JP2006329243A - ハスバ歯車および、その成形用金型 - Google Patents

Abstract

【課題】外周面にハスバ形状の歯部を有し、ボスとリムを連結するリブを一体成形してなる高精度な樹脂製ハスバ歯車を提供する。
【解決手段】歯車全体が一体的に成形され、中心部のボス１４と円筒状リム１２がリブ１５を介して連結された樹脂製ハスバ歯車であって、リブ１５は、当該ハスバ歯車１０の中心軸を中心として歯部１１と同じ方向に捩じれた面を有し、かつこのリブ１５のリードが、歯部１１のリードと同一になっている。またリブ１５のリム上の位置が、当該ハスバ歯車の歯底の位置に対応している。さらにリブ１５の厚さが当該ハスバ歯車の軸方向で変化し、かつ当該ハスバ歯車を成形用金型から取り出す際の歯車抜き方向に薄くなっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラスチック製ハスバ歯車および、その成形用金型に関し、より詳しくは、ボス、ハスバ形状の歯部（外歯）と一体化している円筒形のリム、ディスク部、ボスとリムを連結するリブの各要素を一体成形してなるハスバ歯車および、成形後のハスバ歯車を円滑に回転移動させながら取り出すことができる、ハスバ歯車の成形用金型に関するものである。本発明のハスバ歯車は、例えば画像出力装置の感光体を駆動するための高精度動力伝達機構に有効に応用することができるものである。

ハスバ歯車をプラスチックの射出成形により製造する方法としては、例えば下記特許文献１に記載されたものがある。この従来技術に係る射出成形用金型では、ハスバ歯車を成形するキャビティの一壁面をなすコア入れ子（固定金型）と、このコア入れ子に対して軸線方向に相対的に移動して開閉される可動金型と、上記ハスバ歯車のハスバ歯形を形成して上記可動金型の移動方向に直交する面内で回転するギヤ駒、すなわち歯面を形成する回転金型とで構成されている。

そして、これらのコア入れ子、可動金型およびギヤ駒により構成されるキャビティ内に合成樹脂材料を注入し、この射出成形後の型開き時に可動金型をコア入れ子（固定金型）に対して軸線方向に移動させ、エジェクタピンにより製品を突き出すとき、ギヤ駒が成形品のハスバ歯形の傾斜形状に合致するように回転し、成形品取り出し操作が行われるようになっている。

特許文献２には、キャビティを形成する金型要素の位置精度を高くすることができる、高精度のプラスチック製ハスバ歯車を成形する射出成形金型が記載されている。この金型では、キャビティ内で冷却・固化したハスバ歯車をエジエクタピンで取り出そうとすると、ハスバ歯車の捩れ角に応じて歯形入れ子が自由回転し、ハスバ歯車が取り出される。このときキャビティおよびハスバ歯車に偏心が生じていると、円滑に回転できない。そこで、射出成形金型を組み付ける際、所定の位置調整装置によって歯形入れ子または下部入れ子の位置調整を行う。

特許文献３には、外歯のハスバ形状の歯部と一体化している円筒形のリムと、ディスク部およびボス部とが一体に形成された樹脂歯車を成形するための金型が記載されている。この金型は、成形された樹脂歯車を回転させることにより（ギヤ駒を回転させることなしに）、当該成形品を取り出すことができるように構成されている。

特開平５−１０４５８７号公報 特開２００２−２００６４５号公報 特開２００２−２０５３２２号公報

ところが従来技術では、外歯のハスバ形状の歯部と一体化している円筒形のリム、ディスク部、ボス、これらボスとリムを連結するリブの各要素をプラスチック成形により一体成形した樹脂製ハスバ歯車を作製しようとする場合、成形品をハスバ形状に沿って回転させて取り出そうとしても、ボスとリムを連結する上記リブが回転の妨げとなり、円滑に取り出すことができない場合があった。

また、上記特許文献１に記載されたハスバ歯車の射出成形方法では、成形品を取り出す際にその軸方向移動により、外周のハスバ歯形でギヤ駒（回転金型）に回転力を与えて回転させるものであるから、ギヤ駒の慣性抵抗、ベアリングの摩擦抵抗等のために成形品に回転方向の抵抗がかかり、ハスバ歯車の樹脂成形品自体にねじり力が作用し、当該樹脂成形品が変形することになる。そのため、寸法精度のよいハスバ歯車を成形することが困難であった。また、金型を回転させる手段として、ベアリングが可動型側に組み込まれているため、可動型側の構造が複雑化するだけでなく、金型の位置決め精度が低下するという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、外周面にハスバ形状の歯部を有し、ボスとリムを連結するリブを一体成形してなる高精度、かつ新規な樹脂製ハスバ歯車の構造および、このようなハスバを製造するための成形用金型に関し、特に、成形後のハスバ歯車を円滑に回転移動させながら取り出すことで、型抜き時の成形品の捩じれによる成形精度の低下を抑えることができるハスバ歯車構造および、その成形用金型を提供しようとするものである。

より具体的に説明すると、請求項１に係る発明の目的は、ハスバ形状によるハスバ歯車の軸方向移動と回転に同期して、回転しながら軸方向に移動するリブ形状を備えたハスバ歯車を提供することにある。

また、ハスバ歯車の成形用金型について検討すると、外歯のハスバ形状の歯部と一体化している円筒形のリム、ディスク部、ボス、これらボスとリムを連結するリブの各要素を一体形成したハスバ歯車の成形品を金型から取り出す方法としては従来、成形品を回転させず、ギヤ駒（歯面を形成する回転金型）を回転させて取り出す方法が一般的であった。
しかしながら、ギヤ駒を回転させるために、これを型板との間にベアリングを介して保持する必要があり、金型構造が複雑化し、製作コストがベアリングを使用しない平歯車の金型や、ボスとリムを連結するリブを有さないハスバ歯車の金型と比較して増大する傾向にあった。また、ギヤ駒を回転させるため、精度面でもクリアランス等のガタにより、歯車精度の低下は避けられないという不具合があった。

そこで、請求項２に係る発明では、請求項１のハスバ歯車を成形した後、これを成形用金型から取り出す場合に、ギヤ駒を回転させることなく固定したままで、高精度の成形品を取り出すことができる金型構造を提供することを目的とした。

請求項１に係るハスバ歯車において、歯部のハスバ形状は捩じれ角β（図１参照）をもっており、捩じれていないリブとハスバ形状との位置関係がハスバ歯車の軸方向で一定となっていない。このため、成形時に歯スジ方向で収縮の不均一が発生し、歯車精度が低下することがあった。
そこで、請求項３に係る発明では、捩じれた面を持つリブのリム上の位置を、ハスバ形状の歯底の位置に対応させることで、歯スジ方向での成形品の収縮不均一を低減することができるリブ形状を提供することにしたものである。

また、請求項１の発明に係る、捩じれリブを有するハスバ歯車を回転させつつ軸方向に移動させて金型から取り出す場合、離型抵抗が大きくなり、成形品を変形させずに取り出すことが難しくなる場合が、まれにあった。
したがって、請求項４に係る発明は、ハスバ歯車の捩じれリブの厚さを軸方向で変化させ、抜き方向に向かって薄くなるように構成することで、抜き勾配が得られるリブ形状を提供し、これにより、金型からの成形品取り出し操作を特に円滑に行うことにある。

請求項１に係る発明は、外歯であるハスバ形状の歯部と一体化している円筒状リムと、ディスク部と、ボスと、該ボスとリムを連結する板状リブとを一体成形してなる樹脂製のハスバ歯車において、前記リブは、当該ハスバ歯車の中心軸を中心として前記歯部（ハスバ形状）と同じ方向に捩じれた面を有する捩じれリブとして形成され、かつ該リブのリードが、前記歯部のリードと同一になっていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のハスバ歯車を成形するための成形用金型であって、上部入れ子を有するキャビティプレートを備えた上部金型と、該上部金型との接合により前記ハスバ歯車成形用のキャビティを形成する部材を備えた下部金型とを組み合わせてなり、前記上部金型にスプルーが設けられ、前記下側金型には前記キャビティを形成する部材として、固定配備された歯形入れ子と、該歯形入れ子に固定されたコアプレートと、該コアプレートに固定された下部コア入れ子とが設けられ、さらに前記下側金型には、下部コア入れ子に摺動自在とされ、かつ成形されたハスバ歯車のボスに当接するセンタコアピンと、作動によりハスバ歯車のディスク部を押圧するエジェクタピンとが設けられ、前記歯形入れ子は、上部コア入れ子およびコアプレートとの組み合わせによりハスバ形状の歯部を成形し、前記下部コア入れ子は、ハスバ歯車の捩じれリブを成形するものであり、ハスバ歯車の成形後に、前記上部金型と下部金型を分離し、センタコアピンと下部コア入れ子をハスバ歯車から離間させ、エジェクタピンでハスバ歯車を押圧することにより、前記歯形入れ子を固定したまま、ハスバ歯車を軸方向に回転移動させて取り出すように構成したことを特徴とする成形用金型である。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載のハスバ歯車において、前記捩じれリブのリム上の位置が、当該ハスバ歯車の歯部の歯底位置に対応していることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１または２に記載のハスバ歯車において、前記捩じれリブの厚さが、当該ハスバ歯車の軸方向で変化し、かつ当該ハスバ歯車を成形用金型から取り出す際の歯車抜き方向の上流側よりも下流側が薄くなっていることを特徴とする。

このように、本発明の成形用金型は、ボスとリムを連結する板状の捩じれリブを設けたハスバ歯車を成形するものであるが、上記特許文献１〜３に記載された成形用金型は、ボスとリムを連結するリブを有する構造のハスバ歯車を成形するものではない。

これに対し、本発明の成形用金型は、リムとボスを連結するリブを有するハスバ歯車を成形した後、この歯車を軸方向に回転移動させることで金型外に取り出すように構成したものである。

請求項１のハスバ歯車においては、そのリブ形状が歯車の中心軸を中心にハスバ形状と同じ方向に捩じれた面を持ち、そのリードがハスバ形状のリードと同じであるので、ハスバ形状による突出しの回転角と同じ回転角で回転できる。したがって、成形後のハスバ歯車を円滑に回転移動させながら取り出すことで、型抜き時の成形品の捩じれによる成形精度の低下を抑えることができる。

請求項２に係る成形用金型を用いてハスバ歯車を成形した場合には、成形後の樹脂製ハスバ歯車を、軸方向に押すだけで取り出すことができる。すなわち、この金型では歯形入れ子（ギヤ駒）と、キャビティ内で冷却・固化したハスバ歯車を固定した状態で、センタコアピンと下部金型を下方向に移動する。その後、エジェクタピンを上方に摺動させてハスバ歯車を押圧すると、ハスバ歯車は回転しながら歯形入れ子から分離されて取り出される。
このように、請求項２の金型構造では、成形ハスバ歯車を取り出す際、金型のギヤ駒を回転させることなく、成形された歯車を軸方向に回転移動させることにより、当該成形品を取り出すことができるため、金型製作費の低減が可能となる。

請求項３の成形ハスバ歯車形状においては、樹脂成形品の捩じれた面を持つリブのリム上の位置がハスバ形状の歯底の位置に対応し、ズレが小さいため、成形時のリブ収縮による影響が小さくなり、歯形精度の良い成形品を得ることができる。

請求項４の成形ハスバ歯車形状においては、請求項１の成形ハスバ歯車の捩じれた面を持つリブに関して、そのリブの厚さが軸方向で変化し、特に抜き方向に向かって薄くなっているため、離型時の抵抗が低下するので、金型からの成形品取り出し操作を特に円滑に行うことができる。したがって、成形品離型時に成形品を変形させてしまうトラブルが確実に防止される。

本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、プラスチック成形により一体成形された樹脂製ハスバ歯車の全体形状を示す概略斜視図である。図２は、このハスバ歯車の平面図である。

図１に示すように、ハスバ歯車１０は、外歯であるハスバ形状１１ａの歯部１１と一体化している円筒状リム１２と、ディスク部１３と、ボス１４と、該ボス１４とリム１２を連結する板状リブ１５とを、一体成形してなる樹脂製のハスバ歯車である。上記リブ１５は、ハスバ歯車１０の中心軸を中心として歯部１１と同じ方向に捩じれた面を有する捩じれリブとして形成され、かつ該リブ１５のリードが、歯部１１のリードと同一になっている。

上記ハスバ歯車１０において、リブ１５は捩じれた面を持ち（以下、「捩じれリブ」という場合がある。）、図１に示される平面リブ２１のディスク部１３と接する部分を、円周方向に角度αだけ捩じって得られる形状をなしている。なお、図１において平面リブ２１は参考に示したものであり、これは、一般的にハスバ歯車で使用される、平面形状でボス１４の中心から放射状に配置されるものである。

上記リブ１５の厚さは、成形用金型（図略）からのハスバ歯車１０の抜き方向に対して、奥側の厚さをｔ１、手前側の厚さをｔ２とすると、ｔ１＞ｔ２となっている。また、このリブ１５は、直径ｄｒ（図２）のリム内径円筒面上で、捩じれ角βｒ（図１）を有している。一方、外周部のハスバ形状は、基準ピッチ円筒面上で捩じれ角β（図１）を持っている。ここでハスバ形状と、捩じれリブ１５の捩じれ方向は同一である。

ハスバ形状のリードＬは、基準ピッチ円径をｄ（図２）とすると、下記式（１）
Ｌ＝π・ｄ／ｔａｎβ……（１）
で表わすことができる。
また、捩じれリブのリードＬｒは、下記式（２）
Ｌｒ＝π・ｄｒ／ｔａｎ（βｒ）……（２）
で表わされる。

図３に、図１のハスバ歯車１０を成形するための金型の構造を示す。
この金型は、上部入れ子を有するキャビティプレート３１を備えた上部金型３０と、この上部金型３０との接合によりハスバ歯車成形用のキャビティを形成する部材を備えた下部金型４０とを組み合わせて構成される。
上部金型３０には、スプルー３２が設けられている。下側金型４０には、上記キャビティを形成する部材として、（１）固定配備された歯形入れ子（ギヤ駒）４１と、（２）この歯形入れ子に固定されたコアプレート４２と、（３）このコアプレートに固定された下部コア入れ子４３とが設けられている。
さらに下側金型４０には、下部コア入れ子４３に摺動自在とされ、かつ成形されたハスバ歯車１０のボス１４に当接するセンタコアピン４４と、作動によりハスバ歯車１０のディスク部１３を押圧するエジェクタピン４５とが設けられている。
上記歯形入れ子４１は、上部金型３０の上部コア入れ子（図略）およびコアプレート４２との組み合わせによりハスバ形状の歯部１１を成形し、下部コア入れ子４３は、ハスバ歯車の捩じれリブを成形するものである。

この金型では、ハスバ歯車の成形後に、上部金型３０と下部金型４０を分離し、センタコアピン４４と下部コア入れ子４３をハスバ歯車１０から離間させ、エジェクタピン４５でハスバ歯車１０のディスク部１３を押圧することにより、歯形入れ子４１を固定したままで、ハスバ歯車１０を軸方向に回転移動させて取り出すことができる。

図３の金型において、ハスバ形状歯形キャビティ（歯形入れ子４１）は、金型内部で固定されているため、エジェクタピン４５による突出しで、成形品１０はハスバ形状に沿って回転しようとする。

ここで、Ｌ＝Ｌｒとなるように、すなわち下記式（３）（Ｌ，Ｌｒ等の符号は前出）、
βｒ＝ｔａｎ^-1 〔(ｄｒ・ｔａｎβ)/ｄ)〕……（３）
が成立するように、リブの捩じれ角を設定しておけば、成形品を突き出した時のハスバ形状の回転角αが、捩じれリブの回転角αｒ（図１）に等しくなるため、この捩じれリブが突き出しによる成形品の回転の妨げにならず、成形品を円滑に取り出すことができる。

参考として図４に、歯形入れ子（ハスバ形状歯形キャビティ）が金型内で自由回転するようにベアリングで保持された構造の従来の成形用金型を示す。この金型は製品リブ１５Ｂ、すなわち平面リブ（図１）を有するハスバ歯車１０Ａを成形するためのもので、この図に示された符号について説明すると、５１はキャビティを形成するための歯形入れ子、５３は下部コア入れ子、５４はセンタピン、５５はエジェクタピン、６１はローラベアリング、６２はスラストベアリングである。この金型では、歯形入れ子５１がローラベアリング６１で支持されつつ、ハスバ歯車１０Ａの中心軸を中心に回転する。

図４の金型構造では、上記のように製品リブが中心軸と平行（平面リブ）であっても、成形品突出し時にはハスバ形状に沿って歯形入れ子が回転するため、成形品を容易に取り出すことができる。しかし、ベアリングを使用しているため、金型構造が複雑となり、金型製作コストも、本発明に係る図３の構造と比較して高くなるという問題がある。

図５は、ハスバ歯車が平面リブを有する場合の、この平面リブ２１とハスバ形状の歯先２２および歯底２３との位置関係を示す説明図である。また図６は、ハスバ歯車が捩じれた面を持つリブを有する場合の、この捩じれリブ１５とハスバ形状の歯先１１ｂおよび歯底１１ｃとの位置関係を示す説明図である。

図３、図６および上記式（３）で明らかなように、ｄ（ハスバ歯車の基準ピッチ円径）とｄｒ（円筒状リムの内径）が近似していれば、ハスバ形状の捩じれ角βと、捩じれた面を持つリブの捩じれ角βｒが近似する。例えばｄ：３０ｍｍ、ｄｒ：２７ｍｍ、β：１６°とするとβｒは１４．４°であり、歯幅ｂ（図１、図６）を１５ｍｍとすると、ハスバ形状の歯スジとリム円筒面上のリブとの平行度は０．１９ｍｍの位置関係に保たれ、ハスバ形状の歯底に沿ってリブを配置することができる。また、結果的に成形時の、リブによる収縮の影響が歯スジ方向で均一となる。

ところが図５に示すように、平面リブの場合はβ：１６°とすると、歯スジとリブとの平行度は４．３ｍｍとなり、一本の歯スジの中でリブに近い部分と、リブに遠い部分が存在し、リブによる収縮の影響が歯スジ方向の位置により異なる。その結果、成形品を回転させつつ取り出す操作を円滑に行うのが難しくなる問題が生じる。
なお、上記「平行度」は、歯幅ｂ間において、ハスバ形状の歯スジとリブの各端部の位置を一致させた場合の、軸方向に反対側の各端部のずれ量により算出されるものである。

プラスチック成形により一体成形された、本発明に係る樹脂製ハスバ歯車の全体形状を示す概略斜視図である。 図１の平面図である。 図１のハスバ歯車を成形するための金型構造を示す概略断面図である。 歯形入れ子をベアリングで保持した構造の、従来の成形用金型を示す概略断面図である。 ハスバ歯車が平面リブを有する場合の、この平面リブとハスバ形状の歯先および歯底との位置関係を示す説明図である。 ハスバ歯車が捩じれた面を持つリブを有する場合の、この捩じれリブとハスバ形状の歯先および歯底との位置関係を示す説明図である

符号の説明

１０ ハスバ歯車
１０Ａ ハスバ歯車
１１ 歯部
１１ａ ハスバ形状
１１ｂ 歯先
１１ｃ 歯底
１２ リム
１３ ディスク部
１４ ボス
１５ 捩じれリブ
２１ 平面リブ
２２ 歯先
２３ 歯底
３０ 上部金型
３１ キャビティプレート
３２ スプルー
４０ 下部金型
４１ 歯形入れ子（ギヤ駒）
４２ コアプレート
４３ 下部コア入れ子
４４ センタコアピン
４５ エジェクタピン
５１ 歯形入れ子
５３ 下部コア入れ子
５４ センタピン
５５ エジェクタピン
６１ ローラベアリング
６２ スラストベアリング
ｂ 歯幅
ｄ 基準ピッチ円の径
ｄｒ リムの内径
Ｌ ハスバ形状のリード
Ｌｒ 捩じれリブのリード
ｔ１，ｔ２ 捩じれリブの厚さ
α ハスバ形状の回転角
αｒ 捩じれリブの回転角（捩じれリブの捩れ角）
β ハスバ形状の捩じれ角
βｒ 捩じれリブの捩じれ角

Claims (4)

1. 外歯であるハスバ形状の歯部と一体化している円筒状リムと、ディスク部と、ボスと、該ボスとリムを連結する板状リブとを一体成形してなる樹脂製のハスバ歯車において、
   前記リブは、当該ハスバ歯車の中心軸を中心として前記歯部と同じ方向に捩じれた面を有する捩じれリブとして形成され、かつ該リブのリードが、前記歯部のリードと同一になっていることを特徴とするハスバ歯車。
2. 請求項１に記載のハスバ歯車を成形するための成形用金型であって、
   上部入れ子を有するキャビティプレートを備えた上部金型と、該上部金型との接合により前記ハスバ歯車成形用のキャビティを形成する部材を備えた下部金型とを組み合わせてなり、
   前記上部金型にスプルーが設けられ、
   前記下側金型には前記キャビティを形成する部材として、固定配備された歯形入れ子と、該歯形入れ子に固定されたコアプレートと、該コアプレートに固定された下部コア入れ子とが設けられ、
   さらに前記下側金型には、下部コア入れ子に摺動自在とされ、かつ成形されたハスバ歯車のボスに当接するセンタコアピンと、作動によりハスバ歯車のディスク部を押圧するエジェクタピンとが設けられ、
   前記歯形入れ子は、上部コア入れ子およびコアプレートとの組み合わせによりハスバ形状の歯部を成形し、前記下部コア入れ子は、ハスバ歯車の捩じれリブを成形するものであり、
   ハスバ歯車の成形後に、前記上部金型と下部金型を分離し、センタコアピンと下部コア入れ子をハスバ歯車から離間させ、エジェクタピンでハスバ歯車を押圧することにより、前記歯形入れ子を固定したまま、ハスバ歯車を軸方向に回転移動させて取り出すように構成したことを特徴とする成形用金型。
3. 請求項１に記載のハスバ歯車において、前記捩じれリブのリム上の位置が、歯部の歯底の位置に対応していることを特徴とするハスバ歯車。
4. 請求項１または２に記載のハスバ歯車において、前記捩じれリブの厚さが、当該ハスバ歯車の軸方向で変化し、かつ当該ハスバ歯車を成形用金型から取り出す際の歯車抜き方向の上流側よりも下流側が薄くなっていることを特徴とするハスバ歯車。
   

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