回転無し成形品で１ｍｍ、回転有りで０.１ｍｍであり、本発明による成形方法によると、真円度（寸法精度）の向上が図れていることが証明できた。
【００２５】
【参考例１】
実施例１に対し、成形工程の中で射出信号を加圧気体制御部２０に伝達し、溶融樹脂がキャビティ内部に注入開始されると同時、あるいは時間差を持って加圧気体注入部２１から加圧気体を一定時間注入した。
【００２６】
中子４は、溶融樹脂および加圧気体の注入圧力により、実施例１と同様に回転しながら後退した。この結果、成形品Ａの内部に中空部Ｄが成形された（図７）。
【００２７】
射出時間は０.５〜５秒、中子４の回転数は１００〜３０００rpm、加圧気体の注入圧力は３〜７MPaでLCP樹脂を用いて成形を行うと、成形品Ａの表面に図８に示すような樹脂の配向ａが見られた。また、回転数や射出時間の違いにより軸方向に対する樹脂の配向角度に違いが認められた。
【００２８】
図８において（Ａ）は回転数が１０００ｒｐｍの時の配向角度状態を示し、（Ｂ）は回転数が３０００ｒｐｍの時の配向角度状態を示している。なお、中子４の回転数は、キャビティ内の大きさ（長尺体の直径）あるいは樹脂に配合されている繊維やその量により決定するが、回転数が少ない場合には、配向が均一化せず、回転数が多くなると、繊維の密度が外周側に片寄り、配向密度が均一化しない場合が生じるので、この回転数は、実験の結果から最良のものを選ぶべきである。
【００２９】
【参考例２】
本参考例２は、図９に示すように、中子４の正面に、Ｙ字状の溝４ｂを形成することにより、中子４の回転摩擦面の運動が、樹脂の先端（流頭）に伝わり易くしたものである。但し、この摩擦面の形状は、凹凸以外の形状あるいは摩擦係数の大きい材料を用いるようにしても良い。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、樹脂の充填時にキャビティ内において中子を回転させながら後退させることにより、長尺形状の成形品に、軸を中心とする円周方向に任意の角度で樹脂や繊維を均一に配向させることができる。この結果、特に長尺成形品において、その機械的強度および寸法精度の向上が可能である。
また、中子は、キャビティ内から後退して逃げるため、中実形状の成形品を成形することができると共に、加圧気体の注入により中空形状の成形品の成形にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例であるシャフトの製造装置の説明図。
【図２】  本発明の一実施例により成形されたシャフト形状の説明図。
【図３】  図１に示したギアユニット部分の詳細を示す説明図。
【図４】  成形中途の説明図。
【図５】  本発明の一実施例での成形品取り出し状態の説明図。
【図６】  シャフト軸に直角な断面における繊維配向の説明図。
【図７】  中空シャフトの断面を示す説明図。
【図８】  LCP材料の表面の配向を示す説明図であって、（Ａ）は中子の回転数が１０００ｒｐｍの例、（Ｂ）は３０００ｒｐｍの例である。
【図９】  中子の正面に溝を形成した参考例２の説明図。
【符号の説明】
１  射出成形機
２  スプルーランナー
３  ゲート
４  中子
５  固定側入子
６  可動側入子
７  サーボモータ
８  回転制御部
９  ギアユニット
１０  ギア
１１  キー
１２  流体シリンダー
１２a  流体シリンダーロッド
１２b  流体シリンダースイッチ
１２c  流体シリンダースイッチ
１２d  流体シリンダーポート
１２e  流体シリンダーポート
１３  スラストベアリング
１４  流体制御部
１５  電磁弁
１６  電磁弁
１７  リリーフ弁
１８  流体供給部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003685490.tif 000009
【図９】
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