(57)【要約】【課題】寸法精度に限界のある樹脂成形歯車を、動的に高精度に使用する。【解決手段】曲げ弾性率Ｅ１（ＭＰａ）を有する樹脂材料からなり、歯筋誤差がＦβ１である樹脂成形歯車（１）と、曲げ弾性率Ｅ２が上記Ｅ１よりも大きい材料からなり、歯筋誤差Ｆβ２が上記Ｆβ１よりも小さい歯車（２）との歯車対において、使用時の歯車（１）の基準ピッチ円上の歯先の歪Ｓが、Ｓ／Ｆβ１≧０．０２を満たすようにする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲げ弾性率Ｅ１（ＭＰａ）を有する樹脂材料からなり、歯筋誤差がＦβ１である樹脂成形歯車（１）と、曲げ弾性率Ｅ２が上記Ｅ１よりも大きい材料からなり、歯筋誤差Ｆβ２が上記Ｆβ１よりも小さい歯車（２）との歯車対において、使用時の歯車（１）の基準ピッチ円上の歯先の歪Ｓが
Ｓ／Ｆβ１≧０．０２
を満たすことを特徴とする樹脂成形歯車の使用方法。
【請求項２】
樹脂成形歯車が平歯車またはハスバ歯車である請求項１に記載の樹脂成形歯車の使用方法。
【請求項３】
ハスバ歯車のネジレ角が１０〜３０度である請求項２に記載の樹脂成形歯車の使用方法。
【請求項４】
Ｆβ１が３０μｍ以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載の樹脂成形歯車の使用方法。
【請求項５】
歯車（１）の使用時のトルクが３ｋｇｆ・ｃｍ以上である請求項１〜４のいずれか１項に記載の樹脂成形歯車の使用方法。
【請求項６】
片歯面噛合い試験での回転角度誤差が１分以内である請求項１〜５のいずれか１項に記載の樹脂成形歯車の使用方法。
【請求項７】
樹脂がポリアセタールである請求項１〜６のいずれか１項に記載の樹脂成形歯車の使用方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の樹脂成形歯車の使用方法に使用される歯車列。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は樹脂成形歯車の使用方法に関する。詳しくは、歯筋誤差Ｆβ１を有する歯車を、トルクにより歪みＳを生じる条件下で使用する際に、Ｓ／Ｆβ１≧０．０２を満たすことを特徴とする樹脂成形歯車の使用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エンジニアリングプラスチックの特徴を生かした樹脂成形歯車は、金属製歯車に較べて、成形性、軽量性、非腐蝕性、経済性の外に、高速運転性、潤滑性、低騒音性などの特徴を有するので、家電機器、事務機器、情報機器等の分野で、使用が増加している。
樹脂成形歯車においても、用途によって、高精度等が要求される場合が多い。ここでいう高精度とは、ＪＩＳ  Ｂ１７０５やＪＧＭＡ（日本歯車工業会）で規定されている歯車の寸法精度などのことであり、寸法精度を高精度にすることにより、回転伝達精度を向上させ、結果として回転に起因した品質の低下、例えば印字や画像の乱れ等を防ぐことができる。
【０００３】
従来、歯車の設計では、強度等の面から、噛合い率、切欠き、動荷重、歯当たりなども考慮して行われてきた。
樹脂成形歯車では、回転伝達精度の目標として、例えば片歯面噛合い試験において、回転角度伝達誤差が１分以内の動的高精度を得ることが求められている。そのためには静的にも高精度である必要があるが、樹脂成形歯車は、成形時の収縮率が大きいために、金属製歯車よりも静的精度（寸法精度）において劣るので、使用時の動的誤差を生じるのが通常であった。
【０００４】
特開２００１−３２３９９０号公報には、樹脂成形歯車が開示されている。
（例えば特許文献１参照。）。
特開平１１−３０５１４号公報には、精度の高い樹脂成形歯車が開示されている。（例えば特許文献２参照。）。
特開２００２−２７６７７２号公報には、弾性率Ｅのギヤ材からなり、噛み合う歯対が撓み差を取るように、少なくとも歯元の歯厚が標準歯車より厚い歯厚を有し、平行軸間に回転運動を伝達する軸直角方式による相当平歯車の噛み合いにおいて、特定の式（１）で算出されるピッチ点の前後１００／歯数（度）における歯対の撓みの最大値と、特定の式（２）で計算され、前記最大値を取り得る範囲を除き、噛み合う歯対の撓みの最小値とを比較し、前記最大値と前記最小値との差である撓み差が、標準歯車の噛み合いによる撓み差よりも小さい撓み差を取るように、前記相当平歯車対の少なくとも一方の歯車が、少なくとも歯元の歯厚を、厚くすることを特徴とする回転角度伝達誤差（回転角度誤差または回転伝達誤差ともいう。）低減歯車が開示されている。（例えば特許文献３参照。）。
上記技術は、歯車射出成形時の樹脂の収縮による問題について主として検討している。しかし、金属に較べて弾性率の低い樹脂材料を使用した歯車について、使用時の歯の変形を考慮して、目的に応じて動的に高精度に使いこなせるようにすることについては、十分検討されていなかった。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３２３９９０号公報（請求項１）
【特許文献２】
特開平１１−３０５１４号公報（請求項１）
【特許文献３】
特開２００２−２７６７７２号公報（請求項１と４、表１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、このような寸法精度に限界のある樹脂成形歯車を、動的に高精度に使用することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、樹脂成形歯車と例えば金属歯車との歯車対に関して、樹脂成形歯車の歯筋誤差Ｆβ１と使用時の歪Ｓの関係が、Ｓ／Ｆβ１≧０．０２であれば、樹脂成形歯車を回転角度誤差が１分以内で使用できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち本発明の第１は、曲げ弾性率Ｅ１（ＭＰａ）を有する樹脂材料からなり、歯筋誤差がＦβ１である樹脂成形歯車（１）と、曲げ弾性率Ｅ２が上記Ｅ１よりも大きい材料からなり、歯筋誤差Ｆβ２が上記Ｆβ１よりも小さい歯車（２）との歯車対において、使用時の歯車（１）の基準ピッチ円上の歯先の歪Ｓが
Ｓ／Ｆβ１≧０．０２
を満たすことを特徴とする樹脂成形歯車の使用方法を提供する。
本発明の第２は、樹脂成形歯車が平歯車またはハスバ歯車である本発明の第１に記載の樹脂成形歯車の使用方法を提供する。
本発明の第３は、ハスバ歯車のネジレ角が１０〜３０度である本発明の第２に記載の樹脂成形歯車の使用方法を提供する。
本発明の第４は、Ｆβ１が３０μｍ以下である本発明の第１〜３のいずれか１項に記載の樹脂成形歯車の使用方法を提供する。
本発明の第５は、歯車（１）の使用時のトルクが３ｋｇｆ・ｃｍ以上である本発明の第１〜４のいずれか１項に記載の樹脂成形歯車の使用方法を提供する。
本発明の第６は、片歯面噛合い試験での回転角度誤差が１分以内である本発明の第１〜５のいずれか１項に記載の樹脂成形歯車の使用方法を提供する。
本発明の第７は、樹脂がポリアセタールである本発明の第１〜６のいずれか１項に記載の樹脂成形歯車の使用方法を提供する。
本発明の第８は、本発明の第１〜７のいずれか１項に記載の樹脂成形歯車の使用方法に使用される歯車列を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に係る樹脂成形歯車１は、通常、強度等を考慮して、歯車の形状や各構成要素等を定めている。ハスバ歯車では、例えば、図１に示すように、円筒状のリムの外周面の外方に歯を有し、歯がつる巻き線の歯筋を有し、リムの内周面から軸芯方向に円盤状のウェブが形成され、ウェブの中心部の軸芯にボスが形成され、中でも、図２に示すような寸法配分の形状のものが好ましい。
平歯車では、歯筋が直線である以外は、ハスバ歯車と同様である。
【００１０】
樹脂成形歯車の形状に関して、リムの肉厚対ウェブの肉厚の比率が０．７〜１．２である。
樹脂成形歯車の諸要素に関しては、下記の通りである。
モジュールが０．５〜２、さらに好ましくは１である。
歯数が１３〜６０、さらに好ましくは２５〜３５である。
歯幅が５〜２５ｍｍ、さらに好ましくは１０〜２０ｍｍである。
ネジレ角が０〜３０度、さらに好ましくは１５〜２５度である。
【００１１】
本発明に係る樹脂成形歯車１に使用する樹脂は、汎用熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂でもよいが、好ましくはエンジニアリング樹脂であり、具体的には、ポリアセタール樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミド樹脂等である。
樹脂成形歯車１に使用する樹脂材料は、上記樹脂単身でもよいが、タルクなどの充填剤やガラス繊維などの強化材やモリブデン化合物などの潤滑剤等が配合されたものでもよい。
本発明に係る歯車２の材料は、金属、セラミック、スーパーエンジニアリングプラスチック等である。
【００１２】
樹脂成形歯車１に使用する樹脂材料の弾性率Ｅ１（ＭＰａ）は２０００〜３５００ＭＰａであり、好ましくは２３００〜３３００ＭＰａである。
本発明に係る歯車２に使用する材料の弾性率Ｅ２（ＭＰａ）は、上記樹脂材料の弾性率Ｅ１（ＭＰａ）よりも大きく、好ましくは１０倍以上大きく、さらに好ましくは１００倍以上大きい。すなわち、歯車２の歯創成精度が高く、歯車対として使用時に、歯車２の歪みが無視できるものが好ましい。
【００１３】
本発明において、歯筋とは、図３に示すように歯面と基準ピッチ面との交線である（図３は平歯車の例を示すが、ハスバ歯車でも同様である）。
歯筋誤差Ｆβとは、有効歯たけ中央を通る同一円周上での歯筋検査範囲内における、実際の歯筋と理論上の歯筋との差である。歯筋誤差の具体例を図４（ａ）〜（ｃ）に示す（図３は平歯車の例を示すが、ハスバ歯車でも同様である）。
樹脂成形歯車１の歯筋誤差Ｆβ１は、歯車形状、要素、成形方法、樹脂材料の種類等にもよるが、小さい方が望ましく、例えば、モジュール１で歯数２８の場合、３０μｍ以下が好ましい。
【００１４】
本発明に係る樹脂成形歯車１は、上記歯車２との歯車対として片歯面噛合い試験時に、歯車１の歪ＳがＳ／Ｆβ１≧０．０２となるように使用することにより、回転角度誤差が１分以内となるように使用できる。
歪Ｓは、歯車１の一つの歯先に１ｋｇｆの力を加えた時の歯先の歪み係数ｓ１を基に特定トルクが加わった場合の値であり、例えば、Ｉ−Ｄｅａｓ  ｗａｓｔｅｒ  ｓｅｒｉｅｓ  ９のような構造解析計算ソフトを使用して、歯車の基本パラメータ及び材料の曲げ弾性率を入力して計算により求めることができる。
【００１５】
樹脂成形歯車の構造解析計算に入力する諸因子は、材料の曲げ弾性率と、歯車諸要素であるモジュール、歯数、圧力角、ネジレ角、歯幅と、形状のリム厚、ウェブ厚である。
構造解析により、特定トルクでの歪を算出することができる。相手歯車が測定樹脂成形歯車よりも弾性率筋誤差で割ったとき、条件Ｓ／Ｆβ１≧０．０２を満足すれば、片歯面噛合い試験での回転角度誤差が１分以内の高精度となる。
【００１６】
本発明でいう高精度とは、使用時の回転角度誤差が１分以内となることである。しかし、実際に成形歯車において歯車設計が異なるとＪＩＳ寸法精度も異なってくる。ゆえにＪＩＳ寸法精度（動的精度においては歯筋精度が重要となる）も考慮した関係も得る必要がある。
【００１７】
本発明に係る歯車の回転角度誤差は、以下のように測定される。
図５（ａ）において、歯車の回転伝達精度測定機１１は、歯車運転試験機３に取り付けたパルス発生機５、６とパルス解析機器７から構成されている。（なお、図５（ａ）において、駆動側の歯車２の歯幅の方が、樹脂成形歯車１の歯幅よりも狭く画いてあるが、実施例における試験時では、歯車２の歯幅の方が、樹脂成形歯車１の歯幅よりも広い。）
パルス発生器５、６は、歯車運転試験機３の互いに噛み合う樹脂成形歯車１と歯車２を取りつけたそれぞれの軸に独立して取り付けられ、軸の回転に応じてパルスを発生するもので、軸の１回転に数万パルスの出力をするものである。
駆動側の歯車２より回転力を歯車１に伝達するとき、噛み合う歯車２、歯車１に、歯の撓み、歯厚のバラツキ、バックラッシのバラツキ等が発生し、回転伝達の角度に差（回転角度誤差）が生じ、両軸のパルス発生機５、６で発生するパルスのパルス間隔に遅れや進みが生じる。これをパルス解析機器７を介して軸の角度誤差として検出及び演算させ、横軸に周波数を、縦軸に角度誤差の大きさを回転角度誤差として表す。
角度誤差は、軸の回転周期や噛合い周期でいくつかの種類があるが、噛合い周期とその高次周期における回転角度誤差等である。樹脂歯車の回転角度誤差の主原因は、噛み合う歯対の撓みに差異が生ずるためと考えられる。
【００１８】
このように、材料の物性や歯車設計に依存する歪みにより、その設計歯車の歯先の強度を相対的に得ることができる。本発明では、片歯面噛合い精度が高精度になる使用条件に関して、因果関係を求めたところ、前記Ｓ／Ｆβ１≧０．０２を満足する条件で使用することにより動的に高精度で使用できることが見出された。
【００１９】
本発明は、例えば、複写機、プリンター、ファクシミリ、ビデオ、カメラ、自動車またはＯＡ機器等の部品として使用されるハスバ歯車、平歯車等の合成樹脂成形歯車に使用できる。
【００２０】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２１】
曲げ弾性率の異なる樹脂材料と、肉抜き形状の異なるハスバ歯車を使用し、片歯面噛合い試験機で回転数、トルクを変えた時の回転角度誤差を求め、その時の高精度となる使用条件を調べた。
【００２２】
［実施例１］
樹脂成形歯車（歯車１）の樹脂材料は、ポリプラスチックス（株）製ポリアセタールコポリマー、ジュラコンＴＭＭ２７０Ｓ（材料Ｂ、以下、室温における曲げ弾性率：２５８０ＭＰａ）、同Ｍ９０Ｓ（材料Ａ、曲げ弾性率：２８００ＭＰａ）、同Ｍ２５Ｓ（材料Ｃ、曲げ弾性率：２３５０ＭＰａ）；旭化成（株）製ポリアセタールホモポリマー、テナツクＴＭ７０５４（材料Ｅ、弾性率：３２８０ＭＰａ）；デュポン製ポリアセタールホモポリマー、デルリンＴＭ１７００Ｐ（材料Ｄ、弾性率：３２００ＭＰａ）である。
樹脂成形歯車の各要素は、モジュールｍ＝１．０、歯幅ｂ＝１５ｍｍ、ネジレ角β＝右２０度、歯数Ｚ＝２８で、リム厚、ウェブ厚の比が１．０：１．２，１．５：１．８，２．０：１．８，２．５：１．８である。
また、樹脂成形歯車の形状は、図２に示す１〜４の寸法配分のものである。
噛合い相手の金属歯車（歯車２）の各要素は、モジュールｍ＝１．０、歯幅ｂ＝１７ｍｍ、ネジレ角β＝左２０度、歯数Ｚ＝２５である。
歯車の潤滑に使用するグリスはダウコーニング（株）製モリコートＥＭ−３０Ｌを運転初期に、歯先の噛み合う個所に塗布した。
【００２３】
片歯面噛合い試験は、回転数１００ｒｐｍ、トルク０〜８ｋｇｆ・ｃｍの条件で測定を行い回転伝達誤差（角度（単位：分））を検出する。回転伝達誤差をＦＦＴ（高速フーリエ変換）アナライザーで次数分析し、歯車の歯数に相当する次数の回転角度誤差を抽出する。結果を表１に示した。
ＪＩＳ精度測定は、東京テクニカル（株）製ＴＴｉ−３００Ｅで測定した。測定子は０．７ｍｍを使用し、回転伝達誤差に大きく影響する歯筋誤差を測定し、表１に示した。表１で、太線で囲った枠内の値は、回転角度誤差１分以下の領域である。
歪計算は、Ｉ−Ｄｅａｓ  ｗａｓｔｅｒ  ｓｅｒｉｅｓ  ９ソフトを使用して構造解析を行った。計算法としては形状を樹脂成形歯車と同等に設定し、特定の１つの歯先に１ｋｇｆの力を与え、その時の歪量（ｍｍ）を計算する。
【００２４】
【表１】
2004340160.tif 000002
【００２５】
歪みＳは、樹脂材料の曲げ弾性率とリムとウェブの各厚み比で、歯先に１ｋｇｆの応力を加えた時の計算上の歪みｓを用いて各トルク毎に計算している。またトルク２ｋｇｆ・ｃｍ以上の歪は非線形の式で計算している。
Ｓ＝ｓ×ＥＳ／ＥＯ＝ｓ（１−ａ×ｓ）
ｓ＝ｓ１×ｆ
ここで、ＥＯ：実際の弾性率（曲げ弾性率）
ＥＳ：非線形の弾性率
ａ：材質による補正係数（ポリアセタールでは０．１２５）
ｓ：トルクｆ（ｋｇｆ・ｃｍ）がかかった時の歪み
ｓ１：単位トルク当たりの歪み係数（歯先形状と材料の曲げ弾性率
（表１に記載）とからの計算値）
表２に、上記のようにして求められた歪みを示す。
【００２６】
【表２】
2004340160.tif 000003
【００２７】
実際の成形歯車においては寸法精度を含んでおり、これを考慮する必要がある。歯筋精度を関係させるために構造解析値による歪みを歯筋誤差で除して、歯筋精度に関わる係数との関係を検討した。表２の構造解析値による歪みを表１に示す歯筋誤差で割った値を表３に示す。
樹脂成形歯車では、歯の撓みによる振れが影響するため、高トルク域で回転角度誤差が小さくなるのは、トルクにより歯の撓みが生じて、歯筋誤差を打ち消す効果が生じるものと考えられる。ゆえに、２ｋｇｆ・ｃｍなどの低トルク域で適合性が低いのは、歯の撓みが小さく、歯筋誤差を打ち消す効果が小さく、回転角度誤差のバラツキが生じるためと考えられる。
また、歯筋誤差が３０μｍ超であるポリアセタール製樹脂成形歯車においては、若干のずれを生じる。
【００２８】
【表３】
2004340160.tif 000004
【００２９】
表３と表１を比較すれば判るように、ポリアセタール製樹脂成形歯車においては、歯筋誤差が３０μｍ以下で且つトルクが３ｋｇｆ・ｃｍ以上の領域（表３の太線で囲んだ領域）で使用すれば、回転角度誤差１分以内の高精度で使用できる。
【００３０】
このように、回転角度誤差（単位（分））と、寸法精度を考慮した歪み（歪み／歯筋誤差）との関係を利用して、特定の使用条件下では、樹脂成形歯車であっても、動的に精度良く使用できることが判る。換言すれば、この領域となるように使用条件を見込んで歯車を設計することができる。
なお、本発明は、上記に記載の樹脂成形歯車の使用方法に使用される歯車列を提供する。ここで、歯車列とは、２個以上の歯車が組み合わされた機構部品のことである。
【００３１】
【発明の効果】
寸法誤差の大きい樹脂成形歯車においても、材料の選択、回転数、トルク条件により、動的に高精度な領域を導き出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は樹脂成形歯車において、ハスバ歯車の例の断面図を示す。
【図２】図２は樹脂成形歯車において、ハスバ歯車の各種寸法配分の形状例の断面図を示す。
【図３】図３は、平歯車の歯筋の一例の概念図を示す。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は、平歯車の歯筋誤差の例を示す図である。
【図５】本発明に使用する回転伝達精度測定機を示し、（ａ）はその概略図、（ｂ）は、その測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１  樹脂成形歯車
２  歯車
３  歯車運転試験機
５，６  パルス発生器
７  パルス解析機器
１１  回転伝達精度測定機
【図１】
2004340160.tif 000005
【図２】
2004340160.tif 000006
【図３】
2004340160.tif 000007
【図４】
2004340160.tif 000008
【図５】
2004340160.tif 000009