JP2017515062A - ダブルオーバーモールディングによって軽量歯車を製造するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、歯車（１）を製造するための方法に関する。この方法は、第１ポリマー材料から担体コア（３）を作る工程（ａ）を含んでいる。担体コア（３）は、主軸（ＸＸ’）を有するハブ（４）と、このハブ（４）から周縁フランジ縁部（６）まで延びるフランジ（５）とを有している。そして、方法は、フランジ（５）の上面（５Ｓ）を覆う前部層（７Ｆ）と、フランジ縁部（６）の径方向外側面（６Ｅ）を覆うことによって前部層を軸方向に伸長させる側部層（７Ｌ）との両方を一体的に含む、第２ポリマー材料で作られた恒久被覆層（７）をオーバーモールディングによって担体コア（３）上に作製する被覆工程（ｂ）を含んでいる。側部層（７Ｌ）はリム（８）を形成し、このリムの径方向本体には歯車（１）の歯（２）が形成される。【選択図】図４

Description

本発明は、機構間におけるトルク伝達を保証するよう意図された歯車を製造する一般分野、より具体的には歯車式機構向けの歯車を製造する分野に関する。

より具体的には、本発明は、自動車用のパワーステアリング減速機向けの歯車の製造に関する。

特に特許文献１により、歯車を製造するための方法が知られている。当該方法においては、金属ハブおよび歯車リムが金型内に配置され、そしてプラスチック材料で作られた中間ディスクをモールディングでハブと歯車リムとの間に形成することによって当該ハブが歯車リムに結合される。

米国特許出願公開第２０１０／０２０１０３０号明細書

しかし、そのような方法にはいくつかの欠点が存在することがある。

第一に、往々にして比較的大きな寸法を有する金属ハブの使用は、それに応じて得られる歯車を重たくする傾向にある。

そして、そのような方法は、中間ディスクのモールディングの間、歯車リムをハブに対して非常に高精度に位置決めしておくことを必要とする。実際には、部品の位置決めにおける何らかの誤り、または注入されるプラスチックの圧力に起因するモールディング作業の間における一方の部品の他方に対する何らかの制御されていない移動は、歯車の歯の当該歯車の回転軸に対する同心度における重大な欠陥につながり得、そのことは歯車の適切な動作を危うくし得（騒音、摩耗…）、もしくは当該歯車の廃棄をもたらす。

さらに、そのような方法は、歯車リムおよび／またはハブが中間ディスクのグリップを向上させるよう意図された比較的複雑な形状を有することを必要とし、そのことが実際にはハブおよび／または歯車リムの前製造を複雑にし得、かつしたがってそのコストを増大させる。

最後に、モールディング後に、特に（円錐形）湯口の凝固した残余物を除去するために、機械加工によって歯車の手直しに体系的に移ることが必要であり、そのことが製造時間を増加させかつ原材料の浪費を生じさせる傾向にある。

したがって、本発明の目的は、上述した欠点を克服すること、および実施するのが容易かつ低コストで、かつ信頼性が高く再現可能な態様で軽量かつ頑丈な歯車を得ることを可能とする、歯車を製造するための新しい方法を提示することである。

本発明の目的は、歯車を製造するための方法であって、主軸（ＸＸ’）を有するハブと、上記主軸（ＸＸ’）から離れる方向に上記ハブからフランジ縁部まで実質的に放射状に延びる環状部とを含み、該環状部は、上記フランジ縁部と軸方向において対向する側に向いた「上」面と、軸方向において上記フランジ縁部側に向いた「下」面とによって軸方向において区切られた、担体コアを第１ポリマー材料で作る担体コア形成工程（ａ）と、一方で上記環状部の上面を該環状部の軸方向厚みを超えるように覆う前部層と、他方で上記フランジ縁部の径方向外側面を該フランジ縁部の径方向厚みを超えるように覆うことによって上記前部層を軸方向に伸長させる側部層とを一体的に有し、完成した上記歯車において恒久的に残る恒久的な被覆層であって、上記側部層は、径方向厚みにおいて上記歯車の噛合い歯が形成される歯車リムを形成する、上記被覆層を第２ポリマー材料による上記担体コア上へのオーバーモールディングによって形成する被覆工程（ｂ）とを含んでいることを特徴とする方法によって達成される。

有利には、ポリマー材料の使用は、適切な場合、モールディングによる製造、またはより具体的には一連のオーバーモールディング作業を通じた製造を可能とすることによって、担体コアおよび被覆層の製造を簡易化する。

さらに、ポリマー材料の使用は、金属構造を有する歯車と比較して、歯車を全体的により軽量なものにする。

有利には、本発明に係る被覆層は、担体コアに密着して当該担体コアを複数の方向において、すなわち主軸（ＸＸ’）と交差して広がることにより環状部の上面を軸方向において、および当該主軸（ＸＸ’）と実質的に平行に広がることによりフランジ縁部を径方向において覆う一体シェルをさらに形成する。そのことは、被覆層の担体コアへの優れた固着性、およびしたがって得られる混合構造、ここでは二重構造の優れた結合性を得ることを可能とする。当該混合構造は、主軸（ＸＸ’）回りに伝達されるトルクならびに考えられる軸方向の引き抜き力に対する、動作中における歯車の良好な耐久性を保証するために最終的に保持される。

有利には、歯車の周縁歯車リムと、ハブと当該歯車リムとの間に含まれる当該歯車の径方向中間部との両方を覆い、かつしたがって歯車の「半径」に対応する幅広の被覆層で担体コアを覆うことにより、比較的少量の材料を使用する一方で、担体コアの構造がその全体にわたって効果的に補強されかつ堅くされる。

この点において、一方で（生成軸を中心とする）中空ドームまたは「ベル」のようなシェル形状を有し、かつ環状部およびこの環状部に連続して設けられたフランジ縁部によって規定されるコアの外形のために得られる歯車の概して凸状の構造のおかげで、また他方でこの同外形に実質的に適合する被覆層のおかげで、コアおよび被覆層のために比較的薄い材料厚みを用いた場合でさえ、優れた剛性が歯車に与えられる。

有利には、本発明に係る歯車は、したがって軽量かつ原材料効率に優れ、一方で特に強固なままである。

さらに、担体コアの適切な形状は、オーバーモールディングの間に第２ポリマー材料が流動状態であって当該コアの表面上を流れるときに、第２ポリマー材料による当該コアの効果的、進行的かつ均質な被覆を可能とする。

したがって、被覆層の製造は特にシンプルで信頼性が高い。

さらに、本発明によって提示される配置によって実現される流れの品質および材料分布の品質は、担体コアの軸における中央射出を伴う（平坦な）リングゲートオーバーモールディング工程を特に利用し、それにより湯口に非常に少ない残留物を用いることを可能とする。

よって、原材料が節約され、一方でまた仕上げ、再加工作業が大幅に低減される。

最後に、提示される製造方法は、特に耐性（第２）材料でフランジ縁部周りに適当な径方向厚みを有する均質な歯車リムを容易に形成することを可能とするものであって、モールディング作業に続く、好ましくは歯車のそのシャフトへの固定に続く歯車の噛合い歯の歯車切削作業に特に適しており、よって歯の有効ピッチ円径と歯車の実質的な回転軸との間の同心度に関するいかなる欠陥をも生じさせない。

本発明の他の主題、特徴および利点は、説明的かつ非制限的な目的のためのみに添付された図面を参照して以下の説明を読むことでより詳細に明らかになるだろう。

図１は、本発明に係る製造方法の連続する工程の軸方向断面図である。 図２は、本発明に係る製造方法の連続する工程の軸方向断面図である。 図３は、本発明に係る製造方法の連続する工程の軸方向断面図である。 図４は、本発明に係る製造方法の連続する工程の軸方向断面図である。 図５は、担体コアが露出状態にある状態を示す部分軸方向断面図である。 図６は、担体コアが恒久被覆層によって被覆された状態を示す部分軸方向断面図である。 図７は、本発明に係る方法によって得られた図４の完成した歯車の上面斜視図である。 図８は、本発明に係る方法によって得られた図４の完成した歯車の上面斜視切取図である。 図９は、本発明に係る方法によって得られた図４の完成した歯車の底面斜視図である。 図１０は、接続スリーブに取り付けられた図１〜９の歯車の担体コアの底面斜視図である。 図１１は、接続スリーブに取り付けられた図１〜９の歯車の担体コアの上面斜視図である。 図１２は、接続スリーブに取り付けられた図１〜９の歯車の担体コアの上面斜視切取図である。 図１３は、接続スリーブに取り付けられた図１〜９の歯車の担体コアの軸方向上面投影図である。 図１４は、環状部とフランジ縁部との間の移行部における、担体コアに掘られたチャネリング溝の細部を示す部分上面図である。 図１５は、本発明に係る歯車の変形例を示す底面斜視図である。 図１６は、本発明に係る歯車の変形例を示す軸方向底面投影図である。 図１７は、本発明に係る歯車の別の変形例を示す底面斜視図である。 図１８は、本発明に係る歯車の別の変形例を示す軸方向底面投影図である。 図１９は、本発明に係る歯車のさらに別の変形例を示す底面斜視図である。 図２０は、本発明に係る歯車のさらに別の変形例を示す軸方向底面投影図である。

本発明は、歯車１を製造するための方法に関する。

特に、当該歯車１は、歯車減速機の歯車、より具体的にはパワーステアリング用の減速機の歯車であってもよく、また例えばウォームねじによって駆動されるよう意図されたウォーム歯車を形成してもよい。

歯車は任意のタイプの噛合い歯２、例えば平歯（図７〜図９、図１５および図１６に非制限的な態様で示す）、斜歯（図１７〜図２０に非制限的な態様で示す）、またはヘリンボーン歯を形成する噛合い歯２を備えていてもよい。

第一に、方法は、図２に示すように、第１ポリマー材料で担体コア３を作ることを含む担体コア形成工程（ａ）を含んでいる。

本発明によると、特に図１〜図６、図８および図１１〜図１３に示すように、上記担体コア３は、主軸（ＸＸ’）を有するハブ４と、主軸（ＸＸ’）から離れる方向に当該ハブ４から周縁フランジ縁部６まで実質的に放射状に延びる環状部５とを有している。

実際には、主軸（ＸＸ’）は、歯車１の回転軸に対応していて、有利には当該歯車の異なる構成要素によって共有されている。

説明の便宜上、「軸方向」の語によって上記主軸（ＸＸ’）に沿った方向または次元に言及し、「径方向」の語によって上記主軸（ＸＸ’）に交差する、より具体的には垂直な方向または次元に言及する。

慣例的に、環状部５は、フランジ縁部６と軸方向において対向する側に向いた「上」面５Ｓと呼ばれる面と、軸方向においてフランジ縁部６側に向いた「下」面５Ｉと呼ばれる面とによって、軸方向において区切られると考えられるだろう。

実際には、上面５Ｓと呼ばれる面は、ここでは、被覆層７を受け入れるよう意図された外観面に相当し（一方、反対側の下面５Ｉは好ましくは何らの被覆層もない露出状態に保たれるよう意図されている）、当該上面５Ｓは、この目的のために、軸方向において材料が達する側（すなわち、オーバーモールディング注入器側）に向けられており、一方、フランジ縁部６は当該上面５Ｓに対して軸方向に後退して「降下」している（かつ含まれている）。

特に図８、図１１および図１３に示すように、（連続した）環状部５はハブ４を当該ハブの全周にわたって、主軸（ＸＸ’）周りの３６０°にわたって取り囲んでいて、よって歯車の半径の役割をし、当該ハブ４と噛合い歯２を有する歯車リム８を形成する歯車１の周縁部との間の安定した連結を保証する。

この点において、環状部５の全直径Ｄ５、より広くは担体コア３の全直径は、好ましくは、完成した歯車１の全直径Ｄ１の５０％以上、６０％以上または７５％以上であり、また好ましくは、完成した歯車の当該全直径Ｄ１の９０％以下または８５％以下である。目安として、添付の図面では、この比率Ｄ５／Ｄ１は８４％の範囲にある。

本発明は特定の寸法を有する歯車１に限定されるものではないが、特に歯車１がパワーステアリング減速機用のものである場合には、当該歯車１の全直径Ｄ１は実質的に３〜２０ｃｍ、より具体的には５〜１５ｃｍの範囲に含まれ、より好ましくは１０ｃｍである。

好ましくは、ハブ４は、歯車１のシャフト上における十分な軸方向支持を保証するために、環状部５の厚みを超えて軸方向に延びている。

好ましくは、コンパクト性のために、当該ハブ４は、図２〜図６に示すように、環状部５およびフランジ縁部６によって覆われた容積内において、少なくとも一部が下面５Ｉから軸方向に突出して延びている。

特に好ましい態様では、ハブ４は、上面５Ｓからの軸方向突出および反対側の下面５Ｉからの軸方向突出の両方において、環状部５の両側から軸方向に延びている（越えている）。

好ましくは、環状部５は、実質的に主軸（ＸＸ’）に対して垂直な平面Ｐ０内において、またはより具体的には、図５に示すように、主軸（ＸＸ’）から離れるにつれて当該環状部５をフランジ縁部６に向かって次第に下降させるわずかな傾きα_５に沿って、ハブ４から延びかつ少なくとも始まっている。環状部５が、または少なくとも当該環状部５の上面５Ｓがしたがう傾きα_５（円錐面）は、主軸（ＸＸ’）に対して垂直な平面Ｐ０に対して５〜２０°、好ましくは１０〜１５°の角度をなしている。目安として、図５では、当該傾きα_５は、約１５°である。

そのような先端を切られた円錐状に傾いた配置は、まず、特に抜き勾配を簡略化することによってモールディングによる担体コア３の製造を容易にし、またさらに、被覆層７の形成の間における上面５Ｓ上での第２ポリマー材料の流れを改善し得る。

環状部５と交差するフランジ縁部６は、当該環状部５に連続して軸方向に折られていて、ハブ４と同心であって当該ハブ４から径方向に離間した円筒部、より好ましくは環状帯状部を形成している。

よって、当該フランジ縁部６、より具体的にはその径方向外側面６Ｅは、好ましくは、主軸（ＸＸ’）と実質的に平行に（例えば、±５°または±１０°の角度をなして）延び、あるいは主軸（ＸＸ’）と正確に平行に延びている。

よって、環状部５およびフランジ縁部６によって形成される集合体、より広くは担体コア３は、有利には、同時に軽量、頑丈かつ剛直な凸状ドーム（またはベル）状の回転シェル型構造を有していてもよい。

本発明によると、特に図３に示すように、方法は、担体コア３形成工程（ａ）の後に、第２ポリマー材料によって、完成した歯車１において恒久的に残る恒久被覆層７（すなわち、当該被覆層７は、担体コア３上に形成された後の機械加工によって除去されず、あるいは少なくとも完全には除去されず、完成品の歯車１において保持され、当該歯車１において当該被覆層７は特に構造補強機能を果たす）を担体コア３上にオーバーモールディングすることを含む被覆工程（ｂ）を含んでいる。

（完成品の歯車に存在する）上記被覆層７は、一方で環状部５の上面５Ｓを当該環状部５の軸方向厚みを超えるように覆う前部層７Ｆ（または「上部層」）と、他方でフランジ縁部６の径方向外側面６Ｅを当該フランジ縁部６の径方向厚みを超えるように覆うことによって上記前部層７Ｆを軸方向に伸長させる側部層７Ｌとを一体的に有しており、当該側部層７Ｌは、その径方向厚みにおいて歯車１の噛合い歯２が形成される歯車リム８を形成している。

有利には、２つの連続しかつ交差する「部分」（実質的に「Ｌ」字状を形成する）、すなわち前部層７Ｆ（実質的に放射ディスク状の第１部分を形成する）と側部層７Ｌ（第１部分をさらに伸長させる、実質的に軸方向リング状の第２部分を形成する）とを有する被覆層７の、オーバーモールディングによる担体コア３の厚み超過分としての追加および完成した歯車１における維持は、二重層構造を有する歯車１を得ることを可能とする。この二重層構造では、第２ポリマー材料によって形成される第２層（被覆層７）が、第１ポリマー材料によって形成されかつ当該第２被覆層７（およびしたがって当該第２材料）によって覆われる第１層（担体コア３）を補強（強化）する。ここで、この二重層構造は、歯車の「半径」に対応する中間領域（すなわち、ハブ４からフランジ縁部６までの環状部５の領域）と、歯車リム８の周縁領域（フランジ縁部６の領域）との両方に存在する。

この点において、前部被覆層７Ｆは、好ましくは、ハブ４および主軸（ＸＸ’）の周りにおいて環状領域を覆っている。この環状領域の径方向範囲Ｒ_７Ｆは、ハブ４の孔の径方向内側壁部とフランジ縁部６の径方向外側面６Ｅとの間に径方向において含まれる担体コア３の前部領域の全径方向範囲の少なくとも２５％、少なくとも３０％、および好ましくは４０〜８０％に相当する。

前段落で述べた寸法決めに対して代替的または実質的に等価な寸法決めによると、前部被覆層７Ｆは、ハブ４および主軸（ＸＸ’）の周りにおいて、環状部５の上面５Ｓと重なって環状領域を覆っており、この（主軸（ＸＸ’）と歯車リム８との間で考慮される）環状領域の径方向範囲Ｒ_７Ｆは、完成した歯車１の全半径（すなわち、全直径の半分Ｄ１／２）の少なくとも５％、少なくとも１０％、少なくとも２０％、より具体的には２０〜５０％、例えば２５〜３５％に相当する。

特に好ましい態様では、前部被覆層７Ｆの径方向範囲Ｒ_７Ｆは、歯車１の大きさおよび重量をあまり増大させることなく担体コア３上における被覆層７の良好なベースおよび当該担体コア３の有効な補強を得るために、当該前部被覆層７Ｆの軸方向厚みＥ_７Ｆよりも大きい（好ましくは数倍大きい）。

被覆層７の連続性および広がりは、担体コア３全体を覆う一体的な被覆シェルを形成するものであって、したがって全ての領域において、歯車１の周縁部および中間部の両方において耐久性に優れた構造を有する歯車１を得ること、および、適当な場合には、比較的薄い担体コア３および／または被覆層７を用いてしたがって特に軽量である場合にさえこのことを可能とする。

特に、被覆層７の凸状のシェル型構造は、第１ポリマー材料と第２ポリマー材料との間の接触界面の広がりを最大化することにより、被覆層７の担体コアへの付着性を補強することを可能とする。

加えて、この同じシェル型構造は、被覆層７の担体コア３への優れた機械的な固着を可能とする。なぜなら、前部層７Ｆが特に被覆層７を担体コア３に対して軸方向において固定するための接合を形成し、側部層７Ｌが（主軸に対する）芯出しおよび（主軸と交差する）径方向における固定のための接合を形成するためである。

さらに、環状部５およびフランジ縁部６を一体的に覆う被覆層７の連続性は、でこぼこまたは潜在的な初期クラックの無い均一な仕上げを伴う整った外観を歯車１に与えることを可能とする。

担体コア３および／または被覆層７を、特にモールディングによって、熱硬化性樹脂のような第１材料または第２材料によって形成することが除外されてはいないが、第１熱可塑性プラスチック材料および／または第２熱可塑性プラスチック材料を用いることが好ましい。

よって、ホットモールディングによって、特に大気圧よりも高圧下での射出（オーバー）モールディングによって、担体コア３および被覆層７を容易に作製することが可能である。

目安として、前部層７Ｆの残余の軸方向厚みＥ_７Ｆは、４〜８ｍｍ、および／または、歯車１の全直径Ｄ１の４〜８％であってもよい。

目安として、側部層７Ｌの（全）径方向厚みＥ_７Ｌ、すなわち（歯２を含む）歯車リム８の厚みは、７〜１２ｍｍ、および／または、完成した歯車の全直径Ｄ１の７〜１２％であってもよい。適当な場合には、歯の根元における側部層７Ｌの最小残余径方向厚みは、４〜８ｍｍであってもよい。

さらに、噛合い歯２切削工程（ここで、歯が歯車リム８の厚み内に切削される）が、好ましくは、オーバーモールディングによる被覆工程（ｂ）に続いて、特に好ましい態様では歯車１がそのシャフト（図示せず）に固定された後で、実行される。

よって、歯車１のモールディング後における歯２の切削は、歯車１が固定されているシャフトによって当該歯車１の実効的な回転軸が具現化され、そのために当該シャフトが切削機械のための基準を形成している限り、歯２のピッチ円径と当該実効的な回転軸との間の同心度に関するあらゆる欠陥を回避することを可能にする。

好ましくは、歯車１が固定されるシャフトは、当該歯車１を保持する端部と逆側の一方の端部に、例えばパワーステアリングコラムに係合するよう意図された噛み合いピニオンを形成する歯、例えば斜歯を有している。

好ましくは、担体コア３形成工程（ａ）の間に、ハブ４、環状部５およびフランジ縁部６が一体形成される。

より一般的に、担体コア３は、好ましくは第１ポリマー材料で一体的に作られる。

よって、特に強固な担体コアが容易かつ迅速に得られるだろう。

好ましくは、図１および図２に示すように、担体コア３は、シャフトに圧入されるよう意図された金属接続スリーブ１０上にオーバーモールディングによって、または歯車１の最終支持シャフト上に直接的にオーバーモールディングによって（実際にはこの場合、図１〜図６において、当該シャフト、好ましくは金属シャフトをスリーブ１０と単に置き換えればよい）、（好ましくは一体的に）形成される。

換言すれば、本発明に係る方法は、好ましくは、２つのオーバーモールディング工程を含んでいる。第１オーバーモールディング工程（図２）では、スリーブ１０上または歯車１のシャフト上に第１材料をオーバーモールディングすることによって担体コア３が形成される。そして第２オーバーモールディング工程（図３）では、担体コア３上に（例えば、当該担体コアを覆うように）第２材料をオーバーモールディングすることによって被覆層７が形成される。

特に、そのような方法は、最小限の道具立てで、迅速かつ簡易な態様で歯車１の構造を実現することを可能とする。なぜなら、第１オーバーモールディングに使用される金型（図示せず）の少なくとも一部、例えば上面５Ｓと反対側のコア３の凹状面のモールディングを可能とする下側キャビティを、第２オーバーモールディングに再利用し得るためである。

さらに、そのような方法は省エネルギーを可能とする。なぜなら、担体コア３が凝固してすぐ、当該担体コア３および金型の少なくとも一部（再利用される部分）が第１オーバーモールディング作業を終えてまだ熱いうちに、第２オーバーモールディングが「まだ熱いうちに」行われ得るためである。

特に図２、図６および図１２に見られるように、スリーブ１０へのまたはシャフトへの直接的なハブ４の（オーバーモールディングによる）固定は、突出止めクラウン１１（軸方向強度を補強する）および／または径方向ぎざぎざ１２（トルクへの耐性を補強する）のような、スリーブ１０またはシャフトに設けられたグリップ形状１１，１２によって補強され得る。ここで、当該グリップ形状は第１オーバーモールディング工程（図２）においてハブ４を構成する第１材料によって浸されるだろう。

好ましくは、担体コア３を形成するために用いられる好ましくは熱可塑性物質である第１ポリマー材料は、被覆層７を形成するために用いられる好ましくは熱可塑性物質である第２ポリマー材料とは異なるものであり、当該第１ポリマー材料は当該第２ポリマー材料よりも高い剛性を有する（すなわち、実際には、第２材料のヤング率よりも高いヤング率を有する）。

例えば、より高い剛性は、第１複合材料を得るためにポリマー材料に浸された補強繊維、例えばガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等の追加によって得られてもよい。

もちろん、いったん凝固すると、第１材料ならびに第２材料は、周囲温度においておよび歯車１の動作温度の全許容範囲にわたって剛直であるだろう。

より低剛性の（より柔軟な）第２材料を被覆層７の形成のために使用することは、いくつかの利点を有するだろう。

第一に、そのような第２材料は機械加工するのが容易であり、それにより歯２の切削が迅速かつ低コストになるだろう。

それから、いったん歯車１が形成されて動力伝達機構、より具体的にはウォームねじ減速機に組み込まれると、噛合い歯２の比較的高い柔軟性は当該噛合い歯２をウォームねじのねじ山の形状に適合可能にし、よって重負荷にさらされる噛合い歯２の数ならびに接触面積を増大させる。この比較的高い柔軟性は、また、担体コア３のより広い範囲にわたって負荷を分散かつ拡散させ、したがって破損の起点となり得る高い局所的ストレスの発生を回避することを可能とする。

このように、このことは歯車１の動作および寿命を改善するだろう。

担体コア３を形成するためにより高剛性の第１材料、より具体的には繊維補強された第１材料を使用することは、有利には、負荷下における当該コア３の、およびしたがってより広くは歯車１の構造の変形を制限することを可能とするだろう。

さらに、補強繊維の使用は、当該担体コア３、より広くは歯車１を熱膨張現象の影響を受けにくいものにすることを可能とするだろうし、また、得られる複材料歯車１のうち最も機械的ストレスを受ける部分を形成する当該担体コア３に、機械的、熱的および化学的（機構で使用される潤滑剤による）な疲労による経年変化に対するより優れた対抗性、およびしたがってより長い寿命を与えるだろう。

有利には、第１材料よりも柔軟な第２材料で被覆層７をより低コストに作る一方、この同じ被覆層７によって（厚みを増すことにより）当該被覆層７を支持しかつ既に特に剛直かつ固い担体コア３を固めることによって、本発明は堅牢性、低製造コスト、および動作品質を併せ持つ複材料歯車１を最終的に得ることを可能とする。

さらに、第１材料と第２材料とは異なる組成およびしたがって異なる機械的特性を有するが、それらは好ましくは、一方が他方に接着により結合され得るように、より具体的には第２材料（被覆層７）の射出の間に第１材料（コア３）の表面を再溶融させることによって一方が他方に固定され得るように、互いにいくらかの化学的親和性（融和性）、および適当な場合には極めて近いガラス転移温度を有している。

目安として、第２材料と同じ組成のポリマーマトリクスを含むが当該第２材料とは違って補強繊維を含む第１複合材料を使用することが可能であり、または第２材料が補強繊維を含む複合材である場合には、第１材料はより高い密度の補強繊維を含むか、もしくは第１材料の繊維とは異なる別の種類の補強繊維を含む。

例として、５０％のガラス繊維で繊維補強されたポリアミドＰＡ６６を第１材料として（コア３を形成するために）、またポリアミドＰＡ６６を第２材料として（被覆層７を形成するために）選択することが可能である。

被覆層７を構成する第２材料の組成に関わらず、および当該被覆層７が有利には、最も外部要素にさらされる歯車の表面領域、特に歯車リム８に配置されるため、被覆層７は常にコア３の、より広くは歯車１の一種の保護機能を盾と同じ態様で有し、したがって当該歯車１の機械的強度および寿命を改善するだろう。

好ましくは、本発明それ自体を構成し得る特徴によると、担体コア３形成工程（ａ）の間において、担体コア３に、特に図２、図３、図５、図８、図１２および図１３において見られるように、環状部５の上面上をフランジ縁部６まで実質的に径方向に延び、さらに角度をなして当該フランジ縁部６に沿って当該フランジ縁部の径方向外側面６Ｅ上を軸方向に延びるチャネリング溝１３が形成される。

特に図２、図５、および図１１〜図１３において見られるように、チャネリング溝１３（の各々）は、したがって、ハブ４からフランジ縁部６まで、実質的に前部層７Ｆの全径方向範囲Ｒ_７Ｆに沿って延びていてもよく、すなわちより具体的には、上述したように、（チャネリング溝の各々は、）ハブ４の孔の径方向内側壁部とフランジ縁部６の径方向外側面６Ｅとの間に径方向において含まれる担体コア３の前面の全径方向範囲の少なくとも２５％、少なくとも３０％、好ましくは４０〜８０％を径方向において占めていてもよく、および／または、代替的もしくは等価な態様で、完成した歯車１の全半径の少なくとも５％、少なくとも１０％、少なくとも２０％、より具体的には２０〜５０％、例えば２５〜３５％を径方向において占めていてもよい。

有利には、これらのチャネリング溝１３は二つの機能を果たし得る。

第一に、被覆工程（ｂ）の間において、当該チャネリング溝１３は、被覆層７によって覆われるよう意図された担体コア３の表面で開口するものであって、ハブ４からフランジ縁部６までの、そして当該フランジ縁部６に沿った第２（液状）材料の径方向遠心流れを方向付けかつ均一化することに寄与し、そのことが被覆層７の適切な分布を得ることを可能とする。

それから、被覆層７の冷却（硬化）後において、当該チャネリング溝１３は、主軸（ＸＸ’）周りに、被覆層７に浸された凹凸状の起伏を形成し、したがって当該被覆層７の強固な定着を保証し、よって特に当該歯車１によって伝達されるトルクに対する、一方でシャフトに固定されてコア３に属するハブ４と、他方で被覆層７に属する歯車リム８の噛合い歯２との間における歯車の結合力を向上させる。

有利には、フランジ縁部６全体までの第２材料の流れの効果的な案内を保証するために、より具体的には第２材料が（径方向の）環状部５と（軸方向の）フランジ縁部６との間の移行部周りを流れるのを促進するために、チャネリング溝１３は（流れの上流側から下流側に向かって、）環状部５に掘られかつ実質的に径方向にしたがう（あるいは実質的に水平向きまたは傾きα_５に沿った）前部セクション１３Ｆと、フランジ縁部６に掘られかつ主軸（ＸＸ’）に対して実質的に平行な経路にしたがう側部セクション１３Ｌとを有している。ここで、当該セクション１３Ｆ，１３Ｌは、角度をなして配置されていて（実質的に「Ｌ」字状を形成していて）、担体コア３の（凸状）輪郭に適合する連続溝１３を概して形成するように互いに並べて配置されかつ互いに連通している。

好ましくは、図８、図１１、図１２または図１３に示すように、チャネリング溝１３は主軸（ＸＸ’）の全周にわたって星状に均一に分布している。

目安として、各チャネリング溝１３の幅は実質的に２〜６ｍｍであってもよく、および／または、主軸（ＸＸ’）周りの方位角（ヨー角）において５〜１５°、例えば７〜１０°の角度領域θ_１３を含んでいてもよい。

好ましくは、チャネリング溝１３の数は図１１および図１３に示すように、１２よりも多く、例えば３６である。

目安として、チャネリング溝１３の深さＰ１３（すなわち、各溝が環状部５の面およびフランジ縁部６に入り込んでいる深さ）は、１〜３ｍｍであってもよい。

さらに、フランジ縁部６にしたがうチャネリング溝１３の（軸方向）側部セクション１３Ｌは、好ましくは、特に図１４に示すように、蟻継ぎのような取出し防止くびれ部１４を含む断面を有しており、当該取出し防止くびれ部１４は、特に径方向遠心力に対する、当該フランジ縁部６における歯車リム８のグリップを補強する。

有利には、くびれ部１４は、各チャネリング溝１３を隣り合うチャネリング溝１３からそれぞれ隔てる隔壁１５の膨らみによって形成されていてもよい。

主軸（ＸＸ’）に垂直な面における断面では、考慮される側部セクション１３Ｌの断面は任意のくびれた形状、すなわちフランジ縁部の外側面６Ｅにおける開口部の収縮を伴う任意の形状を有していてもよく、当該形状は蟻継ぎ、例えば突起−狭首形状、「Ｔ」字状等と機能的に等価であるだろう。

有利には、そのようなくびれ部１４を有する断面は担体コア３形成工程（ａ）の間にモールディングによって、および適合した形状を有する中子（雄型キャビティ）を使用することによって得られてもよい。ここで、当該中子は実質的に主軸（ＸＸ’）に沿って移送され、それは有利には型を取り外す方向と一致している。また、当該中子はフランジ縁部６に軽く触れる程度に配置され、そのため当該中子の各々は当該フランジ縁部６にチャネリング溝の側部セクション１３Ｌを刻みつける。

好ましくは、担体コア３形成工程（ａ）の間において、環状部５とフランジ縁部６との間の移行領域は、特に図２〜６、図１１および図１２に見られるように、丸み縁部１６に形成される。

好ましくは、上記丸み縁部１６の曲率半径Ｒ１６は２ｍｍ以上であって、好ましくは１０ｍｍ以下である。当該曲率半径Ｒ１６は、特に好ましい態様では、実質的に２〜６ｍｍである。

有利には、丸み縁部１６は歯車内における応力集中を回避し、したがって当該歯車１の破損に対する抵抗性を向上させる。

さらに、この同じ丸み縁部１６は、有利にはチャネリング溝１３が湾曲した角を形成するのを許容するものであって、被覆工程（ｂ）の間に第２材料の流れを促進し、より具体的には、環状部の上面５Ｓ上の径方向流れとフランジ縁部６上の軸方向流れとの間の移行を促進することによって、第２液状材料が環状部５とフランジ縁部６との間の接続部周辺を流れるのを助ける。

好ましくは、担体コア形成工程（ａ）は、被覆層７を受け入れるよう意図された上面５Ｓと対向しかつその軸方向下側にある、環状部５の下面５Ｉに複数の補強リブ１７を形成することを含んでいる。ここで、当該複数の補強リブ１７は、主軸（ＸＸ’）周りに複数の方位角にしたがって配置され、すなわち当該主軸（ＸＸ’）周りに複数のヨー方向にしたがって分布している。また、当該補強リブ１７の各々は、特に図５、図６、図９、図１０、図１５および図２０に見られるように、環状部の下面５Ｉおよびフランジ縁部６の径方向内側面６Ｉにハブ４を連結させている。

有利には、これらの補強リブ１７は、担体コア３の裏側で環状部５およびフランジ縁部６を支持する実質的な（または完全な）径方向隔壁を形成する。この径方向隔壁は、より具体的には、環状部５の外から見える上面５Ｓに関して第２材料の射出点とは軸方向において反対側に配置された、当該担体コア３のくぼんだ（隠れた）内側スペースにおいて環状部５の軸方向厚みを局所的に拡大する。

このことは、環状部５およびフランジ縁部６が、実質的に何らの変形なくして、被覆層７のモールディングの間に第２材料によって加えられる圧力に耐える一方で、補強リブ１７を互いに角度的に隔てる中空セル１８の存在のために、特に前部被覆層７Ｆの軸方向下側において軽量中空構造を維持することを可能とする。

補強リブ１７は、本発明の範囲を逸脱することなく、直線状または湾曲状の異なる形状を有していてもよい。特にそれらは、図９および図１０もしくは図１９または図２０に示すような主軸（ＸＸ’）周りの厳密に径方向に延びる星状の直線状配置、アーチ状脚部を有する湾曲状配置（図１５および図１６）、または交差状の直線状配置（図１７および図１８）にしたがっていてもよい。

適切な場合には、図１９および図２０に示すように、主軸（ＸＸ’）を中心として中間旋回する環状リブ１７Ｂが、ハブ４とフランジ縁部６の径方向内側（個別）面６Ｉとの間に径方向において含まれる中空空間において、異なる径方向補強リブ１７の間の接続を確実にし得る。

有利には、製造の便宜のためおよび担体コア３の固体性の向上のために、補強リブ１７，１７Ｂは、（オーバー）モールディングによる担体コア３形成工程（ａ）の間に、担体コア３の残りの部分と一体形成されてもよい。

さらに、好ましくは、担体コア形成工程（ａ）の間において、環状部５の上面５Ｓは、特に図２、図５および図１２に見られるように、ハブ４の「上端部４Ｓ」と呼ばれる対応する端部に対して軸方向に引っ込めて形成され、それによりハブの上端部４Ｓと環状部の上面５Ｓとの間に肩部２０が形成される。

したがって、被覆工程（ｂ）の間において、前部被覆層７Ｆは、好ましくおよび有利には、特に図３に見られるように、上記肩部２０と接触する。

有利には、被覆工程（ｂ）に続いて、完成した歯車１において、特に図４、図６および図８に示すように、ゼロでない軸方向厚みＥ_７Ｆを有する上記前部層７Ｆで、好ましくは当該前部層７Ｆがハブ４の上端部４Ｓと面一となるように、上記肩部２０の少なくとも一部を満たしておくことが可能である（よって、前部層７は環状部の上面５Ｓとハブ４の上端部との間に軸方向において含まれる容積を満たし、ここでハブの当該上端部は当該上面５Ｓに最も近いハブの端部である）。

有利には、モールディングのための基準としての、および／または被覆層７の再加工のための基準としてのハブ４の使用は、当該被覆層の製造を簡易化する。

確かに、例えば、被覆工程（ｂ）の間において、ハブ４の孔を満たすよう意図された中央中子、より具体的にはスリーブ１０の孔を満たす中子を金型内に配置し、または歯車１のシャフトを中子として直接使用し、そしてハブの上端部４Ｓに被覆層７を形成するよう意図された第２ポリマー材料を射出し、肩部２０を満たすことが可能である（ハブ４の孔は中子によって占められて保護されているため、当該ハブの孔に第２ポリマー材料が溢れ出るリスクは全くない）。

図３に示すように、第２ポリマー材料の射出Ｆは、好ましくはハブ４の中心に面する実質的な中央位置において、すなわち主軸（ＸＸ’）に沿って行われ、それにより（ハブの上面４Ｓ上および当該ハブをシールしている中子の上面上に）リングゲート（ダイアフラム）２１が形成される。このリングゲート２１から、第２液状材料が環状部５の表面にわたっておよびそしてフランジ縁部６の表面にわたって広がる。

実質的に平坦で主軸（ＸＸ’）に対して垂直なリングゲート２１のおかげで、比較的広い材料射出面から利益を得ることが可能となる。広い材料射出面は、第２材料の品質、より具体的には当該第２材料の引張り強さを低下させる可能性の高い、射出点の剪断変形および自己発熱現象を制限するだろう（確かに、特に当該ポリマーがポリアミドからなる場合に、剪断変形はポリマー鎖を破壊する傾向があり、よって考慮されるポリマーの粘性および引張り強さを低下させる）。

よって、特に堅牢な第２材料による担体コア３の均質かつ効果的な被覆を得ることが可能である。

その後、仕上げ工程（ｃ）（図４）に備えることが可能である。当該仕上げ工程（ｃ）の間には、リングゲート２１が平滑化によって、例えばミリングによって除去され、（適切な場合には、主軸（ＸＸ’）に対して垂直なスリーブ１０の上端部と同じ面内に位置する）ハブの上端部４Ｓと軸方向において面一な残りの前部層７Ｆが得られる。

そのような製造方法は、有利には、（リングゲート２１の平滑化によって失われる体積が特に低減されるため、）非常に少ない材料を消費する一方でいくらかの工程によってコンパクトかつ堅固な完成した歯車１を得ることを可能とする。

さらに、好ましくは、担体コア形成工程（ａ）の間において、特に図２、図５、図６および図１２に見られるように、環状部とは軸方向において反対側に位置するフランジ縁部６の自由端に、くぼみまたは環状溝のような径方向にくぼんだ切り取り部２２が形成される。

よって、被覆工程（ｂ）の間において、上記径方向にくぼんだ切り取り部２２が満たされるまで第２ポリマー材料でフランジ縁部６を被覆し続け、それにより側部被覆層７Ｌと一体形成された支持リム２３を形成することが可能である。そのため、担体コア３は、特に図３および図６に見られるように、当該担体コア３を一方で前部層７Ｆによって、他方で支持リム２３によって形成された２つの当接部の間にはさむことにより、被覆層７内で軸方向の両方向においてブロックされる。

適切な場合には、切り取り部２２は、特に図５に見られるように、フランジ縁部６においてチャネリング溝１３の端部（より具体的にはその側部セクション１３Ｌの端部）となる突出環状フランジ２４と軸方向において連続していてもよい。

したがって、支持リム２３は、上記突出環状フランジ２４の下側に係合する実質的な適合形状を有する径方向内向きフランジを形成するだろう。

なお、上記突出環状フランジ２４は噛合い歯２の下側でフランジ縁部６を径方向において堅くするのに寄与し得、そのため歯車１は楕円状変形のような噛み合いストレス下における変形によりよく抵抗し得る。

さらに、担体コア形成工程（ａ）の間において、好ましくは、環状部５の上面５Ｓおよび／またはフランジ縁部６の径方向外側面６Ｅにテクスチャ構造が与えられ、当該テクスチャ構造はひだのようなテクスチャ起伏（図示せず）を有し、当該テクスチャ起伏の深さは好ましくは実質的に０．１〜０．５ｍｍである。

有利には、被覆工程（ｂ）の間において、担体コア３への被覆層７の接着性を向上させるために、上記テクスチャ起伏の表面溶融を（比較的容易に）生じさせることが可能である。

有利には、コア３の表面への第２材料の流れをわずかに乱し、環状部５の残りの部分よりも容易に加熱にさらされ、かつしたがって環状部５の残りの部分よりも第１材料のガラス転移温度を超えやすい（特に、チャネリング溝１３よりも浅い）薄いテクスチャ起伏の存在は、被覆層７を構成する第２材料がコア３を構成する第１材料とより容易に混ざるのを可能とし、したがって２つの材料の間に界面におけるコア３への被覆層７の固着度を向上させる。

有利には、上述したように、担体コア３を加熱するために必要なエネルギーの一部は、被覆工程（ｂ）の間において、工程（ａ）の間に担体コア３を製造するために既に使用された金型の一部をまだ熱いうちに再利用することによって作り出されてもよい。

本発明は、また、本発明に係る方法の実施を可能としかつ促進する担体コア３に関する。

したがって、本発明は、（第１）ポリマー材料で作られた（環状）担体コア３に関する。当該担体コア３は、好ましくは一体的に、主軸（ＸＸ’）を有するハブ４と、主軸（ＸＸ’）から離れる方向に当該ハブ４から周縁フランジ縁部６まで実質的に放射状に延びる環状部５とを備え、フランジ縁部６と当該環状部５との間の接続部は、丸み縁部１６を形成している。ここで、上記担体コア３は、環状部の上面５Ｓおよびフランジ縁部６の径方向外側面６Ｅに掘られた（かつ開口する）チャネリング溝１３をさらに有し、そのため当該チャネリング溝１３は、環状部５の上面５Ｓ上をフランジ縁部まで実質的に径方向に延び、さらに角度をなして当該フランジ縁部６に沿って当該フランジ縁部６の径方向外側面６Ｅ上を軸方向に延びている。

本発明は、また、上述した特徴のいずれかに係る方法によって得られ、したがって対応する構造的特徴のいずれかを有する歯車１に関する。

最後に、本発明は、上述した単一の変形例に制限されることはなく、当業者であれば特に上述した特徴のいずれかを自由に単離しあるいは組み合わせることができ、またはそれらを等価物と置換することができる。

Claims (10)

1. 歯車（１）を製造するための方法であって、
   主軸（ＸＸ’）を有するハブ（４）と、上記主軸（ＸＸ’）から離れる方向に上記ハブ（４）からフランジ縁部（６）まで実質的に放射状に延びる環状部（５）とを含み、該環状部（５）は、上記フランジ縁部（６）と軸方向において対向する側に向いた「上」面（５Ｓ）と、軸方向において上記フランジ縁部（６）側に向いた「下」面（５Ｉ）とによって軸方向において区切られた、担体コア（３）を第１ポリマー材料で作る担体コア形成工程（ａ）と、
   一方で上記環状部（５）の上面（５Ｓ）を該環状部の軸方向厚みを超えるように覆う前部層（７Ｆ）と、他方で上記フランジ縁部（６）の径方向外側面（６Ｅ）を該フランジ縁部（６）の径方向厚みを超えるように覆うことによって上記前部層（７Ｆ）を軸方向に伸長させる側部層（７Ｌ）とを一体的に有し、完成した上記歯車（１）において恒久的に残る恒久的な被覆層（７）であって、上記側部層（７Ｌ）は、径方向厚みにおいて上記歯車（１）の噛合い歯（２）が形成される歯車リム（８）を形成する、上記被覆層（７）を第２ポリマー材料で上記担体コア（３）上にオーバーモールディングによって形成する被覆工程（ｂ）とを含んでいる
   ことを特徴とする方法。
2. 請求項１において、
   上記担体コア形成工程（ａ）の間において、上記担体コア（３）に、上記環状部（５）の上面（５Ｓ）上を上記フランジ縁部（６）まで実質的に径方向に延び、さらに角度をなして上記フランジ縁部（６）に沿って該フランジ縁部の径方向外側面（６Ｅ）上を軸方向に延びるチャネリング溝（１３）を形成する
   ことを特徴とする方法。
3. 請求項２において、
   上記フランジ縁部（６）にしたがう上記チャネリング溝（１３）の側部セクション（１３Ｌ）は、蟻継ぎのような取出し防止くびれ部（１４）を含む断面を有し、
   上記取出し防止くびれ部（１４）は、特に径方向遠心力に対する、上記フランジ縁部（６）における上記歯車リム（８）のグリップを補強するように構成されている
   ことを特徴とする方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、
   上記担体コア形成工程（ａ）の間において、上記環状部（５）と上記フランジ縁部（６）との間の移行領域を、曲率半径（１６Ｒ）が好ましくは実質的に２〜６ｍｍである丸み縁部（１６）に形成する
   ことを特徴とする方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において、
   上記担体コア形成工程（ａ）の間において、上記被覆層（７）を受け入れるよう意図された上記上面（５Ｓ）と対向しかつ該上面（５Ｓ）の軸方向下側にある上記環状部（５）の下面（５Ｉ）に、上記主軸（ＸＸ’）周りに複数の方位角にしたがって配置され、それぞれが上記環状部（５）の下面（５Ｉ）および上記フランジ縁部（６）の径方向内側面（６Ｉ）を上記ハブ（４）に連結させる複数の補強リブ（１７）を形成する
   ことを特徴とする方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項において、
   上記担体コア（３）形成工程（ａ）の間において、上記担体コア（３）を、シャフトに圧入されるよう意図された金属接続スリーブ（１０）上にオーバーモールディング作業によって、または上記歯車（１）の最終支持シャフト上に直接的にオーバーモールディング作業によって形成することにより、上記ハブ（４）、上記環状部（５）および上記フランジ縁部（６）を一体形成する
   ことを特徴とする方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項において、
   上記担体コア形成工程（ａ）の間において、上記環状部（５）の上面（５Ｓ）を、上記ハブ（４）の「上端部」（４Ｓ）と呼ばれる対応する端部に対して軸方向に引っ込めて形成し、それにより上記ハブの上端部（４Ｓ）と上記環状部の上面（５Ｓ）との間に肩部（２０）を形成し、
   上記被覆工程（ｂ）の間において、上記前部被覆層（７Ｆ）を上記肩部（２０）と接触させ、
   上記被覆工程（ｂ）に続けて、完成した上記歯車（１）において、ゼロでない軸方向厚み（Ｅ_７Ｆ）を有する上記前部層（７Ｆ）で、好ましくは該前部層が上記ハブの上端部（４Ｓ）と面一となるように、上記肩部（２０）の少なくとも一部を満たしておく
   ことを特徴とする方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項において、
   上記担体コア形成工程（ａ）の間において、上記環状部（５）とは軸方向において反対側に位置する上記フランジ縁部（６）の自由端に、くぼみまたは環状溝のような径方向にくぼんだ切り取り部（２２）を形成し、
   上記被覆工程（ｂ）の間において、上記径方向にくぼんだ切り取り部（２２）が満たされるまで上記第２ポリマー材料で上記フランジ縁部（６）を被覆し続け、それにより上記側部層（７Ｌ）と一体形成された支持リム（２３）を形成し、
   上記担体コア（３）は、該担体コア（３）を一方で上記前部層（７Ｆ）によって、他方で上記支持リム（２３）によって形成された２つの当接部の間にはさむことにより、上記被覆層（７）内で軸方向の両方向においてブロックされている
   ことを特徴とする方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１項において、
   上記担体コア形成工程（ａ）の間において、上記環状部（５）の上面（５Ｓ）および／または上記フランジ縁部（６）の径方向外側面（６Ｅ）に、好ましくは実質的に０．１〜０．５ｍｍの深さのテクスチャ起伏を有するテクスチャ構造を与え、
   上記被覆工程（ｂ）の間において、上記担体コア（３）への上記被覆層（７）の接着性を向上させるために、上記テクスチャ起伏の表面溶融を生じさせる
   ことを特徴とする方法。
10. 請求項１〜９のいずれか１項において、
    上記担体コア（３）を形成するために用いられる好ましくは熱可塑性物質である上記第１ポリマー材料は、上記被覆層（７）を形成するために用いられる好ましくは熱可塑性物質である上記第２ポリマー材料とは異なるものであって、例えば補強繊維の追加のおかげで、上記第２ポリマー材料の剛性よりも高い剛性を有している
    ことを特徴とする方法。