JP6512794B2 - 歯車、歯車の製造方法、複写機、およびプリンター - Google Patents

Description

本発明は外周に多数の歯とそれを支持する環状のリムによりなる歯部と、歯車の回転運動をさせるための軸部とを持ち、キャビティ内に樹脂を流入するためのゲートと、前記ゲートから歯部への樹脂の流路を備えた歯車に関するものである。

従来、複写機、プリンター等の動力伝達部品として射出成形樹脂歯車が多数使用されている。こうした利用分野では、印刷の品質を高めるため、これら射出成形樹脂歯車の精度要求が非常に高まっている。

射出成形樹脂歯車はキャビティ面に開口する多点ゲートから樹脂を注入して成形を行っている。例えば、特許文献１に記載されているように、環状歯部と軸部と両者を結合する分岐しないリブとを持つプラスチックス歯車が考案されている。

特開平１１−３２５２２１号公報

しかし、射出成形樹脂歯車は高精度化だけでなく、高機能化も進み、リブ形状や穴形状などを歯車に付加しなければならない場合があり、ゲートから歯部への流路が均等な間隔で設置できないことがある。この場合、歯車周方向で、流動距離が不均一になることにより樹脂の合流のタイミングが不均一となり、歯先の真円度や噛合い誤差（ＪＧＭＡ１１６−０２）等で規格される歯面精度に悪影響を及ぼす。

特許文献１の方法では、ゲートから歯部へのリブが均等な間隔で設置できないことによる樹脂流動をコントロールすることは困難であり、歯面精度が悪化してしまうという課題があった。

本発明は、多点ゲートを用いた射出成形樹脂歯車のゲートと歯部を接続するリブの不均等配置に起因する歯部への樹脂の合流のタイミングの不均一を抑制する。そして、射出成形樹脂歯車を高精度化するとともに、歯面精度に影響を与えない射出成形樹脂歯車を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明による樹脂製歯車は、環状のリムの外周に歯が形成された歯部と、中心部に形成された軸部と、前記歯部と前記軸部とを接続する複数の接続部を有し、前記複数の接続部の、それぞれの接続部の中心を通る仮想線である中心線によって、前記歯部を複数の歯部領域に分割した時、前記歯の数が異なる少なくとも一つの歯部領域を有する樹脂製歯車であって、前記接続部には、ゲート痕が形成され、前記複数の接続部のうちの少なくとも一つの接続部の中心線と前記歯部の内周との交点における前記歯部の内周の接線と前記中心線とのなす角度は、前記少なくとも一つの接続部を挟んで隣接する前記歯部領域のうちの大きい歯部領域側の方が小さいことを特徴とする。

本発明による歯車の製造方法は、外周に歯が形成され前記歯の裏側に形成されたリムによる歯部と、中心部に形成された軸部と、前記歯部と前記軸部とを接続する複数の接続部を有し、前記複数の接続部によって前記歯部を複数の歯部領域に分割した時、大きさが異なる少なくとも一つの歯部領域を有する歯車の製造方法であって、前記歯部を成形する空間、前記軸部を成形する空間、および前記複数の接続部を成形するための空間を有するキャビティの、前記複数の接続部を成形するための空間のそれぞれから樹脂を注入し、前記大きさが異なる少なくとも一つの歯部領域と、隣り合う歯部領域とには、前記大きさが異なる少なくとも一つの歯部領域と、隣り合う歯部領域のうち、大きい歯部領域の方に傾いている前記一つの接続部を成形するための空間から、前記歯部を成形する空間に樹脂が注入されることを特徴とする。

多点ゲートを用いた射出成形樹脂歯車のゲートと歯部を接続する流路の不均等配置に起因する歯部への樹脂の合流のタイミングの不均一を抑制できる。

本発明の実施の形態に係わる歯車の概略図 図１の一部拡大図 本発明の実施の形態に係わる歯車の製造方法を説明する概略図 比較例に係る歯車の概略図 流れの性質を説明する図 実施例１７を説明する図

図１、図２は本発明における実施の形態の一例を表す歯車を説明する図である。図１（ａ）は、本発明における実施の形態の一例を表す射出成形樹脂歯車の上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２は図１（ａ）における第１の接続部４１の拡大図である。

１は歯車の歯でありリムの外周に環状に形成される。２は歯車のリムであり歯車の軸、あるいは、歯車に挿入される軸（不図示）に対して同軸に構成される。ここでは、歯１とリム２を歯部と称する。３は溶融樹脂の注入口であるゲートの痕であり、ここでは、後述する接続部に一つずつ、リムと同心円上に配置されている。４１、４２、４３は、歯部と後述する軸部とを接続する第１の接続部、第２の接続部、第３の接続部であり、複数の接続部によって歯部と後述する軸部とを接続する。ここでは接続部を３か所形成することによって歯部と軸部とを接続する例を示しているがこれに限ることはない。第１の接続部４１と、第２の接続部４３は、ゲートが配置されている部分で屈曲し、くの字形状をしている例を示している。５は歯車の中心部に形成された軸部であり、軸部５は、歯車に挿入される軸を支えるため歯車の中心部に形成されたリブであってもよいし、歯車の中心部に形成された軸であってもよい。

Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、歯部の内周と歯部の内周に接続する接続部の中心線との交点を示す。θ１は、歯部の内周と歯部の内周に接続する接続部の中心線Ｔ１（図２参照）との交点Ｒ１と歯車の中心Ｏを結んだ線と、歯部の内周と歯部の内周に接続する接続部の中心線との交点Ｒ２と歯車の中心Ｏを結んだ線とのなす角度である。この間の歯部の領域を第１の歯部領域とする。θ２は、歯部の内周と歯部の内周に接続する接続部の中心線との交点Ｒ２と歯車の中心Ｏを結んだ線と、歯部の内周と歯部の内周に接続する接続部の中心線との交点Ｒ３と歯車の中心Ｏを結んだ線とのなす角度である。この間の歯部の領域を第２の歯部領域とする。θ３は、歯部の内周と歯部の内周に接続する接続部の中心線との交点Ｒ３と歯車の中心Ｏを結んだ線と、歯部の内周と歯部の内周に接続する接続部の中心線との交点Ｒ１と歯車の中心Ｏを結んだ線とのなす角度である。この間の歯部の領域を第３の歯部領域とする。歯部の内周と歯部の内周に接続する接続部の中心線との交点は等間隔で形成されていることが理想である。つまり、第１の歯部、第２の歯部、第３の歯部の大きさが同じ（つまり歯数が等しい、あるいは内周の長さが同じ）であることが理想であるが、本実施形態では、設計上等の理由から、θ１、θ２に比べてθ３が大きい（長い）例を示している。ただ、θ１、θ２、θ３の、隣り合う角度の角度差のうちの少なくとも一つが、６°以上４５°より小さい場合に、より効果が発揮される。６°より小さい、または、４５°以上となってしまうと、樹脂充填の不均一差を改善する効果は少ない。

図２において、Ｎ１は、交点Ｒ１におけるリム（歯部）の内周の接線である。α１およびα２は、リム（歯部）の内周に接続する接続部の中心線Ｔ１とリム（歯部）の接線とのなす角度である。α１は、第１の接続部に隣接する第３の歯部領域側の角度であり、α２は隣接する第１の歯部領域側の角度を示している。本実施形態は、α１の角度はα２の角度に比べて小さいことを特徴としている。交点Ｒ１を有する接続部に隣接する第１の歯部領域と第３の歯部領域の大きさを比べると第３の歯部領域の方が大きい。つまり、隣接する歯部領域の大きさが大きい側の角度を小さくすることを特徴としている。

次に、本発明の歯車の製造方法の一例について図３を用いて説明する。

図３は、図１（ａ）で示した本発明の歯車の一実施形態を製造するための金型の断面図である。図３において、５１は金型である。５２は、金型５１に形成された、歯車を形成するための空間であるキャビティである。５３は、キャビティに樹脂を注入するためのゲートである。６１はキャビティの一部分であり、歯車の外周に形成される歯部の一部である歯を成形するため空間である。６２はキャビティの一部分であり、歯車の歯部の一部であり、歯の裏側に形成されるリムを成形するための空間である。６３は、キャビティの一部分であり、軸部を成形するための空間である。軸部は、歯車に挿入される軸を支えるため歯車の中心部に形成されたリブであってもよいし、歯車の中心部に形成された軸であってもよい。６４は、キャビティの一部分であり、歯部と軸部とを接続するための接続部を形成するための空間であり、ゲート５３から歯部と軸部とに樹脂を流しこむための流路となる。歯車は、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド、ナイロン、ハイトレルのいずれかを含む樹脂材料を用いて、射出成形で製造される。樹脂材料を溶融させ、溶融させた樹脂材料はゲートから接続部を形成するための空間を介して歯部を形成するための空間に流れ込ませる。そして歯部が成形される。

図３においては、接続部および接続部に形成されるゲートは、一つしか図示していないが、接続部およびゲートは、複数形成されている。そして、キャビティ５２は、複数の接続部によって前記歯部を複数の歯部領域に分割した時、大きさが異なる少なくとも一つの歯部領域を形成するための空間を有している。それぞれの前記複数の接続部を成形するための空間に形成されたゲート５３から樹脂を注入する。接続部を成形するための空間は、大きさが異なる少なくとも一つの歯部領域と、隣り合う歯部領域のうち、大きい歯部領域の方に傾くように形成されている。そして、前記大きさが異なる少なくとも一つの歯部領域と、隣り合う歯部領域のうち、大きい歯部領域の方に傾いている前記一つの接続部を成形するための空間から、前記歯部を成形する空間に樹脂が注入される。

大きさが異なる歯部領域がある時、樹脂の充填が完了するまでの速度に差ができてしまい、これが歯面精度に悪影響を及ぼしてしまう要因の一つであった。これを解消するために、隣接する歯部領域の大きさが大きい側の樹脂の流入角度を小さくする。こうすることで、歯部領域の大きさが大きい側への樹脂の流れを促進し、小さい側への樹脂の流れを抑制することで、充填完了速度の差を少なくすることができる。これは、歯部領域を成形するための空間と、接続部を成形するための空間との間の角度が鋭角の場合は、樹脂の流れを促進することができるという樹脂の流れの性質によるものである。逆に、歯部領域を成形するための空間と、接続部を成形するための空間との間の角度が鈍角の場合は、流れが抑制されるという樹脂の流れの性質によるものである。図５は、この樹脂の流れの性質を示した図である。角度が鋭角の場合（Ａ）は、分岐点より、流動先端までの長さが長く、樹脂の流れが促進されていることがわかる。また、角度が鈍角の場合（Ｂ，Ｃ）は、分岐点より流動先端までの長さが短く、樹脂の流れが抑制されていることがわかる。（参考文献：成形加工 第９巻 第７号 １９９７『ガラスインサート金型によるランナー分岐部流動挙動の解析』東京大学 横井秀俊）この現象を、本金型に適用することにより、充填完了速度の差を少なくすることができることを見出したものである。

このように、本発明は、樹脂流動を制御するために、リムの肉厚を不均一にすることによる収縮の不均一差を発生させることなく、また成形サイクルの増加やゲート点数の増加など付加を伴わずに流動を改善することができる。よって、材料の使用量を削減できるだけでなく、射出成形樹脂歯車のコストを低価格に抑えることが可能となる。

また、スポークギヤの様な穴の空いたギヤにおいても、本発明を用いることで、歯面上へ発生するウェルド位置を容易に移動することが可能であり、ウェルドに起因する歯面の精度改善することができる。

〔実施例１〕
実施例１として、上述した実施の形態の一例を表す射出成形樹脂歯車を作製した。そして、小さい歯部領域を流れる樹脂の先端が合流した時点で、大きい歯部領域を流れる樹脂の先端と先端との距離を中心からの角度で表し評価した。

歯車は歯先円直径Φ２６．１８、モジュール０．７、圧力角１４．５°、歯数３２、圧力角２０°、ねじれ角２５°とした。リムと接続する流路の幅は１ｍｍ、高さは、１ｍｍとし、歯部領域の角度をθ１＝θ２＝１１５°、θ３＝１３０°とした。また、α１の値を６０°とした。樹脂材料は、ポリアセタールを用いた。

比較例１として、図３に示す従来技術を用いた射出成形樹脂歯車を製造した。図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。図４に示すように、歯面に対して直角に接続部を配置し、ゲート４１から樹脂を注入した。歯部領域の角度をθ１＝θ２＝１１５°、θ３＝１３０°とした。そして、小さい歯部領域を流れる樹脂の先端４２１が合流した時点で、大きい歯部領域を流れる樹脂の先端４２２と先端４２２との距離（流動距離差）を中心からの角度で表し評価した。判定は、比較例と比べて流動距離差が少なくなった場合、効果ありとして○とした。

表１に示すように、比較例１では、１５°程度流動距離差があったが、歯面に対する接続部の角度α１を変化させることで、７°程度に抑えられることが確認され、樹脂充填の不均一差を改善する効果がみられた。

〔実施例２、３〕
次に、実施例１で製作した射出成形樹脂歯車の、歯面に対する接続部の角度α１を８０、６０、４５と変化させた。それ以外は実施例１と同様の方法で射出成形樹脂歯車を製作し、評価した。判定は、比較例と比べて流動距離差が少なくなった場合、効果ありとして○とした。

表２に示すように、歯面に対する接続部の角度α１を変化させることで、比較例１では、１５°程度流動距離差があったが、接続部の角度α１を小さくすることで、流動距離差が小さくなり、樹脂充填の不均一差を改善する効果がみられた。

〔実施例５〜１４〕
次に、実施例１で製作した射出成形樹脂歯車の、歯部領域角度をθ１＝θ２＝１０５°、θ３＝１５０°に変更した。また、θ１＝θ２＝１１０°、θ３＝１４０°に変更した。さらに、θ１＝θ２＝１１８°、θ３＝１２４に変更した。また、歯面に対する接続部の角度α１を８０、６０、４５、３０と変化させた。それ以外は実施例１と同様の方法で射出成形樹脂歯車を製作し、評価した。判定は、比較例と比べて流動距離差が少なくなった場合、効果ありとして○と判定した。

表３に示すように、本提案形状のように、歯部領域角度θ１、θ２、θ３が変化した場合であっても、歯面に対する接続部の角度α１を変化させることで、樹脂充填の不均一差を改善する効果が確認された。しかし、歯部領域角度が、θ１＝θ２＝１０５°、θ３＝１５０°である、歯部領域角度の差が４５°と大きい実施例５〜８では、樹脂充填の不均一差を改善する効果は少ない。

〔実施例１５、１６〕
次に、実施例１、実施例２、比較例１と同様の方法で射出成型歯車を製造し、歯車の歯先の真円度を比較した。不図示の真円度測定機（東京精密製 ロンコム６５Ａ）で歯先真円度を測定した。

この測定結果を表４に示す。

表４に示されるように、比較例５では、歯先真円度は、６２μｍであったが、実施例１５、１６では、歯先真円度が３６μｍ、２２μｍとなり改善効果がみられた。表４に示すように、本発明の実施により樹脂流動の不均一差を改善することで、歯先真円度は、比較例５より改善されることが確認された。

〔実施例１７〕
次に実施例１７として、歯面に対する接続部を４つとし、図４に示す射出成形樹脂歯車を製造した。図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

歯部領域の角度をθ４＝θ５＝９０°、θ６＝１００°、θ７＝８０°とし、角度Σ１を６０°とした。それ以外は実施例１と同様の方法で射出成形樹脂歯車を製作し、評価した。

表５に示すように、比較例６では、２０°程度流動距離差があったが、歯面に対するスポークの角度Σ１の値を６０°とすることで樹脂充填の不均一差を改善する効果がみられた。また、射出成形で得られた樹脂歯車を、不図示の真円度測定機（東京精密製 ロンコム６５Ａ）で歯先真円度を測定した。比較例６の樹脂歯車も同様に歯先真円度を測定した。

表５に示すように、比較例６では、歯先真円度は、６５μｍであったが、本発明では、歯先真円度が２１μｍとなり改善効果がみられた。

１ 歯
２ リム
３ ゲートの痕
４ 接続部
５ 軸部
４１ ゲート
４２ 樹脂流動の先端部
θ１ 歯部領域角度
θ２ 歯部領域角度
θ３ 歯部領域角度

Claims (8)

1. 環状のリムの外周に歯が形成された歯部と、中心部に形成された軸部と、前記歯部と前記軸部とを接続する複数の接続部を有し、前記複数の接続部の、それぞれの接続部の中心を通る仮想線である中心線によって、前記歯部を複数の歯部領域に分割した時、前記歯の数が異なる少なくとも一つの歯部領域を有する樹脂製歯車であって、
   前記接続部には、ゲート痕が形成され、前記複数の接続部のうちの少なくとも一つの接続部の中心線と前記歯部の内周との交点における前記歯部の内周の接線と前記中心線とのなす角度は、
   前記少なくとも一つの接続部を挟んで隣接する前記歯部領域のうちの大きい歯部領域側の方が小さいことを特徴とする樹脂製歯車。
2. 前記接続部は３か所に形成されることを特徴とする請求項１記載の樹脂製歯車。
3. 前記３か所の接続部の中心線と前記歯部の内周との交点と、歯車の中心Ｏを結んだ線の間の隣り合う角度の差が、６°以上であって、４５°より小さいことを特徴とする請求項２記載の樹脂製歯車。
4. 前記中心線は、前記ゲート痕が形成されている部分で屈曲していることを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項記載の樹脂製歯車。
5. 外周に歯が形成され前記歯の裏側に形成されたリムによる歯部と、中心部に形成された軸部と、前記歯部と前記軸部とを接続する複数の接続部を有し、前記複数の接続部によって前記歯部を複数の歯部領域に分割した時、大きさが異なる少なくとも一つの歯部領域を有する歯車の製造方法であって、
   前記歯部を成形する空間、前記軸部を成形する空間、および前記複数の接続部を成形するための空間を有するキャビティの、
   前記複数の接続部を成形するための空間のそれぞれから樹脂を注入し、
   前記大きさが異なる少なくとも一つの歯部領域と、隣り合う歯部領域とには、前記大きさが異なる少なくとも一つの歯部領域と、隣り合う歯部領域のうち、大きい歯部領域の方に傾いている前記一つの接続部を成形するための空間から、前記歯部を成形する空間に樹脂が注入されることを特徴とする歯車の製造方法。
6. 前記樹脂は、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド、ナイロンのいずれかを含む樹脂であることを特徴とする請求項５記載の歯車の製造方法。
7. 請求項１乃至４いずれか一項記載の歯車を動力伝達部材に用いることを特徴とする複写機。
8. 請求項１乃至４いずれか一項記載の歯車を動力伝達部材に用いることを特徴とするプリンター。