JP2017110720A

JP2017110720A - 樹脂歯車

Info

Publication number: JP2017110720A
Application number: JP2015244905A
Authority: JP
Inventors: 茂夫篠崎; Shigeo Shinozaki
Original assignee: Nippon Gasket Co Ltd
Current assignee: Nippon Gasket Co Ltd
Priority date: 2015-12-16
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2017-06-22
Also published as: US20170175871A1

Abstract

【解決手段】樹脂歯車１２は、回転方向に対して前後に形成された歯面１３ａ、１３ｂと、これら歯面の間に形成された歯先１３ｃとを備えるとともに、軸方向に対して所定のねじれ角で傾斜して設けられたはす歯１３を複数備えている。
上記歯面１３ａ、１３ｂにおける上記相手の歯車の歯面との接触部の一部に、上記相手の歯車の歯面と接触しないような逃がし部１５を形成した。
【効果】応力集中による歯面の損傷を可及的に防止することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は樹脂歯車に関し、軸方向に対して所定のねじれ角で設けられたはす歯を備えた樹脂製の樹脂歯車に関する。

従来、ギヤ装置に用いられる歯車として、回転方向に対して前後に形成された歯面と、これら歯面の間に形成された歯先とを備えるとともに、軸方向に対して所定のねじれ角で設けられたはす歯を備えた樹脂製の樹脂歯車が知られている（特許文献１）。
上記はす歯を備えた樹脂歯車では、噛合する相手の歯車が回転すると、上記はす歯では、相手の歯車の歯面との接触部が上記歯面に沿って一端から他端に移動し、上記接触部を介して伝達された駆動力により当該樹脂歯車が回転するようになっている。

特開２０１２−５２６５０号公報

ここで、上記特許文献１に示す樹脂製のはす歯歯車の場合、はす歯に作用する応力が大きくなると、弾性率の低い樹脂製のはす歯が変形してしまい、またこのような応力が繰り返し作用することで、歯面にピッチングなどの損傷が発生してしまうこととなる。
このような問題に鑑み、本発明は歯面の損傷を可及的に防止することが可能な樹脂歯車を提供するものである。

すなわち本発明にかかる樹脂歯車は、回転方向に対して前後に形成された歯面と、これら歯面の間に形成された歯先とを備えるとともに、軸方向に対して所定のねじれ角で設けられたはす歯を複数備え、
噛合した相手の歯車が回転すると、上記はす歯の歯面における相手の歯車の歯面との接触部が上記歯面の一端から他端にかけて移動する、樹脂製の樹脂歯車において、
上記歯面における上記相手の歯車の歯面との接触部の一部に、上記相手の歯車の歯面と接触しないような逃がし部を形成したことを特徴としている。

上記発明によれば、樹脂製のはす歯が変形しても、上記逃がし部により歯面全体に均等に応力を作用させることができるため、上述したようなピッチングなどの損傷を防止することが可能となる。

本発明の一実施例を示す断面図。図１の被駆動歯車の正面図。はす歯の平面図。はす歯の斜視図。実験結果を示す図。他の実施例にかかるはす歯の平面図。

以下、図示実施例について本発明を説明すると、図１はバランスシャフト装置の一部を構成するギヤ装置１を示し、このギヤ装置１は図示しないシリンダブロックの下方に設けられている。なお、図１において図示左方を前方もしくは先端側とし、図示右方を後方もしくは後端側とする。
ギヤ装置１は、図示しないハウジングに軸支された回転軸２と、回転軸２に相対回転可能に嵌合されるとともに駆動歯車３と噛合する被駆動歯車４と、上記回転軸２と被駆動歯車４との間に設けられたフリクションダンパ５と、回転軸２の先端部に固定されたカバー６と、上記被駆動歯車４とカバー６との間に設けられた回転伝達機構７とを備えている。
上記駆動歯車３はエンジンの駆動によって回転する金属製のはす歯歯車となっており、上記被駆動歯車４に駆動力を伝達することによって、上記ギヤ装置１を作動させるようになっている。

上記回転軸２は金属製となっており、図示しない軸受によって上記ハウジングに回転自在に軸支されている。
上記回転軸２は、先端部に形成されて上記カバー６が嵌合する小径部２ａと、小径部２ａの後方に形成されて上記被駆動歯車４が回転自在に嵌合される大径部２ｂと、当該大径部２ｂよりも後方に形成されたフランジ部２ｃとを備えている。

図２に示すように、上記被駆動歯車４はリング状のインサート部１１と、このインサート部１１の外周に嵌着されたリング状の樹脂歯車１２とから構成され、上記インサート部１１の外周に形成された図示しない突起によってインサート部１１と樹脂歯車１２とは相対的に回転しないように固定されている。
上記インサート部１１は金属製となっており、その内周は上記回転軸２の大径部２ｂと略同形に形成され、このため被駆動歯車４は回転軸２の大径部２ｂに沿って軸方向に移動するとともに、円周方向に相対回転可能となっている。
上記インサート部１１のリヤ側には軸方向に伸びた筒状の環状突起１１ａが形成され、またインサート部１１の前方には、後に詳述するように上記回転伝達機構７を構成する４個の第１係合部１１ｂが前方に向けて突設されている。
そして上記フリクションダンパ５は、上記被駆動歯車４における上記インサート部１１の環状突起１１ａの内周面と上記回転軸２のフランジ部２ｃの外周面との間に設けられている。

上記樹脂歯車１２ははす歯歯車となっており、外周には図３、図４に示すようなはす歯１３が等間隔に形成されており、上記駆動歯車３には上記はす歯１３と噛合する略同形状のはす歯が形成されている。
以下、上記樹脂歯車１２を備えた被駆動歯車４の製造方法を説明するが、これは上記特許文献１において公知であるため、詳細な説明については省略する。
まず、シート状樹脂を抄造により製造する。具体的には、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂粉末と強化繊維としてのアラミド繊維とアラミドパルプとをそれぞれ水に分散させ、これを抄造することでシート状樹脂を製造し、これを加圧プレス機に投入して脱水を行う。
次に、このようにして得られたシート状樹脂を歯車形状に切断し、併せて上記インサート部１１の嵌合する円形の孔を穿設する。その後、各歯車形状のシート状樹脂における歯部の位置を一致させながら積層させ、これを所定の温度で加熱しながら積層方向に圧縮すると、平歯歯車状の素形体が得られる。
そして、上記平歯歯車状の素形体を加熱加圧するとともに、加熱して軟化した素形体をはす歯歯車状に形成された成形空間に圧入することで、はす歯１３の形成された樹脂歯車１２を得ることができる。
その際、上記加熱して軟化した素形体に上記インサート部１１を圧入すると、当該インサート部１１の外周に形成した突起は軟化した樹脂を押し分けて入り込み、上記インサート部１１に樹脂歯車１２が装着された上記被駆動歯車４を得ることができる。

上記カバー６は回転軸２の小径部２ａに固定された有底筒状の部材となっており、その中央を上記小径部２ａが貫通する円盤状の底部６ａと、当該底部６ａから軸方向に突出した筒状の円筒部６ｂとから構成されている。
上記底部６ａは上記回転軸２に固定されており、これによりカバー６と回転軸２とは一体となって回転するようになっている。また上記円筒部６ｂの内径は上記被駆動歯車４のインサート部１１の直径よりも大径となっており、かつ軸方向寸法は上記インサート部１１の第１係合部１１ｂの軸方向寸法よりも長く設定されている。

図２に示すように、回転伝達機構７は、上記被駆動歯車４におけるインサート部１１の前方に形成された４個の第１係合部１１ｂと、カバー６の円筒部６ｂの内周面に形成された４個の第２係合部６ｃと、第２係合部６ｃに装着されたストッパゴム１４とによって構成されている。
上記ストッパゴム１４は、その中央部に上記第２係合部６ｃを収容する凹部が形成された略扇形の形状を有しており、隣接するストッパゴム１４とストッパゴム１４との間に上記第１係合部１１ｂが位置するようになっている。
また、隣接するストッパゴム１４とストッパゴム１４とによって形成された隙間は第１係合部１１ｂの幅よりも大きく設定され、このため図３に示すように第１係合部１１ｂがストッパゴム１４に当接していない状態では、被駆動歯車４は回転軸２に対して相対的に回転し、回転軸２は回転しないようになっている。
その後、被駆動歯車４が回転軸２に対して相対的に回転すると、第１係合部１１ｂが隣接するストッパゴム１４に当接して、これを押圧するため、被駆動歯車４は回転軸２と一体的に回転することとなる。
さらに、被駆動歯車４の回転速度が低下すると、慣性により回転軸２が回転速度を維持しようとするため、被駆動歯車４は回転軸２に対して逆方向に回転することとなり、第１係合部１１ｂが回転方向前方側のストッパゴム１４から離隔し、回転方向後方側のストッパゴム１４に当接する。
その結果、回転軸２は被駆動歯車４の回転速度まで減速するようになっており、このようにして上記ギヤ装置１がバランスシャフト装置として作動するようになっている。

本実施例のギヤ装置１のように、上記被駆動歯車４は上記駆動歯車３からの駆動力によって回転するが、その際上記駆動歯車３の駆動力は、当該駆動歯車３のはす歯から被駆動歯車４のはす歯１３へと伝達されることとなる。
図３は上記被駆動歯車４の樹脂歯車１２を構成するはす歯１３の平面図を示し、図４は上記はす歯１３の斜視図を示している。図２において樹脂歯車１２は図示下方から上方に向けて回転し、図３において樹脂歯車１２は時計回りに回転するようになっている。
各はす歯１３は等間隔に形成されており、回転方向に対して前方に形成された前方歯面１３ａと、回転方向後方に形成された後方歯面１３ｂと、これら前方歯面１３ａおよび後方歯面１３ｂの間に形成された歯先１３ｃとから構成され、はす歯１３は軸方向に対してねじれ角αだけ傾斜して設けられている。
このようなはす歯を備えた駆動歯車３と被駆動歯車４とが噛合して回転すると、被駆動歯車４における上記はす歯１３の後方歯面１３ｂに駆動歯車３の前方歯面が接触し、またこれらの接触部は上記歯面を軸方向に一端から他端にかけて移動しながら、駆動歯車３の駆動力を被駆動歯車４に伝達するようになっている。

ここで、駆動歯車３が大きな駆動力によって被駆動歯車４を駆動させたり、上記バランスシャフト装置として用いた場合に、上記回転伝達機構７の第１係合部１１ｂが回転方向前後に位置するストッパゴム１４に衝突する際には、上記駆動歯車３から樹脂歯車１２のはす歯１３に大きな応力が作用することとなる。
本実施例のように被駆動歯車４を構成する樹脂歯車１２は、弾性率の低い樹脂製となっていることから、上述したような大きな応力が作用することにより、上記はす歯１３が変形し、特に樹脂歯車１２を非駆動歯車４として用いた場合、上記はす歯１３はねじれ角が小さくなる方向に変形しようとすることが確認された。
具体的には、上駆動歯車３によって被駆動歯車４が回転を開始する際や、回転速度が増大する際には、作用する応力が後方歯面１３ｂにおける回転方向上流側の端部近傍に集中し、一方上駆動歯車３によって被駆動歯車４が減速する際には、作用する応力が前方歯面１３ａにおける回転方向下流側の端部近傍に集中することが確認された。
このようにしてはす歯１３の歯面の一部に応力が集中すると、下記実験に示すように当該応力の集中する部分にピッチングなどの損傷が発生することが確認された。

このような問題に対し、本実施例の被駆動歯車４を構成する樹脂歯車１２には、各はす歯１３の前方歯面１３ａおよび後方歯面１３ｂに逃がし部１５を形成し、上記応力の集中による歯面の損傷を可及的に防止するものとなっている。
具体的には、上記逃がし部１５は応力の集中する上記前方歯面１３ａの回転方向下流側の端部近傍および後方歯面１３ｂにおける回転方向上流側の端部近傍に形成されている。
より具体的には、前方歯面１３ａの略中央部から回転方向下流側の端部にかけて、および上記後方歯面１３ｂの略中央部から回転方向上流側の端部にかけて、それぞれ徐々に逃がし量が多くなるように形成されている。
ここで、上記逃がし部１５の幅Ｗは、上記前方歯面１３ａおよび後方歯面１３ｂの３０〜５０％の範囲で設けることが望ましく、また逃がし部１５の歯面端部における逃がし量ｄは、はす歯１３の厚みに対して１〜３％の範囲で設けることが望ましい。
上記逃がし部１５を設けることにより、はす歯１３の後方歯面１３ｂに応力が作用した時、はす歯１３は変形するものの、逃がし部１５によって前方歯面１３ａの回転方向下流側の端部近傍および後方歯面１３ｂにおける回転方向上流側の端部近傍への応力集中がなくなり、歯面全体に応力が分散して作用することから、上述したようなピッチングを防止することが可能となる。

図５は上記逃がし部１５を形成したはす歯１３を備えた樹脂歯車１２（発明品）と、上記逃がし部１５を形成していないはす歯１３を備えた樹脂歯車１２（比較品）とについて行った実験結果を示している。
実験に用いた樹脂歯車１２として、軸方向の厚さ１０ｍｍ、直径９０ｍｍ、歯数２０個のはす歯歯車を用い、各はす歯１３はそれぞれ軸方向に対してねじれ角３０°で傾斜したものを使用した。
また発明品における逃がし部１５の幅Ｗは、前方歯面１３ａの回転方向下流側の端部近傍および後方歯面１３ｂの回転方向上流側の位置に５０％の範囲で設け、歯面端部における逃がし量ｄははす歯１３の厚みに対して２％に設定した。
上記発明品および比較品にかかる樹脂歯車１２は、上記実施例のように被駆動歯車４として用い、駆動力を伝達する駆動歯車３としては金属製のはす歯歯車を用いた。
そして、上記駆動歯車３を所定の駆動力（負荷）でかつ所定の回転数で回転させ、駆動歯車３の歯部が上記はす歯１３の後方歯面１３ｂに接触した回数を計測しながら、所定回転数ごとに歯面への損傷の有無を確認した。
図５において、縦軸は駆動力（負荷）を示し、横軸は寿命回数、すなわち損傷が発生するまでに後方歯面１３ｂに応力が作用した回転を示しており、実験の結果から明らかなように、発明品は同じ駆動力で駆動させた場合に６０％程度寿命回数が多く、応力の集中による損傷を効果的に防止できたことが確認された。

また、上記実施例においては、樹脂歯車１２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、樹脂歯車１２を備えたその他の構成を有するギヤ装置１にも用いることができる。
特に、上記実施例では上記樹脂歯車１２を被駆動歯車４として使用しているが、当該樹脂歯車１２を駆動歯車３として使用することも可能であり、その場合であってもはす歯１３には応力が作用することとなる。
すなわち、樹脂歯車１２を駆動歯車３として使用した場合、図６に示すようにはす歯１３の前方歯面１３ａが被駆動歯車４のはす歯１３と接触して駆動力を伝達することとなるため、当該前方歯面１３ａにおける回転方向下流側となる位置に応力が集中し、減速する際には後方歯面１３ｂにおける回転方向上流側となる位置に応力が集中する。
このため、上記実施例と同様、樹脂歯車１２を駆動歯車３として使用する場合であっても、前方歯面１３ａにおける回転方向下流側および後方歯面１３ｂにおける回転方向上流側に上記逃がし部１５を形成することで、はす歯１３の変形による歯面の損傷を防止することができる。
その際の逃がし部１５の幅Ｗや逃がし量ｄについては、上記実施例と同様に設定すればよい。

なお、上記実施例は樹脂歯車１２をバランスシャフト装置に用いた場合を説明しており、上述したように当該バランスシャフト装置における樹脂歯車１２は加減速を繰り返すことから、前方歯面１３ａおよび後方歯面１３ｂの双方に逃がし部１５を設けている。
これに対し、例えば樹脂歯車１２を加減速を必要としない装置に用いる場合には、前方歯面１３ａもしくは後方歯面１３ｂのいずれか一方の逃がし部１５を省略することができる。
すなわち、樹脂歯車１２を第１の実施例のように被駆動歯車４として用いる場合には前方歯面１３ａの逃がし部１５を、駆動歯車３として用いる場合には後方歯面１３ｂの逃がし部１５を省略することができる。

１ギヤ装置３駆動歯車
４被駆動歯車１１インサート部
１２樹脂歯車１３はす歯
１３ａ前方歯面１３ｂ後方歯面
１５逃がし部

Claims

回転方向に対して前後に形成された歯面と、これら歯面の間に形成された歯先とを備えるとともに、軸方向に対して所定のねじれ角で設けられたはす歯を複数備え、
噛合した相手の歯車が回転すると、上記はす歯の歯面における相手の歯車の歯面との接触部が上記歯面の一端から他端にかけて移動する、樹脂製の樹脂歯車において、
上記歯面における上記相手の歯車の歯面との接触部の一部に、上記相手の歯車の歯面と接触しないような逃がし部を形成したことを特徴とする樹脂歯車。
上記樹脂歯車が被駆動歯車である場合、上記逃がし部を当該樹脂歯車の回転方向後方に位置する後方歯面に形成するとともに、当該上記後方歯面における略中央部から回転方向上流側の端部にかけて、徐々に逃がし量が多くなるように形成したことを特徴とする請求項１に記載の樹脂歯車。
上記樹脂歯車が駆動歯車である場合、上記逃がし部を当該樹脂歯車の回転方向前方に位置する前方歯面に形成するとともに、当該上記前方歯面における略中央部から回転方向下流側の端部にかけて、徐々に逃がし量が多くなるように形成したことを特徴とする請求項１に記載の樹脂歯車。
上記逃がし部の幅を上記歯面の３０〜５０％の範囲で設け、また逃がし部における歯面端部における逃がし量を、はす歯の厚さに対して１〜３％の範囲で設けたことを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載の樹脂歯車。