JP4433442B2

JP4433442B2 - Molding method of resin molded gear and resin molded gear molded by the method

Info

Publication number: JP4433442B2
Application number: JP2001036050A
Authority: JP
Inventors: 英和北山; 章弘望月
Original assignee: Polyplastics Co Ltd
Current assignee: Polyplastics Co Ltd
Priority date: 2001-02-13
Filing date: 2001-02-13
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2021-02-13
Also published as: JP2002235835A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピッチ円歯厚とリム厚が特定の比率を有する樹脂成形歯車及びその成形方法に関し、一体成形する際に、樹脂充填中から冷却工程の間にウエブを加圧成形することを特徴とする。得られた歯車は、複写機・プリンター、ファクシミリ、カメラ、ビデオ、自動車、ＯＡ機器等の部品として使用される。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機、プリンター等のＯＡ機器の動力伝達部品として、また、ＶＴＲテープ駆動機構、レーザーディスクプレーヤのローディング機構等に樹脂製の平歯車が多数使用されている。また、低騒音性能および高速性能の要求が強い場合には、噛み合い率が高く、かつ低騒音で大きな力を伝える樹脂はすば歯車が使用されている。
このような樹脂歯車を設計する場合、従来は騒音や伝達効率、摩擦摩耗特性、強度、歯の各部要素の形状及び高度な初期精度等を考慮して、歯車の各構成部材の形状や寸法等を定めている。一般的には騒音や強度、剛性を考慮し、リム厚はピッチ円歯厚の１．５倍程度、または、モジュールの２．５倍程度とし、かつ、ウエブ厚はリム厚とほぼ同じにするように設計される。
例えば、「プラスチック成形技術」第１３巻、第８号、１７頁（左側１０行目から１８行目、右側図２）には、平歯車あるいははすば歯車の断面寸法の標準的寸法割合が示されており、これによると、ピッチ円歯厚とリム厚とウエブ厚の比は１：１．４：１．６である。一方、高度な初期精度を考慮すると、ピッチ円歯厚とリム厚の比は１：０．６〜１．２程度で設計することが一般的であった。
【０００３】
最近、プリンター、複写機等のＯＡ機器の高精度化にともない、これらのＯＡ機器の動力伝達、作動伝達等を行う歯車には、歯車を使用する最も重要な目的である１軸の回転角をその歯数に逆比例して他軸に正しく伝達するか否かを評価する角度伝達誤差の精度が要求されてきている。
しかし、従来技術により、通常の歯車用樹脂を用い、歯車の強度、剛性、低騒音性能、歯の各部要素の形状及び寸法における高度な精度を主体とした歯車の各構成部材の形状、寸法を定める設計においては、例えば、一般的に用いられているポリアセタール樹脂を使用したはすば歯車においては、詳しくは、強度、剛性を考慮した設計の場合、円筒変形が発生し、リムとウエブの交点付近が大きく軸中央に向かってひけるためにＪＩＳＢ１７０２（１９７６）に定められる精度が悪く、結果的に適正な動力伝達を行うことが出来ない。一方、高度な精度を考慮した場合、剛性不足により実際に使用される回転数や回転トルク下で角度伝達誤差が非常に大きくなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高精度の角度伝達誤差を十分に満たすとともに、強度、剛性、低騒音性能、歯の各部要素の形状及び寸法における高度な精度も十分に満たす高精度の歯車を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、特定の収縮率を有する樹脂を用い、樹脂成形歯車の各構成部材の形状および寸法を変化させると同時に、射出開始から冷却工程中に加圧するタイミングを定めこれを変化させることにより成形された樹脂歯車の円筒変形とＪＩＳＢ１７０２（１９７６）に定められる精度を詳細に研究し、かつ、これらの研究結果を総合的に分析し、研究することにより、上記問題点を解決しうることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち本発明は、円筒状に形成されたリム（１１）、リム（１１）の外周面に円筒の中心軸（１２）から外方向に形成された歯（１３）、リム（１１）の内周面に接合し中心軸（１２）の方向に平円板状に延在するウエブ（１５）、及びウエブ（１５）に接合し中心軸（１２）の心部に形成されたボス又は軸（１６）からなる樹脂成形歯車（１０）を樹脂により一体成形する樹脂成形歯車の成形方法であって、歯（１３）のピッチ円歯厚（Ｓ）に対するリム厚（Ｓｒ）の比率が１．２倍以上であり、樹脂充填開始からウエブ（１５）加圧開始までの時間（Ｔ１）が樹脂充填開始から樹脂が金型内に充填し終わるまでの時間（Ｔ２）の１０％以上で樹脂充填開始から型開き開始までの時間（Ｔ３）の９０％以内であり、射出保圧力（Ｐ２）が４０ＭＰａ〜２００ＭＰａであり、且つ、下記（式１）で表される加圧圧力（Ｐ１）が、３０ＭＰａ〜２００ＭＰａであると共に、樹脂充填開始から型開き開始までの時間（Ｔ３）の期間内で、ウエブ（１５）を加圧成形することを特徴とする樹脂成形歯車の成形方法、及び該成形方法により成形されてなる樹脂成形歯車である。
Ｐ１＝加圧力／加圧部の面積（式１）
本発明においては、前記ピッチ円歯厚（Ｓ）に対する、ウエブ（１５）の接合部のウエブ厚（Ｓｕ）の比率が１．２〜３．５であることが好ましい。
また、前記樹脂充填開始からウエブ（１５）加圧開始までの時間（Ｔ１）は、前記樹脂充填開始から樹脂が金型内に充填し終わるまでの時間（Ｔ２）の１０％以上で、樹脂充填開始からゲート部の樹脂が固化するまでの時間（Ｔ４）未満であり、加圧圧力（Ｐ１）が、保圧圧力（Ｐ２）の１０％以上で１１０％以内であることが好ましい。
また、前記樹脂充填開始からウエブ（１５）加圧開始までの時間（Ｔ１）については、樹脂充填開始からゲート部の樹脂が固化するまでの時間（Ｔ４）以上で前記樹脂充填開始から型開き開始までの時間（Ｔ３）の９０％以内であってもよい。
更に、本発明においては、前記樹脂充填後に、ゲート部を機械的に封鎖することが好ましく、ウエブ（１５）を円周方向に対して均一に加圧することが好ましい。
前記ウエブ（１５）の加圧は、ウエブ（１５）上に設定され、中心軸（１２）に対して同心円状にある２つの円の間で形成されるリング状部分（１５’）を加圧することにより行われることが好ましく、リング状部分（１５’）の面積は、ウエブ（１５）の面積の、３０％〜１００％であることが好ましい。
また、前記樹脂は、成形時の収縮率が１．０％〜３．０％の熱可塑性樹脂であることが好ましく、前記熱可塑性樹脂は、ポリアセタール樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂又はポリアミド樹脂であることが特に好ましい。
本発明の前記樹脂成形歯車は、はすば歯車又は平歯車であることが特に好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の樹脂成形歯車１０は、円筒状に形成されたリム１１、リム１１の外周面に中心軸１２に対して外方に形成された歯１３、リム１１の内周面に中心軸方向に平円板状に延在するウエブ１５、及びウエブ１５に接合し中心軸心部に形成されたボス又は軸１６からなる（図１参照）。ウエブ１５の設けられる位置は、リム１１の円筒状部分の中間でも上部でも下部でもよい。
樹脂成形歯車１０は、ピッチ円歯厚Ｓに対するリム厚Ｓｒの比率が１．２倍以上、好ましくは１．５〜２．０である。Ｓｒ／Ｓが１．２倍より小さい場合には、十分に高精度の角度伝達誤差を有する歯車を得ることができない。
【０００８】
また、ウエブ１５は平円板状で、リム１１の内周面及びボス１６の外周へ接合される。ピッチ円歯厚Ｓに対して、ウエブ１５の少なくともリム１１及びボス１６への接合部のウエブ厚Ｓｕの比率が、１．２〜３．５であることが望ましい。ウエブ厚が上記比率の範囲外では加圧タイミングと加圧力の条件幅が狭くなる。平円板状のウエブ１５は、全面が上記厚みを持つことが好ましいが、必要に応じて、平円板状部分に貫通孔や凹部やリブ等を１つまたは複数個設けてもかまわない。
【０００９】
本発明の成形方法は、通常の射出成形に局部加圧を加える方法でもよいし、金型キャビティ面と成形品の間の境界部に局部加圧を加える方法であってもよい。前者の方法としては、金型の一部又は全体を、気体や液体などの加圧流体やモーターなどの動力を用いて機械的に加圧する方法が挙げられ、後者の方法としては、金型のキャビティ面と成形品の境界面に、気体や液体などの加圧流体を直接圧入する方法などが挙げられる。
図２に、樹脂の充填及び局部加圧の例を示す。通常の射出成形機を使用して、溶融樹脂がシリンダー側よりゲート３５を経て金型キャビティへ充填される。ゲート３５としては例えばピンゲートが使用される。ゲートの位置は特に限定するものではなく、ボスの下面でもよいし、側面でもよいし、ウエブ上でもよい。又ゲートの個数も特に限定するものではなく、１個から５，６個でもよい。
局部加圧は、例えば、加圧ピン３６を用いて行うことができる。加圧ピン３６の形状は丸であっても、四角であってもよく、形状を限定するものではない。又個数に関しても限定するものではない。局部加圧は、平円板状のウエブ１５の全面であっても、一部であってもよいが、好ましくは円周方向に均一に加圧される。
加圧する部分は、例えば、ウエブ１５上に、中心軸１２に対して同心円状にある２つの円の間で形成されるリング状部分１５’であってもよい。リング状部分１５’の面積としては、特に制限はないが、好ましくはウエブ１５の面積の３０％〜１００％である。
【００１０】
ウエブ１５の加圧の開始から終了までは、樹脂充填開始から型開き開始までの時間Ｔ３の期間内に行われる。
加圧タイミングは特に制限はないが、射出と同時にウエブ１５を加圧した場合、加圧後の収縮変形が発生するので、リム１１とウエブ１５の交差する付近の内部樹脂が固化する直前が望ましい。
また、樹脂充填終了後、保圧が行われるが、射出保圧力とウエブ１５に対する加圧力については特に制限はないが、射出保圧力が該加圧力よりも低い場合は、加圧により溶融樹脂がゲート３５（図２参照）よりシリンダー側へバックフローすることがあるので、加圧タイミングはゲート部が固化後であることが望ましい。
上記加圧タイミングと加圧圧力は、具体的には次のような範囲で行うことができる。
樹脂充填開始からウエブ（１５）加圧開始までの時間をＴ１、
樹脂充填開始から樹脂が金型内に充填し終わるまでの時間をＴ２、
樹脂充填開始から型開き開始までの時間をＴ３、
樹脂充填開始からゲート部の樹脂が固化するまでの時間をＴ４（但し、ゲート部の樹脂の固化は保圧中に生じ、固化時間Ｔ４は、射出保圧時間＋冷却時間を固定し保圧時間を徐々に増加させ、冷却時間を保圧時間増加分減少させて、スプル、ランナを除く製品重量を測定し、製品重量加増加しなくなる射出保圧時間で定義される。）、
ウエブの加圧圧力をＰ１（但し、Ｐ１＝加圧力／加圧部の面積で定義される。）、
保圧力をＰ２とすると、
（ｉ）加圧開始時間（Ｔ１）が、充填終了時間（Ｔ２）の１０％以上、型開き開始時間（Ｔ３）の９０％以内であり、射出保圧力（Ｐ２）が４０ＭＰａ〜２００ＭＰａであり、且つ、加圧圧力（Ｐ１）が、３０ＭＰａ〜２００ＭＰａ、
（ii）加圧開始時間（Ｔ１）が、充填終了時間（Ｔ２）の１０％以上、ゲート固化時間（Ｔ４）未満であり、加圧圧力（Ｐ１）が、保圧圧力（Ｐ２）の１０％以上、１１０％以内、
（iii）加圧開始時間（Ｔ１）が、ゲート固化時間（Ｔ４）以上、型開き開始時間（Ｔ３）の９０％以内、加圧圧力（Ｐ１）には特に制限はない。
なお、上記において、樹脂充填後に、ゲート部を機械的に封鎖してもよい。
ウエブ（１５）の加圧終了時期は、型開き開始までであれば、特に制限はない。ウエブ１５の加圧の開始から終了までに要する時間は、成形品の寸法、樹脂の種類および温度、金型温度などにより、最適値が決められる。
【００１１】
樹脂成形歯車１０は、成形時の収縮率が１．０％〜３．０％である熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。従来の技術では、この範囲の成形収縮率を有する樹脂を使用すると、成形時の樹脂収縮により成形品と金型形状との寸法差が大きくなり、十分に高精度の歯車を得ることが至難であった。
本発明では、成形時の収縮率が１．０％〜３．０％の樹脂が好ましい。具体的には、ポリアセタール樹脂（ポリオキシメチレン樹脂（ＰＯＭ））、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）もしくはポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）が、特に好ましく使用できる。さらに、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミド樹脂なども好適に使用できる。
これらの樹脂は、通常添加される各種添加剤が配合されていてもよいし、これらを主体とする樹脂組成物であってもよい。
【００１２】
上記ポリアセタール樹脂は、ホモポリマー、コポリマーのいずれであってもよい。コポリマーの場合には、主鎖の安定化のためにエチレンオキサイド、ジオキソラン等の単量体成分がランダムに共重合されたもの、あるいはブロツクあるいはグラフト重合されたもの、あるいは更に第三成分が導入されたもの等、いかなる共重合形態であってもかまわない。
上記ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂は、通常の芳香族ジカルボン酸成分、脂肪族ジオール成分の他に、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、アジピン酸等の芳香族又は脂肪族多塩基酸、あるいは、グリコール成分としてエチレングリゴール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール等のアルキレングリコールやビスフェノールＡ等の芳香族ヒドロキシ化合物等を用いて変性させて得られる共重合体であってもかまわない。
【００１３】
本発明の樹脂成形歯車１０としては、平歯車、はすば歯車、やまば歯車、すぐばかさ歯車、まがりばかさ歯車、ねじば歯車などが挙げられる。歯のねじれ角度は、特に限定されるものではない。
またこれらのはすば歯車や平歯車等はシングル歯車や２段歯車に、または、駆動モータから多段に組み合わせて回転ムラをなくして減速するようにした、組合わせ歯車であってもよい。
【００１４】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
[実施例１]
図１は本発明の樹脂成形歯車の１例であるはすば歯車の縦断面図である。はすば歯車は、円筒状に形成されたリム１１の外周面に中心軸１２に対して外方にかつ斜めに形成された歯１３を有しており、リム１１の内周面に接合して平円板状にウエブ１５が延在し、ウエブ１５は円筒状のボス１６の外周面に接合している。
樹脂として、ポリプラスチックス（株）製のジュラコンＭ２７０Ｓ（無充填）を用いた。該樹脂の成形時の収縮率は１．８％である。
はすば歯車の設計寸法は、歯外径Ｄが３０ｍｍ、歯幅ｂが１５ｍｍであり、ねじれ角が２０度で、モジュールが１．０である。すなわちピッチ円歯厚Ｓが１．５７ｍｍで、リム厚Ｓｒが２．５ｍｍで、ウエブ厚Ｓｕが３．０ｍｍで、ボス１６の厚みが２．０ｍｍである。従って、はすば歯車の歯厚に対して、リム厚Ｓｒの比率が１．５９で、ウエブ厚Ｓｕの比率が１．９１である。この寸法による歯車は、従来の要求である十分な強度や剛性は勿論、最近の要求である初期精度、低騒音性能、高速性能をも有するものでもある。
【００１５】
上記設計寸法に基づき、通常の方法により歯車入れ子３１を作成し、図２に示す通常のはすば歯車用の金型３０に組み込んだ。金型３０には、歯車入れ子３１の回転抵抗を減らすために、入れ子３１の内外にラジアルころがり軸受け３２、また型締め方向にスラストころがり軸受け３３を組み込んである。
樹脂は歯車のボスの上面に周方向に均等間隔に設けられた３個のピンゲート３５から金型３０のキャビティ内に圧入される。
ウエブ１５の加圧用に、局部加圧ピン３６が組み込まれ、射出開始から冷却工程間に任意のタイミングで前進し加圧する。
【００１６】
射出成形機にファナック製α１００ｉＡを用いた。射出条件は、シリンダー温度：１９０℃、金型温度：６０℃、射出速度：２０ｍｍ／ｓ、保圧力：１００ＭＰａ、射出保圧時間：２０ｓ、冷却時間：１０ｓである。また、局部加圧条件は、加圧面積２．３ｃｍ²、加圧荷重２．１ｔｏｎであり、この時の加圧力は約９０ＭＰａである。
射出開始から１９ｓ後（すなわち、成形品内部が固化する直前）に、加圧を１ｓ行った後、歯車を金型より取り出した。歯車の各部の精度は、はすば歯車のＪＩＳＢ１７０２（１９７６）精度測定条件に準じて測定した。回転角度伝達誤差は、回転数５０ｒｐｍ、回転トルク２ｋｇｆ・ｃｍの場合と、回転数２００ｒｐｍ、回転トルク８ｋｇｆ・ｃｍの場合で、ＪＩＳＢ１７０２−１（１９９８）に準じて片歯面噛み合い精度を測定した。回転角度伝達誤差は、比較例１の結果を１．０として相対比率で示した。例えば、実施例１では０．６であり、誤差量は比較例１の６０％である。
測定結果を表１に示す。得られたはすば歯車は、ＪＩＳＢ１７０２（１９７６）平均歯形等級２級でＪＩＳＢ１７０２（１９７６）平均歯筋等級が１級と各部の誤差は極めて少なく、高精度のはすば歯車を得ることができた。そして、この歯車は実用領域での回転トルク、速度下で十分高精度な回転角度伝達誤差を示した。
【００１７】
[実施例２〜７及び比較例１〜２]
次に、実施例２〜７および比較例１〜２につき説明する。
上記実施例１では、加圧力９０ＭＰａで加圧タイミングを射出開始から１９ｓ後の場合につき説明したが、実施例２〜５についても実施例１と同様に設計し、同じ射出成形機を用いて成形した。表１に示すように、実施例２については加圧力を実施例１と同様に設定し、加圧タイミングを射出開始後３ｓとした場合である。実施例３〜５は加圧力を１５０ＭＰａとし、実施例３では加圧タイミングを射出開始後３ｓとし、実施例４では加圧タイミングを射出開始後７ｓとし、実施例５では加圧タイミングを射出開始後１９ｓとした場合である。
実施例６及び７では、（株）世紀技研製バルブゲート（表１では単にバルブと記す。）を用い、樹脂充填後に機械的にゲートを閉じ、加圧力を１５０ＭＰａにした場合であり、射出開始後の加圧タイミングを実施例６では３ｓ、実施例７では１９ｓとした。
【００１８】
さらに、比較例１〜２について説明する。表１に示すように、比較例１では実施例１と同様に設計し、局部加圧を行わない場合である。比較例２では、はすば歯車のモジュールすなわち歯厚に対して、リム厚、ウエブ厚をそれぞれ変えた場合であり、更に歯車の剛性を考慮してボスからリムに向かって高さが減少する三角形状のリブを設置した場合である。
この歯厚、リム厚、ウエブ厚の比率は高精度化を考慮した場合に一般的に用いられている。
【００１９】
実施例２〜７及び比較例１〜２につき金型を作成して、射出成形してはすば歯車を作成し、ＪＩＳＢ１７０２（１９７６）精度と回転角度伝達誤差を測定した。結果を表１に示す。
実施例２では、歯車がＪＩＳ平均歯形等級２級、平均歯筋等級３級であり、加圧タイミングが早すぎると加圧力が同じでも若干初期精度が劣るが、伝達誤差に影響するほどではなく、実施例１と大きく変わらない。
実施例３では、歯車がＪＩＳ平均歯形等級３級、平均歯筋等級５級であり、実施例２と同じタイミングで加圧力が大きい（保圧力よりも大きい）場合、効果が薄れ、回転角度伝達誤差が若干大きくなるが、その比率はわずかである。
実施例４では、加圧力が保圧力よりも大きい場合、ゲートシール付近で比較的良好となり、実施例２と同じ結果である。
実施例５では、ゲートは固化しており、加圧力を９０ＭＰａでも１５０ＭＰａでも、ウエブとリムの交差付近が固化する直前が最も効果的であることが証明され、実施例１と同じ結果であった。すなわち、加圧力の大小はキャンセルされる。
実施例６では、ゲートが閉じられていることにより、加圧力の大小が保存力に依存されなくなり、実施例２と同じ結果となる。
実施例７では、ゲートが閉じられていることにより、実施例１または５と同じ結果となる。
【００２０】
比較例１では、歯車が実施例１〜７と同じ剛性であってもＪＩＳ平均歯筋等級が８級と非常に劣ることから、噛み合い誤差が大きくなり、結果的に回転角度伝達が適正に行われなかった。
比較例２では、歯車のＪＩＳ等級が実施例２または４と同等であっても、回転数や回転トルクが上昇することによって歯が撓み、結果的に回転角度伝達が適正に行われなかった。
この結果、本発明の樹脂成形歯車は各部の誤差と角度伝達誤差の両方が極めて少なく、高精度の歯車の形状および寸法を十分に満たすとともに、歯車を使用する最も重要な目的である１軸の回転角をその歯数に逆比例して他軸に正しく伝達することができる。
【００２１】
【表１】

【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の要求である十分な強度や剛性は勿論、最近の要求である初期精度、低騒音性能、高速性能をも満たし、最近の複写機、プリンター、ファクシミリ等のＯＡ機器等に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の樹脂成形歯車の一例の縦断面図である。
【図２】図１に示す樹脂成形歯車を成形する金型の断面図である。
【符号の説明】
１０樹脂成形歯車
１１リム
１２中心軸
１３歯
１５ウエブ
１５’リング状部分
１６ボス
３１歯車入れ子
３２ラジアルころがり軸受け
３３スラストころがり軸受け
３５ゲート
３６局部加圧ピン
Ｄ歯先円直径
ｂ歯幅
Ｓピッチ円歯厚
Ｓｒリム厚
Ｓｕウエブ厚[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a resin molded gear having a specific ratio of pitch circle tooth thickness and rim thickness and a molding method therefor, wherein when integrally molding, the web is pressure-molded during resin cooling from the time of resin filling. And The obtained gear is used as a part of a copier / printer, a facsimile, a camera, a video, an automobile, an OA device, or the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, many resin spur gears have been used as power transmission parts for office automation equipment such as copying machines and printers, and for VTR tape drive mechanisms and laser disk player loading mechanisms. Further, when demands for low noise performance and high speed performance are strong, a helical gear is used as a resin that has a high meshing rate and transmits a large force with low noise.
When designing such a resin gear, the shape and size of each component of the gear, etc., taking into account the noise, transmission efficiency, friction and wear characteristics, strength, shape of each element of the tooth and high initial accuracy, etc. Is stipulated. In general, considering the noise, strength, and rigidity, the rim thickness is about 1.5 times the pitch circle tooth thickness, or about 2.5 times the module thickness, and the web thickness is almost the same as the rim thickness. Designed as such.
For example, “Plastic Molding Technology”, Vol. 13, No. 8, page 17 (10th to 18th line on the left side, right side figure 2) shows the standard dimension ratio of the cross-sectional dimensions of spur gears or helical gears. According to this, the ratio of pitch circle tooth thickness / rim thickness / web thickness is 1: 1.4: 1.6. On the other hand, in consideration of high initial accuracy, it is common to design the pitch circle tooth thickness to rim thickness ratio at about 1: 0.6 to 1.2.
[0003]
Recently, with the increase in accuracy of OA equipment such as printers and copiers, the most important purpose of using gears is the rotation angle of one axis, which is the most important purpose of gears for power transmission and operation transmission of these OA equipment. There has been a demand for accuracy of angle transmission error that evaluates whether or not to correctly transmit to other axes in inverse proportion to the number of teeth.
However, according to the prior art, using the usual gear resin, the shape and dimensions of each component of the gear mainly composed of gear strength, rigidity, low noise performance, and high accuracy in the shape and dimensions of each element of the tooth. For example, in the case of a helical gear using a polyacetal resin that is generally used, the design that takes into account the strength and rigidity causes a cylindrical deformation and the intersection of the rim and the web. Since the vicinity is greatly moved toward the center of the shaft, the accuracy defined in JIS B1702 (1976) is poor, and as a result, proper power transmission cannot be performed. On the other hand, when high accuracy is taken into account, the angle transmission error becomes very large under the rotational speed and rotational torque actually used due to insufficient rigidity.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
It is an object of the present invention to obtain a high-precision gear that sufficiently satisfies high-accuracy angle transmission errors, and also sufficiently satisfies high-level accuracy in strength, rigidity, low noise performance, and shape and dimensions of each component of teeth. To do.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor uses a resin having a specific shrinkage rate, changes the shape and dimensions of each component of the resin molded gear, and at the same time determines the timing of pressurization during the cooling process from the start of injection, and changes this. Studying the cylindrical deformation of the molded resin gear and the accuracy specified in JIS B1702 (1976) in detail, and comprehensively analyzing and researching the results of these researches can solve the above problems. As a result, the present invention has been completed.
[0006]
That is, the present invention provides a rim (11) formed in a cylindrical shape, teeth (13) formed outward from the central axis (12) of the cylinder on the outer peripheral surface of the rim (11), and an inner periphery of the rim (11). A web (15) joined to the surface and extending in the shape of a flat disk in the direction of the central axis (12), and a boss or shaft (16) joined to the web (15) and formed at the center of the central axis (12) ) Is a resin-molded gear molding method in which a resin-molded gear (10) is integrally molded with resin, and the ratio of the rim thickness (Sr) to the pitch circle tooth thickness (S) of the teeth (13) is 1.2 times The time (T1) from the start of resin filling to the start of pressurization of the web (15) is 10% or more of the time (T2) from the start of resin filling to the end of filling of the resin into the mold (T2). It is within 90% of the time (T3) until the mold opening starts, and the injection holding pressure (P2) is The pressure (P1) expressed by the following (formula 1) is 0 MPa to 200 MPa, and is 30 MPa to 200 MPa, and within a period of time (T3) from the start of resin filling to the start of mold opening, A molding method of a resin-molded gear characterized by pressure-molding a web (15), and a resin-molded gear molded by the molding method.
P1 = Pressurizing force / Pressure area (Formula 1)
In the present invention, the ratio of the web thickness (Su) of the joined portion of the web (15) to the pitch circle tooth thickness (S) is preferably 1.2 to 3.5.
Further, the time (T1) from the start of the resin filling to the start of the pressurization of the web (15) is 10% or more of the time (T2) from the start of the resin filling until the resin is completely filled in the mold. It is preferably less than the time (T4) from the start until the resin in the gate portion solidifies, and the pressurizing pressure (P1) is 10% or more and 110% or less of the holding pressure (P2).
The time (T1) from the resin filling start to the web (15) pressurization start (T1) is from the resin filling start to the mold opening start from the resin filling start to the time (T4) from the resin filling start to the solidification of the gate portion resin. It may be within 90% of the time until (T3).
Furthermore, in the present invention, it is preferable to mechanically seal the gate portion after the resin filling, and it is preferable to pressurize the web (15) uniformly in the circumferential direction.
The pressure of the web (15) is set on the web (15) and presses the ring-shaped part (15 ′) formed between two circles concentric with the central axis (12). The area of the ring-shaped part (15 ′) is preferably 30% to 100% of the area of the web (15).
Further, the resin is preferably a thermoplastic resin having a shrinkage ratio of 1.0% to 3.0% at the time of molding, and the thermoplastic resin is a polyacetal resin, a polybutylene terephthalate resin, a polyethylene terephthalate resin, a polyphenylene. A sulfide resin or a polyamide resin is particularly preferable.
The resin molded gear of the present invention is particularly preferably a helical gear or a spur gear.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The resin molded gear 10 of the present invention includes a rim 11 formed in a cylindrical shape, teeth 13 formed outwardly with respect to the central axis 12 on the outer peripheral surface of the rim 11, and a central axis direction on the inner peripheral surface of the rim 11. It consists of a web 15 extending in the shape of a flat disk, and a boss or shaft 16 joined to the web 15 and formed at the central axis (see FIG. 1). The position where the web 15 is provided may be in the middle, upper part or lower part of the cylindrical part of the rim 11.
In the resin molded gear 10, the ratio of the rim thickness Sr to the pitch circle tooth thickness S is 1.2 times or more, preferably 1.5 to 2.0. When Sr / S is smaller than 1.2 times, it is impossible to obtain a gear having a sufficiently accurate angle transmission error.
[0008]
The web 15 has a flat disk shape and is joined to the inner peripheral surface of the rim 11 and the outer periphery of the boss 16. It is desirable that the ratio of the web thickness Su of the joint portion to at least the rim 11 and the boss 16 of the web 15 to the pitch circle tooth thickness S is 1.2 to 3.5. When the web thickness is outside the above range, the condition range of the pressurizing timing and the pressurizing force becomes narrow. The entire surface of the flat disk-like web 15 preferably has the above thickness, but if necessary, one or more through holes, concave parts, ribs, etc. may be provided in the flat disk-like part.
[0009]
The molding method of the present invention may be a method in which local pressure is applied to normal injection molding, or a method in which local pressure is applied to the boundary between the mold cavity surface and the molded product. The former method includes a method in which a part or the whole of a mold is mechanically pressurized using a pressurized fluid such as a gas or a liquid or power of a motor or the like. Examples thereof include a method in which a pressurized fluid such as a gas or a liquid is directly pressed into the boundary surface between the cavity surface and the molded product.
FIG. 2 shows an example of resin filling and local pressurization. Using a normal injection molding machine, the molten resin is filled into the mold cavity through the gate 35 from the cylinder side. For example, a pin gate is used as the gate 35. The position of the gate is not particularly limited, and may be the lower surface of the boss, the side surface, or the web. Further, the number of gates is not particularly limited, and may be 1 to 5 or 6.
The local pressurization can be performed using, for example, the pressurization pin 36. The shape of the pressure pin 36 may be round or square, and the shape is not limited. Also, the number is not limited. The local pressurization may be performed on the entire surface of the flat disk-shaped web 15 or a part thereof, but is preferably performed uniformly in the circumferential direction.
The portion to be pressed may be, for example, a ring-shaped portion 15 ′ formed between two circles concentrically with the central axis 12 on the web 15. The area of the ring-shaped portion 15 'is not particularly limited, but is preferably 30% to 100% of the area of the web 15.
[0010]
From the start to the end of pressurization of the web 15 is performed within a period of time T3 from the start of resin filling to the start of mold opening.
There is no particular limitation on the pressurization timing, but when the web 15 is pressurized simultaneously with the injection, shrinkage deformation after pressurization occurs, so it is desirable that the internal resin near the intersection of the rim 11 and the web 15 is solidified. .
Further, holding pressure is performed after the resin filling, but there is no particular limitation on the injection holding pressure and the pressure applied to the web 15. However, when the injection holding pressure is lower than the pressing pressure, the molten resin is removed by pressurization. Since back flow may flow from the gate 35 (see FIG. 2) to the cylinder side, it is desirable that the pressurization timing is after the gate portion is solidified.
Specifically, the pressurization timing and the pressurization pressure can be performed within the following ranges.
Time from resin filling start to web (15) pressurization start is T1,
The time from the start of resin filling to the end of resin filling in the mold is T2,
The time from resin filling start to mold opening start is T3,
The time from the start of the resin filling until the resin of the gate portion solidifies is T4 (however, the resin of the gate portion is solidified during the holding pressure, and the solidifying time T4 is the holding pressure time by fixing the injection holding time + cooling time. , Gradually increase the cooling time and decrease the pressure holding time increase, measure the product weight excluding the sprue and runner, and is defined as the injection pressure holding time that does not increase the product weight).
The pressurizing pressure of the web is P1 (where P1 = applied pressure / the area of the pressurizing part),
If the holding pressure is P2,
(I) Pressurization start time (T1) is 10% or more of filling end time (T2) and within 90% of mold opening start time (T3), injection holding pressure (P2) is 40 MPa to 200 MPa, And pressurization pressure (P1) is 30 MPa-200 MPa,
(Ii) Pressurization start time (T1) is 10% or more of filling end time (T2) and less than gate solidification time (T4), and pressurization pressure (P1) is 10% of holding pressure (P2). More than 110%
(Iii) Pressurization start time (T1) is not less than gate solidification time (T4), within 90% of mold opening start time (T3), and pressurization pressure (P1) is not particularly limited.
In the above, the gate portion may be mechanically sealed after filling with the resin.
The pressurization end time of the web (15) is not particularly limited as long as it is until the mold opening starts. The time required from the start to the end of pressurization of the web 15 is determined in accordance with the dimensions of the molded product, the type and temperature of the resin, the mold temperature, and the like.
[0011]
The resin molded gear 10 is preferably made of a thermoplastic resin having a shrinkage rate of 1.0% to 3.0% during molding. In the prior art, if a resin having a molding shrinkage rate in this range is used, the dimensional difference between the molded product and the mold shape increases due to resin shrinkage during molding, and it is difficult to obtain a sufficiently accurate gear. there were.
In the present invention, a resin having a shrinkage ratio during molding of 1.0% to 3.0% is preferable. Specifically, polyacetal resin (polyoxymethylene resin (POM)), polybutylene terephthalate resin (PBT) or polyethylene terephthalate resin (PET) can be used particularly preferably. Furthermore, polyphenylene sulfide resin, polyamide resin, etc. can also be used suitably.
These resins may be blended with various additives that are usually added, or may be a resin composition mainly composed of these additives.
[0012]
The polyacetal resin may be either a homopolymer or a copolymer. In the case of a copolymer, a monomer component such as ethylene oxide or dioxolane is randomly copolymerized, block or graft polymerized, or a third component is introduced to stabilize the main chain. Any form of copolymerization such as rice cake may be used.
Polyester resins such as polybutylene terephthalate and polyethylene terephthalate, in addition to normal aromatic dicarboxylic acid components and aliphatic diol components, aromatic or aliphatic polybasic acids such as isophthalic acid, naphthalenedicarboxylic acid, and adipic acid, or Further, it may be a copolymer obtained by modification using an alkylene glycol such as ethylene glycol or diethylene glycol or neopentyl glycol or an aromatic hydroxy compound such as bisphenol A as a glycol component.
[0013]
Examples of the resin molded gear 10 of the present invention include a spur gear, a helical gear, a helical gear, a short bevel gear, a spiral bevel gear, and a helical gear. The twist angle of the teeth is not particularly limited.
These helical gears and spur gears may be a single gear, a two-stage gear, or a combination gear that is combined in multiple stages from the drive motor and decelerates without rotational unevenness.
[0014]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
[Example 1]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a helical gear which is an example of a resin molded gear according to the present invention. The helical gear has teeth 13 formed on the outer peripheral surface of the rim 11 formed in a cylindrical shape outwardly and obliquely with respect to the central axis 12 and joined to the inner peripheral surface of the rim 11. The web 15 extends in a flat disk shape, and the web 15 is joined to the outer peripheral surface of the cylindrical boss 16.
As the resin, Duracon M270S (unfilled) manufactured by Polyplastics Co., Ltd. was used. The shrinkage rate during molding of the resin is 1.8%.
As for the design dimensions of the helical gear, the tooth outer diameter D is 30 mm, the tooth width b is 15 mm, the twist angle is 20 degrees, and the module is 1.0. That is, the pitch circle tooth thickness S is 1.57 mm, the rim thickness Sr is 2.5 mm, the web thickness Su is 3.0 mm, and the thickness of the boss 16 is 2.0 mm. Therefore, the ratio of the rim thickness Sr to the tooth thickness of the helical gear is 1.59, and the ratio of the web thickness Su is 1.91. A gear having this size has not only sufficient strength and rigidity, which are conventional requirements, but also recent requirements such as initial accuracy, low noise performance, and high speed performance.
[0015]
Based on the above design dimensions, a gear insert 31 was prepared by an ordinary method and incorporated in a normal helical gear mold 30 shown in FIG. In order to reduce the rotational resistance of the gear insert 31, a radial rolling bearing 32 is incorporated in the mold 30 inside and outside, and a thrust rolling bearing 33 is incorporated in the mold clamping direction.
The resin is pressed into the cavity of the mold 30 from three pin gates 35 provided at equal intervals in the circumferential direction on the upper surface of the boss of the gear.
A local pressurizing pin 36 is incorporated for pressurizing the web 15, and advances and pressurizes at an arbitrary timing between the start of injection and the cooling process.
[0016]
Α100iA manufactured by FANUC was used for the injection molding machine. The injection conditions are: cylinder temperature: 190 ° C., mold temperature: 60 ° C., injection speed: 20 mm / s, holding pressure: 100 MPa, injection holding time: 20 s, cooling time: 10 s. Moreover, the local pressurization conditions are a pressurization area of 2.3 cm ² and a pressurization load of 2.1 ton, and the applied pressure at this time is about 90 MPa.
After pressurizing for 1 s 19 seconds after the start of injection (that is, immediately before the inside of the molded product was solidified), the gear was taken out from the mold. The accuracy of each part of the gear was measured according to the JIS B1702 (1976) accuracy measurement condition of the helical gear. The rotation angle transmission error was measured for one tooth surface meshing accuracy according to JIS B1702-1 (1998) when the rotation speed was 50 rpm and the rotation torque was 2 kgf · cm, and when the rotation speed was 200 rpm and the rotation torque was 8 kgf · cm. . The rotation angle transmission error was shown as a relative ratio with the result of Comparative Example 1 being 1.0. For example, in Example 1, it is 0.6, and the error amount is 60% of Comparative Example 1.
The measurement results are shown in Table 1. The obtained helical gear is JIS B1702 (1976) average tooth profile grade 2 and JIS B1702 (1976) average tooth trace grade is grade 1, so there is very little error in each part, and a highly accurate helical gear can be obtained. I was able to. This gear showed a rotational angle transmission error with sufficiently high accuracy under the rotational torque and speed in the practical range.
[0017]
[Examples 2-7 and Comparative Examples 1-2]
Next, Examples 2-7 and Comparative Examples 1-2 will be described.
In Example 1 described above, the case where the pressurization timing is 19 MPa after the start of injection at an applied pressure of 90 MPa has been described. Examples 2 to 5 are also designed in the same manner as in Example 1 and molded using the same injection molding machine. did. As shown in Table 1, in Example 2, the pressure is set in the same manner as in Example 1, and the pressurization timing is 3 s after the start of injection. In Examples 3 to 5, the applied pressure is 150 MPa, in Example 3, the pressurization timing is set to 3 s after the start of injection, in Example 4, the pressurization timing is set to 7 s after the start of injection, and in Example 5, the pressurization timing is set to start the injection. This is the case of 19s later.
In Examples 6 and 7, a valve gate manufactured by Century Engineering Co., Ltd. (simply referred to as a valve in Table 1) was used, the gate was mechanically closed after resin filling, and the applied pressure was 150 MPa. The subsequent pressurization timing was 3 s in Example 6 and 19 s in Example 7.
[0018]
Further, Comparative Examples 1 and 2 will be described. As shown in Table 1, Comparative Example 1 is designed in the same manner as in Example 1 and does not perform local pressurization. In Comparative Example 2, the rim thickness and the web thickness are changed with respect to the helical gear module, that is, the tooth thickness, and the height decreases from the boss toward the rim in consideration of the rigidity of the gear. This is the case where triangular ribs are installed.
The ratio of the tooth thickness, rim thickness, and web thickness is generally used in consideration of high accuracy.
[0019]
Molds were prepared for Examples 2 to 7 and Comparative Examples 1 and 2, and a helical gear was formed by injection molding, and JIS B1702 (1976) accuracy and rotation angle transmission error were measured. The results are shown in Table 1.
In Example 2, the gears are JIS average tooth profile grade 2 and average tooth trace grade 3 and if the pressurization timing is too early, the initial accuracy is slightly inferior even if the applied pressure is the same, but it does not affect the transmission error. This is not much different from Example 1.
In Example 3, when the gear is JIS average tooth profile grade 3 and average tooth trace grade 5 and the applied pressure is large (greater than the holding pressure) at the same timing as in Example 2, the effect is reduced and the rotation angle is transmitted. The error is slightly larger, but the ratio is slight.
In Example 4, when the applied pressure is larger than the holding pressure, the result is relatively good in the vicinity of the gate seal, which is the same result as in Example 2.
In Example 5, the gate was solidified, and it was proved that the most effective immediately before the intersection between the web and the rim was solidified at the applied pressure of 90 MPa or 150 MPa, and the same result as in Example 1 was obtained. . That is, the magnitude of the applied pressure is canceled.
In Example 6, since the gate is closed, the magnitude of the applied pressure does not depend on the storage force, and the same result as in Example 2 is obtained.
In the seventh embodiment, the same result as in the first or fifth embodiment is obtained because the gate is closed.
[0020]
In Comparative Example 1, even if the gear has the same rigidity as in Examples 1 to 7, the JIS average tooth trace class is very inferior to Class 8, so that the meshing error increases, and as a result, rotation angle transmission is performed properly. I wasn't.
In Comparative Example 2, even if the JIS grade of the gear was the same as in Example 2 or 4, the teeth were bent due to an increase in the rotational speed and the rotational torque, and as a result, the rotation angle was not properly transmitted.
As a result, the resin-molded gear of the present invention has very few errors in each part and angle transmission error, sufficiently satisfies the shape and dimensions of the high-precision gear, and is the most important purpose of using the gear. The rotation angle can be correctly transmitted to the other axis in inverse proportion to the number of teeth.
[0021]
[Table 1]

[0022]
【The invention's effect】
According to the present invention, not only the sufficient strength and rigidity that are conventional requirements but also the initial accuracy, low noise performance, and high speed performance that are recent requirements are satisfied, and OA equipment such as recent copiers, printers, facsimiles, etc. Can be used for
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an example of a resin molded gear of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a mold for molding the resin molded gear shown in FIG. 1. FIG.
[Explanation of symbols]
10 resin molded gear 11 rim 12 around axis 13 teeth 15 web 15 'annular section 16 volume scan <br/> 31 gear nesting 32 radial rolling bearing 33 a thrust rolling bearing 35 gate 36 local pressurizing pin D tip diameter b teeth Width S Pitch circle tooth thickness Sr Rim thickness Su Web thickness

Claims

The rim (11) formed in a cylindrical shape, the teeth (13) formed outward from the central axis (12) of the cylinder on the outer peripheral surface of the rim (11), and the center joined to the inner peripheral surface of the rim (11) Resin molding comprising a web (15) extending in the shape of a flat disk in the direction of the shaft (12), and a boss or shaft (16) formed at the center of the central shaft (12) joined to the web (15) A molding method of a resin molded gear in which the gear (10) is integrally molded with resin,
The ratio of the rim thickness (Sr) to the pitch circle tooth thickness (S) of the teeth (13) is 1.2 times or more, and the time (T1) from the start of resin filling to the start of pressurization of the web (15) (T1) To 90% of the time (T3) from the start of resin filling to the opening of the mold (T3) at 10% or more of the time from when the resin is completely filled into the mold (T2), and the injection holding pressure (P2) is 40 MPa to 200 MPa and the pressure (P1) expressed by the following (formula 1) is 30 MPa to 200 MPa, and within the period of time (T3) from the start of resin filling to the start of mold opening (T3) (15) A method for molding a resin-molded gear, wherein the molding is pressure-molded.
P1 = Pressurizing force / Pressure area (Formula 1)

The method for molding a resin-molded gear according to claim 1, wherein the ratio of the web thickness (Su) of the joint portion of the web (15) to the pitch circle tooth thickness (S) is 1.2 to 3.5.

The time (T1) from the resin filling start to the web (15) pressurization start is 10% or more of the time (T2) from the resin filling start until the resin is completely filled in the mold. It is less than time (T4) until the resin of a gate part solidifies, and pressurization pressure (P1) is 10% or more of holding pressure (P2) and less than 110%, It is described in Claim 1 or 2 Molding method of resin molded gear.

The time (T1) from the resin filling start to the web (15) pressurization start is more than the time (T4) from the resin filling start to the solidification of the resin of the gate portion, and the time from the resin filling start to the mold opening start. The molding method for a resin-molded gear according to claim 1 or 2, wherein the molding method is within 90% of (T3).

The molding method of the resin molded gear according to claim 1, wherein the gate portion is mechanically sealed after the resin filling.

The method for molding a resin-molded gear according to any one of claims 1 to 5, wherein the web (15) is uniformly pressurized in a circumferential direction.

By pressing a ring-shaped part (15 ') formed between two circles set on the web (15) and concentric with the central axis (12), the web (15) The method for molding a resin-molded gear according to any one of claims 1 to 6, wherein pressurization is performed.

The method for molding a resin-molded gear according to claim 7, wherein an area of the ring-shaped portion (15 ') is 30% to 100% of an area of the web (15).

The molding method of the resin molded gear according to any one of claims 1 to 8, wherein the resin is a thermoplastic resin having a shrinkage ratio of 1.0% to 3.0% during molding.

The method for molding a resin-molded gear according to claim 9, wherein the thermoplastic resin is a polyacetal resin, a polybutylene terephthalate resin, a polyethylene terephthalate resin, a polyphenylene sulfide resin, or a polyamide resin.

A resin-molded gear formed by the method for molding a resin-molded gear according to claim 1.

The resin molded gear according to claim 11, wherein the molded gear is a helical gear or a spur gear.