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技術 インサート成形方法とハイブリッド平歯車

出願人 甲本忠史久米原宏之株式会社砂永樹脂製作所小倉クラッチ株式会社
発明者 甲本忠史久米原宏之砂永弘野澤淳一
出願日 2017年4月18日 (4年8ヶ月経過) 出願番号 2017-082291
公開日 2017年12月7日 (4年0ヶ月経過) 公開番号 2017-213867
状態 特許登録済
技術分野 プラスチック等の成形用の型 歯車・カム プラスチック等の射出成形
主要キーワード 耐せん断力 温度計測用センサ 基準円直径 平歯車対 成形不足 歯車類 保温機構 丸棒鋼材
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重要な関連分野

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課題

所定温度インサート金属歯車予加熱することなく、しかも金型温度以下のインサート金属平歯車金型内に挿入後、同金型平歯車を急速加熱する方法と、インサート成形の工程を自動化する方法によって、ハイブリッド歯車の生産性飛躍的に高める技術的手段および同種の樹脂製平歯車使用限界を超える強度、耐摩耗性耐久性を有するハイブリッド平歯車を提供する。

解決手段

所定温度に設定された金型内の所定位置に、同金型温度より低い温度のインサート金属平歯車を挿入し、載置後、急速加熱機構により同インサート金属平歯車表面を加熱し、同インサート金属平歯車の表面温度が同金型温度以上、溶融樹脂温度以下の所定温度に達した時点で加熱を停止すると同時に、同金型内に溶融樹脂射出成形、または押出成形し、同インサート金属平歯車表面に樹脂コーティングしてハイブリッド平歯車を成形することを特徴とするインサート成形方法とする。

概要

背景

OA機器をはじめ、多くの産業分野において、部材の軽量化や射出成形による大量生産、さらに使用時の無潤滑運転静音性・低振動等の利点から、金属歯車代わるものとして樹脂歯車が利用されている。

特許文献1には、金属歯車類(芯材)の表面に樹脂を射出成形によりコーティングする方法および樹脂被覆金属歯車類成形方法が開示されている。

しかしながら、前記の先行技術文献によれば、金属歯車(芯板インサート金属平歯車)と成形用金型を各々予め定められた温度に加熱した状態で、溶融樹脂を射出成形して、金属歯車表面に樹脂コーティングインサート成形)する方法および該インサート成形法によって作製されたハイブリッド平歯車に関するものである。

前記の特許文献1の表1に記載されている実施例1〜12には、成形条件の温度は、いずれも溶融樹脂温度インサート部材温度(インサート金属平歯車温度)>金型温度となるように、樹脂、インサート金属、金型予加熱されている。

また、同表1の比較例1では、予加熱されていないインサート金属平歯車20℃<金型温度80℃の条件下では、溶融樹脂射出後に樹脂割れが発生している。すなわち、従来のインサート成形法では、所定温度に調整された金型内に、室温のインサート金属平歯車を挿入後、同金属平歯車の温度を金型温度より高い温度に同平歯車を加熱することができなかった。

従って、前記特許文献1より明らかなように、従来のインサート成形においては、金型温度より高い予め定められた温度以上に加熱したインサート金属平歯車を所定温度の同金型内に装填し、同金属平歯車の温度が所定温度まで低下した時点で射出成形しなければならなかった。

すなわち、この成形方法では、インサート金属平歯車を金型温度より高い温度に予加熱し、金型内に挿入後、自然放冷によって、同平歯車の表面温度が定められた温度に達した時点で、インサート成形を行わなければならなかった。従って、従来の成形方法では、長時間を要し、生産性が低く、実用化できないという課題があった。

前記従来の成形方法の課題を解決する手段として、インサート金属平歯車を急速加熱により所定の温度に昇温することができれば、インサート成形に要する時間を大幅に短縮できることになる。

急速加熱法の基となる抵抗加熱技術は、従来から多くの製品に適用されており、インサート成形への応用例として、例えば、特許文献2では、金属部材樹脂材一体成形するために、金属部材の温度を検知する温度センサーと前記温度センサーが検知した温度が、予め設定した温度以下のときは加熱機構が作動し、設定した温度を超えたときは加熱機構が停止するという制御方法が開示されている。

この加熱機構の作動および停止が正常に行われなければ、インサート成形後急冷あるいは過熱を生じ、インサート成形物を一定温度に保持することができず、品質劣化を来すことになる。
すなわち、特許文献2に記載の技術は、金型を一定の温度に保持せず、単に金属部材と樹脂材を一体化するだけであるため、同一体化には、金属部材の温度計測用センサーの活用により、金属部材の温度制御をせざるを得なかった。従って、特許文献2に記載の技術では、インサート成形後にハイブリッド平歯車のコーティングされた樹脂を一定温度で保温熱処理)する機構を有していない問題があった。

概要

所定温度にインサート金属歯車を予加熱することなく、しかも金型温度以下のインサート金属平歯車を金型内に挿入後、同金型平歯車を急速加熱する方法と、インサート成形の工程を自動化する方法によって、ハイブリッド歯車の生産性を飛躍的に高める技術的手段および同種の樹脂製平歯車使用限界を超える強度、耐摩耗性耐久性を有するハイブリッド平歯車を提供する。 所定温度に設定された金型内の所定位置に、同金型温度より低い温度のインサート金属平歯車を挿入し、載置後、急速加熱機構により同インサート金属平歯車表面を加熱し、同インサート金属平歯車の表面温度が同金型温度以上、溶融樹脂温度以下の所定温度に達した時点で加熱を停止すると同時に、同金型内に溶融樹脂を射出成形、または押出成形し、同インサート金属平歯車表面に樹脂をコーティングしてハイブリッド平歯車を成形することを特徴とするインサート成形方法とする。

目的

特許第4435093号
特許第5928949号






そこで、この出願の発明は、上記のとおりの背景から、従来の問題点を解決し、所定温度にインサート金属歯車を予加熱することなく、しかも金型温度以下のインサート金属平歯車を金型内に挿入後、同金属平歯車を急速加熱する方法と、インサート成形の工程を自動化する方法、およびインサート成形後に所定温度に保持された金型中でのインサート成形ハイブリッド平歯車の保温機構によって、ハイブリッド平歯車の生産性を飛躍的に高める技術的手段および同種の樹脂製平歯車の使用限界を超える強度、耐摩耗性、耐久性を有するハイブリッド平歯車を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

所定温度に設定された金型内所定位置に、同金型温度より低い温度のインサート金属平歯車を挿入、載置後、急速加熱機構により同インサート金属平歯車表面を加熱し、同インサート金属平歯車の歯部位の表面温度が同金型温度以上、溶融樹脂温度以下の所定温度に達した時点で加熱を停止すると同時に、同金型内に溶融樹脂射出成形、または押出成形し、同インサート金属平歯車表面に樹脂コーティングしてハイブリッド平歯車を成形することを特徴とするインサート成形方法

請求項2

インサート金属平歯車の位置を認識する機構、同平歯車を把持し金型内の定められた位置に挿入、載置する機構、急速加熱機構によりインサート成形後インサート成形物を定められた温度で保温する機構、インサート成形後のハイブリッド平歯車を金型内から取り出す機構を有する自動化技術手段をもってハイブリッド平歯車を成形することを特徴とする請求項1に記載のインサート成形方法。

請求項3

金型を通じての通電加熱を可能とする急速加熱機構によって、インサート金属平歯車の歯部位およびその近傍を除く、該歯車中心付近の表面を加熱し、その後に通電加熱を停止することを特徴とする請求項1または2に記載のインサート形成方法。

請求項4

室温状態にあるインサート金属平歯車を金型内に挿入、載置することを特徴とする請求項1から3のうちのいずれか一項に記載のインサート成形方法。

請求項5

請求項1から4のうちのいずれか一項に記載のインサート成形方法により、金属平歯車表面に樹脂が厚さ0.1mm以上5mm以下の範囲内でコーティングされた平歯車であって、同種の樹脂製平歯車使用限界を超える強度、耐摩耗性耐久性を有するハイブリッド平歯車を製造することを特徴とするインサート成形によるハイブリッド平歯車の製造方法。

請求項6

金属平歯車表面に樹脂が厚さ0.1mm以上5mm以下の範囲内でコーティングされており、少くとも以下(A)(B)(C)の特性を有することを特徴とするインサート成形ハイブリッド平歯車。(A)強度:歯車の強度を表す指標であるK値が1MPa以上の荷重条件に耐えられる。(但し:回転数1,000rpm、相手歯車機械構造用炭素鋼鋼材S45C)。(B)耐摩耗性: (A)の負荷条件総回転数が1,000万回を達成しても、摩耗過度に進まず、運転初期トルク伝達回転角伝達のばらつきに大きな変化が生じない能力を有する。(C)耐久性: (A)の荷重条件で、1,000万回を達成しても機械振動騒音レベルが実用に耐えられる範囲を維持する能力を有する。

技術分野

0001

本発明は、インサート成形方法とこの方法により作製されたハイブリッド平歯車に関するものである。

背景技術

0002

OA機器をはじめ、多くの産業分野において、部材の軽量化や射出成形による大量生産、さらに使用時の無潤滑運転静音性・低振動等の利点から、金属歯車代わるものとして樹脂歯車が利用されている。

0003

特許文献1には、金属歯車類(芯材)の表面に樹脂を射出成形によりコーティングする方法および樹脂被覆金属歯車類成形方法が開示されている。

0004

しかしながら、前記の先行技術文献によれば、金属歯車(芯板インサート金属平歯車)と成形用金型を各々予め定められた温度に加熱した状態で、溶融樹脂を射出成形して、金属歯車表面に樹脂コーティングインサート成形)する方法および該インサート成形法によって作製されたハイブリッド平歯車に関するものである。

0005

前記の特許文献1の表1に記載されている実施例1〜12には、成形条件の温度は、いずれも溶融樹脂温度インサート部材温度(インサート金属平歯車温度)>金型温度となるように、樹脂、インサート金属、金型予加熱されている。

0006

また、同表1の比較例1では、予加熱されていないインサート金属平歯車20℃<金型温度80℃の条件下では、溶融樹脂射出後に樹脂割れが発生している。すなわち、従来のインサート成形法では、所定温度に調整された金型内に、室温のインサート金属平歯車を挿入後、同金属平歯車の温度を金型温度より高い温度に同平歯車を加熱することができなかった。

0007

従って、前記特許文献1より明らかなように、従来のインサート成形においては、金型温度より高い予め定められた温度以上に加熱したインサート金属平歯車を所定温度の同金型内に装填し、同金属平歯車の温度が所定温度まで低下した時点で射出成形しなければならなかった。

0008

すなわち、この成形方法では、インサート金属平歯車を金型温度より高い温度に予加熱し、金型内に挿入後、自然放冷によって、同平歯車の表面温度が定められた温度に達した時点で、インサート成形を行わなければならなかった。従って、従来の成形方法では、長時間を要し、生産性が低く、実用化できないという課題があった。

0009

前記従来の成形方法の課題を解決する手段として、インサート金属平歯車を急速加熱により所定の温度に昇温することができれば、インサート成形に要する時間を大幅に短縮できることになる。

0010

急速加熱法の基となる抵抗加熱技術は、従来から多くの製品に適用されており、インサート成形への応用例として、例えば、特許文献2では、金属部材樹脂材一体成形するために、金属部材の温度を検知する温度センサーと前記温度センサーが検知した温度が、予め設定した温度以下のときは加熱機構が作動し、設定した温度を超えたときは加熱機構が停止するという制御方法が開示されている。

0011

この加熱機構の作動および停止が正常に行われなければ、インサート成形後急冷あるいは過熱を生じ、インサート成形物を一定温度に保持することができず、品質劣化を来すことになる。
すなわち、特許文献2に記載の技術は、金型を一定の温度に保持せず、単に金属部材と樹脂材を一体化するだけであるため、同一体化には、金属部材の温度計測用センサーの活用により、金属部材の温度制御をせざるを得なかった。従って、特許文献2に記載の技術では、インサート成形後にハイブリッド平歯車のコーティングされた樹脂を一定温度で保温熱処理)する機構を有していない問題があった。

先行技術

0012

特許第4435093号
特許第5928949号

発明が解決しようとする課題

0013

そこで、この出願の発明は、上記のとおりの背景から、従来の問題点を解決し、所定温度にインサート金属歯車を予加熱することなく、しかも金型温度以下のインサート金属平歯車を金型内に挿入後、同金属平歯車を急速加熱する方法と、インサート成形の工程を自動化する方法、およびインサート成形後に所定温度に保持された金型中でのインサート成形ハイブリッド平歯車の保温機構によって、ハイブリッド平歯車の生産性を飛躍的に高める技術的手段および同種の樹脂製平歯車使用限界を超える強度、耐摩耗性耐久性を有するハイブリッド平歯車を提供することを課題としている。

課題を解決するための手段

0014

この出願の発明は、前記の課題を解決するものとして、第1には、所定温度に設定された金型内の所定位置に、同金型温度より低い温度のインサート金属平歯車を挿入、載置後、急速加熱機構により同インサート金属平歯車表面を加熱し、同インサート金属平歯車の歯近傍の表面温度が同金型温度以上、溶融樹脂温度以下の所定温度に達した時点で加熱を停止すると同時に、同金型内に溶融樹脂を射出成形、または押出成形し、同インサート金属平歯車表面に樹脂をコーティングしてハイブリッド平歯車を成形することを特徴とするインサート成形方法を提供する。

0015

第2には、インサート金属平歯車の位置を認識する機構、同平歯車を把持し金型内の定められた位置に挿入、載置する機構、インサート成形後のハイブリッド平歯車を金型内から取り出す機構を有する自動化技術手段をもってハイブリッド平歯車を成形することを特徴とする上記第1のハイブリッド平歯車のインサート成形方法を提供する。

0016

第3には、金型を通じての通電加熱を可能とする急速加熱機構によってインサート金属平歯車表面を定められた時間加熱した後、通電加熱を停止することを特徴とする上記いずれかのインサート形成方法を提供する。

0017

また、第4には、室温状態にあるインサート金属平歯車を金型内に挿入、載置することを特徴とする上記いずれかのインサート成形方法を提供する。

0018

さらに、第5には、前項に記載のインサート成形方法によって、金属平歯車表面に樹脂が厚さ0.1mm以上5mm以下の範囲内でコーテンィングされた平歯車であって、同種の樹脂製平歯車の使用限界を超える強度、耐摩耗性、耐久性を有するハイブリッド平歯車を製造することを特徴とするインサート成形によるハイブリッド平歯車の製造方法を提供する。

0019

また、この出願の発明は、金属平歯車表面に樹脂が厚さ0.1mm以上5mm以下の範囲内でコーティングされており、少くとも以下(A)(B)(C)の特性を有することを特徴とするインサート成形ハイブリッド平歯車を提供する。

0020

(A)強度:歯車の強度を表す指標であるK値が1MPa以上の荷重条件に耐えられる。(但し:回転数1,000rpm、相手歯車機械構造用炭素鋼鋼材S45C)。

0021

(B)耐摩耗性:(A)の負荷条件総回転数が1,000万回を達成しても、摩耗過度に進まず、運転初期トルク伝達回転角伝達のばらつきに大きな変化が生じない能力を有する。

0022

(C)耐久性: (A)の荷重条件で、1,000万回を達成しても機械の振動や騒音レベルが実用に耐えられる範囲を維持する能力を有する。

発明の効果

0023

この出願の発明により、一連成形工程の自動化を併用して、金型内に挿入、載置する前に、インサート金属平歯車を金型温度以上に予加熱する必要がなく、しかも、金型内に挿入、載置後、インサート金属平歯車を急速加熱し、直ちにインサート成形できることによって、大幅な製造時間の短縮が実現される新規なハイブリッド平歯車の量産化技術が提供される。

0024

また、この出願の発明の技術によるハイブリッド平歯車は、金属平歯車の中心部を除く歯表面および歯側面を樹脂が包み込むように被覆した構造であるため、歯表面と樹脂の密着性が高く、樹脂層破壊剥離等が起こらず、さらには、金属平歯車の表面に樹脂層が形成されたことによって、金属平歯車に樹脂の自己潤滑性騒音低減振動低減が付与され、一方、表面樹脂層は内部の金属平歯車の高強度および高剛性が付与され、金属と樹脂の長所の相乗効果により、高トルク下での高い動力伝達性能を有する高耐久性に優れた平歯車として、OA機器分野、輸送機器分野、医療機器分野、食品製造機械分野、各種ロボット分野等の幅広い産業分野への利用価値がある。さらには、この出願のインサート成形法はハイブリッド平歯車のみならずハイブリッド傘歯車作製にも適用できる。

図面の簡単な説明

0025

急速加熱機構を備えたインサート成形用金型の概略図である。

0026

この出願の発明は前記のとおりの特徴をもつものであるが、以下に、その実施の形態について詳細に説明する。

0027

この出願の発明のインサート成形方法では、前記のとおり、所定温度に設定された金型内の所定位置に、同金型温度より低い温度のインサート金属平歯車を挿入、載置後、急速加熱機構により同インサート金属平歯車表面を加熱し、同インサート金属平歯車の表面温度が同金型温度以上、溶融樹脂温度以下の所定温度に達した時点で加熱を停止すると同時に、同金型内に溶融樹脂を射出成形、または押出成形し、同インサート金属平歯車表面に樹脂をコーティングしてハイブリッド平歯車を成形することを特徴としている。

0028

ここでの「急速加熱機構」は各種のものであってよいが、後述のように、金型を通じての通電加熱が可能とされる機構がその好ましい形態として例示される。そして、ここでの「急速加熱」とは、一般的には、昇温速度として30℃/秒以上のものとして考慮される。

0029

樹脂コーティングされるインサート金属平歯車は、例えば、OA機器部品輸送機器部品、医療機器部品、食品製造機械をはじめとして種々の分野で利用され、動力伝達や回転角伝達を担う平歯車であれば、寸法、形状等は特に限定されず、さらに、上記インサート金属平歯車と適切にかみ合う歯の構造を有する相手歯車であれば寸法、形状は特に限定されない。

0030

このようなインサート金属平歯車として、その素材の種類と組成は特に限定されないが、例えば、鋼、鉄、銅、アルミニウムチタンまたはそれらを含む合金、あるいはそれらの複合部材より選ばれた少なくとも1種類を含む固体が好適な対象として例示され、また、前記インサート金属平歯車の製造方法は特に限定されない。

0031

さらに、前記インサート金属平歯車表面は、予め化学薬品等によるエッチングシランカップリング処理フェノール系樹脂エポキシ系樹脂等の接着剤コーティングアンモニアヒドラジン等の存在下でのプラズマ表面処理等によって加工または修飾されていてもよく、表面処理方法は特に限定されず、また、表面処理がされていなくともよい。

0032

そして、この出願の発明のインサート成形によるハイブリッド平歯車の作製においては、インサート金属平歯車は予加熱に伴う作製時間のロスを省くために、金型内に挿入する前のインサート金属平歯車の温度は、金型温度以下であることが好ましく、より好ましくは、予加熱せず、室温であることが例示される。

0033

成形機は、竪型成形機であることが好ましく、より好ましくは回転テーブルを備えた竪型ロータリー成形機であって、回転テーブル上の下金型の数として例えば1個または2個が例示され、この場合には、下金型が2個の方がハイブリッド平歯車の作製時間が短縮される。

0034

インサート金属平歯車は、竪型ロータリー成形機の回転テーブル上に固定された下金型内に挿入、載置される。このインサート金属平歯車の金型内への挿入、載置の手段は、特に限定されないが、インサート金属平歯車の位置を認識する機構、同平歯車を把持し金型内の定められた位置に挿入、載置する機構による多軸ロボットを用いる自動化技術を採用することが好ましい。

0035

下金型が2個の回転テーブルの場合、前記下金型にインサート金属平歯車が載置されると、直ちに自動的に回転テーブルが180度回転後、停止し、所定温度に設定された上金型と嵌合する。

0036

両金型が嵌合すると同時に、例えば図1の急速加熱用金型断面の概略図に示すように、外部電源7が急速加熱用金型1の上金型2および下金型3の両金型のそれぞれの側面に突き出した電極8の一端に接触すると、断熱材10で被覆された上金型2および下金型3の各々の金型内部に配設された発熱機構を有する他端のヒーター9がインサート金属平歯車4の軸付近の表面と接触することによって、通電し、インサート金属平歯車4の表面を急速加熱する。

0037

なお、発熱機構は、インサート金属平歯車表面を急速加熱できる構造であれば、図1に例示した構造に限定されることはない。

0038

例えば前記の通電は、急速加熱用金型1に組み込まれた、図示されていない通電時間、すなわちインサート金属平歯車4の加熱時間は、予め、通電時間と歯近傍の温度との関係を求めておけば、目的の歯部位の温度を通電時間によって決定できる。また、通電時間は、同歯車の寸法、重量、形状、そして樹脂量や歯車と樹脂素材の種類等に応じて設定される。同歯車の表面温度が金型温度以上、溶融樹脂温度以下となる時間であることが好ましい。

0039

前記急速加熱によりインサート金属平歯車の歯近傍の表面が所定温度に達した後、必要に応じて、通電の停止または継続することができる。なお、通電を継続する場合、インサート金属平歯車の歯近傍の表面温度を変更することもできる。自動的に所定温度に保持された溶融樹脂がスプールランナー5を経て上金型2のゲートから、インサート金属平歯車4の軸付近を除く、歯を含む周辺部の歯車表面のキャビティ6にインサート成形される。なお、図1に示すように、インサート金属平歯車の両面の軸付近の板厚が歯を含む周辺部より厚い構造であれば、インサート金属平歯車の軸付近の表面のみが上金型2および下金型3の表面と密着し、溶融樹脂が同歯車の軸付近の表面に達することはない。なお、溶融樹脂がインサート金属平歯車4の軸付近の表面と接する電極(ヒーター)9の位置に侵入しない構造であれば、インサート金属平歯車4の形状は、特に限定されない。

0040

従って、インサート成形後、樹脂はキャビティ6に充填され、インサート金属平歯車4の歯近傍を含む周辺部全体を包み込んだ形を形成する。キャビティ6、これに対応する樹脂の包み込みの形状や大きさ等は、インサート金属平歯車の用途、性能等を考慮して適宜に設定される。この歯表面の樹脂層の剥離強度は、インサート金属平歯車4の表面と樹脂の接着強度だけでなく、同金属表面上で樹脂層にかかる耐せん断力としてのアンカー効果、さらには、前記樹脂層の包み込み効果が相補的にハイブリッド平歯車の耐久性に寄与する。

0041

融点エンジニアリング樹脂、高溶融粘度の樹脂、あるいはできるだけ低温でインサート成形する必要がある樹脂においては、押出成形等によってハイブリッド平歯車を成形することが好ましい。

0042

この出願の発明のインサート成形に用いる樹脂は、射出成形または押出成形可能な高分子物質であれば特に限定されることはなく、結晶性高分子非晶性高分子単独重合体共重合体ポリマーブレンドポリマーアロイが例示される。中でも、超高分子量ポリエチレンポリアセタールポリアミドポリブチレンテレフタレートポリフェニレンサルファイドポリフェニレンエーテル液晶ポリマーポリエーテルエーテルケトンポリテトラフルオロエチレンなどの結晶性高分子、およびこれら結晶性高分子と炭素繊維ガラス繊維単層カーボンナノチューブセルロースナノファイバー無機繊維などとの複合材料が好適な材料として例示される。

0043

インサート成形によって金属平歯車表面にコーティングされる樹脂層の厚さは、目的とするハイブリッド平歯車の用途、性能等の観点において、例えば、前記の剥離強度や樹脂の特性等を考慮して設定されてよい。一般的には、ハイブリッド平歯車の歯面の接線方向に加わる荷重に対して破壊を防止し変形を抑えるためには、インサート金属平歯車には十分な強度および剛性をもたせる必要がある。一方、コーティング樹脂粘弾性効果による振動減衰および騒音低減を発現させるには、一定程度の厚さが必要であり、樹脂層の厚さは0.1〜5mmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは0.2〜2mmの範囲内、さらに好ましくは0.3〜1mmの範囲内である。

0044

このような樹脂厚みのハイブリッド平歯車は、従来の同種の樹脂製平歯車の使用限界を超える強度、耐摩耗性、耐久性を有するものとして顕著な特徴を備えている。

0045

ここで、代表的な性能について例示すると次のとおりである。
(A)強度:歯車の強度を表す指標であるK値が1MPa以上の荷重条件に耐えられる。(但し:回転数1,000rpm、相手歯車は機械構造用炭素鋼鋼材S45C)。

0046

(B)耐摩耗性: (A)の負荷条件で総回転数が1,000万回を達成しても、摩耗が過度に進まず、運転初期のトルク伝達や回転角伝達のばらつきに大きな変化が生じない能力を有する。 (C)耐久性: (A)の荷重条件で、1,000万回を達成しても機械の振動や騒音レベルが実用に耐えられる範囲を維持する能力を有する。

0047

インサート成形後、例えば図1の例では、下金型3は回転テーブルの180度回転によって元の位置に戻ると同時に、下金型3内から、作製されたハイブリッド平歯車をロボットが自動的に把持し、保管装置内へ収納する。

0048

そこで、以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。もちろん、以下の例によって発明が限定されることはない。

0049

<実施例1>
S45C製丸棒鋼材歯切り加工によりモジュール0.8、基準円直径20mm、歯数25、歯幅11.2mmのインサート金属平歯車を作製した。なお、同金属平歯車表面に厚さ0.3mmの樹脂をインサート成形後の歯形並歯となるよう作製した。室温25℃で、定められた位置に載置された同インサート金属平歯車を6軸ロボットで把持し、竪型ロータリー成形機の回転テーブル上の定められた位置に載置され、温度80℃に保持された1個の下金型内に自動的に、正確に挿入、載置した。一連の自動操作の下、速やかに同回転テーブルの180度回転により、同成形機の定められた位置に停止後、温度80℃に保持された上金型が降下し、下金型と勘合すると同時に外部電源により、両金型の電極に4.0秒間通電し急速加熱を行った。通電停止時の同インサート金属平歯車の表面温度は165℃であった。なお、昇温速度40℃/秒で急速加熱を行ったが、インサート金属平歯車の表面の初期の温度の立ち上がりまで0.5秒を要した。
通電停止後、速やかに230℃の溶融状態ポリアセタール樹脂(POM:ポリプラスチックス(株)製デルリン100P)を複数のゲートを通してインサート成形し、さらに金型内で30秒間保持後、金型を開き、下金型は回転により元の位置に戻った。続いて、成形したハイブリッド平歯車は、6軸ロボットの自動操作によって、保温装置内に載置され、成形が完了した。

0050

成形直後はもちろん、成形後1ヶ月間室温に保存したハイブリッド歯車表面の樹脂層に亀裂や破壊は生じなかった。また、三次元形状計測の結果、ハイブリッド平歯車は、設計通りに成形されたことが明らかになった。この結果、金型温度より低い室温の金属インサート平歯車を金型内に挿入、載置後、速やかに急速加熱して、同金属平歯車の表面温度が、金型温度(80℃)より高く、溶融樹脂温度(230℃)より低い165℃に達した時点(通電時間4.0秒)でインサート成形が可能であることが立証された。

0051

室温のインサート金属平歯車をロボットで把持してから、インサート成形が終了し、ハイブリッド平歯を取り出すまでの時間は、約60秒であった。この成形時間は、比較例1に示す手作業による成形時間約60分の1/60に短縮されることが立証された。

0052

<実施例2>
焼結金属丸棒材を歯切り加工によって作製したインサート金属平歯車を用いた以外は、実施例1と同じ条件でインサート成形を行った。その結果、室温のインサート金属平歯車をロボットで把持してから、インサート成形が終了し、ハイブリッド平歯車を取り出すまでの時間は、約60秒であり、得られたハイブリッド平歯車は、実施例1と同様、表面樹脂層の亀裂や割れもなく、三次元形状も設計どおりであった。
<実施例3>
ハイブリッド平歯車の量産化を目的とし、芯板となる実施例2と同サイズの焼結インサート金属平歯車を作製するための金型を作製し、この金型を用いて焼結インサート金属平歯車を50個作製した。得られた焼結インサート金属平歯車は、三次元形状計測によって設計どおりの製品であることを確認した。これらの焼結インサート金属平歯車の内、5個を用いて、実施例2と同様にインサート成形を行った。なお、5個のインサート成形は、ロボットによる連続作製で実施し、実施例1および2と同様、1個当りの作製時間は約60秒であった。

0053

その結果、実施例1および2と同様、得られたハイブリッド平歯車は、すべて表面樹脂層の亀裂や割れはなく、三次元形状も設計どおりであった。
<実施例4>
実施例3で作製した焼結インサート金属平歯車50個の内、3個を用い、急速加熱により、同金属平歯車の表面温度を170℃(通電時間4.1秒)とした以外は、実施例1〜3と同様の条件で、インサート成形を実施した。その結果、1個当りの成形時間は約65秒であったが、実施例1〜3と同様、樹脂割れなどは全く発生せず、インサート成形が問題なく実施でき、成形ハイブリッド平歯車の形状はすべて設計通り作製できた。
<実施例5>
焼結インサート金属平歯車の表面温度を160℃(通電時間3.9秒)とした以外は、実施例4と同様にインサート成形を実施し、成形ハイブリッド平歯車を設計通り作製できた。
<実施例6>
ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)を用い、金型温度150℃、溶融樹脂温度310℃に設定し、実施例3で作製した焼結インサート金属平歯車の内5個を急速加熱により表面温度200℃に達した時点(4.9秒)でインサート成形し、金型内で50秒間保持し、実施例3と同様に、ロボットによる連続作製でインサート成形(1個当り約75秒)を行った。得られたハイブリッド平歯車の表面樹脂層の亀裂や割れは発生せず、設計通りに作製できた。
<実施例7>
実施例3で作製したハイブリッド平歯車(歯表面樹脂:POM)を駆動歯車歯切り焼結平歯車を被動歯車とし、市販の各種高性能計測機器からなる試作の動力伝達試験機を用いて、室温、オイルレス(無潤滑)下、トルク1.65Nm(基準円上の接線力:165N)、回転数1,000rpmで試験を実施した。試験中の振動測定を行い、オイル潤滑下でのPOM製樹脂平歯車対の測定と比較した。その結果、該ハイブリッド平歯車/焼結平歯車対は、POM製樹脂平歯車対より、4〜16dB振動低減することが明らかになった。

0054

また、オイル潤滑下の該ハイブリッド平歯車対は、オイル潤滑下での焼結平歯車/焼結平歯車対より回転角速度精度が角速度のばらつきで5〜65%低減するという結果が得られた。

0055

さらに、オイルレス下、トルク1.65Nm、回転数1,000rpmで、実施例3で作製したハイブリッド平画車(表面樹脂:POM)を駆動側に、機械構造用炭素鋼鋼材S45Cを従動側とし、
同条件下で総回転数100万回までの耐久試験を実施し、表面形状測定を行った。その結果、POM製樹脂平歯車同士の場合、総回転回数約50万回で歯車の破壊が生じたが、その2倍の総回転回数を超えても、試験後の歯形形状は、試験前とほとんど変化がなく、この発明のハイブリッド平歯車が高い耐摩耗性を有することも明らかになった。

0056

耐摩耗性に加えて、該ハイブリッド平歯車の耐久性を検討するために、ハイブリッド平歯車の動力伝達試験を実施した結果、金属歯車の耐久性の指標となっている総回転回数1,000万回を超える耐久性を有することが明らかになった。
このときのK値は以下のように算出され1.47MPaを示す。

0057

K=P/db×(i+1)/i
ここで、P(基準円上の接線力):165N
d(基準円直径):20mm
b(歯幅):11.2mm
i (歯数比):1
<実施例8>
実施例6で作製したハイブリッド平歯車(歯表面樹脂:PPS)を駆動歯車、機械構造用炭素鋼鋼材S45Cを被動歯車とし、試験温度を150℃とした以外は、実施例7と同様にオイルレス(無潤滑)下、トルク1.65Nm、回転数1,000rpmで動力伝達試験を行った。

0058

また、オイルレス下でのPPS製樹脂平歯車対の測定と比較した。その結果、PPS製樹脂平歯車同士の場合、総回転回数約40万回で歯車の破壊が生じたが、その3倍の総回転回数を超えても、試験後の歯形形状は、試験前とほとんど変化がなく、この発明のハイブリッド平歯車が高い耐摩耗性を有することが明らかになった。

0059

耐摩耗性に加えて、該ハイブリッド平歯車の耐久性を検討するために、ハイブリッド平歯車の動力伝達試験を実施した結果、金属歯車の耐久性の指標となっている総回転回数1,000万回を超える耐久性を有することが明らかになった。
<実施例9>
ポリエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK)を用い、金型温度160℃、溶融樹脂温度430℃に設定し、実施例3で作製した焼結インサート金属平歯車の内3個を急速加熱により表面温度250℃に達した時点(6.1秒)でインサート成形し、金型内で50秒間保持し、実施例3と同様に、ロボットによる連続作製でインサート成形(1個当り約90秒)を行った。得られたハイブリッド平歯車の表面樹脂層の亀裂や割れは発生せず、設計通りに作製できた。
<比較例1>
横型成形機を用い、急速加熱法およびロボットによる連続作製ではなく、手作業で室温の焼結インサート金属平歯車を300℃の予熱炉中で約10分間予加熱後、200℃に達した同金属平歯車を、110℃の固定金型内に挿入し、載置後、同金属平歯車表面温度が低下して150℃に達したことを確認し、金型を閉じ、230℃のPOM溶融樹脂をインサート成形した。金型内での1分間保持した後、金型を開き、ハイブリッド平歯車を取り出した。

0060

手作業で、室温のインサート金属平歯車を予熱炉に入れてから、横型成形機を用い、インサート成形が終了するまでの時間は約60分であった。

0061

この結果は、手作業による成形時間が、実施例1のロボットを用い、急速加熱法による成形時間の60倍を要したことを示しており、この出願の発明が優れた技術であることを立証している。
<比較例2>
横型成形機を用い、急速加熱法およびロボットによる連続作製ではなく、手作業で室温の焼結インサート金属平歯車を400℃の予熱炉中で約10分間予加熱後、290℃に達した同金属平歯車を、150℃の固定金型内に挿入し、載置後、同金属平歯車表面温度が低下して200℃に達したことを確認し、金型を閉じ、310℃のPPS溶融樹脂をインサート成形した。金型内で1分間保持した後、金型を開き、ハイブリッド平歯車を取り出した。

0062

手作業で、室温のインサート金属平歯車を予熱炉に入れてから、横型成形機を用い、インサート成形を経て室温まで徐冷するのに要した時間は約30分であった。

実施例

0063

この結果は、手作業による成形時間が、実施例6のロボットを用い、急速加熱法による成形時間の26倍を要したことを示しており、この出願の発明が優れた技術であることを立証している。
<比較例3>
実施例3で作製した焼結インサート金属平歯車50個の内、3個を用い、急速加熱を行わず、同金属平歯車の表面温度を室温のままとした以外は、実施例1〜3と同様の条件で、POMのインサート成形を実施した。その結果、いずれも樹脂は歯先全体にコーティングされず、ゲートに近い部分のみにコーティングされた、いわゆるショートと呼ばれる不良品しか得られなかった。
<比較例4>
特許文献2と同様の条件下での金属平歯車のインサート成形性を調べるために、下金型を予加熱せず室温(25℃)とした以外は、実施例1と同条件で、インサート成形試験を行った。下金型が室温であるために、特に成形後のコーティング樹脂は急冷され、結果として、比較例3と同様な樹脂が歯部位全体にはコーティングされないショートと呼ばれている成形不足やコーティング樹脂の亀裂や破壊が生じ、不良品しか得られなかった。すなわち、特許文献2と同様の成形条件では、厚さ0.3mmの樹脂層をインサート成形できないことが明らかになった。
<比較例5>
ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)を用い、金型温度150℃、溶融樹脂温度310℃に設定し、実施例3で作製した焼結インサート金属平歯車の内2個について、急速加熱せず、室温のままでインサート成形し、金型内で50秒間保持し、実施例3と同様に、ロボットによる連続作製でインサート成形(1個当り約75秒)を行った。その結果、いずれも得られたハイブリッド平歯車の表面には樹脂はゲートに近い部分のみにコーティングされたショートと呼ばれる不良品しか得られなかった。
<比較例6>
ポリエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK)を用い、金型温度160℃、溶融樹脂温度430℃に設定し、実施例3で作製した焼結インサート金属平歯車の内3個を用い、急速加熱をせず、同金属平歯車の温度を室温のままインサート成形し、金型内で50秒間保持した。その結果、いずれも得られたハイブリッド平歯車の表面には樹脂はゲートに近い部分のみコーティングされたショートと呼ばれる不良品しか得られなかった。

0064

1 急速加熱用金型
2上金型
3下金型
4インサート金属平歯車
5溶融樹脂のスプール・ランナー
6キャビティ
電源
8電極
9ヒーター
10断熱材

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