JP7071208B2 - 歯車、歯車の製造方法、および歯車の製造に用いる射出成形金型 - Google Patents

Description

本発明は、歯車、歯車の製造方法、および歯車の製造に用いる金型に関する。特に、歯部と回転支持部が異なる材料で形成された複合歯車、その製造方法、複合歯車の製造に用いる射出成形金型、等の改良に関する。

近年、複写機やプリンター等のＯＡ機器、インクカートリッジ等の消耗品、デジタルカメラやビデオカメラ等の小型精密機器をはじめとする広範囲の機械製品において、動力伝達部品として樹脂製歯車が用いられている。
樹脂製歯車を高精度な動力伝達部品として用いる場合には、用途と目的に応じて、歯先円寸法や噛合い誤差（ＪＧＭＡ １１６－０２）や歯すじ等級（ＪＩＳ Ｂ １７０２）等の形状精度に関する規格に準拠して仕様が設定されている。特に高精度が要求される機械製品に用いられる樹脂製歯車では、これら形状精度の規格に関する許容幅を小さく設定して品質を高めることが多い。

一方、近年のカラープリンターやカラー複写機の分野では、印字の高速化、高品位化に加えて、駆動時の騒音や振動の低減が求められるようになってきている。これらの要求を満たすためには、従来のように歯車の形状精度に関する許容幅を小さく設定する方法だけでは不十分で、歯車の回転伝達精度（ＪＩＳ Ｂ １７０２－３附属書１参照）等の動的精度も高めていくことが必要になる。
一般に、はすば歯車の回転伝達精度が悪化する要因としては、（１）歯面精度の不良、（２）歯車支持部の不良、（３）回転駆動時における歯車の変形、などが挙げられる。

要因（１）は、具体的には歯面に与えられた規格が使用環境に適していない場合や、成形加工時の樹脂収縮に伴い形状が悪化した場合などが考えられる。要因（２）は、具体的には歯車の支持軸が回転軸に対して偏芯していたり、傾いている場合が典型である。要因（３）は、実際に機械製品に組み込み特定の回転速度で回転させた時に発生するトルクに対して、十分な歯車の強度が確保されていない場合などに引き起こされ得るものである。
（１）、（２）の場合は、歯車に対して歯すじ誤差精度（ＪＩＳ Ｂ １７０２）や同軸度などの諸規格を設定し、その規格に収まる歯車を採用することで管理することが可能である。一方、（３）は歯車の動的環境によって生じる問題のため、（１）、（２）のような静的環境下における精度規格では回避することが困難である。

図１０（ａ）は、従来の歯車の一例の平面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ－Ａ線に沿ってこの歯車を切った断面図である。樹脂製歯車１７０は、斜状の歯１７１が形成された円環状のリム１７２と、歯車の中心軸１７４の周囲に配設された回転支持部とが、ウェブ１７９で接続されている。回転支持部は、筒状部１８３を含んでおり、その内径面は１８１、外径面は１８２である。回転支持方法は機械製品の構成によって異なり、例えば内径面１８１に樹脂製あるいは金属製のシャフトを嵌合させて支持する方法や、外径面１８２を軸受として支持する方法などがある。

そこで、従来の歯車の回転駆動時における変形について検討する。樹脂製歯車１７０を回転駆動させると、トルクが発生するため回転支持部にねじりモーメントが生じる。さらに、斜状の歯１７１を有している場合では、歯のねじれ成分によってスラスト方向（回転軸方向）にも力が発生する。つまり、複数の力成分が、回転支持部の周辺で発生することになる。

従来の樹脂製歯車は、例えばポリアセタールなどのように摺動性が良く機械的強度が比較的大きな樹脂材料を用いて、全体が形成されていた。しかし、近年では、機械製品の高機能化などにより歯車にかかる力が大きくなり回転支持部への負荷が増大しているため、ポリアセタールのみで全体を形成した樹脂製歯車では、変形が問題となり得る。
そこで、ポリアセタールとは異なる高剛性な合成樹脂で回転支持部を形成し、歯は従来通りのポリアセタール等で形成した複合歯車が提案されている。

例えば、図１１（ａ）は、二種類の材料で形成された複合歯車の一例の平面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＢ－Ｂ線に沿ってこの歯車を切った断面図で、図１１（ｃ）は、図１１（ｂ）に図示した部分Ｃを拡大した断面図である。
この複合歯車１４０は、第１の部材１５０と第２の部材１６０からなる。第１の部材１５０は、中心軸１５１を回転中心とする回転支持部を含み、高剛性な合成樹脂で形成されている。第２の部材１６０は、外周部に歯部１６１を備えており、第１の部材１５０よりも柔らかい合成樹脂から形成されている。第１の部材１５０の回転支持部は筒状部１５４を含んでおり、その内径面は１５２、外径面は１５３である。また、第１の部材のうち筒状部１５４の外周側の部分には、内側ウェブ１５５が配設され、内側ウェブ１５５の外縁部は第２の部材の外側ウェブ１６２で挟持されている。言い換えれば、第２の部材１６０には、第１の部材の内側ウェブ１５５の外縁を覆って挟持する外側ウェブ１６２が配設されている。
この複合歯車１４０では、第１の部材が高剛性材料から形成されているため、回転駆動時に発生するねじりモーメントやスラスト分力による変形を抑制することができ、前述した要因（３）に起因する問題を抑制することができる。また、第２の部材には従来通りの合成樹脂を用いることにより、歯車に必要な摺動性能を損ねることもない。

例えば特許文献１には、複合歯車を異材質樹脂材料からなる一次成形品と二次成形品とで成形し、一次成形品と二次成形品が嵌合する構造を設け、二次成形品を収縮させて一次成形品との間で強固な結合力を得ながら精度を確保する技術が開示されている。

また、例えば特許文献２には、弾性率が小さく摺動性が優れた材料で歯部を成形した後に、回転中心軸を含むディスク部を非晶性樹脂で成形することで、複合歯車の剛性を確保する技術が開示されている。

特開平２－７２２５９号公報 特開２００１－３３６６０８号公報

このような複合歯車を製造するには、第１の部材を第１の金型で射出成形した後に取り出し、第２の金型へインサートして第２の部材を二次成形する方法が採用され得る。しかし、この方法では専用の金型が２つ必要になるだけでなく、成形した第１の部材を第１の金型から取り出して第２の金型へインサートする中間工程が必要となるため、生産効率が悪くなる。さらには、第１の部材を一度金型から取り出してから第２の金型にセットするために、軸中心位置の再現性が悪くなり、成形品ごとで軸支持部と歯車部との同軸度にばらつきが生じてしまう。

この不具合を解消するため、ロータリー成形機や二色成形機、ＤＳＩ（Ｄｉｅ Ｓｌｉｄｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）やＤＲＩ（Ｄｉｅ Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）などの手法を用いた型内組立技術が提案されている。従来のＤＳＩ手法による型内組立方法を、図１２（ａ）、図１２（ｂ）を参照して説明する。図１２（ａ）、図１２（ｂ）は、図１１に示した複合歯車を成形する際の工程を示す模式的な断面図である。

図１２（ａ）は、金型１０５を用いて第１の部材１５０を成形する工程を示した模式的断面図であり、金型１０５の左側のキャビティに、図中上側にあるゲートを介して高剛性材料が射出された後、保圧、冷却された状態を示している。第１の部材１５０を成形するためのキャビティは、スライド駒１０６を含み図中左上に位置する固定側型と、駒１０７ａと駒１０７ｂをセットした移動駒１０７を含み図中下側に位置する移動側型により構成されている。スライド駒１０６は、内側ウェブ１５５の外周側面と底面の一部を成形するための駒型である。駒１０７ａは歯車の筒状部１５４の内径面１５２を成形するための駒型で、駒１０７ｂは歯車の筒状部１５４の外径面１５３と内側ウェブ１５５の底面の一部を成形するための駒型である。

第１の部材１５０が成形されたのち、スライド駒１０６を横に退避させ、第１の部材１５０を移動駒１０７とともに図中下側に下降させ、さらに移動駒１０７を図中右側の第２の部材１６０を成形する位置に横移動した後、上昇させる。これにより、図１２（ｂ）に示すように、第１の部材１５０がインサートされた状態で、第２の部材形成用のキャビティが構成される。第１の部材１５０を形成した際の射出口とは異なるゲートから第２の部材形成用のキャビティに合成樹脂が射出され、歯部１６１を含む第２の部材１６０が成形される。この手法であれば、第１の部材を成形した後に回転支持部を可動側型（移動駒７）から離型することなく、連続して歯部１６１を形成できるため、中心軸１５１に対する回転支持部と歯部１６１の同軸性の精度が得られやすくなる。

ここで、複合歯車の剛性を確保するためには、第１の部材と第２の部材が強固に接合している必要がある。そのためには、図１１（ｃ）に示したように、第１の部材１５０の内側ウェブ１５５の一部が第２の部材１６０の外側ウェブ１６２によって上下から挟まれるように覆われ、両者が広い面積で接合していることが好ましい。そこで、第１の部材１５０を成形する時には、図１２（ａ）の上側の固定側型に設置されたスライド駒１０６のうち回転支持部に近い部分が、内側ウェブ１５５の底面よりも図中下側の可動側型の方向に潜り込むようにスライド駒１０６を配置する。こうすれば、図１２（ｂ）に示す第２の部材用のキャビティを構成する際に、内側ウェブ１５５の一部の底面の下に樹脂を注入するためのキャビティ空間が確保され、内側ウェブ１５５の底面と外側ウェブ１６２を接合させることができる。これにより、図１１（ｃ）に示すように、第２の部材の外側ウェブ１６２が内側ウェブ１５５の端部を上下から挟んで接合している複合歯車を形成することができる。
しかしながら、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）を参照して説明した従来の型内組立方法では、金型装置が損耗しやすいという問題があった。

ロータリー成形機、ＤＲＩをはじめとする型内組立手法では、可動側型に移動駒を設置しておき、第１の部材を成形した後には、移動駒とともに第１の部材を第２の部材を成形する位置に移動させるのが一般的である。ここで、もし移動駒１０７を下降させて型開きをした際に第１の部材が固定側型に残ったままになってしまうと、第２の部材の成形工程へ移行できないことになる。
例えば、図１２（ａ）に示した装置のスライド駒１０６は固定側の型に配設されているため、あらかじめスライド駒１０６を後退させなければ、移動駒１０７を下降させて型開きした時に第１の部材１５０が固定側に拘束されて残ってしまうことになる。図１３は、図１２（ａ）に示す金型において、スライド駒１０６が前進位置（第１の部材を成形する位置）に残したまま型開きした場合に、第１の部材１５０が固定側に残ってしまった状態を示した図である。

これから明らかなように、移動駒１０７を下降させて型開きする際に第１の部材１５０が連れ動くようにするためには、あらかじめスライド駒１０６を両脇に後退させておく必要がある。図１４（ａ）は、図１２（ａ）に示す金型において、移動駒１０７を下降させて型開きする前に、スライド駒１０６を横方向に後退させた状態を示した断面図で、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）中のＤの部分の拡大図である。

図からわかるように、金型が閉じた状態のままスライド駒１０６を横に移動させると、可動側型の移動駒１０７（駒１０７ｂ）のパーティング面と固定側型のスライド駒１０６が接触状態のまま摺動することになるため、磨耗や損傷などが生じ易い。このため、金型装置の駒の損耗が激しく、高精度の複合歯車を長期間に渡って大量生産し続けることが困難になっていた。代替的な方法として、固定側スライド駒を用いず可動側型の駒をコアバックさせることで内側ウェブの可動側に空間を創生し、第１の部材を第２の部材で覆う方法も考えられ得る。しかし、駒をコアバックさせると回転支持部の同軸性が変動してしまうため、複合歯車の形状精度を低下させてしまう問題が生ずる。

このように、従来の複合歯車の形成方法では、成形金型の耐久性を確保しつつ、複合歯車の第１の部材と第２の部材を強固に結合させ、かつ回転支持部と歯部との同軸性の精度を確保することは困難であった。

本発明は、回転支持部および内側ウェブを含む中心部と、歯が成形された環状のリム部および外側ウェブを含む周辺部と、を有し、前記内側ウェブの一部を前記外側ウェブの一部が挟持しており、前記外側ウェブの前記一部の外面は、前記外側ウェブの厚さが前記回転支持部から前記リム部に向かう方向に沿って増大しており、前記外側ウェブの前記一部の外面は、歯車の回転軸と垂直な方向に対して０．５度以上５度以下の角度で傾斜している、ことを特徴とする歯車である。

また、本発明は、回転支持部および内側ウェブを含む中心部と、歯が成形された環状のリム部および外側ウェブを含む周辺部とを有し、前記内側ウェブの一部を前記外側ウェブの一部が挟持する歯車を成形するための射出成形金型であって、前記中心部を成形するためのキャビティと、前記周辺部を成形するためのキャビティと、を構成可能な固定側型と可動側型を有し、前記固定側型は、前記内側ウェブの前記一部を成形するためのスライド駒を含み、前記可動側型は、前記外側ウェブの前記一部を成形するための移動駒を含み、前記中心部を成形するためのキャビティを構成する時には、前記スライド駒の底面と前記移動駒の上面を当接させるが、前記スライド駒の底面と前記移動駒の上面は、前記スライド駒のスライド方向に対して傾斜している、ことを特徴とする射出成形金型である。

また、本発明は、歯車の中心部を射出成形するためのキャビティと、前記歯車の周辺部を射出成形するためのキャビティと、を構成可能な固定側型と可動側型を有し、前記固定側型は前記歯車の内側ウェブの一部を成形するためのスライド駒を含み、前記可動側型は前記歯車の外側ウェブの一部を成形するための移動駒を含む射出成形金型を用いた歯車の製造方法であって、前記スライド駒の底面と前記移動駒の上面を前記スライド駒のスライド方向に対して傾斜した面とし、前記スライド駒の底面と前記移動駒の上面を当接させて前記中心部を成形するためのキャビティを構成し、第１のゲートから第１の材料を射出して前記中心部を成形し、前記スライド駒を前記スライド方向にスライドさせて前記スライド駒の底面と前記移動駒の上面を離間させ、前記中心部を保持した状態の前記可動側型を、前記周辺部を成形するためのキャビティを構成する位置に移動させてキャビティを構成し、第２のゲートから第２の材料を射出して前記周辺部を成形する、ことを特徴とする歯車の製造方法である。

本発明によれば、複合歯車を射出成形するにあたり、成形金型の耐久性を確保しつつ、複合歯車の第１の部材と第２の部材を強固に結合させ、かつ回転支持部と歯部との同軸性の精度を確保することが可能である。

（ａ）第１実施形態に係る歯車の平面図。（ｂ）第１実施形態に係る歯車の断面図。（ｃ）同図（ｂ）の一部を拡大した断面図。 第１実施形態に係る歯車の斜視図。 第１実施形態に係る歯車の第１の部材が成形された状態を示す断面図。 （ａ）第１実施形態で第１の部材が形成された後、金型が開き始めた状態を示す断面図。（ｂ）同図（ａ）の一部を拡大した断面図。（ｃ）稼動側型の移動駒が第１の部材を保持した状態で下降した状態を示す断面図。 第１実施形態に係る歯車の第２の部材が成形された状態を示す断面図。 （ａ）第２実施形態に係る歯車の平面図。（ｂ）第２実施形態に係る歯車の断面図。（ｃ）同図（ｂ）の一部を拡大した断面図。 第２実施形態に係る歯車の斜視図。 （ａ）第３実施形態に係る歯車の平面図。（ｂ）第３実施形態に係る歯車の断面図。（ｃ）同図（ｂ）の一部を拡大した断面図。 （ａ）第４実施形態に係る歯車の平面図。（ｂ）第４実施形態に係る歯車の断面図。（ｃ）同図（ｂ）の一部を拡大した断面図。 （ａ）従来の歯車の一例の平面図。（ｂ）従来の歯車の一例の断面図。 （ａ）従来の複合歯車の一例の平面図。（ｂ）従来の複合歯車の一例の断面図。（ｃ）同図（ｂ）の一部を拡大した断面図。 （ａ）従来の複合歯車の第１の部材を成形する工程を示す図。（ｂ）従来の複合歯車の第２の部材を成形する工程を示す図。 従来の金型で、第１の部材が固定側に残ってしまった状態を示す図。 （ａ）従来の金型で、スライド駒を後退させた状態を示した断面図。（ｂ）同図（ａ）の一部を拡大した断面図。

［第１実施形態］
以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態である歯車、歯車の製造方法、および歯車の製造に用いる金型装置について説明する。
図１（ａ）は第１実施形態に係る歯車の平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＥ－Ｅに沿って歯車を切った断面図であり、図１（ｃ）は図１（ｂ）の一部分であるＦを拡大した断面図である。また、図２は、本実施形態の歯車の斜視図である。

複合歯車１０においては、歯部３１が形成された円環状のリムと、中心軸５１を回転中心とする回転支持部とが、内側ウェブ５５および外側ウェブ３２を介して接続されている。回転支持部は筒状部５４を含んでおり、その内径面は５２、外径面は５３である。組み込む機械製品の構成によって、回転支持部の形状や支持方法は適宜選択すればよく、例えば内径面５２に樹脂製あるいは金属製のシャフトを嵌合させて支持する方法や、外径面５３を軸受として支持する方法などがある。

複合歯車１０は、中心部としての第１の部材５０と、周辺部としての第２の部材３０を含んで構成されている。中心部としての第１の部材５０は、合成樹脂を主成分とする材料で形成され、回転支持部および内側ウェブ５５を含んでいる。周辺部としての第２の部材３０は、合成樹脂を主成分とし、第１の部材よりも柔らかい材料で形成され、歯部３１が形成された環状のリム部および外側ウェブ３２を含んでいる。

第１の部材５０を、第２の部材３０よりも硬い材料、すなわちヤング率がより大きな材料により成形するのは、歯車を回転させて力を伝達する際の歯車各部への応力のかかりぐあいを考慮してのことである。回転支持部および内側ウェブ５５を含む第１の部材には、駆動力を印加して回転させる時に第２の部材よりも大きなストレスがかかるため、ヤング率がより大きな材料を用いる。第２の部材は、かかるストレスは比較的小さいが、摺動抵抗や騒音を低減させるのに有利なように、第１の部材よりは柔らかい材料を用いる。具体的には、ＩＳＯ１７８の計測方法で曲げ弾性率を評価した時に、第１の部材には、５［ＧＰａ］以上で１５［ＧＰａ］以上の材料を用いるのがよく、第２の部材には、１［ＧＰａ］以上で５［ＧＰａ］未満の材料を用いるのがよい。
例えば、第１の部材５０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、ナイロンなどの樹脂材料を主成分とする材料を用いて成形される。第２の部材３０は、第１の部材５０よりも曲げ弾性率が小さな材料が選択され、例えばポリアセタールなどの樹脂材料を主成分とする材料を用いて成形される。

本実施形態の複合歯車の内側ウェブ５５は、その外周側で外側ウェブ３２の内周側と接合されている。図１（ｃ）に示すように、内側ウェブ５５の外縁近傍を外側ウェブ３２で上下から覆って挟むようにして接合することで、両者は強固に接続されている。外側ウェブ３２の底面は、回転軸と垂直なウェブの延伸方向に対して角度αの勾配を有しており、この勾配により外側ウェブ３２の厚みが回転支持部から歯部に向かって増大するような形状になっている。

図２の斜視図において、外側ウェブ３２の底面に描かれた斜線は、説明の便宜のため図示した等高線であり、本実施形態では回転支持部から歯部に向かって４つの方向に沿って外側ウェブ３２の厚さが増大していくことがわかる。すなわち、傾斜方向が異なる４つの面に沿って、外側ウェブ３２の厚さが増大している。歯部に向かって肉厚が増大する形状を採用したことにより、後述する製造工程において金型のスライド駒の移動が容易になるため金型装置の耐久性が向上し、量産性を増大させることができる。

次に、図３ないし図５を参照して、実施形態１の複合歯車を製造する方法、および製造するための金型装置について説明する。
本実施形態の射出成形金型である金型１は、ＤＳＩ手法によって第１の部材５０および第２の部材３０を射出成形し、複合歯車１０を形成する金型装置である。金型１は、図中上側に位置する固定側型と、図中下側に位置する可動側型を備えている。言い換えれば、金型１は、歯車の中心部を射出成形するためのキャビティと、歯車の周辺部を射出成形するためのキャビティとを構成可能な、固定側型と可動側型を備えている。

固定側型のスライド駒２は、内側ウェブの外周側面と底面の一部を成形するための駒型である。金型１が閉じている状態では、スライド駒２の先端部の上面が内側ウェブ５５の外縁部の底面を成形するように、スライド駒２は下側に潜り込むような配置となっている。
可動側型の移動駒３には、歯車の筒状部５４の内径面５２を成形するための駒３ａと、歯車の筒状部５４の外径面５３と内側ウェブの底面の一部を成形するための駒３ｂがセットされている。移動駒３は、第１の部材５０が成形された後に第１の部材５０を保持した状態で第２の部材３０を成形する位置まで金型１内を移動することが可能である。

図３は、金型１において移動駒３が第１の部材５０を成形する位置にあり、第１の部材５０が成形されている状態を表した模式的な断面図である。金型１において、図中左側の第１の部材５０を成形する位置には、スライド駒２が、図中上側の固定側型に配設されている。また、固定側型には第１のゲートとしてゲート４が配置されており、ランナー５を介して供給される第１の材料である溶融樹脂を、第１の部材を成形するためのキャビティに射出する。

図４（ａ）は、比較的硬い樹脂材料である第１の材料により第１の部材５０が成形された後、金型１が開き始めた状態を示すための模式的な断面図で、図４（ｂ）は、図４（ａ）中にＧで示した部分を拡大した拡大断面図である。
金型１が開き始めると、まずスライド駒２が横移動して後退し、スライド駒２は第１の部材５０の内側ウェブ５５から離間する。スライド駒２のスライド方向を、便宜的にスライド駒移動方向ＳＤと呼ぶ。スライド駒移動方向ＳＤは、通常は複合歯車の回転支持部の中心軸５１と垂直な方向となる。

本実施形態では、スライド駒２と移動駒３（駒３ｂ）のパーティング面、すなわち金型１が閉じた際に互いが当接する面は、スライド駒移動方向ＳＤに対して平行ではなく、角度αの勾配を有している。すなわち、スライド駒２の底面および移動駒３（駒３ｂ）の上面は、スライド駒移動方向ＳＤに対して平行ではなく角度αの勾配を有する領域で互いに当接する。
スライド駒２と移動駒３（駒３ｂ）の当接面を従来のようにスライド駒移動方向ＳＤに対して平行にすると、型を閉じた状態でスライド駒を移動させると、その間はスライド駒の底面と移動駒の上面が摺動し続けることになる。このため、駒の損耗が激しく、金型装置の耐久性が低下してしまっていた。これに対して、本実施形態では、角度αの勾配を付与したことにより、型を上下に閉じた状態のままスライド駒２を横移動させても、スライド駒２の底面と移動駒３（駒３ｂ）の上面は直ちに離間し、摺動し続けることがない。このため、駒の損耗を著しく低減することが可能となり、製造装置の耐久性および複合歯車の量産性を向上することが可能である。

ここで、角度αは、０．５度以上で５.０度以下の範囲に設定するのが望ましい。理論的には、スライド駒移動方向ＳＤに対して僅かでも傾斜させればスライド駒と移動駒の摺動を抑制することは可能である。しかしながら、角度αを小さくすると、スライド駒の底面と移動駒の上面の平面精度を高精度にする必要が生じ、駒の作成コストが増大してしまう。このため、角度αは、０．５度以上に設定するのが好適である。一方、角度αを付与したことにより、作成した歯車の外側ウェブは歯部に近いほど肉厚になるが、角度αを大きくしすぎると歯部近傍の外側ウェブの肉厚が必要以上に増大しすぎる懸念がある。歯部近傍の外側ウェブの肉厚が大きくなりすぎると、後述する第２の部材３０を成形する際の歯部近傍のキャビティ容積が大きくなり、溶融樹脂を射出した際にこの付近に熱がこもりやすくなる。すると、冷却する過程でヒケ（収縮による変形）が発生しやすくなり、歯部の形状精度が低下してしまう懸念がある。そこで、角度αは、５.０度以下に設定するのが好適である。

次に、図４（ｃ）に示すように、稼動側型の移動駒３が第１の部材５０を保持した状態で下降し、一旦は型が開いた状態となる。
次に、移動駒３が第１の部材５０を保持した状態で図中右側に横移動し、第２の部材３０を成形するための固定側型の位置の直下に移動する。さらに、移動駒３が第１の部材５０を保持した状態のまま上昇して型閉じし、第２の部材３０を作成するためのキャビティを構成する。

図５は、金型１において移動駒３が第２の部材３０を成形する位置に移動して、第２の部材３０が成形されている状態を表した模式的な断面図である。固定側型には第２のゲートとしてゲート９０が配置されており、ランナー９１を介して供給される第２の材料である溶融樹脂を、第２の部材を形成するためのキャビティに射出する。固定側型の第２の部材３０を成形する位置には、歯部３１を形成するためのギア駒８が配設されている。移動駒３（駒３ｂ）の上面には、図４（ｂ）で示したような角度αの勾配が付加されているため、第２の部材３０の外側ウェブ３２には、歯部に向けて肉厚になる角度αの勾配が形成されることになる。

尚、本実施形態では金型１のスライド駒２は、装置の上方から見たときにスライド駒移動方向が９０度ずつ異なる４方向になるように４つの駒で形成し、そこに付加する勾配面は曲面ではなく角度αの平坦面とした。これに合わせて移動駒３（駒３ｂ）の上面形状を構成しているため、本実施形態の複合歯車の外側ウェブ３２は、図２に示したように、回転支持部から歯部に向かって４つの方向に向けて外側ウェブ３２の厚さが増大する形状を有している。

以上説明した本実施形態の複合歯車は、第２の部材が第１の部材を挟持して強固に接合しており、しかも第１の部材が高剛性材料から形成されているため、回転駆動時に発生するねじりモーメントやスラスト分力による変形を抑制することができる。製造する際に、第１の部材を離型させることなく第２の部材を成形するため、回転支持部と歯部の同軸性の精度を高くすることが可能である。第１の部材を成形する際に用いる固定側型のスライド駒の底面、および移動側型の移動駒上面を、スライド駒移動方向に対して角度αの勾配面にしたため、成形金型の損耗を低減することができ、優れた量産性を発揮する。本実施形態の複合歯車の製造方法、およびそれに用いる射出成形金型は、金型の耐久性を確保しつつ、複合歯車の第１の部材と第２の部材を強固に結合させ、かつ回転支持部と歯部との同軸性の精度を確保することが可能である。

［第２実施形態］
図６（ａ）乃至図６（ｃ）、および図７を参照して、第２実施形態の複合歯車１１を説明する。
図６（ａ）は第２実施形態の複合歯車の平面図、図６（ｂ）は複合歯車を図６（ａ）のＨ－Ｈ線に沿って切った断面図、図６（ｃ）は図６（ｂ）中の部分Ｉを拡大した部分断面図である。また、図７は、第２実施形態の複合歯車１１の斜視図である。尚、第１実施形態の複合歯車と共通の要素については、同一符号を付し、重複する説明を省略する。

第２実施形態の複合歯車１１が有する第１の部材５０の回転支持部、および内側ウェブ５５は、第１実施形態の複合歯車１０が有するそれらと同様である。ただし、第２実施形態の第２の部材３３が有する外側ウェブ３５の底面の形状は、第１実施形態の複合歯車１０の第２の部材３０が有する外側ウェブ３２の形状とは異なる。

図７の斜視図において、外側ウェブ３５の底面に描かれた同心円状の複数の線は、説明の便宜のため図示した等高線であり、本実施形態では回転支持部から歯部に向かうにしたがって、外側ウェブ３５の厚さが等方的に増大していることがわかる。すなわち、外側ウェブ３５の底面形状は、回転対称なすり鉢状の勾配面であることを表している。

第１実施形態では、回転支持部から歯部に向かって四角錐状の面に沿って４つの方向に外側ウェブ３２の厚さが増大していたが、第２実施形態では円錐状あるいはすり鉢状の面に沿って放射状に外側ウェブ３５の厚さが増大する。第１実施形態では周方向に沿ってみると外側ウェブ３２の厚さが変動したが、第２実施形態では周方向に沿って見たときに肉厚の変動がない。このため、製造時に外側ウェブの樹脂が偏って収縮することがなく、周方向に沿って歯部の形状精度に差が生じにくくなり、高い精度の歯車を得ることができる。また、本実施形態の回転対象なウェブは回転時のバランスに優れ、空気の乱流を生じさせることがないため、静粛性に優れた歯車を実現できる。

もちろん、本実施形態の歯車も第１実施形態と同様の製造方法で製造することができる。
本実施形態の歯車も歯部に向かって外側ウェブの肉厚が増大する形状であるため、製造工程において金型のスライド駒と移動駒の摺動による損耗を抑制でき、金型装置の耐久性が向上し、量産性を増大させることができる。

［第３実施形態］
図８（ａ）乃至図８（ｃ）を参照して、第３実施形態の複合歯車１２を説明する。
図８（ａ）は第３実施形態の複合歯車の平面図、図８（ｂ）は複合歯車を図８（ａ）のＪ－Ｊ線に沿って切った断面図、図８（ｃ）は図８（ｂ）中の部分Ｋを拡大した部分断面図である。尚、第１実施形態の複合歯車と共通の要素については、同一符号を付し、重複する説明を省略する。

第３実施形態の複合歯車１２が有する第１の部材５０の回転支持部、および内側ウェブ５５は、第１実施形態の複合歯車１０が有するものと同様である。ただし、第３実施形態の第２の部材３６には、第１実施形態の第２の部材３０とは異なり、外側ウェブ３２のうち歯部３１に近傍する位置に、肉厚が全周一律になるような環状の溝３８が配設されている。好ましくは、溝３８は中心軸５１を中心とする円周に沿って設けられる。

第１実施形態、第２実施形態では、外側ウェブの底面に勾配αを付加したためウェブの肉厚は歯部に向けて増大する。歯部近傍のウェブの肉厚が大きくなり過ぎると、製造時にこの部分に熱がこもりやすくなり、冷却時の収縮挙動により歯部の形状に影響を与える可能性がある。すなわち、歯部近傍のウェブの肉厚が大きくなり過ぎると、ヒケとよばれる変形により、歯の形状精度が確保できなくなる可能性がある。

本実施形態では、外側ウェブの肉厚が歯部に向けてかなり厚くなってゆくとしても、歯部３１と外側ウェブ３２が会合する位置に溝３８を設けたことにより、外側ウェブの厚肉部の収縮の影響が歯の形状に及ぶのを抑制することができる。
特に、第１実施形態のように周方向に沿って見ると厚さが変動する形状の外側ウェブの場合には、外側ウェブで非等方的に偏った収縮が生じやすく、周方向に沿って歯の形状精度に差が生じる懸念がある。
本実施形態では、肉厚が全周一律になるような溝３８を歯部３１の近傍に配設したため、製造時に外側ウェブで非等方的に偏った収縮が生じるとしても、その影響が歯部の形状精度に及ぶのを抑制することができる。

もちろん、本実施形態の歯車も第１実施形態と同様の製造方法で製造することができる。本実施形態の歯車も歯部に向かって外側ウェブの肉厚が増大する形状であるため、製造工程において金型のスライド駒と移動駒の摺動による損耗を抑制でき、金型装置の耐久性が向上し、量産性を増大させることができる。

［第４実施形態］
図９（ａ）乃至図９（ｃ）を参照して、第４実施形態の複合歯車を説明する。
図９（ａ）は第４実施形態の複合歯車の平面図、図９（ｂ）は複合歯車を図９（ａ）のＬ－Ｌ線に沿って切った断面図、図９（ｃ）は図９（ｂ）中の部分Ｍを拡大した部分断面図である。第１実施形態の複合歯車と共通の要素については、同一符号を付し、重複する説明を省略する。尚、図９（ａ）の外側ウェブ３２の領域に付された４方向の斜線は、説明の便宜のために図示した等高線である。

第４実施形態の複合歯車１３は、基本的な構成は第１実施形態の複合歯車と同様であるが、第２の部材を形成する際に、キャビティに樹脂を射出するためのゲートの位置を工夫した。すなわち、外側ウェブの肉厚が最も薄い箇所またはその近傍の部位にゲートを配置し、樹脂を射出して形成した。言い換えれば、外側ウェブが内側ウェブを挟持している位置近傍から樹脂を射出した。本実施形態の複合歯車には、外側ウェブの肉厚が薄い部分にゲート痕が形成されている。

本実施形態では、第２の部材を形成するためのキャビティにおいて、外側ウェブのうち最も肉厚が大きな部分を基準としたとき、肉厚が５０％未満である外側ウェブの形成領域内にゲートを設け、樹脂を射出した。具体的には、図９（ａ）乃至図９（ｃ）に示す複合歯車１３において、ゲート痕９が形成されている位置から樹脂を射出して複合歯車１３を形成した。
本実施形態では、外側ウェブが内側ウェブの外縁を挟持している位置近傍から樹脂を射出したため、挟持部に確実に樹脂を充填することが可能で、内側ウェブと外側ウェブの接合強度が確保された複合歯車を、高い歩留まりで製造することが可能である。

もちろん、本実施形態の歯車も第１実施形態と同様の製造方法で製造することができる。本実施形態の歯車も歯部に向かって外側ウェブの肉厚が増大する形状であるため、製造工程において金型のスライド駒と移動駒の摺動による損耗を抑制でき、金型装置の耐久性が向上し、量産性を増大させることができる。

［他の実施形態］
本発明の実施形態は、上述した第１実施形態～第４実施形態に限られるものではなく、適宜変更したり、組み合わせたりすることが可能である。
たとえば、歯車の回転支持部の形態は筒状に限られるものではなく、柱状であってもよい。
また、回転支持部を含む第１の部材は、例えばマグネシウム合金材料をチクソモールド法でメタルインジェクションして形成し、歯部を含む第２の部材は、マグネシウム合金材料よりも柔らかい樹脂材料を射出成形して形成してもよい。

また、第１実施形態では金型１のスライド駒２は、装置の上方から見たときにスライド駒移動方向が９０度ずつ異なる４方向になるように４つの駒で形成したが、スライド駒の構成はこの例に限らない。例えば、移動方向が６０度ずつ異なる６方向になるように６つの駒で形成することも可能で、駒の数や進退方向は適宜変更すればよい。また、固定側型のスライド駒の底面と移動側型の移動駒上面、すなわちパーティング面は、スライド駒移動方向に対して勾配を有する面であれば、平坦面でも曲面でもよい。従って、複合歯車の外側ウェブの外面は、歯部に近いほど肉厚であれば、平坦面でも曲面でもよく、あるいは平坦面と曲面を組み合わせた面であってもよい。

［実施例１］
実施例１として、第１実施形態の具体例を示し、従来方法で形成された比較例と対比する。
実施例１は、図１（ａ）ないし図１（ｃ）、および図２に示す形態の複合歯車である。第１の部材５０はポリブタジエンテレフタレート樹脂（ガラス繊維を３０％含有）を用いて、第２の部材３０はポリアセタール樹脂（コポリマー）を用いて形成した。歯車の諸元は、モジュールｍ＝０．５、圧力角＝２０°、歯数＝９１、ねじれ角β＝２０°、歯幅ｔ＝１０ｍｍ、とした。また、図３ないし図５に示す金型および製造工程を用いて、第１の部材を成形した後に第２の部材を成形して製造した。

比較例１は、図１０（ａ）ないし図１０（ｂ）に示すような従来の樹脂歯車の例であり、ポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂のみで形成されている。また、比較例２は、同様の形態でポリブタジエンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂のみで形成された歯車である。また、比較例３は、図１１（ａ）ないし図１１（ｃ）に示すような従来の複合歯車の例であり、実施例１と同じ材料構成で第１の部材と第２の部材が形成されているが、第２の部材で形成される外側ウェブに勾配が付与されていない。

実施例１および各比較例に対して、全噛み合い誤差測定、回転伝達誤差測定（トルク６．０Ｎ・ｍ、回転速度２５ｒｐｍ駆動時の１歯成分の伝達誤差を測定）をそれぞれ行った。また、１０００ショット成形した後の金型の摩耗状態の確認を行った。
結果をまとめて、表１に示す。

実施例１と比較例１とを比較すると、回転伝達誤差に大きな差異がみられ、比較例１では誤差が大きい結果となった。これは、比較例１の歯車では回転支持部と歯車部両方とも同一の材料を使用しており、比較的剛性の弱いポリアセタールを用いたため、回転駆動時のトルクによって歯車が変形してしまったためと考えられる。一方、全噛合い誤差は、比較例１の方がやや小さい値であるが、有意な差は確認できなかった。

また、実施例１と比較例２とを比較すると、全噛み合い誤差に大きな差異がみられ、比較例２の誤差が大きい結果となった。これは、比較例２の歯車は、歯車部を含めてガラス繊維含有のポリブタジエンテレフタレートを用いて成形しているため、ポリアセタール樹脂で成形した時よりも繊維配向の影響が大きくなり、精度が悪化したと考えられる。

また、実施例１と比較例３とを比較すると、全噛み合い誤差と回転伝達誤差には大きな差異は見られなかった。しかし、１０００ショット成形後の型摩耗の有無を確認したところ、比較例３は摩耗が確認されたのに対し、実施例１では検出可能な摩耗は発生していなかった。これは、従来技術である比較例３では、第１の部材の内側ウェブを勾配のついていないスライド駒で形成しているため、成形前後の摺動で駒が摩耗してしまったと考えられる。一方、本発明の実施例１では、スライド駒に勾配が付加されるため、摺動による摩耗を軽減することができていた。

［実施例２］
実施例２として、第２実施形態の具体例を示し、従来方法で形成された比較例と対比する。
実施例２の使用材料と歯車緒元は実施例１と同一であるが、実施例２の第２の部材の外側ウェブの底面は、図６（ａ）ないし図６（ｃ）および図７に示すように、周方向に沿って見た時に高さが一定な、すり鉢状の勾配を有している。

実施例２および比較例１、比較例３に対して、全噛み合い誤差測定、回転伝達誤差測定（トルク６．０Ｎ・ｍ、回転速度２５ｒｐｍ駆動時の１歯成分の伝達誤差を測定）をそれぞれ行った。また、１０００ショット成形した後の金型の摩耗状態の確認を行った。
結果をまとめて、表２に示す。

実施例２と、従来技術である比較例１および比較例３とを比較すると、実施例２の全噛み合い誤差は、比較例１と同一程度の値であり、比較例３よりも良好な数値を示している。先述した実施例１では、比較例１よりもやや誤差が大きかったが、実施例２では第２の部材で形成される外側ウェブの勾配形状がすり鉢状になったため、外側ウェブの周方向の偏肉が軽微になり高い精度を得られることを表している。また、実施例２は、比較例１よりも回転伝達誤差が小さく、比較例３と比べて金型の摩耗を大幅に抑制できている。

［実施例３］
実施例３として、第３実施形態の具体例を示し、従来方法で形成された比較例と対比する。
実施例３の使用材料と歯車緒元およびウェブの勾配は実施例１と同一であるが、実施例３では図８（ａ）ないし図８（ｃ）に示すように、歯部と外側ウェブ会合する位置に、外側ウェブの肉厚が全周一律になるような溝が設けられている。

実施例３および比較例１、比較例３に対して、全噛み合い誤差測定、回転伝達誤差測定（トルク６．０Ｎ・ｍ、回転速度２５ｒｐｍ駆動時の１歯成分の伝達誤差を測定）をそれぞれ行った。また、１０００ショット成形した後の金型の摩耗状態の確認を行った。
結果をまとめて、表３に示す。

実施例３と、従来技術である比較例１および比較例３とを比較すると、実施例３の全噛み合い誤差は比較例１と同一程度の値であり、比較例３よりも良好な数値を示している。先述した実施例１、実施例２と比較しても、やや良好な精度結果となっている。これは図８（ａ）ないし図８（ｃ）に示したように、歯部と外側ウェブが会合する位置に外側ウェブの肉厚が全周一律になるような溝が設けた効果だと考えられる。図２に示すように、外側ウェブが周方向に見て高さが変動する複数の勾配面を有していたとしても、歯部付近で肉厚が均一になるため、歯形状の精度の相対差が周方向で生じにくくなり、高い精度の歯車を得ることができていることを表している。また、外側ウェブへの勾配付加によって歯部付近でウェブ肉厚が大きくなっていても、その影響を溝によって緩和できているともいえる。

［実施例４］
実施例４として、第４実施形態の具体例を示し、従来方法で形成された比較例と対比する。実施例４の使用材料と歯車緒元およびウェブ形状は実施例１と同一であるが、図９（ａ）ないし図９（ｃ）に示すように、第２の部材を形成する際のゲートを、外側ウェブの肉厚が最も薄い箇所近傍に設けて、歯車を形成した。

実施例４および比較例１、比較例３に対して、全噛み合い誤差測定、回転伝達誤差測定（トルク６．０Ｎ・ｍ、回転速度２５ｒｐｍ駆動時の１歯成分の伝達誤差を測定）をそれぞれ行った。また、１０００ショット成形した後の金型の摩耗状態の確認を行った。
結果をまとめて、表４に示す。

実施例４と、従来技術である比較例１および比較例３とを比較すると、実施例４の全噛み合い誤差が比較例１と同一程度の値であり、比較例３よりも良好な数値を示している。先述した実施例１、実施例２、実施例３と比較しても、実施例４は、やや良好な精度結果となっている。これは、実施例４では図９（ａ）ないし図９（ｃ）に示したように、第２の部材を形成するためのゲートが、外側ウェブの肉厚が薄い箇所に設けられているため、厚肉箇所へ向かって樹脂流動が促進し、充填性を向上させることができることを表している。

１・・・金型／２・・・スライド駒／３・・・移動駒／３ａ、３ｂ・・・駒／４・・・ゲート／５・・・ランナー／９・・・ゲート痕／１０・・・複合歯車／１１・・・複合歯車／１２・・・複合歯車／１３・・・複合歯車／３０・・・第２の部材／３１・・・歯部／３２・・・外側ウェブ／３５・・・外側ウェブ／３６・・・第２の部材／３８・・・溝／５０・・・第１の部材／５２・・・内径面／５３・・・外径面／５４・・・筒状部／５５・・・内側ウェブ／ＳＤ・・・スライド駒移動方向

Claims (20)

1. 回転支持部および内側ウェブを含む中心部と、
   歯が成形された環状のリム部および外側ウェブを含む周辺部と、を有し、
   前記内側ウェブの一部を前記外側ウェブの一部が挟持しており、前記外側ウェブの前記一部の外面は、前記外側ウェブの厚さが前記回転支持部から前記リム部に向かう方向に沿って増大しており、
   前記外側ウェブの前記一部の外面は、歯車の回転軸と垂直な方向に対して０．５度以上５度以下の角度で傾斜している、
   ことを特徴とする歯車。
2. 前記外側ウェブの前記一部の外面は、等高線が前記歯車の回転軸を中心とする円になる面である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の歯車。
3. 前記外側ウェブの前記一部の外面は、前記回転支持部から前記リム部に向かって厚さが増大するように傾斜した複数の平面を含む、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の歯車。
4. 前記周辺部には、前記外側ウェブの前記一部と前記リム部の間に環状の溝が配置されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至３の中のいずれか１項に記載の歯車。
5. 前記外側ウェブの前記一部には、前記周辺部を射出成形したゲート痕が形成されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至４の中のいずれか１項に記載の歯車。
6. 前記周辺部は、前記中心部とは異なる材料からなる、
   ことを特徴とする請求項１乃至５の中のいずれか１項に記載の歯車。
7. 回転支持部および内側ウェブを含む中心部と、歯が成形された環状のリム部および外側ウェブを含む周辺部とを有し、前記内側ウェブの一部を前記外側ウェブの一部が挟持する歯車を成形するための射出成形金型であって、
   前記中心部を成形するためのキャビティと、前記周辺部を成形するためのキャビティと、を構成可能な固定側型と可動側型を有し、
   前記固定側型は、前記内側ウェブの前記一部を成形するためのスライド駒を含み、
   前記可動側型は、前記外側ウェブの前記一部を成形するための移動駒を含み、
   前記中心部を成形するためのキャビティを構成する時には、前記スライド駒の底面と前記移動駒の上面を当接させるが、前記スライド駒の底面と前記移動駒の上面は、前記スライド駒のスライド方向に対して傾斜している、
   ことを特徴とする射出成形金型。
8. 前記スライド駒の底面と前記移動駒の上面は、前記スライド方向に対して０．５度以上５度以下傾斜している、
   ことを特徴とする請求項７に記載の射出成型金型。
9. 前記スライド駒の前記底面と前記移動駒の前記上面は、等高線が前記回転支持部の回転軸を中心とする同心円となるように傾斜した面である、
   ことを特徴とする請求項７または８に記載の射出成形金型。
10. 前記スライド駒の前記底面と前記移動駒の前記上面は、傾斜方向が異なる複数の平面を含む、
    ことを特徴とする請求項７または８に記載の射出成形金型。
11. 前記周辺部を成形するためのキャビティは、前記外側ウェブの前記一部と前記リム部の間に環状の溝を成形するキャビティである、
    ことを特徴とする請求項７乃至１０の中のいずれか１項に記載の射出成形金型。
12. 前記周辺部を成形するためのキャビティには、前記外側ウェブを成形する部位にゲートが配置され、前記ゲートから樹脂材料を射出する、
    ことを特徴とする請求項７乃至１１の中のいずれか１項に記載の射出成形金型。
13. 前記周辺部は、前記中心部とは異なる材料からなる、
    ことを特徴とする請求項７乃至１２の中のいずれか１項に記載の射出成型金型。
14. 歯車の中心部を射出成形するためのキャビティと、前記歯車の周辺部を射出成形するためのキャビティと、を構成可能な固定側型と可動側型を有し、前記固定側型は前記歯車の内側ウェブの一部を成形するためのスライド駒を含み、前記可動側型は前記歯車の外側ウェブの一部を成形するための移動駒を含む射出成形金型を用いた歯車の製造方法であって、
    前記スライド駒の底面と前記移動駒の上面を前記スライド駒のスライド方向に対して傾斜した面とし、前記スライド駒の底面と前記移動駒の上面を当接させて前記中心部を成形するためのキャビティを構成し、
    第１のゲートから第１の材料を射出して前記中心部を成形し、
    前記スライド駒を前記スライド方向にスライドさせて前記スライド駒の底面と前記移動駒の上面を離間させ、
    前記中心部を保持した状態の前記可動側型を、前記周辺部を成形するためのキャビティを構成する位置に移動させてキャビティを構成し、
    第２のゲートから第２の材料を射出して前記周辺部を成形する、
    ことを特徴とする歯車の製造方法。
15. 前記傾斜した面は、前記スライド方向に対して０．５度以上５度以下傾斜している、
    ことを特徴とする請求項１４に記載の歯車の製造方法。
16. 前記中心部を成形するためのキャビティを構成する時には、前記スライド駒の底面と前記移動駒の上面は、等高線が同心円となるように傾斜した面に沿って当接している、
    ことを特徴とする請求項１４または１５に記載の歯車の製造方法。
17. 前記中心部を成形するためのキャビティを構成する時には、前記スライド駒の底面と前記移動駒の上面は、傾斜方向が異なる複数の平面に沿って当接している、
    ことを特徴とする請求項１４または１５に記載の歯車の製造方法。
18. 前記周辺部を成形するためのキャビティは、前記歯車の前記外側ウェブとリム部の間に環状の溝を成形するキャビティである、
    ことを特徴とする請求項１４乃至１７の中のいずれか１項に記載の歯車の製造方法。
19. 前記第２のゲートは、前記外側ウェブを成形する部位に配置されている、
    ことを特徴とする請求項１４乃至１８の中のいずれか１項に記載の歯車の製造方法。
20. 前記第２の材料は、前記第１の材料とは異なる、
    ことを特徴とする請求項１４乃至１９の中のいずれか１項に記載の歯車の製造方法。

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