(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化熱可塑性プラスチック材料を円周上に等間隔で複数個所設けられたゲートから金型内に流出させ、隣合う前記ゲートから流出させた前記繊維強化熱可塑性プラスチック材料を当該両ゲートの中間で合流させ、この合流により混入繊維を配向させ放射状にウエルドラインを形成させて射出成形するに際し、
前記複数のゲートが作る円周と同心円の円周上で、且つ前記各ゲートの放射方向における外側位置に設けた円柱状の障害物により、前記ゲートに基づくウエルドラインとは別に、前記ゲートに基づく隣合うウエルドラインの間に、当該円柱状の障害物に基づくウエルドラインを形成させることを特徴とする繊維強化熱可塑性プラスチック材料による射出成形におけるウエルドラインの生成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、コンピュータ、ワードプロセッサ等のプリンタにおける紙送り用駆動歯車等として好適の高精度歯車に係わり、特に具体的には高速、高画質を得るために優れた精密さと強度および寸法安定性、耐摩耗性が要求される精密歯車を繊維強化熱可塑性プラスチック材料の射出成形により形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に示すように、従来より射出成形歯車Ｔは、肉盗みの凹部Ｖを設けたウエブＷ面に開口する多点ゲートＧからプラスチック材料を注入して成形を行っている。この場合、ガラス繊維やカーボン繊維、あるいはその他の添加物で強化した配向性を有する熱可塑性プラスチックにおいては、隣合うゲート間で材料が合流する方向に放射状にウエルドラインＬが発生して、このウエルドラインＬには図示のような充填繊維のラジアル方向の配向Ｈが見られる。
【０００３】
従って、冷却時には繊維が配向しているウエルドラインＬ方向は殆ど収縮せず、一方、ウエルドラインＬに挾まれたゲートから半径方向の領域Ｆでは、符号Ｓで示す流れ前線に直交する流れは通常のラジアルフローとなるため、混入された繊維は円周方向に配向するのでこの部分には半径方向の大きな収縮が現われる。矢印Ｒは、円周に不均一に分布する収縮力のベクトル図示である。
【０００４】
このウエブＷ内での場所的に偏った配向の不均一性による収縮率の変化で歯車の外形が変形し、図５に示す歯車ＴについてＪＧＭＡ（日本歯車工業会）規格に規定される「かみあい試験」を行うと、図６のグラフで示されるように、ウエルドラインＬ方向に中心距離の顕著な偏倚が検知される。符号ａ〜ｉは「かみあい試験」による偏倚図形における歯車の噛合位置との対応関係を示す。この偏倚図形によれば、最大偏倚を示す山と谷との差は約１５μｍで、収縮の不均一性の影響が山と谷の偏倚となって顕著に現われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年におけるプリンタ等における印字ヘッドの解像度の著しい改良に伴い、紙送りにも一段と高い精度の向上が要求される。金属歯車を高精度に製作するには、ホブ切りや歯面研摩等に高度な機械技術を必要とし、量産に適しないばかりか極めて高価なものとなる。従って、生産性を向上し、製品を安価に提供するにはプラスチック成形歯車でこの問題を克服しなければならない。
【０００６】
そこで本発明は、繊維強化熱可塑性プラスチック材料による高精度歯車の射出成形において、ウエルドラインを多数発生させることにより繊維の配向を均等化して、ゲートから半径方向領域に生じる収縮量を抑制し、それにより歯車形状の変形、寸法等の精度低下を阻止して歯車の噛合精度を向上させることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係わる繊維強化熱可塑性プラスチック材料による射出成形におけるウエルドラインの生成方法は、繊維強化熱可塑性プラスチック材料を円周上に等間隔で複数個所設けられたゲートから金型内に流出させ、隣合う前記ゲートから流出させた前記繊維強化熱可塑性プラスチック材料を当該両ゲートの中間で合流させ、この合流により混入繊維を配向させ放射状にウエルドラインを形成させて射出成形するに際し、前記複数のゲートが作る円周と同心円の円周上で、且つ前記各ゲートの放射方向における外側位置に設けた円柱状の障害物により、前記ゲートに基づくウエルドラインとは別に、前記ゲートに基づく隣合うウエルドラインの間に、当該円柱状の障害物に基づくウエルドラインを形成させることを特徴とするものである。
本発明によれば、ゲート数を増加すること無く、ウェルドラインの数を増加することができる。すなわち、寸法的制約からゲート数の増設が物理的に制限される場合でも、ウェルドラインの数を増加することができる。
具体的には、繊維強化熱可塑性プラスチック材料による高精度歯車の射出成形方法では、外周に刻設された精密な円形歯車の歯型と、この歯車の中心軸を決定する主軸円柱と、前記歯型と円柱との中間のウエブ部分とで射出成形歯車金型キャビティを画定している。
【０００８】
この金型では、中心の円柱近傍におけるウエブ部分で、この円柱と同心円周上の複数個所に等間隔でゲートが設けてある。そこで、これら各ゲートより外側の同心円上に等間隔で、所要の直径の小円柱を前記中心軸と軸線を平行にして前記金型キャビティ内に複数個植設したことを特徴とする。
【０００９】
上記金型により製造される本発明の高精度歯車は、外周に歯列が刻設された射出成形による繊維強化熱可塑性プラスチック材料から成る高精度円形歯車であって、該歯車はその中心軸を決定する主軸円柱と上記歯列との中間のウエブ部分において上記円柱と同心円周上の複数個所に等間隔に設けられた射出成形金型のゲートに対応する位置より外側の略同心円上におおむね等間隔で所要の直径の貫通小孔が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の態様】
母材となる熱可塑性プラスチック材料として、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアセタール（ポリオキシメチレン：ＰＯＭ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、変性ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド（ナイロン６．６）等が使用に適しており、特にポリチオエーテルスルフォン（ＰＴＥＳ）は、寸法安定性、耐熱性、剛性共に優れている。
【００１１】
混入する強化用充填材には、ガラス繊維およびカーボン繊維あるいはそのいずれかが２０〜５０重量％の割合で添加される。好適には平均直径数μ〜４０μのガラスビーズを１５〜３０重量％程度混入する。
【００１２】
上記したように、隣合うゲートから流出した繊維含有プラスチック材料は両ゲートの中間で合流し、混入繊維が配向して放射状にウエルドラインを形成する。ウエルドラインより離間する領域では繊維の配向は円周方向となるので離間距離に応じて収縮量が増大する傾向にある。
【００１３】
従って、ゲート数を増設することでウエルドラインの本数を増加して収縮量の多い領域を削減し、繊維の配向を放射状配列で均等化することが考えられる。しかしながら、寸法的制約からゲート数の増設は物理的に制限される。一方、ウエルドラインの生成は、繊維含有プラスチック材料の流れの途中に円柱状の障害物を設けても可能であることが判った。
【００１４】
本発明の要旨は、歯車ウエブ内のウエルドライン数を増加させることにより、形成材料の繊維の方向性を円周方向に向けて均等化することである。そこで、ゲートの増設に代えて、例えば図１に示すように、金型キャビティ１０内でゲート１２から歯車１４の外周１６へ向かう半径線１８が交差する同心円１９の周上に、ウエルドラインの生成に関して同様の効果をもつ複数の小円柱２０を歯車１４の軸線２２と平行に植設した。２３はマニホールドで、ゲート１２を８個所に分岐する。
【００１５】
このことにより、８個所のゲート１２による８本のウエルドライン２４以外に、８個所の小円柱２０によるウエルドライン２５が８本生成して、ウエルドライン２４，２５の総数は１６本に倍増する。通常、ゲート１２のノズル内径はφ０．５〜２．０ｍｍであり、小円柱２０の外径φｄは、繊維含有プラスチック材料の流動圧力に耐えられる寸法であればよく、歯車寸法の諸元、精度、所要の強度、および植設する小円柱の数、配列等に応じて適当な寸法に設定することができる。
【００１６】
小円柱２０の配列数だけウエルドライン２５は増加し、その分、収縮領域（隣合うウエルドライン間の領域）２６を減少させることができる。図２に別の例で示すように、小円柱２０はさらに外側の同心円周２７上に等間隔で１６個所の増設を行い、ウエルドライン２８を１６本追加して、ウエルドライン数を３２本に倍増させることができる。これに伴って、外周へ向けての繊維配向は歯車ウエブの全面に亘って均等化され、隣合うウエルドライン間の収縮領域２６が縮減するので、収縮は歯車の全周でほぼ均等に生じるようになる。図２中、図１と同様の部分に対しては同一の符号が用いてある。
【００１７】
【実施例】
図３は、本発明に係わる高精度歯車の射出成形方法に基づいて成形された歯数（Ｎ．Ｔ．）＝１６０、モジュール（ｍ）＝０．５、ピッチ円直径（Ｐ．Ｃ．Ｄ）＝φ８０ｍｍの歯車３０で、３２は同心円３３周上に等間隔で８個所設けられたゲート位置の痕跡で、３４はゲート３２を配列した同心円３３より外側の同心円３５上の８個所に等間隔で配列された小円柱により生じた貫通小孔である。小円柱の８個所はゲート位置と同一半径線上に設けられている。そして３６は、このような金型構成によって生成された１６本のウエルドラインである。また３７は、歯車３０の中心軸を決定する主軸中空円柱である。
【００１８】
この歯車３０に関するＪＧＭＡ規格に基づく「両歯面全かみあい試験」の結果は図４にグラフで示すように、その変動域は１０μｍ以内に収まっており、収縮の不均一性に起因する偏倚傾向は顕著ではない。符号Ａ〜Ｉは上記「かみあい試験」による偏倚図形における歯車の噛合位置との対応関係を示す。
【００１９】
ＪＧＭＡ  １１６−０２（平歯車およびはすば歯車のかみあい精度）によれば、モジュールが０．２以上０．６以下の小モジュール歯車の両歯面全かみあい誤差の許容値は、最高精密等級の表記である０級において、ピッチ円直径５０ｍｍを超え１００ｍｍ以下の歯車では２０μｍであるから、かみあい精度に対する条件は十分に満足されている。なお、結晶化傾向のある、すなわち成形時に配向を容易に生じ易い熱可塑性プラスチックを非強化（強化繊維を混合しない）で成形する場合も同様の結果を得ることができる。
【００２０】
以上説明した通り、本発明に係わる高精度歯車の射出成形方法によれば、歯車金型キャビティ内に小円柱を植設する簡単な方法で、成形材料の配向性が均一化して収縮の不均等による歯車の変形が解消されるので、繊維強化熱可塑性プラスチックの射出成形歯車に対して、ＪＧＭＡ規格０級の精度が達成できるとともに、このような強度、耐久性に優れた高精度歯車の量産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係わる高精度歯車の射出成形方法による歯車金型の（ａ）は平面図で、（ｂ）は（ａ）の１ｂ−１ｂ線に沿って示した断面図である。
【図２】  本発明に係わる高精度歯車の射出成形方法による歯車金型における小円柱の別の配列を示す平面図である。
【図３】  本発明に係わる高精度歯車の射出成形方法による歯車の平面図である。
【図４】  図３に示した歯車のかみあい試験における中心距離の変動態様を示すグラフである。
【図５】  従来のプラスチック歯車金型の（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図６】  図５に示した歯車のかみあい試験における中心距離の変動態様を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  金型キャビティ
１２  ゲート
１４  歯車
１６  外周
１８  半径線
１９  同心円
２０  小円柱
２２  （歯車の）軸線
２４，２５，３６  ウエルドライン
２６  収縮領域
２７  同心円
３０  歯車
３２  ゲート痕跡
３４  （小円柱による）小孔
３５  同心円
【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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