JP4925309B2

JP4925309B2 - 樹脂製歯車

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Publication number: JP4925309B2
Application number: JP2007081568A
Authority: JP
Inventors: 徹宅森
Original assignee: Enplas Corp
Current assignee: Enplas Corp
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2027-03-27
Also published as: JP2008240880A; US20080302198A1

Description

この発明は、ねじれ方向が左右反対でかつモジュールの異なる２つの歯部を有する樹脂製歯車に関するものである。

従来から、樹脂製はすば歯車は、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。これは、樹脂製はすば歯車が、歯がねじれているというその構造上の特徴により、次のような利点を有しているからである。その利点とは、高速回転においても噛み合いが滑らかであるため、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いため、高負荷の動力伝達が可能である、といった利点である。

一方、樹脂製はすば歯車は、歯がねじれていることに起因して、次のような欠点を有することになる。すなわち、動力伝達時に、伝達トルクに比例した軸方向のスラスト荷重が発生するため、この荷重を受けるための構造が必要となる、という欠点である。この欠点を解消するための１つの方策として、スラスト荷重をスラスト軸受で受ける構成が考えられるが、実際には、スペース上の制約や動力伝達機構の構成上の制約から、スラスト軸受を配置できない場合がある。

そこで、開発されたのが、特許文献１に開示されている樹脂製はすば歯車と同様に静粛で、かつ高速・高負荷の動力伝達が可能であり、しかも樹脂製はすば歯車とは異なり、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である。

一方、特許文献２には、ピッチ円の直径が同じで、モジュールが異なる２つの平歯車を合体させて１つの歯車を構成する技術が開示されている。
特開平１０−３１５３４４号公報特開２００２−１４７５４３号公報

しかしながら、特許文献１については、やまば歯車は、スラスト荷重をなくすことができる反面、全体の歯幅及びねじれ角が同じであるはすば歯車と比較して、かみあい率が低くなるため、これに起因して静粛性や円滑性（回転ムラが少ない）に劣るという問題があった。すなわち、はすば歯車のかみあい率をε、正面歯形に対する平歯車のかみあい率をεα、重なりかみ合い率をεβとすると、
ε＝ε_α＋ε_β
であらわされ、また、重なりかみあい率εβは、ねじれ角をβ、歯幅をｂ、軸直角モジュールをｍとしたときに、
ε_β＝ｂｔａｎβ／πｍ
であらわされる。つまり、はすば歯車のかみあい率εは、
ε＝ε_α＋ｂｔａｎβ／πｍ
となる。

ここで、はすば歯車と全体の歯幅が同じｂで、同じねじれ角βのやまば歯車は、その歯が歯幅方向中央部を基準として、両端側が対称に形成されているため、重なりかみあい率を計算する際には、歯幅が半分、つまりｂ／２になったものとみなされる。したがって、やまば歯車のかみあい率ε０は、
ε０＝εα＋（ｂ／２）・ｔａｎβ／πｍ
であらわされ、はすば歯車のかみあい率εよりも、（ｂ／２）・ｔａｎβ／πｍだけ小さくなり、その分、静粛性や円滑性に劣ることになる。

一方、特許文献２については、平歯車であるため、その構造上、はすば歯車と比較して、強度が小さく、振動・騒音が大きいという欠点がある。

そこで、本発明は、スラスト荷重を発生させることなく、しかも、はすば歯車に対するかみあい率の低下を抑制して、やまば歯車よりも静粛性や円滑性に優れた樹脂製歯車を提供することを目的とするものである。

請求項１に係る発明は、はすばで構成された第１歯部と、前記第１歯部とはねじれ方向が反対のはすばで構成された第２歯部とを、有する樹脂製歯車に関する。この発明に係る樹脂製歯車は、前記第１歯部のピッチ円の直径と、前記第２歯部のピッチ円の直径とが同じであり、前記第１歯部のモジュールと、前記第２歯部のモジュールとが異なる、ことを特徴としている。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る樹脂製歯車において、前記第１歯部のモジュールが、前記第２歯部のモジュールの整数倍である、ことを特徴としている。

請求項３に係る発明は、請求項２に係る樹脂製歯車において、前記第１歯部の歯の２つの端面のうち、前記歯幅方向中央部側に位置する前記端面における歯厚方向の中心の周方向の位置が、前記第２歯部の歯の２つの端面のうち、前記歯幅方向中央部側に位置する前記端面における歯厚方向の中心の周方向の位置に一致する、ことを特徴としている。

請求項４に係る発明は、請求項３に係る樹脂製歯車において、前記第１歯部のモジュールが、前記第２歯部のモジュールの偶数倍である、ことを特徴としている。

請求項５に係る発明は、請求項３に係る樹脂製歯車において、前記第１歯部のモジュールが、前記第２歯部のモジュールの奇数倍である、ことを特徴としている。

請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に係る樹脂製歯車において、前記第１歯部の歯における前記歯幅方向中央部側の端面と、前記第２歯部の歯における前記歯幅方向中央部側の端面とが同一平面上に位置する、ことを特徴としている。

請求項７に係る発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に係る樹脂製歯車において、前記第１歯部の歯における前記歯幅方向中央部側の端面と、前記第２歯部の歯における前記歯幅方向中央部側の端面とがそれぞれ、歯幅方向の異なる位置で歯幅方向に直交する２つの異なる平面上に位置する、ことを特徴としている。

請求項８に係る発明は、請求項１乃至７のいずれか１項に係る樹脂製歯車において、前記第１歯部の歯の歯幅と、前記第２歯部の歯の歯幅とが異なる、ことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、第１歯部と第２歯部とでは、モジュールが異なるので、これらのモジュールのうち、大きい方のモジュールで、第１歯部と第２歯部との双方を構成した場合に比較して、かみあい率を大きくとることができるので、かみあい率が小さいことに起因する静粛性及び円滑性の低下を抑制することができる。一方、これらのモジュールのうち、小さい方のモジュールで、第１歯部と第２歯部との双方を構成した場合に比較して、大きい荷重をかけることができる。また、第１歯部の歯数と第２歯部の歯数とが異なるので、１回転当たりで捉えたときの、回転ムラのばらつきを抑制することができる。

請求項２の発明によれば、第１歯部のモジュールが、第２歯部のモジュールの整数倍であるので、第１歯部と第２歯部との周方向の位相を調整することにより、第１歯部で発生するスラスト荷重と、第２歯部で発生するスラスト荷重とを相殺させることができる。

請求項３の発明によれば、モジュールが大きい第１歯部の隣接する２つの歯の間に、モジュールが小さい第２歯車の歯を少なくとも１つ以上配置することができる。さらに、モジュールが大きい第１歯部の１ピッチ当たりで捉えたときの、回転ムラのばらつきを抑制することができるので、１回転当たりで捉えたときの、回転ムラのばらつきを、一層、抑制することができる。

請求項４の発明によれば、モジュールが大きい第１歯部の隣接する２つの歯の間に、モジュールが小さい第２歯車の歯を奇数個配置することができる。

請求項５の発明によれば、モジュールが大きい第１歯部の隣接する２つの歯の間に、モジュールが小さい第２歯車の歯を２個以上の偶数個配置することができる。

請求項６の発明によれば、第１歯部の歯における歯幅方向中央部側の端面と、第２歯部の歯における歯幅方向中央部側の端面との間に間隙が形成されないことになるので、歯幅方向の寸法を短縮することができる。

請求項７の発明によれば、第１歯部の歯における歯幅方向中央部側の端面と、第２歯部の歯における歯幅方向中央部側の端面との間に間隙が形成されることになるので、例えば、噛み合い相手の樹脂製歯車に同様の間隙が形成されていない場合であっても、噛み合わせることができる。また、例えば、歯幅方向中央部近傍で２つの型を突き合わせて射出成形する射出成形用金型を使用して樹脂製歯車を作製する場合、第１歯部と第２歯部との間に間隙がないときには、歯幅方向中央部近傍にズレや段差が生じるおそれがあるが、上述の間隙を設けることで、このズレや段差が発生したとしても、歯車の噛み合い時には、歯すじ方向誤差による影響を抑制することができる。

請求項８の発明によれば、第１歯部の歯の歯幅と、第２歯部の歯の歯幅とが異なるので、例えば、高負荷の動力伝達を行いたい場合には、モジュールが大きい第１歯部の歯の歯幅を大きくとり、一方、静粛性や円滑性をさらに向上させたい場合には、モジュールが小さい第２歯部の歯の歯幅を大きくとることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳述する。

＜実施形態１＞
以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳述する。

図１〜図３を参照して、本発明に係る樹脂製歯車１について説明する。このうち図１（ａ）は、樹脂製歯車１を第１歯部１０側から見た正面図であり、図１（ｂ）は、樹脂製歯車１をその上半部を破断して示す側面図であり、図１（ｃ）は、樹脂製歯車１の背面図、言い換えると、樹脂製歯車１を第２歯部２０側から見た正面図である。また、図２は、樹脂製歯車１の複数の歯１１，２１のうちの一部を示す斜視図である。また、図３は、本発明に係る２つの樹脂製歯車１を噛み合わせた状態を示す側面図である。

これらの図に示すように、樹脂製歯車１は、ねじれ方向が左右反対のはすば歯車を２つ貼り合わせた形状を呈している。すなわち、左ねじれの第１歯部１０と右ねじれの第２歯部２０とを、歯幅方向中央部Ｓ（図１（ｂ）参照）で合わせるようにして構成されている。樹脂製歯車１の中心には、軸Ｃに沿って軸孔２が貫通するように設けられている。

ここで、第１歯部１０の歯１１について、ピッチ円の直径をＤ１、歯底円の直径をｄ１、モジュールをｍ１、歯幅をｂ１、ねじれ角をβ１とする。同様に、第２歯部２０の歯２１について、ピッチ円の直径をＤ２、歯底円の直径をｄ２、モジュールをｍ２、歯幅をｂ２、ねじれ角をβ２とする。

上述の各値について、本発明においては、さらに次の条件を設定した。

（１）Ｄ１＝Ｄ２とした。すなわち、第１歯部１０のピッチ円の直径Ｄ１と第２歯部２０のピッチ円の直径Ｄ２とが同じになるようにした。これは、本願発明が、一般的な形状のやまば歯車の問題点を解消することを課題としていて、一般的な形状のやまば歯車では、これをねじれ角が反対に２つのはすば歯車を合成したものと考えた場合には、それぞれのはすば歯車のピッチ円の直径が等しいからである。ただし、原理的には、第１歯部１０のピッチ円の直径Ｄ１と第２歯部２０のピッチ円の直径Ｄ２とを必ずしも同じにする必要はない。ピッチ円の直径を同じにすることのメリットとして、製造上の精度を確保しやすい点、また、相手方の樹脂製歯車と噛み合わせた際の、かみあい精度を確保しやすい点などが挙げられる。

（２）ｍ１＞ｍ２とした。すなわち、第１歯部１０のモジュールｍ１を第２歯部２０のモジュールｍ２よりも大きく形成した（なお、この逆でもよいのはもちろんである。）。第１歯部１０と第２歯部２０との双方を、大きいほうのモジュールｍ１で構成した場合に比較して、一方のモジュールをｍ１よりも小さいｍ２とすることで、樹脂製歯車１全体としてのかみあい率を大きくとることができるので、かみあい率が小さいことに起因する静粛性及び円滑性の低下を抑制することができる。一方、第１歯部１０と第２歯部２０との双方を、小さいほうのモジュールｍ２で構成した場合に比較して、大きい荷重をかけることができるというメリットがある。

上述の本発明における条件に加え、本実施形態では以下の条件を付加した。

（３）ｍ１＝ｎｍ２（ただし、ｎは２以上の自然数）とした。すなわち、第１歯部１０のモジュールｍ１が、第２歯部２０のモジュールｍ２の整数倍（１を除く）となるようにした。第１歯部１０単独で考えた場合のスラスト荷重の変動の周期が、第２歯部２０単独で考えた場合のスラスト荷重の変動の周期の整数倍となるので、第１歯部１０と第２歯部２０との周方向の位相を調整することで、整数倍ではない場合と比較して、それぞれのスラスト荷重を相殺しやすくなる。

（４）第１歯部１０の歯１１の２つの端面のうち、歯幅方向中央部側に位置する端面１１ａにおける歯厚方向の中心Ａの周方向の位置が、第２歯部２０の歯２１の２つの端面のうち、歯幅方向中央部Ｓ側に位置する端面２１ａにおける歯厚方向の中心ａの周方向の位置に一致するようにした。これは、第１歯部１０と第２歯部２０との周方向の位相を規定するものである。これによると、上述の（３）と相俟って、モジュールｍ１が大きい第１歯部１０の相互に隣接する２つの歯１１，１１の間に、モジュールｍ２が小さい第２歯部２０の歯２１を少なくとも１つ以上配置することができる。

（５）上述の（３）においてｎが偶数となるようにした。これにより、第１歯部１０の隣接する２つの歯１１の中央に、第２歯部２０の歯２１を配置することができるので、第１歯部１０において回転ムラが最も発生しやすい、隣接する２つの歯１１，１１の中央において、第２歯部２０の歯２１により、回転ムラを抑制することができる。

（６）ｂ１＝ｂ２とした。すなわち、第１歯部１０の歯１１の歯幅ｂ１と、第２歯部２０の歯２１の歯幅ｂ２とが同じになるようにした。

（７）樹脂製歯車１の歯幅方向中央部Ｓにおける外周側に、環状のスリットＧを設けた。言い換えると、第１歯部１０の歯１１における歯幅方向中央部側の端面１１ａと、第２歯部２０の歯２１における歯幅方向中央部側の端面２１ａとがそれぞれ、歯幅方向の異なる位置で歯幅方向に直交する２つの異なる仮想の平面Ｈ１，Ｈ２上に位置することになる。このスリットＧは、その直径ｄ３が、第１歯部１０の歯底円の直径ｄ１及び第２歯部２０の歯底円の直径ｄ２よりも小さくなるように形成されている。このスリットＧを設けることにより、この樹脂製歯車１に噛み合う相手方の樹脂製歯車には、このようなスリットを設けない場合であっても、２個の樹脂製歯車を良好に噛みあわせることが可能になる。もちろん、相互に噛み合う２つの樹脂製歯車の双方にこのようなスリットＧを設けるようにしてもよい。

（８）β１＝β２とした。すなわち、第１歯部１０の歯１１のねじれ角β１と、第２歯部２０の歯２１のねじれ角β２とが同じになるようにした。

本発明に係る樹脂製歯車１は、上述の（１），（２）で説明したような効果を奏することができ、さらに、本実施形態に係る樹脂製歯車１によれば、これに加えて（３）〜（８）で説明したような効果を付加することができる。

以下の各実施形態においては、実施形態１に係る樹脂製歯車１と共通する部分には、同じ符号を付し、実施形態１と重複することになる説明を省略する。

＜実施形態２＞
図４は、実施形態２に係る樹脂製歯車１Ａの歯１１，２１を説明する、背面側から見た模式図である。実施形態２では、実施形態１における（５）に代えて、ｍ１＝ｎｍ２のｎが奇数となるようにした。これにより、第１歯部１０の隣接する２つの歯１１の間に、第２歯部２０の２つ以上の歯２１を配置することができる。

＜実施形態３＞
図５は、実施形態３に係る樹脂製歯車１Ｂを説明する側面図である。実施形態３では、実施形態１における（７）に代えて、環状のスリットＧができないようにした。言い換えると、第１歯部１０の歯１１における歯幅方向中央部側の端面１１ａと、第２歯部２０の歯２１における歯幅方向中央部側の端面２１ａとが同一の平面Ｈ３上に位置するようにした。これによると、第１歯部１０の複数の歯１１の端面１１ａと、第２歯部２０の複数の歯２１の端面２１ａとを考えると、端面１１ａと端面２１ａとが接触する部分と、接触しない部分とができることになる。実施形態３によると、スリットＧを設けない分だけ、樹脂製歯車１の歯幅方向の寸法を短縮することができる。また、第１歯部１０の歯１１は、歯幅方向中央側の端面１１ａが、第２歯部２０の歯２１の歯幅方向中央側の端面２１ａに対して、１つおきに接触している。これにより、接触しない場合と比較して、それぞれの歯１１，２１の剛性（強度）を高めることができる。

＜実施形態４＞
図６は、実施形態４に係る樹脂製歯車１Ｃを説明する側面図である。実施形態４では、実施形態１における（６）に代えて、ｂ１≠ｂ２とした。すなわち、第１歯部１０の歯１１の歯幅ｂ１と、第２歯部２０の歯２１の歯幅ｂ２とが異なるようにした。第１歯部１０の歯幅ｂ１を固定して考えた場合、第２歯部２０の歯幅ｂ２を変化させることで、第２歯部２０側におけるかみあい率を変化させることができる。第２歯部２０の歯幅ｂ２を大きくすると、上述のように、歯幅ｂ２に比例して、重なりかみあい率が増加するので、静粛性及び円滑性を向上させることができる。さらに、伝達荷重も増加させることができる。

以上の実施形態１〜４では、樹脂製歯車１，１Ａ〜１Ｃが一体成形されている場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、第１歯部１０と第２歯部２０とをそれぞれ別体に成形した後、これらを合体させて一体的に構成するようにしてもよい。

本発明の樹脂製歯車は、高速回転で、か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。

実施形態１の樹脂製歯車を説明する図であり、図１（ａ）は樹脂製歯車を第歯車部分側から見た正面図であり、図１（ｂ）は樹脂製歯車をその上半部を破断して示す側面図であり、図１（ｃ）は樹脂製歯車１の背面図である。実施形態１の樹脂製歯車の歯の一部を拡大した示す斜視図である。実施形態１の２つの樹脂製歯車を噛み合わせた状態を示す側面図である。実施形態２の樹脂製歯車の歯を説明する背面側から見た模式図である。実施形態３の樹脂製歯車を説明する側面図である。実施形態４の樹脂製歯車を説明する側面図である。

符号の説明

１，１Ａ〜１Ｃ……樹脂製歯車、１０……第１歯部、１１……第１歯部の歯、１１ａ……第１歯部の歯の歯幅方向中央部側の端面、２０……第２歯部、２１……第２歯部の歯、２１ａ……第２歯部の歯の歯幅方向中央部側の端面、Ａ……第１歯部の歯の歯幅方向中央側の端面における歯厚方向の中心、ａ……第２歯部の歯の歯幅方向中央側の端面における歯厚方向の中心、Ｄ１……第１歯部のピッチ円の直径、Ｄ２……第２歯部のピッチ円の直径、Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３……仮想の平面、ｍ１……第１歯部のモジュール、ｍ２……第２歯部のモジュール、Ｓ……歯幅方向中央部、β１……第１歯部の歯のねじれ角、β２……第２歯部の歯のねじれ角

Claims

はすばで構成された第１歯部と、前記第１歯部とはねじれ方向が反対のはすばで構成された第２歯部とを、有する樹脂製歯車において、
前記第１歯部のピッチ円の直径と、前記第２歯部のピッチ円の直径とが同じであり、
前記第１歯部のモジュールと、前記第２歯部のモジュールとが異なる、
ことを特徴とする樹脂製歯車。
前記第１歯部のモジュールが、前記第２歯部のモジュールの整数倍である、
ことを特徴とする請求項１に記載の樹脂製歯車。
前記第１歯部の歯の２つの端面のうち、前記歯幅方向中央部側に位置する前記端面における歯厚方向の中心の周方向の位置が、前記第２歯部の歯の２つの端面のうち、前記歯幅方向中央部側に位置する前記端面における歯厚方向の中心の周方向の位置に一致する、
ことを特徴とする請求項２に記載の樹脂製歯車。
前記第１歯部のモジュールが、前記第２歯部のモジュールの偶数倍である、
ことを特徴とする請求項３に記載の樹脂製歯車。
前記第１歯部のモジュールが、前記第２歯部のモジュールの奇数倍である、
ことを特徴とする請求項３に記載の樹脂製歯車。
前記第１歯部の歯における前記歯幅方向中央部側の端面と、前記第２歯部の歯における前記歯幅方向中央部側の端面とが同一平面上に位置する、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の樹脂製歯車。
前記第１歯部の歯における前記歯幅方向中央部側の端面と、前記第２歯部の歯における前記歯幅方向中央部側の端面とがそれぞれ、歯幅方向の異なる位置で歯幅方向に直交する２つの異なる平面上に位置する、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の樹脂製歯車。
前記第１歯部の歯の歯幅と、前記第２歯部の歯の歯幅とが異なる、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の樹脂製歯車。