(57)【要約】【課題】切削工具を用いる高精度の歯面加工を不要にしつつ、樹脂製又は金属製歯車の歯面を精度よく仕上げる。【解決手段】熱硬化性樹脂製又は金属製の歯車素形体１を準備する第１工程、前記歯車素形体の歯面に熱硬化性樹脂の半硬化被膜を形成する第２工程、さらに、第２工程を経た歯車素形体１に歯面形成用歯車２を噛み合せ、回転しながら前記熱硬化性樹脂の半硬化被膜を加熱により整えて硬化を進める第３工程を経る。第１工程で準備する歯車素形体は、熱硬化性樹脂を成形して歯車の形状を粗形成したもの、又は、熱硬化性樹脂成形品に機械加工を施して歯車の形状を粗形成したもので、歯面を機械加工で精度良く仕上げる必要はない。前記第３工程は、非加熱又は加熱により半硬化被膜を整えるにとどめ、第４工程を設けて前記整えた半硬化被膜を硬化させるようにしてもよい。【選択図】図１
2004324875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂により成形した歯車素形体、熱硬化性樹脂成形品に機械加工を施して歯を形成した歯車素形体、金属材料により成形した歯車素形体、金属材料に機械加工を施して歯を形成した歯車素形体から選ばれる歯車素形体を準備する第１工程、
前記歯車素形体の歯面に熱硬化性樹脂の半硬化被膜を形成する第２工程、
第２工程を経た歯車素形体を歯面形成用歯車又は歯面形成用ラックギヤに噛み合せて、回転しながら前記熱硬化性樹脂の硬化被膜又は半硬化被膜を加熱により整えて硬化を進める第３工程、
を経ることを特徴とする樹脂製ないし金属製歯車の製造法。
【請求項２】
第３工程における歯車素形体の温度が、歯車の実使用環境温度と近似していることを特徴とする請求項１記載の樹脂製ないし金属製歯車の製造法。
【請求項３】
熱硬化性樹脂により成形した歯車素形体、熱硬化性樹脂成形品に機械加工を施して歯を形成した歯車素形体、金属材料により成形した歯車素形体、金属材料に機械加工を施して歯を形成した歯車素形体から選ばれる歯車素形体を準備する第１工程、
前記歯車素形体の歯面に熱硬化性樹脂の半硬化被膜を形成する第２工程、
第２工程を経た歯車素形体を歯面形成用歯車又は歯面形成用ラックギヤに噛み合せて、回転しながら前記熱硬化性樹脂の半硬化被膜を非加熱で又は加熱により整える第３工程、
第３工程後の半硬化被膜を加熱硬化させる第４工程、
を経ることを特徴とする樹脂製ないし金属製歯車の製造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂製ないし金属製歯車（例えば、平歯歯車、ハス歯歯車、ウォーム、ウォームホイール、歯付きプーリ等）の製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高精度の歯面を要求される樹脂製歯車として、例えば、自動車の操舵装置のモータ減速部などに用いられる樹脂製ウォームホイールがある。このものは、樹脂としてポリアミド、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂を用い、必要に応じガラス繊維や炭素繊維など強化繊維を充填して歯車素形体を成形し、その外周部に、切削工具を用いて高精度の歯面加工を施している。
このような切削工具を用いる高精度の歯面加工には時間を要するので、高精度の切削加工を不要にするために、繊維強化樹脂により予め歯車素形体としてのハスバ歯車を成形し、そのハスバ歯車の歯面を当該樹脂の溶融点近傍に加熱した工具ウォームにより転圧加工する技術が提案されている。前記ハスバ歯車と噛み合せる工具ウォームは、歯面の転圧加工の完了時点で樹脂製ウォームホイールの樹脂がほぼ固化する程度に加熱温度が調整される（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、高精度の歯面切削加工を不要にするために、熱可塑性樹脂を用いて歯車素形体を成形し、これを加熱された歯車に噛み合せて歯面を溶融させ、次に、冷却された歯車に噛み合せて前記溶融された歯面を整えながら冷却固化する技術が提案されている（例えば、特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１８７７９５号公報
【特許文献２】特開昭５７−２１２０２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高精度の歯面切削加工を不要にするべく提案された上記従来の技術は、熱可塑性樹脂からなる表面を軟化ないし溶融させて歯面を整えるものである。従って、実際には、薄い表面層だけを軟化ないし溶融させることは難しく内部まで軟化することもあるので、極端な場合には芯材部分が変形し、必ずしも歯面を精度良く整えることができないものと思われる。
本発明が解決しようとする課題は、切削工具を用いる高精度の歯面加工を不要にしつつ、樹脂製歯車の歯面を精度よく仕上げることである。また、同様に金属製歯車の歯面を精度よく仕上げることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る樹脂製ないし金属製歯車の製造法（第１製造法）は、次の第１工程から第３工程を経て樹脂製ないし金属製歯車を製造することを特徴とする。
まず、第１工程は、熱硬化性樹脂製ないし金属製の歯車素形体を準備する工程である。この歯車素形体は、熱硬化性樹脂を成形して歯車の形状を形成したもの、熱硬化性樹脂成形品に機械加工を施して歯車の形状を形成したもの、金属材料を成形して歯車の形状を形成したもの、金属材料に機械加工を施して歯車の形状を形成したものから選ばれる。
次に、第２工程は、前記歯車素形体の歯面に熱硬化性樹脂の硬化被膜又は半硬化被膜を形成する工程である。
さらに、第３工程は、第２工程を経た歯車素形体を歯面形成用歯車又は歯面形成用ラックギヤに噛み合せて、回転しながら前記熱硬化性樹脂の硬化被膜又は半硬化被膜を加熱により整えて硬化を進める工程である。
上記第３工程において、歯車素形体は加熱されることになるが、そのときの歯車素形体の温度は、歯車の実使用環境の温度と近似していることが望ましい。
【０００７】
本発明に係る別の製造法（第２製造法）は、上記第１製造法の発明とほぼ同様の工程を経るが、第２工程においては、熱硬化性樹脂の硬化被膜ではなく半硬化被膜を形成し、第３工程において熱硬化性樹脂の半硬化被膜を非加熱により整える。又は半硬化被膜を加熱により軟化又は溶融させて整える。前記第３工程では、半硬化被膜を必ずしも完全には硬化させず、前記非加熱で又は加熱により整えた半硬化被膜を第４工程で加熱硬化させる。
【発明の効果】
【０００８】
上記第１、第２いずれの製造法においても、第１工程では、歯面を殊更精度良く仕上げる配慮をする必要はない。
【０００９】
上記第１製造法の第３工程においては、歯車素形体の歯面を覆う熱硬化性樹脂の硬化被膜又は半硬化被膜が、加熱により一旦軟化又は溶融する。そして、歯面形成用歯車により所定形状に整えられながら硬化して（硬化被膜はさらに硬化が進んで）、歯車素形体と一体の硬い樹脂被膜となる。歯車素形体は、熱硬化性樹脂又は金属材料で構成されており、第３工程における加熱により熱可塑性樹脂のような軟化には至らないので、加熱により軟化した熱硬化性樹脂の硬化被膜ないし半硬化被膜をしっかりと支持する。このように、熱硬化性樹脂製の歯車素形体は、熱硬化性樹脂の硬化被膜ないし半硬化被膜が所定形状に精度良く整えられてその状態で硬い樹脂被膜となることを助ける。
歯車の実使用環境温度が高くなるに従い歯車の熱膨張は大きくなるが、前記第３工程において、歯車素形体の温度を、歯車の実使用環境の温度と近似した状態に置くと、歯車の使用環境における熱膨張と近似した状態で熱硬化性樹脂の硬化被膜ないし半硬化被膜を整えて硬化させることができ、実際の使用に則した歯面をもつ歯車の提供が容易になる。
【００１０】
上記第２製造法の第３工程においては、歯車素形体の歯面を覆う熱硬化性樹脂の半硬化被膜が、歯面形成用歯車又は歯面形成用ラックギヤにより所定形状に整えられる。熱硬化性樹脂の半硬化被膜は、未だ硬化していないので、歯面形成用歯車又は歯面形成用ラックギヤとの噛み合いにより短時間で容易に整えられる。
そして、第４工程で、前記工程の半硬化被膜を必要な時間をかけて加熱硬化させることにより、第３工程に要する時間を短くし、生産性を上げることができる。歯車素形体は、熱硬化性樹脂又は金属材料で構成されているので、第４工程における加熱により熱可塑性樹脂のような軟化には至らず、第３工程で整えられた熱硬化性樹脂の半硬化被膜をしっかりと支持する。
【００１１】
以上説明したように、本発明に係る製造法によれば、歯面を機械加工で高精度に仕上げなくても、歯車素形体の歯面に形成した熱硬化性樹脂の半硬化被膜を歯面形成用歯車又は歯面形成用ラックギヤに噛み合せることにより塑性変形させ整えて、相手歯車との噛み合いに適した高精度の滑らかな歯面を有する熱硬化性樹脂製ないし金属製歯車を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を実施する当たり、熱硬化性樹脂製の歯車素形体及び熱硬化性樹脂の被膜を構成する熱硬化性樹脂は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、架橋ポリアミノアミドなど必要に応じて適宜選択する。歯車素形体には強化繊維を充填することができ、強化繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、全芳香族ポリエステル繊維、ポリベンズオキサゾール繊維などを適宜選択する。また。歯車素形態が金属製の場合は、金属材料として、鉄、アルミニウム、焼結合金（鉄系、アルミニウム系、ステンレス系）等を適宜選択する。
【００１３】
以下、本発明に係る第１製造法において熱硬化性樹脂製の歯車素形体を用いる場合について、発明の実施の形態を説明する。
第１工程で準備する歯車素形体は、圧縮成形、射出成形、注入成形など適宜の成形技術によって成形する。採用する成形技術に応じ、強化繊維は適宜の形態で用いられ、その形態は、繊維自体であったり、フェルトや不織布形態の基材であったり、織布や編み布形態の基材であったり、種々である。
強化繊維を充填した歯車素形体を射出成形する場合は、熱硬化性樹脂と強化繊維を混合混練して粒状にした成形材料を準備し、これを成形金型に溶融状態で射出して成形する。また、強化繊維を充填した歯車素形体を圧縮成形する場合は、前記成形材料や予め熱硬化性樹脂を保持させた基材（プリプレグ）を成形金型に充填ないしは収容して加熱加圧成形する。さらに、強化繊維を充填した歯車素形体を注入成形する場合は、繊維や基材を成形金型に収容し、型締めした成形空間に液状樹脂を注入して繊維間や基材に浸透させ加熱硬化させる。
歯車素形体は、上記の各種成形技術により直接歯車の形状を粗形成して準備することができるが、歯形を直接成形することが困難な場合には、円板等を成形しこれに機械加工を施して歯車の形状を粗形成する。
【００１４】
第２工程では、上記のように準備した歯車素形体の歯面に熱硬化性樹脂の半硬化被膜を形成する。半硬化被膜の形成は、歯車素形体を熱硬化性樹脂ワニスに浸漬し、あるいは歯車素形体の歯面に熱硬化性樹脂ワニスを塗布し、その後、加熱乾燥により、溶剤成分を揮散させると共に熱硬化性樹脂の硬化を半硬化状態まで進めることにより行なう。このとき、歯車素形体の歯面以外にも半硬化被膜が形成されることは何ら差し支えない。
形成する半硬化被膜の厚みは、熱硬化性樹脂ワニスの樹脂分濃度により調整する。樹脂分濃度を高くすれば半硬化被膜を厚くできるし、樹脂分濃度を低くすれば半硬化被膜を薄くできる。
【００１５】
第３工程では、上記熱硬化性樹脂の半硬化被膜を加熱により硬化させて、歯車素形体と一体になった硬化被膜を形成する。この硬化被膜の形成は、図１に示すように、歯車素形体１に歯面形成用歯車２を噛み合せて回転し、加熱により一旦軟化又は溶融した熱硬化性樹脂の半硬化被膜を前記歯面形成用歯車２で所定の歯面に整えながら硬化させる工程である。歯面形成用歯車２は、本発明に係る方法で製造した歯車の実使用時における相手歯車に相当する歯面を有するものである。歯面形成用歯車２を歯車素形体１に噛み合わせて回転させることにより、一旦軟化又は溶融した熱硬化性樹脂の半硬化被膜が歯車素形体の歯面の凹凸を埋めて歯面が滑らかになり、同時に相手歯車との噛み合わせに最適な状態に歯面が整えられる。これによって、切削工具を用いる高精度の歯面加工に匹敵する高精度の歯面を確保することができる。前記回転は、一方向だけでもよいが、必要に応じて正転と逆転を行なう。また、歯車素形体１の周囲２箇所以上の位置に歯面整形用歯車２を配置し、歯車素形体１と噛み合わせてもよい。
歯面形成用歯車２に代わるものとして、歯面形成用ラックギヤを用いることもできる。この場合、歯面形成用ラックギヤ上で歯車素形体１を回転させながら一方向又は往復移動させればよい。また、一対の歯面形成用ラックギヤに歯車素形体１を挟んで回転させてもよい。
上記熱硬化性樹脂の半硬化被膜を硬化させるための加熱手段は、種々の方法から選択できる。例えば、（１）歯面形成用歯車２又は歯面形成用ラックギヤを加熱して、歯車素形体１に熱を伝える。（２）歯車素形体１に歯面形成用歯車２又は歯面形成用ラックギヤを噛み合せて回転する作業雰囲気を加熱炉内等高温にする。（３）歯車素形体１を輻射熱で加熱する等である。
【００１６】
第３工程においては、歯車素形体１は、製造した歯車の実使用環境温度と近似した温度に加熱されることが望ましい。このようにすれば、歯面を整えるときの歯車素形体１の熱膨張が、製造した歯車の実使用時の熱膨張と近似した状態となり、整えられた歯面は実使用時に最適な歯面となる。
【００１７】
本発明に係る第２製造法では、第３工程において、歯車素形体１歯面の半硬化被膜を必ずしも硬化させなくてもよい。この工程では、非加熱又は加熱により半硬化被膜を整えるだけにとどめれば、第３工程に要する時間を短くすることができる。そして、この第３工程を経た複数個の歯車を第４工程でまとめて加熱し、半硬化被膜を硬化させればよい。
【００１８】
上記は、いわゆる歯車を製造する場合について発明の実施の形態を説明した。そのほかウォームを製造する場合は、シート状のアラミド繊維基材を端縁から巻き込んで円柱状にし、これを成形金型に配置して、上記実施例と同様に液状樹脂を注入して成形する。前記巻き込みの巻き芯として、インサートとなる金属棒を用いることもできる。このように注入成形した円柱の周面に切削加工により螺旋歯を粗形成してウォームの素形体とする。そして、フェノール樹脂の半硬化被膜の形成とその後の硬化被膜の形成を、上記歯車を製造する発明の実施の形態に準じて行なう。
【実施例】
【００１９】
実施例１
以下、本発明に係る第１製造法において、熱硬化性樹脂として架橋ポリアミノアミド、強化繊維としてアラミド繊維基材を用い、注入成形した樹脂成形体に切削加工を施して歯車形状を粗形成した熱硬化性樹脂製の歯車素形体を用いる実施例を説明する。
【００２０】
アラミド繊維は、パラ系アラミド繊維とメタ系アラミド繊維のいずれも用いることができるが、強度と機械加工性（切削加工性）の両立の面からは両者を併用することが好ましい。例えば、両繊維を混合したフェルトや不織布形態の基材や、両繊維の混紡糸を用いた織布や編み布形態の基材である。
【００２１】
いわゆる歯車を製造する場合、まず、円板を注入成形する。この場合、上記基材は、リング状に賦形して用いる。このリング状基材は、次のような種々の形態が考えられる。
（１）シート状のアラミド繊維基材を端縁から巻き込んで棒状にし、これを輪にして両端を重ね合せたリング状のもの。
（２）シート状のアラミド繊維基材を巻いて又は巻き重ねて円筒にし、これを軸方向に蛇腹に折り畳んでリング状にしたもの。
（３）織って又は編んで筒状にしたアラミド繊維基材を端部から裏返しつつ軸方向に巻き上げてリング状にしたもの。
（４）上記（３）の筒状アラミド繊維基材を軸方向に蛇腹に折り畳んでリング状にしたもの。
（５）中央をくり貫いた円形のアラミド繊維基材を所定厚さに積層してリング状にしたもの。
【００２２】
上記各種リング状基材を成形金型に配置し、型締めした成形空間に液状樹脂（架橋ポリアミノアミド前駆体）を注入してリング状基材に浸透させ、これを加熱硬化させる。成形に当たっては、リング状基材の中央に、金属製ブッシュをインサートとして配置し、一体に成形する。液状樹脂を注入する前に、必要に応じて成形空間を減圧状態にしておく。
【００２３】
上記架橋ポリアミノアミドは、ビス（２−オキサゾリン）化合物と分子内に少なくとも２つのアミノ基を有する芳香族アミンの架橋樹脂であり、これら成分を加熱溶融して液状にし硬化触媒を添加して、成形金型に注入する。
上記ビス（２−オキサゾリン）化合物は、例えば、１，３−ビス（２−オキサゾリン−２−イル）ベンゼンであり、少なくとも２つのアミノ基を有する芳香族アミンは、例えば、４，４’−メチレンビスアニリンである。これら成分を加熱溶融して液状にしたところへ、硬化触媒として、例えば、ｎ−オクチルブロマイドを添加し、速やかに成形金型へ注入する。この樹脂は、加熱により即座に架橋し硬化する。このように注入成形した円板の周囲に切削加工により歯を粗形成して歯車素形体１とする。
この歯車素形体１の歯面粗さは、２５〜５０μｍである。
以上が、歯車素形体を準備する第１工程である。
【００２４】
次に、上記歯車素形体１の歯面にフェノール樹脂の半硬化被膜を施す。この作業は、まず、図２に示すように、回転軸３に支持した歯車素形体１の下半分をフェノール樹脂ワニス４に浸漬した状態で、歯車素形体１を回転させる。歯車素形体１の回転は低速で複数回行ない（１０ｒｐｍの回転速度で３０秒間回転）、歯面を含む樹脂部分表面全体にフェノール樹脂ワニス４をコーティングする。
フェノール樹脂ワニスは、フェノールとホルムアルデヒドを、第３級アミンを触媒として重縮合させたフェノール樹脂ワニス（樹脂固形分２５質量％，メタノール溶媒）を調製し使用する。
【００２５】
上記フェノール樹脂ワニス４をコーティングした歯車素形体１を回転軸３に保持したままフェノール樹脂ワニス４から取出し、上記浸漬時より高速で回転（１２０ｒｐｍの回転数で２０秒間回転）して、歯車素形体１に余分に付着したフェノール樹脂ワニスを遠心力により除去する。このようにして、歯車素形体の樹脂部分表面にフェノール樹脂を均一に付着させる。その後、乾燥機中で加熱乾燥（１００℃，３０分間）することにより、残存溶剤の除去とフェノール樹脂の硬化を半ばまで進めて、歯車素形体１の歯面を含む表面にフェノール樹脂の半硬化被膜（３０〜６０μｍ厚）を形成する。
以上が、歯車素形体１の歯面に熱硬化性樹脂の半硬化被膜を形成する第２工程である。
【００２６】
そして、上記歯面にフェノール樹脂の半硬化被膜を形成した歯車素形体１を、図１に示すように歯面形成用歯車２に噛み合せて回転させる。ここで、歯面形成用歯車２は、実使用時の相手歯車を想定し、材質の仕様は、Ｓ４５Ｃ焼き入れで、歯面を研磨仕上げしたものである。１５０℃の加熱雰囲気において、表１の条件で噛み合せて歯面を整え、半硬化被膜を硬化させる。
以上が、半硬化被膜を整えることとその硬化を行なう第３工程である。
【００２７】
【表１】
2004324875.tif 000003
【００２８】
歯面に半硬化被膜を形成した歯車素形体１を歯面形成用歯車２に噛み合せて回転させたとき歯面からはみ出て硬化した樹脂は、適宜切削して除去する。このようにして、歯車素形体１の歯面に一体に形成したフェノール樹脂の硬化被膜は、厚み１５〜２０μｍ、表面粗さ（Ｒｚ）７〜１２μｍである。
【００２９】
実施例２
上記実施例１と同様に第１工程、第２工程を行なう。そして、第３工程を常温で（非加熱で）実施する。すなわち、半硬化被膜を形成した歯車素形体１を、表２に示す条件に従って、図１に示すように歯面形成用歯車２に噛み合せて回転させ、歯面を整える作業を常温で実施する。そして、第３工程で歯面を整えた歯車素形体１を１５０℃の加熱雰囲気に置いてその半硬化被膜を硬化させる（第４工程）。この第４工程は、第３工程を経た多数の歯車素形体を纏めてバッチ処理で実施すればよい。第３工程は、量産時の隘路となるので、短時間で終えられるようにすることが好ましい。
このようにして、歯車素形体１の歯面に一体に形成したフェノール樹脂の硬化被膜は、厚み５〜２０μｍ、表面粗さ（Ｒｚ）５〜２５μｍである。
【００３０】
【表２】
2004324875.tif 000004
【００３１】
実施例３
上記実施例１と同様に第１工程、第２工程を行なう。そして、第３工程を、表３に示す条件に従って、加熱状態で実施する。この加熱は、別途加熱手段を設けてもよいが、第２工程で加熱乾燥により半硬化被膜を形成した直後のまだ熱い歯車素形体１を第３工程に導入することにより、加熱状態を確保すればよい。そして、前記第３工程で未だ硬化していない半硬化被膜を、実施例２と同様にして第４工程で硬化させる。
このようにして、歯車素形体１の歯面に一体に形成したフェノール樹脂の硬化被膜は、厚み５〜２０μｍ、表面粗さ（Ｒｚ）５〜２０μｍである。
【００３２】
【表３】
2004324875.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、熱硬化性樹脂製ないし金属製歯車の精度良く仕上げられた歯面に、熱硬化性樹脂の硬化被膜を精度良く形成する場合にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態を示し、熱硬化性樹脂製歯車の歯面を整える様子を示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態において歯車素形体の歯面に熱硬化性樹脂の半硬化被膜を形成する工程のうち、熱硬化性樹脂ワニスをコーティングする様子を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１は歯車素形体
２は歯面形成用歯車
３は回転軸
４はフェノール樹脂ワニス
【図１】
2004324875.tif 000006
【図２】
2004324875.tif 000007