(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外観や寸法精度に影響を与えない成形品の任意の箇所にヒケを生じさせるヒケ誘導手段を有するプラスチック成形金型において、
上記ヒケ誘導手段は、キャビティを形成する金型（入れ子）の表面に幅５〜５０μｍの多数の独立した溝を設けて成り、これによってヒケ深さを制御するようにしたことを特徴とするプラスチック成形金型。
【請求項２】
上記金型（入れ子）の表面に設けられた多数の独立した溝は、連絡溝により連通されている請求項１のプラスチック成形金型。
【請求項３】
上記金型（入れ子）の表面の溝の長さ、当該溝の数および溝間の間隔を適宜調整することでヒケの深さを加減する、請求項１又は請求項２のプラスチック成形金型におけるヒケの深さ調整法。
【請求項４】
上記金型（入れ子）の表面の溝の長さ、当該溝の数および溝間の間隔を適宜選定して設け、これによってヒケの深さを加減している、請求項１又は請求項２のプラスチック成形金型によるプラスチック成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は形状、寸法、表面が高精度に成形されたプラスチック射出成形品及びその成形金型に関するものであり、複写機、ファクシミリなどの精密プラススチック伝動部品、プラスチックレンズなどの高精度プラスチック光学成形品の製造技術に利用して有効なものである。
【０００２】
【従来の技術】
高精度なプラスチック成形品の成形技術に関連する従来技術の一つに、プラスチック製歯車について、リムの半径方向内側の部分に幅や深さが一定でない溝を設け、キャビティ内の圧力差を均一化させて歯車外形形状の変形を防止するもの（特開平８−１３２５４２号公報）があり、また、ギヤの肉厚なリム、リブを中空成形して当該リム、リブにヒケ、変形が生じることを防止したもの（特開平８−１５６０５３号公報）などがある。
従来から高精度な成形品を得るために成形品形状や成形方法に工夫がなされている。例えばギヤを例にあげると、一般的に多点ゲートの射出成形でギヤの成形が行われているが、図１に示すようにキャビティ内の部分的な圧力の差により成形品の外形形状が変形し、高精度な形状が得られず、ギヤのＪＩＳＢ１７０２で表すと、歯みぞの振れが大きくなり等級が低下するという問題がある。図１(ｂ)は変形がない場合の断面形状を示しているが、圧力が高過ぎるときの断面形状が図１（ｃ）に示すように外周面が半径方向外方に膨らみ、圧力が低く過ぎると断面形状は図１（ｄ）に示すように半径方向内方にくぼむ。このように変形することの主な原因は、図２に示すように、多点ゲートから圧入された溶融樹脂の流れに対する抵抗が部分部分によって違いがあるために成形中のキャビティ内の樹脂圧力の分布が不均一になり、この圧力分布の不均一さのために樹脂の密度分布が不均一になり、収縮率が不均一になって、結果的に各部分の仕上がり寸法が不均一になってしまうということである。この圧力分布の不均一さできるだけ解消するために、特開平８−１３２５４２号公報に記載されたもののように断面形状に変化を与えたり、特開平２−６６３６３号公報に記載されたものの様にリブ形状を変えたり、特開平９−１６６１９９号公報に記載されたもののようにディスク部肉厚に変化を与えたりする等の様々な工夫がなされている。これらの方法による場合は、求める成形品形状の成形精度を確保することは容易でないので、成形品寸法を基にして、予測を加えつつ試行を繰り返し、補正を繰り返して、所定の成形品が得られるまで金型に修正を加えているのが現状である。このために、補正量を見誤り、キャビティ表面の一部を削り過ぎるなど、最悪の場合は、キャビティ表面の一部を構成する入れ子を作り直す羽目になることもあり、この調整のための時間とコストがかかり過ぎるという問題がある。また、キャビティ内での圧力分布差などによる成形の不均一性を完全に補うことは極めて困難であるので、上記の従来の射出成形方法で高い成形精度を出すことは非常に困難なことである。
他方、成形精度を高めるための成形法として圧縮成形法があるが、しかし、この圧縮成形法による場合は、その金型が複雑になり、またこのために成形品の形状の如何によっては圧縮機構を設けることができず、そのために圧縮成形法を採用できない場合もあるので、これによる成形は比較的単純な形状の成形品に限られるという問題がある。
さらに、近年、ガスアシスト成形や所定の一部に意図的にヒケを発生させる低圧成形法（特開平２−１７５１１５号公報、特開平７−１００８７７号公報、特開平６−３０４９７３号公報、特開平８−１５６０５３号公報）が開発されており、この成形法によるときは、キャビテイ内で樹脂が移動出来るから、圧力分布を均一化することが比較的容易であり、このために比較的簡単に高精度の成形品が得られる。この成形法は技術的に必ずしも十分完成されているわけではない（現段階ではヒケをうまく誘導出来ないこと、ヒケ誘導の装置が複雑であるなど）ので、その利点を必ずしも十分に実現できていないのが現状である。
【解決しようとする問題点】
本発明の課題は、一部にヒケが発生する低圧成形方法の利点をうまく生かしつつ、かつ、金型修正等に時間やコストをかけずに高精度な成形品が得られるように、成形法、成形金型を工夫し、以て高精度な成形品が得られるようにすることである。
【０００３】
【課題解決のために講じた手段】
上記課題を解決するために講じた手段の要点は、キャビティの非転写面を構成する入れ子の表面の任意の部分に微細な溝を高密度に設け、この微細な溝の長さ  、溝の数、密度（単位幅当たりの溝の数）を適宜加減して、所定の位置に所定の深さのヒケを確実に誘導することである。
なお、上記の「微細な溝」は、充填された溶融樹脂が当該溝に入り込めない程度の微小幅の溝を意味し、「高密度」は、多数集合した一群の微細な溝が一体として機能して一のヒケを発生させる程度に微細な溝が密集していることを意味する。
【０００４】
【作用】
上記の微細な溝にはキャビティ内の溶融樹脂は入り込めないので、この微細な一群の溝が形成されている範囲については、キャビティ表面と樹脂との間に気体層（微細な溝内に閉じ込められた気体による層）が介在することになり、この気体層の介在によって、この部分にヒケが確実に誘導される。そしてこの気体層の範囲（一群の微細な溝が設けられた領域）や、この気体層によるヒケの誘導機能は上記溝の長さ、溝の数（あるいは一群の溝が形成されている領域の幅）、溝の密度を加減することによって調整される。すなわち、溝の長さが長いほど、また溝の数が多いほど、溝の密度が高いほど誘導されたヒケの広がりは広く、深くなる。この溝の長さの調整は簡単であり、また、当該溝は微細なものであるから、これを増加、減少させる加工は簡単、容易に行われ、この溝の長さや、溝の数、溝の密度の修正に拘らず、これによって入れ子のキャビティ表面が著しく損傷される恐れも無い。したがって、この微細な溝の長さの調整、数の増減によって誘導されるヒケの深さは容易、かつ確実に調整される。また、この微細な溝は複雑な形状のキャビティ表面にも容易に形成されるので、成形品の形状の如何に拘らず、これによってヒケを誘導する位置、場所を最適位置に選定することができ、またそのヒケの広がりも簡単・容易に選定される。
【０００５】
【実施の形態】
解決手段の技術的意義、作用の意味を具体的に明らかにするために、その実施の形態を説明する。
〔成形品の形状について〕
図３は、転写性が必要な箇所、すなわち歯形とハブを除く他の大部分にヒケが生じている成形品の形状を示しており、任意の箇所でヒケ量を変えたものである。
このもののディスク部においては、平面（図３（ａ））で見ると、隣合うゲート跡ｇ，ｇの中間点を通る放線Ｌａに沿った部分のヒケ量を最も大きくし、ゲート跡ｇを通る放線Ｌｂに沿った部分のヒケ量を最も小さくしたものである。また、放線方向断面（図３（ｂ）,（ｃ））で見ると、ゲートが設けられている半径方向内側が最もヒケ量が小さく、半径方向外方ほどヒケ量が大きい。リム部において、歯を外周に設けたリム部については、リム部内周面などの歯形部以外の部分にヒケを生じさせており、リム部内周面のゲート跡ｇを通る放線上の部分のヒケ量を小さくし、ゲート跡ｇ，ｇの中間を通る放線上の部分のヒケ量を最も大きくしたものである。
図３に示す成形品を成形するときの射出充填時直後のキャビティ内の圧力分布は図２に示すようになる。圧力差があると、密度差が生じこれが収縮率差を生じ、その結果成形品の寸法のばらつきを大きくするが、上記の様にゲート跡ｇ，ｇ間の放線Ｌａの方向や外周方向の圧力が小さくなる箇所のヒケ量を積極的に大きくすることで、密度差を小さくでき、結果的に寸法ばらつきを小さくすることができる。すなわち、従来の射出成形による場合は、キャビティ容積が一定であるために圧力分布を緩和することが非常に難しいが、本発明のようにヒケ部の量を積極的に制御することにより、ヒケが生じるような低圧な成形の場合でも、圧力分布を緩和することができ、その密度差を小さくでき、結果的にその寸法のばらつきを小さくすることができるのである。
以上、多点ゲートによるギヤ（歯車）を例にして説明したが、図４に示すような圧力バランスが崩れた成形品やレンズなどの高精度成形が要求される成形品にも適応でき、成形品の形状から、寸法精度が小さい箇所のヒケの深さをより積極的に大きくすることで、高精度成形品を得ることができる。
【０００６】
〔成形品形状の制御法について〕
形状の制御法を図５，図６を参照しながら説明する。
図５の成形装置は下型１、上型２にそれぞれ入れ子Ａ，Ｂを挿入して入れ子Ａ，Ｂによってキャビティの下面、上面を構成して、歯車を成形するものである。
このものは成形品のウエブの下面、上面を形成する入れ子Ａ，Ｂと、歯形部を形成する入れ子ＣによってキャビティＤを構成したものであり、ヒケを生じさせたい部分に対応させて、入れ子Ａ，入れ子Ｂの成形面に幅５〜５０μｍの溝４を設けたものである。多数の一群の溝４は、溝同士が交差することなく独立しており、連絡溝６によって互いに連通している（図６及び図７を参照）。なお、溝の深さは幅と同等以上であれば良い。
また、溝間の間隔は、多数の微細溝が一群のものとして良好にその機能を奏する範囲に適宜選定すればよく、所期の機能からすれば、間隔は小さいほどよいが、溝加工、溝の長さ、数、溝の幅の修正加工に支障がないようにすることを勘案すると、おおよそ１０〜７０μｍの範囲で、上記の諸事情に応じて適宜選択すればよいことである。
また、図６（ａ）から明らかなように、一群の溝の中のゲート位置から遠いものほど長くしてあり、このことによって、ゲート位置から遠いほどヒケの深さが深くなるようにしている。
この溝４に連通孔５から圧縮ガスを圧入するのであるが、予定するヒケ量が大きいほど溝の長さを増したり、溝の密度、一群の溝が設けられる範囲を大きくする。
個々の溝４の幅は、当該溝に樹脂が入り込まなくするために５〜５０μｍの範囲内で適宜選択されるが、樹脂の侵入を回避できる溝幅の最大値は樹脂の粘度によって異なる。成形樹脂がＰＣ（ポリカーボネイト）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、アモルファスポリオレフィンのときは溝幅が３０μｍ以下であればこれらの樹脂が溝部に入り込むことがないことが実験的に確かめられた。樹脂が入り込まない限度であれば、溝幅は大きい方が実施上は好都合である。
【０００７】
溝４の存在により接触面積が減り、樹脂との密着力が低下し、また、樹脂充填中に高圧のガスが溝に圧入され、金型が樹脂で暖められて溝内のガス圧力が一段と高くなるため、樹脂と金型とが離型し易くなる。これらのことによってヒケの誘導、発生するヒケの大きさが、溝の幅、長さ、深さを変えることによって適宜、容易に調節されるのである。
また、予定するヒケの深さに、大きさに応じて簡単に溝を追加工し、あるいは埋めて減じることができる。また、ヒケの深さを加減するための上記溝の調整は僅かな量であり、品質への影響はきわめて小さい。
なお、この実施形態においては、図７に示すように、溝と金型外部との連通孔５を設け、この連通孔を介して上記溝に圧縮ガスを送り込むようにしているが、必ずしも圧縮ガスを用いる必要はない。
【０００８】
【発明の効果】
以上のべたとおり、キャビティの高精度転写面以外の面、すなわち非高精度転写面に微細な溝を密に設けて、この溝の長さ、深さ、数を調整し、これによって成形品の非高精度転写面の任意の位置にヒケを誘導することができ、この誘導するヒケの深さ、大きさを溝の長さ、深さ、数の調整によって適宜制御して、高精度転写面へのヒケの発生を回避し、またヒケや歪みの他の部分への影響を容易に回避することができ、したがって、高精度転写面を備え、高精度で成形された成形品が得られる。
また、ゲート位置からの距離が遠いほどヒケの深さが深くなるように、キャビティ表面の上記の一群の溝の形状を調整することは容易であるから、このように上記溝を配置し、その形状を調整することにより、ゲート位置の高精度転写面の転写精度への影響を比較的簡単・容易な手段によって可及的に低減することができる。
また、多点ゲート金型によって射出成形されたプラスチック成形品については、ゲート間放線方向部分のヒケの深さがその間の部分のヒケの深さよりも大きくなるように、キャビティ表面の上記溝の大きさ、深さ、数を調整することは容易であるから、これらの多数のゲートの存在による高精度転写面の転写精度への影響を比較的簡単・容易な手段によって可及的に低減することができる。
また、成形品が歯車である場合、そのウエブと、リムの歯面と反対側の面を形成するキャビティ表面の上記溝の長さ、深さ、数を調整することは容易であるから、これらを調整することにより、ウエブと、リムの歯面と反対側の面に確実に予定どおりのヒケを誘導することができ、したがって、形状の歪みが少なく、高精度転写された歯面を有する歯車を、比較的簡単な手段によって容易に成形することができる。したがって、このようにして成形された歯車は高精度なものである。
また、ウエブのゲート間放線方向部分やリムに他の部分よりも大きなヒケを誘導することにより、一層高精度は歯車が得られる。
さらに、成形品の一部にヒケが発生するようにした成形方法について、外観や寸法精度に影響を与えない成形品の任意の箇所にヒケを生じさせるプラスチック射出成形金型のキャビティ表面に設ける上記溝の幅を５〜５０μｍにしたことによって、当該溝への溶融樹脂の侵入を確実に回避しつつ、当該溝によるヒケの誘導を効果的に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は従来の成形方による歯車における多点ゲートと成形品の変形との関係を示す平面図であり、（ｂ）は予定した形状のものの断面図であり、（ｃ）はキャビティ内圧が高すぎる状態で成形したものの断面図であり、（ｄ）はキャビティ内圧が低すぎ状態で成形したものの断面図である。
【図２】は圧力バランスがとれている場合のキャビティの内圧分布と各部の寸法精度との関係を示す平面図である。
【図３】（ａ）は歯車成形品のおける多点ゲートの位置とヒケの発生状況との関係を示す斜視図であり、（ｂ）はゲートをとおる方線に沿った断面図であり、（ｃ）はゲートの中間をとおる方線に沿った断面図である。
【図４】は圧力バランスがとれていない場合のキャビティの内圧分布と各部の寸法精度との関係を示す平面図である。
【図５】はこの発明の実施の形態を示す金型の断面図である。
【図６】（ａ）は図５における入れ子Ａの斜視図であり、（ｂ）は図６（ａ）の要部拡大斜視図である。
【図７】（ａ）は図５における入れ子Ａの斜視図であり、（ｂ）は図７（ａ）の要部拡大斜視図である。
【符号の説明】
１：下型
２：上型
４：溝
５：連通孔
６：連絡溝
Ａ，Ｂ，Ｃ：入れ子
Ｄ：キャビティ
ｇ：ゲート跡
Ｌａ：ゲート跡の中間をとおる放線
Ｌｂ：ゲート跡をとおる放線
Ｈ：成形品のハブ
Ｒ：成形品のリム
Ｕ：成形品のウエブ
【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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