JP4282423B2

JP4282423B2 - 樹脂製やまば歯車

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Publication number: JP4282423B2
Application number: JP2003331922A
Authority: JP
Inventors: 徹萩原
Original assignee: Enplas Corp
Current assignee: Enplas Corp
Priority date: 2003-09-24
Filing date: 2003-09-24
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2023-09-24
Also published as: JP2005098369A

Description

この発明は、射出成形によって形成される樹脂製やまば歯車に関するものである。

従来から、樹脂製はすば歯車は、高速回転においても噛み合いが滑らかであって、静かな動力伝達が可能であり、しかも荷重が歯すじに沿って分散されやすく、高負荷の動力伝達が可能であるため、複写機，プリンタ，ファクシミリ装置等の事務機器はもちろんのこと、自動車部品，精密機械，各種電子機器等の動力伝達機構に広く使用されてきた。

しかし、樹脂製はすば歯車は、歯がねじれているので、トルクに比例した軸方向のスラスト荷重が生じるという欠点を有している。このような樹脂製はすば歯車の欠点を解消するためには、動力伝達時に生じるスラスト荷重をスラスト軸受けで受けるように構成しなければならないが、スペース上の制約や動力伝達機構の構成上の制約から、スラスト軸受けを配置できない場合がある。

そこで、樹脂製はすば歯車と同様に静粛で且つ高速・高負荷の動力伝達が可能であるが、動力伝達時にはスラスト荷重が生じない樹脂製やまば歯車を射出成形で形成する技術が開発された（特許文献１参照）。

この特許文献１の樹脂製やまば歯車３０は、図１６に示すように、歯幅方向中央部３１から歯幅方向一端側の部分（第１歯車部分３２）を成形する第１金型３３と、歯幅方向中央部３１から歯幅方向他端側の部分（第２歯車部分３４）を成形する第２金型３５とを突き合わせ、これら第１金型３３と第２金型３３のキャビティ３６内に溶融樹脂を射出し、キャビティ３６内の樹脂が冷却・固化した後、それら第１金型３３と第２金型３５を分離し、それら第１金型３３と第２金型３５のキャビティ３６内から固まった樹脂を取り出すことにより、短時間に大量に成形されるようになっている。

特開平１０−３１５３４４号公報（図３及び図４参照）

しかしながら、このように、分割した二つの金型（第１金型３３と第２金型３５）を突き合わせ、これら両金型３３，３５のキャビティ３６内に溶融樹脂を射出して樹脂製やまば歯車１を成形する場合には、これら両金型３３，３５の突き合わせ面３７に僅かでもズレが生じると、図５に示すように、射出成形された樹脂製やまば歯車３０の第１歯車部分３２と第２歯車部分３４の突き合わせ面３７にもズレが生じ、山形の歯３８の頂部４とその裏面１６において段差（ズレ）１７が生じてしまうという問題があった。このような山形の歯３８の頂部４及びその裏面１６において段差１７が生じると、歯幅方向の半分の歯部（第１歯車部分３２又は第２歯車部分３４）だけで動力伝達することになってしまい、はすば歯車と同様のスラストが生じてしまうことになる。

このような場合に、図１７に示すように、第１歯車部分３２と第２歯車部分３４の突き合わせ面３７に沿ったスリット４０を形成することにより、噛み合う相手の樹脂製やまば歯車３０の歯の頂部４又は裏面１６の段差１７と干渉して噛み合い不良が生じるというような不具合の発生を防止することも考えられるが、このようにすると金型構造が複雑になるばかりか、歯の曲げ強度に関する有効歯幅の減少を招くという新たな問題を生じる。

そこで、本発明は、分割した二つの金型の突き合わせ面にズレが生じても、歯の強度を損なうことなく、噛み合い不良を効果的に防止することができる樹脂製やまば歯車を開発した。

請求項１の発明は、ねじれが反対のはすば歯車を貼り合わせたような形状を呈し、歯幅方向中央部の山形の頂部から歯幅方向一端側の第１歯車部分を形作る第１金型と、前記歯幅方向中央部の山形の頂部から歯幅方向他端側の第２歯車部分を形作る第２金型とを突き合わせ、これら第１金型と第２金型のキャビティ内に樹脂を射出して一体成形されてなる樹脂製やまば歯車に関するものである。そして、この樹脂製やまば歯車は、前記第１金型と第２金型の突き合わせ部分に位置する前記歯幅方向中央部の山形の頂部を、歯先面から歯底面近傍まで、歯厚が減じる方向に切り欠いて噛み合い逃げ部を形成したことを特徴としている。

また、請求項２の発明は、ねじれが反対のはすば歯車を貼り合わせたような形状を呈し、歯幅方向中央部の山形の頂部から歯幅方向一端側の第１歯車部分を形作る第１金型と、前記歯幅方向中央部の山形の頂部から歯幅方向他端側の第２歯車部分を形作る第２金型とを突き合わせ、これら第１金型と第２金型のキャビティ内に樹脂を射出して一体成形されてなる樹脂製やまば歯車に関するものである。そして、この樹脂製やまば歯車は、前記第１金型と前記第２金型の突き合わせ部分に位置する前記歯幅方向中央部の山形の頂部の裏面には、歯先面から歯底面近傍まで、噛み合う相手歯車の歯面に接触しないように凹ませた噛み合い逃げ部を形成したことを特徴としている。

本発明の樹脂製やまば歯車は、分割した二つの金型（第１金型と第２金型）の突き合わせ面にズレが生じ、第１歯車部分と第２歯車部分の突き合わせ面にズレが生じても、歯の山形の頂部又はその裏面に噛み合い逃げ部を形成してあるため、噛み合う相手歯車（樹脂製やまば歯車）の山形の頂部又は裏面の段差に干渉することがなく、第１歯車部分と第２歯車部分が噛み合う相手歯車の第１歯車部分と第２歯車部分にそれぞれ接触して、スラスト荷重を生じることなく動力伝達することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳述する。

図１は、本発明の実施の形態に係る樹脂製やまば歯車１を示すものである。図２は、樹脂製やまば歯車１を形成するために使用される射出成形用金型２の模式的断面図である。

本実施の形態の樹脂製やまば歯車１は、図１に示すように、ねじれ方向が反対のはすば歯車を二つ貼り合わせたような形状を呈しており、その歯幅方向中央部３の山形の頂部４から歯幅方向一端側の第１歯車部分５と、その歯幅方向中央部３の山形の頂部４（図４参照）から歯幅方向他端側の第２歯車部分６とからなっている。そして、この図１及び図４において、樹脂製やまば歯車１の第１歯車部分５は、歯７が頂部４から左下がりの形状である。また、この図１及び図４において、樹脂製やまば歯車１の第２歯車部分６は、歯７が頂部４から右下がりの形状である。そして、これら第１歯車部分５の歯７ａと第２歯車部分６の歯７ｂとが一体となって山形形状（略逆Ｖ字形状）の歯７を構成している。

このような樹脂製やまば歯車１は、図２に示すように、第１歯車部分５を形成する第１金型８と、第２歯車部分６を形成する第２金型１０とを突き合わせた状態で、これら第１金型８と第２金型１０に形成されたキャビティ１１内にゲート１２から溶融樹脂（例えば、ポリアセタール，ポリアミド，ポリフェニレンスルフィド，ポリブチレンテレフタレート等の溶融樹脂）を射出して成形された歯車である。そして、図３に示すように、この射出成形用の第１金型８と第２金型１０の少なくとも一方を他方から離間させた後（本実施の形態では第２金型１０を第１金型８に対して離間させた後）、第１金型８と第２金型１０のキャビティ１１内において冷却・固化された樹脂製やまば歯車１が離型される。

図４は、上述のようにして射出成形された樹脂製やまば歯車１の歯７の平面図を模式的に拡大して示すものである。この図４に示すように、本実施の形態の樹脂製やまば歯車１は、山形の頂部４を歯先面から歯底面近傍（歯底面からの距離が頂げきの寸法よりも小さな位置）まで歯厚を減じるように切り欠いて、噛み合い逃げ部１３が形成されている。この噛み合い逃げ部１３は、上述の射出成形時に、第１金型８と第２金型１０のキャビティ１１内の形状が転写されたものであり、この噛み合い逃げ部１３が第１金型８と第２金型１０の突き合わせ部分１４側に位置している（図２参照）。

このように、樹脂製やまば歯車１を射出成形する際に、第１金型８と第２金型１０の突き合わせ部分１４がズレを生じると、図５に示すように、第１歯車部分５と第２歯車部分６の突き合わせ面１５もズレ（Ｌ２）を生じて、山形の頂部４とその裏面に段差１７が生じる。このような場合に、図４に示したように噛み合い逃げ部１３を形成しないと、一対の樹脂製やまば歯車１（１ａ，１ｂ）同士を図６に示すように噛み合わせた場合に、図７に示すように、第１歯車部分５と第２歯車部分６のいずれか一方のみが噛み合う相手歯車（樹脂製やまば歯車１）の歯７と噛み合うことになり、歯７のうちの歯幅方向の半分のみで動力伝達することになる。その結果、樹脂製やまば歯車１であってもはすば歯車と同様のスラストを生じさせることになる。尚、図７（ａ）は、歯７のうちの第２歯車部分６のみで動力伝達する態様を例示するものであり、図７（ｂ）は、歯７のうちの第１歯車部分５のみで動力伝達する態様を例示するものである。

しかし、本実施の形態の樹脂製やまば歯車１は、図４に示すように、噛み合い逃げ部１３が山形の歯７の頂部４に形成されているため、図８に示すように、噛み合う相手歯車の歯７の裏面１６側の段差１７に噛み合い逃げ部１３が干渉することがなく、噛み合う一対の樹脂製やまば歯車１の第１歯車部分５，５と第２歯車部分６，６同士が接触し、歯幅方向の全域で動力伝達することが可能になる。

ここで、図８（ａ）〜（ｃ）は、図中上側の樹脂製やまば歯車１の第１歯車部分５が第２歯車部分６よりも図中上側にずれた状態を示し、図８（ｄ）〜（ｆ）は、図中上側の樹脂製やまば歯車１の第１歯車部分５よりも第２歯車部分６の方が上側にずれた状態を示している。そして、図８（ａ）及び図８（ｄ）において、図中下側の樹脂製やまば歯車１の第１歯車部分５と第２歯車部分６がズレを生じない状態を示している。また、図８（ｂ）及び図８（ｅ）において、図中下側の樹脂製やまば歯車１の第１歯車部分５と第２歯車部分が図中上側の樹脂製やまば歯車１と同様にずれた状態を示している。また、図８（ｃ）及び図８（ｆ）において、図中下側の樹脂製やまば歯車１の第１歯車部分５と第２歯車部分６が図中上側の樹脂製やまば歯車１の第１歯車部分５と第２歯車部分６のズレと逆方向にずれた状態を示している。これら、図８（ａ）〜（ｆ）に示すように、第１歯車部分５と第２歯車部分６の突き合わせ部分に噛み合い逃げ部１３が形成されているため、第１歯車部分５と第２歯車部分６の突き合わせ面にズレを生じても、噛み合う一対の樹脂製やまば歯車１の第１歯車部分５，５と第２歯車部分６，６がそれぞれ噛み合うようになっている。

尚、第１金型８と第２金型１０の突き合わせ部分１４のズレ量は、使用する射出成形機毎に実測するか、又はシミュレーション実験等によって予測される。そして、噛み合い逃げ部１３の切り欠き量Ｌ１は、それら実測値又は予測値と等しいか又はそれらの値よりも大きな寸法となるように決定される。

このような構成の本実施の形態の樹脂製やまば歯車１によれば、第１歯車部分５と第２歯車部分６との突き合わせ面１５にズレが生じても、その突き合わせ面１５のズレを噛み合い逃げ部１３で吸収することができ、山形の歯７の歯幅方向ほぼ全域で動力伝達することができ、静粛で且つ高負荷・高回転の動力伝達が可能になる。

しかも、本実施の形態の樹脂製やまば歯車１によれば、山形の歯７の歯幅方向ほぼ全域で動力伝達することが可能になるため、はすば歯車のようなスラスト荷重を生じることがなく、スラスト軸受けでスラスト荷重を受ける必要がなくなる。その結果、本実施の形態によれば、スラスト軸受けが不要になる分だけ、狭隘なスペース内に樹脂製やまば歯車１対を配置すること可能になるとともに、軽量化及び低廉化を図ることができる。

図９は、実施例１に係る樹脂製やまば歯車１の歯７の拡大平面図であり、図４に対応する図である。すなわち、本実施例の樹脂製やまば歯車１の歯７は、頂部４の裏面１６側を略円弧状に凹ませて噛み合い逃げ部１８を形成した態様を示す図である。

この噛み合い逃げ部１８は、頂部４の裏面１６側の歯面を歯幅方向中央部３に沿って歯先面から歯底面の近傍まで凹ませて形成されており、射出成形時に第１金型８と第２金型１０のキャビティ１１内の形状が転写されたものである（図２参照）。この噛み合い逃げ部１８の凹み量Ｌ３及び幅Ｗは、図１０に示すように、第１金型８と第２金型１０の突き合わせ部分１４のズレ量に起因する第１歯車部分５と第２歯車部分６の突き合わせ面１５のズレ（段差１７）を吸収でき、噛み合う一対の樹脂製やまば歯車１，１の第１歯車部分５，５と第２歯車部分６，６同士が接触して回転を伝達することができる寸法に決定されている。

ここで、図１０（ａ）〜図１０（ｆ）は、第１歯車部分５と第２歯車部分６のズレの態様が図８（ａ）〜図８（ｆ）に対応するものである。

このような構成の本実施例も上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

尚、噛み合い逃げ部１３，１８は、上述の実施の形態や実施例の形状に限定されるものではなく、第１金型８と第２金型１０の突き合わせ部分１４がズレても、噛み合う一対の樹脂製やまば歯車１，１の第１歯車部分５，５と第２歯車部分６，６同士が接触して動力伝達するのを可能にするものであればよく、例えば、図１１に示すように、第１歯車部分５と第２歯車部分６のそれぞれの頂部４近傍を略円弧形状に切り欠いて噛み合い逃げ部２０を形成することができる。

ここで、第１歯車部分５又は第２歯車部分６の頂部近傍を円弧状とする具体的な手段としては、例えば、以下のものが挙げられる。

ａ．当該部分にクラウニングを付けるように歯形形状を設計する（この場合、クラウニングは第１歯車部分５又は第２歯車部分６の頂部４側の一端にのみ付けても、これらの歯車部分５，６の両端につけてもよい）。

ｂ．当該部分が他の部分に比べて肉厚となるような歯形形状を採用し、当該部分における樹脂の成形時のヒケを利用する。

また、図１２に示すように、頂部４の裏面１６側を歯幅方向中央部３に沿って歯先面から歯底面近傍まで矩形形状に凹ませて噛み合い逃げ部２１を形成したり、円弧形状や矩形形状の凹み以外の形状に凹ませて噛み合い逃げ部を形成するようにしてもよい。

更に、樹脂製やまば歯車１を図１３に示すような形状とする場合、ウェブ２３を比較的肉厚に設計して、樹脂製やまば歯車１の歯７の歯幅方向中央における形成時のヒケ２４を意図的に生じさせて、そのヒケ２４を噛み合い逃げ部としてもよい。

また、図１４に示すように、第１歯車部分５と第２歯車部分６の裏面１６に略三角形状の噛み合い逃げ部２２，２２が左右均等に形成し、これら噛み合い逃げ部２２，２２によって段差１７を吸収することにより、第１歯車部分５，５と第２歯車部分６，６を共に噛み合わせて動力伝達するようにしてもよい（図１５参照）。ここで、噛み合い逃げ部２２の寸法Ｌ４，Ｌ５，Ｗ１は、段差１７のズレ量（段差寸法）を吸収できるように決定されている。

また、歯７に頂部４側及び裏面１６側の両方にそれぞれ噛み合い逃げ部１３，２０と噛み合い逃げ部１８，２１，２２を形成するようにしてもよい。

本発明の樹脂製やまば歯車１は、高速回転で且つ高負荷の動力伝達を静粛に行う必要があり、しかも軽量化及び製品価格の低廉化を図る必要がある複写機，プリンタ，ファクシミリ装置等の画像形成装置、自動車部品、精密機械、電子機器等の動力伝達機構に広く使用される。

本発明の実施の形態に係る樹脂製やまば歯車の正面図である。射出成形用金型の概略構成を示す断面図である。射出成形用金型の離型時の状態を示す断面図である。本実施の形態に係る樹脂製やまば歯車の歯を拡大して示す平面図である。樹脂製やまば歯車の第１歯車部分と第２歯車部分のズレ状態を示す図であり、図５（ａ）が第１の態様を示す図であり、図５（ｂ）が第２の態様を示す図である。本実施の形態の樹脂製やまば歯車の使用状態を示す図である。従来の樹脂製やまば歯車の噛み合い時の不具合発生状況を示す図であり、図７（ａ）がその第１態様を示す図であり、図７（ｂ）がその第２態様を示す図である。本実施の形態に係る樹脂製やまば歯車の歯の噛み合い状態図である。本発明の実施例１に係る樹脂製やまば歯車の歯の平面図である。本発明の実施例１に係る樹脂製やまば歯車の歯の噛み合い状態図である。本発明の他の実施例の第１態様を示す歯の平面図である。本発明の他の実施例の第２態様を示す歯の平面図である。本発明の他の実施例の第３態様を示す樹脂製やまば歯車の上半分を断面して示す正面図である。本発明の他の実施例の第４態様を示す歯の平面図である。本発明の他の実施例の第４態様に係る歯の噛み合い状態を示す図である。第１従来例に樹脂製やまば歯車を形成する射出成形金型の断面図である。第２従来例に係る樹脂製やまば歯車の噛み合い状態を示す平面図である。

符号の説明

１……樹脂製やまば歯車、３……歯幅方向中央部、４……頂部、５……第１歯車部分、６……第２歯車部分、８……第１金型、１０……第２金型、１１……キャビティ、１３，１８，２０，２１，２２……噛み合い逃げ部、１４……突き合わせ部分

Claims

ねじれが反対のはすば歯車を貼り合わせたような形状を呈し、
歯幅方向中央部の山形の頂部から歯幅方向一端側の第１歯車部分を形作る第１金型と、前記歯幅方向中央部の山形の頂部から歯幅方向他端側の第２歯車部分を形作る第２金型とを突き合わせ、これら第１金型と第２金型のキャビティ内に樹脂を射出して一体成形されてなる樹脂製やまば歯車において、
前記第１金型と前記第２金型の突き合わせ部分に位置する前記歯幅方向中央部の山形の頂部を、歯先面から歯底面近傍まで、歯厚が減じる方向に切り欠いて噛み合い逃げ部を形成したことを特徴とする樹脂製やまば歯車。
ねじれが反対のはすば歯車を貼り合わせたような形状を呈し、
歯幅方向中央部の山形の頂部から歯幅方向一端側の第１歯車部分を形作る第１金型と、前記歯幅方向中央部の山形の頂部から歯幅方向他端側の第２歯車部分を形作る第２金型とを突き合わせ、これら第１金型と第２金型のキャビティ内に樹脂を射出して一体成形されてなる樹脂製やまば歯車において、
前記第１金型と前記第２金型の突き合わせ部分に位置する前記歯幅方向中央部の山形の頂部の裏面には、歯先面から歯底面近傍まで、噛み合う相手歯車の山形の頂部に接触しないように凹ませた噛み合い逃げ部を形成したことを特徴とする樹脂製やまば歯車。