JP6496536B2

JP6496536B2 - 軸一体型歯車とその製造方法

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Publication number: JP6496536B2
Application number: JP2014246653A
Authority: JP
Inventors: 清水　潔; 潔清水; 修二吉岡; 雅彦板倉
Original assignee: Daicel Corp; Daicel Polymer Ltd
Current assignee: Daicel Corp; Daicel Polymer Ltd
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2019-04-03
Anticipated expiration: 2034-12-05
Also published as: JP2016109197A

Description

本発明は、各種機械部品として使用できる、金属軸と歯車からなる軸一体型歯車とその製造方法に関する。

金属軸と合成樹脂歯車からなる軸一体型歯車は、自動車、一般機械、精密機械、電気・電子などの各分野に機構部品として幅広く用いられている。
このような軸一体型歯車は、歯車の中心の軸穴に金属軸が通された形状のものであり、例えば、金属軸をＤカット加工、またはコバン加工した後、前記金属軸の加工部分を金型内に配置して、樹脂を射出成形して製造することができる。

特許文献１、２は、熱可塑性樹脂製の軸一体型歯車の発明であり、いずれの発明も、金属軸に熱可塑性樹脂を射出成形して軸一体型歯車を製造したときの課題を解決するものである。

特許文献３は、回転軸に係合する金属製ブッシュを使用した軸一体型歯車が重くなるという課題を解決するものとして、中心部に貫通孔を有する無機繊維樹脂層と、その外周に配置された有機繊維樹脂層を有する樹脂製歯車の発明が記載されている。
回転軸と歯車は、歯車の貫通孔の内周面に凹凸を有し、回転軸と互いの凹凸により係合できることが記載されている（段落番号０００８）。

特開平７−９１５２２号公報特開平８−２９０４８６号公報特開２０１１−２２０４６３号公報

本発明は、金属軸と合成樹脂、熱可塑性エラストマーおよびゴムからなる構成材料から選ばれるものからなる歯車からなる軸一体型歯車であり、かみ合い誤差の小さな軸一体型歯車とその製造方法を提供することを課題とする。

本発明は、金属軸と、前記金属軸に対して接合された歯車を有している軸一体型歯車であって、
前記歯車が、合成樹脂、熱可塑性エラストマーおよびゴムからなる構成材料から選ばれるものからなるものであり、
前記金属軸の前記歯車との接合面が、前記金属軸面が溶融して形成された凹凸を含む粗面を有しており、
前記接合面の凹凸を含む粗面と前記歯車の構成材料が接触することで接合されたものである、軸一体型歯車を提供する。

また、本発明は、金属軸と、前記金属軸に対して接合された歯車を有している軸一体型歯車であって、
前記歯車が、合成樹脂、熱可塑性エラストマーおよびゴムからなる構成材料から選ばれるものからなるものであり、
前記金属軸の前記歯車との接合面が、前記金属軸面が溶融して形成された凹凸を含む粗面を有し、さらに前記接合面の凹凸を含む粗面を覆う接着剤層を有しており、前記接着剤層と前記歯車が接合されたものである、軸一体型歯車を提供する。

本発明は、上記の軸一体型歯車の製造方法であって、
金属軸が歯車と接合する面に対してレーザー光を照射して凹凸を含む粗面を形成する工程、
前工程においてレーザー光が照射された金属軸の接合面を含む部分を金型内に配置して、前記歯車の構成材料を射出成形する工程を有している、軸一体型歯車の製造方法を提供する。

また本発明は、上記の軸一体型歯車の製造方法であって、
金属軸が歯車と接合する面に対してレーザー光を照射して凹凸を含む粗面を形成する工程、
前工程においてレーザー光が照射された金属軸の接合面に接着剤を塗布した後、前記歯車を固定する工程を有している、軸一体型歯車の製造方法を提供する。

本発明の製造方法で得られた軸一体型歯車は、成形精度が良いため、かみあわせ誤差が小さくなっており、さらに金属軸と歯車との接合強度も高い。

軸一体型歯車の斜視図。軸一体型歯車で使用する金属軸の斜視図。連続波レーザー光を照射した後の金属軸の凹凸を含む粗面を示す半径方向の断面図。連続波レーザー光を照射した後の金属軸の別の凹凸を含む粗面を示す半径方向の断面図。実施例１の軸一体型歯車の製造方法の説明図。（ａ）、（ｂ）は、実施例１の連続波レーザー光を照射した後の金属軸表面の凹凸を含む粗面のＳＥＭ写真。（ａ）は実施例１で使用した金属軸の接合面における断面図、（ｂ）は比較例３で使用した金属軸の接合面における断面図、（ｃ）は比較例４で使用した金属軸の接合面における断面図。（ａ）、（ｂ）は、実施例および比較例の軸一体型歯車における金属軸と歯車の接合強度の測定方法を説明するための図。

＜軸一体型歯車＞
軸一体型歯車１は、図１に示すとおり、金属軸１０と、金属軸１０に対して接合された歯車２０を有しているものである。
歯車２０は、合成樹脂（熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂）、熱可塑性エラストマーおよびゴムからなる構成材料（以下「歯車構成材料」という）から選ばれるものからなる。
金属軸１０は、歯車２０と接合される前には、図２に示すとおり、金属軸１０の歯車２０との接合面１５が、金属軸１０の面が溶融して形成された凹凸を含む粗面１６を有している。
凹凸を含む粗面１６は、接合面１５において形成された溝や多数の独立した孔のほか、孔同士が連結されて大きな孔になったものが多数存在している部分であり、場合により、溶融した金属が溝や孔の周囲に盛り上がった状態で固化したものを含んでいてもよい。
接合面１５の凹凸を含む粗面１６は、連続波レーザー光またはパルス波レーザー光の照射により形成されたものが好ましい。
図１に示す軸一体型歯車１は、金属軸１０の接合面１５の凹凸を含む粗面１６の溝や孔に溶融状態の歯車構成材料が入り込んだり、凹凸を含む粗面１６を溶融状態の歯車構成材料が覆ったりした後で固化することで、金属軸１０と歯車２０が接合されたものである。

また、図１に示す軸一体型歯車１は、さらに接合面１５の凹凸を含む粗面を覆う接着剤層を有しており、前記接着剤層と前記歯車が接合されたものにすることもできる。
前記接着剤層は、金属軸１０の接合面１５の凹凸を含む粗面１６の溝や孔に接着剤が入り込み、凹凸を含む粗面１６を接着剤が覆うことで形成されている。
歯車２０は、前記接着剤層を介して、金属軸１０と接合されている。

本発明の軸一体型歯車は、平歯車、すぐばかさ歯車、ウォームギヤ、ハイボイドギヤ、はすば歯車、はすばかさ歯車、曲がり歯かさ歯車、やまば歯車、ねじ歯車、フェースギヤなどとして使用することができる。
本発明の軸一体型歯車は、自動車の燃料ポンプやオイルポンプなどに使用する内接型ギヤポンプのインナーローター用として好適である。
内接型ギヤポンプは、アウターローターとインナーローターの組み合わせからなるものであり、歯を内周に有するアウターローター内に、前記アウターローターの歯に噛み合う歯を外周に有しているインナーローターが配置されたものである。

＜軸一体型歯車の製造方法＞
次に、図１に示す軸一体型歯車１の製造方法を説明する。
初めの工程にて、金属軸１０が歯車２０と接合する面１５に対してレーザー光を照射して凹凸を含む粗面１６を形成する。
凹凸を含む粗面１６の深さは、金属軸１０の接合面１５から約５０μm〜約５００μmの範囲が好ましいが、前記範囲に制限されるものではない。
凹凸を含む粗面１６が形成されることで、接合面１５は、例えば指で触ったときにはざらざらした感触のある表面状態になっている。
図２では、金属軸１０の中間部分に凹凸を含む粗面１６が形成されているが、形成位置は特に制限されるものではない。
また、図２では、金属軸１０の一箇所のみに凹凸を含む粗面１６が形成されているが、２箇所以上に形成されていてもよい。
なお、金属軸１０は、冷間圧造、切削加工などの方法によって、Ｄカット、小判、四角、六角などに加工する必要はなく、断面が円形のものをそのまま使用することができる。

金属軸１０で使用する金属は、軸一体型歯車１の用途に応じて選択することができるものであり、鉄、ステンレス、チタン、それらを含む合金などを使用することができ、それら以外の金属として、銅、マグネシウム、アルミニウム、それらを含む合金なども使用することができる。

レーザー光は、連続波レーザーまたはパルス波レーザーを使用して照射することができる。

まず、連続波レーザーを使用する方法を説明する。
連続波レーザーの照射速度は、２０００mm／sec以上が好ましく、２０００〜２０，０００mm／secがより好ましく、２，０００〜１８，０００mm／secがさらに好ましく、２，０００〜１５，０００mm／secが特に好ましい。
連続波レーザーの照射速度が前記範囲であると、加工速度を高めることができ（即ち、加工時間を短縮することができ）、金属軸１０と歯車２０の接合強度も高いレベルに維持することができる。

連続波レーザー光を照射するときは、図２に示すように、金属軸１０の長さ方向に連続波レーザー光を照射する方法を適用することができる。図２は、軸方向に１本のラインを形成するように照射した後、一旦レーザー光の照射を停止して、周方向に間隔をおいて再度レーザー光を照射することを繰り返した状態を示している。また、レーザー光の照射を途中で停止することなく、ジクザクのラインを形成するように連続照射することもできる。
その他、連続波レーザーを固定した状態で、金属軸１０を周方向に回転させながら照射する方法を適用することができ、長さ方向と周方向の両方向に交差するように連続波レーザー光を照射することができる。
連続波レーザー光は、複数回連続照射して１本の直線または１本の曲線を形成することもできる。
同じ連続照射条件であれば、１本の直線または１本の曲線を形成するための照射回数（繰り返し回数）が増加すると接合面１５における凹凸を含む粗面１６の溝や孔の深さが大きくなったり、溝や孔同士が連結して複雑な構造になったりすることから、前記溝や孔内部に歯車構成材料が侵入することで金属軸１０と歯車２０の結合力が高くなる。

連続波レーザー光の連続照射は、例えば次のような条件で実施することができる。
出力は４〜４０００Ｗが好ましく、５０〜２５００Ｗがより好ましく、１００〜２０００Ｗがさらに好ましく、２５０〜２０００Ｗがさらに好ましい。
ビーム径（スポット径）は５〜２００μmが好ましく、５〜１００μmがより好ましく、１０〜１００μmがさらに好ましく、１１〜８０μmがさらに好ましい。
さらに出力とスポット径の組み合わせの好ましい範囲は、レーザー出力とレーザー照射スポット面積（π×〔スポット径／２〕²）から求められるエネルギー密度（Ｗ／μm²）より選択することができる。
エネルギー密度（Ｗ／μm²）は、０．１Ｗ／μm²以上が好ましく、０．２〜１０Ｗ／μm²がより好ましく、０．２〜６．０Ｗ／μm²がさらに好ましい。
エネルギー密度（Ｗ／μm²）が同じであるとき、出力（Ｗ）が大きい方がより大きなスポット面積（μm²）に対してレーザー照射できることになるため、処理速度（１秒当たりのレーザー照射面積；mm²／sec）が大きくなり、加工時間も短くすることができる。
波長は３００〜１２００nmが好ましく、５００〜１２００ｎｍがより好ましい。
焦点位置は-１０〜+１０ｍｍが好ましく、−６〜＋６ｍｍがより好ましい。

連続波レーザーの照射速度、レーザー出力、レーザービーム径（スポット径）およびエネルギー密度との好ましい関係は、連続波レーザーの照射速度が２，０００〜１５，０００mm／secであり、レーザー出力が２５０〜２０００Ｗ、レーザービーム径（スポット径）が１０〜１００μmであり、前記レーザー出力とスポット面積（π×〔スポット径／２〕²）から求められるエネルギー密度（Ｗ／μm²）が０．２〜１０Ｗ／μm²の範囲である。

連続波レーザーは公知のものを使用することができ、例えば、YVO4レーザー、ファイバーレーザー（好ましくはシングルモードファイバーレーザー）、エキシマレーザー、炭酸ガスレーザー、紫外線レーザー、ＹＡＧレーザー、半導体レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザー、窒素レーザー、キレートレーザー、色素レーザーを使用することができる。これらの中でもエネルギー密度が高められることから、ファイバーレーザーが好ましく、特にシングルモードファイバーレーザーが好ましい。

連続波レーザーを照射した後の接合面１５を含む金属軸１０の表層部は、例えば、図３（ａ）、図４（ａ）〜（ｃ）に示すようになっている。
なお、「金属軸１０の表層部」は、表面から開放孔（幹孔または枝孔）の深さ程度までの部分であり、表面から約５０μm〜約５００μmの範囲である。
なお、１本の直線への照射回数が１０回を超える回数である場合には、粗面化のレベルをより高めることができ、金属軸１０と歯車２０の接合強度を高めることができるが、合計照射時間が長くなる。このため、目的とする軸一体型歯車１の接合強度と製造時間との関係を考慮して、１本の直線への照射回数を決めることが好ましい。１本の直線への照射回数が１０回を超える回数であるとき、好ましくは１０回超〜５０回以下、より好ましくは１５〜４０回、さらに好ましくは２０〜３５回である。

接合面１５を含む金属軸１０の表層部は、図３、図４に示すように、接合面１５側に開口部３１のある開放孔３０を有している。
開放孔３０は、厚さ方向に形成された開口部３１を有する幹孔３２と、幹孔３２の内壁面から幹孔３２とは異なる方向に形成された枝孔３３からなる。枝孔３３は、１本または複数本形成されていてもよい。
なお、軸一体型歯車１において金属軸１０と歯車２０の接合強度が維持できるのであれば、開放孔３０の一部が幹孔３２のみからなり、枝孔３３がないものでもよい。

接合面１５を含む金属軸１０の表層部は、図３、図４に示すように、接合面１５側に開口部のない内部空間４０を有している。
内部空間４０は、トンネル接続路５０により開放孔３０と接続されている。

接合面１２を含む金属軸１０の表層部は、図３（ｂ）に示すように、複数の開放孔３０が一つになった開放空間４５を有していてもよいし、開放空間４５は、開放孔３０と内部空間４０が一つになって形成されたものでもよい。一つの開放空間４５は、一つの開放孔３０よりも内容積の大きなものである。
なお、多数の開放孔３０が一つになって溝状の開放空間４５が形成されていてもよい。

図示していないが、図４（ａ）に示すような２つの内部空間４０同士がトンネル接続路５０で接続されていてもよいし、図３（ｂ）に示すような開放空間４５と、開口孔３０、内部空間４０、他の開放空間４５がトンネル接続路５０で接続されていてもよい。

内部空間４０は、全てが開放孔３０および開放空間４５の一方または両方とトンネル接続路５０で接続されているものであるが、軸一体型歯車１において金属軸１０と歯車２０の接合強度が維持できるのであれば、内部空間４０のうちの一部が開放孔３０および開放空間４５と接続されていない閉塞状態の空間であってもよい。

このようにレーザー光を連続照射したときに図３、図４で示されるような開放孔３０、内部空間４０などが形成される詳細は不明であるが、レーザー光を連続照射したとき、金属軸１０の表面に一旦は孔や溝が形成されるが、溶融した金属が盛り上がって蓋をしたり、堰き止めたりする結果、開放孔３０、内部空間４０、開放空間４５が形成されるものと考えられる。
また、同様に開放孔３０の枝孔３３やトンネル接続路５０が形成される詳細も不明であるが、一旦形成された孔や溝の底部付近に滞留した熱によって、孔や溝の側壁部分が溶融する結果、幹孔３２の内壁面が溶融して枝孔３３が形成され、さらに枝孔３３が延ばされてトンネル接続路５０が形成されるものと考えられる。

次に、パルス波レーザーを使用する方法を説明する。
パルス波レーザーの照射は、特開２０１３−５２６６９号公報、特開２０１４−１８９９５号公報、特開２０１４−５１０４０号公報、特開２０１４−５１０４１号公報、特開２０１４−６５２８８号公報、特開２０１４−１６６６９３号公報、特開２０１４−１９３５６９号公報に記載の方法により実施することができる。

次の工程では、凹凸を含む粗面１６が形成された金属軸１０の接合面１５を含む部分と歯車構成材料からなる歯車２０を一体化させる。
接着剤を使用しないときは、次の工程を実施する。
前工程においてレーザー光が照射された金属軸１０の凹凸を含む粗面１６が形成された接合面１５を含む部分を金型内に配置して、前記歯車２０となる歯車構成材料を射出成形若しくはプレス成形（トランスファー成形も含む）して接合させる工程。
接着剤を使用するときは、次の工程を実施する。
前工程においてレーザー光が照射された金属軸１０の接合面１５に接着剤を塗布し、凹凸を含む粗面１６の溝や孔などの内部に接着剤を入り込ませ、さらに接合面１５も接着剤で覆って接着剤層を形成した後、歯車２０を嵌め込んで固定する方法、または
前工程においてレーザー光が照射された金属軸１０の接合面１５に接着剤を塗布し、凹凸を含む粗面１６の溝や孔などの内部に接着剤を入り込ませ、さらに接合面１５も接着剤で覆って接着剤層を形成した後、前記接着剤層を形成した金属軸１０の接合面１５を含む部分を金型内に配置して、歯車２０となる歯車構成材料（熱可塑性エラストマーまたはゴム）を射出成形若しくはプレス成形（トランスファー成形も含む）して接合させる方法を適用することができる。接着剤は、公知の熱可塑性接着剤などを使用することができる。
なお、熱硬化性樹脂（プレポリマー）を使用したときは、後工程において加熱などをすることで熱硬化させる。

この工程で使用する歯車２０の樹脂は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性エラストマー、ゴムを使用することができる。
熱可塑性樹脂は、軸一体歯車１の用途に応じて公知の熱可塑性樹脂から適宜選択することができる。例えば、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂（ＰＡ６、ＰＡ６６等の脂肪族ポリアミド、芳香族ポリアミド）、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂等のスチレン単位を含む共重合体、ポリエチレン、エチレン単位を含む共重合体、ポリプロピレン、プロピレン単位を含む共重合体、その他のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂を挙げることができる。

熱硬化性樹脂は、用途に応じて公知の熱硬化性樹脂から適宜選択することができる。例えば、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、レソルシノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ビニルウレタンを挙げることができる。

熱可塑性エラストマーは、用途に応じて公知の熱可塑性エラストマーから適宜選択することができる。例えば、スチレン系エラストマー、塩化ビニル系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ウレタン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ニトリル系エラストマー、ポリアミド系エラストマーを挙げることができる。

これらの熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性エラストマーには、公知の各種添加剤として、難燃剤、可塑剤、各種安定剤、各種充填材などを配合することができるほか、公知の繊維状充填材を配合することができる。
公知の繊維状充填材としては、炭素繊維、無機繊維、金属繊維、有機繊維等を挙げることができる。
炭素繊維は周知のものであり、ＰＡＮ系、ピッチ系、レーヨン系、リグニン系等のものを用いることができる。
無機繊維としては、ガラス繊維、玄武岩繊維、シリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、ジルコニア繊維、窒化ホウ素繊維、窒化ケイ素繊維等を挙げることができる。
金属繊維としては、ステンレス、アルミニウム、銅等からなる繊維を挙げることができる。
有機繊維としては、ポリアミド繊維（全芳香族ポリアミド繊維、ジアミンとジカルボン酸のいずれか一方が芳香族化合物である半芳香族ポリアミド繊維、脂肪族ポリアミド繊維）、ポリビニルアルコール繊維、アクリル繊維、ポリオレフィン繊維、ポリオキシメチレン繊維、ポリテトラフルオロエチレン繊維、ポリエステル繊維（全芳香族ポリエステル繊維を含む）、ポリフェニレンスルフィド繊維、ポリイミド繊維、液晶ポリエステル繊維などの合成繊維や天然繊維（セルロース系繊維など）や再生セルロース（レーヨン）繊維などを用いることができる。

これらの繊維状充填材は、繊維径が３〜６０μmの範囲のものを使用することができるが、これらの中でも、例えば金属軸１０の接合面１５が粗面化されて形成される孔の開口径より小さな繊維径のものを使用することが好ましい。繊維径は、より望ましくは５〜３０μｍ、さらに望ましくは７〜20μmである。
熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性エラストマー１００質量部に対する繊維状充填材の配合量は５〜２５０質量部が好ましい。より望ましくは、２５〜２００質量部、さらに望ましくは４５〜１５０質量部である。

ゴムとしては、エチレン‐プロピレンコポリマー(EPM)、エチレン‐プロピレン‐ジエンターポリマー(EPDM)、エチレン‐オクテンコポリマー(EOM)、エチレン‐ブテンコポリマー(EBM)、エチレン‐オクテンターポリマー(EODM)、エチレン‐ブテンターポリマー(EBDM)などのエチレン‐α‐オレフィンゴム；
エチレン/アクリル酸ゴム(EAM)、ポリクロロプレンゴム(CR)、アクリロニトリル‐ブタジエンゴム(NBR)、水添NBR (HNBR)、スチレン‐ブタジエンゴム(SBR)、アルキル化クロロスルホン化ポリエチレン(ACSM)、エピクロルヒドリン(ECO)、ポリブタジエンゴム(BR)、天然ゴム(合成ポリイソプレンを含む) (NR)、塩素化ポリエチレン(CPE)、ブロム化ポリメチルスチレン‐ブテンコポリマー、スチレン‐ブタジエン‐スチレン(S‐B‐S)およびスチレン‐エチレン‐ブタジエン‐スチレン(S‐E‐B‐S)ブロックコポリマー、アクリルゴム(ACM)、エチレン‐酢酸ビニルエラストマー(EVM)、およびシリコーンゴムなどを使用することができる。

ゴムには、必要によりゴムの種類に応じた硬化剤を含有させるが、その他、公知の各種ゴム用添加剤を配合することができる。ゴム用添加剤としては、硬化剤、硬化促進剤、老化防止剤、シランカップリング剤、補強剤、難燃剤、オゾン劣化防止剤、充填剤、プロセスオイル、可塑剤、粘着付与剤、加工助剤などを使用することができる。

実施例１、比較例１〜４
実施例１は、図５（ａ）に示す金属軸（ＳＵＳ３０４）１０（外径６mm，長さ40mm）の長さ方向中間位置の接合面１５の全面（６×π×４mm²の広さ範囲）に対して、下記の条件でシングルモードファイバーレーザーを使用してレーザー光を連続照射した。レーザー光は、金属軸１０を回転させながら軸方向に照射した。このとき、１回の照射後に１５ms停止して次の照射を実施し、これを繰り返して合計で５８５０回照射して５８５０本のラインを形成した。
波形：連続波
出力（Ｗ）：２７４
波長（ｎｍ）：１０７０
スポット径（μm）：１１
エネルギー密度（W/μm²）：３．４９
レーザー照射速度（mm／sec）：７５００
合計ライン本数：５８５０
回転速度：５．３ｒ／ｍ
合計加工時間（ｓ）：１７５

図６（ａ）、（ｂ）は、実施例１の金属軸の接合面に連続波レーザー光を照射した後のＳＥＭ写真（図６（ａ）が100倍、図６（ｂ）が200倍）である。接合面に凹凸が形成されて粗面化されたことが確認できる。
比較例１、２は、ローレット加工（転造方式）により接合面１５に綾目模様を形成したものである。比較例１の綾目模様の深さは60μm、比較例２の綾目模様の深さは30μmであり、いずれも隣接する凹部間隔は582μmである。
比較例３は、図７（ｂ）に示すとおり、接合面１５がＤカット形状に加工された金属軸（ＳＵＳ３０４）、比較例４は、図７（ｃ）に示すとおり、接合面１５が小判形状に加工された金属軸（ＳＵＳ３０４）を使用した。

実施例１、比較例１〜４の金属軸を使用して、下記の条件で射出成形して、各例の軸一体型歯車１を得た。
モジュール：１．０
圧力角：２０度
歯数：１４
図１中のＸ６ｍｍ、Ｙ＝１６ｍｍ、Ｚ＝５ｍｍ

＜射出成形＞
樹脂：ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）樹脂（ジュラコンM90-44，ポリプラスチック（株）製）
樹脂温度：２００℃
金型温度：８０℃
射出成形機：ソディック製ＴＲ４０ＥＨ２
ゲート数：３

実施例および比較例の軸一体型歯車を使用して、ＪＧＭＡ規格（ＪＧＭＡ１１６−０２）の両歯面かみあい試験機を使用して、両歯面全かみあい誤差（μm）と両歯面１ピッチかみあい誤差（μm）を試験した。それぞれ３点を試験して、平均値を示した。
（両歯面全かみあい誤差）
親歯車と成形歯車（実施例および比較例の軸一体型歯車）をかみあわせて１回転させたときの中心間距離の最大と最小の差（全体のうねり）を測定した。誤差が小さいほど、歯車の偏心が小さく、真円度が大きい（真円に近い）ことを示す。
（両歯面１ピッチかみあい誤差）
親歯車と成形歯車（実施例および比較例の軸一体型歯車）をかみあわせて１回転中の１ピッチ間における最大の誤差（一つ一つの山の高さの誤差）を測定した。

＜接合強度＞
実施例および比較例の軸一体型歯車１における金属軸１０と歯車２０との接合強度を次の方法で測定した。
図８（ａ）に示すとおり、軸一体型歯車１の金属軸１０の一端側１０ａを図７（ｃ）と同形状に加工した。
次に、図８（ｂ）に示すとおり、別途作製した治具６０で歯車２０が回転しないように固定した。
次に、図８（ｂ）において、金属軸１０の一端側１０ａをトルクレンチ（ヘッド交換式ダイヤル形トルクレンチＣＤＢ１００Ｎ×１５Ｄ−Ｓ（Ｌ'＝415mm）；（株）東日製作所）で固定した状態で金属軸１０の周方向にねじり、歯車２０から金属軸１０がはずれたときの強度を接合強度（Ｎ）とした。それぞれ３点を試験して、平均値を示した。

実施例の軸一体型歯車は、公知の方法により製造された歯車と比べて、成形精度が高かった。
金属軸の加工時間なども考え合わせると、実施例と比較例の違いは非常に大きなものがある。
なお、等級はＪＧＭＡ規格（ＪＧＭＡ１１６−０２）で規定されているものであり、小さい方が高品質であることを示している。
また、実施例の軸一体型歯車は、金属軸と歯車の接合強度が高いため、耐久性にも優れていることが確認できた。

実施例２
実施例１と同じ金属軸を使用して、下記の条件で射出成形して、実施例１と同じ形状および寸法の軸一体型歯車１を得た。

＜射出成形＞
樹脂：長繊維強化樹脂（プラストロンPA66-GF60〔PA6640質量％、ガラス繊維60質量％〕，ダイセルポリマー（株）製）
樹脂温度：２８０℃
金型温度：８０℃
射出成形機：ソディック製ＴＲ４０ＥＨ２
ゲート数：３

その結果、実施例１と同程度の４級品が得られた。また、上記と同様の接合強度試験の結果、接合強度は１６．６Ｎであった。

本発明の軸一体型歯車とその製造方法は、自動車、一般機械、精密機械、電気・電子等の各分野で使用する軸一体型歯車およびその製造方法として適用することができる。

１軸一体型歯車
１０金属軸
１５接合面
１６凹凸を含む粗面
２０歯車

Claims

金属軸と、前記金属軸に対して接合された歯車を有している軸一体型歯車であって、
前記歯車が、合成樹脂、熱可塑性エラストマーおよびゴムからなる構成材料から選ばれるものからなるものであり、
前記金属軸の前記歯車との接合面が、前記金属軸面が溶融して形成された凹凸を含む粗面を有しており、
前記接合面の凹凸を含む粗面と前記歯車の構成材料が接触することで接合されたものである、軸一体型歯車の製造方法であって、
金属軸が歯車と接合する面に対して連続波レーザー光を照射して凹凸を含む粗面を形成する工程が、
前記金属軸の軸方向に１本のラインを形成するように照射した後、一旦レーザー光の照射を停止して、周方向に間隔おいてレーザー光を照射し、これを繰り返す工程であり、
連続波レーザーの照射速度が２，０００〜１５，０００mm／secであり、
レーザー出力が２５０〜２０００Ｗ、レーザービーム径（スポット径）が１０〜１００μmであり、
前記レーザー出力とスポット面積（π×〔スポット径／２〕 ² ）から求められるエネルギー密度（Ｗ／μm ² ）が０．２〜１０Ｗ／μm ² の範囲になるようにレーザー光を連続照射する工程であり、
前記凹凸を含む粗面の深さが前記金属軸の表面から５０〜５００μmであり、
前工程においてレーザー光が照射された金属軸の接合面を含む部分を金型内に配置して、前記歯車の構成材料を射出成形する工程を有している、軸一体型歯車の製造方法。
金属軸と、前記金属軸に対して接合された歯車を有している軸一体型歯車であって、
前記歯車が、合成樹脂、熱可塑性エラストマーおよびゴムからなる構成材料から選ばれるものからなるものであり、
前記金属軸の前記歯車との接合面が、前記金属軸面が溶融して形成された凹凸を含む粗面を有し、さらに前記接合面の凹凸を含む粗面を覆う接着剤層を有しており、前記接着剤層と前記歯車が接合されたものである、軸一体型歯車の製造方法であって、
金属軸が歯車と接合する面に対して連続波レーザー光を照射して凹凸を含む粗面を形成する工程が、
前記金属軸の軸方向に１本のラインを形成するように照射した後、一旦レーザー光の照射を停止して、周方向に間隔おいてレーザー光を照射し、これを繰り返す工程であり、
連続波レーザーの照射速度が２，０００〜１５，０００mm／secであり、
レーザー出力が２５０〜２０００Ｗ、レーザービーム径（スポット径）が１０〜１００μmであり、
前記レーザー出力とスポット面積（π×〔スポット径／２〕 ² ）から求められるエネルギー密度（Ｗ／μm ² ）が０．２〜１０Ｗ／μm ² の範囲になるようにレーザー光を連続照射する工程であり、
前記凹凸を含む粗面の深さが前記金属軸の表面から５０〜５００μmであり、
前工程においてレーザー光が照射された金属軸の接合面に接着剤を塗布した後、前記歯車を固定する工程を有している、軸一体型歯車の製造方法。
金属軸が歯車と接合する面に対して連続波レーザー光を照射して凹凸を含む粗面を形成する工程が、請求項１または２記載の前記金属軸の軸方向に１本のラインを形成するように照射した後、一旦レーザー光の照射を停止して、周方向に間隔おいてレーザー光を照射し、これを繰り返す工程に替えて、前記金属軸の軸方向に１本のラインを形成するように照射した後、レーザー光の照射を停止することなくジクザクのラインを形成するように連続照射する工程であり、
連続波レーザーの照射速度が２，０００〜１５，０００mm／secであり、
レーザー出力が２５０〜２０００Ｗ、レーザービーム径（スポット径）が１０〜１００μmであり、
前記レーザー出力とスポット面積（π×〔スポット径／２〕 ² ）から求められるエネルギー密度（Ｗ／μm ² ）が０．２〜１０Ｗ／μm ² の範囲になるようにレーザー光を連続照射する工程であり、
前記凹凸を含む粗面の深さが前記金属軸の表面から５０〜５００μmである、請求項１または２記載の軸一体型歯車の製造方法。
金属軸が歯車と接合する面に対して連続波レーザー光を照射して凹凸を含む粗面を形成する工程が、請求項１または２記載の前記金属軸の軸方向に１本のラインを形成するように照射した後、一旦レーザー光の照射を停止して、周方向に間隔おいてレーザー光を照射し、これを繰り返す工程に替えて、前記金属軸の軸方向に１本のラインを形成するように照射した後、一旦レーザー光の照射を停止して、周方向に間隔おいてレーザー光を照射し、これを繰り返した後、連続波レーザーを固定した状態で、前記金属軸を周方向に回転させながら照射することで、軸方向と周方向の両方向に交差するように連続波レーザー光を連続照射する工程であり、
連続波レーザーの照射速度が２，０００〜１５，０００mm／secであり、
レーザー出力が２５０〜２０００Ｗ、レーザービーム径（スポット径）が１０〜１００μmであり、
前記レーザー出力とスポット面積（π×〔スポット径／２〕 ² ）から求められるエネルギー密度（Ｗ／μm ² ）が０．２〜１０Ｗ／μm ² の範囲になるようにレーザー光を連続照射する工程であり、
前記凹凸を含む粗面の深さが前記金属軸の表面から５０〜５００μmである、請求項１または２記載の軸一体型歯車の製造方法。