JP2022169462A - 圧縮射出成形による歯車の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造のサイクル時間および原料消費を抑え、かつ保持圧力を改善した、歯車の製造方法を提供する。【解決手段】歯車を製造する方法であって、キャリアコア（２）の径方向外周縁（２２）上にリムを製造する工程を含み、この工程中、キャリアコア（２）は、歯車の回転軸に対応するステアリング軸（ＸＸ’）孔を形成する径方向内壁（２１）から、外周縁（２２）が少なくとも１つの第１部分（３１）及び１つの第２部分（３２）によって形成された金型（３）内に配置されるまで延在し、次いで、少なくとも部分的に前記キャリアコア（２）をオーバーモールディングすることによってコーティングするようにリムを形成するために、射出材料が、少なくとも１つの射出ノズル（４）によって射出される。射出材料の射出後、金型（３）の第１部分（３１）及び第２部分（３２）は、射出材料が金型（３）内で圧縮されるように互いに近づけられる。【選択図】図１

Description

本発明は、機構内のトルク伝達を確実にすることを目的とした歯車の製造分野、より詳細には、歯車機構を目的とした歯車の製造分野に関する。本発明は、より詳細には、自動車用のパワーステアリング減速機用の歯車を製造することに関する。

特許文献１に記載されている公知の製造方法では、例えば、スリーブ又は軸であってもよいハブが金型内に配置され、その上でキャリアコアのオーバーモールディングが実行され、次いで、キャリアコア上のリムのオーバーモールディングが実行される。次に、歯車の噛み合い歯がリムに形成される。

リムのオーバーモールディングは、中央射出点のレベルに、すなわち歯車のステアリング軸に沿って行われるか、特許文献２に記載されているように径方向にオフセットされて配置された二次射出ノズルに接続された主射出ノズルを実施するオーバーモールディング方法によって実施される。

国際公開第２０１５／１６２３８８号 欧州特許出願公開第２９５２３２１号明細書

しかしながら、このような方法が歯車を比較的容易に製造することを可能にする場合には、いくつかの欠点を有することがある。

最初に、中央射出点の場合、射出材料は、冷却及び凝固後に、射出点とリムとの間に、円板又は円錐の形状を有するキャスト厚さを形成する。二次射出ノズルの使用の場合、射出された材料は、一次射出ノズルと二次射出ノズルとの間のスプルーを、冷却して凝固させた後に形成する。このキャスト厚さ又はスプルーは、フライス加工タイプの再加工によって排除すべき、材料の過剰である。したがって、製造方法のサイクル時間及び原料の消費が増加する。

さらに、噛み合い歯が形成されるリムの領域に射出される材料の良好な品質を達成するための方法の１つは、所定時間だけ保持圧力を加えることにある。保持圧力は、射出点で加わる。しかしながら、中央射出点の場合には、この保持圧力は、一方では射出点のレベルでの材料の凝固に起因して、リムの前記領域に部分的にしか伝達されない。二次射出ノズルを使用する場合も同様である。実際、この場合、保持圧力は、一次射出ノズルに対する二次射出ノズルの射出点の遠隔性及びスプルー内の凝固のために、リムの前記領域に部分的にしか伝達されない。

さらに、二次射出ノズルを用いる場合には、各二次射出ノズルに対向するキャリアコアにコールドドロップトラップを配置する必要がある。この配置は、キャリアコアの機械的強度及び質量の最適化を妨げる過剰の材料及び形状を生成する。

本発明の目的は、歯車を製造するための方法を提供することによって前述の欠点の全部又は一部を克服することであり、この方法は、キャリアコアの径方向外周縁上にリムを作製する工程を含み、この工程中に、歯車の回転軸に対応するステアリング軸（ＸＸ’）の孔を形成する径方向内壁から延びるキャリアコアを、周縁が少なくとも１つの第１部分及び第２部分によって形成された金型内に配置されるまで延在させ、次いで、射出材料が、リムを形成するために、少なくとも部分的に前記キャリアコアをオーバーモールディングすることによって被覆するように、少なくとも１つの射出ノズルによって射出される。そして、射出材料の射出後に、金型の第１部分及び第２部分が、射出材料が金型内で圧縮されるように互いに近づけられることを特徴とする。

したがって、リムの製造は、２つの別個の段階、すなわち、リムを形成するように意図された射出材料が射出される段階と、射出材料が圧縮される段階とを含む。この目的のために、射出中、金型の第１部分及び第２部分は、一方が他方に対して射出位置にある。次いで、圧縮中、金型の第１部分と金型の第２部分とを互いに近づけ、圧縮完了時に、金型の第１部分と第２部分とが、他方に対する一方の全閉位置になるようにする。金型部分の一方は固定されてもよく、相補部分のみが可動であってもよく、又は、両方の部分が可動であってもよい。

このように、金型が射出位置にあるとき、それは大きな通路断面を有し、それは、射出材料が、相当なせん断力を受けることなく、容易に金型に射出されることを可能にする。金型が全閉位置にあるときは、射出されたばかりの射出材料に均等な圧力がかかる。これは、リムにおける気泡形成及び有孔性を回避し、幾何学的精度を高める金型の充填を改善する。最後に、キャスト厚さは、より少ない量の材料が浪費されるように減少される。

「軸方向」とは、ステアリング軸（ＸＸ’）に沿った方向を意味し、「径方向」とは、ステアリング軸（ＸＸ’）を横切る方向を意味する。

本発明はまた、単独で又は組み合わせて考慮される、以下の実施形態に記載される特徴のいずれかを含み得る。

一実施形態によれば、射出ノズルは、金型の第１部分が金型の第２部分に近づけられたときに射出ノズルを閉じることを可能にするシャッタを備える。

したがって、射出点のレベルで材料が凝固することはない。

さらに、射出材料は、射出スクリューによって射出ノズルのレベルで行われる。本発明による方法では、閉塞具は、圧縮段階中に射出材料に及ぼされる圧力が射出スクリューの反動を引き起こすことを防止する。

射出の完了は、圧縮の開始と同時に行われる。

一実施形態によれば、金型の第１部分は、並進運動によって金型の第２部分に近づけられる。

これにより、均一に圧縮が行われる。

一実施形態によれば、射出ノズルは、孔のステアリング軸に沿って配置された射出点を有する。

したがって、射出材料は、歯車のセンタリングから周縁に均等に、かつ溶接線を呈示することなく分配される。

一実施形態によれば、射出点は、キャリアコア又は孔の少なくとも１つの領域を保護するように意図された、射出シールドの反対側に配置される。

したがって、射出材料は、リムを形成するために、キャリアコアの周縁にのみ向けられる。

一実施形態によれば、射出ノズルは、孔のステアリング軸線から径方向にオフセットして配置された少なくとも１つの射出点を有する。

したがって、射出ノズルは、射出段階が、キャリアコア又は孔の少なくとも１つの領域を保護するように意図された保護部分の使用を必要としないように配置されてもよい。

一実施形態によれば、射出点は、キャリアコアに形成されたトラップキャビティの反対側に配置される。

したがって、キャストヘッドで構成され得るコールドドロップを除去するための再加工はない。

一実施形態によれば、トラップキャビティは、射出ノズルに対向するキャリアコアの上面から、キャリアコアに掘られた止り穴によって形成される。

一実施形態によれば、金型は、リム上に噛み合う歯を直接形成することを可能にする凹部を備える。

したがって、機械加工方法によって噛み合い歯を作る必要はもはやない。

よって、本発明による方法は、より高速である。

一実施形態によれば、キャリアコアは、射出成形によって、熱可塑性ポリマー材料から一体に製造される。

一実施形態によれば、リムは、１０～３０ｍｍ、好ましくは１５～２５ｍｍの軸方向厚さを有する。

これにより、リムは、それが良好な機械的強度を与えるのに十分な厚さを有する。

一実施形態によれば、射出ノズルに面するキャリアコアの上面は、径方向内壁から周縁まで径方向に連続的に延びている。

「径方向に連続的」にすることで、歯車のステアリング軸（ＸＸ’）に沿って延びる溝を持たない面を理解すべきである。

したがって、キャリアコアの射出材料は、キャリアコアの軸（ＸＸ’）に沿って延びる溝に流れ込まない。このようなキャリアコアを用いることにより、射出材料の使用量を低減することができる。

一実施形態によれば、上面は、ステアリング軸（ＸＸ’）を実質的に横切る平面内に延在する。

一実施形態によれば、上面は、金型の第１部分の反対側に延在し、金型の２つ部分が互いに接近するときの金型の第１部分と上面との間の隙間は、５ｍｍ未満、好ましくは１ｍｍ未満である。

したがって、射出材料は、リムを形成するのに役立つのみである。射出材料の使用量は可能な限り少ない。

一実施形態によれば、周縁は、歯車のステアリング軸（ＸＸ’）に沿って延びる少なくとも１つの溝を備えている。

したがって、溝は、キャリアコア上への射出材料の結合を促進する。

本発明は、非限定的な例として、本発明によるいくつかの実施形態に関連し、添付の概略図を参照して説明される、以下の説明により、より良く理解されるであろう。

第１の実施形態による、射出材料が射出されるときのリム作製工程の概略図である。 図１の射出材料が圧縮されるときのリム作製工程の概略図である。 第２の実施形態による、射出材料が射出されるときのリム作製工程の概略図である。 図３の射出材料が圧縮されるときのリム作製工程の概略図である。 第３の実施形態による、射出材料が射出されるときのリム作製工程の概略図である。 図５の射出材料が圧縮されるときのリム作製工程の概略図である。 第４の実施形態による、射出材料が射出されるときのリム作製工程の概略図である。 図７の射出材料が圧縮されるときのリム作製工程の概略図である。

歯車は、特に、歯車減速機の歯車、より詳細には、パワーステアリング用の減速機歯車であってもよく、例えば、ウォームスクリューによって駆動されることを意図したウォーム歯車を形成してもよい。歯車は、例えば、直線歯、螺旋歯、又はヘリングボーン歯を形成する、任意のタイプの噛み合い歯を有してもよい。本発明は、特定寸法の歯車に限定されないが、特にパワーステアリング減速機用の歯車に関して、前記歯車の直径Ｄ１は、実質的に３０ｍｍ～２００ｍｍ、より具体的には５０ｍｍ～１５０ｍｍ、好ましくは１００ｍｍであってもよいことに留意されたい。

この方法は、歯車の周縁上にリム１を作る工程を含み、この工程の間、第１部分３１及び第２部分３２によって形成された金型３内に、歯車の回転軸線に対応するステアリング軸（ＸＸ’）の孔を形成する、径方向内壁２１から径方向外周縁２２まで延びるキャリアコア２が配置される。

ステアリング軸（ＸＸ’）は、実際には、歯車の回転軸に対応し、前記歯車の異なる構成要素に共通であると有利である。

明細書の便宜上、用語「軸方向」は、前記ステアリング軸（ＸＸ’）に沿って、又はステアリング軸（ＸＸ’）に平行に考慮される方向又は寸法を示し、「径方向」は、前記ステアリング軸（ＸＸ’）に対して横方向に、より具体的には垂直に考慮される方向又は寸法を示す。

キャリアコア２は、ハブと、ステアリング軸（ＸＸ’）と共に、外周縁２２までステアリング軸（ＸＸ’）から離れた、前記ハブから実質的に径方向に延びるスカート２３とを含む。この外周縁２２にはリム１が形成されている。

キャリアコア又はスカート２３の上面は、本明細書では、実際には、コーティング層が施されることが意図される見かけの表面に対応し（反対側の下面は、好ましくは、コーティング層なしに露出されたままであることが意図されるが）、前記上面は、この目的のために、材料入口側で軸方向に、すなわち、射出ノズルの反対側に配向される。

上面は、径方向に連続して、すなわち、歯車のステアリング軸（ＸＸ’）に沿って延びる溝なしに、径方向内壁２１から外周縁２２まで径方向に延びる。

上面は、ステアリング軸（ＸＸ’）を実質的に横切る平面内に延在する。

上面は、金型３の第１部分３１に対向して延びており、金型３の２つ部分を近づけたときの金型３の第１部分３１と上面との間の隙間が１ｍｍ未満である。

外周縁２２は、歯車のステアリング軸（ＸＸ’）に沿って延びる複数の溝を備えている。

図１、図２、図５及び図６において、キャリアコア２のハブは、特に上面から突出する軸２４を含む。

図３及び図４において、キャリアコア２のハブは、上面と面一である軸２４’を含む。

図７及び図８において、キャリアコア２のハブは、上面と面一であるスリーブ２５を含む。

この金型３は、第１部分３１及びこの第１部分３１に対して並進移動可能な第２部分３２によって形成されている。第２部分３２に対する第１部分３１の相対位置にしたがってって、金型３の２つの別個の位置、すなわち射出位置及び全閉位置が決定される。

図１、図３、図５及び図７は、射出位置にある金型３を示す。

図２、図４、図６及び図８は、全閉位置にある金型３を示す。

キャリアコア２を金型３内に配置した後、必要に応じて、キャリアコア２又は孔の領域を保護することを意図した射出シールド３３が配置され、次いで、ポリマー射出材料内のコーティング層が、キャリアコア２上にオーバーモールディングすることによって形成される。コーティング層は、完成した歯車上に永久的に残るように意図される（すなわち、前記コーティング層は、キャリアコア２上に形成された後、機械加工によって除去されないか、又は少なくとも完全に除去されず、最終歯車上に保持され、その中で前記コーティング層は、特に構造補強の機能的役割を有する）。

射出シールド３３により、キャリアコア２の一部の領域又は孔内での射出材料の射出を回避することが可能になる。

図１及び図２において、射出シールド３３は、キャリアコア２の外周縁２２に向かって射出中、その結果、歯車の外周縁に向かって射出材料が案内されるように、ハブ全体及びキャリアコア２の一部を覆う円錐形状を有する。射出シールド３３は、コールドドロップを集めることを意図したその中心に凹部３４を備えている。

図３及び図４において、射出シールド３３は、射出材料がハブを満たさないようにハブの一部を覆うディスクである。射出シールド３３は、その中心にコールドドロップを集めることを意図した凹部を備える。

オーバーモールディングは、金型３が射出位置にあるときに射出ノズル４を用いて射出法により行う。この位置には、金型の第１部分３１とキャリアコア２又は射出シールド３３との間に空隙３５がある。この空隙３５は、射出中の射出材料の適切な流れを可能にする。射出位置では、次いで、リム１の軸方向厚さＥ＋ａが、最終歯車のリム１の軸方向厚さＥよりも大きい。

図１、図２、図３、図４、図７及び図８では、射出ノズル４は、歯車のステアリング軸（ＸＸ’）に沿って位置決めされた射出点を有する。

図５及び図６において、射出ノズル４は、歯車のステアリング軸（ＸＸ’）から径方向にオフセットして配置された射出点を有する。射出ノズル４は、キャリアコア２内の上面からの止り穴によって形成されたトラップキャビティ３４’に対向して配置されている。

射出ノズル４は、金型３の第１部分３１を金型３の第２部分３２に近づけると射出ノズル４を閉じるシャッタ４１を備える。

射出材料の射出後、金型３の第１部分３１は、空隙３５がもはや存在しないように、金型３の第２部分３２に平行移動可能に近づけられる。次に、射出材料は金型３内で圧縮される。次いで、リム１の軸方向厚さＥは、その最終寸法となる。

この方法により、従来技術よりも材料の浪費が少なくなる。

もちろん、本発明は、添付の図面に記載され、表された実施形態に限定されない。特に、様々な要素の構成に関して、又は技術的均等物の置換によって、本発明の保護範囲を伴った逸脱することなく、変形例が依然として可能である。

Claims (10)

1. キャリアコア（２）の径方向の外周縁（２２）上にリム（１）を製造する工程を含み、
   前記工程において、前記キャリアコア（２）は、歯車の回転軸に対応するステアリング軸（ＸＸ’）の孔を形成する径方向内壁（２１）から、前記外周縁（２２）が少なくとも１つの第１部分（３１）及び１つの第２部分（３２）によって形成された金型（３）内に配置されるまで延在し、
   次いで、射出材料が、少なくとも部分的に前記キャリアコア（２）をオーバーモールディングすることによって被覆するように前記リム（１）を形成するために、少なくとも１つの射出ノズル（４）によって射出される、歯車の製造方法であって、
   前記射出材料の射出後に、前記金型（３）の第１部分（３１）及び前記金型（３）の第２部分（３２）は、前記射出材料が金型（３）内で圧縮されるように互いに近づけられる、
   ことを特徴とする歯車の製造方法。
2. 前記射出ノズル（４）が、前記金型（３）の第１部分（３１）を前記金型（３）の第２部分（３２）に近づけると前記射出ノズル（４）を閉じることができるシャッタ（４１）を備える、
   請求項１に記載の歯車の製造方法。
3. 前記金型（３）の前記第１部分（３１）が、並進運動によって前記金型（３）の前記第２部分（３２）に近づけられる、
   請求項１又は２に記載の歯車の製造方法。
4. 前記射出ノズル（４）が、前記孔のステアリング軸（ＸＸ’）に沿って位置する射出点を有する、
   請求項１～３のいずれか１項に記載の歯車の製造方法。
5. 前記射出点が、前記キャリアコア（２）又は前記孔の少なくとも１つの領域を保護するように意図された射出シールド（３３）の反対側に配置される、
   請求項４に記載の歯車の製造方法。
6. 前記射出ノズル（４）が、前記孔のステアリング軸(ＸＸ’)から径方向にオフセットされた少なくとも１つの射出点を有する、
   請求項１～３のいずれか１項に記載の歯車の製造方法。
7. 前記射出点が、前記キャリアコアに形成されたトラップキャビティ（３４’）の反対側に配置される、
   請求項６に記載の歯車の製造方法。
8. 前記金型が、前記リムに噛み合う歯を直接形成することを可能にする凹部を備える、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の歯車の製造方法。
9. 前記リム（１）が、１ｃｍ以上３ｃｍ以下で、好ましくは１．５ｃｍ以上２．５ｃｍ以下で構成される軸方向厚さ（Ｅ）を有する、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の歯車の製造方法。
10. 前記射出ノズル（４）に対向する前記キャリアコア（２）の上面が、前記径方向内壁（２１）から前記外周縁（２２）まで径方向に連続して延びている、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の歯車の製造方法。

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