特開 2023-154274 動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体、及び動力伝達用樹脂歯車

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023154274

(43)【公開日】2023-10-19

(54)【発明の名称】動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体、及び動力伝達用樹脂歯車

(51)【国際特許分類】

   F16H 55/22 20060101AFI20231012BHJP

【ＦＩ】

F16H55/22

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022063503

(22)【出願日】2022-04-06

(71)【出願人】

【識別番号】000211695

【氏名又は名称】中西金属工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100177264

【弁理士】

【氏名又は名称】柳野 嘉秀

(74)【代理人】

【識別番号】100074561

【弁理士】

【氏名又は名称】柳野 隆生

(74)【代理人】

【識別番号】100124925

【弁理士】

【氏名又は名称】森岡 則夫

(74)【代理人】

【識別番号】100141874

【弁理士】

【氏名又は名称】関口 久由

(74)【代理人】

【識別番号】100163577

【弁理士】

【氏名又は名称】中川 正人

(72)【発明者】

【氏名】中村 成嘉

(72)【発明者】

【氏名】中 元正

【テーマコード（参考）】

3J030

【Ｆターム（参考）】

3J030BA03

3J030BC01

3J030BC08

(57)【要約】

【課題】射出成形におけるボイドを抑制できるとともに成形サイクルを短縮できる、動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体、及び動力伝達用樹脂歯車を提供する。
【解決手段】動力伝達用樹脂歯車の歯を設ける前の成形体１である。芯金２と芯金２の外周を被う円環状樹脂部３とからなる。円環状樹脂部３は、円環状内側樹脂部材４と、円環状内側樹脂部材４と異材質である円環状外側樹脂部材５とからなる。円環状内側樹脂部材４は、芯金２の外周を被う。円環状外側樹脂部材５は、円環状内側樹脂部材４の外周を被う。円環状外側樹脂部材５の外周面には、前記歯の歯溝を設ける位置に、切削代を設けた凹溝６がある。円環状外側樹脂部材５の軸方向の端面Ｂには、動力伝達用樹脂歯車の周方向に隣り合う歯溝の間の位置に、軸方向肉盗み５Ａがある。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

動力伝達用樹脂歯車の歯を設ける前の成形体であって、
芯金と前記芯金の外周を被う円環状樹脂部とからなり、
前記円環状樹脂部の外周面には、前記歯の歯溝を設ける位置に、切削代を設けた凹溝が少なくとも１箇所にあり、
前記円環状樹脂部の軸方向の端面には、前記動力伝達用樹脂歯車の周方向に隣り合う歯溝の間の位置に、軸方向肉盗みがある、
動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体。

【請求項2】

前記円環状樹脂部は、円環状内側樹脂部材と、前記円環状内側樹脂部材と異材質である円環状外側樹脂部材とからなり、
前記円環状内側樹脂部材は、前記芯金の外周を被い、
前記円環状外側樹脂部材は、前記円環状内側樹脂部材の外周を被い、
前記円環状外側樹脂部材の外周面に前記凹溝があり、
前記円環状外側樹脂部材の軸方向の端面に前記軸方向肉盗みがある、
請求項１に記載の動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体。

【請求項3】

前記凹溝は、前記歯の歯溝を設ける位置に、全周にわたってある、
請求項１に記載の動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体。

【請求項4】

前記軸方向肉盗みは、前記円環状樹脂部の軸方向の両端面にある、
請求項１に記載の動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体。

【請求項5】

請求項１～４の何れか１項に記載の動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体における前記凹溝の位置を基準にして前記歯の歯溝を全周に設けてなる動力伝達用樹脂歯車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、芯金及び円環状樹脂部からなる動力伝達用樹脂歯車に関する。

【背景技術】

【0002】

軽量化及び静粛性等のニーズに応えるために、芯金とその外周を被う円環状樹脂部からなる動力伝達用樹脂歯車がある（例えば、特許文献１の段落［０００３］参照）。

【0003】

特許文献１のウォームホイールは、歯面にボイドが現れるのを回避するために、斜歯歯車形状であり、歯丈と歯厚を歯幅方向全体に亘り一様に成形した素形体を金型成形する。すなわち、先ず、芯金である金属製中芯のブッシュをインサートワークとして射出成形用金型内に配置した状態で、切削加工のための削り代を厚くなりすぎないように付与した前記形状の素形体１０を射出成形する。次に、素形体１０に対して、歯部１１と歯底１２の両方に切削加工を施すことで所定のウォームホイールの歯面形状に仕上げた樹脂製ウォームホイールを製造する（特許文献１の図３、図５参照）。

【0004】

一方、前記円環状樹脂部を２段階に成形するものがある（例えば、特許文献２参照）。すなわち、特許文献２のウォームホイールは、芯金である内側部１２の外周に熱可塑性樹脂の連結部１４を成形した後、前記連結部１４の外周に熱可塑性樹脂の外側部１６を成形する（特許文献３の図１参照）。連結部１４の軸方向の表面には肉盗みがある。

【0005】

他方、前記芯金がない、全体が合成樹脂からなる動力伝達用樹脂歯車において、動力の伝達を正確に行いながら騒音の発生を抑えるために、斜歯の軸心方向の端部を凹没させたものがある（例えば、特許文献３参照）。すなわち、特許文献３の斜歯歯車は、斜歯２０の前記端部に凹部２１及び薄肉部２２を設けることで、薄肉部２２の弾性変形により斜歯２０の端部同士の衝突時における衝撃を緩和する（特許文献３の図４参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第４４２３８１５号公報

【特許文献2】独国特許出願公開第１０２０１２１０２７８０号明細書

【特許文献3】特開２００８－１１５８８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

従来の動力伝達用樹脂歯車は、成形後に歯車の歯の部分を作る歯切り加工を行うことから、歯切り加工を行う部分の樹脂の肉厚を大きくする必要があるので厚肉成形品となる。厚肉成形品を射出成形する工程は、厚肉成形品における欠陥となるボイドを抑制するため、保圧工程では保圧力を高くし、保圧工程の時間を長くする必要がある。また、固化速度が遅いので、保圧工程完了から型開き開始までの冷却工程の時間も長くする必要がある。したがって、厚肉成形品の射出成形では、成形サイクルが長時間になる。

【0008】

本発明は、射出成形におけるボイドを抑制できるとともに成形サイクルを短縮できる、動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体、及び動力伝達用樹脂歯車を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の第１観点に係る動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体は、動力伝達用樹脂歯車の歯を設ける前の成形体であって、芯金と前記芯金の外周を被う円環状樹脂部とからなる。前記円環状樹脂部の外周面には、前記歯の歯溝を設ける位置に、切削代を設けた凹溝が少なくとも１箇所にある。前記円環状樹脂部の軸方向の端面には、前記動力伝達用樹脂歯車の周方向に隣り合う歯溝の間の位置に、軸方向肉盗みがある。

【0010】

本発明の第２観点に係る動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体は、第１観点に係る動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体において、前記円環状樹脂部は、円環状内側樹脂部材と、前記円環状内側樹脂部材と異材質である円環状外側樹脂部材とからなる。前記円環状内側樹脂部材は、前記芯金の外周を被い、前記円環状外側樹脂部材は、前記円環状内側樹脂部材の外周を被う。前記円環状外側樹脂部材の外周面に前記凹溝があり、前記円環状外側樹脂部材の軸方向の端面に前記軸方向肉盗みがある。

【0011】

本発明の第１観点に係る動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体、及び本発明の第２観点に係る動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体によれば、動力伝達用樹脂歯車の周方向に隣り合う歯溝の間の位置に、軸方向肉盗みがある。したがって、歯切り加工で歯を設ける部分の樹脂の肉厚が大きくならないので、厚肉成形品における欠陥となるボイドを抑制するために保圧工程で保圧力を高くする必要がなく、保圧工程の時間を長くする必要もない。その上、厚肉成形品のように固化速度が遅くないので、保圧工程完了から型開き開始までの冷却工程の時間も長くする必要がない。したがって、成形サイクルを短縮できる。その上さらに、前記軸方向肉盗みがあるので、動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体を軽量化できる。

【0012】

本発明の第３観点に係る動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体は、第１観点に係る動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体において、前記凹溝は、前記歯の歯溝を設ける位置に、全周にわたってある。

【0013】

本発明の第３観点に係る動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体によれば、動力伝達用樹脂歯車の歯の歯溝を設ける位置に、凹溝が全周にわたってあることから、成形のために使用する樹脂量が少なくなるので、材料費を低減できる。

【0014】

本発明の第４観点に係る動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体は、第１観点に係る動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体において、前記軸方向肉盗みは、前記円環状樹脂部の軸方向の両端面にある。

【0015】

本発明の第４観点に係る動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体によれば、軸方向肉盗みが円環状樹脂部の軸方向の両端面にあることから、成形収縮により変形しにくいので、動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体の形状精度が悪化しない。

【0016】

本発明の第５観点に係る動力伝達用樹脂歯車は、第１観点に係る動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体ないし第４観点に係る動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体の何れかにおける前記凹溝の位置を基準にして前記歯の歯溝を全周に設けてなる。

【0017】

本発明の第５観点に係る動力伝達用樹脂歯車によれば、第１観点に係る動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体ないし第４観点に係る動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体と同様の作用効果を奏する。

【発明の効果】

【0018】

以上のとおり、本発明に係る動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体、及び動力伝達用樹脂歯車によれば、射出成形におけるボイドを抑制できるとともに成形サイクルを短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施の形態に係る動力伝達用樹脂歯車の斜視図である。

【図2】前記動力伝達用樹脂歯車の縦断面側面図である。

【図3】前記動力伝達用樹脂歯車の要部拡大正面図である。

【図4】本発明の実施の形態に係る動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体の斜視図である。

【図5】図４の前記歯切り加工前成形体を裏面側から見た斜視図である。

【図6】前記歯切り加工前成形体の縦断面側面図である。

【図7】前記歯切り加工前成形体の要部拡大正面図である。

【図8】前記歯切り加工前成形体の変形例を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

次に本発明の実施の形態を添付図面に基づき詳細に説明する。

【0021】

本明細書において、動力伝達用樹脂歯車Ａの回転軸の方向を「軸方向」といい、前記回転軸の軸心（図２の符号Ｏ）を基準にして「径方向」及び「周方向」を定義する。軸方向から見た図を正面図とする。

【0022】

＜動力伝達用樹脂歯車＞
図１の斜視図、及び図２の縦断面側面図に示すように、動力伝達用樹脂歯車Ａは、金属製の芯金２とその外周を被う円環状樹脂部３からなる。円環状樹脂部３の外周面には、周方向等分に歯Ｔが形成されている。動力伝達用樹脂歯車Ａは、例えば、電動パワーステアリングに使われるウォームギヤのウォームホイールとして用いる。

【0023】

（芯金）
芯金２は、例えば図１及び図２に示すような円環状スリーブであるが、円環状スリーブではなくシャフト部を有するものであってもよい。

【0024】

（円環状樹脂部）
円環状樹脂部３は、円環状内側樹脂部材４と円環状外側樹脂部材５とからなる。円環状内側樹脂部材４は、芯金２の外周を被い、円環状外側樹脂部材５は、円環状内側樹脂部材４の外周を被う。なお、円環状内側樹脂部材４の軸方向の一端面には、図２、図５、図６に示す周方向等分に並ぶ肉盗み４Ａを設けている。したがって、円環状外側樹脂部材５は、円環状内側樹脂部材４の外周部に対して、前記肉盗み４Ａがある前記一端面側は前記肉盗み４Ａの手前までの範囲で狭く被覆し、円環状内側樹脂部材４の軸方向の他端面側は前記一端面側よりも径方向内方に向かって広い範囲で被覆している。

【0025】

円環状内側樹脂部材４は、例えばガラス繊維等の強化材で強化した合成樹脂製であり、円環状外側樹脂部材５は、例えば前記強化材で強化しない合成樹脂製である。すなわち円環状内側樹脂部材４及び円環状外側樹脂部材５は異材質である。「異材質」には、ポリマーが異なる場合だけでなく、ポリマーが同じ場合で強化材の含有量が異なる場合も含む。

【0026】

円環状樹脂部３は、円環状内側樹脂部材４及び円環状外側樹脂部材５からなるものでなくてもよい。すなわち、円環状樹脂部３は、ガラス繊維等の強化材を含まない合成樹脂製の一体ものであってもよい。

【0027】

（軸方向肉盗み）
図２の縦断面側面図に示すように、円環状樹脂部３の円環状外側樹脂部材５の軸方向の両端面Ｂ，Ｃには、軸方向肉盗み５Ａ，５Ｂがある。軸方向肉盗み５Ａ，５Ｂは、図３の要部拡大正面図に示すように、動力伝達用樹脂歯車Ａの周方向に隣り合う歯溝Ｇ，Ｇの間の位置にあり、周方向に離間して周方向等分に並んでいる。

【0028】

＜動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体＞
図４及び図５の斜視図、図６の縦断面側面図、並びに図７の要部拡大正面図に示す動力伝達用樹脂歯車Ａの歯切り加工前成形体１は、動力伝達用樹脂歯車Ａに歯Ｔ（図１）を設ける前の成形体である。

【0029】

円環状樹脂部３の円環状外側樹脂部材５の外周面には、全周にわたって、動力伝達用樹脂歯車Ａに歯Ｔの歯溝Ｇ（図１）を設ける位置に、切削代を設けた凹溝６がある。

【0030】

（軸方向肉盗み）
円環状樹脂部３の円環状外側樹脂部材５には、軸方向肉盗み５Ａ，５Ｂが周方向に離間して周方向等分に並んでいる。軸方向肉盗み５Ａ，５Ｂは、図６及び図７に示すように、周方向に隣り合う凹溝６，６の間、すなわち動力伝達用樹脂歯車Ａ（図３）の周方向に隣り合う歯溝Ｇ，Ｇの間の位置にある。

【0031】

図６に示すように、軸方向肉盗み５Ａは、円環状内側樹脂部材４の表面を円環状外側樹脂部材５が被っている浅い凹部、及び前記浅い凹部よりも径方向外方に位置する深い凹部、並びに、前記浅い凹部と前記深い凹部とを繋ぐ曲面部により形成されている。図６に示すように、軸方向肉盗み５Ｂは、軸方向肉盗み５Ａの前記深い凹部の軸方向の反対面側に位置する深い凹部により形成されている。

【0032】

例えば図７を参照して、軸方向肉盗み５Ａ，５Ｂの径方向位置は、円環状外側樹脂部材５の外径から２ｍｍ以上径方向内方で、かつ凹溝６の最奥部よりも径方向内方とする。また、動力伝達用樹脂歯車Ａにおいて歯Ｔの歯底やその近傍は強度が最も必要な箇所であるので、図２及び図６に示す軸方向肉盗み５Ａ，５Ｂを設定する部分の歯元の幅（Ｗａ＋Ｗｂ）を、円環状外側樹脂部材５の外径部の軸方向幅Ｗに対して、（Ｗ／４）≦（Ｗａ＋Ｗｂ）≦（Ｗ／３）とし、かつＷａとＷｂは、幅Ｗの幅方向中央（図２及び図６の一点鎖線Ｗｏ）振り分けで、Ｗａ≧（Ｗ／８），Ｗｂ≧（Ｗ／８）とする。それにより、歯底強度と本発明の課題である射出成形における成形性を両立できる。

【0033】

軸方向肉盗みは、円環状外側樹脂部材５の軸方向の一端面に成形するようにしてもよいが、円環状外側樹脂部材５の軸方向の両端面に成形することにより、成形収縮により変形しにくいので、歯切り加工前成形体１の形状精度が悪化しない。

【0034】

軸方向肉盗みを円環状外側樹脂部材５の軸方向の一端面に成形する場合は、図２及び図６を参照して、以下のようにＷａ，Ｗｂを設定する。すなわち、Ｗａ側の肉盗み５ａが無くＷｂ側の肉盗み５ｂが有る場合は、（Ｗ／８）≦Ｗｂ≦（Ｗ／６）とし、Ｗｂ側の肉盗み５ｂが無くＷａ側の肉盗み５ａが有る場合は、（Ｗ／８）≦Ｗａ≦（Ｗ／６）とする。それにより、歯底強度と本発明の課題である射出成形における成形性を両立できる。

【0035】

図３のように動力伝達用樹脂歯車Ａを正面（軸方向の一端側又は他端側）から見て、軸方向肉盗み５Ａ，５Ｂの外径側と歯溝Ｇとの肉厚は最小部で２ｍｍ以上かつ３ｍｍ以下にすることが望ましい。このように設定することで、歯Ｔの略周方向の強度を保ちつつ、切削代を設けた凹溝６との関係において、本発明の課題である射出成形における成形性を確保することができる。

【0036】

（円環状内側樹脂部材の射出成形）
円環状樹脂部３の円環状内側樹脂部材４は、前記のとおり、例えばガラス繊維等の強化材で強化した合成樹脂製であり、バインダーである合成樹脂は、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂である。

【0037】

図５の斜視図に示すように、円環状内側樹脂部材４の軸方向の一端面には、周方向に離間して周方向等分に並ぶ軸方向肉盗み４Ａがある。円環状内側樹脂部材４の射出成形は、図示しない円盤状のインサートコアの丸軸を芯金２の内径孔２Ａに嵌合させた状態で射出成形用金型にセットして行う。前記インサートコアに設けた軸方向へ突出する軸方向凸部により、前記軸方向肉盗み４Ａを成形する。

【0038】

円環状内側樹脂部材４に前記軸方向肉盗み４Ａを設けることにより、歯切り加工前成形体１を軽量化できる。その上、円環状内側樹脂部材４の体積が小さくなり、固化時間が短縮されるので、成形サイクルを短縮できる。

【0039】

（円環状外側樹脂部材の射出成形）
円環状樹脂部３の円環状外側樹脂部材５は、前記のとおり、例えばガラス繊維等の強化材で強化しない合成樹脂製であり、前記合成樹脂は熱可塑性樹脂である。

【0040】

円環状外側樹脂部材５の射出成形は、前記インサートコア、芯金２及び円環状内側樹脂部材４を射出成形用金型にセットして行う。円環状外側樹脂部材５の射出成形により、軸方向の端面の軸方向肉盗み５Ａ及び５Ｂ、並びに外周面の凹溝６を成形する。

【0041】

以上の構成の歯切り加工前成形体１によれば、動力伝達用樹脂歯車Ａの周方向に隣り合う歯溝Ｇ，Ｇの間の位置に、軸方向肉盗み５Ａ，５Ｂがある。したがって、歯切り加工で歯を設ける部分の樹脂の肉厚が大きくならないので、厚肉成形品における欠陥となるボイドを抑制するために保圧工程で保圧力を高くする必要がなく、保圧工程の時間を長くする必要もない。その上、厚肉成形品のように固化速度が遅くないので、保圧工程完了から型開き開始までの冷却工程の時間も長くする必要がない。したがって、成形サイクルを短縮できる。その上さらに、軸方向肉盗み５Ａ，５Ｂがあるので、歯切り加工前成形体１を軽量化できる。

【0042】

＜歯切り加工＞
図４及び図７の歯切り加工前成形体１に対して歯切り加工を行って、図１及び図３のように歯Ｔを設けた動力伝達用樹脂歯車Ａを完成させる場合、歯切り加工前成形体１の外周面にある凹溝６の位置を基準にして歯溝Ｔの歯溝Ｇを全周に設ける。凹溝６の位置を基準にして歯溝Ｇを歯切り加工することにより、軸方向肉盗み５Ａ，５Ｂと歯溝Ｇとは干渉しない。

【0043】

円環状樹脂部３の円環状外側樹脂部材５の外周面に設ける凹溝６は、歯溝Ｇを歯切り加工する際の基準にできればよいので、図８の斜視図のように１箇所のみに設けてもよく、すなわち、凹溝６は少なくとも１箇所にあればよい。ただし、図４のように凹溝６を全周にわたって設けたものの方が、成形のために使用する樹脂量が少なくなるので、材料費を低減できる。

【0044】

以上の実施の形態の記載はすべて例示であり、これに制限されるものではない。本発明の範囲から逸脱することなく種々の改良及び変更を施すことができる。

【符号の説明】

【0045】

１ 動力伝達用樹脂歯車の歯切り加工前成形体
２ 芯金
２Ａ 内径孔
３ 円環状樹脂部
４ 円環状内側樹脂部材
４Ａ 軸方向肉盗み
５ 円環状外側樹脂部材
５Ａ，５Ｂ 軸方向肉盗み
６ 凹溝
Ａ 動力伝達用樹脂歯車
Ｂ，Ｃ 軸方向の端面
Ｇ 歯溝
Ｏ 軸心
Ｔ 歯
Ｗ 円環状外側樹脂部材の外径部の軸方向幅
Ｗｏ 幅方向中央

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】