CN101210608B - 注射成型树脂锥齿轮 - Google Patents

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Abstract

本发明通过对齿轮构造进行研究，提供一种可满足来自精密计量仪器等行业的要求的高精度且高刚性的注射成型树脂锥齿轮。齿部的轮缘状部分形成为沿齿根大致相同的厚度且与辐板的厚度大致相同的厚度。辐板的径向外方端与轮缘状部分的内端侧连接。在轮缘状部分中，从辐板的齿部连接部分到外端侧附近的部分，通过多个第一径向肋与轮毂的外周面连接。在轮缘状部分中，从辐板的齿部连接部分到齿宽方向中央部附近的部分，与第二径向肋的径向外方端连接。第一及第二径向肋形成为比辐板及轮缘状部分的厚度还薄，能够将注射成型时的熔融树脂的流动从辐板优先向齿部引导。

Description

注射成型树脂锥齿轮
技术领域
本发明涉及在相交的两轴之间传递旋转运动的锥齿轮中，尤其进行了注射成型的树脂锥齿轮。
背景技术
一直以来，为了在汽车等的相交的两轴之间传递动力，开发了各种锥齿轮，并实际应用了这些各种锥齿轮(参照专利文献1及2)。
例如，如图12所示的锥齿轮101，为了减少淬火时的变形，在齿102的背部设置凹部103，以调整齿102的齿根厚度、轮缘状部分104及法兰盘部105的厚度(参照专利文献1：日本特开平10-231917号公报)。
另外，如图13所示的锥齿轮201，使齿202的内端202a侧的支撑刚性和齿202的外端202b侧的支撑刚性平衡，抑制啮合时的齿202的急剧的变形及由该变形引起的旋转变动，为了降低噪音水平，在齿202的外端202b侧的支撑部分203上形成平衡用凹部204(参照专利文献2：日本实开平5-60222号公报)。
而且，近年来，在有关精密计量仪器和精密机械的行业等中，具有动力传递时的肃静性、轻量性、低廉性的特征，并具有可实现高精度化的特征的注射成型树脂齿轮受到瞩目，要求开发出高精度且高刚性的注射成型树脂锥齿轮。
然而，图12所示的锥齿轮101由于是金属制的锥齿轮，因此并没有公开有关抑制注射成型后的树脂的收缩所引起的齿轮精度的下降，且可确保充分的刚性的构造的技术，不能应用于注射成型树脂锥齿轮的开发。
另外，图13所示的锥齿轮201，齿202的支撑部分203厚度在内端202a侧和外端202b侧有很大不同，因此即使应用到注射成型树脂锥齿轮上，注射成型后的收缩量在内端202a侧的支撑部分203和外端202b侧的支撑部分203有很大不同，不能得到高精度的齿轮精度。
发明内容
于是，本发明的目的在于，通过对齿轮构造进行研究，提供一种可满足来自精密计量仪器等行业的要求的高精度且高刚性的注射成型树脂锥齿轮。
方案1的发明是关于注射成型树脂锥齿轮的，该注射成型树脂锥齿轮具备具有轴孔的轮毂、从该轮毂的外周侧向径向外方扩展的辐板、以及位于该辐板的径向外方侧的齿部。在该发明中，上述齿部具有形成为沿齿根大致相同的厚度且与上述辐板的厚度大致相同的厚度的环状的轮缘状部分。而且，上述辐板的径向外方侧与上述轮缘状部分的作为齿宽方向一端侧的内端侧连接。另外，在上述轮缘状部分中，从连接有上述辐板的部分到作为齿宽方向另一端侧的外端侧附近的部分上，连接有从上述轮毂的外周侧向径向外方以放射状等间隔延伸且沿着上述辐板的侧面延伸的多个第一径向肋的径向外方端。而且，在上述轮缘状部分中，位于相邻的上述第一径向肋之间的部分，且比上述外端附近的连接有上述第一径向肋的部分还靠上述内端的部分上，连接有从上述辐板的侧面突出的第二径向肋的径向外方端。另外，上述第一径向肋及上述第二径向肋的厚度形成为比上述辐板及上述轮缘状部分的厚度还薄，以便能够将注射成型时的熔融树脂的流动从上述辐板优先向上述齿部引导。
方案2的发明在方案1的基础上，在上述辐板的形状上具有特征。即其特征在于，上述辐板的径向内方侧具有：在沿旋转中心轴延伸的方向的方向上且向上述齿部的上述内端侧逼近(せり出す)地进行弯曲的横梁部分；以及从该横梁部分的前端侧向径向内方延伸并与上述轮毂的外周侧连接的基端部分。
方案3的发明在方案1或2的基础上，在上述齿部上具有特征。即，在本发明中，其特征在于，上述齿部在从齿的外端位置离开的位置且上述轮缘状部分的上述外端侧的位置，具有从上述轮缘状部分向径向外方延伸至与外端齿顶圆直径大致相同直径的位置的大致圆板形状的凸缘状部分。
根据本发明的注射成型树脂锥齿轮，可同时实现齿轮精度的高精度化和齿轮强度的高刚性化。
附图说明
图1是本发明的实施方式的注射成型树脂锥齿轮的主视图(从图2的箭头F方向看的图)。
图2是沿着图1的A1-A1线进行切断而表示的剖视图。
图3是本发明的实施方式的注射成型树脂锥齿轮的后视图(从图2的箭头R方向看的图)。
图4是模式地表示注射成型模具的构造及内腔内的熔融树脂的流动的剖视图。
图5是本发明的第一变形例的注射成型树脂锥齿轮的主视图，是与图1对应的图。
图6是沿着图5的A2-A2线进行切断而表示的剖视图，是与图2对应的图。
图7是本发明的第一变形例的注射成型树脂锥齿轮的后视图，是与图3对应的图。
图8是表示本发明的第二变形例的注射成型树脂锥齿轮的图，是与第一变形例的图6对应的图。
图9是表示本发明的第三变形例的注射成型树脂锥齿轮的主视图，是与第一变形例的图5对应的图。
图10是沿着图9的A3-A3线进行切断而表示的剖视图，是与上述第一变形例的图6对应的图。
图11是本发明的第三变形例的注射成型树脂锥齿轮的后视图，是与上述第一变形例的图7对应的图。
图12是第一现有例的锥齿轮的局部剖视图。
图13是第二现有例的锥齿轮的纵剖视图。
图中：
1-注射成型树脂锥齿轮，2-轴孔，3-轮毂，4-辐板，4a-侧面，5-齿部，6-齿，6a-内端，6b-外端，7-基端部分，8-横梁部分，10-齿宽方向中央部，13-轮缘状部分，14-齿根，15-凸缘部分，16-第一径向肋，17-周向肋，20-第二径向肋，CL-旋转中心轴。
具体实施方式
以下，基于附图来详细说明本发明的最佳实施方式。
图1至图3表示本实施方式的注射成型树脂锥齿轮。其中，图1是注射成型树脂锥齿轮1的主视图(从图2的箭头F方向看的图)。而且，图2是沿着图1的A1-A1线进行切断而表示的剖视图。另外，图3是注射成型树脂锥齿轮1的后视图(从图2的箭头R方向看的图)。
如这些图所示，注射成型树脂锥齿轮1在旋转中心部形成有具有轴孔2的轮毂3，形成有从该轮毂3的外周侧向径向外方延伸的大致圆板状的辐板4，在该辐板4的径向外方端侧形成有齿部5。
其中，轮毂3整体形状大致为筒状，旋转中心轴的轴孔2可滑动且不能相对转动地嵌合在具有相对两面的轴(未图示)上，并与轴一体转动。即，轮毂3的轴孔2包括：作为轴的止转部件起作用的一对平面部2a、2a；连接该一对平面部2a、2a的一端侧(图1及图3的下端侧)的第一圆弧状部2b；以及连接一对平面部2a、2a的另一端侧(图1及图3的上端侧)的第二圆弧状部2c。而且，轮毂3其外周形状大致为圆形，并形成为在该外周面3a且靠近齿6的内端6a侧的部分具有辐板4的内周端。
辐板4包括：从轮毂3的外周面3a且靠近齿6的内端6a的部分向径向外方延伸的基端部分7；从该基端部分7的前端大致水平(沿着旋转中心轴CL延伸的方向的方向)弯曲并向背面侧(图2的左侧)延伸的横梁部分8；从该横梁部分8的前端向径向外方弯曲且朝向齿部5的内周侧的齿宽方向中央部10附近延伸的纵梁部分11；以及从该纵梁部分11的外端弯曲并与齿部5的内端6a侧连接的齿部连接部分12。而且，该辐板4形成为基端部分7、横梁部分8、纵梁部分11及齿部连接部分12的厚度大致相同(考虑制造误差等，±10％左右的厚度差)的尺寸。另外，上述齿宽方向中央部10是从图2的圆锥距离Re减去齿宽尺寸w的一半(w/2)的尺寸位置(或中央圆锥距离Rm的位置)，而且是与节圆正交的线与轮缘状部分13的内周面相交的位置。
齿部5具有从齿6的内端6a侧向外端6b侧锥形地逐渐增大内径尺寸的环状的轮缘状部分13，在该轮缘状部分13的外周面侧形成有多个齿6(在本实施方式中，以曲线齿为例进行表示，但不限于此，也可以是直齿、斜齿)。在此，轮缘状部分13形成为从齿6的内端6a侧到外端6b侧的厚度沿齿根14大致相同。而且，该轮缘状部分13的厚度形成为与辐板4的厚度大致相同(考虑制造误差，±10％左右的厚度差)。另外，在本实施方式中，注射成型树脂锥齿轮1形成为与轴角θ对应的齿根锥角，轮缘状部分13的内周面的倾斜角也设定为与齿根锥角对应的角度。
另外，如图2所示，齿部5形成为其从齿6的外端6b的齿根14向径向外方立起的大致圆板状的凸缘状部分15具有与外端齿顶圆直径Dae相同的直径。该凸缘状部分15其径向外方端位于比齿6的外端6b更远离背面侧的位置，从与对方锥齿轮的啮合位置分离。另外，在本实施方式中，虽然举例说明了凸缘状部分15的外径尺寸与外端齿顶圆直径Dae相同的形态，但不限于此，只要在齿6上不产生气体烧伤和气孔等成型不良，也可以将凸缘状部分15的外径尺寸形成为比外端齿顶圆直径Dae还大或小。而且，凸缘状部分15在本实施方式中举例说明了外形形状为圆形的形态，但不限于此，也可以是与圆形近似的多边形状或其他变形形状。
另外，如图2及图3所示，轮缘状部分13的内周面侧且位于辐板4的背面侧(图2的左侧)的部分，从轮毂3的外周面3a向径向外方以放射状等间隔延伸，且与沿着辐板4的背面侧的侧面4a延伸的第一径向肋16的径向外方端连接。由此，轮毂3和辐板4的背面侧的侧面4a及轮缘状部分13通过第一径向肋16连接成一体。
另外，多个第一径向肋16通过从辐板4的纵梁部分11的上端部向背面侧(图2的左侧方向)伸出的周向肋17进行连接(参照图3)。而且，如图3所示，周向肋17形成为与第一径向肋16大致相同的厚度且与轮毂3同心。而且，周向肋17及第一径向肋16为避免与邻接配置的其他的部件(未图示)的干涉，形成为不会比齿部5的背面侧端部还向背面侧(图2中左侧方向)突出。
如图2所示，相邻的第一径向肋16、16之间，形成有由周向肋17、辐板4及轮缘状部分13构成的断面为大致三角形的凹部(空间)18。而且，在该断面大致三角形的凹部18内，以横跨(连接)辐板4的纵梁部分11的上端部(外周侧端部)和轮缘状部分13的方式形成有第二径向肋20，该第二径向肋20可支撑沿齿宽w的方向的大致中央部且轮缘状部分13的内周面侧(上述齿宽方向中央部10)附近。该第二径向肋20与第一径向肋16同样沿着从旋转中心轴CL的放射线向径向外方延伸，并形成为其背面侧端部位于辐板4的纵梁部分11的背面侧端部的向径向外方的延长线上(参照图3)。
在辐板4的正面侧且由辐板4的横梁部分8、纵梁部分11及齿部5的内端6a侧形成的环状空间(环状的凹部)21内，以等间隔形成有多个第三径向肋22，该第三径向肋22沿着以旋转中心轴CL为中心放射状向径向外方延伸的线延伸(参照图1)。而且，该第三径向肋22的正面侧端部，位于辐板4的基端部分7的正面侧端部的延长线上(参照图2)。
在此，第一至第三径向肋16、20、22的厚度形成为大致相同的厚度。而且，这些第一至第三径向肋16、20、22，考虑到注射成型时的内腔内的熔融树脂的流动，形成为比辐板4和轮缘状部分13的厚度还薄。即，如图4所示，第一至第三径向肋16、20、22的厚度形成为比辐板4及轮缘状部分13的厚度还薄，以便能够将注射成型时的内腔23内的熔融树脂的流动24从与辐板4对应的部分(4)优先向与齿部对应的部分(5)引导。另外，浇口25在内腔23的与辐板对应的部分(4)中尤其与纵梁部分对应的位置的背面侧进行开口，使熔融树脂的流动24被分为与辐板对应的部分(4)的径向外方(与齿部对应的部分(5)侧)和径向内方(与轮毂对应的部分(3)侧)。而且，在该图4中，注射成型用模具25具有第一模26、第二模27及轴模28。
另外，辐板4与第一至第三径向肋16、20、22的各连接部、辐板4与轮毂3的连接部、辐板4与轮缘状部分13的连接部、辐板4的弯曲的各拐角部、第一至第三径向肋16、20、22与轮缘状部分13的连接部、以及第一径向肋16与轮毂3的连接部等各拐角部，以大致圆弧状的光滑的曲面形成，以防止产生应力集中(参照图2)。
这样构成的本实施方式的注射成型树脂锥齿轮1，由于辐板4和轮缘状部分13的厚度大致相同，且第一至第三径向肋16、20、22的厚度比辐板4及轮缘状部分13还薄，因此注射成型时的熔融树脂的流动24从辐板4向齿部5的内端6a侧引导，然后该熔融树脂的流动24从齿部5的内端6a侧优先向外端6b侧引导之后，熔融树脂导向第一至第三径向肋16、20、22(参照图2及图4)。其结果，在齿部5上以规定的注射成型压力填充熔融树脂(第一效果)。
另外，将齿部5的轮缘状部分13从其内周侧支撑的第一至第三径向肋16、20、22，形成为比轮缘状部分13的厚度还薄的厚度。而且，第二径向肋20与轮缘状部分13的连接部的长度，比第一径向肋16与轮缘状部分13的连接部的长度还短。其结果，本实施方式的注射成型树脂锥齿轮1可抑制注射成型后的齿部5与第一至第三径向肋16、20、22的连接部的向径向内方的收缩量较小，可实现齿轮精度的高精度(第二效果)。而且，在将第一至第三径向肋16、20、22的厚度形成为与轮缘状部分13的厚度大致相同，或将第二径向肋20与轮缘状部分13的接触部长度形成为与第一径向肋16和轮缘状部分13的接触部长度相同的长度的场合，齿部5向径向内方的收缩量局部(在与各径向肋16、20、22的连接部)变大，难以得到规定的齿轮精度。
另外，在本实施方式中，由于辐板4的齿部连接部分12向齿6的内端6a侧大致水平方向(沿着图2的旋转中心轴CL延伸的方向的方向)延伸并与齿部5的内端6a侧连接，从辐板4向齿部5的注射成型时的熔融树脂的流动24朝向齿6的内端6a侧的侧面30且与不参与啮合的部分(图4的D部)，因此，空隙和气孔等成型不良不会产生在与对方锥齿轮的啮合部分(第三效果)。
另外，本实施方式由于在齿部5的外端6a侧且与对方锥齿轮不产生啮合的部分，形成有与外端齿顶圆直径Dae相同形状的凸缘状部分15，使注射成型时的内腔23内的残留气体的压缩产生在凸缘状部分15的外端，因此在产生啮合的齿6上不会产生气体烧伤和气孔等成型不良。
而且，本实施方式的注射成型树脂锥齿轮1，作为上述第一至第四效果的协同效果，成为在应用了现有例的注射成型树脂锥齿轮1中不能得到的高精度且高质量的齿轮(第五效果)。
另外，本实施方式的注射成型树脂锥齿轮1，由于辐板4的横梁部分8从纵梁部分11的径向内端侧向齿6的内端6a侧(图2的右侧方向)大致水平地逼近，并且辐板4的基端部分7相对纵梁部分11位于向齿6的内端6a侧(沿着图2的旋转中心轴CL的延伸方向右方向侧)偏移的位置，因此若对齿6作用啮合载荷，则辐板4的从纵梁部分11横跨到基端部分7的部分产生弹性变形，缓冲齿6的啮合时的冲击，能够抑制对辐板4的基端部分7与轮毂3的连接部作用过度的冲击载荷和弯曲应力(第六效果)。
另外，本实施方式的注射成型锥齿轮1，由于将从轮缘状部分13与辐板4的连接部到齿6的后端6b侧的部分用多个第一径向肋16支撑，并且在相邻的第一径向肋16、16之间且从轮缘状部分13与辐板4的连接部分到齿6的齿宽方向中央部10用第二径向肋20支撑，因此能够使齿部5的支撑构造具有高刚性(第七效果)。
而且，本实施方式的注射成型树脂锥齿轮1，由于将从轮缘状部分13与辐板4的连接部分到齿6的内端6a侧的部分用第三径向肋22支撑，因此作为与上述第七效果的协同效果，能够使齿部5的支撑构造具有极高的刚性(第八效果)。
另外，本实施方式的注射成型树脂锥齿轮1，如上所述，能够使齿部5的支撑构造具有高刚性，因此能够抑制动力传递时的啮合载荷所引起的齿部的变形较小，可实现高精度的旋转传递(第九效果)。
如上所述，本实施方式的注射成型树脂锥齿轮1可同时实现齿轮精度的高精度化和齿轮强度的高刚性化。
第一变形例
图5至图7是表示上述实施方式的第一变形例的注射成型树脂锥齿轮1的图。在这些图中，图5是注射成型树脂锥齿轮1的主视图，是与上述实施方式的图1对应的图。而且，图6是沿着图5的A2-A2线进行切断而表示的剖视图，是与上述实施方式的图2对应的图。另外，图7是注射成型树脂锥齿轮1的后视图，是与上述实施方式的图3对应的图。
本变形例的注射成型树脂锥齿轮1，除了辐板4的形状及第三径向肋22与上述实施方式不同之外，是与上述实施方式实质上同样的构造。因此，本变形例对与上述实施方式的不同点进行说明。
即，本变形例的注射成型树脂锥齿轮1，辐板4的纵梁部分11以与轮毂3直接连接的方式向径向内方延长，省略了上述实施方式中的横梁部分8和基端部分7(参照图2及图6)。而且，第三径向肋22沿着辐板4的正面侧的侧面4b从轮毂3的外周面3a形成至齿部5的内周面(参照图1及图5)。
本变形例的注射成型树脂锥齿轮1，由于没有与上述实施方式的横梁部分8及基端部分7对应的结构(辐板4的弯曲构造部分)，所以相应地与对方锥齿轮啮合时的冲击缓冲效果比上述实施方式还小，除此之外可得到与上述实施方式同样的作用效果。
第二变形例
图8是表示上述实施方式的第二变形例的注射成型树脂锥齿轮1的图，表示上述第一变形例的变形例。而且，图8是与上述实施方式的图6对应的图。
本变形例的注射成型树脂锥齿轮1为避免与邻接配置的部件的干涉，轮毂3的沿旋转中心轴CL的长度形成为比上述实施方式及第一变形例还短，不会从齿部5的背面侧端部更向背面侧(图8中左侧)突出。
该第二变形例的注射成型树脂锥齿轮1，可得到与上述第一变形例同样的作用效果。
第三变形例
图9至图11是表示上述实施方式的第三变形例的注射成型树脂锥齿轮1的图，表示上述第一变形例的其他变形例。其中，图9是表示注射成型树脂锥齿轮1的主视图，是与上述第一变形例的图5对应的图。而且，图10是沿着图9的A3-A3线进行切断而表示的剖视图，是与上述第一变形例的图6对应的图。另外，图11是注射成型树脂锥齿轮1的后视图，是与上述第一变形例的图7对应的图。
本变形例的注射成型树脂锥齿轮1，将第一径向肋16的个数设置成比上述第一变形例还少，并增加了配置于相邻的第一径向肋16、16之间的第二径向肋22的个数(条数)。而且，将第三径向肋22的个数设置成比上述第一变形例还少。
像这种本变形例的注射成型树脂锥齿轮1那样，也可以根据啮合载荷，变更各径向肋16、20、22的个数。
另外，本变形例的注射成型树脂锥齿轮1，通过对注射成型模具的分型线和内腔的排气构造进行研究，省略了第一变形例中的凸缘状部分15。
其他变形例
上述实施方式及上述各变形例，用第一至第三径向肋16、20、22及辐板4来支撑齿部5，但是在齿部5的支撑刚性只用第一至第二径向肋16、20及辐板4形成为规定的刚性的场合，也可以省略第三径向肋22。
而且，在上述实施方式及上述各变形例中，第二径向肋20在进一步提高齿部5的支撑刚性的场合，可以使与轮缘状部分13的连接端比齿宽方向中央部10还靠外端6b接近，在进一步提高齿轮精度的场合，也可以使与轮缘状部分13的连接端比齿宽方向中央部10还靠内端6a接近。
另外，在上述实施方式中，只要能得到与上述实施方式中的第六效果相同的效果，辐板4的形状不限于图2所示的形状。例如，辐板4的基端部分7也可以是弯曲形状、ㄑ字形状或从径向内方向外方倾斜的形状等。而且，辐板4的横梁部分8也可以是弯曲形状或从基端部分7向纵梁部分11倾斜的形状等。另外，辐板4的纵梁部分11也可以是弯曲形状、ㄑ字形状或从径向内方向外方倾斜的形状等。
产业上的可利用性
以上说明了本申请发明在两轴相交的注射成型树脂锥齿轮的应用，但也可以将本申请发明应用到在交错轴之间传递运动的双曲线齿轮。

Claims (3)

1.一种注射成型树脂锥齿轮，具备具有轴孔的轮毂、从该轮毂的外周侧向径向外方扩展的辐板以及位于该辐板的径向外方侧的齿部，其特征在于，
上述齿部具有形成为沿齿根大致相同的厚度且与上述辐板的厚度大致相同的厚度的环状的轮缘状部分，
上述辐板的径向外方侧与上述轮缘状部分的作为齿宽方向一端侧的内端侧连接，
在上述轮缘状部分中，从连接有上述辐板的部分到作为齿宽方向另一端侧的外端附近的部分上，连接有从上述轮毂的外周侧向径向外方以放射状等间隔延伸且沿着上述辐板的侧面延伸的多个第一径向肋的径向外方端，
在上述轮缘状部分中，位于相邻的上述第一径向肋之间的部分，且比上述外端附近的连接有上述第一径向肋的部分还靠上述内端的部分上，连接有从上述辐板的侧面突出的第二径向肋的径向外方端，
上述第一径向肋及上述第二径向肋的厚度形成为比上述辐板及上述轮缘状部分的厚度还薄，以便能够将注射成型时的熔融树脂的流动从上述辐板优先向上述齿部引导。
2.根据权利要求1所述的注射成型树脂锥齿轮，其特征在于，
上述辐板的径向内方侧具有：在沿旋转中心轴延伸的方向上且向上述齿部的上述轮缘状部分的上述内端侧逼近地进行弯曲的横梁部分；以及从该横梁部分的前端侧向径向内方延伸并与上述轮毂的外周侧连接的基端部分。
3.根据权利要求1或2所述的注射成型树脂锥齿轮，其特征在于，
上述齿部在从齿的外端位置离开的位置且上述轮缘状部分的上述外端侧的位置，具有从上述轮缘状部分向径向外方延伸至与外端齿顶圆直径大致相同直径的位置的大致圆板形状的凸缘状部分。
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