JP2010139041A - 合成樹脂歯車 - Google Patents

Abstract

【課題】 外周面に凹溝を有するインサート部材をインサート射出成形により歯部と一体化した合成樹脂歯車において、歯の成形精度、特に、歯幅方向中央部の精度を高めた、高精度の合成樹脂歯車を提供する。
【解決手段】 平歯車またはハスバ歯車状の複数の歯２１を有する歯部２とインサート部材４とが射出成形により一体化された合成樹脂製歯車１において、インサート部材４の外周面には、歯車両端面を結ぶ方向に延在する凹溝４１が形成されるとともに、歯の歯スジ方向と、インサート部材の凹溝の方向が、半径方向から見て互いに所定の角度で交わるような方向にされ、さらに、歯車の歯幅方向中央部における断面において、インサート部材の凹溝４１が、歯部の歯底２１ａと円周方向位置で略一致するようにされたことを特徴とする合成樹脂歯車。
【選択図】 図１

Description

本発明はＯＡ機器などに使用される合成樹脂歯車に関する。特に合成樹脂歯車の中心軸部にインサート部材が一体化されるようインサート射出成形された合成樹脂歯車に関する。

近年、金属代替品として汎用されているエンジニアリングプラスチックにより射出成形されるプラスチック歯車、プーリー等の円盤状合成樹脂成形品は、コピー装置や印刷装置などに使用され、歯の形状精度の他、外周面などの真円度や振れに厳しい精度が要求されている。
特に合成樹脂歯車では、歯車の精度が悪いと、印刷の際の位置決め精度が低下して印刷画像の画質が低下したり、歯車駆動時の異音発生の原因となったりするため、特に高い精度が求められている。

また、合成樹脂歯車においては、歯車軸部からの強い駆動力に耐えうるよう、歯車軸部に焼結金属などからなる金属インサート部材や強度の高い補強繊維入り合成樹脂からなる樹脂インサート部材を使用し、インサート部材と樹脂歯車部分をインサート射出成形により一体成形して合成樹脂歯車を得ることも行われ、その場合は、駆動力の伝達に耐えうるように、インサート部材の外周にローレット加工を施したり、凹溝や凸条を設けたりして、インサート部材が回転方向に強固に一体化されるようにすることが多い。

そのようなインサート部材が一体化された合成樹脂歯車として、特許文献１には、外周に凹凸状の切り欠き（接合部）を有する金属製インサート部材の外周に、歯部が形成された樹脂部材をインサート射出成形により形成し、さらにインサート部材に軸部材を圧入するようにして、インサート部材と樹脂部材とを強固に一体化することにより、大きな駆動力を確実に伝達可能とすることが開示されている。

また、特許文献２には、金属インサートを一体化した樹脂製ウォームホイールに関し、外周にローレットを施した金属インサートの外側に、補強繊維を混入した合成樹脂によりギア歯を成形し、さらにギア歯表面を補強繊維を混入しない合成樹脂により覆う表面層を設けた実施形態が開示されている。
特許登録４０１３４９５号公報 特開２００５−２１４３３８号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたように、外周に凹凸状の切り欠きや溝が存在するようなインサート部材を合成樹脂歯車に一体にインサート成形すると、特にインサート部材の外周面に近接して合成樹脂歯車の歯部を形成した場合において顕著に、以下に説明するように、歯車の精度が低下してしまうことがあった。すなわち、図４に示すように、合成樹脂からなる歯部９０を、切り欠きを有するインサート部材８０の外周にインサート射出成形する際に、歯部の歯９１とインサート部材の切り欠き部（凹溝）８１とが周方向位置で一致していると、一致した部分では射出された溶融樹脂の樹脂量が他の部分に比べて多くなってしまい、その部分の歯の精度悪化が起こりやすくなる。

また、図４に示すように、一連の歯９１，９１・・・において、インサート部材の切り欠き（凹溝）８１と周方向に合致する歯とそうでない歯が混在する場合には、歯９１，９１・・・の間で精度のばらつきが生ずる原因となる。

また、一般に、インサート部材８０の外周に歯部９０を形成した歯車においては、そのインサート射出成形の射出工程において、図５に示すように、歯部９０の歯幅方向末端部分の方が、歯部９０の歯幅方向中央部よりも冷却されやすいため、図中に２点鎖線で示したように、歯部の歯幅方向中央部の収縮量が比較的大きくなって歯部の歯幅方向中央部が精度低下しやすいという傾向があった。

本発明は、上記に鑑み、凹溝状の切り欠きを有するインサート部材をインサート射出成形により歯部と一体化した合成樹脂歯車において、歯の成形精度を高めることを課題とするものである。特に、歯幅方向中央部の精度低下を防止して高い精度の合成樹脂歯車を提供することを目的とする。

本発明の発明者は、鋭意検討の結果、インサート部材の凹溝と歯車の歯スジ方向が半径方向から見て所定の角度で交わるようにするとともに、歯幅方向中央部において、凹溝と歯底の周方向位置が略一致するようにすることによって、凹溝部の樹脂の収縮による歯車の形状精度の低下が抑制でき、上記課題を解決できることを知見し、本発明を完成させた。

本発明は、インサート部材の外周面の外側に合成樹脂を射出成形して、平歯車またはハスバ歯車状の複数の歯を有する歯部を一体に形成し、インサート部材と歯部とが一体化された合成樹脂製歯車において、インサート部材の外周面には、歯車両端面を結ぶ方向に延在する凹溝が形成されるとともに、歯の歯スジ方向と、インサート部材の凹溝の方向が、半径方向から見て互いに所定の角度で交わるような方向にされ、さらに、歯車の歯幅方向中央部における断面において、インサート部材の凹溝が、歯部の歯底と円周方向位置で略一致するようにされたことを特徴とする合成樹脂歯車である。

上記合成樹脂歯車においては、さらに、歯部の歯数と同数の凹溝を設けることが好ましく（請求項２）、または、インサート部材の凹溝が、半径方向から見た際に、凹溝が交わる歯底に隣接する歯先を越えないようにすることが好ましい（請求項３）。

本発明の合成樹脂成形品によれば、歯幅方向中央部において、凹溝部分に射出された樹脂が収縮しても歯の形状精度低下を引き起こすことが抑制され、歯の成形精度を高めることができる。

また、歯部の歯数と同数の凹溝を設けるようにすれば（請求項２）、一連の歯の間での歯車形状精度のばらつきが抑制され、歯車の精度をより高めることができる。
また、請求項３の関係を満たすように歯部や凹溝の諸元を設定すれば、歯幅方向において中央部が収縮しやすいという従来の合成樹脂歯車の寸法誤差発生の傾向を補償して、歯幅方向により均一な歯の形状精度を有するような、高精度の合成樹脂歯車が得られる。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の第１の実施形態の合成樹脂歯車１を示す図であり、断面Ｘ−Ｘは、歯幅方向中央での断面を示す。

合成樹脂歯車１は、円盤状のハスバ歯車であり、その外周部には複数の歯２１、２１が所定のピッチで設けられており、歯２１、２１は円環状に形成された歯部２の外周に一体に形成されている。合成樹脂歯車１の中央部には、歯車の軸部をなすインサート部材４が、歯部２と同心円状となるようにインサート射出成形により一体化されている。

本発明の合成樹脂歯車１の歯部２は、ポリアセタール樹脂などのエンジニアリングプラスチックや、ポリアミド樹脂などの熱可塑性樹脂を用い、射出成形法により成形される。

インサート部材４は、焼結金属などの金属材料や、補強繊維入り合成樹脂などの樹脂材料により形成された部材であり、インサート射出成形工程に先立って所定の形状に形成された部材である。本実施形態においては、インサート部材４には、その外周に平歯車状の凹凸条が、歯車の両端面を結ぶ方向に、周方向に等間隔で設けられ、凹凸条の数が、歯部２に設けられた歯２１、２１の歯数と同じになるようにされている。なお、図１の右側の図において、インサート部材４の凹凸条は破線で描かれている。

本実施形態においては、歯部２の歯２１、２１がねじれ角αを有するハスバ歯車に形成され、インサート部材４の凹凸条は平歯車状に設けられているので、歯車半径方向から見て、歯２１の歯すじ方向と、インサート部材４１の凹溝の方向とは、互いに平行ではなく、角度αで交わりあうように設けられている。

さらに、合成樹脂歯車１においては、その歯幅方向中央部における断面Ｘ−Ｘにおいて、インサート部材４の凹溝４１は、歯部２の歯底２１ａと円周方向位置で略一致し、歯２１の歯先２１ｂとは円周方向で互いにずれた位置となるように設けられている。

このような合成樹脂歯車１は、あらかじめ形成しておいたインサート部材４を、所定の回転姿勢となるように射出成形金型内に配置・固定した上で、溶融樹脂を金型内に射出して、インサート部材４の周囲に歯部２を形成するという、いわゆるインサート射出成形により製造することができる。

以下、本発明の合成樹脂歯車の作用と効果を説明する。
まず、本発明の合成樹脂歯車では、インサート部材４の凹溝４１の働きにより、インサート部材４と歯部２とが歯車回転方向に強固に一体化され、大きな駆動力を伝達することができる。

また、射出成形法により、金型のキャビティ内に溶融樹脂が射出され、保圧、冷却されて本発明の合成樹脂歯車１（特に歯部２）が製造されるが、本実施形態においては、その歯幅方向中央部における断面Ｘ−Ｘにおいて、インサート部材４の凹溝４１が歯底２１ａと円周方向で略一致し、歯２１の歯先２１ｂとは円周方向で互いにずれた位置となるように配置されているので、凹溝の部分に射出された溶融樹脂が収縮しようとも、歯２１、２１に及ぼす精度上の影響が小さくなる。従って、本発明によれば、歯幅方向中央部において、インサート部材４の溝部４１に起因する歯２１の精度低下を抑制することができる。

さらに、本実施形態によれば、インサート部材の凹溝４１、４１が、歯部２の歯２１，２１と同数設けられており、全ての歯２１に対し、凹溝４１が同じような位置関係となるように配置されるので、一連の歯２１、２１の間で樹脂の冷却や収縮が均一になって、歯２１、２１の間の精度のばらつきが小さくなり、より高い精度を有する合成樹脂歯車を得る上で、より好ましい。

以下に他の実施の形態を示す。
図２は本発明の第２の実施形態の合成樹脂歯車５を示す図である。同様にＸ−Ｘ断面は歯幅方向中央における断面を示す。本実施の形態の説明においては、主に第１実施形態と相違する部分を中心に説明し、同様である部分の説明は省略する。

本実施の形態においては、合成樹脂歯車５の歯部６が平歯車に形成され、インサート部材７の外周面には、凹溝７１が周方向に互いに離間して間欠的に設けられ、さらに凹溝７１はねじれ角βをなすようにハスバ状に設けられている。

さらに、本実施形態においても、歯車５の歯幅方向中央部における断面Ｘ−Ｘにおいて、凹溝７１は、歯部６の歯底６１ａと円周方向位置で略一致し、歯６１の歯先６１ｂとは円周方向で互いにずれた位置となるように設けられている。本実施形態においても、歯６１、６１の成形精度に影響を及ぼしやすいインサート部材凹溝部７１が、歯幅方向中央部で、歯６１，６１を避けるように設けられているので、凹溝部７１に存在する樹脂の収縮によって歯６１，６１の成形精度が低下することが抑制され、第１の実施形態と同様に、歯車の精度を向上させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は以下のような改変を加えて実施することもできる。

上記実施形態においては、歯車の歯スジ方向と、インサート部材の凹溝の方向が、一方が平歯車状で他方がハスバ歯車状にされた例について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、インサート部材の凹溝が歯車の両端面を結ぶ方向に（例えば歯車回転軸に対し０度〜３０度程度の角度をなすように）設けられ、歯車の歯スジ方向と、インサート部材の凹溝の方向が、半径方向から見て互いに所定の角度で交わるような方向にされた歯車である限りにおいて適用可能であり、例えば、歯車の歯スジ方向と、インサート部材の凹溝の方向が、互いにねじれ角の異なるハスバ歯車状にされたものを含む。

さらに、本発明においては、歯車の歯スジ方向と、インサート部材の凹溝４１の方向を、以下の関係を満たすように決定することがより好ましい。その関係を説明するための半径方向から見た模式図である図３において、歯底２１ａ、歯先２１ｂ、凹溝４１はそれぞれ実線または破線で表現されている。
図３に示すように、歯車の歯スジ方向と、インサート部材の凹溝の方向が、半径方向から見た際に、凹溝４１が歯底ライン２１ａとは歯幅方向中央部のみで交わり、隣の歯底ライン２１ａとは交わらなくなるようにすることが好ましい。このような角度関係は、歯２１のねじれ角をα、凹溝４１のねじれ角をβ、歯２１のピッチ円直径をＤ１、歯数をＺ、歯幅をＷ、インサート部材４の外径をＤ２とした際に、以下に示す数式１を満たすように、歯車の歯スジ方向（ねじれ角α）と、インサート部材の凹溝の方向（ねじれ角β）を決定することにより実現される。

（数式１）

このようにすれば、歯２１を歯スジ方向に見た時に、凹溝と何度も交わることがなくなり、歯スジ方向に成形精度が変化することが防止され、歯車の精度向上に効果的である。

より好ましくは、歯車の歯スジ方向と、インサート部材の凹溝の方向が、半径方向から見た際に、凹溝４１が歯底ライン２１ａと歯幅方向中央部で交わり、かつ隣接する歯先ライン２１ｂを越えないようにすることが好ましい。このような角度関係は、以下に示す数式２を満たすように、歯車の歯スジ方向（ねじれ角α）と、インサート部材の凹溝の方向（ねじれ角β）を決定することにより実現される。

（数式２）

このようにすると、歯幅方向中央部においては、凹溝４１の周方向位置が歯底２１ａと略一致し、歯幅方向中央から端部に向かうに従って、凹溝４１の周方向位置を、歯底２１ａから徐々に歯先２１ｂと周方向で一致する方向に変化させることができ、樹脂の固化を遅らせ収縮量を増やす働きを有する凹溝部分の溶融樹脂が、歯幅方向中央から端部に向かうに従って、歯２１により大きな影響を与えるようにできる。従って、このような構成をとることにより、歯幅方向中央部では歯２１、２１を形成する樹脂の収縮が抑制され、歯幅方向端部に向かうに従って、収縮抑制作用が失われるようになるので、図５に２点鎖線で示されたような歯幅中央部の収縮傾向を補償することができ、歯幅方向にわたって歯の形状を均一にすることができ、歯の形状精度をさらに高めることができる。

また、上記実施形態の説明においては、合成樹脂歯車が円盤状である例を示したが、本発明は外周円の直径に比べて軸方向の厚さが比較的小さい円盤状の歯車に限定されるものではなく、外周円の直径に比べ軸方向の厚さが比較的大きいような形状（いわゆる円柱状のもの）である合成樹脂歯車をも本発明は包含する。特に、インサート部材外周面と歯との間が歯幅よりも近接していて、インサート部材形状が歯の精度に影響を及ぼしやすい合成樹脂歯車に対して、本発明は好適に適用可能である。

本発明によれば、インサート部材が一体に成形された合成樹脂歯車を、高い寸法精度で射出成形により製造することができる。

本発明の合成樹脂歯車の第１の実施の形態を示す図。 本発明の合成樹脂歯車の第２の実施の形態を示す図。 本発明の合成樹脂歯車における歯スジと凹溝の関係を示す模式図。 従来の合成樹脂歯車の精度低下の要因を説明する図。 従来の合成樹脂歯車における精度低下の傾向を説明する図。

符号の説明

１ 合成樹脂歯車
２ 歯部
２１ 歯
２１ａ 歯底
２１ｂ 歯先
４ インサート部材
４１ 凹溝
５ 合成樹脂歯車
６ 歯部
７ インサート部材
８０ インサート部材
９０ 歯部

Claims (3)

1. インサート部材の外周面の外側に合成樹脂を射出成形して、平歯車またはハスバ歯車状の複数の歯を有する歯部を一体に形成し、インサート部材と歯部とが一体化された合成樹脂製歯車において、
   インサート部材の外周面には、歯車両端面を結ぶ方向に延在する凹溝が形成されるとともに、
   歯の歯スジ方向と、インサート部材の凹溝の方向が、半径方向から見て互いに所定の角度で交わるような方向にされ、
   さらに、歯車の歯幅方向中央部における断面において、インサート部材の凹溝が、歯部の歯底と円周方向位置で略一致するようにされたことを特徴とする合成樹脂歯車。
2. 歯部の歯数と同数の凹溝を設けたことを特徴とする請求項１に記載の合成樹脂歯車。
3. インサート部材の凹溝が、半径方向から見て、凹溝が交わる歯底に隣接する歯先を越えないようにされたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の合成樹脂歯車。

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