JPH06294459A - プラスチック製歯車、プラスチック製歯車の成形用金型およびプラスチック製歯車の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属並みの高強度、高精度を有するプラスチ
ック製歯車に関し、歯元強度を向上させるとともに騒音
の低い歯車にすることを目的とする。 【構成】 歯部（１０ａ）を一体に形成させたギヤ部
（１１）と、軸を嵌合させる孔（１２ａ）を穿設したデ
ィスク部（１３）とを各別のプラスチック材料により一
体に形成させ、前記ギヤ部（１１）を前記ディスク部
（１３）よりも高硬度・高曲げ強度・低摩擦係数とする
ように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は金属並みの高強度、高精
度を有するプラスチック製歯車に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の非繊維強化型プラスチック製平歯
車は、図４，５に示すように、歯車１のプラスチック部
１ａの中心部に金属部１ｂを嵌着して一体に形成し、そ
の金属部１ｂの中心部に軸孔１ｃを穿設したものがあ
る。このような歯車では、図６に例示しているように、
かみ合う２つの歯車１，１の歯部２には動力伝達時に強
大な荷重がかかり、金属並みの強度を持たせようとして
硬度を高くすると、脆くなるとともに不規則な高周波振
動の伝播が容易になって、騒音が大きくなり、プラスチ
ック部１ａに形成された歯部２では歯元に亀裂３が入り
やすくなり、使用によっては歯が欠けやすい歯車とな
る。また、プラスチック部１ａと金属部１ｂとの境界部
ではそれぞれの歪み量が異なるため、境界で剥離や割れ
４が生じやすくなる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術におい
ては、プラスチック製歯車の動力伝達時に、かみ合う２
つの歯車１，１の歯元に亀裂３が生じる場合があり、ま
た、プラスチック部分と金属部分との境界部における剥
離や割れ４が発生する場合があるという問題点があっ
た。

【０００４】本発明は、従来の技術における前記問題点
を解消するためのものであり、そのための課題は、歯元
強度を向上させるとともに騒音の低いプラスチック製歯
車を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を達成
できるようにするため、図１，２に例示するように、歯
車を構成する。ここに、プラスチック製歯車において
は、歯部（１０ａ）を一体に形成させたギヤ部（１１）
と、軸を嵌合させる孔（１２ａ）を穿設したディスク部
（１３）とを、各別のプラスチック材料により一体に形
成させ、前記ギヤ部（１１）を前記ディスク部（１３）
よりも高硬度・高曲げ強度・低摩擦係数としたことを特
徴とする。

【０００６】また、プラスチック製歯車においては、歯
部（１０ａ）を一体に形成させたギヤ部（１１）と、軸
を嵌合させる孔（１２ａ）を穿設した軸部（１２）と、
前記ギヤ部（１１）と前記軸部（１２）との間を結合さ
せるディスク部（１３）とを、各別のプラスチック材料
により形成させ、前記ギヤ部（１１）を前記ディスク部
（１３）よりも高硬度・高曲げ強度・低摩擦係数に形成
させ、かつ前記軸部（１２）を前記ディスク部（１３）
よりも高硬度・高曲げ強度に形成させたことを特徴とす
る。

【０００７】そしてまた、このプラスチック製歯車にお
いては、前記ギヤ部（１１）を微細強化繊維入りの高強
度な特殊プラスチック材料により形成させたことを特徴
とする。そしてまた、このプラスチック製歯車において
は、前記ギヤ部（１１）を微細炭素繊維入り特殊ポリア
ミド樹脂により形成させたことを特徴とする。

【０００８】また、このプラスチック製歯車の成形用金
型としては、ディスク部成形用金型（２１）と、ディス
ク部収縮寸法につき縮小した歯車成形用金型（２２）と
からなることを特徴とする。また、このプラスチック製
歯車の製造方法としては、ディスク部（１３）を射出成
形後、内部残留応力を除去し、残留応力除去後のディス
ク部（１３）の外周側にギヤ部（１１）を射出成形し
て、ディスク部（１３）にギヤ部（１１）を外嵌させた
歯車を形成させることを特徴とする。

【０００９】そして、このプラスチック製歯車の製造方
法において、前記ギヤ部（１１）の射出成形時には、前
記ディスク部（１３）を加圧して圧縮させながら前記ギ
ヤ部（１１）を成形させることを特徴とする。

【００１０】

【作用】このように構成したことにより、本発明のプラ
スチック製歯車を適用すると、歯部（１０ａ）が高硬度
・高曲げ強度でしかも低摩擦係数を有するため噛合い強
度が高く、ギヤ部（１１）が高硬度・高曲げ強度であっ
て耐久性を向上させ、軸に嵌合させたディスク部（１
３）が振動および衝撃の緩衝作用を有して、騒音を吸収
し、歯車の耐久性を向上させ、磨耗を減少させ、亀裂を
生じにくくさせ、ディスク部（１３）を粘り強くして、
消音性能を向上させ、高強度・高精度の合成樹脂歯車を
実現させる。

【００１１】また、このプラスチック製歯車では、歯部
（１０ａ）の磨耗や亀裂が生じにくくなり、軸部（１
２）の耐久性が向上し、ディスク部（１３）の耐衝撃性
能および消音性能を向上させて、高精度・高強度の合成
樹脂歯車となる。さらにまた、このプラスチック製歯車
では、ギヤ部（１１）の強度が高く、耐久性が向上し、
破損、変形、磨耗等が生じにくい合成樹脂歯車となる。

【００１２】さらにまた、このプラスチック製歯車で
は、ギヤ部（１１）を微細炭素繊維入り特殊ポリアミド
樹脂で形成させたことにより、歯面は低摩擦係数の表面
に形成され、金属並みの高硬度・高曲げ強度・低摩擦係
数が得られ、ディスク部（１３）と一体に組合せた結果
として周辺部が硬く中央円板部が比較的軟い歯車構造が
得られ、歯部（１０ａ）が磨耗しにくく、ディスク部
（１３）が衝撃緩衝性能が高く、消音性能が向上した合
成樹脂歯車が実現する。

【００１３】また、このプラスチック製歯車の成形用金
型として、ディスク部成形用金型（２１）と、ディスク
部収縮寸法を考慮して、その収縮寸法分の寸法縮小した
歯車成形用金型（２２）とを用いたことにより、成形後
に所定寸法の歯車が得られ、成形後の寸法調整が不要と
なり、作業工程が簡素化され、工程設計および管理が容
易となる。

【００１４】また、このプラスチック製歯車の製造方法
としては、ディスク部（１３）を射出成形して内部残留
応力を除去した後、ディスク部（１３）の外周側にギヤ
部（１１）を射出成形して歯車を形成させることによっ
て、歯車が寸法精度良く形成でき、最少の製造工程で最
も精度良い製造方法が確立される。そして、このプラス
チック製歯車の製造方法において、前記ギヤ部（１１）
の射出成形時に、前記ディスク部（１３）を加圧圧縮さ
せて前記ギヤ部（１１）を成形させることによって、緻
密で硬度の高いプラスチック製品が形成でき、しかも成
形後にギヤ部（１１）に引張り応力を発生させて、使用
時に受ける圧縮応力を相殺させることができ、歯車強度
を向上させる。

【００１５】

【実施例】本発明における以下の実施例では平歯車の場
合について図示説明する。 〔実施例の構成〕図１および図２は一実施例における平
歯車の構成を示す図である。平歯車１０は歯部１０ａを
一体に形成させるギヤ部１１と、軸（図示せず）を嵌合
する孔１２ａを穿設させた轂に相当する軸部１２と、両
部材に挟まれた円板状のディスク部１３とを一体に形成
する。

【００１６】そして、ギヤ部１１と軸部１２を特殊ポリ
アミド強化複合樹脂（例えば、商品名：スミプロイＣＡ
１４４０）で形成し、ディスク部１３のみをポリアミド
系樹脂（例えば、商品名：ザイテル７０Ｇ３３Ｌ）によ
って形成するか、中間歯車としてのみ使用するため特別
に軸側からの荷重が掛からない歯車の場合には、ギヤ部
１１のみを前記特殊ポリアミド強化複合樹脂で形成し、
軸部１２とディスク部１３を前記ポリアミド系樹脂によ
って形成する。

【００１７】ギヤ部１１の外周には必要な歯形を一体に
形成し、ギヤ部１１の内周形状はディスク部１３の外周
形状に嵌合可能な形状に成形する。前記ギヤ部１１の歯
部１２ａを除く厚みは、歯の高さの少なくとも２〜３倍
を有するものとする。この平歯車１０では、ギヤ部１１
に形成する歯形形状の精度を JIS B 1702 の６級以上と
し、表面粗さを５μ以下として、使用環境温度を−４０
〜＋１２０℃にて使用可能とする。

【００１８】軸部１２の内周形状は軸を嵌合させる孔を
形成し、軸部１２の外周形状はディスク部１３の内周形
状に嵌合可能な形状に成形する。中間歯車の場合には、
軸部１２とディスク部１３とを、始めから同質材料によ
り一体に形成して、分割しないことにしても良い。ディ
スク部１３は、外周形状としては放射方向に複数個の凹
凸を設けて、各断面形状を各断面端縁部よりも各断面中
央部が上方に突出させた凸形断面形に形成し、内周形状
としては放射方向に複数個の凹凸を設けて、各断面形状
を各断面端縁部よりも各断面中央部が下方に突出した逆
凸形断面形に形成して、それぞれギヤ部１１および軸部
１２に接続する内外周形状が相手部材に密接に嵌合する
とともに食い込みを生じて相対的なずれを防止する形状
に形成する。

【００１９】〔実施例の製造〕この平歯車１０を製造す
るには、図３に示すように、射出成形用金型は、ディス
ク部１３の所定寸法に成形されたディスク単体成形用金
型２１と、成形したディスク部１３をセットしてディス
ク以外の部分（ギヤ部１１および／または軸部１２）を
一体にさせるための、射出圧力によりディスク部１３が
収縮された寸法に成形された歯車成形用金型２２との、
２つの射出成形用金型を用意する。

【００２０】まず、ディスク単体成形用金型２１の一方
の型２１ａと他方の型２１ｂとの合わせ面を互いに密着
させて金型を組付け、その金型組付状態でポリアミド系
樹脂を射出成形して所定寸法のディスク部１３のみを成
形する（工程Ｉ）。この時、軸部１２とディスク部１３
とが分割されず、始めから一体に作られている場合に
は、ディスク部１３の内周形状を軸嵌合用孔（１２ａ）
に相当する形状になるように金型を形成して、ディスク
部１３の成形に用いる。

【００２１】つぎに、成形したディスク部１３を加熱処
理（アニーリング）して残留応力を除去し、ディスク部
１３の単体を完成させる（工程II）。残留応力を除去し
たディスク部１３を歯車成形用金型２２の一方の型２２
ａに（予めディスク取付位置として設けられた箇所に）
組み込み、それから他方の型２２ｂを一方の型２２ａに
密着させて歯車成形用金型２２をセットし、そのディス
ク部１３をセットした状態の金型に特殊ポリアミド強化
複合樹脂を射出成形する。（工程III） 歯車成形用金型２２から成形品を取り出して、ディスク
部１３に対する射出成形時の圧縮荷重を取り除き、周縁
部のバリを除去して、ディスク部１３の外周にギヤ部１
１を外嵌して（軸部１２とディスク部１３とが分割され
ている場合には内周に軸部１２を内嵌して）、一体に成
形された所定寸法の歯車製品として完成させる（工程I
V）。

【００２２】〔実施例の作用・効果〕このような実施例
の平歯車においては、歯車外周側のギヤ部１１が硬く、
ディスク部１３がギヤ部１１に比較して軟らかく、従来
の樹脂歯車と比較して高強度の歯車になるとともにディ
スク部１３における外力の吸収効果が向上し、振動およ
び衝撃に対する吸収効果を向上させ、耐久性能が向上
し、歯元やディスク部のクリープ性能や繰り返し荷重に
対する疲れ限度を大きくすることができる。

【００２３】特に、歯車単体性能では、モジュール１．
０、外径４０ｍｍ、厚さ５ｍｍの歯車について、荷重と
して安全率で４倍に達する値に相当するトルクを歯部に
加えた状態で、温度−４０℃で８時間、温度２０℃で８
時間、温度１２０℃および湿度９０％で８時間のサイク
ルを繰り返し行う冷熱環境試験においても、変形や破壊
に至らなかった。また、一枚の歯の接触部位における断
面積が８ｍｍ² の歯車で破壊強度を測定したところ、最
大トルク値が２２０ｋｇｆ・ｃｍ以上であった。これは
単位面積当たりの耐荷重が２７．５ｋｇ／ｍｍ² に相当
するものである。

【００２４】従来のプラスチック歯車に比較して、歯車
としての加工精度が高いばかりでなく、その精度が安定
し、また耐熱強度劣化を減少させることができる。従来
の金属製歯車に比較して歯切り加工、歯形部分のシェー
ビング加工等が不要となり設備投資、加工時間等が大幅
に削減され、軽量化およびコストダウンができ、また動
力伝達時の騒音も低減できる。

【００２５】また、製造には、ディスク部１３を単体で
射出成形した後、ギヤ部１１および／または軸部１２を
射出成形して一体化するダブルインジェクション成形法
を適用したことにより、特性の異なる材質を容易に組み
合わせて利用することができるため使用材料の最良の組
合せを選択でき、製品強度を強くすることができるとと
もに製作工程が簡単化でき、歯車の形状も平歯車の他に
スパイラルギヤ、ヘリカルギヤ等の多様な形状を容易に
成形でき、しかも歯車製品を精度良く成形できて、製作
費のコストダウンが実現できる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明のプラスチック製歯
車では、ギヤ部（１１）をディスク部（１３）よりも高
硬度・高曲げ強度・低摩擦係数にしたことにより、歯部
（１２ａ）の耐久性を向上させることができ、磨耗を減
少させ、亀裂を生じにくくし、ディスク部（１３）を粘
り強くし、消音特性を向上させた合成樹脂歯車を得るこ
とができる。

【００２７】また、このプラスチック製歯車において
は、ギヤ部（１１）をディスク部（１３）より高硬度・
高曲げ強度・低摩擦係数の材料により形成したことによ
り、歯部の強度を一様にし、磨耗を減少させ、しかも精
度良く形成することができて、歯部の亀裂を生じにくく
することができ、また、軸部（１２）をディスク部（１
３）よりも高硬度・高曲げ強度の材料により形成したこ
とにより、耐久性が向上し、動力伝達の伝達損失を小さ
くすることができ、ディスク部（１３）を粘り強くし、
外力吸収能力を向上させて、振動および衝撃に対する耐
久性を向上させることができるとともに疲労限度を高く
することができ、騒音減衰性能を向上させた高硬度・高
靭性の合成樹脂歯車構造を得ることができる。

【００２８】さらにまた、このプラスチック製歯車にお
いては、ギヤ部（１１）を微細強化繊維入りの高強度な
特殊プラスチック材料により形成させたことにより、歯
部（１０ａ）のギヤ部（１１）との境界部が高強度にで
き、歯部（１０ａ）を一様に形成させて高強度にできる
合成樹脂歯車を得ることができる。

【００２９】さらにまた、このプラスチック製歯車にお
いては、ギヤ部（１１）を微細炭素繊維入り特殊ポリア
ミド樹脂により形成させたことにより、歯面は低摩擦係
数の表面に形成でき、歯部（１０ａ）、ギヤ部（１１）
は金属並みの高硬度・高曲げ強度・高曲げ弾性率が実現
でき、ディスク部（１３）を通常のポリアミド系樹脂を
使用して形成させれば消音効果が大きく、耐振動性、耐
衝撃性が向上でき、周辺部が硬く、中央円板部が比較的
軟らかい構造にでき、一体成形が容易な高精度・高強度
の合成樹脂歯車を得ることができる。

【００３０】また、このプラスチック製歯車の成形用金
型として、ディスク部成形用金型（２１）と、ディスク
部収縮寸法を考慮して縮小した歯車成形用金型（２２）
とを用いたことにより、成形後の寸法調整が不要となる
精度の良い製品が得られ、作業工程が簡素化でき、工程
設計および管理を容易にすることができる。

【００３１】また、このプラスチック製歯車の製造方法
として、ディスク部（１３）を射出成形して内部残留応
力を除去した後、ディスク部（１３）の外周側にギヤ部
（１１）を射出成形して歯車を形成させたことによっ
て、歯車が寸法精度良く形成でき、最少の製造工程で高
精度な製造方法が確立できる。

【００３２】そして、このプラスチック製歯車の製造方
法において、前記ギヤ部（１１）の射出成形時に、前記
ディスク部（１３）を加圧圧縮させて前記ギヤ部（１
１）を成形させることによって、緻密で高硬度なプラス
チック製品が形成でき、成形後にギヤ部（１１）に引張
り応力を発生させて使用時に受ける圧縮応力を相殺させ
ることができ、歯車強度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の平歯車を示す正面図。

【図２】実施例の平歯車を示す縦断面図。

【図３】実施例の歯車製造工程説明図。

【図４】従来の平歯車を示す斜視図。

【図５】従来の平歯車を示す縦断面図。

【図６】従来の平歯車の噛合い状態を示す部分破断説明
図。

【符号の説明】

１０ 平歯車 １０ａ 歯部 １１ ギヤ部 １２ 軸部 １２ａ 孔 １３ ディスク部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 歯部（１０ａ）を一体に形成させたギヤ
   部（１１）と、軸を嵌合させる孔（１２ａ）を穿設した
   ディスク部（１３）とを、各別のプラスチック材料によ
   り一体に形成させ、前記ギヤ部（１１）を前記ディスク
   部（１３）よりも高硬度・高曲げ強度・低摩擦係数とし
   たことを特徴とするプラスチック製歯車。
2. 【請求項２】 歯部（１０ａ）を一体に形成させたギヤ
   部（１１）と、軸を嵌合させる孔（１２ａ）を穿設した
   軸部（１２）と、前記ギヤ部（１１）と前記軸部（１
   ２）との間を結合させるディスク部（１３）とを、各別
   のプラスチック材料により形成させ、前記ギヤ部（１
   １）を前記ディスク部（１３）よりも高硬度・高曲げ強
   度・低摩擦係数に形成させ、かつ前記軸部（１２）を前
   記ディスク部（１３）よりも高硬度・高曲げ強度に形成
   させたことを特徴とするプラスチック製歯車。
3. 【請求項３】 前記ギヤ部（１１）を微細強化繊維入り
   の高強度な特殊プラスチック材料により形成させたこと
   を特徴とする請求項１または請求項２記載のプラスチッ
   ク製歯車。
4. 【請求項４】 前記ギヤ部（１１）を微細炭素繊維入り
   特殊ポリアミド樹脂により形成させたことを特徴とする
   請求項１または請求項２記載のプラスチック製歯車。
5. 【請求項５】 ディスク部成形用金型（２１）と、ディ
   スク部収縮寸法につき縮小した歯車成形用金型（２２）
   とからなることを特徴とするプラスチック製歯車の成形
   用金型。
6. 【請求項６】 ディスク部（１３）を射出成形後、内部
   残留応力を除去し、残留応力除去後のディスク部（１
   ３）の外周側にギヤ部（１１）を射出成形して、ディス
   ク部（１３）にギヤ部（１１）を外嵌させた歯車を形成
   させることを特徴とするプラスチック製歯車の製造方
   法。
7. 【請求項７】 前記ギヤ部（１１）の射出成形時には、
   前記ディスク部（１３）を加圧して圧縮させながら前記
   ギヤ部（１１）を成形させることを特徴とするプラスチ
   ック製歯車の製造方法。