JP6617451B2 - 芯金入り樹脂歯車の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、芯金としての金属製スリーブとその外周を被う合成樹脂製の歯部からなる、動力伝達用樹脂歯車の製造方法に関する。
動力伝達用歯車の軽量化及び低騒音化を図るために、金属製歯車における他の歯車と噛み合う歯が形成された部分を合成樹脂にしたもの、すなわち芯金としての金属製スリーブと、前記金属製スリーブの外周を被う合成樹脂製の歯部からなる芯金入り樹脂歯車がある。
このような芯金入り樹脂歯車において、製造コストの低減及び静粛性の向上を図るために、前記歯部を、他の歯車と噛み合う歯が形成された外径側部材（ギヤ本体、第２成形部）と、前記スリーブの外周と前記外径側部材との間に位置する、前記外径側部材よりも硬度の低い内径側部材（環状部材、第１成形部）とにより構成するものがある（例えば、特許文献１及び２参照）。
このような従来の芯金入り樹脂歯車は、特許文献１の図４、並びに特許文献２の図３及び図４のように、金属製スリーブをインサート品として内径側部材を射出成形（一次成形）した後、別のキャビティ型に入れて外径側部材を射出成形（二次成形）することにより製造される。
特開２００２−３３３０５９号公報 特開２０１２−０４６１６８号公報
金属製スリーブをインサート品として内径側部材を一次成形する射出成形金型のゲート、及び一次成形品に対して外径側部材を二次成形する射出成形金型のゲートを、特許文献２のようなフィルムゲート（図３の９０ａ及び段落〔００２３〕参照）、ディスクゲート、又はリングゲートにした場合、無駄になる材料が多くなるため材料費が嵩むこと、及びゲートカットの旋削工程が必要になることから、製造コストが増大する。
それに対して前記ゲートをピンゲートにした場合、無駄になる材料が少なくなるため材料費を低減できるとともに、金型が開く際にゲートが自動的に切断されるので、成形品取り出し後のゲートカットが不要になる。よって、製造コストを低減できる。
しかしながら、前記ゲートをピンゲートにした場合、一次成形による内径側部材及び二次成形による外径側部材において、成形品で強度低下が懸念される特異点であるゲート位置及びウェルド位置、又はウェルド位置同士が径方向に重なったり、それらが径方向に重なる位置の近傍に存在する場合がある。
このような場合、成形品である芯金入り樹脂歯車の強度が低下する。
そこで本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、射出成形を行う金型においてピンゲート等の材料費を低減できるゲートを採用しても強度が低下しない芯金入り樹脂歯車の製造方法を提供する点にある。
本発明に係る芯金入り樹脂歯車の製造方法は、前記課題解決のために、芯金としての金属製スリーブとその外周を被う合成樹脂製の円環状歯部からなる樹脂歯車の製造方法において、前記歯部を異材質の円環状内径側部材及び円環状外径側部材とし、前記スリーブをインサート品として前記内径側部材を第１キャビティ型内で射出成形する一次成形工程と、前記一次成形工程で成形した一次成形品を第２キャビティ型内に入れて前記外径側部材を射出成形する二次成形工程を有する芯金入り樹脂歯車の製造方法であって、
前記芯金入り樹脂歯車は、ウォームギヤのウォームホイールとして用いられ、
前記一次成形品の外周面には、他の歯車と噛み合う歯を構成しない凹凸形状が形成され、
前記一次成形工程を行う前記第１キャビティ型内へ溶融樹脂を注入するゲート、及び前記二次成形工程を行う前記第２キャビティ型内へ溶融樹脂を注入するゲートを、ピンゲート、トンネルゲート又はサイドゲートとし、
前記一次成形工程における前記ゲートの数及び前記二次成形工程における前記ゲートの数を複数かつ同数としてそれらを周方向に配置するとともに、前記二次成形工程のゲート位置を、前記一次成形品のゲート位置及びこのゲート位置に隣り合うウェルド位置の周方向中間又はその近傍としてなることを特徴とする。
また、本発明に係る芯金入り樹脂歯車の製造方法は、前記課題解決のために、芯金としての金属製スリーブとその外周を被う合成樹脂製の円環状歯部からなる樹脂歯車の製造方法において、前記歯部を異材質の円環状内径側部材及び円環状外径側部材とし、前記スリーブをインサート品として前記内径側部材を第１キャビティ型内で射出成形する一次成形工程と、前記一次成形工程で成形した一次成形品を第２キャビティ型内に入れて前記外径側部材を射出成形する二次成形工程を有する芯金入り樹脂歯車の製造方法であって、
前記芯金入り樹脂歯車は、ウォームギヤのウォームホイールとして用いられ、
前記一次成形品の外周面には、他の歯車と噛み合う歯を構成しない凹凸形状が形成され、
前記一次成形工程を行う前記第１キャビティ型内へ溶融樹脂を注入するゲート、及び前記二次成形工程を行う前記第２キャビティ型内へ溶融樹脂を注入するゲートを、ピンゲート、トンネルゲート又はサイドゲートとし、
前記一次成形工程における前記ゲートの数及び前記二次成形工程における前記ゲートの数を単数とするとともに、前記二次成形工程のゲート位置を、前記一次成形品のゲート位置及びウェルド位置の周方向中間又はその近傍としてなることを特徴とする。
これらのような製造方法によれば、一次成形工程及び二次成形工程に用いる金型のゲートがピンゲート、トンネルゲート又はサイドゲートであるので、前記ゲートがフィルムゲートやディスクゲート等である場合と比較して、無駄になる材料が少なくなるため材料費を低減できる。
その上、前記ゲートがピンゲート又はトンネルゲートであるものでは、金型が開く際にゲートが自動的に切断されるので、前記ゲートがフィルムゲートやディスクゲート等である場合と比較して、成形品取り出し後のゲートカットが不要になる。
その上さらに、二次成形工程のゲート位置を、一次成形工程で成形した一次成形品のゲート位置及びこのゲート位置に隣り合うウェルド位置の周方向中間又はその近傍としてなるか、あるいは、二次成形工程のゲート位置を、前記一次成形品のゲート位置及びウェルド位置の周方向中間又はその近傍としてなるので、二次成形品のウェルドは、前記一次成形品のゲート及びウェルドの周方向中間付近に発生する。
したがって、一次成形工程及び二次成形工程を経て製造された芯金入り樹脂歯車において、一次成形工程により形成された径方向のウェルドラインと二次成形工程により形成された径方向のウェルドラインが重なったり、近傍に位置することがない。
よって、成形品である、ウォームギヤのウォームホイールとして用いられる芯金入り樹脂歯車の強度低下を抑制できる。
その上、一次成形品の外周面には、凹凸形状が形成されることから、二次成形工程で注入された溶融樹脂が一次成形品の外周面の凹凸間に充填されるので、一次成形による円環状内径側部材と二次成形による円環状外径側部材との相対的な周方向回転変位を拘束できる。
ここで、前記円環状内径側部材及び前記円環状外径側部材が、繊維強化樹脂製であると、特に好ましい。
このような製造方法によれば、繊維強化材の充填により、その充填量が多くなるほどウェルドラインの強度低下率が大きくなる繊維強化樹脂製の歯部（円環状内径側部材及び円環状外径側部材）において、一次成形工程により形成された径方向のウェルドラインと二次成形工程により形成された径方向のウェルドラインが重なったり、近傍に位置することがないので、成形品である芯金入り樹脂歯車の強度低下抑制効果が大きくなる。
以上のように、本発明に係る芯金入り樹脂歯車の製造方法によれば、一次成形工程及び二次成形工程を経て製造される芯金入り樹脂歯車において、製造コストを低減できるとともに強度低下を抑制できる。
本発明の実施の形態１に係る芯金入り樹脂歯車の製造方法（ゲート数が３の場合）で製造された芯金入り樹脂歯車の斜視図である。 （ａ）は一次成形工程により製造された、外周面に二次成形品との相対的な周方向回転変位を拘束するための複数の歯形状突起を形成した一次成形品の斜視図、（ｂ）は前記一次成形品の平面図である。 （ａ）は二次成形工程により製造された、外周面に他の歯車と噛み合う歯を形成する前の芯金入り樹脂歯車の斜視図、（ｂ）は前記芯金入り樹脂歯車の平面図である。 前記芯金入り樹脂歯車の外周面に他の歯車と噛み合う歯を形成する前の平面図であり、一次成形工程におけるゲート位置及びウェルド位置、並びに二次成形工程におけるゲート位置及びウェルド位置も示している。 ２色成形法による一次成形の説明図であり、（ａ）は金型が閉じた状態、（ｂ）は一次成形用の溶融樹脂を注入した状態、（ｃ）は一次成形が完了した状態を示している。 ２色成形法による二次成形の説明図であり、（ａ）は金型が閉じた状態、（ｂ）は二次成形用の溶融樹脂を注入した状態、（ｃ）は二次成形が完了した状態を示している。 本発明の実施の形態２に係る芯金入り樹脂歯車の製造方法（ゲート数が１の場合）で製造された芯金入り樹脂歯車の平面図であり、一次成形工程におけるゲート位置及びウェルド位置、並びに二次成形工程におけるゲート位置及びウェルド位置も示している。
次に本発明の実施の形態を添付図面に基づき詳細に説明するが、本発明は、添付図面に示された形態に限定されず特許請求の範囲に記載の要件を満たす実施形態の全てを含むものである。
実施の形態１．
図１の斜視図に示すように、本発明の実施の形態１に係る芯金入り樹脂歯車の製造方法で製造された芯金入り樹脂歯車１は、例えば、電動パワーステアリングに使われるウォームギヤのウォームホイールとして用いられるものであり、芯金としての金属製スリーブ２とその外周を被う合成樹脂製の円環状歯部３からなり、外周面には他の歯車と噛み合う歯４が形成される。
また、円環状歯部３は、何れも例えば繊維強化樹脂製で異材質の円環状内径側部材３Ａ及び円環状外径側部材３Ｂからなる。
芯金入り樹脂歯車１は、その側面に、二次成形工程による３個のゲート痕（ゲート位置Ｇ２１，Ｇ２２，Ｇ２３参照）が視認される。
このような芯金入り樹脂歯車１は、円環状歯部３を合成樹脂製としているので、全体が金属製のものよりも大幅に軽量化できる。
本発明の実施の形態１に係る芯金入り樹脂歯車の製造方法は、以下のとおりである。
（一次成形工程）
先ず、スリーブ２をインサート品として内径側部材３Ａを図示しない第１キャビティ型内で射出成形する一次成形工程を行い、図２（ａ）の斜視図、及び図２（ｂ）の平面図に示す一次成形品Ａを製造する。この一次成形品Ａ（円環状内径側部材３Ａ）の外周面には、歯形状突起（凹凸形状）５が形成される。
一次成形工程における第１キャビティ型内へ溶融樹脂を注入するゲートは、ピンゲート、トンネルゲート又はサイドゲートとされ、ゲート数は３であり、それらは周方向で等角度に（周方向等分に）配置される。
（二次成形工程）
次に、図２に示す一次成形品Ａを図示しない第２キャビティ型内に入れて外径側部材３Ｂを射出成形する二次成形工程を行い、図３（ａ）の斜視図、及び図３（ｂ）の平面図に示す芯金入り樹脂歯車１（外周面に他の歯車と噛み合う歯４を形成する前のもの）を製造する。一次成形品Ａ（円環状内径側部材３Ａ）の外周面には歯形状突起５が形成されていることから、二次成形工程で注入された溶融樹脂が歯形状突起５の凹凸間に充填されるので、一次成形による円環状内径側部材３Ａと二次成形による円環状外径側部材３Ｂとの相対的な周方向回転変位を拘束できる。
二次成形工程における第２キャビティ型内へ溶融樹脂を注入するゲートは、ピンゲート、トンネルゲート又はサイドゲートとされ、ゲート数は３で前記一次成形工程のゲート数と同じであり、それらは周方向で等角度に（周方向等分に）配置される。
ここで、外径側部材３Ｂの外周面には図１に示す他の歯車と噛み合う歯４を形成する必要がある。このような歯４は、例えば前記二次成形工程完了後に歯切加工等の機械加工により形成するが、前記二次成形工程で形成してもよい。
（ゲート配置及びウェルド位置）
図２（ｂ）及び図４の平面図に示すように、前記一次成形工程において、ゲート位置Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ１３から第１キャビティ型内へ溶融樹脂が注入されるので、周方向で等角度に配置されたゲートの周方向中間位置がウェルド位置（ウェルドライン）Ｗ１１，Ｗ１２，Ｗ１３になる。
また、図３（ｂ）及び図４の平面図に示すように、前記二次成形工程におけるゲート位置Ｇ２１，Ｇ２２，Ｇ２３は、一次成形品Ａのゲート位置Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ１３及びゲート位置Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ１３に隣り合うウェルド位置Ｗ１１，Ｗ１２，Ｗ１３の周方向中間に配置される。
なお、前記二次成形工程のゲート位置Ｇ２１，Ｇ２２，Ｇ２３を、一次成形品Ａのゲート位置Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ１３、及びゲート位置Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ１３に隣り合うウェルド位置Ｗ１１，Ｗ１２，Ｗ１３の周方向中間の近傍に配置してもよい。
前記二次成形工程のゲート配置（ゲート位置Ｇ２１，Ｇ２２，Ｇ２３参照）により、前記二次成形工程におけるウェルド位置（ウェルドライン）Ｗ２１は、ウェルド位置Ｗ１１及びゲート位置Ｇ１２の周方向中間位置に存在する。
同様に、前記二次成形工程におけるウェルド位置（ウェルドライン）Ｗ２２は、ウェルド位置Ｗ１２及びゲート位置Ｇ１３の周方向中間位置に存在し、前記二次成形工程におけるウェルド位置（ウェルドライン）Ｗ２３は、ウェルド位置Ｗ１３及びゲート位置Ｇ１１の周方向中間位置に存在する。
以上の説明においては、一次成形工程における第１キャビティ型内へ溶融樹脂を注入するゲート、及び二次成形工程における第２キャビティ型内へ溶融樹脂を注入するゲート（ピンゲート、トンネルゲート又はサイドゲート）を、周方向で等角度に（周方向等分に）配置する場合を示した。しかし、本発明はゲートを周方向で等角度に配置する構成に限定されるものではなく、ゲートの配置は周方向ではあるが等角度に配置しない構成も含まれる。
次に、前記一次成形工程及び二次成形工程の射出成形について説明を補足する。
本発明の芯金入り樹脂歯車の製造方法における、第１キャビティ型内で射出成形して一次成形品Ａを成形する一次成形工程、及び一次成形品Ａを第２キャビティ型内に入れて射出成形する二次成形工程は、個別に２種類の金型を使用して行う方法、及び２色成形法の２通りがある。
個別に２種類の金型を使用して行う方法は、一次成形工程完了後、一次成形品Ａを一次成形用金型から取り出し、二次成形用金型にセットして二次成形を行うものである。
２色成形法は、共通の可動側金型並びに一次成形で使用する固定側金型及び二次成形で使用する固定側金型を備えた２色射出成型機を使用して、一次成形と二次成形で固定側金型を自動的に交換しながら成形を行うものである。
以下において、２色成形法の例について説明する。
先ず、図５の説明図により一次成形について説明する。
図５（ａ）に示すインサート品である金属製スリーブ２を可動側金型６にセットして可動側金型６及び一次成形用固定側金型７Ａを閉じた状態で、そのキャビティ型（本発明における「第１キャビティ型」に相当）に図５（ｂ）のように一次成形用の溶融樹脂を注入する。
それにより図５（ｃ）のように一次成形品Ａが成形される。なお、図５（ｃ）には、一次成形が完了した後、可動側金型６から一次成形用固定側金型７Ａを離間させるとともにスライドコア８を移動させた状態を示している。
次に、図６の説明図により二次成形について説明する。
一次成形が完了し、図５（ｃ）のように一次成形品Ａを保持した状態の可動側金型６は、自動で二次成形用固定側金型７Ｂの待つ位置まで移動（回転又はスライド）する。
図６（ａ）に示すように可動側金型６及び二次成形用固定側金型７Ｂを閉じた状態で、そのキャビティ型（本発明における「第２キャビティ型」に相当）に図６（ｂ）のように二次成形用の溶融樹脂を注入する。
それにより図６（ｃ）のように芯金入り樹脂歯車１（外周面に他の歯車と噛み合う歯を形成する前のもの）が成形されるので、芯金入り樹脂歯車１を可動側金型６から取り出す。
実施の形態２．
図７の平面図に示す、本発明の実施の形態２に係る芯金入り樹脂歯車の製造方法で製造された芯金入り樹脂歯車１において、実施の形態１と同一符号は同一又は相当部分を示している。
本発明の実施の形態２に係る芯金入り樹脂歯車の製造方法は、実施の形態１に係る芯金入り樹脂歯車の製造方法と同様であり、スリーブ２をインサート品として第１キャビティ型内で内径側部材３Ａを射出成形する一次成形工程、及び一次成形品を第２キャビティ型内に入れて外径側部材３Ｂを射出成形する二次成形工程を有する。
また、芯金入り樹脂歯車１は、その側面に、二次成形工程による１個のゲート痕（ゲート位置Ｇ２参照）が視認される。
（ゲート配置及びウェルド位置）
前記一次成形工程において、図７の平面図に示すゲート位置Ｇ１から第１キャビティ型内へ溶融樹脂が注入されるので、ゲート位置Ｇ１と周方向に１８０°位相が異なる位置（芯金であるスリーブ２及び内径側部材３Ａの中芯に対してゲート位置Ｇ１の反対位置）がウェルド位置（ウェルドライン）Ｗ１になる。
また、前記二次成形工程におけるゲート位置Ｇ２は、一次成形品のゲート位置Ｇ１及びウェルド位置Ｗ１の周方向中間に配置される。
なお、前記二次成形工程のゲート位置Ｇ２を、一次成形品のゲート位置Ｇ１及びウェルド位置Ｗ１の周方向中間の近傍に配置してもよい。
前記二次成形工程のゲート配置（ゲート位置Ｇ２参照）により、前記二次成形工程におけるウェルド位置（ウェルドライン）Ｗ２は、ウェルド位置Ｗ１及びゲート位置Ｇ１の周方向中間位置に存在する。
以上の説明において、実施の形態１はゲート数が３の場合、実施の形態２はゲート数が１の場合であるが、本発明における前記一次成形工程におけるゲートの数及び前記二次成形工程におけるゲートの数は、２であってもよく、あるいは４以上であってもよく、同数であればよい。
以上のような芯金入り樹脂歯車１の製造方法によれば、一次成形工程及び二次成形工程に用いる金型のゲートがピンゲート、トンネルゲート又はサイドゲートであるので、前記ゲートがフィルムゲートやディスクゲート等である場合と比較して、無駄になる材料が少なくなるため材料費を低減できる。
また、前記ゲートがピンゲート又はトンネルゲートであるものでは、金型が開く際にゲートが自動的に切断されるので、前記ゲートがフィルムゲートやディスクゲート等である場合と比較して、成形品取り出し後のゲートカットが不要になる。
さらに、二次成形工程のゲート位置を、一次成形工程で成形した一次成形品のゲート位置及びこのゲート位置に隣り合うウェルド位置の周方向中間又はその近傍としてなるか、あるいは、二次成形工程のゲート位置を、前記一次成形品のゲート位置及びウェルド位置の周方向中間又はその近傍としてなるので、二次成形品のウェルドは、前記一次成形品のゲート及びウェルドの周方向中間付近に発生する。
したがって、一次成形工程及び二次成形工程を経て製造された芯金入り樹脂歯車１において、一次成形工程により形成された径方向のウェルドラインと二次成形工程により形成された径方向のウェルドラインが重なったり、近傍に位置することがない。
よって、成形品である芯金入り樹脂歯車１の強度低下を抑制できる。
さらにまた、円環状内径側部材３Ａ及び円環状外径側部材３Ｂが繊維強化樹脂製である場合、繊維強化材の充填により、その充填量が多くなるほどウェルドラインの強度低下率が大きくなる繊維強化樹脂製の歯部３（円環状内径側部材３Ａ及び円環状外径側部材３Ｂ）において、一次成形工程により形成された径方向のウェルドラインと二次成形工程により形成された径方向のウェルドラインが重なったり、近傍に位置することがないので、成形品である芯金入り樹脂歯車１の強度低下抑制効果が大きくなる。
１ 芯金入り樹脂歯車
２ 金属製スリーブ
３ 円環状歯部
３Ａ 円環状内径側部材
３Ｂ 円環状外径側部材
４ 歯
５ 歯形状突起
６ 可動側金型
７Ａ 一次成形用固定側金型
７Ｂ 二次成形用固定側金型
８ スライドコア
Ａ 一次成形品
Ｇ１，Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ１３ 一次成形工程によるゲート位置
Ｇ２，Ｇ２１，Ｇ２２，Ｇ２３ 二次成形工程によるゲート位置
Ｗ１，Ｗ１１，Ｗ１２，Ｗ１３ 一次成形工程によるウェルド位置（ウェルドライン）
Ｗ２，Ｗ２１，Ｗ２２，Ｗ２３ 二次成形工程によるウェルド位置（ウェルドライン）

Claims (3)

  1. 芯金としての金属製スリーブとその外周を被う合成樹脂製の円環状歯部からなる樹脂歯車の製造方法において、前記歯部を異材質の円環状内径側部材及び円環状外径側部材とし、前記スリーブをインサート品として前記内径側部材を第１キャビティ型内で射出成形する一次成形工程と、前記一次成形工程で成形した一次成形品を第２キャビティ型内に入れて前記外径側部材を射出成形する二次成形工程を有する芯金入り樹脂歯車の製造方法であって、
    前記芯金入り樹脂歯車は、ウォームギヤのウォームホイールとして用いられ、
    前記一次成形品の外周面には、他の歯車と噛み合う歯を構成しない凹凸形状が形成され、
    前記一次成形工程を行う前記第１キャビティ型内へ溶融樹脂を注入するゲート、及び前記二次成形工程を行う前記第２キャビティ型内へ溶融樹脂を注入するゲートを、ピンゲート、トンネルゲート又はサイドゲートとし、
    前記一次成形工程における前記ゲートの数及び前記二次成形工程における前記ゲートの数を複数かつ同数としてそれらを周方向に配置するとともに、前記二次成形工程のゲート位置を、前記一次成形品のゲート位置及びこのゲート位置に隣り合うウェルド位置の周方向中間又はその近傍としてなることを特徴とする芯金入り樹脂歯車の製造方法。
  2. 芯金としての金属製スリーブとその外周を被う合成樹脂製の円環状歯部からなる樹脂歯車の製造方法において、前記歯部を異材質の円環状内径側部材及び円環状外径側部材とし、前記スリーブをインサート品として前記内径側部材を第１キャビティ型内で射出成形する一次成形工程と、前記一次成形工程で成形した一次成形品を第２キャビティ型内に入れて前記外径側部材を射出成形する二次成形工程を有する芯金入り樹脂歯車の製造方法であって、
    前記芯金入り樹脂歯車は、ウォームギヤのウォームホイールとして用いられ、
    前記一次成形品の外周面には、他の歯車と噛み合う歯を構成しない凹凸形状が形成され、
    前記一次成形工程を行う前記第１キャビティ型内へ溶融樹脂を注入するゲート、及び前記二次成形工程を行う前記第２キャビティ型内へ溶融樹脂を注入するゲートを、ピンゲート、トンネルゲート又はサイドゲートとし、
    前記一次成形工程における前記ゲートの数及び前記二次成形工程における前記ゲートの数を単数とするとともに、前記二次成形工程のゲート位置を、前記一次成形品のゲート位置及びウェルド位置の周方向中間又はその近傍としてなることを特徴とする芯金入り樹脂歯車の製造方法。
  3. 前記円環状内径側部材及び前記円環状外径側部材が、繊維強化樹脂製である請求項１又は２記載の芯金入り樹脂歯車の製造方法。
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