JP4513697B2

JP4513697B2 - 樹脂金属複合ベベルギヤの製造法

Info

Publication number: JP4513697B2
Application number: JP2005259146A
Authority: JP
Inventors: 伸一田原; 俊太朗石井
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Priority date: 2005-09-07
Filing date: 2005-09-07
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2025-09-07
Also published as: JP2007071298A

Description

本発明は、自動車部品等として適した樹脂金属複合ベベルギヤの製造法に関する。

樹脂製ギヤは、歯の噛み合い時の騒音発生を抑えるために金属製ギヤと噛み合う相手ギヤとして用いられ、高強度と耐久性が要求される。

従来、樹脂製ベベルギヤとして、補強繊維基材に樹脂を含浸したリング状樹脂成形体に歯を形成したものが提案されている。例えば、特許文献１に開示される次の技術である。
すなわち、帯状の補強繊維基材を準備する。この帯状の補強繊維基材を金属製ブッシュの外周に重ね巻きし筒状体を形成する。そして、金属製ブッシュと筒状体を成形金型に収容し、筒状体に樹脂を含浸し、加熱成形して金属製ブッシュと一体となったギヤ素形体を成形する。そして、ギヤ素形体の軸方向端面に切削加工により歯を形成する。

特開２００５−１４０１４０号公報

上記の樹脂製ベベルギヤは、帯状の補強繊維基材を重ね巻きしてなる筒状体の軸方向端面に歯が付与されているため、歯にかかる負荷の方向が筒状体の軸方向と交差した構成となり、強度面で理想的と言える。
しかし、歯部が樹脂のみで構成されているため、強度と耐久性に限界があり、更なる向上が要望されていた。

本発明が解決しようとする課題は、歯部の材質および形状を工夫して、耐久性を向上させた樹脂金属複合ベベルギヤを製造することである。

上記課題を解決するために、本発明は、樹脂金属複合ベベルギヤの製造を次のように行なう。すなわち、第１の製造法は、金属製ブッシュの径方向外側周囲に段部を形成し、該段部は立ち上っている上方が径方向外側にせり出した形状であり、前記段部にリング状の補強繊維基材を嵌め合せ、閉じた金型内で前記補強繊維基材に液状樹脂を浸透させて、金属製ブッシュと液状樹脂含浸補強繊維基材からなるギヤ素形体を成形し、前記ギヤ素形体に補強繊維基材側から金属部と樹脂部を含むように切削加工により歯を形成することを特徴とする（請求項１）。

第２の製造法は、金属製ブッシュの一面に金属製ブッシュと同心にリング状溝を形成し、該リング状溝は上方の開口が底部より狭い形状であり、前記リング状溝にリング状の補強繊維基材を圧入し、閉じた金型内で前記補強繊維基材に液状樹脂を浸透させて、金属製ブッシュと液状樹脂含浸補強繊維基材からなるギヤ素形体を成形し、前記ギヤ素形体に補強繊維基材側から少なくとも径方向外側の金属部と樹脂部を含むように切削加工により歯を形成することを特徴とする（請求項２）。

上述のように、本発明に係る樹脂金属複合ベベルギヤ製造法によれば、歯幅方向において金属部と樹脂部から構成された歯部を形成することができる。ギヤ素形体を切削加工により歯を形成する際、樹脂部が金属部より弾力性がありたわみ易いため、歯面を面一に加工しても加工後においては樹脂部が金属部よりも突出する。このため、通常の噛み合い時には樹脂部が先に相手ギヤに当たり、ギヤ同士の噛み合い音が低減される。また、歯部に高負荷を受けたときは樹脂部が変形して金属部が負荷を受けるため、歯部が樹脂のみの場合と比較して歯元強度が著しく向上する。

金属製ブッシュの周囲に形成された段部もしくは金属製ブッシュと同心に形成されたリング状溝は、上方部がせり出したもしくは底部より狭い形状となっているため、歯部に負荷を受けた際、樹脂部の脱落を防止する抜け止めの効果を付与する。また、金属製ブッシュの周囲に形成された段部もしくは金属製ブッシュと同心に形成されたリング状溝の底部に凹凸形状を形成することにより、補強繊維基材を前記凹凸形状に食い込ませることで樹脂部と金属製ブッシュの一体化を強固なものとし、回り止めの効果を付与する。

本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る樹脂金属複合ベベルギヤであって、歯幅方向の外周部側が樹脂部である場合であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は縦断面図を示したものである。
回転軸との締結部は信頼性の関係から金属製ブッシュ２を用いる。この金属製ブッシュ２の周囲に段部３を形成し、樹脂部１の回り止め５として凹凸形状、抜け止め６として段部３の立ち上っている上方が径方向外側にせり出した形状とし、この部分にリング状の補強繊維基材を嵌め合せ、閉じた金型内で前記補強繊維基材に液状樹脂を浸透させて樹脂部１を形成する。リング状の補強繊維基材は、アラミド繊維、カーボン繊維、ガラス繊維等の糸を筒状に編んだ筒状体を準備し、この筒状体を端部から軸方向に巻き上げて構成したものである。そのほか、シート状の補強繊維基材を紙縒り状に巻き、その両端を重ねてリング状に形成してもよい。また、液状樹脂は、架橋ポリアミノアミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等を使用することができる。このギヤ素形体を補強繊維基材側から金属部と樹脂部を含むように切削加工により歯を形成する際、樹脂部が金属部より弾力性がありたわみ易いため、歯面を面一に加工しても加工後においては樹脂部が金属部よりも突出する。このため、通常の噛み合い時には樹脂部が先に相手ギヤに当たり、ギヤ同士の噛み合い音が低減される。また、歯部に高負荷を受けたときは樹脂部が変形して金属部が負荷を受けるため、歯部が樹脂のみの場合と比較して歯元強度が著しく向上する。

図２は、本発明の他の実施の形態に係る樹脂金属複合ベベルギヤであって、歯幅方向の内周部側が樹脂部である場合であり、図３は、本発明のさらに他の実施の形態に係る樹脂金属複合ベベルギヤであって、歯幅方向の中央部が樹脂部である場合を示したものである。
金属製ブッシュ２と同心にリング状溝４を形成し、樹脂部１の回り止め５として凹凸形状、抜け止め６として上方の開口が底部より狭い形状とし、この部分にリング状の補強繊維基材を圧入し、閉じた金型内で前記補強繊維基材に液状樹脂を浸透させて樹脂部１を形成する。なお、図２のリング状溝４は歯幅方向の内周部側が樹脂部となるように、図３のリング状溝４は歯幅方向の中央部が樹脂部となるように、それぞれ形成したものである。噛み合い音の低減、歯元強度の向上については、前述のとおりである。

本発明の実施例について、図６を参照しながら説明する。
実施例１
図６（ａ）において、パラ系アラミド繊維とメタ系アラミド繊維を質量比５０／５０の割合で混紡した糸を筒状に編んだ筒状体７を準備し、この筒状体７を端部から軸方向に巻き上げて、リング状の補強繊維基材８とする。図６（ｂ）において、図１に示すように径方向外側周囲に段部を形成した金属製ブッシュ２と前記補強繊維基材８を成形金型９に配置した後、金型内を脱気し真空状態とする。ここに溶融させた架橋ポリアミノアミド樹脂１０を注入し、補強繊維基材８に浸透、硬化させ、ギヤ素形体を得た。本実施例の形態は、金属製ブッシュ２の外周に補強繊維基材８を挿入するため作業性が良く、また成形金型９のゲートが補強繊維基材８に直結しているため成形性も良好である。前記ギヤ素形体を、補強繊維基材側から金属部と樹脂部を含むように所定の寸法に切削加工、歯切り加工を行い、軸角９０°の樹脂金属複合ベベルギヤを得た。

従来例１
パラ系アラミド繊維とメタ系アラミド繊維を質量比５０／５０の割合で混紡した糸を用いた平織りの布を所定幅（金属製ブッシュ２の厚さ寸法の１．２倍）で裁断して帯状の補強繊維基材を準備し、この帯状の補強繊維基材を図５に示す金属製ブッシュの外周に重ね巻きし筒状体を形成する。前記金属製ブッシュ２と筒状体を成形金型に配置した。その後は実施例１と同様にして樹脂製ベベルギヤを得た。

比較例１
切削加工により、実施例１と同形状の鋼製（Ｓ４５Ｃ）のベベルギヤを得た。

上記実施例、従来例、比較例で作製したベベルギヤを用いて、噛み合い音評価、モータリング耐久評価を行った結果を表２、図４にそれぞれ示す。測定方法は、以下に示すとおりである。
噛み合い音評価：ギヤの噛み合い部に集音マイクを設置し、表１に示す条件によりギヤを駆動させたときの騒音をＦＦＴアナライザで周波数解析し、音圧を比較した。
表２の値は、比較例１を１００としたときの指数で表わしたものである。
モータリング耐久評価：表１に示す条件によりギヤを駆動させ、ベベルギヤが破壊するまでのサイクル数を測定した。なお、ベベルギヤが正方向７回転、逆方向７回転を１サイクルとした。

表２から明らかなように、本発明による樹脂金属複合ベベルギヤは、鋼製（Ｓ４５Ｃ）のベベルギヤと比較して音圧レベル指数が小さく、噛み合い音の低減効果を付与できる。また、図４から明らかなように、本発明による樹脂金属複合ベベルギヤは、疲労寿命の大幅な向上により耐久性を付与できることが理解できる。

本発明の実施の形態に係る樹脂金属複合ベベルギヤであって、歯幅方向の外周部側が樹脂部である場合であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は縦断面図を示したものである。本発明の他の実施の形態に係る樹脂金属複合ベベルギヤであって、歯幅方向の内周部側が樹脂部である場合であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は縦断面図を示したものである。本発明のさらに他の実施の形態に係る樹脂金属複合ベベルギヤであって、歯幅方向の中央部が樹脂部である場合であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は縦断面図を示したものである。本発明に係る実施例における樹脂金属複合ベベルギヤのモータリング耐久評価結果を示す曲線図である。従来の樹脂製ベベルギヤであり、（ａ）は上面図、（ｂ）は縦断面図を示したものである。本発明が対象とする樹脂金属複合ベベルギヤの製造過程を示す説明図であり、（ａ）はリング状の補強繊維基材の製造過程を示す説明図、（ｂ）は樹脂金属複合ベベルギヤを成形する様子を示す断面説明図である。

符号の説明

１は樹脂部
２は金属製ブッシュ
３は段部
４はリング状溝
５は回り止め
６は抜け止め
７は筒状体
８は補強繊維基材
９は成形金型
１０は架橋ポリアミノアミド樹脂

Claims

金属製ブッシュの径方向外側周囲に段部を形成し、該段部は立ち上っている上方が径方向外側にせり出した形状であり、前記段部にリング状の補強繊維基材を嵌め合せ、閉じた金型内で前記補強繊維基材に液状樹脂を浸透させて、金属製ブッシュと液状樹脂含浸補強繊維基材からなるギヤ素形体を成形し、前記ギヤ素形体に補強繊維基材側から金属部と樹脂部を含むように切削加工により歯を形成することを特徴とする樹脂金属複合ベベルギヤの製造法。
金属製ブッシュの一面に金属製ブッシュと同心にリング状溝を形成し、該リング状溝は上方の開口が底部より狭い形状であり、前記リング状溝にリング状の補強繊維基材を圧入し、閉じた金型内で前記補強繊維基材に液状樹脂を浸透させて、金属製ブッシュと液状樹脂含浸補強繊維基材からなるギヤ素形体を成形し、前記ギヤ素形体に補強繊維基材側から少なくとも径方向外側の金属部と樹脂部を含むように切削加工により歯を形成することを特徴とする樹脂金属複合ベベルギヤの製造法。