JP6882004B2 - Injection molding, injection molding manufacturing method, and gear manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、樹脂型から成る射出成形型、その射出成形型の製造方法、およびその射出成形型を用いた歯車の製造方法に関する。 The present invention relates to an injection molding mold made of a resin mold, a method for manufacturing the injection molding mold, and a method for manufacturing a gear using the injection molding mold.
樹脂材料の射出成形によって工業製品、例えば歯車などの部品を製造する場合、金属製の型（金型）が用いられることがある。一般に、金属製の型を用いた射出成形では、成形品の離型を考慮し、歯車の端面に型分割位置に相当するパーティングラインが来るよう型設計を行うことが多い。また、歯形の加工性を考慮して、歯面と側面の角部にパーティングラインが来るよう型設計を行うこともある。 When manufacturing industrial products such as parts such as gears by injection molding of a resin material, a metal mold (mold) may be used. In general, in injection molding using a metal mold, the mold is often designed so that the parting line corresponding to the mold division position comes to the end face of the gear in consideration of the mold release of the molded product. In addition, in consideration of the workability of the tooth profile, the mold may be designed so that the parting line comes to the corners of the tooth surface and the side surface.
一方、金属製の型、いわゆる金型は一般的にマシニングセンターによる切削加工や旋盤による旋削加工、研削盤による研削加工、銅電極・ワイヤ放電加工機による放電加工を用い、製作されている。これにより得られる金型構成部品は高精度であるものの、複数の工程を経て加工されるため、また、金型構成部品点数が多数存在するため、金型を完成させるまでの所要時間が長い。このため、実験用の部品などを射出成形で試作する場合などにおいては、その都度、金属製の金型を作成することになり、試作時間が長くなり、また試作費用がかさむ問題がある。 On the other hand, metal dies, so-called dies, are generally manufactured by using cutting with a machining center, turning with a lathe, grinding with a lathe, and electric discharge machining with a copper electrode / wire electric discharge machine. Although the mold component obtained by this is highly accurate, it takes a long time to complete the mold because it is processed through a plurality of steps and because there are a large number of mold components. For this reason, when a prototype of an experimental part or the like is prototyped by injection molding, a metal mold is created each time, which causes a problem that the trial production time becomes long and the trial production cost increases.
そこで、従来より、樹脂製の型を用いる手法が提案されている（例えば下記の特許文献１）。特許文献１に記載されている手法では、何らかの手法で作成した歯車のモデルの周囲に熱硬化性樹脂を注入することによりキャビティ型を得ている。 Therefore, conventionally, a method using a resin mold has been proposed (for example, Patent Document 1 below). In the method described in Patent Document 1, a cavity type is obtained by injecting a thermosetting resin around a gear model created by some method.
一方、近年では、３Ｄプリント技術を用いて直接、部品を製作できるようになっている。例えば、上記のような歯車の試作を行う場合に３Ｄプリント技術を利用することが考えられる。３Ｄプリントの手法は、主に三つある。一つ目は、樹脂や金属の粉末材料の薄層を敷設し、造形物を形成したい部分にレーザ光を照射し、溶融と固化を連続的に繰り返し、３次元の造形物を得る粉末積層造形を行うもので、この手法はＳＬＳ法などと呼ばれる。二つ目は、光硬化性の液体の樹脂材料が満たされた液槽の表面或いは最下部の造形物を形成したい部分に紫外線を照射し、光重合を連続的に行いながら次元の造形物を得る光造形法でＳＬＡ法などと呼ばれる。三つ目は、光硬化性の液体の樹脂材料をノズルから造形物を形成したい部分に吐出積層し３次元の造形物を得るインクジェット積層造形法がある。 On the other hand, in recent years, it has become possible to directly manufacture parts using 3D printing technology. For example, it is conceivable to use 3D printing technology when making a prototype of the above gear. There are three main methods of 3D printing. The first is powder additive manufacturing, in which a thin layer of resin or metal powder material is laid, the part where the model is to be formed is irradiated with laser light, and melting and solidification are continuously repeated to obtain a three-dimensional model. This method is called the SLS method or the like. The second is to irradiate the surface of the liquid tank filled with a photocurable liquid resin material or the lowermost part where the modeled object is to be formed with ultraviolet rays, and continuously perform photopolymerization to create a dimensional modeled object. It is called the SLA method or the like in the stereolithography method obtained. The third method is an inkjet additive manufacturing method in which a photocurable liquid resin material is discharged and laminated from a nozzle to a portion where a modeled object is to be formed to obtain a three-dimensional modeled object.
しかしながら、直接、歯車のような部品の３Ｄプリントでは、造形材料が射出成形材に比べ種類も限定されていること、射出成形に比べ、引張・曲げ・衝撃強度が大きく劣る、などの物性の問題があり、評価に値しない造形結果となる場合がある。そこで、比較的容易に製作できる３Ｄプリントによって樹脂製の型を作成し、この樹脂型を用いて射出成形を行う方法が注目されている。 However, in 3D printing of parts such as gears directly, there are problems with physical properties such as the types of modeling materials are limited compared to injection molding materials, and the tension, bending, and impact strength are significantly inferior to injection molding materials. In some cases, the molding result may not be worthy of evaluation. Therefore, a method of producing a resin mold by 3D printing, which can be manufactured relatively easily, and performing injection molding using this resin mold has attracted attention.
ところが、樹脂製の型を用いて射出成形を行う場合、金属製の型と同様の仕様で成形するとパーティングラインにバリが発生しやすい問題がある。例えば、歯面にパーティングラインを配置した構成の樹脂型を用いて歯車を射出成形を行うと、歯車の噛合い精度が著しく低下する可能性がある。これに対処するため、射出成形後に歯車の噛合い精度を向上させるための後加工を行うことも考えられるが、バリを充分、除去できない可能性がある。 However, when injection molding is performed using a resin mold, there is a problem that burrs are likely to occur on the parting line if molding is performed with the same specifications as the metal mold. For example, if the gear is injection-molded using a resin mold having a parting line arranged on the tooth surface, the meshing accuracy of the gear may be significantly lowered. In order to deal with this, it is conceivable to perform post-processing to improve the meshing accuracy of the gear after injection molding, but there is a possibility that burrs cannot be sufficiently removed.
そこで、本発明の課題は、樹脂製の型を用いた射出成形によって樹脂製の歯車を高精度に製造できるようにすることにある。 Therefore, an object of the present invention is to enable high-precision production of resin gears by injection molding using a resin mold.
上記課題を解決するため、本発明、特に射出成形型の構成においては、それぞれ射出成形機に装着される、コア型またはキャビティ型にそれぞれ分割された第１の樹脂型、および第２の樹脂型を含み、樹脂製の歯車を射出成形する射出成形型であって、前記第１の樹脂型は前記歯車の歯面の全体を転写する転写面を備えた一体部材であり、前記転写面が前記歯面に連なる端縁部を転写するオーバーハング部を備える構成を採用した。 In order to solve the above problems, in the present invention, particularly in the configuration of the injection molding mold, the first resin mold and the second resin mold, which are divided into the core mold and the cavity mold, are mounted on the injection molding machine, respectively. wherein the resin-made gear a injection mold for injection molding, said first resin mold is Ri integral member der having a transfer surface for transferring the entire tooth surfaces of the gears, the transfer surface adopting a configuration in which Ru includes an overhang portion for transferring the edge portion continuous with the tooth surface.
上記構成によれば、歯車の歯面の全体を第１の樹脂型の転写面によって転写できるため、樹脂製の型を用いた射出成形によって樹脂製の歯車を高精度に製造することができる。 According to the above configuration, since the entire tooth surface of the gear can be transferred by the transfer surface of the first resin mold, the resin gear can be manufactured with high accuracy by injection molding using the resin mold.
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す構成はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The configuration shown below is merely an example, and for example, a person skilled in the art can appropriately change the detailed configuration without departing from the spirit of the present invention. Further, the numerical values taken up in the present embodiment are reference numerical values and do not limit the present invention.
以下の実施形態では、樹脂製の歯車を射出成形する射出成形型、特にそれぞれ射出成形機に装着可能なコア型またはキャビティ型にそれぞれ分割された第１の樹脂型（２）、および第２の樹脂型（３）を備えた射出成形型の構成を示す。第１および第２の樹脂型（２、３）は、例えば、射出成形機が備えるダイセット（１）に装着可能な、いわゆる「駒」の形態とすることができる。 In the following embodiments, an injection molding die for injection molding a resin gear, particularly a first resin mold (2) divided into a core mold or a cavity mold that can be mounted on an injection molding machine, and a second resin mold, respectively. The configuration of the injection molding mold provided with the resin mold (3) is shown. The first and second resin molds (2, 3) can be, for example, in the form of so-called "pieces" that can be attached to the die set (1) provided in the injection molding machine.
そして、特に第１および第２の樹脂型の１つ、例えば第１の樹脂型（２）は、歯車の歯面の全体を転写する転写面（３３）を備えた一体部材である構成とする。これにより、射出成形する歯車の歯面の精度をバリなどによって損なうことがなくなる。このため、上記のように構成した第１および第２の樹脂型を用いて樹脂製の歯車（２８）を射出成形することにより、樹脂製の型を利用した射出成形によって樹脂製の歯車（２８）を高精度に製造することができる。 In particular, one of the first and second resin molds, for example, the first resin mold (2), is an integral member having a transfer surface (33) for transferring the entire tooth surface of the gear. .. As a result, the accuracy of the tooth surface of the gear to be injection-molded is not impaired by burrs or the like. Therefore, the resin gear (28) is injection-molded using the first and second resin molds configured as described above, and the resin gear (28) is injection-molded using the resin mold. ) Can be manufactured with high precision.
また、好ましくは、上記の第１の樹脂型（２）は、成形する歯車の歯面（３２）に連なる端縁部（３４）、例えば角部などを転写するオーバーハング部（１４）を備えた構成とする。これにより、第１の樹脂型（２）は、歯車（２８）の歯面（３２）の全体を包むように転写することができ、歯面（３２）の精度をバリなどによって損なうことなく樹脂製の歯車（２８）を射出成形することができる。また、第１の樹脂型（２）の上記オーバーハング部（１４）は、好ましくは歯車（２８）の歯面（３２）に連なる端縁部（３４）に傾斜した面取り形状を転写するよう構成することができる。 Further, preferably, the first resin mold (2) includes an end edge portion (34) connected to the tooth surface (32) of the gear to be molded, for example, an overhang portion (14) for transferring a corner portion or the like. The configuration is as follows. As a result, the first resin mold (2) can be transferred so as to wrap the entire tooth surface (32) of the gear (28), and the accuracy of the tooth surface (32) is not impaired by burrs or the like and is made of resin. Gear (28) can be injection molded. Further, the overhang portion (14) of the first resin mold (2) is preferably configured to transfer an inclined chamfer shape to an end edge portion (34) connected to the tooth surface (32) of the gear (28). can do.
第１の樹脂型（（２）、あるいは第２の樹脂型（３）も同様）は、例えば３Ｄプリントのような積層造形によって製造することができる。また、上記のオーバーハング部（１４）の突出量（突出長）は０．５ｍｍ以下にとるのが好ましい。オーバーハング部をこのような寸法設定とすることにより、例えば３Ｄプリントのような積層造形を用いて支障なく第１の樹脂型（２）を製造することができる。この３Ｄプリントのような積層造形には、例えば、樹脂材料の造形層にレーザ光を照射して積層造形を繰り返すことにより、前記第１または第２の樹脂型（２、３）を造形する手法を用いることができる。 The first resin mold (the same applies to (2) or the second resin mold (3)) can be manufactured by laminated molding such as 3D printing. Further, the protrusion amount (protrusion length) of the overhang portion (14) is preferably 0.5 mm or less. By setting the dimensions of the overhang portion in this way, the first resin mold (2) can be manufactured without any trouble by using laminated modeling such as 3D printing. For laminated modeling such as this 3D printing, for example, a method of forming the first or second resin mold (2, 3) by irradiating a modeling layer of a resin material with a laser beam and repeating the laminated modeling. Can be used.
また、上記のように構成した第１の樹脂型（２、３）を用いた樹脂製の歯車（２８）の射出成形では、材質が樹脂であるという特性を利用し、第１の樹脂型（２）を弾性変形または不可逆変形させることにより成形した歯車（２８）を離型することができる。例えば、樹脂材料の注型の後、第１の樹脂型（２）を離型方向または成形した歯車（２８）の中心から外周に向かう放射方向に弾性変形または不可逆変形させ、前記第１の樹脂型から成形した歯車を離型する。これにより、第１の樹脂型（２）がオーバーハング部（１４）によって画成されたアンダーカット形状を有している場合でも射出成形した歯車を容易に離型することができる。 Further, in the injection molding of the resin gear (28) using the first resin mold (2, 3) configured as described above, the property that the material is resin is utilized, and the first resin mold (2, 3) is used. The molded gear (28) can be released by elastically deforming or irreversibly deforming 2). For example, after casting the resin material, the first resin mold (2) is elastically or irreversibly deformed in the mold release direction or in the radial direction from the center of the molded gear (28) toward the outer periphery, and the first resin is formed. Remove the molded gear from the mold. As a result, even when the first resin mold (2) has an undercut shape defined by the overhang portion (14), the injection-molded gear can be easily released.
上記のように、第１の樹脂型（２）を弾性変形または不可逆変形させる場合には、第１の樹脂型（２）を変形させやすい形状ないし寸法とする構成が有効である。またこれに加えて、注型および成形時の剛性を保証するため、第１の樹脂型（２）の周囲に補強リング（５０）を配置することができる。 As described above, when the first resin mold (2) is elastically deformed or irreversibly deformed, it is effective to make the first resin mold (2) into a shape or size that is easily deformed. In addition to this, a reinforcing ring (50) can be arranged around the first resin mold (2) in order to guarantee the rigidity at the time of casting and molding.
また、第１の樹脂型（２）を弾性変形または不可逆変形させ易くするために、第１の樹脂型（２）の適当な部位にノッチ（５１）のような凹部を配置することができる。このノッチ（５１）を介して第１の樹脂型（２）を弾性変形または不可逆変形させることにより、前記第１の樹脂型（２）から成形した歯車（２８）を離型することができる。また、ノッチ（５１）の部位に外力を印加して、この部位において第１の樹脂型（２）を弾性変形または不可逆変形（破断）させて離型を行うようにしてもよい。 Further, in order to facilitate elastic deformation or irreversible deformation of the first resin mold (2), a recess such as a notch (51) can be arranged at an appropriate portion of the first resin mold (2). By elastically deforming or irreversibly deforming the first resin mold (2) through the notch (51), the gear (28) formed from the first resin mold (2) can be released from the mold. Further, an external force may be applied to the portion of the notch (51) to elastically deform or irreversibly deform (break) the first resin mold (2) at this portion to perform mold release.
＜実施形態１＞
図１は、射出成形機のダイセットに装着された状態で、樹脂製の歯車を射出成形するための射出成形型の断面構成の一例を示している。
<Embodiment 1>
FIG. 1 shows an example of a cross-sectional configuration of an injection molding mold for injection molding a resin gear while mounted on a die set of an injection molding machine.
本実施形態の射出成形型は、それぞれ第１の樹脂型２（例えばコア）および第２の樹脂型３（例えばキャビティ形）を備える。樹脂型２、および樹脂型３は、射出成形機のダイセット１（標準ダイセット）に装着可能な標準外形を有する「駒」として構成することができる。
The injection molding mold of the present embodiment includes a first resin mold 2 (for example, a core) and a second resin mold 3 (for example, a cavity type), respectively. The
短期間で成形に入れるようにするためには、ダイセット１、特に駒の装着部位の寸法その他の仕様は成形する部品サイズなどに合わせ、標準化しておくとよい。ダイセット１の寸法などの規格が決まっていれば、それに合わせて樹脂型２、３のみを製作し、射出成形機に容易に装着するだけで射出成形に入れる。このようにして、ダイセット１、樹脂型２、および樹脂型３の可換性を高めることができ、短期間で歯車の射出成形による試作、製造が可能となる。
In order to be put into molding in a short period of time, it is advisable to standardize the dimensions and other specifications of the die set 1, especially the mounting part of the piece, according to the size of the part to be molded. If standards such as the dimensions of the die set 1 have been determined,
図１の構成では、樹脂型２の側に、例えば離型を行うためのセンターピン４を配置している。材料の樹脂は樹脂型３の側に配置した樹脂流入口５、スプルランナー６、ゲートブッシュ８に保持されたゲート７、を介して注入する。図１では、射出成形機の他の部分、例えば、樹脂流入口５に連なる溶融樹脂の注入のための圧力系、ダイセット１やセンターピン４の駆動系などの図示は省略されている。これらの射出成形機の部材については、公知と同様の構成を用いることができる。
In the configuration of FIG. 1, for example, a
樹脂型２、および樹脂型３は、これらの間に、成形すべき歯車の形状を転写するためのキャビティ９が画成されるよう樹脂材料から造形されている。キャビティ９によって転写される歯車（後述の２８）は、図１中では狭い斜線のハッチングによって、その断面の形状を示すとともに、慣習に従って一点鎖線によりその歯面の基準線を示してある。また、図１では、中央の一点鎖線によって歯車（後述の２８）の回転中心、ないしそれに一致するセンターピン４（または樹脂型２、３）の中心を示してある。また、センターピン４、ゲートブッシュ８の断面は広い斜線のハッチングによって示してある。
The
射出成形時には、図１のように第１および第２の樹脂型２、３をダイセット１に装着して型締めし、樹脂型２、３の間に画成されたキャビティ９に対して、樹脂流入口５〜スプルランナー６〜ゲート７を介して溶融樹脂を注入、充填する。その後、キャビティ９内の樹脂がほぼ固化したタイミングでダイセット１を介して樹脂型２、３を型開きする。樹脂型２から成形した歯車（後述の２８）を離型するための構成および動作については後述する。
At the time of injection molding, as shown in FIG. 1, the first and
歯車２８を射出成形するための樹脂材料には、例えばＰＯＭ（ポリオキシメチレン）を用いることができる。あるいは、樹脂型２の造形には、ＰＡ（ポリアミド）或いはＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネイト）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＴＰＥ（サーモプラスチックエラストマー）の樹脂材料を用いることができる。なお、歯車２８の射出成形に用いる樹脂材料は任意であって、当業者においては上記以外の適当な材料を採用して構わない。
For example, POM (polyoxymethylene) can be used as the resin material for injection molding the
樹脂型２、３は、例えば後述の製造手法によるとエポキシ-アクリレート系の紫外線硬化性及び熱硬化性の樹脂材料から構成され、その剛性や靭性はそれ程高くない。このため、射出成形時の充填圧力はなるべく低圧とし、これにより樹脂型２、３の破損を避けることができる。また、上記のような材質の樹脂型２、３は熱にそれ程強くない。このため、歯車２８の連続成形を行う場合は、１ショット毎に冷却を行うと良い。例えば、１ショット毎に、樹脂型２、３にエアーや揮発性の高い液体を吹付け、３０℃以下になることを確認してから次の射出成形を行うことにより、樹脂型２、３の耐久性を向上できる可能性がある。
また、射出成形に用いる樹脂の温度は、材料メーカーが推奨する最低温度から成形を開始し、樹脂の充填具合を見て必要に応じ、徐々に（５℃毎）上げていくと良い。溶融樹脂の充填は、部品形状がほぼ形成されるまで樹脂を充填し、その後の保持圧力は型破損を防ぐために、３０Ｍｐａ以下、保持時間２ｓ以下程度で行うと良い。 Further, the temperature of the resin used for injection molding should be started from the lowest temperature recommended by the material manufacturer, and gradually increased (every 5 ° C.) as necessary according to the filling condition of the resin. The molten resin is filled with the resin until the shape of the part is almost formed, and the holding pressure after that is preferably 30 Mpa or less and the holding time is about 2 s or less in order to prevent mold breakage.
また、本実施形態のような樹脂型を用いた射出成形では、通常成形と違い、固化が完了してから成形品を取出すのではなく、保圧工程が完了後、内圧が下がる頃合いをみて、型開き動作を行い、充填された樹脂が入った樹脂型をそのまま取出すことも可能である。このため、樹脂型２、３の冷却ないしその温度管理は必ずしも行わなくても良い。
Further, in injection molding using a resin mold as in the present embodiment, unlike normal molding, the molded product is not taken out after the solidification is completed, but the time when the internal pressure drops after the pressure holding process is completed is observed. It is also possible to perform the mold opening operation and take out the resin mold containing the filled resin as it is. Therefore, it is not always necessary to cool the
図２は、図１の樹脂型２、３の断面構造をより詳細に示している。本実施形態では、図２に示すように、第１の樹脂型２は、成形される歯車２８の歯面３２の全体を転写する転写面３３を備えた一体部材として構成されている。特に、図２のように、第１の樹脂型２の転写面３３は、歯車２８の歯面（図３、図４の歯面３２）を転写するもので、この歯面（３２）の部位を全周に渡って包み込むような形状である。
FIG. 2 shows the cross-sectional structure of the
なお、キャビティ９によって転写される歯面３２の形状は任意であるが、歯面３２は動作騒音や強度を勘案してインボリュート曲面などから構成するのが好ましい。
The shape of the
また、図２に示すように、樹脂型２、３の型分割線は、歯車２８の図中上側よりさらに上方にある。さらに、歯車２８の歯面３２を転写する転写面３３は、成形する歯車２８の歯面に連なる上側の端縁部（角部）を転写するオーバーハング部１４を備えている。
Further, as shown in FIG. 2, the mold dividing lines of the
本実施形態では、樹脂型２、３の型分割（型割り）を図２のように取り、樹脂型２、３の間のキャビティ９を同図のような形状に構成する。これにより、歯車２８の歯面３２の図中下側から上側までの全体を一体部材である第１の樹脂型２の転写面３３によって転写することができる。
In the present embodiment, the
図３は、図１、図２のように構成した樹脂型２、３によって射出成形可能な歯車２８の構成を示している。図３では、歯車２８の中心の軸穴とその周囲の構造については詳細な図示を省略している。図３において、歯車２８の歯面３２の端縁部３４が、上記の第１の樹脂型２のオーバーハング部１４によって転写された端縁部である。この端縁部３４は、樹脂型２のオーバーハング部１４の構成によって、種々の形状として転写することができる。
FIG. 3 shows the configuration of the
例えば、図１、図２の第１の樹脂型２のオーバーハング部１４は、図４に拡大して示すように歯車２８の歯面３２に連なる端縁部３４が傾斜した面取り形状となるような転写面として構成することができる。
For example, the
図５、図６は、注型後、成形された歯車２８を取り出すため、図１、図２の樹脂型２から樹脂型３を離間させた状態を示している。図５の樹脂型２は、図５の樹脂型２は、歯車２８の歯面３２の全体を転写する転写面３３を備えた一体部材として構成されている。即ち、図５の樹脂型２は、（およびこれに対応する不図示の樹脂型３）は、図１、図２に示したものと同様の本実施形態の型分割形態を有するものである。
5 and 6 show a state in which the
これに対して、図６の樹脂型２（およびこれに対応する不図示の樹脂型３）は、図５とは異なり、歯車２８の歯面３２に角部を介して連なる側面部にほぼ一致するように樹脂型２（およびこれに対応する不図示の樹脂型３）の分割面が取られている。
On the other hand, unlike FIG. 5, the resin mold 2 (and the corresponding
一般に、金型の場合も同様であるが、分割された複数の樹脂型の分割面の合せ目に沿って、バリなどと呼ばれる不規則成形部が生じる。図６のような型分割形態においては、歯車２８の側面部にほぼ一致するように樹脂型２（およびこれに対応する不図示の樹脂型３）の分割面が取られている。このため、バリは矢印３６のような方向に生じる。このように歯面３２からせり出すようにバリ（不規則成形部）が生じると、歯面３２の成形精度が低下する可能性がある。もし、樹脂型２（およびこれに対応する不図示の樹脂型３）の分割面が図６よりも低く、歯面３２の図中中央付近に近ければ、バリの生じる位置は歯面３２の中央部に生じる。もしバリ（不規則成形部）が生じた場合には、研削のような後加工が必要になる。そして、図６のように歯面３２にバリが生じている場合には、この後加工は歯車２８に要求される機械精度に対応して、精密に行う必要があり、後加工のコストと時間が増大する。
Generally, the same applies to the case of a mold, but irregularly formed portions called burrs or the like are formed along the joints of the divided surfaces of the plurality of divided resin molds. In the mold division form as shown in FIG. 6, the division surface of the resin mold 2 (and the corresponding resin mold 3 (not shown) is taken so as to substantially coincide with the side surface portion of the
これに対して、図５に示す構成においては、樹脂型２は、歯車２８の歯面３２の全体を転写する転写面３３を備えた一体部材として構成されている。このため、樹脂型２、３の分割面は、図中上側に示した歯車２８の側面にある。このような型分割形態では、型の分割面に沿って生じるバリの方向は図５の矢印３５のような方向になる。このように、図１、図２そして図５のような型分割形態では、バリが発生する場合は、図５の上側の歯車２８の側面から生えるような方向に生じ、図６のように歯面３２から生えるような方向を有するバリは生じない。そして、もし、図５の矢印３５のようなバリを除去するための後加工が必要となっても、その加工精度は歯面３２に対する後加工に要求されるような精度とはならない。このため、図１、図２そして図５のような型分割形態によれば、バリのような不規則成形部を除去するための歯車２８の後加工は低コストかつ短時間で実施可能である。
On the other hand, in the configuration shown in FIG. 5, the
次に、図７を参照し、第１の樹脂型２を製造する好適な手法について説明する。図７に示すように、第１の樹脂型２は、３Ｄプリンタを用いた積層造形によって製造することができる。図７に示す製造方法は、樹脂材料１２の液面１３付近の造形層にレーザ光（不図示）を照射して積層造形を繰り返すことにより、第１の樹脂型２を造形するものである。なお、３Ｄプリンタを用いた樹脂型の積層造形の方式は以下に図７で説明するものと異なっていてもよい。また、本実施形態では詳細に図示しないが、もちろん第１の樹脂型２と対になった樹脂型３も同じ手法で造形することができる。
Next, with reference to FIG. 7, a suitable method for manufacturing the
図７では、積層造形に用いる３Ｄプリンタの要部のみを示している。溶融状態の造形用の樹脂材料１２は、不図示の容器中に収容され、その液面１３より下方に、ビルドプレート１０を配置する。
FIG. 7 shows only the main parts of the 3D printer used for laminated modeling. The
ビルドプレート１０は、造形の初期段階では液面１３の近傍にあり、液面１３付近の造形層に図中情報からレーザ光（不図示）を照射する。そして、１層が硬化される毎に、３Ｄプリンタの不図示の駆動手段によって、ビルドプレート１０を図７中に矢印で示すように下方に移動する。これにより、樹脂型２が、その下部構造から順に１層ずつ積層造形されていく。なお、積層造形の方向や姿勢は任意であるが、描画精度を考慮して、例えば図７のように光造形の造形姿勢は、キャビティ９によって転写される歯車（２８）のプロファイルが水平に描画されるように配置するとよい。
The
なおレーザ照射によって、ビルドプレート１０の直上から樹脂型２の最下層の造形を開始しても良いが、図７の場合、ビルドプレート１０から造形後の樹脂型２を切り離すのを容易にするため、まずサポート１１を造形している。この例では、サポート１１は、樹脂型２の底面部分を支える多数の円錐や角錐形状の小サポートから構成されている。ただし、サポート１１の形状は任意であって、なるべく樹脂型２の底面部分全体がビルドプレート１０側と固着しないようにできる形状であれば、サポート１１にはどのような形状を用いてもよい。
The molding of the lowermost layer of the
図７では、樹脂型２を最上部まで積層造形した直後の状態を示しており、図中の樹脂型２の上面には上述と同様のキャビティ９が形成されている。この例では、上述の樹脂型２、３の型分割形態を実現すべく、樹脂型２の最上部は、キャビティ９に面してオーバーハング部１４が造形されている。図７では、樹脂型２の中心（射出成形される歯車（２８）の回転軸に一致する）は、一点鎖線で示されている。
FIG. 7 shows a state immediately after the
本実施形態の積層造形による樹脂型２（または３）の造形においては、樹脂材料（１２：図７）には、例えばエポキシ-アクリレート系の紫外線硬化性及び熱硬化性の材料を用いることができ、造形用のレーザ光には紫外線硬化用レーザを用いる。また、樹脂型２の光造形に用いる樹脂材料には、エポキシ系あるいはアクリレート系の樹脂を用いることができる。例えばアクリレート系は、オリゴマーとしてはウレタンアクリレート系、エポキシアクリレート系、ポリエステルアクリレート系、アクリルアクリレート系などが考えられる。
In the molding of the resin mold 2 (or 3) by the laminated molding of the present embodiment, for example, an epoxy-acrylate-based UV-curable and thermosetting material can be used as the resin material (12: FIG. 7). , An ultraviolet curing laser is used as the laser beam for modeling. Further, as the resin material used for the stereolithography of the
なお、３Ｄプリントのような積層造形の場合、図３、図４の歯車２８の上部の側面に連なる端縁部３４を転写するための樹脂型２（図７）のオーバーハング部１４の突出量（オーバーハング量）は例えば０．５ｍｍ以下のなるべく小さい値に取るのが好ましい。レーザ照射による光造形では、その下部に形状がない場合は良好な造形が難しいが、オーバーハング部１４を０．５ｍｍ以下のなるべく小さい値に取れば比較的良好にオーバーハング部１４を造形することができる。なお、オーバーハング部１４の突出量を大きく取る場合には、積層造形の土台になるサポート部位が必要となる。このようなサポートをオーバーハング部１４の造形のために用いることも考えられないことではない。しかしながら、その場合は、歯面３２付近にサポート部位の痕跡を残す可能性があり、その除去のための後加工が必要になる、あるいはサポート痕を除去出来ないなどの問題が生じる可能性がある。これに対して、オーバーハング部１４を０．５ｍｍ以下のなるべく小さい値に取れば、積層造形の土台となるサポート部位を必要とせず、比較的良好にオーバーハング部１４を造形することができる。
In the case of laminated modeling such as 3D printing, the amount of protrusion of the
以下では、樹脂型２、３の間のキャビティ９への樹脂充填を行い、樹脂型２、３を型開きした後、例えば図５のような状態から成形した歯車２８を樹脂型２から離型するためのいくつかの手法について述べる。
In the following, the
上述のように、樹脂型２は歯車２８の歯面３２を包むように転写する一体部材であって、樹脂型２にはオーバーハング部１４によって画成されたアンダーカット形状が存在し、歯車２８はその内側で成形される。このような状態から歯車２８を離型するには、例えば図８に示すように成形後の歯車２８の収縮を利用することが考えられる。また、図９（ａ）、（ｂ）に示すような構成により、第１の樹脂型２を弾性変形または不可逆変形させる（破壊する）ことにより、歯車２８を離型する手法を用いてもよい。
As described above, the
図８は、図５と同様に樹脂型３を型開きした後の樹脂型２の状態を示しており、同図の歯車２８の直径（図の水平方向）の寸法は、射出成形後に収縮して小さくなっている。図８では、歯車２８、特にその円周の部位を構成する歯部１７が収縮して、樹脂型２の歯面の転写面３３との間に隙間１６が生じている。この隙間１６が充分大きければ、アンダーカットを構成するオーバーハング部１４〜１４間を通過させて成形された歯車２８を樹脂型２から離型させることができる。このような歯車２８の収縮を利用した離型は、例えば樹脂型２のキャビティ９の寸法、および歯車２８の最終寸法、その成形に用いる樹脂材料の選定などを勘案することにより隙間１６の大きさをコントロールすることによって可能となる。
FIG. 8 shows the state of the
一方、離型に歯車２８の収縮を利用できないような射出成形条件においては、例えば図９（ａ）、（ｂ）に示すような離型手法を利用することができる。図９（ａ）は図５や図８と同様の状態を示した歯車２８および樹脂型２の断面図、図９（ｂ）は図９（ａ）の構成で用いられる樹脂型２および補強リング５０の分解斜視図である。
On the other hand, under injection molding conditions where the contraction of the
上記のように、樹脂型２は歯車２８の歯面３２の全体を包むような形状の転写面３３を有する、あるいはさらにオーバーハング部１４を有する構成である。しかしながら、樹脂型２の材質が樹脂であるという特性を利用し、弾性変形または不可逆変形（破壊）させることにより、歯車２８を離型することができる。
As described above, the
図９の樹脂型２は、特に図９（ｂ）に示すようにダイセット１の凹部に装着できるような形状、寸法の円筒形状に造形されている。同図のように、転写面３３、オーバーハング部１４などを有するキャビティ９は樹脂型２の基部２ｂの上部に画成されている。このキャビティ９を有する樹脂型２の上部の部位の周囲は、円周状に切り欠かれた段差部２ａとして構成されている。
As shown in FIG. 9B, the
これにより、樹脂型２のキャビティ９が画成された部位は、基部２ｂの直径よりも小さく、キャビティ９の外周の部位は薄肉部２ｃとなっている。このような樹脂型２のキャビティ９を有する周囲の部分を薄肉部２ｃとすることにより、この薄肉部２ｃを弾性変形または不可逆変形（破壊）させることにより、歯車２８を容易に離型することができる。ただし、薄肉部２ｃとは言え、射出成形時には最低限の剛性や靭性を確保する必要がある。例えば、上述のようなエポキシ-アクリレート系の樹脂材料から積層造形された樹脂型２では、歯車２８の歯先に相当するキャビティ９の部位の厚みは少なくとも０．６ｍｍ程度は確保する必要がある。
As a result, the portion where the
さらに、図９（ｂ）の樹脂型２では、薄肉部２ｃを形成するために切り欠かれた上部の段差部２ａに、対応する形状の補強リング５０を嵌装できるようにしてある。補強リング５０は、図９（ｂ）に示すように、射出成形に先立って、樹脂型２の上部の段差部２ａに挿入、装着する。なお、図９（ａ）、（ｂ）のような構成においては、補強リング５０の材質はアルミ合金、銅合金、鋼など、剛性の高い金属類が好適である。
Further, in the
このような補強リング５０を用いる構成によって、射出成形時の樹脂型２の剛性や靭性を確保することができる。そして、歯車２８を樹脂型２から離型する時には、補強リング５０を取り外せばよく、これにより樹脂型２の薄肉部２ｃを容易に弾性変形または不可逆変形（破壊）させることができるようになる。
With such a configuration using the reinforcing
また、図９（ａ）、（ｂ）では、樹脂型２のキャビティ９が形成された部位を容易に弾性変形または不可逆変形（破壊）させるための構成を示してある。この構成は、樹脂型２の段差部で囲まれた樹脂型２の上部のほぼ最下端の部位に形成されたノッチ５１を備える。
Further, FIGS. 9A and 9B show a configuration for easily elastically deforming or irreversibly deforming (breaking) the portion where the
このノッチ５１（凹部）は、図９（ａ）に示すように例えばほぼＶ字型断面の溝形状に造形する。図９（ａ）、（ｂ）に示すような構造を有する樹脂型２は、図７で説明したような３Ｄプリントによる光積層造形などによって容易かつ低コストで製作することができる。
As shown in FIG. 9A, the notch 51 (recess) is formed into a groove shape having a substantially V-shaped cross section, for example. The
樹脂型２に上記のようなノッチ５１設けておけば、補強リング５０を取り外し、例えばノッチ５１に適当な工具や治具などを介して外力を印加することにより、樹脂型２のキャビティ９の収容部を容易に弾性変形または不可逆変形（破壊）させることができる。例えばノッチ５１（図９（ａ））の部位から樹脂型２のキャビティ９の収容部を破断することによって、成形した歯車２８ をキャビティ９から図中下方に向かって離型できる。
If the
なお、補強リング５０は必ずしも上記のような剛性の高い金属などの材料から構成する必要はない。補強リング５０は、射出成形の樹脂充填期間などにおいてキャビティ９の周囲の部分に必要とされる強度を保証することができればよく、樹脂などによって構成されていてもよい。
The reinforcing
なお、樹脂型２を弾性変形または不可逆変形（破壊）させるには、適当な工具や治具を用いて、樹脂型２の中心からその半径に沿って外側に向かうような放射状の外力を印加する方式を取ってもよい。
In order to elastically deform or irreversibly deform (break) the
以上のように、本実施形態によれば、射出成形機のダイセット１に装着される、コア型またはキャビティ型にそれぞれ分割された第１の樹脂型２、および第２の樹脂型３を含み、樹脂製の歯車２８を射出成形する。そして、本実施形態では、第１の樹脂型２は歯車２８の歯面３２の全体を転写する転写面３３を備えた一体部材である構成を採用している。このため、歯車２８の歯面３２の全体を第１の樹脂型２の転写面３３によって転写でき、樹脂製の型を用いた射出成形によって樹脂製の歯車２８を高精度に製造することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
＜実施形態２＞
以上の実施形態１では、図４のように、第１の樹脂型２のオーバーハング部１４によって、歯車２８の歯面３２に連なる端縁部３４に傾斜した面取り形状を転写する構成を示した。
<
In the above-described first embodiment, as shown in FIG. 4, the
図４の構成では、オーバーハング部１４により転写される歯車２８の歯面３２に連なる端縁部３４の傾斜した面取り形状は、図示のように凹、凸の歯面３２の連続する端縁部が一連の稜線で連続するような形状となっている。
In the configuration of FIG. 4, the inclined chamfered shape of the
このオーバーハング部１４により転写される歯車２８の歯面３２に連なる端縁部３４の傾斜した面取り形状は、必ずしも図４のような形状でなくても構わない。例えば、図１０に示すように端縁部３１の形状は、歯面３２で凸部となっている歯の１つ１つを適当な傾斜角で削ぎ落したような平面ないし曲面となっている。図１０において、境界３７は歯車２８の側面と端縁部３１の間の境界線を示しており、境界３７より歯先の部分の、歯面３２で凸部となっている歯の部分に向かって傾斜した面取りが構成されている。
The inclined chamfered shape of the
なお、図４および図１０に示した端縁部３４、３１と同じまたは同様の面取り形状は、歯車２８の歯面３２の反対側の端縁においても、樹脂型２のキャビティ９の底面側の転写面によって、転写するよう樹脂型２を構成しておくことができる。
The chamfered shape similar to or similar to that of the
実施形態１、本実施形態２のように樹脂型（２、３）で射出成形を行う場合、溶融樹脂の充填圧力は金型で射出成形する場合に比べて低圧であって、成形品の歯車２８の脆性が大きい場合がある。そこで、例えばモジュール数が０．８を超えるような歯車の射出成形では、図４および図１０に示した端縁部３４、３１のように、歯車２８の歯面３２に連なる端縁部に傾斜した面取り形状を形成することにより、樹脂製の歯の欠けを予防できる可能性がある。また、このような歯車２８の歯面３２に連なる端縁部に傾斜した面取り形状によって、歯車２８の動作時の騒音を低減できる可能性がある。
When injection molding is performed with a resin mold (2, 3) as in the first and second embodiments, the filling pressure of the molten resin is lower than that of the injection molding with a mold, and the gear of the molded product. 28 may be highly brittle. Therefore, for example, in injection molding of a gear in which the number of modules exceeds 0.8, the end edge portion connected to the
＜実施形態３＞
以上の実施形態１、２では、樹脂型２のオーバーハング部１４により、図４、図１０のように歯車２８の歯面３２の端縁部３４、３１に傾斜した面取り形状を転写する例を示した。しかしながら、樹脂型２の必ずしもオーバーハング部１４によって転写される部位は上記のような形状である必要はない。
<
In the
例えば、図１１に示すように、樹脂型２のオーバーハング部１４によって歯車２８の歯面３２の端縁部３０が歯車２８の側面３８と面一となるよう転写される構成であっても構わない。この構成では、歯車２８の歯の側部に面取りがないが、樹脂型による射出成形でも歯車２８のモジュール数の仕様などによっては実用上問題のない歯車２８を製造することができる。
For example, as shown in FIG. 11, the
なお、図１１では、とりたてて図１０の境界３７のような部位を示していないが、オーバーハング部１４の構成や樹脂型３との型形状の組合せによって、歯車２８の側面３８には図１０の境界３７のような境界線が残っていても構わない。あるいは、研削などの後加工によって境界３７のような境界線は除去する仕様を採用しても良い。
Although FIG. 11 does not show a portion like the
１…ダイセット、２…樹脂型（コア型）、３…樹脂型（キャビティ型）、４…センターピン、５…樹脂流入口、６…スプルランナー、７…ゲート、８…ゲートブッシュ、９…キャビティ、１０…ビルドプレート、１１…サポート、１２…樹脂材料、１３…液面、１４…オーバーハング部、２８…歯車、３１…端縁部、３２…歯面、３３…転写面、３４…端縁部、５０…補強リング、５１…ノッチ。 1 ... die set, 2 ... resin type (core type), 3 ... resin type (cavity type), 4 ... center pin, 5 ... resin inflow port, 6 ... sprue runner, 7 ... gate, 8 ... gate bush, 9 ... Cavity, 10 ... build plate, 11 ... support, 12 ... resin material, 13 ... liquid level, 14 ... overhang part, 28 ... gear, 31 ... edge part, 32 ... tooth surface, 33 ... transfer surface, 34 ... end Edge, 50 ... Reinforcing ring, 51 ... Notch.
Claims (10)
前記第１の樹脂型は前記歯車の歯面の全体を転写する転写面を備えた一体部材であり、前記転写面が前記歯面に連なる端縁部を転写するオーバーハング部を備える射出成形型。 An injection molding mold that is mounted on an injection molding machine and includes a first resin mold and a second resin mold, which are divided into a core mold and a cavity mold, respectively, and injection-molds a resin gear.
Injection of the first resin type of Ru with an overhang portion for transferring the edge portion Ri integral member der having a transfer surface for transferring the whole of the tooth surface of the gear, in which the transfer surface is connected to the tooth surface Molding mold.
コア型またはキャビティ型にそれぞれ分割された第１の樹脂型、および第２の樹脂型を含む射出成形型を射出成形機に装着することと、
樹脂材料を前記射出成形型に注型することと、
前記注型の後、前記第１の樹脂型を離型方向または成形した歯車の中心から外周に向かう放射方向に弾性変形または不可逆変形させることにより、成形した歯車を前記第１の樹脂型から離型することと、を含み、
前記第１の樹脂型は前記歯車の歯面の全体を転写する転写面を備えた一体部材であり、
前記注型の前に、前記第１の樹脂型の周囲に補強リングを配置し、前記注型の後かつ前記離型の前に、前記補強リングを除去する歯車の製造方法。 A method for manufacturing gears by injection molding resin gears.
The injection molding machine including the first resin mold and the second resin mold, which are divided into the core mold and the cavity mold, respectively, is mounted on the injection molding machine.
Casting the resin material into the injection molding mold and
After the casting, the molded gear is separated from the first resin mold by elastically deforming or irreversibly deforming the first resin mold in the mold release direction or the radial direction from the center of the molded gear toward the outer periphery. Including typing
The first resin mold is an integral member having a transfer surface for transferring the entire tooth surface of the gear.
Wherein prior to casting, the first place the reinforcement ring around the resin mold, and before the release after the casting, the manufacturing method of the gear divided the reinforcing ring.
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