JP4352095B1 - 射出成形方法 - Google Patents

Abstract

【技術課題】スロットルボディの成形において、ボア成形部側とモーターケース成形部側とにおいて均一に樹脂を充填し、この充填時においてボア成形部側とモーターケース成形部側に流入した樹脂に乱流を発生させないことにより、ボア内径の真円度を高める。
【解決手段】ボア成形用キャビティ２５内に樹脂を充填するためのシリンダーＡとモーターケース成形用キャビティ２６内に樹脂を充填するためのシリンダーＢとをそれぞれ独立して設ける。樹脂の充填に際しては、充填する樹脂圧と保持圧をボア成形用キャビティ２５側よりもモーターケース成形用キャビティ２６側において低く設定する。あるいは樹脂の充填タイミングをボア成形用キャビティ２５よりモーターケース成形用キャビティ２６側を遅らす。このようにして成形を行うと、ボア１の内径の真円度は従来の成形法を用いて行ったものの真円度１８７μｍに対して１０５μｍと良くなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば自動車等の内燃機関（エンジン）の吸気通路の一部を形成し、かつ吸入空気量を制御するボアとモーターケースとが一体となった所謂スロットルボディ等の成形品を熱可塑性樹脂を用いて射出成形する成形方法に関する。

従来、自動車等の内燃機関（エンジン）には、燃焼用空気をエンジン内にとり込むための吸気通路が形成されていて、この吸気通路には、吸気空気量を制御するためのスロットルボディが取り付けられている。スロットルボディの種類の１つとしてドライブバイワイヤタイプのスロットルボディ（以下「ＤＢＷスロットルボディ」と称する。）がある。その構成は、吸入空気量を調整するスロットル弁を内装させるボア部と、スロットル弁を回転させるモーター及びギアを収納するモーターケース部とが一体となったものである。

従来、このＤＢＷスロットルボディは、動作時に高い駆動制御精度が必要であることから、アルミなどの金属を切削加工したものが用いられている。

しかし、近年になり、環境問題や低燃料化等の経済性の理由などから、自動車部品の軽量化が進められるようになり、上記ＤＢＷスロットルボディも射出成形方法を用いて製造する樹脂化が進められるようになった。

一般的な射出成形では、溶融した樹脂を金型キャビティ内に充填した後に樹脂圧力を高めて保持圧を付加し、溶融樹脂を冷却固化することにより成形品を得るものであるが、この成形品は、金型キャビティ形状、金型構造、成形条件（特に充填圧力、保持圧力）、金型温度等の様々な要因の影響を受けながら固化するため、特に複雑化された成形品全体の収縮率を完全に同じにすることは難しい。そして、この収縮率の不均一により、射出成形品にヒケやそりなどの変形が発現する。

特にスロットルボディの場合、ボアの内径には、空気の流量を制御するスロットル弁が取り付けられることから、高い寸法精度（真円度）が要求される。このため、成形工程中に金型キャビティ内には均一に溶融樹脂を充填することが必要である。

さらに、ＤＢＷスロットルボディは、スロットル弁を駆動させるモーターを収納するモーターケースも一体成形するため、樹脂を充填した際に、ボア部を形成する樹脂流動とモーターケース部を成形する樹脂流動とが影響し合い、それがボアの真円度を高めるための障害となっている。

この様に、ＤＢＷスロットルボディを射出成形する場合、前述の理由により、目的のボア内径部の真円度の寸法精度を高めることは非常に難しい。更にＤＢＷスロットルボディの使用環境を踏まえ樹脂の耐熱温度や耐薬品性を考慮すると、成形する樹脂にはガラス繊維やガラスフレークなどの充填材が高含有で添加されていることから、樹脂収縮の不均一に加え充填材の配向の影響も受けて、ますます複雑な変形プロセスとなり、ＤＢＷスロットルボディの成形に限らず、成形品の寸法精度を高めるのが困難となっている。

樹脂製スロットルボディの射出成形方法に関して、これまで様々な発明が出願されている。例えば、成形用金型の構造に関する発明や、インサート成形を利用した成形方法に関する発明、あるいは成形する樹脂の種類や成分に関する発明などが挙げられるが、いずれの射出成形方法も、成形機動作または金型入子動作により樹脂圧力を高めて保圧を加えており、樹脂収縮不均一による成形品の変形は免れない。

そこで、樹脂収縮の不均一を低減する方法として、特開２００６−２６７４号公報には、インサート射出成形用の金型キャビティの表面温度を均一にするための温調回路が紹介されている。この方法により、金型キャビティに充填された樹脂は全体的に均一な温度プロファイルを得て収縮するため、結果成形品の変形を低減することができる。

しかし、樹脂の収縮は、温度だけでなく、充填工程、保圧工程時の樹脂圧力の影響を大きく受けるため、上記の方法を用いても成形品全体の収縮率を完全に同じにすることはできない。またこの方法を採用すると、金型構造が複雑となり、金型の製作費用が高くなる問題がある。

一方、射出成形において成形品のヒケやそりなどの変形を低減する手法として、不活性ガスを利用する成形方法が提案されている。これは、金型内に溶融樹脂を充填させた後に不活性ガスを注入して成形品の肉厚内部に中空を形成させる方法である。

しかし、この成形方法を用いてスロットルボディ成形品を成形した場合、成形品の肉厚内部に中空が形成されるため、成形品の強度が低下し、実用的ではない。

更に、特開昭５３−４７４５７号公報には、円筒の外部に真円度が要求される成形品形状を用いて、溶融樹脂を金型キャビティに充填した後、円筒内部の非可視裏面から不活性ガスを注入し、ガスで可視面側に押圧することにより、可視面側円筒の真円度精度を向上させる方法が紹介されており、この方法によると、不活性ガスを非可視面側に注入するため、容易に可視面側の寸法精度を高めることができる。

しかし、この方法によると、非可視面のガス注入側には樹脂の収縮が起こり、顕著なヒケが発生する。例えば、本発明で取り上げているスロットルボディのボア部内の真円度を向上させるために、溶融樹脂を金型キャビティに充填した後、ボア部の外側に不活性ガスを注入すると、ボア部内の内径部の真円度は向上するものの、ボア部の端面に形成されるフランジの面精度を高めることは難しい。
特開２００６−２６７４公報 特開昭５３−４７４５７公報

以上のように、円筒状のボア部とモーターケース部とが一体成形されたＤＢＷスロットルボディを従来の射出成形法を用いて成形を行うと、ボア部の周囲に形成されるモーターケース部側の影響を受けて、ボア部内の真円度に影響がでるという問題がある。

本説明の目的は、ＤＢＷスロットルボディのような複雑な成形品を複数の成形部を持ったキャビティを用いて一体成形する方法において、それぞれの成形部における成形に最適な条件で樹脂の充填と保持圧及び充填タイミングをかけることにより、特にＤＢＷスロットルボディを射出成形する際、ボア内径部の真円度が高められる成形方法を提供することである。

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、スロットルボディの射出成形方法において、ａ．内部にスロットル弁を組みつける円筒状のボア成形部と、このボア成形部の側方に形成されるスロットル弁駆動用モーターケース成形部と、前記スロットル弁へ前記スロットル弁駆動用モーターからの駆動力を伝達するギヤー群を収めるギヤケース成形部と、から成るスロットルボディ成形用キャビティを形成して成る金型において、
ｂ．前記ボア成形部とスロットル弁駆動用モーターケース成形部にそれぞれ樹脂を充填するためのシリンダーを設け、
ｃ．前記二つのシリンダーからそれぞれキャビティ内に樹脂を充填する際、それぞれ充填された樹脂の流頭が前記ギヤケース成形部において合流するように樹脂の充填圧及び充填開始タイミングを制御するものである。

本発明の効果は次の通りである。
本発明によると、複雑な成形部を有する製品の成形に際し、成形部ごとに最適な条件で成形を行ない、高精度の成形品を得ることができると共に成形品の部位ごとに樹脂を変えたり、色彩を変えたりすることができる。

また、ＤＢＷスロットルボディの成形において、ボア部とモーターケース部とを一体成形する際、各々の成形用キャビティに専用のシリンダーを備えているため、従来一つのシリンダーから各成形部へ溶融樹脂を充填する時よりも低い充填圧力及び保持圧力で射出成形を行うことができる。したがって、それぞれの成形部において、溶融樹脂が均一に充填され且つ、固化時に均一に収縮されるため、特にボア内径部の真円度を高い精度で成形することができる。

また、ボア成形用キャビティとモーターケース成形用キャビティへの溶融樹脂充填開始のタイミングを同時又は遅延いずれかを選択できるので、最適な成形条件を設定できる。

また、ボア成形用キャビティとモーターケース成形用キャビティへの樹脂充填圧力を個別に選択できるので、最適な成形条件を設定できる。

本発明のＤＢＷスロットルボディ等の射出成形方法は、成形部ごとに樹脂を充填し、保持圧をかけることができるシリンダーを用いることにより、成形部ごとに溶融樹脂が均一に充填され、且つ保持され、更に固化も成形部ごとになされるため、成形品は均一に収縮されることから、特にボアの内径部の真円度を高めることができる。

さらに、溶融樹脂の充填圧、保持圧を選択することにより、成形部ごとに最適な成形条件の設定を行うことができる。

本発明で用いられる樹脂は、スロットルボディの場合に必要とされる樹脂特性（例えば成形性、寸法安定性、耐熱性および耐薬品性等）に優れた熱可塑性樹脂で、例えばポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルイミドが望ましい。その他、上記樹脂特性を満たす熱可塑性樹脂であれば樹脂の種類を問わない。また樹脂の中にガラスフィラー、ガラスフレーク、ガラスビーズ、炭素繊維、タルク、マイカ等のフィラーが混入されていても良い。また、樹脂の色彩を変えることにより、多色成形品を一つのキャビティで同時に成形することができる。

次に、本発明に係る射出成形方法をスロットルボディの成形に適用した例を各図に基づいて詳細に説明する。

実施例１では請求項１に記載した発明に該当する実施例を各図を基に説明する。
図１は本実施例で射出成形したＤＢＷスロットルボディの斜視図、図２は本実施例で用いた射出成形用金型の断面図、図３はＤＢＷスロットルボディを成形するキャビティ形状の説明図、図４はＤＢＷスロットルボディとランナー及びスプルーとが連結されている状態の模式図、図５は射出成形用金型が閉じた様子を示す説明図、図６はシリンダーＡ及びシリンダーＢからボア成形用キャビティ及びモーターケース用キャビティへ溶融樹脂を充填している説明図、図７は溶融樹脂を充填し終わって保圧工程に移行した説明図、図８は射出成形用金型を開いた説明図、図９はエジェクターピンによりＤＢＷスロットルボディを金型から離型させた説明図である。

図１により本実施例１で得られたＤＢＷスロットルボディ１００について説明する。樹脂はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂を用いた。この図１において、符号の１は内部にスロットル弁（図示せず）を収納する円筒状のボア、２はマニホールド（図示せず）に組み付ける際、取付け面となるフランジ、３はマニホールドに組み付ける際、取付け用ボルトを貫通させるための中空形状であるボルト取付用ボス、４は回転するスロットル弁の軸を組み込むための軸受け、５はモーターとギアを収めるモーターケース、６は前記モーターケース５の一部であるモーター収納部、７はギア収納部である。前記ボア１の大きさは、内径Ｗが６５ｍｍ、フランジ２からの高さＨは６０ｍｍである。ボア１とモーターケース５の容量はボア１の方が大きい。

本実施例１によって成形されたＤＢＷスロットルボディ１００は、ボア１内に軸受け４を用いてスロットル弁を組み込み、このスロットル弁を駆動するモーターをモーターケース５のモーター収納部６内に組み付け、このモーターの駆動をスロットル弁に伝達するギヤーをギア収納部７内に組み付けた上で、カバー８をギア収納部７に取り付けて、ギア収納部７内を気密状態に閉塞する。

この様な形状のＤＢＷスロットルボディ１００を成形する金型を図２に基づいて説明する。
固定側取付板７にはスプルーブッシュ８及びスプルーブッシュ９の２つのスプルーブッシュが設けられている。そして、スプルーブッシュ８にはシリンダーＡが、スプルーブッシュ９にはシリンダーＢが図２のように樹脂の射出時に接続される。

更に、固定側取付板７の正面には、ランナーストリッパープレート１０及び固定側型板１１が具備されている。

１２はランナーストリッパープレート１０の正面に組み込まれた固定側入子、１３はこの入子１２の正面に組み込まれた固定側キャビティ成形用入子、１４はスプルー、１５は十字状の一次ランナー、１６は４本の二次ランナー、１７は４個のゲートである。

図２において１８は可動側取付板、１９は可動側取付板１８の正面側に組み付けられたエジェクトピン２０の取付プレート、１９ａはエジェクトピン２０の押えプレート、２１は可動側取付板１８の正面に可動側型板２２を組み付けている受け台である。

２３は可動側型板２２の正面に組み付けられた可動側キャビティ成形用入子であって、前記固定側入子１３と対面することにより図４に示したスロットルボディ成形用キャビティ２４が形成される。

図４において、２５は前記スロットルボディ成形用キャビティ２４のボア成形部、２６はモーター収納部６の成形部であって、このモーター収納部６の成形部２６へはシリンダーＢからスプルー２９、一次ランナー３０、二次ランナー３１、ゲート２７を経由して樹脂の充填が行われる。

上記のように、固定側型板１１には、製品形状の一部を担う入れ子１３が組み込まれている。また、スプルーブッシュ８からは、前記のように入れ子１３まで溶融樹脂の湯道であるスプルー１４が形成され、更に入れ子１２から入れ子１３を通過してキャビティ２４までスプルー１４から４つの湯道に分岐した一次ランナー１５、二次ランナー１６が形成されている。

同様に、スプルーブッシュ９からは、入れ子１２まで溶融樹脂の湯道である一次ランナー３０、二次ランナー３１、ゲート２７を通過してキャビティ２４のモーターケース５の成形部２６面まで樹脂が充填される。

可動側取付板１８には、製品形状の一部を担う入れ子２３が組み付けられた可動側型板２２が組み付けられていると共に、受け台２１が組み付けられている。さらに、エジェクタープレート１９とエジェクタピン２０の押えプレート１９ａとに挟まれる様に複数本のエジェクタピン２０が取付けられている。その先端は受け台２１及び可動側型板２２を貫通してキャビティ２４面まで達している。

固定側型板１１と可動側型板２２を閉じることにより、キャビティ２４は、図３に示す製品形状となる。

図４にＤＢＷスロットルボディ成形用キャビティ２４と、スプルー１４（２９）、一次ランナー１５（３０）、二次ランナー１６（３１）、ゲート１７（２７）の模式図を示した。ボア成形部２５側には４つのゲート１７を設け、このゲート１７にスプルー１４、第１ランナー１５、第２ランナー１６を経由してシリンダーＡから樹脂が供給される。また、一方のモーターケース成形部２６側には２つのゲート２７を設け、このゲート２７にスプルー２９、一次ランナー３０、二次ランナー３１を経由してシリンダーＢから樹脂が供給される。このように、ボア成形専用のシリンダーＡとモーターケース成形専用のシリンダーＢとが独立しているためそれぞれのシリンダーＡとＢから任意の充填圧と保持圧及びタイミングで樹脂の充填を行うことができる。

次に図５〜図８を基に実施例１に記載したシリンダーＡ、Ｂを用いたＤＢＷスロットルボディ１００の射出成形方法を説明する。

事前に、ボア成形部２５及びモーターケース成形部２６とも最終充填位置をＥ及びＦ地点に設定し、同時に溶融樹脂が達するように、シリンダーＡ及びＢの射出スピード等を調整した。

前記最終充填位置がＥ及びＦ地点となるように行う射出成形工程について説明する。
図５に示す如く可動側取付板１８を前進させて固定側型板１１と可動側型板２２を閉じる。この時、シリンダーＡ及びシリンダーＢにおいては、樹脂の計量後、ヒーターによる加熱そしてスクリューによる練り込みにて樹脂が溶融されて待機している。

次に図６に示す様に、シリンダーＡ及びシリンダーＢとも同時にキャビティ２４内に溶融樹脂の充填を開始する。この時の充填圧力は、シリンダーＡは８０ＭＰａ、シリンダーＢは７０ＭＰａである。なお、この充填圧の設定は、各成形部の容量に基づくものである。

最終的には図７に示す様にボア成形部２５のキャビティ内とモーターケース成形部２６のキャビティ内には溶融樹脂が同時に満されて充填が完了する。このように、シリンダーＡ及びシリンダーＢの成形条件を定めることにより、ボア成形部２５側とモーターケース成形部２６側にそれぞれ独自に樹脂が充填され、ボア成形部２５とモーターケース成形部２６の接合部で樹脂が合流するため、特にボア成形部２５において樹脂の合流による乱流の発生が抑えられて溶融樹脂を均一にそれぞれのキャビティ内に充填することができた。

保圧工程においては、容量に比例してシリンダーＡの保圧力を９３Ｍｐａ及びシリンダーＢの保圧力を４８Ｍｐａに設定して樹脂圧を設定時間かけ、更に冷却工程を経過後、可動側取付板１７を後退させて固定側取付板７側より離した（図８）。この結果、固定側型板７及びランナーストリッパープレート１０が相互に離れ、一次ランナー１５（３０）及び二次ランナー１６（３１）がＤＢＷスロットルボディ１００から引き剥がされて分離した。

その後、図９に示すように、エジェクトプレート１９及びエジェクトピン２０の押え１９ａが前進することにより、エジェクトピン２０が受け台２１及び可動側型板２２のガイド穴を移動してＤＢＷスロットルボディ１００を突き出して離型する。この成形工程を経て、射出成形が完了し、図１に示すＤＢＷスロットルボディ１００を得ることができた。

その結果、得られたＤＢＷスロットルボディ１００におけるボア１の内径部の真円度（最長内径−最短内径）をシリンダーゲージ（形式：CG-100A 株式会社ミツトヨ製）を用いて測定すると１０５μｍと良好な測定値であった。

本実施例２は、実施例１で成形したＤＢＷスロットルボディ１００とその形状は同一であるが、ボア１の内径Ｗが３５ｍｍ、フランジ２からの高さＨが４５ｍｍと小型化されたＤＢＷスロットルボディ１００の成形方法である。

また、ボア１部分の体積とモーターケース５部分の体積はほぼ同一である。このため、シリンダーＡとＢの充填圧及び保持圧とも４８Ｍｐａに設定した。

その結果、実施例１と同様な真円度をもつＤＢＷスロットルボディ１００を得ることができた。

前記した実施例１では、シリンダーＡ及びシリンダーＢとも同時にキャビティ２４内に対する溶融樹脂の充填を開始したが、本実施例３では、モーターケース成形用キャビティ２６への溶融樹脂充填開始タイミングを、ボア成形用キャビティ２５への溶融樹脂充填開始後、時間を遅らせて行うタイミングで行った。

ボア成形用キャビティ２５はモーターケース成形用キャビティ２６よりキャビティ容量が大きい場合、最終充填位置に達するまでの時間差が生じ乱流をおこす要因になる。

まず、図１０に示す如く固定側型板１１と可動側型板２２を閉じる。この時、シリンダーＡ及びシリンダーＢにおいては、樹脂の計量後、ヒーターによる加熱そしてスクリューによる練り込みにて樹脂が溶融されて待機している。

次に、図１１に示す様に、シリンダーＡからボア成形用キャビティ２５内に溶融樹脂の充填を開始する。

その後、図１２に示すように、シリンダーＡからの射出開始から０．７秒後にシリンダーＢからの射出を開始する。遅延時間の設定は、予めＣＡＥによる流動解析を行うことにより可能である。

最終的に図１３に示す様にボア成形用キャビティ２５とモーターケース成形用キャビティ２６は溶融樹脂で同時に満たされ充填が完了する。各キャビティに応じてシリンダーＡ及びシリンダーＢの成形条件を定めることができるので、ボア成形用樹脂とモーターケース成形用樹脂とは乱流することなくそれぞれの成形部へ溶融樹脂を均一に充填することができた。

保圧、冷却工程を経過後、可動側取付板１７を後退させて固定側取付板７より離した。固定側型板１１及びランナーストリッパープレート１０が相互に離れることにより、一次ランナー１５（３０）及び二次ランナー１６（３１）がともにＤＢＴスロットルボディ１００から引き剥がされて分離した（図１４）。

その後、図１５に示す様に、エジェクトプレート１９及びエジェクトピン２０の押えプレート１９ａが前進することにより、エジェクトピン２０が受け台２１及び可動側型板２２のガイド穴を移動してＤＢＷスロットルボディ１００を突き出して離型することにより、射出成形が完了しＤＢＷスロットルボディ１００を得ることができた。

その結果、得られたＤＢＷスロットルボディ１００におけるボア１の内径部真円度を測定すると、７６μｍと良好な測定値であった。

参考例

本参考例のボア１とモーターケース５が一体になったＤＢＷスロットルボディ１００は、ボア成形用キャビティ２５とモーターケース成形用キャビティ２６とが連結になった箇所がある。先に溶融樹脂が連結部に到達した場合、他のキャビティへ流れ込んでしまい、樹脂量が不足する事態が発生する場合がある。

例えば図４においてＣ部がボア成形用キャビティ２５とモーターケース成形用キャビティ２６とが連結する場所のうち一番に肉厚になる箇所である。したがって、図４においてＣ部に直近の二次ランナー１６において、ゲート１７近傍の断面積を他の二次ランナー１６の径に対し、１．０ｍｍ太くした。他の二次ランナー１６よりも上記直近の二次ランナー１６の径を太くする値の設定は、予め、ＣＡＥによる流動解析を行うことにより可能である。当然、ゲート１７の径も他のゲート１７より大きくなる。

その結果、得られたＤＢＷスロットルボディ１００におけるボア１の内径部の真円度を測定すると、７０μｍと良好な測定値であった。なお、上記各実施例において、シリンダーＡとＢ内の樹脂は同じであるが、シリンダーＡとＢ内の樹脂を変えたり、色彩を変えることにより、一つの成形品において、組成の違う部位とか色彩の違う製品とすることも可能である。

比較例１

本比較例では、図４におけるスプルー１４とスプルー２９とを連結させ、更に、溶融樹脂の注入はスプルー１４のみから行った。つまり、シリンダーはＡのみを用いた。
他の一次ランナー及び二次ランナー、ゲートは実施例２と同一である。

その結果、得られたＤＢＷスロットルボディ１００におけるボア１の内径部の真円度を測定すると、１８７μｍとなり、実施例１〜実施例４の測定値に比較すると表１に示すように可成り劣る測定値であった。

図１ スロットルボディの外観説明図
図２ 本発明に係るスロットルボディ成形用金型と射出装置の説明図
図３ スロットルボディの側面図
図４ スロットルボディ成形用キャビティ及びこのキャビティに続くランナー及びスプルーの説明図
図５ 金型を用いた状態の説明図
図６ 樹脂を充填している中途の状態の説明図
図７ 樹脂の充填を完了した状態の説明図
図８ 金型を開いた状態の説明図
図９ 製品を離型させている状態の説明図
図１０〜１５ 実施例２の説明図

１００ ＤＢＷスロットルボディ
１ ボア
５ モーターケース
１１ 固定側型板
１３ 固定側入子
１４・２９ スプルー
１５・３０ 一次ランナー
１６・３１ 二次ランナー
１７・２７ ゲート
２２ 可動側型板
２３ 可動側入子
２４ キャビティ
２５ ボア成形部
２６ モーターケース成形部
Ａ ボア側シリンダー
Ｂ モーターケース側シリンダー

Claims (1)

1. ａ．内部にスロットル弁を組みつける円筒状のボア成形部と、このボア成形部の側方に形成されるスロットル弁駆動用モーターケース成形部と、前記スロットル弁へ前記スロットル弁駆動用モーターからの駆動力を伝達するギヤー群を収めるギヤケース成形部と、から成るスロットルボディ成形用キャビティを形成して成る金型において、
   ｂ．前記ボア成形部とスロットル弁駆動用モーターケース成形部にそれぞれ樹脂を充填するためのシリンダーを設け、
   ｃ．前記二つのシリンダーからそれぞれキャビティ内に樹脂を充填する際、それぞれ充填された樹脂の流頭が前記ギヤケース成形部において合流するように樹脂の充填圧及び充填開始タイミングを制御する、
   ｄ．ことを特徴とするスロットルボディの射出成形方法。

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