(57)【要約】【課題】  プリンタ及びコピー機のようなシート処理装置において用いられる精密な又は耐性の高いプラスチック歯車について費用効果のある生産を可能にするシステム及びプロセスを提供する。【解決手段】  シート材料供給及び処理装置における駆動機構のための精密歯車であって、プラスチック材料で形成され、５０ミクロンより少ない直径を有するマイクロセルをもったマイクロセル発泡体構造を有する精密歯車である。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート材料供給及び処理装置における駆動機構のための精密歯車であって、プラスチック材料で形成され、５０ミクロンより少ない直径を有するマイクロセルをもったマイクロセル発泡体構造を有することを特徴とする精密歯車。
【請求項２】
前記プラスチック材料の溶融ストリームの中に導入された不活性発泡剤を用いて製造された請求項１に記載の精密歯車。
【請求項３】
前記発泡剤が窒素である請求項２に記載の精密歯車。
【請求項４】
前記歯車の露出面には、実質的に、ボイド又は露出したマイクロセルがない請求項１に記載の精密歯車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート材料を供給又は送るのに有益な駆動機構の改善に関する。より具体的には、本発明は、駆動機構の歯車部品、及びこれらの歯車部品の精度及び性能特性を改善するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの装置は、種々の処理ステーションを通してシート材料を供給するか又は該シート材料を送ることを駆動機構により行う。このような装置には、コピー機及びシート・プリンタが含まれる。コピー機は、一般に、紙のようなシート材料を供給し、この紙上に恒久的な画像を生成し、次に完成したコピーをドキュメント受け用トレイに送給するという複雑なシステムからなる。これらのコピー機は、入れられるシート材料のためだけではなく、コピーされているシート材料のための駆動機構も含む。さらに、多くのコピー機は、両面コピーを生成する能力、又は、片面或いは両面のオリジナルから片面或いは両面のコピーを生成する能力を有する。
【０００３】
小型の低速コピー機では、オリジナル・ドキュメントは可動プラテン又はガラスのトレー上に支持される。プラテンは、オリジナル・ドキュメントの画像を走査する感光体システムの上を往復運動する。プラテンの運動は、駆動機構により管理される。より大型のコピー機では、ドキュメントは固定のガラスプレート上に置かれ、感光体システムが振動する。この運動もまた、駆動機構により行われる。
【０００４】
シート供給機の種類、或いは機械の作動方法に関わらず、各々の駆動機構は、特定の運動を遂行し制御する歯車列を含む。多数の速度駆動機構のための例示的な歯車列又は歯車組立体１０が、図１及び図２に示される。この歯車組立体は、上方及び下方の入力歯車１２、１４を回転させる入力シャフト１１を含む。第１及び第２駆動歯車１６、１８は、動力を入力歯車からプラテン２２を支持するラック２０に選択的に伝達する。この例においては、歯車１２、１４、１６及び１８は、支持プレート２４に回転可能に取り付けられている。支持プレートを操作して、歯車１２及び１６又は歯車１４及び１８の係合を変化させるか、又は、ラック２０を介してプラテン２２の運動速度及び方向を変化させるようにすることができる。
【０００５】
図１ないし図２の歯車組立体１０は、コピー機のようなシート送り及び処理装置において用いられる歯車列の一例に過ぎない。パソコンのための紙用プリンタのような他の装置は、歯車列を利用して、印刷のためにシート材料を送りかつ該シート材料を向け直すように用いられるローラの回転方向及び速度を制御するようにする。これら後者の装置における駆動機構は、歯車組立体１０と同様とすることができ、同等であるか又はさらに複雑であることがある。
【０００６】
これらのシート供給装置においては、歯車組立体の個々の歯車は、機構の重要な要素である。歯車は、何千回もの作動においても変わらぬ正確さで回転し、噛み合わさることが求められる。このように、歯車は磨耗し疲労しやすく、このことは、歯車部品が硬質合金で形成されるべきであるということを暗示するものとなる。しかしながら、生産量及び材料費は、コピー機及びプリンタの設計において重要な要素である。これら２つの要素が、シート材料の供給を行う装置のための駆動機構歯車の生産にプラスチックの使用をもたらした。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
プラスチック歯車は、非常に費用効果があり、大量生産しやすいことが見出された。一方で、プラスチック歯車は、回転し噛み合わさる際に過度のノイズの源となることがある。さらに、従来のプラスチック歯車は、高い耐性又は精度をもって製造できない。シート処理装置がさらに高性能になるにつれて、部品の処理及び供給運動において、さらに高い精度が求められる。したがって、通常の射出成形プラスチック歯車は、依然として費用効果は維持しながらも、これらの高精度の要求を満たすことはまったくできなかった。プリンタ及びコピー機のようなシート処理装置において用いられる精密な又は耐性の高いプラスチック歯車について費用効果のある生産を可能にするシステム及びプロセスが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、シート材料供給及び処理装置における駆動機構のためのプラスチック材料で形成された精密歯車を提供する。歯車の材料は、５０ミクロンより少ない直径を有するマイクロセルをもったマイクロセル発泡体構造を有する。本発明の一特徴においては、歯車の露出面には、実質的に、ボイドがなく又は露出したマイクロセルがない。このように、本発明は、シート材料駆動機構のための高精度であるが費用効果のある歯車を意図するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、プリンタ或いはコピー機のような種々のシート供給及び処理装置のための駆動機構において用いることができる、精密プラスチック歯車を意図するものである。本発明のシステム及び方法は、今までにない寸法安定性及び精度を有するプラスチック歯車を提供する。さらにこの歯車は、従来の既知の射出成形歯車と比較して優れた強度及び磨耗特性を有し、従来の歯車列よりもかなり少ない噛み合いノイズで作動する。
本発明の一特徴によると、図１に示される歯車１２、１４、１６及び１８のような歯車列のための歯車は、マサチューセッツ州ウォーバムのトレクセル社により開発されたＭｕＣｅｌｌ（商標）マイクロセル発泡体方法を用いて製造される。この方法の原理は、２００１年１月２日に付与された米国特許番号第６，１９６，１２２号に述べられており、この開示は、引用によりここに組み入れられる。
【００１０】
本発明によると、精密プラスチック歯車の製造において、ＭｕＣｅｌｌ（登録商標）方法を実施する精密成形システム３０が、図３に示されている。一般論として、成形システム３０は、歯車型に入れられる際にプラスチックに対してマイクロセル発泡体構造を誘起させる発泡剤を利用する。したがって、システム３０は、コンベヤー・スクリュー３８を支持するバレル３２を含むことができる。バレル及びスクリューは、その間に処理空間３５を定め、これを通って溶融プラスチックが歯車金型組立体３７の方向に運ばれる。金型組立体３７は、通常の設計の可動金型半体３７ａ、３７ｂを含むものとすることができる。具体的には、これら金型半体が、プラスチック歯車製品の精度特徴を定める。金型組立体３７は、特定の歯車構成により決定することができる挿入体を含むことができる。代替的な実施形態においては、金型組立体は、押し出し金型とすることができる。この場合は、さらに、連続押出歯車成形品について、この押出成形品を切断して、個々の歯車にするという処理をすることができる。
【００１１】
精密成形システム３０は、重力が、プラスチックの供給材料を制御オリフィス４６を通して処理空間３５の中に供給するホッパー４４を含む。供給材料は、ペレット形態で与えられることができ、かつ、ペレット状材料の配合物を含むことができる。熱制御ユニット４２をバレル３２の長さ方向に沿って分散配置し、プラスチックの供給材料を金型組立体３７において溶融し、該材料を発泡剤の作用のために最適な温度に維持するようにすることができる。好ましい実施形態においては、プラスチックは、半晶質、又は、例えばポリプロピレン或いは高密度ポリエチレンのような重合体材料など、どんな種類のものであってもよい。
【００１２】
プラスチックの供給材料は、単相均質溶液内で核生成場の形成を促進する核生成剤を含むことが最も好ましい。この核生成剤は、タルク、又はプラスチック歯車の最終製品に対し２．７から７重量パーセントまでの間で含まれる他のフィラー粒子とすることができる。好ましい核生成剤は、タルク又は炭酸石灰のような無機固体である。
【００１３】
発泡剤は、加圧源５６から得られ、１つ又はそれ以上のポート５４を通り、計量装置５８によって、処理空間の中に導入される。発泡剤は、プラスチックの供給材料と相容性のある不活性ガスである。好ましい発泡剤は、フッ化窒素或いは二酸化炭素であり、それらは超臨界状態にあることが最も好ましい。
【００１４】
発泡剤又はガスは、供給スクリュー３８の混合部６０に導かれる。スクリューは、駆動モータ４０により回転されて、溶融プラスチックの供給材料が、ポート５４において、連続的にかつ均一に発泡剤に曝されるようにされる。典型的な実施形態においては、モータ４０は、スクリュー３８を毎分約３０回転で回転させる。混合部６０内のスクリュー３８は、図３に示されるように、溶融された供給材料全体にわたって発泡剤の分配が最適になるように多数のフライトを定めることができる。
【００１５】
計量装置５８は、溶融プラスチックの供給速度に対して、発泡剤の質量流量を制御するように作動可能である。好ましい実施形態においては、発泡剤は、金型組立体３７に入る溶融プラスチックのストリームの約１５重量％より少ない量である。好ましい実施形態においては、発泡剤又は不活性ガスは、プラスチックの種類及び供給材料内の核生成剤によって、０．２から１２ポンド／時の速度で、５５００ｐｓｉまでの圧力で取り込まれる。
【００１６】
上記で組み込まれた特許第６,１６９,１２２号にさらに詳細に説明されているように、精密成形システム３０は、マイクロセル状の半晶質発泡体構造を有するプラスチック歯車を製造する。図４に示される歯車１８のような本発明により製造された歯車は、プラスチック材料全体にわたって均一に分散された、複数のガス入りセルを含む。
【００１７】
本発明により、直径５から５０ミクロンまでの間のセルを有する成形プラスチック歯車は、シート材料供給及び処理装置内の駆動組立体の一部として用いるのに最適な特性を提供することが見出された。より具体的には、この範囲でのマイクロセルの寸法は、従来の射出成形方法に通常付随する成形応力を大幅に減少させることが見出された。ガス入りマイクロセルの内圧は、溶融プラスチックが、歯１８ｂ或いはハブ１８a（図４）のような歯車の細部形状の中に流れ込むときに、該溶融プラスチックの内圧に均等化効果をもたらすと信じられる。この均等化効果はさらに、金型組立体３７において、一貫性をもって溶融プラスチックにより歯車の形状を複製することを可能にする。
【００１８】
本発明のさらに別の態様として、熱制御ユニット４２a（図３）によって成形温度を慎重に制御することにより、歯車製品の表面が事実上ボイドなしの状態になり得るということが発見された。換言すると、溶融された、気体セル入りのプラスチックが金型組立体の中に取り込まれ、冷却される際の適切な温度制御は、歯車表面上において露出したマイクロセルの存在を事実上排除する。このことは、歯車の表面粗さについてより低い最大値及び平均値をもたらし、逆に、該歯車の寿命を延ばし、該歯車の噛み合いノイズが大幅に減少されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】シート材料処理装置のための駆動機構において用いられる歯車組立体の平面図である。
【図２】図１に示される歯車組立体の側面図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態による精密プラスチック歯車を製造するシステムの側面図である。
【図４】歯車の内部を拡大して示した、図３のシステムにより製造されたプラスチック歯車の図である。
【符号の説明】
【００２０】
１０：歯車組立体
１２：上方入力歯車
１４：下方入力歯車
１６：第１駆動歯車
１８：第２駆動歯車
２０：ラック
２２：プラテン
３０：精密成形システム
３２：バレル
３５：処理空間
３７：歯車金型組立体
３８：コンベヤー・スクリュー
４０：駆動モータ
４２：熱制御ユニット
４４：ホッパー
４６：制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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