(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスの導入によってひけを誘導して、外周に環状のリムを有するディスク状のプラスチック射出成形品のディスク形状外周面と対向する内周面と連続した近接箇所にひけを発生させる形状を有する成形品において、
上記ディスク形状外周面に隣接する面に、射出成形時に金型のキャビティ内面に係合する係合凹部または係合凸部を設けたことを特徴とする形状を有する成形品。
【請求項２】
上記ディスク形状外周面に隣接する面に設けた係合凹部または係合凸部を、環状凹部または環状凸部とした請求項１の形状を有する成型品。
【請求項３】
上記ガスの導入によってひけを発生させるとともに、このガスによって金型キャビティ内の成形品を強制冷却することを特徴とする請求項１または請求項２の成形品の製造方法。
【請求項４】
圧力および強制冷却媒体を空気としたことを特徴とする請求項３の製造方法。
【請求項５】
ひけ発生部をひけ誘導ガスで強制冷却することを特徴とする請求項１または請求項２の成形品の製造方法。
【請求項６】
ひけ誘導ガスによってひけ発生部を加圧するとともに強制冷却することを特徴とする請求項１または請求項２の成形品の製造方法。
【請求項７】
請求項１または請求項２のプラスチック射出成形品の成形金型。
【請求項８】
請求項３、請求項４、請求項５または請求項６の成形品の製造方法のための金型。
【請求項９】
ガスの導入によってひけを誘導して、外周に環状のリムを有するディスク状のプラスチック射出成形品のディスク形状外周面と対向する内周面と連続した近接箇所にひけを発生させる形状を有する成形品において、
上記ディスク形状外周面に隣接する面を、射出成形時に金型のキャビティ内面に係合する凸凹による粗面としたことを特徴とする形状を有する成形品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明はプラスチック射出成形によるレンズ、精密ギヤなどの高精度成形品の成形品形状、同成形品の射出成形方法、同成形品の射出成形金型に関するものであり、高精度成形面の近傍にひけの発生箇所を意図的にコントロールすることができ、熱歪み、残留応力などによる射出成形品の成形精度の低下を抑制し圧力差を均一化させ歯車外形状の変形を防止して、高精度の成形品を比較的に容易に成形することができるものである。
【０００２】
【従来技術】
当該成形品の成形面の一部に幅、深さが一定でない溝を設けてキャビティ内樹脂の圧力差を均一化させ、これによって歯車外形状の変形を防止して射出成形品の成形精度を向上させるものが特開平８−１３２５４２号公報に記載されており、また、エンプラスギヤの中空成形により同目的を達成しようとするものが特開平６−１８２８２１号公報、特開平８−１５６０５３号公報に記載されており、また、同目的のために高精度成形面以外の面にリブを設けることが特開平２−６６３６３号公報に記載されている。さらに、同目的のためにディスク部肉厚をいろいろに変えることが特開平９−１６６１９９号公報に記載されている。
さらに、高精度成形品の成形方法について、多孔質部材と圧縮気体にてひけを誘導する方法が特許第２６８６１２２号公報（「プラスチックレンズの高精度成形方法及びその成形装置」）、特開平７−１００８７７号公報に記載されており、また、光学用反射ミラーを成形する成形用金型のミラー成形面と対向する成形面に微少な凹凸を設けたものが特開平３−１２８２１８号公報（「光学用反射ミラーの製造法と成形用金型」）に記載されている。
【０００３】
従来から高精度な成形品質を得るために成形品形状や成形方法が上記のように種々工夫されている。
例えばギヤを例にあげると、その成形は一般的に多点ゲートの射出成形で行われているが、その平面形状が図１（ａ）に示すようにギヤは変形し、断面形状については正常であれば図１（ｂ）に示すようになるが、樹脂圧力が高すぎると図１（ｃ）のように膨らみ、樹脂圧力が低すぎると図１（ｄ）のように凹んでしまうなど、高精度な形状が得られない。その主な原因は、成形中のキャビティ内の樹脂圧力の分布の不均一が大きく、これが密度分布の大きな不均一、収縮率の不均一を生じ、このために各箇所での寸法のばらつきを生じることである（図２  （ａ），（ｂ）参照）。この問題解決のために、特開平８−１３２５４２号公報に記載されているもののように成形品の断面形状を変化させたり、特開平２−６６３６３号公報に記載されているもののように成形品のリブ形状を変えたり、特開平９−１６６１９９に記載されているもののようにディスク部の肉厚を変えたりしている。これらの方法においては、実際には一回の成形品形状の調整では所要の精度が得られないのが通常であり、成形品寸法から予測して形状を補正し、その結果に基づいて補正を繰り返すことによって、所要精度の成形品が得られるように金型を修正している。しかしながら、補正量を見誤りその結果、金型を削り過ぎてしまうこともあり、最悪の場合はその入れ子を作り直すことが必要になることもある。このように時間とコストがかかり過ぎてしまうことが金型の修正による方法の欠点である。また、この金型の修正による方法では、キャビティ内での圧力分布差による射出成形の悪さを完全に補うことは困難である。
従来の射出成形方法では、成形高精度を出すことが困難であるので、高精度を得るための成形法として圧縮成形法があるが、この場合は金型が複雑になるか、成形品形状によっては、圧縮機構を設けられず、したがってこの圧縮成形法を採用することができないこともある。
【０００４】
近年、ガスアシスト成形や一部にひけが発生する低圧成形（特開平２−１７５１１５、特開平７−１００８７７、特開平８−１５６０５３号公報等）の工法で比較的簡単に高精度が得られることが知られている。この低圧成形法ではキャビティ内で樹脂が移動出来るため圧力分布が均一化し易く、それだけ成形品の変形が低減されることが判りつつあるが、まだまだ間題が残されている。この低圧成形法によるギヤ成形の一例を図２に示している。圧力分布緩和のために、ガス導入によるひけ誘導部を歯形近傍に設けてあるが、ひけがある故に樹脂の温度分布に偏りが生じ、それが成形品を変形させる問題を引き起こしている（樹脂を充填してからひけが発生するまでの間、溶融したキャビティ内樹脂は、樹脂圧力を均一化する方向に移動しようとするが、ひけ誘導部分は金型から離間しているので放熱が遅れて比較的高温の状態にある。そして、キャビティ内樹脂が硬化し始めると、冷却に伴う熱収縮が早く硬化するところから始まり、最後に冷却硬化するひけ誘導部分が収縮するので、これに引っ張られて内部応力を生じ、この内部応力のために図２（ｂ）に示すような変形を若干生じることになる）。
【０００５】
【解決しようとする課題】
本発明は、ガス導入によってひけを誘導して所定の箇所にひけを発生させる低圧成形方法の利点を利用しつつ、内部応力による変形を可及的に低減できるように成形品の形状、そのための金型を工夫することをその課題とするものである。
【０００６】
【課題解決のための手段】
【その１】
上記課題解決のために講じた手段その１は、成形品の表面の一部に係合凹凸を設け、この係合凹凸によって成形品と金型のキャビティ内面とを機械的に係合させて、この係合力によって、熱収縮による変形を抑制することである。
【０００７】
【作用】
変形が予想される部分の精密成形を必要としない面、例えばギヤの場合はリムの側面に係合凹凸を設けた製品形状にしているので、金型のキャビティ内面に上記係合凹凸を形成する凹凸が形成される。樹脂を充填すると、上記凹凸に樹脂が侵入して係合凹凸が形成される。冷却工程に入ると、係合凹凸は速やかに冷却されて硬化するから、この係合凹凸とキャビティ内面の凹凸とが機械的に係合した状態になる。そのあと精密成形を要する部分の冷却硬化が進み、最後のひけ誘導部が冷却硬化される。このひけ誘導部の冷却硬化に伴う熱収縮によって引っ張られて変形しようとするが、変形が予想される部分が上記係合凹凸によってキャビティ内面に機械的に係合しているので、上記変形が金型内面によって阻止され、この状態で冷却硬化が完了する。したがって、成形品の変形が機械的に阻止され変形の少ない成形品が得られる。
なお、上記係合凹凸による金型のキャビティ内面との係合力は、上記変形を機械的に阻止し得る程度のものであればよく、その形状の如何は問わないが、成形品の上記変形を機械的係合力によって効果的に阻止できる位置と方向であることが必要である。この位置と方向は具体的な成形品の形状、構造を勘案して適宜選択すればよい。
なお、上記の係合凹凸は大きな凸部、大きな凹部とすることもできるが、小さな凸凹として、成形品の上記表面の一部を粗面にすることもできる。
【０００８】
【その２】
上記課題解決のために講じた手段その２は、成形品がギヤ、プーリなどの円板状成形品であることを前提として、成形品のリムの表裏両側面を傾斜面にしてリムの断面形状を楔形にしたことである。
【０００９】
【作用】
金型のリム成形面が傾斜面となり、これに成形品のリムが金型のリム成形面に楔状に食い込んだ状態で形成される。ひけ誘導部の収縮にともなってリムの表裏両端が半径方向内方に引っ張られてリム全体が円弧状に変形しようとするが、リムが金型のリム成形面に楔状に食い込んだ状態で保持されているので、上記変形が金型のリム成形面によって機械的に阻止された状態で硬化する。
【００１０】
【その３】
解決手段その３は、金型のひけ誘導部にガスを導入するガス導入路とガスを排出するガス排出路を設け、そこから温度調整のためのガスを導入し、樹脂温度分布が均一になるようにガス導入量を調節しながら冷却し、ガスの排気圧を排気圧調整装置で調節するようにしたことである。
【００１１】
【作用】
ガス導入の制御によって温度分を調整して温度分の不均一による成形品の変形内部応力の残留を低減し、さらにガスの排気圧を調整してひけ誘導部に加圧機能を持たせて確実にひけを誘導することが出来、ひけの発生による成形精度への影響を可及的に低減することができる。
【００１２】
【実施の形態】
この実施の形態はギヤに本発明を適用した例である。
図３に実施例１を示しているが、これはギヤのリム１の表裏両側面に断面Ｕ形の環状の係合凹部２を一つ設けたものでありその成形金型を図４に示している。金型のキャビティ内面に断面Ｕ形の環状凸部３を一つ突設している。
この実施例においてはリム１の幅が１２ｍｍ、リム１の平均厚さが５ｍｍである。そして環状凸部３の高さ（リムの係合凹部の深さ）は１ｍｍ、環状凸部３の幅（リムの係合凹部の幅）は１ｍｍである。
樹脂充填後にガス導入路４から冷却ガスを圧入してリム１の内周面にひけ５を誘導する。冷却が進むにつれてリム１は収縮のために図２（ｂ）に示すように変形しようとするが、係合凹部２の周辺が速やかに硬化してキャビティ内面の環状凸部３に機械的に係合しているので、この係合力によってリムの上記変形が阻止される。
上記係合凹部が肉抜きになるので、リムの軽量化が望まれるものに適用するとよい。
【００１３】
図５に実施例２を示しているが、この実施例２はリム１の表裏両面に断面Ｖ形の小さな環状の係合凸部６を３つ設けたものであり、金型の内面に同様の環状凹部が３つ設けられている。係合凸部６が金型の環状凹部に機械的に係合した状態で形成される。
上記係合凸部は肉盛りになるので、慣性モーメントをできるだけ大きくしたいものに適用するとよい。
【００１４】
図６に実施例３を示している。これは解決手段その２の実施例であり、リム１の表裏両面を傾斜面８にしてリム１の断面形状を楔形（あるいは台形）にしたものであり、リム１の幅が１２ｍｍ、平均厚さが５ｍｍであるものについて傾斜面８の傾斜角（成形品の半径方向に対する傾斜角）を５度としたものである。この傾斜角度はリム１と金型の成形面との間ので必要な機械的係合力を確保できる限度でできるだけ小さい方が望ましいが、概略１度〜１０度の範囲で適宜選択すればよい。
【００１５】
図７に実施例４を示している。これはリム１の表裏両面に一つの断面Ｕ形の環状係合凸部１０を設けたものであり、金型の内面に同様の環状凹部を設けている。この凹凸部の具体的寸法は実施例１のそれと同じである。
【００１６】
図８に実施例５を示している。これは図７の実施例４の変形であって断面Ｕ形の環状係合凸部１２を２つ設けたものである。この係合凸部１２は実施例４の係合凸部１０に比してその幅が若干狭く、０．７ｍｍにしている。
【００１７】
図９に実施例６を示している。これは一つの環状の係合凸部１４をリム側面の半径方向内端に設けたものである。係合凸部１４をリム側面の半径方向内端（ガスの導入によってひけを誘導する部分の近傍）に設けているので、実施例１等に比して係合凸部の存在によるギヤの歯への影響が小さく、またこの係合凸部の冷却硬化が早くリム側面にひけが及ぶことを回避することができる。
【００１８】
図１０に実施例７（参考例）を示している。この実施例（参考例）は基本的には図６の実施例３と同じであるが、ひけを誘導する位置をリムから半径方向内方に遠ざけた点が異なっている。ひけがリムの周辺（図１０の範囲Ａ）から遠ざけられているので、ひけによるリムへの影響がなく、したがって、そのためのリムの変形が回避されるだけでなく、ひけの影響による残留応力がないので経時変化による変形も回避される。但し、精度を求められる箇所から遠くにひけ誘導部を設けているため圧力分布均一化の効果が薄れ、これに伴う問題が若干残る。なお、念のためにいえば、この実施例７（参考例）は、請求項１の発明の範囲には含まれるものではない。
【００１９】
図１１、図１２に示す実施例８、実施例９は、金型のひけ誘導部にガスを導入するガス導入路４とガスを排出するガス排出路４ａを設け、そこから温度調整のためのガスをを導入し、樹脂温度分布が均一になるようにガス導入量を調節しながら冷却するものである。さらに、ガスの排気圧を排気圧調整装置２０で調節するようにしてあり、これによりひけ誘導部の圧縮効果を持たせて確実にひけを誘導することが出来る。このことにより更に高精度でかつ経時変化の小さい成形品を得ることが出来る。
なお図１２はひけがリング状となるためその円周内の任意の位置に気体の導入口と排出口を設けている。
【００２０】
実施例８，実施例９は図６の実施例３を基本として、ガスの導入、排出を制御することにより上記の効果を生じるものであるが、図４、図５、図７、図８、図９の各実施例を基本とすることもできる。
【００２１】
【効果】
本発明の作用効果は解決手段のその１、その２、その３の作用の項で述べたとおりであり、成形品の変形が予想される部分の成形精度が求められない面を金型内面に機械的に係合させ、この機械的な係合力によって冷却硬化工程における成形品の変形を防止することができ、またひけ誘導のためにガス導入量の制御によって温度分布の均一化を図り、これによって温度分布の不均一による変形、残留応力を可及的に低減することができる。
さらに、上記ガスの排気圧力を調節してこれに加圧機能を持たせてひけの誘導を確実にし、成形精度の要求される部分へのひけの影響を確実に回避することができる。
解決手段１または解決手段２と解決手段３とを向き合わせることによって、成形精度を向上させ、また経時変化による変形をも可及的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は従来技術による成形品の変形状態を拡大して示す平面図であり（ｂ）は樹脂充填圧力が正常なときの（ａ）の断面図、（ｃ）は樹脂充填圧力が高過ぎる時の（ａ）の断面図、（ｄ）は樹脂充填圧力が低過ぎるときの（ａ）の断面図である。
【図２】（ａ）は他の従来技術における成形金型内の成形品の状態を示す断面図  、（ｂ）は同金型内の成形品の変形状態を拡大して示す断面図である。
【図３】（ａ）は実施例１の斜視図、（ｂ）は（ａ）の断面である。
【図４】は実施例１の成形金型の断面図である。
【図５】は実施例２の成形品及びその成形金型の断面図である。
【図６】は実施例３の成形品及びその成形金型の断面図である。
【図７】は実施例４の成形品及びその成形金型の断面図である。
【図８】は実施例５の成形品及びその成形金型の断面図である。
【図９】は実施例６の成形品及びその成形金型の断面図である。
【図１０】は実施例７（参考例）の成形品及びその成形金型の断面図である。
【図１１】は実施例８の成形品及びその成形金型の断面図である。
【図１２】は実施例９の成形品及びその成形金型の断面図である。
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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