JP6481849B2 - 歯車および歯車の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、歯車および歯車の製造方法に関する。

例えば、電動パワーステアリング装置は、操舵補助用の電動モータの回転を、減速機を介して減速すると共に出力を増幅して転舵機構に伝える。これにより、運転者の操作による転舵機構の動作をトルクアシストする。その減速機は、通常、互いに噛み合う小歯車としての金属製ウォームと、大歯車としての樹脂製ウォームホイールとを備えている。ウォームホイールは、例えば、金属製の芯金（スリーブ）の外周に、射出成形（インサート成形）等によって円環状の樹脂部材を形成後、樹脂部材の外周に切削加工等によって歯を形成することによって製造される。樹脂部材は、例えば、ポリアミド（ＰＡ６、ＰＡ６６、ＰＡ４６等）、ポリフェニレンサルファイト（ＰＰＳ）等の樹脂を用いて形成される。

近年、環境負荷軽減の要求に基づいて自動車用部品の軽量化が求められており、電動パワーステアリング装置の減速機もその例外ではない。ウォームホイールのスリーブは金属製であり、電動パワーステアリング装置の全重量に占める比率が高い。そのため、必要な機械的強度および剛性を保持した上で、より軽量な材料の使用が必要である。
この点、近年、軽量かつ高強度・高剛性である繊維強化複合材料が適用された自動車用部品が提案されている。例えば、特許文献１は、金属繊維、炭素繊維、ガラス繊維等の強化繊維を含む樹脂からなる本体部（スリーブ）と、強化繊維を含まない樹脂からなる歯形部とを備える歯車を開示している。本体部には、歯形部の歯部の内部に延びる歯芯部が形成されている。特許文献１の歯車は、強化繊維を含む合成樹脂材料を射出して成形した後、その成形品（本体部）を金型にセットし、強化繊維を含まない合成樹脂材料を射出して歯形部を形成することによって製造される。

特開２００１−３０４３７９号公報

しかしながら、特許文献１では、本体部の周囲に合成樹脂材料を射出することによって本体部と歯形部とが接着されるため、これらの境界面（接着部）の信頼性や耐熱衝撃性が十分ではないという不具合がある。これを改善するため、ローレット加工、ブラスト加工、エッチング処理等によって、本体部の外周面に抜け止めや回り止めを形成してもよいが、加工時に、本体部中の強化繊維が途中で切断されて破壊源になることがある。その結果、本体部の機械的強度や剛性が低下する。

また、特許文献１の開示以外にも、次の例が、繊維強化複合材料を用いる手法として考えられるが、いずれも特許文献１の場合と同様の不具合を生じる場合がある。
（１）炭素繊維プリプレグ（熱硬化性樹脂が含浸された炭素繊維シート・テープ）をシートワインディング法によって円環状に成形し、その外周を切削加工することによって歯を形成する。しかしながら、切削加工によって歯を形成する際に炭素繊維が切断され、歯車の機械的強度や剛性が低下する。さらに、歯の先端まで炭素繊維が含有される構造上、歯の剛性が高く靭性（柔軟性）が失われるため、ラトル音が発生し易いという問題もある。
（２）スリーブのみを上記のシートワインディング成形によって得られる炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics）で形成し、これとは別に用意した樹脂製の歯部を当該スリーブに接着する。
（３）スリーブのみを上記のシートワインディング成形によって得られるＣＦＲＰで形成し、当該スリーブを射出成形機の金型にセットし、歯部用の樹脂を射出する。

（２）および（３）では、歯部が炭素繊維を含有しなくてもよいので、歯部の靭性および耐衝撃性を保持できるかもしれないが、まさに特許文献１と同様の不具合が発生する。すなわち、スリーブと歯部との境界面（接着部）の信頼性や耐熱衝撃性が十分ではない一方、ローレット加工等によってこれを改善しようとすると、スリーブ中の強化繊維が途中で切断され、スリーブの機械的強度や剛性が低下する。

また、上記（１）〜（３）の手法では全て熱硬化性ＣＦＲＰが使用されるが、樹脂の流動化時間を含めると硬化反応の完了までに５時間以上を要し、一般的な自動車部品のサイクルタイム（Ｃ／Ｔ）に比べて長くなる。そのため、製造コストが増加する。一方、熱硬化性樹脂よりも短時間で成形可能な熱可塑性樹脂を用いた炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＴＰ：Carbon Fiber Reinforced Thermo Plastics）を使用することもできるが、ＣＦＲＴＰのプリプレグは硬くてタック性がないため、上記のシートワインディング成形によって円環状にすることが困難である。

そこで、本発明の目的は、歯部の靭性および耐衝撃性を高く保持しながら、スリーブ部の機械的強度および剛性を向上でき、しかも、当該スリーブ部と歯部とが連続層として存在する歯車を短いサイクルタイムで製造できる歯車の製造方法、およびこの方法によって得られる歯車を提供することである。

請求項１に記載の発明は、強化繊維シート（５）と、前記強化繊維シートとは別体で固体の第１熱可塑性樹脂シート（９）とを円筒状に積層することによって、スリーブ部（３）を形成する第１積層工程と、前記スリーブ部（３）の外周に、前記第１熱可塑性樹脂シートよりも高い数平均分子量を有する固体の熱可塑性樹脂からなる第２熱可塑性樹脂シート（１０）を積層することによって、歯形成部（１２）を形成する第２積層工程と、前記第１熱可塑性樹脂シートおよび前記第２熱可塑性樹脂シートの両方が溶融するまで加熱および加圧する加熱加圧工程と、前記歯形成部の外周に歯（６）を形成することによって歯部（４）に加工する歯部形成工程とを含む、歯車（１）の製造方法である。

請求項２に記載の発明は、前記歯部形成工程は、前記加熱加圧工程に歯型（１４，１５）を用いることによって、当該加熱加圧工程と同時に行われる工程を含む、請求項１に記載の歯車の製造方法である。
請求項３に記載の発明は、前記歯部形成工程は、前記加熱加圧工程の終了後、前記歯形成部を歯切り加工する工程を含む、請求項１に記載の歯車の製造方法である。

請求項４に記載の発明は、前記第１熱可塑性樹脂シートは、２５０００以下の数平均分子量を有する樹脂を含み、前記第２熱可塑性樹脂シートは、２５０００よりも大きい数平均分子量を有する樹脂を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の歯車の製造方法である。
請求項５に記載の発明は、前記第２熱可塑性樹脂シートは、フィラーを含有するシートを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の歯車の製造方法である。

請求項６に記載の発明は、前記加熱加圧工程の終了後、成形された円筒構造物を各歯車に応じた大きさに個片化する工程をさらに含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の歯車の製造方法である。
請求項７に記載の発明は、中心に貫通孔（２）を有する円環状の歯車であって、一方表面および他方表面が前記貫通孔の周方向に沿うように積層された強化繊維シートを内部に含む第１熱可塑性樹脂からなるスリーブ部と、外周に歯が刻まれ、前記第１熱可塑性樹脂よりも高い数平均分子量を有する第２熱可塑性樹脂からなる歯部とを含み、前記スリーブ部の領域と前記歯部の領域との境界は、物理的な境界面を備えない樹脂の連続層として形成されている、歯車である。

なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号によって特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

請求項１に記載の発明によれば、加熱加圧工程によって第１熱可塑性樹脂シートと第２熱可塑性樹脂シートとが相溶するので、スリーブ部および歯形成部（歯部）が一体化され、互いに連続層として形成される。これにより、スリーブ部に対してローレット加工等の処理を施さなくて済むので、スリーブ部の表面がダメージを受けることがない。その結果、強化繊維シートの連続繊維が切断されることがないか、あっても少なく、元の形状に保持されるので、当該強化繊維シートによって、スリーブ部の機械的強度および剛性を向上させることができる。しかも、スリーブ部および歯形成部（歯部）が一体化する過程において、歯形成部（歯部）側に強化繊維シートが必要でない。そのため、スリーブ部の機械的強度および剛性の向上と両立して、歯部の靭性および耐衝撃性を高く保持することができる。

また、スリーブ部および歯部のどちらにも熱可塑性樹脂を用いるので、硬化のために化学反応を要する熱硬化性樹脂とは異なり、軟化した樹脂を冷却するだけで硬化させることができる。そのため、短いサイクルタイムで上記の歯車を製造することができる。
さらに、スリーブ部においては、加熱加圧工程を経ることで、溶融した熱可塑性樹脂を強化繊維シートの繊維中に含浸できるので、スリーブ部の材料として熱可塑性樹脂のプリプレグを使用しなくてよい。そのため、熱可塑性樹脂のプリプレグ特有の低タック性や低柔軟性に起因する生産性の低下を防止することもできる。

請求項２に記載の発明によれば、スリーブ部および歯形成部（歯部）の一体化と同時に歯を形成できるので、製造工程の工程数を減らすことができる。
請求項３に記載の発明によれば、硬化後の樹脂に歯を刻むので、歯を精密に形成することができる。これにより、相手方ギアに対する噛み合わせ精度を向上できるので、ラトル音の発生を良好に防止することができる。

請求項４に記載の発明によれば、スリーブ部においては相対的に低い数平均分子量の樹脂を強化繊維シートに含浸し易くできる一方、歯部においては、相対的に高い数平均分子量の樹脂によって、歯部の強度、耐摩耗性等を向上させることができる。
請求項５に記載の発明によれば、歯部の良好な柔軟性を維持しながら、歯部の高い靭性や強度、耐摩耗性、耐衝撃性等をさらに向上させることができる。

請求項６に記載の発明によれば、複数の歯車を一度に形成できるので、歯車の生産性を向上させることができる。
請求項７に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明によって製造されるので、歯部の靭性および耐衝撃性を高く保持しながら、スリーブ部の機械的強度および剛性を向上でき歯車を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る歯車の模式的な斜視図である。 図２は、前記歯車の製造工程の一部を説明するための図であって、シート類を芯材に巻き付ける工程を示す。 図３（ａ）（ｂ）は、前記シート類の巻き付けに関連する工程を示す図である。図３（ａ）は前記シート類を同心円状に巻いていく例を示し、図３（ｂ）は前記シート類を螺旋状に巻いていく例を示している。 図４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、前記シート類のうち強化繊維シートの繊維の配向方向と巻き付け方向との関係を示す図である。 図５は、前記シート類の巻き付け完了後の芯材を示す図である。 図６（ａ）（ｂ）は、前記シート類を用いた円筒構造物の加熱加圧工程を示す図である。図６（ａ）は通常のプレス加工の例を示し、図６（ｂ）はスライドコア式のプレス加工の例を示す。 図７は、図６（ａ）（ｂ）に示すプレス加工後の前記円筒構造物から芯材を抜く工程を示す図である。 図８は、図７に示す前記円筒構造物を歯車サイズの円環構造物に個片化する工程を示す図である。 図９（ａ）（ｂ）は、前記シート類を用いた円筒構造物の加熱加圧工程を示す図である。図９（ａ）は通常のプレス加工の例を示し、図９（ｂ）はスライドコア式のプレス加工の例を示す。 図１０は、図９（ａ）（ｂ）に示すプレス加工後の前記円筒構造物から芯材を抜く工程を示す図である。 図１１は、図１０に示す前記円筒構造物を歯車サイズの円環構造物に個片化する工程を示す図である。 図１２は、図１１で個片化された各前記円環構造物に歯切り加工を施す工程を示す図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る歯車１の模式的な斜視図である。
歯車１は、中心に貫通孔２を有する円環状に形成されている。貫通孔２には、図示しないシャフト（例えば、パワーステアリング機構のロアシャフト等）が挿入される。
歯車１は、一体物の樹脂成形品で構成されており、貫通孔２から同心円状にスリーブ部３および歯部４を含む。スリーブ部３および歯部４は、互いに樹脂の連続層として形成されており、この実施形態では、内部に強化繊維シート５を含むか否かに基づいて区別される。スリーブ部３は、内部に強化繊維シート５が分布する円環状の領域として定義される。一方、歯部４は、スリーブ部３の周囲領域であって、強化繊維シート５を内部に含まない円環状の領域として定義される。歯部４の外周には、周方向に沿って複数の歯６が刻まれている。ここで、２つの領域（この実施形態では、スリーブ部３と歯部４）が連続層を形成している構成とは、２つの領域の間に物理的な境界面がないことを意味する。例えば、樹脂材料の相違による材料相の結晶粒界等の境界は、スリーブ部３と歯部４との間に存在していてもよい。一方、物理的な境界面は、例えば、金属製または樹脂製のスリーブ部の外周に歯部を別途射出成形したときに、当該スリーブ部と歯部との間に現れることがある。なお、図１では、明瞭化のため、スリーブ部３と歯部４との間に架空の境界７を示している（図２以降でも同じ）。

強化繊維シート５は、スリーブ部３内において、その一方表面および他方表面が貫通孔２の周方向に沿うように積層されている。例えば、複数枚の強化繊維シート５が同心円状に巻回されていてもよいし、一枚の強化繊維シート５が螺旋状に巻回されていてもよい。強化繊維シート５を構成する繊維としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維の種々の繊維が挙げられる。特に、歯車１のスリーブ部３をできるだけ高強度でかつ高剛性とするために、炭素繊維が好ましい。また、炭素繊維としては、当該効果を一層向上することを考慮すると、引張強度が３０００ＭＰａ以上で、かっ引張弾性率が２００ＧＰａ以上であるものが好ましい。

また、強化繊維シート５の形態は、強化繊維を経糸（たていと）と緯糸（よこいと）に交互に配向（織る）させたクロス材であってもよいし、強化繊維を一方向に配向させたＵＤ（Uni Direction）材であってもよい。また、クロス材の織り方としては、平織、綾織、朱子織、からみ織、模紗織、斜紋織等、一般的に知られている織り方が挙げられるが、樹脂を含浸できるものであればこれらに限られない。

また、歯車１は、フィラー等の添加剤を含有していてもよい。フィラーを含有することによって、特に、強化繊維を含まない歯部４の良好な柔軟性を維持しながら、当該歯部４の高い靭性や強度、耐摩耗性、耐衝撃性等をさらに向上させることができる。また、フィラーを、強化繊維シート５間にも浸透させてスリーブ部３、ひいては歯車１の全体での強度や剛性をもさらに向上することができる。

フィラーとしては、例えば、ガラス繊維、カーボン繊維等の短繊維状のフィラーや、ガラスフレーク等の板状のフィラー、あるいはカーボンナノチューブやカーボンナノファイバ等の微細強化が可能なフィラー等の１種または２種以上が挙げられる。
次に、図２〜図８を参照して、歯車１の製造方法を詳細に説明する。
歯車１を製造するには、まず、図２に示すように、芯材８と、芯材８に巻き付けるための、前述の強化繊維シート５、第１熱可塑性樹脂シート９および第２熱可塑性樹脂シート１０とが準備される。芯材８は、例えば、マンドレル等の一般的な金属製の芯材であってよい。また、強化繊維シート５は、プリプレグのように予め樹脂がシートに含浸されたものとは異なるドライシートが使用される。また、歯車１にフィラーを含有させる場合には、予め、フィラーを含有した第１熱可塑性樹脂シート９および第２熱可塑性樹脂シート１０を準備しておくことが好ましい。特に、フィラーは、歯部４の靭性等を向上させることを考慮して、第２熱可塑性樹脂シート１０に含有させておくことが好ましい。

第１熱可塑性樹脂シート９および第２熱可塑性樹脂シート１０の原料樹脂としては、例えば、脂肪族ポリアミド（ＰＡ６、ＰＡ６６、ＰＡ１２、ＰＡ６１２、ＰＡ６１０、ＰＡ１１等）、芳香族ポリアミド（ＰＡ６Ｔ、ＰＡ９Ｔ、ＰＰＡ）、ポリアセタール、ポリカーボネート等のエンジニアリングプラスチック、例えば、フッ素樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ：Polyether ether ketone）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ：Polyphenylene sulfide）等のスーパーエンジニアリングプラスチックが挙げられる。

第１熱可塑性樹脂シート９および第２熱可塑性樹脂シート１０の原料樹脂は、上記例示の樹脂、およびシート化可能なあらゆる熱可塑性樹脂から選択することができるが、第２熱可塑性樹脂シート１０の数平均分子量が、第１熱可塑性樹脂シート９の数平均分子量よりも大きいことが好ましい。これにより、スリーブ部３においては相対的に低い数平均分子量の樹脂を強化繊維シート５の繊維中に含浸し易くできる一方、歯部４においては、相対的に高い数平均分子量の樹脂によって、歯部４の強度、耐摩耗性等を向上させることができる。

より具体的には、第１熱可塑性樹脂シート９が２５０００以下の数平均分子量を有する樹脂からなり、第２熱可塑性樹脂シート１０が２５０００よりも大きい数平均分子量を有する樹脂からなることが好ましい。第１熱可塑性樹脂シート９および第２熱可塑性樹脂シート１０は、親和性の観点から同系樹脂が好ましく、具体的には、ＰＡ樹脂からなり、より好ましくは、ＰＡ６６樹脂からなる。

また、芯材８への巻き易さを考慮すると、各シート５，９，１０の厚さの好適範囲は、次の通りである。強化繊維シート５が、例えば、０．０５ｍｍ〜０．３５ｍｍ厚であり、第１熱可塑性樹脂シート９が、例えば、０．０１ｍｍ〜０．３ｍｍ厚であり、第２熱可塑性樹脂シート１０が、例えば、０．０１ｍｍ〜０．３ｍｍ厚である。
さらに、強化繊維シート５の表面は、樹脂との良好な密着性を確保するため、例えば、ウレタン系、エポキシ系、アクリル系、ビスマレイミド系等の各種サイジング剤で処理されていることが好ましい。また、芯材８の周面には、後の脱芯工程でスリーブ部３の貫通孔２から芯材８が容易に抜けるように、離型処理を施しておくことが好ましい。

そして、まずは強化繊維シート５および第１熱可塑性樹脂シート９が複数枚、所定の積層厚さ（例えば、５ｍｍ〜２５ｍｍ）になるまで芯材８に巻き付けられる。芯材８に接するシートは、強化繊維シート５および第１熱可塑性樹脂シート９のどちらであってもよい。また、強化繊維シート５および第１熱可塑性樹脂シート９は、一枚ずつ交互に積層するように巻き付けられてもよいし、それぞれが複数枚連続して巻き付けられてもよい。これらのシート５，９の枚数や積層厚さは、例えば、強化繊維シート５および第１熱可塑性樹脂シート９の積層によって形成される円筒構造物（スリーブ部３）に占める強化繊維シート５の充填量（Ｖｆ）に基づいて設定することができる。強化繊維シート５の充填量（Ｖｆ）は、例えば、３５〜７０％であることが好ましい。充填量（Ｖｆ）がこの範囲であれば、強化繊維シート５の繊維中に樹脂を均一に含浸させることができると共に、減速機に要求される強度および剛性を確保することができる。

また、強化繊維シート５および第１熱可塑性樹脂シート９の巻き付け方は、例えば、図３（ａ）および図３（ｂ）に示される。
図３（ａ）では、芯材８の周長とほぼ同じ長さの幅Ｗ（図２参照）を有する強化繊維シート５および第１熱可塑性樹脂シート９が、一枚ずつ、芯材８の周方向に沿って同心円状に積層されていく。この場合、シート５，９に生じる継ぎ目１１は、図３（ａ）に示すように、芯材８の周方向に沿って互いにずらした位置に配置されることが好ましい。これにより、シート５，９からなる円筒状のスリーブ部３の形状が歪むことを抑制することができる。

一方、図３（ｂ）では、強化繊維シート５および第１熱可塑性樹脂シート９が螺旋状に積層されていく。この場合、シート５，９を互いに重ね合わせた状態（プリプレグではない）で同時に巻き付けていくことによって、最終的には、シート５，９が交互に積層した状態となる。
また、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、強化繊維シート５については、スリーブ部３に要求される荷重特性（引張荷重、圧縮荷重、曲げ荷重、ねじり荷重等）を考慮して、巻き付け方向（芯材８の周方向であって、最終的には貫通孔２の周方向）に対する繊維の配向方向Ｄを定めることが好ましい。例えば、図４（ａ）に示すように、繊維の配向方向Ｄが芯材８の周方向に平行であってもよいし、図４（ｂ）に示すように、繊維の配向方向Ｄが芯材８の周方向に直交していてもよい。さらに、図４（ｃ）に示すように、準備した強化繊維シート５の一部を適宜カットして切り出したシート５を巻き付けることによって、繊維の配向方向Ｄが芯材８の周方向に斜めに交差していてもよい。なお、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、強化繊維シート５の繊維の配向方向Ｄと巻き付け方向との関係を示す一例に過ぎず、製造者は、繊維の配向方向Ｄを適宜調節することができる。

強化繊維シート５および第１熱可塑性樹脂シート９の巻き付け後、さらに、第２熱可塑性樹脂シート１０が単独で巻き付けられる。このシート１０の巻き付け方にも、図３（ａ）（ｂ）で示した手法を採用することができる。そして、第２熱可塑性樹脂シート１０が所定の積層厚さ（例えば、５ｍｍ〜２０ｍｍ）になった時点で、シート５，９，１０の巻き付けが完了する。以上の工程を経て、図５に示すように、スリーブ部３および歯形成部１２を備える円筒構造物１３（樹脂製パイプ）が得られる。

次に、図６（ａ）（ｂ）に示すように、芯材８が装着されたままの円筒構造物１３がプレス金型１４，１５にセットされ、第１熱可塑性樹脂シート９および第２熱可塑性樹脂シート１０が溶融するまで加熱しながら加圧される。これにより、第１熱可塑性樹脂シート９および第２熱可塑性樹脂シート１０の各積層樹脂シートが流動化して相溶することによって、それぞれ、円環状のスリーブ部３および歯形成部１２に成形される。また、スリーブ部３において強化繊維シート５の繊維中に樹脂が均一に含浸されると共に、スリーブ部３と歯形成部１２との境界付近では、流動化した第１熱可塑性樹脂シート９および第２熱可塑性樹脂シート１０が相溶して、スリーブ部３と歯形成部１２が一体化する。

溶融温度における樹脂のメルトフローレート（ＭＦＲ）は、例えば、１０ｇ／１０ｍｉｎ以上（好ましくは、３０ｇ／１０ｍｉｎ以上）である。メルトフローレートがこの範囲であれば、強化繊維シート５の繊維中に樹脂を良好に含浸させることができる。なお、メルトフローレートを上記の範囲に調整するため、樹脂には減粘剤や分散剤、固化速度低減のための非晶質樹脂等を適宜添加していてもよい。

また、プレス金型は、歪の少ない円筒状の成形品を得るために、通常の上下プレス用の金型１４（図６（ａ）参照）よりも、スライドコア式の分割金型１５（図６（ｂ）参照）であることが好ましい。これにより、円筒構造物１３の周面全体を均一に加圧することができる。さらに、図６（ａ）（ｂ）に示すように、歯６に対応するパターンの歯型を有する金型１４，１５を用いることによって、スリーブ部３および歯形成部１２の一体化と同時に、歯６を形成することができる。すなわち、歯６を備える歯部４が同時に形成される。

そして、例えば、加熱および加圧状態で１分〜１５分程度放置された後、金型１４，１５が冷却される。その後、図７に示すように、歯６が刻まれた円筒構造物１３が金型１４，１５から取り出され、芯材８が抜き取られる。最後に、図８に示すように、円筒構造物１３から歯車１が一つずつ切り出されることによって、図１に示す歯車１が得られる。
なお、得られた歯車１の貫通孔２の内径の精度は、芯材８の外径の精度によって決定される。そのため、芯材８の外径の精度を高め、貫通孔２へのシャフトの圧入の精度を向上させることができる。ただし、歯車１の個片化の後、貫通孔２内を切削加工して所定の精度に仕上げてもよい。

以上の方法によれば、図６（ａ）（ｂ）に示す加熱加圧工程によって第１熱可塑性樹脂シート９と第２熱可塑性樹脂シート１０とが相溶するので、スリーブ部３および歯形成部１２（歯部４）が一体化され、互いに連続層として形成される。これにより、スリーブ部３に対してローレット加工等の処理を施さなくて済むので、スリーブ部３の表面（周面）がダメージを受けることがない。その結果、強化繊維シート５の連続繊維が切断されることがないか、あっても少なく、元の形状に保持されるので、当該強化繊維シート５によって、スリーブ部３の機械的強度および剛性を向上させることができる。しかも、スリーブ部３および歯形成部１２（歯部４）が一体化する過程において、歯形成部１２（歯部４）側に強化繊維シート５が必要でない。そのため、スリーブ部３の機械的強度および剛性の向上と両立して、歯部４の靭性および耐衝撃性を高く保持することができる。

また、スリーブ部３および歯部４のどちらにも熱可塑性樹脂を用いるので、硬化のために化学反応を要する熱硬化性樹脂とは異なり、軟化した樹脂を冷却するだけで硬化させることができる（例えば、０．５分〜５分間）。そのため、短いサイクルタイムで上記の歯車１を製造することができる。
さらに、スリーブ部３においては、加熱加圧工程を経ることで、溶融した熱可塑性樹脂を強化繊維シート５の繊維中に含浸できるので、スリーブ部３の材料として熱可塑性樹脂のプリプレグを使用しなくてよい。そのため、熱可塑性樹脂のプリプレグ特有の低タック性や低柔軟性に起因する生産性の低下を防止することもできる。

そして、上記の工程を経て得られる図１の歯車１は、前述したように、強化繊維シート５を含み高強度で高剛性のスリーブ部３と、上記強化繊維シート５を含まない樹脂からなるため柔軟で靭性に優れラトル音等を生じにくい上、耐衝撃性にも優れた歯部４とが樹脂の連続層によって強固に一体化され、軽量である。
そのため、歯車１を、例えば、電動パワーステアリング装置の減速機にウォームホイールとして組み込むことによって、当該減速機の、ひいては電動パワーステアリング装置の大幅な軽量化が可能となる。例えば、金属製のスリーブ部を備えるウォームホイールを用いる場合に比べて５０％程度の軽量化を達成することができる。

本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、他の実施形態で実施することもできる。
例えば、円筒構造物１３の加熱加圧工程では、図９（ａ）（ｂ）に示すように、金型１４，１５が歯型を有していなくてもよい。この場合、歯６の形成は、滑らかな周面を有する円筒構造物１３が金型から取り出され（図１０参照）、歯車１の半製品１６（円環構造物）が一つずつ切り出された後（図１１参照）、図１２に示すように、各半製品１６の外周をボブカッター等で切削加工することによって行えばよい。

また、例えば、第１熱可塑性樹脂シート９と第２熱可塑性樹脂シート１０は、互いに全く同じ樹脂からなっていてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１…歯車、２…貫通孔、３…スリーブ部、４…歯部、５…強化繊維シート、６…歯、８…芯材、９…第１熱可塑性樹脂シート、１０…第２熱可塑性樹脂シート、１２…歯形成部、１３…円筒構造物、１４…金型、１５…金型

Claims (7)

1. 強化繊維シートと、前記強化繊維シートとは別体で固体の第１熱可塑性樹脂シートとを円筒状に積層することによって、スリーブ部を形成する第１積層工程と、
   前記スリーブ部の外周に、前記第１熱可塑性樹脂シートよりも高い数平均分子量を有する固体の熱可塑性樹脂からなる第２熱可塑性樹脂シートを積層することによって、歯形成部を形成する第２積層工程と、
   前記第１熱可塑性樹脂シートおよび前記第２熱可塑性樹脂シートの両方が溶融するまで加熱および加圧する加熱加圧工程と、
   前記歯形成部の外周に歯を形成することによって歯部に加工する歯部形成工程とを含む、歯車の製造方法。
2. 前記歯部形成工程は、前記加熱加圧工程に歯型を用いることによって、当該加熱加圧工程と同時に行われる工程を含む、請求項１に記載の歯車の製造方法。
3. 前記歯部形成工程は、前記加熱加圧工程の終了後、前記歯形成部を歯切り加工する工程を含む、請求項１に記載の歯車の製造方法。
4. 前記第１熱可塑性樹脂シートは、２５０００以下の数平均分子量を有する樹脂を含み、
   前記第２熱可塑性樹脂シートは、２５０００よりも大きい数平均分子量を有する樹脂を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の歯車の製造方法。
5. 前記第２熱可塑性樹脂シートは、フィラーを含有するシートを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の歯車の製造方法。
6. 前記加熱加圧工程の終了後、成形された円筒構造物を各歯車に応じた大きさに個片化する工程をさらに含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の歯車の製造方法。
7. 中心に貫通孔を有する円環状の歯車であって、
   一方表面および他方表面が前記貫通孔の周方向に沿うように積層された強化繊維シートを内部に含む第１熱可塑性樹脂からなるスリーブ部と、
   外周に歯が刻まれ、前記第１熱可塑性樹脂よりも高い数平均分子量を有する第２熱可塑性樹脂からなる歯部とを含み、
   前記スリーブ部の領域と前記歯部の領域との境界は、物理的な境界面を備えない樹脂の連続層として形成されている、歯車。

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