JP3926939B2 - 合成樹脂製の成形歯車 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成樹脂製の成形歯車に関し、より詳細には、同心円状に複数配されたそれぞれのリムの外周側に歯部が一体成形されている二段の合成樹脂製の成形歯車において、内側に位置する歯車を形成する合成樹脂の収縮差を調整して成形精度を向上させることができる合成樹脂製の成形歯車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の成形歯車の従来例を図６(a) ，(b) 、図７を用いて説明する。
図６はこの種の成形歯車の一従来例を示し、(a) は平面図、(b) は、(a) に示す歯車のＥ−Ｅ断面図である。
本従来例では、異なる径を有するリム１１，１２が、ボス１３の外側に同心円状に配置されており、リム１１，１２の外周面には複数の歯部１４，１５がそれぞれ形成されている。ウェブ１６は、その外径部でリム１１の内周面に一体化されると共に、内径部でボス１３に一体化されている。また、ウェブ１７は、その外径部で、リム１２の内周面に一体化されると共に、内径部でリム１１の一端部（図６(b) からみて下端部）１１ａに一体化されている。
なお、リム１１の内部はウェブ１６によって図６(b) からみて上下に分けられており、上方および下方の内部には、それぞれ補強用のリブ１８，１９が放射状に形成されている。
【０００３】
図７はこの種の成形歯車の他の従来例を示す断面図である。
本従来例では、異なる径を有するリム１１，１２が、ボス１３の外側に同心円状に配置されており、リム１１，１２の外周面には複数の歯部１４，１５がそれぞれ形成されている。ウェブ２０は、その外径部でリム１２の内周面に一体化されると共に、内径部でボス１３に一体化され、さらに、リム１１の一端部（図７において下端部）１１ａとも一体化されている。
なお、リム１１の内部には、補強用のリブ２１が図６(a) に示すリブ１８と同様に放射状に形成されている。
【０００４】
そして、これらの歯車を製造する場合には、合成樹脂などの溶融材料を、例えば、ウェブ１７、ウェブ２０の上面に同心円上に所定の個数設けられたゲート（図６、図７においては二点鎖線で一つだけ示す）から歯車の形状に一致するキャビティーを形成した金型（図示省略）内に注入する。注入された溶融材料は、当初、ゲート位置を中心に放射状に流れるが、やがてリム１１，１２と歯部１４，１５を形成するためのキャビティー内を充填する。その後、溶融材料を冷却固化し、離型することによって、図６(a) ，(b) 、図７に示すような合成樹脂製の成形歯車が得られる。
【０００５】
このような射出成形加工においては、溶融材料の冷却固化時に多かれ少なかれ収縮作用が働き、所定の歯車形状の形成に影響を及ぼすことが知られている。そして、その収縮度は、一般には、肉厚が厚く溶融材料の充填量が多いほど、肉厚が薄く溶融材料の充填量が少ない場所よりも固化が遅れて大きくなる。また、同じ肉厚の場合には金型との接触面積が少ない箇所ほど熱が逃げにくく固化が遅れてしまいやすい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図６、図７に示す従来例の歯車は、いづれもリム１１に対して上方から肉抜きが行われるように形成されている。しかし、リム１１の上端部１１ｂは、その上面側と、内側にあるリブ間と、歯部の外側との三方に位置する金型の駒に接するため、下端部１１ａに比べて熱が奪われ易く、冷却作用が早く働いて、相対的に収縮作用があまり働かないうちに固化してしまい易い。そのため、リム１１の上端部１１ｂの直径は、成形時の収縮作用の差によって、それより下方の部分の直径に対して大きくなり、リム１１は、外周面が図６(b) 、図７にそれぞれ二点鎖線で示すように傾いたテーパ状に形成されてしまう傾向があった。このようにして生じる径差は、特に歯部１４がはすばの場合には、その歯車精度を著しく悪化させる原因となってしまう。そのため、上記のような従来例の製作にあたっては、その加工に大変苦労していた。
【０００７】
そこで本発明は、上記のような二段の合成樹脂製の歯車における内側に位置する歯車の歯幅にわたる外径の径差を極力小さくして歯車の精度を向上させることができる合成樹脂製の成形歯車の提供を課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明による合成樹脂製の成形歯車は、異なる径を有していてそれぞれ外周面に複数の歯部が形成されている二つのリムがボスを中心とする同心円状に配置される合成樹脂製の成形歯車において、前記二つのリムのうち内側のリムの一端部および該リムの外周面に形成されている複数の歯部の一端部にそれぞれ接続し、かつ、前記ボスから外側に向かって同心円状に延びる第１ウェブの外径部に該リムとの接続箇所で接続している環状部と、一端が前記環状部の外径部に接続し、かつ、他端が前記二つのリムのうち外側のリムの内径部から内側に向かって同心円状に延びる第２ウェブの内径部に接続する筒状部と、からなる円筒部が前記二つのリムの間に一体成形されており、前記環状部の肉厚および前記筒状部の肉厚は、それぞれ前記環状部に接続する前記内側のリムの肉厚より薄く形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、好ましくは、前記円筒部は、前記環状部と前記筒状部との接続箇所が前記環状部に接続する歯部の外側に位置するように形成されていることを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、好ましくは、前記円筒部は、前記環状部と前記筒状部との接続箇所および／または前記筒状部と前記第２ウェブとの接続箇所が面取りされていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態を、図を用いて説明する。
図１は本発明による合成樹脂製の成形歯車の一実施形態を示し、(a) は平面図、(b) は(a) に示す成形歯車のＡ−Ａ断面図である。
本実施形態の成形歯車は、異なる径を有するリム１１，１２が、ボス１３の外側に同心円状に配置されており、リム１１，１２の外周面には複数の歯部１４，１５がそれぞれ形成されている。また、ウェブ１６は、ボス１３とリム１１との間に、ウェブ１７は、リム１１とリム１２との間にそれぞれ同心円状に配置されている。ウェブ１６は、内径部がボス１３に外径部がリム１１の一端部（図１(b) において下端部）１１ａに接続して一体化されている。また、ウェブ１７は、外径部がリム１２に接続して一体化されている。
リム１１の内部には補強用のリブ２１が形成されている。なお、リブ２１は要求されるリム１１の強度によっては、形成されていなくてもよい。
【００１４】
ここで、本実施形態の成形歯車では、リム１１の下端部１１ａと歯部１４の一端部（図１（ｂ）において下端部）１４ａとに接続すると共に、ウェブ１７の内径部に接続する円筒部２２が、歯車本体１０を構成する部材として一体成形されている。
円筒部２２は、環状部２３と筒状部２４とで構成されている。環状部２３は、リム１１の下端部１１ａと歯部１４の下端部１４ａとに接続し、筒状部２４は、一端部（図１（ｂ）において上端部）２４ａが環状部２３の外径部に接続し、他端部（図１（ｂ）において下端部）２４ｂがウェブ１７の内径部に接続している。
また、環状部２３および筒状部２４は、それぞれ、肉厚Ｔ1，Ｔ2がリム１１の肉厚Ｔ3 より薄くなるように形成されている。
また、本実施形態では、環状部２３と接続するリム１１の下端部１１ａおよび歯部１４の下端部１４ａは、リム１２の上端部１２ａより上方に位置しており、歯部１４の歯幅Ｗ1は、実際の使用に必要な歯幅に抑えられている。
なお、本実施形態の成形歯車では、ウェブ１７の一方の面にゲートが同心円上に複数個配置（図１（ａ），（ｂ）においては二点鎖線で一つだけ示す）されている。
【００１５】
また、本実施形態の成形歯車は、上述した従来の成形歯車と同様の方法で製造される。すなわち、合成樹脂などの溶融材料を、例えば、ウェブ１７の一方の面に同心円上に設けられた複数のゲートから歯車の形状に一致するキャビティを形成した金型（図示省略）内に注入する。注入された溶融材料は、当初、ゲート位置を中心に放射状に流れるが、やがて、リム１２、歯部１５、円筒部２２、リム１１、歯部１４、ウェブ１６、ボス１３など歯車本体１０を構成する各部のキャビティー内を充填する。その後、溶融材料を冷却固化し、離型することによって、図１(a) ，(b) に示すような合成樹脂製の成形歯車が得られるように設計されている。
【００１６】
このとき、本実施形態の成形歯車によれば、リム１１の肉厚Ｔ3に比べて薄い肉厚Ｔ1，Ｔ2を有する円筒部２２がリム１１の下端部１１ａと歯部１４の下端部１４ａと接続すると共に、ウェブ１６の内径部に接続するため、実際の射出成形においてキャビティー内の溶融材料は、円筒部２２で、リム１１よりも先に固化し、円筒部２２に遅れてリム１１で固化が始まる。ここで、リム１１および歯部１４とが一体化される箇所は、肉厚がリム１１の肉厚Ｔ3よりも大きくなるのでリム１１の歯部１４と接していない箇所より熱が逃げにくく固化が遅れるが、当該箇所が固化するよりも先に環状部２３が固化しているため、その箇所の収縮率が抑えられる。このため、リム１１の円周方向の径差が小さくなる。また、円筒部２２は、リム１１および歯部１４と接続する箇所での肉厚が肉厚Ｔ1より大きくなるので、リム１１および歯部１４の下端部１１ａ，１４ａでの固化が遅れるが、当該箇所が固化するよりも先に筒状部２４が固化しているためその箇所の収縮率が抑えられる。このため、リム１１の歯幅方向の径差が大きくなる。
【００１７】
したがって、本実施形態の成形歯車によれば、射出成形時において、リム１１で収縮が発生したときに、リム１１の下端部１１ａがボス１３側へ引っ張られにくくなり、これにより、リム１１は、両端部１１ａ，１１ｂの収縮率差がほとんどない状態で成形され、変形の度合いが歯幅Ｗ1 全体で平均化されて、歯車の歯幅Ｗ1 における径差が低減する。また、円周方向においてもリム１１の全体にわたってほぼ径が均一に形成される。
このため、本実施形態の成形歯車によれば、内側に位置する歯車の歯すじ方向誤差が極力抑えられるなど、内側の歯車の精度を向上させることができる。
なお、リム１１の上端部１１ｂが外側に傾き易い場合には、リム１１の肉厚Ｔ3 を厚くして円筒部２２とリム１１との相対的な肉厚を調整すれば、その傾きを抑えることができる。
このため、本実施形態の成形歯車によれば、歯車の径差を低減させるために、環状部２３の肉厚Ｔ1 、筒状部２４の肉厚Ｔ2 、リム１１の肉厚Ｔ3 で調整することができ、調整可能な箇所が多くなるため、その分、リムの収縮方向、収縮量を微調整しやすくなり、内側の歯車の精度を格段に向上させ易くなる。
なお、筒状部２４の軸方向の長さが短いと円筒部２２を設けたことによる効果が十分に得られず、逆に筒状部２４の軸方向の長さが長すぎると筒状部２４の収縮による影響が無視できなくなって本発明の効果が損なわれてしまうこともある。本発明では全体的なバランスを考慮して各部の寸法が決定されるが、このような支障を来すことがないようにするために、筒状部２４の軸方向の長さは筒状部２４の内径の１０〜５０％の範囲内とするのが好ましい。
【００１８】
また、本実施形態の成形歯車によれば、円筒部２２は、リム１１および歯部１４の下端部１１ａ，１４ａと一体化する環状部２３と、環状部２３の外径部に上端部２４ａで接続する筒状部２４とで構成されており、図示より明らかなように環状部２３は歯車の回転軸に対し垂直に形成され、筒状部２４は歯車の回転軸に対し平行に形成されているので、歯車が回転するときにリム１１および歯部１４に対してかかる捩じれや揺れが抑えられて、回転が安定する。
【００１９】
その他、本実施形態の成形歯車において、歯車に要求される強度に応じて、円筒部２２の内部にボス１３と接続するリブ（図示省略）を設ければ、歯車の歯部１１を補強することができる。なお、リブを設けると、そのリブと接続する円筒部２２の一部の肉厚が大きくなり、円筒部２２の収縮率に多少の差が生ずる可能性があるが、補強リブの収縮率と円筒部２２の収縮率とを考慮してリブを設計すれば、筒状部２４の外周面は、直接的にはリム１１や歯部１４に接していないため、歯車の精度に悪影響を及ぼさないようにすることができる。
【００２０】
図２は本発明による合成樹脂製の成形歯車の他の実施形態を示し、(a) は平面図、(b) は(a) に示す歯車のＢ−Ｂ断面図である。
本実施形態の歯車は、円筒部２２を構成する環状部２３と筒状部２４との接続箇所が、円筒部２２に接続する歯部１４よりも外側に突出している点で、図１の実施形態の成形歯車とは異なる。
【００２１】
円筒部２２において環状部２３と筒状部２４との接続箇所は、肉厚がそれぞれの肉厚Ｔ1 ，Ｔ2 よりも大きくなり、その分、溶融材料の充填量が多くなるので収縮率が大きくなりやすく、成形時の熱も逃げにくい。このため、歯部１４の下端部１４ａが環状部２３と筒状部２４との接続箇所に接続していると、その部分が、その接続箇所に接続していない部分に比べて相対的に収縮率が大きくなり、歯部１４全体で歪みが生じるおそれがある。
その点、本実施形態の成形歯車によれば、歯部１４は、環状部２３と筒状部２４との接続領域に接続することなく、環状部２３に接続するようにしたので、環状部２３と筒状部２４との接続領域の影響を歯部１４に及ぼさないようにすることができる。
したがって、本実施形態の成形歯車によれば、円筒部２２に接続する歯部１４の下端部１４ａにおける収縮率を全体的に均等化することができ、歯車の精度をより一層向上させることができる。
その他の構成、作用および効果は図１の実施形態の成形歯車とほぼ同様である。
【００２２】
図３は本発明による合成樹脂製の成形歯車のさらに他の実施形態を示す断面図である。
本実施形態の成形歯車は、円筒部２２を構成する環状部２３と筒状部２４との接続箇所に面取りを施して、その部分の肉厚を小さくしている点で、図２に示す実施形態の成形歯車とは異なる。
そして、円筒部２２は、その面取りにより環状部２３と筒状部２４との接続箇所とそれ以外の箇所とで肉厚がほぼ均等に形成されている。
本実施形態の成形歯車によれば、円筒部２２における環状部２３と筒状部２４との接続箇所とそれ以外の箇所との収縮率がほぼ均等化される。
したがって、本実施形態の成形歯車によれば、成形時の歯車の精度をより一層向上させることができる。
なお、面取りの形状は、円筒部２２における環状部２３と筒状部２４との接続箇所とそれ以外の箇所とで溶融樹脂の収縮率がほぼ等しくなるような肉厚にすることができれば、図３に示すような斜面以外に、丸みなど、どのような形状に形成してもよく、また、面取りの位置は、円筒部２２の外側、内側を問わない。また、特に図示しないが、同様の面取り形状を筒状部２４とウェブ１７との接続箇所に施してもよい。
その他の構成、作用および効果は図２の実施形態の成形歯車とほぼ同様である。
【００２３】
図４は合成樹脂製の成形歯車の参考例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示す成形歯車のＣ−Ｃ断面図である。
本参考例の成形歯車は、ウェブ１６の代わりにウェブ２５が、その外径部でリム１１の上端部１１ｂ、すなわち、軸方向の一端に一体化されている点で、図１の実施形態の成形歯車と異なる。
この場合、ウェブ２５の肉厚Ｔ4は、リム１１の肉厚Ｔ3以上に形成されている。本参考例の成形歯車によれば、射出成形時において、ウェブ２５で収縮が発生したときに、リム１１の上端部１１ｂがボス１３側へ引っ張られた状態となり、リム１１の両端部１１ａ，１１ｂの径差がなくなるように力が働く。
また、本参考例の歯車において、ウェブ２５の肉厚Ｔ4を変えれば、リム１１の上端側の径を調整することができる。
したがって、本参考例の成形歯車によれば、小さな径の歯車の精度を肉厚Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4の４ヶ所で調整することができ、調整可能な箇所が多い分微調整ができ歯車の精度を上げ易くすることができる。
【００２４】
図５は合成樹脂製の成形歯車のさらに他の参考例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示す歯車のＤ−Ｄ断面図である。
本参考例の成形歯車は、それぞれ異なる径のリム１１，１２，２６を有し、ボス１３とリム１１との間、リム１１とリム１２との間およびリム１２とリム２６との間にそれぞれ同心円状に配置された複数のウェブ１６，１７，２７とを有する三段の歯車として構成されている。
リム１１の下端部１１ａと歯部１４の一端部（図５（ｂ）において下端部）１４ａとに接続すると共に、ウェブ１７の内径部に接続する円筒部２２と、リム１２の下端部１２ｂと歯部１５の一端部（図５（ｂ）において下端部）１５ａとに接続すると共に、ウェブ２７の内径部に接続する円筒部２９が、歯車本体１０を構成する部材としてそれぞれ一体成形されている。なお、リム２６の外周面には歯部２８が形成されている。
【００２５】
円筒部２９は、環状部３０と筒状部３１とで構成されている。環状部３０は、リム１２の下端部１２ｂと歯部１５の下端部１５ａとに接続し、筒状部３１は、一端部（図５（ｂ）において上端部）３１ａが環状部３０の外径部に接続し、他端部（図５（ｂ） において下端部）３１ｂがウェブ２７の内径部に接続している。
また、環状部３０および筒状部３１は、それぞれ、肉厚Ｔ1’，Ｔ2’がリム１１の肉厚Ｔ3’以下となるように形成されている。
また、環状部３０と接続するリム１２の下端部１２ｂおよび歯部１５の下端部１５ａは、リム２６の上端部２６ａより上方に位置しており、歯部１５の歯幅Ｗ2は、実際の使用に必要な歯幅に抑えられている。
なお、本参考例の成形歯車では、ウェブ２７の一方の面にゲートが同心円上に複数個配置（図５（ａ），（ｂ）においては二点鎖線で一つだけ示す）されている。
【００２６】
なお、本参考例のような三段の歯車の場合は、図５（ｂ）に示すように、リム２６，１２，１１を、径の大きさの順に、ウェブ２７の一方の側（図５（ｂ）の場合上側）に設ければ、金型で成形可能である。
【００２７】
また、本参考例では、円筒部を二つ形成したが、円筒部２２と円筒部２９のいづれか一つだけ形成してもよい。その場合には、その円筒部に接続する歯部の成形精度が向上する。
【００２８】
なお、上記各実施形態及び各参考例の歯車の成形加工時において、前記円筒部の外側に配置された前記ウェブから金型のキャビティー内に溶融材料を注入して制作されるようにするのが好ましい。
例えば、図４の参考例の成形歯車の場合、仮に、ゲートをウェブ２５の上面に設けると、溶融材料が金型のキャビティー内に充填されたとき、ウェブ２５での溶融材料の圧力が他の部分に比べて著しく高くなり、ウェブ２５での収縮量が小さくなり、リム１１の上端部１１ｂの直径が、それより下側に比べて大きくなってしまうからである。
【００２９】
その他、本発明による合成樹脂製の成形歯車のリムの外周面に形成される歯の種類は特に限定されず、例えば、平歯、はす歯であってもよい。
さらに、本発明による合成樹脂製の成形歯車に用いる円筒部は、リムに歯部を有していない、例えば合成樹脂製のプーリーやギアなしのパイプなどの径差改善手段として応用可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、二段の歯車における内側の歯車の歯部の歯幅方向、および回転方向の径差を極力小さくして、歯車の成形精度を格段に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による合成樹脂製の成形歯車の一実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示す成形歯車のＡ−Ａ断面図である。
【図２】 本発明による合成樹脂製の成形歯車の他の実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示す歯車のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】 本発明による合成樹脂製の成形歯車のさらに他の実施形態を示す断面図である。
【図４】 合成樹脂製の成形歯車の参考例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示す歯車のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】 合成樹脂製の成形歯車のさらに他の参考例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示す歯車のＤ−Ｄ断面図である。
【図６】 合成樹脂製の成形歯車の一従来例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示す歯車のＥ−Ｅ断面図である。
【図７】 合成樹脂製の成形歯車の他の従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
１１，１２，２６ リム
１１ａ，１２ｂ リムの下端部
１１ｂ，１２ａ，２６ａ リムの上端部
１３ ボス
１４，１５，２８ 歯部
１４ａ，１５ａ 歯部の下端部
１６，１７，２０，２５，２７ ウェブ
１８，１９，２１ リブ
２２，２９ 円筒部
２３，３０ 環状部
２４，３１ 筒状部
２４ａ，３１ａ 筒状部の上端部
２４ｂ，３１ｂ 筒状部の下端部
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成樹脂製の成形歯車に関し、より詳細には、同心円状に複数配されたそれぞれのリムの外周側に歯部が一体成形されている二段の合成樹脂製の成形歯車において、内側に位置する歯車を形成する合成樹脂の収縮差を調整して成形精度を向上させることができる合成樹脂製の成形歯車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の成形歯車の従来例を図６(a) ，(b) 、図７を用いて説明する。
図６はこの種の成形歯車の一従来例を示し、(a) は平面図、(b) は、(a) に示す歯車のＥ−Ｅ断面図である。
本従来例では、異なる径を有するリム１１，１２が、ボス１３の外側に同心円状に配置されており、リム１１，１２の外周面には複数の歯部１４，１５がそれぞれ形成されている。ウェブ１６は、その外径部でリム１１の内周面に一体化されると共に、内径部でボス１３に一体化されている。また、ウェブ１７は、その外径部で、リム１２の内周面に一体化されると共に、内径部でリム１１の一端部（図６(b) からみて下端部）１１ａに一体化されている。
なお、リム１１の内部はウェブ１６によって図６(b) からみて上下に分けられており、上方および下方の内部には、それぞれ補強用のリブ１８，１９が放射状に形成されている。
【０００３】
図７はこの種の成形歯車の他の従来例を示す断面図である。
本従来例では、異なる径を有するリム１１，１２が、ボス１３の外側に同心円状に配置されており、リム１１，１２の外周面には複数の歯部１４，１５がそれぞれ形成されている。ウェブ２０は、その外径部でリム１２の内周面に一体化されると共に、内径部でボス１３に一体化され、さらに、リム１１の一端部（図７において下端部）１１ａとも一体化されている。
なお、リム１１の内部には、補強用のリブ２１が図６(a) に示すリブ１８と同様に放射状に形成されている。
【０００４】
そして、これらの歯車を製造する場合には、合成樹脂などの溶融材料を、例えば、ウェブ１７、ウェブ２０の上面に同心円上に所定の個数設けられたゲート（図６、図７においては二点鎖線で一つだけ示す）から歯車の形状に一致するキャビティーを形成した金型（図示省略）内に注入する。注入された溶融材料は、当初、ゲート位置を中心に放射状に流れるが、やがてリム１１，１２と歯部１４，１５を形成するためのキャビティー内を充填する。その後、溶融材料を冷却固化し、離型することによって、図６(a) ，(b) 、図７に示すような合成樹脂製の成形歯車が得られる。
【０００５】
このような射出成形加工においては、溶融材料の冷却固化時に多かれ少なかれ収縮作用が働き、所定の歯車形状の形成に影響を及ぼすことが知られている。そして、その収縮度は、一般には、肉厚が厚く溶融材料の充填量が多いほど、肉厚が薄く溶融材料の充填量が少ない場所よりも固化が遅れて大きくなる。また、同じ肉厚の場合には金型との接触面積が少ない箇所ほど熱が逃げにくく固化が遅れてしまいやすい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図６、図７に示す従来例の歯車は、いづれもリム１１に対して上方から肉抜きが行われるように形成されている。しかし、リム１１の上端部１１ｂは、その上面側と、内側にあるリブ間と、歯部の外側との三方に位置する金型の駒に接するため、下端部１１ａに比べて熱が奪われ易く、冷却作用が早く働いて、相対的に収縮作用があまり働かないうちに固化してしまい易い。そのため、リム１１の上端部１１ｂの直径は、成形時の収縮作用の差によって、それより下方の部分の直径に対して大きくなり、リム１１は、外周面が図６(b) 、図７にそれぞれ二点鎖線で示すように傾いたテーパ状に形成されてしまう傾向があった。このようにして生じる径差は、特に歯部１４がはすばの場合には、その歯車精度を著しく悪化させる原因となってしまう。そのため、上記のような従来例の製作にあたっては、その加工に大変苦労していた。
【０００７】
そこで本発明は、上記のような二段の合成樹脂製の歯車における内側に位置する歯車の歯幅にわたる外径の径差を極力小さくして歯車の精度を向上させることができる合成樹脂製の成形歯車の提供を課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明による合成樹脂製の成形歯車は、異なる径を有していてそれぞれ外周面に複数の歯部が形成されている二つのリムがボスを中心とする同心円状に配置される合成樹脂製の成形歯車において、前記二つのリムのうち内側のリムの一端部および該リムの外周面に形成されている複数の歯部の一端部にそれぞれ接続し、かつ、前記ボスから外側に向かって同心円状に延びる第１ウェブの外径部に該リムとの接続箇所で接続している環状部と、一端が前記環状部の外径部に接続し、かつ、他端が前記二つのリムのうち外側のリムの内径部から内側に向かって同心円状に延びる第２ウェブの内径部に接続する筒状部と、からなる円筒部が前記二つのリムの間に一体成形されており、前記環状部の肉厚および前記筒状部の肉厚は、それぞれ前記環状部に接続する前記内側のリムの肉厚より薄く形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、好ましくは、前記円筒部は、前記環状部と前記筒状部との接続箇所が前記環状部に接続する歯部の外側に位置するように形成されていることを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、好ましくは、前記円筒部は、前記環状部と前記筒状部との接続箇所および／または前記筒状部と前記第２ウェブとの接続箇所が面取りされていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態を、図を用いて説明する。
図１は本発明による合成樹脂製の成形歯車の一実施形態を示し、(a) は平面図、(b) は(a) に示す成形歯車のＡ−Ａ断面図である。
本実施形態の成形歯車は、異なる径を有するリム１１，１２が、ボス１３の外側に同心円状に配置されており、リム１１，１２の外周面には複数の歯部１４，１５がそれぞれ形成されている。また、ウェブ１６は、ボス１３とリム１１との間に、ウェブ１７は、リム１１とリム１２との間にそれぞれ同心円状に配置されている。ウェブ１６は、内径部がボス１３に外径部がリム１１の一端部（図１(b) において下端部）１１ａに接続して一体化されている。また、ウェブ１７は、外径部がリム１２に接続して一体化されている。
リム１１の内部には補強用のリブ２１が形成されている。なお、リブ２１は要求されるリム１１の強度によっては、形成されていなくてもよい。
【００１４】
ここで、本実施形態の成形歯車では、リム１１の下端部１１ａと歯部１４の一端部（図１（ｂ）において下端部）１４ａとに接続すると共に、ウェブ１７の内径部に接続する円筒部２２が、歯車本体１０を構成する部材として一体成形されている。
円筒部２２は、環状部２３と筒状部２４とで構成されている。環状部２３は、リム１１の下端部１１ａと歯部１４の下端部１４ａとに接続し、筒状部２４は、一端部（図１（ｂ）において上端部）２４ａが環状部２３の外径部に接続し、他端部（図１（ｂ）において下端部）２４ｂがウェブ１７の内径部に接続している。
また、環状部２３および筒状部２４は、それぞれ、肉厚Ｔ1，Ｔ2がリム１１の肉厚Ｔ3 より薄くなるように形成されている。
また、本実施形態では、環状部２３と接続するリム１１の下端部１１ａおよび歯部１４の下端部１４ａは、リム１２の上端部１２ａより上方に位置しており、歯部１４の歯幅Ｗ1は、実際の使用に必要な歯幅に抑えられている。
なお、本実施形態の成形歯車では、ウェブ１７の一方の面にゲートが同心円上に複数個配置（図１（ａ），（ｂ）においては二点鎖線で一つだけ示す）されている。
【００１５】
また、本実施形態の成形歯車は、上述した従来の成形歯車と同様の方法で製造される。すなわち、合成樹脂などの溶融材料を、例えば、ウェブ１７の一方の面に同心円上に設けられた複数のゲートから歯車の形状に一致するキャビティを形成した金型（図示省略）内に注入する。注入された溶融材料は、当初、ゲート位置を中心に放射状に流れるが、やがて、リム１２、歯部１５、円筒部２２、リム１１、歯部１４、ウェブ１６、ボス１３など歯車本体１０を構成する各部のキャビティー内を充填する。その後、溶融材料を冷却固化し、離型することによって、図１(a) ，(b) に示すような合成樹脂製の成形歯車が得られるように設計されている。
【００１６】
このとき、本実施形態の成形歯車によれば、リム１１の肉厚Ｔ3に比べて薄い肉厚Ｔ1，Ｔ2を有する円筒部２２がリム１１の下端部１１ａと歯部１４の下端部１４ａと接続すると共に、ウェブ１６の内径部に接続するため、実際の射出成形においてキャビティー内の溶融材料は、円筒部２２で、リム１１よりも先に固化し、円筒部２２に遅れてリム１１で固化が始まる。ここで、リム１１および歯部１４とが一体化される箇所は、肉厚がリム１１の肉厚Ｔ3よりも大きくなるのでリム１１の歯部１４と接していない箇所より熱が逃げにくく固化が遅れるが、当該箇所が固化するよりも先に環状部２３が固化しているため、その箇所の収縮率が抑えられる。このため、リム１１の円周方向の径差が小さくなる。また、円筒部２２は、リム１１および歯部１４と接続する箇所での肉厚が肉厚Ｔ1より大きくなるので、リム１１および歯部１４の下端部１１ａ，１４ａでの固化が遅れるが、当該箇所が固化するよりも先に筒状部２４が固化しているためその箇所の収縮率が抑えられる。このため、リム１１の歯幅方向の径差が大きくなる。
【００１７】
したがって、本実施形態の成形歯車によれば、射出成形時において、リム１１で収縮が発生したときに、リム１１の下端部１１ａがボス１３側へ引っ張られにくくなり、これにより、リム１１は、両端部１１ａ，１１ｂの収縮率差がほとんどない状態で成形され、変形の度合いが歯幅Ｗ1 全体で平均化されて、歯車の歯幅Ｗ1 における径差が低減する。また、円周方向においてもリム１１の全体にわたってほぼ径が均一に形成される。
このため、本実施形態の成形歯車によれば、内側に位置する歯車の歯すじ方向誤差が極力抑えられるなど、内側の歯車の精度を向上させることができる。
なお、リム１１の上端部１１ｂが外側に傾き易い場合には、リム１１の肉厚Ｔ3 を厚くして円筒部２２とリム１１との相対的な肉厚を調整すれば、その傾きを抑えることができる。
このため、本実施形態の成形歯車によれば、歯車の径差を低減させるために、環状部２３の肉厚Ｔ1 、筒状部２４の肉厚Ｔ2 、リム１１の肉厚Ｔ3 で調整することができ、調整可能な箇所が多くなるため、その分、リムの収縮方向、収縮量を微調整しやすくなり、内側の歯車の精度を格段に向上させ易くなる。
なお、筒状部２４の軸方向の長さが短いと円筒部２２を設けたことによる効果が十分に得られず、逆に筒状部２４の軸方向の長さが長すぎると筒状部２４の収縮による影響が無視できなくなって本発明の効果が損なわれてしまうこともある。本発明では全体的なバランスを考慮して各部の寸法が決定されるが、このような支障を来すことがないようにするために、筒状部２４の軸方向の長さは筒状部２４の内径の１０〜５０％の範囲内とするのが好ましい。
【００１８】
また、本実施形態の成形歯車によれば、円筒部２２は、リム１１および歯部１４の下端部１１ａ，１４ａと一体化する環状部２３と、環状部２３の外径部に上端部２４ａで接続する筒状部２４とで構成されており、図示より明らかなように環状部２３は歯車の回転軸に対し垂直に形成され、筒状部２４は歯車の回転軸に対し平行に形成されているので、歯車が回転するときにリム１１および歯部１４に対してかかる捩じれや揺れが抑えられて、回転が安定する。
【００１９】
その他、本実施形態の成形歯車において、歯車に要求される強度に応じて、円筒部２２の内部にボス１３と接続するリブ（図示省略）を設ければ、歯車の歯部１１を補強することができる。なお、リブを設けると、そのリブと接続する円筒部２２の一部の肉厚が大きくなり、円筒部２２の収縮率に多少の差が生ずる可能性があるが、補強リブの収縮率と円筒部２２の収縮率とを考慮してリブを設計すれば、筒状部２４の外周面は、直接的にはリム１１や歯部１４に接していないため、歯車の精度に悪影響を及ぼさないようにすることができる。
【００２０】
図２は本発明による合成樹脂製の成形歯車の他の実施形態を示し、(a) は平面図、(b) は(a) に示す歯車のＢ−Ｂ断面図である。
本実施形態の歯車は、円筒部２２を構成する環状部２３と筒状部２４との接続箇所が、円筒部２２に接続する歯部１４よりも外側に突出している点で、図１の実施形態の成形歯車とは異なる。
【００２１】
円筒部２２において環状部２３と筒状部２４との接続箇所は、肉厚がそれぞれの肉厚Ｔ1 ，Ｔ2 よりも大きくなり、その分、溶融材料の充填量が多くなるので収縮率が大きくなりやすく、成形時の熱も逃げにくい。このため、歯部１４の下端部１４ａが環状部２３と筒状部２４との接続箇所に接続していると、その部分が、その接続箇所に接続していない部分に比べて相対的に収縮率が大きくなり、歯部１４全体で歪みが生じるおそれがある。
その点、本実施形態の成形歯車によれば、歯部１４は、環状部２３と筒状部２４との接続領域に接続することなく、環状部２３に接続するようにしたので、環状部２３と筒状部２４との接続領域の影響を歯部１４に及ぼさないようにすることができる。
したがって、本実施形態の成形歯車によれば、円筒部２２に接続する歯部１４の下端部１４ａにおける収縮率を全体的に均等化することができ、歯車の精度をより一層向上させることができる。
その他の構成、作用および効果は図１の実施形態の成形歯車とほぼ同様である。
【００２２】
図３は本発明による合成樹脂製の成形歯車のさらに他の実施形態を示す断面図である。
本実施形態の成形歯車は、円筒部２２を構成する環状部２３と筒状部２４との接続箇所に面取りを施して、その部分の肉厚を小さくしている点で、図２に示す実施形態の成形歯車とは異なる。
そして、円筒部２２は、その面取りにより環状部２３と筒状部２４との接続箇所とそれ以外の箇所とで肉厚がほぼ均等に形成されている。
本実施形態の成形歯車によれば、円筒部２２における環状部２３と筒状部２４との接続箇所とそれ以外の箇所との収縮率がほぼ均等化される。
したがって、本実施形態の成形歯車によれば、成形時の歯車の精度をより一層向上させることができる。
なお、面取りの形状は、円筒部２２における環状部２３と筒状部２４との接続箇所とそれ以外の箇所とで溶融樹脂の収縮率がほぼ等しくなるような肉厚にすることができれば、図３に示すような斜面以外に、丸みなど、どのような形状に形成してもよく、また、面取りの位置は、円筒部２２の外側、内側を問わない。また、特に図示しないが、同様の面取り形状を筒状部２４とウェブ１７との接続箇所に施してもよい。
その他の構成、作用および効果は図２の実施形態の成形歯車とほぼ同様である。
【００２３】
図４は合成樹脂製の成形歯車の参考例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示す成形歯車のＣ−Ｃ断面図である。
本参考例の成形歯車は、ウェブ１６の代わりにウェブ２５が、その外径部でリム１１の上端部１１ｂ、すなわち、軸方向の一端に一体化されている点で、図１の実施形態の成形歯車と異なる。
この場合、ウェブ２５の肉厚Ｔ4は、リム１１の肉厚Ｔ3以上に形成されている。本参考例の成形歯車によれば、射出成形時において、ウェブ２５で収縮が発生したときに、リム１１の上端部１１ｂがボス１３側へ引っ張られた状態となり、リム１１の両端部１１ａ，１１ｂの径差がなくなるように力が働く。
また、本参考例の歯車において、ウェブ２５の肉厚Ｔ4を変えれば、リム１１の上端側の径を調整することができる。
したがって、本参考例の成形歯車によれば、小さな径の歯車の精度を肉厚Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4の４ヶ所で調整することができ、調整可能な箇所が多い分微調整ができ歯車の精度を上げ易くすることができる。
【００２４】
図５は合成樹脂製の成形歯車のさらに他の参考例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示す歯車のＤ−Ｄ断面図である。
本参考例の成形歯車は、それぞれ異なる径のリム１１，１２，２６を有し、ボス１３とリム１１との間、リム１１とリム１２との間およびリム１２とリム２６との間にそれぞれ同心円状に配置された複数のウェブ１６，１７，２７とを有する三段の歯車として構成されている。
リム１１の下端部１１ａと歯部１４の一端部（図５（ｂ）において下端部）１４ａとに接続すると共に、ウェブ１７の内径部に接続する円筒部２２と、リム１２の下端部１２ｂと歯部１５の一端部（図５（ｂ）において下端部）１５ａとに接続すると共に、ウェブ２７の内径部に接続する円筒部２９が、歯車本体１０を構成する部材としてそれぞれ一体成形されている。なお、リム２６の外周面には歯部２８が形成されている。
【００２５】
円筒部２９は、環状部３０と筒状部３１とで構成されている。環状部３０は、リム１２の下端部１２ｂと歯部１５の下端部１５ａとに接続し、筒状部３１は、一端部（図５（ｂ）において上端部）３１ａが環状部３０の外径部に接続し、他端部（図５（ｂ） において下端部）３１ｂがウェブ２７の内径部に接続している。
また、環状部３０および筒状部３１は、それぞれ、肉厚Ｔ1’，Ｔ2’がリム１１の肉厚Ｔ3’以下となるように形成されている。
また、環状部３０と接続するリム１２の下端部１２ｂおよび歯部１５の下端部１５ａは、リム２６の上端部２６ａより上方に位置しており、歯部１５の歯幅Ｗ2は、実際の使用に必要な歯幅に抑えられている。
なお、本参考例の成形歯車では、ウェブ２７の一方の面にゲートが同心円上に複数個配置（図５（ａ），（ｂ）においては二点鎖線で一つだけ示す）されている。
【００２６】
なお、本参考例のような三段の歯車の場合は、図５（ｂ）に示すように、リム２６，１２，１１を、径の大きさの順に、ウェブ２７の一方の側（図５（ｂ）の場合上側）に設ければ、金型で成形可能である。
【００２７】
また、本参考例では、円筒部を二つ形成したが、円筒部２２と円筒部２９のいづれか一つだけ形成してもよい。その場合には、その円筒部に接続する歯部の成形精度が向上する。
【００２８】
なお、上記各実施形態及び各参考例の歯車の成形加工時において、前記円筒部の外側に配置された前記ウェブから金型のキャビティー内に溶融材料を注入して制作されるようにするのが好ましい。
例えば、図４の参考例の成形歯車の場合、仮に、ゲートをウェブ２５の上面に設けると、溶融材料が金型のキャビティー内に充填されたとき、ウェブ２５での溶融材料の圧力が他の部分に比べて著しく高くなり、ウェブ２５での収縮量が小さくなり、リム１１の上端部１１ｂの直径が、それより下側に比べて大きくなってしまうからである。
【００２９】
その他、本発明による合成樹脂製の成形歯車のリムの外周面に形成される歯の種類は特に限定されず、例えば、平歯、はす歯であってもよい。
さらに、本発明による合成樹脂製の成形歯車に用いる円筒部は、リムに歯部を有していない、例えば合成樹脂製のプーリーやギアなしのパイプなどの径差改善手段として応用可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、二段の歯車における内側の歯車の歯部の歯幅方向、および回転方向の径差を極力小さくして、歯車の成形精度を格段に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による合成樹脂製の成形歯車の一実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示す成形歯車のＡ−Ａ断面図である。
【図２】 本発明による合成樹脂製の成形歯車の他の実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示す歯車のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】 本発明による合成樹脂製の成形歯車のさらに他の実施形態を示す断面図である。
【図４】 合成樹脂製の成形歯車の参考例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示す歯車のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】 合成樹脂製の成形歯車のさらに他の参考例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示す歯車のＤ−Ｄ断面図である。
【図６】 合成樹脂製の成形歯車の一従来例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示す歯車のＥ−Ｅ断面図である。
【図７】 合成樹脂製の成形歯車の他の従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
１１，１２，２６ リム
１１ａ，１２ｂ リムの下端部
１１ｂ，１２ａ，２６ａ リムの上端部
１３ ボス
１４，１５，２８ 歯部
１４ａ，１５ａ 歯部の下端部
１６，１７，２０，２５，２７ ウェブ
１８，１９，２１ リブ
２２，２９ 円筒部
２３，３０ 環状部
２４，３１ 筒状部
２４ａ，３１ａ 筒状部の上端部
２４ｂ，３１ｂ 筒状部の下端部
Claims (3)
- 異なる径を有していてそれぞれ外周面に複数の歯部が形成されている二つのリムがボスを中心とする同心円状に配置される合成樹脂製の成形歯車において、
前記二つのリムのうち内側のリムの一端部および該リムの外周面に形成されている複数の歯部の一端部にそれぞれ接続し、かつ、前記ボスから外側に向かって同心円状に延びる第１ウェブの外径部に該リムとの接続箇所で接続している環状部と、一端が前記環状部の外径部に接続し、かつ、他端が前記二つのリムのうち外側のリムの内径部から内側に向かって同心円状に延びる第２ウェブの内径部に接続する筒状部と、からなる円筒部が前記二つのリムの間に一体成形されており、
前記環状部の肉厚および前記筒状部の肉厚は、それぞれ前記環状部に接続する前記内側のリムの肉厚より薄く形成されていることを特徴とする合成樹脂製の成形歯車。 - 前記円筒部は、前記環状部と前記筒状部との接続箇所が前記環状部に接続する歯部の外側に位置するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の合成樹脂製の成形歯車。
- 前記円筒部は、前記環状部と前記筒状部との接続箇所および／または前記筒状部と前記第２ウェブとの接続箇所が面取りされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の合成樹脂製の成形歯車。
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