JP7483505B2 - 複合歯車、カートリッジ、画像形成装置、成形型、および複合歯車の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複合歯車、カートリッジ、画像形成装置、成形型、および複合歯車の製造方法に関する。

樹脂製の歯車は、複写機、プリンター等のＯＡ機器、インクカートリッジ等の消耗品、デジタルカメラやビデオカメラ等の小型精密機器のような広い範囲の機械製品に動力伝達部品として組み込まれている。従来、高精度な動力伝達部品としての樹脂製歯車には歯先円寸法や噛合い誤差（日本歯車工業会規格ＪＧＭＡ １１６－０２）や歯すじ等級（ＩＳＯ１３２８を基とするＪＩＳ Ｂ １７０２）の精度規格がその用途と目的に応じて設定されている。特に、高品質な機械製品に用いられる樹脂製歯車では、これら精度規格の幅を小さく設定して品質を高めたものが多い。

しかし、近年のカラープリンターやカラー複写機は高品質だけでなく、駆動時の低騒音性能や印字性能の高度化など機能面の向上も併せて求められるようになってきている。これらの機器の場合、従来のように歯車の精度規格幅を小さく設定する方法だけは要求を満足することが困難であり、歯車の回転伝達精度（ＪＩＳ Ｂ １７０２－３附属書 １）などの動的精度も高めることが必要になる。

例えば傾斜させた歯を有する斜歯（はすば）歯車などの場合、回転伝達精度が悪化する事象として、（１）歯車歯面精度の不良、（２）歯車支持部の不良、（３）回転駆動時における歯車の変形、といった問題が知られている。

これら問題の内、（１）は、例えば歯面に与えられた規格が使用環境に適していないか、成形加工時の樹脂収縮に伴う形状悪化などに起因するものと考えられる。（２）は例えば歯車の支持軸が回転軸に対して偏芯あるいは傾いていることにより生じると考えられる。（３）は歯車を実際に機械製品に組み込み、特定の回転速度で回転させたときに発生するトルクなどによって引き起こされる、と考えられる。上記の（１）、（２）の場合では、歯車に対して歯すじ誤差精度（ＪＩＳ Ｂ １７０２）や同軸度などの諸規格を設定し、その規格に収まる歯車を採用することで管理することが可能である。一方、（３）は歯車の動的環境によって生じる問題のため、（１）、（２）のような静的環境下における精度規格では回避するのが難しい場合がある。

例えば、図１３（ａ）、（ｂ）に示すような樹脂製歯車７０は、傾斜した歯７１（はす歯）が形成された円環状のリム７２と、歯車の中心に配設された回転支持部７４とがウェブ７９で接続されている。回転支持部７４は円筒状で、内径部８１と外径部８２および８３から成る。回転支持部の構造は、機械製品の構成によって違い、内径部８１に樹脂製あるいは金属製のシャフトを嵌合させて支持する、外径部８２または８３、あるいは両方を軸受として支持する、などの構成がある。

通常、このような樹脂製歯車７０を回転駆動させるとトルクが発生するため回転支持部７４にねじりモーメントが生じる。また、樹脂製歯車７０が傾斜した歯７１を有する場合では、歯のねじれ成分によってスラスト方向へ分力が発生する。つまり複数の力成分が回転支持部の軸周りで発生することになる。

従来、この種の樹脂製歯車はポリアセタールなどの摺動性が良く、機械的強度が大きい樹脂材料を用いて形成されていた。しかし、近年の機械製品の高機能化などにより樹脂製歯車にかかる力が大きくなり、回転支持部への負荷が増大しているため変形が度々問題となっている。そこで、近年では回転支持部を高剛性な合成樹脂で形成し、歯車は従来通りのポリアセタール等で形成した複合歯車が提案されている。

例えば、図１４（ａ）、（ｂ）、図１５（ａ）～（ｃ）は、二種類の材料で形成された複合歯車４０の従来構成を示している。この複合歯車４０は、高剛性な合成樹脂で形成された回転支持部６１を有する第１の部材６０（図１４（ａ））と、歯部９１を含む第２の部材９０（図１４（ａ）、図１５（ａ）～（ｃ））から成る。第２の部材９０は、前記第１の部材よりも柔らかい合成樹脂から形成され、前記第１の部材の外周を覆うよう第１の部材６０と一体化される。

図１４（ａ）、（ｂ）、図１５（ａ）～（ｃ）の複合歯車４０において、第１の部材６０の回転支持部６１は内径穴６２と外径部６３および６４を有する。また、回転支持部６１の外周側には第２の部材で覆われる内側ウェブ６５が配設されている。第２の部材９０には、図１５（ｂ）、（ｃ）に示すように前記内側ウェブ６５を覆う外側ウェブ９２が配設されている。このように、第１の部材６０を高剛性材料から形成することにより回転駆動時に発生するねじりモーメントやスラスト分力による変形を抑制することができ、前述した（３）の問題を最小限に留めることができる。さらに、第２の部材９０に摺動性の良い合成樹脂を用いることで歯車に必要な回転潤滑性も得られる。

このような複合歯車４０は、第１の部材６０による回転支持部と、第２の部材９０の歯車部は強固に結合していなければならない。従来では、第１の部材６０と第２の部材９０を別々に製作し、その後、締結や圧入で両者を組み合わせる製造方法が用いられることがあった。しかし、この手法では、組み付け時の誤差によって精度が低下しやすく、さらに製造に伴う装置、部品、労働力、時間も余分に必要となる問題があった。

そこで、他の製造方法として、第１の部材を金型にインサートし第２の部材を射出成形することで二つの部材を完全に密着させる方法が提案されている。この手法によると、第１の部材と第２の部材に相溶性が無いと剥離してしまう可能性があるため、図１４（ａ）、（ｂ）、図１５（ａ）～（ｃ）の複合歯車のように第１の部材を第２の部材で挟持させる構造を取る。また、回転時に生じるトルクで位相ずれが生じないように、第１の部材の内側ウェブ６５の最外周に凹凸部６７を付加して回転方向の密着強度も確保する。いずれにしても、この種の複合歯車はスラスト方向と回転方向両方の密着強度が必要となる。

例えば、特許文献１では軸方向に凹溝を有したインサート部材の外周に合成樹脂からなる歯部を一体成形し、剛性と精度を両立させる構成が提案されている。また、特許文献２では凹凸部が形成された円盤部が回転軸に設けられ、歯車をこの円盤部全体を覆うように成形し、回転軸と歯車間の固着強度を向上させる構成が提案されている。また、特許文献３では樹脂製歯車の側面に設けられた凸部と金属板側面に設けられた穴部とを係合させることにより、剛性を確保する構成が提案されている。

特開２０１０－１３９０４１号公報 特開２００３－２１２２４号公報 実開平４－１２４６２８号公報

しかしながら、上記のような複数の異種材料からなる複合歯車は部材間の結合を強固にするほど、寸法変化による割れの発生が問題になることがある。この種の製品において、歯車部は摺動性のよいポリアセタールなどの結晶性樹脂で製造されることが多い。例えばポリアセタールのような結晶性樹脂は摺動性を得やすい反面、成形後も分子の結晶化が進み続けるため、経時収縮量が大きい。そのため、この種の結晶性樹脂を歯車部に用いた複合歯車は、収縮量の違いから歪が生じやすくなる傾向がある。例えば、図１４（ａ）、（ｂ）、図１５（ａ）～（ｃ）に示すような複合歯車では、回転軸部を構成する第１の部材６０にポリブタジエンテレフタレートなどを用いた繊維強化樹脂を、第２の部材９０にポリアセタール樹脂を使用する場合がある。その場合、ポリアセタール樹脂の収縮率が１．６～２．０％であるのに対して、ポリブタジエンテレフタレートなどを用いた繊維強化樹脂では収縮率は０．２～０．８％程度、と大きく異なる。このため、図１４および１５の構造では、第１の部材６０の内側ウェブ６５を覆うように第２の部材９０の外側ウェブ９２が形成されているため、第１の部材６０が第２の部材９０の収縮を阻害する関係が形成される。そして、上記のような材質選定によると、第２の部材９０の機械的強度のほうが、第１の部材６０よりも弱いため経時収縮が進むと第２の部材９０で歪が大きくなって、割れが発生することがある。

通常、経時収縮は、常温の生活環境下では比較的ゆっくりと進むため、割れが生じるのに数十年から数百年を要し問題になる可能性は低い。しかしながら、歯車が用いられる機器によっては、周囲温度が高い環境で使用される場合があり、その場合には経時収縮の速度が加速され、数年で割れが生じることがある。

上記の特許文献１は、軸方向に凹溝を有したインサート部材の外周に合成樹脂からなる歯部を一体成形することで剛性と精度を両立させる構成を提案しているが、二つの材料の収縮差によって生じる歪の抑制に関する対策は行われていない。

特許文献２は、凹凸部が形成された円盤部が回転軸に設けられ、歯車をこの円盤部全体を覆うように成形し、回転軸と歯車間の固着強度を向上させる構成を提案しているが、やはり収縮差による歪の抑制に関する対策は行われていない。

また、特許文献３は、樹脂製歯車の側面に設けられた樹脂製歯車の側面に設けられた凸部と金属板側面に設けられた穴部とを係合させることにより、剛性を確保する構成を提案している。そして、この凸部と、穴部との係合部にクリアランスを設定することによって経時収縮の割れを抑制することが開示されている。しかしながら、剛性確保用の金属板金は樹脂材平面部の片側面に設置されているだけで、スラスト方向には強固に結合しているとは言い難く、クリアランスがあることが相まって使用時に両者が分離する可能性がある。以上のように、従来技術では、歯車を異種材料からなる２部材で構成する場合、これら２部材間の結合力確保と収縮差から生じる割れの抑制の両立は困難であった。

本発明の課題は、上記の問題に鑑み、経時収縮による割れなどの破損の可能性を低減できる複合歯車、カートリッジ、画像形成装置、成形型、および複合歯車の製造方法を提供することにある。

本発明の一態様は、回転軸部と、前記回転軸部から径方向に広がる円盤状のウェブと、を有する第１の部材と、外周に少なくとも一つ以上の噛合歯を有し、前記ウェブに支持されて前記第１の部材の外周を囲むように設けられている第２の部材と、を備えた複合歯車であって、前記第１の部材の最外周面が前記第２の部材との間に径方向の空間を有し、前記第２の部材の最内周面が前記第１の部材との間に径方向の空間を有し、前記第１の部材及び前記第２の部材の少なくとも一方が、前記第１の部材及び前記第２の部材の他方を前記回転軸部の軸方向の両側から挟持するように形成されている、複合歯車である。

本発明の他の一態様は、複合歯車の製造に用いられる成形型において、前記複合歯車は、回転軸部と、前記回転軸部から径方向に広がる円盤状のウェブと、を有する第１の部材と、外周に少なくとも一つ以上の噛合歯を有し、前記ウェブに支持されて前記第１の部材の外周を囲むように設けられている第２の部材と、を備え、前記第１の部材の最外周面が前記第２の部材との間に径方向の空間を有し、前記第２の部材の最内周面が前記第１の部材との間に径方向の空間を有し、前記第１の部材及び前記第２の部材の少なくとも一方が、前記第１の部材及び前記第２の部材の他方を前記回転軸部の軸方向の両側から挟持するように形成されており、前記成形型は、第１の固定金型と、第２の固定金型と、移動金型と、を有し、前記移動金型が前記第１の固定金型に対向している状態で前記第１の部材が成形され、前記第１の部材が成形された後に前記移動金型が前記第２の固定金型に対向する位置に移動した状態で、前記第１の部材と一体になるように前記第２の部材が成形されるように構成されている、成形型である。

本発明のさらに他の一態様は、回転軸部と、前記回転軸部から径方向に広がる円盤状のウェブと、を有する第１の部材を成形する第１の工程と、第１の工程で成形された前記第１の部材を成形型に収容し、外周に少なくとも一つ以上の噛合歯を有する第２の部材を、前記ウェブに支持されて前記第１の部材の外周を囲むように形成する第２の工程と、を含み、前記第２の工程において、前記第１の部材の最外周面が前記第２の部材との間に径方向の空間を有し、前記第２の部材の最内周面が前記第１の部材との間に径方向の空間を有し、前記第１の部材及び前記第２の部材の少なくとも一方が、前記第１の部材及び前記第２の部材の他方を前記回転軸部の軸方向の両側から挟持するように、前記第２の部材を形成する複合歯車の製造方法である。

本発明によれば、経時収縮による割れなどの破損の可能性を低減できる。

実施形態に係る複合歯車を示したもので、（ａ）は回転軸部を構成する第１の部材の斜視図、（ｂ）は外周に噛合歯を備えた第２の部材を含む複合歯車全体の斜視図である。 （ａ）～（ｃ）は実施形態に係る複合歯車の構成を示した説明図である。 （ａ）～（ｃ）は実施形態に係る複合歯車の構成を示した説明図である。 （ａ）、（ｂ）は実施形態に係る複合歯車を形成する成形型の構成および動作を示した説明図である。 （ａ）～（ｃ）は実施形態に係る複合歯車の収縮後の状態を示した説明図である。 （ａ）～（ｃ）は実施形態に係る複合歯車の収縮後の状態を示した説明図である。 （ａ）～（ｃ）は実施例２に係る複合歯車の構成を示した説明図である。 （ａ）～（ｃ）は実施例３に係る複合歯車の構成を示した説明図である。 （ａ）～（ｃ）は実施例４に係る複合歯車のゲート痕の位置を示した説明図である。 （ａ）、（ｂ）は実施例５に係る複合歯車の構成を示した説明図である。 （ａ）～（ｃ）は実施例６に係る複合歯車の構成を示した説明図である。 （ａ）、（ｂ）は実施例７に係る複合歯車を形成する成形型の構成および動作を示した説明図である。 （ａ）、（ｂ）は従来の一種類の合成樹脂で形成された歯車の構成を示した説明図である。 従来の歯車において、（ａ）は回転軸部を構成する第１の部材の斜視図、（ｂ）は外周に噛合歯を備えた第２の部材を含む歯車全体の斜視図である。 （ａ）～（ｃ）は従来の複合歯車の構成を示した説明図である。 （ａ）は従来の複合歯車の収縮時に生じる応力分布を示した説明図、（ｂ）は実施形態に係る複合歯車の収縮時に生じる応力分布を示した説明図である。 実施形態に係る複合歯車が回転駆動時に生じる応力分布を示した説明図である。 実施形態に係るカートリッジを用いた画像形成装置の構成を示した説明図である。 実施形態に係るカートリッジの構成を示した斜視図である。 （ａ）、（ｂ）は実施形態に係る複合歯車の変形例を示した説明図である。 （ａ）～（ｃ）は実施形態に係る複合歯車の変形例を示した説明図である。 （ａ）～（ｃ）は実施形態に係る複合歯車の変形例を示した説明図である。 （ａ）～（ｇ）は実施形態に係る複合歯車の変形例を示した説明図である。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す構成はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、可能な数値設定の一例である。

図１（ａ）～図４（ｂ）は本実施形態の複合歯車、および複合歯車を成形する成形型（金型）の構成を示している。このうち、図１（ａ）～図３（ｃ）は本実施形態の複合歯車１０の構成を示している。図１（ａ）は、複合歯車１０（図１（ｂ））の回転軸部を構成する第１の部材５０の斜視図の形式で示している。図２（ｂ）は、図２（ａ）（複合歯車１０の上面図）のＡ－Ａ線の断面矢視に相当し、複合歯車１０の回転支持部５１の中心軸に対して平行な断面を示している。図２（ｃ）は、図２（ｂ）の一点鎖線で示した円内の断面構造を詳細に示している。図３（ｂ）は、図３（ａ）（複合歯車１０の側面図）のＢ－Ｂ線の断面矢視に相当し、図３（ｃ）は、図３（ｂ）の一点鎖線で示した円内の断面構造を詳細に示している。

また、図１９は本実施形態の複合歯車を利用する画像形成用のカートリッジ１０２０の構成を、図１８は図１９のカートリッジ１０２０を着脱して用いる画像形成装置１０１０の構成を示している。本実施形態の複合歯車は、例えばカートリッジ１０２０の伝達部材１００（図１９）の部分に、用いられる。本実施形態の複合歯車は、駆動軸１００２を介して画像形成装置本体１００１側の動力をカートリッジ１０２０内の機構に伝達するよう配置される。以下では、まず図１８、図１９を参照して、画像形成装置１０１０およびカートリッジ１０２０の構成と動作につき説明しておく。

図１８に示すように、画像形成装置１０１０は、電子写真方式を採用するフルカラープリンタである。画像形成装置１０１０は、画像形成部１０１１と、シートＳを搬送する搬送部１０１２とを備える。画像形成機構としての画像形成部１０１１は、複数（本実施形態では４個）のカートリッジ１０２０を中間転写ベルト１０２７の走行方向に並べた、所謂タンデム型の構成を有する。各カートリッジ１０２０は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像をそれぞれ形成する画像形成装置用のプロセスカートリッジである。

画像形成装置本体１００１には、複数のカートリッジ１０２０が着脱可能に装着される。ここで、各カートリッジ１０２０の構成は同様であるため、以下、図１８中の左端のカートリッジ１０２０について説明し、他のカートリッジについては、符号及び説明を省略する。

カートリッジ１０２０は、感光ドラム１０２１、帯電ローラ１０２２、現像装置１０２３、ドラムクリーナ１０２４を備えている。感光ドラム１０２１は、画像形成装置本体１００１に配置された不図示のドラムモータによって、所定のプロセススピードで回転駆動される。感光ドラム１０２１の表面は、帯電ローラ１０２２により均一に帯電される。帯電された感光ドラム１０２１の表面には、スキャナユニット１０２５により、画像情報に基づいてレーザービームが照射されることで静電潜像が形成される。感光ドラム１０２１上の静電潜像は、現像装置１０２３によりトナーを付着させてトナー像として現像される。感光ドラム１０２１上のトナー像は、一次転写ローラ１０２６と感光ドラム１０２１との間に一次転写バイアスが印加されることで、中間転写ベルト１０２７に一次転写される。転写後に感光ドラム１０２１に残った転写残トナーは、ドラムクリーナ１０２４により除去される。

このような工程が各カートリッジ１０２０で実行されることで、各カートリッジ１０２０の感光ドラム１０２１上に形成された各色のトナー像が、中間転写ベルト１０２７上に重ねて転写され、中間転写ベルト１０２７上にフルカラーのトナー像が形成される。中間転写ベルト１０２７上のトナー像は、中間転写ベルト１０２７と二次転写ローラ１０２８とで構成される二次転写部により、搬送部１０１２により搬送されたシートＳに二次転写される。転写後に中間転写ベルト１０２７に残ったトナーは、ベルトクリーナ１０２９により除去される。

搬送部１０１２は、複数の搬送ローラで構成されており、カセット１０１３に収容されたシートＳをピックアップして、画像形成部１０１１の二次転写部に搬送する。二次転写部へのシートＳの搬送は、レジストレーションローラ対１０１４により中間転写ベルト１０２７上のトナー像とタイミング合わせて行われる。二次転写部でトナー像が転写されたシートＳは、定着装置１０３０で加熱及び加圧されることでトナー像が定着される。トナー像が定着されたシートＳは、排出トレイ１０３１に排出される。

図１９は、第１実施形態に係る画像形成装置本体１００１に装着されるカートリッジ１０２０の斜視図である。感光ドラム１０２１は、長手方向（±Ｚ方向）に延びる例えばアルミニウムの円筒部材と、円筒部材の表面に形成された感光層とを有する。感光ドラム１０２１の長手方向の端部には、画像形成装置本体１００１の不図示のドラムモータの回転力が伝達される伝達部材１００が取り付けられている。伝達部材１００は、ユーザがカートリッジ１０２０を画像形成装置本体１００１に着脱することにより、画像形成装置本体１００１側の駆動軸１００２に係合又は係合解除するように構成されている。例えば、カートリッジ１０２０を画像形成装置本体１００１に装着する場合には、図１９中、伝達部材１００と画像形成装置本体１００１側の駆動軸１００２とを同軸に揃えながら、ユーザはカートリッジ１０２０を＋Ｚ方向に移動させて伝達部材１００を駆動軸１００２に係合させる。また、カートリッジ１０２０を画像形成装置本体１００１から取り外す場合には、図１９中、ユーザはカートリッジ１０２０を－Ｚ方向に移動させて伝達部材１００を駆動軸１００２から係合解除させる。

再び図１（ａ）～図３（ｃ）において、本実施形態の複合歯車１０は、高剛性の樹脂で形成された第１の部材５０を備える。この第１の部材５０は、複合歯車１０の回転軸部を構成するもので、円筒形状の回転支持部５１を有する。また、複合歯車１０は、前記第１の部材よりも柔らかい合成樹脂で形成された第２の部材３０を備える。この第２の部材３０は、第１の部材５０の外周を覆い、最外周面に少なくとも歯部３１（噛合歯）を備える。本明細書において、第１の部材５０と第２の部材３０が接触している部分を接続部と称する。また、特に断らない限り、複合歯車１０に関して、「回転軸方向」は回転支持部５１の回転軸の方向を表す。「周方向」は回転支持部５１の回転軸を中心とする回転方向を表し、「放射方向radial direction」及び「内径方向inward-radial direction」は回転支持部５１の回転軸を中心とした方向を表す。

図１（ａ）～図３（ｃ）に示すように、第１の部材５０の回転支持部５１は、回転軸部を構成し、内径穴５２と外径部５３（図２（ｂ））、５４を有する。回転支持部５１の外周には、第２の部材３０と結合される円盤状の内側ウェブ５５が配設される。

本実施形態の内側ウェブ５５には、貫通穴５７が設けられている（図２（ａ）、（ｃ））。貫通穴５７は、回転支持部５１の回転軸を中心からほぼ同じ距離にある周上に複数、配置される。本実施形態では、貫通穴５７は、例えば図３（ｂ）、（ｃ）などに示すように、いわゆる扇面形状を有する。

本実施形態では、貫通穴５７を画成する２つの側縁部５８、５８は、円周方向に対向し、歯車回転中心に対して放射方向ｂ１（径方向）と実質的に平行な向きを持つ。第２の部材３０は、第１の部材５０の貫通穴５７を介して内側ウェブ５５を挟持する外側ウェブ３２を備える。詳しくは、外側ウェブ３２は、第１フランジ３２ａと、貫通部３２ｂと、第２フランジ３２ｃと、を有している。第１フランジは、外周側に歯部３１が形成されている環状のリム３１ｒから回転支持部５１の回転軸に向かって内径方向に広がっている部分である。貫通部３２ｂは、第１フランジ３２ａ内周端から回転軸方向に延びて貫通穴５７を貫通し、第２フランジ３２ｃに接続している。第２フランジ３２ｃは、貫通部３２ｂから貫通穴５７の外周縁部５７ｂよりも外周側に広がっている。このように、第２の部材３０の外側ウェブ３２は、回転軸方向において第１フランジ３２ａと第２フランジ３２ｃとの間に内側ウェブ５５の外周縁部５７ｂを挟持するように形成されている。言い換えると、第２の部材３０に設けられた第１フランジ３２ａ及び第２フランジ３２ｃは、第１の部材５０の一部を軸方向の両側から挟持する挟持部として機能する。

第２の部材３０は、例えば成形済みの第１の部材５０に対して２色成形を行うことにより、第１の部材５０と一体化した状態で形成される。その際、第２の部材３０は、貫通穴５７に関しては貫通穴５７の内周側に空間を残して第１の部材５０の内側ウェブ５５を貫通し、内側ウェブ５５を表裏から挟持するよう形成される。また、第２の部材３０が成形される時、第１の部材５０の内側ウェブ５５の最外周面５５ａの外側には、第２の部材３０のリム３１ｒの内周面３１ｒａとが接触しない空間が形成されるよう２色成形を行う。

即ち、本実施形態では、図３（ｃ）に示すように、上記の２つの個所において、第１の部材５０の外径側の部位と、第２の部材３０の内径側の部位は接触せず、空間ａ１、ａ２が形成される。空間ａ１は、径方向に所定の距離を空けて互いに対向している、第１の部材５０の貫通穴５７の内周縁部５７ａと第２の部材３０の貫通部３１ｂとの間の空間である。空間ａ２は、径方向に所定の距離を空けて互いに対向している、第１の部材５０の最外周面５５ａと第２の部材３０のリム３１ｒの内周面３１ｒａとの間の空間である。第１の部材５０はポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド、ナイロンなどの比較的、高剛性な合成樹脂材料（第１の樹脂材料）を用いて製作される。第２の部材３０は、第１の樹脂材料とは異なる第２の樹脂材料を用いて製作され、例えばポリアセタール樹脂（コポリマー）等の比較的摺動性の高い樹脂材料を用いることができる。

図４（ａ）、（ｂ）は、本実施形態において複合歯車１０を形成する成形型の一例を示している。金型１はＤＳＩ（Ｄｉｅ Ｓｌｉｄｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）のような手法により、第１の部材５０および第２の部材３０を射出成形し複合歯車１０を形成するために用いられる。この例では、金型１は固定側（ゲート側）の金型２と、移動駒４を有した可動側（反ゲート側）金型３とから成る。移動駒４は第１の部材５０が成形された後、第１の部材５０と共に第２の部材３０を成形する位置に金型内で移動することができる。

移動金型としての移動駒４は固定側の金型２の左半部（第１の固定金型）とともに第１の部材５０を成形する第１の成形部を構成し、移動駒４は固定側の金型２の右半部（第２の固定金型）とともに第２の部材３０を成形する第２の成形部を構成する。

図４（ａ）は、金型１において移動駒４が第１の部材５０を成形する位置にあり、第１の部材５０が成形する状態を示している。図４（ｂ）は移動駒４が第２の部材３０を成形する位置に移動しており、この位置で第２の部材３０が成形する状態を表した図である。

即ち、この金型は、第１の部材を成形する第１の成形部と、第２の部材を成形する第２の成形部と、が単一の金型内に配置された構成である。そして、金型の可動側に設置された第１の成形部は、第１の部材の成形後に第１の部材と共に第２の成形部に対向する位置に移動し、第１の部材と第２の部材とが一体化するように第２の部材を成形する。

図１（ａ）～図３（ｃ）に示すような本実施形態と、図１４（ａ）～図１５（ｃ）に示す従来例と比較すると、第１の部材にある内側ウェブと第２の部材にある外側ウェブの構成が異なっている。前述のように、複合歯車の第１の部材と第２の部材は強固に結合していることが好ましく、内側ウェブと外側ウェブとは挟持によって結合されている必要がある。

また、歯車の駆動トルクで回転方向に位相ずれしないよう、第１の部材にアンカー形状を設け、第２の部材との接合強度を確保する必要がある。本実施形態と従来例はウェブの構成に大きな違いはあるものの、内側ウェブが外側ウェブに挟持されている点は共通である。また、アンカーとなる形状においては従来例では凹凸部６７が、本実施形態では貫通穴５７がその役割を果たしている。

しかしながら、本実施形態の複合歯車１０では、貫通穴５７の部位、および第１の部材５０の最外周の部位において、第１の部材５０の外径側と第２の部材３０の内径側が接触せずに空間（ａ１、ａ２）を形成している点で、従来例と大きく異なる。前述のように、図１３（ａ）～図１５（ｃ）のような従来構成において、第１の部材を第２の部材で覆うように構成し、上記のような空間を有していない複合歯車は経年収縮の違いから歪が生じ、破損する懸念があった。あるいは、経年収縮を考慮しても破損の可能性が十分小さい耐用期間を設定したり、コスト増加を許容して破損が生じないような第１の部材５０および第２の部材３０の肉厚を設定したりする等の対策が必要となっていた。

これに対して、図１（ａ）～３（ｃ）で示す本実施形態では、第１の部材５０と第２の部材３０の間に空間ａ１、ａ２が形成されており、第１の部材５０が第２の部材３０の収縮を阻害しにくくなり、歪の発生が抑制される。

例えば、図５（ａ）～図６（ｃ）は、本実施形態の複合歯車１０において第２の部材３０が収縮した状態を示している。第２の部材３０は円形の成形品であるから、内径方向の収縮は円中心に向かって発生する。そのため収縮前に存在していた空間ａ１、ａ２は、より小さな空間ａ３、ａ４へと縮小し、新たに空間ａ５が形成されている。つまり、第２の部材３０の収縮に伴い、内側ウェブ５５の貫通穴５７の内周縁部５７ａと外側ウェブ３２の貫通部３２ｂとの間の径方向の距離、及び、第１の部材５０の最外周面５５ａと第２の部材３０のリム３１ｒの内周面３１ｒａとの間の距離が縮まる。その一方で、内側ウェブ５５の貫通穴５７の外周縁部５７ｂと外側ウェブ３２の貫通部３２ｂとの間に径方向に隙間（空間ａ５）が生じる。このように、第１の部材５０と第２の部材３０の間の空間ａ１～ａ５は、第１の部材５０と第２の部材３０の収縮率の差によって生じる、径方向に関する内側ウェブ５５と外側ウェブ３２の相対的な位置変化を吸収する受け代として機能する。この受け代の作用により、複合歯車の歪の発生を抑制することができる。

また、本実施形態の複合歯車１０の第１の部材５０の貫通穴５７は、放射方向ｂ１と同じ向きの２つの側縁部５８、５８を備える。前述のように、第２の部材３０は径方向の収縮とほぼ同じ比率で周方向にも収縮する。そのため、第２の部材３０は第１の部材５０の貫通穴５７の側縁部５８、５８に接した状態で収縮する。この作用により、第２の部材３０に収縮が生じても、歯車の第１の部材５０と第２の部材３０の間は、周方向において間に隙間が生じることがなく、両者の密な結合状態が維持される。さらに、第２の部材３０の収縮は放射方向にほぼ一致する方向を持つ貫通穴５７の側縁部５８、５８に沿って生じるので、歯車の周方向に関しても歪が生じることを低減する。

以上のように、内側ウェブ５５と外側ウェブ３２の相対的な位置変化が生じた後も、径方向において内側ウェブ５５が外側ウェブ３２に挟持され、かつ、貫通穴５７を介して外側ウェブ３２が内側ウェブ５５に係合された状態は維持される。つまり、上記の空間ａ１～ａ５は、第１の部材５０及び第２の部材３０を軸方向及び周方向に関して相対移動不能に結合することに影響を与えることなく、収縮率の差による第１の部材５０及び第２の部材３０の寸法変化を許容して歪の発生を抑制可能とする。言い換えると、本実施形態の複合歯車は、第１の部材５０と第２の部材３０を強固に結合させつつ、しかも経時収縮による割れのような破損を抑制することができる。以下では、図７（ａ）～図１２（ｂ）を参照して、本実施形態の複合歯車の細部を変形した構成につき説明する。

図７（ａ）～図１２（ｂ）は、本実施形態の複合歯車の細部を変形した構成を示している。以下では、図１（ａ）～４（ｂ）に示した複合歯車１０および金型１と同一の構成には同一符号を付し、重複する説明は省略するものとする。

図３（ｃ）に示した構成では、貫通穴５７の側縁部５８、５８が回転軸を中心とする放射方向ｂ１に一致している。これに対して、図７（ａ）～（ｃ）に示した複合歯車１１は、貫通穴５７の側縁部ｂ２、側縁部ｂ３は、放射方向ｂ１に対して傾斜した角度を有する。図７（ａ）は複合歯車１１の図３（ｂ）の複合歯車１０と同じ位置における断面を示している。図７（ｂ）は放射方向ｂ１よりも小さい角度で側縁部ｂ２、ｂ２を形成した例を、図７（ｃ）は放射方向ｂ１よりも大きい角度で側縁部ｂ３、ｂ３を形成した例を示している。ただし、側縁部の傾斜角度の大小は、貫通穴５７の中心角φ０（図７（ａ））を基準（０°）として、２つの側縁部の稜線を延長した線がなす角φ１、φ２が大きいか小さいかによって表す。側縁部の傾斜角度が負の場合、図７（ｂ）のように、内径方向に向かうときの側縁部ｂ２、ｂ２の周方向の間隔の減少率が、側縁部を放射方向ｂ１、ｂ１に沿って形成した場合よりも小さい（側縁部ｂ２、ｂ２がより平行に近い）構成となる。また、側縁部の傾斜角度が正の場合、図７（ｃ）のように、内径方向に向かうときの側縁部ｂ３、ｂ３の周方向の間隔の減少率が、側縁部を放射方向ｂ１、ｂ１に沿って形成した場合よりも大きい構成となる。言い換えれば、側縁部の傾斜角度が正の場合側縁部の延長線の交点が、複合歯車１０の回転軸よりも貫通穴５７に近い構成となる。

このような構成の複合歯車１１によると第２の部材３０の収縮に異方性があったとしても歪の抑制と結合力の維持が可能となる。例えば、第２の部材３０の周方向の収縮率より、径方向の収縮率のほうが大きいと、図３（ａ）～（ｃ）のような構成では、第１の部材５０の貫通穴５７の２つの側縁部５８が第２の部材３０の収縮の抵抗となって引張応力が生じる可能性がある。このような第２の部材３０の収縮の異方性に対しては、図７（ｂ）のように貫通穴５７の２つの側縁部ｂ２、ｂ２の交角φ１を小さくにすることで第２の部材３０の収縮が阻害されにくくなり、複合歯車１１の歪の発生を軽減することができる。

また、第２の部材３０の径方向の収縮率より周方向の収縮率が大きい場合には周方向において第１と第２の部材間に隙間が生じることになる。この場合には、第１の部材５０と第２の部材３０の間にガタを生じる可能性がある。このような第２の部材３０の収縮の異方性に対しては、図７（ｃ）のように貫通穴の２つの側縁部ｂ３、ｂ３の交角φ２を大きくとすることで、第２の部材が収縮しても隙間が生じず第１の部材５０と第２の部材３０の結合が密に維持される。

上記の例から明らかなように、第１の部材５０の貫通穴の２つの側縁部の交角は、第２の部材３０の収縮率、例えばその異方性に応じて決定しておけばよい。その場合、直線状の側縁部の角度は、例えば、前記回転軸部の直径方向（放射方向）に対して－１０°から＋１０°の範囲の傾斜角度となるよう選ぶことができる。

図８（ａ）～（ｃ）は複合歯車１２の異なる構成を示している。ここで、図８（ａ）は複合歯車１２の正面図、図８（ｂ）は断面図、図８（ｃ）は詳細図である。この例は、第２の部材３０の肉厚方向の収縮を考慮した構成である。即ち、ポリアセタール樹脂などから成る第２の部材３０の収縮は内径方向、周方向だけでなく肉厚方向にも僅かながら発生する。この肉厚方向の収縮は外径や円周に比べ非常に小さいため、生じる歪は小さく、成形品が割れる可能性は低い。しかしながら、本実施形態は、第２の部材３０によって第１の部材５０が挟持される構成であるから、わずかな肉厚方向の収縮でも第２の部材の内径方向への収縮を阻害する可能性がある。そこで、図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、複合歯車１２には、第１の部材５０の内側ウェブ５５は内側に向かって減肉、即ち厚みが漸減するような勾配ｃを設けている。このように第１の部材５０の内側ウェブ５５に厚みの勾配ｃを設けた構成により、第２の部材３０が肉厚方向に収縮しても内径方向への収縮が阻害されにくくなり、上述の作用が得られやすくなる。言い換えると、外側ウェブ３２の貫通部３２ｂ等の収縮により、内側ウェブ５５を挟持している第１フランジ３２ａと第２フランジ３２ｃとが軸方向に接近しようとする。このとき、内側ウェブ５５が有する勾配ｃによって外側ウェブ３２が内径方向の反力を内側ウェブ５５から受けることで、第２の部材３０が内径方向に均一に収縮しやすくなる。なお、勾配ｃは、内側ウェブ５５のうち少なくとも第２の部材３０に挟持される部分に、設定されているものとする。

図９（ａ）～（ｃ）は複合歯車１３の異なる構成を示している。ここで、図９（ａ）は複合歯車１３の正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は断面図である。この複合歯車１３は、軸方向視で第１の部材５０の貫通穴５７上の位置（図示の例では黒点で表した４点）に、第２の部材３０を射出する時のゲート痕３３を有する。ゲートが複数ある場合、ゲート痕３３の少なくとも一部（好ましくは全て）が貫通穴５７上にあればよい。また、各ゲートについて、ゲート痕３３の面積の少なくとも一部（好ましくは全て）が軸方向視で貫通穴５７と重なっていればよい。このような第２の部材３０をインサート成形する際のゲートの配置をゲート痕３３で示した位置にとることにより、第２の部材３０を射出成形する際に生じる圧力を、貫通穴を通じてゲートの反対側へ逃がすことができる。これにより、第１の部材５０が変形しにくくなる利点がある。

図１０（ａ）、（ｂ）は複合歯車１４の異なる構成を示している。ここで、図１０（ａ）は複合歯車１４の正面図、（ｂ）は貫通穴５７付近の詳細図である。この複合歯車１４は、第１の部材５０の貫通穴５７の隅部Ｒ（corner part）に面取り、または円筒面のような曲線形状を有する。貫通穴５７は、前述同様に２つの側縁部５８、５８と、これらを繋ぐ外周縁部５７ｂおよび内周縁部５７ａにより画成された扇面形状である。即ち、前記側縁部５８，５８と、外周縁部５７ｂおよび／または前記内周縁部５７ａと、を面取り、または円筒面のような曲線形状を有する隅部Ｒを介して連続させる。

特に、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように内周縁部５７ａと側縁部５８、５８との間の隅部Ｒに面取り、または円筒面を設けることができる。このように内周縁部５７ａと側縁部５８、５８との間の隅部Ｒに面取りや円筒面を設けず、角部（sharp edged corner）とする構成では、歯車の駆動トルクによって隅部にはノッチ効果と呼ばれる応力集中が発生する。この応力は、隅部の角部を引き裂くように働く。しかしながら、上記のようにこのような構成にすることで隅部への応力が分散し、複合歯車１４の機械的強度を高めることができる。

図１１（ａ）～（ｃ）、および図１２（ａ）、（ｂ）は、それぞれさらに異なる構成を有する複合歯車１５、およびこの複合歯車１５の製造に用いられる成形型としての金型１を示している。ここで、図１１（ａ）は複合歯車１５の正面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は詳細図である。図１２（ａ）は金型１の断面図であり、金型１の構成は図４で表したものと同等である。また、図１２（ｂ）は第２の部材３０が成形される際の状態を示している。図１１（ａ）～（ｃ）の複合歯車１５では、成形済みの第１の部材５０の内側ウェブ５５の最外周部にリング状の突条ｄを設けてある。このような構成では、成形済みの第１の部材５０に対して第２の部材３０を２色成形する際、第１の部材５０の突条ｄと金型駒５を接触させることにより、第２の部材３０と第１の部材５０との間に第２の部材３０用の樹脂材料が充填されるのを抑制できる。即ち、第１の部材５０の最外周と第２の部材３０の内周の間に、確実に両者が接触せず、第２の部材３０の収縮を吸収する空間を形成することができる。そのため、本実施形態の構造を備えた複合歯車を容易かつ確実に製造することができる。

また、図２０（ａ、ｂ）にはさらに異なる構成を示している。この構成は、図３（ａ～ｃ）に示す構成と比べて、内側ウェブ５５に形成される各貫通穴５７の、第１の部材５０の回転中心に対する中心角φが異なっている。言い換えると、図２０（ａ、ｂ）の構成と図３（ａ～ｃ）の構成とで、周方向に関して貫通穴５７が空けられている領域と内側ウェブ５５の一部として樹脂が充填されている領域との比率が異なっている。この図のように第１の部材５０の貫通穴５７の中心角φを制御することで、第２の部材３０を成形する際に生じる圧力を調整できると同時に、第１の部材５０の内側ウェブ５５の剛性を調整することができる。これにより、第２の部材３０の収縮による歪の発生を抑制する作用を維持しながら、第２の部材３０の成形による第１の部材５０の内側ウェブ５５の変形を抑制する作用を得ることができる。

上記を鑑みて、貫通穴５７の２つの側縁部の稜線を延長した線がなす角（中心角φ）は、例えば以下の範囲であると好適である。

ただし、l[mm]は第１の部材５０の最外周面から貫通穴５７の外周縁部５７ｂまでの長さ、t[mm]は第１の部材５０の内側ウェブ５５の厚み（貫通穴５７の付近における厚み）を示す。また、

本実施形態における上記の各構成例では、図１（ａ）～図３（ｃ）に示すように、第１の部材５０に貫通穴５７が設けられている例を示した。しかし、これに限るものではない。図２１（ａ～ｃ）、図２２（ａ～ｃ）、図２３（ａ～ｅ）は、本実施形態の複合歯車の細部を変形した構成を示している。以下では、図１（ａ）～３（ｃ）に示した複合歯車１０と同一の構成には同一符号を付し、重複する説明は省略するものとする。

図２１（ａ）は、一変形例の正面図を示し、（ｂ）は（ａ）に示す複合歯車のＥ－Ｅ部分における断面図を示し、（ｃ）はその詳細図を示している。ここに示すように、第２の部材３０に貫通穴５７が設けられていてもよい。この場合、第１の部材５０の内側ウェブ５５に、径方向に広がる第１フランジ５５ｃと、軸方向に延びて貫通穴５７を通る貫通部５５ｄと、外側ウェブ３２の第１フランジ５５ｃとは反対側で径方向に広がる第２フランジ５５ｅと、を設ける。これにより、第１フランジ５５ｃ及び第２フランジ５５ｅによって外側ウェブ３２が軸方向の両側から挟持された状態で、第１の部材５０と第２の部材３０が結合される。言い換えると、第１の部材５０に設けられた第１フランジ５５ｃ及び第２フランジ５５ｅは、第２の部材３０の一部を軸方向の両側から挟持する挟持部として機能する。つまり、本変形例では、第１の部材５０の一部が径方向の両側から第２の部材３０の一部を挟持する構成となっている。

本変形例においては、貫通穴５７の外周縁部５７ｂと貫通部５５ｂの外周側の面との間に径方向の空間ａ６を設けておく。また、内側ウェブ５５の最外周面と第２の部材３０のリム３１ｒとの間にも径方向の空間ａ７を設けておく。これらの空間ａ６，ａ７は、図１（ａ）～図３（ｃ）の構成における空間ａ１，ａ２と同様に、第１の部材と第２の部材の結合強度を維持しつつ、第１の部材と第２の部材の収縮率の差によって生じる相対的な位置変化を吸収する受け代として機能する。

本変形例では、２色形成を行う際に、第２の部材３０を形成した後に第１の部材５０を形成することができる。本変形例の構成により、第２の部材３０の材料の方が第１の部材５０の材料より融点が高い場合は、第２の部材３０に貫通穴５７を設けておいた方が歯車の性能を高めることができる。

また図２２（ａ）は別の変形例の正面図を示し、（ｂ）は（ａ）に示す複合歯車のＦ－Ｆ部分の断面図を示し、（ｃ）はその詳細図である。このように、第１の部材５０に設けた断面が径方向内向きに開いたコの字状（squared-C shape）の係合形状５０Ａと、第２の部材３０に設けた断面が径方向外向きに開いたコの字状の係合形状３０Ａとが組み合わせられていてもよい。つまり、本変形例では、第１の部材５０の一部（５０Ａ）が軸方向の両側から第２の部材３０の一部を挟持する第１挟持部として機能すると同時に、第２の部材３０の一部（３０Ａ）が軸方向の両側から第１の部材５０の一部を挟持する第２挟持部として機能する。また、本変形例は、第１の部材又は第２の部材に設けた貫通穴を介さずに、第１の部材及び第２の部材の一方が他方を挟持する構成の一例である。

本変形例において、第２の部材３０の最内周面である係合形状３０Ａの内周面と、径方向において係合形状３０Ａと対向する第１の部材５０の面（回転支持部５１の外径部５４）との間に空間ａ９が設けられている。また、第１の部材５０の係合形状５０Ａの最外周面と、径方向において係合形状５０Ａと対向する第２の部材３０のリム３１ｒとの間に空間ａ８が設けられている。これらの空間ａ８，ａ９は、図１（ａ）～図３（ｃ）の構成における空間ａ１，ａ２と同様に、第１の部材と第２の部材の結合強度を維持しつつ、第１の部材と第２の部材の収縮率の差によって生じる相対的な位置変化を吸収する受け代として機能する。これにより、成形品の厚みは増す可能性はあるが、成形品を製造するための型の加工を簡略化させることができる。

さらに図２３（ａ）は別の変形例の第１の部材５０の斜視図であり、（ｂ）は第二の部材３０を含んだ複合歯車１０の斜視図である。（ｃ）は複合歯車１０の正面図を示し、（ｄ）および（ｆ）はそれぞれ複合歯車１０のＦ－Ｆ部分の断面図、Ｇ－Ｇ部分の断面図を示す。また（ｅ）および（ｇ）は（ｄ）（ｆ）それぞれの詳細図を示す。

本変形例の第１の部材５０の内側ウェブ５５は、外周に複数の凹部５５ｕおよび複数の凸部５５ｐを有している。一方、第２の部材３０は、外側ウェブ３２の第１フランジ３２ａと第２フランジ３２ｃが内側ウェブ５５の凸部５５ｐを径方向の両側から挟み込むように形成されている。

本変形例において、第２の部材３０の最内周面である外側ウェブ３２の内周面と、径方向において外側ウェブ３２と対向する第１の部材５０の面（回転支持部５１の外径部５４）との間に空間ａ１０が設けられている。また、第１の部材５０の最外周面である凸部５５ｐの外周面と、径方向において凸部５５ｐと対向する第２の部材３０のリム３１ｒとの間に空間ａ１１が設けられている。さらに、凹部５５ｕの外周面と、径方向において凹部５５ｕと対向する第２の部材３０の面（第１フランジ３２ａ及び第２フランジ３２ｃを接続して軸方向に延びる面）との間にも、空間ａ１２が設けられている。これらの空間ａ１０～ａ１２は、図１（ａ）～図３（ｃ）の構成における空間ａ１，ａ２と同様に、第１の部材と第２の部材の結合強度を維持しつつ、第１の部材と第２の部材の収縮率の差によって生じる相対的な位置変化を吸収する受け代として機能する。

本変形例は、第１の部材又は第２の部材に設けた貫通穴を介さずに、第１の部材及び第２の部材の一方が他方を挟持する構成の他の一例である。これにより、成形品である複合歯車１０を製造するための型の加工を簡略化させることができる。なお、図２３（ａ）～（ｇ）は、第１の部材５０に凹部５５ｕおよび凸部５５ｐを備える例を示したが、第２の部材３０の内周に凹部および凸部を有し、凸部を挟み込むように第１の部材５０が形成されていてもよい。これにより、成形品を製造するための型の加工を簡略化させることができる。

以下では、実施例１～７として、図１（ａ）～図６（ｃ）に示した構成、および図７（ａ）～図１２（ｂ）、図２０（ａ）～図２３（ｇ）に示した変形例の構成を持つ複合歯車の性能、ないし特性に関する評価結果につき説明する。

＜実施例１＞
以下では、実施例１の歯車と、比較例１及び２の複合歯車において、第１の部材５０と第２の部材３０の収縮率に大きな差が生じた場合の耐久時間を評価する。実施例１の構成は、図１（ａ）～図３（ｃ）に示した複合歯車である。第１の部材５０にはポリブタジエンテレフタレート樹脂（ガラス繊維を３０％含有）を、また、第２の部材３０はポリアセタール樹脂（コポリマー）を用いている。第２の部材３０の歯部３１（噛合歯）はモジュールｍ＝０．５、圧力角２０°、歯数は９１、ねじれ角β＝２０°、歯幅ｔ＝１０ｍｍで形成している。複合歯車は、図４に示すような金型を用いて、第１の部材を成形した後に第２の部材を成形した。

下表１は、比較例１および２、実施例１の歯車を８０°Cおよび１２０°C高温炉に投入・保管し、クラックが生じるまでの経過時間を測定した結果である。また、回転伝達誤差（トルク０．１Ｎ・ｍ、回転速度２５ｒｐｍ駆動時の１歯成分の伝達誤差）測定を行った。

比較例１は図１３（ａ、ｂ）に示すような従来の樹脂歯車の例であり、ポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂のみで形成されている。比較例２は、図１４（ａ）～図１５（ｃ）で説明した構成の複合歯車であり、実施例１と同じ材料構成で第１の部材と第２の部材が形成されている。

表１に示したように、従来構成の比較例１、比較例２と、実施例１を比較すると回転伝達誤差に大きな差異がみられ、比較例１の誤差が大きい結果となった。これは、比較例１の歯車では回転支持部と歯車部両方とも同一の材料を使用しており、比較的剛性の弱いポリアセタールを用いたため、回転駆動時のトルクによって歯車が変形してしまったためと考えられる。一方、比較例２と実施例１は複合材料で形成されているため部品剛性が強く、回転伝達誤差が良好である。

しかしながら、高温環境下の耐久時間では比較例２と実施例１よりも比較例１のほうが長く、有利であることが確認された。これは比較例１が同一材料のみで形成されているため、収縮差による歪が生じないためであることが考えられる。それでも、比較例１では８０°C環境で１３２３０時間、１２０°C環境では１８２５時間でクラックが生じている。これは歪による破断ではなく、高温環境下でエージングしたことによる材料分子鎖の伸びや切断・縮合によって機械的強度が低下したことに原因があると考えられる。これに対し、第２の部材３０の収縮を吸収する構造を持たない比較例２の耐久時間は著しく短い。これは複合歯車を構成する第２の部材と第１の部材との複合材料の収縮差から歪が発生したためである、と考えられる。一方、実施例１も複合材から形成されているが、比較例１より劣るものの、ほぼ同等の耐久時間が得られている。これは、実施例１では、貫通穴５７の内周側や第１の部材５０の外周側に第２の部材３０の収縮を吸収する空間を有しているために、歪の発生が最小限に抑えられているものと推測できる。

図１６（ａ）、（ｂ）は、比較例２と実施例１の二つの複合歯車に対し、回転軸部を構成する第１の部材が０．１３％、外周側の第２の部材が０．３６％の収縮が発生したと仮定した時に第２の部材で生じる応力の解析結果である。図１６（ａ）が比較例２、図１６（ｂ）が実施例１の解析結果に相当し、応力の大きい部分が淡色で、応力の小さい部分が濃色で表現されている。図１６（ａ）、（ｂ）を比較して明らかなように、図１６（ａ）の比較例２では大きな応力が生じていることが分かる。応力が最も発生している部位は第１の部材の凹凸部６７（図１４（ａ））と対応している。つまり、回転方向のアンカーとして設けた凹凸部６７の形状が、収縮作用によって応力を発生させてしまうことが示されている。一方、実施例１によれば、上記の収縮を吸収する空間が設けられているために、第２の部材に収縮が生じても応力が生じないことが判る。

＜実施例２＞
以下では、実施例１の複合歯車、図７（ｂ）の複合歯車（実施例２－１）、図７（ｃ）の複合歯車（実施例２－２）、従来の複合歯車（比較例２：上記の比較例２と同様）の評価結果を示す。実施例２－１、２－２の各部の材料と、歯車緒元は上記の実施例１と同一であるが、図７（ｂ）、（ｃ）のように貫通穴の側縁部が歯車中心の放射方向から傾いている点が異なる。実施例２－１は貫通穴の側縁部を－１０°（図７（ｂ））、実施例２－２は貫通穴の側縁部を＋１０°（図７（ｃ））だけ、それぞれ放射（直径）方向から傾斜させた構造である。なお、実施例１の貫通穴の側縁部は歯車中心の放射方向に沿って延びる構造である。

下表２は、比較例２と実施例１、２－１および２－２の複合歯車を８０°Cおよび１２０°C高温炉に投入・保管し、クラックが生じるまでの経過時間を評価した結果である。また、常温常湿環境（２３°C－５０％）下で１年間保管した後の回転伝達誤差（トルク０．１Ｎ・ｍ、回転速度２５ｒｐｍ駆動時の１歯成分の伝達誤差）も測定している。

表２に示すように、従来構成の比較例２と実施例２－１および２－２を比較すると、実施例２－１および２－２では耐久時間が著しく向上していることが分かる。特に実施例２－１は実施例１と比較しても耐久時間に優れている。しかしながら、特に実施例２－１の１年後の回転伝達誤差は実施例１よりも若干悪化している。一方、実施例２－２の耐久時間も向上していることを確認したが、実施例１よりはやや耐久時間は落ちている（８０°Ｃ）。しかしながら、実施例２－２の１年後の回転誤差は実施例１よりも良好であり、精度が高い。これらの結果から実施例１（貫通穴の側縁部は回転軸を中心とした放射方向に沿っている）では、第２の部材の収縮に異方性がある、と考えられる。例えば、内径方向の収縮率が周方向の収縮率よりも小さいと、周方向において第１と第２の部材間に隙間が生じる。このような状態では歪は生じにくくなるが、回転伝達誤差は隙間の影響で悪化する。そして、実施例２－１では側縁部の傾斜が－１０°と負に設定されているため、隙間がより大きく生じ、耐久時間は向上したのに対して回転伝達誤差が悪化したと考えられる。一方、実施例２－２は側縁部の傾斜が＋１０°と正に設定されているため、隙間が生じない替わりに歪が多少発生するため、耐久時間がやや低下して回転伝達誤差は良化したと考えられる。

以上の評価結果から、貫通穴の側縁部の傾斜角度は、第２の部材の収縮率、あるいはさらに回転伝達誤差や耐久性のいずれを優先するかによって、選択できることが判る。例えば複合歯車は回転伝達誤差を優先するか、あるいは耐久性を優先するかは、用途によって変わるため、適宜選択できるのが好ましい。例えば、内径方向の収縮率が周方向の収縮率よりも小さい場合では、回転伝達精度を得るためには側縁部の傾斜を負に、耐久性を得るためには側縁部の傾斜を正に設定することが考えられる。また、内径方向の収縮率が周方向の収縮率よりも大きい場合では、回転伝達精度を得るためには側縁部の傾斜を正に、耐久性を得るためには側縁部の傾斜を負に設定することが考えられる。

＜実施例３＞
以下では、実施例３の複合歯車（図８（ａ～ｃ））と、比較例２（図１４（ａ、ｂ））の複合歯車の評価につき説明する。実施例３の各部の材料と、歯車緒元は上記の実施例１と同一であるが、実施例３の複合歯車は、図８（ａ～ｃ）に示すように第１の部材の内側ウェブには内側に向かって、厚みが漸減（減肉）するように０．５°の勾配がつけてある。下表３は、比較例２と実施例１および３の複合歯車を８０°Cおよび１２０°C高温炉に投入・保管し、クラックが生じるまでの経過時間を調査した結果を示している。

表３に示すように、従来構成の比較例２と実施例１、実施例３を比較すると、実施例３の耐久時間が著しく向上していることが判る。即ち、第２の部材３０が肉厚方向に収縮しても、その分、第１の部材５０の内側ウェブが減肉しているため、内径方向への収縮が阻害されにくくなり、歪の発生が抑制される作用が認められる。

＜実施例４＞
以下では、図９（ａ～ｃ）の構成を有する複合歯車（実施例１、実施例４）と、従来の複合歯車（上記の比較例２）の評価につき説明する。下表４は、図９（ａ～ｃ）の構成を有する複合歯車（実施例１、実施例４）と、従来の複合歯車（上記の比較例２）の回転伝達誤差（トルク０．１Ｎ・ｍ、回転速度２５ｒｐｍ駆動時の１歯成分の伝達誤差）の比較結果を示している。実施例４の各部の材料と歯車緒元、およびウェブ形状は実施例１と同一であるが、実施例４では、図９に示すように第２の部材を射出するゲートが第１の部材の貫通穴上の位置に配設されている。

従来構成の比較例２と実施例１および４を比較すると、回転伝達誤差は実施例４において大きく改善されている。これは第２の部材を射出ゲートが、第１の部材の貫通穴上に配設されているため射出成形に伴う圧力を第１の部材が受けにくく、変形しにくくなった結果、と考えられる。

＜実施例５＞
以下では、図１０（ａ、ｂ）の構成を有する複合歯車（実施例５）、上記の実施例１、および従来の複合歯車（上記の比較例２）の評価につき説明する。

表５は、図１０（ａ、ｂ）の構成を有する実施例５の複合歯車、上記の実施例１、および従来の複合歯車（上記の比較例２）の比較結果を示している。実施例５の各部の材料と、歯車緒元は上記の実施例１と同一であるが、図１０（ａ、ｂ）に示すように第１の部材の貫通穴の隅部、特に内周側の隅部を曲線形状（円筒面、面取り）で構成されている。表５は、比較例２と実施例１および５の複合歯車のＣＡＤモデルに対して、トルク０．１Ｎ・ｍで回転駆動させた際、第１の部材で生じる最大主応力（ＭＰａ）の解析結果に相当する。

従来構成の比較例２と、実施例１および５を比較すると、実施例１では比較例２よりも大きな主応力が生じているが、実施例５は比較例２よりも小さな主応力となっている。ここで、図１７は実施例１の解析結果であり、複合歯車を反時計回りにトルクを付加した際に第１の部材で生じる応力分布を示している。図１７に示されるように、貫通穴の隅部において応力が大きく生じていることが判る。これは所謂、ノッチ効果と呼ばれる作用であり、実施例１の貫通穴の隅部のような部位には応力集中しやすくなる傾向がある。しかしながら、実施例５、即ち図１０（ａ、ｂ）のように応力集中しやすい貫通穴の隅部を曲線形状、例えば円筒面や面取りの形状を付加するだけで、表５に示したように応力を分散させ、主応力を低減させる作用がある。

＜実施例６＞
以下では、図１１（ａ～ｃ）のように構成した実施例６の複合歯車と、上記の実施例１および比較例２の複合歯車の評価につき説明する。実施例６の複合歯車では、各部の材料と、歯車緒元は上記の実施例１と同一であるが、図１１（ａ～ｃ）のように第１の部材５０の内側ウェブ５５の外周部にリング状に突条ｄを設けてある。

表６は、図１１（ａ～ｃ）の構成を有する実施例６の複合歯車、上記の実施例１、および従来の複合歯車（上記の比較例２）の比較結果を示している。評価は耐久時間（ｈｒ）で、この耐久時間（ｈｒ）は比較例２と実施例１および６の複合歯車を８０°Cおよび１２０°C高温炉に投入・保管し、クラックが生じるまでの経過時間に相当する。

従来構成の比較例２と実施例１および６を比較すると、特に実施例６において耐久時間が向上している。これは、実施例６の第１の部材の内側ウェブ外周にリング状に突条ｄを設けることにより、第１の部材の外径に第２の部材が形成されにくくなった結果、と考えてよい。この例では第２の部材にはポリアセタール樹脂を用いているが、通常の射出成形では１０μｍほどの空間があれば樹脂が流入する傾向がある。実施例１は実施例６のような突条を欠いており、第１の部材が形成されてから第２の部材が形成されるまでに第１の部材自体が収縮し、金型と第１の部材間に若干の隙間が形成されてしまっている可能性がある。このような場合、第１の部材の外周部に微小な第２の部材の材料が流入してしまう。第２の部材が第１の部材の外周部に形成されると第２の部材の収縮を吸収するための空間が減り、第２の部材の収縮を阻害し、割れなどの破損に関する耐久時間が低下する。しかしながら、実施例６では突条ｄ（図１１（ａ～ｃ））がこの流入をせき止める作用を発揮し、第２の部材の収縮を吸収するための空間を確保でき、割れのような破損に対する耐久時間を向上させることができるようになる。

＜実施例７＞
以下では、図２０（ａ、ｂ）のように構成した複合歯車（実施例７）と、上記の実施例１の複合歯車の評価につき説明する。実施例７（ａ、ｂ）の複合歯車では、各部の材料と、歯車緒元は上記の実施例１と同一であるが、図２０（ａ、ｂ）のように内側ウェブ上の貫通穴の側縁部のなす角φを実施例１よりも大きくしている。言い換えると、周方向において貫通穴が設けられている領域の比率が、実施例１よりも大きい構成としている。

表７は、図２０（ａ、ｂ）の構成を有する実施例７の複合歯車、上記の実施例１の複合歯車の比較結果を示している。評価は第２の部材成形による、第１の部材の内側ウェブの変形で、充填完了時点での変形量の解析結果(μm)に相当する。

実施例１と実施例７を比較すると、実施例７において内側ウェブの変形が抑制されている。これは側縁部のなす角を大きくすることで、第２の部材を成形する際に生じる圧力が緩和された結果である。ウェブの剛性としては低下していることが考えられるが、剛性低下の影響以上に圧力緩和の影響が大きく効いた結果であるといえる。

１…成形型（金型）、２…第１の固定金型、第２の固定金型（金型）、４…移動駒（移動金型）、１０～１５、４０…複合歯車、３０、９０…第２の部材、３１…歯部、３２、９２…外側ウェブ、５０、６０、７４…第１の部材、５１、６１…回転支持部、５５、６５…内側ウェブ、５７…貫通穴、５７ａ…内周縁部、５７ｂ…外周縁部、５８…側縁部。

Claims (18)

1. 回転軸部と、前記回転軸部から径方向に広がる円盤状のウェブと、を有する第１の部材と、
   外周に少なくとも一つ以上の噛合歯を有し、前記ウェブに支持されて前記第１の部材の外周を囲むように設けられている第２の部材と、を備えた複合歯車であって、
   前記第１の部材の最外周面が前記第２の部材との間に径方向の空間を有し、前記第２の部材の最内周面が前記第１の部材との間に径方向の空間を有し、前記第１の部材及び前記第２の部材の少なくとも一方が、前記第１の部材及び前記第２の部材の他方を前記回転軸部の軸方向の両側から挟持するように形成されている、複合歯車。
2. 前記第２の部材は、前記第１の部材の一部を前記軸方向の両側から挟持する挟持部を有する、請求項１に記載の複合歯車。
3. 前記ウェブの前記挟持部によって挟持される部分が、外周から前記回転軸部に向かうにつれて、前記軸方向の厚みが漸減するよう形成されている、請求項２に記載の複合歯車。
4. 前記第１の部材の前記ウェブには、軸方向に貫通する貫通穴が設けられ、
   前記第２の部材は、前記貫通穴を貫通するように形成され、
   前記第１の部材が第１の樹脂材料から成り、前記第２の部材が第２の樹脂材料から成り、前記第１の樹脂材料が前記第２の樹脂材料よりも高剛性であり、
   前記第１の部材及び前記第２の部材を一体化するように成形済みの前記第１の部材に対して前記第２の樹脂材料が射出されたゲートのゲート痕を前記第１の部材の前記貫通穴の位置に備えた請求項１に記載の複合歯車。
5. 前記第１の部材の前記ウェブの外周に突条が形成されている請求項１に記載の複合歯車。
6. 前記第１の部材及び前記第２の部材の前記他方は、前記回転軸部の周方向に対向する２つの側縁部を含む貫通穴を備え、
   前記第１の部材及び前記第２の部材の前記一方は、前記貫通穴を貫通するように形成されている、請求項１に記載の複合歯車。
7. 前記側縁部の各々は、前記軸方向に見て直線状に延びており、前記回転軸部の径方向に対して－１０°から＋１０°の範囲の傾斜角度を有する、請求項６に記載の複合歯車。
8. 前記貫通穴は、前記第１の部材に設けられ、前記貫通穴は、２つの前記側縁部と、前記貫通穴の外周側および内周側において、２つの前記側縁部を繋ぐ外周縁部と、内周縁部と、により画成される、請求項７に記載の複合歯車。
9. 前記外周縁部および／または前記内周縁部が曲線形状を有する、請求項８に記載の複合歯車。
10. 前記側縁部と、前記外周縁部および／または前記内周縁部と、が曲線形状を有する隅部を介して連続している、請求項８に記載の複合歯車。
11. 前記隅部の曲線形状が、円筒面または面取りである、請求項１０に記載の複合歯車。
12. 前記貫通穴の２つの前記側縁部のなす角φ（度）が以下を満たす複合歯車であって、
    

    

    ただし、ｌ［ｍｍ］は前記第１の部材の最外周面から前記貫通穴の外周縁部までの長さ、ｔ［ｍｍ］は前記第１の部材の前記ウェブの厚みを示す、請求項６に記載の複合歯車。
13. 前記第１の部材は、前記第２の部材の一部を前記軸方向の両側から挟持する挟持部を有する、請求項１に記載の複合歯車。
14. 前記第１の部材は、前記第２の部材の一部を前記軸方向の両側から挟持する第１挟持部を有し、前記第２の部材は、前記第１の部材の一部を前記軸方向の両側から挟持する第２挟持部を有する、請求項１に記載の複合歯車。
15. 感光ドラムと、
    前記感光ドラムの長手方向の端部に取り付けられて前記感光ドラムに回転力を伝達する請求項１に記載の複合歯車と、を備えた画像形成装置用のカートリッジ。
16. 請求項１５に記載のカートリッジと、前記カートリッジの前記感光ドラムを用いて画像形成を行う画像形成機構と、を備えた画像形成装置。
17. 複合歯車の製造に用いられる成形型において、
    前記複合歯車は、
    回転軸部と、前記回転軸部から径方向に広がる円盤状のウェブと、を有する第１の部材と、
    外周に少なくとも一つ以上の噛合歯を有し、前記ウェブに支持されて前記第１の部材の外周を囲むように設けられている第２の部材と、を備え、
    前記第１の部材の最外周面が前記第２の部材との間に径方向の空間を有し、前記第２の部材の最内周面が前記第１の部材との間に径方向の空間を有し、前記第１の部材及び前記第２の部材の少なくとも一方が、前記第１の部材及び前記第２の部材の他方を前記回転軸部の軸方向の両側から挟持するように形成されており、
    前記成形型は、第１の固定金型と、第２の固定金型と、移動金型と、を有し、前記移動金型が前記第１の固定金型に対向している状態で前記第１の部材が成形され、前記第１の部材が成形された後に前記移動金型が前記第２の固定金型に対向する位置に移動した状態で、前記第１の部材と一体になるように前記第２の部材が成形されるように構成されている、成形型。
18. 回転軸部と、前記回転軸部から径方向に広がる円盤状のウェブと、を有する第１の部材を成形する第１の工程と、
    第１の工程で成形された前記第１の部材を成形型に収容し、外周に少なくとも一つ以上の噛合歯を有する第２の部材を、前記ウェブに支持されて前記第１の部材の外周を囲むように形成する第２の工程と、を含み、
    前記第２の工程において、前記第１の部材の最外周面が前記第２の部材との間に径方向の空間を有し、前記第２の部材の最内周面が前記第１の部材との間に径方向の空間を有し、前記第１の部材及び前記第２の部材の少なくとも一方が、前記第１の部材及び前記第２の部材の他方を前記回転軸部の軸方向の両側から挟持するように、前記第２の部材を形成する複合歯車の製造方法。

Images