JP2009541679A - ねじ歯車 - Google Patents

Abstract

本発明は、ねじ歯車であって、該ねじ歯車のリングギヤ（２）が、プラスチックによる基体（１）の外装射出成形により形成されている形式のものに関する。本発明の課題は、このような形式のねじ歯車において、基体（１）とリングギヤ（２）との間に、大きなモーメントの伝達をも確実に可能にする強度の結合を生ぜしめることである。提案するねじ歯車の基体（１）はフランジとして形成されており、このフランジの円盤状の領域（１′）の周面には、プラスチックリングギヤ（２）が外装射出成形されている。前記領域（１′）に続く、減少された直径を備えた領域（１″）は、当該ねじ歯車を軸に相対回動不能に取り付けるためのハブを形成している。本発明では、フランジの領域（１′）は軸方向両側にそれぞれ、周面上に配分されて配置された、主として軸方向で延在するが当該領域（１′）を貫通はしない複数の切欠き（３，３′）を有している。これらの切欠き（３，３′）は蟻溝形に形成されているので、当該切欠き間に残留する前記領域（１′）の外周区分（４，４′）は、前記切欠き（３，３′）の軸方向で延在する縁部によりアンダカットされている。

Description

本発明は、伝動装置の一部として軸等に配置されるべきねじ歯車に関する。本発明は特に、リングギヤの形で構成される転動面が、プラスチックによる基体の外装射出成形により形成されたねじ歯車に関する。

金属製の歯車若しくはねじ歯車は、一般にプラスチックから成るホイールと比べてより高い機械的強度を有してはいるが、伝動装置における使用時に、しばしば少なからぬ作動ノイズを生ぜしめる。従って、ねじ歯車の基体を金属等の機械的に安定した耐摩耗性の材料から製作し且つ転動面を形成するために、この基体を良好な滑り特性を有する材料で包囲することにより、ねじ歯車をある程度ハイブリッドな構成形式で形成することが公知である。これにより、このようなねじ歯車が一方ではその規定通りの使用に必要とされる機械的な安定性を有しており且つ他方では作動中著しく静かに回転するということが達成される。

これに対応したねじ歯車は、例えばヨーロッパ特許第１３３９５９６号明細書から公知である。この明細書には、その歯列に基づきウォーム歯車として形成された歯車が記載されており、この歯車も、いわゆる組み立て歯車と呼ばれる。これに対応するウォーム歯車はプラスチックリングギヤを有しており、このプラスチックリングギヤの半径方向中央領域は、軸方向で見て両側面に配置された金属のフランジによって機械的に安定化されている。ウォーム歯車の個々のセグメント、即ちプラスチックから成るリングギヤと金属のフランジとは、これらのフランジに形成された、軸方向でプラスチックリングギヤを貫通して延び且つそれぞれ他方のフランジの対応する切欠きに係合した複数の突起及び当該ユニットを軸方向で貫通案内された複数のねじにより、互いに固着結合されている。但し、この構成は、ねじ歯車の製作に際して比較的大きな組込み手間を生ぜしめる。更に、ねじ歯車の個々のコンポーネントは、互いに確実に結合され得るために比較的小さな製作誤差しか有してはならないので、製作時に比較的大きな手間が生じる。

製作手間延いては製作コストの減少は、上で述べた構成において別個に射出成形法で製作される外側のプラスチックリングギヤが、機械的に安定した、例えばアルミニウムから成る基体にプラスチックで直接に外装射出成形することにより形成されることによって得られる。但しこの場合、基体とリングギヤとの間で、比較的大きなモーメントの伝達をも可能にする確実な結合を保証するための対策を講じる必要がある。

本発明の課題は、これらの要求に適した、機械的に安定した基体にプラスチックで外装射出成形することにより実現されるべきねじ歯車を提供することである。ねじ歯車の適当な構造に基づき、特に基体と、プラスチック製の外側のリングギヤとの間で所定の結合が得られることが望ましく、この結合の強度は、ねじ歯車を規定通りに使用した場合に大きなモーメントの伝達をも確実に可能にする。更に、ねじ歯車のコンポーネントは、有利には基体にリングギヤを外装射出成形した後で、突出ノーズを除去するため又は接合シームを平滑化するための後処理が全く又は僅かにしか必要ではないように形成されていることが望ましい。

前記課題は、独立請求項の特徴部に記載の構成を有するねじ歯車によって解決される。本発明によるねじ歯車の有利な改良は従属請求項に記載されている。

前記課題を解決するために提案されたねじ歯車は、フランジとして形成された基体から成っており、この基体の円盤状の領域は、リングギヤの形成下でプラスチックにより外装射出成形されている。典型的なフランジ形状に対応して円盤状の領域に一体成形された、減少された直径を備えた領域は、ねじ歯車を所定の軸に相対回動不能に取り付けるためのハブを形成している。本発明ではフランジの円盤状の領域は、軸方向で見て両側面に、それぞれ当該領域の周面に配分されて配置された、主として軸方向で延びる複数の切欠きを有しているが、これらの切欠きは当該の円盤状の領域を貫通してはいない。前記切欠きは蟻溝形に形成されているので、当該切欠き間に残された円盤状の領域の外周区分は、当該切欠きの軸方向で延びる縁部によりアンダカットされている。フランジの外装射出成形に際して、プラスチックは前記切欠き内及びこれらの切欠き間に残された区分をアンダカットする前記縁部の下側に流入する。これにより、適当に構成された射出成形型に基づきリングギヤを形成するプラスチックは、硬化若しくは凝固に際してフランジと形状接続的に嵌合して強固に結合される。主として軸方向で延びる、つまり半径方向伸長に関してはフラットな切欠きが複数設けられており且つ特別な形状を有していることにより、フランジとリングギヤとの間で、歯車を規定通りに使用した場合に比較的大きなトルクの伝達をも可能にする結合強度が得られる。リングギヤを形成するためにフランジが直接に外装射出成形されることに基づき、フランジとリングギヤとの間の形状誤差及び位置誤差が著しく有利に制限される。この場合、前記切欠きとその特別な形状とは、ねじ歯車の軸方向、半径方向及び周方向で不動の、リングギヤの固定的な座着を得るために役立つ。

有利には、前記円盤状の領域の軸方向両側面から当該領域に突入して延びる前記切欠きは、円盤状の領域の一方の軸方向外面から出発する切欠きが、他方の軸方向外面の切欠きに対してそれぞれずらされて配置されているように配置されている。円盤状の領域の外周面におけるプラスチックのできるだけ一様な配分、並びにジオメトリ及び重量分布に関して均衡のとれた材料比率を顧慮して、前記切欠きはそれぞれ交互に円盤状の領域の一方の軸方向外面と他方の軸方向外面とから、当該領域に突入している。更に当該切欠きは有利には、周面上の延在部に関して円盤状の領域の軸方向外側に向かって拡張するように構成されている。既に述べたように、前記切欠きを形成することにより、フランジにおけるプラスチックリングギヤの固定的な座着が得られ、しかも有利には、熱的に負荷された際に同時に軸方向で伸長する可能性が与えられている。

本発明によるねじ歯車の特に有利な構成では、当該ねじ歯車のフランジが、プラスチックによる外装射出成形に関して側面から一体射出成形されるように構成されている。この構成に対応して、円盤状の領域のハブに面した側の軸方向外面は、半径方向で見て切欠きの下位に、周方向の環状注型溝を有している。この注型溝には、射出成形プロセス用の射出ポイントとして役立つ複数のエンボス部が、周面上に配分されて配置されている。フランジに外装射出成形するためには、プラスチックはこちら側、即ち円盤状の領域のハブに面した側から前記エンボス部に向かって、相応に構成された射出成形型に射出される。この場合はエンボス部に基づき、注型溝内において射出されたプラスチック質量体の特に均等な圧力分布が得られる。注型溝自体に基づき射出成形工具のキャビティが充填されるので、有利には隠れシーム（Blindnaehte）が著しく最小限化される。これにより、射出成形工具から取り出されたねじ歯車における後処理が著しく減少される。

プラスチックの射出に際して、当該プラスチックはまず最初にエンボス部を満たし、これらのエンボス部から溢れ出た後に、注型溝を満たす。射出成形型の相応の構成に基づき前記注型溝から半径方向外側に向かって流れるプラスチックは、最終的にはリングギヤを形成しつつ、フランジの円盤状の領域を包囲する。フランジの別の構成に関連して可能な流動経路は、以下で実施例を説明しながら述べたい。

側面に注型溝の設けられた本発明によるねじ歯車の構成形式は、とりわけエンボス部の片側又は両側に隣接して、軸方向で延びる孔が注型溝に設けられていることにより改良されている。可能な１構成形式において、これらの孔は円盤状の領域を軸方向で貫通している。

特にプラスチックに適した流動経路を得るという観点で規定された別の構成形式に関しては、本発明の基本的な構成に即して円盤状の領域の外周面に設けられた複数の切欠きが、当該領域の軸方向外面からそれぞれ軸方向で、当該切欠き間に円盤状の領域の外周面を取り囲む連続した環状のウェブが残留する程度にのみ、前記領域に突入して延在している。有利には、前記ウェブは円盤状の領域内の軸方向で見て中央に配置されている。既に述べた別の構成形式では、前記ウェブにスリット又は溝が形成されており、このスリット又は溝は、外周を巡りつつ半径方向で円盤状の領域に突入して延びている。より正確に言えば、当該の溝は軸方向で見て、エンボス部に隣接して注型溝に設けられた孔の高さまで、円盤状の領域に突入して延びている。前記孔もやはり、軸方向で前記溝若しくはスリットに通じている。これにより、外装射出成形時のプラスチックに関して以下の流動経路が形成される。まず最初にエンボス部がプラスチックで満たされる。これらのエンボス部から溢れ出た後に、プラスチックは注型溝及び孔を介してスリット若しくは半径方向で円盤状の領域に突入する溝に流入し且つこの溝内で半径方向外側に向かって上昇する。最終的にはフランジの半径方向外側領域を巡って引き続き後から流れるプラスチックが、リングギヤの形成下で周流する。

本発明によるねじ歯車のフランジは、様々な材料から成っていてよい。但し有利には、当該フランジは例えばアルミニウム等の金属から成っている。しかし、ガラス繊維強化プラスチックから製作することも考慮される。リングギヤを形成するためには、有利にはポリアミドが使用される。

本発明によるねじ歯車の第１実施例のフランジを、未だ外装射出成形されていない状態で半径方向から見た図である。 図１に示したフランジを軸方向から見た平面図である。 図１に示したフランジを軸方向で断面して示した図である。 図３に示したフランジの周面にプラスチックで外装射出成形した後の状態を示した図である。 外装射出成形されたフランジを備えた本発明によるねじ歯車の別の実施例を立体的に示した図である。 図５に示した実施例のフランジの、外装射出成形に適した工具における外装射出成形中の状態を示した断面図である。

以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１には、本発明によるねじ歯車の第１実施例の基体１を、未だプラスチックにより外装射出成形されていない状態で半径方向ｒから見た図が示されている。この基体１は認識されるように、フランジの形で形成されている。フランジ１の周面に外装射出成形することにより、後に該フランジの円盤状の領域１′の半径方向端面に、環状のプラスチックリングギヤ２が形成される。円盤状の領域１′には、減径された直径の領域１″が一体成形されており、この領域１″は、後で軸等に相対回動不能に取り付けるために設けられる、ねじ歯車のハブ１″を形成する。既に述べたように、フランジ１は有利にはアルミニウムから成っているが、ガラス繊維強化プラスチックから成形されていてもよい。

本発明の基本思想に従って、軸方向で見て円盤状の領域１′の両側には、それぞれ該領域１′の外周に配分されて配置された、複数の蟻溝形の切欠き３，３′が形成されている。当該領域１′の軸方向両側面の外縁部から軸方向中心に向かってそれぞれ延びるこれらの切欠き３，３′は、図面から判るように互いにずらされて配置されている。切欠き３，３′はそれぞれ軸方向ａで、領域１′を貫通することなく若しくは軸方向で向かい合った側の切欠き３，３′と合致することなく延在している。より正確には、当該切欠き３，３′はそれぞれ交互に円盤状の領域１′の一方の軸方向側面から、該領域１′の軸方向中心にまで完全には至らずに延びているので、切欠き３，３′間には周面に沿って周方向で連続する環状のウェブ９が形成されている。切欠き３，３′は主として軸方向ａで延びている、即ち当該切欠き３，３′は扁平に保持されているので、切欠き３，３′の軸方向延在部は、有利にはその半径方向延在部よりも大である。このことは、図１に示したフランジ１を軸方向ａで見た平面図が示された図２においても再度確認される。切欠き３，３′間に残された領域１′の外周面の複数の区分４，４′は、蟻溝形の切欠き３，３′の軸方向ａで延びる縁部５によりアンダカットされている。これにより、フランジ１を外装射出成形後に取り囲むプラスチックリングギヤ２の、フランジ１との特別に強固な結合が達成される。射出成形過程において、ねじ歯車の転動面若しくはリングギヤ２を形成するプラスチックが前記切欠き３，３′に流入し、特に前記区分４，４′をアンダカットしている縁部５の下側に流入するので、プラスチックの凝固後には、当該ねじ歯車に作用する大きなトルクに関しても高負荷可能な結合部が、フランジ１とリングギヤ２との間に生ぜしめられている。

突出部を除去し且つシームを平滑にするために必要とされる、射出成形過程後の後処理を少なく保つためには、フランジ１が切欠き３，３′並びにこれらの切欠きの特別な形状及び配置形式に加えて、特別な形式で構成されている。とりわけ円盤状の領域１′の、直径が減少された領域１″、即ちハブ１″に面した側面が、側面から行われる射出成形過程に適するように成形されている。このためには、前記側面において半径方向内側の、切欠き３，３′の下位に位置する側面区分に、いわゆる注型溝６が形成されている。この注型溝６には、複数の（例えば６つの）エンボス部７が周面に配分されて形成されている。これらのエンボス部７は射出成形過程のために、射出成形型の注型板に形成されたプラスチック注型用の対応する複数の通路と接触状態にもたらされる射出ポイントをそれぞれ形成している。当該エンボス部７により、射出されるプラスチックの一様な圧力分布が得られる。射出成形過程において、プラスチックはまず最初に射出ポイント若しくはエンボス部７を満たし、次いでこれらのエンボス部７から溢れた後で、前記注型溝６を満たす。フランジ１の半径方向外側領域において、このフランジ１の軸方向外面と注型板１１との間を隔てる注型板１１の適当な形状に基づき、プラスチックは最終的には半径方向ｒで外側に向かって流れる。リングギヤ２を形成するために構成された輪郭板１２（図５に示した変化実施例に関連する図６を参照）の形状に対応して、半径方向外側に向かって流れるプラスチックは最終的にフランジ１の半径方向外側領域を取り囲み、この場合、当該プラスチックは切欠き３，３′にも流入する。図示の実施例では更に、各エンボス部７の左右にフランジ１を貫通する孔８が設けられており、これらの孔８により、フランジ１の外側領域を巡るプラスチックの周流が支援され且つ軸方向で互いに向かい合うプラスチック領域が互いに結合される。

図３には、図１及び図２に示したフランジ１の断面図が示されており、この場合、このフランジ１は、半径方向で切欠き３及びエンボス部７を通って中心軸線若しくは長手方向軸線Ｌに向かって断面され且つこの軸線Ｌから折れて更にエンボス部７の隣に配置された孔８を通って断面されている。既に説明したように、エンボス部７は射出ポイントとして役立ち、プラスチックはエンボス部７から溢れた後に、これらのエンボス部７から半径方向外側に向かって流れ、更に孔８も通流するので、プラスチックは注型の適宜加工成形された輪郭板１２に基づき、フランジ１の半径方向端面全体を巡ってリングギヤ２を形成しつつ、一様に周流する。このことは、図３に示したフランジ１の射出成形過程終了後を示す図４からも明らかである。

図５には、外装射出成形されたフランジ１を備えた本発明によるねじ歯車の別の実施例が立体的に示されており、この場合、外側のプラスチックリングギヤ２は、図面において本発明を具現化するために、部分的に取り除いて若しくは破断部を備えて示した。先に説明した実施例と比べてやや変更されたこの変化態様では、フランジ１はその円盤状の領域１′のほぼ軸方向中心部、即ちウェブ９内に、環状のスリット若しくは半径方向でフランジ１の内部に延びる注型溝１０を有している。

これに対応して形成されるフランジ１のプラスチック外装射出成形中の状態が、図６に断面図で示されている。この場合、プラスチックで外装射出成形するためには、フランジ１が輪郭板１２と注型板１１とから成る射出成形型に収容されている。図５に示したエンボス部７の左右に配置された孔８が、半径方向でフランジ１の円盤状の領域１′に延びる注型溝１０まで通じているということが判る。注型板１１内の通路若しくはいわゆる注型溝を介して供給されるプラスチックは、前記孔８を介して注型溝１０に流入し、この注型溝１０内で半径方向に上昇するので、当該プラスチックは最終的に円盤状の領域１′の端面を包囲しながら、輪郭板１２の形状に対応してリングギヤ２を領域１′の半径方向外面に形成する。この実施例の場合も、既に述べたエンボス部７が、円盤状の領域１′のハブ１″に面した軸方向外面に設けられた、環状の注型溝６内に配置されている。つまり、射出成形過程においては、まず最初に射出ポイントとして役立つエンボス部が充填され、これらのエンボス部から最終的に溢れて、プラスチックが注型溝６を介して隣接する孔８に流入し、これらの孔８を介して、最終的には半径方向で円盤状の領域１′に突入している注型溝１０に流入する。既に何度も言及した注型溝６及びエンボス部７に基づき、工具のキャビティが有利に充填され、これにより隠れシームが著しく減少されるので、離型過程後にはフランジ１を取り囲むプラスチック領域の後処理がほとんど必要ない。

Claims (14)

1. ねじ歯車であって、該ねじ歯車がフランジとして形成された基体（１）から成っており、該基体が円盤状の領域（１′）を有しており、該領域の半径方向端面に、転動面が環状のリングギヤ（２）の形で配置されており且つ当該領域に、ねじ歯車の軸方向（ａ）で直径の減少された領域（１″）が一体成形されており、該領域により、ねじ歯車を軸に相対回動不能に取り付けるためのハブが形成されており、前記リングギヤ（２）が、プラスチックで前記フランジ（１）に外装射出成形することにより形成されている形式のものにおいて、
   前記フランジの円盤状の領域（１′）が、軸方向で見て両面側に、当該領域の外周に配分されて配置された、主として軸方向（ａ）で延びるが当該領域（１′）を軸方向で貫通はしていない、蟻溝形の複数の切欠き（３，３′）を有しており、これらの切欠きの軸方向（ａ）で延びる縁部（５）により、当該切欠き間に残留する外周区分（４，４′）がアンダカットされており、これにより、前記フランジ（１）の外装射出成形に際してプラスチックが前記切欠き（３，３′）及びこれらの切欠きの、前記区分（４，４′）をアンダカットする縁部（５）の下側に流入し、プラスチックが凝固すると、相応に構成された射出成形型に基づき形成されたリングギヤ（２）が、前記フランジ（１）と嵌合して形状接続的に強固に結合されることを特徴とする、ねじ歯車。
2. 前記円盤状の領域（１′）の一方の軸方向外面から当該領域に突入する切欠き（３）が、他方の軸方向外面から出発して当該領域（１′）に突入する切欠き（３′）に対して外周面上でずらされて配置されている、請求項１記載のねじ歯車。
3. 前記切欠き（３，３′）が、前記円盤状の領域（１′）の一方の軸方向外面と他方の軸方向外面とからそれぞれ交互に当該領域（１′）に突入している、請求項２記載のねじ歯車。
4. 前記切欠き（３，３′）の周面上の延在部が、前記円盤状の領域（１′）の軸方向外側に向かって拡張している、請求項１から３までのいずれか１項記載のねじ歯車。
5. 前記円盤状の領域（１′）のハブ（１″）に面した側の軸方向外面において、前記切欠き（３）の半径方向下側に、周方向で環状の注型溝（６）が形成されており、該注型溝内に、射出成形プロセスのための射出ポイントとして役立つ複数のエンボス部（７）が周面に配分されて配置されており、これにより、フランジ（１）に外装射出成形するためのプラスチックが前記側からエンボス部（７）に向けられて、相応に形成された射出成形型に射出されるようになっている、請求項１から４までのいずれか１項記載のねじ歯車。
6. 前記エンボス部（７）の片側又は両側に隣接して、孔（８）が注型溝（６）内に配置されている、請求項５記載のねじ歯車。
7. 前記孔（８）が前記円盤状の領域（１′）を軸方向（ａ）で貫通している、請求項６記載のねじ歯車。
8. 前記切欠き（３，３′）が、前記円盤状の領域（１′）の両軸方向側面から出発して、軸方向（ａ）でそれぞれ、当該切欠き間に外周面を取り囲む連続した環状のウェブ（９）が残留する程度にのみ、前記領域（１′）に突入して延在している、請求項６記載のねじ歯車。
9. 前記ウェブ（９）が、前記円盤状の領域（１′）内の軸方向で見て中央に配置されている、請求項８記載のねじ歯車。
10. 前記ウェブ（９）にスリット又は溝（１０）が形成されており、該スリット又は溝が、外周面を取り囲みつつ半径方向で前記孔（８）の高さまで、前記円盤状の領域（１′）に突入して延在しており、注型溝（６）内でエンボス部（７）に隣接して設けられた前記孔（８）が、前記スリット又は溝（１０）に通じており、これにより、射出成形過程においてプラスチックがまず最初に前記エンボス部（７）に流入し、これらのエンボス部から溢れ出た後に前記注型溝（６）及び孔（８）を介して前記スリット又は溝（１０）に流入し、次いで半径方向外側に向かって流れ、そこで当該プラスチックが前記円盤状の領域（１′）の端面を巡り、射出成形型により規定されたリングギヤの形成下で周流するようになっている、請求項８又は９記載のねじ歯車。
11. 前記フランジ（１）が金属製である、請求項１から１０までのいずれか１項記載のねじ歯車。
12. 前記フランジ（１）がアルミニウム製である、請求項１１記載のねじ歯車。
13. 前記フランジ（１）が、ガラス繊維強化プラスチック製である、請求項１から１０までのいずれか１項記載のねじ歯車。
14. フランジ（１）の外装射出成形により形成されるリングギヤ（２）がポリアミドから成っている、請求項１から１３までのいずれか１項記載のねじ歯車。

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