(57)【要約】【課題】繊維強化樹脂を構成する連続繊維の連続性を確保して歯部に繊維強化樹脂の力学特性を付与することを可能にするとともに、強化繊維として短繊維を使用した繊維強化樹脂からなる繊維強化樹脂製歯車に比べて高い強度を得ることができるようにする。【解決手段】連続繊維が製紐されることでなる組物を複数用い、その複数の組物から環状の繊維集合体を製作する。そして、繊維集合体に熱可塑性樹脂を含浸した後に、固化させることで、外周部に繊維強化樹脂が設けられた円環状の歯車用成形体３３を成形する。次に、ウォームの歯部と対応する形状に形成された歯型部４９を有する工具ウォーム４５を用い、歯車用成形体３３の外周部３３ａ全体をガラス転移温度以上に加熱したうえで、歯車用成形体３３の外周部３３ａに工具ウォーム４５の歯型部４９を押し当てて複数の歯部１７を成形する。【選択図】図５
2009039931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも外周部が繊維強化樹脂から構成されるとともに、前記外周部に複数の歯部が形成されている繊維強化樹脂製歯車の成形方法において、
少なくとも外周部に、強化繊維として連続繊維を使用しマトリクス樹脂として熱可塑性樹脂を使用した繊維強化樹脂を有する環状の歯車用成形体を成形し、
次に、前記歯部と対応する形状に形成された歯型部を有する成形型部材を用い、前記歯車用成形体の外周部全体を前記マトリクス樹脂のガラス転移温度以上に加熱したうえで、前記歯車用成形体の外周部に前記成形型部材の前記歯型部を押し当てて複数の歯部を成形する繊維強化樹脂製歯車の成形方法。
【請求項２】
前記歯車用成形体の外周部全体を前記成形型部材よりも高温の状態となるように加熱したうえで、前記歯車用成形体の外周部に前記成形型部材の前記歯型部を押し当てて複数の歯部を成形する請求項１に記載の繊維強化樹脂製歯車の成形方法。
【請求項３】
前記成形型部材は前記複数の歯部と噛合可能な形状に形成された複数の擬似歯部を有する歯車工具であり、
前記歯車工具及び前記歯車用成形体を同期回転させつつ前記擬似歯部に前記歯車用成形体の外周部を押し当てることで、前記歯車用成形体の外周部に複数の歯部を順次成形する請求項１又は請求項２に記載の繊維強化樹脂製歯車の成形方法。
【請求項４】
前記歯車用成形体の外周部全体に対して前記成形型部材の複数の歯型部を同時に押し当てて、一括して前記複数の歯部を成形する請求項１又は請求項２に記載の繊維強化樹脂製歯車の成形方法。
【請求項５】
前記歯車用成形体の前記外周部全体を前記成形型部材よりも１００℃以上高温の状態となるように加熱した後に、前記歯車用成形体の外周部に前記成形型部材の前記歯型部を押し当てる請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂製歯車の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂製歯車の成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、繊維強化樹脂製歯車は、噛み合い音が低く、軽量で回転慣性力が小さい等の利点を持つため、例えば、ギア部に高面圧が作用する電動パワーステアリング装置の減速ギア機構に用いられることがある。そして、このような繊維強化樹脂製歯車の製造方法としては、連続繊維を強化繊維として使用した繊維強化樹脂を外周部に有する成形体を成形した後、成形体の外周部を切削加工することで複数の歯部を形成する製造方法が考えられている。また、外周部が繊維強化樹脂からなるハスバ歯車を成形し、ハスバ歯車の樹脂溶融温度近傍まで工具を加熱したうえで、ハスバ歯車を工具に対して押し付けることによって樹脂製ウォームホイールの歯部を成形する樹脂製ウォームホイールの製造方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
特許文献１に記載されたウォームホイールの製造方法では、まず、繊維強化樹脂からなるとともに歯を有する中間品としてのハスバ歯車を射出成形し、ウォームホイールの熱間転圧装置を用いてハスバ歯車の歯面の成形加工を行う。ハスバ歯車の歯面の成形加工では、ヒータを用いて工具ウォームをハスバ歯車の樹脂の溶融温度近傍の温度にまで加熱したうえで、工具ウォームと回転軸に取り付けられたハスバ歯車を同期回転させながらハスバ歯車を工具ウォームに押圧させることで歯面を転圧加工する。
【特許文献１】特開平８−１８７７９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、連続繊維を強化繊維として使用した繊維強化樹脂からなる成形体の外周部に対して切削加工を施して歯部を形成する場合、繊維強化樹脂を切削するのに伴って連続繊維も切断されてしまう。そのため、連続繊維の連続性が損なわれ繊維強化樹脂の強度が低下するという問題があった。
【０００４】
また、特許文献１では、工具ウォームをハスバ歯車の樹脂の溶融温度近傍の温度にまで加熱したのち、ハスバ歯車を工具ウォームに押圧させることで歯面を転圧加工する点について開示するのみである。そして、特許文献１では、ハスバ歯車に使用する樹脂は強化用充填材を配合した合成樹脂であると記載するのみであり、強化用充填材として用いる繊維の長さについてはとくに言及していない。
【０００５】
本発明によれば、繊維強化樹脂を構成する連続繊維の連続性を確保することができるとともに、強化繊維として短繊維を使用した繊維強化樹脂からなる繊維強化樹脂製歯車に比べて強度的に有利な繊維強化樹脂製歯車の成形方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、少なくとも外周部が繊維強化樹脂から構成されるとともに、前記外周部に複数の歯部が形成されている繊維強化樹脂製歯車の成形方法において、少なくとも外周部に、強化繊維として連続繊維を使用しマトリクス樹脂として熱可塑性樹脂を使用した繊維強化樹脂を有する環状の歯車用成形体を成形し、次に、前記歯部と対応する形状に形成された歯型部を有する成形型部材を用い、前記歯車用成形体の外周部全体を前記マトリクス樹脂のガラス転移温度以上に加熱したうえで、前記歯車用成形体の外周部に前記成形型部材の前記歯型部を押し当てて複数の歯部を成形することを要旨とする。
【０００７】
なお、「歯車用成形体の外周部に成形型部材の歯型部を押し当てる」とは、歯車用成形体が静止した状態で成形型部材が移動することで成形型部材の歯型部が歯車用成形体の外周部に押し当てられる場合や、成形型部材が静止した状態で歯車用成形体が移動することで成形型部材の歯型部が歯車用成形体の外周部に押し当てられる場合を含むものを意味する。
【０００８】
この発明では、強化繊維として連続繊維を使用して繊維強化樹脂を形成しているため、短繊維を使用して繊維強化樹脂を形成する場合に比べて、繊維強化樹脂の強度を高くすることができる。したがって、短繊維を使用した繊維強化樹脂からなる繊維強化樹脂製歯車より強度的に有利な繊維強化樹脂製歯車を成形することができる。
【０００９】
また、成形型部材の歯型部を押し当てることで、歯車用成形体に歯型部の形状に対応した歯部を成形することができる。そして、この際、歯部は繊維強化樹脂からなる外周部が変形させられることで成形されるため、繊維強化樹脂部に含まれる連続繊維が切断されることはない。したがって、連続繊維の連続性が損なわれることはなく、繊維強化樹脂の強度が低下することを抑制できる。
【００１０】
また、歯車用成形体の外周部全体をマトリクス樹脂のガラス転移温度以上の状態にして歯車用成形体の外周部全体を軟化させれば、繊維強化樹脂を構成する連続繊維はその全体が繊維強化樹脂の変形に追従でき、連続繊維のいずれの部分も含浸された樹脂によってうける拘束は小さい。したがって、歯車用成形体の外周部全体を成形型部材の歯型部に押し当てて外周部を変形させる際、連続繊維は外周部の変形に容易になじむことができるため、連続繊維から発生する張力や抗力は小さくなる。そのため、歯車用成形体は常温のままで成形型部材だけをマトリクス樹脂のガラス転移温度よりも高い温度に加熱し、歯型部が押し当てられた部分だけを軟化させて繊維強化樹脂を変形させる場合に比べて繊維強化樹脂を容易に変形させて複数の歯部を成形することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記歯車用成形体の外周部全体を前記成形型部材よりも高温の状態となるように加熱したうえで、前記歯車用成形体の外周部に前記成形型部材の前記歯型部を押し当てて複数の歯部を成形することを要旨とする。
【００１２】
この発明では、歯車用成形体の外周部全体がマトリクス樹脂のガラス転移温度に達していれば、成形型部材がマトリクス樹脂のガラス転移温度以上の温度にまで達していなくとも歯車用成形体の外周部に歯部を成形することができる。したがって、例えば、成形型部材は常温のままで加熱しなくともよく、成形型部材をマトリクス樹脂のガラス転移温度以上の温度にまで加熱する場合に比べて、歯部を成形する際に消費する電力を節約することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記成形型部材は前記複数の歯部と噛合可能な形状に形成された複数の擬似歯部を有する歯車工具であり、前記歯車工具及び前記歯車用成形体を同期回転させつつ前記擬似歯部に前記歯車用成形体の外周部を押し当てることで、前記歯車用成形体の外周部に複数の歯部を順次成形することを要旨とする。
【００１４】
この発明では、歯車工具が回転しつつ擬似歯部の形状を歯車用成形体の外周部に対して次々に転写させるようにして複数の歯部を成形する。そのため、歯車用成形体の外周部を擬似歯部に押し当てた後、外周部から離すことができるため、例えば、ウォームホイールの歯部を支障なく成形することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記歯車用成形体の外周部全体に対して前記成形型部材の複数の歯型部を同時に押し当てて、一括して前記複数の歯部を成形することを要旨とする。
【００１６】
この発明では、歯車用成形体の外周部全体に対して一括して歯型部を押し当てることで歯部を成形できるため、歯部を成形する際に連続繊維に作用する圧力に偏りが生じることを抑制することができる。したがって、連続繊維は均一に変形することができ、繊維強化樹脂を構成する連続繊維が部分的に集まって局所的なシワが発生することを抑制できる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記歯車用成形体の前記外周部全体を前記成形型部材よりも１００℃以上高温の状態となるように加熱した後に、前記歯車用成形体の外周部に前記成形型部材の前記歯型部を押し当てることを要旨とする。
【００１８】
この発明では、確実に歯車用成形体の外周部を構成する繊維強化樹脂を軟化させた状態で歯車用成形体の外周部に歯型部を押し当てることができるため、外周部を変形させて繊維強化樹脂製歯車の歯部を容易に成形することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、繊維強化樹脂を強化する連続繊維の連続性を確保して歯部における繊維強化樹脂の強度が低下することを抑制するとともに、強化繊維として短繊維を使用した繊維強化樹脂からなる繊維強化樹脂製歯車に比べて強度的に有利な繊維強化樹脂製歯車を成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（第１実施形態）
以下、本発明を、ウォームギヤに用いられるウォームホイールの成形方法に具体化した一実施形態について、図１〜図５にしたがって説明する。
【００２１】
図１に示すように、ウォームギヤ１１は、外周に螺旋状で連続的な歯部１２が形成された金属製のウォーム１３と、ウォーム１３と噛み合う繊維強化樹脂製歯車としてのウォームホイール１４とから構成されている。
【００２２】
ウォームホイール１４には、その中心部にリング状の芯金１５が設けられるとともに、芯金１５の外周を囲むようにして芯金１５と一体的となる繊維強化樹脂部１６が設けられている。そのため、ウォームホイール１４はその外周部が繊維強化樹脂部１６で構成されるとともに、外周部にはウォーム１３の歯部１２と噛み合う複数の歯部１７が形成されている。
【００２３】
図２に示すように、繊維強化樹脂部１６は、強化繊維としての連続繊維が組紐状に編成されてなる複数の組物Ｒ１〜Ｒ７にマトリクス樹脂としての熱可塑性樹脂が含浸されることで形成されている。そして、連続繊維としてはアラミド繊維が用いられるとともに、熱可塑性樹脂としてはポリアミド系合成樹脂が用いられている。
【００２４】
組物Ｒ１〜Ｒ７は、ウォームホイール１４の径方向断面において輪状に形成されている。具体的には、各組物Ｒ１〜Ｒ７は、ウォームホイール１４の径方向断面において、全周が３６０°閉じるように形成されるとともに、同心状に配置されている。また、全ての組物Ｒ１〜Ｒ７は別々にウォームホイール１４の周方向において途切れることなく連続するとともに、組物Ｒ１〜Ｒ７はウォームホイール１４のどの部分であっても、ウォームホイール１４の径方向断面において輪状に形成されている。各組物Ｒ１〜Ｒ７は、同じ太さの連続繊維を用いて編成されるとともに、同じ配向となるように編成されている。そして、各組物Ｒ１〜Ｒ７は、径方向断面において同心状に配置された各組物Ｒ１〜Ｒ７の中心Ｏから離間する層ほど目が粗くなっている。したがって、最も内側の組物Ｒ１は単位体積当たりの繊維量が最も多く、最も外側の組物Ｒ７は単位体積当たりの繊維量が最も少ない。そのため、繊維強化樹脂部１６はその繊維体積含有率が径方向断面において各組物Ｒ１〜Ｒ７の中心Ｏから離間するにつれて小さくなるように形成されている。なお、「ウォームホイールの径方向」とは、ウォームホイール１４の軸心Ｐを通過し、なおかつ、ウォームホイール１４の外周と直交する方向である。つまり軸心Ｐに直交する方向である。「ウォームホイールの径方向断面」とは、ウォームホイール１４の軸心Ｐを通過し、なおかつ、ウォームホイール１４の外周と直交する面のことを意味する。つまり、軸心Ｐを含む平面で切った断面である。また、図２では、各組物層の間の樹脂は省略して図示し、図面の都合上、繊維強化樹脂部１６のハッチングを省略したうえで各組物を図示している。
【００２５】
次に、ウォームホイール１４の成形方法について説明する。
まず、ウォームホイール１４を構成する組物Ｒ１〜Ｒ７を形成するため、棒状の芯材２０を準備し、図示しない製紐機の中心に芯材２０を配置する。次に、製紐機による編成作業を開始させ、図示しない製紐部（キャリア）を移動させつつ複数の連続繊維を組紐状に編成することで芯材２０の外周部に対して組物Ｒ１を形成し、組物Ｒ１が芯金１５の外周より長くなった後、製紐部と組物Ｒ１の組み上げ点との間に存在する全ての連続繊維を図示しない切断装置によって切断する。そして、製紐部が編成作業を開始したときの位置にまで製紐部を移動させ、再び、連続繊維を編成する作業を開始して組物Ｒ１の外周を覆う組物Ｒ２を形成し、組物Ｒ２が組物Ｒ１と同じ長さになった後に連続繊維を切断する。さらに、同じような編成作業を５回繰り返し組物Ｒ３〜Ｒ７を形成すると、図３（ａ）に示すように、７枚の組物Ｒ１〜Ｒ７によって７層構造の繊維集合体２１が作製される。ここで、図３（ｂ）に示すように、繊維集合体２１は、筒形状で、同心状に７枚の組物Ｒ１〜Ｒ７が重ねられた状態に構成されている。なお、製紐機によって連続繊維を編成する作業を行う際、製紐機は芯材２０から離れた組物Ｒ１〜Ｒ７程、目が粗くなるように編成する。ただし、図３（ａ），（ｂ）で図示する組物は、図面の都合上、同じ目の粗さで図示している。その後、この繊維集合体２１から芯材２０を抜取って、繊維集合体２１の両端部２１ａの一部を切除して両端部２１ａが斜め形状で、かつ同じ形状となるように形成する。そして、図３（ｃ）に示すように、繊維集合体２１を湾曲させて両端部２１ａを突き合わせることで環状に変形させる。
【００２６】
次に、成形型を用いた樹脂含浸成形工程に移行する。図４に示すように、成形型２２は、円柱形状のキャビティ２３が設けられた下型２４と、下型２４のキャビティ２３に向けて挿入可能であってリング状加圧面２５を有する円筒状の加圧パンチ２６と、加圧パンチ２６の中央孔２７に挿通された中子２８とで構成されている。
【００２７】
キャビティ２３を区画する下型２４の底壁部２９には、中子２８の先端部３１の下方に位置するとともに芯金１５の内孔３２に嵌合可能な形状に形成された位置決め用突部３０が設けられている。中子２８と加圧パンチ２６とはそれぞれ別々に上下動可能に構成されるとともに、中子２８の先端部３１は段付状で、芯金１５の内孔３２に対応した形状に形成されている。そして、中子２８は、芯金１５を底壁部２９に押し付けて芯金１５を保持できるように構成されている。
【００２８】
樹脂含浸成形工程では、まず、芯金１５の内孔３２を位置決め用突部３０に挿通させることで芯金１５をキャビティ２３に位置決めする。次に、環状に変形させた繊維集合体２１の内側に芯金１５が位置するようにキャビティ２３に繊維集合体２１を配置し、そのうえで、中子２８を下降させ中子２８によって芯金１５を底壁部２９に押し付けて芯金１５を保持する。この状態で、加圧パンチ２６を下降させ繊維集合体２１を押圧して圧縮するとともにキャビティ２３を密閉し、密閉した状態で図示しない注入孔から溶融させた熱可塑性樹脂としてのポリアミド系合成樹脂を注入して繊維集合体２１に含浸させる。そして、繊維集合体２１に対するポリアミド系合成樹脂の含浸が終了すると、次に、繊維集合体２１を冷却してポリアミド系合成樹脂を固化させることによって、外周部が繊維強化樹脂からなる円環状の歯車用成形体３３が完成する。なお、芯金１５の外周部には外周に沿って一周する溝部１５ａが形成されるとともにポリアミド系合成樹脂が溝部１５ａ内にまで充填された状態で成形されるため、繊維強化樹脂部１６は芯金１５と分離しないように接着される。歯車用成形体３３が完成すると、成形型２２から歯車用成形体３３を取り出し、次に、歯車転造装置を用いて歯車用成形体３３に複数の歯部を成形する歯部成形工程を行う。
【００２９】
ここで、図５（ａ）に示すように、歯車転造装置３４には基台３５が設けられるとともに、基台３５にはスライドテーブル３６を基台３５上で平行移動させるためのレール３７が敷設されている。そして、基台３５上には回転基準ウォームホイール４０が取り付けられた第１回転軸３８が設けられるとともに、スライドテーブル３６上には歯車用成形体３３が取り付けられる第２回転軸３９が設けられている。
【００３０】
スライドテーブル３６は、錘４２を有する牽引式送り機構４３によって牽引されることで第１回転軸３８及び第２回転軸３９の軸方向に対して直交する方向に移動可能に構成されている。そして、スライドテーブル３６上には、第２回転軸３９の直下に位置し、第２回転軸３９に取り付けられた歯車用成形体３３を加熱する図示しない成形体用加熱手段（例えば、ヒータ）が設けられている。なお、第２回転軸３９は、等速継手であるウォルダム継手４４を介して第１回転軸３８と連結されているため、スライドテーブル３６と一体的に移動可能であるとともに第１回転軸３８と等速同期回転可能になっている。
【００３１】
また、基台３５上には、歯車用成形体３３に歯部１７を成形するための歯車工具としての工具ウォーム４５と、回転基準ウォームホイール４０と噛み合う回転基準ウォーム４６と、工具ウォーム４５及び回転基準ウォーム４６の駆動源としてのモータ４７とが設けられている。モータ４７はベルト４８を介して工具ウォーム４５及び回転基準ウォーム４６と連結されるとともに、工具ウォーム４５と回転基準ウォーム４６とを等速で回転させるように構成されている。そして、基台３５上であって、工具ウォーム４５近傍には、工具ウォーム４５を加熱するための図示しない工具ウォーム用加熱手段（例えば、ヒータ）が設けられている。なお、図５（ｂ）に示すように、工具ウォーム４５には外周部にウォームホイール１４の歯部１７と噛合可能な形状に形成された擬似歯部としての歯型部４９が設けられている。
【００３２】
歯車転造装置３４を用いた転造作業では、歯車用成形体３３を第２回転軸３９に対して取り付ける際に工具ウォーム４５と接触しない位置にまでスライドテーブル３６を移動させ、その後に、第２回転軸３９に歯車用成形体３３を取り付ける。次に、図示しない工具ウォーム用加熱手段によって所定温度（例えば、７０〜１００℃）となるまで工具ウォーム４５を加熱するとともに、図示しない成形体用加熱手段によって所定温度（例えば、２００〜２７０℃）となるまで歯車用成形体３３全体を加熱する。そして、歯車用成形体３３全体が工具ウォーム４５の温度よりも１００℃以上高い温度となると、次に、モータ４７を駆動して、回転基準ウォーム４６と工具ウォーム４５とを同期して等速回転させことで、工具ウォーム４５と歯車用成形体３３とを同期して等速回転させる。そして、歯車用成形体３３を工具ウォーム４５と同期回転させながら牽引式送り機構４３によってスライドテーブル３６を工具ウォーム４５側に移動させることで歯車用成形体３３を工具ウォーム４５に向わせ、歯車用成形体３３に工具ウォーム４５の歯型部４９を押し当てる。なお、本実施形態においては、工具ウォーム４５が所定温度となるまでの時間及び歯車用成形体３３が工具ウォーム４５より１００℃以上高くなるまでに要する時間を予め実験あるいは理論的に求め、求めた時間だけ加熱する。また、スライドテーブル３６の移動は、歯車用成形体３３の軸心と工具ウォーム４５の軸心との間の距離がウォームホイール１４の軸心とウォーム１３の軸心との間の距離と等しくなる位置にまで達した時点で停止する。
【００３３】
そして、図５（ｂ）に示すように、歯車用成形体３３と工具ウォーム４５とが同期回転しつつ歯車用成形体３３が工具ウォーム４５の歯型部４９に対して押し当てられると、繊維強化樹脂は軟化しているため歯型部４９に押し当てられた外周部３３ａの部分は工具ウォーム４５の歯型部４９に対応した形状に塑性変形する。そして、歯車用成形体３３及び工具ウォーム４５が回転し続けて歯車用成形体３３の外周部３３ａが工具ウォーム４５の歯型部４９に対応した形状に順次塑性変形することで、歯車用成形体３３の外周部３３ａ全体に亘って歯部１７が成形される。なお、歯車用成形体３３の外周部３３ａが工具ウォーム４５の歯型部４９に対応した形状に塑性変形する際、繊維強化樹脂の内部に存在する組物Ｒ５〜Ｒ７は外周部３３ａの変形に応じて変形する。そして、歯車用成形体３３の外周部３３ａ全体に歯部１７が成形されるまで歯車用成形体３３と工具ウォーム４５とを同期回転させ、歯車用成形体３３の外周部３３ａ全体に歯部１７が成形されると、送り機構４３によってスライドテーブル３６を工具ウォーム４５から離間する方向に移動させる。そして、歯車用成形体３３は、工具ウォーム４５との接触部分が成形され、工具ウォーム４５の歯型部４９によって押し込まれた樹脂は、歯車用成形体３３の側面に余肉として排出される。そこで、その余肉部分を除去することで繊維強化樹脂製のウォームホイール１４が完成する。
【００３４】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）歯車用成形体３３の外周部３３ａは、強化繊維として連続繊維を使用した繊維強化樹脂から構成されている。したがって、短繊維を使用した繊維強化樹脂から構成する場合に比べて、歯部１７の強度を高くすることができるため、短繊維を使用した繊維強化樹脂からなるウォームホイールより強度的に有利なウォームホイール１４を成形することができる。
【００３５】
（２）円環状の歯車用成形体３３を成形した後、ウォームホイール１４の転造作業を行う際には、まず、工具ウォーム４５及び歯車用成形体３３を加熱する。その後、歯車用成形体３３の外周部３３ａが工具ウォーム４５の歯型部４９に押し当てられた状態で歯車用成形体３３と工具ウォーム４５とを同期回転させれば、歯車用成形体３３の外周部３３ａは歯型部４９の形状に沿って塑性変形し、歯車用成形体３３に複数の歯部１７が成形される。そして、最後に、余肉部を除去すれば繊維強化樹脂製のウォームホイール１４が完成する。したがって、繊維強化樹脂からなる外周部３３ａを塑性変形させることで歯部１７を成形できるため、各組物Ｒ１〜Ｒ７を構成する連続繊維はウォームホイール１４の周方向において連続した状態となり、連続繊維により強化された繊維強化樹脂の強度が低下することを抑制できる。
【００３６】
（３）歯車用成形体３３の外周部３３ａ全体の温度が外周部３３ａを構成するマトリクス樹脂のガラス転移温度以上になって軟化した後に、歯車用成形体３３は工具ウォーム４５の歯型部４９に押し当てられる。したがって、歯車用成形体３３の外周部３３ａに歯型部４９を押し当てて変形させる際、各組物Ｒ１〜Ｒ７を構成する連続繊維も追従して変形し外周部３３ａの変形になじむため、連続繊維から張力や抗力が生じることを抑制できる。そのため、歯車用成形体は常温のままで成形型部材だけを歯車用成形体の溶融点近傍の温度にまで加熱した後、成形型部材の歯型部を歯車用成形体に押し当てる場合に比べて、繊維強化樹脂を塑性変形させ易く、ウォームホイール１４の歯部１７を容易に成形することができる。
【００３７】
（４）歯車用成形体３３の外周部３３ａを工具ウォーム４５よりも高温の状態となるように加熱したうえで、平歯車の歯部を成形する作業を行う。そして、歯車用成形体３３の外周部３３ａ全体をマトリクス樹脂のガラス転移温度にまで加熱すれば、工具ウォーム４５はマトリクス樹脂のガラス転移温度と等しい温度にまで加熱しなくとも平歯車の歯部を成形することができる。したがって、マトリクス樹脂のガラス転移温度に達するまで工具ウォーム４５を加熱したうえで平歯車の歯部を成形する場合に比べて、工具ウォーム４５を加熱する際に工具ウォーム用加熱手段が消費する電力を節約することができる。
【００３８】
（５）歯車用成形体３３に歯部１７を形成する際には、製造しようとしているウォームホイールの歯部と噛合可能な形状に形成された歯型部４９を備える工具ウォーム４５が用いられる。そして、歯車用成形体３３の外周部３３ａを工具ウォーム４５の歯型部４９に押し当てる際には、歯車用成形体３３と工具ウォーム４５とを同期回転させつつ歯車用成形体３３の外周部３３ａに工具ウォーム４５の歯型部４９を押し当てる。このような方法で歯部１７を成形すれば、歯車用成形体３３と歯型部４９との間に抜き角を確保しなくても歯型部４９を歯車用成形体３３に押し当てた後、離すことができる。そのため、支障なく製造しようとしているウォームホイールの歯部を成形することができる。
【００３９】
（６）歯車用成形体３３全体を工具ウォーム４５よりも１００℃以上高温の状態となるように加熱した後、歯車用成形体３３の外周部３３ａを工具ウォーム４５の歯型部４９に押し当てる。したがって、確実に歯車用成形体３３の外周部３３ａを構成する繊維強化樹脂を軟化させた状態で外周部３３ａを歯型部４９に押し当てることができるため、外周部３３ａをより容易に塑性変形させて歯部１７を成形することができる。
【００４０】
（第２実施形態）
次に、本発明を繊維強化樹脂製歯車としての平歯車の成形方法に具体化した一実施形態について、図６にしたがって説明する。なお、歯車用成形体３３を製作するまでの工程は、第１実施形態と同様であり、第２実施形態は、プレス成形によって歯車用成形体３３に対して平歯車の歯部を成形する点が第１実施形態と主に異なっており、第２実施形態ではその点について主に説明する。
【００４１】
図６に示すように、平歯車の歯部をプレス成形するプレス成形機５０は、取り付け台５１と、取り付け台５１上に設けられており４つに等分割されたプレス成形用型部材５２とから構成されている。
【００４２】
取り付け台５１には歯車用成形体３３を位置決めする位置決め突部５７が設けられている。そして、取り付け台５１には、その内部に位置決め突部５７によって位置決めされた歯車用成形体３３の下方に位置するように環状の成形体用加熱手段（例えば、ヒータ）５８が設けられている。
【００４３】
また、取り付け台５１には、位置決め突部５７の中心に向って移動するように各プレス成形用型部材５２を案内する図示しない案内部がプレス成形用型部材５２毎に設けられるとともに、各プレス成形用型部材５２を案内部に沿って移動させる駆動装置（例えば、シリンダ）５６がプレス成形用型部材５２毎に設けられている。
【００４４】
また、４つのプレス成形用型部材５２にはそれぞれ目的とする平歯車の歯部の形状に応じた歯型部５５が形成されており、４つのプレス成形用型部材５２が型合わせされたときには目的とする平歯車の外形と同じ輪郭の領域を区画できるように構成されている。そして、歯型部５５の形状は、プレス成形用型部材５２の進行方向に沿い、なおかつ、目的とする平歯車の歯部の歯元面に対応する歯型部５５の面の端を通過する仮想直線が、平歯車の歯部の歯先面に対応する歯型部５５の面を通過しないような形状に形成されている。つまり歯型部５５の形状は、プレス成形用型部材５２の移動方向に対して、例えば抜き勾配が確保されるような形状になっている。
【００４５】
プレス成形用型部材５２は取り付け台５１の内部に設けられた図示しない上下動装置（例えば、ピストン）によって上下移動可能に構成され、４つのプレス成形用型部材５２が型合わせされた状態で上下動装置が駆動すると、プレス成形用型部材５２は取り付け台５１から離間する方向に移動するように構成されている。そして、各プレス成形用型部材５２にはその内部に型部材用加熱手段（例えば、ヒータ）５９が設けられており、型部材用加熱手段５９によってプレス成形用型部材５２の温度調整が行われるように構成されている。
【００４６】
次に、このプレス成形機５０を使用して歯車用成形体３３に平歯車の歯部を成形する工程について説明する。
まず、プレス成形用型部材５２が互いに離間した状態で、芯金１５の内孔３２に位置決め突部５７を挿通させて歯車用成形体３３を取り付け台５１上に位置決めする。そして、型部材用加熱手段５９によってプレス成形用型部材５２を所定温度（例えば、７０〜１００℃）となるまで加熱するとともに、成形体用加熱手段５８によって歯車用成形体３３全体を所定温度（例えば、２００〜２７０℃）となるまで加熱する。
【００４７】
そして、歯車用成形体３３全体が、ガラス転移温度以上で、なおかつ、プレス成形用型部材５２の温度より１００℃以上高い温度となると、次に、駆動装置５６を駆動する。
そして、４つのプレス成形用型部材５２を型合わせすることで、４つのプレス成形用型部材５２の歯型部５５を歯車用成形体３３の外周部３３ａ全体に対して同時に押し当てて所定の圧力（例えば、１〜１００ＭＰａ）を作用させる。このとき、歯型部５５の面全体は歯車用成形体３３の外周部３３ａに押し当てられる。したがって、平歯車の歯部の歯先面に対応する歯型部５５の面全体を歯車用成形体３３の外周部３３ａに押し当てることで、目的とする形状の歯部を成形できないことは回避される。なお、本実施形態においては、それぞれの型部材用加熱手段５９が所定温度となるまでの時間及び歯車用成形体３３が型部材用加熱手段５９より１００℃以上高くなるまでに要する時間を予め実験あるいは理論的に求め、求めた時間だけ加熱する。
【００４８】
４つのプレス成形用型部材５２の歯型部５５が歯車用成形体３３の外周部３３ａ全体に対して同時に押し当てられると、外周部３３ａには複数の歯型部５５から均一に圧力が加えられたうえで、外周部３３ａ全体は複数の歯型部５５の形状に沿うように変形する。このとき、繊維強化樹脂を構成する繊維集合体２１には均一に圧力が作用するため、繊維集合体２１は外周部３３ａの変形に伴って均一に変形することができる。この状態で、型部材用加熱手段５９及び成形体用加熱手段５８による加熱を停止し、次に、歯車用成形体３３を冷却して、熱可塑性樹脂を固化させると、歯車用成形体３３の外周部３３ａに複数の歯部が成形される。歯車用成形体３３の外周部３３ａに複数の歯部が成形された後、各プレス成形用型部材５２と各駆動装置５６との連結を外したうえで図示しない上下動装置（例えば、ピストン）によって２つのプレス成形用型部材５２を上方に退避させ、プレス成形機５０から歯車用成形体３３を取り出して、最後に、バリを除去すると繊維強化樹脂製の平歯車が完成する。
【００４９】
この実施形態によれば、第１実施形態の（１）と同様の効果の他に以下に示す効果を得ることができる。
（７）プレス成形用型部材５２の歯型部５５を歯車用成形体３３の外周部３３ａに対して押し当てて外周部３３ａを複数の歯型部５５の形状に沿うように変形させて平歯車の歯部を成形する。そして、最後にバリを除去すると繊維強化樹脂製の平歯車が完成する。したがって、繊維強化樹脂からなる外周部３３ａを変形させることで目的とする平歯車の歯部を成形できるため、各組物Ｒ１〜Ｒ７を構成する連続繊維は平歯車の周方向において連続した状態となり、連続繊維により強化された繊維強化樹脂の強度が低下することを抑制できる。
【００５０】
（８）歯車用成形体３３の外周部３３ａ全体の温度が外周部３３ａを構成するマトリクス樹脂のガラス転移温度以上になって軟化した後に、プレス成形用型部材５２の歯型部５５が歯車用成形体３３の外周部３３ａに押し当てられる。したがって、歯車用成形体３３の外周部３３ａに歯型部５５を押し当てて変形させる際、各組物Ｒ１〜Ｒ７を構成する連続繊維も追従して変形し外周部３３ａの変形になじむため、連続繊維から張力や抗力が生じることを抑制できる。そのため、歯車用成形体は常温のままで成形型部材だけを歯車用成形体の溶融点近傍の温度にまで加熱した後、成形型部材の歯型部を歯車用成形体に押し当てる場合に比べて、繊維強化樹脂を塑性変形させ易く、平歯車の歯部を容易に成形することができる。
【００５１】
（９）歯車用成形体３３の外周部３３ａをプレス成形用型部材５２よりも高温の状態となるように加熱したうえで、平歯車の歯部を成形する作業を行う。そして、歯車用成形体３３の外周部３３ａ全体をマトリクス樹脂のガラス転移温度にまで加熱すれば、プレス成形用型部材５２はマトリクス樹脂のガラス転移温度と等しい温度にまで加熱しなくとも平歯車の歯部を成形することができる。したがって、マトリクス樹脂のガラス転移温度に達するまでプレス成形用型部材５２を加熱したうえで平歯車の歯部を成形する場合に比べて、プレス成形用型部材５２を加熱する際に型部材用加熱手段５９が消費する電力を節約することができる。
【００５２】
（１０）歯車用成形体３３の外周部３３ａ全体をプレス成形用型部材５２よりも１００℃以上高温の状態となるように加熱した後、プレス成形用型部材５２の歯型部５５を歯車用成形体３３の外周部３３ａに押し当てる。したがって、確実に歯車用成形体３３の外周部３３ａを構成する繊維強化樹脂を軟化させた状態で歯型部５５を外周部３３ａに押し当てることができるため、外周部３３ａをより容易に塑性変形させて平歯車の歯部を成形することができる。
【００５３】
（１１）４つのプレス成形用型部材５２の歯型部５５を歯車用成形体３３の外周部３３ａ全体に対して同時に押し当てて、一括して複数の平歯車の歯部を成形する。したがって、平歯車の歯部を成形する際に繊維集合体２１には均一に圧力が作用するため、繊維集合体２１は均一に変形することができ、繊維集合体２１を構成する連続繊維が部分的に集合して局所的なシワが発生することを抑制できる。
【００５４】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○  第１実施形態において、歯車用成形体を成形する際に、成形型によって予めハスバ歯車の形状に成形し、その後、ハスバ歯車形状の歯車用成形体を歯車転造装置３４に装着して歯車転造装置３４を使用することで、歯車用成形体をウォームホイールの歯部の形状に成形してもよい。
【００５５】
○  第２実施形態において、平歯車の歯部をプレス成形した後に平歯車の歯部から歯型部を離すことができるのであれば、分割するプレス成形用型部材の数についてはとくに限定されない。例えば、８つに等分割されたプレス成形用型部材を用いてもよい。この場合、各プレス成形用型部材それぞれに対してプレス成形用型部材を移動させる駆動装置を設け、８つのプレス成形用型部材が互いに離間したり、近づいたりできるように構成する。そして、歯車用成形体の外周部に平歯車の歯部を成形する際には、８つのプレス成形用型部材を位置決め突部５７に向う方向に移動させて互いに近づかせ、８つのプレス成形用型部材に設けられた複数の歯型部を同時に歯車用成形体に押し当てる。そして、歯型部の形状に沿って歯車用成形体の外周部が変形した後、駆動装置を駆動させて８つのプレス成形用型部材を互いに離間する方向に移動させれば、歯型部を歯車用成形体の外周部から離すことができ、その後、歯部が形成された歯車用成形体をプレス成形機から取り出すことができる。
【００５６】
○  歯車用成形体の外周部に歯型部を押し当てて歯部を形成するときの歯車用成形体の温度は、ガラス転移温度より高い温度であれば変更してもよい。例えば、歯車用成形体の温度と、工具ウォーム４５又はプレス成形用型部材５２の温度との差が１００℃より小さい温度状態で、歯車用成形体の外周部に成形型部材の歯型部を押し当ててもよい。
【００５７】
○  工具ウォーム４５又はプレス成形用型部材５２の温度を歯車用成形体の温度より高い温度状態にしたうえで、歯車用成形体の外周部に歯部を成形してもよい。例えば、工具ウォーム４５又はプレス成形用型部材５２を加熱してガラス転移温度よりも高い温度状態にすることで歯車用成形体の温度より高い温度状態にしたうえで、工具ウォーム４５又はプレス成形用型部材５２の歯型部を歯車用成形体の外周部に押し当ててもよい。また、例えば、歯車用成形体は加熱せずに常温のままの状態で工具ウォーム４５又はプレス成形用型部材５２を加熱して、歯車用成形体の外周部を構成する繊維強化樹脂のマトリクス樹脂の溶融点近傍にまで工具ウォーム４５又はプレス成形用型部材５２の温度を上昇させた後、工具ウォーム４５又はプレス成形用型部材５２の歯型部を歯車用成形体の外周部に押し当ててもよい。
【００５８】
○  歯車用成形体を一つずつ成形する代わりに、芯金１５より全長が複数倍長い円筒状の中間成形体を成形した後に、成形された中間成形体を芯金１５の全長と同じ長さに切断することで一つの中間成形体から複数個の歯車用成形体を製作してもよい。この場合、例えば、芯金１５より全長が複数倍長い芯材を準備し、その芯材に対してプリプレグシートを何重にも巻き付けることで所定の幅を有する環状の繊維集合体を形成し、その後、芯材及び環状の繊維集合体を成形型内に配置して中間成形体を製作する。そして、中間成形体を複数個に切断すれば複数の歯車用成形体を得ることができる。なお、このようにして成形された歯車用成形体から繊維強化樹脂製歯車を製造した場合、外周に沿って延びる状態の連続繊維を残したまま繊維強化樹脂製歯車を完成させることができる。
【００５９】
○  環状の繊維集合体を構成する素材を組物から織物に変更してもよい。この場合、例えば、平織りの織物を複数枚重ねた状態で渦巻き状に巻くことで平織りの織物を棒状に形成し、その後、棒状に形成された平織りの織物の両端を突き合わせて環状に変形させれば、環状の繊維集合体を形成することができる。
【００６０】
○  フィラメントワインディング法によって連続繊維を芯材に巻き付けることで環状の繊維集合体を形成してもよい。この場合、例えば、芯金１５より全長が複数倍長い芯材（マンドレル）を準備し、その芯材に対してフィラメントワインディング法によって連続繊維を何重にも巻きつけることで、所定の幅を有しなおかつ、全長が芯金１５より複数倍長い環状の繊維集合体を形成する。その後、芯材及び環状の繊維集合体を成形型内に配置してＲＴＭ法によって繊維集合体に熱可塑性樹脂を含浸させる。そして、熱可塑性樹脂を固化させると、長尺で、筒状の中間成形体が形成され、製造するウォームホイールの全長に合うようにこの中間成形体を複数に切断すれば、複数の歯車用成形体を得ることができる。
【００６１】
○  歯車用成形体及び成形型部材の温度設定方法を変更してもよい。歯車用成形体を加熱する加熱時間及び成形型部材を加熱する加熱時間の長さを変えることで歯車用成形体の温度が成形型部材の温度よりも高い状態とする代わりに、例えば、成形型部材を加熱する加熱手段より加熱力が高い成形体用加熱手段を用いて歯車用成形体全体を加熱してもよい。このような成形体用加熱手段によって加熱すれば、歯車用成形体に対する加熱時間と成形型部材に対する加熱時間が同じであっても歯車用成形体全体を成形型部材より高温の状態に加熱することができる。
【００６２】
○  歯車用成形体及び成形体型部材の温度状態を把握する方法を変更してもよい。歯車用成形体及び成形型部材それぞれを加熱した時間に基づいて歯車用成形体の温度及び成形型部材の温度を推定する代わりに、例えば、歯車用成形体の温度を計測する成形体用センサ及び成形型部材の温度を計測する型部材用センサを用いて歯車用成形体及び成形型部材の温度状態を把握してもよい。この場合、成形体用センサの検出結果及び型部材用センサの検出結果を制御装置が備える演算手段に入力するように構成し、演算手段が成形体用センサの検出結果と型部材用センサの検出結果とを比較する。そして、歯車用成形体の温度が成形型部材の温度よりも高くなったと演算手段が判断すると、制御装置は成形体用加熱手段及び成形型用加熱手段による加熱を停止して、歯車用成形体に成形型部材を押し当てる。
【００６３】
○  成形する歯車用成形体の形状を変更してもよい。例えば、楕円環状の歯車用成形体を成形してもよいし、多角環状の歯車用成形体を成形してもよい。
○  製造する繊維強化樹脂製歯車の構成を変更してもよい。例えば、芯金がない繊維強化樹脂製歯車を製造してもよいし、芯金と繊維強化樹脂部との間に樹脂部が存在する繊維強化樹脂製歯車を製造してもよい。
【００６４】
○  歯車用成形体を構成するポリアミドとして、モノマーキャストナイロンを用いてもよい。
○  マトリクス樹脂として用いる樹脂の種類を変更してもよい。熱可塑性樹脂としてのポリアミド系樹脂を含浸させる代わりに、その他のエンジニアリングプラスチックである熱可塑性樹脂としてのポリカーボネートやポリブチレンテレフタレートやポリアセタールを繊維集合体に含浸させることで繊維強化樹脂を構成してもよい。
【００６５】
○  連続繊維として用いる繊維の種類を変更してもよい。例えば、連続繊維としてカーボン繊維を用いてもよい。また、繊維強化樹脂製歯車に要求される特性によっては、強化繊維としてガラス繊維やポリエステル繊維を用いてもよい。
【００６６】
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
○  少なくとも外周部が繊維強化樹脂から構成されるとともに、前記外周部に複数の歯部が形成されている繊維強化樹脂製歯車の成形方法において、少なくとも外周部に、強化繊維として連続繊維を使用しマトリクス樹脂として熱可塑性樹脂を使用した繊維強化樹脂を有する環状の歯車用成形体を成形し、次に、前記歯部と対応する形状に形成された歯型部を有する成形型部材を用い、軟化状態となる温度まで前記歯車用成形体を加熱せずに、前記歯車用成形体より高い温度で、前記歯車用成形体の外周部が軟化状態となるような温度にまで前記成形型部材を加熱し、その後、前記歯車用成形体の外周部に前記成形型部材の前記歯型部を押し当てて複数の歯部を成形する繊維強化樹脂製歯車の成形方法。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】一実施形態におけるウォームギヤの斜視図。
【図２】一実施形態におけるウォームホイールの部分模式断面図。
【図３】（ａ）は繊維集合体の部分破断模式図、（ｂ）は繊維集合体の模式断面図、（ｃ）は環状に変形させた繊維集合体を示す斜視図。
【図４】歯車用成形体を成形する成形型の部分断面図。
【図５】（ａ）は一実施形態において歯車用成形体に歯部を転造する歯車転造装置の模式平面図、（ｂ）は工具ウォームによって歯車用成形体に歯部を成形している状態を示す模式図。
【図６】一実施形態において歯車用成形体に歯部をプレス成形するプレス成形機の部分模式斜視図。
【符号の説明】
【００６８】
１４…繊維強化樹脂製歯車としてのウォームホイール、１６…繊維強化樹脂部、１７…歯部、３３…歯車用成形体、３３ａ…外周部、４５…歯車工具としての工具ウォーム、４９，５５…歯型部、５２…成形型部材としてのプレス成形用型部材。
【図１】
2009039931.tif 000003
【図２】
2009039931.tif 000004
【図３】
2009039931.tif 000005
【図４】
2009039931.tif 000006
【図５】
2009039931.tif 000007
【図６】
2009039931.tif 000008