JP6076202B2 - 合成樹脂射出成型品 - Google Patents

Description

本発明は、合成樹脂の射出成形により形成された歯車やプーリーなどの合成樹脂成形品に関する。特に、成形品中央部に軸部（ボスなど）が形成されて、成形品外周部に力伝達部（例えば歯車における歯部など）を有し、力伝達部と軸部の間が円板状のウェブによって接続された合成樹脂成形品に関する。

こうした樹脂歯車やプーリーは、例えば、電子複写装置やプリンター装置などの駆動部品として汎用されるに至っており、こうした利用分野では、印刷の品質を高めるために、樹脂歯車やプーリーには非常に高い寸法精度（例えば外周部の真円度など）が要求されている。そして、こうした樹脂歯車やプーリーは、通常、合成樹脂の射出成形によりその製造が行われており、精度を高めながら効率的にこれら樹脂成形品の製造が行えるように、種々の技術が開発されてきている。

一方、こうした樹脂成形品が、歯車やプーリーなどとして、力やモーメントや運動の伝達に使用される場合も多く、その場合には、伝達されるトルクや、力伝達部にかかる局所的な力に耐えるよう、所定の強度を持たせる必要がある。また、円板状の合成樹脂成形品を射出成形する際に、複数のピンゲートを所定の円上に並べて樹脂の射出を行なうことが多いが、その場合、隣接するピンゲートの間にウェルドが発生しやすい。一般に、ウェルドは強度が弱く、ウェルドを起点として樹脂成形品が破損することがある。

歯車やプーリーに対し、ウェルドの発生箇所を制御して、成形品の強度を高める技術が知られている。
例えば、特許文献１には、外周に歯部を有する樹脂歯車に関し、ゲートの数や位置を調整して、ウェルド（接合部）が歯の山の部分に来るようにして、機械的強度の大きい歯車を成形することが開示されている。

特開平０８−１２１５７４号公報

上記特許文献に開示された技術では、ウェルドを歯の山の部分（歯先部分）に配置するために、ピンゲートの周方向位置を調整していた。一方で、歯車の外周の真円度を高めるため、ゲートを周方向に等間隔で配置したいという要求がある。そのため、上記先行技術によってウェルドの発生位置を制御仕様とすると、歯数がゲート数の倍数になっていない（歯数がゲート数で割り切れない）場合などに、うまくゲート位置が調整できず、図５に示した例のように、ウェルドが歯の山の部分に配置するのが困難となる場合があった。

したがって、本発明の目的は、射出成形により製造される樹脂歯車や樹脂プーリーなどの合成樹脂成形品において、ウェルドの発生位置の調整の自由度を高め、ウェルドが樹脂成形品外周にある力伝達部の凸部に配置された樹脂成形品を提供して、合成樹脂成形品の強度を高めることにある。

発明者は、鋭意検討の結果、ピンゲートを用いる場合であっても、互いに隣接するゲートの半径方向の位置を異ならせることにより、それらゲートの間に生ずるウェルドの周方向位置や角度を変更できることを発見し、本発明を完成させるに至った。

本発明は、樹脂により一体に成形され、回転軸となる軸部と円板状のウェブとを有し、ウェブの外周側に力伝達部が設けられた合成樹脂射出成形品であって、力伝達部には、複数の凸部と凹部とが周方向に交互に設けられており、軸部を囲むように複数のゲート痕がウェブに配置され、周方向に互いに隣接するゲート痕の間に生じた全てのウェルドは、前記力伝達部の凸部を通るように配置されており、少なくとも１組のゲート痕が、周方向に互いに隣接すると共に、一方のゲート痕が他方のゲート痕よりも半径方向内側に位置するように配置され、前記１組のゲート痕の間に生じたウェルドが、ゲート痕よりも外周側において、ウェブの半径方向に対し傾斜している合成樹脂射出成形品である。（第１発明）

第１発明においては、前記１組のゲート痕のうち、内側に配置されるものを第１ゲート痕とし、外側に配置されるものを第２ゲート痕として、第１ゲート痕と第２ゲート痕の間に生じたウェルドが、ウェブの半径方向外側に向かうに従って、周方向で第１ゲート痕の側に近づくように傾斜していることが好ましい（第２発明）。また、第２発明においては、さらに、力伝達部に設けられる凸部の数をＺとし、ウェブに設けられるゲート痕の数をＮとして、ＺがＮで割り切れない数であることが好ましい（第３発明）。また、第３発明においては、さらに、隣接するゲート痕の間の中心角が等分されるように、ゲート痕が周方向に等間隔でウェブに配置されることが好ましい（第４発明）。

あるいは、第１発明においては合成樹脂射出成形品を歯車とし、力伝達部を歯部とし、凸部を歯先に凹部を歯底に対応させることが好ましい（第５発明）。あるいは、第１発明においては、ウェブにはゲート痕が３個〜１０個配置されることが好ましい（第６発明）。

本発明によれば、ゲート痕の半径方向位置を調節することでゲート間に生ずるウェルドの位置や傾きが調整できるので、全てのウェルドが力伝達部の凸部（樹脂歯車においては歯先）を通るようにすることができ、ウェルドの長さを長くすることができて、合成樹脂成形品の強度が向上する。

さらに、第３発明のように、力伝達部の凸部の数Ｚとゲート痕の数Ｎとが、ＺがＮで割り切れない関係にあっても、本発明によれば、全てのウェルドが力伝達部の凸部を通るようにすることができて、合成樹脂成形品の強度向上に寄与できる。また、第４発明のように、ゲート痕が周方向に等間隔に配置されていると、成形品の外周形状の真円度を向上させることもできる。

本発明第１実施形態の樹脂歯車の正面図である。 第１実施形態の樹脂歯車における、ゲートやウェルドの配置を説明する図である。 本発明第２実施形態の樹脂歯車の正面図である。 本発明第３実施形態の樹脂歯車の正面図である。 従来の樹脂歯車のゲート位置とウェルド発生箇所を示す図である。

以下、樹脂歯車を例にして、本発明の実施形態を説明する。図１、図２は、本発明第１の実施形態である樹脂歯車１の形状を示す図である。即ち、第１実施形態においては、合成樹脂成形品は樹脂歯車である。図１には樹脂歯車１の正面図を示す。この樹脂歯車１は、合成樹脂の射出成形により形成され、プリンターやコピー機やメーターなどの歯車伝達機構に用いられる。

樹脂歯車１の外周部には、平歯車の歯部１２が形成されている。歯部１２は、歯車の周方向に沿った力を伝達し、歯車のトルクを伝達する役割を果たす。即ち、第１実施形態においては、樹脂成形品の外周部に設けられて力やトルクを伝達する部分（以下「力伝達部」と記載する）が、歯部１２とされている。本実施形態では、歯部１２の歯数Ｚは１９である。
また、樹脂歯車１の中央部に設けられた軸部には、ボス１３が設けられており、ボス１３の内周面に図示しないシャフトを勘合して樹脂歯車１の回転軸が構成される。軸部（ボス１３）と歯部１２とは、略円板状のウェブ１４により互いに連結され一体化されている。即ち、樹脂歯車（合成樹脂成形品）１は、回転軸となる軸部と円板状のウェブ１３とを有し、ウェブの外周側に歯部１２（力伝達部）が設けられている。

本実施形態においては、ウェブ１４の外周部に形成されている歯部１２は、ウェブの外周に沿うリング状のリムと一体に設けられている。そして、ウェブ１４よりもリムや歯部１２の方が歯車軸方向に厚くなっている。リムをなくして、歯部１２がウェブ１４と歯車軸方向に同じ厚みで設けられるようにしても良い。また、ウェブ１４にリブや肉盗みを設けても良い。リブは放射状や同心円状に設けることができる。また、軸部の構成は、ボス１３を形成する以外に、シャフトをインサート成形したり、軸を樹脂により一体成形したりするなど、他の構成とすることもできる。

ウェブ１４の一方の面には、樹脂歯車１を射出成形する際に樹脂を射出したゲート部分の痕跡（ゲート痕１６１，１６２）が複数あり、ゲート痕１６１、１６２は、ウェブ１４の表面に、軸部１３を取り囲むように配置されている。本実施形態においては、３つのゲート痕１６１，１６２が、歯車中心軸を中心として周方向に等間隔で配置されている。また、ゲート痕のうち、２つのゲート痕１６１は、歯車中心軸を中心とする同じ円上に配置されている。もう１つのゲート痕１６２は、歯車中心軸からの半径方向の距離が、ゲート痕１６１よりも大きくなるように配置されている。すなわち、ゲート痕１６１がゲート痕１６２よりも内側になるように配置されている。以下の説明では、より内側に配置されるものを第１ゲート痕１６１、より外側に配置されるものを第２ゲート痕１６２として説明する。

樹脂歯車（合成樹脂成形品）１には、射出成形の際に生じたウェルド（ウェルドライン）１７が存在する。ウェルド１７は、周方向に互いに隣接するゲート痕の間に、成形品の半径方向に近い角度で延在する。樹脂歯車１においては、全てのウェルド１７，１７が、歯部１２の歯の歯先部分を通るように配置されている。

また、周方向に互いに隣接すると共に、一方が他方よりも半径方向内側に位置するように配置されたゲート痕の組（本実施形態では、第１ゲート痕１６１と第２ゲート痕１６２の組）の間に生じたウェルド１７は、歯車１の半径方向に対し傾いた方向に延在している。そして、特にゲート痕よりも外周側において、ウェルド１７の傾斜が生じている。より具体的には、内側に配置される第１ゲート痕１６１と、外側に配置され第２ゲート痕１６２の間に生じたウェルドは、ウェブの半径方向外側に向かうに従って、周方向で第１ゲート痕１６１の側に近づくように傾斜している。

樹脂歯車１は、射出成形に適した熱可塑性樹脂、例えばポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂やポリアミド樹脂などの汎用合成樹脂や、ポリアセタール樹脂やポリブチレンテレフタレート樹脂などのエンジニアリングプラスチックなどによって成形される。これら樹脂材料に充填材や補強繊維を練りこんでも良い。

樹脂歯車１は、歯車の外形形状に合致したキャビティを形成可能な金型を用いて、キャビティに溶融状態の樹脂を射出する樹脂の射出成形により形成される。樹脂の射出は、成形品のゲート痕１６１、１６２のそれぞれに対応する位置に設けられた複数のピンゲートを通じて行われる。

本発明の作用効果について説明する。本発明においては、隣接するゲート痕１６１、１６２が半径方向に異なる位置に、即ち、一方が他方よりも内側に配置されていることにより、ウェルド１７が半径方向に対し傾くように延在させることができる。それにより、ゲート痕の成形品半径方向の位置を調整することによって、全てのウェルド１７，１７を、ウェルドが歯先１２１を通るように配置することができる。全てのウェルドが歯先部分を通るようにできれば、歯車の強度が高められる。

ゲート痕１６１，１６２の配置とウェルドが発生する位置や傾きについて説明する。
図２は樹脂歯車１において、ゲート痕１６１，１６２とその間に生じたウェルド１７の関係を示す模式図であり、図１の樹脂歯車の左上半分を拡大して示している。また、図５には、従来技術として、ゲート痕Ｇ（射出成形時のゲートに対応）を、同じ円上に周方向に等間隔配置した場合のウェルドＷの位置を示している。

射出成形の際にピンゲートから射出された樹脂は、ウェブを形成するキャビティ内で広がりながら、外周方向及び内周方向に向かって流れていくが、互いに隣接するゲートの間では、おおむね、隣接するピンゲートの間の垂直２等分線に沿って、両側のゲートからの樹脂流が合流し、ウェルドが発生する。従って、従来技術では、図５に示したように、ゲート痕Ｇ，Ｇが同じ円上に配置されていると、ウェルドＷ，Ｗは、その中央位置に、半径方向に沿って（半径方向と平行に）生ずる。すると、図５に例示したように、歯数Ｚが１９で、ゲート数Ｎが３である場合のように、歯数Ｚがゲート数Ｎで割り切れない（即ち、ＺがＮの整数倍になっていない）場合には、一部のウェルドＷは歯先２２１を通るようにゲートＧを配置できても、残りのウェルドＷが歯底２２２を通ってしまうようなことがおこりやすい。

上記第１実施形態の樹脂歯車１のように、隣接するゲート痕の半径方向位置を異なるものとすれば、ウェルドが生ずる方向や位置が調整でき、ウェルドが歯先を通るようにできる。即ち、図２に示したように、仮に、周方向に等間隔で半径方向に同じ円上にゲート痕を配置すると（仮想のゲート痕１６１Ｓ，１６２Ｓ）、生ずるウェルド１７Ｓ（仮想のウェルド）が、半径方向に沿って、歯底１２２を通過するようになってしまうとする（従来技術によるウェルド配置）。

このような場合には、仮想のゲート１６１Ｓ、１６２Ｓの中間部を中心として、ゲートの配置を角度ａだけ回転させた位置に配置する。本実施形態では、反時計回りに角度ａ回転させている。即ち、第１ゲート痕１６１となる側では、仮想ゲート１６１Ｓよりも、ゲート痕１６１を半径方向内側に設け、第２ゲート痕１６２となる側では、仮想ゲート１６２Ｓよりも、ゲート痕１６２を半径方向外側に設ける。すると、これらゲート痕１６１，１６２の間に称するウェルドは、半径方向外側に向かうにつれて周方向で第１ゲート痕の側に近づくように、半径方向に対しおおむね角度ａだけ（反時計回りに）傾いて生ずることになり、歯車外周部におけるウェルドの発生位置も変化して、歯先１２１を通過するようにウェルド１７を傾斜配置できる。
特に、ゲート痕よりも半径方向外側の領域で、ウェルドを半径方向に対し傾けて生じさせることができるので、ゲート痕１６１、１６２の半径方向位置を相対的に変化させるだけで、歯部１２に生ずるウェルドの周方向位置が調整できる。

具体的には、隣接するゲート間に生ずるウェルドの歯車外周の部分の周方向位置を、両ゲート痕の周方向に真ん中の位置よりも、第１ゲート痕１６１側（半径方向内側に位置するゲート痕の側）に寄せて配置できる。

このようにして、互いに隣接するゲート痕の半径方向位置を順次調整していけば、全てのウェルドが歯先を通るようにすることができる。

特に、歯数Ｚがゲート数Ｎで割り切れない（即ち、ＺがＮの整数倍になっていない）場合には、従来技術では一部のウェルドは歯先を通るようにゲートを配置できても、残りのウェルドが歯底を通ってしまいやすいが、本発明によれば、ゲート痕の半径方向位置を調整することにより、歯数Ｚとゲート数Ｎの関係に関わらず、全てのウェルドが歯先を通るようにすることができる。

また、本発明によれば、半径方向位置が互いに異なるようにされたゲート痕１６１，１６２の組の間に生ずるウェルド１７は、半径方向と平行にウェルドが生ずる場合と比べ、ウェルドが斜め配置される分だけウェルドの全長が長くなる。ウェルドの全長が長くなれば、ウェルドにかかる力を分散して負担しやすくなるため、当該ウェルド部分の強度の向上に寄与する。

ゲート痕の周方向配置については、特に限定されるものではないが、上記実施形態に示したように、ゲート痕は、周方向に等間隔に（隣接するゲート痕の間の中心角が等分されるように）配置されることが好ましい。
ゲート痕が周方向に等間隔に配置されていると、樹脂歯車（樹脂成形品）の外周形状の真円度を高めることができる。

なお、本発明においては、必ずしも全ての隣接するゲート痕において半径方向位置が異なっていなければならないわけではなく、隣接するゲート痕の組の中には、半径方向に同じ位置に（即ち同一の円上に）ゲート痕が配置された組（例えば図１におけるゲート１６１とゲート１６１の組）があっても良い。このようにされたゲート痕の組の間では、従来技術と同様に、半径方向と平行にウェルドが発生するので、そのウェルドが歯先１２１を通るようにゲート痕の周方向位置を設定すればよい。

また、本発明においては、ゲート痕が複数、即ち２つ以上設けられるが、特に３個以上のゲート痕が設けられることが好ましい。ゲート痕が３個以上となると、ゲート痕の間の周方向の間隔が小さくなり、ウェルドの発生位置や角度をより正確に調整できる。ゲート痕は、３個以上１０個以下とされることが好ましく、特に、３個〜６個とされることが好ましい。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の改変をして実施することができる。以下に本発明の他の実施形態について説明するが、以下の説明においては、上記実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様である部分についてはその詳細な説明を省略する。

図３には、本発明の第２の実施形態である樹脂歯車２を示す。本実施形態においては、ゲート痕が４つ設けられている点やその具体的配置が、第１実施形態と異なるが、他の点においてはおおむね同様である。本実施形態においては、歯部２２の歯数Ｚは１８個である。４つのゲート痕２７１，２７２は、互いに周方向に等間隔に（周方向に４等分）配置されている。ゲート痕のうち２つ（第１ゲート痕２７１，２７１）は、他の２つ（第２ゲート痕２７２，２７２）よりも、半径方向内側に配置されている。第１ゲート痕と第２ゲート痕とは、周方向に、第１ゲート痕２７１、第２ゲート痕２７２、第１ゲート痕２７１、第２ゲート痕２７２という順番となるように交互に配置されている。

本実施形態においても、互いに隣接するゲート痕の間に生ずるウェルド１７は、全てのウェルドが歯部２２の歯先２２１を通るように配置されている。具体的には、半径方向位置が異なる第１ゲート痕２７１と第２ゲート痕２７２の間のウェルド１７は、半径方向に対し傾いて生じており、いずれも、歯部２２の歯先２２１を通るようにされている。

本実施形態のように、ゲート痕は、４つ以上設けられたものであっても良い。好ましくは、本実施形態や前記第１実施形態のように、ウェブ上のゲート痕の配置が、ウェブ上の軸線に対し鏡像配置に（左右対称な配置に）もしくは回転対称配置にされることが好ましい。このようにされていると、ゲート配置の設計や調整がより簡単に行なわれうる。

図４には、本発明の第３の実施形態である樹脂歯車３を示す。第３実施形態においては、特に、ゲート痕が周方向に等間隔に設けられない点が他の実施形態と異なっている。第３実施形態においては、樹脂歯車３の歯部３２の歯数Ｚは２６とされており、ゲート数Ｎは５つである。５つのゲート痕のうち１つは比較的内側に配置される第１ゲート痕３７１である。また、５つのゲート痕のうち４つは比較的外側に配置される第２ゲート痕３７２、３７２であり、これらゲート痕は、半径方向に同じ位置に（即ち同一の円上に）配置されている。

４つの第２ゲート痕３７２，３７２は、互いに、歯の円ピッチ５個分を隔てるように、かつ、歯車の中心軸と歯底３２２とを結ぶ半径上に設けられている。したがって、これら第２ゲート痕３７２，３７２の間に生ずるウェルドは、歯車の半径方向と平行に生じ、かつ、周方向にゲート痕が位置する歯底から２．５ピッチ先の歯先を通るように配置される。

第１ゲート痕３７１は、隣接する第２ゲート痕３７２、３７２との周方向の間隔が歯の円ピッチ５．５個分を隔てるように配置されている。本実施形態においても、第１ゲート痕３７１と、第２ゲート痕３７２の半径方向位置が異なる位置とされているため、これらゲート痕の間に生ずるウェルドは半径方向に対し傾いた方向に延在し、ウェルド１７の外周側端部が歯部３２の歯先３２１を通るようにすることができる。このように、ゲート痕は、第１実施形態や第２実施形態のように、周方向に等分配置されていても良いが、第３実施形態のように等分配置されていなくてもよい。なお、ゲート痕が周方向に等分配置されているほうが、樹脂歯車（樹脂成形品）の外周の真円度を高める観点からは、より好ましい。

本発明は、射出成形により製造される種々の樹脂製歯車に適用できる。歯車の種類としては、上記実施形態で説明したような平歯車の他に、例えばハスバ歯車や山歯歯車、ウォームホールなど、他の形態の樹脂歯車に対しても、本発明は適用できる。

また、上記実施形態の説明においては、樹脂歯車の歯部の歯数Ｚが、ゲート痕の数Ｎで割り切れない場合を中心に説明したが、本発明は、ＺがＮで割り切れる場合にも応用でき、その場合も、全てのウェルドが歯先を通るようにされ、特定のウェルドが半径方向に対して所定の角度傾いて生ずるようになるので、歯車の強度が高められる。

また、本発明にかかる合成樹脂製成形品は、樹脂歯車に限定されず、他の形態、例えば、外周に力伝達部を供える樹脂プーリーであっても良い。すなわち、本発明は、力伝達部を有する合成樹脂製成形品に適用可能である。本発明は、力伝達部に凸部と凹部が交互に設けられた剛性樹脂成形品に適用できる。合成樹脂成形品が樹脂歯車であれば、歯部の歯先部分が力伝達部の凸部に対応し、歯底部分が力伝達部の凹部に対応する。合成樹脂成形品がコグドベルトに用いられる歯付き樹脂プーリーであれば、コグドベルトに係合する凸部と凹部が連設された部分が力伝達部に対応する。本発明においては、全てのウェルドが力伝達部の凸部を通るように配置することができ、樹脂成形品の強度を向上できる。

本発明によれば、樹脂プーリーや樹脂歯車を射出成形によって成形する際に、全てのウェルドが力伝達部の凸部（歯車でいうところの歯先）を通るようにすることができ、得られる樹脂成形品の強度を向上させることができる。得られる樹脂成形品は歯車伝達機構やベルト伝達機構の構成部品などとして使用することができ、産業上の利用価値が高い。

１ 樹脂歯車（合成樹脂成形品）
１２ 歯部（力伝達部）
１２１ 歯先（凸部）
１２２ 歯底（凹部）
１３ ボス
１４ ウェブ
１６１，１６２ ゲート痕
１７ ウェルド
１６１Ｓ、１６２Ｓ 仮想のゲート痕
１７Ｓ 仮想のウェルド
２，３ 樹脂歯車（合成樹脂成形品）
２２，３２ 歯部（力伝達部）
２２１、３２１ 歯先（凸部）
２２２、３２２ 歯底（凹部）
２７１，３７１ 第１ゲート痕
２７２，３７２ 第２ゲート痕

Claims (6)

1. 樹脂により一体に成形され、回転軸となる軸部と円板状のウェブとを有し、ウェブの外周側に力伝達部が設けられた合成樹脂射出成形品であって、
   力伝達部には、複数の凸部と凹部とが周方向に交互に設けられており、
   軸部を囲むように複数のゲート痕がウェブに配置され、周方向に互いに隣接するゲート痕の間に生じた全てのウェルドは、前記力伝達部の凸部を通るように配置されており、
   少なくとも１組のゲート痕が、周方向に互いに隣接すると共に、一方のゲート痕が他方のゲート痕よりも半径方向内側に位置するように配置され、
   前記１組のゲート痕の間に生じたウェルドが、ゲート痕よりも外周側において、ウェブの半径方向に対し傾斜している合成樹脂射出成形品。
2. 前記１組のゲート痕のうち、内側に配置されるものを第１ゲート痕とし、外側に配置されるものを第２ゲート痕として、
   第１ゲート痕と第２ゲート痕の間に生じたウェルドが、ウェブの半径方向外側に向かうに従って、周方向で第１ゲート痕の側に近づくように傾斜している請求項１に記載の合成樹脂射出成形品。
3. 力伝達部に設けられる凸部の数をＺとし、ウェブに設けられるゲート痕の数をＮとして、ＺがＮで割り切れない数である請求項２に記載の合成樹脂射出成形品。
4. 隣接するゲート痕の間の中心角が等分されるように、ゲート痕が周方向に等間隔でウェブに配置された請求項３に記載の合成樹脂射出成形品。
5. 合成樹脂射出成形品を歯車とし、力伝達部を歯部とし、凸部を歯先に凹部を歯底に対応させた請求項１に記載の合成樹脂射出成形品。
6. ウェブにはゲート痕が３個〜１０個配置された請求項１に記載の合成樹脂射出成形品。

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