(57)【要約】      （修正有）【課題】樹脂部材と、非鉄材からなる芯金とが一体化されてなる樹脂ギヤにおいて、樹脂部材と芯金とが十分な接合強度で接合され、電動パワーステアリングのウォームホイールにも好適に適用することができる樹脂ギヤ及びその製造方法を提供する。【解決手段】貫通孔を有する円筒状の樹脂部材と、前記樹脂部材の貫通孔の内周面に接合された芯金とを有する樹脂ギヤであって、前記樹脂部材の樹脂材料がアニオン重合ポリアミド樹脂であり、前記芯金の金属材料が非磁性金属材料であり、前記樹脂部材と前記芯金との、２３℃、加圧速度５ｍｍ／分の条件下でのスラスト強度が１５ｋＮ以上である樹脂ギヤ、及びその製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔を有する円筒状の樹脂部材と、前記樹脂部材の貫通孔の内周面に接合された芯金とを有する樹脂ギヤであって、
前記樹脂部材の樹脂材料がアニオン重合ポリアミド樹脂であり、
前記芯金の金属材料が非磁性金属材料であり、
前記樹脂部材と前記芯金との、２３℃、加圧速度５ｍｍ／分の条件下でのスラスト強度が１５ｋＮ以上である、樹脂ギヤ。
【請求項２】
前記芯金の外周面は、前記樹脂部材の貫通孔の内周面との接合部分の少なくとも一部にローレットが形成されている、請求項１に記載の樹脂ギヤ。
【請求項３】
前記芯金の外周面のうち、前記樹脂部材の貫通孔の内周面との接合部分の算術平均粗さＲａが２．５以上である、請求項１又は２に記載の樹脂ギヤ。
【請求項４】
前記芯金の外周面のうち、前記樹脂部材の貫通孔の内周面と接合される部分の少なくとも一部に、カップリング剤の塗布面が形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の樹脂ギヤ。
【請求項５】
前記非磁性金属材料が、アルミニウム合金、銅、チタン、ニッケル合金、マグネシウム合金、ホワイトメタル、又はステンレス鋼である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の樹脂ギヤ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の樹脂ギヤを有する電動パワーステアリング。
【請求項７】
貫通孔を有する円筒状の樹脂部材と、前記樹脂部材の貫通孔の内周面に接合された芯金とを有する樹脂ギヤの製造方法であって、
前記芯金の外周面に、前記樹脂部材の貫通孔の内周面との接合部分の少なくとも一部にローレット加工を施す工程と、
ローレット加工が施された前記芯金の外周面にブラスト処理を施し、処理表面の算術平均粗さＲａを２．５以上とする工程と、
ブラスト処理が施された前記芯金の外周面に、カップリング剤を塗布する工程と、
前記樹脂部材の前駆体である樹脂成形体を加熱して、前記樹脂成形体の貫通孔の内周面を軟化させる工程と、
前記樹脂成形体の貫通孔に、カップリング剤が塗布された前記芯金を挿入して、前記樹脂成形体と前記芯金との複合体を得る工程と、
前記複合体を、発振周波数５〜１０ｋＨｚで高周波誘導加熱して、前記樹脂成形体を前記芯金と融着接合させる工程と、
融着接合させた前記複合体の樹脂成形体の外周面に歯切り加工を施して、樹脂ギヤを得る工程とを有する、樹脂ギヤの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ギヤ歯を有する樹脂部材と芯金とが一体化した樹脂ギヤ、特に、自動車に搭載される電動式パワーステアリング（Electric Power Steering；以下、「ＥＰＳ」と略称する。）に好適に用いられる樹脂ギヤ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用ＥＰＳは、自動車の操舵機構部の補助装置であり、人力以外に電動モータによる動力を利用して、運転者が、軽く、楽にハンドル操作できるように補助する機構である。ＥＰＳは、一般に、電動モータに連結されたウォームと、ステアリング軸に取り付けられたウォームホイールとが噛合するように構成されている。
【０００３】
ウォームホイールを高強度とする観点から、ウォームと同様に金属製にすることが考えられるが、このようなウォームホイールは、ウォームとの接触による歯打ち音や振動音等の不快な音が生じるという課題を有する。このため、不快音の抑制のため、また、自動車の燃費向上のための車両の軽量化の観点からも、近年、ギヤ歯形成部分を、金属製ではなく、樹脂製とした樹脂ギヤが普及している。
【０００４】
樹脂ギヤとしては、芯金は鉄材、ギヤ歯が形成される部分の樹脂部材はポリアミド系樹脂材からなるものが一般的である。ただし、樹脂ギヤをＥＰＳに用いる場合には、樹脂部材の強度を補うために、鉄材からなる芯金容積を十分に確保する必要がある。特に、大型車種に搭載されるＥＰＳ用の大きな樹脂ギヤにおいては、芯金径が大きくなり、樹脂ギヤ全体として十分な軽量化を図ることは難しかった。
【０００５】
これに対しては、例えば、特許文献１に、芯金に、従来の鉄材よりも軽い、アルミニウム等を用いた樹脂ギヤが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２０１３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載されている樹脂ギヤは、芯金の外周面に樹脂を射出成形することにより、樹脂部材と芯金とを一体化して形成することとしており、このような方法で一体化された樹脂ギヤは、ＥＰＳのウォームホイールに適用するには、樹脂部材と芯金との接合強度が不十分であり、実用的であるとは言えなかった。
このように、樹脂部材と、非鉄材からなる芯金とが一体化されてなる従来の樹脂ギヤにおいて、ＥＰＳのウォームホイールに好適に適用することができる十分な接合強度を有するものはなかった。
【０００８】
本発明は、このような状況の下でなされたものであり、樹脂部材と、非鉄材からなる芯金とが一体化されてなる樹脂ギヤにおいて、樹脂部材と芯金とが十分な接合強度で接合され、ＥＰＳのウォームホイールにも好適に適用することができる樹脂ギヤ及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、樹脂部材と非鉄材からなる芯金とが一体化されてなる樹脂ギヤにおいて、樹脂部材と芯金とを所定の方法で接合させることにより、接合強度を向上させることができることを見出したことに基づくものである。
【００１０】
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［７］を提供するものである。
［１］貫通孔を有する円筒状の樹脂部材と、前記樹脂部材の貫通孔の内周面に接合された芯金とを有する樹脂ギヤであって、前記樹脂部材の樹脂材料がアニオン重合ポリアミド樹脂であり、前記芯金の金属材料が非磁性金属材料であり、前記樹脂部材と前記芯金との、２３℃、加圧速度５ｍｍ／分の条件下でのスラスト強度が１５ｋＮ以上である、樹脂ギヤ。
［２］前記芯金の外周面は、前記樹脂部材の貫通孔の内周面との接合部分の少なくとも一部にローレットが形成されている、上記［１］に記載の樹脂ギヤ。
［３］前記芯金の外周面のうち、前記樹脂部材の貫通孔の内周面との接合部分の算術平均粗さＲａが２．５以上である、上記［１］又は［２］に記載の樹脂ギヤ。
［４］前記芯金の外周面のうち、前記樹脂部材の貫通孔の内周面と接合される部分の少なくとも一部に、カップリング剤の塗布面が形成されている、上記［１］〜［３］のいずれか１項に記載の樹脂ギヤ。
［５］前記非磁性金属材料が、アルミニウム合金、銅、チタン、ニッケル合金、マグネシウム合金、ホワイトメタル、又はステンレス鋼である、上記［１］〜［４］のいずれか１項に記載の樹脂ギヤ。
［６］上記［１］〜［５］のいずれか１項に記載の樹脂ギヤを有する電動パワーステアリング。
【００１１】
［７］貫通孔を有する円筒状の樹脂部材と、前記樹脂部材の貫通孔の内周面に接合された芯金とを有する樹脂ギヤの製造方法であって、前記芯金の外周面に、前記樹脂部材の貫通孔の内周面との接合部分の少なくとも一部にローレット加工を施す工程と、ローレット加工が施された前記芯金の外周面にブラスト処理を施し、処理表面の算術平均粗さＲａを２．５以上とする工程と、ブラスト処理が施された前記芯金の外周面に、カップリング剤を塗布する工程と、前記樹脂部材の前駆体である樹脂成形体を加熱して、前記樹脂成形体の貫通孔の内周面を軟化させる工程と、前記樹脂成形体の貫通孔に、カップリング剤が塗布された前記芯金を挿入して、前記樹脂成形体と前記芯金との複合体を得る工程と、前記複合体を、発振周波数５〜１０ｋＨｚで高周波誘導加熱して、前記樹脂成形体を前記芯金と融着接合させる工程と、融着接合させた前記複合体の樹脂成形体の外周面に歯切り加工を施して、樹脂ギヤを得る工程とを有する、樹脂ギヤの製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の樹脂ギヤは、芯金が鉄材である従来の樹脂ギヤよりも、軽量であり、かつ、樹脂部材と芯金との接合強度に優れている。このため、軽量化及び高トルクが求められる用途、特に、ＥＰＳのウォームホイールに好適に適用することができる。
また、本発明の製造方法によれば、芯金が、鉄材よりも軽量な非鉄材からなる場合であっても、樹脂部材と芯金との接合強度を従来よりも向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例における樹脂ギヤ評価用サンプルの回転軸方向の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の樹脂ギヤは、貫通孔を有する円筒状の樹脂部材と、前記樹脂部材の貫通孔の内周面に接合された芯金とを有する樹脂ギヤである。そして、樹脂部材の樹脂材料がアニオン重合ポリアミド樹脂であり、芯金の金属材料が非磁性金属材料であり、樹脂部材と芯金とのスラスト強度が、２３℃、加圧速度５ｍｍ／分の条件下において、１５ｋＮ以上であることを特徴としている。
このように、本発明の樹脂ギヤは、芯金が非鉄材である非磁性金属材料からなる場合であっても、鉄材からなる場合よりも、樹脂部材と芯金とが優れた接合強度を有している。
したがって、本発明の樹脂ギヤは、軽量化及び高トルクが求められる用途において、好適に適用することができ、例えば、ＥＰＳのウォームホイール等にも好適に用いることができるものである。
【００１５】
［樹脂部材］
本発明の樹脂ギヤを構成する樹脂部材は、貫通孔を有する円筒状体であり、その貫通孔の内周面において芯金と接合されている。円筒状の上下底面は、必ずしも平面でなくてもよく、該樹脂ギヤの使用目的や用途、使用態様等に応じて、凹凸を有する面であってもよい。樹脂部材のサイズも、該樹脂ギヤの使用目的や用途、使用態様等に応じて、適宜設定される。また、円筒状体の外周面には、ギヤ歯が形成されるが、ギヤ歯の形態は、特に限定されるものではなく、該樹脂ギヤの使用目的や用途、使用態様等に応じて、適宜設定されるものである。
【００１６】
（樹脂材料）
樹脂部材の樹脂材料としては、アニオン重合ポリアミド樹脂が用いられる。
ポリアミド樹脂は、機械的強度、耐熱性、耐摩耗性、耐薬品性、機械加工性等の各種特性に優れたエンジニアリングプラスチックである。重縮合により製造されるものが一般的であるが、アニオン重合により製造されたポリアミド樹脂の方が、これらの特性がより優れており、特性の観点から、両者は区別されるものである。本発明においては、ギヤとしての強度、特に、ＥＰＳのウォームホイールとしての強度を確保する観点から、アニオン重合ポリアミド樹脂を用いる。
アニオン重合ポリアミド樹脂としては、例えば、６ナイロン等が挙げられる。これらの中でも、ＭＣナイロン（登録商標）（クオドラントポリペンコジャパン株式会社製）が好適に用いられ、特に、芯金との接合強度の観点から、「ＭＣ９０１」、「ＭＣ９００ＮＣ」等、あるいはまた、ウォラストナイト等の無機充填材添加による強化品である「ＭＣ６０２ＳＴ」等が好ましい。なお、ワックス等の潤滑剤を含むものは、芯金との接合強度を低下させるため好ましくない。
なお、樹脂部材の構成材料は、樹脂材料が９５〜１００質量％であることが好ましく、より好ましくは９８〜１００質量％、さらに好ましくは９９〜１００質量％である。樹脂部材に含まれる樹脂材料以外の成分としては、例えば、無機充填材、着色剤等が挙げられる。
【００１７】
［芯金］
芯金は、その外周面において前記樹脂部材の貫通孔の内周面と接合されている。芯金は、円筒状であり、中心に回転軸と連結するための孔を有している。円筒状の上下底面は、必ずしも平面でなくてもよく、該樹脂ギヤの使用目的や用途、使用態様等に応じて、凹凸を有する面であってもよい。また、孔の形態やサイズは、連結される回転軸の形態やサイズ等に応じて、適宜設定される。
【００１８】
（金属材料）
芯金の金属材料は、非磁性金属材料である。具体的には、アルミニウム合金、銅、チタン、ニッケル合金、マグネシウム合金、ホワイトメタル、ステンレス鋼等が挙げられる。これらの中でも、軽量性、強度、加工性、コスト等の観点から、アルミニウム合金が好ましい。アルミニウム合金の中でも、ＪＩＳ  Ｈ  ４０４０：２００６規格における２０００系、４０００系又は５０００系のものが好適に用いられる。
本発明の樹脂ギヤは、芯金がこのような非磁性金属材料であっても、鉄材よりも高い接合強度で樹脂部材と接合させることを可能としたものである。また、これらの非磁性金属材料は、鉄材よりも切削加工がしやすく、製造効率及びコストの点においても利点を有している。さらに、非磁性金属材料を用いることにより、磁性に敏感なセンサー類の誤作動を生じさせないという効果も得られ、該樹脂ギヤは、このようなセンサー類の部品にも好適に適用することができる。
【００１９】
（外周面の形態等）
芯金の外周面は、樹脂部材の貫通孔の内周面との接合部分にローレットが形成されていることが好ましい。ローレットの形成部分は、樹脂部材の貫通孔の内周面との接合部分のうちの一部でも、全面であってもよい。芯金の外周面に、このようなローレットが形成されていることにより、接合される樹脂部材との滑り止め効果が高まり、接合強度を向上させることができる。
なお、ここでいう「ローレットが形成されている」とは、目視観察にて、ローレット山の頂部が丸みを帯びておらず、シャープな形状を維持していることを意味する。
ローレットの形状は、樹脂ギヤの回転方向及びスラスト方向のいずれの方向にも滑り止め効果を高める観点から、アヤ目であることが好ましい。ローレットのサイズは、該樹脂ギヤの使用目的や用途、使用態様、大きさ等に応じて、適宜設定されるが、ピッチは１〜３ｍｍであることが好ましく、より好ましくは１．５〜２ｍｍである。ローレットを形成するローレット加工の方式は、特に限定されるものではないが、例えば、公知の切削方式により形成される。
【００２０】
また、芯金の外周面は、樹脂部材の貫通孔の内周面との接合部分の算術平均粗さＲａが２．５以上であることが好ましく、より好ましくは２．８〜７．０、さらに好ましくは３．０〜６．５である。芯金の外周面が、このような表面粗さであることにより、接合される樹脂部材に対するアンカー効果が高まり、接合強度を向上させることができる。
このような表面粗さにするための粗面化処理方法は、特に限定されるものではないが、後述するようなブラスト処理により行うことが好ましい。
【００２１】
また、芯金の外周面のうち、樹脂部材の貫通孔の内周面と接合される部分に、カップリング剤の塗布面が形成されていることが好ましい。カップリング剤の塗布面は、樹脂部材の貫通孔の内周面との接合部分のうちの一部でも、全面であってもよい。
カップリング剤は、有機材料である樹脂材料で構成される樹脂部材と、無機材料である金属材料で構成される芯金との異質材料との親和性及び密着性を向上させる機能を有するものである。このため、樹脂部材と芯金との接合部分に、カップリング剤を介在させることにより、接合強度を向上させることができる。
カップリング剤としては、具体的には、シランカップリング剤が好ましい。シランカップリング剤としては、公知のものを使用することができ、また、市販品を使用することができる。
カップリング剤の塗布方法は、均一な塗布面が得られる方法であれば、特に限定されるものではなく、刷毛、ローラー、スプレー等による公知の方法を適用することができる。また、カップリング剤の塗布量は、該カップリング剤の使用による接合強度の向上の効果が見られる程度の量であればよく、カップリング剤の種類等に応じて適宜定められる。
【００２２】
［スラスト強度］
樹脂部材と芯金との接合強度は、２３℃、加圧速度５ｍｍ／分の条件下におけるスラスト強度が、１５ｋＮ以上である。スラスト強度とは、樹脂ギヤの回転軸方向（スラスト方向）に負荷をかけた場合に樹脂部材と芯金との接合状態を保持することができる幅１０ｍｍ当たりの強度を意味する。本発明においては、２３℃にて、幅１０ｍｍの樹脂部材に対して相対的に、加圧速度５ｍｍ／分の条件下で芯金にスラスト方向に負荷をかけていき、樹脂部材と芯金との接合面がずれを生じた時の負荷強度で示す。具体的には、後述する実施例に記載の方法により測定される。
【００２３】
［樹脂ギヤの製造方法］
上記のような本発明の樹脂ギヤは、本発明の製造方法により、好適に製造することができる。本発明の製造方法は、具体的には、芯金の外周面に、樹脂部材の貫通孔の内周面との接合部分の少なくとも一部にローレット加工を施す工程（１）と、ローレット加工が施された芯金の外周面にブラスト処理を施し、処理表面の算術平均粗さＲａを２．５以上とする工程（２）と、ブラスト処理が施された芯金の外周面に、カップリング剤を塗布する工程（３）と、樹脂部材の前駆体である樹脂成形体を加熱して、樹脂成形体の貫通孔の内周面を軟化させる工程（４）と、樹脂成形体の貫通孔に、カップリング剤が塗布された芯金を挿入して、樹脂成形体と前記芯金との複合体を得る工程（５）と、複合体を、発振周波数５〜１０ｋＨｚで高周波誘導加熱して、樹脂成形体を芯金と融着接合させる工程（６）と、融着接合させた複合体の樹脂成形体の外周面に歯切り加工を施して、樹脂ギヤを得る工程（７）とを経るものである。
以下、本発明の製造方法を、工程順に説明する。
【００２４】
（工程（１））
工程（１）は、芯金の外周面に、樹脂部材の貫通孔の内周面との接合部分にローレット加工を施す工程である。
ローレットの形成部分は、上述したように、樹脂部材の貫通孔の内周面との接合部分のうちの一部でも、全面であってもよい。また、本発明においては、接合される樹脂部材との接合強度を高める観点から、アヤ目ローレットであることが好ましい。
加工方式は、特に限定されるものではなく、公知の切削方式により行うことができる。
【００２５】
（工程（２））
工程（２）は、前記工程（１）でローレット加工が施された芯金の外周面に、ブラスト処理を施す工程であり、処理表面の算術平均粗さＲａが２．５以上となるようにする。
本発明においては、接合される樹脂部材との接合強度を高める観点から、芯金の外周面がこのような表面粗さとなるように処理されることが好ましく、そのための表面処理方法として、ブラスト処理が好適である。
ブラストの方法は、処理表面を上記のような表面粗さとすることができる方法であれば、特に限定されるものではないが、均一な表面加工等の観点から、サンドブラスト処理が好ましい。サンドブラストにおける処理条件は、被処理表面の芯金の金属材料の種類により異なり、適宜設定されるが、例えば、アルミニウム合金の場合、研磨材としては、中心粒径が２００〜１０００μｍ程度のアルミナ系粉末を用いて行うことが好ましい。
なお、ブラスト処理後は、処理表面を、水や溶剤で洗浄する等の通常行われる方法により、清浄にしてから、次の工程に供することが好ましい。
【００２６】
（工程（３））
工程（３）は、前記工程（２）でブラスト処理が施された芯金の外周面に、カップリング剤を塗布する工程である。
カップリング剤の塗布方法は、上述したように、特に限定されるものではなく、刷毛、ローラー、スプレー等による公知の方法を適用することができる。カップリング剤の種類についても、上述したように、シランカップリング剤が好適に用いられる。
【００２７】
（工程（４））
工程（４）は、樹脂部材の前駆体である樹脂成形体を加熱して、前記樹脂成形体の貫通孔の内周面を軟化させる工程である。
樹脂成形体の貫通孔と芯金の外周形は、樹脂部材と芯金との接合強度を高める観点から、相互に対応する形状、通常は同じ円形状で形成され、樹脂成形体の貫通孔のサイズは、芯金の外周形よりも小さく、締め代を付与したサイズで形成される。このため、前記貫通孔に芯金を挿入させやすくするため、すなわち、焼き嵌めを行うため、樹脂成形体の貫通孔の内周面を軟化させるべく、樹脂成形体に加熱処理を施す。
なお、樹脂成形体の成形方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法で得ることができる。
【００２８】
樹脂成形体の加熱温度は、樹脂部材の樹脂材料であるアニオン重合ポリアミド樹脂が軟化する温度であり、かつ、加工精度の観点から、１２０〜１５０℃であることが好ましく、より好ましくは１２５〜１４５℃、さらに好ましくは１３０〜１４０℃である。また、加熱時間は、樹脂成形体の貫通孔の内周面に芯金を挿入可能な程度に軟化する程度でよく、樹脂成形体及びその貫通孔のサイズ等にもよるが、０．５〜４時間であることが好ましく、より好ましくは０．５〜３時間、さらに好ましくは１〜２．５時間である。
【００２９】
（工程（５））
工程（５）は、前記工程（４）で加熱により軟化させた樹脂成形体の貫通孔に、工程（３）でカップリング剤が塗布された芯金を挿入して、樹脂成形体と芯金との複合体を得る工程である。この工程は、工程（４）に引き続いて、樹脂成形体と芯金との焼き嵌めを行う工程である。
前記複合体は、樹脂部材と芯金とが融着接合する前の前駆体であり、樹脂部材と芯金とが所望の相対位置となるように、樹脂成形体の貫通孔に芯金を挿入した後、室温（１５〜４０℃程度）まで冷却する。挿入の際は、必要に応じて、芯金又は樹脂成形体に挿入方向にプレス機等を用いて加圧することにより、押し込んでもよい。
【００３０】
（工程（６））
工程（６）は、前記工程（５）で得られた複合体を、発振周波数５〜１０ｋＨｚで高周波誘導加熱して、樹脂成形体を芯金と融着接合させる工程である。
このように、本発明の製造方法においては、焼き嵌めされた樹脂部材と芯金とは、高周波誘導加熱により融着接合する。
なお、融着接合された複合体は、必要に応じて、輪切り加工や、旋削加工等による表面仕上げ等を施してもよい。
【００３１】
高周波誘導加熱による樹脂成形体を芯金との融着接合においては、芯金が従来の炭素鋼等の鉄材である場合には、発振周波数は、通常５０〜２００ｋＨｚ程度である。これに対して、本発明で用いられる芯金の金属材料は非磁性金属材料であることから、従来と同様の高周波誘導加熱では、芯金の外周面が十分に加熱されず、樹脂部材と芯金とを高い接合強度で融着接合させることは困難である。
芯金の金属材料が非磁性金属材料である場合は、高周波誘導加熱によって、樹脂部材と芯金との接合強度を高めるためには、芯金が鉄材である場合よりも、発振周波数を低くし、５〜１０ｋＨｚとすることが好ましい。
なお、芯金の金属材料が、アルミニウム合金や銅等の熱伝導率が比較的高いものである場合には、芯金の表層部から内部への熱伝導や外気への放熱等の影響が大きく、芯金の外周面が十分に加熱されるためには、より多くの電力が必要となる。
【００３２】
高周波誘導加熱における電磁波照射時間は、十分な接合強度が得られる程度に芯金の外周面が加熱される時間であればよく、製造効率及びコストの観点から、１０〜３００秒間であることが好ましく、より好ましくは１０〜１２０秒間、さらに好ましくは１０〜６０秒である。
【００３３】
（工程（７））
工程（７）は、前記工程（６）で融着接合させた複合体の樹脂成形体の外周面に歯切り加工を施して、樹脂ギヤを得る工程である。
歯切り加工により、樹脂成形体の外周面を研削して、所望のギヤ歯を形成することにより、本発明の樹脂ギヤが得られる。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。
下記に示す材料及び処理装置を用いて、樹脂ギヤ評価用サンプルを作製した。
【００３５】
［使用材料］
＜芯金（金属材料）＞
・アルミニウム合金：Ａ５０５６（ＪＩＳ  Ｈ  ４０４０：２００６）
・ステンレス鋼：ＳＵＳ３０３（ＪＩＳ  Ｇ  ４３０３：２０１２）
・鉄鋼：炭素鋼Ｓ２５Ｃ（ＪＩＳ  Ｇ  ４０５１：２００９）
＜樹脂部材（樹脂材料）＞
・アニオン重合ポリアミド樹脂：「ＭＣ９０１」、クオドラントポリペンコジャパン株式会社製
＜カップリング剤＞
・シランカップリング剤：東レ・ダウコーニング株式会社製
【００３６】
［処理装置］
＜ブラスト処理＞
・研磨材：アルミナ系、中心粒径４２５〜５００μｍ、株式会社不二製作所製
・装置：ブラスト機、株式会社不二製作所製；
ショット条件
噴射圧：０．５ｋｇｆ／ｃｍ2
時間：９秒、１８秒、６０秒
＜高周波誘導加熱処理＞
・装置１：高周波誘導加熱装置、発振周波数８ｋＨｚ；高周波定格出力３０ｋＷ
使用コイル：銅管製、外径１１５ｍｍ、内径１００ｍｍ
・装置２：高周波誘導加熱装置、発振周波数１００ｋＨｚ；高周波定格出力５０ｋＷ
使用コイル：銅管製、外径１１０ｍｍ、内径９５ｍｍ
【００３７】
［樹脂ギヤ評価用サンプルの作製］
（実施例１〜４、比較例１〜４、参照例）
下記表１の実施例１〜４、比較例１〜４及び参照例に示す各条件にて、以下のような工程で、樹脂ギヤ評価用サンプルをそれぞれ４〜５個ずつ作製した。
芯金の外周面のうち、樹脂部材の貫通孔の内周面と接合される部分の全面に、ピッチ２ｍｍ、溝深さ０．８ｍｍのアヤ目ローレット加工を施した。次いで、ローレット加工を施した面に、ブラスト処理を施した後、カップリング剤を塗布した。
一方、樹脂部材の前駆体である樹脂成形体を、熱風乾燥器にて１４０℃で２時間加熱した。軟化した樹脂成形体の貫通孔の内周面に対して、カップリング剤が塗布された前記芯金をプレス機にて加圧挿入して放冷し、樹脂成形体と芯金との複合体を得た。
前記複合体を、高周波誘導加熱して、樹脂成形体を芯金と融着接合させ、図１に示すような断面形状を有する樹脂ギヤ評価用サンプルを作製した。なお、該樹脂ギヤ評価用サンプルは、樹脂成形体１と芯金２との接合強度の評価を目的とするものであるため、ギヤ歯の形成は省略した。また、図中の寸法の単位はｍｍである。
【００３８】
［評価方法］
作製した各樹脂ギヤ評価用サンプルに関し、以下に示す各種評価を行った。これらの評価結果を表１にまとめて示す。なお、評価結果は、複数個の樹脂ギヤ評価用サンプルについての平均値で表している。
＜平均表面粗さ＞
ローレット加工及びブラスト処理を施した芯金の外周面について、「表面粗さ測定機」（株式会社小坂研究所製）にて、表面粗さを測定し、平均表面粗さＲａを求めた。
＜スラスト強度＞
作製した各樹脂ギヤ評価用サンプルについて、中間部分から、ラジアル方向に厚さ１０ｍｍの輪切り状の評価試料を２点切り出した。
２３℃にて、評価試料の樹脂部材部分を、リング状台座上に水平に載置し、芯金を打ち抜くように、芯金に鉛直上方から加圧速度５ｍｍ／分で負荷をかけていき、樹脂部材と芯金との接合面がずれを生じた時の負荷強度を測定した。
スラスト強度は、樹脂成形体と芯金との接合強度の指標となるものである。
【００３９】
【表１】
2018115679.tif 000003
【００４０】
表１に示した評価結果から分かるように、本願発明によれば、芯金の金属材料がアルミニウム合金やステンレス鋼等の非磁性金属材料であっても、従来の磁性金属材料である鉄鋼の場合に比べて、樹脂部材と芯金との接合強度がより高い樹脂ギヤを得ることができることが認められた。
なお、比較例３においては、芯金の外周面の平均表面粗さＲａは３．０μｍ以上であるものの、ブラスト処理におけるショット時間が長く、ローレット山の頂部が丸みを帯びた状態となり、シャープなローレット形状が維持されておらず、このため、滑り止め効果が低下し、接合強度が低くなったものと考えられる。
【符号の説明】
【００４１】
１  樹脂部材
２  芯金
【図１】
2018115679.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月9日(2018.3.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔を有する円筒状の樹脂部材と、前記樹脂部材の貫通孔の内周面に接合された芯金とを有する樹脂ギヤであって、
前記樹脂部材の樹脂材料がアニオン重合ポリアミド樹脂であり、
前記芯金の金属材料が非磁性金属材料であり、
前記芯金の外周面は、前記樹脂部材の貫通孔の内周面との接合部分の少なくとも一部にローレットが形成されており、
前記芯金の外周面のうち、前記樹脂部材の貫通孔の内周面との接合部分の算術平均粗さＲａが２．５μｍ以上であり、
前記樹脂部材と前記芯金との、２３℃、加圧速度５ｍｍ／分の条件下でのスラスト強度が１５ｋＮ以上である、樹脂ギヤ。
【請求項２】
前記芯金の外周面のうち、前記樹脂部材の貫通孔の内周面と接合される部分の少なくとも一部に、カップリング剤の塗布面が形成されている、請求項１に記載の樹脂ギヤ。
【請求項３】
前記非磁性金属材料が、アルミニウム合金、銅、チタン、ニッケル合金、マグネシウム合金、ホワイトメタル、又はステンレス鋼である、請求項１又は２に記載の樹脂ギヤ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の樹脂ギヤを有する電動パワーステアリング。
【請求項５】
貫通孔を有する円筒状の樹脂部材と、前記樹脂部材の貫通孔の内周面に接合された芯金とを有する樹脂ギヤの製造方法であって、
前記樹脂部材の樹脂材料がアニオン重合ポリアミド樹脂であり、
前記芯金の金属材料が非磁性金属材料であり、
前記樹脂ギヤにおける前記樹脂部材と前記芯金との、２３℃、加圧速度５ｍｍ／分の条件下でのスラスト強度が１５ｋＮ以上であり、
前記芯金の外周面に、前記樹脂部材の貫通孔の内周面との接合部分の少なくとも一部にローレット加工を施す工程と、
ローレット加工が施された前記芯金の外周面にブラスト処理を施し、処理表面の算術平均粗さＲａを２．５μｍ以上とする工程と、
ブラスト処理が施された前記芯金の外周面に、カップリング剤を塗布する工程と、
前記樹脂部材の前駆体である樹脂成形体を加熱して、前記樹脂成形体の貫通孔の内周面を軟化させる工程と、
前記樹脂成形体の貫通孔に、カップリング剤が塗布された前記芯金を挿入して、前記樹脂成形体と前記芯金との複合体を得る工程と、
前記複合体を、発振周波数５〜１０ｋＨｚで高周波誘導加熱して、前記樹脂成形体を前記芯金と融着接合させる工程と、
融着接合させた前記複合体の樹脂成形体の外周面に歯切り加工を施して、樹脂ギヤを得る工程とを有する、樹脂ギヤの製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［５］を提供するものである。
［１］貫通孔を有する円筒状の樹脂部材と、前記樹脂部材の貫通孔の内周面に接合された芯金とを有する樹脂ギヤであって、前記樹脂部材の樹脂材料がアニオン重合ポリアミド樹脂であり、前記芯金の金属材料が非磁性金属材料であり、
前記芯金の外周面は、前記樹脂部材の貫通孔の内周面との接合部分の少なくとも一部にローレットが形成されており、
前記芯金の外周面のうち、前記樹脂部材の貫通孔の内周面との接合部分の算術平均粗さＲａが２．５μｍ以上であり、
前記樹脂部材と前記芯金との、２３℃、加圧速度５ｍｍ／分の条件下でのスラスト強度が１５ｋＮ以上である、樹脂ギヤ。
［２］前記芯金の外周面のうち、前記樹脂部材の貫通孔の内周面と接合される部分の少なくとも一部に、カップリング剤の塗布面が形成されている、上記［１］に記載の樹脂ギヤ。
［３］前記非磁性金属材料が、アルミニウム合金、銅、チタン、ニッケル合金、マグネシウム合金、ホワイトメタル、又はステンレス鋼である、上記［１］又は［２］に記載の樹脂ギヤ。
［４］上記［１］〜［３］のいずれか１項に記載の樹脂ギヤを有する電動パワーステアリング。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
［５］貫通孔を有する円筒状の樹脂部材と、前記樹脂部材の貫通孔の内周面に接合された芯金とを有する樹脂ギヤの製造方法であって、
前記樹脂部材の樹脂材料がアニオン重合ポリアミド樹脂であり、
前記芯金の金属材料が非磁性金属材料であり、
前記樹脂ギヤにおける前記樹脂部材と前記芯金との、２３℃、加圧速度５ｍｍ／分の条件下でのスラスト強度が１５ｋＮ以上であり、
前記芯金の外周面に、前記樹脂部材の貫通孔の内周面との接合部分の少なくとも一部にローレット加工を施す工程と、ローレット加工が施された前記芯金の外周面にブラスト処理を施し、処理表面の算術平均粗さＲａを２．５μｍ以上とする工程と、ブラスト処理が施された前記芯金の外周面に、カップリング剤を塗布する工程と、前記樹脂部材の前駆体である樹脂成形体を加熱して、前記樹脂成形体の貫通孔の内周面を軟化させる工程と、前記樹脂成形体の貫通孔に、カップリング剤が塗布された前記芯金を挿入して、前記樹脂成形体と前記芯金との複合体を得る工程と、前記複合体を、発振周波数５〜１０ｋＨｚで高周波誘導加熱して、前記樹脂成形体を前記芯金と融着接合させる工程と、融着接合させた前記複合体の樹脂成形体の外周面に歯切り加工を施して、樹脂ギヤを得る工程とを有する、樹脂ギヤの製造方法。