CN105235232B - 齿条外壳的制造方法以及齿条外壳 - Google Patents

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Abstract

本发明提供齿条外壳的制造方法以及齿条外壳。将由碳纤维薄片与热塑性树脂的膜片层叠而构成的两张层叠薄片以加热的状态放置在模具中的与齿条外壳的筒部对应的区域。然后，将模具合模，使碳纤维薄片浸渍于膜片的热塑性树脂，将两张层叠薄片分别冲压加工为具有筒部的半周的半筒体、和半筒体的周向的两端的连接部的形状，并且将两半筒体在各自的连接部彼此结合而形成筒部。

Description

齿条外壳的制造方法以及齿条外壳
技术领域
本申请主张于2014年7月3日提出的日本专利申请2014-137979号的优先权，并在此引用其全部内容。
本发明涉及齿条外壳的制造方法和由此制造的齿条外壳。
背景技术
在汽车等的齿条小齿轮式的转向装置中，为了将齿条轴支承为能够直线往复运动并且固定于车体而使用齿条外壳。齿条外壳在齿条轴的轴向形成为较长，在操舵时受到从车轮传递的操舵反作用力。因此，一般通过强度、刚性优异的铝压铸等形成齿条外壳整体。
然而，由于近几年的节能要求，汽车部件也需要轻型化。因此，针对在转向装置的总重量中所占有的重量比较大的齿条外壳，研究了在确保所需强度以及刚性的基础上进行轻型化。
为了轻型化，例如日本特开2013-208927号公报所记载那样，考虑在齿条外壳中供齿条轴插通的圆筒部，将使纺织纤维浸渍热固性树脂而得的半固化片成形为筒状。
另外，在日本专利第5136876号公报中，提出了使两层强化纤维基材通过配置于它们之间的热塑性树脂制的结着材而相互固定从而成为半固化片。另外，在日本特开平7-140262号公报中，提出了利用浸渍有树脂的碳纤维的纺织作为半固化片来形成塑料壳体。
如日本特开2013-208927号公报那样在利用热固性树脂进行预浸的情况下，形成齿条外壳的圆筒部需要很长时间。即，包括为了将片状的半固化片成形筒状而加热并软化的流动化时间、成形为筒状后进一步升温到热固性树脂的固化温度的升温时间在内，从加热开始到利用热固性树脂的完全固化来完成圆筒部，大致需要5个小时以上的时间。
若考虑汽车部件制造所要求的循环时间为1分钟左右，则该时间总是很长，而且期间继续加热从而消耗的能量很大，所以担心成本增大。若像专利第5136876号公报那样使用由热塑性树脂形成的半固化片，则能够实现缩短齿条外壳的循环时间。然而，半固化片是壁厚且难以弯曲的1张薄片。因此，在为了成形齿条外壳而一次性冲压加工预浸料时，可能在半固化片产生层间剥离、皱纹的不良情况。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种能够在成形轻型化的齿条外壳时抑制不良情况的产生并且能够在短时间内制造的制造方法和利用该制造方法制造的齿条外壳。
本发明的一实施方式的齿条外壳的制造方法的特征在于，包括：将由碳纤维薄片与热塑性树脂的膜片层叠而构成的两张层叠薄片以加热的状态放置在与具备覆盖齿条轴的筒部的齿条外壳的立体形状对应的模具中的、与上述筒部对应的区域的工序；和将上述模具合模并使上述碳纤维薄片浸渍于上述膜片的热塑性树脂，将上述两张层叠薄片分别冲压加工为具有上述筒部的半周的半筒体、和上述半筒体的周向的两端的连接部的形状，并且使两半筒体在各自的上述连接部彼此结合而形成上述筒部的工序。
通过以下参照附图对本发明的实施方式示例进行的详细描述，本发明的上述及其他特征和优点会变得更加清楚，其中，相同的附图标记表示相同的要素。
附图说明
图1是能够组装本发明的齿条外壳的转向装置的一个例子的简图。
图2是表示本发明的齿条外壳的实施方式的一个例子的立体图。
图3中，(a)是将图2的齿条外壳的筒部用正交于轴向的截断面切断时的剖视图，(b)是放大图3的(a)的一部分的剖视图。
图4是表示层叠薄片的结构的示意图。
图5中，(a)以及(b)是说明利用本发明的制造方法制造图2的齿条外壳的一个工序的剖视图。
图6是将本发明的第一变形例的齿条外壳用沿轴向的截断面切断时的剖视图。
图7是将在图6中由单点划线围成的部分放大的图。
图8是将第二变形例应用于图7的图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。图1是能够组装本发明的齿条外壳的转向装置的一个例子的简图。
参照图1，转向装置1具备转向轴3和中间轴5。转向轴3与方向盘2以能够一体旋转的方式连结。中间轴5经由自由接头4连结于转向轴3。并且，转向装置1具备小齿轮轴7和齿条轴8。小齿轮轴7经由自由接头6连结于中间轴5。齿条轴8具有与设置于小齿轮轴7的小齿轮齿7a啮合的齿条齿8a并沿汽车的左右方向延伸。
由小齿轮轴7以及齿条轴8构成作为齿条小齿轮机构的操舵机构9。齿条轴8经由未图示的多个轴承被齿条外壳10支承，以便能够在固定于车体的齿条外壳10内沿齿条轴8的轴向X直线往复运动。齿条轴8的两端部向齿条外壳10的两侧突出，在各端部结合有拉杆11。
各拉杆11经由未图示的转向节臂，与对应的操向轮12连结。若驾驶员操作手柄2使转向轴3旋转，则该旋转通过小齿轮齿7a以及齿条齿8a变换为沿汽车的左右方向(轴向X)的齿条轴8的直线运动，使操向轮12转舵。图2是表示本发明的齿条外壳10的实施方式的一个例子的立体图。图3的(a)是将图2的齿条外壳的筒部用正交于轴向的截断面切断时的剖视图。图3的(b)是将图3的(a)的一部分放大的剖视图。
参照图2，齿条外壳10具备筒部13、连结部14以及15。筒部13具有沿齿条轴8的轴向X延伸的圆筒状的立体形状并覆盖齿条轴8。连结部14以及15与轴向X的筒部13的两端逐一连结。筒部13的轴向与轴向X相同。参照图3的(a)，筒部13被分割为具有其半周的剖面形状的两个半筒体17两部分。在各半筒体17中一体地形成有平板状的连接部16，该连接部16从半筒体17的周向S的两端，遍及筒部13的轴向X的全长向外侧折曲地延伸配置。将两个半筒体17的连接部16的侧面16a彼此结合以便利用两个半筒体17形成一个圆形的剖面形状。由上所述，形成筒部13。
参照图3的(b)，这样的半筒体17的整体是由使碳纤维薄片浸渍热塑性树脂而构成的纤维强化复合材18的层层叠多层而构成。在多层的纤维强化复合材18中，利用其中至少随机贯通于两层纤维强化复合材18的长纤维状的填充物19加强层间的结合。由上所述，在各半筒体17中，防止层间剥离、层间剥离的强度、耐冲击性、耐热冲击性等降低。
另外，在两个半筒体17中以相互的连接部16的侧面16a为接缝而相互层叠的两层纤维强化复合材18也经由热塑性树脂而一体化。并且，利用随机贯通于包含上述两层的纤维强化复合材18的填充物19，加强连接部16的侧面16a彼此的结合。由上所述，也能防止半筒体17彼此的剥离(分离)。
在结合的状态下，向筒部13的径向外侧突出的连接部16彼此被肋20覆盖。肋20根据连接部16彼此的结合位置，合计存在2个(参照图3的(a))。各肋20遍及筒部13的轴向X的全长而一体地设置。利用肋20，在各半筒体17的周向S的各两端，进一步加强连接部16彼此的结合。由上所述，能够进一步可靠地防止连接部16间的剥离。
参照图3的(a)，在筒部13的外周，且在周向S的两个肋20的中间位置以平行于肋20的方式设置有肋21。肋21向筒部13的径向外侧突出并且以遍及筒部13的轴向X的全长的方式延伸。另外，在筒部13的外周面且在轴向X的多个位置逐一设置有圆环状的肋22(参照图2)。圆环状的肋22与肋20以及21分别正交并遍及筒部13的整周。
参照图3的(b)，筒部13的内周面由覆盖24覆盖，该覆盖24在使各连接部16朝径向外侧折曲时将在连接部16彼此的基端部之间产生的凹部23填埋。由上所述，能够使筒部13的内周面平滑，能够提高筒部13的内周面与齿条轴8的滑动特性等。利用包含填充物19的热塑性树脂将肋20～22以及覆盖24的任意一个与以下说明的连结部14以及15形成为一体。
参照图2，连结部14整体由包含填充物19的热塑性树脂，形成为与筒部13的一端(图2中为右端)连续的近似筒状。在连结部14中与筒部13侧相反的一侧(图2中为右侧)形成有用于使齿条轴8的一端部(图2中为右端部)向齿条外壳10外突出的开口25。在连结部14的开口25的周边部一体化有加强该周边部的金属制的座环26。在座环26安装有供作为与齿条外壳10不同的部件的齿条轴8插通并且允许齿条轴8的直线运动且封闭开口25的护罩(未图示)。
在连结部14的侧面形成有开口27和开口28。向开口27插通小齿轮轴7。向开口28插入用于支承齿条轴8的支持轭(未图示)。另外，在连结部14的侧面突出地设置有用于将齿条外壳10固定于车体的安装部29。在连结部14的开口27的周边部一体化有加强该周边部的金属制的座环30。向座环30插通作为与齿条外壳10不同的部件的小齿轮轴7。另外，在座环30安装未图示的小齿轮轴的罩。
在连结部14的开口28的周边部一体化有加强该周边部的金属制的座环31。向座环31插通作为与齿条外壳10不同的部件的支持轭(未图示)。在座环31安装将插入有支持轭的开口28封闭的密封部件(未图示)。安装部29通过包含填充物19的热塑性树脂而与连结部14形成为一体。在安装部29一体化有金属制的座环32，该座环32具备供向车体安装用的螺栓等插通的通孔。
连结部15整体由包含填充物19的热塑性树脂，形成为与筒部13的另一端(图2中为左端)连续的近似筒状。在连结部15中与筒部13侧相反的一侧(图2中为左侧)形成有开口33，该开口33用于使齿条轴8的另一端部(图2中为左端部)向齿条外壳10外突出。在连结部15的开口33的周边部一体化有加强该周边部的金属制的座环34。在座环34安装供齿条轴8插通并且允许齿条轴8的直线运动且封闭开口33的护罩(未图示)。
在连结部15的侧面突出地设置用于将齿条外壳10固定于车体的安装部35。安装部35通过包含填充物19的热塑性树脂而与连结部15形成为一体。在安装部35一体化有金属制的座环36，该座环36具备供向车体安装用的螺栓等插通的通孔。图4是表示作为筒部13的材料的层叠薄片的结构的示意图。图5的(a)以及图5的(b)是说明通过本发明的制造方法制造齿条外壳10的一个工序的剖视图。
参照图4，分别准备为了确保成形后的筒部13的厚度所需要的张数的上述碳纤维薄片(称为碳纤维薄片63)、和热塑性树脂的膜片64。单体的碳纤维薄片63处于没有浸渍树脂的干燥状态。考虑筒部13的强度提高、轻型化，能举出由连续延伸的碳纤维55构成的织物、不织物、绞绳等作为碳纤维薄片63。碳纤维55能够使用以“托雷卡(TORAYCA)”(注册商标)T300、“托雷卡”(注册商标)T700为代表的所谓的碳纤维。也可以将碳纤维55的一部分置换为玻璃纤维、芳纶纤维。碳纤维薄片63中的碳纤维55的方向设定为有助于提高筒部13的刚性。碳纤维55主要沿轴向X被拉齐。
作为构成膜片64的热塑性树脂能举出尼龙6、尼龙66、聚酰胺66、聚苯硫醚(PPS)、热塑性聚氨基甲酸乙酯(TPU)、聚醚醚酮(PEEK)等热塑性树脂。热塑性树脂的种类可以适当地改变。但是，由于齿条外壳10在车辆的发动机室内从使用开始瞬间达到150℃附近。因此，作为热塑性树脂，优选使用具有在该样的状况下也能够使用的耐热性并且膜片化容易的聚酰胺66、PPS(聚苯硫醚)树脂或者聚醚醚酮树脂。
层叠上述碳纤维薄片63膜片64，构成1张层叠薄片37。作为碳纤维薄片63和膜片64的层叠图案，优选将碳纤维薄片63与膜片64交替层叠的层叠图案。然而，除此以外，例如也可以是在连续层叠碳纤维薄片63后层叠膜片64那样的层叠图案。
在层叠薄片37中，碳纤维薄片63与膜片64可以根据需要而通过粘合剂的部分粘合、利用聚酯等的纱线的缝合来暂时固定。在完成的层叠薄片37中，碳纤维薄片63如上所述那样处于干燥的状态。在该实施方式中，层叠薄片37称为“半浸渍薄片(碳纤维55没有浸渍树脂的薄片)”。此外，将纤维预先浸渍了树脂的薄片称为半固化片(薄片)。
接着，参照图5的(a)，为了实施冲压成型的工序和注射模塑成型的工序，准备注射模塑成型用的模具38。在冲压成型的工序中，将两张层叠薄片37分别冲压成型为半筒体17的形状并且使它们结合而形成筒部13。在注射模塑成型的工序中，对包含填充物19的热塑性树脂进行注射模塑成型从而形成肋20～22、连结部14以及15。模具38具备柱状的内型39和两个外型40。内型39具有与筒部13的内径对应的外径并沿轴向X延伸。在两个外型40分别设置有在模具38合模时与对象侧的外型40抵接的平坦的配合面41。在模具38合模时，两个外型40的配合面41彼此面接触。在各外型40的配合面41形成有朝远离对象侧的配合面41的方向凹陷的凹部42。凹部42形成为与筒部13的半周一致。而且，凹部42具有与筒部13的外径对应的内径、和与筒部13的轴向X的全长对应的长度。
另外，在各外型40以与凹部42连通的方式形成有与肋20～22对应的凹槽43～45。因此，在凹部42的配合面41的开口部形成有凹槽43，该凹槽43具有肋20的一半的厚度的深度并遍及轴向X的凹部42的全长。另外，在各外型40的凹部42的最里部(最深部)形成有凹槽44，该凹槽44与肋21对应并遍及轴向X的凹部42的全长。并且，在凹部42中沿轴向X的多个位置形成有与各肋22对应的圆弧状的凹槽45。
并且，在图5的(a)中，在右侧的外型40设置有门46，该门46与未图示的射出成型机的喷嘴的前端连接并用于向模具38内注入热塑性树脂。虽然图5的(a)中没有图示，但在模具38的与筒部13对应的区域的轴向X的两侧(纸面近前侧与里侧)连续形成有与上述连结部14以及15(参照图2)各自的立体形状对应的连结部形成区域的空间。在连结部形成区域的规定的位置具备放置座环26、30、31、32、34以及36中对应的座环的保持部。
在这样的模具38中，通过合模使配合面41彼此面接触的两个外型40与内型39之间的空间，与齿条外壳10的立体形状对应。在使用这样的模具38制造齿条外壳10时，首先准备与半筒体17数目相同的两张上述层叠薄片37。接着使用例如烤炉、红外线加热器将两张层叠薄片37分别加热(预热)到热塑性树脂的熔点前后(主要熔点以上)使它们软化或者熔融。然后如图5(a)所示，将加热的状态的两张层叠薄片37在模具38中与筒部13对应的区域(两个外型40与内型39之间的空间)，以夹着内型39的方式放置。此时，在模具38内，如上所述那样在与连结部14以及15分别对应的连结部形成区域的保持部(未图示)，放置座环26、30、31、32、34以及36。
接着，参照图5的(b)，以在两个外型40之间夹着内型39并使两个外型40的配合面41彼此面接触的方式将模具38合模。此时，在两个外型40中，可以使一方固定，而使另一方接近该一方从而进行模具38的合模。利用模具38合模产生的压力，在加热状态的两张层叠薄片37的每一张中，软化或者熔融的膜片64的热塑性树脂作为所谓的基体树脂而浸渍各碳纤维薄片63的碳纤维55(参照图4)。而且，各碳纤维薄片63成为上述纤维强化复合材18，与相邻的纤维强化复合材18一体化。与此同时，两张层叠薄片37分别成为具有半筒体17和连接部16的近似U字形状，在加热状态下进行冲压加工。而且，两半筒体17在各自的连接部16的侧面16a彼此面熔敷并结合为一体，由此，形成筒部13。
此外，为了促进热塑性树脂浸渍碳纤维薄片63的碳纤维55，优选在各层叠薄片37中，预先对碳纤维薄片63实施基于空气流法等的裂纤处理(扩大碳纤维55间的间隙的处理)。另外，可以将用于提高膜片64本身的韧性、热塑性树脂与碳纤维55的粘合性的添加剂、在冲压加工中提高加工性的可塑剂、减粘剂与各层叠薄片37的膜片64配合。
接着以上的冲压加工，在图5的(b)中如白箭头所示那样，从门46向模具38内注入包含填充物19的热塑性树脂。这样，筒部13的多层的纤维强化复合材18除了分别含有的热塑性树脂之外，还由于通过注入而在纤维强化复合材18间以及纤维强化复合材18中浸透的热塑性树脂、贯通层叠的至少两层纤维强化复合材18的(热塑性树脂内的)填充物19，而更稳固地结合。
另外，两半筒体17的连接部16彼此由于注入的热塑性树脂、和将构成连接部16彼此的两层纤维强化复合材18贯通的填充物19，而更稳固结合。另外，被注入到模具38内的热塑性树脂，向通过冲压加工形成的筒部13射出。由上所述，利用该热塑性树脂使肋20～22与筒部13的外周形成为一体，筒部13的内周面由覆盖24覆盖。在这里的工序中，进一步在筒部13的一端侧通过该热塑性树脂形成将座环26、30、31以及32一体化了的连结部14。而且，在筒部13的另一端侧通过该热塑性树脂形成将座环34以及36一体化了的连结部15。而且，连结部14以及15分别与筒部13以及肋20～22经由该热塑性树脂而成为一体化。
之后，在通过冷却使热塑性树脂固化后，打开模具38使外型40彼此分离。从筒部13将内型39沿轴向X拉出，从而得到图2所示的齿条外壳10。如果以上的制造方法，在齿条外壳10中覆盖齿条轴8的筒部13由使用热塑性树脂的CFRTP构成。由此，与通过铝压铸等金属构成的情况相比，能够实现齿条外壳10的轻型化。
构成筒部13的层叠薄片37在材料的阶段分为碳纤维薄片63和热塑性树脂的膜片64。碳纤维薄片63以及热塑性树脂的膜片64分别与使预先碳纤维55浸渍树脂的半固化片相比，更薄且容易弯曲(参照图4)。层叠薄片37在制造齿条外壳10时，将碳纤维薄片63与热塑性树脂的膜片64层叠而构成。筒部13通过将两个半筒体17的连接部16彼此结合而形成。因此，在制造齿条外壳10时，即使将两张层叠薄片37在加热的状态下放置于模具38，并通过模具38的合模进行冲压加工，在筒部13也难以产生在冲压加工半固化片时易产生的层间剥离、皱纹的不良情况。
另外，在热塑性树脂中，不需要如热固性树脂那样在固化前为了进行一定程度软化而使其流动所需要的时间、到热固性树脂完全固化为止的固化时间。另外，这样使用热塑性树脂形成筒部13所需要的时间与使用热固性树脂形成筒部13的情况比较，能够在1分钟左右很短的成形时间(低循环时间)内制造。因此，能够缩短加工所需要的时间，结果是能够实现减少齿条外壳10的制造成本。另外，使用两张层叠薄片37通过冲压成型来形成筒部13。使用包含填充物19的热塑性树脂通过注射模塑成型形成连结部14以及15。能够使用相同的模具38连续实施形成筒部13的工序、和形成连结部14以及15并且使各部分成为一体的工序的2道工序。
如上所述，能够抑制成形时不良情况的产生并且能够在短时间内制造轻型化的齿条外壳10。另外，利用以将构成筒部13的2个半筒体17中结合的连接部16彼此覆盖的方式射出的热塑性树脂形成肋20。利用肋20，能够加强连接部16彼此的连接，所以能够提高筒部13的强度。
另外，通过热塑性树脂的注射模塑成型，能够一次实施连结部14以及15的复杂形状部件的形成、和连结部14以及15与筒部13的一体化，所以能够在更短的时间内制造齿条外壳10。连结部14以及15与座环26、30、31、32、34以及36(其中对应的座环)成为一体化。填充物19在向筒部13射出的热塑性树脂内分散并加强热塑性树脂的构造物(筒部13、连结部14以及15以及肋20～22)。另外，填充物19在两个半筒体17中跨越结合的连接部16彼此而贯通并将它们稳固地连结。由此，能够提高半筒体17彼此的紧固强度，能够实现包含连结部14以及15的筒部13整体的强度以及刚性的提高。
此外，填充物19的作用是贯通层叠的至少两层纤维强化复合材18并加强其结合，提高筒部13、肋20～22以及连结部14以及15的强度、刚性。因此，填充物19能举出纤维状或者板状的各种填充物，但长纤维状的碳纤维特别优选。碳纤维本身为高强度，而且形成长纤维从而能够将层叠两层以上的纤维强化复合材18贯通。因此，结合的加强效果优异。当然，填充物19长纤维，筒部13，肋20～22以及连结部14以及15的强度、刚性的更提高实现。为了得到上述效果，碳纤维等长纤维状的纤维的纤维长优选为1层的纤维强化复合材18的厚度以上(例如2mm以上)并且为10mm以下。纤维长优选为10mm以下是为了利用注射模塑成型使填充物19的纤维尽量光滑且均匀地在纤维强化复合材18中分散。
接下来，说明本发明的变形例。图6是将本发明的第一变形例的齿条外壳10用沿轴向X的截断面切断时的剖视图。在图6中，对与上述说明的部件相同的部件标注相同的参照附图标记并省略其说明(在以下说明的图7以及图8中相同)。
在第一变形例中，可以是上述连结部14以及15的至少一方不作为填充物19(长纤维)的注射模塑成型品与筒部13一体形成，而是之后安装于完成的筒部13的另外的部件。在图6中，示出了将连结部14以及15双方作为铝压铸等金属制的另外的部件。在该情况下，第一变形例的齿条外壳10还具备在筒部13的两端与该另外的部件所在的至少一方连结的金属圆环51。在图6中，在筒部13的两端分别逐一连结有金属圆环51。在金属圆环51连结上述另外的部件(连结部14以及15的至少一方)。
对金属圆环51的外周面51A预先施加粗面加工。因此，外周面51A具有多个凹凸部52。这里的粗面加工例如能举出滚花加工、键槽加工、花键加工、抛丸加工、酸的蚀刻、激光蚀刻等，但若考虑加工成本则优选滚花加工。另外，在金属圆环51的内周面51B形成有内螺纹部53。
在制造第一变形例的齿条外壳10的情况下，如上所述在将两张层叠薄片37以加热的状态放置于模具38时(参照图5(a))，在模具38放置金属圆环51。具体而言，在模具38的内型39的端部(图6的情况为两端部)外嵌金属圆环51。然后，在如上所述将模具38合模并通过冲压加工形成筒部13的工序中，构成筒部13的层叠薄片37卷绕于金属圆环51的外周面51A。其结果是，在筒部13的两端的至少一方(图6的情况为双方)逐一内嵌金属圆环51，筒部13与金属圆环51一体化。然后，与上述实施方式相同，形成肋20～22。
在图6中，连结部14包含向金属圆环51内插入的圆筒状的插入部14A。连结部15包含向金属圆环51内插入的圆筒状的插入部15A。在插入部14A以及15A各自的外周面设置有外螺纹部54。连结部14的外螺纹部54与图6的右侧的金属圆环51的内螺纹部53拧紧(机械紧固)。由此，连结部14与该金属圆环51连结，并且经由该金属圆环51而与筒部13一体化。另外，连结部15的外螺纹部54在图6的左侧的金属圆环51的内螺纹部53拧紧。由此，连结部15与该金属圆环51连结，并且经由该金属圆环51而与筒部13一体化。由此，筒部13、连结部14以及连结部15一体化，从而完成齿条外壳10。
此外，各金属圆环51优选为其一部分(例如轴向X的端部的2mm左右)从轴向X的筒部13的端部朝轴向X的外侧突出。这样，在使筒部13相对于连结部14以及15弯曲ろ时，连结部14以及15不与筒部13接触而是与金属圆环51接触。由此，能够防止由于筒部13的端部与连结部14以及15接触而损坏筒部13。
根据第一变形例，齿条外壳10是筒部13与另外的部件的连结部14以及15经由金属圆环51连结的结构。在上述齿条外壳10中，在通过冲压加工形成筒部13时，能够使筒部13与金属圆环51成为一体。由此，能够在短时间内制造齿条外壳10。另外，由于是将构成筒部13的层叠薄片37卷绕于金属圆环51的外周面51A的结构，所以与在筒部13的内周面切削加工用于与金属圆环51紧固的螺纹部的情况相比，能够防止在层叠薄片37内连续的碳纤维55在中途被切断。
图7是将图6中由单点划线围成的部分放大的图。参照图7，在完成的齿条外壳10中，筒部13的内周面的各碳纤维55优选沿周向S延伸。若各碳纤维55沿周向S延伸，则通过上述冲压加工中的加压，筒部13的内周面的各碳纤维55以及热塑性树脂成为进入金属圆环51的外周面51A的凹凸部52的凹部52A的状态。在该状态下，在筒部13的内周面从层叠薄片37渗出的热塑性树脂以沿金属圆环51的外周面51A的凹凸部52的形状固化而作为止脱件(锚栓)发挥功能。而且，进入金属圆环51的外周面51A的凹部52A的碳纤维55也作为止脱件发挥功能。因此，利用筒部13的内周面的热塑性树脂以及碳纤维55的锚栓效果，将筒部13与金属圆环51稳固连接。
图8是将第二变形例应用于图7的图。参照图8，在第二变形例的金属圆环51的外周面51A以沿凹凸部52的方式设置有热粘接膜56。热粘接膜56可以在金属圆环51外嵌于模具38的内型39的端部之前，被安装于金属圆环51的外周面51A。另外，热粘接膜56也可以在外嵌于金属圆环51内型39之后被安装于金属圆环51的外周面51A。通过夹装热粘接膜56，由此将筒部13与金属圆环51进一步稳固连接。
本发明不限定于以上说明的实施方式，能够在权利要求书的范围内进行各种改变，能够应用于具有各种形状、构造的齿条外壳的制造。例如，在上述实施方式(也包含变形例)中，在筒部13的两端逐一连结连结部14以及15。然而，也可以在筒部13的两端的至少一方连结连结部14或者15，还可以省略连结部14以及15的某一个。
另外，作为注射模塑成型的热塑性树脂能举出具有与使碳纤维薄片63浸渍的热塑性树脂良好的相溶性的同种或者不同种类的热塑性树脂，但同种的热塑性树脂特别优选。另外，作为注射模塑成型的热塑性树脂优选为选择比使碳纤维薄片63浸渍的热塑性树脂的流动速率更大的树脂来使用。
将流动速率大且流动性优异的热塑性树脂注射模塑成型，从而使该热塑性树脂与填充物19在纤维强化复合材18的层间以及纤维强化复合材18中很好地浸透，能够更好地防止层间剥离。根据上述效果，注射模塑成型的热塑性树脂优选使用流动速率为30g/10min以上、特别优选为50g/10min以上。若流动速率不足该范围，则可能无法得到使热塑性树脂与填充物19在纤维强化复合材18的层间以及纤维强化复合材18中很好浸透来防止层间剥离的效果。另外，本发明也能够应用于齿条外壳10以外的筒状部件的制造。

Claims (4)

1.一种齿条外壳的制造方法，其特征在于，包括：
将由碳纤维薄片与热塑性树脂的膜片层叠而构成、且处于在所述碳纤维薄片的碳纤维中没有浸渍有树脂的状态的两张层叠薄片，以加热的状态放置在与具备覆盖齿条轴的筒部的齿条外壳的立体形状对应的模具中的、与所述筒部对应的区域的工序；和
将所述模具合模并以使所述碳纤维薄片中的碳纤维间被所述膜片的热塑性树脂填埋的方式使所述碳纤维薄片浸渍于所述热塑性树脂，将所述两张层叠薄片分别冲压加工为具有所述筒部的半周的半筒体、和所述半筒体的周向的两端的连接部的形状，并且使两半筒体在各自的所述连接部彼此结合而形成所述筒部的工序，
还包括如下的工序：向通过所述冲压加工形成的所述筒部射出热塑性树脂，利用该热塑性树脂形成将彼此结合的所述连接部覆盖的肋。
2.根据权利要求1所述的齿条外壳的制造方法，其特征在于，所述齿条外壳具备与所述筒部的两端的至少一方连结的连结部，所述齿条外壳的制造方法包括如下的工序：在将所述两张层叠薄片以加热的状态放置于所述模具时，在所述模具中与所述连结部对应的区域放置供另外的部件插通的座环，
在向所述筒部射出热塑性树脂的工序中，与所述座环一体化的所述连结部由该热塑性树脂形成，并且所述筒部与所述连结部一体化。
3.根据权利要求1所述的齿条外壳的制造方法，其特征在于，所述齿条外壳具备与所述筒部的两端的至少一方连结的金属圆环、和与所述金属圆环连结的连结部，
所述齿条外壳的制造方法包括如下的工序：在将所述两张层叠薄片以加热的状态放置于所述模具时，在所述模具放置所述金属圆环，在通过所述冲压加工形成所述筒部的工序中，所述金属圆环内嵌在所述筒部的两端的至少一方，使所述筒部与所述金属圆环一体化。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的齿条外壳的制造方法，其特征在于，向所述筒部射出的热塑性树脂包含填充物。
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