(57)【要約】【課題】樹脂を射出成形することによって得えられる従来の歯車の高精度化を企図した場合、金型構造が複雑となる上に特別な付帯設備が必要である。【解決手段】歯車を射出成形するための本発明による金型は、歯車となる樹脂が充填される成形キャビティが画成され、この成形キャビティが歯車の歯部となる歯部成形部を有し、この歯部成形部が成形キャビティの周方向に沿って異なる転位量を持った転位歯部成形部を有する。この場合、成形キャビティに連通して溶融状態の樹脂が通る射出ゲート部に近接する転位歯部成形部がプラス側の転位量を有し、射出ゲート部から離れた転位歯部成形部がマイナス側の転位量を有するものであってよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯車を射出成形するための金型であって、前記歯車となる樹脂が充填される成形キャビティが画成され、この成形キャビティが前記歯車の歯部となる歯部成形部を有し、この歯部成形部が前記成形キャビティの周方向に沿って異なる転位量を持った転位歯部成形部を有することを特徴とする歯車成形用金型。
【請求項２】
前記成形キャビティに連通して溶融状態の樹脂が通る射出ゲート部に近接する前記転位歯部成形部がプラス側の転位量を有することを特徴とする請求項１に記載の歯車成形用金型。
【請求項３】
前記射出ゲート部との距離が最も近い位置にある前記転位歯部成形部の転位量がプラス側に最大であることを特徴とする請求項２に記載の歯車成形用金型。
【請求項４】
前記成形キャビティに連通して溶融状態の樹脂が通る射出ゲート部から離れた前記転位歯部成形部がマイナス側の転位量を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の歯車成形用金型。
【請求項５】
前記射出ゲート部との距離が最も遠い位置にある前記転位歯部成形部の転位量がマイナス側に最大であることを特徴とする請求項４に記載の歯車成形用金型。
【請求項６】
前記転位歯部成形部の転位量が前記成形キャビティの周方向に沿って連続的に変化していることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の歯車成形用金型。
【請求項７】
歯車を射出成形するための仮金型を製造するステップと、
この仮金型を用いて歯車を射出成形するステップと、
前記仮金型を用いて射出成形された歯車の基準円に対する個々の歯部の径方向のずれの方向を求めるステップと、
個々の歯部を成形する前記仮金型の歯部成形部を求められた個々の歯部の径方向のずれの方向に応じて転位させた修正金型を製造するステップと
を具えたことを特徴とする歯車成形用金型の製造方法。
【請求項８】
前記修正金型を製造するステップは、前記仮金型を用いて射出成形された歯車の基準円に対して歯部が径方向外側にずれている場合、前記修正金型に形成すべき歯部成形部をマイナス側に転位させ、逆に径方向内側にずれている場合、前記修正金型に形成すべき歯部成形部をプラス側に転位させるステップを含むことを特徴とする請求項７に記載の歯車成形用金型の製造方法。
【請求項９】
前記修正金型に形成される歯部成形部の転位量は、前記仮金型を用いて射出成形された前記歯車の基準円に対する個々の歯部の径方向のずれの量に対応していることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の歯車成形用金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精密機器などで動力伝達に用いられる樹脂製の歯車の射出成形用金型およびこの金型の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形によって製造される樹脂製の歯車は、金属製の歯車と比較して自己潤滑性、低騒音、軽量、耐腐食性、量産性などに優れているため、例えばデジタルカメラなどの精密機器における動力伝達機構の一部として用いられている。このような樹脂製の歯車を射出成形する場合、歯面となる外周面および軸が挿通される内周面を転写面として設定する必要があるため、通常は歯車の外周面と内周面との間の歯車の端面部分に射出ゲート部を位置させなければならない。
【０００３】
図２は従来の射出成形された樹脂製の平歯車の輪郭形状を極端に誇張して描いた平面図であり、図示しない軸が挿通される中心穴１の周囲に二点鎖線で示す複数（図示例では３つ）の射出ゲート部２が位置するような構成となっている。これら複数の射出ゲート部２は、平歯車３の回転中心軸線Ｃを中心として回転対称をなすように配されている。この歯車３の設計上の基準円（ピッチ円）４を一点鎖線で示すが、実際の歯部５の輪郭は図３の実線で示すように、擬似的にルーローの三角形を模した形状となる。すなわち、図示しない金型の射出ゲート部２から成形キャビティに射出された溶融樹脂は、個々の射出ゲート部２を中心にそれぞれ放射状に広がり、成形キャビティの内周部および外周部へと流動する。このため、射出ゲート部２に近い歯部５Nと、射出ゲート部２から遠い歯部５Fとで樹脂の異なる流動分布が発生し、これに伴って射出ゲート部２に近い歯部５Nと、射出ゲート部２から遠い歯部５Fとでは成形時の樹脂温度や収縮率に差が生じる。この結果、得られる歯車３の基準円４は一点鎖線で示した真円とはならず、図３の実線で示すように先にも述べたルーローの三角形を模した形状となり、精密機器における動力伝達機構に対して要求されるような精度の歯車を得ることができない。
【０００４】
このような問題を改善するため、特許文献１においては、成形キャビティの外周面の歯部成形部と射出ゲート部との間に環状に配されて複数に分割されたスリットを金型に形成し、これらスリットに個別に圧縮気体を供給し得るようにした技術が提案されている。より具体的には、スリットから成形キャビティに圧縮気体を吹き込むタイミングを制御して成形キャビティに射出された樹脂が熱収縮を始める時間を成形キャビティの場所ごとに調整し、成形される歯車全体の熱収縮をより均一化させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−００１６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された従来の方法においては、圧縮気体を成形キャビティに吹き込むための通路を金型に形成する必要がある上、これらを独立に開閉する機構を組み込む必要があり、複雑な構成の新たな付帯設備を設けなければならない。しかも、成形品が歯車単体ではなく、歯車とカムとを一体化させた複合部品を射出成形するような場合、スリットの形成に制約が加わるため、熱収縮の均一化が困難となって意図した効果を充分に得ることができない。
【０００７】
このように、従来の方法では成型品の形状を均質化する作用はあるものの、その活用条件は限定的であり、しかも金型費用が割高になる上に金型の成形キャビティに気体を注入するための付帯設備の費用も必要になる課題があった。
【０００８】
本発明の目的は、附帯設備の追加や構造の複雑化を招来することなく、高精度な樹脂製の歯車およびこのような歯車が一体に成形された歯車一体部品を射出成形し得る金型を提供することにある。また、このような金型の製造方法を提供することも本発明の目的に含まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の形態は、歯車を射出成形するための金型であって、前記歯車となる樹脂が充填される成形キャビティが画成され、この成形キャビティが前記歯車の歯部となる歯部成形部を有し、この歯部成形部が前記成形キャビティの周方向に沿って異なる転位量を持った転位歯部成形部を有することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明においては、射出成形時の溶融樹脂の流動分布や冷却の不均一性があっても、転位歯部成形部により得られる歯車の基準円が理論的基準円に近付けられた状態となる。
【００１１】
本発明による歯車成形用金型において、成形キャビティに連通して溶融状態の樹脂が通る射出ゲート部に近接する転位歯部成形部がプラス側の転位量を有するものであってよい。この場合、射出ゲート部との距離が最も近い位置にある転位歯部成形部の転位量がプラス側に最大であることが有効である。
【００１２】
成形キャビティに連通して溶融状態の樹脂が通る射出ゲート部から離れた転位歯部成形部がマイナス側の転位量を有するものであってよい。この場合、射出ゲート部との距離が最も遠い位置にある転位歯部成形部の転位量がマイナス側に最大であることが有効である。
【００１３】
転位歯部成形部の転位量が成形キャビティの周方向に沿って連続的に変化しているものであってよい。
【００１４】
本発明の第２の形態は、歯車を射出成形するための仮金型を製造するステップと、この仮金型を用いて歯車を射出成形するステップと、前記仮金型を用いて射出成形された歯車の基準円に対する個々の歯部の径方向のずれの方向を求めるステップと、個々の歯部を成形する前記仮金型の歯部成形部を求められた個々の歯部の径方向のずれの方向に応じて転位させた修正金型を製造するステップとを具えたことを特徴とする射出成形用金型の製造方法にある。
【００１５】
本発明の第２の形態による射出成形用金型の製造方法において、修正金型を製造するステップは、仮金型を用いて射出成形された歯車の基準円に対して歯部が径方向外側にずれている場合、修正金型に形成すべき歯部成形部をマイナス側に転位させ、逆に径方向内側にずれている場合、前記修正金型に形成すべき歯部成形部をプラス側に転位させるステップを含むことができる。
【００１６】
修正金型に形成される歯部成形部の転位量は、仮金型を用いて射出成形された歯車の基準円に対する個々の歯部の径方向のずれの量に対応させることが有効である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の歯車成形用金型によると、成形された歯車の基準円が真円となるように転位させた転位歯部形成部をあらかじめ歯車成形用金型に形成することにより、高精度な歯車を射出成形することができる。
【００１８】
成形キャビティに連通して溶融状態の樹脂が通る射出ゲート部に近接する転位歯部成形部がプラス側の転位量を有し、特に射出ゲート部との距離が最も近い位置にある転位歯部成形部の転位量をプラス側に最大とした場合、より高精度な歯車を射出成形可能である。また、成形キャビティに連通して溶融状態の樹脂が通る射出ゲート部から離れた転位歯部成形部がマイナス側の転位量を有し、特に射出ゲート部との距離が最も遠い位置にある転位歯部成形部の転位量をマイナス側に最大とした場合も同様な結果を得ることができる。
【００１９】
転位歯部成形部の転位量を成形キャビティの周方向に沿って連続的に変化させた場合、得られる歯車の基準円をより真円に近付けることができ、さらに高精度な歯車を得ることが可能である。
【００２０】
本発明の射出成形用金型の製造方法によると、仮金型を用いて射出成形される歯車の基準円に対する個々の歯部の径方向のずれを修正金型によって矯正することができ、高精度な歯車を射出成形することが可能である。特に、カムなどの機構部品を歯車と一体に成形した歯車一体部品を射出成形するような場合であっても、歯車の精度を良好に維持することができる。
【００２１】
仮金型を用いて射出成形された歯車の基準円に対して歯部が径方向外側にずれている場合には、修正金型に形成すべき歯部成形部をマイナス側に転位させ、逆の場合にはプラス側に転位させることにより、より高精度な歯車を射出成形することができる。
【００２２】
仮金型を用いて射出成形された歯車の基準円に対する個々の歯部の径方向のずれの量に対応して修正金型に形成される歯部成形部の転位量を設定した場合、さらに高精度な歯車を射出成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による金型を平歯車の成形用に応用した一実施形態の概略構造を模式的に表す断面図である。
【図２】射出成形された従来の樹脂製平歯車の外観を極端に誇張して示す平面図であり、本発明における仮金型によって形成された歯車に相当する。
【図３】図２に示す平歯車の実際の基準円と、理論的な基準円との関係を模式的に表す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明を樹脂製の平歯車を射出成形するための金型に応用した一実施形態の断面形状を模式的に図１に示す。本発明の歯車成形用金型としての本実施形態における修正金型１１には、歯車となる樹脂が充填される成形キャビティ１２が画成され、この成形キャビティ１２に連通して溶融状態の樹脂が通る射出ゲート部１３が修正金型１１に形成されている。本実施形態においては３つの射出ゲート部１３が歯車の中心穴となる円形の中子１４の周囲を囲むように、円周方向に等間隔に配されている。成形キャビティ１２は、歯車の歯部となる歯部成形部１５を有し、この歯部成形部１５は、成形キャビティ１２の周方向に沿って異なる転位量を持った転位歯部成形部１５P，１５Mを有する。射出ゲート部１３に近接する転位歯部成形部１５Pがプラス側の転位量を有し、射出ゲート部１３との距離が最も近い位置にある転位歯部成形部１５PXの転位量がプラス側に最大となるように設定される。逆に、射出ゲート部１３から離れた転位歯部成形部１５Mがマイナス側の転位量を有し、射出ゲート部１３との距離が最も遠い位置にある転位歯部成形部１５MXの転位量がマイナス側に最大となるように設定される。例えば、中子１４の中心Ｃと図１中、上側に位置する射出ゲート部１３の中心とを結ぶ軸線の位相を０°とした場合、図１中、時計回りに０°，１２０°，２４０°の位置にある転位歯部形成部１５PXの転位量がプラス側に最大となっている。また、６０°，１８０°，３００°の位置にある転位歯部形成部１５MXの転位量がマイナス側に最大となっている。転位歯部成形部１５P，１５Mの転位量は、成形キャビティ１２の周方向に沿って連続的に変化している。より具体的には、０〜６０°，１２０〜１８０°，２４０〜３００°にかけてはそれぞれプラス側からマイナス側まで連続的に変化し、６０〜１２０°，１８０〜２４０°，３００〜０°にかけてはそれぞれマイナス側からプラス側まで連続的に変化している。
【００２５】
この修正金型１１を用いて歯車３を射出成形すると、溶融樹脂の流動分布や冷却の不均一による影響が転位歯部形成部１５P，１５Mの転位量によって相殺され、高い基準円精度の歯車を得ることができる。
【００２６】
なお、転位歯部成形部１５P，１５Mの転位方向およびその転位量は、図２に示した従来の歯車の基準円（ピッチ円）誤差に依存するので、すべての転位歯部成形部１５P，１５Mがプラス側のみか、あるいは逆にマイナス側のみに転位させるような場合も存在する。つまり、上述した実施形態はあくまで一例に過ぎないことに注意されたい。また、本実施形態においては、３つの射出ゲート部１３を有する場合について説明したが、ゲート数が３つ以外の場合においても同様の考え方によって転位歯部成形部１５P，１５Mを作ることができる。
【００２７】
このような修正金型１１を製造する場合、まず所望の歯車を射出成形するための仮金型を製造するが、この仮金型は従来の方法によって製造された通常の金型であってよい。次に、この仮金型を用いて歯車を射出成形し、得られた歯車の基準円に対する個々の歯部の径方向のずれの方向を求める。例えば、図２に示すような歯車３を射出成形した場合、この歯車３の設計モジュールと歯数とから算出される理論的基準円４に対し、図３において実線で示す実際に射出成形された歯車３の基準円６のずれΔｒを測定する。ここで、歯車３の中心軸線Ｃと図３中、上側に位置する射出ゲート部１３の中心とを結ぶ軸線の位相を０°とした場合、射出ゲート部２に近い図３中、時計回りに０°，１２０°，２４０°の近傍に位置する歯部５Nの基準円６が正規の基準円４よりも小さい。また、射出ゲート部２から遠い６０°，１８０°，３００°の近傍に位置する歯部５Fの基準円６が正規の基準円４よりも大きい。
【００２８】
この結果に基づき、新たに作成される修正金型１１には、個々の歯部５のずれΔｒの大きさに応じた転位量を転位歯部成形部１５P，１５Mにそれぞれ与える。ただし、ずれΔｒが正規の基準円４よりも歯車３の中心軸線Ｃ側にある場合、転位歯部成形部１５をプラス側に転位させ、逆にずれΔｒが正規の基準円４よりも外側にある場合、転位歯部成形部１５をマイナス側に転位させる。換言すると、仮金型を用いて射出成形された歯車３の正規基準円４に対して歯部５が径方向外側にずれている場合、修正金型１１に形成すべき歯部成形部１５をマイナス側に転位させる。逆に、径方向内側にずれている場合には修正金型１１に形成すべき歯部成形部１５をプラス側に転位させる。
【００２９】
従って、ずれΔｒが正規の基準円４よりも外側のみの場合、あるいは逆にずれΔｒが正規の基準円４よりも歯車３の中心軸線Ｃ側のみの場合、先にも述べたように、転位歯部成形部１５の転位量はプラス側のみまたはマイナス側のみとなる。
【００３０】
また、このような修正金型１１は、通常の放電加工法を利用して部分的に歯部成形部１５P，１５Mの転位係数が異なるように工具の移動をプログミングして製作することができる。概略的には、外歯歯車の場合、修正金型１１の成形キャビティの輪郭形状に対応した歯車状電極を作成する。これは、ホブやピニオンカッターを用いたＮＣ歯切り盤などで１歯ずつ転位量を変えて作成することができ、さらに精密研削盤を用いて個々の歯部の接続を滑らかに仕上げ、この歯車状電極を用いて放電加工により修正金型１１を作成する。あるいは、目的とする歯車のモジュール，歯数，圧力角，転位係数，歯先円径，歯元円径，歯先角，歯元角などを部分毎に設定したＮＣプログラムを作成し、ワイヤーカット放電加工により修正金型１１を作成する。
【００３１】
本実施形態においては、射出成形される歯車３を平歯車として簡略化し、あらかじめ射出ゲート部１３の位置と成形後の歯車３の収縮量とを関係付けることができる。このため、射出ゲート部１３の位置に基づいて個々の歯部成形部１５の転位量をそれぞれ決めることが可能である。しかしながら、実際には歯車の強度を増すためにリブが形成されたり、他の機械要素、例えばカムが一体的に形成することも一般的に行われている。このような場合、成形樹脂の材質の変更などを含め、事前に仮金型における流動解析などを行うことによって成形時の歯車の変形を予測することが可能であり、これに基づいて修正金型の転位歯部成形部を加工することができる。
【００３２】
このように、周方向に沿って異なる転位量を持つ転位歯部成形部が形成された修正金型を用いることにより、樹脂の配向による縦収縮と横収縮の影響を排除して全周に亙り精度の良い歯車を容易に成形することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１  中心穴
２  射出ゲート部
３  平歯車
４  理論的基準円（ピッチ円）
５  歯部
５N  射出ゲート部に近い歯部
５F  射出ゲート部から遠い歯部
６  実際の基準円
１１  修正金型
１２  成形キャビティ
１３  射出ゲート部
１４  中子
１５  歯部成形部
１５P  プラス側に転位した転位歯部成形部
１５PX  プラス側最大転位量の転位歯部成形部
１５M  マイナス側に転位した転位歯部成形部
１５MX  マイナス側最大転位量の転位歯部成形部
Ｃ  回転中心軸線
Δｒ  理論的基準円に対する実際の基準円のずれ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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