齿轮的制造方法与流程

本申请主张于2016年5月17日提出的日本专利申请no.2016-099034号的优先权，并在此引用其全部内容。

本发明涉及齿轮的制造方法。

背景技术：

例如在电动动力转向装置中，将转向操纵辅助用的电动马达的旋转经由减速机一边减速一边将输出放大并传递至转向机构。由此，对基于驾驶员的操作的转向机构的动作进行扭矩辅助。作为减速机通常使用具备相互啮合的蜗杆和蜗轮的装置。

作为蜗轮，例如为了减少转向转向操纵时的咔咔音(打齿音)，有使用至少用树脂形成齿的齿轮的情况。作为涉及的齿轮，例如通过热塑性树脂的注射成形(嵌入成形)等在金属制的环状的套筒的外周一体形成环状的树脂部件。然后，在该树脂部件的外周面能够例举通过切削加工等形成齿。

作为成为树脂部件的前身的热塑性树脂例如能够例举聚酰胺(pa6、pa66、pa46等)、芳香族聚酰胺、聚甲醛、peek、pps等。特别是pa66等聚酰胺可以通用。在套筒的外周面例如通过渐开线花键加工、滚花加工等形成凹凸。由于注射成形后的树脂部件的收缩引起的所谓的紧抱型芯，而有上述树脂部件与套筒的外周面相互固定而防脱且止转的情况。

作为热塑性树脂，为了确保齿轮的耐久寿命，尽可能地适当的使用高分子量类型的树脂。但是因为高分子量的热塑性树脂的熔融粘度高，所以在注射成形时，特别是不能良好地追踪套筒的外周面的凹凸而直接固化，容易产生所谓的卷入空隙。

因此，为了抑制空隙的产生，有在将套筒预热的状态下使用于嵌入成形，而使热塑性树脂的固化延迟的情况。近年来基于减少环境负担的要求而开始谋求汽车用部件的进一步的轻型化。电动动力转向装置的轻型化以及小型化变得必要。为了将电动动力转向装置安装于更大型的汽车，也有电动马达高输出化的趋势。

但是，特别是由未经纤维强化的聚酰胺等形成齿轮的树脂部件的情况下，伴随着上述轻型化、小型化或者电动马达的高输出化产生耐久寿命的不足。其结果，有树脂部件在比较的短期间内破损的情况。例如，若由于在减速机工作时产生的面压而对树脂部件施加径向的力，则该树脂部件从套筒浮起而产生与金属等构成的蜗杆的啮合不良。其结果，有从该树脂部件的齿底破裂的情况。

因此，在日本特开2007－15604号公报中，为了提高树脂部件对套筒的粘合强度并抑制浮起而研究了下述方法。例如，用耦合剂处理上述套筒的外周面，或者在上述外周面涂覆由热固化性树脂、高耐热的热塑性树脂等构成的粘合剂之后，对树脂部件进行嵌入成形。

但是，在为了抑制空隙的产生而预热套筒的情况下，耦合剂是低分子量，在预热过程中分解而失活。因此，不能提高粘合强度。另外，例如由聚酰亚胺、环氧树脂等的热固化性树脂构成的粘合剂在上述预热时产生热固化反应而失去粘合性。因此，还是不能提高粘合强度。

并且，对于与聚醚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺等形成树脂部件的热塑性树脂相比有高耐热、高熔点的热塑性树脂构成的粘合剂而言，并没有由于在抑制空隙的产生的程度的预热、或者在将热塑性树脂注射成形而形成树脂部件时的热等而显现粘合性。因此，还是不能提高粘合强度。由高耐热的热塑性树脂构成的粘合剂如果在树脂部件的成形后加热(二次固化)至高温的话，能够使其显现粘合性。

但是，由于后固化时的热除了有可能使树脂部件变形之外，齿轮的制造所需要的能量增大，与前述的减少环境负荷的要求背道而驰。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种能够制造不产生空隙、无需后固化而提高套筒与树脂部件的粘合强度，并且该树脂部件不浮起的齿轮的制造方法。

根据本发明的一方式的齿轮的制造方法，其中，齿轮具备套筒以及环状的树脂部件，该树脂部件一体地设置于上述套筒的外周，由热塑性树脂构成并在外周面具有齿，该齿轮的制造方法的特征在于，包括：在上述套筒的外周面形成底涂层的工序，该底涂层由以比形成上述树脂部件的热塑性树脂的熔点低的温度热熔融而显现粘合性的热塑性树脂系的粘合剂构成；对上述套筒进行预热的工序；以及，在经预热的上述套筒的外周将成为上述树脂部件的前身的热塑性树脂注射成形为环状的工序。

附图说明

图1a、图1b是表示本发明的齿轮的制造方法的一个例子的各工序的立体图。

图2a是接着图1a、图1b的工序的立体图，图2b是表示经由上述各工序制造的齿轮的一个例子的立体图。

图3是表示用本发明的各实施例、对比例制造的齿轮的轴向的拉拔载荷比的图表。

图4是表示用本发明的实施例1、2制造的齿轮的径向的拉伸载荷比的图表。

图5是表示用本发明的实施例1制造的齿轮的实机耐久寿命比的图表。

具体实施方式

通过以下参照附图对本发明的优选实施方式进行的详细描述，本发明的其它特征、构件、过程、步骤、特性及优点会变得更加清楚，其中，附图标记表示本发明的要素。

图1a、图1b是表示本发明的齿轮的制造方法的一个例子的各工序的立体图。图2a是表示接着图1a、1b的工序的立体图。图2b是表示经由上述各工序制造的齿轮的一个例子的立体图。参照图2b，通过该例子的制造方法制造的齿轮1具备环状的套筒3、和环状的树脂部件5。在套筒3的中心具有供轴(未图示)插入固定的通孔2。树脂部件5一体地设置于该套筒3的外周，并在其外周面具有齿4。

套筒3由铁钢等的金属构成。树脂部件5由聚酰胺(pa6、pa66、pa46等)、芳香族聚酰胺，聚甲醛、peek、pps等热塑性树脂形成。其中作为热塑性树脂考虑到通用性等优选pa66等聚酰胺。

作为聚酰胺等热塑性树脂，特别需要提高齿轮的耐久寿命。为此，按照iso307：2007规定的甲酸法，优选使用坎农-芬斯克管测定地相对粘度为150pa·s以上的高分子量的热塑性树脂。熔融粘度的上限虽然没有特别限定，若考虑到注射成形性等，则优选以相同的条件测定的相对粘度为320pa·s以下。

参照图1a，套筒3的通孔2的直径形成为一定的圆筒状。套筒3的外周面6形成为与上述通孔2同心状并且直径一定的圆筒状，通过渐开线花键加工、滚花加工等设置有凹凸7。通过设置的凹凸7，通过由注射成形后的树脂部件5的收缩引起的紧抱型芯，能够将该树脂部件5与套筒3相互稳固地固定并防脱，且止转。

参照图1b，在该例子的制造方法中，首先在上述套筒3的外周面6形成底涂层8。底涂层8如前述那样由以比形成树脂部件5的热塑性树脂的熔点低的温度热熔融而显现粘合性的热塑性树脂系的粘合剂形成。作为涉及的粘合剂，例如将共聚聚酰胺、聚酯等热塑性树脂作为基材树脂，并且根据需要适当地配合松香系树脂、石油树脂等增粘剂、蜡类、防氧化剂、无机填充剂、可塑剂等。而且，能够使用整体的热熔融温度(熔点)设定为形成树脂部件5的热塑性树脂的熔点以下并且在热熔融的状态下显现粘合性的各种粘合剂。

特别是如上述那样通过pa66等聚酰胺形成树脂部件5的情况下，作为形成底涂层8的粘合剂，优选与上述聚酰胺同系且亲和性、相溶性优异的、基材树脂含有共聚聚酰胺等聚酰胺的聚酰胺系粘合剂。作为涉及的聚酰胺系的粘合剂的具体例子，例如能够例举daicel-evonik(株)制的vestamelt(注册商标)系列的各种粘合剂等的1种或者两种以上。其中，熔点为聚酰胺的熔点以下并且在齿轮1所要求的耐热温度以上，其中，优先选择使用120℃以上、特别优先选择使用为130℃以上的型号。

底涂层8例如在通过静电涂装使上述粘合剂的粉体附着于套筒3的外周面6的状态加热至上述熔点，通过在外周面6上熔融、流展等而形成。

接着在嵌入成形之前将套筒3预热。预热可以与形成上述底涂层8时的加热连续实施，也可以将形成了底涂层8的套筒3暂时冷却之后再次预热。

预热的温度能够任意设定，但优选设定为为了将热塑性树脂注射成形而形成树脂部件5所使用的模具的加热温度以上并且是粘合剂的熔点以下。接着参照图2a，在预热的套筒3的外周将成为树脂部件5的前身的热塑性树脂注射成形为环状。外周面9形成圆筒状的前体10之后，若对该外周面9进行滚切加工等切削加工而形成齿4，则制造出图2b所示的齿轮1。

根据所述的工序，能够使注射成形所使用的模具的构造简化。即，能够使模具的、与前体10的外周面9对应的面形成为与该外周面9对应的单一的圆筒状。并且，能够省略复杂的起模机构。但是使用与在外周面具有齿4的树脂部件5的形状对应的模具，能够直接将上述树脂部件5注射成形。在该情况下能够省略切削加工。

通过经过以上的工序，如之前说明的那样，能够制造提高套筒3与树脂部件5的粘合强度，并且没有该树脂部件5浮起的齿轮1。

图3是表示由本发明的各实施例、对比例制造的齿轮的、轴向的拉拔载荷比的图表。在图3中的实施例1、2、对比例1～3中，分别在套筒3的形成有凹凸7的外周面6形成由下述的材料构成的底涂层8。

实施例1：共聚聚酰胺系粘合剂，daicel-evonik公司制造的vestamelt，熔点130℃

实施例2：聚酯系粘合剂，熔点220℃

对比例1：聚酰胺-酰亚胺(热塑性树脂)，熔点300℃

对比例2：聚氨酯树脂(热固化性树脂)，固化温度100℃～150℃

对比例3：环氧树脂(热固化性树脂)，固化温度100℃～150℃

另外在对比例4、5中，用下述的耦合剂处理上述外周面6。

对比例4：脲系硅烷耦合剂，信越化学工业(株)制的kbe－585

对比例5：氨基系硅烷耦合剂，道康宁公司(株)制的ofs－6020

并且在对比例6中，对上述外周面6进行了溶液蚀刻处理。在将各自的套筒3预热至120℃的状态下，将pa66(熔点265℃)向外周注射成形。在形成图2a所示的环状的前体10之后，在将上述前体10固定的状态下测定将套筒3沿轴向拉拔所必须的最大负载。将上述最大负载与使外周面6处于未处理的状态进行相同的试验时的最大负载之比，作为拉拔载荷比求出。

其结果如图3所示。如图3所示那样，由比pa66熔点高的聚酰胺-酰亚胺形成底涂层8的对比例1、由热固化性树脂形成的对比例2、3、由耦合剂处理外周面6的对比例4、5、以及实施了溶液蚀刻处理的对比例6，都只能得到与未处理的情况同等或者其以下的拉拔负载。其结果，判明对比例1～6都不能得到提高套筒3与树脂部件5的粘合强度的效果。

作为其理由考虑到下述3项。1)对比例1的底涂层8耐热性高，并没有由于pa66的射出成型时的热而显现粘合性。2)对比例2、3的底涂层8是热固化性，由于预热而固化反应从而未显现粘合性。3)对比例4、5的耦合剂由于预热而分解、失活。相对于此，根据实施例1、2的结果，由以比pa66的熔点低的温度热熔融而显现粘合性的粘合剂形成底涂层8。由此，该粘合剂在预热时不会固化反应或者失活，仅由于将pa66注射成形时的热而显现良好的粘合性。其结果，判明能够提高套筒3与树脂部件5的粘合强度。

图4是表示用本发明的实施例1、2制造的齿轮的径向的拉伸载荷比的图表。根据通过上述拉拔负载测定而得到良好的结果的实施例1、2，再次制造相同的样本。测定了在将套筒3固定的状态下将前体10的周向的恒定宽度的区域向径向拉动时，将该前体10从套筒3剥下所必须的最大负载。将上述最大负载与外周面6未处理的状态下进行相同的试验时的最大负载之比作为径向拉伸载荷求出。

其结果如图4所示，判明了相对于pa66，由同系的共聚聚酰胺系粘合剂形成底涂层8在提高套筒3与树脂部件5的粘合强度并抑制浮起的效果这一点上，更有效。

图5是表示用本发明的实施例1制造的齿轮的实机耐久寿命比的图表。再次制造出成绩特别优异的实施例1的样本。对前体10的外周面9进行切削加工而制造出图2b所示的齿轮1。将该齿轮1组装于减速机，在高温环境下实施了耐久试验。求出该耐久试验结果与以外周面6未处理的状态制成的齿轮1的耐久寿命结果之比。其结果如图5所示，能够判明通过在套筒3的外周面6形成由以比pa66的熔点低的温度热熔融而显现粘合性的粘合剂构成的底涂层8，能够抑制树脂部件5的浮起引起的破裂等的产生，并且能够提高齿轮1的耐久寿命。