(57)【要約】【課題】歯車の噛合いによる騒音の発生を抑え、かつ、大負荷に耐え得る樹脂歯車であって、高い耐久性を備えるものを提供する。【解決手段】金属製芯部材２の歯部２ａに形成した、合成樹脂からなる歯面４に加わる負荷を、金属製芯部材２の歯部２ａで受け止めることで、大荷重の授受を可能とする。金属製芯部材２の歯部２ａと中心部２ｂとの間に、負荷力の緩衝帯５を設けたことで、歯面に対する動的な入力は金属製芯部材２の歯部２ａから緩衝帯５へと伝達され、緩衝帯５の全体に分散されるため、歯面４に加わる荷重を緩和することが可能となる。よって、金属製芯部材２の歯部２ａと合成樹脂部３との接触面にピーク荷重がかかることが無くなり、歯部２ａと合成樹脂部３との間に剥離等の損傷を生ずることを回避することが可能となる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯部と中心部とを有する金属製芯部材の少なくとも前記歯部を合成樹脂で覆って歯面を形成した樹脂歯車であって、前記歯部と前記中心部との間に、負荷力の緩衝帯を設けたことを特徴とする樹脂歯車。
【請求項２】
前記金属製芯部材の歯部と中心部とは別体をなし、前記緩衝帯は、前記歯部と前記中心部との間に合成樹脂を充填して構成されたものであることを特徴とする請求項１記載の樹脂歯車。
【請求項３】
前記歯部と前記歯部を覆う合成樹脂部との間に接着剤層を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の樹脂歯車。
【請求項４】
前記歯部の表面に凹部または凸部を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の樹脂歯車。
【請求項５】
歯部と中心部とを有する金属製芯部材の少なくとも前記歯部を合成樹脂で覆って樹脂歯車を製造する方法であって、前記金属製芯部材の歯部と中心部とを別体に形成し、当該歯部と中心部とを金型の所定位置にセットし、前記歯部の外側および前記歯部と中心部との間に合成樹脂を充填し、一体の歯車とすることを特徴とする樹脂歯車の製造方法。
【請求項６】
前記歯部に接着剤を塗布した後、合成樹脂を充填することを特徴とする請求項５記載の樹脂歯車の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂歯車の構造および製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電動式パワーステアリング装置における操舵力の電動アシスト装置には、歯車の噛合いによる騒音の発生を抑えるために、樹脂歯車が用いられている。かかる樹脂歯車には、比較的大負荷が加わることから、金属製芯部材を内部に備えるインサート成形樹脂歯車が用いられる。ところで、従来のインサート成形樹脂歯車の製造方法としては、歯車の中心部を構成する金属製芯部材の周囲に、環状の合成樹脂部を成形し、かかる合成樹脂部に機械加工による歯形形成を行うものが一般的であった（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、かかるインサート成形樹脂歯車は、歯形部が合成樹脂のみで形成されていることから、歯形部の剛性が不足する場合があった。この問題を解決するために、金属製芯部材に歯形部の内部まで延びる部分を形成し、噛合い時に歯形部に加わる負荷を、金属製芯部材によって受けることを可能とした、高剛性型のインサート成形樹脂歯車が発明されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−２１５２２７号公報（第３項〔００１４〕、図３）
【特許文献２】
特開平１１−１９２９５５号公報（請求項１、図４）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の高剛性型のインサート成形樹脂歯車にも、次のような問題点が指摘されていた。すなわち、インサート成形樹脂歯車を構成する金属製芯部材と、合成樹脂部とでは剛性に大きな差があることから、特に噛合い時の動的な入力に対し、金属製芯部材と合成樹脂部との接触面にピーク荷重がかかり、両者間に剥離等の損傷を生ずるおそれがあった。したがって、従来の高剛性型のインサート成形樹脂歯車は、耐久性の向上という点で更なる改良が必要となっていた。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、歯車の噛合いによる騒音の発生を抑え、かつ、大負荷に耐え得る樹脂歯車であって、高い耐久性を備えるものを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための、本発明の請求項１に係る樹脂歯車は、歯部と中心部とを有する金属製芯部材の少なくとも前記歯部を合成樹脂で覆って歯面を形成した樹脂歯車であって、前記歯部と前記中心部との間に、負荷力の緩衝帯を設けたことを特徴とするものである。
本発明によれば、前記金属製芯部材の歯部に形成した、合成樹脂からなる歯面に加わる負荷を、前記金属製芯部材の歯部で受け止めることで、大荷重の授受を可能とする。しかも、前記金属製芯部材の歯部と中心部との間に、負荷力の緩衝帯を設けたことで、歯面に対する動的な入力は金属製芯部材の歯部から前記緩衝帯へと伝達され、前記緩衝帯の全体に分散されるため、前記歯部を覆う合成樹脂部と前記歯部との接触面に加わるピーク荷重を緩和することが可能となる。
【０００６】
また、本発明の請求項２に係る樹脂歯車は、請求項１記載の樹脂歯車において、前記金属製芯部材の歯部と中心部とは別体をなし、前記緩衝帯は、前記歯部と前記中心部との間に合成樹脂を充填して構成されたものである。
本発明によれば、前記金属製芯部材の歯部と中心部とを別体とし、当該歯部と中心部との間に合成樹脂を充填して前記緩衝帯を構成することで、合成樹脂の可撓性により前記歯部と前記中心部との間に、歯車の精度に影響を与えない範囲で極微小な変位を許容し、負荷力の緩衝効果を得ることが可能となる。しかも、前記緩衝帯の構成材料を、前記金属製芯部材の少なくとも前記歯部を覆う合成樹脂と共通化することが可能となる。
【０００７】
また、本発明の請求項３に係る樹脂歯車は、請求項１または２記載の樹脂歯車において、前記歯部と前記歯部を覆う合成樹脂部との間に接着剤層を設けたものである。
本発明によれば、当該接着剤層の接着力により、前記歯部と前記歯部を覆う合成樹脂部との固定を、より強固なものとすることが可能となる。
【０００８】
また、本発明の請求項４に係る樹脂歯車は、請求項１から３のいずれか１項記載の樹脂歯車において、前記歯部の表面に凹部または凸部を設けたものである。この構成によれば、前記歯部を覆う合成樹脂部が、前記歯部表面に設けた凹部または凸部と噛み合わさるようにして密着するため、前記歯部と合成樹脂部との固定をより強固なものとすることが可能となる。
【０００９】
また、上記課題を解決するための、本発明の請求項５に係る樹脂歯車の製造方法は、歯部と中心部とを有する金属製芯部材の少なくとも前記歯部を合成樹脂で覆って樹脂歯車を製造する方法であって、前記金属製芯部材の歯部と中心部とを別体に形成し、当該歯部と中心部とを金型の所定位置にセットし、前記歯部の外側および前記歯部と中心部との間に合成樹脂を充填し、一体の歯車とすることを特徴とするものである。
本発明によれば、少なくとも前記歯部を合成樹脂で覆って、当該合成樹脂により歯面を形成すると共に、前記歯部と中心部との間に合成樹脂を充填して前記緩衝帯を構成した樹脂歯車を、一回のインサート成形行程で製造することが可能となる。
【００１０】
また、本発明の請求項６に係る樹脂歯車の製造方法は、請求項５記載の樹脂歯車の製造方法において、前記歯部に接着剤を塗布した後、合成樹脂を充填することを特徴とするものである。
本発明によれば、当該接着剤の接着力により、前記歯部と前記歯部を覆う合成樹脂部との固定を、より強固なものとすることが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１（ａ）には本発明の実施の形態に係る樹脂歯車１の横断面図を、図１（ｂ）には樹脂歯車１の縦断面図を、夫々示している。樹脂歯車１は、歯部２ａと中心部２ｂとを有する金属製芯部材２の、少なくとも歯部２ａを合成樹脂で覆い、合成樹脂部３で歯面４を形成したものである。図示の例では、金属製芯部材２の歯部２ａと中心部２ｂとは別体をなしており、歯部２ａと中心部２ｂとの間に、負荷力の緩衝帯５を設けている。緩衝帯５は、歯部２ａと中心部２ｂとの間に合成樹脂を充填して構成されたものである。そして、歯面４を構成する合成樹脂部３と同じ材料を用いることとすれば、後述するインサート成形行程において、歯面４と緩衝帯５とを同時に成形することが可能となる。
【００１３】
また、必要に応じて、歯部２ａの表面に凹部または凸部を設けることとする。歯部を拡大して示した図２には、凹部の一例として、歯部２ａの歯先面に溝部６を形成したものを示している。図２の如く、溝部６には合成樹脂部３の一部が充填されて、いわゆるアンカー形状部３ａを形成するので、歯部２ａと合成樹脂部３との固定をより強固なものとすることが可能となる。
【００１４】
また、歯部２ａの表面に設ける凹部または凸部の別例として、ローレット加工、セレーション加工等を歯部２ａに施した場合にも、ローレット、セレーション等の凹部または凸部に合成樹脂部３が噛み合わさるようにして密着するため、歯部２ａと合成樹脂部３との固定をより強固なものとすることが可能となる。さらに、歯部２ａおよび中心部２ｂが緩衝帯５と密着する面にも、上記と同様の凹部又は凸部を設けることとすれば、歯部２ａと緩衝帯５との間、および、中心部２ｂと緩衝帯５との間の固定も、より強固なものとすることができる。
【００１５】
続いて、樹脂歯車１の製造方法について説明する。まず、金属製芯部材２の歯部２ａと中心部２ｂとを別体に形成する。そして、歯部２ａと中心部２ｂとを、インサート成形用金型の所定位置にセットする。この際、歯部２ａと中心部２ｂとの位相を正確に合わせることを容易とするため、歯部２ａには、図１（ａ）に点線で、図１（ｂ）に実線で示すような、位置決め溝７を形成しておくことが好ましい。なお、中心部２ｂの位相合わせには、キー溝８を利用することができる。
そして、一回のインサート成形行程で、歯部２ａの外側および歯部２ａと中心部２ｂとの間に、合成樹脂を充填し、一体の樹脂歯車１を得ることができる。なお、歯部２ａに接着剤を塗布した後、合成樹脂を充填することとすれば、歯部２ａと歯部を覆う合成樹脂部３との間の、接着剤層の接着力により、歯部２ａと合成樹脂部３との固定をより強固なものとすることが可能となる。
【００１６】
上記構成をなす本発明の実施の形態により得られる作用効果をまとめると、以下のようになる。
まず、上記構造を有する樹脂歯車１は、金属製芯部材２の歯部２ａに形成した、合成樹脂からなる歯面４に加わる負荷を、金属製芯部材２の歯部２ａで受け止めることで、大荷重の授受が可能な樹脂歯車となる。しかも、金属製芯部材２の歯部２ａと中心部２ｂとの間に、負荷力の緩衝帯５を設けたことで、歯面に対する動的な入力は金属製芯部材２の歯部２ａから緩衝帯５へと伝達され、緩衝帯５の全体に分散されるため、歯面４に加わる荷重を緩和することが可能となる。その結果として、金属製芯部材２の歯部２ａと合成樹脂部３との接触面にピーク荷重がかかることが無くなり、歯部２ａと合成樹脂部３との間に剥離等の損傷を生ずることを回避することが可能となる。したがって、従来の高剛性型のインサート成形樹脂歯車に比べ、耐久性の向上を図ることが可能となる。
【００１７】
また、金属製芯部材２の歯部２ａと中心部２ｂとを別体とし、歯部２ａと中心部２ｂとの間に合成樹脂を充填して緩衝帯５を構成することで、合成樹脂の可撓性により歯部２ａと中心部２ｂとの間に、歯車の精度に影響を与えない範囲で極微小な変位を許容し、負荷力の緩衝効果を得ることが可能となる。しかも、緩衝帯５の構成材料を、金属製芯部材２の歯部２ａを覆う合成樹脂と共通化することが可能となるので、材料コストの高騰を避けることができる。更に、歯部２ａと中心部２ｂとの間に合成樹脂を充填して緩衝帯５を構成した樹脂歯車を、一回のインサート成形行程で製造することが可能となり、製造コストの低減も図ることができる。
【００１８】
また、歯部２ａと、歯部２ａを覆う合成樹脂部３との間に接着剤層を設けることとすれば、当該接着剤層の接着力により、歯部２ａと歯部を覆う合成樹脂部３との固定を、より強固なものとすることが可能となる。よって、樹脂歯車１の耐久性の更なる向上を図ることが可能となる。
さらに、歯部２ａの表面に、溝部６を一例とする凹部または凸部を設けることとすれば、歯部２ａを覆う合成樹脂部３が、歯部表面に設けた凹部または凸部と噛み合わさるようにして密着するため、歯部２ａと合成樹脂部３との固定をより強固なものとすることが可能となる。よって、樹脂歯車１の耐久性の更なる向上を図ることが可能となる。
【００１９】
なお、本発明の実施の形態では、金属製芯部材２の歯部２ａと中心部２ｂとを別体とし、歯部２ａと中心部２ｂとの間に合成樹脂を充填して緩衝帯５を構成した場合を例示して説明しているが、かかる緩衝帯５の機能は、樹脂歯車の剛性を確保する芯部材の一部の剛性を意図的に抑えることで、特に噛合い時の動的な入力に対し、金属製芯部材と合成樹脂部との接触面に生ずるピーク荷重を緩和するものである。
この点に着目し、例えば、金属製芯部材２の歯部２ａと中心部２ｂとを一体とし、かつ、金属製芯部材の歯部２ａと中心部２ｂとの間の部位の剛性を意図的に抑えた（断面形状の一部変更等による剛性の制御等を行う。）緩衝帯を形成することとしても良い。この場合には、インサート成形工程において、一体の金属製芯部材２の歯部２ａのみを合成樹脂で覆い、歯面４を成形することとすればよい。かかる構造においても、金属製芯部材自体に設けた緩衝帯によって、図１に示した樹脂歯車１と同様の作用効果を得ることができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明はこのように構成したので、歯車の噛合いによる騒音の発生を抑え、かつ、大負荷に耐え得る樹脂歯車であって、高い耐久性を備えるものを、低コストで提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る樹脂歯車であって、（ａ）に横断面図を、（ｂ）に縦断面図を示したものである。
【図２】図１に示す樹脂歯車の応用例であって、歯部を拡大して示した図である。
【符号の説明】
１  樹脂歯車
２  金属製芯部材
２ａ  歯部
２ｂ  中心部
３  合成樹脂部
３ａ  アンカー形状部
４  歯面
５  緩衝帯
６  溝部
７  位置決め溝
８  キー溝
【図１】
2004150518.tif 000003
【図２】
2004150518.tif 000004