特開 2024-8129 樹脂成形歯車

(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】P2024008129

(43)【公開日】2024-01-19

(54)【発明の名称】樹脂成形歯車

(51)【国際特許分類】

   F16H 55/06 20060101AFI20240112BHJP

   F16H 55/17 20060101ALI20240112BHJP

   B29C 45/14 20060101ALI20240112BHJP

【ＦＩ】

F16H55/06

F16H55/17 Z

B29C45/14

【審査請求】有

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022109718

(22)【出願日】2022-07-07

(71)【出願人】

【識別番号】519330489

【氏名又は名称】株式会社日栄

(71)【出願人】

【識別番号】519329885

【氏名又は名称】株式会社プラリンク

(74)【代理人】

【識別番号】100136630

【弁理士】

【氏名又は名称】水野 祐啓

(74)【代理人】

【識別番号】100201514

【弁理士】

【氏名又は名称】玉井 悦

(72)【発明者】

【氏名】杉浦 裕介

(72)【発明者】

【氏名】山喜 政彦

【テーマコード（参考）】

3J030

4F206

【Ｆターム（参考）】

3J030BC01

3J030BC02

3J030BC08

4F206AB16

4F206AB17

4F206AB18

4F206AB25

4F206AD03

4F206AG13

4F206AG28

4F206AH12

4F206AR12

4F206JA07

4F206JB12

4F206JF02

4F206JF05

4F206JL02

4F206JN14

4F206JQ81

(57)【要約】

【課題】インサート成形の樹脂成形歯車において、樹脂繊維の配向を整え、かつ、樹脂成形歯車の製造コストを抑制する。
【解決手段】
樹脂成形歯車１と歯車形状のインサート２を備える。インサート２は、ウェブ部２１と、歯部２２を有し、歯部２２は、樹脂成形歯車１の歯底１２ａと対向する歯底部２２ａと、樹脂成形歯車１の歯先１２ｃと対向する歯先部２２ｃを有する。ウェブ部２１の表面に環状の第１流路２３を形成し、第１流路２３の外縁部に、歯底部２２ａに溶融樹脂３１を流出させる流出口２３ａを設ける。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

インサート成形された樹脂成形歯車であって、
前記樹脂成形歯車と歯車形状のインサートを備え、
前記インサートが、ウェブ部と、歯部と、を含み、
前記歯部が、前記樹脂成形歯車の歯底と対向する歯底部と、前記樹脂成形歯車の歯先と対向する歯先部と、を含み、
前記ウェブ部の表面に、環状の第１流路が形成され、
前記第１流路の外縁部に、前記歯底部に溶融樹脂を流出させる流出口を設けたことを特徴とする樹脂成形歯車。

【請求項2】

前記インサートは、金属材よりなる請求項１に記載の樹脂成形歯車。

【請求項3】

前記インサートを被覆する樹脂部材を備え、
前記樹脂部材は、繊維強化樹脂である請求項１に記載の樹脂成形歯車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、インサート成形された樹脂成形歯車に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、樹脂成形歯車において、金型にインサート部材を配置し、インサート部材と金型との間に形成されたキャビティ内に溶融樹脂を注入して樹脂成形するインサート成形の技術が知られている。例えば、特許文献１には、インサートに溶融樹脂の誘導路を設け、誘導路を用いて溶融樹脂を歯底面に対応する部分に案内することで、歯面にウェルドラインが形成されることを防止し、歯車の耐久性を高める技術が提案されている。また、特許文献２には、歯車形状のインサートに注入された溶融樹脂を、インサート部材の内部を経由して歯部に導く流路が形成され、流路の開口端部を歯部の歯底に設けた樹脂成形歯車が提案されている。特許文献３には、インサートの表面に前処理を施しつつ、インサートを加温しておくことにより、溶融樹脂の滞留を抑制し、成形品の樹脂割れや剥離を抑制する技術が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９－１５４４６３号公報

【特許文献2】国際公開ＷＯ２０２１／０４９５３３公報

【特許文献3】国際公開ＷＯ２００５／０４６９５７公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

樹脂成形歯車の強度を確保するためには、繊維強化樹脂を用いる事が望ましく、且つ、歯面を被覆する樹脂部の繊維配向が、歯面に沿って揃えられる事が望ましい。また、樹脂のウェルドラインは歯形部に形成される事なく歯車動力伝達による接触摩擦が発生しない歯面外へ形成される事が好ましい。金属歯車をインサートして成形した樹脂歯車においては歯元の強度は金属インサートで補強される為に歯車の耐久性には課題とならないが、歯面の樹脂の摩擦摩耗が歯車の耐久性に大きく影響する。この事から樹脂は摩擦摩耗特性に優れるスーパーエンプラにカーボンファイバー等を配合した繊維強化が好ましい。しかしながら、このような樹脂は非常に高価で実用化に当たってはコストが大きな課題となっていた。この点、特許文献１，２の技術によれば、溶融樹脂の流路が複雑化し、インサートの製造コストが嵩むほか、溶融樹脂の使用量が増して、材料コストが嵩むという問題があった。また、特許文献３の技術によれば、温度管理に手間がかかるという問題があった。

【0005】

そこで、本開示の目的は、歯底から歯先に向かうように繊維配向を調整でき、かつ、歯先の中央ラインと一致するようにウェルドラインを形成でき、さらに、インサートに形成された溶融樹脂の流路が簡素である樹脂成形歯車を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本開示の樹脂成形歯車は、以下の特徴を備える。

【0007】

（１）インサート成形された樹脂成形歯車であって、樹脂成形歯車と歯車形状のインサートを備え、インサートが、ウェブ部と、歯部と、ウェブ部又は歯部に溶融樹脂を流す流路と、を含み、歯部が、樹脂成形歯車の歯底と対向する歯底部と、樹脂成形歯車の歯先と対向する歯先部と、を含み、ウェブ部の表面に、環状の第１流路が形成され、第１流路の外縁部に、歯底部に溶融樹脂を流出させる流出口を設けたこと。

【0008】

（２）（１）の樹脂成形歯車において、インサートは金属材であること。

【0009】

（３）（１）又は（２）の樹脂成形歯車において、インサートを被覆する樹脂部は、繊維強化樹脂であること。

【発明の効果】

【0010】

本開示の樹脂成形歯車によれば、第１流路の外縁部に、歯底部に溶融樹脂を流出させる流出口を設けたため、第１流路から歯底部に流出した溶融樹脂はキャビティ内を歯部の歯面部に沿って流動し、歯先部の中央ラインで合一する。従って、繊維配向が歯車歯の歯底から歯先に向かうように配置され、歯車歯の歯先の中央ラインにウェルドラインが形成される。また、第１流路の外縁部に流出口を設けたため、流路が簡素化され、溶融樹脂量の少量化ができるとともに、インサート自体の製造コストも抑えることができる。また、金属インサートで樹脂の収縮を抑える事ができる為に、樹脂歯形部の金型精度で高精度の樹脂歯車を製作する事ができるので、金属インサート自体には金属歯車の要求される精度が必要とされない事から製造コストも抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本開示の一実施形態を示す樹脂成形歯車の（ａ）平面図、（ｂ）底面図である。

【図2】図１の樹脂成形歯車の（ａ）平面側から見た斜視図、（ｂ）底面側から見た斜視図である。

【図3】インサートの（ａ）平面図、（ｂ）底面図である。

【図4】インサートの（ａ）平面側から見た斜視図、（ｂ）底面側から見た斜視図である。

【図5】（ａ）Ａ－Ａ線断面図、（ｂ）Ｂ－Ｂ線断面図である。

【図6】樹脂成形歯車の製造方法を示す模式図である。

【図7】樹脂成形歯車の繊維配向とウェルドラインを示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本開示を樹脂成形歯車に具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。図１～５に示すように、樹脂成形歯車１は、インサート成形された樹脂成形歯車である。樹脂成形歯車１は、インサート２と樹脂部材３とから構成されている。また、樹脂成形歯車１は、ウェブ１１と歯車歯１２とを備える。歯車歯１２は、歯底１２ａと、歯面１２ｂと、歯先１２ｃとから構成されている。以下、図面の紙面上方側を樹脂成形歯車１及びインサート２の表面、紙面下方側を樹脂成形歯車１及びインサート２の裏面として説明する。

【0013】

インサート成形とは、金型４とインサート２との間に溶融樹脂３１を注入する製法である。ここで、インサート２は金属材を選択することが好ましい。溶融樹脂３１を注入する際に、熱による変形を抑制し、設計寸法により近い精度の高い樹脂成形歯車１を成形することができるからである。一方、歯車を金属のみで構成するよりも、樹脂により被覆し、樹脂成形歯車とすることにも、メリットがある。樹脂は、金属よりも静音性が高いため、歯車歯を樹脂で被覆すると、作動音を抑制することができるからである。

【0014】

インサート２の素材は、具体的には、アルミ合金、マグネシウム合金、鉄合金などの金属、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などの樹脂を選択できる。また、インサート２は、焼結、金属粉未射出成形（ＭＩＭ：Metal Injection Molding）、鍛造、プレス成形により成形される。特に、ＭＩＭでインサート2を形成した場合は、インサート２の設計の自由度、経済性の面で優れている。

【0015】

樹脂部材３の素材は、具体的には、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリテトラメチレンアジパミド（ＰＡ４６）、ポリヘキサメチレンアジパミド（ＰＡ６６）、ポリノナメチレンテレフタラミド（ＰＡ９Ｔ）、ポリデカメチレンテレフタラミド（ＰＡ１０Ｔ）、ポリドデカメチレンテレフタラミド（ＰＡ１２Ｔ）などの合成樹脂材料を採用できる。樹脂部材３を、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などで補強したり、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂、シリコン樹脂、二硫化モリブデン、グラファイトなどの潤滑剤を配合し、摩擦特性を付与したりすることも可能である。

【0016】

図３～５に示すように、インサート２は、樹脂成形歯車１と略相似形状の歯車形状に設けられ、ウェブ部２１と、歯部２２から構成される。歯部２２は、樹脂成形歯車１の歯底１２ａと対向する歯底部２２ａと、樹脂成形歯車１の歯面１２ｂと対向する歯面部２２ｂと、樹脂成形歯車１の歯先１２ｃと対向する歯先部２２ｃと、を有する。

【0017】

ウェブ部２１の表面には、第１流路２３が環状に形成され、第１流路２３の外縁部に、歯底部２２ａに溶融樹脂３１を流出させる流出口２３ａが設けられている。第１流路２３の流路幅ｗ１は適宜選択可能であるが、溶融樹脂３１の量を抑制するためにはより細く設けることが好ましい。

【0018】

ウェブ部２１の裏面には、第２流路２４が環状に形成されている。また、ウェブ部２１には、ウェブ部２１の表面から裏面に貫通する貫通穴２５が設けられている。貫通穴２５の開口部２５ａは第１流路２３、開口部２５ｂ（図５参照）は第２流路２４に、各々配置されている。貫通穴２５及び第２流路２４を設けたため、貫通穴２５及び第２流路２４に充填された樹脂部材３が硬化すると、樹脂成形歯車１からのインサート２の脱落を防止することができる。なお、溶融樹脂３１の注入口１３は、開口部２５ａの鉛直上方に配置することが好ましい。また、注入口１３の数は適宜変更可能である。

【0019】

ここで、第１流路２３の深さｄ（図５参照）、第１流路２３の流路幅ｗ１、及び、流出口２３ａの幅ｗ２、流出口２３ａの凹み幅ｗ３（図３参照）は、歯面部２２ｂを被覆する樹脂部材３の厚みｗ０（図１参照）よりも大きく、即ち、「ｄ＞ｗ０、ｗ１＞ｗ０、ｗ２＞ｗ０、ｗ３＞ｗ０」のように設けられている。歯面１２ｂを被覆する樹脂部材３の厚みｗ０より、第１流路２３のｄ、ｗ１、ｗ２、ｗ３を大きく設けたため、各歯底部２２ａに到達する溶融樹脂３１の到達時間差を抑制することができる。このため、各歯車歯１２において、歯面１２ｂでの樹脂ウェルドの発生を防止することができる。つまり、歯面部２２ｂにおける溶融樹脂３２の流動バランスを均一に調整し、各々の歯車歯１２の歯先１２ｃに確実にウェルドライン３３を形成することができる。

【0020】

また、第１流路２３の流路幅ｗ１は、流出口２３の幅ｗ３よりも大きく、即ち、「ｗ１＞ｗ３」のように設けられている。このため、溶融樹脂３の周方向の流れを優先し、注入口１３から遠い歯車歯１２への溶融樹脂３の遅延を低減し、歯車歯１２の品質をより均一化することができる。また、流出口２３の凹み幅Ｗ３を、流路幅ｗ１の１／２以下とすることもできる。この場合も、溶融樹脂３の周方向の流れを優先して、注入口１３から遠い歯車歯１２への溶融樹脂３１の遅延を低減し、歯車歯１２の品質をより均一化することができる。

【0021】

続いて、上記構成の樹脂成形歯車１の製造方法について、図６に基づいて説明する。注入口１３に溶融樹脂３１を注入すると、溶融樹脂３１は第１流路２３に沿って周方向に流動し、第１流路２３の流出口２３ａから歯底部２２ａに流入する。歯底部２２ａに流入した溶融樹脂３１は、歯底部２２ａに沿って、インサート２の厚み方向に流動する。また、このとき、溶融樹脂３１は、歯車歯１２を形成するキャビティ５内を歯底部２２ａから歯先部２２ｃに向けて、歯面部２２ｂを這うように流動する。

【0022】

その後、溶融樹脂３１が硬化すると、図７に示すように、溶融樹脂３１の流動方向、即ち、歯底１２ａから歯先１２ｃに向かう繊維配向の樹脂繊維３２からなる樹脂部材３が形成される。また、歯先１２ｃの中央ラインと一致するようにウェルドライン３３が形成される。

【0023】

一方、注入口１３から注入された溶融樹脂３１は、ウェブ部２１の表面の開口部２５ａから裏面に向けて貫通穴２５の内部を流動し、裏面の開口部２５ｂから第２流路２４に流入する。第２流路２４に流入した溶融樹脂３１は、インサート２の裏面を第２流路２４に沿って周方向に流動する。その後、溶融樹脂３１が硬化すると、樹脂成形歯車１の内部を貫通した樹脂部材３及び樹脂成形歯車１の裏面に形成された環状の樹脂部材３によって、インサート２の脱落を防止できる。

【0024】

従って、本開示の樹脂成形歯車１によれば、第１流路２３の外縁部に、歯底部２２ａに溶融樹脂３１を流出させる流出口２３ａを設けたため、第１流路２３を流動する溶融樹脂３１を、直接、歯底部２２ａに流入させ、さらに、キャビティ内を、歯底１２ａから歯先１２ｃに向かわせることができるため、歯底１２ａから歯先１２ｃに向かうように樹脂配向を整えることができる。また、インサート２は、第１流路２３の外縁部に直接溶融樹脂３１を流出させる流出口２３ａを設けた簡素な構造であるため、インサート２の製造コストを低減でき、かつ、溶融樹脂３１の量を削減して材料コストを低減できるという効果がある。

【0025】

なお、本開示は、上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば、歯車の形状や歯数を変更したり、樹脂部材３の厚みを変更したりするなど、各部の形状や構成を適宜に変更して実施することも可能である。

【符号の説明】

【0026】

１ 樹脂成形歯車
２ インサート
３ 樹脂部材
４ 金型
５ キャビティ
１１ ウェブ
１２ 歯車歯（ａ：歯底、ｂ：歯面、ｃ：歯先）
１３ 注入口
２１ ウェブ部
２２ 歯部（ａ：歯底部、ｂ：歯面部、ｃ：歯先部）
２３ 第１流路（ａ：流出口）
２４ 第２流路
２５ 貫通穴（ａ：表面の開口部、ｂ：裏面の開口部）
３１ 溶融樹脂
３２ 樹脂繊維
３３ ウェルドライン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】