特許 6537544 樹脂製歯車及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6537544

(24)【登録日】2019年6月14日

(45)【発行日】2019年7月3日

(54)【発明の名称】樹脂製歯車及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   F16H 55/06 20060101AFI20190625BHJP

   F16H 55/08 20060101ALI20190625BHJP

   F16H 55/17 20060101ALI20190625BHJP

   B29C 33/42 20060101ALI20190625BHJP

【ＦＩ】

   F16H55/06

   F16H55/08 Z

   F16H55/17 Z

   B29C33/42

【請求項の数】14

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2017-28760(P2017-28760)

(22)【出願日】2017年2月20日

(65)【公開番号】特開2018-135899(P2018-135899A)

(43)【公開日】2018年8月30日

【審査請求日】2017年12月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】517057487

【氏名又は名称】株式会社川辺製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100100055

【弁理士】

【氏名又は名称】三枝 弘明

(72)【発明者】

【氏名】下大迫 純一

(72)【発明者】

【氏名】丸山 広樹

【審査官】 前田 浩

(56)【参考文献】

【文献】 特開平２−６２４６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１７０６１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２３９７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｈ ５５／０６

Ｂ２９Ｃ ３３／４２

Ｆ１６Ｈ ５５／０８

Ｆ１６Ｈ ５５／１７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

歯形状の歯幅方向の中央部の歯形のうちの少なくとも主要部が前記歯幅方向の両端部の前記少なくとも主要部よりも半径方向に突出するように、前記少なくとも主要部の半径方向の位置を歯すじに沿って凸曲線状に移動させた歯形構造を備え、
前記歯形のうちの前記主要部から歯底までの範囲の半径方向の位置を歯すじに沿って凸曲線状に移動させた前記歯形構造を備え、前記主要部の位置とともに、前記歯底の歯すじに沿った外形線が前記凸曲線状に構成される、
樹脂製歯車。

【請求項2】

前記歯形構造の前記中央部と前記歯幅方向の少なくとも一方の端部との間の前記半径方向の位置の差の前記歯幅方向の全幅に対する比率が１／１２００〜６／１２００の範囲内である、
請求項１に記載の樹脂製歯車。

【請求項3】

前記歯形のうちの前記主要部から歯先までの範囲の半径方向の位置を歯すじに沿って凸曲線状に移動させた前記歯形構造を備え、前記主要部の位置とともに、前記歯先の歯すじに沿った外形線が前記凸曲線状に構成される、
請求項１又は２に記載の樹脂製歯車。

【請求項4】

歯形状の歯幅方向の中央部の歯形のうちの少なくとも主要部が前記歯幅方向の両端部の前記少なくとも主要部よりも半径方向に突出するように、前記少なくとも主要部の半径方向の位置を歯すじに沿って凸曲線状に移動させた歯形構造を設定し、該歯形構造に対応する反転歯形構造を備えた型材料を形成する工程と、
前記反転歯形構造を備えた前記型材料から形成され、被成形品が前記反転歯形構造に対して前記歯すじに沿った方向の一方の向きに離型されるように構成された型構造を備える成形型を用いて、樹脂材料を成形し、前記反転歯形構造に対して前記一方の向きに離型することにより樹脂製歯車を形成する工程と、
を具備する樹脂製歯車の製造方法。

【請求項5】

前記樹脂製歯車を形成する工程の前記一方の向きへの離型時に、前記樹脂材料の成形時の収縮性により、前記歯形構造の前記中央部が前記反転歯形構造の前記一方の向きにある端部と干渉しない範囲の凸曲線状となるように、前記反転歯形構造が構成される、
請求項４に記載の樹脂製歯車の製造方法。

【請求項6】

前記反転歯形構造は、全体が一体の型材料により構成される、
請求項４又は５に記載の樹脂製歯車の製造方法。

【請求項7】

前記歯形のうちの前記主要部から歯先までの範囲の半径方向の位置を歯すじに沿って凸曲線状に移動させた前記歯形構造を備え、前記主要部の位置とともに、前記歯先の歯すじに沿った外形線が前記凸曲線状に構成される、
請求項４〜６のいずれか一項に記載の樹脂製歯車の製造方法。

【請求項8】

前記歯形のうちの前記主要部から歯底までの範囲の半径方向の位置を歯すじに沿って凸曲線状に移動させた前記歯形構造を備え、前記主要部の位置とともに、前記歯底の歯すじに沿った外形線が前記凸曲線状に構成される、
請求項４〜７のいずれか一項に記載の樹脂製歯車の製造方法。

【請求項9】

前記反転歯形構造は、前記樹脂製歯車において前記歯形構造を実現するために、前記樹脂材料の成形特性に基づいて前記歯形構造の修正した目標形状に対応する構造である、
請求項４〜８のいずれか一項に記載の樹脂製歯車の製造方法。

【請求項10】

前記各工程の予備工程と、該予備工程により形成された前記樹脂製歯車の前記歯形構造を測定する測定工程とを有し、
前記測定工程により測定された前記歯形構造の測定形状と前記目標形状との差異に基づいて、前記反転歯形構造を前記測定形状が前記目標形状に近づく方向に修正した上で、前記各工程を実施する、
請求項９に記載の樹脂製歯車の製造方法。

【請求項11】

前記各工程の予備工程と、該予備工程の離型時における前記樹脂製歯車の前記歯形構造の前記反転歯形構造による干渉の有無を検査する検査工程とを有し、
前記検査工程により前記歯形構造に前記反転歯形構造による干渉が発見された場合には、前記反転歯形構造を前記歯形構造の前記反転歯形構造による前記干渉がなくなる方向に修正した上で、前記各工程を実施する、
請求項４〜９のいずれか一項に記載の樹脂製歯車の製造方法。

【請求項12】

前記各工程の予備工程と、該予備工程により形成された前記樹脂製歯車の性能評価を行う性能評価工程とをさらに有し、
前記性能評価工程により求めた性能評価指標から前記歯形構造の目標形状の好適範囲を設定し、前記反転歯形構造を前記歯形構造が前記目標形状の前記好適範囲に収まるように設定した上で、前記各工程を実施する、
請求項４〜９のいずれか一項に記載の樹脂製歯車の製造方法。

【請求項13】

前記反転歯形構造を形成する工程は、
前記歯形構造に相当する原歯形構造を有するマスター型を形成する第１の工程と、
前記マスター型の前記原歯形構造を前記型材料に転写することにより前記反転歯形構造を形成する第２の工程と、
を有する請求項４〜１２のいずれか一項に記載の樹脂製歯車の製造方法。

【請求項14】

前記第２の工程は、前記マスター型に電鋳を施すことにより、前記反転歯形構造を備えた前記型材料を形成する工程である、
請求項１３に記載の樹脂製歯車の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は樹脂製歯車及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、樹脂により形成された歯車は、各種装置の内部において、各部の駆動機構や案内機構などを動作させるために多用されている。樹脂製歯車は、射出成形などによって容易に成形できる点で有利であるものの、樹脂の流動性や収縮性などの特性によって、流動性の不足や樹脂の収縮による転写性の悪化や形状精度の悪化などが問題とされる。一方、以下に示す特許文献１〜３においては、樹脂の収縮性を利用して歯車に特定のクラウニング形状を形成することにより、歯車の片当たりや外端部への応力集中による騒音や摩耗を低減することができるように、或いは、歯車同士の噛合時の微小振動等による動作のピッチムラを防止することができるように、歯車性能の向上を図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１−５４９１２号公報

【特許文献2】特開２００２−２７３７５９号公報

【特許文献3】特開２００５−２９２６３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、樹脂製歯車では、成形型の構造によりクラウニング形状を設けようとしても、クラウニング形状を備える成形型を低コストで精度よく形成することができず、また、歯面の歯すじに沿った方向のアンダーカットにより離型が困難であるという問題点がある。このような問題点を回避しようとする方法が上記従来の特許文献に記載された方法であるが、これらの方法では、上述のように樹脂の収縮性（ヒケ）を意図的に制御してクラウニング形状を構成する分、成形精度が低下するため、歯形の形状精度を高めることが難しく、歯形状の再現性も得にくいという問題点がある。また、或る程度の品質を満足する条件を決めるまでに時間や手間がかかるという問題もある。さらに、条件設定の時間や手間に加え、樹脂の特性を精密に制御するためには金型構造が複雑になったり、成形時間も増大させたりする必要が生ずる可能性があるので、製造コストが増加する可能性が高い。

【0005】

そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、歯車性能を確保しつつ、歯形状の精度や再現性が容易に得られる樹脂製歯車及びその製造方法を実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

斯かる実情に鑑み、本発明に係る樹脂製歯車は、歯形状の歯幅方向の中央部の歯形のうちの少なくとも主要部が前記歯幅方向の両端部の前記少なくとも主要部よりも半径方向に突出するように、前記少なくとも主要部の半径方向の位置を歯すじに沿って凸曲線状に移動させた歯形構造を備えたことを特徴とする。ここで、上記歯形とは、例えば、歯形状のうちの歯すじに沿った方向と直交する断面形状、特に、歯面を構成する部分の輪郭形状を言い、インボリュート歯形などが挙げられる。また、上記主要部とは、前記歯形のうちの歯先の近傍及び歯底の近傍を除いた歯当たりを生ずる部分を言う。

【0007】

本発明において、前記歯形構造の前記中央部と前記歯幅方向の少なくとも一方の端部との間の前記半径方向の位置の差の前記歯幅方向の全幅に対する比率が１／１２００〜６／１２００であることが好ましい。特に、上記比率が２／１２００〜５／１２００であることが望ましい。

【0008】

本発明において、前記歯形のうちの前記主要部から歯先までの範囲の半径方向の位置、或いは、前記主要部から歯底までの範囲の半径方向の位置を歯すじに沿って凸曲線状に移動させた前記歯形構造を備え、前記主要部の位置とともに、前記歯先と歯底の少なくとも一方の歯すじに沿った外形線が前記凸曲線状に構成されることが好ましい。特に、歯先と歯底の双方の前記歯すじに沿った外形線が前記凸曲線状に構成されることが望ましい。なお、歯形の主要部の位置、歯先及び歯底の外形線とは、それぞれ歯形状の外形に関するものを言い、外歯の歯車だけでなく、内歯の歯車にも適用可能な概念である。

【0009】

次に、本発明に係る樹脂製歯車の製造方法は、歯形状の歯幅方向の中央部の歯形のうちの少なくとも主要部が前記歯幅方向の両端部の前記少なくとも主要部よりも半径方向に突出するように、前記少なくとも主要部の半径方向の位置を歯すじに沿って凸曲線状に移動させた歯形構造を設定し、該歯形構造に対応する反転歯形構造を備えた型材料を形成する工程と、前記反転歯形構造を備えた前記型材料から形成され、被成形品が前記反転歯形構造に対して前記歯すじに沿った方向の一方の向きに離型されるように構成された型構造を備える成形型を用いて、樹脂材料を成形し、前記反転歯形構造に対して前記一方の向きに離型することにより樹脂製歯車を形成する工程と、を具備することを特徴とする。

【0010】

本発明において、前記樹脂製歯車を形成する工程の前記一方の向きへの離型時に、前記樹脂材料の成形時の収縮性により、前記歯形構造の前記中央部が前記反転歯形構造の前記一方の向きにある端部と干渉しない範囲の凸曲面状となるように、前記反転歯形構造が構成されることを特徴とする。ここで、前記反転歯形構造は、全体が一体の型材料により構成されることが好ましい。

【0011】

本発明において、前記歯形のうちの前記主要部から歯先までの範囲の半径方向の位置、或いは、前記主要部から歯底までの範囲の半径方向の位置を歯すじに沿って凸曲線状に移動させた前記歯形構造を備え、前記主要部の位置とともに、前記歯先と歯底の少なくとも一方の前記歯すじに沿った外形線が前記凸曲線状に構成されることが好ましい。特に、歯先と歯底の双方の前記歯すじに沿った外形線が前記凸曲線状に構成されることが望ましい。なお、歯形の主要部の位置、歯先及び歯底の外形線とは、それぞれ歯形状の外形に関するものを言い、外歯の歯車だけでなく、内歯の歯車にも適用可能な概念である。

【0012】

本発明において、前記反転歯形構造は、前記樹脂製歯車において前記歯形構造を実現するために、前記樹脂材料の成形特性に基づいて前記歯形構造の修正した目標形状に対応する構造であることが好ましい。ここで、前記樹脂材料の成形特性とは、樹脂材料の降温時の収縮性や成形時の流動性、或いは、これらにより得られる型形状の転写性などを言う。

【0013】

本発明において、前記各工程の予備工程と、該予備工程により形成された前記樹脂製歯車の前記歯形構造を測定する測定工程とをさらに有し、前記測定工程により測定された前記歯形構造の測定形状と前記目標形状との差異に基づいて、前記反転歯形構造を前記測定形状が前記目標形状に近づく方向に修正した上で、前記各工程を実施することが好ましい。ここで、前記予備工程は、前記歯形構造に対応する反転歯形構造を形成する予備工程と、前記反転歯形構造を備えた前記型材料から形成され、被成形品が前記反転歯形構造に対して前記歯すじに沿った方向の一方の向きに離型されるように構成された型構造を備える成形型を用いて、前記樹脂材料を成形し、前記反転歯形構造に対して前記一方の向きに離型することにより前記樹脂製歯車を形成する予備工程と、を含む。

【0014】

本発明において、前記各工程の予備工程と、該予備工程の離型時における前記樹脂製歯車の前記歯形構造の前記反転歯形構造による干渉の有無を検査する検査工程とをさらに有し、前記検査工程により前記歯形構造に前記反転歯形構造による干渉が発見された場合には、前記反転歯形構造を前記歯形構造の前記反転歯形構造による前記干渉がなくなる方向に修正した上で、前記各工程を実施することが好ましい。

【0015】

本発明において、前記各工程の予備工程と、該予備工程により形成された前記樹脂製歯車の性能評価を行う性能評価工程とをさらに有し、該性能評価工程により求めた性能評価指標から前記歯形構造の目標形状の好適な範囲を設定し、前記反転歯形構造を前記歯形構造が前記目標形状の前記範囲に収まるように設定（変更）した上で、前記各工程を実施することが好ましい。なお、上記測定工程、上記検査工程、上記性能評価工程は、共通の予備工程後において、共通の予備工程により形成された樹脂製歯車に対して行うようにしてもよい。

【0016】

本発明において、前記反転歯形構造を形成する工程は、前記歯形構造に相当する原歯形構造を有するマスター型を形成する第１の工程と、前記マスター型の前記原歯形構造を型材料に転写することにより前記反転歯形構造を形成する第２の工程とを有することが好ましい。この場合において、前記反転歯形構造の修正や設定（変更）は、前記原歯形構造の修正や設定（変更）により間接的に行われる。

【0017】

本発明において、前記第２の工程は、前記マスター型に電鋳を施すことにより前記反転歯形構造を備えた前記型材料を形成する工程であることが好ましい。

【0018】

本発明において、前記第４の工程は、前記成形型を用いた射出成形により前記樹脂材料を成形する工程であることが好ましい。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、樹脂製歯車の性能を確保しつつ、歯形形状の精度や再現性が容易に得られる製造方法を実現することができるという優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明に係る樹脂製歯車の製造方法の製造プロセスを示す概略工程図である。

【図2】測定工程による測定結果及び検査工程による検査結果に基づく原歯形構造の修正プロセスを示す概略工程図である。

【図3】樹脂製歯車の性能評価工程による性能評価結果に基づく歯形構造の目標形状の変更プロセスを示す概略工程図である。

【図4】製造プロセスの具体例を示す工程図である。

【図5】マスター型の構造を示す概略構成図（ａ）及びマスター型を用いた電鋳プロセスの電鋳槽の概略構成を示す概略構成図（ｂ）である。

【図6】電鋳により形成された型材料をさらに成形して形成した成形コアの構造を示す縦断面図（ａ）、横断面図（ｂ）、反転歯形構造を示す斜視図（ｃ）、及び、縦断面図（ａ）の領域Ｄを拡大して示す拡大部分断面図（ｄ）である。

【図7】上記成形コアを内蔵した射出成形用の成形型の概略構造を示す断面図（ａ）及びこの断面図を補足する部分平面図（ｂ）及び部分断面図（ｃ）である。

【図8】成形された樹脂製歯車の拡大断面図である。

【図9】樹脂製歯車の歯形構造を説明するための模式的な拡大断面図である。

【図10】樹脂製歯車の種々の噛合状態を示す説明図（ａ）〜（ｃ）である。

【図11】歯車のクラウニング形状の例を模式的に示す歯形の斜視図（ａ）〜（ｃ）である。

【図12】相対特殊クラウニング量と騒音レベルとの関係を示すグラフである。

【図13】相対特殊クラウニング量と相対ねじれ角誤差及び摩耗量との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0021】

次に、添付図面を参照して本発明に係る樹脂製歯車の製造方法の実施形態について詳細に説明する。最初に、図１に示される本実施形態の基本的な各工程について説明するとともに、図４に示す具体的なプロセス内容について、図５〜図９を参照してさらに説明する。

【0022】

図１に示すように、本実施形態を実施するに際しては、製造すべき樹脂製歯車の材質と基本的形態（歯車の基本的な仕様）が設定されなければならない。この基本的形態とは、例えば、通常の歯車の設計図面に盛り込まれる形状寸法に係り、歯形を、例えばインボリュート歯形とすることも含まれる。また、この材質と基本的形態に基づいて、樹脂製歯車の歯形構造の目標形状（歯形状の外形）が設定される。本実施形態の歯形構造の目標形状とは、歯形修正や歯筋修正などを含む、より詳細な形状に関する。例えば、歯形修正には歯先修正と歯元修正があり、歯筋修正にはクラウニングやレリービングなどがある。

【0023】

本実施形態の樹脂製歯車は、インボリュート歯形などの基本的な歯形の半径方向Ｆｒの位置が歯すじに沿って凸曲線状となるような歯形構造を備えている。本実施形態の歯形構造は、図１１（ａ）に示すクラウニング形状、すなわち、歯形状Ｔの歯面Ｔａを歯幅方向Ｆｗの中央部で歯厚が大きくなるように突出させ、歯当たりＴｂを中央部に制限した形状や、図１１（ｂ）に示すエンドレリーフ形状、すなわち、歯形状Ｔの歯面Ｔａを歯幅方向Ｆｗの両端近傍の端部Ｔｃでカットして歯当たりが生じない逃げ部を設けた形状などとは異なる。

【0024】

本実施形態の歯形構造は、図１１（ｃ）に示すように、歯形構造の一つの歯形状Ｔのうちの、歯面Ｔａの歯当たりが生ずる主要部、すなわち、歯先や歯底の近傍を除いた歯面部分を構成する歯形の位置を歯幅方向Ｆｗの全範囲において歯すじに沿った方向Ｆｔに見て基本的に同じ形状とし、この同じ形状の歯形の半径方向Ｆｒの配置態様を歯すじに沿った方向Ｆｔに凸曲線状に形成したものである。すなわち、本実施形態の歯形構造のうちの一つの歯に相当する歯形状Ｔにおいては、歯幅方向Ｆｗの両端部Ｔｃよりも歯形状Ｔの上記主要部が半径方向Ｆｒに突出した位置にある中央部Ｔｐを備えた形状を有する。なお、このような歯形状Ｔは、図１１（ａ）に示す一般的なクラウニング（形状）とは異なるため、本明細書では特殊クラウニング（形状）と呼ぶこととする。

【0025】

ただし、本実施形態では、歯形状Ｔのうちの上記主要部に限らず、上記主要部から歯先Ｔｄまでの全体（歯末に係る全部分）の歯形（断面形状）が、歯すじに沿った方向Ｆｔに見て同一の形状を備えるとともに、同方向Ｆｔに沿った中央部Ｔｐが端部Ｔｃよりも半径方向Ｆｒに突出した態様の上記凸曲線状に配置されている。すなわち、歯先Ｔｄの外形線が、上記主要部と同様に中央部Ｔｐが半径方向Ｆｒに突出し、端部Ｔｃが低くされた凸曲線状に形成されている。ここで、歯先Ｔｄの外形線の中央部Ｔｐは歯先Ｔｄの頂部となっている。したがって、歯形状Ｔは、歯先円直径が歯幅方向Ｆｗの中央部Ｔｐにある頂部で最も大きく、この頂部の歯幅方向Ｆｗの両側において歯先円直径が歯すじに沿って徐々に小さくなっていく形状である。

【0026】

また、本実施形態では、歯形状Ｔのうちの上記主要部に限らず、上記主要部から歯底Ｔｅまでの全体（歯元に係る全部分）の歯形（断面形状）が、歯すじに沿った方向Ｆｔに見て同一の形状を備えるとともに、同方向Ｆｔに沿った中央部Ｔｐが端部Ｔｃよりも半径方向Ｆｒに突出した態様の上記凸曲線状に配置されている。すなわち、歯底Ｔｅの外形線が、上記主要部と同様に中央部Ｔｐが半径方向Ｆｒに突出し、端部Ｔｃが低くされた凸曲線状に形成されている。ここで、歯底Ｔｅの外形線の中央部Ｔｐは歯底Ｔｅの頂部となっている。したがって、歯形状Ｔは、歯底円直径が歯幅方向Ｆｗの中央部Ｔｐにある頂部で最も大きく、この頂部の歯幅方向Ｆｗの両側において歯すじに沿って歯先円直径が徐々に小さくなっていく形状である。

【0027】

本実施形態では、上述のように、歯形状Ｔの歯先Ｔｄから歯底Ｔｅにわたる全体が歯すじに沿った方向Ｆｔに見て同一の歯形（断面形状）を有するものの、当該歯形（断面形状）は、歯幅方向Ｆｗの中央部Ｔｐで半径方向Ｆｒの外側に配置され、端部Ｔｃで半径方向Ｆｒの内側に配置される態様で、凸曲線状の配置態様を備えている。すなわち、本実施形態の歯形構造としては、図９に示すように、歯形の断面形状の全体が歯すじに沿って凸曲線状の配置態様となるように、それぞれの歯形状が構成される。したがって、歯すじに沿った歯先Ｔｄの外形線が凸曲線状に構成されるだけでなく、歯すじに沿った歯底Ｔｅの外形線も凸曲線状に構成される。このような構造は、歯形（断面形状）自体が歯すじに沿って変化（変形）するものではないため、後述するように、歯切り工具等によって容易に形成できるという大きな利点を有する。

【0028】

上述のように、本実施形態の歯形構造は、単なる歯面や歯先の修正を歯すじに沿って凸曲線状に施すことにより形成されたものではない。しかし、基本的な歯形（歯すじに沿った方向Ｆｔと直交する断面の形状）の位置が歯すじに沿って半径方向Ｆｒに移動する凸曲線状に配置される。このため、結果として、図１１（ａ）に示すクラウニング形状と同様に、図１１（ｃ）に示すように歯面Ｔａの歯当たりＴｂが中央に制限される。

【0029】

なお、図１１（ｃ）に示す歯形状Ｔは、上記の本実施形態の具体的な歯形状とは異なり、結果として、歯先Ｔｄが歯すじに沿って凸曲線状に形成されるが、歯底Ｔｅは歯すじに沿ってほぼ平坦に形成されている例を示す。本実施形態の歯形構造は、前述のように、上記特殊クラウニング（形状）と呼べるものであればよいので、図１１（ｃ）に示す歯形状Ｔも包含する。

【0030】

樹脂製歯車の歯形構造の目標形状は、歯車の材質や基本的形態に基づいて、歯すじに沿った方向Ｆｔに見たときの歯形位置の半径方向Ｆｒの配置を示す凸曲線状の歯形状である。図１０（ａ）に示すような、歯すじに沿って歯形位置が平坦に配置された標準歯車ＳＧ同士の噛み合わせでは、歯車の内径ガタや歯車軸の倒れなどがあると、歯車の片当たりや外端部への応力集中による騒音や摩耗が生じやすくなる。しかし、図１０（ｂ）に示すように、歯形位置が歯すじに沿って凸曲線状に配置された歯形構造を有するクラウニング歯車ＣＧが一方に用いられる場合や、図１０（ｃ）に示すように、同様の歯形構造を有するクラウニング歯車ＣＧが両方に用いられる場合には、歯当たりが中央部に制限され、端部の歯当たりが抑制されるため、歯車の内径ガタや歯車軸の倒れなどによる片当たりや外端部への応力集中が緩和される。

【0031】

しかしながら、本願発明者らが種々の実験を行った結果、上記の特殊クラウニングの凸曲線状の歯形配置であれば必ず良くなるわけではなく、凸曲線状の曲率が大きくなりすぎると、噛み合い率の低下による騒音や摩耗の異常が発生するとともに、歯形構造の形成そのものが困難になることが判明した。その上で、本願発明者らは、上記の特殊クラウニング形状の適切な形状範囲を高い精度と再現性をもって実現することができる好適な製造方法を考案した。しかも、この製造方法であれば、樹脂成形により低コストで歯車を量産することが可能である。したがって、従来において、一般的なクラウニング形状を備えたクラウニング歯車では不可能であった、低コストでの量産を、特殊クラウニング形状と上記製造方法によって実現することができる。

【0032】

本実施形態では、上記の歯形構造の目標形状を設定した後に、この目標形状に対応する原歯形構造の設定を行う。この原歯形構造は、後述する第１の工程におけるマスター型に形成すべき歯形構造である。なお、このマスター型は、後述する第２の工程における反転歯形構造を形成するためのものである。このとき、反転歯形構造を塑性加工や切削加工などにより直接に形成する場合には、上記目標形状に基づいて、直接に反転歯形構造を設定すればよい。

【0033】

上記原歯形構造は、本実施形態の製造方法による転写精度や成形精度が極めて高いものであれば、上記歯形構造の目標形状と一致させることができる。しかし、実際には、本実施形態の樹脂製歯車は、原歯形構造の転写を経た反転歯形構造を備える成形コアを用いた樹脂材料の成形によって製造されるものであるから、転写精度や成形精度の限界によって十分な形状精度を得ることができない場合がある。このため、原歯形構造は、転写精度や成形精度を考慮して、歯形構造の目標形状に対して所定の修正を施し、これに相当する原歯形構造を設定すれば、目標形状の歯形構造を高精度に得ることができる。なお、上記のように反転歯形構造を直接形成する場合にも、上記と同様に、成形精度を考慮して、歯形構造の目標形状に対して所定の修正を施し、これに対応する反転歯形構造を設定すれば、目標形状の歯形構造を高精度に得ることができる。

【0034】

歯形構造の上記目標形状から原歯形構造や反転歯形構造を設定する方法は種々あるが、その方法の一部は後述する。ここでは、原歯形構造の設定が適格に行われたことを前提として、以下に製造工程の詳細について説明していく。

【0035】

図１に示すように、第１の工程は、マスター型の形成を行う工程である。この第１の工程では、原歯形構造を備えたマスター型を切削加工や塑性加工（鍛造や転造）などによって形成する。第１の工程の具体例としては、図４に示すように、歯切加工による歯形創成が挙げられる。歯切加工は、ホブやピニオンカッタなどの歯切工具を用いた加工である。この歯切加工は特に限定されないが、ホブやピニオンカッタなどを用いることで、歯すじに沿って同一の歯形（断面形状）を備えた歯形状を容易に形成できる。本実施形態の特殊クラウニング形状を備えた歯形構造は、（例えば、同形状の歯車と噛合させた場合に）歯形状のうちの少なくとも歯当たりが生ずる部分である、主要部が歯すじに沿って同一の断面形状を備え、しかも、当該主要部の位置が歯すじに沿った方向Ｆｔに見て半径方向Ｆｒに移動する凸曲線状に配置されている。したがって、ホブやピニオンカッタを直線状に送るのではなく、上記凸曲線状に送ることにより、本実施形態の歯形構造を容易に形成できる。特に、歯先Ｔｄと歯底Ｔｅの外形線がいずれも歯すじに沿って凸曲線状に構成された歯形構造であれば、ホブ旋盤などによって容易に切削加工を行うことができる。なお、この場合には、その後に歯先や歯底の修正を行っても構わないが、本実施形態の歯形構造では、歯形全体が凸曲線状に構成されるため、その後の歯先や歯底の修正を行う必要はほとんどない。一方、図１１（ａ）に示す従来のクラウニング形状では、歯すじに沿った方向Ｆｔに歯形（断面形状）自体を変えることにより、歯幅方向Ｆｗの中央部Ｔｐの歯面Ｔａを端部Ｔｃよりも突出させているため、上述のような方法では加工しにくく、形状精度を実現することも極めて難しい。ここで、上記主要部とは、一般的には、歯先や歯底の近傍、例えば全歯たけの上下１０〜１５％の部分を除いた部分、歯形修正が行われる場合には歯形修正範囲を少なくとも除いた部分、さらには、当該歯車が一方の回転の向きしか歯当たりが生じない用途で用いる歯車である場合には、当該歯当たりが生ずる側とは反対側の歯面に係る部分を除いた部分を言う。

【0036】

図５（ａ）には、本実施形態で形成されるマスター型１０を示す。マスター型１０は、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属により構成され、上記の歯切加工等により形成された原歯形構造１１ａを備えた歯形構造部１１と、この歯形構造部１１を支持する支持部１２とを備えている。なお、マスター型１０の材質は、電鋳後の離型段階で容易に溶解、離型できる材質とすることが求められるが、一般的には、上記の他に、真鍮等のＣｕ合金などの他の金属を用いることもできる。ここで、原歯形構造１１ａは、図示例の場合には、後述するはすば歯車に対応したものであるが、特にこれに限定されるものではない。

【0037】

上述のようなマスター型１０が形成されると、次に、第２の工程として、マスター型１０からの型形状の転写プロセスが実施される。図５（ｂ）は、この第２の工程の具体例である電鋳プロセスを行う電鋳槽２０の構造を模式的に示す図である。電鋳槽２０には、硫酸ニッケルなどを主成分とするワット浴やスルファミン酸ニッケル浴などの金属塩溶液からなる電解液２１を用意し、その中にＮｉ等からなる陽極２２を配置する。一方、吊り下げ構造等を有する支持電極２３に上記マスター型１０を接続し、マスター型１０を上記電解液中に浸漬する。そして、陽極２２と支持電極２３との間に電流を流して、マスター型１０の表面にＮｉやＮｉ合金などの型材料を析出させる。この型材料には、上記原歯形構造が反転されてなる反転歯形構造が転写される。

【0038】

その後、マスター型１０から上記型材料を離型する。このとき、アルミニウムやアルミニウム合金を用いたマスター型１０の場合、水酸化ナトリウムを加熱沸騰させるなどの方法でマスター型１０を溶解し、型材料を離型する。真鍮などの銅合金を用いたマスターの場合にはクローム酢酸などを用いて溶解することができる。これにより、上記マスター型１０が除去され、上記反転歯形構造を備えた型材料が分離される。

【0039】

次に、本実施形態の第３の工程を実施する。この第３の工程では、成形型の形成が行われる。第２の工程で得られた上記型材料には、上記マスター型１０の原歯形構造が転写されてなる反転歯形構造が形成されている。そこで、この反転歯形構造を備えた部分に切削加工などを施すことにより、図６に示す成形コア３０を形成する。この成形コア３０は、図示例の場合、内側に歯車となるべきキャビティを構成するための貫通孔３０ａを備え、この貫通孔３０ａに臨む内周面３１に、上記原歯形構造１１ａが転写されることにより形成された反転歯形構造３１ａが形成されたものである。

【0040】

反転歯形構造３１ａは、上記原歯形構造１１ａが反転した状態に転写されるため、反転歯形位置３１ｓが歯幅方向Ｆｗの底部である中央部３１ｂよりも両側の端部３１ｃで半径方向内側に突出するように凹曲線状に配置されている。特に、反転歯形構造の歯形状の歯先３１ｄと歯底３１ｅの双方の外形線が歯すじに沿った方向Ｆｔに見て凹曲線状に構成されている。図示例の反転歯形構造３１ａは、特に限定されるものではないが、図６（ｃ）に示すように、はすば歯車（はすば外歯歯車）に対応するものである。したがって、歯すじに沿った方向Ｆｔは、歯幅方向Ｆｗに対して所定のねじれ角だけ傾斜している。なお、反転歯形位置３１ｓは、図面上において、歯形のピッチ円の通過点を歯すじに沿った方向に繋いだ凹曲線状の線（図示一点鎖線）として示してある。ただし、これはあくまでも反転歯形の位置をピッチ円によって代表して示すものに過ぎない。

【0041】

上記のようにして形成された成形コア３０は、図７に示す射出成形用金型セット４０の内部に収容される成形型５０に組み込まれる。成形型５０は、固定型ベース４１内に装着されたゲート５１ａを備えた固定側成形型５１と、可動型ベース４２内に装着されたセンターピン５２ａを備えた可動側成形型５２とを有する。そして、この可動側成形型５２に対して、成形コア３０と、この成形コア３０を保持する保持枠５３とが軸受５４を介して回転可能に装着される。

【0042】

本実施形態の第４の工程では、図示しない射出成型機により、上記射出成形用金型セット４０を用いて射出成形が行われる。本実施形態では、固体潤滑剤を充填した摺動性グレードのポリアセタール・ホモポリマを用いた。この金型セット４０のスプール４０ａ及びランナーを通過した高温（例えば、１９０〜２１０℃）で溶融状態の樹脂材料は、ゲート５１ａを通過して、（例えば、８０〜９０℃に設定された）成形型５０の内部に形成されたキャビティ５０ａ内に流入する。ここで、樹脂材料がキャビティ５０ａ内に充填されてから冷却されることで固化して樹脂製歯車が成形される。キャビティ５０ａ内で成形された樹脂製歯車ができると、金型セット４０の可動側が動作してＰＬ面において型開きが行われ、その後、好ましくは複数のエジェクタピン５５が樹脂製歯車を固定側へ向けて押し出すのと同時に、成形コア３０と保持枠５３が上記ねじれ角に対応して回転する。これにより、はすば歯車として構成された樹脂製歯車６０（図８参照）は、その歯形構造６１ａの歯すじに沿った方向の一方の向き（固定側、図示上方）へ突き出される。なお、平歯車の場合には、上記回転構造が不要であり、そのまま、歯幅方向Ｆｗと一致する歯すじに沿った方向Ｆｔの一方の向きに離型される。

【0043】

図８に示すように、上述の第４の工程により成形された樹脂製歯車６０は、歯形構造部６１の内側にウエブ部６２を介して内周部６３が設けられ、この内周部６３の内側に軸孔６０ａが形成された外歯の歯車（実際には、はすば歯車）である。上記歯形構造部６１は、上記成形コア３０の反転歯形構造３１ａを反映した歯形構造６１ａを備えている。なお、図示のＴＫｒは、樹脂製歯車６０の半径方向Ｆｒの厚みである。図９に示すように、歯形構造６１ａは、上記中央部（底部）３１ｂに対応する位置に頂部である中央部６１ｐを備え、歯すじに沿って凹曲線状に配置された上記反転歯形位置３１ｓに対応する歯形位置６１ｓを有する。この歯形位置６１ｓは、歯すじに沿って凸曲線状に構成される。また、歯形構造６１ａの歯先６１ｄ及び歯底６１ｅの双方の外形線は、歯すじに沿って、いずれも上記と同じ凸曲線状になるように構成されている。なお、歯形位置６１ｓは、図９において、歯形のピッチ円の通過点を歯すじに沿った方向に繋いだ線（図示一点鎖線）として示してある。ただし、これはあくまでも歯形の位置をピッチ円によって代表して示すものに過ぎない。

【0044】

本実施形態において、上記凸曲線状の歯形位置６１ｓ（歯先６１ｄ及び歯底６１ｅの外形線の位置）の中央部６１ｐ（頂部）は歯幅方向Ｆｗの厳密な中間点である必要はなく、両端部６１ｃよりも中央側の位置であればよい。ただし、中央部６１ｐは端部６１ｃよりも上記中間点に近い位置であることが好ましい。図示例では、中央部６１ｐ（頂部）は中間点に設けられ、その歯形位置や外形線は、歯幅方向Ｆｗの中間点の両側に対称な凸曲線状となるように構成されている。したがって、歯幅方向Ｆｗの両端部６１ｃにおける歯形位置６１ｓ（歯先６１ｄ及び歯底６１ｅの外形線の位置）は、半径方向Ｆｒ（歯たけ方向）に見て同じ径位置にある。そこで、本実施形態では、図示例に基づいて、上記凸曲線状の形態を示すパラメーターとして、中央部６１ｐと両端部６１ｃの間の歯形位置６１ｓ（歯先６１ｄ及び歯底６１ｅの外形線の位置）の半径方向Ｆｒの差を特殊クラウニング量ΔＣＲ（ΔＣＲｄ、ΔＣＲｅ）とする。なお、図９に示す本実施形態の歯形構造６１ａでは、歯形位置６１ｓの凸曲線状と、歯先６１ｄ及び歯底６１ｅの外形線の凸曲線状とは同一であるため、ΔＣＲ＝ΔＣＲｄ＝ΔＣＲｅである。ただし、前述のように、歯形構造６１ａは上記特殊クラウニング形状を備えていればよく、本実施形態の態様に限定されるものではない。

【0045】

特殊クラウニング量ΔＣＲは、中央部６１ｐ（頂部）の位置（歯幅方向Ｆｗの中央部）におけるピッチ円上での歯面のクラウニング量（歯幅方向Ｆｗの中央部６１ｐと端部６１ｃでの歯厚の差の０．５倍の値）を生じさせる。これにより、樹脂製歯車６０が他の歯車と噛合したときの歯当たりは、歯面の中央部に限定される。なお、実際の歯面の特殊クラウニング量は、本実施形態の場合とは異なり、歯形の転位量によっても変化する。

【0046】

次に、図２を参照して、上記歯形構造６１ａの目標形状若しくは上記原歯形構造１１ａの設定の方法、或いは、上記目標形状若しくは上記原歯形構造１１ａの修正について説明する。本実施形態では、上記第１の工程〜第４の工程と同様の工程を、原歯形構造１１ａを仮に設定してそれぞれ第１の予備工程〜第４の予備工程として行い、その後、図２に示す測定工程と検査工程の少なくとも一方、好ましくは双方を実施する。なお、直接に反転歯形構造３１ａを形成する場合には、上記原歯形構造１１ａの代わりに反転歯形構造３１ａを設定すればよい。この場合において、上記目標形状や歯形構造の修正方法は、基本的には、歯形構造６１ａに相当する歯形か、歯形構造６１ａと反転した歯形かの相違、及び、反転歯形構造３１ａを介在させた間接的な成形か、直接的な成形かの相違に過ぎないので、本質的に変わるものではない。

【0047】

上記の測定工程は、第４の予備工程において成形された樹脂製歯車６０の上記歯形構造６１ａを測定する。より具体的には、上記歯形構造６１ａの歯すじに沿った歯形位置６１ｓの配置を示す凸曲線状のプロファイルを、例えば、ピッチ円上の歯面の高さによって測定し、特殊クラウニング量ΔＣＲを求める。ただし、本実施形態の上記具体的な歯形構造であれば、歯先６１ｄ又は歯底６１ｅの外形線の歯すじに沿った方向Ｆｔの凸曲線状のプロファイルを測定してもよい。後述する実施例で行った測定工程では、歯先６１ｄの外形線の歯すじに沿った方向Ｆｔの凸曲線状のプロファイルを測定し、上記特殊クラウニング量ΔＣＲｄを求めた。

【0048】

上記のようにして測定した凸曲線状のプロファイル、或いは、特殊クラウニング量ΔＣＲを、歯形構造の上記目標形状のプロファイル、或いは、特殊クラウニング量の目標値と比較し、その差異に応じて、上記第１の予備工程で用いたマスター型１０の原歯形構造１１ａを修正する。具体的には、原歯形構造１１ａの上記特殊クラウニング量に相当する値を、上記特殊クラウニング量ΔＣＲ（ΔＣＲｄ）の目標値と測定値の差分だけ、測定値が目標値に近づく方向に修正する。なお、このような予備工程及び測定工程は、必要な歯形構造６１ａの精度や再現性が得られるまで行う。必要に応じて、上記予備工程及び測定工程を複数回繰り返してもよい。

【0049】

上記の検査工程では、上記樹脂製歯車６０の歯形構造６１ａに、上記第４の予備工程の離型段階において成形コア３０との干渉による傷があるか否かを確認する。樹脂製歯車６０の上記歯形構造６１ａの上記中央部（頂部）６１ｐは歯幅方向Ｆｗの両端部６１ｃに比べて突出している。一方、成形コア３０の上記反転歯形構造３１ａの歯幅方向Ｆｗの上記端部３１ｃは、歯幅方向Ｆｗの中央部３１ｐに比べて半径方向Ｆｒに突出している。この成形コア３０の半径方向Ｆｒのアンダーカット構造のため、上述のように、成形コア３０に対して樹脂製歯車６０を歯すじに沿った方向の一方の向きに離型する際に、当該中央部６１ｐの近傍が成形コア３０の反転歯形構造３１ａにおける歯幅方向Ｆｗの一方の側の端部３１ｃと干渉することがある。

【0050】

上記第４の予備工程においては、射出後にキャビティ５０ａの内部で樹脂材料が冷却することにより、反転歯形構造３１ａによって転写された歯形構造６１ａが成形コア３０の内面から離反する。このとき、上記樹脂材料の収縮により生じた、上記中央部６１ｐにおける反転歯形構造３１ａの表面に対する隙間が、反転歯形構造３１ａの上記特殊クラウニング量ΔＣＲ（或いは、歯形修正を行わない場合のΔＣＲｄ、ΔＣＲｅ）に対応する中央部３１ｐと離型する側の端部３１ｃとの半径方向Ｆｒの寸法差（アンダーカット量）よりも大きければ、通常は、上記中央部６１ｐは反転歯形構造３１ａの歯幅方向Ｆｗの一方の側の端部３１ｃと抵触することはない。したがって、もし、上記の傷などが発見された場合、成形条件（温度条件、成形時間など）や樹脂材料の成形特性（収縮性や転写性など）を、上記収縮量が増大する方向に変更するか、或いは、歯形構造の目標形状（特殊クラウニング量）若しくは原歯形構造１１ａを凸曲線状の曲率が小さくなる方向に変更するかの少なくとも一方を実施し、その上で第１の工程〜第４の工程を実施する。なお、このような予備工程及び検査工程は、歯形構造６１ａに傷が生じなくなるまで行う。必要に応じて、上記予備工程及び検査工程を複数回繰り返してもよい。

【0051】

一般に、樹脂材料（熱可塑性樹脂）は成形時に収縮する。成形収縮率は、キャビティ表面温度や射出成形圧力、その他の成形条件（射出後の加圧の有無、キャビティの冷却の有無など）によるが、材料ごとにほぼ定められた範囲の値を有する。特に、ポリアセタール、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトンなどの結晶性樹脂では０．２〜２．５％程度、ＡＢＳ、ポリカーボネート、メタクリル酸メチルエステルなどの非晶性樹脂では０．１〜０．９％程度である。

【0052】

本実施形態の場合、歯車の半径方向Ｆｒに歯形位置６１ｓ又は歯先６１ｄ若しくは歯底６１ｅが移動することにより、歯すじに沿った方向Ｆｔに凸曲線状に構成されるため、反転歯形構造３１ａの歯幅方向Ｆｗの中央部３１ｐと端部３１ｃの間の寸法差（アンダーカット量）は、樹脂製歯車６０の半径方向Ｆｒに生じ、樹脂製歯車６０の歯形構造６１ａの凸曲線状により生ずる特殊クラウニング量ΔＣＲ（ΔＣＲｄ，ΔＣＲｅ）に対応する値となる。一方、樹脂製歯車６０の成形時の樹脂材料の収縮量は、樹脂製歯車６０の半径方向Ｆｒの厚みＴＫｒの値に上記の樹脂材料に応じた成形収縮率を適用させた値を基準として求めることができる。したがって、本実施形態では、樹脂製歯車６０の離型時において成形コア３０との干渉を生じないようにするには、樹脂製歯車６０と成形コア３０の隙間が上記成形コア３０の半径方向Ｆｒのアンダーカット量を上回ればよい。多くの場合、当該アンダーカット量が樹脂製歯車６０の半径方向Ｆｒの全収縮量より小さければ、上記干渉は生じにくくなる。

【0053】

一方、図１１（ａ）に示す従来のクラウニング形状では、アンダーカットは、歯形状Ｔの歯幅方向Ｆｗの中央部の歯面Ｔａの歯厚方向の突出量と、歯幅方向Ｆｗの端部Ｔｃの歯面Ｔａの歯厚方向の突出量との差によって生ずる。したがって、歯形状Ｔの歯厚を基準として樹脂材料の成形収縮率を適用することにより、樹脂材料の収縮によるアンダーカット方向（歯厚方向）の隙間が求められる。したがって、当該隙間は、歯厚を基準とする収縮である点で、極めて僅かであり、その結果、離型が可能なクラウニング量も極めて僅かなものに制限される。これは、基本的に、歯幅方向Ｆｗの中央部と端部で歯形（断面形状）が異なるからである。すなわち、中央部では歯形の歯厚が大きく、端部では歯形の歯厚が小さい。

【0054】

本実施形態では、上述のように、樹脂製歯車６０の成形時の収縮量が歯車の半径を基準として定まることから、成形コア３０の反転歯形構造３１ａと樹脂製歯車６０の歯形構造６１ａとの間に形成される半径方向Ｆｒの隙間が大きくなるため、離型時において、成形コア３０の半径方向Ｆｒの上記アンダーカット量を容易に乗り越えることができる。また、本実施形態の成形コア３０の反転歯形構造３１ａでは、上記特殊クラウニング量ΔＣＲを成形するために結果として生ずる、樹脂製歯車６０の歯幅方向Ｆｗの中央部６１ｐで突出する形状の歯面に対向する成形コア３０の反転歯形構造３１ａの面により、上記と同じ向きに離型する際には、樹脂製歯車６０の歯面に向かう方向のアンダーカットも形成される。しかしながら、このアンダーカット量は、上記半径方向Ｆｒの隙間が大きいことにより、結果として、樹脂製歯車６０の歯面と成形コア３０の上記面との間の隙間が確保されることにより、容易に乗り越えることができる。これは、基本的に、歯幅方向Ｆｗの中央部６１ｐと端部６１ｃで半径方向Ｆｒの位置が異なるだけで、歯形（断面形状）自体は共通であるためである。

【0055】

なお、上記測定工程と上記検査工程は、別々に行ってもよい。また、上記測定工程は、上記検査工程と並行して、或いは、前後して、同じ予備工程により形成された樹脂製歯車６０に対して行ってもよい。このとき、上記目標形状の修正及び原歯形構造１１ａの修正と、上記成形条件や成形特性の変更或いは原歯形構造１１ａの変更とを同時に行ってもよい。

【0056】

次に、図３を参照して、上記歯形構造の目標形状の設定の方法、或いは、上記目標形状の変更について説明する。本実施形態では、前述と同様に、上記第１の工程〜第４の工程と同様の工程を、原歯形構造１１ａを仮に設定してそれぞれ第１の予備工程〜第４の予備工程として行う。その後、今回は、図３に示す騒音試験や摩耗試験を行い、さらに、これらの試験結果に基づいた歯車の性能評価を行う性能評価工程を実施する。この性能評価工程によって得られた性能評価の結果により、上記目標形状を設定或いは変更する。

【0057】

樹脂製歯車６０の騒音試験や摩耗試験は、例えば、図１０（ｂ）又は（ｃ）に示すように、樹脂製歯車６０を少なくとも一方のクラウニング歯車ＣＧとし、これを他方の標準歯車ＳＧ又は同様のクラウニング歯車ＣＧに噛合させた状態で行う。これらの試験は、例えば、動力吸収式の歯車試験機を用いて行うことができる。一般に、歯車性能は、歯形位置６１ｓ（歯先６１ｄ又は歯底６１ｅの外形線）の歯すじに沿った方向Ｆｔの凸曲線状のプロファイルの曲率の大小によって変化する。一般に、上記凸曲線状のプロファイルの曲率が大きくなるほどに、片当たりや外端への応力集中は緩和されるものの、噛み合い率は低下する。このため、上記曲率が小さいと、片当たりや外端への応力集中による騒音や摩耗が生じやすいが、上記曲率が大きくなると、噛み合い率の低下による騒音や摩耗が生じやすくなる。すなわち、一般的に、歯車性能は、歯形位置６１ｓ（歯先６１ｄ又は歯底６１ｅの外形線）の歯すじに沿った方向Ｆｔの凸曲線状のプロファイルの曲率、或いは、上記特殊クラウニング量ΔＣＲ（ΔＣＲｄ、ΔＣＲｅ）に関して、上限及び下限を備えた好適な範囲を備えている。本願発明者らは、上記の知見を図３に示す騒音試験や摩耗試験により確認し、かつ、その根拠を以下に示すように解明した。

【0058】

本願発明者らは、以下の実施例に示す実験により、上記特殊クラウニング量ΔＣＲ（ΔＣＲｄ、ΔＣＲｅ）の好適な範囲が、一般的な歯車構造において、樹脂材料の成形収縮量と同程度若しくはそれ以下の値になることを見い出した。そして、その結果、樹脂製歯車６０の製造コストを抑制しつつ、高精度の歯形構造６１ａを再現性よく製造することができる上述の製造工程を実現することができた。

【0059】

［実施例］
本実施形態では、上記樹脂製歯車６０を以下の諸元を備えるはすば歯車として製造し、それらを駆動側歯車と被動側歯車として噛み合わせ、試験を実施した。なお、樹脂製歯車６０の外径は歯幅方向Ｆｗの中央部で最大値２７．１４ｍｍ（半径は１３．５７ｍｍ）となるようにし、歯幅方向Ｆｗの端部での外径は、上記特殊クラウニング量ΔＣＲｄに応じて、上記よりも僅かに小さな値となるように成形した。

【0060】

（駆動側歯車）
モジュール ０．８
歯数 ３０
ねじれ角 ２０度
歯幅 １２ｍｍ
内径 ６ｍｍ
ねじれ方向 右
圧力角 ２０度

【0061】

（被動側歯車）
モジュール ０．８
歯数 ３０
ねじれ角 ２０度
歯幅 １２ｍｍ
内径 ６ｍｍ
ねじれ方向 左
圧力角 ２０度

【0062】

上記駆動側歯車としては、上記特殊クラウニング量ΔＣＲｄが０ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．１ｍｍの３種類を用意した。一方、上記被動側歯車としては、上記特殊クラウニング量ΔＣＲｄが０ｍｍ、０．０２ｍｍの２種類を用意した。樹脂材料は、いずれも、ジュラコンＮＷ−０２（ポリアセタール樹脂、ポリプラスチックス社製、製品番号）を用いた。また、いずれも、上記の第１の予備工程〜第４の予備工程と、上記測定工程とを実施し、上記特殊クラウニング量ΔＣＲｄが上記の値になるように、歯形構造６１ａの目標形状を修正して、最終的に最適な目標値を設定し、この目標値によりマスター型１０の原歯形構造１１ａの歯形状を調整して製造した。

【0063】

上記のいずれの歯車も、歯形構造６１ａとして、歯すじに沿った方向に歯形の転位量を変化させることにより特殊なクラウニング形状を与えた。ただし、ここで、転位というのは、上述のように、歯形の断面形状を変えずに、歯形の位置を半径方向Ｆｒに移動させることによって与えられたものである。この例では、上記本実施形態と同様に、歯幅方向Ｆｗの中央部の歯形は転位量が０である非転位歯形である。この歯形を、歯幅方向Ｆｗの中央部から端部に向けて歯すじに沿って進むに従って半径方向Ｆｒの内周側に移動させ、負の転位量の絶対値が大きくなるように形成した。これにより、結果として、同じ半径方向Ｆｒの位置（例えば、基準円上の位置）における歯厚は歯幅方向Ｆｗの中央部６１ｐで最も大きく、端部６１ｃで最も小さくなる。したがって、歯面は、中央部６１ｐの基準円上の半径方向Ｆｒの位置だけで見ると、歯幅方向Ｆｗの中央部が膨らんだ凸曲面状となる。また、歯先円直径や歯底円直径も上記中央部で最も大きく、端部で最も小さい。すなわち、歯先稜（歯先の外形線）も歯溝（歯底の外形線）も中央が半径方向に膨らんだ凸形になっている。

【0064】

上記の駆動側歯車と被動側歯車を以下の組み合わせＡ〜Ｅにて噛合させ、騒音試験と摩耗試験を実施した。相互に噛合した２つの歯車の上記特殊クラウニング量ΔＣＲｄを加算してなる相対特殊クラウニング量ΔＲＣＲは、Ａ＝０ｍｍ、Ｂ＝０．０２ｍｍ、Ｃ＝０．０２ｍｍ、Ｄ＝０．１ｍｍ、Ｅ＝０．１２ｍｍである。相対特殊クラウニング量ΔＲＣＲとは、特殊クラウニング歯形の基準ピッチ円の歯すじに沿った形状を円弧近似した場合において、駆動側歯車と被動側歯車が接触するときの歯面の相対曲率から求めた特殊クラウニング量であり、駆動側歯車と被動側歯車の特殊クラウニング量の和に等しい。

【0065】

Ａ：（駆動側歯車）ΔＣＲｄ＝０ｍｍ、（被動側歯車）ΔＣＲｄ＝０ｍｍ
Ｂ：（駆動側歯車）ΔＣＲｄ＝０ｍｍ、（被動側歯車）ΔＣＲｄ＝０．０２ｍｍ
Ｃ：（駆動側歯車）ΔＣＲｄ＝０．０５ｍｍ、（被動側歯車）ΔＣＲｄ＝０ｍｍ
Ｄ：（駆動側歯車）ΔＣＲｄ＝０．１ｍｍ、（被動側歯車）ΔＣＲｄ＝０ｍｍ
Ｅ：（駆動側歯車）ΔＣＲｄ＝０．１ｍｍ、（被動側歯車）ΔＣＲｄ＝０．０２ｍｍ

【0066】

上記騒音試験は、動力吸収式の歯車試験機を用いて行った。この試験機は、２軸の中心距離と食い違い角度を変えることができる。試験歯車の取付部は、無響箱（暗騒音＝３２ｄＢ）で覆われており、噛み合い中心点の直上１００ｍｍの位置に精密騒音計を設置して音圧を測定した。また、ＦＦＴアナライザを用いて騒音の周波数分析を行った。この試験では、歯車の回転速度を５００ｒｐｍ、トルクを０．０３Ｎｍとし、歯車の中心距離は、上記組み合わせＡ〜Ｅのそれぞれにおいて、２５．０５ｍｍ、２５．２５ｍｍ、２５．４５ｍｍと３種に変化させて測定を行った。なお、上記組み合わせのＡとＥでは、食い違い角度を１度与えた実験も行った。なお、実験は、全て室温（２２〜２４℃）で、無潤滑状態にて行った。

【0067】

上記摩耗試験は、上記と同種の動力吸収式の歯車試験機を用いて行った。ただし、この試験機は、２軸に食い違い角度を与えることはできないものであった。この試験では、歯車の回転速度を８００ｒｐｍ、トルクを１Ｎｍとし、中心距離を２５．２０ｍｍで、総回転数を１０^６回転まで運転し、歯車の質量、寸法、歯形誤差、ねじれ角誤差、噛み合い誤差などの変化を測定した。なお、実験は、上記と同様に、全て室温（２２〜２４℃）で、無潤滑状態にて行った。

【0068】

上記騒音試験において分析した騒音の周波数特性では、２５０〜８００Ｈｚ近傍の低周波数帯域と、５０００〜２００００Ｈｚ近傍の高周波数帯域の２つの帯域で、大きな騒音レベルが見られた。上記低周波数帯域の騒音レベルは２０〜５０ｄＢであり、上記高周波数待機の騒音レベルは２５〜４０ｄＢであった。低周波数帯域の騒音は、歯車の噛み合い周波数２５０Ｈｚ（５００ｒｐｍ×３０歯／６０ｓ）の帯域で発生する歯の噛み合い音であると予想できる。この噛み合い音は騒音に大きく影響するものである。歯面の片当たりやクラウニングによって噛み合い率が減少すると、上記噛み合い音は増大する傾向がみられる。

【0069】

また、歯車のＡ特性で補正した騒音レベル（音圧レベルをＡ特性の周波数重み特性で補正したもの）を、上記相対特殊クラウニング量ΔＲＣＲで整理した結果が図１２に示すグラフで示される。図１２では、ばらつきはあるものの、相対特殊クラウニング量ΔＲＣＲが０．０２〜０．０５ｍｍ付近に騒音の極小値があるようにみえる。すなわち、ΔＲＣＲが０．０１〜０．０６ｍｍの範囲（好適な範囲）で騒音の低減効果が得られているようである。これは、歯面が片当たりする場合には、特殊クラウニングによって騒音を低減することができるが、特殊クラウニング量を大きく取りすぎると、噛み合い率が減少して、騒音が増大してしまうためと考えられる。

【0070】

また、上記のように中心距離を変化させて測定したデータによると、中心距離が２５．０５ｍｍや２５．２５ｍｍでは上述の好適な範囲が得られるが、中心距離が２５．４５ｍｍになると上記好適な範囲やその前後でも騒音が増大する。これは、中心距離が大きすぎると噛み合い率がさらに低下するためと考えられ、上述の考察結果と整合する。

【0071】

特殊クラウニングを施さない組み合わせＡの場合と、特殊クラウニングを施した組み合わせＥの場合において、２軸に食い違い角度を１度与えたときの騒音の測定結果（図示一点鎖線の楕円形を参照）は、図１２に示すように、クラウニングを施さない組み合わせＡでは、食い違い角度を与えたことにより５ｄＢ程度増大している。一方、クラウニングを施した組み合わせＥでは、食い違い角度を与えても、ほとんど騒音が増大していない。これは、特殊クラウニングを施すことにより、歯底の干渉の影響が緩和された結果であると考えられる。

【0072】

図１３は、上記摩耗試験前後での歯車質量の変化（摩耗量）と、ねじれ角誤差の変化を示したものである。図１３に示すように、総回転数１０^６回転程度では、歯面にほとんど摩耗が発生していないことがわかる。本実験で設定した回転速度やトルクは、実際に使用されるコピー機の運転条件を想定したものであるが、摺動性の高いプラスチック材を選定すれば、歯面はほとんど摩耗しないことが確認できた。したがって、このような用途であれば、運転当初の歯車騒音は、運転経時に伴ってあまり変化しないことが予想できる。なお、このような効果が得られる理由は、特殊クラウニング量を上述の好適な範囲のように抑制した値としているためとも考えられる。

【0073】

次に、上記特殊クラウニングを施した上記各樹脂製歯車と、歯幅１０ｍｍの駆動歯車とを噛み合わせたときの歯当たり状態を確認した。具体的には、特殊クラウニングのない歯幅１０ｍｍの樹脂製の駆動歯車を用意し、この駆動歯車の歯形構造に光明丹を塗り、噛み合い状態にして、回転駆動した。その結果、特殊クラウニング量ΔＣＲｄが０ｍｍの歯車では、１０ｍｍの歯幅全体に当たりがあるものの、駆動歯車の側に樹脂のヒケの影響があるためか、歯幅方向Ｆｗの中央部の歯当たりが若干弱い状況が観察された。また、特殊クラウニング量ΔＣＲｄが０．０５ｍｍの歯車では、歯当たりが歯幅方向Ｆｗの全体１０ｍｍにわたりほぼ均等に生じていた。さらに、特殊クラウニング量ΔＣＲｄが０．１ｍｍの歯車では、歯幅方向Ｆｗの中央部に強い歯当たりがあることが確認された。

【0074】

本実施形態に用いたポリアセタール樹脂は一般に成形収縮率が２．０〜２．５％であり、特に、実施例のＮＷ−０２の成形収縮率Ｓ_Ｍは流動方向（Ｓ_ＭＰ）で２．０％、直角方向（Ｓ_ＭＮ）で１．８％（一辺６０ｍｍの正方形で厚み２ｍｍの板材を試験片とした場合）である。この時のシリンダ温度は１９０℃、金型温度は８０℃、射出速度は１７ｍｍ／ｓｅｃである。したがって、上記成形収縮率を歯車の半径方向の厚み（寸法）ＴＫｒ＝９．２７ｍｍに適用すると、成形収縮率によって生ずる隙間は０．１８５４ｍｍ（２％）程度となる。ここで、成形コア３０の反転歯形構造３１ａと樹脂製歯車６０の歯形構造６１ａとの間の隙間が上記隙間の半分であるとしても、０．０９２７ｍｍ（１％）程度の余裕は存在する。

【0075】

一方、今回の特殊クラウニング量ΔＣＲ（ΔＣＲｄ、ΔＣＲｅ）は、０．１ｍｍ以下、特に、歯車性能に関する最適範囲は０．０１〜０．０６ｍｍの範囲であるため、基本的には、第４の工程における離型時の半径方向Ｆｒのアンダーカット量に対する余裕は十分にあると考えられる。実際には、特殊クラウニング量ΔＣＲ（ΔＣＲｄ、ΔＣＲｅ）＝０．１ｍｍの前後では、離型時に干渉が生ずることがあった。一方、特殊クラウニング量ΔＣＲを上記範囲の０．０１〜０．０６ｍｍにしたところ、離型時の干渉は全く発生しなかった。したがって、この離型時の干渉をも考慮して特殊クラウニング量ΔＣＲ（ΔＣＲｄ、ΔＣＲｅ）や目標形状を設定することにより、支障のない歯車を安定して製造することができる。

【0076】

以上のように、歯幅１２ｍｍに対して特殊クラウニング量を０．０１〜０．０６ｍｍ、特に、０．０２〜０．０５ｍｍとすることにより、凸曲線状の曲率が適切な範囲とされることで、好適な歯車性能を備えることができる。したがって、前記歯形構造の前記中央部と前記歯幅方向の少なくとも一方の端部との間の前記半径方向の位置の差（上記特殊クラウニング量）の前記歯幅方向の全幅に対する比率が１／１２００〜６／１２００であることが好ましい。特に、上記比率が２／１２００〜５／１２００であることが望ましい。また、上記のような特殊クラウニング量の好適な範囲では、半径方向の厚みＴＫｒが９．２７ｍｍの歯車において、特殊クラウニング量を０．１ｍｍ以下とすることにより、ポリアセタール樹脂などの結晶性樹脂の収縮率において問題なく成形時に離型でき、その他の樹脂（非晶性樹脂）でも多くの場合に対応可能である。特に、特殊クラウニング量を０．０６ｍｍ以下とすることにより、ほとんどの樹脂において問題なく成形時に離型できる。したがって、前記歯形構造の前記中央部と前記歯幅方向の少なくとも一方の端部との間の前記半径方向の位置の差（上記特殊クラウニング量）の歯車の半径方向の寸法に対する比率が０．１／９．２７であることから、当該比率は０．０１（１％）以下であることが好ましく、０．０６／９．２７であることから、上記比率は０．０６５（６．５％）以下であることが望ましい。

【0077】

尚、本発明の樹脂製歯車及びその製造方法は、上記実施形態や実施例の態様に限らず、本発明の主題に含まれる種々の改良その他の変更を施すことができ、また、均等な種々の構成に置換することが可能である。例えば、上記実施形態や実施例では、外歯の平行軸の歯車（平歯車やはすば歯車）に適用した例を示したが、本発明は外歯に限らず、内歯の歯車にも適用可能であり、本明細書において歯車にはラックも含まれる。また、円筒歯車以外の交差軸の歯車にも適用可能である。

【符号の説明】

【0078】

１０…マスター型、１１…歯形構造部、１１ａ…原歯形構造、１２…支持部、２０…電鋳槽、２１…電解液、２２…陽極、２３…支持電極、３０…成形コア、３１…内周面、３１ａ…反転歯形構造、３１ｂ…底部、３１ｃ…端部、３１ｄ…歯先、３１ｅ…歯底、３１ｓ…反転歯形位置、４０…金型セット、５０…成形型、６０…樹脂製歯車、６０ａ…軸孔、６１…歯形構造部、６１ａ…歯形構造、６１ｄ…歯先、６１ｅ…歯底、６１ｐ…頂部、６１ｃ…端部、６１ｓ…歯形位置、６２…ウエブ部、６３…内周部、

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】