JP6492640B2

JP6492640B2 - 歯車の製造方法、金型、歯車

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Publication number: JP6492640B2
Application number: JP2014262593A
Authority: JP
Inventors: 英昭長澤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-12-25
Filing date: 2014-12-25
Publication date: 2019-04-03
Anticipated expiration: 2034-12-25
Also published as: JP2016120679A

Description

本発明は、歯車の製造方法、金型、歯車に関する。

従来、中心部に孔部を有する円盤状の本体部と、この本体部の外周部に形成され、本体部の周方向に配列された複数の歯とを備える歯車がある。また、この種の歯車のなかには、複数の歯の歯先及び複数の歯の間の歯底面の少なくとも一方に、本体部の径方向内側に向けて凹む複数のアンダーカット部がそれぞれ形成されたものがある。

このような複数のアンダーカット部を有する歯車は、一般に、複数の歯及び複数のアンダーカット部を含む本体部の外周部を成形する第一の型と、本体部の軸方向に分割され、本体部の軸方向両端部を成形する第二の型及び第三の型とを備える金型により成形される（例えば、特許文献１参照）。

この金型では、第一の型が周方向に多分割されており、歯車を離型させる際には、多分割された分割型をそれぞれ径方向外側に移動させることで、アンダーカット部と第一の型との干渉を回避するようになっている。

特許４７０７５２３号公報

しかしながら、上述のように、本体部の外周部を成形する第一の型が多分割された場合、金型の構造が複雑化し、コストアップになる。また、アンダーカット部となる部分を成形後に切削で形成することも考えられるが、この場合も、製造工程の増加によりコストアップになる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、コストダウンできる歯車の製造方法、金型、歯車を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の歯車の製造方法は、周方向の一部に分離部を有するＣ字形状を成す枠状の本体部と、前記本体部の外周部に形成され、前記本体部の周方向に配列された複数の歯と、前記複数の歯の歯先、前記複数の歯の間の歯底面、及び、前記複数の歯の歯先と歯底面の間の歯面の少なくともいずれかにそれぞれ形成され、前記本体部の径方向内側に向けて凹む複数のアンダーカット部とを有し、歯車を構成する歯形部材を、金型を用いて成形する成形工程と、前記金型のうち、前記複数の歯及び前記複数のアンダーカット部を含む前記本体部の外周部を成形する第一の型を前記本体部の外周部に装着したまま、前記本体部の内周部を成形する第二の型を前記歯形部材に対して分離させ、前記本体部の内側に空間を確保する型開き工程と、前記歯形部材を前記本体部の周方向の一端部から他端部へ順に前記本体部の内側の空間側へ変形させながら、前記歯形部材を前記第一の型から離型させる離型工程と、を備える。

この歯車の製造方法によれば、歯車を構成する歯形部材の本体部を従来の円盤状ではなく枠状に形成する。そして、離型工程では、型開き工程において形成した本体部の内側の空間を利用し、歯形部材を本体部の内側の空間側へ変形させながら第一の型から離型させる。従って、本体部の外周部を成形する第一の型を多分割したり、アンダーカット部となる部分を成形後に切削したりする必要が無いので、歯形部材を製造する金型の構造を簡素化できると共に、製造工程の増加も抑制できる。この結果、コストダウンすることができる。
しかも、この歯車の製造方法によれば、本体部をＣ字形状に形成することで、離型工程において、歯形部材を螺旋状に変形させながら容易に離型させることができる。

請求項２に記載の歯車の製造方法は、請求項１に記載の歯車の製造方法において、前記離型工程の後に、前記本体部の内側に充填材を充填し前記充填材により前記歯形部材と一体に支持部材を形成する二次成形工程をさらに備えている。

この歯車の製造方法によれば、歯形部材の本体部の内側に支持部材を一体に形成することにより、歯形部材をその内側から支持部材で支持することができる。これにより、歯形部材の剛性を向上させることができる。

請求項３に記載の歯車の製造方法は、請求項２に記載の歯車の製造方法において、前記二次成形工程では、前記充填材の一部を前記分離部に充填し前記充填材の一部により前記本体部の周方向の両端部を繋ぐ接続部を形成する方法である。

この歯車の製造方法によれば、本体部の周方向の両端部を繋ぐ接続部を形成することにより、Ｃ字形状に形成された本体部の変形を抑制でき、歯形部材の剛性を確保することができる。

また、上記目的を達成するために、請求項４に記載の金型は、周方向の一部に分離部を有するＣ字形状を成す枠状の本体部と、前記本体部の外周部に形成され、前記本体部の周方向に配列された複数の歯と、前記複数の歯の歯先、前記複数の歯の間の歯底面、及び、前記複数の歯の歯先と歯底面の間の歯面の少なくともいずれかにそれぞれ形成され、前記本体部の径方向内側に向けて凹む複数のアンダーカット部とを有し、歯車を構成する歯形部材のうち、前記複数の歯及び前記複数のアンダーカット部を含む前記本体部の外周部を成形する成形面を有する第一の型と、前記本体部の内周部を成形する成形面を有する第二の型と、を備える。

この金型によれば、上述の成形工程と、割型工程と、離型工程とを備える歯車の製造方法を実現することができるので、コストダウンすることができる。

また、上記目的を達成するために、請求項５に記載の歯車は、周方向の一部に分離部を有するＣ字形状を成す枠状の本体部と、前記本体部の外周部に形成され、前記本体部の周方向に配列された複数の歯と、前記複数の歯の歯先、前記複数の歯の間の歯底面、及び、前記複数の歯の歯先と歯底面の間の歯面の少なくともいずれかにそれぞれ形成され、前記本体部の径方向内側に向けて凹む複数のアンダーカット部とを備える。

この歯車によれば、上述の歯車の製造方法により製造されるので、コストダウンすることができる。

請求項６に記載の歯車は、請求項５に記載の歯車において、前記本体部、前記複数の歯、及び、前記複数のアンダーカット部を有する歯形部材と、前記本体部の内側に充填された充填材により前記歯形部材と一体に形成された支持部材とを備える。

この歯車によれば、歯形部材の本体部の内側に支持部材が一体に形成されることにより、歯形部材をその内側から支持部材で支持することができる。これにより、歯形部材の剛性を確保することができる。

請求項７に記載の歯車は、請求項６に記載の歯車において、前記充填材の一部が前記分離部に充填されることにより形成され前記本体部の周方向の両端部を繋ぐ接続部をさらに備える。

この歯車によれば、本体部の周方向の両端部が接続部により繋がるので、Ｃ字形状に形成された本体部の変形を抑制でき、歯形部材の剛性を確保することができる。

第一実施形態の歯車がシャフトに固定された状態を示す斜視図である。図１の歯車及びシャフトの縦断面を含む斜視図である。図１の歯形部材を示す斜視図である。図１の歯車及びシャフトの要部拡大縦断面図である。図１の歯車の製造方法を説明する第一説明図である。図１の歯車の製造方法を説明する第二説明図である。第二実施形態の歯車がシャフトに固定された状態を示す斜視図である。図７の歯形部材を示す斜視図である。図７の歯形部材を第一の型から離型させる様子を示す斜視図である。図７の歯車の要部拡大縦断面図である。第二実施形態の歯車の変形例を示す斜視図である。

［第一実施形態］
はじめに、本発明の第一実施形態について説明する。
第一実施形態は、参考例である。

図１，図２に示される本発明の第一実施形態に係る歯車１０は、一例として、ウォームホイールとして構成されており、歯形部材１２と、支持部材１４とを備える。

歯形部材１２は、歯車１０の外周部を構成しており、本体部１６と、複数の歯１８とを有する。本体部１６は、円環形状を成す枠状に形成されている。複数の歯１８は、本体部１６の外周部に形成されており、本体部１６の周方向に配列されている。複数の歯１８は、本体部１６の軸方向に対して若干傾斜して形成されている。

この複数の歯１８の歯先及び複数の歯１８の間の歯底面には、複数のアンダーカット部２０がそれぞれ形成されている。複数のアンダーカット部２０は、いずれも本体部１６の径方向内側に向けて凹む凹状（一例として湾曲形状）に形成されている。

図３，図４に示されるように、本体部１６の内周部には、この内周部に沿って円環状のフランジ部２２が形成されている。このフランジ部２２は、本体部１６の軸方向を厚さ方向として形成されている。このフランジ部２２には、このフランジ部２２の表側及び裏側に突出する複数の突出部２４がフランジ部２２の周方向に間隔を空けて形成されている。

支持部材１４は、円盤状に形成されている。この支持部材１４は、後述する如く二次成形工程において本体部１６の内側に充填された樹脂により形成されており、歯形部材１２と一体に形成されている。

図２，図４に示されるように、支持部材１４が歯形部材１２と一体に形成された状態において、上述のフランジ部２２及び突出部２４は、支持部材１４に埋め込まれて支持部材１４と一体化されている。また、図２に示されるように、支持部材１４は、シャフト２６に対しても一体に形成されており、支持部材１４の中央部には、シャフト２６の先端部が埋め込まれて一体化されている。

次に、本発明の第一実施形態に係る金型について説明する。

図５，図６に示される本発明の第一実施形態に係る金型３０は、上述の歯形部材１２及び支持部材１４を有して構成される歯車１０のうち一次成形品である歯形部材１２を製造するためのものであり、第一の型３２と、第二の型３４とを備える。第一の型３２は、上述の複数の歯１８及び複数のアンダーカット部２０を含む本体部１６の外周部を成形する成形面３６を有しており、円環状に形成されている。

第二の型３４は、固定型３８及び可動型４０を有する。この固定型３８及び可動型４０は、上述の本体部１６の軸方向に分割されており、本体部１６の内周部を成形する成形面４２，４４をそれぞれ有している。この固定型３８及び可動型４０の成形面４２，４４は、円環形状に形成されており、上述の第一の型３２の成形面３６の径方向内側に該成形面３６と対向して配置される。

また、固定型３８には、本体部１６の一方の軸方向端部を成形する成形面４６が形成され、可動型４０には、本体部１６の他方の軸方向端部を成形する成形面４８が形成されている。さらに、固定型３８及び可動型４０には、フランジ部２２を成形する成形面５０，５２がそれぞれ形成されている。この金型３０において、上述の複数の成形面に囲まれた空間は、上述の歯形部材１２を成形するためのキャビティ５４を形成している。

また、固定型３８には、固定型３８及び可動型４０の分割方向にスライド可能な円筒状の押出しピン５６が設けられている。押出しピン５６は、上述のフランジ部２２の径方向内側の部分と対応する位置に設けられている。さらに、第一の型３２の外周部には、突起状の係止部５８が形成され、固定型３８には、同じく突起状の被係止部６０が形成されている。被係止部６０は、固定型３８及び可動型４０の分割方向において係止部５８に対する可動型４０側に設けられている。この係止部５８及び被係止部６０は、固定型３８及び可動型４０の分割方向に隙間を有して対向している。

次に、本発明の第一実施形態に係る歯車の製造方法について説明する。

（成形工程）
先ず、図５の上図に示されるように、第一の型３２（歯型入れ子）及び第二の型３４（固定型３８及び可動型４０）が型締めされた状態で、この金型３０の内部に形成されたキャビティ５４に溶融樹脂が注入される。そして、このキャビティ５４に注入された溶融樹脂が冷却されることにより、一次成形品である歯形部材１２が形成される。

（型開き工程）
続いて、図５の下図に示されるように、可動型４０が上昇され、金型３０が型開きされる。可動型４０は、上昇されることで歯形部材１２から分離される。また、この金型３０の型開きの際には、図６の上図に示されるように、押出しピン５６が上昇し、この押出しピン５６により歯形部材１２が第一の型３２と共に上昇される。第一の型３２が上昇すると、この第一の型３２に形成された係止部５８が固定型３８に形成された被係止部６０に係止され、第一の型３２の上昇が規制される。

また、係止部５８が被係止部６０に係止されるまで歯形部材１２が上昇すると、この歯形部材１２が固定型３８の成形面よりも上側に位置し、歯形部材１２及び固定型３８が分離される。このように、歯形部材１２及び固定型３８が分離された状態では、歯形部材１２の本体部１６の内側に空間６２（逃がし空間６２）が確保される。

（離型工程）
そして、図６の下図に示されるように、第一の型３２が本体部１６の外周部に装着されたまま、押出しピン５６がさらに上昇される。このとき、係止部５８が被係止部６０に係止されることにより第一の型３２の上昇が規制されているので、歯形部材１２が第一の型３２に対して上方に押圧される。

また、このときには、上述の如く、歯形部材１２の本体部１６の内側に空間６２が確保されているため、押出しピン５６に押圧された歯形部材１２は、内側の空間６２側へ変形される。そして、この歯形部材１２は、内側の空間６２側への変形を伴いながら第一の型３２から離型される。また、歯形部材１２は、円筒状の押出しピン５６によって押圧されるため、本体部１６の全周に亘って本体部１６の内側の空間６２側へ変形されながら第一の型３２から離型される。

なお、この離型工程において、第一の型３２からの歯形部材１２の離型は、歯形部材１２が完全に固化する前の半固化状態で行われるのが望ましい。離型工程では、歯型部材が半固化状態とされることで、歯型部材が全周に亘って一気に離型される。この一次成形品である歯形部材１２は、以上の要領で形成される。

（二次成形工程）
続いて、以上のようにして歯形部材１２が形成された後、歯形部材１２は、別の金型を用いて支持部材１４と一体化される。すなわち、この支持部材１４を成形する二次成形工程では、本体部１６の内側に樹脂が充填され、この樹脂により歯形部材１２と一体に支持部材１４が形成される。また、この支持部材１４が形成される際には、シャフト２６が支持部材１４と一体化される。

次に、本発明の第一実施形態の作用及び効果について説明する。

以上詳述したように、本発明の第一実施形態によれば、歯車１０を構成する歯形部材１２の本体部１６を円盤状ではなく枠状に形成する。そして、離型工程では、型開き工程において形成した本体部１６の内側の空間６２を利用し、歯形部材１２を内側の空間６２側へ変形させながら第一の型３２から離型させる。従って、本体部１６の外周部を成形する第一の型３２を多分割したり、アンダーカット部２０となる部分を成形後に切削したりする必要が無いので、歯形部材１２を製造する金型３０の構造を簡素化できると共に、製造工程の増加も抑制できる。この結果、コストダウンすることができる。

また、成形工程では、歯形部材１２の本体部１６を円環形状に形成するので、歯形部材１２の剛性を確保することができる。

さらに、二次成形工程において、歯形部材１２の本体部１６の内側に支持部材１４を一体に形成することにより、歯形部材１２をその内側から支持部材１４で支持することができる。これにより、歯形部材１２の剛性を向上させることができる。

次に、本発明の第一実施形態の変形例について説明する。

上述の第一実施形態では、複数の歯１８の歯先及び複数の歯１８の間の歯底面にアンダーカット部２０がそれぞれ形成されているが、アンダーカット部２０は、複数の歯１８の歯先及び複数の歯１８の間の歯底面のどちらか一方にのみ形成されていても良い。

また、アンダーカット部２０は、複数の歯１８の歯先、複数の歯１８の間の歯底面、及び、複数の歯１８の歯先と歯底面の間の歯面の少なくともいずれかに形成されても良い。

また、歯車１０は、支持部材１４を備えているが、例えば完全に固化した状態で歯形部材１２の剛性を確保できる場合には、支持部材１４が省かれても良い。

また、離型工程において、第一の型３２からの歯形部材１２の離型は、歯形部材１２が完全に固化する前の半固化状態で行われるのが望ましいが、完全に固化した状態でも歯形部材１２の変形が容易である場合には、歯形部材１２の離型が歯形部材１２の完全固化状態で行われても良い。

また、離型工程においては、歯形部材１２が、押出しピン５６によって押されることにより第一の型３２から離型されるが、歯形部材１２が固定された状態で第一の型３２が歯形部材１２に対して移動することにより、歯形部材１２が第一の型３２から離型されても良い。

また、離型工程において、歯形部材１２は、本体部１６の全周に亘って本体部１６の内側の空間６２側へ変形されながら第一の型３２から離型されるが、本体部１６の周方向の一の部位から順に内側の空間６２側へ変形されながら第一の型３２から離型されても良い。

また、歯車１０は、一例として、ウォームホイールとして構成されているが、ウォームホイール以外の歯車として構成されていても良い。

また、歯形部材１２は、一例として、樹脂により形成されているが、例えば、金属など樹脂以外の材料で形成されても良い。同様に、支持部材１４も、本体部１６の内側に充填される「充填材」の一例として樹脂により形成されているが、例えば、金属など樹脂以外の材料で形成されても良い。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
第二実施形態は、本発明の一実施形態である。

図７に示される本発明の第二実施形態に係る歯車７０は、上述の第一実施形態に係る歯車１０に対して、歯形部材１２の構造が次のように変更されている。すなわち、図７，図８に示されるように、本発明の第二実施形態において、歯形部材１２の本体部１６は、その周方向の一部に分離部７２を有するＣ字形状を成す枠状に形成されている。

本発明の第二実施形態において、歯形部材１２は、上述の第一実施形態における成形工程及び型開き工程と同様の工程を経て製造される。ただし、離型工程では、次のようにして歯形部材１２が第一の型３２から離型される。

図９には、第二実施形態の離型工程において歯形部材１２が第一の型３２から離型される様子が示されている。この図９では、第二の型３４の固定型３８及び可動型４０（図５，図６参照）は不図示とされている。第一の型３２には、第一実施形態における円筒状の押出しピン７６（図５，図６参照）の代わりに、複数の棒状の押出しピン７６が設けられている。複数の押出しピン７６は、本体部１６の周方向に配列されている。

そして、第二実施形態の離型工程では、本体部１６の周方向の一端部に位置する押出しピン７６から順に複数の押出しピン７６が上昇される。これにより、歯形部材１２が、本体部１６の周方向の一端部から他端部へ順に本体部１６の内側の空間６２側へ変形させられながら第一の型３２から離型される。

また、このようにしてＣ字状の本体部１６を有するように形成された歯形部材１２には、第一実施形態と同様の二次成形工程において、図７に示される支持部材１４が一体に形成され、この歯形部材１２及び支持部材１４により、第二実施形態の歯車７０が形成される。

このように、第二実施形態によれば、本体部１６をＣ字形状に形成するので、離型工程において、歯形部材１２を螺旋状に変形させながら容易に離型させることができる。

また、歯形部材１２の本体部１６の内側には、支持部材１４が一体に形成されるので、Ｃ字形状に形成された歯形部材１２をその内側から支持部材１４で支持することができる。これにより、歯形部材１２の剛性を確保することができる。

また、第二実施形態のように、本体部１６がＣ字形状に形成されていると、第一実施形態のように本体部１６が円環形状に形成される場合に比して、本体部１６の内周部における形状の設計の自由度を高めることができる。これにより、例えば、図１０に示されるように、本体部１６の内周部を、例えば、強度が高くなる形状にしたり、二次成形品である支持部材１４との保持強度の高い形状にしたりすることができる。この第二実施形態では、一例として、歯形部材１２からは上述の突出部２４（図４参照）が省かれている。

なお、上述の第二実施形態において、歯車７０がウォームホイールである場合、上述のＣ字形状の本体部１６に形成された分離部７２は、ウォームが乗り越え可能な寸法で形成されるのが望ましい。

また、この分離部７２には、二次成形工程において本体部１６の内側に充填された充填剤の一部が充填されることにより、図１１に示される如く本体部１６の周方向の両端部を繋ぐ接続部７８が形成されても良い。

このように、本体部１６の周方向の両端部を繋ぐ接続部７８が形成されていると、Ｃ字形状に形成された本体部１６の変形を抑制でき、歯形部材１２の剛性を確保することができる。

また、上述の第二実施形態において、複数の歯１８の歯先及び複数の歯１８の間の歯底面にアンダーカット部２０がそれぞれ形成されているが、アンダーカット部２０は、複数の歯１８の歯先及び複数の歯１８の間の歯底面のどちらか一方にのみ形成されていても良い。

また、歯車７０は、支持部材１４を備えているが、例えば完全に固化した状態で歯形部材１２の剛性を確保できる場合には、支持部材１４が省かれても良い。

また、離型工程においては、歯形部材１２が、押出しピン７６によって押されることにより第一の型３２から離型されるが、歯形部材１２が固定された状態で第一の型３２が歯形部材１２に対して移動することにより、歯形部材１２が第一の型３２から離型されても良い。

また、歯車７０は、一例として、ウォームホイールとして構成されているが、ウォームホイール以外の歯車１０として構成されていても良い。

また、第二実施形態において、歯形部材１２は、一例として、樹脂により形成されているが、例えば、金属など樹脂以外の材料で形成されても良い。同様に、支持部材１４も、本体部１６の内側に充填される充填材の一例として樹脂により形成されているが、例えば、金属など樹脂以外の材料で形成されても良い。

以上、本発明の第一及び第二実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

１０，７０…歯車、１２…歯形部材、１４…支持部材、１６…本体部、１８…歯、２０…アンダーカット部、３０…金型、３２…第一の型、３４…第二の型、３８…固定型、４０…可動型、６２…本体部の内側の空間（逃がし空間）、７２…分離部、７８…接続部

Claims

周方向の一部に分離部を有するＣ字形状を成す枠状の本体部と、前記本体部の外周部に形成され、前記本体部の周方向に配列された複数の歯と、前記複数の歯の歯先、前記複数の歯の間の歯底面、及び、前記複数の歯の歯先と歯底面の間の歯面の少なくともいずれかにそれぞれ形成され、前記本体部の径方向内側に向けて凹む複数のアンダーカット部とを有し、歯車を構成する歯形部材を、金型を用いて成形する成形工程と、
前記金型のうち、前記複数の歯及び前記複数のアンダーカット部を含む前記本体部の外周部を成形する第一の型を前記本体部の外周部に装着したまま、前記本体部の内周部を成形する第二の型を前記歯形部材に対して分離させ、前記本体部の内側に空間を確保する型開き工程と、
前記歯形部材を前記本体部の周方向の一端部から他端部へ順に前記本体部の内側の空間側へ変形させながら、前記歯形部材を前記第一の型から離型させる離型工程と、
を備える歯車の製造方法。
前記離型工程の後に、前記本体部の内側に充填材を充填し前記充填材により前記歯形部材と一体に支持部材を形成する二次成形工程をさらに備える、
請求項１に記載の歯車の製造方法。
前記二次成形工程において、前記充填材の一部を前記分離部に充填し前記充填材の一部により前記本体部の周方向の両端部を繋ぐ接続部を形成する、
請求項２に記載の歯車の製造方法。
周方向の一部に分離部を有するＣ字形状を成す枠状の本体部と、前記本体部の外周部に形成され、前記本体部の周方向に配列された複数の歯と、前記複数の歯の歯先、前記複数の歯の間の歯底面、及び、前記複数の歯の歯先と歯底面の間の歯面の少なくともいずれかにそれぞれ形成され、前記本体部の径方向内側に向けて凹む複数のアンダーカット部とを有し、歯車を構成する歯形部材のうち、前記複数の歯及び前記複数のアンダーカット部を含む前記本体部の外周部を成形する成形面を有する第一の型と、
前記本体部の内周部を成形する成形面を有する第二の型と、
を備える金型。
周方向の一部に分離部を有するＣ字形状を成す枠状の本体部と、
前記本体部の外周部に形成され、前記本体部の周方向に配列された複数の歯と、
前記複数の歯の歯先、前記複数の歯の間の歯底面、及び、前記複数の歯の歯先と歯底面の間の歯面の少なくともいずれかにそれぞれ形成され、前記本体部の径方向内側に向けて凹む複数のアンダーカット部と、
を備える歯車。
前記本体部、前記複数の歯、及び、前記複数のアンダーカット部を有する歯形部材と、
前記本体部の内側に充填された充填材により前記歯形部材と一体に形成された支持部材とを備える、
請求項５に記載の歯車。
前記充填材の一部が前記分離部に充填されることにより形成され、前記本体部の周方向の両端部を繋ぐ接続部をさらに備える、
請求項６に記載の歯車。