JP2009236136A - 射出成形歯車 - Google Patents

Abstract

【課題】突き出しピン形状を備えた射出成形歯車における寸法精度の向上を図る
【解決手段】合成樹脂製の射出成形歯車であって、中央孔を形成する円筒状のボス、歯部の底部に円筒状の歯底部を備え、ボスと歯底部を連絡する直線上のリブが放射状に設けられた射出成形歯車において、リブとリブの中間であって、歯底部と接続することなくボス側から延出した突き出しピンの形状を設けた射出成形歯車。
【選択図】図１

Description

本発明は、合成樹脂製の射出成形歯車に関する。

本発明は、合成樹脂製の射出成形歯車であって、高精度の電子部品用に適した歯車に関する。特にプリンター、ファクシミリあるいは複写機、さらには家電製品やＡＶ機器等などの駆動機構に用いられる駆動精度の高い駆動歯車として好適な、高精密、高強度で、かつ寸法安定性、耐摩耗性に優れた繊維強化プラスチック製高精度歯車及びその製造方法に関する。
この合成樹脂製の射出成形歯車は強度を確保するために肉盗み部分にリブ状を設置することになる。リブを設置した場合、製品を金型から取り出す（突き出す）為の突き出しピンを受ける部分である突き出しピン形状をリブと同一線上に設けることが多い（図３参照）。
そうした場合、リブの線上に突き出しピン形状が存在することになり、その突き出しピン形状は、型抜きの圧力を受けるために強度を高くする必要があり、リブを太くしたことと同じ効果が発生する。リブは部分的に太くなることで強度は増すが、リブの収縮の影響も大きく作用してリブの延長線上に存在する歯外径の寸法精度に影響を及ぼすこととなる。
リブの影響で歯底が大きく膨張して歯外径が大きくなる傾向が顕著であり、結果として歯外径寸法精度と噛み合い誤差の悪化につながってしまう。

例えば、図４に示す従来例の射出成形歯車では、突き出しピンが押すための突き出しピン形状４２Ａが存在することで、リブ４２が太くなり、強度が向上する効果が得られるが、これだけ大きな膨らみがリブの線上に存在するため、リブが接触している歯底部分Ｂの収縮に影響を及ぼす。リブが突っ張る（膨らむ）ことで、リブと接触する歯底が外側に押し上げられて変形、結果として「歯外径」［マタギ歯厚」「噛み合い誤差精度」の悪化に繋がる。

本発明は、突き出しピン形状を備えた射出成形歯車における寸法精度の向上を図ることを目的とする。

本発明は、突き出しピン押し形状を、ボス側と接続させるが、歯底には接続しない位置に設置して、歯底へ影響を及ぼすことを無くすこととし、リブの中間には突き出しピン形状を設けることなく直線状として、リブが歯底を押し上げる傾向を抑制したものであって、リブが歯底側に突っ張らなくなれば歯外径も大きくならずに、寸法精度を向上させることができる。

具体的な、構成は次のとおりである。
クレーム確定後補充

本発明は、放射リブと突き出し形状を分離して設け、突き出し形状をボス部から延出し、歯底部には接触しないように縁切りして設けることにより、歯外径部・歯底部の寸法に及ぼす影響（変形）を軽減させることができ、その結果、歯外径部の寸法精度と噛み合い誤差精度を向上させることができる。
本発明は、ボスと歯底間を放射状リブによって連結補強する構造の直径４０ｍｍ以下の比較的小型の歯車に適している。大きな径の歯車は、ボス部と歯底間が大きく開いているので、多様な支持構造を設計することが可能であるが、小型の射出成形歯車では、放射状リブが、単純で実用的な構造であるので、この長所生かしつつ、寸法精度を向上させることは、実用性に富んだ提案である。

ＯＡ機器、電子写真機器、プリンター、精密機器などの機器の小型化、精密化に伴い、伝動用歯車も小型化、精密性が求められ、さらに、省スペースのために複数の歯車を一体化した２段歯車が使用されている。このような精密な小型歯車、複合歯車に本発明の射出成形歯車は適している。
電子写真機器などトナーの定着を伴う機器では、定着部は２００℃以上の高温下で行われ、その定着機器に隣接する部品は高温環境に晒される。このような高温環境で使用可能な熱可塑性樹脂は限定され、かつ、型抜きの困難性などにより射出成形による製品精度を出すことが難しいが、本発明の射出成型歯車は、十分精度を出すことができ、高温環境下で精密制動可能な小型歯車を提供することができる。例えば、電子写真のカラー化に伴い、色ズレが発生しないようにロール側、紙側を正確に制動する必要があり、本発明の射出成形歯車は適している。

本発明は、放射リブと突き出し形状を分離して設け、突き出し形状をボス部から延出し、歯底部には接触しないように縁切りして設けた射出成形歯車である。突き出し形状による歯外径部・歯底部の寸法に及ぼす影響（変形）を廃し、リブ幅を小さくすることにより、リブの伸縮に伴う影響を軽減させることができ、その結果、歯外径部の寸法精度と噛み合い誤差を小さくし精度を向上させるものである。小型歯車に適し、精密制動、高温環境に適している。１５０℃以上の高温環境でも利用できる熱可塑性樹脂製歯車の射出成形歯車を提供できる。

＜構造＞
ボス部と歯部の歯底部間をリブのみによって支持する構造の小型射出成形歯車に適している。更に、二段歯車などの左右異なる歯を形成した歯車に適している。二段ギヤの組み合わせは、平歯-平歯、平歯-ハス歯、ハス歯-ハス歯などの組み合わせができる。２種類の歯車を一体化するので、省スペース、小型化に適している。
例えば、図１に本発明の歯車の例を示す。図１に示す歯車は、左側にハス歯、右側に平歯を設けた二段歯車を示している。(a)は左側面図、(b)は正面・Ｉ−Ｉ部分断面図、（ｃ）は右側面図を示している。ハス歯２１が形成された左側には突き出し形状Ａが形成されている。一方、平歯２２が形成された右側には、突き出し形状は必要なく、リブ４１のみが形成されている。右側には、射出樹脂の樹脂注入痕７が見られる。

ハス歯２１が形成された右側の構成が（ａ）に現れている。中心には中空のボス３が形成され、外側には歯車の歯部２が形成され、歯部の歯底部Ｂとボス３の間に放射状に６本のリブ４が設けられており、歯底部Ｂを支持している。リブ４・・の間にボス３側から先端を膨出させた突き出し形状Ａを６本設けている。この突き出し形状Ａの先端は歯底部Ｂと接することがないように縁切りされていて、空間が設けられている。この縁切りによって、突き出し形状が射出成形直後の樹脂収縮や熱による伸縮などによる影響を歯底部に与えることがないので、歯部２の成型精度は保たれることになる。そして、突き出し形状Ａとリブ４を分離して設けたので、リブを細くすることができ、リブそのものの伸縮影響も小さくすることができる。この例では、０．７ｍｍのリブ幅で、歯車外径は３０ｍｍである。樹脂は、チタン酸ウイスカー繊維を補強剤として添加したナイロン６６を用いている。
ボス３と歯底部Ｂとの間は肉盗み部５として空所に形成されている。長手方向の中央部にはフランジ６が設けられ左右を分けている。右側は（ｃ）に示されるように、ボス３と歯底部Ｂの間にはリブ４１が６本放射状に設けられている。右側端部には、樹脂注入痕７が認められる。なお、リブの数、突き出し形状の数は、６本に限られるものではない。

図２は、図１に示した歯車の例と同じであって、(b)は正面・ＩＩ−ＩＩ部分断面図として、突き出し形状Ａを通るＩＩ−ＩＩ位置の断面を示している外は図１と同様である。（ｂ）の上側部分断面に見られるように、突き出し形状Ａと歯底部Ｂの間には肉盗み部５の空所が存在することが明らかである。右側も同様に肉盗み部５となっている。

これに対して図４は、リブ４２の中間上に突き出し形状４２Ａを設けた従来例を示している。突き出し形状４２Ａ自体膨出部であり、また、突き出し操作に対する抵抗力を出すためにリブ自体が太くなる。この従来例では１ｍｍ幅となっている。なお、右側は図１に示す歯車と同様である。

＜適用サイズ＞
本発明が適用できる歯車の寸法的制限は、特に限定されないが、放射状にリブ以外の構成を採用しにくい外径４０ｍｍ以内の小型の射出成形によって製造される合成樹脂製歯車に適している。特に、３０ｍｍ以下に適している。
また、長さについては、制約は少ないものと考えられる。

＜材質＞
耐熱性、耐薬品性、剛性、耐磨耗性などの優れた性質を持つために、エンジニアリングプラスチックであるナイロン６６などのポリアミド樹脂、強化ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ ）樹脂を用いることができる。
ＰＡ６６(ナイロン６６)には、チタン酸カリウムウイスカーを添加することができる。ＰＰＳには、カーボンファイバー又はグラスファイバーを添加することができる。

＜製法＞
本発明は、射出成形によって、成形する。射出成形自体は一般に用いられている公知の手段を採用することができる。

＜用途＞
本発明の合成樹脂製の射出成形歯車は、機具用あるいは搬送器具用の駆動部に使用することができる。特に、正確な制動、耐熱性が求められる環境下に適している。ＯＡ機器用、電子写真用、インクジェットプリンター用、ホビー機器用、ＡＴＭ用又は券売機用が挙げられる。そして、例えば、約２００℃の高温環境下にあるトナー定着ロールの駆動ギアに隣接して使用される歯車に適している。トナーに含まれる合成樹脂を紙などへ融着して定着するために２００℃程度の高温となる定着に隣接する歯車として本発明の歯車は１７０℃程度の耐熱性があって、電子写真の正確な印刷の位置合わせの要求に耐え得る歯車ある。本発明は、耐熱性の熱可塑性合成樹脂を用いて、高性能の歯車を提供することを実現した。

図１、図２を用いて本実施例の射出成形歯車を示す。具体的な構成は前述のとおりであるので、省略する。外径は２７ｍｍ、放射状リブは０．７ｍｍ幅、６本、突き出し形状は先端径５ｍｍ、材質はチタン酸カリウムウイスカーを配合したナイロン６６樹脂製である。

丸く質量のある突き出しピン形状Ａが歯底部Ｂに直接接することがないので、樹脂硬化時の収縮など射出成形に伴う樹脂の挙動に対して、突き出しピン形状Ａが歯底部Ｂに突っ張り作用などの悪影響を及ぼすことを防止できる。ボス３と歯底部Ｂとの間に設けられたリブ４は、射出成形歯車１の変形防止や強度維持のために必要上設けられているが、円周状に配置された歯底部やボスと放射方向に設けられたリブは、方向性が異なる異方性をもっているので、歯底部が成形硬化時に収縮するのに対して、リブが突っ張る（膨らむ）ことで、リブと接触する歯底部が外側に押し上げられて変形、結果として「歯外径」［マタギ歯厚」「噛み合い誤差精度」の精度向上に対して悪影響を及ぼすこととなる。
本実施例では、突き出しピン形状をリブ中間に設けていた従来例より、リブの幅を狭くすることができ、リブ４が歯底部Ｂに及ぼす突っ張り作用を小さくすることができる。この実施例では、従来１．０ｍｍの幅を０．７ｍｍ幅に３０％減少させることができた。
また、歯底部Ｂの精度安定性が向上する結果、各歯の個々の形状のバラツキを抑えることができ、歯外径部の寸法精度と噛み合い誤差精度の向上をはかることができる。

＜寸法精度＞
リブ上に製品突き出し部形状を設けない事と、その従来よりも細い直線状のリブを設置する構造とすることで、歯外径部の強度を維持したまま、歯外径部・歯底部の寸法に及ぼす影響（変形）を軽減させることができた。その結果、表１に示すように歯外径部の寸法精度と噛み合い誤差を小さくし精度の向上に繋がっていることがわかる。なお、表１に示す性能を具体的に示す噛み合い試験のチャートを図３に従来例のチャートを図５に示す。

＜噛み合い試験＞
噛み合い試験を行った噛み合いチャートを、本実施例を図３に、従来例を図５に示す。
噛み合いチャートの波形は、図５に示される従来例は６山を示し、６つの山は何れもリブ部分に発生しており、それらが噛み合い精度と悪化を抱いている。特にリブ部分の１ピッチ精度が６級精度にも入っていない。
本実施例を示す図３では、噛み合いチャートは３山になっており、リブの影響が解消していることが確認できる。この３山は、リブ部分ではない「ウエルドライン部分」に現れていると想定される。リブの影響が軽減された結果、１ピッチ精度が向上し、５級レベルが実現できている。
なお、この点のウエルドライン部の精度は、噛み合いチャート上はリブ部分（６級以上）の大きな山の中間にあって、大きな山に吸収されていたと考えられる。この３点のウエルドラインは、従来例でも以前から発生していたが、６本リブの影響が大きく、隠れてしまい、相殺されていたものが、本実施例では、リブの影響を軽減したことで本来のウエルドライン部分の精度が顕在化したことになる。

本願発明射出成形歯車の一例、（ａ）左側面図、（ｂ）正面・Ｉ−Ｉ部分断面図、（ｃ）右側面図 図１に示す本願発明射出成形歯車の一例、（ａ）左側面図、（ｂ）正面・ＩＩ−ＩＩ部分断面図、（ｃ）右側面図 本実施例の噛み合いチャート 従来の出成形歯車の例の左側面図を示す。正面・Ｉ−Ｉ部分断面及び右側面は、図１と同様に現れるので、省略する。 従来例の噛み合いチャート

符号の説明

１ 射出成形歯車
２ 歯部
３ ボス
４ リブ
４１ 右側リブ
４２ リブ
４２Ａ 突き出しピン形状
５ 肉盗み部（空所）
６ フランジ
７ 樹脂注入痕
Ａ 突き出しピン形状
Ｂ 歯底部

Claims (8)

1. 合成樹脂製の射出成形歯車であって、中央孔を形成する円筒状のボス、歯部の底部に円筒状の歯底部を備え、ボスと歯底部を連絡する直線上のリブが放射状に設けられた射出成形歯車において、
   リブとリブの中間であって、歯底部と接続することなくボス側から延出した突き出しピンの形状を設けたことを特徴とする射出成形歯車。
2. 射出成形歯車が、二段ギヤであることを特徴とする請求項１又は２記載の射出成形歯車。
3. 二段ギヤの組み合わせが、平歯-平歯、平歯-ハス歯、ハス歯-ハス歯のいずれかであることを特徴とする請求項１又は２記載の射出成形歯車。
4. 歯外径がφ４０ｍｍ以下であって、直線状のリブの幅が、０．８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の射出成形歯車。
5. 射出成形歯車が、機具用あるいは搬送器具用であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の射出成形歯車。
6. 射出成形歯車が、ＯＡ機器用、電子写真用、インクジェットプリンター用、ホビー機器用、ＡＴＭ用又は券売機用であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の射出成形歯車。
7. 射出成形歯車が、熱可塑性合成樹脂であって、ＯＡ機器用、電子写真用、インクジェットプリンター用、ホビー機器用、ＡＴＭ用又は券売機用であって、トナー定着ロールの駆動ギアに隣接して使用される射出成形歯車であることを特徴とする請求項６に記載の射出成形歯車。
8. 合成樹脂が、１７０℃以上の耐熱性熱可塑性合成樹脂であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の射出成形歯車。

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