(57)【要約】【課題】ウェブの肉厚増加などを伴わずに、スラスト方向と回転方向の双方向の強度を得ることが可能となる樹脂製歯車を提供する。【解決手段】環状のリムの外周部に形成された歯部と、該歯部の回転中心に形成された軸支持部と、前記歯部と前記軸支持部を接続するウェブと、を備えた樹脂製歯車であって、  前記ウェブは、第一の周方向リブが形成されると共に、前記第一の周方向リブの内側に第二の周方向リブが形成され、  前記第一の周方向リブと前記第二の周方向リブとの間に、周方向の断面形状が鋸歯状波面となる、複数の、スラスト方向に傾斜する傾斜板状部と、前記傾斜板状部を連結する連結板状部が形成されている。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のリムの外周部に形成された歯部と、該歯部の回転中心に形成された軸支持部と、前記歯部と前記軸支持部を接続するウェブと、を備えた樹脂製歯車であって、
前記ウェブは、第一の周方向リブが形成されると共に、前記第一の周方向リブの内側に第二の周方向リブが形成され、
前記第一の周方向リブと前記第二の周方向リブとの間に、周方向の断面形状が鋸歯状波面となる、複数の、スラスト方向に傾斜する傾斜板状部と、前記傾斜板状部を連結する連結板状部が形成されていることを特徴とする樹脂性歯車。
【請求項２】
前記連結板状部は、前記軸支持部に挿入される固定軸の軸方向と平行な方向に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂製歯車。
【請求項３】
前記傾斜板状部は、前記歯部における歯の傾きと逆方向に傾斜していることを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂製歯車。
【請求項４】
前記傾斜板状部の傾斜角度は、０度より大きく９０度より小さいことを特徴とする請求項３に記載の樹脂製歯車。
【請求項５】
前記傾斜板状部と前記連結板状部とで形成される稜線が、
前記軸方向から見た時、前記稜線における前記第二の周方向リブ側の端部と歯車の回転中心を結ぶ直線に対して、前記樹脂製歯車の回転方向に対して逆回転方向に傾けて構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の樹脂製歯車。
【請求項６】
前記稜線の傾き角度が、０度より大きく２０度以下であることを特徴とする請求項５に記載の樹脂製歯車。
【請求項７】
前記歯部と前記第一の周方向リブとの間に外ウェブ部が形成され、前記外ウェブ部が平面形状であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の樹脂製歯車。
【請求項８】
前記樹脂製歯車が、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド、ナイロンの樹脂材料のうちのいずれかによって形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１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、樹脂製歯車に関し、特に外周部に形成された斜状の歯部と、回転中心に形成された軸支持部と前記歯部と前記軸支持部を接続するウェブを備えた樹脂製歯車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
樹脂成形歯車は、複写機、プリンター等のＯＡ機器、インクカートリッジ等の消耗品、デジタルカメラやビデオカメラ等の小型精密機器のような広い範囲の機械製品に動力伝達部品として組み込まれている。
従来、高精度な動力伝達部品としての樹脂成形歯車は斜歯車が使用されており、歯先円寸法や噛合い誤差（ＪＧＭＡ  １１６−０２）などの精度規格がその用途と目的に応じて設定されている。
また、機械製品の高機能・高品質化が求められる場合には精度規格がより小さい規格幅に設定された高精度な樹脂歯車が必要とされてきた。
【０００３】
さらに、近年では、カラープリンターやカラー複写機の画像形成装置は低騒音性能や色ずれの防止なども併せて求められるようになっている。
しかし、従来のように誤差規格を小さく設定するだけでこれらの要求を満足することは困難なため、歯車の回転伝達精度（動的精度）を更に高めていくことが求められている。
斜歯車の回転伝達精度が悪化する要因として、特に（１）歯車歯面精度の不良、（２）歯車の軸支持部の不良、（３）回転駆動時における歯車の変形といった場合が挙げられる。（１）は歯面に与えられた規格が使用環境に適していない場合であり、（２）は歯車の支持軸が回転軸に対して偏心あるいは傾いている場合である。
（１）（２）の場合では、歯車に対して歯すじ誤差精度（ＪＩＳ  Ｂ  １７０２）や同軸度などの諸規格を設定し、その規格に納まる歯車を採用することで対処が可能である。
一方、（３）は歯車の動的環境下において発生る形状不良に起因するものである。そのため、（１）（２）のような静的環境下における精度規格では対処が困難となる。
【０００４】
例えば、図１０および図１１に示すような従来例の樹脂製歯車６０では、斜状の歯６１が形成された円環状のリム６２と軸６３に嵌合されるボス（軸支持部）６４とを肉厚ｔのウェブ６５で接続され、ウェブ６５の測面に歯先円中心を基準とした放射状のリブ６８が形成される。
通常、樹脂製歯車６０の回転には、歯に回転トルクが加わる。トルクは図１４に示すように、斜状の歯のネジレ成分に従って回転方向荷重ＲＬとスラスト方向荷重ＳＬの二つの分力となる。
回転方向の荷重ＲＬは図１２の破線で示すように、荷重の作用方向に沿って変形ｑを発生させ、回転伝達精度を低下させる要因となる。
また、スラスト方向荷重ＳＬは、図１３の破線で示すように、荷重の作用方向に沿って変形ｐを発生させ、回転伝達精度を低下させる要因となる。
このような不具合を解消するため、図１５に示すように、ウェブ６５の肉厚を増したｔｗにすることで強度を上げて回転伝達精度の低下を防ぐ方法が考えられた。
しかし、図１６の破線６７で示すように、ウェブを厚くするとウェブと接続している付近の歯部で収縮量が大きくなり、歯面精度が低下してしまう。また、ウェブの厚みｔｗの量だけ材料が増え、コストが増加するという問題がある。
【０００５】
これらの問題に対処するため、従来の技術では樹脂製歯車のウェブ断面形状およびリブの設置形態を工夫することで材料の増加を抑えつつ強度を向上させる技術が開示されてい
る。
例えば特許文献１では、歯部と同心の周方向リブとリムを形成し、リブとリムの間のウェブの断面形状を略波形形状にすることによって、肉厚の増加を伴わずしてウェブの強度を大きくする技術が開示されている。
特許文献２ではウェブの両側面に配設されたリブが、歯車が回転駆動時に発生する圧縮力を受ける方向に設定することで、ウェブの強度を大きくする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３３６６０９
【特許文献２】特開２００１−３３６６１３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
樹脂製歯車は使用環境に適した強度が確保できていれば問題無いが、近年のカラープリンターやカラー複写機の高性能化に伴って樹脂製歯車の使用環境は大きく変化している。例えば、画像形成時の色ずれ防止や印字性能の向上、作動時の振動の低減などの要望が高まったことにより、従来以上の動的環境下の回転伝達精度が必要となっている。
さらに、伝達性能の向上には樹脂製斜歯車の噛合い率増加が必要であり、その結果、斜状の歯はより大きなネジレ角度が設定される。図１４に示すように、ネジレ角度βが大きくなると歯車に加わる回転方向への荷重ＲＬが減るのと対照的にスラスト方向への荷重ＳＬが増大するので、スラスト方向へ変形しやすい傾向となる。
つまり近年の使用環境を考慮すると、樹脂製歯車は回転方向およびスラスト方向の変形を最小限に収めるため、従来以上のウェブの強度が必要になる。特にスラスト方向の変形では、斜状の歯のネジレ角に起因する分力に耐えられる強度でなければならない。
また、昨今の環境保全に対する重要性の高まりから、化石燃料由来の材料の使用量を削減することが求められている。さらに、近年のカラープリンターやカラー複写機は高性能化だけでなく低価格も求められている。
つまり、図１５に示すようなウェブ肉厚を増大して強度を確保する方法を用いることは困難となる。
【０００８】
上記特許文献１では、上記したように周方向リブとリムの間のウェブの断面形状を略波形形状にすることによって、肉厚の増加を伴わずしてウェブの強度を大きくするように構成されている。しかし、このような構成ではネジレ角度に起因するスラスト方向荷重に関する対処がされていないだけでなく、回転方向の強度増加の効果が少ないという課題を有している。
更に、波形形状が歯面の収縮挙動に影響を与えて歯面精度を低下させるという課題を有している。
また、上記特許文献２では、上記したようにウェブの両側面に配設されたリブが、歯車が回転駆動時に発生する圧縮力を受ける方向に設定することで、ウェブの強度を大きくするように構成されている。しかし、このような構成では回転方向の強度増加が見込めるだけで、スラスト方向の強度増加の効果が少ないという課題を有している。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑み、ウェブの肉厚増加などを伴わずに、スラスト方向と回転方向の双方向の強度を得ることが可能となる樹脂製歯車を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の樹脂製歯車は、環状のリムの外周部に形成された歯部と、該歯部の回転中心に形成された軸支持部と、前記歯部と前記軸支持部を接続するウェブと、を備えた樹脂製歯
車であって、
前記ウェブは、第一の周方向リブが形成されると共に、前記第一の周方向リブの内側に第二の周方向リブが形成され、
前記第一の周方向リブと前記第二の周方向リブとの間に、周方向の断面形状が鋸歯状波面となる、複数の、スラスト方向に傾斜する傾斜板状部と、前記傾斜板状部を連結する連結板状部が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ウェブの肉厚増加などを伴わずに、スラスト方向と回転方向の双方向の強度を得ることが可能となる樹脂製歯車を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態１における樹脂製歯車の正面図。
【図２】本発明の実施形態１における樹脂製歯車の斜視図。
【図３】図１のＡ−Ａ線に沿って切断して示す断面図。
【図４】図１のＢ−Ｂ線に沿って切断して示す断面図。
【図５】本発明の実施形態２の樹脂製歯車における歯の傾きとウェブの傾きを示す図。
【図６】本発明の実施形態３における樹脂製歯車の正面図。
【図７】本発明の実施形態３における樹脂製歯車の斜視図。
【図８】図６のＣ−Ｃ線に沿って切断した樹脂製歯車の断面図。
【図９】本発明の実施形態３における樹脂製歯車の軸と平行な面の傾きを示す図。
【図１０】本発明の課題を説明するための従来例における樹脂製歯車の正面図。
【図１１】図１０のＤ−Ｄ線に沿って切断した樹脂製歯車の断面図。
【図１２】図１０の従来例の樹脂製歯車における回転方向の変形を表す図。
【図１３】図１０の従来例の樹脂製歯車におけるスラスト方向の変形を表す断面図。
【図１４】本発明の課題を説明するための樹脂製歯車における斜歯車の回転方向とスラスト方向に発生する荷重を示す図。
【図１５】本発明の課題を説明するための従来例における図１１に対応する樹脂製歯車のＤ−Ｄ線に沿った断面図。
【図１６】図１５の歯部分の詳細図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
つぎに、本発明の実施形態における樹脂製歯車の構成例について説明する。
［実施形態１］
図１〜図４は、本発明の実施形態１における特徴を最もよく表す図面である。
図１は、本実施形態における樹脂製歯車の構成を示す正面図である。
図１において、１は本実施形態の樹脂製歯車であり、樹脂製歯車１はポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド、ナイロンなどの樹脂材料を用いて、射出成形で製造される。
３は樹脂製歯車のリムであり、歯車の中心軸に対して同心円状に構成される。２は樹脂製歯車の斜状の歯であり、リム３の外周部に形成されている。
５は樹脂製歯車の軸支持部であり、その内部の軸孔４に固定軸が挿入される。
６は歯部と同心に形成された円環状の第一の周方向リブであり、７は周方向リブ６より内側に形成された第二の周方向リブである。
８、９、１０及び１１は樹脂製歯車のウェブを構成する板状部であり、二つの周方向リブを介して軸支持部５とリム３を接続している。
【００１４】
内ウェブ部１０は軸支持部の外表面から半径方向外側に向けて形成されており、第二の周方向リブ７と接続する。前記内ウェブ部は平板形状であることが好ましい。
外ウェブ部９は第一の周方向リブ６の外周側の面から半径方向外側に向けて形成されており、リム３と接続する。前記外ウェブ部は平板形状であることが好ましい。
また、第一の周方向リブ６と第二の周方向リブ７の間に、周方向の断面形状が鋸歯状波面となる、複数の傾斜板状部８および複数の接続板状部１１を有する接続ウェブ部が形成される。
その際、傾斜板状部８は周方向に向けて形成された平板がスラスト方向に傾斜するように形成され、連結板状部１１は、傾斜板状部を連結するように形成される。この連結板状部１１は、樹脂製歯車の軸支持部５の軸孔４に挿入される固定軸と平行な方向に向けて形成されることが好ましい。これらの傾斜板状部８および連結板状部１１を有する接続ウェブ部は、外ウェブ部９、内ウェブ部１０と同じ肉厚で形成されることが好ましい。
【００１５】
図２は、本実施形態における樹脂製歯車の斜視図である。
図２に示す本実施形態の樹脂製歯車と、図１０、図１１に示す樹脂製歯車との基本的差異は、本実施形態ではウェブの一部がスラスト方向に傾斜している点である。
すなわち、本実施形態の樹脂製歯車では、上記したように接続ウェブ部を構成する傾斜板状部８と連結板状部１１とにより断面形状が鋸歯状波面となるように形成されている。その際、傾斜板状部８は周方向に向けて形成された複数の板状部がスラスト方向に傾斜するように形成されており、これらの点において従来例と基本的差異がある。
【００１６】
これらについて、図３および図４を用いて、更に説明する。
図３および図４は、図１のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線に沿った断面図である。
第一の周方向リブ６および第二の周方向リブ７の間に形成された傾斜板状部８は、周方向においてスラスト方向に傾斜した断面が形成されている。
つまり、これによりスラスト方向の断面積が従来例よりも増えるので、スラスト方向荷重ＳＬに対する強度が大きくなる。
また、鋸歯状波面に形成することで、特許文献１に示すような波状の従来例より狭い領域に多数の傾斜面を形成することができ、効率的な強度の増加が可能となる。
【００１７】
以上のように、本実施形態では、環状のリムの外周部に形成された歯部と、該歯部の回転中心に形成された軸支持部と、歯部と軸支持部を接続するウェブと、を備え、
このウェブには、歯部と同心に第一の周方向リブが形成され、第一の周方向リブの内側に第二の周方向リブが形成される構成が採られる。
そして、第一の周方向リブと第二の周方向リブとの間に、周方向の断面形状が鋸歯状波面に形成された接続ウェブ部が形成される。
その際、鋸歯状波面が、スラスト方向に傾斜した傾斜板状部と、傾斜板状部を連結する連結板状部によって形成される。連結板状部は、前記軸支持部に挿入される固定軸の軸方向と平行な方向に形成されているとより好ましい。
このような構成により、二つ以上の周方向リブでウェブが補強されるとともに、周方向の断面形状を鋸歯状波面に形成することで回転駆動時のスラスト方向と回転方向の双方向の変形を同時に抑えることが可能となる。
また、鋸歯状波面の形成領域を第一の周方向リブと第二の周方向リブの間に設定することで歯部と軸支持部への鋸歯状波面による収縮影響が緩和され、高精度化を図ることができる。さらに、ウェブの肉厚増加など付加を伴わずに強度を大きくすることができるため、化石燃料由来の材料の使用量を削減できるだけでなく、樹脂製歯車のコストを低価格に抑えることが可能となる。
また、歯部と第一の周方向リブの間のウェブを平面形状にすることによって、樹脂製歯車の歯面への収縮影響を最小限に抑えることが可能となる。
【００１８】
［実施形態２］
実施形態２として、上記実施形態１とは異なる形態の樹脂製歯車の構成例について説明
する。
図５は、本実施の形態における歯の傾きとウェブの傾きを示す図である。
βは斜状の歯２のネジレ角度を示しており、γは傾斜板状部８の傾斜角度である。
本実施形態の樹脂製歯車１は、図５に示すように、傾斜板状部８を斜状の歯２の傾きと逆方向に傾け、また連結板状部１１を歯車の軸方向に対して平行な方向となるように構成する。
こうすることで、連結板状部１１でスラスト方向の強度を上げるとともに、傾斜板状部８でネジレ方向に沿って発生する圧縮力を効率的に受けることができる。
さらに、傾斜板状部８の傾斜角度γは、０度より大きく９０度より小さい範囲で設定されたものであればよい。
【００１９】
［実施形態３］
実施形態３として、上記各実施形態とは異なる形態の樹脂製歯車の構成例について説明する。
図６〜図８は、本実施形態における樹脂製歯車２２を表したものである。図６と図７は樹脂製歯車２２の正面図と斜視図である。また図８は図６のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
図１〜４に示した実施形態１に係る樹脂製歯車１と同一の構成には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
本実施の形態の樹脂製歯車２２は、実施形態１の樹脂製歯車１を軸方向から見た時、連結板状部１１と傾斜板状部８で形成される稜線を、稜線端部と歯車の回転中心を結ぶ直線に対して歯車回転方向に対して逆回転方向に傾けたものである。
つまり、連結板状部１１を回転駆動時の荷重で圧縮される方向に傾けて形成することで、回転方向に対する変形を小さくすることが可能となる。
また、図９は連結板状部１１と傾斜板状部８で形成される稜線の、該稜線における内側端部（第二の周方向リブ側の端部）と歯車回転中心を結ぶ直線に対する傾きを表した図である。δは傾き角度である。
本実施形態の樹脂製歯車２２は、傾き角度δが０度より大きく２０度以下の範囲に設定されたものであればよい。
【実施例】
【００２０】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１として本発明を適用した樹脂製歯車の構成例について説明する。
表１に、本実施例の改良例１および改良例２と、比較例１〜３を示す。
樹脂材料は旭化成ケミカルズ社製テナック（登録商標）ＨＣ７５０を用いた。
成形によって得られる歯車は、モジュール０．５、圧力角２０°、歯数１３５、ネジレ角は左に２０°のものとした。
なお、ここでの表１では、本実施例の改良例１および改良例２と、比較例１〜３に対して、ｒｐｍ２３、トルク６．０（Ｎ・ｍ）で回転駆動させた時の回転方向への変形量ｑおよびスラスト方向の変形量ｐを表したものである。
【００２１】
［表１］従来技術と本発明の比較一覧
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【００２２】
比較例１は、図１０に示すような歯車の肉厚を１．５ｍｍ、放射状のリブ６８を１８ヶとした例である。
比較例２はリブの数を増し２４ヶとした例、比較例３はウェブの肉厚を５．０ｍｍに増加させたものである。比較例２、３は比較例１に対して従来技術を用いて強度を大きくした樹脂製歯車に相当する。
一方、本実施例の改良例１および改良例２は、図１に示す本発明の実施形態を適用して製造した樹脂製歯車である。
改良例１は連結板状部１１の数を１８ヶとしたもの、改良例２は連結板状部１１を２４ヶとしたものである。図１の連結板状部１１は図１０におけるリブ６８に相当するものである。
【００２３】
比較例２はリブの数が増えることによって、体積が１５％増加しているにも関わらず回転方向の変形量ｑの改善効果は小さい。
また、比較例３は肉厚増加によって回転方向の変形ｑおよびスラスト方向の変形ｐは大幅に改善できるが、体積が３０％程増加している。
これに対し、本実施例の改良例１は体積が０．２％とほとんど変化が無いのに加えて、回転方向の変形量ｑとスラスト方向の変形量ｐはウェブ肉厚５．０ｍｍの比較例３と同等まで抑制することができている。
さらに、本実施例の改良例２では体積が１５％増加しているものの、回転方向、スラスト方向の双方向の変形を更に抑制されている。
以上の結果より、本発明を適用した樹脂製歯車は肉厚増加を伴わずに従来技術同等の強度の向上を図ることが可能となる。
【００２４】
［実施例２］
実施例２として、上記実施例１と異なる形態の樹脂製歯車の構成例について説明する。本実施例では、図１に示す樹脂製歯車において、図５に示すネジレ角βと傾斜板状部８の傾斜角γの角度をそれぞれ変えた場合の変形例を構成した。
表２に、本実施例の改良例１、改良例３〜改良例５と、比較例１、４、５を示す。
。
ネジレ角β以外は、モジュール０．５、圧力角２０°、歯数１３５で固定とした。
【００２５】
［表２］ネジレ角βと傾斜角γの影響
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【００２６】
比較例１はネジレ角βを２０°、比較例４と比較例５とはそれぞれ３０°と１５°とした。ネジレ角βが大きくなるほど回転方向の変形量ｑが小さくなり、スラスト方向の変形量ｐが大きくなる。とくにスラスト方向の変化率が顕著となる。
これに対して、本実施例の改良例１は傾斜角７０°とすることで、回転方向とスラスト方向双方向の変形量が抑制される。
しかし、本実施例の改良例３に示すように、傾斜角γを７０°の状態のままネジレ角度を３０°に増やすとスラスト方向の変形量ｐが大きくなる。
これに対し、本実施例の改良例４ではネジレ角を３０°の状態で傾斜角γを６０°と小さくした。するとスラスト方向の変形量ｐを小さく抑制することができた。
しかし、本実施例の改良例５示すようにさらに傾斜角γだけを小さくして５０°にすると、回転方向の変形量ｑが増大する結果となった。
つまり、傾斜角γはネジレ角の角度に併せて最もトルクの圧縮力を受ける方向に傾けなければ、効率的に回転方向とスラスト方向の変形を抑制することができない。おおよそ、γ＝（９０°−β）の関係が成り立つ状態が最適形状となる。
【００２７】
［実施例３］
実施例３として、上記各実施例と異なる形態の樹脂製歯車の構成例について説明する。本実施例の樹脂製歯車は、本発明の実施形態である樹脂製歯車１を軸方向から見た時、図６に示すように連結板状部１１と傾斜板状部８で形成される稜線を、稜線端部と歯車の回転中心を結ぶ直線に対して歯車回転方向に対して逆方向に傾けるようにして構成されている。
表３に、図６および図９に示す回転方向で駆動することを前提に、稜線角度δを変えた場合の変形例についての、本実施例の改良例６および改良例７と、比較例１を示す。
ここでは、モジュール０．５、圧力角２０°、歯数１３５、ネジレ角は左に２０°とした。
【００２８】
［表３］稜線角度δによる影響
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【００２９】
本実施例の改良例６は稜線角度δを回転方向と逆方向に１０°傾けたものである。
その結果、比較例１に比べ回転方向とスラスト方向の双方向で変形量を抑制できただけでなく、稜線角度δが０°の改良例１よりも効果を得ることができた。
また、稜線角度δを更に大きく２０度とした改良例７ではより大きな効果を得ることが可能となった。
【符号の説明】
【００３０】
１：樹脂製歯車
２：斜状の歯
３：リム
４：軸孔
５：軸支持部
６：第一の周方向リブ
７：第二の周方向リブ
８：鋸歯状形成面１
９：ウェブ
１０：ウェブ
１１：鋸歯状形成面２
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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