CN105324594A - 用于树脂齿轮的金属芯和树脂齿轮组合部件 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于树脂齿轮的金属芯和树脂齿轮组合部件。该金属芯包括：轴套部，轴压嵌到该轴套部内；环部，外周树脂接合到该环部；以及连接部，轴套部与环部经由该连接部而同轴地设置。轴套部在连接部的内周处布置在连接部的一侧上，并且在轴向上环状延伸。环部在连接部的外周处布置在连接部的形同侧上，并且在轴向上环状地延伸。轴套部、连接部和环部由一体连续的材料形成。轴套部比连接部和环部厚。

Description

用于树脂齿轮的金属芯和树脂齿轮组合部件

技术领域

本发明涉及一种用于树脂齿轮的金属芯，使用该金属芯使得外周树脂接合到环部的外周表面，并且轴压嵌到轴套部中，并且涉及一种树脂齿轮组合部件，其具有金属芯和焊接到该金属芯的外周树脂。

背景技术

相关技术的树脂齿轮构造成使得外周树脂接合到金属芯的外周表面。例如，动力转向设备的涡轮可以构造为树脂齿轮，其中，外周树脂接合到金属芯的外周表面，并且设置有齿轮齿(参见，例如，JP2001-141033A和JP2011-106575A)。通过使用树脂，涡轮的重量减轻，并且防止了齿轮啮合声音。

金属芯具有：轴套部，轴压嵌到该轴套部中；环部，外周树脂接合到该环部中；以及连接部，其连接轴套部与环部。转向力从方向盘传输到轴，并且反作用力从道路表面传输到该轴。因此，在轴套部与轴之间要求充足的接合强度。

通过将盘状金属材料锻造成具有像深盘一样的形状，并且通过在轴套部中形成轴孔，并且在环部上形成外周凹凸部，而制造JP2001-141033A中公开的金属芯。另一方面，根据JP2011-106575A中公开的实例，通过在切割、锻造、钣金按压等之中，按压钣金而制造金属芯，以节约成本。

根据JP2001-141033A中公开的实例，因为金属芯通过锻造而制造以具有像深盘一样的形状，所以能够在以壁厚确保强度的同时，减轻重量。然而，金属芯在轴向上是大的。如果轴套部和环部设计成以径向重叠的方式布置，以减小在轴向上的尺寸，则因为厚的材料用于确保充足的强度，需要显著地升高按压压力。这结果要求大的设施，并且不易于制造。

根据JP2011-106575A中公开的实例，金属芯通过钣金按压而制造。通过使用薄板，能够容易地以径向重叠的方式布置轴套部和环部，从而减小金属芯的尺寸和重量。然而，因为金属芯的强度下降，所以不能够以充足的强度压嵌轴。能够通过使用更厚的板来确保强度。然而，这增加了金属芯的重量，也增加了按压力。因此，需要大的设施，并且不容易制造。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于树脂齿轮的金属芯，其能够在确保强度并且充分地降低重量和尺寸的同时容易地制造，并且涉及一种具有该金属芯的树脂齿轮组合部件。

根据本发明的方面，提供了用于树脂齿轮的金属芯。所述金属芯包括：轴套部，轴压嵌到该轴套部内；环部，其具有设置有凹凸结构的外周表面，并且外周树脂接合到该外周表面；以及连接部，所述轴套部与所述环部经由该连接部而同轴地设置。所述轴套部在所述连接部的内周处布置在所述连接部的一侧上，并且在轴向上环状地延伸。所述环部在所述连接部的外周处布置在所述连接部的所述一侧的相同侧上，并且在所述轴向上环状地延伸。所述轴套部、所述连接部和所述环部由一体连续的材料形成。所述轴套部比所述连接部和所述环部厚。所述金属芯能够适当地使用，特别地，作为用于动力转向设备的树脂齿轮的金属芯。

所述轴套部的厚度处于所述环部的最大厚度的1.1倍以上1.3倍以下的范围内。在所述轴套部与所述连接部之间的部分以及所述连接部与所述环部之间的部分分别形成有连续的金属流动。

根据本发明的另一方面，提供了树脂齿轮组合部件，该树脂齿轮组合部件，包括上述的金属芯；以及外周树脂，其焊接所述金属芯的所述环部的所述外周表面。所述外周树脂设置有齿轮齿。

根据本发明的以上方面，轴套部与环部在轴向上环状地延伸，并且经由板状连接部而由一体连续的材料制成。另外，使得轴套部比连接部和环部厚。因此，在轴套部、环部或者连接部上不存在局部过度薄的部分，使得能够确保各个部分的强度。此外，轴套部、连接部和环部互相连续，并且在轴套部与连接部之间并且在连接部与环部之间不存在边界。因此，能够确保各个部分之间的连接强度。另外，虽然轴套部、连接部和环部由一体连续的材料制成，但是使得轴套部比连接部和环部厚。因此，能够可靠地确保轴压嵌到其中的轴套部的强度。因此，由于能够确保轴套部、连接部、环部、轴套部与连接部之间的连接以及连接部与环部之间的连接的各自的强度，所以通过使得各个部分尽可能地薄，能够在确保强度的同时充分地减轻重量。

由于环状的轴套部和环状的环部在连接部的内周和外周处，连接在板状连接部的相同侧上，所以能够缩短金属芯的整个轴向长度。另外，使得轴套部比连接部和环部厚，从而形成薄的产品。因此，能够通过使用模具在厚度方向上按压板材而容易地制造产品，从而使得制造更容易。

结果，在确保强度和充分地减小重量和尺寸的同时，能够提供能够容易地制造的金属芯，以及具有该金属芯的树脂齿轮组合部件。

附图说明

图1是图示出根据本发明的实施例的金属芯和树脂齿轮组合部件的截面图。

图2是图示出根据实施例的金属芯和树脂齿轮组合部件的前视图。

具体实施方式

下文中，将参考附图具体描述本发明的实施例。将描述本发明，其涉及在动力转向设备的涡轮中使用的用于树脂齿轮的金属芯的实例和树脂齿轮组合部件的实例。

如图1和2所示，本实施例的组合部件20包括金属芯10和外周树脂21，该外周树脂21融化并且接合到金属芯10。组合部件20构造成使得齿轮齿22设置在外周树脂21的外周表面上，并且来自方向盘的转向力或者从道路表面到轮胎的反作用力传输到轴S，该轴S压嵌到轴套部12内，并且由诸如电动机这样的驱动单元旋转的蜗杆W旋合到齿轮齿22，使得蜗杆W的旋转力通过组合部件传输到轴S。

金属芯10由金属材料制成，并且包括轴套部12和环部14，该环部14从轴套部12径向向外隔开。轴套部12和环部14利用连接部16而同轴地设置。这里，轴套部12与环部14一体且连续地形成在轴向上的相同侧上，从而形成连接部16。在一个轴向上开口的中空部18形成在轴套部12与环部14之间，使得在直径方向上形成大致U状截面形状。

虽然不特别限制金属芯10的各个部分的尺寸，但是，例如，金属芯的整体轴向长度设定为比轴套部的轴向长度的小2倍，优选地，比轴套部的轴向长度的小1.5倍，从而减小了金属芯10的轴向尺寸。虽然不特别限制，但是环部14的最大直径例如处于轴套部12的外径的2倍到5倍的范围之内。优选地，环部14的最大直径处于轴套部12的厚度的10倍到20倍的范围之内。

金属芯10的轴套部12形成为在轴向上延伸的环状。环状具有大致筒状，其中，厚度大致恒定，并且大致恒定的截面形状在轴向上连续。轴套部12具有轴S插入到其中的内通孔。轴套部12的厚度应当形成为提供足以压嵌和固定轴S的强度。因此，使得厚度至少比连接部16的厚度和环部14的厚度厚。

金属芯10的环部14形成为在轴向上延伸的环部。在环部14的外周表面上沿着整个外周，该环部设置有凹凸结构13，并且不具有凹部或者凸部的光滑部17沿着整个外周连续地设置在凹凸结构13的各轴向侧上。

环部14的环状与轴套部的环状相似。然而，由于环部14设置有凹凸结构13使得环部的最大厚度在该环部的整个外周周围大致恒定，所以环部的环状由环部的波状轮廓而形成。

环部14的凹凸结构13具有使得外周树脂能够确定地固定于金属芯10的尺寸和形状。在本实施例中，凹凸结构设置有多个轴向延伸的列式的凹部或者凸部，其以大致规则的间隔沿着环部的整个圆周平行布置。凹部或者凸部的形状能够适当地调整。例如，形状可以是波纹状或者锯齿状，其中，重复具有上升和下降坡度的倾斜表面。

由于环部14比轴套部12大，所以环部14不要求充足的强度。因此，环部可以形成为比轴套部12薄。由此，优选地，轴套部12的厚度处于环部14的最大厚度的1.1倍以上2倍以下的范围之内，并且更优选地，是环部14的最大厚度的1.3倍以下。

如果轴套部12过度地薄于环部14的最大厚度，则在为了减轻重量而使环部14形成为足够薄的情况下，支撑压嵌到轴套部12内的轴S的强度或者耐久度可能变得不足。相比之下，如果轴套部12过度地厚于环部14的最大厚度，则环部14的强度变得比外周树脂的强度更强。在这种情况下，可能不能获得足够的重量减轻。

金属芯10的连接部16具有板状，其中，内周与轴套部12连接并且外周与环部14连接。板状可以意味着厚度大致恒定的形状。连接部16形成为平板，其可以是盘状或者弯曲板。环部14与连接部16之间的连接和连接部16与轴套部之间的连接分别形成为如具有小的曲率半径的弯曲形状。

连接部16可以形成为比轴套部12薄。另外，连接部的厚度可以等于或者不同于环部14的最大厚度。优选地，轴套部12的厚度处于连接部16的最大厚度的1.1倍以上2倍以下的范围之内，并且更优选的，处于连接部16的最大厚度的1.3倍以下。

连接部16的径向宽度，即，轴套部12的外周与环部14的内周之间的距离可以形成为比轴套部12的厚度大。当该距离增大时，轴套部12和环部能够形成为更薄，从而减轻重量。

在该金属芯10中，轴套部12、连接部16和环部14由金属材料形成，其中，这三个部分互相一体地连续。优选地，至少轴套部12与连接部16之间的连接和连接部16与环部14之间的连接在整个长度中不具有机械切割的断开部。特别地，优选的是轴套部12与连接部16之间的至少一部分和连接部16与环部14之间的至少一部分分别形成有连续的金属流动。

该金属芯10利用可以包括如下的制造方法制造：通过在轴向上按压金属板而成型模锻本体的模锻处理；以及在比模锻处理高的压力条件下通过在轴向上按压模锻本体而改变模锻本体的厚度的锻造处理。

金属板可以使用具有中心孔的盘状板。虽然不特别限制用于板的材料，但是板能够由诸如热轧卷板(SPHC)这样的金属制成。优选地，板实施为已经经受磷化膜等的金属板。

在模锻处理中，例如，板可以模锻为使得分别在轴向上相对地按压径向中间部、外周部和内周部。这使板变形，使得外周部和内周部相对于中间部而朝着轴向上的一侧变形，从而形成模锻本体。在该模锻本体中，大致U状截面圆环状延伸，并且一个轴侧闭合，然而另一轴侧开口。

在锻造处理中，利用与金属芯10相对应的模具，在比模锻处理高的压力条件下通过在轴向上按压模锻本体而锻造模锻本体，从而调整模锻本体的各个部分的厚度和形状。与该调整同时地，或者利用该锻造处理之后，凹凸结构13可以设置在环部14的外周表面上。在锻造处理中，各个部分可以形成为比板材薄。另外，环部14和连接部16中的任意一者或者两者可以形成为比板材薄。此外，轴套部12可以形成为比板材厚。由于模锻本体具有与金属芯10相似的形状，所以能够容易地进行锻造处理。最终，进行适当的精整加工从而制造金属芯10。

可以以下面的方式利用金属芯10制造组合部件20。例如，制备包含分别具有圆形截面形状的内周和外周的外周树脂21。然后，筒状圆周树脂材料21嵌合到金属芯10的环部14内，并且凹凸结构13的顶点与外周树脂21的内周进行接触。在这种状态下，金属芯10可以感应加热。这结果融化了外周树脂21的内周，使得在凹凸结构13完全埋入外周树脂21内的同时，凹凸结构13焊接到环部14的外周表面，从而制造树脂芯组合部件20。通过在外周树脂21的外周表面上形成期望的齿轮齿22并且将轴压嵌到轴套部12内，组合部件20能够设置成用作涡轮。

根据金属芯10和使用该金属芯的组合部件，轴套部12和环部14由在轴向上环状地延伸的材料制成，并且利用板状连接部16而互相一体地连续。另外，使得轴套部12比连接部16和环部14厚。因此，在轴套部12、环部14或者连接部16的任意一者中，不存在局部过度薄的部分，使得能够确保各个部分的强度。此外，由于在轴套部12与连接部16之间以及连接部16与环部14之间不存在边界，所以能够确保各个部分之间的连接强度。

另外，虽然轴套部12、连接部16和环部14由一体地连续的材料制成，但是使得轴套部12比连接部16和环部14厚。因此，能够可靠地确保轴S压嵌到其中的轴套部12的强度。因此，能够通过使得各部分尽可能地薄，而在确保强度的同时充分地减轻重量。

由于形成为环状的轴套部12和环部14在板状连接部16的内周和外周的相同侧上连接，所以能够缩短金属芯的整个轴向长度。另外，使得轴套部比连接部和环部厚，从而形成变薄的产品。因此，能够利用板材容易地形成产品。

在根据本实施例的金属芯10中，轴套部12的外周和内周以及环部14的内周、外周和凹凸结构13分别设置在轴向上。另外，轴套部12和环部14连接到连接部16的内周和外周，并且轴套部和环部两者都相对于连接部16而布置在轴向上的相同侧处。因此，能够通过使用例如压力机在轴向上按压板材，而容易地制造金属芯10。

能够在本发明的范围内适当地修改上述实施例。例如，虽然已经举例说明了树脂齿轮设置为动力转向设备的涡轮的实施例，但是本发明还能够应用于其它齿轮。已经举例说明了这样的实例：在嵌合于金属芯10的环部14的圆周上之后，通过感应加热金属芯10而将圆周树脂材料21焊接到环部14。然而，圆周树脂材料21可以利用其它方法接合到环部14的外周表面。例如，圆周树脂材料21可以通过将融化的树脂注射成型到金属芯10的外周表面上而形成。此外，可以改变金属芯10的各个部分的形状。虽然在前述实施例中，金属芯10的连接部16已经举例为板状，但是如果形成为连接轴套部12与环部14，则连接部可以具有其他形状。

本申请基于2013年5月31日提交的日本专利申请No.2013-116424，其全部内容通过引用并入本文。

Claims (5)

1.一种用于树脂齿轮的金属芯，所述金属芯包括：

轴套部，轴压嵌到该轴套部内；

环部，该环部具有设置有凹凸结构的外周表面，并且外周树脂接合到该外周表面；以及

连接部，所述轴套部与所述环部经由该连接部而同轴地设置，

其中，所述轴套部在所述连接部的内周处布置在所述连接部的一侧上，并且在轴向上环状地延伸，

其中，所述环部在所述连接部的外周处布置在所述连接部的所述一侧的相同侧上，并且在所述轴向上环状地延伸，

其中，所述轴套部、所述连接部和所述环部由一体连续的材料形成，并且

其中，所述轴套部比所述连接部和所述环部厚。

2.根据权利要求1所述的金属芯，其中，所述金属芯适于用于动力转向设备的树脂齿轮，并且所述轴套部适于收纳轴，转向力传输到该轴。

3.根据权利要求1或2所述的金属芯，其中，所述轴套部的厚度处于所述环部的最大厚度的1.1倍以上1.3倍以下的范围内。

4.根据权利要求1至3的任意一项所述的金属芯，其中，所述轴套部与所述连接部之间的部分以及所述连接部与所述环部之间的部分分别形成有连续的金属流动。

5.一种树脂齿轮组合部件，包括：

根据权利要求1至4的任意一项所述的金属芯；以及

外周树脂，该外周树脂焊接所述金属芯的所述环部的所述外周表面，其中，所述外周树脂设置有齿轮齿部。