JPH08145146A - 樹脂ギア - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】耐熱性，切削性に優れるとともに吸水による寸
法変化が小さく且つ金属部と樹脂部との間の滑り強度の
強い樹脂ギアを提供する。 【構成】金属製円筒の外周の樹脂層にギア歯を形成した
樹脂ギアであって、樹脂層がポリエーテルスルホン樹脂
（ＰＥＳ）からなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車に搭載さ
れる各種装置のモータ減速部等に用いられる樹脂ギアの
改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の樹脂ギアには、例えば特
公昭５８−２２３３６号公報に記載されているもののよ
うに、円筒状の金属製芯金の外径面にクロスローレット
加工を施してその外周に予め形成した円筒状のポリアミ
ド樹脂成形物を嵌め込んで溶着したものを一定寸法に切
断し、その樹脂成形物の外周部を切削加工してギア形状
を形成したものがある。

【０００３】また、特公平６−６０６７４号公報に示さ
れるように、樹脂としてナイロン６６、ナイロン６、ポ
リアセタール、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥ
Ｋ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等を用
い、これに強度・剛性を向上するためにガラス繊維や炭
素繊維などを充填して強化した材料を射出成形し、ギア
の歯部を切削加工して形成したものもある。

【０００４】金属製芯金（ボス）とその外周に嵌着され
る樹脂成形物との固定を強固にする手段としては、芯金
の外径面にクロスローレット加工を施す代わりに、図７
に示すように芯金である金属円筒１の外周面の中央部を
高くしてスプライン状に凸部２を突設することも行われ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】モータ減速部などに用
いられる樹脂ギアは、高精度を要求されることから歯部
を切削加工により形成している。また、使用温度も高く
なる傾向にあり１２０℃以上の耐熱性も要求されるよう
になっている。ところが、従来から樹脂ギアに使用され
ているナイロン６等の樹脂は吸水による寸法変化が大き
くて高精度のギアが得にくく、耐熱性の面でも劣るとい
う問題がある。

【０００６】一方、ガラス繊維等で強化したナイロン樹
脂製等のギアは、ギアの歯部の切削加工工程で強化繊維
の影響による切削工具の摩耗が著しいという問題があ
る。また、樹脂ギアをウォームホイールとして使用する
場合は、ウォームギアを損傷しないことが好ましいので
あるが、繊維強化したものはウォームギアを傷つけ易い
という問題点もある。

【０００７】また、金属製芯金の外周に樹脂を樹脂を射
出成形するものでは、樹脂部と金属部との間の結合を強
固に固定するために金属部の外周にクロスローレト加工
や凸部加工を施してはいるが、スラスト方向の保持力及
びねじり強度（ラジアル方向の保持力）が十分ではなか
った。そこで本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたものであり、耐熱性，切削性に優れるとと
もに吸水による寸法変化が小さく且つ金属部と樹脂部と
の間の滑り強度の強い樹脂ギアを提供することを目的と
している。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属製円筒の
外周の樹脂層にギア歯を形成した樹脂ギアにおいて、前
記樹脂層がポリエーテルスルホン樹脂（ＰＥＳ）からな
ることを特徴とする樹脂ギアである。ここで、前記金属
製円筒の外周に軸方向の断面の一部に凹形状を有する突
部を周方向に断続して形成したものとすることができ
る。

【０００９】

【作用】本発明の樹脂ギアは、樹脂としてＰＥＳを使用
したため、耐熱性，切削性，吸水に対する寸法安定性に
優れている。また、ガラス繊維や炭素繊維等の充填材を
配合していないので、ギア歯切り後に繊維が毛羽立つこ
とがない。また、芯金の金属円筒の外周に軸方向の断面
の一部に凹形状を有する突部を周方向に断続して形成す
ると、樹脂の成形収縮による応力集中が取り除かれて、
樹脂部と金属部との間の固定力の強い樹脂ギアが得られ
る。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 〔Ｉ〕引張強度試験：ナイロン６、ナイロン６６（ガラ
ス繊維２５％入り）およびＰＥＳの三種類の樹脂につい
て試験片を用意し、１２０℃に５００時間，１０００時
間，１５００時間，２０００時間加熱保持した後、引張
強度試験を実施して耐熱性を比較した。

【００１１】引張試験片はＪＩＳ Ｚ ２２０１の１号
型試験片を用い、試験片が絶乾状態のままで、室温（２
３℃）にして試験した。ナイロン６の試験片は板状の素
材から切削加工により製作した。ナイロン６６の試験片
は、ビーエーエスエフエンジニアリングプラスチック
（株）製樹脂原料「ウルトラミッド」Ａ３ＷＧ５（商品
名）を用いて射出成形により製作した。

【００１２】ＰＥＳの試験片は、三井東圧化学（株）製
樹脂原料「ウルトラゾーン」Ｅ３０１０（商品名）を用
いて射出成形により製作した。試験結果を図１に示す。
試験開始前（０時間）の引張強度を１００％とした場
合、ナイロン６とナイロン６６の引張強度は時間の経過
につれて低下しているのに対して、ＰＥＳには引張強度
の低下はみられず高い耐熱性を有することが明らかであ
った。

【００１３】〔ＩＩ〕切削性試験：図２に示すような断
面形状を有する外径４５ｍｍの円筒状のＳ４５Ｃ製芯金
１の外周面１ａにクロスローレット加工を施し、溶剤で
脱脂した後射出成形金型と同温度に加熱した。加熱した
芯金１を射出成形金型に挿入し、ナイロン６６とＰＥＳ
を表１の成形条件で射出成形して、図３に示すような芯
金１の外周に円筒状５脂部３を一体に有する成形品を得
た。

【００１４】

【表１】

【００１５】この成形品のスプルー４及びディスクゲー
ト５を切除して、図４に示すような外径６０ｍｍ、幅１
３ｍｍの金属製芯金付歯車ブランク材７を製作した。ま
た、この歯車ブランク材７と同形状のナイロン６製ブラ
ンク材を切削加工により製作した。以上の三種類の同形
状で樹脂部３の材質が異なるブランク材を用いて、外周
面に図５に示すようなギア歯１０を切削加工し、切削性
の比較試験を実施した。

【００１６】切削性の評価は、一つ切削工具で形成でき
たギア歯の個数の多少で判定する方法で行った。結果
は、ナイロン６６（ガラス繊維２５％入り）が１５個、
ＰＥＳが２９５個、ナイロン６が３５０個であった。こ
の結果から、切削のし易さからみた優位性は、ナイロン
６＞ＰＥＳ＞ナイロン６６（ガラス繊維２５％入り）の
順であり、繊維強化品は切削しにくくて量産工程では使
いずらいといえる。

【００１７】〔ＩＩＩ〕吸水性試験：上記切削性試験で
得られた図５の形状の樹脂ギア１１を各材質別に被試験
体とし、６０℃、相対湿度９５％の条件下で長時間放置
して所定時間経過毎にギア外径寸法の変化量を測定し
た。結果を図６に示す。この結果から、本発明の実施例
であるポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）製のものの寸法
変化量は非常に小さくて、ナイロン６及びナイロン６６
製のものの１／４〜１／５程度であることが明らかであ
る。

【００１８】〔ＩＶ〕芯金形状と樹脂結合力との相関試
験：金属製芯金を有する樹脂ギアの芯金金属部と樹脂部
との結合力の大小と芯金形状との関係を実験的に検討し
た。 被試験体の芯金形状：図２に示したＳ４５Ｃ製芯金（ボ
ス）１の外周面１ａにクロスローレット加工を施したも
のを比較例１とする。

【００１９】図７に示したＳ４５Ｃ製芯金１の外周面の
中央部に高さ2.0 ｍｍの凸部２を全周にわたり環状に形
成するとともに、その凸部２の外周面に深さ1.2 ｍｍの
スプライン加工を施したものを比較例２とする。図８に
示すように、Ｓ４５Ｃ製芯金１の外周面に全周にわたり
深さ1.5 ｍｍのスプライン加工を施すと共に、そのスプ
ラインの軸方向の断面中央部に深さ1.5ｍｍの凹溝１２
を全周にわたり加工した。こうして得られた、軸方向の
断面の一部に凹溝１２を有する突部１３，１３を外周の
周方向に断続して二列形成したものを実施例とする（図
８）。

【００２０】上記の比較例１，２及び実施例の各金属製
芯金１を溶剤にて脱脂したものを、射出成形金型と同温
度に加熱し、その後直ちに射出成形金型内に挿入し、表
１に示す成形条件にてＰＥＳ樹脂を射出成形して芯金付
樹脂ギアを製作した。これらの芯金付樹脂ギアを被試験
体としてスラスト保持力及びねじり強度の差異を測定し
た。

【００２１】スラスト方向保持力は、図９に示すように
受け台２０に被試験体の樹脂ギア１１を載せ、芯金１の
中央に加重Ｐを負荷して芯金１−樹脂部３間のスラスト
方向保持力を測定した。なお、試験装置は島津製作所
（株）製のオートグラフ試験機を使用した。ねじり強度
は、被試験体の樹脂ギア１１を圧入したホイール軸を固
定し、被試験体の樹脂ギアのギア歯にウォーム軸を噛み
合わせて所定トルクで所定角度回転させたとき、樹脂ギ
アの樹脂部５と芯金１との間に生じた滑りまたは樹脂部
５が破壊したときのトルクを計測してねじり強度すなわ
ちギア回転方向の強度を求めた。

【００２２】結果を表２に示す。評価は、樹脂ギアに要
求されるスラスト荷重は１０００ｋｇｆ程度であり、こ
の数値を満たす金属製芯金は○、それ未満は×とした。
ねじり強度は６０ｋｇｆｍを基準値として、この数値を
満たすものは○、それ未満は×とした。

【００２３】

【表２】

【００２４】この結果から、芯金外周にクロスローレッ
ト加工を施した比較例１はスラスト方向保持力及びねじ
り強度のいずれも基準値を下回り、また芯金外周に軸方
向で一山の凸部２を設けた比較例２はねじり強度は良い
がスラスト方向保持力が基準値を下回っているのに対し
て、本発明の実施例はスラスト方向保持力およびねじり
強度共に基準値を上回り良好な結果が得られることが明
らかである。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
樹脂ギアの樹脂材としてポリエーテルスルホン樹脂を使
用したことにより、耐熱性に優れ物性的に安定が保たれ
ると共に、吸水による寸法変化が小さくて使用環境に左
右されにくい樹脂ギアが提供できるという効果が得られ
る。

【００２６】また、金属製円筒の外周に軸方向の断面の
一部に凹形状を有する突部を周方向に断続して形成する
ことで、樹脂ギアの成形収縮時に発生する応力が除去さ
れて、その結果、金属製円筒からなる芯金と樹脂間の固
着力の変動幅が小さく強度的に安定した樹脂ギアを提供
することができるという効果を奏する。また、射出成形
により製造可能であることから安価に提供できると共
に、ガラス繊維、炭素繊維等の補強材を樹脂中に含有さ
せる必要がないことから切削性に富み且つ相手部材を傷
つけるおそれがない樹脂ギアを提供できるという効果も
得られる。

【００２７】なお、ギア歯の形成については、普通精度
のギアであれば切削加工でなく射出成形でギア歯を形成
することも可能であり、その場合、ギア歯に至るまで射
出成形された樹脂ギアにあっても優れた耐熱性、寸法安
定性が得られるという効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例と比較例との引張強度保持率に
経時変化を示すグラフである。

【図２】比較試験に用いた比較例の金属製芯金の断面図
である。

【図３】図２に示す芯金の外周に円筒状樹脂部を射出成
形した成形品の断面図である。

【図４】図３に示す成形品のスプールを除去した斜視図
である。

【図５】図４に示す成形品の外周にギア歯を形成した樹
脂ギアの斜視図である。

【図６】本発明の実施例と比較例との吸水による外径寸
法変化率の経時変化を示すグラフである。

【図７】比較試験に用いた比較例の金属製芯金の断面図
である。

【図８】比較試験に用いた実施例の金属製芯金の断面図
である。

【図９】樹脂ギアの芯金−樹脂部間のスラスト方向保持
力測定方法を説明する断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属製円筒の外周の樹脂層にギア歯を形
   成した樹脂ギアにおいて、前記樹脂層がポリエーテルス
   ルホン樹脂（ＰＥＳ）からなることを特徴とする樹脂ギ
   ア。