CN103080607B - 树脂齿轮和其制造方法及其制造装置 - Google Patents

树脂齿轮和其制造方法及其制造装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供树脂齿轮以及适合于制造该树脂齿轮的制造装置，通过层叠齿轮状的片状树脂（Sa），使得齿部（2b）沿轴向排列，做成平齿齿轮状的净成型体（4），将该净成型体收容于具备平齿齿轮状的保持空间（14a）的净成型体保持架（14）。使设于上模（15）的平齿齿轮状的按压构件（15a）下降，加热压缩净成型体（4），并且形成于下模（12）的上述树脂齿轮的齿部压入斜齿状的成形空间，使上述净成型体（4）的齿部（4a）变形为相对于轴向倾斜的斜齿，使所成形的树脂齿轮（1）的齿部（2b）的强化纤维的方向相对于轴向倾斜。利用作用于齿面的载荷，使树脂的剥离难以产生。

Description

树脂齿轮和其制造方法及其制造装置
技术领域
本发明涉及树脂齿轮和其制造方法及其制造装置，详细而言，涉及将通过抄造而制造的片状树脂切断成齿轮状，并且沿轴向层叠多个该齿轮状的片状树脂而做成齿轮状的净成型体（net-shapebody），并加热压缩该净成型体而成形的树脂齿轮和其制造方法及其制造装置。
背景技术
以往，周知有将通过抄造而制造的片状树脂切断成齿轮状，并且沿轴向层叠多个该齿轮状的片状树脂而做成齿轮状的净成型体，之后加热压缩该净成型体而成形树脂齿轮的、树脂齿轮的制造方法（专利文献1）。
根据该专利文献1，在将上述树脂齿轮形成为斜齿齿轮状的情况下，将上述齿轮状的片状树脂的齿逐渐地一边错开一边层叠，做成斜齿齿轮状的净成型体，之后加热压缩该斜齿齿轮状的净成型体而成形树脂齿轮（参照0037段）。
此外，上述专利文献1的树脂齿轮的制造装置是由上模和下模构成的所谓的凹凸模具，在将树脂齿轮形成为斜齿齿轮状的情况下，需要在下模中将上述齿轮状的片状树脂的齿逐渐地一边错开一边层叠，并进行加热压缩（参照0031、0037段）。
另一方面，被指出有如下的问题，即，在沿轴向层叠多个通过抄造而制造的片状树脂而做成树脂齿轮时，因为纤维彼此在强化纤维的方向上的不互相缠绕，所以树脂会沿着该强化纤维的方向剥离（专利文献2的以往技术）。
专利文献1：日本特开平11－227061号公报
专利文献2：日本特开2009－154338号公报
发明内容
在这里，在用专利文献1的方法制造的树脂齿轮的情况下，由于在做成净成型体时的强化纤维的方向相对于轴向正交，所以各齿中的强化纤维的方向也相对于轴向正交。
相对于此，由于作用于斜齿齿轮的各齿的载荷作用于与各齿的齿面正交的方向，所以该载荷作用于相对于强化纤维的方向倾斜的方向，如在专利文献2中所指出那样，存在树脂会沿着该强化纤维的方向剥离这样的问题。
此外，在专利文献1中的树脂齿轮的制造装置的情况下，不得不在下模中将齿轮状的片状树脂的齿逐渐地一边错开一边层叠，存在制造工序变繁琐这样的问题。
鉴于这样的问题，本发明提供能够防止斜齿状的齿部的树脂剥离的树脂齿轮及其制造方法，并且提供适于制造该树脂齿轮的树脂齿轮的制造装置。
即，技术方案1的发明的树脂齿轮通过沿轴向层叠多个齿轮状的片状树脂并对该齿轮状的片状树脂加热压缩而形成，该齿轮状的片状树脂通过使热固化性树脂和强化纤维分散于液中并进行抄造而成，其特征在于，
该树脂齿轮的齿部为相对于轴向倾斜的斜齿，且各齿部的上述强化纤维的方向相对于上述轴向倾斜。
此外，技术方案4的发明的树脂齿轮的制造方法，将使热固化性树脂和强化纤维分散于液中并抄造片状树脂而成的该片状树脂切断成齿轮状，并沿轴向层叠多个该齿轮状的片状树脂，而做成齿轮状的净成型体，并且对该齿轮状的净成型体加热压缩而成形树脂齿轮，其特征在于，
通过层叠上述齿轮状的片状树脂，使得齿部沿轴向排列，将上述净成型体做成平齿齿轮状，
在加热压缩该净成型体时，一边使各齿部变形为相对于轴向倾斜的斜齿，一边使各齿部的上述强化纤维的方向相对于上述轴向倾斜。
并且，技术方案8的发明的树脂齿轮的制造装置，包括通过一边加热一边沿轴向压缩齿轮状的净成型体而成形树脂齿轮的下模和上模，该齿轮状的净成型体通过沿轴向层叠多个齿轮状的片状树脂而做成，其特征在于，
在上述下模与上模之间设有形成有收容该净成型体的平齿齿轮状的保持空间的净成型体保持架，
在上述下模形成使上述树脂齿轮的齿部形成为斜齿状的成形空间，并且上述上模具备被插入上述净成型体保持架的上述保持空间并从上方按压上述净成型体的平齿齿轮状的按压构件，
在上述净成型体保持架将上述净成型体设置在与上述下模的成形空间的一端面相邻的位置时，上述上模的按压构件被插入上述净成型体保持架的保持空间并沿轴向按压该净成型体，一边压入上述成形空间一边使净成型体的齿部从平齿向斜齿变形。
根据上述技术方案1和技术方案4的发明，即使在使树脂齿轮的齿形成为相对于轴向倾斜的斜齿的情况下，也能够使各斜齿的强化纤维的方向相对于上述轴向倾斜。
其结果，即使载荷沿相对于齿面正交的方向作用，也能够减少沿着上述强化纤维的方向欲使树脂剥离的载荷，能够防止斜齿状的齿部的树脂的剥离。
并且，根据技术方案8的发明，由于只要将平齿齿轮状的净成型体收容于上述净成型体保持架即可，所以能够将净成型体容易地安置于制造装置中，之后只要加热压缩净成型体，就能够在将净成型体压入下模的成形空间时，将其成形为斜齿齿轮状的树脂齿轮。
利用该制造装置而制造上述技术方案1的树脂齿轮，由于上述净成型体的齿部一边倾斜地变形一边被压入上述斜齿状的成形空间，所以强化纤维的方向相对于轴向倾斜，可以说适于制造上述技术方案1的树脂齿轮，还能够应用于上述技术方案4的树脂齿轮的制造方法。
附图说明
图1是本实施例的树脂齿轮的立体图。
图2是树脂齿轮的周向剖视图。
图3是树脂齿轮的轴向剖视图。
图4是说明树脂齿轮的制造方法的图。
图5是制造装置的剖视图。
图6是表示本发明的树脂齿轮的树脂的方向的图。
图7是表示以往技术的树脂齿轮的树脂的方向的图。
具体实施方式
说明以下图示实施例，图1～图3表示发动机的平衡轴齿轮等所用的树脂齿轮1，图1表示树脂齿轮1的立体图，图2表示用相对于树脂齿轮1的中心轴正交的平面剖切的周向剖视图，图3表示用与轴向平行的平面剖切的轴向剖视图。
上述树脂齿轮1由环状的树脂环2和嵌合于上述树脂环2的内周面2a的金属衬套3构成，相对于轴向倾斜地形成的斜齿状的齿部2b等间隔地形成在上述树脂环2的外周。
上述金属衬套3由烧结合金或碳系钢构成，如图2所示，在金属衬套3的外周面形成作为旋转阻止部件的突起3a，通过上述树脂环2围绕各突起3a，上述树脂环2和金属衬套3以相互不旋转的方式结合。
上述突起3a沿着金属衬套3的外周面呈放射状设置一排，形成为从金属衬套3的外周面朝向外侧变宽的倒锥形状。并且本实施例的突起3a设于相对于金属衬套3的轴向中央向该金属衬套3的一端面偏倚的位置。
虽后面详述，但用图4简单地说明具有上述结构的树脂齿轮1的制造方法，首先将酚醛树脂粉末、芳族聚酰胺纤维等分散在水中，将通过抄造而获得的片状树脂S切断成齿轮状（图4（a）），沿轴向层叠多个该齿轮状的片状树脂S而成形平齿齿轮状的净成型体4（图4（b））。
之后，用以下说明的制造装置11一边加热该净成型体4一边对斜齿齿轮状的树脂环2进行压缩成形，此时将该树脂环2压入上述金属衬套3（图4（c））。
图5表示上述树脂齿轮1的制造装置11，该制造装置11包括：下模12，形成有成形上述树脂齿轮1的成形空间12a；金属衬套保持架13，保持上述金属衬套3；净成型体保持架14，保持上述净成型体4；以及上模15，通过从上方按压上述净成型体4而将其压入上述下模12的成形空间12a，还包括用于加热上述净成型体4的未图示的加热器。
上述下模12被固定于本体部，净成型体4被压入而成形树脂齿轮1的成形空间12a在其上表面开口，上述金属衬套保持架13在该成形空间12a的中央保持上述金属衬套3。
在上述成形空间12a的外周部分（图示虚线部的外侧）形成有倾斜的空间，使得树脂齿轮1的齿部2b成为斜齿状，上述净成型体4的齿部4a沿着该空间倾斜地流入。
此外在成形空间12a的内周面实施金属镀加工，使得成形了的树脂齿轮1容易从下模12脱模。
并且，在上述下模12的与成形空间12a隔离的位置，用于引导上述净成型体保持架14的销16朝向上方设置，还形成有供从上述上模15朝向下方设置的销17插入的贯穿孔。
上述金属衬套保持架13具有大致圆筒状，为了在上述下模12的成形空间12a的位置保持上述金属衬套3，在其上端部形成有与金属衬套3的下表面抵接并且与该金属衬套3的内周面嵌合的台阶形状。
此外金属衬套保持架13的外周的直径比上述金属衬套3的上述突起3a的位置的直径大，且比上述树脂环2的齿部2b的基部（图示虚线）的直径小。
上述金属衬套保持架13被设置成，利用升降部件18相对于下模12一边旋转一边升降，在从图4所示的下降位置一边旋转一边上升时，从下方按压上述树脂齿轮1的金属衬套3和树脂环2的齿部2b的内侧，使树脂齿轮1从形成为上述斜齿齿轮状的成形空间12a脱离。
接着，上述圆筒状的引导构件19利用螺栓20能够装卸地设于上述金属衬套保持架13的上部，该引导构件19在将上述金属衬套3安装在金属衬套保持架13上之后，被连结于该金属衬套保持架13。
并且，引导构件19成形为与上述金属衬套3的外周面相同直径，即与上述净成型体4的内周面4b相同直径，在将上述引导构件19安装在上述金属衬套保持架13上时，上述金属衬套3的上方的端面由引导构件19覆盖。
因此，在上述净成型体4被压入下模12的成形空间12a时，树脂不进入引导构件19与金属衬套3之间。
上述净成型体保持架14在中央具备收容上述净成型体4的保持空间14a，利用升降部件18而升降。
上述保持空间14a为了收容上述净成型体4而成为平齿齿轮状的空间，所收容的净成型体4的齿部4a的位置与露出于形成于上述下模12的成形空间12a的上表面的齿轮状的开口部的形状一致。
此外，在使上述净成型体保持架14下降时，上述引导构件19位于上述保持空间14a的中央，由此，上述保持空间14a具有与上述净成型体4大致相同形状的空间。
此外，在净成型体保持架14上形成有供设于上述下模12的销16穿过的贯穿孔、和供设于上述上模15的销17穿过的贯穿孔，防止上述下模12、净成型体保持架14、上模15的错位。
上述上模15利用未图示的升降部件而升降，并且具备被插入由上述净成型体保持架14和引导构件19形成的上述保持空间14a内的按压构件15a。
在上述按压构件15a的外周面，与上述素形体4相同地形成有平齿状的齿部，在将按压构件15a插入形成于上述净成型体保持架14的保持空间14a时，由按压构件15a的下表面从上方按压净成型体4。
并且，在使上述净成型体保持架14和上模15下降到下降端时，上述按压构件15a的下端部在上述下模12的上表面的位置停止，由此上述净成型体4被压入上述下模12的成形空间12a。
接着，用图4说明上述树脂齿轮1的制造方法。
首先，图4（a）表示通过抄造而制造片状树脂S，并且将该片状树脂S切断成齿轮形状的工序。
首先，分别使作为热固化性树脂的酚醛树脂粉末、作为强化纤维的芳族聚酰胺纤维、和芳族聚酰胺纸浆分散在水中，通过对它们进行抄造，制造长方形的片状树脂S，并将该片状树脂S投入到冲压机中进行脱水。
能够从在这里得到的片状树脂S获得多个齿轮形状，通过将上述长方形的片状树脂S投入冲切机中，能够获得多个齿轮型的片状树脂Sa，此时在各片状树脂Sa上也贯穿设置有构成上述内周面2a的圆形的孔Sb。
另外，关于此时产生的剩余材料，能够在通过废品再利用再次抄造上述片状树脂S时使用。
之后，从所获得的上述齿轮形状的片状树脂Sa，通过干燥等手段去除水分。
接着，图4（b）表示层叠多个上述齿轮形状的片状树脂Sa而成形上述净成型体4的工序。
在本实施例中层叠8张片状树脂S，此时在使各片状树脂S的齿的位置一致的状态下层叠，之后向拘束内周和外周的形状的未图示的模具投入所层叠的片状树脂S，并在酚醛树脂软化的温度下一边加热一边沿轴向即层叠方向压缩。
于是，上述片状树脂S所含有的芳族聚酰胺纤维由于压缩而朝向水平方向，并且酚醛粉末一部分软化，相邻的片状树脂S彼此粘接，其结果，能够获得在外周形成有平齿状的齿部4a并且形成有圆形的内周面4b的平齿齿轮状的净成型体4。
该净成型体4的轴向的厚度形成为比上述金属衬套3的轴向的厚度厚，但是直径方向的尺寸与成形后的树脂齿轮1几乎不改变，特别是上述内周面2a的直径与上述金属衬套3的外周面的直径相同。
并且，图4（c）表示使用上述图4所示的制造装置11，通过将上述净成型体4一边加热加压一边压入金属衬套3，而结合树脂环2和金属衬套3的工序。
首先，在上述金属衬套保持架13上安装金属衬套3，之后将上述引导构件19连结于金属衬套保持架13，以覆盖的方式夹持金属衬套3上下的端面。
此外，上述金属衬套保持架13将金属衬套3的下方的端面保持在形成于下模12的成形空间12a的高度，并使金属衬套3的上方的端面位于与下模12的上表面相同的高度。此时，金属衬套3的突起3a相对于中心线向上方偏倚。
另一方面，在上述净成型体4被置于上述净成型体保持架14上时，通过该净成型体保持架14下降到与上述下模12抵接的位置，净成型体4被设置在与下模12的成形空间12a的上方的端面相邻的位置，引导构件19被插入净成型体4的内周面4b。
此时，因为在净成型体4上形成有平齿状的齿部4a，所以不会进入形成为斜齿齿轮状的成形空间12a。
接着，在利用加热器加热被保持在上述净成型体保持架14上的净成型体4时，通过净成型体4被加热到规定温度，净成型体4所含有的酚醛粉末暂时软化。
在该状态下，在使上述上模15下降时，上述按压构件15a被插入形成在上述净成型体保持架14与上述引导构件19之间的保持空间14a，净成型体4被该按压构件15a向下方按压。
其结果，软化了的净成型体4被压入下模12的成形空间12a，从净成型体4的厚度被压缩到树脂环2的厚度。此外，平齿状的齿部4a沿着成形空间12a变形，斜齿状的齿部2b被成形。
此外，在利用按压构件15a向下方按压净成型体4时，金属衬套3从下方被压入净成型体4的内周面4b，此时形成于上述金属衬套3的突起3a推开软化了的净成型体4的树脂，该树脂绕入突起3a通过后所形成的空间。
这样，在净成型体4被压缩并被压入上述成形空间12a时，被填充于该下模12的净成型体4的树脂由于交联反应而固化，成为上述树脂环2，获得在该树脂环2的内周安装有金属衬套3的树脂齿轮1。
之后，在上模15和净成型体保持架14上升并自上述下模12脱离时，之后上述金属衬套保持架13还利用升降部件18一边旋转一边上升，使树脂齿轮1自下模12脱模。
并且，在图4（d）中，通过再次加热由上述工序获得的树脂齿轮1而进行退火，并且进行去毛刺等精加工，获得上述树脂齿轮1。
根据本实施例的树脂齿轮1的制造方法，通过利用上述制造装置11将沿轴向层叠上述齿轮状的片状树脂Sa而成的平齿齿轮状的净成型体4形成为斜齿齿轮状，能够使齿部2b的芳族聚酰胺纤维的方向相对于轴向倾斜。
具体地说明，如图6所示，在树脂环2的环状部2c利用上述制造装置11而被成形时，由于从上述净成型体4引导向下模12的成形空间12a或从上方向下方地被压入，而不会受到朝向横向的压力，所以芳族聚酰胺纤维的方向维持相对于轴向正交的方向。
相对于此，在树脂环2的齿部2b被压入上述成形空间12a时，由于从平齿向斜齿扭转地变形，所以上述芳族聚酰胺纤维的方向在沿着斜齿状的成形空间12a变形时相对于轴向倾斜，成为相对于斜齿状的齿部2b的齿面大致齿直角的方向。
在这里，在斜齿齿轮中，因为作用于各齿部2b的载荷相对于齿面成为直角，沿与上述芳族聚酰胺纤维的方向大致相同方向作用，所以不作用有使树脂在上述芳族聚酰胺纤维的方向上剥离的分力，能够防止齿部2b的树脂的剥离。
相对于此，图7表示利用上述专利文献1的制造方法而制造的树脂齿轮1，将净成型体4形成为斜齿齿轮状，并且成为将该净成型体4直接成形为斜齿齿轮状的树脂齿轮1。
根据这样的制造方法，由于具有上述斜齿状的齿部2b的净成型体4被直接沿着斜齿状的空间压入，所以上述齿部2b的纤维的方向成为相对于轴向正交。
其结果，作用于各齿部2b的载荷沿相对于纤维的方向倾斜的方向作用，分力相对于上述纤维的方向倾斜地作用，所以有可能产生沿着纤维几乎不互相缠绕的纤维的方向剥离。
并且，对根据本发明的制造方法而制造的树脂齿轮1和根据上述专利文献1的制造方法而制造的树脂齿轮1，测量了上述齿部2b的扭转强度。
具体而言，通过测量对作用于与上述该齿部2b的齿面正交的方向的载荷的耐久性，而评价扭转强度，可确认发明品比以往品耐载荷性高，可理解为由于作用于齿部2b的载荷，沿着纤维的方向难以产生剥离。
附图标记的说明
1树脂旋转体2树脂环
2a内周面3金属衬套
3a突起4净成型体
11制造装置12下模
12a成形空间13金属衬套保持架
14净成型体保持架14a保持空间
15上模15a按压构件
19引导构件

Claims (9)

1.一种树脂齿轮，通过沿轴向层叠多个齿轮状的片状树脂而成形齿轮状的净成型体，并对该净成型体加热压缩而制造而成，该齿轮状的片状树脂通过使热固化性树脂和强化纤维分散于液中并进行抄造而成，其特征在于，
该树脂齿轮具备树脂环，该树脂环由呈环状的环状部和形成于该环状部的外周的多个齿部构成，上述齿部为相对于轴向倾斜的斜齿，
上述环状部的强化纤维的方向相对于轴向正交，上述齿部的强化纤维的方向相对于轴向倾斜，且为与作用于齿部的载荷相同的方向。
2.根据权利要求1所述的树脂齿轮，其特征在于，
上述齿部的强化纤维的方向倾斜成，相对于齿部的齿面为大致直角。
3.根据权利要求1或2所述的树脂齿轮，其特征在于，
上述树脂齿轮由在外周形成有上述齿部的环状的树脂环和嵌合于该树脂环的内周面的金属制的金属衬套构成，
在上述金属衬套的外周设有旋转阻止部件，该旋转阻止部件使上述树脂齿轮和金属衬套以相互不旋转的方式结合。
4.一种树脂齿轮的制造方法，将使热固化性树脂和强化纤维分散于液中并抄造片状树脂而成的该片状树脂切断成齿轮状，并沿轴向层叠多个该齿轮状的片状树脂，而做成齿轮状的净成型体，并且对该齿轮状的净成型体加热压缩而成形具备环状的环状部和形成于该环状部的外周的多个齿部的树脂齿轮，其特征在于，
通过层叠上述齿轮状的片状树脂，使得齿部沿轴向排列，将上述净成型体做成平齿齿轮状，
在加热压缩该净成型体时，一边使各齿部变形为相对于轴向倾斜的斜齿，一边使各齿部的上述强化纤维的方向向与作用于齿部的载荷相同的方向倾斜。
5.根据权利要求4所述的树脂齿轮的制造方法，其特征在于，
使上述齿部的强化纤维的方向倾斜成，相对于斜齿状的齿部的齿面为大致直角。
6.根据权利要求4或5所述的树脂齿轮的制造方法，其特征在于，
设置使树脂齿轮的齿部形成为斜齿状的成形空间，并且在与该成形空间的一端面相邻的位置设置上述净成型体，一边沿轴向按压该净成型体将其压入上述成形空间，一边使净成型体的齿部从平齿向斜齿变形。
7.根据权利要求4或5所述的树脂齿轮的制造方法，其特征在于，
将上述净成型体做成环状，
在加热压缩上述净成型体时，在将与该净成型体的内周面大致相同直径的金属衬套沿轴向压入该净成型体的内周面的同时，将设于上述金属衬套的外周的旋转阻止部件压入上述净成型体。
8.一种树脂齿轮的制造装置，包括通过一边加热一边沿轴向压缩齿轮状的净成型体而成形树脂齿轮的下模和上模，该齿轮状的净成型体通过沿轴向层叠多个齿轮状的片状树脂而做成，其特征在于，
在上述下模与上模之间设有形成有收容该净成型体的平齿齿轮状的保持空间的净成型体保持架，
在上述下模形成使上述树脂齿轮的齿部形成为斜齿状的成形空间，并且上述上模具备被插入上述净成型体保持架的上述保持空间并从上方按压上述净成型体的平齿齿轮状的按压构件，
在上述净成型体保持架将上述净成型体设置在与上述下模的成形空间的一端面相邻的位置时，上述上模的按压构件被插入上述净成型体保持架的保持空间并沿轴向按压该净成型体，一边压入上述成形空间一边使净成型体的齿部从平齿向斜齿变形。
9.根据权利要求8所述的树脂齿轮的制造装置，其特征在于，
上述树脂齿轮由在外周形成有上述齿部的环状的树脂环和嵌合于该树脂环的内周面且在外周形成有旋转阻止部件的金属制的金属衬套构成，
上述树脂齿轮的制造装置具备将上述金属衬套保持在上述下模的成形空间的位置的金属衬套保持架，
在该金属衬套保持架的上部，设有插入被保持于上述净成型体保持架的净成型体的内周面且与该净成型体的内周面大致相同直径的引导构件，
上述上模的按压构件形成为与上述净成型体相同形状，一边插入由上述净成型体保持架的内周面和上述引导构件的外周面形成的保持空间内部，一边按压上述净成型体。
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