JPH05104567A

JPH05104567A - インサート成形方法及びインサート成形物並びにインサート部材

Info

Publication number: JPH05104567A
Application number: JP9380592A
Authority: JP
Inventors: Norimasa Yamatani; 典正山谷; Kazuo Moro; 和夫茂呂; Yoshihisa Goto; 善久後藤
Original assignee: KOYO PRECISION CO Ltd; KOYO SEIMITSU KK; Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Current assignee: KOYO PRECISION CO Ltd; KOYO SEIMITSU KK; Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Priority date: 1991-03-20
Filing date: 1992-03-19
Publication date: 1993-04-27
Anticipated expiration: 2016-04-16
Also published as: JP3156869B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明はシャフト、ネジ、ヘッダーピン、ピニ
オン歯車、スプラインシャフト、パイプ材、多面角材、
木材、鋳造金属物等のインサート部材を樹脂に埋め込み
成形するインサート成形方法及びインサート成形物並び
にインサート部材に関する。【構成】本発明は、スプールが内部に形成されていると
共に、一ないし複数のゲートが成形後に樹脂によって被
覆される部分に形成されているインサート部材と、該イ
ンサート部材を用い、インサート部材のスプール及びゲ
ートを介して溶融樹脂を金型内に送り込むインサート成
形方法と、該インサート成形方法によって得られる一な
いし複数の透孔部及び該透孔部に連続する中空部が形成
されていると共に該透孔部及び中空部内に樹脂が充填さ
れており、該透孔部及び中空部内の樹脂とインサート部
材周囲の樹脂成形部とが一体的に成形されているインサ
ート成形物である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はシャフト、ネジ、ヘッダ
ーピン、ピニオン歯車、スプラインシャフト、パイプ
材、多面角材、木材、鋳造金属物等のインサート部材を
樹脂に埋め込み成形するインサート成形方法及びインサ
ート成形物並びにインサート部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に金属製あるいはセラミックス製等
のシャフト等をインサート成形した樹脂成形品は、樹脂
成形部に後工程によってインサート部材を挿通したもの
に比して、樹脂成形部とインサート部材との一体性が高
いため、相対位置のずれが少なく、機械強度が大きく、
部品機能の信頼性が高いため、広く歯車、カム、プーリ
ー等の機械部品に使用されている。

【０００３】従来のインサート成形は、金型内にあらか
じめインサート部材を自動または半自動でセットして樹
脂成形部の表面に相当する部分に、即ち、キャビティー
外周面にゲートを設けた金型で成形していた（図４参
照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のキャビ
ティー外周面にゲートを設けた金型で成形したもので
は、樹脂成形部の表面にゲート痕が残るため、該ゲート
痕の切削及び研磨等の後処理工程が必要であるだけでな
く、切削及び研磨の度合いによっては、面と面との平行
性や平面性が損なわれたり、仕上がり寸法の狂いが生じ
たり、ウェルドラインが残るため、強度を落とす場合が
あるという欠点を有している。

【０００５】また、ゲートは、その位置、個数及び形状
等の条件によって樹脂成形部の寸法精度及び強度に大き
く影響するものであり、金型設計時に経験やコンピュー
タ計算による金型内樹脂流動解析または強度解析等に基
づき、製品全体としての最高強度が得られるように最適
な設計条件を決定する必要がある。

【０００６】しかし、従来の金型では、ゲート以外の他
の条件、例えば、スプールまたはランナーの位置、イン
サート部材の位置、前記後処理工程時の切削及び研磨の
行い易さ等、様々な条件を考慮して金型設計条件が決定
されているため、前記キャビティー外周面のゲート位置
は寸法精度及び強度の点で理想的な位置とは云えず、こ
のような金型によるインサート成形によれば、樹脂の流
れが矢符Ｙで示すように不均一で偏ったものとなった
り、ウェルドラインが発生するため、樹脂成形部の寸法
安定性及び精度、並びに機械強度が部位によって一定で
はないと云う欠点を有している。

【０００７】

【発明の目的】そこで本発明の目的は、樹脂成形部表面
にゲート痕が残らず、しかも寸法精度及び強度の高いイ
ンサート成形方法及びインサート成形物並びにインサー
ト部材を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
達成するため、鋭意検討を重ねた結果、本発明に至った
ものである。

【０００９】即ち、本発明に係るインサート成形方法
は、インサート部材と樹脂とを一体的に成形するインサ
ート成形方法において、前記インサート部材として、ス
プールまたはランナーが内部に形成されていると共に、
一ないし複数のゲートが成形後に樹脂によって被覆され
る部分に形成されているものを用い、前記インサート部
材のスプールまたはランナー及びゲートを介して溶融樹
脂を金型内に送り込むことを特徴とする。

【００１０】また、本発明に係るインサート成形方法の
好ましい実施態様は、前記インサート部材のスプール
先端またはランナー終端にコールドスラグウェル部が形
成されていること、前記樹脂が、ポリスルホン、ポリ
フェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン、ポリエ
ーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエー
テルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミドから選ばれ
た少なくとも一種であること、前記ポリイミドが、下
記一般式（１）で表される繰り返し単位を有するポリイ
ミド樹脂（以下、単に本発明のポリイミド樹脂というこ
ともある。）であること、である。

【００１１】

【化２】（式中、Ｘは直結、炭素数１〜１０の二価の炭化水素
基、六フッ素化されたイソプロピリデン基、カルボニル
基、チオ基、又はスルホニル基であり、またＲは炭素数
２以上の脂肪族基、環式脂肪族基、単環式芳香族基、縮
合多環式芳香族基、および芳香族基が直接又は架橋員に
より相互に連結された非縮合多環式芳香族基からなる群
より選ばれた４価の基を表す。）本発明に係るインサート成形物は、インサート部材に一
ないし複数の透孔部及び該透孔部に連続する中空部が形
成されていると共に該透孔部及び中空部内に樹脂が充填
されており、該透孔部及び中空部内の樹脂とインサート
部材周囲の樹脂成形部とが一体的に成形されていること
を特徴とする。

【００１２】また、本発明に係るインサート成形物の好
ましい実施態様は、前記樹脂が、ポリスルホン、ポリ
フェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン、ポリエ
ーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエー
テルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミドから選ばれ
た少なくとも一種であること、前記ポリイミドが、前
記一般式（１）で表される繰り返し単位を有するポリイ
ミド樹脂であること、である。

【００１３】本発明に係るインサート部材は、スプール
またはランナーが内部に形成されていると共に、一ない
し複数のゲートが成形後に樹脂によって被覆される部分
に形成されていることを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明によれば、溶融樹脂がインサート部材の
内部をスプールまたはランナーとして通過し、インサー
ト部材に形成されたゲートから金型内に送り込まれるた
め、溶融樹脂がキャビティーの略中心部より外周面に向
かって均一に流動し固化することになり、樹脂成形部の
寸法安定性及び精度、並びに機械強度に優れたインサー
ト成形物を得ることができる。また、得られたインサー
ト成形物は、表面にゲート痕が残らないため、切削及び
研磨等の後処理が不要である。更に、得られたインサー
ト成形物は、樹脂が樹脂成形部とインサート部材の内部
とにおいて一体的となっているので、インサート部材の
位置ズレ及び抜け等を完全に防止することができる。
尚、インサート部材が２以上から構成される場合、少な
くとも１つのインサート部材に本発明を適用すればよ
い。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について添付図面に基
づき説明する。図１はインサート部材をセットした状態
の金型を示す概略断面図、図２は図１の金型によって得
られた本発明に係るインサート成形物の一例を示す断面
図、図３は本発明に係るインサート成形物の他の例を示
す断面図、図４は従来のインサート成形物及び金型を示
す概略断面図である。

【００１６】図１において、１は二つの割型１Ａ・１Ｂ
から成る金型であり、成形度に後述する構成を有するイ
ンサート部材４がセットされた後に該金型１のキャビテ
ィー２に樹脂注入ノズル３によって樹脂が注入されるこ
とにより、図２に示す如きインサート部材４の周囲に樹
脂成形部６が被覆成形されたインサート成形物５が成形
されるものである。

【００１７】本発明において金型１にセットされるイン
サート部材４には、樹脂成形部６に被覆される部分に一
ないし複数の透孔部４Ｂが形成され、且つ該透孔部４Ｂ
に連続して中空部４Ａが形成されている。透孔部４の位
置は、成形後に樹脂成形部６によって被覆される部分で
あればよいが、好ましくは樹脂成形部６の略中心部であ
る。また、その口径及び個数は、用いられるインサート
部材４のサイズや材質、樹脂の種類、得られるインサー
ト成形物５の要求強度等の条件に応じて適宜決定される
が、複数の透孔部４を略等間隔で放射状に設けることが
均一成形の点で好ましい。

【００１８】本発明に係るインサート成形方法は、図１
に示す如き金型１及びインサート部材４を用いることに
より、樹脂注入ノズル３から注入され金型スプールまた
はランナー１Ｃを通った樹脂が、従来のように金型１か
ら直接キャビティー内へ注入されるのではなく、インサ
ート部材４に形成された中空部４Ａ内を通過した後、該
中空部４Ａに連続して形成された透孔部４Ｂからキャビ
ティー２内へ注入されるものである。即ち、インサート
部材４に形成された中空部４Ａをスプールまたはランナ
ーとし、透孔部４Ｂをゲートとして、樹脂をキャビティ
ー２内へ注入するのである。

【００１９】従って、従来はキャビティー外周面に設け
られていたゲートが、射出成形において理想的な位置で
あるインサート成形物５の樹脂成形部６の略中心となる
ので、注入した樹脂は樹脂成形部６の略中心からキャビ
ティー２の外周面に向かって矢符Ｘで示すように均一に
流動し固化するため、樹脂成形部６の寸法安定性及び精
度、並びに機械強度に優れたインサート成形物５を得る
ことができる。

【００２０】また、得られたインサート成形物５は、ゲ
ートが樹脂成形部６によって被覆されるため表面にゲー
ト痕が残らず、切削及び研磨等の後処理が不要であるだ
けでなく、後処理による仕上がり寸法の変化がないた
め、金型１の設計に際しては切削量や研摩量等を考慮す
ることなく、インサート成形物５の仕上がり寸法で設計
することができる。従って、要求される精度の金型によ
って成形すれば、所望する仕上がり精度のインサート成
形物５を得ることができる。

【００２１】更にまた、得られたインサート成形物５
は、樹脂が樹脂成形部６とインサート部材４の内部であ
る前記中空部４Ａ及び透孔部４Ｂとにおいて一体的とな
っているので、インサート部材４の位置ズレ及び抜け等
を完全に防止することができる。従って、インサート部
材４の材質及び樹脂の種類を同一とした場合、従来の成
形方法で得られたインサート成形物に比して、本発明の
成形方法で得られたインサート成形物５は機械強度が大
きく、部品機能の信頼性が高い。樹脂成形部６とインサ
ート部材４との一体性をより強固とするために、図３に
示す如く透孔部４Ｂをインサート部材４外周に形成した
溝部４Ｃ内に形成してもよい。

【００２２】尚、樹脂注入ノズル３先端の冷却した樹脂
が、キャビティー２内へ注入されるとフローマークやシ
ョートショット等の故障発生の原因となるので、係る故
障を防止するためにインサート部材４の中空部４Ａの先
端（ないし終端）にコールドスラグウェル部４Ｃを形成
することが好ましい。

【００２３】尚また、図示の実施例では透孔部４Ｂを一
列の放射状に配置した場合を示したが、複数列の放射状
ないしランダムに複数個を配置してもよい。また、中空
部４Ａも１つに限らないし、形状も環状等の任意の形状
でよい。さらに、樹脂成形部６も一つに限らず、二以上
であってもよいし、その形状もインサート部材４の周囲
全周に亘って成形されているものに限らない。樹脂成形
部６を二以上とした場合、従来の成形方法では金型スプ
ールまたはランナーの通路を複雑としたり、樹脂注入ノ
ズルを二以上としたりする必要があるが、本発明によれ
ば一つの樹脂注入ノズル３によって極めて容易に成形可
能である。

【００２４】また本実施例では、樹脂注入ノズル３から
の樹脂の注入を金型１の金型スプールまたはランナー１
Ｃを介してインサート部材４内に注入しているが、本発
明はこれに限らず、インサート部材４端部に樹脂注入ノ
ズル３を圧接して樹脂を直接注入してもよい。更に樹脂
の注入は、樹脂成形部６に近い側のインサート部材４の
端部に限らず、遠い側の端部からでもよいし、インサー
ト部材４の表面からでもよい。

【００２５】以上、本発明に係るインサート成形方法及
び該成形方法によって得られた本発明に係るインサート
成形物の一実施例について説明したが、本発明は上記に
限らず、成形するインサート成形物の態様によって適
宜、本発明の範囲内において変更することができる。
尚、インサート部材４及び樹脂成形部６に用いられる材
質例を下記する。

【００２６】本発明の方法において使用されるインサー
ト部材４の材質としては、インサート部材として種々公
知の材質、即ち、鉄、ステンレス、アルミニウム、真鍮
等の金属製あるいはアルミナ、炭化ケイ素等のセラミッ
クス製、その他耐熱性プラスチック材、強化木材（紙パ
ルプ等）、竹材等を用いることができ、樹脂接触面にロ
ーレット加工を施してもよい。

【００２７】また、注入される樹脂、即ち、樹脂成形部
６の材質としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂の何れ
で形成されていてもよく、具体的には、熱可塑性樹脂と
しては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ
メチルペンテン、ポリブテン、ポリブタジエン、ポリス
チレン、スチレン−ブタジエン樹脂、ポリ塩化ビニル、
ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタアクリレート、ポリ塩
化ビニリデン、ポリテトラフロロエチレン、ＡＳ樹脂、
ＡＢＳ樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリアセタール、
ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキシ
ド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフ
タレート、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリフェニ
レンスルフィド、ポリエーテエルスルホン、ポリエーテ
ルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテル
イミド、ポリアミドイミド、ポリイミド等が用いられ、
また、熱硬化性樹脂としては、例えば、ホルムアルデヒ
ド樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、不飽和ポリエス
テル樹脂、エポキシ樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シ
リコーン、ポリウレタン、ポリアミノビスマレイミド樹
脂等が用いられ、これらは単独あるいは二種以上のブレ
ンド樹脂であってもよい。

【００２８】これらの内でも好ましいのは、ポリスルホ
ン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホ
ン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケト
ン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミ
ドから選ばれた少なくとも一種である。前記ポリスルホ
ンとしては、例えば、商品名コーデルポリサルホン（日
産化学社製）が含まれる

【００２９】

【化３】の構造式を有するもの等が挙げられる。前記ポリフェニ
レンスルフィドとしては、例えば、商品名ライトンＰＰ
Ｓ（保土谷化学工業社製）が含まれる

【００３０】

【化４】の構造式を有するもの等や、商品名ビィクトレックスＰ
ＥＳ（三井東圧化学社製）が含まれる

【００３１】

【化５】の構造式を有するもの等や、商品名ビィクトレックスＰ
ＥＥＫ（三井東圧化学社製）が含まれる

【００３２】

【化６】の構造式を有するもの等や、商品名ビィクトレックスＰ
ＥＫ（三井東圧化学社製）が含まれる

【００３３】

【化７】の構造式を有するもの等や、商品名ウルテム（エンジニ
アリングプラスチックス社製）が含まれる

【００３４】

【化８】の構造式を有するもの等が挙げられる。前記ポリアミド
イミドとしては、例えば、商品名トーロン（三菱化成工
業社製）が含まれる

【００３５】

【化９】の構造式を有するもの等が挙げられる。前記ポリイミド
としては、例えば、商品名オーラム（三井東圧化学社
製）等が挙げられる。また特に好ましいのは、ポリイミ
ドが前記一般式（１）で表される繰り返し単位を有する
ポリイミド樹脂である。

【００３６】またこれらの樹脂は、繊維状補強材、例え
ば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、セラミック
ス繊維、金属繊維等を混合した物であってもよい。繊維
状補強材を混合した場合、本発明によれば、繊維配向が
図１の矢符Ｘ方向、即ち、樹脂成形部６の略中心部から
放射状に並ぶので高い強度を得ることができ、特に樹脂
成形部６が歯車である場合等に歯先強度向上に有効であ
る。

【００３７】

【実験例】チョップド炭素繊維強化の樹脂（表１参照）
を７５ｔｏｎ射出成形機Ｊ７５ＳＡ（日本製鋼所社製）
にて下記条件で２種類の金属シャフトインサートギアを
成形した。成形は、先ず、下記（ｂ）の２種類のインサ
ート部材を夫々金型温度と略等しい温度、即ち、２００
℃に予め加温してから金型に装着し、次に下記（ｂ−
１）のインサート部材の場合は該インサート部材の一方
の端部より内部に樹脂を注入して成形し（図１参照）、
また下記（ｂ−２）のインサート部材の場合はギア部端
面より３点ピンポイントゲートで樹脂を注入して成形し
た。

【００３８】ａ）成形物歯形：標準並歯平歯車基準ピッチ円直径：３６ｍｍ歯数：１２歯厚：１５ｍｍ

【００３９】ｂ）インサート部材材質：ｓｕｓ３０４寸法：φ１０×Ｌ４０形状：下記（ｂ−１）、（ｂ−２）の２種
類（ｂ−１）：内部に図２に示すようなスプールまたはラ
ンナーが形成されているもの（本発明）（ｂ−２）：スプールやランナー等の空隙無しのもの
（比較例）

【００４０】ｃ）成形条件射出成形温度：４１０℃ 金型温度：２００℃ 射出出力：１５００ｋｇ／ｃｍ²

【００４１】以上のように成形した２種類の金属シャフ
トインサートギアの歯元強度を測定した。測定方法は、
図５に示すように２本のφ１０のｓｕｓ製丸棒７によっ
て金属シャフトインサートギアのギア部分を上下から挟
んで垂直方向Ｚに１０ｍｍ／ｓｅｃの速度で荷重を加
え、ギアが破壊した時の荷重｛歯元面積×４（歯イ・ロ
・ハ・ニ）で除した値｝を圧縮試験機ストログラフ（島
津製作所社製）にて測定した。結果を表１に示す。

【００４２】

【表１】

【００４３】表１から、（ｂ−１）のインサート部材
（本発明）を用いて成形した金属シャフトインサートギ
アの方が、（ｂ−２）のインサート部材（比較例）を用
いて成形した金属シャフトインサートギアに比して著し
く強度が優れていることが判る。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、溶融樹脂をインサート
部材の中空部をスプールとして通過し、該中空部に連続
する透孔部をゲートとして金型のキャビティー内に注入
する構成であるため、溶融樹脂がキャビティー中心部よ
り外周面に向かって均一に流動し固化することになるの
で、樹脂成形部の寸法安定性及び精度、並びに機械強度
に優れたインサート成形物を得ることができる。

【００４５】また、得られたインサート成形物は、表面
にゲート痕が残らないため、仕上がり寸法を狂わせ易い
切削及び研磨等の後処理が不要である。

【００４６】更に、得られたインサート成形物は、樹脂
が樹脂成形部とインサート部材の内部とにおいて一体的
となっているので、インサート部材の位置ズレ及び抜け
等を完全に防止することができ、機械強度が大きく、部
品機能の信頼性が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】インサート部材をセットした状態の金型を示す
概略断面図である。

【図２】図１の金型によって得られた本発明に係るイン
サート成形物の一例を示す断面図である。

【図３】本発明に係るインサート成形物の他の例を示す
断面図である。

【図４】従来のインサート成形物及び金型を示す概略断
面図である。

【図５】歯元強度測定方法を示す概略側面図である。

【符号の説明】

１金型１Ａ，１Ｂ割型１Ｃ金型スプールまたはランナー２キャビティー３樹脂注入ノズル４インサート部材４Ａ中空部（スプールまたはランナー）４Ｂ透孔部（ゲート）４Ｃコールドスラグウェル部４Ｄ溝部５インサート成形物６樹脂成形部７歯元強度測定用丸棒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者後藤善久神奈川県横浜市栄区笠間町1190番地三井東圧化学株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インサート部材と樹脂とを一体的に成形す
るインサート成形方法において、前記インサート部材と
して、スプールまたはランナーが内部に形成されている
と共に、一ないし複数のゲートが成形後に樹脂によって
被覆される部分に形成されているものを用い、前記イン
サート部材のスプールまたはランナー及びゲートを介し
て溶融樹脂を金型内に送り込むことを特徴とするインサ
ート成形方法。
【請求項２】前記インサート部材のスプール先端または
ランナー終端にコールドスラグウェル部が形成されてい
ることを特徴とする請求項１記載のインサート成形方
法。
【請求項３】前記樹脂が、ポリスルホン、ポリフェニレ
ンスルフィド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエ
ーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミ
ド、ポリアミドイミド、ポリイミドから選ばれた少なく
とも一種であることを特徴とする請求項１又は２記載の
インサート成形方法。
【請求項４】請求項３記載のポリイミドが、下記一般式
（１）で表される繰り返し単位を有するポリイミド樹脂
であることを特徴とするインサート成形方法。【化１】（式中、Ｘは直結、炭素数１〜１０の二価の炭化水素
基、六フッ素化されたイソプロピリデン基、カルボニル
基、チオ基、又はスルホニル基であり、またＲは炭素数
２以上の脂肪族基、環式脂肪族基、単環式芳香族基、縮
合多環式芳香族基、および芳香族基が直接又は架橋員に
より相互に連結された非縮合多環式芳香族基からなる群
より選ばれた４価の基を表す。）
【請求項５】インサート部材に一ないし複数の透孔部及
び該透孔部に連続する中空部が形成されていると共に該
透孔部及び中空部内に樹脂が充填されており、該透孔部
及び中空部内の樹脂とインサート部材周囲の樹脂成形部
とが一体的に成形されていることを特徴とするインサー
ト成形物。
【請求項６】前記樹脂が、ポリスルホン、ポリフェニレ
ンスルフィド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエ
ーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミ
ド、ポリアミドイミド、ポリイミドから選ばれた少なく
とも一種であることを特徴とする請求項５記載のインサ
ート成形物。
【請求項７】請求項６記載のポリイミドが、前記一般式
（１）で表される繰り返し単位を有するポリイミド樹脂
であることを特徴とするインサート成形物。
【請求項８】スプールまたはランナーが内部に形成され
ていると共に、一ないし複数のゲートが成形後に樹脂に
よって被覆される部分に形成されていることを特徴とす
るインサート部材。