特許 7013844 樹脂製歯車

(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】

(24)【登録日】2022-01-24

(45)【発行日】2022-02-01

(54)【発明の名称】樹脂製歯車

(51)【国際特許分類】

   F16H 55/06 20060101AFI20220125BHJP

   F16H 55/17 20060101ALI20220125BHJP

【ＦＩ】

F16H55/06

F16H55/17 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2017244248

(22)【出願日】2017-12-20

(65)【公開番号】P2019108965

(43)【公開日】2019-07-04

【審査請求日】2020-11-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000004455

【氏名又は名称】昭和電工マテリアルズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100128381

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 義憲

(74)【代理人】

【識別番号】100169454

【弁理士】

【氏名又は名称】平野 裕之

(72)【発明者】

【氏名】森尾 洋一

【審査官】岡本 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】実開昭５７－１５９０５８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１１－１７４５２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５８－０５４２７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｈ ５５／０６

Ｆ１６Ｈ ５５／１７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

環状の金属製ブッシュと、
前記金属製ブッシュの周囲に設けられた環状の本体と、前記本体の外周部に前記本体の周方向に沿って配置された複数の歯部と、を有する樹脂部材と、
一の前記歯部と、一の前記歯部が他の歯車と噛み合ったときに当該歯車と噛み合わない他の前記歯部と、を連結する連結部材と、を備え、
前記連結部材は複数設けられており、
複数の前記連結部材のそれぞれは、前記周方向において一の前記歯部と他の前記歯部との間に少なくとも１つの前記歯部が位置するように、一の前記歯部と他の前記歯部とにのみ接続されている、樹脂製歯車。

【請求項2】

前記連結部材の一端は、一の前記歯部に接続されており、
前記連結部材の他端は、一の前記歯部から前記本体の周方向において９０°以内の範囲に設けられた他の前記歯部に接続されている、請求項１に記載の樹脂製歯車。

【請求項3】

環状の金属製ブッシュと、
前記金属製ブッシュの周囲に設けられた環状の本体と、前記本体の外周部に前記本体の周方向に沿って配置された複数の歯部と、を有する樹脂部材と、
一の前記歯部と前記本体とを連結する連結部材と、を備え、
前記連結部材は複数設けられており、
複数の前記連結部材のそれぞれは、一の前記歯部と前記本体とにのみ接続されている、樹脂製歯車。

【請求項4】

前記連結部材の一端は、一の前記歯部に接続されており、
前記連結部材の他端は、一の前記歯部から前記本体の周方向において９０°以内の前記本体に接続されている、請求項３に記載の樹脂製歯車。

【請求項5】

前記連結部材は、前記樹脂部材の少なくとも一方の側面に接続されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の樹脂製歯車。

【請求項6】

前記連結部材は、一の前記歯部の先端部分に接続されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の樹脂製歯車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、樹脂製歯車に関する。

【背景技術】

【0002】

樹脂製歯車は、軽量で且つ静粛性に優れており、例えば車両用又は産業用の歯車として広く用いられている。樹脂製歯車としては、環状の金属製ブッシュと、金属製ブッシュの周囲に設けられ外周部に歯部が形成された環状の樹脂部材と、を備えた樹脂製歯車が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－１５１００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したような樹脂製歯車では、他の歯車と噛み合ったときに、他の歯車と噛み合っている歯部に外力が加わる。そのため、歯部には高い剛性が求められる。

【0005】

本発明の一側面は、歯部の剛性の向上が図れる樹脂製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】

【0006】

本発明の一側面に係る樹脂製歯車は、環状の金属製ブッシュと、金属製ブッシュの周囲に設けられた環状の本体と、本体の外周部に本体の周方向に沿って配置された複数の歯部と、を有する樹脂部材と、一の歯部と、一の歯部が他の歯車と噛み合ったときに当該歯車と噛み合わない他の歯部又は本体と、を連結する連結部材と、を備える。

【0007】

本発明の一側面に係る樹脂製歯車では、一の歯部と他の歯部（歯車と接触していない歯部）又は本体とが連結部材で連結されている。これにより、樹脂製歯車では、連結部材を介して、一の歯部が他の歯部又は本体によって補強される。したがって、樹脂製歯車では、歯部の剛性の向上が図れる。これにより、樹脂製歯車では、一の歯部が他の歯車と噛み合ったときに、一の歯部に外力が加わった場合であっても、一の歯部に不具合が生じることを回避できる。

【0008】

一実施形態においては、連結部材の一端は、一の歯部に接続されており、連結部材の他端は、一の歯部から本体の周方向において９０°以内の範囲に設けられた他の歯部に接続されていてもよい。一の歯部には、他の歯車と噛み合ったときに、樹脂部材の周方向において外力が加わる。そのため、一の歯部から本体の周方向において９０°以内の範囲に設けられた他の歯部に連結部材の他端を接続することにより、一の歯部に外力が加わった場合であっても、他の歯部によって、一の歯部が外力によって変形すること等を抑制できる。

【0009】

一実施形態においては、連結部材の一端は、一の歯部に接続されており、連結部材の他端は、一の歯部から本体の周方向において９０°以内の本体に接続されていてもよい。一の歯部には、他の歯車と噛み合ったときに、樹脂部材の周方向において外力が加わる。そのため、一の歯部から本体の周方向において９０°以内の本体に連結部材の他端を接続することにより、一の歯部に外力が加わった場合であっても、本体によって、一の歯部が外力によって変形すること等を抑制できる。

【0010】

一実施形態においては、連結部材は、樹脂部材の少なくとも一方の側面に接続されていてもよい。この構成では、他の歯車と連結部材とが接触することを回避できる。

【0011】

一実施形態においては、連結部材は、一の歯部の先端部分に接続されていてもよい。歯部は、先端に向かって先細りとなる形状を呈している。そのため、歯部の先端部分は、歯部の基端部分よりも剛性が低い。そこで、一の歯部の先端部分に連結部材を接続することにより、歯部の先端部分の剛性の向上を図ることができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明の一側面によれば、歯部の剛性の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、一実施形態に係る樹脂製歯車の正面図である。

【図2】図２は、一実施形態に係る樹脂製歯車の正面図である。

【図3】図３は、樹脂製歯車の一部を拡大して示す斜視図である。

【図4】図４は、樹脂製歯車と他の歯車とが噛み合っている状態を示す図である。

【図5】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、連結部材の接続方法を示す図である。

【図6】図６（ａ）は、抄造素形体の斜視図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるｂ－ｂ線に沿った断面構成を示す図である。

【図7】図７は、他の実施形態に係る樹脂製歯車の正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

【0015】

図１及び図２に示されるように、樹脂製歯車１は、金属製ブッシュ３と、樹脂部材７と、連結部材２０と、を備えている。本実施形態に係る樹脂製歯車１は、平歯車である。

【0016】

金属製ブッシュ３は、回転軸（図示省略）に取り付けられる部材である。金属製ブッシュ３は、円環状である。金属製ブッシュ３は、例えば、ステンレス等の金属で形成されている。金属製ブッシュ３には、貫通孔３ｈが設けられている。貫通孔３ｈには、回転軸が挿入される。

【0017】

樹脂部材７は、他の歯車と噛み合う部材である。樹脂部材７は、環状である。樹脂部材７は、樹脂で形成されている。樹脂部材７は、金属製ブッシュ３の周囲に設けられている。樹脂部材７は、本体９と、複数の歯部１１と、を有する。本体９と複数の歯部１１とは、一体に形成されている。

【0018】

本体９は、円環状である。本体９は、弾性部材５の周囲に設けられている。歯部１１は、本体９の外周部に配置されている。歯部１１は、本体９から突出している。具体的には、歯部１１は、本体９の径方向において、本体９から外側に突出している。歯部１１は、本体９の周方向において、所定の間隔をあけて複数設けられている。

【0019】

連結部材２０は、一の歯部１１と、他の歯部１１又は本体９と、を連結する。連結部材２０は、棒状の部材である。連結部材２０は、金属、弾性部材、樹脂等からなる。図３に示されているように、連結部材２０は、樹脂部材７の一方の側面７ａ及び他方の側面７ｂ（歯部１１の側面）に配置されている。

【0020】

本実施形態では、連結部材２０は、一の歯部１１と他の歯部１１とを連結する。具体的には、連結部材２０は、一の歯部１１と、一の歯部１１が他の歯車と噛み合ったときに当該歯車と噛み合わない他の歯部１１と、を連結する。歯部１１が歯車と噛み合うとは、歯部１１が歯車と接触していることを意味する。言い換えれば、歯部１１が歯車と噛み合わないとは、歯部１１が歯車と接触していないことを意味する。連結部材２０の一端は、一の歯部１１に接続されており、連結部材２０の他端は、一の歯部１１から本体９の周方向において９０°以内の範囲に設けられた他の歯部１１に接続されている。

【0021】

具体的には、図４に示されるように、連結部材２０は、例えば、他の歯車１００の歯部１０２と噛み合う歯部１１Ａと、他の歯車１００の歯部１０２と噛み合わない歯部１１Ｃと、を連結する。連結部材２０は、他の歯車１００の歯部１０２と噛み合う歯部１１Ｂと、他の歯車１００の歯部１０２と噛み合わない歯部１１Ｄと、を連結する。このように、図４に示される例では、連結部材２０は、一の歯部１１と、一の歯部１１から樹脂部材７の周方向において２つ目の他の歯部１１と、を連結する。すなわち、連結部材２０は、一の歯部１１と他の歯部１１との間に１つの歯部１１が位置するように、一の歯部１１と他の歯部１１とを連結する。

【0022】

連結部材２０の一端は、一の歯部１１の側面７ａ，７ｂにおいて、一の歯部１１の先端部分に接続されている。連結部材２０の他端は、他の歯部１１の側面７ａ，７ｂにおいて、他の歯部１１の先端部分に接続されている。連結部材２０と歯部１１との接続方法は、様々な方法が採用され得る。

【0023】

例えば、図５（ａ）に示されるように、連結部材２０は、歯部１１に連結部材２０の一部が埋め込まれていてもよい。具体的には、連結部材２０は、本体部２０ａと、接続部２０ｂ，２０ｃと、を有している。接続部２０ｂ，２０ｃは、本体部２０ａの長手方向の端部において、本体部２０ａに対して略直角に屈曲している。連結部材２０では、接続部２０ｂ，２０ｃが歯部１１に埋め込まれている。これにより、連結部材２０は、一の歯部１１及び他の歯部１１に固定されている。

【0024】

また、図５（ｂ）に示されるように、連結部材２０は、支持部材２２と、ナット２３と、により接続されていてもよい。支持部材２２は、歯部１１の一方の側面７ａと他方の側面７ｂとを貫通する貫通孔（図示省略）に挿入されている。支持部材２２は、一の歯部１１及び他の歯部１１に挿入されている。支持部材２２の両端部は、一方の側面７ａ及び他方の側面７ｂから突出している。支持部材２２の両端部には、ねじ山が形成されている。ナット２３は、支持部材２２の端部に螺合する。連結部材２０の端部には、支持部材２２が挿入される孔（図示省略）が設けられている。連結部材２０は、その端部に支持部材２２が挿入されて、ナット２３により歯部１１に対して固定される。

【0025】

続いて、樹脂製歯車１の製造方法について説明する。樹脂製歯車１の製造方法は、抄造素形体形成工程と、樹脂部材形成工程と、切削工程と、歯切加工工程と、連結部材取付工程と、を含む。

【0026】

［抄造素形体形成工程］
抄造素形体形成工程では、抄造法によって、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示されるように、金属製ブッシュ３の周囲に円環状の抄造素形体３０を形成する。金属製ブッシュ３は、抄造素形体形成工程の前に準備する。抄造素形体は、短繊維のみを含むものであっても、短繊維及び樹脂を含むものであってもよい。

【0027】

抄造法による抄造素形体３０の形成には、従来公知の方法を適用することができる。例えば、円環形状は、筒状金型を用いることにより形成することができる。また、抄造素形体３０は、例えば、金型の中央にブッシュを配置し、ブッシュの周囲に短繊維、分散媒及び任意の樹脂の分散液を注入し、金型から分散媒を排出した後に、筒状金型内に残った集合体を圧縮することにより形成することができる。

【0028】

短繊維の融点、又は、短繊維の分解温度は、２５０℃以上であることが好ましい。このような短繊維を用いることで、成形時の成形温度又は加工温度、実使用時の雰囲気温度において、短繊維が熱劣化を起こすことなく、耐熱性に優れた繊維基材又は樹脂製歯車とすることができる。

【0029】

短繊維としては、パラ系アラミド繊維、メタ系アラミド繊維、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、セラミック繊維、超高強力ポリエチレン繊維、ポリケトン繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、全芳香族ポリエステル繊維、ポリイミド繊維、及びポリビニルアルコール系繊維から選ばれた少なくとも１種以上の短繊維を使用することが好ましい。特に、パラ系アラミド繊維と、メタ系アラミド繊維との混合繊維を短繊維として用いた場合には、耐熱性、強度、樹脂成形後の加工性のバランスが優れている。

【0030】

スラリとしては、有機溶媒、有機溶媒と水との混合物、又は、水等を用いることができる。スラリとしては、特に経済的で、環境への負荷が少ない、水を使用することが好ましい。有機溶媒を用いる場合には、安全面に充分注意し、メタノール、エタノール、アセトン、トルエン、ジエチルエーテル等の有機溶媒を使用することも可能である。

【0031】

樹脂は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれであってもよいが、製造される樹脂製歯車の強度を向上させる観点から、熱硬化性樹脂であると好ましい。より具体的には、エポキシ樹脂、ポリアミノアミド樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等から選ばれた１以上の樹脂と、選択された樹脂の種類に応じた硬化剤とを組み合わせたものが使用できる。これらの中でも、樹脂硬化物の強度、耐熱性等の点からポリアミノアミド樹脂が好ましく、耐熱性、強度が優れる２，２’－（１，３フェニレン）ビス２－オキサゾリンとアミン硬化剤の混合物１００質量部に対し、触媒には硬化促進剤として、例えば、ｎ－オクチルブロマイドが５質量部以下からなる樹脂を使用することが好ましい。

【0032】

なお、樹脂は、抄造素形体形成工程において短繊維と一緒に抄造されてもよく、短繊維のみを含む抄造素形体３０を形成した後に、樹脂部材形成工程において抄造素形体３０に含浸されてもよい。

【0033】

［樹脂部材形成工程］
樹脂部材形成工程では、金型内に抄造素形体３０を配置し、樹脂を硬化させて樹脂部材７を形成する。抄造素形体形成工程において樹脂を用いなかった場合には、金型内に樹脂を注入して抄造素形体３０に含浸させた後に、樹脂を硬化させる。

【0034】

［切削工程］
切削工程では、金属製ブッシュ３及び樹脂部材７からなる成形品を切削して成形品の寸法を調整する。切削工程では、成形品を旋盤等の工作機械によって切削加工する。具体的には、切削工程では、成形品の外径部分及び内径部側面を削り、成形品を所定の寸法に加工する。

【0035】

［歯切加工工程］
歯切加工工程では、切削工程において寸法が調整された樹脂部材７の歯切加工を行う。適用される歯切加工としては、ホブ盤又はシェービング盤による仕上げ加工が挙げられる。ホブ盤としては、例えば三菱重工業株式会社製のＧＥ１５Ａ（商品名）を用いることができる。なお、ホブ盤による切削量は、２００μｍ以上になる。シェービング盤としては、例えば三菱重工業株式会社製のＦＥ３０Ａ（商品名）を用いることができる。なお、シェービング加工による切削量は少なく、２０～１５０μｍ程度になる。歯切加工工程により、樹脂部材７に歯部１１が形成される。

【0036】

［連結部材取付工程］
連結部材取付工程では、樹脂部材７に連結部材２０を取り付ける。例えば、連結部材２０が図５（ａ）に示される形態である場合には、樹脂部材７の歯部１１の先端部分に孔を形成して、接続部２０ｂ，２０ｃを孔に挿入する。或いは、樹脂部材形成工程において、樹脂を硬化させる前に、接続部２０ｂ，２０ｃを抄造素形体３０に埋設させて、樹脂を硬化させる。これにより、樹脂の硬化によって、接続部２０ｂ，２０ｃが歯部１１に固定される。また、例えば、連結部材２０が図５（ｂ）に示される形態である場合には、樹脂部材７の歯部１１の先端部分に貫通孔を形成して、支持部材２２を貫通孔に挿入する。その後、支持部材２２に連結部材２０を取り付けて、ナット２３を支持部材２２に取り付ける。

【0037】

以上の工程により、樹脂製歯車１が製造される。

【0038】

以上説明したように、本実施形態に係る樹脂製歯車１では、一の歯部１１と他の歯部１１とが連結部材２０で連結されている。これにより、樹脂製歯車１では、一の歯部１１が補強される。したがって、樹脂製歯車１では、歯部１１の剛性の向上が図れる。これにより、樹脂製歯車１では、一の歯部１１が他の歯車と噛み合ったときに、一の歯部１１に外力が加わった場合であっても、一の歯部１１に不具合が生じることを回避できる。

【0039】

本実施形態に係る樹脂製歯車１では、連結部材２０の一端は、一の歯部１１に接続されており、連結部材２０の他端は、一の歯部１１から本体９の周方向において９０°以内の範囲に設けられた他の歯部１１に接続されている。一の歯部１１には、他の歯車と噛み合ったときに、樹脂部材７の周方向において外力が加わる。そのため、一の歯部１１から本体９の周方向において９０°以内の範囲に設けられた他の歯部１１に連結部材２０の他端を接続することにより、一の歯部１１に外力が加わった場合であっても、他の歯部１１によって、一の歯部１１が外力によって変形すること等を抑制できる。

【0040】

本実施形態に係る樹脂製歯車１では、連結部材２０は、樹脂部材７の側面７ａ，７ｂに接続されている。この構成では、他の歯車と連結部材２０とが接触することを回避できる。

【0041】

本実施形態に係る樹脂製歯車１では、連結部材２０は、一の歯部１１の先端部分に接続されている。歯部１１は、先端に向かって先細りとなる形状を呈している。そのため、歯部１１の先端部分は、歯部１１の基端部分よりも剛性が低い。そこで、一の歯部１１の先端部分に連結部材２０を接続することにより、歯部１１の先端部分の剛性の向上を図ることができる。

【0042】

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

【0043】

上記実施形態では、樹脂製歯車１が平歯車である形態を一例に説明した。しかし、樹脂製歯車１は、はすば歯車等であってもよい。

【0044】

上記実施形態では、樹脂製歯車１が、金属製ブッシュ３と、樹脂部材７と、連結部材２０と、を備えている形態を一例に説明した。しかし、樹脂製歯車は、金属製ブッシュ３と樹脂部材７との間に、弾性部材を備えていてもよい。弾性部材は、樹脂製歯車１が他の歯車と噛み合いにより発生する衝撃を減衰する部材である。弾性部材は、例えばゴムにより形成されている。ゴムは、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム、エピクロロヒドリンゴム、シリコーンゴム等である。ゴムは、耐久性及び耐熱性の観点から、フッ素ゴム又はシリコーンゴムであることが好ましい。

【0045】

上記実施形態では、連結部材２０が樹脂部材７の一方の側面７ａ及び他方の側面７ｂに設けられる形態を一例に説明した。しかし、連結部材２０は、樹脂部材７の少なくとも一方の側面に設けられていればよい。

【0046】

上記実施形態では、連結部材２０と樹脂部材７との接続方法について、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示される形態を一例に説明した。しかし、連結部材２０と樹脂部材７との接続方法はこれに限定されない。

【0047】

上記実施形態では、連結部材２０が一の歯部１１と他の歯部１１とを連結する形態を一例に説明した。しかし、連結部材２０による連結形態はこれに限定されない。例えば、図７に示されるように、連結部材２０は、一の歯部１１と本体９とを連結してもよい。具体的には、連結部材２０の一端は、一の歯部１１の先端部に接続され、連結部材２０の他端は、本体９に接続されている。より詳細には、連結部材２０の他端は、一の歯部１１から本体９の周方向において９０°以内の本体９に接続されている。この構成では、一の歯部１１が補強される。したがって、樹脂製歯車１Ａでは、歯部１１の剛性の向上が図れる。これにより、樹脂製歯車１Ａでは、一の歯部１１が他の歯車と噛み合ったときに、一の歯部１１に外力が加わった場合であっても、一の歯部１１に不具合が生じることを回避できる。

【符号の説明】

【0048】

１，１Ａ…樹脂製歯車、３…金属製ブッシュ、７…樹脂部材、７ａ，７ｂ…側面、９…本体、１１…歯部、２０…連結部材。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】