JP2024007716A - 複合構造回転体 - Google Patents

Abstract

【課題】複合構造ギヤ１の歯当たりを改善すること。
【解決手段】複合構造ギヤ１は、外周部に歯形７ａが形成された金属製環状部材７と、環状の金属製ブッシュ３と、金属製環状部材７及び金属製ブッシュ３を連結する樹脂製部材５と、を備えている。樹脂製部材５は、金属製ブッシュ３を囲うように環状に設けられた環状部５１と、該環状部５１から金属製環状部材７方向に向かって放射状に延びる複数の放射状リブ５２と、を有している。そして、放射状リブ５２は、金属製環状部材７側よりも環状部５１側において、回転方向における厚みが小さくされている。また、環状部５１及び放射状リブ５２を含む樹脂製部材５は、金属製環状部材７側よりも金属製ブッシュ３側において、軸方向における厚みが大きくされている。
【選択図】図１

Description

本発明の一態様は、複合構造回転体に関する。

複合構造回転体に関する技術として、例えば特許文献１に記載された歯車が知られている。特許文献１に記載された歯車は、外周部に歯が形成された金属製環状体（金属製環状部材）と、環状の金属製ブッシュと、金属製環状体と金属製ブッシュとを連結する樹脂製ウェブ（樹脂製部材）と、を備える。

特開２０１７－６１０５９号公報

ここで、樹脂製ウェブの構成として、金属製ブッシュを囲うように環状に設けられた環状部と、該環状部から放射状に延びる複数の放射状リブとを組み合わせた構成が考えられる。このような構成では、放射状リブによって歯先から軸にかけての振動の伝達経路（減衰区間）を確保することができると共に、リブ周囲の空間による反響を利用して振動減衰が図られる。一方で、このような構成では、環状部等によって回転方向のギヤの剛性が上がることにより、回転方向において変形しにくくなり、歯当たりが悪化することが考えられる。

本発明の一態様は上記実情に鑑みてなされたものであり、複合構造回転体の歯当たりを改善することを目的とする。

本発明の一態様に係る複合構造回転体は、外周部に歯形が形成された金属製環状部材と、環状の金属製ブッシュと、金属製環状部材及び金属製ブッシュを連結する樹脂製部材と、を備える複合構造回転体であって、樹脂製部材は、金属製ブッシュを囲うように環状に設けられた環状部と、該環状部から金属製環状部材方向に向かって放射状に延びる複数の放射状リブと、を有し、放射状リブは、金属製環状部材側よりも環状部側において、回転方向における厚みが小さくされており、環状部及び放射状リブを含む樹脂製部材は、金属製環状部材側よりも金属製ブッシュ側において、軸方向における厚みが大きくされている。

本発明の一態様に係る複合構造回転体では、樹脂製部材が、金属製ブッシュを囲う環状部と、環状部から放射状に延びる複数の放射状リブとを有している。そして、放射状リブの回転方向における厚みが、金属製環状部材側と比較して環状部側において小さくされている。このように放射状リブが形成されることにより、本発明の一態様に係る複合構造回転体は、回転方向において変形しやすい構成となる。このことで、他の複合構造回転体との歯当たり（金属製環状部材における歯当たり）を改善することができる。また、本発明の一態様に係る複合構造回転体では、樹脂製部材の軸方向における厚みが、金属製環状部材側と比較して金属製ブッシュ側において大きくされている。このように樹脂製部材が形成されることにより、本発明の一態様に係る複合構造回転体は、軸方向の荷重に対して変形しにくい構成となる。このことで、他の複合構造回転体との歯当たりが悪化することが抑制される。以上のように、本発明の一態様によれば、歯当たりが改善された複合構造回転体を提供することができる。

樹脂製部材は、複数の放射状リブ間に設けられた中間部を更に有し、中間部には、軸方向に凹んだ凹部が形成されていてもよい。このように放射状リブ間に凹部が形成されることにより、複合構造回転体が回転方向においてより変形しやすくなる。このことで、複合構造回転体の歯当たりをより改善することができる。

凹部は、軸方向において放射状リブ間を貫通するように形成されていてもよい。このような構成によれば、複合構造回転体が回転方向においてより変形しやすくなり、複合構造回転体の歯当たりをより改善することができる。

樹脂製部材は、その外表面を覆う表面部を更に有し、放射状リブは、軸方向における表面部よりも内部の領域において、金属製環状部材方向に向かって放射状に延びていてもよい。このような構成によれば、内部が露出していない樹脂製部材が用いられる構成においても、放射状リブが適切に形成され、複合構造回転体の歯当たりを改善することができる。

本発明の一態様によれば、複合構造回転体の歯当たりを改善することができる。

図１は、実施形態に係る複合構造ギヤの斜視図である。 図２は、図１に示される複合構造ギヤの正面図である。 図３は、図１に示される複合構造ギヤの断面図である。 図４は、片持ち梁の力学について説明する図である。 図５は、複合構造ギヤの歯当たりについて説明する図である。 図６は、変形例に係る複合構造ギヤの斜視図である。 図７は、他の変形例に係る複合構造ギヤの斜視図である。 図８は、図７に示される複合構造ギヤの一部の断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図面の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、実施形態に係る複合構造ギヤ１の斜視図である。図２は、図１に示される複合構造ギヤ１の正面図である。図３は、図１に示される複合構造ギヤ１の断面図である。図３は、詳細には、後述する金属製ブッシュ３の軸方向に沿った断面（軸方向断面）の断面図である。図１～図３に示されるように、複合構造ギヤ１は、樹脂及び金属からなる所謂ハイブリッドギヤであって、例えば車両用及び産業用等のギヤとして用いられる。複合構造ギヤ１は、金属製ブッシュ３と、樹脂製部材５と、金属製環状部材７と、を備える複合構造回転体である。複合構造ギヤ１は、例えば、はすば歯車である。複合構造ギヤ１は、平歯車であってもよい。

金属製ブッシュ３は、例えば不図示の回転軸に取り付けられる部材である。図１及び図２に示されるように、金属製ブッシュ３は、環状である。金属製ブッシュ３は、例えばステンレス鋼等の金属で形成されている。金属製ブッシュ３には、貫通孔３ｈが設けられている。貫通孔３ｈは、金属製ブッシュ３を軸方向に貫通する。貫通孔３ｈには、回転軸が挿入される。金属製ブッシュ３は、その外周面において周方向に所定の間隔をあけて複数形成された凸状の回り止め部３１（図３参照）を有している。回り止め部３１は、樹脂製部材５に入り込んでいる。回り止め部３１は、金属製ブッシュ３に対する樹脂製部材５の回り止め及び抜け防止の機能を有する。

金属製環状部材７は、他の歯車と噛み合う部材である。図１～図３に示されるように、金属製環状部材７は、金属製ブッシュ３と同軸の環状である。金属製環状部材７は、例えば、ステンレス鋼等の金属で形成されている。金属製環状部材７は、金属製ブッシュ３の周囲、ひいては、樹脂製部材５の周囲に設けられている。ここでの金属製環状部材７は、樹脂製部材５の外周面に接するように設けられている。なお、樹脂製部材５の周囲に設けられることには、樹脂製部材５の周りに直接接するように設けられることだけでなく、樹脂製部材５の周りに他の部材を介して設けられることを含む。金属製環状部材７の外周部には、歯形７ａが形成されている。歯形７ａは、金属製環状部材７の周方向において、所定の間隔をあけて複数形成されている。歯形７ａは、回転軸に対して斜めに形成されている。

金属製環状部材７は、その内周面において周方向に所定の間隔をあけて複数形成された凸状の回り止め部７１（図３参照）を有している。回り止め部７１は、樹脂製部材５に入り込んでいる。回り止め部７１は、金属製環状部材７に対する樹脂製部材５の回り止め及び抜け防止の機能を有する。回り止め部７１の形状の詳細については後述する。金属製環状部材７の端面は、樹脂製部材５の端面と段差なく連なる。

樹脂製部材５は、金属製ブッシュ３と金属製環状部材７との間に設けられており、金属製ブッシュ３と金属製環状部材７とを連結する。樹脂製部材５は、例えば金属製環状部材７と金属製ブッシュ３との間を伝播する振動を減衰する部材である。この場合の振動には、複合構造ギヤ１が他の歯車と噛み合うことで発生する衝撃によるものが含まれる。樹脂製部材５は、その弾性変形によって振動を吸収して減衰する。樹脂製部材５は、金属製ブッシュ３の周囲に設けられている。ここでの樹脂製部材５は、金属製ブッシュ３の外周面に接するように設けられている。なお、金属製ブッシュ３の周囲に設けられることには、金属製ブッシュ３の周りに接するように設けられることだけでなく、金属製ブッシュ３の周りに他の部材を介して設けられることも含む。

樹脂製部材５は、樹脂成形により製造される。樹脂製部材５を構成する樹脂は、例えば、熱可塑性樹脂である、アクリロニトリルブタジエンスチレン、アクリロニトリルスチレンアクリレート、シクロオレフィンコポリマー、シクロオレフィンポリマー、エチレンアクリル酸樹脂、エチレン酢酸ビニル、液晶ポリマー、ポリアミド、ポリブチレンテレフタラート、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレンテレフタラート、ペルフルオロアルコキシアルカン、ポリメチルメタクリレート、ポリオキシメチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルファイド、ポリフェニルスルホン、ポリスチレン、ポリスルフォン、ポリビニルクロライド、ポリフッ化ビニリデン、スチレンアクリロニトリル、スチレンブタジエン、スチレンブタジエンスチレン、又はスチレンエチレンブタジエンスチレン等であってもよい。或いは、樹脂は、例えば、熱硬化性樹脂である、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、液状シリコンゴム、フェノール樹脂、又はポリウレタンであってもよい。また、樹脂製部材５を構成する樹脂は、繊維強化樹脂であってもよい。樹脂製部材５の端面は、金属製ブッシュ３の端面と段差なく連なる。

樹脂製部材５は、環状部５１と、放射状リブ５２と、外周部５５と、を有している。環状部５１は、金属製ブッシュ３の外周を囲うように環状に設けられた部分である。外周部５５は、金属製環状部材７の内周に沿って環状に設けられた部分である。環状部５１及び外周部５５は、金属製ブッシュ３及び金属製環状部材７と同軸の環状である。放射状リブ５２は、環状部５１から金属製環状部材７方向、詳細には外周部５５に向かって放射状に延びる複数のリブである。

樹脂製部材５は、回転方向における複数の放射状リブ５２間に設けられた中間部６０を更に有している。中間部６０には、軸方向に凹んだ凹部５４が形成されている。凹部５４は、軸方向において放射状リブ５２間を貫通しないように形成されている。凹部５４の底面には、底部５３が設けられている。凹部５４は、軸方向における複合構造ギヤ１の両面に形成されている。軸方向両面の凹部５４，５４は、軸方向において、底部５３を介して互いに連続して形成されていてもよい。

ここで、図２に示されるように、放射状リブ５２は、金属製環状部材７側（詳細には外周部５５に連続する側）よりも環状部５１に連続する側において、回転方向における厚みが小さくされている。すなわち、図２に示されるように、放射状リブ５２における外周部５５に連続する側の回転方向の厚みＴｈ１よりも、環状部５１に連続する側の回転方向の厚みＴｈ２が小さくされている。厚みＴｈ２は、例えば、厚みＴｈ１の４０％～７５％であってもよい。この場合、例えば、厚みＴｈ１は４．０ｍｍ～５．０ｍｍ程度とされてもよく、厚みＴｈ２は２．０ｍｍ～３．０ｍｍ程度とされてもよい。なお、厚みに係る各値については、一例であり、これらの値に限定されない。

また、図３に示されるように、環状部５１及び放射状リブ５２を含む樹脂製部材５は、金属製環状部材７に連続する側よりも金属製ブッシュ３に連続する側において、軸方向における厚みが大きくされている。すなわち、図３に示されるように、樹脂製部材５における金属製環状部材７に連続する側の軸方向の厚みＴｈ３よりも、金属製ブッシュ３に連続する側の軸方向の厚みＴｈ４が大きくされている。厚みＴｈ３は、例えば、厚みＴｈ４の４０％～７５％であってもよい。この場合、例えば、厚みＴｈ３は１０ｍｍ～１５ｍｍ程度とされてもよく、厚みＴｈ４は２０ｍｍ～２５ｍｍ程度とされてもよい。なお、厚みに係る各値については、一例であり、これらの値に限定されない。

次に、上述した複合構造ギヤ１の成形工程（製造方法）の一例について説明する。なお、以下では射出成形により複合構造ギヤ１を成形する例を説明するが、複合構造ギヤ１は、圧縮成形、トランスファ成形、射出圧縮成形、ＲＴＭ成形、オートクレーブ成形等によって成形されてもよい。

複合構造ギヤ１の成形は射出成形により行われる。射出成形は、例えば、金属製ブッシュ３及び金属製環状部材７がセットされる金型と、樹脂製部材５を構成する樹脂が投入されるホッパーと、ホッパーに投入された樹脂を加熱溶融するシリンダと、溶融した樹脂を射出するノズルと、を備えた射出成形機（不図示）により実施される。

このような射出成形機では、最初に金型の予熱処理及び型込め処理が実施される。この状態においては、金型に金属製ブッシュ３がセットされると共に、金型における金属製ブッシュ３がセットされた位置よりも外側に金属製環状部材７がセットされる。金属製ブッシュ３及び金属製環状部材７がセットされた状態においては、金属製ブッシュ３の回り止め部３１が金属製環状部材７に向かって延びており、金属製環状部材７の回り止め部７１が金属製ブッシュ３に向かって延びている。

そして、樹脂製部材５を構成する樹脂がホッパーに投入され、シリンダにおいて樹脂が加熱溶融され、樹脂の計量が実施される。この状態においては、樹脂がノズルから射出可能になっている。そして、金属製ブッシュ３及び金属製環状部材７が金型にセットされた状態で、金属製ブッシュ３及び金属製環状部材７の間に樹脂が流し込まれ、射出成形によって、金属製ブッシュ３、金属製環状部材７、及び樹脂製部材５が一体成形される。より詳細には、樹脂を流し込む射出処理、保圧処理、硬化又は固化処理が順次実施される。樹脂が熱硬化樹脂の場合には硬化処理が実施され、熱可塑樹脂の場合には固化処理が実施される。

ノズルから射出注入された樹脂は、金型内の流路を通過する。そして、樹脂は、円周上のディスクゲートから金属製ブッシュ３及び金属製環状部材７の間の領域に流れ込み、金属製ブッシュ３及び金属製環状部材７の間の領域に充填される。樹脂は、例えば、金属製ブッシュ３の外周面（回り止め部３１の領域を含む）の全域、及び、金属製環状部材７の内周面（回り止め部７１の領域を含む）の全域に接するように充填される。射出成形による一体成形が完了すると、射出成形機から、一体成形された金属製ブッシュ３、金属製環状部材７、及び樹脂によって構成される樹脂製部材５が取り出され、これらが自然冷却される。最後に、必要に応じてアニーリング処理又はキュアリング処理が実施される。例えば、樹脂が熱硬化樹脂である場合には、アニーリング処理が実施される。

次に、本実施形態に係る複合構造ギヤ１の作用効果について説明する。

本実施形態に係る複合構造ギヤ１は、外周部に歯形７ａが形成された金属製環状部材７と、環状の金属製ブッシュ３と、金属製環状部材７及び金属製ブッシュ３を連結する樹脂製部材５と、を備えている。樹脂製部材５は、金属製ブッシュ３を囲うように環状に設けられた環状部５１と、該環状部５１から金属製環状部材７方向に向かって放射状に延びる複数の放射状リブ５２と、を有している。そして、放射状リブ５２は、金属製環状部材７側よりも環状部５１側において、回転方向における厚みが小さくされている。また、環状部５１及び放射状リブ５２を含む樹脂製部材５は、金属製環状部材７側よりも金属製ブッシュ３側において、軸方向における厚みが大きくされている。

本実施形態に係る複合構造ギヤ１では、樹脂製部材５が、金属製ブッシュ３を囲う環状部５１と、環状部５１から放射状に延びる複数の放射状リブ５２とを有している。そして、図２に示されるように、放射状リブ５２の回転方向における厚みが、金属製環状部材７側と比較して環状部５１側において小さくされている。このように放射状リブ５２が形成されることにより、本実施形態に係る複合構造ギヤ１は、回転方向において変形しやすい構成となる。このことは、片持ち梁の力学から説明することができる。

図４は、片持ち梁の力学について説明する図である。図４（ａ）に示される片持ち梁１０１では、比較的細い一端部分１０１ａが固定端とされており、比較的太い他端部分１０１ｂに垂直に力が加わっている。このように、細い（厚みが小さい）端部が固定されて、太い（厚みが大きい）端部に垂直方向に力が加わる片持ち梁１０１では、垂直方向への変形量が比較的大きくなる。これに対して、図４（ｂ）に示される片持ち梁１０２では、比較的太い一端部分１０２ａが固定端とされており、比較的細い他端部分１０２ｂに垂直に力が加わっている。このように、太い（厚みが大きい）端部が固定されて、細い（厚みが小さい）端部に垂直方向に力が加わる片持ち梁１０２では、垂直方向への変形量が比較的小さくなる。このような片持ち梁の力学から説明されるように、放射状リブ５２において、固定端側である環状部５１側の厚みが金属製環状部材７側の厚みと比べて小さく（補足）されることにより、金属製環状部材７側に垂直に（回転方向に）加わった力に対して、放射状リブ５２が変形しやすくなる。このことで、図５に示されるような他の複合構造ギヤ５００との歯当たり（金属製環状部材７における歯当たり）を改善することができる。そして、歯当たりが改善することによって、複合構造ギヤ１の騒音・振動特性を向上させることができる。

また、本実施形態に係る複合構造ギヤ１では、図３に示されるように、樹脂製部材５の軸方向における厚みが、金属製環状部材７側と比較して金属製ブッシュ３側において大きくされている。このように樹脂製部材５が形成されることにより、複合構造ギヤ１は、軸方向の荷重に対して変形しにくい構成となる。このことで、図５に示されるような他の複合構造ギヤ５００との歯当たりが悪化することが抑制され、複合構造ギヤ１の騒音・振動特性を向上させることができる。

樹脂製部材５は、複数の放射状リブ５２間に設けられた中間部６０を更に有し、中間部６０には、軸方向に凹んだ凹部５４が形成されていてもよい。このように放射状リブ５２間に凹部５４が形成されることにより、複合構造ギヤ１が回転方向においてより変形しやすくなる。このことで、複合構造ギヤ１の歯当たりを改善し、騒音・振動特性をより向上させることができる。

以上、複合構造ギヤ１の構成について説明したが、本開示の複合構造回転体は上記実施形態に限定されない。

例えば、本開示の複合構造回転体として、図６に示される複合構造ギヤ１Ａが採用されてもよい。図６は、変形例に係る複合構造ギヤ１Ａの斜視図である。

図６に示されるように、複合構造ギヤ１Ａは、金属製環状部材７と、金属製ブッシュ３と、樹脂製部材とを備える点において、上記実施形態に係る複合構造ギヤ１と同様である。複合構造ギヤ１Ａでは、複合構造ギヤ１の樹脂製部材５に代えて、樹脂製部材５Ａが採用されている。

樹脂製部材５Ａは、樹脂製部材５と同様に環状部５１、放射状リブ５２、及び外周部５５を有している。また、樹脂製部材５Ａは、樹脂製部材５の中間部６０に代えて、中間部６０Ａを有している。中間部６０Ａは、回転方向における複数の放射状リブ５２間に設けられている。中間部６０Ａには、軸方向に凹んだ凹部５４Ａが形成されている。凹部５４Ａは、軸方向において放射状リブ５２間を貫通するように形成されている。このように、上述した実施形態に係る複合構造ギヤ１では凹部５４が軸方向において放射状リブ５２間を貫通していなかったのに対して、変形例に係る複合構造ギヤ１Ａでは凹部５４Ａが軸方向において放射状リブ５２間を貫通している。凹部５４Ａが放射状リブ５２間を貫通している構成によれば、複合構造ギヤ１Ａが回転方向においてより変形しやすくなり、複合構造ギヤ１Ａの歯当たりを改善し、騒音・振動特性をより向上させることができる。

また、例えば、本開示の複合構造回転体として、図７及び図８に示される複合構造ギヤ１Ｂが採用されてもよい。図７は、他の変形例に係る複合構造ギヤ１Ｂの斜視図である。図８は、図８に示される複合構造ギヤ１Ｂの一部の断面図である。図８は、詳細には、複合構造ギヤ１Ｂの一部の、軸方向に直交する方向に沿った断面（軸方向直交方向断面）の断面図である。

図７に示されるように、複合構造ギヤ１Ｂは、金属製環状部材７と、金属製ブッシュ３と、樹脂製部材とを備える点において、上記実施形態に係る複合構造ギヤ１と同様である。複合構造ギヤ１Ａでは、複合構造ギヤ１の樹脂製部材５に代えて、樹脂製部材５Ｂが採用されている。

樹脂製部材５Ｂは、樹脂製部材５と同様に環状部５１を有している。樹脂製部材５Ｂは、図７に示されるように、その外表面（軸方向における両端面）を覆う表面部２５１を有している。このため、軸方向において複合構造ギヤ１Ｂを見ると、樹脂製部材５Ｂの構成としては環状部５１及び表面部２５１のみが視認される。

このような樹脂製部材５Ｂでは、図８に示されるように、軸方向における表面部２５１よりも内部の領域において、放射状リブ５２Ｂが設けられている。放射状リブ５２Ｂは、軸方向における表面部２５１よりも内部の領域において、環状部５１から金属製環状部材７方向に向かって放射状に延びている。また、樹脂製部材５Ｂでは、回転方向における複数の放射状リブ５２間に中間部６０Ｂが設けられている。中間部６０Ｂには、軸方向に凹んだ凹部５４Ｂが形成されている。凹部５４Ｂは、軸方向において放射状リブ５２Ｂ間を貫通していない。このような構成によれば、内部が露出していない樹脂製部材５Ｂが用いられる構成においても、放射状リブ５２Ｂが適切に形成され、複合構造ギヤ１Ｂの歯当たりを改善し、騒音・振動特性を向上させることができる。

１，１Ａ，１Ｂ…複合構造ギヤ（複合構造回転体）、３…金属製ブッシュ、５，５Ａ，５Ｂ…樹脂製部材、７…金属製環状部材、７ａ…歯形、５１…環状部、５２，５２Ｂ…放射状リブ、５４，５４Ａ，５４Ｂ…凹部、６０，６０Ａ，６０Ｂ…中間部、２５１…表面部。

Claims (4)

1. 外周部に歯形が形成された金属製環状部材と、環状の金属製ブッシュと、前記金属製環状部材及び前記金属製ブッシュを連結する樹脂製部材と、を備える複合構造回転体であって、
   前記樹脂製部材は、前記金属製ブッシュを囲うように環状に設けられた環状部と、該環状部から前記金属製環状部材方向に向かって放射状に延びる複数の放射状リブと、を有し、
   前記放射状リブは、前記金属製環状部材側よりも前記環状部側において、回転方向における厚みが小さくされており、
   前記環状部及び前記放射状リブを含む前記樹脂製部材は、前記金属製環状部材側よりも前記金属製ブッシュ側において、軸方向における厚みが大きくされている、複合構造回転体。
2. 前記樹脂製部材は、前記複数の放射状リブ間に設けられた中間部を更に有し、
   前記中間部には、前記軸方向に凹んだ凹部が形成されている、請求項１記載の複合構造回転体。
3. 前記凹部は、前記軸方向において前記放射状リブ間を貫通するように形成されている、請求項２記載の複合構造回転体。
4. 前記樹脂製部材は、その外表面を覆う表面部を更に有し、
   前記放射状リブは、前記軸方向における前記表面部よりも内部の領域において、前記金属製環状部材方向に向かって放射状に延びている、請求項２記載の複合構造回転体。

Images