JP4854692B2

JP4854692B2 - 射出成形樹脂フェースギヤ

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Publication number: JP4854692B2
Application number: JP2008035918A
Authority: JP
Inventors: 保浩鈴木
Original assignee: Enplas Corp
Current assignee: Enplas Corp
Priority date: 2007-02-19
Filing date: 2008-02-18
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2028-02-18
Also published as: CN101251180B; EP1959167A2; EP1959167A3; US20090007711A1; US8011263B2; USRE45516E1; CN101251180A; JP2008232432A; EP1959167B1

Description

この発明は、直交する２軸間の動力伝達や回転伝達を可能にするために使用される射出成形樹脂フェースギヤに関するものである。

近年、ギヤを使用した動力伝達装置に関する技術分野において、作動音の静粛化、軽量化及び低価格化を図るため、樹脂製ギヤが金属製ギヤに代えて多く使用されるようになっている。

このような近年の技術背景のもと、図９〜図１０に示すようなフェースギヤ１００も樹脂化が検討されている。これらの図に示すフェースギヤ１００は、軸部１０１の外周側に略円板状のウェブ１０２が形成され、そのウェブ１０２の外周端に歯部１０３が形成されるようになっている。そして、フェースギヤ１００の歯部１０３は、歯１０４が一方の側面１０５側に突出するように形成されており、その歯１０４が周方向に等間隔で複数形成されている（特許文献１参照）。
特開２００２−２２３６７３号公報（特に、段落番号０００４〜０００５、図３及び図５参照）

しかしながら、図９〜図１０に示すような金属製フェースギヤ１００を単に樹脂化（射出成形）しようとすると、射出成形後の樹脂材料の収縮（成形収縮）によって、歯先面１０６が図１０の右側方向へ移動するように、ウェブ１０２の外周端側が倒れ込んで（湾曲変形して）、歯１０４の倒れ込みが生じ（歯先面１０６が１０６’の位置まで変位し）、歯車精度が低下して、正確で且つ円滑な回転伝達が困難になる場合がある。

そこで、本発明は、射出成形後における樹脂材料の収縮に起因する歯車精度の低下を抑えることができ、正確で且つ円滑な回転伝達を可能にする射出成形樹脂フェースギヤを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、ボスと、このボスの外周側から径方向外方へ向かって形成された円板状のウェブと、このウェブの外周端に形成された歯部と、を備えた射出成形樹脂フェースギヤに関するものである。この発明において、前記歯部は、前記ウェブの外周端に接続された円筒状部分と、この円筒状部分の一端側から径方向外方へ向けて形成された円板状部分と、この円板状部分の一側面が歯底になるように前記円筒状部分の外周側に等間隔で複数形成された歯と、を備えている。そして、前記ウェブの肉厚をｔ１とし、前記円筒状部分の肉厚をｔ２とし、前記円板状部分の肉厚をｔ３とした場合、０．７・ｔ１≦ｔ２≦１．３・ｔ１、０．７・ｔ１≦ｔ３≦１．３・ｔ１となるように、前記ウェブ、前記円筒状部分及び前記円板状部分が形成されている。また、前記ウェブと前記円筒状部分の接続部分の全体は、前記円筒状部分の前記一端側の端面とこの一端側の反対側である他端側の端面との間に位置し、且つ、前記円板状部分の他側面と前記円筒状部分の前記他端側の端面に対して回転中心軸が延びる方向に沿ってずれて位置している。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記円板状部分の前記他側面と前記円筒状部分の前記一端側の端面とが同一平面上に位置し、前記円板状部分の外周面と前記歯の外周面とが同一周面上に位置し、前記歯の歯先面が前記円筒状部分の前記他端側の端面と同一平面上に位置するようになっている。そして、請求項２の発明は、前記ウェブの肉厚をｔ１とすると、前記円筒状部分の前記一端側の端面から前記他端側の端面までの前記回転中心軸が延びる方向に沿った長さが３・ｔ１であって、前記ウェブと前記円筒状部分との接続部分から前記円筒状部分の前記一端側の端面までの前記回転中心軸が延びる方向に沿った長さがｔ１であり、前記ウェブと前記円筒状部分との接続部分から前記円筒状部分の前記他端側の端面までの前記回転中心軸が延びる方向に沿った長さがｔ１である、ことを特徴としている。

本発明によれば、射出成形後における樹脂材料の収縮に起因する歯の倒れ込みを抑えることができ、歯車精度の低下を抑えることができるため、正確で且つ円滑な回転伝達が可能になる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳述する。

図１乃至図５は、本発明の実施形態に係る射出成形樹脂フェースギヤ１に関するものである。これらの図のうち、図１（ａ）は、射出成形樹脂フェースギヤ１の正面図（図２の射出成形樹脂フェースギヤ１をＡ方向から見た図）である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＢ部を拡大して示す図である。また、図２は、射出成形樹脂フェースギヤ１の側面図（図１のＣ方向から見た図）である。また、図３は、射出成形樹脂フェースギヤ１の背面図（図２の射出成形樹脂フェースギヤ１をＤ方向から見た図）である。また、図４は、図１のＥ−Ｅ線に沿って切断して示す図である。また、図５は、図４のＦ部を拡大して示す図である。

これらの図に示すように、本実施形態の射出成形樹脂フェースギヤ１は、軸穴２を有する円筒状のボス３と、このボス３の外周側から径方向外方へ向かうように形成された円板状のウェブ４と、このウェブ４の外周端に形成された歯部５と、を備えている。そして、本実施形態の射出成形樹脂フェースギヤ１は、ポリアセタール、ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、又はポリブチレンテレフタレート等の樹脂材料を使用して射出成形されている。

このような射出成形樹脂フェースギヤ１において、ボス３は、軸穴２の内周面に図示しないキー溝やスプライン溝等の回り止め手段が形成されており、軸穴２に嵌合される回転軸７に回り止め手段を係合させて、回転軸７と一体に回動できるようになっている。

ボス３の外周面で且つ回転中心軸ＣＬに沿った方向の中央部には、径方向外方へ向かって延びる円板形状のウェブ４が形成されている。このウェブ４は、内周端がボス３の外周面に接続され、外周端が歯部５に接続されている。そして、ウェブ４の第１の側面８には、ボス３寄りで且つボス３と同心の第１周方向リブ１１ａと、この第１周方向リブ１１ａと歯部５との間の位置で且つ第１周方向リブ１１ａと同心の第２周方向リブ１２ａとが形成されている。この第１の側面８の第１周方向リブ１１ａ及び第２周方向リブ１２ａは、第１の側面８からリング状に突出するように形成されている。また、ウェブ４の第２の側面１０には、第１の側面８の第１周方向リブ１１ａと径方向対称の箇所に位置する第１周方向リブ１１ｂと、第１の側面８の第２周方向リブ１２ａと径方向対称の箇所に位置する第２周方向リブ１２ｂとが形成されている。この第２の側面１０の第１周方向リブ１１ｂ及び第２周方向リブ１２ｂは、ウェブ４の第２の側面１０からリング状に突出するように形成されている。そして、これら第１の周方向リブ１１ａ，１１ｂ及び第２周方向リブ１２ａ，１２ｂの肉厚は、ウェブ４の肉厚とほぼ同一の肉厚（ウェブ４の肉厚をｔ１とすると、成形上の公差等を考慮して、（ｔ１）±０．３・（ｔ１））となるように形成されている。このように、第１周方向リブ１１ａ及び第２周方向リブ１２ａをウェブ４の第１の側面８に形成すると共に、第１周方向リブ１１ｂ及び第２周方向リブ１２ｂを第２の側面１０に形成することにより、ウェブ４の面剛性が高められる。

歯部５は、ウェブ４の外周端に接続されたリング状の円筒状部分１３と、この円筒状部分１３の一端側（図４及び図５の左端側）から径方向外方へ向けて形成された鍔状の円板状部分１４と、これら円筒状部分１３と円板状部分１４とに跨って形成された複数の歯１５と、を有している。そして、図４〜図５に示す歯部５の断面形状は、円筒状部分１３と円板状部分１４によって略Ｌ字形状になっている。

歯部５の円板状部分１４の一側面（図４及び図５の右側面）側には、周方向に沿って等間隔で歯１５が形成されている。そして、円板状部分１４は、各歯１５，１５の間の一側面が歯底１６になっている。

歯部５の円板状部分１４は、一側面（図４及び図５の右側面）側に歯１５が等間隔で複数形成されており、歯１５が形成された部分と歯底１６に対応する部分とで回転中心軸ＣＬに沿った方向における射出成形後の収縮（成形収縮）量が異なる。すなわち、歯部５の円板状部分１４の背面１７側において、歯１５に対応する部分が歯底１６に対応する部分よりも回転中心軸ＣＬ方向に大きく収縮し、歯１５に対応する部分が僅か（δが（１／１００）〜（２／１００）・ｍｍ程度）に引っ込み、その引っ込んだ部分が歯幅方向（径方向）に沿って延びる凹み２１になっている（図６及び図７参照）。

図５に詳細を示すように、歯部５の円筒状部分１３の外周面には、歯１５の歯幅方向一端側（径方向内方端側）が一体に形成されている。また、円筒状部分１３の他端側（図４及び図５の右端側）の端面２２と歯１５の歯先面２３とが面一となる（段差のない同一平面上であって、回転中心軸ＣＬに直交する平面上に位置する）ように形成されている。また、歯１５の歯幅方向他端側（径方向外方端側の外周面２６）は、円板状部分１４の外周面２５に一致（回転中心軸ＣＬを中心とする同一周面上に位置）するように形成されている。また、歯１５と歯１５との間の空間は、歯部５の径方向内方端側が円筒状部分１３によって塞がれ、歯部５の径方向外方端側が径方向外方へ向かって開いている。また、円板状部分１４の背面１７（凹み２１を除く部分）は、円筒状部分１３の一端側の端面１９と面一となる（段差のない同一平面上であって、回転中心軸ＣＬに直交する平面上に位置する）ように形成されている。

また、図５に示すように、円板状部分１４の一側面である歯底１６を径方向内方へ延長した線２４とウェブ４の第２の側面１０とがほぼ一致（同一平面上に位置）するように、歯部５の円筒状部分１３の内周面にはウェブ４の外周端が接続されている。このように形成することにより、射出成形樹脂フェースギヤ１は、射出成形後における径方向内方への樹脂の収縮（成形収縮）量が、ウェブ４を境にして、図５中の左側の部分と図５中の右側の部分とでほぼ等しくなる。その結果、射出成形樹脂フェースギヤ１は、図５に示すような歯１５の倒れ、すなわち、歯先面２３が基準位置よりも図５中右側の位置２３’へ移動したり、また、歯先面２３が基準位置よりも図５中左側の位置２３”へ移動するようなことがなく、歯車精度を高精度に形作ることが可能になる。また、本実施形態に係る射出成形樹脂フェースギヤ１は、相手歯車との噛み合い位置精度が高精度になるため、高精度の回転伝達が可能になる。

なお、ウェブ４の外周端と円筒状部分１３との接続位置は、ウェブ４の肉厚をｔ１とすると、ウェブ４の第２の側面１０から円筒状部分１３の一端側の端面１９までの回転中心軸ＣＬが延びる方向に沿った寸法がほぼｔ１であって、ウェブ４の第１の側面８から円筒状部分１３の他端側の端面２２までの回転中心軸ＣＬが延びる方向に沿った寸法がほぼｔ１であるが、このような実施形態に限られるものではない。すなわち、ウェブ４の外周端と円筒状部分１３との接続位置は、歯車精度を所望精度以内に維持できる限りにおいて、図４及び図５の態様よりも歯先面２３寄りにずらしてもよく（例えば、円筒状部分１３の内周面であって、且つ、回転中心軸ＣＬに沿って右側方向へずらしてもよく）、また、図４及び図５の態様よりも円板状部分１４の背面１７寄りにずらしてもよい。そして、その結果、円板状部材１４の一側面である歯底１６を径方向内方へ延長した線２４とウェブ４の第２の側面１０とが、回転中心軸ＣＬが延びる方向に沿ってずれて位置するようになってもよい。但し、いずれの態様を採用したとしても、ウェブ４の第２の側面１０と円板状部分１４の背面１７は、回転中心軸ＣＬに沿った方向（回転中心軸ＣＬが延びる方向）にずれて位置している。そして、ウェブ４の第２の側面１０が円板状部分１４の背面１７よりも歯１５の歯先面２３寄りに位置している。しかも、ウェブ４の外周端と円筒状部分１３の接続部分の全体が、円筒状部分１３の一端側の端面１９と他端側の端面（一端側の端面１９に対し、回転中心軸ＣＬの延びる方向の反対側に位置する端面）２２の間で、且つ、一端側の端面１９（円板状部分１４の背面１７）と他端側の端面２２に対して回転中心軸ＣＬが延びる方向に沿ってずれて位置している。すなわち、ウェブ４の第１の側面８は、円筒状部分１３の他端側の端面２２と段差を生じるように一端側の端面１９寄りに引っ込んでいる。また、ウェブ４の第２の側面１０は、円筒状部分１３の一端側の端面１９と段差を生じるように他端側の端面２２寄りに引っ込んでいる。

ここで、図４に示すように、歯部５の円筒状部分１３の肉厚（ｔ２）と円板状部分１４の肉厚（ｔ３）は、ウェブ４の肉厚（ｔ１）とほぼ同一の厚さとなるように（成形上の寸法精度、キャビティ内への溶融樹脂の充填効率、射出成形後の冷却時間、要求される剛性等を考慮し、下限値を０．７・ｔ１程度とし、上限値を１．３・ｔ１程度の厚さとなるように）形成されている。

また、図４及び図５に示すように、本実施形態の射出成形樹脂フェースギヤ１は、歯先面２３の径方向内方への延長線上に、第１周方向リブ１１ａの先端面及び第２周方向リブ１２ａの先端面が位置するように形成されている。また、本実施形態の射出成形樹脂フェースギヤ１は、円板状部分１４の背面１７（一端側の端面１９）の径方向内方への延長線上に、第１周方向リブ１１ｂの先端面及び第２周方向リブ１２ｂの先端面が位置するように形成されている。

なお、本実施形態の射出成形樹脂フェースギヤ１は、第１周方向リブ１１ａ，１１ｂと第２周方向リブ１２ａ，１２ｂのうちの少なくとも一つについて、ウェブ４からの突出長さを変えたり（例えば、第１周方向リブ１１ｂの先端面が円板状部分１４の背面１７の径方向内方への延長線上よりも内側（図４及び図５中における右側）に位置し、第２周方向リブ１２ｂの先端面が円板状部分１４の背面１７の径方向内方への延長線上よりも外側（図４及び図５中における左側）に出っ張るように形成したり）、第１周方向リブ１１ａ，１１ｂと第２周方向リブ１２ａ，１２ｂの少なくとも一つについて、その肉厚を他部と異なるようにして、ウェブ４の面剛性及び全体の成形収縮のバランスをとるようにし、歯先面２３の倒れを所望精度内に抑えるようにしてもよい。

また、本実施形態の射出成形樹脂フェースギヤ１は、全体の成形収縮のバランスをとることができ、歯先面２３の倒れを所望精度内に抑えることができる限りにおいて、円板状部分１４の背面１７と円筒状部分１３の一端側の端面１９の位置を回転中心軸ＣＬが延びる方向に沿ってずらしたり、歯先面２３と円筒状部分１３の他端側の端面２２の位置を回転中心軸ＣＬが延びる方向に沿ってずらすようにしてもよい。

また、本実施形態の射出成形樹脂フェースギヤ１は、全体の成形収縮のバランスをとることができ、歯先面２３の倒れを所望精度内に抑えることができる限りにおいて、円板状部分１３の外周面２５と歯１５の外周面２６を径方向に沿ってずらすようにしてもよい。

また、本実施形態の射出成形樹脂フェースギヤ１は、全体の成形収縮のバランスをとることができ、歯先面２３の倒れを所望精度内に抑えることができる限りにおいて、ボス３とウェブ４の接続位置を回転中心軸ＣＬが延びる方向に沿ってずらしたり、ボス３の形状を適宜変更してもよい。

また、本実施形態の射出成形樹脂フェースギヤ１は、全体の成形収縮のバランスをとることができ、歯先面２３の倒れを所望精度内に抑えることができる限りにおいて、ウェブ４の肉厚（ｔ１）に対する歯部５の円筒状部分１３の肉厚（ｔ２）と円板状部分１４の肉厚（ｔ３）の比を、前述の下限値（０．７・ｔ１）から上限値（１．３・ｔ１）の範囲内で、ｔ２＝ｔ１，ｔ３＝１．２・ｔ１や、ｔ２＝ｔ１，ｔ３＝０．８・ｔ１のように、ｔ１＝ｔ２＝ｔ３の関係を適宜変更してもよい。なお、円板状部分１４の肉厚（ｔ３）が厚すぎる場合には、歯面がうねってしまい、歯形精度が悪化し、また、円板状部分１４の肉厚（ｔ３）が薄すぎる場合には、ショートショットが生じて、歯形精度が悪化するため、このような成形不良に起因する歯形精度の悪化を生じないように、円板状部分１４の肉厚が決定される。

また、本実施形態の射出成形樹脂フェースギヤ１は、ウェブ４の肉厚をｔ１とした場合に、ウェブ４の第２の側面１０から円筒状部分１３の一端側の端面１９までの回転中心軸ＣＬが延びる方向に沿った寸法をほぼｔ１とし、ウェブ４の第１の側面８から円筒状部分１３の他端側の端面２２までの回転中心軸ＣＬが延びる方向に沿った寸法をほぼｔ１とする態様を例示したが、これに限定されるものではなく、全体の成形収縮のバランスをとることができ、歯先面２３の倒れを所望精度内に抑えることができる限りにおいて、円筒状部分１３の一端側の端面１９から円筒状部分１３の他端側の端面２２までの回転中心軸ＣＬが延びる方向に沿った寸法を、歯１５のモジュール等に応じて適宜変更してもよい。例えば、射出成形樹脂フェースギヤ１は、ウェブ４の肉厚をｔ１とした場合に、円筒状部分１３の一端側の端面１９から円筒状部分１３の他端側の端面２２までの回転中心軸ＣＬが延びる方向に沿った寸法が３・ｔ１に限られるものではなく、円筒状部分１３の一端側の端面１９から円筒状部分１３の他端側の端面２２までの回転中心軸ＣＬが延びる方向に沿った寸法を歯１５のモジュール等に応じて２．６・ｔ１や２．８・ｔ１等に適宜変更してもよい。

図８は、本実施形態に係る射出成形樹脂フェースギヤ１の射出成形状態（射出成形金型３０のキャビティ３１内の溶融樹脂の流れ３２）を模式的に示す図である。この図８に示すように、ゲート３３からキャビティ３１内に射出された溶融樹脂は、キャビティ３１内のボスを形作る部分（３）側に向かう径方向内方への流れ３２と、キャビティ３１内の歯部を形作る部分（５）側に向かう径方向外方への流れ３２とに分かれる。そして、キャビティ３１内のウェブを形作る部分（４）を径方向外方へ向かって流動した溶融樹脂の流れ３２は、キャビティ３１内の歯部の円筒状部分を形作る部分（１３）に流れ込み、キャビティ３１内の歯部を形作る部分（５）内のガスを歯部の円板状部分を形作る部分（１４）の裏面側外周端３４に集めるように歯部を形作る部分（５）内を流動する。その結果、射出成形金型３０から取り出された（射出成形後の）射出成形樹脂フェースギヤ１は、歯１５にキャビティ内のガスに起因する成形不良を生じることがなく、歯１５が高精度に成形される。

以上のように、本実施形態の射出成形樹脂フェースギヤ１は、射出成形後における樹脂の収縮（成形収縮）による歯１５の倒れを抑えることができるため、歯車精度が高精度となり、回転伝達精度が向上する。

なお、円板状部分１４の背面１７には、上記したように、円板状部分１４の歯１５に対応する部分と歯底１６に対応する部分との射出成形後における樹脂の収縮（成形収縮）差によって凹み２１が形成されるが、この樹脂の収縮差に起因する凹み２１の他に、規則的又は不規則的な微小凹み（例えば、球の一部を切り取ったような形状の凹み）を形成するようにしてもよい。

また、第１周方向リブ１１ａ，１１ｂ及び第２周方向リブ１２ａ，１２ｂ、円筒状部分１３の内周面等には、図示はしないが、抜きこう配が適宜付けられている。

本発明の射出成形樹脂フェースギヤは、直交する２軸間の動力伝達を可能にするために、駆動側の動力を被動側へ伝達する動力伝達機構に使用される他、直交する２軸間で高精度の回転伝達を行う必要があるセンサ等の回転伝達機構に広く使用することができる。

（ａ）は、本発明の実施形態に係る射出成形樹脂フェースギヤの正面図（図２の射出成形樹脂フェースギヤをＡ方向から見た図）である。（ｂ）は、（ａ）のＢ部を拡大して示す図である。本発明の実施形態に係る射出成形樹脂フェースギヤの側面図（図１のＣ方向から見た図）である。本発明の実施形態に係る射出成形樹脂フェースギヤの背面図（図２の射出成形樹脂フェースギヤをＤ方向から見た図）である。本発明の実施形態に係る射出成形樹脂フェースギヤの断面図であり、図１の射出成形樹脂フェースギヤをＥ−Ｅ線に沿って切断して示す図である。図４のＦ部を拡大して示す図である。図３のＧ部を拡大して示す図である。本発明の実施形態に係る射出成形樹脂フェースギヤの外周端を部分的に拡大して示す図であり、図６のＨ方向から見た図である。本発明の実施形態に係る射出成形樹脂フェースギヤの射出成形状態（射出成形金型のキャビティ内の溶融樹脂の流れ）を模式的に示す図である。従来のフェースギヤの斜視図である。従来のフェースギヤの縦断面図である。

符号の説明

１……射出成形樹脂フェースギヤ、２……軸穴、３……ボス、４……ウェブ、５……歯部、１３……円筒状部分、１４……円板状部分、１５……歯、１６……歯底、１７……背面（他側面）、１９……一端側の端面、２２……他端側の端面、２３……歯先面、２５……円板状部分の外周面、２６……歯の外周面、ＣＬ……回転中心軸

Claims

ボスと、このボスの外周側から径方向外方へ向かって形成された円板状のウェブと、このウェブの外周端に形成された歯部と、を備えた射出成形樹脂フェースギヤであって、
前記歯部は、前記ウェブの外周端に接続された円筒状部分と、この円筒状部分の一端側から径方向外方へ向けて形成された円板状部分と、この円板状部分の一側面が歯底になるように前記円筒状部分の外周側に等間隔で複数形成された歯と、を備えており、
前記ウェブの肉厚をｔ１とし、前記円筒状部分の肉厚をｔ２とし、前記円板状部分の肉厚をｔ３とした場合、０．７・ｔ１≦ｔ２≦１．３・ｔ１、０．７・ｔ１≦ｔ３≦１．３・ｔ１となるように、前記ウェブ、前記円筒状部分及び前記円板状部分が形成され、
前記ウェブと前記円筒状部分との接続部分の全体は、前記円筒状部分の前記一端側の端面とこの一端側の反対側である他端側の端面との間に位置し、且つ、前記円板状部分の他側面と前記円筒状部分の前記他端側の端面に対して回転中心軸が延びる方向に沿ってずれて位置する、
ことを特徴とする射出成形樹脂フェースギヤ。
前記円板状部分の前記他側面と前記円筒状部分の前記一端側の端面とが同一平面上に位置し、前記円板状部分の外周面と前記歯の外周面とが同一周面上に位置し、前記歯の歯先面が前記円筒状部分の前記他端側の端面と同一平面上に位置するようになっており、
前記ウェブの肉厚をｔ１とすると、前記円筒状部分の前記一端側の端面から前記他端側の端面までの前記回転中心軸が延びる方向に沿った長さが３・ｔ１であって、
前記ウェブと前記円筒状部分との接続部分から前記円筒状部分の前記一端側の端面までの前記回転中心軸が延びる方向に沿った長さがｔ１であり、
前記ウェブと前記円筒状部分との接続部分から前記円筒状部分の前記他端側の端面までの前記回転中心軸が延びる方向に沿った長さがｔ１である、
ことを特徴とする請求項１に記載の射出成形樹脂フェースギヤ。