JP6992524B2 - 樹脂製歯車の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂製歯車の製造方法に関する。

樹脂製歯車は、軽量で且つ静粛性に優れており、例えば車両用又は産業用の歯車として広く用いられている。樹脂製歯車としては、環状の金属製ブッシュと、金属製ブッシュの周囲に設けられ外周部に歯部が形成された環状の樹脂部材と、金属製ブッシュと樹脂部材との間に設けられた弾性部材と、を備えた樹脂製歯車が知られている（例えば、特許文献１参照）。上述したような樹脂製歯車では、他の歯車との噛み合いで生じた衝撃を、弾性部材の弾性変形によって吸収することによって、樹脂製歯車に一時的に強い負荷がかかった場合であってもその損傷の発生を抑制できる。

特開２０１７－１５１００号公報

上述したような樹脂製歯車において、弾性部材によって所望の減衰機能が発揮されるためには、金属製ブッシュ及び樹脂部材と弾性部材とが強固に接合されている必要がある。したがって、樹脂製歯車では、金属製ブッシュ及び樹脂部材と弾性部材との接合強度の向上が望まれている。

本発明の一側面は、金属製ブッシュ及び樹脂部材と弾性部材との接合強度の向上が図れる樹脂製歯車の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る樹脂製歯車の製造方法は、環状の金属製ブッシュと、金属製ブッシュの周囲に設けられ、外周部に歯形が形成された環状の樹脂部材と、金属製ブッシュと樹脂部材との間に設けられた環状の弾性部材と、を備える樹脂製歯車の製造方法であって、金属製ブッシュと樹脂部材との間に、射出成形により弾性部材を形成する形成工程と、弾性部材を圧縮する圧縮工程と、を含む。

本発明の一側面に係る樹脂製歯車の製造方法では、射出成形により形成した弾性部材を圧縮する。これにより、弾性部材の内圧が高くなる。そのため、金属製ブッシュ及び樹脂部材と弾性部材との密着性が向上する。したがって、金属製ブッシュ及び樹脂部材と弾性部材との接合強度の向上が図れる。

一実施形態においては、形成工程では、金属製ブッシュ及び樹脂部材の少なくとも一方の一対の側面のうち、少なくとも一方の側面よりも弾性部材が突出するように弾性部材を形成し、圧縮工程では、一対の側面の対向方向において弾性部材を圧縮してもよい。この方法では、対向方向で圧縮される弾性部材が、当該対向方向に交差する方向に膨張して、金属製ブッシュ及び樹脂部材に押し付けられる。したがって、金属製ブッシュ及び樹脂部材と弾性部材との接合強度の向上がより一層図れる。

一実施形態においては、圧縮工程では、形成工程において形成した弾性部材が完全に硬化する前に弾性部材を圧縮してもよい。この方法では、圧縮工程において弾性部材を圧縮した後で弾性部材を硬化させることができる。そのため、圧縮した状態で弾性部材を保持できる。したがって、金属製ブッシュ及び樹脂部材と弾性部材との密着を維持できる。

一実施形態においては、金属製ブッシュの外周面及び樹脂部材の内周面のそれぞれに接着剤を塗布する塗布工程を含み、塗布工程の後に形成工程を行ってもよい。この方法では、金属製ブッシュ及び樹脂部材と弾性部材との間に接着剤（接着部）が介在するため、金属製ブッシュ及び樹脂部材と弾性部材との接合強度の向上がより一層図れる。

本発明の一側面によれば、金属製ブッシュ及び樹脂部材と弾性部材との接合強度の向上が図れる。

図１は、一実施形態に係る樹脂製歯車の正面図である。 図２は、図１におけるＩＩ－ＩＩ線に沿った断面構成を示す図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、弾性部材形成工程を示す図である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は、圧縮工程を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１及び図２に示されるように、樹脂製歯車１は、金属製ブッシュ３と、弾性部材５と、樹脂部材７と、を備えている。本実施形態に係る樹脂製歯車１は、平歯車である。

金属製ブッシュ３は、回転軸（図示省略）に取り付けられる部材である。金属製ブッシュ３は、円環状である。金属製ブッシュ３は、例えば、ステンレス等の金属で形成されている。金属製ブッシュ３には、貫通孔３ｈが設けられている。貫通孔３ｈは、金属製ブッシュ３の一方の側面３ｂと他方の側面３ｃとを貫通している。貫通孔３ｈには、回転軸が挿入される。金属製ブッシュ３は、外周面３ａを有している。

図１に示されるように、弾性部材５は、樹脂製歯車１が他の歯車と噛み合いにより発生する衝撃を減衰する部材である。弾性部材５は、円環状である。弾性部材５は、金属製ブッシュ３の周囲に設けられている。弾性部材５は、金属製ブッシュ３（外周面３ａ）と樹脂部材７との間に設けられている。弾性部材５と金属製ブッシュ３との間には、接着部９が介在している。金属製ブッシュ３と弾性部材５とは、接着部９により接着されている。弾性部材５の厚みは、適宜設定される。

弾性部材５は、ゴムにより形成されている。ゴムは、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム、エピクロロヒドリンゴム、シリコーンゴム等である。ゴムは、耐久性及び耐熱性の観点から、フッ素ゴム又はシリコーンゴムであることが好ましい。

樹脂部材７は、他の歯車と噛み合う部材である。樹脂部材７は、環状である。樹脂部材７は、樹脂で形成されている。樹脂部材７は、弾性部材５の周囲に設けられている。樹脂部材７は、内周面７ａを有している。弾性部材５と樹脂部材７（内周面７ａ）との間には、接着部１１が介在している。弾性部材５と樹脂部材７とは、接着部１１により接着されている。

図１に示されるように、樹脂部材７の外周部には、歯形８が形成されている。歯形８は、樹脂部材７の周方向において、所定の間隔をあけて複数形成されている。

続いて、樹脂製歯車１の製造方法について説明する。樹脂製歯車１の製造方法は、抄造素形体形成工程と、樹脂部材形成工程と、切削工程と、接着剤塗布工程と、弾性部材形成工程と、圧縮工程と、歯切加工工程と、を含む。

［抄造素形体形成工程］
抄造素形体形成工程では、抄造法によって、円環状の抄造素形体を形成する。抄造素形体は、短繊維のみを含むものであっても、短繊維及び樹脂を含むものであってもよい。

抄造法による抄造素形体の形成には、従来公知の方法を適用することができる。例えば、円環形状は、筒状金型を用いることにより形成することができる。また、抄造素形体は、例えば、金型の中央にブッシュを配置し、ブッシュの周囲に短繊維、分散媒及び任意の樹脂の分散液を注入し、金型から分散媒を排出した後に、筒状金型内に残った集合体を圧縮することにより形成することができる。

短繊維の融点、又は、短繊維の分解温度は、２５０℃以上であることが好ましい。このような短繊維を用いることで、成形時の成形温度又は加工温度、実使用時の雰囲気温度において、短繊維が熱劣化を起こすことなく、耐熱性に優れた繊維基材又は樹脂製歯車とすることができる。

短繊維としては、パラ系アラミド繊維、メタ系アラミド繊維、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、セラミック繊維、超高強力ポリエチレン繊維、ポリケトン繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、全芳香族ポリエステル繊維、ポリイミド繊維、及びポリビニルアルコール系繊維から選ばれた少なくとも１種以上の短繊維を使用することが好ましい。特に、パラ系アラミド繊維と、メタ系アラミド繊維との混合繊維を短繊維として用いた場合には、耐熱性、強度、樹脂成形後の加工性のバランスが優れている。

スラリとしては、有機溶媒、有機溶媒と水との混合物、又は、水等を用いることができる。スラリとしては、特に経済的で、環境への負荷が少ない、水を使用することが好ましい。有機溶媒を用いる場合には、安全面に充分注意し、メタノール、エタノール、アセトン、トルエン、ジエチルエーテル等の有機溶媒を使用することも可能である。

樹脂は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれであってもよいが、製造される樹脂製歯車の強度を向上させる観点から、熱硬化性樹脂であると好ましい。より具体的には、エポキシ樹脂、ポリアミノアミド樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等から選ばれた１以上の樹脂と、選択された樹脂の種類に応じた硬化剤とを組み合わせたものが使用できる。これらの中でも、樹脂硬化物の強度、耐熱性等の点からポリアミノアミド樹脂が好ましく、耐熱性、強度が優れる２，２’－（１，３フェニレン）ビス２－オキサゾリンとアミン硬化剤の混合物１００質量部に対し、触媒には硬化促進剤として、例えば、ｎ－オクチルブロマイドが５質量部以下からなる樹脂を使用することが好ましい。

なお、樹脂は、抄造素形体形成工程において短繊維と一緒に抄造されてもよく、短繊維のみを含む抄造素形体を形成した後に、樹脂部材形成工程において抄造素形体に含浸されてもよい。

［樹脂部材形成工程］
樹脂部材形成工程では、金型内に上記抄造素形体を配置し、樹脂を硬化させて樹脂部材７を形成する。抄造素形体形成工程において樹脂を用いなかった場合には、金型内に樹脂を注入して抄造素形体に含浸させた後に、樹脂を硬化させる。

［切削工程］
切削工程では、金属製ブッシュ３及び樹脂部材７を切削して寸法を調整する。切削工程では、各部材を旋盤等の工作機械によって切削加工する。具体的には、切削工程では、各部材の外径部分、内径部分及び側面を削り、各部材を所定の寸法に加工する。樹脂部材７を切削した後、樹脂部材７を洗浄する。樹脂部材７の洗浄は、接着剤塗布工程の前に実施されればよい。

［接着剤塗布工程］
接着剤塗布工程では、金属製ブッシュ３及び樹脂部材７のそれぞれに接着剤Ａ１，Ａ２を塗布する。接着剤塗布工程では、金属製ブッシュ３の外周面３ａに接着剤Ａ１を塗布する。また、接着剤塗布工程では、樹脂部材７の内周面７ａに接着剤Ａ２を塗布する。接着剤Ａ１，Ａ２は、加硫接着剤である。加硫接着剤としては、例えば、ケムロック ６０７（ロード・ジャパンインク製）を用いることができる。

［弾性部材形成工程］
弾性部材形成工程では、金属製ブッシュ３と樹脂部材７との間に弾性部材５を形成する。図３（ａ）に示されるように、金属製ブッシュ３の外周面３ａ（接着剤Ａ１）と樹脂部材７の内周面７ａ（接着剤Ａ２）とが対向するように、金属製ブッシュ３と樹脂部材７とを成形金型２０に配置する。続いて、図３（ｂ）に示されるように、ゴム材料Ｇを押込部材２３によって注入部２１に押し込み、金属製ブッシュ３と樹脂部材７との間に、注入部２１を介してゴム材料Ｇを注入する。これにより、金属製ブッシュ３と樹脂部材７との間にゴム材料Ｇが充填される。

弾性部材形成工程では、金属製ブッシュ３の側面３ｂ及び樹脂部材７の側面７ｂよりもゴム材料Ｇが突出するように、ゴム材料Ｇを充填する。具体的には、成形金型２０には、注入部２１に連通する凹部２２が形成されている。凹部２２は、金属製ブッシュ３の側面３ｂ及び樹脂部材７の側面７ｂと当接する面２０ａよりも注入部２１側に凹んでいる。この構成により、ゴム材料Ｇが注入部２１から注入されて充填されると、ゴム材料Ｇは、金属製ブッシュ３の側面３ｂ及び樹脂部材７の側面７ｂよりも突出する。

続いて、充填したゴム材料Ｇに加硫すると共にゴム材料Ｇを加熱する。これにより、金属製ブッシュ３と樹脂部材７との間に弾性部材５が形成される。このとき、弾性部材５を完全に硬化させないことが好ましい。また、接着剤Ａ１，Ａ２が加熱されることにより、金属製ブッシュ３と弾性部材５との間に接着部９、樹脂部材７と弾性部材５との間に接着部１１が形成される。弾性部材５は、必要に応じて、バリ（注入部２１の部分等）の除去等を行う。

[圧縮工程]
圧縮工程では、図４（ａ）に示されるように、圧縮部材２４及び圧縮治具２５を用いる。圧縮部材２４は、例えば、円環状を呈する。圧縮治具２５は、金属製ブッシュ３の側面３ｂ及び樹脂部材７の側面７ｂよりも突出する弾性部材５の側面（当該側面は、図４（ａ）における左右の面）を囲うように配置される。圧縮治具２５は、弾性部材５の突出量Ｔより高さ寸法が大きいことが好ましい。圧縮工程では、図４（ｂ）に示されるように、圧縮部材２４を圧縮治具２５に挿入して、弾性部材５を圧縮する。具体的には、圧縮工程では、金属製ブッシュ３の側面３ｂ，３ｃ（樹脂部材７の側面７ｂ，７ｃ）の対向方向において、側面３ｂ側から、圧縮部材２４によって弾性部材５を圧縮する。

圧縮工程では、図２に示されるように、例えば、弾性部材５の側面（当該側面は、図２の上面及び下面）が金属製ブッシュ３の側面３ｂ，３ｃ及び樹脂部材７の側面７ｂ，７ｃと面一となるように、弾性部材５を圧縮する。これにより、弾性部材５の内圧が高くなる。圧縮工程においては、弾性部材５を加熱してもよい。これにより、弾性部材形成工程において完全に硬化していない状態であった弾性部材５を完全に硬化させることができる。

［歯切加工工程］
歯切加工工程では、樹脂部材７の歯切加工を行う。適用される歯切加工としては、ホブ盤又はシェービング盤による仕上げ加工が挙げられる。ホブ盤としては、例えば三菱重工株式会社製のＧＥ１５Ａ（商品名）を用いることができる。なお、ホブ盤による切削量は、２００μｍ以上になる。シェービング盤としては、例えば三菱重工株式会社製のＦＥ３０Ａ（商品名）を用いることができる。なお、シェービング加工による切削量は少なく、２０～１５０μｍ程度になる。歯切加工工程により、樹脂部材７に歯形８が形成される。

以上の工程により、樹脂製歯車１が製造される。

以上説明したように、本実施形態に係る樹脂製歯車１の製造方法では、射出成形により形成した弾性部材５を圧縮する。そのため、弾性部材５の内圧が高くなる。これにより、金属製ブッシュ３及び／又は樹脂部材７の凹凸に弾性部材５を入り込ませることができる。したがって、金属製ブッシュ３及び樹脂部材７と弾性部材５との密着性が向上する。その結果、金属製ブッシュ３及び樹脂部材７と弾性部材５との接合強度の向上が図れる。これにより、樹脂製歯車１では、弾性部材５に所望の減衰機能を発揮させることができる。そのため、樹脂製歯車１では、一時的に強い負荷がかかった場合であってもその損傷の発生を抑制できる。

本実施形態に係る樹脂製歯車１の製造方法では、弾性部材形成工程において、金属製ブッシュ３の側面３ｂ（３ｃ）及び樹脂部材７の側面７ｂ（７ｃ）よりも弾性部材５が突出するように弾性部材５を形成する。圧縮工程では、一対の側面３ｂ，３ｃ（側面７ｂ，７ｃ）の対向方向において弾性部材５を圧縮する。この方法では、対向方向で圧縮される弾性部材５が、当該対向方向に交差する方向に膨張して、金属製ブッシュ３及び樹脂部材７に押し付けられる。したがって、金属製ブッシュ３及び樹脂部材７と弾性部材５との接合強度の向上がより一層図れる。

本実施形態に係る樹脂製歯車１の製造方法では、圧縮工程では、弾性部材形成工程において形成した弾性部材５が完全に硬化する前に弾性部材５を圧縮する。この方法では、圧縮工程において弾性部材５を圧縮した後で弾性部材５を硬化させることができる。そのため、圧縮した状態で弾性部材５を保持できる。したがって、金属製ブッシュ３及び樹脂部材７と弾性部材５との密着を維持できる。

本実施形態に係る樹脂製歯車１の製造方法では、金属製ブッシュ３の外周面３ａ及び樹脂部材７の内周面７ａのそれぞれに接着剤Ａ１，Ａ２を塗布する塗布工程を含む。樹脂製歯車１の製造方法では、塗布工程の後に弾性部材形成工程を行う。この方法では、金属製ブッシュ３及び樹脂部材７と弾性部材５との間に接着剤Ａ１，Ａ２（接着部９，１１）が介在するため、金属製ブッシュ３及び樹脂部材７と弾性部材５との接合強度の向上がより一層図れる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

上記実施形態では、樹脂製歯車１が平歯車である形態を一例に説明した。しかし、樹脂製歯車１は、はすば歯車等であってもよい。

上記実施形態では、弾性部材形成工程において、金属製ブッシュ３の側面３ｂ及び樹脂部材７の側面７ｂよりも突出するように弾性部材５を形成した。しかし、弾性部材５は、金属製ブッシュ３の側面３ｃ及び樹脂部材７の側面７ｃよりも突出するように形成されてもよい。また、弾性部材は、金属製ブッシュ３の側面３ｂ，３ｃ及び樹脂部材７の側面７ｂ，７ｃよりも突出するように形成してもよい。この場合、圧縮工程では、側面３ｂ，７ｂ側、及び、側面３ｃ，７ｃ側から弾性部材５を圧縮する。

上記実施形態では、金属製ブッシュの側面３ｂ（３ｃ）と、弾性部材５の側面と、樹脂部材７の側面７ｂ（７ｃ）とが面一である形態を一例に説明した。しかし、各側面は、面一でなくてもよい。

上記実施形態では、金属製ブッシュ３と弾性部材５との間に接着部９、弾性部材５と樹脂部材７との間に接着部１１を設ける形態を一例に説明した。しかし、接着部を設けなくてもよい。この場合、金属製ブッシュ３及び樹脂部材７と弾性部材５とは、弾性部材５の溶着によって接合される。

１…樹脂製歯車、３…金属製ブッシュ、３ａ…外周面、３ｂ，３ｃ…側面、５…弾性部材、７…樹脂部材、７ａ…内周面、７ｂ，７ｃ…側面、Ａ１，Ａ２…接着剤。

Claims (3)

1. 環状の金属製ブッシュと、前記金属製ブッシュの周囲に設けられ、外周部に歯形が形成された環状の樹脂部材と、前記金属製ブッシュと前記樹脂部材との間に設けられた環状の弾性部材と、を備える樹脂製歯車の製造方法であって、
   前記金属製ブッシュと前記樹脂部材との間に、射出成形により前記弾性部材を形成する形成工程と、
   前記弾性部材を圧縮する圧縮工程と、を含み、
   前記形成工程では、前記金属製ブッシュ及び前記樹脂部材の少なくとも一方の一対の側面のうち、少なくとも一方の前記側面よりも前記弾性部材が突出するように前記弾性部材を形成し、
   前記圧縮工程では、一対の前記側面の対向方向において前記弾性部材を圧縮する、樹脂製歯車の製造方法。
2. 前記圧縮工程では、前記形成工程において形成した前記弾性部材が完全に硬化する前に前記弾性部材を圧縮する、請求項１に記載の樹脂製歯車の製造方法。
3. 前記金属製ブッシュの外周面及び前記樹脂部材の内周面のそれぞれに接着剤を塗布する塗布工程を含み、
   前記塗布工程の後に前記形成工程を行う、請求項１又は２に記載の樹脂製歯車の製造方法。

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