2005年以来、プラスチック射出成形金型製造

プラスチック歯車の射出成形プロセスと材料

プラスチック歯車は、大型化、複雑形状化、高強度化が進み、高性能樹脂や長繊維ガラス繊維入り複合材料が重要な役割を果たしています。この50年で、プラスチック歯車は新素材から重要な工業材料へと変貌を遂げました。

今日では、自動車、時計、ミシン、構造制御装置、ミサイルなど、さまざまな用途に組み込まれ、トルクや運動形態を伝達している。 既存の用途に加え、より難易度の高い新たなギア用途が今後も登場し、この傾向は現在も進行中である。

自動車産業はプラスチックギヤの分野で最も急成長している分野のひとつであり、この成功的な変化は心強い。自動車メーカーは、あらゆる種類の自動車駆動用の補助システムを見つけようとしている。

動力、油圧、ケーブルではなく、モーターとギアが必要なのだ。この変化は、リフトドア、シート、トラッキングヘッドライトから、ブレーキアクチュエータ、電動スロットルセグメント、タービンレギュレータなど、幅広い用途へのプラスチック製パワーギアの浸透につながっている。

プラスチック製パワーギアの用途はさらに広がっている。精密プラスチック歯車は、プラスチックを使用した洗濯機の駆動部のように、歯車のサイズの限界を変えるような大きなサイズが要求される用途で、機械加工された金属歯車に代わって使用されることがよくあります。

プラスチック歯車は他にも、換気空調システム（HVAC）の制振駆動装置、流体設備のバルブ駆動装置、談話室の自動スクラバー、小型航空機の表面安定化用パワースクリュー、軍事用途のスクリュー・重量計・制御装置など、多くの用途で使用されている。

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大型の高強度プラスチック製ギア

という利点がある。プラスチック歯車成形より大きく成形でき、高精度で高強度の特性を持つプラスチックギアが開発された重要な理由である。

伝達誤差と騒音を最小限に抑えながら、伝達力を最大化するギア構成をいかに設計するかは難しい課題です。そのためには、ギヤの同心度や歯形などの加工精度を高くする必要があります。

ヘリカルギアの中には、最終製品を製造するために複雑な成形作業が必要なものもあれば、収縮を抑えるために厚い部品に芯歯が必要なものもある。

その一方で射出成形専門家は、最新の高分子材料、設備、加工技術を駆使して新世代のプラスチック歯車を製造する能力を獲得したが、すべての加工業者にとっての真の課題は、この高精度製品全体をどのように適合させるかであろう。

コントロールの難しさ

高精度ギヤに許容される公差は、米国プラスチック工業会（SPI）が述べているように、一般的に「良好」と表現するのは難しい。

しかし、今日、ほとんどの成形の専門家は、最新のものを使っている。射出成形成形温度、射出圧力、その他の変数を複雑なウィンドウで精密に制御し、精密な歯車を成形する機械制御ユニットを備えた機械。

歯車成形の専門家の中には、一貫性と再現性を向上させるために、キャビティに温度と圧力のセンサーを設置し、より高度なアプローチを用いる者もいる。

プラスチック歯車メーカーの検査では、歯車の品質を管理するための二枚歯側転検出器や、歯車の歯面やその他の特徴を評価するためのコンピュータ制御検出器など、特殊な検査機器を使用する必要もあります。しかし、適切な機器を揃えることはスタートに過ぎません。

精密歯車業界に参入しようとする者もまた、自分の力を調整しなければならない。射出成形どの射出でも、どのキャビティでも、可能な限り一貫性のあるギアを製造するための環境です。

金型精密歯車の製造においては、メカニックの行動が決定的な要因となることが多いため、従業員の訓練と作業工程の管理に重点を置かなければならない。

ギヤの寸法は季節による温度変化の影響を受けやすく、ドアを開けてフォークリフトを通過させることによる温度変動でさえ、ギヤの寸法精度に影響を与える可能性があるためだ。射出成形メーカーは、成形エリアの環境条件を厳密に管理する必要がある。

その他、安定した電源、ポリマーの温度と湿度をコントロールする適切な乾燥装置、一定のエアフローを持つ冷却装置などを考慮する必要がある。

場合によっては、同じ冷却方法を実現するために、成形位置からギアを取り出して搬送ユニットに載せるという動作を1回で繰り返す自動化技術が使われる。

成形冷却の重要なステップ

高精度部品の加工は、一般的な成形加工に要求されるものと比較すると、細部にまで注意を払う必要があり、精密な測定レベルを達成するために必要な測定技術も必要となる。

このツールは射出成形温度とキャビティ内の冷却速度は、各成形で同じです。精密歯車加工で最も一般的な問題は、歯車の対称冷却と各金型キャビティの整合性をどのように扱うかです。

精密歯車の金型は、一般的に4キャビティを超えることはありません。第一世代の金型では、特定の指示がほとんどない1つの歯車のみを生産していたため、二次切削のコストを削減するために歯入子がよく使用されていました。

精密歯車は、歯車の中心にあるゲートから注入しなければならない。複数のゲートがあると融着線ができやすく、圧力分布や収縮率が変化し、ギアの公差に影響する。

ガラス繊維強化素材の場合、繊維が溶接線に沿って放射状に配置されているため、複数のゲートを使用すると偏心半径の「衝突」が起こりやすい。

成形の専門家は、良好な設備、成形設計、使用材料の延伸能力、加工条件を前提に、歯溝の変形を制御し、製品の収縮能力を制御可能で、一貫性があり、均一な収縮能力を得ることができる。

成形に際しては、成形面の温度、射出圧力、冷却工程を正確に制御する必要がある。

その他の重要な要素には、肉厚、ゲートのサイズと位置、パッキンのタイプ、量と方向、流量、成形内部応力などがある。

最も一般的なプラスチック歯車は、直歯、円筒ウォームギア、ヘリカルギアである。金属製の歯車はほとんどすべてプラスチックで作ることができる。

歯車は通常、分割された金型キャビティによって成形される。ヘリカルギヤを加工する場合、射出中に歯を形成するギヤまたはギヤリングを回転させる必要があるため、その細部に注意を払う必要があります。

ウォームギアは、走行時の騒音が直歯に比べて小さく、成形後はキャビティから回転して取り出すか、複数のスライド機構を使用する。スライド機構を使用する場合は、ギヤに明らかな割れ目ができないよう、高精度で操作する必要がある。

新しいプロセスと新しい樹脂

より高度なプラスチック歯車成形法が開発されている。例えば、第射出成形ホイールシャフトと歯の間の弾性体の設計を通じて、方法は、歯車が突然実行を停止したときに、より良い振動を吸収することができ、歯への損傷を避けることができ、より静かに歯車を実行させます。

アクスルは他の素材に成形し直すことも可能で、より柔軟な素材や、より価値のある自己潤滑性のある複合材を選ぶことができる。

同時に、ガスアシスト法と射出圧縮成形歯車の歯質を改善し、歯車全体の精度を向上させ、内部応力を低減させる方法として研究された。

歯車そのものだけでなく、成形担当者は歯車の設計構造にも注意を払う必要がある。

荷重や温度が変化しても歯車が直線的に走行するためには、構造体内の歯車軸の位置を直線的に揃える必要があり、構造体の寸法安定性と精度が非常に重要になる。

これを考慮すると、一定の剛性を持つギア構造は、ガラス繊維強化素材やミネラル充填ポリマーなどの素材で作られる必要がある。

現在、精密歯車製造の分野では、さまざまなエンジニアリング熱可塑性プラスチックが登場し、これまで以上に選択肢が広がっている。

最も一般的に使用されているアセタール、PBT、ポリアミドなどの材料は、耐疲労性、耐摩耗性、平滑性、高い接線応力強度、往復モーターの動作による振動荷重に耐える能力などに優れた歯車装置を製造することができます。

結晶性ポリマーは、材料の完全な結晶化を保証するのに十分な高温で成形されなければならない。そうでなければ、成形温度以上の温度上昇により、使用中に材料が二次結晶化し、次のような問題が発生する。射出成形ギアサイズの変更。

アセタール射出成形プラスチック歯車製造用材料で、40年以上前から自動車、家電、事務機器などの分野で広く使用されている。

その寸法安定性と高い耐疲労性、耐薬品性は、90℃以上の高温にも耐えることができる。金属や他のプラスチック材料と比較して、優れた潤滑特性を持っています。

PBTポリエステルは非常に滑らかな表面を作ることができ、最高使用温度は充填修正なしで150℃に達することができ、ガラス繊維強化製品の使用温度は170℃に達することができる。PBTポリエステルは、アセタール、他の種類のプラスチック、金属材料と比較して優れた性能を発揮し、歯車構造によく使用されています。

ポリアミド材料は、他のプラスチックや金属材料と比較して、良好な靭性と耐久性の特性を持っており、タービントランスミッションの設計やギアフレーム用途によく使用されます。

ポリアミドギアの使用温度は未充填時で150℃まで、ガラス繊維強化製品の使用温度は175℃までである。

しかし、ポリアミドは吸湿性や潤滑剤による寸法ばらつきの特性があり、精密歯車分野での使用には不向きである。

ポリフェニレンサルファイド（PPS）は、高い硬度、寸法安定性、耐疲労性、200℃までの耐薬品性を持ち、その用途は厳しい労働条件、自動車産業、その他の最終用途の応用分野に浸透している。