JP4640777B2

JP4640777B2 - 樹脂製歯車装置

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Publication number: JP4640777B2
Application number: JP2005023667A
Authority: JP
Inventors: 博紀増井
Original assignee: Enplas Corp
Current assignee: Enplas Corp
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2025-01-31
Also published as: CN100564938C; EP1686289A3; US20060201271A1; US7526977B2; CN1815059A; JP2006207770A; EP1686289A2

Description

本発明は、樹脂製の一対の歯車を組み合わせて対向する歯の噛み合いにより２軸間に回転運動を伝える歯車装置に関し、詳しくは、一対の歯車の噛み合い時のバックラッシ量をバックラッシ吸収部で吸収すると共に、そのバックラッシ吸収部の変形と応力を低減しようとする樹脂製歯車装置に係るものである。

この種の樹脂製歯車装置は、金属製の歯車装置に比較して軽量であり、しかも自己潤滑性を有するために無潤滑で使用でき、また低騒音であるという特性を有している。また、成形プラスチック歯車等の樹脂製歯車は、金属製歯車に比較して、大量生産性が高く、製品コストの低減化を図ることができるという特性をも有している。そのため、近年、成形プラスチック歯車は、インクジェットプリンタのギヤトレイン、自動車部品の動力伝達部や精密機械のギヤトレイン等に広く使用されるようになっている。

ここで、一般に、一対の歯車の組み合わせにおいて対向して噛み合う歯と歯との間には、バックラッシと呼ばれる隙間（遊び）が設けられる。このバックラッシは、歯形、組立て誤差などで歯の背面が摩擦するのを防ぐと同時に、歯と歯の噛み合わせを滑らかにするために設けられる。

ところが、近年の歯車装置においては、非常に高精度な回転運動の伝達を要求されるものがある。例えば、ある種の角度センサ等においては、検出した角度を誤差なく絶対的な正確さで出力側に伝達しなければならない。この場合、一対の歯車の噛み合わせにおけるバックラッシは、回転運動の伝達において誤差を発生させる原因となる。したがって、使用温度環境と寸法誤差によらず、常にバックラッシが零である歯車装置が求められている。このような要求に応えるものとして、従来からバックラッシレスギヤが提案されている。

従来のバックラッシレスギヤは、例えば図１０に示すように、歯車５０は、歯５１の歯幅方向の一端側の両歯面にひれ部５２を形成し、そのひれ部５２を噛み合う相手歯車に接触させることにより、噛み合い時の衝撃をそのひれ部５２の変形によって吸収しようとするものである（例えば、特許文献１参照）。
実開昭５５−１００７４５号公報（図１、図３）

しかし、上記従来のバックラッシレスギヤにおいては、一対の歯車の組合せのうち一方の歯車の歯にのみ、その歯幅方向端部に弾性変形可能なひれ部５２を形成しており、他方の歯車の歯には何も工夫を施していなかったので、一方の歯車の歯のひれ部５２が他方の歯車の歯の歯面に直接接触して、高い応力を受けることがある。すなわち、一方の歯車の歯幅方向端部のひれ部５２は弾性変形可能とされているが、他方の歯車の歯の歯面は弾性変形しない動力伝達面となっているので、その動力伝達面に接触して一方の歯車のひれ部５２が弾性限度範囲を超えて変形することがある。特に、一方の歯車のひれ部５２が歯形の周縁部に沿って連続形成され、歯先部でＵ字状に折れ曲がっている場合は、その折れ曲がり部分に高い応力が集中し、極端な場合は、一方の歯車の歯のひれ部５２が破損することも考えられる。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、一対の歯車の噛み合い時のバックラッシ量をバックラッシ吸収部で吸収すると共に、そのバックラッシ吸収部の変形と応力を低減しようとする樹脂製歯車装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第一の発明による樹脂製歯車装置は、樹脂製の一対の歯車を組み合わせて対向する歯の噛み合いにより２軸間に回転運動を伝える歯車装置であって、一方の歯車の歯の一の歯面側のみにて、その歯幅方向端部の少なくとも一方の端部には、上記一の歯面側から隣の歯側に向かって斜めに張り出して上記一対の歯車の噛み合い時のバックラッシを無くす張り出し部を設け、他方の歯車の歯の歯幅方向端部にて上記一方の歯車の張り出し部に対応する端部側の端面には、その歯形の内側に該端面から所定深さを有する肉抜き部を設け、上記一対の歯車の対向する歯の噛み合いにより、一方の歯車の張り出し部が弾性変形すると共に、他方の歯車の肉抜き部も弾性変形してバックラッシ量を吸収するようにし、前記肉抜き部は、その最深部から前記端面に向かうに従って残り部材を徐々に薄くするように形成されたものである。

このような構成により、一方の歯車の歯の一の歯面側のみにて、その歯幅方向端部の少なくとも一方の端部に設けられ、上記一の歯面側から隣の歯側に向かって斜めに張り出す張り出し部と、他方の歯車の歯の歯幅方向端部にて上記一方の歯車の張り出し部に対応する端部側の端面の歯形の内側に設けられた肉抜き部とにより、一対の歯車の対向する歯の噛み合いにより、一方の歯車の張り出し部が弾性変形すると共に、他方の歯車の肉抜き部も弾性変形してバックラッシ量を吸収する。

また、第二の発明による樹脂製歯車装置は、樹脂製の一対の歯車を組み合わせて対向する歯の噛み合いにより２軸間に回転運動を伝える歯車装置であって、一方の歯車の歯の両方の歯面側にて、その歯幅方向端部の少なくとも一方の端部には、上記両方の歯面側から隣の歯側に向かって斜めに張り出して上記一対の歯車の噛み合い時のバックラッシを無くす張り出し部を設け、他方の歯車の歯の歯幅方向端部にて上記一方の歯車の張り出し部に対応する端部側の端面には、その歯形の内側に該端面から所定深さを有する肉抜き部を設け、上記一対の歯車の対向する歯の噛み合いにより、一方の歯車の張り出し部が弾性変形すると共に、他方の歯車の肉抜き部も弾性変形してバックラッシ量を吸収するようにし、前記肉抜き部は、その最深部から前記端面に向かうに従って残り部材を徐々に薄くするように形成されたものである。

このような構成により、一方の歯車の歯の両方の歯面側にて、その歯幅方向端部の少なくとも一方の端部に設けられ、上記両方の歯面側から隣の歯側に向かって斜めに張り出す張り出し部と、他方の歯車の歯の歯幅方向端部にて上記一方の歯車の張り出し部に対応する端部側の端面の歯形の内側に設けられた肉抜き部とにより、一対の歯車の対向する歯の噛み合いにより、一方の歯車の張り出し部が弾性変形すると共に、他方の歯車の肉抜き部も弾性変形してバックラッシ量を吸収する。

請求項１に係る発明によれば、一対の歯車の対向する歯の噛み合いにより、一方の歯車の歯の一の歯面側のみにて、その歯幅方向端部の少なくとも一方の端部に設けられ、上記一の歯面側から隣の歯側に向かって斜めに張り出す張り出し部が弾性変形すると共に、他方の歯車の歯の歯幅方向端部にて上記一方の歯車の張り出し部に対応する端部側の端面の歯形の内側に設けられた肉抜き部も弾性変形してバックラッシ量を吸収することができる。したがって、一対の歯車の噛み合い時のバックラッシ量を、一方の歯車の張り出し部と他方の歯車の肉抜き部とで吸収すると共に、その張り出し部及び肉抜き部の変形と応力を低減することができる。

請求項２に係る発明によれば、一対の歯車の対向する歯の噛み合いにより、一方の歯車の歯の両方の歯面側にて、その歯幅方向端部の少なくとも一方の端部に設けられ、上記両方の歯面側から隣の歯側に向かって斜めに張り出す張り出し部が弾性変形すると共に、他方の歯車の歯の歯幅方向端部にて上記一方の歯車の張り出し部に対応する端部側の端面の歯形の内側に設けられた肉抜き部も弾性変形してバックラッシ量を吸収することができる。したがって、一対の歯車の噛み合い時のバックラッシ量を、一方の歯車の張り出し部と他方の歯車の肉抜き部とで吸収すると共に、その張り出し部及び肉抜き部の変形と応力を低減することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による樹脂製歯車装置の実施形態を示す図であり、一対の歯車の噛み合い状態の要部説明図である。この樹脂製歯車装置は、樹脂製の一対の歯車を組み合わせて対向する歯の噛み合いにより２軸間に回転運動を伝えるもので、一方の歯車Ｇ₁と、他方の歯車Ｇ₂とを組み合わせて成る。一方の歯車Ｇ₁は、例えば歯数の少ない方の歯車であり、小歯車と呼ばれるものである。また、他方の歯車Ｇ₂は、例えば歯数の多い方の歯車であり、大歯車と呼ばれるものである。

一方の歯車Ｇ₁には、歯の一の歯面側のみにて、その歯幅方向端部の両方又は一方の端部に、上記一の歯面側から隣の歯側に向かって斜めに張り出して一対の歯車Ｇ₁，Ｇ₂の噛み合い時のバックラッシを無くす張り出し部Ｃが設けられている。また、他方の歯車Ｇ₂には、歯の歯幅方向端部の両方又は一方の端部にて上記一方の歯車Ｇ₁の張り出し部Ｃに対応する端部側の端面に、その歯形の内側に肉抜き部Ｄが設けられている。

まず、一方の歯車Ｇ₁の形状について、図２〜図５を参照して説明する。この歯車Ｇ₁は、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樹脂材料を使用して射出成形して形成された平歯車である。この歯車Ｇ₁は、図２に示すように、略円板状のウェブ３の外周側に複数の歯２が形成されており、ウェブ３の中心部には回転軸を固着する軸穴４が穿設されている。また、図３に示すように、歯２の軸方向には所定の歯幅を有している。

そして、図４に示すように、上記歯車Ｇ₁の歯２の一の歯面６側のみにて、その歯幅方向両端部には、張り出し部Ｃとしての薄肉の張り出し部材５が設けられている。この張り出し部材５は、一対の歯車Ｇ₁，Ｇ₂の噛み合い時のバックラッシを無くすためのバックラッシ吸収部となるもので、歯２の一の歯面６側から隣の歯２側に向かって斜めに張り出している。すなわち、歯２の一の歯面６側において、歯先面７から歯底面８に向かって略一様の肉厚の張り出し部材５が突出形成されており、この張り出し部材５が歯幅方向両端に向かうに従ってその突出量を漸増するようにされている。

この張り出し部材５は、少なくとも噛み合う相手歯車Ｇ₂の歯との間に設定されるバックラッシと略同寸法だけ隣の歯２側に向けて突出しており、その歯２の端部１０との間に隙間１１が形成されている。この隙間１１は、張り出し部材５の切り起こし位置P1と略合致する歯幅方向の深さを有し、一の歯面６に沿って歯先面７から歯底面８までわたっている。このように張り出し部材５に沿って隙間１１が形成されていると、その張り出し部材５が噛み合う相手歯車Ｇ₂の歯面によって押圧されて変形した際に、その変形した張り出し部材５が隙間１１内に収容される形となり、噛み合う歯車Ｇ₁，Ｇ₂の歯面同士の接触を張り出し部材５が邪魔するのを防止する。

すなわち、この実施形態の歯車Ｇ₁は、歯２の他の歯面１２（張り出し部材５が形成されていない側の歯面）が、噛み合う相手歯車Ｇ₂の歯面と接触して回転運動を伝達する動力伝達面となるが、主回転方向と逆回転して回転を伝達する場合に、張り出し部材５が噛み合う相手歯車Ｇ₂の歯面で押圧されて変形すると、その変形された張り出し部材５が隙間１１内に受容されて、張り出し部材５が一の歯面６から外側に出っ張るようなことがなく、剛性の大きな歯面同士の接触を可能にして、逆回転する場合でも回転運動を正確に伝達することが可能になる。

ここで、図５に示すように、張り出し部材５の歯幅方向端縁１３から切り起こし位置P1までの寸法Ｌは、歯幅寸法や張り出し部材５の肉厚等によって最適の寸法が決定されるが、例えば、歯車のモジュールが0.5mm〜2.0mm程度の歯車において、張り出し部材５の肉厚を0.2mm程度とすれば、歯幅寸法の１／６〜１／４程度の寸法に決定される。なお、隙間１１の切り込み深さは、張り出し部材５の寸法Ｌと略同様の寸法に決定される。

なお、図３〜図５に示す例では、張り出し部材５を歯２の一の歯面６側にて歯幅方向両端部にそれぞれ設けたものとしたが、本発明はこれに限られず、歯幅方向のいずれか一方の端部のみに張り出し部材５を設けてもよい。

次に、他方の歯車Ｇ₂の形状について、図６を参照して説明する。この歯車Ｇ₂も、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樹脂材料を使用して射出成形して形成された平歯車である。この歯車Ｇ₂は、図６（ａ）に示すように、略円板状のウェブ１４の外周側に複数の歯１５が形成されており、その歯１５のピッチ円に沿って所定の歯厚を有している。

そして、図６（ｂ），（ｃ）に示すように、歯１５の歯幅方向両端部の端面には、その歯形の内側に肉抜き部Ｄが設けられている。この肉抜き部Ｄは、図１に示す一対の歯車Ｇ₁，Ｇ₂の対向する歯２，１５の噛み合いにより、一方の歯車Ｇ₁の張り出し部Ｃが弾性変形すると共に、他方の歯車Ｇ₂の端部も弾性変形してバックラッシ量を吸収するためのバックラッシ吸収部となるもので、歯１５の歯幅方向両端部の端面から例えば楔形に所定深さだけ部材が削り取られている。このとき、図６（ｃ）に示すように、歯１５の歯幅方向両端部の端面に向かうに従って肉抜き部Ｄが広くなり、残り部材が薄くなって変形し易くなっている。なお、図６（ａ）において、符号１７は歯１５の歯先面を示し、符号１８は歯底面を示している。

なお、図６に示す例では、肉抜き部Ｄを歯１５の歯幅方向両端部の端面にそれぞれ設けたものとしたが、本発明はこれに限られず、一方の歯車Ｇ₁の張り出し部材５に対応する端部側の端面にのみ肉抜き部Ｄを設けてもよい。

図７及び図８は、一方の歯車Ｇ₁の形状の第２の実施形態を示す説明図である。この実施形態では、歯２の歯幅方向両端部側に空洞部２５を形成し、この空洞部２５を囲むように薄肉部２６を形成し、この薄肉部２６のうちの一方の歯面６側を隣接する他の歯２側に張り出させて、その部分を薄肉の張り出し部材２７としたものである。

この張り出し部材２７は、図４に示す実施形態と同様に、歯２の歯幅方向両端部の一方の歯面６側にて、歯先面７から歯底面８に向かって略一様の肉厚となるように突出形成されており、歯幅方向両端に向かうに従って突出量を漸増するようになっている。なお、空洞部２５の深さ寸法は、図４に示す隙間１１の切り込み深さと同様の寸法であり、張り出し部材２７の肉厚は、図４に示す張り出し部材５の肉厚と同様の寸法である。

なお、図７に示す例では、張り出し部材２７を歯２の一の歯面６側にて歯幅方向両端部にそれぞれ設けたものとしたが、本発明はこれに限られず、歯幅方向のいずれか一方の端部のみに張り出し部材２７を設けてもよい。

図９は、一方の歯車Ｇ₁の形状の第３の実施形態を示す説明図である。この実施形態では、歯２の歯幅方向両端部にて一の歯面６及び他の歯面１２の両側に、薄肉の張り出し部材３３を隣接する他の歯２側に張り出させて設けたものである。すなわち、図７に示す一の歯面６側の張り出し部材２７と同様に形成された張り出し部材３３を、他の歯面１２側にも形成したものである。

この実施形態においては、両歯面６，１２の張り出し部材３３，３３によってバックラッシを吸収するようになっているため、その張り出し部材３３の張り出し量を図７に示す張り出し部材２７の張り出し量の略半分にすることができる。

なお、図９に示す例では、張り出し部材３３を歯２の一の歯面６及び他の歯面１２の両側にて歯幅方向両端部にそれぞれ設けたものとしたが、本発明はこれに限られず、歯幅方向のいずれか一方の端部のみに張り出し部材３３を設けてもよい。

また、以上の説明では、図１及び図６に示すように、他方の歯車Ｇ₂のバックラッシ吸収部として、他方の歯車Ｇ₂の歯１５の歯幅方向端部にてその歯形の内側に肉抜き部Ｄを設けたものとしたが、本発明はこれに限られず、他方の歯車Ｇ₂の歯１５の一の歯面側又は両方の歯面側にて、一方の歯車Ｇ₁の張り出し部材５，２７，３３に対応する端部に、図４、図７又は図９に示すと同様に、その一の歯面側又は両方の歯面側から隣の歯側に向かって斜めに張り出す対向張り出し部材（図示省略）を設けてもよい。

この場合は、一方の歯車Ｇ₁の張り出し部材５，２７，３３と他方の歯車Ｇ₂の対向張り出し部材とでバックラッシを吸収するようになるので、一方の歯車Ｇ₁の張り出し部材５，２７，３３の張り出し量を略半分にすることができる。

本発明による樹脂製歯車装置の実施形態を示す図であり、一対の歯車の噛み合い状態の要部説明図である。上記一対の歯車のうちの一方の歯車を示す正面図である。図２のＡ−Ａ線断面図である。一方の歯車の形状の第１の実施形態を示す斜視図である。一方の歯車の歯を歯先面から見た平面図である。上記一対の歯車のうちの他方の歯車の形状を示す図であり、（ａ）は一つの歯を示す要部正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＦ−Ｆ線断面図である。一方の歯車の形状の第２の実施形態を示す図であり、（ａ）はその斜視図であり、（ｂ）は一つの歯を歯先面から見た平面図である。第２の実施形態による一方の歯車の歯を示す図であり、（ａ）は歯の並びを示す要部拡大正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＨ−Ｈ線断面図である。一方の歯車の形状の第３の実施形態を示す図であり、（ａ）はその斜視図であり、（ｂ）は一つの歯を歯先面から見た平面図である。従来のバックラッシレスギヤの形状を示す説明図である。

符号の説明

Ｇ₁…一方の歯車
Ｇ₂…他方の歯車
Ｃ…張り出し部
Ｄ…肉抜き部
２…一方の歯車の歯
５，２７，３３…張り出し部材
６…一の歯面
１１…隙間
１２…他の歯面
１５…他方の歯車の歯

Claims

樹脂製の一対の歯車を組み合わせて対向する歯の噛み合いにより２軸間に回転運動を伝える歯車装置であって、
一方の歯車の歯の一の歯面側のみにて、その歯幅方向端部の少なくとも一方の端部には、上記一の歯面側から隣の歯側に向かって斜めに張り出して上記一対の歯車の噛み合い時のバックラッシを無くす張り出し部を設け、
他方の歯車の歯の歯幅方向端部にて上記一方の歯車の張り出し部に対応する端部側の端面には、その歯形の内側に該端面から所定深さを有する肉抜き部を設け、
上記一対の歯車の対向する歯の噛み合いにより、一方の歯車の張り出し部が弾性変形すると共に、他方の歯車の肉抜き部も弾性変形してバックラッシ量を吸収するようにし、
前記肉抜き部は、その最深部から前記端面に向かうに従って残り部材を徐々に薄くするように形成されていることを特徴とする樹脂製歯車装置。
樹脂製の一対の歯車を組み合わせて対向する歯の噛み合いにより２軸間に回転運動を伝える歯車装置であって、
一方の歯車の歯の両方の歯面側にて、その歯幅方向端部の少なくとも一方の端部には、上記両方の歯面側から隣の歯側に向かって斜めに張り出して上記一対の歯車の噛み合い時のバックラッシを無くす張り出し部を設け、
他方の歯車の歯の歯幅方向端部にて上記一方の歯車の張り出し部に対応する端部側の端面には、その歯形の内側に該端面から所定深さを有する肉抜き部を設け、
上記一対の歯車の対向する歯の噛み合いにより、一方の歯車の張り出し部が弾性変形すると共に、他方の歯車の肉抜き部も弾性変形してバックラッシ量を吸収するようにし、
前記肉抜き部は、その最深部から前記端面に向かうに従って残り部材を徐々に薄くするように形成されていることを特徴とする樹脂製歯車装置。
前記一方の歯車の前記歯幅方向端部の少なくとも一方の端部に空洞部を形成し、この空洞部を囲むように薄肉部を形成し、この薄肉部のうち一方の歯面側を隣の歯側に向かって斜めに張り出して前記張り出し部としたことを特徴とする請求項１に記載の樹脂製歯車装置。
前記一方の歯車の前記歯幅方向端部の少なくとも一方の端部に空洞部を形成し、この空洞部を囲むように薄肉部を形成し、この薄肉部の両方の歯面側をそれぞれ隣の歯側に向かって斜めに張り出して前記張り出し部としたことを特徴とする請求項２に記載の樹脂製歯車装置。