JP6471847B2 - 樹脂歯車とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は樹脂歯車とその製造方法に関する。

従来、抄造により繊維強化樹脂からなるシート状樹脂を製造し、該シート状樹脂を複数枚積層して製造される樹脂歯車とその製造方法は公知である（例えば特許文献１、特許文献２）。
こうした従来の樹脂歯車の製造方法によれば、樹脂歯車の軽量化を図ることができるとともに、樹脂歯車とそれに噛合した金属製の歯車が回転される際の騒音を防止することができる。

特開平１１−２２７０６１号公報 特開２０１２−５２６５０号公報

上記従来の製造方法においては、同一材質からなるシート状樹脂を複数枚積層して素形体を成形し、それを加熱しながら軸方向に圧縮して樹脂歯車を製造していたものである。そして、上記シート樹脂としては、例えばフェノール、アラミド繊維、パルプを混合した繊維強化樹脂が用いられていたものである。
ところで、最近は、樹脂歯車の端面が相手部材と摺動する構成のギヤ装置に樹脂歯車が用いられる場合がある。このようなギヤ装置に上述した従来の樹脂歯車を用いると、樹脂歯車の端面は摺動特性が不良な繊維強化樹脂からなるので、樹脂歯車の端面が損傷しやすいという問題がある。

上述した事情に鑑み、第１の本発明は、積層された複数枚のシート状樹脂によって構成された樹脂歯車において、
複数枚のシート状樹脂によって構成された本体部分と、該本体部分の少なくとも一方の端面に積層されたシート状樹脂によって構成された被覆層とを備える樹脂歯車であって、
上記被覆層は、固体潤滑剤が配合された繊維強化樹脂からなり、上記本体部分は、個体潤滑剤を含まない上記被覆層とは材質が異なる繊維強化樹脂からなることを特徴とするものである。
また、第２の本発明は、抄造により複数のシート状樹脂を製造し、その後、上記複数のシート状樹脂を積層して素形体を成形し、その後、該素形体を加熱しながら軸方向に圧縮して樹脂歯車を製造する樹脂歯車の製造方法において、
上記複数のシート状樹脂の材質を異ならせるとともに、上記素形体を、複数枚の個体潤滑剤を含まないシート状樹脂を積層させた本体部分に対し、最上層又は最下層となるシート状樹脂を、固体潤滑剤が配合された繊維強化樹脂から構成した被覆層とすることを特徴とするものである。

上述した構成によれば、樹脂歯車の端面は摺動特性に優れた繊維強化樹脂からなるので、樹脂歯車の端面が相手部材と摺動するようなギヤ装置にも樹脂歯車を用いることができる。そのため、従来と比較して汎用性が高い樹脂歯車を提供することができる。

本発明の一実施例を示す断面図。 図１の要部の拡大図。 図１のＩＩＩ―ＩＩＩ線に沿う断面図。 図１のドリブンギヤの正面図 図４のＶ―Ｖ線に沿う断面図。 図４の要部の正面図。 図４に示す樹脂歯車の製造過程を示す図。 従来技術を示す断面図。

以下、図示実施例について本発明を説明すると、図１ないし図２において、ギヤ装置１はバランスシャフト装置の一部を構成するものであり、このギヤ装置１は図示しないシリンダブロックの下方側に設けられている。なお、バランスシャフト装置の基本構成は上記特許文献１〜特許文献３により公知である。
ギヤ装置１は、図示しないハウジングに回転自在に軸支された回転軸４と、回転軸４のフロント側（図１、図２における左方側）の端部の外周に嵌着されたカバー５と、回転軸４の外周部に相対回転可能に嵌合されるとともにドライブギヤ２に連動して回転されるドリブンギヤ３と、回転軸４とドリブンギヤ３とにわたって設けられたダンパー機構６と、ドリブンギヤ３の回転をカバー５と回転軸４に伝達する回転伝達機構７とを備えている。

回転軸４は金属からなり、この回転軸４は図示しない軸受を介して水平な状態でハウジングに回転自在に軸支されている。この回転軸４の軸方向中央側となる外周部に大径部４Ａが形成されており、この大径部４Ａよりもフロント側となる回転軸４の外周部に、上記ドリブンギヤ３の内周部が回転自在に嵌合されている。ドリブンギヤ３は、回転軸４に対して軸方向に相対変位可能となっている。後に詳述するが、ドリブンギヤ３と回転軸４は円周方向において正逆に相対回転となっており、それらが相対回転する範囲は回転伝達機構７によって所定範囲内に規制されている。
回転軸４におけるリヤ側（図１、図２における右方側）の外周部に図示しないギヤとバランスウエイトが取り付けられている。ドリブンギヤ３により回転伝達機構７を介して回転軸４が回転される際には、回転軸４のリヤ側の外周部に設けられた図示しないギヤとバランスウエイトも回転されるようになっている。また、回転軸４の内部には、軸方向孔とそれに連通する複数の半径方向孔とからなる潤滑油通路１１が形成されている。

ドリブンギヤ３は、軸部側となる略円柱状のインサート部１２と、このインサート部１２を内周部に嵌着された樹脂歯車１３とから構成されており、インサート部１２と樹脂歯車１３は一体となって所定方向に回転されるようになっている。
インサート部１２は金属からなり、そのリヤ側の端面１２Ａの内方側は環状に切り欠いてあり、それによって環状凹部１２Ｂが形成されている。環状凹部１２Ｂの内径は、上記回転軸４の大径部４Ａの外径よりも大径となっている。そのため、回転軸４の大径部４Ａは、環状凹部１２Ｂ内にリヤ側から挿入されるようになっている。そして、環状凹部１２Ｂの底部１２ａとそれに対向する大径部４Ａのフロント側の端面４ａとにわたってダンパー機構６が設けられている。
インサート部１２のフロント側の端面１２Ｃには、フロント側（左方側）へ延びる４箇所の第１係合部１２Ｄが突設されている。第１係合部１２Ｄは四角柱状に形成されており、各第１係合部１２Ｄは端面１２Ｃの円周方向の９０°毎に設けられている。回転軸４のフロント側の端部にカバー５が一体に嵌着されており、このカバー５によって上記インサート部１２の第１係合部１２Ｄが覆われている。
カバー５は金属からなり、このカバー５は、円板状をした半径方向部５Ａと、この半径方向部５Ａの外周部から軸方向のリヤ側（右方側）へ延びる円筒部５Ｂとから構成されている。半径方向部５Ａの内周部を回転軸４のフロント側の外周部に嵌着させてあるので、カバー５と回転軸４とは一体となって回転されるようになっている。円筒部５Ｂの軸方向寸法は、上記インサート部１２の第１係合部１２Ｄの軸方向寸法よりも大きな寸法に設定されている。カバー５の円筒部５Ｂの隣接内方側に各第１係合部１２Ｄが収容されている。
カバー５の半径方向部５Ａと上記回転軸４の大径部４Ａとの間において、ドリブンギヤ３（インサート部１２及び樹脂歯車１３）は、回転軸４と軸方向に相対移動できるとともに、回転軸４とカバー５に対して円周方向に正逆に相対回転できるようになっている。
そして、後に詳述するダンパー機構６によって、ドリブンギヤ３のインサート部１２及び樹脂歯車１３は、回転軸４に対して軸方向のフロント側（左方側）へ常時付勢されている。そのため、樹脂歯車１３のフロント側の端面１３Ａはカバー５の円筒部５Ｂにおけるリヤ側の端面５Ｃに弾接している。つまり、ドリブンギヤ３と回転軸４が円周方向に相対回転される際には、上記カバー５の端面５Ｃの円周方向の全域が樹脂歯車１３の端面１３Ａとが摺動するようになっている。そのため、ドライブギヤ２に連動してドリブンギヤ３が共振された際に、該ドリブンギヤ３の共振をダンパー機構６によって抑制できるようになっている。

図３に示すように、カバー５の円筒部５Ｂの内周面には、円周方向の９０°毎に合計４箇所の第２係合部５Ｄが形成されている。各第２係合部５Ｄは、上記インサート部１２における隣り合う第１係合部１２Ｄ、１２Ｄの間に位置させてあり、各第２係合部５Ｄの両側面と内周部を覆ってストッパゴム１４が装着されている。そのため、ドリブンギヤ３（インサート部１２と樹脂歯車１３）が回転される際に、インサート部１２の第１係合部１２Ｄが回転方向前方側のストッパゴム１４と当接した状態では、ドリブンギヤ３によってカバー５及び回転軸４が回転されるようになっている。他方、図３に示したように、円周方向の前後のストッパゴム１４と第１係合部１２Ｄが当接していない状態では、ドリブンギヤ３のみが回転し、カバー５及び回転軸４は回転されないようになっている。つまり、ドリブンギヤ３から回転軸４に回転は伝達されないようになっている。そして、円周方向で隣り合う一対のストッパゴム１４，１４が隔てた円周方向の範囲内で、ドリブンギヤ３（インサート部１２、樹脂歯車１３）は、カバー５及び回転軸４と円周方向において正逆に相対回転できるようになっている。
上記インサート部１２の第１係合部１２Ｄ、カバー５の第２係合部５Ｄ及びストッパゴム１４によって回転伝達機構７が構成されている。なお、この回転伝達機構７の構成は上記特許文献１〜特許文献３により公知である。

樹脂歯車１３は全体を繊維強化樹脂から構成されており、樹脂歯車１３の歯部は、はす歯歯車から構成されている。樹脂歯車１３は繊維強化樹脂から構成されているので、金属製のドライブギヤ２に連動して樹脂歯車１３が回転される際に騒音が発生しないようになっている。
本実施例においては、樹脂歯車１３のフロント側の端面１３Ａは、カバー５の端面５Ｃの円周方向全域に弾接されて、そこと摺動するようになっている。そのため、本実施例の樹脂歯車１３は、そのフロント側の端面１３Ａの摺動特性を向上させた構成となっている。つまり、図４ないし図６に示すように、樹脂歯車１３のフロント側の端面１３Ａは、固体潤滑剤を配合した繊維強化樹脂からなる被覆層１５によって構成されている。樹脂歯車１３は、上記フロント側の端面１３Ａとなる被覆層１５と、それ以外の本体部分１６とによって構成されている。後に詳述するが、本体部分１６は従来品と同様の繊維強化樹脂によって構成されている。このように、カバー５のリヤ側の端面５Ｃと摺動する樹脂歯車１３のフロント側の端面１３Ａは、摺動特性が良好な被覆層１５からなる。そして、前述したように、樹脂歯車１３の内周部はインサート部１２の外周部に嵌着されており、それらは一体となって回転されるようになっている。

しかして、図２に示すように、本実施例のダンパー機構６は、金属からなる環状の皿ばね１７と、金属からなる環状の平ワッシャ１８と、環状の摺動部材１９によって構成されている。摺動部材１９としては、強化繊維を配合したフェノール樹脂を用いてあり、必要に応じて該フェノール樹脂に二硫化モリブデン、黒鉛を配合しても良く、さらに、タルク、ＰＴＦＥ、マイカを配合しても良い。
そして、それらダンパー機構６の構成部材をリヤ側からフロント側へ順次配置した状態でインサート部１２の環状凹部１２Ｂ内に嵌合させている。そして、その状態のインサート部１２の内周部を回転軸４の外周部にフロント側（左方側）から嵌合させている。それにより、上記回転軸４の大径部４Ａの端面４ａとインサート部１２の底部１２ａとにわたってダンパー機構６を弾装してあり、その後にカバー５の内周部を回転軸５の外周部にフロント側から嵌着させている。
皿ばね１７の内周縁は大径部４Ａの端面４ａに弾接されており、他方、皿ばね１７の外周部は隣接位置の平ワッシャ１８に弾接されている。そのため、平ワッシャ１８を介して摺動部材１９のフロント側の端面は、インサート部１２の環状凹部１２Ｂの底部１２ａに弾接されている。このように、ダンパー機構６によってドリブンギヤ３全体が回転軸４に対して軸方向のフロント側に向けて付勢されているので、樹脂歯車１３の端面１３Ａ（被覆層１５）は、カバー５のリヤ側の端面５Ｃに弾接している（図１、図２参照）。
そして、インサート部１２の第１係合部１２Ｄの端面とそれに対向するカバー５の半径方向部５Ａの端面とは常時離隔しており、また、インサート部１２のフロント側の端面１２Ｃとそれに対向するカバー５の第２係合部５Ｄの端面も常時離隔している。つまり、ともに金属からなるインサート部１２とカバー５は、常に離隔しており、両部材が相互に摺動しない構成となっている。

本実施例のギヤ装置１は以上のように構成されており、クランクシャフトのドライブギヤ２が回転されると、それに連動してドリブンギヤ３も所定方向に回転される。ここで、回転伝達機構７の第１係合部１２Ｄが回転方向前方側のストッパゴム１４に当接した状態であれば、ドリブンギヤ３とともにカバー５及び回転軸４も回転される。
その後、ドライブギヤ２の回転速度の変動にともなって、第１係合部１２Ｄが回転方向前方側のストッパゴム１４に当接した状態と、それから離隔して回転方向後方側のストッパゴム１４に当接した状態とが繰り返されるようになる。その際には、ドリブンギヤ３と回転軸４とが円周方向において正逆に相対回転されるので、カバー５のリヤ側の端面５Ｃとそれに弾接している樹脂歯車１３の端面１３Ａとが円周方向において摺動する。また、ダンパー機構６における摺動部材１９とそれに接触しているインサート部１２の底部１２ｂも摺動する。
このように本実施例においては、カバー５の端面５Ｃと樹脂歯車１３の端面１３Ａとが摺動するが、樹脂歯車１３の端面１３Ａは固体潤滑剤を配合した繊維強化樹脂からなる被覆層１５から構成されている。つまり、樹脂歯車１３の端面１３Ａは耐摩耗性と耐焼き付き性等の摺動特性に優れているので、樹脂歯車１３Ａの端面１３Ａの損傷を抑制することができる。
また、ダンパー機構６の摺動部材１９も耐摩耗性と耐焼き付き性に優れたフェノール樹脂からなるので、ダンパー機構６の摺動部材１９が損傷することも抑制されるようになっている。
また、ダンパー機構６は、皿ばね１７、平ワッシャ１８及び摺動部材１９によって構成されており、ドリブンギヤ３の樹脂歯車１３の端面１３Ａとカバー５の端面５Ｃの円周方向全域が弾接した状態で摺接することにより、ドリブンギヤ３の共振を効果的に抑制することができる。そして、ダンパー機構６の構成部材である皿ばね１７及び平ワッシャ１８は金属からなるので、それらは熱や油による劣化が少ない。したがって、本実施例によれば、熱劣化と油劣化を良好に抑制可能なダンパー機構６を提供することができ、従来と比較して寿命が長いダンパー機構６を備えたギヤ装置１を提供することができる。
さらに、本実施例においては、ともに金属からなるカバー５とインサート部１２とが相互に摺動することはないので、それらの摺動による焼き付きの恐れもなく、摩耗粉の発生の恐れもない。

前述したように、樹脂歯車１３のフロント側の端面１３Ａは、固体潤滑剤を配合した繊維強化樹脂による被覆層１５から構成されている（図５、図６参照）。
ここで、本実施例における樹脂歯車１３の製造方法について説明する。すなわち、先ず、フェノール樹脂粉末、アラミド繊維等を水に分散して、抄造して得られたシート状樹脂Ｓ１を製造し、該シート状樹脂Ｓ１を歯車状に切断する。本実施例では、樹脂歯車１３の本体部分１６としては、フェノール樹脂粉末、アラミド繊維等を水に分散して、抄造して得られたシート状樹脂Ｓ１を用いる。他方、端面１３Ａとなる被覆層１５としては、抄造によって固体潤滑剤を配合した繊維強化樹脂のシート状樹脂Ｓ２を製造し、そのシート状樹脂Ｓ２を歯車状に切断する。上記固定潤滑剤としては、本実施例では、例えばグラファイト、二硫化モリブデン、タルク、ＰＴＦＥ、マイカのいずれかを用いる。
その後、図７に示すように、本体部１６となる複数の歯車状のシート状樹脂Ｓ１を軸方向（図面上の上下方向）に積層し、その後に最上層のシート状樹脂Ｓ１の上から被覆層１５となるシート状樹脂Ｓ２を積層して平歯歯車状の素形体２１を成形する（図７参照）。つまり、素形体２１の最上層のシート状樹脂Ｓ２は、固体潤滑剤が配合されたシート状樹脂からなる。なお、図７における最下層となるシート状樹脂として固体潤滑剤が配合されたシート状樹脂を用いてもよい。
この後、この素形体２１を内周部及び外周部の形状を図示しない金型によって拘束した状態において、加熱しながら図示しない押圧部材により軸方向（図面上の上下方向）に圧縮成形することにより、はす歯歯車状の樹脂歯車１３を製造する。このようにして、フロント側の端面１３Ａが被覆層１５からなる上記樹脂歯車１３が製造される。なお、抄造して得られた複数のシート状樹脂を積層して樹脂歯車を製造する方法は例えば特開２０１２−５２６５０号公報によって公知である。
このような本実施例の樹脂歯車１３の製造方法によれば、相手部材（カバー５）と摺動する端面１３Ａは被覆層１５からなり、該被覆層１５は固体潤滑剤を配合された繊維強化樹脂からなる。この端面１３Ａ（被覆層１５）は耐摩耗性及び耐焼き付き性等の摺動特性に優れているので、カバー５の端面５Ｃと樹脂歯車１３の端面１３Ａが摺動しても、端面１３Ａが損傷することを防止することができる。
このように本実施例の樹脂歯車１３とその製造方法によれば、端面１３Ａが相手部材（カバー５）と摺動する構成の上記ギヤ装置１にも樹脂歯車１３を用いることができる。そのため、従来と比較して汎用性が高い樹脂歯車１３を提供することができる。

なお、上記実施例におけるダンパー機構６は皿ばね１７と平ワッシャ１８及び摺動部材１９とから構成されているが、摺動部材１９と平ワッシャ１８のいずれか又は両方を省略しても良い。つまり、少なくとも皿ばね１７を有するダンパー機構６を採用すれば良い。そのような構成であっても上述した実施例と同様の作用・効果を得ることが可能である。
また、上記実施例においては、樹脂歯車１３をバランスシャフト装置のギヤ装置１に用いた場合について説明しているが、その他のギヤ装置の構成部材として上記樹脂歯車１３を用いることができる。

１３‥樹脂歯車 １３Ａ‥端面
１５‥被覆層 １６‥本体部分
２１‥素形体
Ｓ１‥シート状樹脂 Ｓ２‥シート状樹脂

Claims (4)

1. 積層された複数枚のシート状樹脂によって構成された樹脂歯車において、
   複数枚のシート状樹脂によって構成された本体部分と、該本体部分の少なくとも一方の端面に積層されたシート状樹脂によって構成された被覆層とを備える樹脂歯車であって、
   上記被覆層は、固体潤滑剤が配合された繊維強化樹脂からなり、上記本体部分は、個体潤滑剤を含まない上記被覆層とは材質が異なる繊維強化樹脂からなることを特徴とする樹脂歯車。
2. 上記固体潤滑剤は、グラファイト、二硫化モリブデン、タルク、ＰＴＦＥ、マイカのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の樹脂歯車。
3. 抄造により複数のシート状樹脂を製造し、その後、上記複数のシート状樹脂を積層して素形体を成形し、その後、該素形体を加熱しながら軸方向に圧縮して樹脂歯車を製造する樹脂歯車の製造方法において、
   上記複数のシート状樹脂の材質を異ならせるとともに、上記素形体を、複数枚の個体潤滑剤を含まないシート状樹脂を積層させた本体部分に対し、最上層又は最下層となるシート状樹脂を、固体潤滑剤が配合された繊維強化樹脂から構成した被覆層とすることを特徴とする樹脂歯車の製造方法。
4. 上記固体潤滑剤は、グラファイト、二硫化モリブデン、タルク、ＰＴＦＥ、マイカのいずれかであることを特徴とする請求項３に記載の樹脂歯車の製造方法。

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