齒輪以及齒輪的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及齒輪以及齒輪的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]例如，電動助力轉(zhuǎn)向裝置將轉(zhuǎn)向操縱輔助用的電動馬達的旋轉(zhuǎn)在經(jīng)由減速機減速的同時將輸出增幅被向轉(zhuǎn)向機構(gòu)傳遞。由此，對基于駕駛員的操作的轉(zhuǎn)向機構(gòu)的動作進行輔助。該減速機通常具備相互嚙合的作為小齒輪的金屬制蝸桿、和作為大齒輪的樹脂制蝸輪。蝸輪例如在金屬制的芯骨(套筒)的外周，通過注射成形(插入成形)等形成圓環(huán)狀的樹脂部件后，在樹脂部件的外周通過切削加工等形成齒，由此來制造。樹脂部件例如使用聚酰胺(PA6、PA66、PA46等)、聚苯硫醚(PPS)等樹脂來形成。
[0003]近年來，基于減少對環(huán)境影響的要求，謀求汽車用部件的輕型化，電動助力轉(zhuǎn)向裝置的減速機也不例外。蝸輪的套筒是金屬制的，占電動助力轉(zhuǎn)向裝置整體重量的比率高。因此，除了保持必要的機械強度以及剛性之外，必須使用更輕型的材料。在這點上，近年來，提出應(yīng)用了輕型并且高強度和高剛性的纖維強化復(fù)合材料的汽車用部件。例如，日本特開2001-304379號公報公開具備主體部(套筒)和齒形部的齒輪。套筒由包括金屬纖維、碳纖維、玻璃纖維等強化纖維的樹脂構(gòu)成。齒形部由不包括強化纖維的樹脂構(gòu)成。在主體部形成有在齒形部的齒部的內(nèi)部延伸的齒芯部。日本特開2001-304379號公報的齒輪，是在使包含強化纖維的合成樹脂材料射出并成形后，將其成形品(主體部)安置于模具中，將不包含強化纖維的合成樹脂材料射出而使齒形部形成而制成的。
[0004]然而，在日本特開2001-304379號公報中，使合成樹脂材料射出到主體部的周圍，由此將主體部與齒形部粘合。因此，存在這些邊界面(粘合部)的可靠性、耐熱沖擊性不夠的不良。為了改善該情況，也可以通過滾花加工、噴砂加工、蝕刻處理等，在主體部的外周面形成防脫、防轉(zhuǎn)動部分。然而，在加工時，存在主體部中的強化纖維在中途被切斷而成為破壞源的情況。其結(jié)果，主體部的機械強度、剛性降低。
[0005]另外，除了日本特開2001-304379號公報的公開以外，以下例子，可以考慮為使用纖維強化復(fù)合材料的方法，但均存在產(chǎn)生與日本特開2001-304379號公報相同的故障的情況。
[0006](I)通過片纏繞法將碳纖維預(yù)浸料(浸入了熱固性樹脂的碳纖維片或帶)成形為圓環(huán)狀，對其外周進行切削加工，由此形成齒。然而，在通過切削加工形成齒時將碳纖維切斷，齒輪的機械強度、剛性降低。并且，在直至齒的前端包括有碳纖維的構(gòu)造上，齒的剛性較高卻失去了韌性(柔軟性)。因此，也存在容易產(chǎn)生嘎嘎聲的問題。
[0007](2)通過由上述的片纏繞成形得到的碳纖維強化塑料(CFRP:Carbon FiberReinforced Plastics)僅形成套筒，將與其分開另外準備的樹脂制的齒部粘合于該套筒。
[0008](3)通過由上述的片纏繞成形得到的CFRP僅形成套筒，將該套筒安置于注射成形機的模具中，射出齒部用的樹脂。
[0009]在⑵以及(3)中，齒部也可以不含碳纖維，因此可能能夠保持齒部的韌性與耐沖擊性。然而，確實產(chǎn)生與日本特開2001-304379號公報相同的故障。S卩，套筒與齒部的邊界面(粘合部)的可靠性、耐熱沖擊性不夠，另一方面，若欲通過滾花加工等來改善該情況，則套筒中的強化纖維在中途被切斷，套筒的機械強度、剛性降低。
[0010]另外，在上述(I)?(3)的方法中全部使用熱固性CFRP。然而，包括樹脂的流動化時間至固化反應(yīng)結(jié)束需要五個小時以上，與一般的汽車部件的周期時間(C/Τ)相比變長。因此，制造成本增加。另一方面，也可使用使用了相比熱固性樹脂能夠以更短時間成形的熱塑性樹脂的碳纖維強化塑料(CFRTP:Carbon Fiber Reinforced Thermo Plastics)。然而，CFRTP的預(yù)浸料變硬而沒有粘性。因此，通過上述的片纏繞成形成為圓環(huán)狀是困難的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的之一在于提供能夠一邊將齒部的韌性以及耐沖擊性保持得較高，一邊提高套筒部的機械強度以及剛性、并且能夠以較短的周期制造的、有關(guān)套筒部與齒部作為連續(xù)層而存在的齒輪的制造方法、以及通過該方法得到的齒輪。
[0012]作為本發(fā)明的一方式的齒輪的制造方法的特征在于，包括:第一層疊工序，在該工序中，通過將強化纖維片材與第一熱塑性樹脂片材層疊為圓筒狀，形成套筒部；第二層疊工序，在該工序中，通過在上述套筒部的外周層疊第二熱塑性樹脂片材，形成齒形成部；加熱加壓工序，在該工序中，對上述套筒部以及上述齒形成部進行加熱以及加壓；以及齒部形成工序，在該工序中，通過在上述齒形成部的外周形成齒來加工出齒部。
【附圖說明】
[0013]根據(jù)以下參照附圖對實施方式進行的詳細說明，本發(fā)明的上述以及更多的特點和優(yōu)點會變得更加清楚，其中對相同的元素標注相同的附圖標記，其中，
[0014]圖1是本發(fā)明的一實施方式的齒輪的簡要立體圖。
[0015]圖2是用于對上述齒輪的制造工序的一部分進行說明的圖，示出將片類卷繞于芯材的工序。
[0016]圖3(a)、圖3(b)是表示上述片類的卷繞相關(guān)的工序的圖。圖3 (a)表示將上述片類卷為同心圓狀的例子，圖3(b)是將上述片類卷為螺旋狀的例子。
[0017]圖4(a)、圖4(b)、圖4(c)是表示上述片類中強化纖維片材的纖維的定向方向與卷繞方向的關(guān)系的圖。
[0018]圖5是表示上述片類的卷繞結(jié)束后的芯材的圖。
[0019]圖6(a)、圖6(b)是表示使用了上述片類的圓筒構(gòu)造物的加熱加壓工序的圖。圖6(a)表示通常的沖壓加工的例子，圖6(b)表示滑動型芯式的沖壓加工的例子。
[0020]圖7是表示從圖6(a)、圖6(b)所示的沖壓加工后的上述圓筒構(gòu)造物拔出芯材的工序的圖。
[0021]圖8是表示將圖7所示的上述圓筒構(gòu)造物單片化為齒輪尺寸的圓環(huán)構(gòu)造物的工序的圖。
[0022]圖9(a)、圖9(b)是表示使用了上述片類的圓筒構(gòu)造物的加熱加壓工序的圖。圖9(a)表示通常的沖壓加工的例子，圖9(b)表示滑動型芯式的沖壓加工的例子。
[0023]圖10是表示從圖9 (a)、圖9 (b)所示的沖壓加工后的上述圓筒構(gòu)造物拔出芯材的工序的圖。
[0024]圖11是表示將圖10所示的上述圓筒構(gòu)造物單片化為齒輪尺寸的圓環(huán)構(gòu)造物的工序的圖。
[0025]圖12是表示對圖11中單片化的各上述圓環(huán)構(gòu)造物實施切齒加工的工序的圖。
【具體實施方式】
[0026]圖1是本發(fā)明的一實施方式的齒輪I的簡要立體圖。齒輪I形成為在中心具有貫通孔2的圓環(huán)狀。在貫通孔2插入未圖示的軸(例如，助力轉(zhuǎn)向機構(gòu)的下軸等)。齒輪I由一體物的樹脂成形品構(gòu)成，包括從貫通孔2為同心圓狀的套筒部3以及齒部4。套筒部3以及齒部4形成為相互連續(xù)的樹脂的連續(xù)層，并且在該實施方式中基于是否在內(nèi)部包含強化纖維片材5來區(qū)別套筒部3以及齒部4。套筒部3定義為在內(nèi)部分布強化纖維片材5的圓環(huán)狀的區(qū)域。另一方面，齒部4是套筒部3的周圍區(qū)域，定義為在內(nèi)部不包含強化纖維片材5的圓環(huán)狀的區(qū)域。在齒部4的外周，沿著周向刻有多個齒6。這里，兩個區(qū)域(在該實施方式中，套筒部3與齒部4)形成連續(xù)層的結(jié)構(gòu)是指在