機械加工歯車と比較して、射出成形歯車は、運動を伝達するためにインボリュート共役を使用することを除いて、ほとんど共通点がありません。これら2つの歯車には本質的な違いがあります。機械加工歯車とは、特定の機械加工タスク用に設計された特別な歯車機械で、指定されたサイズに切断して機械加工することです。射出成形の歯車は、通常はワイヤーカット放電加工機（EDM）で加工される歯車のキャビティに射出成形されます。射出ギアのキャビティのサイズにより、射出成形後に冷却および収縮される射出ギアが正しい寸法公差を確保できます。何百万もの射出歯車を1つの金型キャビティで処理できます。
歯車切削メーカーの仕事は、公差の要件に従ってすべての歯車を切削することです。ただし、射出歯車メーカーが直面する課題は、ほぼ完璧な歯車の空洞を作り、この空洞を使用して、許容差の要件を満たすすべての歯車を加工することです。この一見小さいが重要な違いにより、他の多くの変更が行われました。この違いは、射出成形されたギアが「ワンスデシジョン」で使用されたときに生じました。
射出成形ギアの設計
射出成形機を金型キャビティ内に形成する必要があることは間違いありません。この事実は重要な結果をもたらしました。射出成形キャビティとその中のシャフトパーツが、機械的な伝達メカニズムによって提供される正確な許容誤差を持つことは困難です。キャビティとギアは、湿度と温度の変化に応じて、異なる速度で収縮または膨張します。さまざまな局所条件により、強度、硬度、さらには射出成形ギアの伝達効率さえも変化します。負荷状態では歯面の温度が上昇し、プラスチックの特性に影響を与えます。これらの変数やその他の要因により、歯車の歯をカスタマイズする必要があります。
インジェクションギア設計の利点は、そのアプリケーションに反映されています。ほとんどのインジェクションギアドライブは独特です。 1つの歯車は、他の対応する歯車と噛み合う場合にのみ、指定された機能を完了するように正確に設計できます。さらに、射出ギアの最適な設計と製造では、ツールの要素を考慮する必要はほとんどありません。
WEDMで製造されたダイキャビティの精度は、CADの精度に依存します。ギアキャビティの許容誤差はミクロンレベルに達する可能性があります。実際、従来のホブは不要になり、直径のピッチやモジュラスは重要な技術パラメータではなくなりました。インボリュートベースサークルは重要な変数になります。圧力角度は、歯車の歯がかみ合うときの強度と高さの関係のバランスをとるようにアナログ方式で調整できます。標準のギアと比較して、カスタム設計のギアは、性能、静粛性、許容誤差が大幅に改善されています。
歯車射出成形装置
歯車のかみ合い設計と公差設定の後、次のステップは射出成形装置を作ることです。歯車射出成形装置は、熱安定性が良好で、スライドスリーブと表面が硬化し、歯車キャビティの形状が正確で、高圧射出成形金型の設計が正確でなければなりません。歯車の金型キャビティ自体は、選択した金型材料に応じて特別に設計する必要があります。
多くの要因により、特定の用途における射出成形歯車の実際の収縮を正確に予測することは不可能です。最も重要な要素は、金型キャビティ内の射出ギアの収縮が等方的でないことです。ギアボディの収縮は製造元のGG＃39;の予測に近い可能性がありますが、ギアの歯が鋼で囲まれているため、その冷却形態は大きなギアボディのマクロ冷却形態とは異なります。
収縮を決定するためのより良い方法は、2ステップアプローチ法です。歯車の収縮係数は事前に見積もられ、射出成形が行われ、最初の歯車のバッチが処理されます。次に、歯車サンプルのインボリュート歯形を正確に測定して各部品の収縮率を決定し、測定した収縮率に従って新しい金型キャビティを作成します。最後に、適格な幾何学的精度を備えた射出歯車が得られます。歯のプロファイルを検出することによってのみ、インボリュートの収縮を正確に決定できます。歯車の転がり検出により、歯車の不均一な収縮の状態を知ることができますが、誤解を招く場合があります。
場合によっては、ガラス充填材を使用して射出ギアを製造できます。この材料の収縮率は非常に低いため、射出成形設計では収縮現象は問題になりません。ただし、この方法でも新しい問題が発生する可能性があります。ナイロンやアセタールなどのガラスが充填されていないエンジニアリング樹脂は、収縮しても射出成形によって非常に正確な形状を作り出すことができます。ただし、ガラス充填材は、射出流の前の接合部で重ね継手を生成します。これにより、歯車の歯の表面が変形し、歯車に局所的な弱点が生じます。一般的に言えば、ガラス充填ギアは、ガラスなしの同等のギアよりも耐用年数中に摩耗する可能性が高くなります。充填材は通常、重量超過のギアが問題になるような特別なニーズにのみ使用されます。
ギア射出成形プロセス
さまざまな射出成形プロセスと射出成形機は異なります。ギア射出成形プロセスには、高い精度と再現性が必要です。一般に、高精度の歯車は新しい樹脂で製造する必要があります。ただし、新しい樹脂を使用する場合でも、材料は適切な乾燥度を持ち、その溶融温度は正確に制御され、再現性があり、射出圧力も正確に制御される必要があります。射出成形装置と射出成形プロセス制御の間の調整も考慮する必要があります。
射出成形を高温高圧で行う場合、金型キャビティ内の空気を溶融プラスチックで置き換える必要があります。そのため、樹脂を流さずに空気を排出できる排気口を設ける必要があります。排気口が小さすぎてスムーズにガスが排出されない場合、燃焼の原因となります。ベントが大きすぎると、溶融プラスチックが流出し、成形品にフラッシュが形成されます。
射出成形機のユーザーは、契約に署名する前に射出成形機の加工工場に行くことをお勧めします。射出成形装置、清浄度、検査能力、および工場の人員配置に関する一般的な調査は、工場が射出成形を正常に処理および制御する潜在的な能力を持っているかどうかを正しく評価するのに役立ちます。たとえば、温度制御のない環境で精密射出歯車を製造することは困難です。湿度90％、華氏100度で精密射出歯車を処理することは非常に困難です。
射出成形ギアのテスト
長年にわたり、歯車検出技術は絶えず改善され、歯車切削のほとんどのエラーを正確に測定してきました。インボリュート歯形のスキャン測定では、通常、1つの円の中の数本の歯しか検出されません。金属歯車はホブ切りや溝入れなどの歯車加工機で加工され、各歯の歯形は基本的に同じです。しかしながら、射出成形された歯車は、歯車の任意の歯面の特定の位置で大きな個体誤差を生じる可能性があります。 GG＃39;さらに、射出成形プロセスは、従来の機械加工から多くの異なるタイプのエラーを引き起こす可能性があります。
射出ギアは収縮する必要があるため、インボリュート歯形は目標歯形であり、特定の値ではありません。直径のピッチ、モジュラス、ベースピッチ、圧力角、その他のインボリュートパラメータを使用して歯車の形状を制御するかどうかに関係なく、これらのパラメータは実際の機械加工部品の変数です。これらのさまざまなパラメーターについては、実用的な許容範囲を設定する必要があります。
射出成形された歯車のサイズを決定する唯一の方法は、インボリュート歯形をスキャンして測定し、歯車の実際の物理的形状のサイズを決定することです。ただし、次のような状況が発生する可能性があります。射出成形ギアのサイズが許容範囲の要件を完全に超えていますが、ローリングの包括的なテスト結果は依然として有効です。たとえば、歯車の歯形試験結果では、そのインボリュートベース円が指定値から大きく外れています。テストされたギアには64の歯があり、使用された測定ギアにも64の歯があります。転がり検出では、同時に噛み合う歯が多く、測定結果に1本の歯の包括的な偏りはほとんどありません。このギアは大きく見えますが、ベースサークルは非常に小さいです。歯車の歯厚が薄くなっているため、ころがり検出において優れた技術指標を得ることができます。これらの射出成形ギア部品がユーザーに提供されると、正しいサイズの金属ギアと噛み合うとすぐに故障します。
この種のエラーを防ぐために、公差でマークされた各ギアの寸法変数の技術仕様を策定する必要があります。
射出ギアの推奨技術パラメータ
AGMAシステムでは、歯車の基本円の幾何学的パラメーターが基本制御パラメーターとして使用されます。直径ピッチや圧力角などの間接歯車パラメータは、従来の分析で参照として使用される作業データとして使用されます。
歯車の転造検査は、大量生産における射出成形歯車の品質の一貫性を保証するための最良の方法と考えることができます。歯車の総合合計誤差（TCE）または1歯の総合誤差（TTE）を表すだけでなく、測定された歯車と測定された歯車の間の実際の中心距離が、指定された正および負の許容範囲内にあるかどうかも判断します。これにより、射出ギアの毎日の生産の一貫性を確保する簡単な方法が提供されます。サンプルギアのバッチのローリングテスト結果の統計分析により、ギアの全体的な形状と絶対サイズが許容範囲内にあるかどうかを判断できます。転がり検査は、射出ギアの転がり検査認定検証を確立することに似ており、毎日生産される射出ギアがこの検証を満たすことを確認する必要があります。
インジェクションギアの開発見通しは非常に楽観的です。材料が大幅に改善され、射出成形機はますます高度化しています。試験装置は、これらのユニークな射出成形ギアを高精度で測定することができました。将来的には、軽負荷伝動用途で金属歯車の代わりに射出歯車を使用することが期待できます。メーカーは、金属製の歯車を使用できない場所や分野を探しています。GG＃39;プラスチック製の歯車は使用できます。
これらの新しい潜在的なアプリケーション分野に参入するには、すべてのステップを正しく実行する必要があり、射出成形された歯車のあらゆる利点を活用する必要があります。その結果、優れた性能を持つ新世代の動力伝達製品が開発されます。
