JP2020100079A

JP2020100079A - シャフトの製造方法

Info

Publication number: JP2020100079A
Application number: JP2018239958A
Authority: JP
Inventors: 宏金原; Hiroshi Kanehara
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2020-07-02

Abstract

【課題】筒部材の内側に射出された樹脂と、筒部材の内周の壁面との密着力を高める。【解決手段】上型１１と、下型１２と、マンドレル１３と、パンチ１４と、を有し、筒部材２の内周面を樹脂で被覆するシャフトの製造方法であって、下型１２に載置した筒部材２の内側に上方からマンドレル１３を挿入し、上型１１を降下させ、筒部材２の内側とマンドレル１３の外周の間において、上型１１により上側を覆った空間を形成し、空間に樹脂を射出して射出成形し、樹脂を冷却させながら、パンチ１４によりマンドレル１３の上部を下方向に押圧し、マンドレル１３は、樹脂が径の中心方向に収縮する収縮力より大きな力で、樹脂を外径方向に加圧して拡管する。【選択図】図３

Description

本発明は、複合材のシャフトの製造方法に関する。

従来、このような分野の技術として、特開２００１−１２１６０６号公報がある。この公報には、予め型を取った樹脂を金属成形体の表面に被覆し、加熱することで樹脂を膨張させ、金属に熱吸着することで密着力を高めることが記載されている。

特開２００１−１２１６０６号公報

しかしながら、前述した従来の樹脂の被覆方法では、モーターシャフト等の筒状の部材の内側を樹脂で被覆することができない場合がある。また、金属の筒部材に樹脂をインサート成形する場合、金属の筒部材の内部に樹脂を挿入すると、金属と樹脂の界面の接合が難しいという問題がある。これは、射出成形で注入された高温の樹脂は、冷却に伴って収縮する際に、筒の径における中心方向に向かうように力が作用するため、樹脂が金属から剥がれやすくなるためである。
本発明は、筒部材の内側に射出された樹脂と、筒部材の内周の壁面との密着力を高めたシャフトの製造方法を提供するものである。

本発明にかかるシャフトの製造方法は、上型と、下型と、マンドレルと、パンチを有する鍛造金型を用いて筒部材の内周面を樹脂で被覆するシャフトの製造方法であって、前記下型に載置した前記筒部材の内側に上方から前記マンドレルを挿入し、前記上型を降下させ、前記筒部材の内側と前記マンドレルの外周の間に、前記上型により上側を覆った空間を形成し、前記空間に前記樹脂を射出して射出成形し、前記樹脂を冷却させながら、前記パンチにより前記マンドレルの上部を下方向に押圧し、前記マンドレルは、前記樹脂が径の中心方向に収縮する収縮力より大きな力で、前記樹脂を外径方向に加圧して拡管する。
これにより、シャフトの内周に射出した樹脂が冷却する際に、シャフトの内周の壁面に向けて樹脂を押圧した状態で冷却させることができる。

これにより、筒部材の内側に射出された樹脂と、筒部材の内周の壁面との密着力を高めることができる。

成形装置の構成を示す概略図である。成形装置により成形されたシャフトの一例を示す図である。シャフトの成形の流れを示した図である。樹脂の温度低下にあわせてマンドレルの押圧を変化させた状態を示した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、成形装置１は、筒部材（以後、円筒部材）２の上方に配置される上型１１と、円筒部材２の下側に配置される下型１２と、円筒部材２の内周側に配置されるマンドレル１３と、マンドレル１３を上方から下向きに押圧するパンチ１４と、を備える。なお、上型１１、下型１２は鍛造に用いる鍛造金型である。

ここで、図１は、成形装置１を用いたシャフトの製造過程であって、円筒部材２の外径方向からの視点における成形装置１及び円筒部材２の断面の概略図である。この成形装置１を用いて、図２に示すようなシャフトを成形する。図２（ａ）は、成形されたシャフトの上面の概略図であり、図２（ｂ）は、Ａ−Ａ断面の概略図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）で示したシャフトの上面の一部の拡大図である。

円筒部材２は上面視した場合に円環状の金属体であり、上下方向（Ｚ方向）に延在する部材である。すなわち、円筒部材２は、ＸＹ方向が径方向となるように配置されている。成形装置１において、円筒部材２の下端は、下型１２の上面に当接するように配置される。

上型１１は、円筒部材２の上方に配置されている。上型１１は、成形中に下降動作することで、下面が円筒部材２の上端に当接する。上型１１には、上下方向に貫通する穴部１１ａが形成されている。この上型１１に設けられた穴部１１ａの径は、円柱状であるマンドレル１３の径と同程度の長さであり、かつ、上方からパンチ１４を挿入できる大きさで形成されている。

下型１２は、円筒部材２の下方に配置されている。下型１２には、マンドレル１３と円筒部材２の内周面との間に、樹脂３を射出するための射出孔１２ａが形成されている。

マンドレル１３は、上下方向に延在する略円柱状の弾性体である。例えば、マンドレル１３の上下方向の長さは、円筒部材２の上下方向の長さより長い。また、マンドレル１３は弾性体であるため、上面をパンチ１４に押圧された場合に、外径方向に径が広がるように変形する。

パンチ１４は、例えば、上下方向の長さがマンドレル１３に比べて短く、マンドレル１３と略同径の円柱である。パンチ１４は、上型１１に設けられた穴部１１ａに対して上方から挿入され、マンドレル１３の上面を押圧する。

次に、図３を参照して、成形装置１によるシャフトの製造の手順について説明する。

図３（ａ）に示すように、下型１２の上面に、円筒部材２を載置した状態とする。円筒部材２は、ＸＹ方向を径方向として、Ｚ方向に延在するように配置する。

図３（ｂ）に示すように、円筒部材２の内側である中空部に対して、上方からマンドレル１３を挿入する。なおこのとき、下型１２に設けられた樹脂３の射出孔１２ａは、円筒部材２の内側かつマンドレル１３の外側の箇所に樹脂３を射出できるように配置する。

図３（ｃ）に示すように、上型１１を円筒部材２の上方に配置した状態で降下させ、円筒部材２の上端に当接させる。このとき上型１１は、マンドレル１３と円筒部材２の間に形成される空間の上側について、少なくとも一部を覆った状態である。例えば上型１１は、マンドレル１３と円筒部材２の間の樹脂３を充填させるための空間について、その空間の上側を閉塞させるものであってもよい。

その後、マンドレル１３と円筒部材２の間の空間に対して、下型１２の射出孔１２ａから高温の樹脂３を射出して充填した状態にする。

図３（ｄ）に示すように、パンチ１４によりマンドレル１３の上面を下方に押圧する。例えば、パンチ１４が、上型１１の穴部１１ａに入り込むようにして、マンドレル１３を押圧する。このとき、弾性体であるマンドレル１３はパンチ１４によって上部を押圧されるとともに、下部は下型１２により固定されているため、外径方向に拡大する。拡大したマンドレル１３は、樹脂３を、円筒部材２の内周の壁面に向けて押圧する。

なおこのとき、図４に示すように、樹脂３の冷却の進行に応じて、パンチ１４によりマンドレル１３を押圧する力を強め、マンドレル１３の径を拡大させることができる。ここで樹脂３は、冷却によって収縮するため径の中心方向に力が加わるが、これに対抗してマンドレル１３の径が拡大することによって、樹脂３に外径方向の力を加えることができる。

このように、樹脂３の径の中心方向への収縮力より大きな力で、マンドレル１３が樹脂３を外径方向に加圧して拡管するように、パンチ１４によりマンドレル１３を押圧することができる。

樹脂３が冷却されて円筒部材２の内側壁面に固定されたら、図３（ｅ）に示すように、パンチ１４によるマンドレル１３の押圧を終了し、マンドレル１３を円筒部材２の内側から取り出す。このとき、マンドレル１３の外径は、もともと円筒部材２の内径より小さいものであるため、パンチ１４による押圧が無くなることにより径方向に拡大された状態から元の状態に戻る。したがって、マンドレル１３は、円筒部材２の内側から容易に取り出すことができる。

このようにして、シャフトの成形において、円筒部材の内部に挿入したマンドレルを拡径して、外径方向に押圧する力を樹脂に与えることで、樹脂と円筒部材の内周の壁面とを密着させた状態で被覆させることができる。このとき樹脂は、円筒部材の内周面側、すなわち外周側に収縮するため、剥離が発生しにくくなる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、シャフトとして用いる筒部材が円筒状であるものとして説明したが円筒に限られず、例えば、スプライン状や多角形状の筒部材であってもよい。またモーターに用いられるシャフトに限らず、外殻を金属、内殻が樹脂であるように、樹脂を内側にインサートして成形する製品であれば、適用が可能である。

さらに上記では、マンドレルを上下で拘束して押圧することで外径方向に拡大させ、樹脂を円筒の内壁に押圧させることとしたが、内側から樹脂を円筒の内壁に押圧するために、マンドレル以外のものを用いても良い。例えば、マンドレルに代わって、コレットパンチ等を用いることができる。

１成形装置
２筒部材
３樹脂
１１上型
１１ａ穴部
１２下型
１２ａ射出孔
１３マンドレル
１４パンチ

Claims

上型と、下型と、マンドレルと、パンチと、を有し、筒部材の内周面を樹脂で被覆するシャフトの製造方法であって、
前記下型に載置した前記筒部材の内側に上方から前記マンドレルを挿入し、
前記上型を降下させ、前記筒部材の内側と前記マンドレルの外周の間において、前記上型により上側を覆った空間を形成し、
前記空間に前記樹脂を射出して射出成形し、
前記樹脂を冷却させながら、前記パンチにより前記マンドレルの上部を下方向に押圧し、
前記マンドレルは、前記樹脂が径の中心方向に収縮する収縮力より大きな力で、前記樹脂を外径方向に加圧して拡管する
シャフトの製造方法。
射出された前記樹脂の温度の低下に応じて、前記パンチが前記マンドレルを押圧する力が強くなるように制御を行う、
請求項１に記載のシャフトの製造方法。