(57)【要約】    【課題】  同歯数の歯車を噛み合わせて駆動することにより動力を伝達する歯車機構において、バックラッシの無い状態を作り出すことが可能な樹脂製歯車の強度を高めて、長期間の使用に耐え得るだけの耐衝撃性や耐久性を樹脂製歯車に確保することを課題とする。    【解決手段】  同歯数の歯車１０，１１を噛み合わせることにより動力を伝達する歯車機構において、前記歯車のうち少なくとも１つの歯車１１にＦＲＰ製歯車を用い、かつ、前記歯車１０，１１をバックラッシの無い状態で噛み合わせる。前記ＦＲＰ製歯車１１は、布基材フェノール樹脂積層材料から製作し、前記布基材フェノール樹脂積層材料は、複数のプリプレグを繊維Ｆの配向を異ならせて積層する。布基材フェノール樹脂積層材料から製作したＦＲＰ製歯車１１は、引張強度、曲げ強度、せん断強度に優れる。    【選択図】    図９
2005090557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同歯数の歯車を噛み合わせることにより動力を伝達する歯車機構であって、前記歯車のうち少なくとも１つの歯車にＦＲＰ製歯車を用い、かつ、前記歯車をバックラッシの無い状態で噛み合わせたことを特徴とするＦＲＰ製歯車を用いた歯車機構。
【請求項２】
前記ＦＲＰ製歯車は、布基材フェノール樹脂積層材料から製作されていることを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰ製歯車を用いた歯車機構。
【請求項３】
前記布基材フェノール樹脂積層材料は、複数のプリプレグが繊維の配向を異ならせて積層されていることを特徴とする請求項２に記載のＦＲＰ製歯車を用いた歯車機構。
【請求項４】
前記布基材フェノール樹脂積層材料は、複数のプリプレグが繊維の配向を一致させて積層されており、かつ、互いに噛み合う同歯数の歯車の両方に前記布基材フェノール樹脂積層材料から製作されたＦＲＰ製歯車を用い、両歯車を、噛み合い部位において繊維の配向が異なるように噛み合わせたことを特徴とする請求項２に記載のＦＲＰ製歯車を用いた歯車機構。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の歯車機構を備えたことを特徴とする機械システム。
【請求項６】
前記機械システムは、筒状包材を縦横にシールして袋にしながら該袋に物品を充填する包装機であり、前記歯車機構は、前記横シールをするために１対のシールジョーを同期させて運動させる横シール装置に備えられていることを特徴とする請求項５に記載の機械システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は歯車機構、特に、同歯数の歯車を互いに噛合させて回転駆動させることにより動力を伝達するように構成された歯車機構に関し、歯車伝動装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
複数の歯車の噛み合いにより動力を伝達する歯車機構が各種機械システムの駆動系に備えられている。その場合、例えば従来より汎用される金属製歯車では、１対の歯車を噛み合わせたときの歯面間の遊びであるバックラッシが不可避的に存在するから、そのバックラッシに起因する異音や振動の問題、及び歯車の回転に連動する機械要素間の動作のずれの問題が否めない。特に、例えば１対の機械要素を同期させて運動させるために、同じ歯数の歯車同士を噛み合わせたような場合は、噛み合う相手方の歯が常に同じになるから、バックラッシに起因する前記の異音や振動の問題の他に、歯の耐久性が低下したり、前記１対の機械要素間の同期精度が低下する不具合等も発生する。したがって、一般に、金属製歯車では、バックラッシを可及的に少なくして回転駆動させるために、噛み合う両歯車にマスターギヤ並みの精密な加工精度や、精緻な組付精度が要求され、その結果、コストが高くなるという問題がある。
【０００３】
そこで、特許文献１，２に開示されるように、歯車機構に樹脂製歯車を用いるという考え方がある。樹脂製歯車は金属製歯車と比べると歯の弾性変形が容易であるから、例えば歯溝の幅よりも歯厚を大きくしたり、歯車同士の軸間距離を短くする等して、バックラッシの無い状態を作り出し、これにより、噛み合う相手方の歯車のピッチエラー等を吸収して、前記の騒音や振動の問題、歯の耐久性の問題、機械要素の同期精度の問題等を解決することが可能となる。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１７７９４５号公報
【特許文献２】特開平９−２８６９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、樹脂製歯車は金属製歯車に比べて一般に強度が小さいから、長期間の使用に耐え得るだけの耐衝撃性や耐久性を樹脂製歯車に確保しなければならない。特に、歯車機構が伝達する動力が大きくなるほど、歯に作用する応力がそれだけ大きくなり、強度を高める必要性が増大する。
【０００６】
本発明は、同歯数の歯車を噛み合わせて回転駆動させることにより動力を伝達する歯車機構における前記不具合に対処するもので、バックラッシの無い状態を作り出すことが可能な樹脂製歯車の強度を高めて、長期間の使用に耐え得るだけの耐衝撃性や耐久性を樹脂製歯車に確保することを課題とする。以下、その他の課題を含め、本発明を詳しく説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本願の請求項１に記載の発明は、同歯数の歯車を噛み合わせることにより動力を伝達する歯車機構であって、前記歯車のうち少なくとも１つの歯車にＦＲＰ製歯車を用い、かつ、前記歯車をバックラッシの無い状態で噛み合わせたことを特徴とするＦＲＰ製歯車を用いた歯車機構に関する。
【０００８】
次に、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の歯車機構において、前記ＦＲＰ製歯車は、布基材フェノール樹脂積層材料から製作されていることを特徴とする。
【０００９】
次に、請求項３に記載の発明は、前記請求項２に記載の歯車機構において、前記布基材フェノール樹脂積層材料は、複数のプリプレグが繊維の配向を異ならせて積層されていることを特徴とする。
【００１０】
次に、請求項４に記載の発明は、前記請求項２に記載の歯車機構において、前記布基材フェノール樹脂積層材料は、複数のプリプレグが繊維の配向を一致させて積層されており、かつ、互いに噛み合う同歯数の歯車の両方に前記布基材フェノール樹脂積層材料から製作されたＦＲＰ製歯車を用い、両歯車を、噛み合い部位において繊維の配向が異なるように噛み合わせたことを特徴とする。
【００１１】
一方、請求項５に記載の発明は、前記請求項１から４のいずれかに記載の歯車機構を備えたことを特徴とする機械システムに関する。
【００１２】
そして、請求項６に記載の発明は、前記請求項５に記載の機械システムにおいて、前記機械システムは、筒状包材を縦横にシールして袋にしながら該袋に物品を充填する包装機であり、前記歯車機構は、前記横シールをするために１対のシールジョーを同期させて運動させる横シール装置に備えられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
まず、前記請求項１に記載の発明によれば、同歯数の歯車を互いに噛み合わせて駆動することにより動力を伝達する歯車機構において、複数の歯車のうち少なくとも１つの歯車に、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製の歯車を用いたから、樹脂製歯車の強度が高まり、耐衝撃性や耐久性が確保されて、長期間の使用にも耐え得るようになる。また、当該歯車機構がたとえ大きな動力を伝達し、その結果、歯に作用する応力が大きくなっても、十分大きな強度を樹脂製歯車に具備させることができる。もちろん、ＦＲＰ製歯車は、軽く、丈夫で、耐食性も良好である。また、繊維が短繊維で射出成形が可能な場合は、成形性にも優れる。
【００１４】
そして、そのうえで、前記ＦＲＰ製歯車を含む同歯数の歯車同士をバックラッシの無い状態で噛み合わせたから、前述したように、ＦＲＰ製歯車は、噛み合う相手方の歯車のピッチエラー等を吸収して、前記の騒音や振動の問題、歯の耐久性の問題、及び１対の機械要素間の同期精度の問題等を解消することができる。
【００１５】
本発明で使用可能なＦＲＰの種類は特に限定されず、従来汎用されるいずれのものも好ましく使用可能である。例えばプラスチックとしては、ナイロン、ポリエステル、エポキシ等が好適であり、強化繊維としては、ガラス繊維、ホウ素繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、炭素繊維、アラミド繊維、スチール繊維等が好適である。また、例えば綿や麻等の天然繊維や、ビニロンやレーヨン等の化学繊維をはじめとする、一般の紡織繊維も、耐熱性等を考慮して、良好に使用し得る。ただし、いずれにしても、強化繊維は、噛み合う相手方の歯車（例えば金属性歯車）と接触したときに、その相手方歯車を削ったり磨耗させない程度の硬さのものを選ぶことが好ましい。
【００１６】
本発明では、１対の同歯数の歯車を噛み合わせたときに、そのうちの１つだけをＦＲＰ製歯車としてもよく、また両方をＦＲＰ製歯車としてもよい。あるいは、３つ以上の複数の同歯数の歯車を噛み合わせたときに、その歯車列のうちの１つだけをＦＲＰ製歯車としてもよく、また２つ以上をＦＲＰ製歯車としてもよく（この場合、なるべくＦＲＰ製歯車と金属製歯車とが交互に噛み合うようにすることが好ましい）、また全部をＦＲＰ製歯車としてもよい。ＦＲＰ製歯車は、一般に、金属製歯車に比べるとコスト高であるから、ＦＲＰ製歯車の採用が部分的である場合には、安価な金属製歯車を併用でき、コストを低く抑えられる。一方、ＦＲＰ製歯車の使用個数を増やした場合には、該ＦＲＰ製歯車の量産性が図られ、その結果、コストメリットを図ることも可能となる。
【００１７】
なお、特開平１０−２４９７１９号公報には、繊維強化プラスチック層を積層した薄板でキャリヤプレートを作製することが記載されているが、該キャリヤプレートは、半導体ウエハ等の薄い脆弱材料の精密研摩に用いられるものであり、本発明のように、同歯数の歯車を噛み合わせて駆動することにより動力を伝達するものではなく、技術分野及び課題・効果が根本的に異なるものである。
【００１８】
次に、前記請求項２に記載の発明によれば、ＦＲＰ製歯車を布基材フェノール樹脂積層材料から製作したから、特に、機械的強度、耐熱性、耐酸性に優れた樹脂製歯車が得られる。また、布として綿を用いた場合は耐衝撃性も良好である。さらに、後述するように、本発明者等の知見によれば、布基材フェノール樹脂積層材料から製作したＦＲＰ製歯車は、引張強度、曲げ強度、せん断強度に優れることも確かめられた。
【００１９】
なお、ＦＲＰ製歯車を布基材フェノール樹脂積層材料から製作する場合は、該歯車を射出成形ではなく、金属製歯車等と同様、工具を利用しての塑性変形、あるいは水圧・油圧を利用しての切り出し加工等を行うことになる。
【００２０】
次に、前記請求項３に記載の発明によれば、前記布基材フェノール樹脂積層材料を構成する各プリプレグの繊維の配向が異なっているから、歯車は、単体として、強度が全方位的にバランスよく平均的に改善されて、強度の著しく劣る箇所がなくなり、いずれの歯の強度も全般に効果的に高められる。
【００２１】
次に、前記請求項４に記載の発明によれば、互いに噛み合う同歯数の歯車の両方にＦＲＰ製歯車を用いた場合に、両歯車を繊維の配向を異ならせて噛み合わせたから、噛み合い部位においては、常に強度が相違する歯同士が噛み合うことになり、例えば強度の低い歯同士が噛み合ったり、逆に強度の高い歯同士が噛み合うことが回避される。したがって、歯車対として、噛み合わせの強度が全方位的にバランスよく平均的に改善され、噛み合い部位において強度の著しく劣る箇所がなくなり、いずれの噛み合い部位の強度も全般に効果的に高められる。
【００２２】
しかも、布基材フェノール樹脂積層材料として、複数のプリプレグを繊維の配向を一致させて積層したものが使用できるから、例えば前記請求項３のように、布基材フェノール樹脂積層材料をつくる段階で複数のプリプレグを繊維の配向を異ならせて積層する必要がなく、汎用性に富むという利点もある。
【００２３】
次に、前記請求項５に記載の発明によれば、機械システムに、前記請求項１から４のいずれかに記載の歯車機構を備えたから、該機械システムの駆動系は、長期間に亘り、低騒音・低振動で、１対の機械要素に同期運動や対称運動等を実現させることができ、しかもバックラッシの無い状態であるから、前記同期運動や対称運動の同期精度、動作精度、位置精度等が向上する。
【００２４】
そして、前記請求項６に記載の発明によれば、筒状包材を袋にしながらその袋の中に物品を充填・包装する構成の包装機において、前記袋を作るために１対のシールジョーを同期させて運動させる横シール装置に、前記請求項１から４のいずれかに記載の歯車機構を備えたから、前記請求項５の作用効果に加え、１対のシールジョーの同期運動・対称運動が、同期精度、動作精度、位置精度等に優れる結果、横シールの位置決めの正確さが増す、といった包装機特有の作用効果が奏される。
【実施例】
【００２５】
前述したように、樹脂製歯車を利用する利点として、軽量、低騒音、組み付け誤差による影響の低減等がある。そこで、樹脂製歯車のそのような利点を生かしつつ、強度や剛性の不足の問題を改善するため、ＦＲＰ製の歯車の幅広い技術分野での適用が望まれている。特に、ＦＲＰ製歯車は、条件の厳しい動力伝達用に使用されることが期待される。回転伝達のみを行う場合に比べて、動力伝達を行う場合では、駆動時に歯に少なからずの衝撃荷重が加わる。したがって、そのことを十分考慮して耐衝撃性に優れた材料を選定しなければならない。
【００２６】
動力伝達用のＦＲＰ製歯車は大荷重に耐え得ることが要求される。その観点から、材料内の繊維は、成形性を多少犠牲にしても、短繊維よりも、繊維の強化効率の高い直交積層材料を用いることが好ましい。そこで、直交積層材料を用いた動力伝達用ＦＲＰ製歯車の各種の強度試験を行った。本発明者等は、直交積層材料として、機械強度、加工性、耐衝撃性の良好な布基材フェノール樹脂積層材料を用いてＦＲＰ製歯車を製作した。布基材フェノール樹脂積層材料は、周知のように、フェノール樹脂を綿布に含浸させた、半練り・半乾燥状態のプリプレグを複数積層して、加圧・加熱により硬化させた、直交異方性［０／９０］を持つ複合材料である。本実施例で用いた布基材フェノール樹脂積層材料の構成を表１に示す。
【００２７】
【表１】
2005090557.tif 000003
【００２８】
次に、本実施例で製作し、試験に供した７種類の標準平歯車の構成を表２に示す。
【００２９】
【表２】
2005090557.tif 000004
【００３０】
すなわち、積層構成が［０／９０］ｓの布基材フェノール樹脂積層材料から５種類の平歯車を製作した（供試体１〜５）。また、繊維配向が［０／９０］のプリプレグを［０／＋３０／−３０］ｓの積層構成とした布基材フェノール樹脂積層材料から１種類の平歯車を製作した（供試体６）。さらに、紙基材フェノール樹脂積層材料（金属製歯車等と同様、等方性の材料である）から１種類の平歯車を製作した（供試体７）。
【００３１】
前記実施例１〜６で布基材フェノール樹脂積層材料を用いた理由は、フェノール樹脂のプリプレグが成形作業環境がよく成形能率が向上すること、繊維量のコントロールが容易なこと、製品の仕上がりが美しいこと等が挙げられる。また、強化繊維に綿布を用いた理由は、材料としての機械強度が高いこと、機械加工性及び耐衝撃性に優れること等が挙げられる。
＜引張試験＞
ＦＲＰ製歯車の材料として選択したフェノール樹脂積層材料の引張試験を行った。すなわち、積層構成が［０／９０］ｓの布基材フェノール樹脂積層材料については、繊維の方向に対して、０°，１５°，３０°，４５°の４種類の方向から引張した。一方、積層構成が［０／＋３０／−３０］ｓの布基材フェノール樹脂積層材料については、繊維の方向に対して、０°，１５°の２種類の方向から引張した。結果を図１に示す。
【００３２】
図１から明らかなように、積層構成が［０／９０］ｓの異方性材料の繊維方向０°のときの引張強さと、等方性材料の紙基材の引張強さとが、ほぼ同程度であった。積層構成が［０／９０］ｓの異方性材料では、繊維方向が０°〜４５°となるに従って、引張強さがほぼ直線的に低下している。これは、強化繊維の配向方向以外の方向では、強化効果が低下するからである。これに対し、積層構成が［０／＋３０／−３０］ｓの場合は、複数のプリプレグが繊維の配向を異ならせて積層されているから、各層の引張強さの平均が全方位的に得られて、強化繊維の方向による強化効果のバラツキ（方向依存性）の抑制が伺われる。
＜曲げ試験＞
歯車の歯先には曲げ荷重が作用し、歯元には曲げ応力が発生し、積層材料の層間剥離も考えられるから、材料自体の曲げに対する許容応力を調べることは重要なことである。本実施例では、歯車に負荷が作用する状態に近似させて、積層方向に対して垂直に曲げ荷重をかけ、ＪＩＳ  Ｋ  ７０５５に準じて曲げ試験を行った。結果を図２に示す。
【００３３】
図２から明らかなように、積層構成が［０／９０］ｓの異方性材料の繊維方向０°のときの許容曲げ応力と、等方性材料の紙基材の許容曲げ応力とが、ほぼ同程度であった。積層構成が［０／９０］ｓの異方性材料では、繊維方向が０°〜４５°となるに従って、許容曲げ応力がほぼ直線的に低下している。これは、強化繊維の配向方向以外の方向では、強化効果が低下するからである。
＜横せん断試験＞
歯車の歯に対してはせん断の影響も無視できないから、層に対して垂直に荷重を負荷して横せん断試験を行った。結果を図３に示す。
【００３４】
図３から明らかなように、積層構成が［０／９０］ｓの異方性材料のせん断強さは、等方性材料の紙基材のせん断強さよりも、全般的に大きかった。また、試験後の材料を写真撮影して観測したところ、紙基材材料では、幅方向以外に層方向にも亀裂の発生が見られた。このように、せん断試験で等方性材料の紙基材のせん断強さが低い原因として、「ヘき開強さ」が影響していると考えられる。つまり、紙基材材料の「へき開強さ」は４〜６Ｎであり、［０／９０］ｓの積層材料の「へき開強さ」７〜１１Ｎよりも低いのである。このことより、紙基材材料は、［０／９０］ｓ積層材料よりも、早期に層間に亀裂が発生し、その亀裂のために強度が低下して、横せん断強さが［０／９０］ｓ積層材料より低くなったと考えられる。
＜歯車の歯の曲げ破壊試験＞
歯車の強度評価において、歯にどの程度の大きさの負荷が作用すると歯が破損するかという基礎的データは非常に重要である。そこで、ＦＲＰ製歯車の供試体１〜７を固定し、先端部を丸めた加圧棒をインストロン試験機に取り付け、歯先に線荷重をかけて、歯が破損するまでの最大負荷を測定した（曲げ破壊試験）。結果を図４に示す。
【００３５】
ただし、本実施例における前記供試体１〜７のうち供試体１〜６は、直交異方性を持つ積層材料を歯車材料として用いているので、各歯毎に繊維の配向角度が異なっている。そこで、積層構成が［０／９０］ｓの供試体１〜５については、図５に示すように、繊維Ｆの配向角度θが０°の歯を基準とし、その歯から歯車の回転軸心Ｘを中心とする９０°までの回転範囲で、各歯の位置を繊維との角度θで特定するようにした。また、積層構成が［０／＋３０／−３０］ｓの供試体６については、これに準じて、繊維Ｆの配向角度θが０°の歯を基準とし、その歯から歯車回転軸心Ｘを中心とする３０°までの回転範囲で、各歯の位置を繊維との角度θで特定するようにした。
【００３６】
図４には、単位歯幅当たりの曲げ荷重と、各歯における繊維の配向角度θとの関係が表されている。ただし、黒丸は供試体１〜５の平均値を表している。図４から明らかなように、［０／９０］ｓ積層材料から製作された歯車供試体１〜５は、繊維配向角度θ＝４５°で、歯の曲げ強度の最低値を示した。また、繊維配向角度θ＝４５°〜９０°における曲げ強度は、繊維配向角度θ＝０°〜４５°における曲げ強度に比べて全般に高くなった。
【００３７】
一方、［０／＋３０／−３０］ｓ積層材料から製作された歯車供試体６は、複数のプリプレグが繊維の配向を異ならせて積層されているから、前述したように、強化繊維による強化効果のバラツキ抑制効果（方向依存性抑制効果）が顕著に見られた。
【００３８】
これらに対し、等方性材料の紙基材から製作された歯車供試体７の歯の曲げ強度は全般に低かった。また、試験後の供試体７の歯を写真撮影して観測したところ、歯元から破断しているうえに、歯幅方向に対して垂直な亀裂による破壊も見られた。一方、試験後の供試体１〜５の歯を写真撮影して観測したところ、歯元から破断しているだけであった。このことから、供試体７が、歯車形状での曲げ試験において強度が低下した理由は、前記横せん断試験の項で述べたと同様、紙基材フェノール樹脂積層材料の「ヘき開強さ」が影響していると考えられる。すなわち、歯車の歯の特殊形状に起因して、歯車の歯には、曲げ応力の他に、せん断応力が大きく作用・影響し、その結果、紙基材材料の供試体７では、「へき開破壊」が起こったものと考えられる。要するに、前記図３の横せん断試験結果と同様、図４の曲げ破壊試験結果においても、積層構成が［０／９０］ｓの異方性材料からなる歯車（供試体１〜５）のほうが、等方性材料の紙基材からなる歯車（供試体７）よりも高い強度を示したのは、歯元で発生する曲げ応力のみで破断する供試体１〜５に比べて、供試体７では、せん断による「ヘき開破壊」が先に発生し、それによって強度が急激に低下したからであると理由付けられる。
＜振動試験＞
図６に示すように、歯車Ｇの側面に、１対の加速度メータＳ，Ｓを回転軸心対称に取り付け、この歯車Ｇを同歯数の他の歯車と噛み合わせ、同期させて回転駆動させた。そのときに加速度メータＳ，Ｓで測定された径方向の加速度（振動の大きさ）と周波数との関係を図７に示す。ただし、図７（ａ）は、本発明に係るＦＲＰ製歯車と金属製歯車とを噛み合わせた場合の結果（加速度メータＳ，ＳはＦＲＰ製歯車に取り付けてある）、図７（ｂ）は、金属製歯車同士を噛み合わせた場合の結果である。いずれの場合も、歯車相互の軸間距離を近接させていき、バックラッシの無い状態で回転駆動させた。
【００３９】
図７から明らかなように、同歯数の歯車のうち少なくとも１つの歯車にＦＲＰ製歯車を用いることで、発生する振動の周波数が低くなり、耳障りの少ない領域に騒音がシフトした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
図８は、本発明に係るＦＲＰ製歯車を用いた歯車機構を備えた機械システムとしての包装機１の全体構成を示す斜視図である。この包装機１は、周知の縦型ピロー包装機であって、ホッパ２の下方に設けたフォーマ３により筒状に成形した包装材料を左右１対のプルダウンベルト４，４で下方に引き下げながら、縦シール装置５で縦シールを行い、かつ横シール装置６で横シールを行って袋にし、その袋の中に前記ホッパ２から投入された物品を充填・包装するものである。
【００４１】
横シール装置６は、水平に延びる前後１対のシールジョー７，７と、該シールジョー７，７を先端に備える旋回アーム８…８と、該旋回アーム８…８の旋回中心を前後に近接離反させる移動機構９とを含み、前記１対のシールジョー７，７は、側面視で、対称形に、Ｄ字状の軌跡を描くように、同期して駆動される。
【００４２】
このような包装機１において、前側のシールジョー７及び旋回アーム８，８駆動用の歯車１０と、後側のシールジョー７及び旋回アーム８，８駆動用の歯車１１とは、同歯数で、相互に噛み合い、逆方向に、同速度で回転する。これにより、前述したように、側面視で対称形にＤ字状の軌跡を描くように同期して駆動される１対のシールジョー７，７同士が、同じ位置で正確に遭遇し、その結果、横シール位置がずれず、物品を横シール位置で噛み込むことが防がれる。駆動源としての駆動モータの動力は、出力歯車１３から中間歯車１２を経て、後側の駆動歯車１１及び前側の従動歯車１０に伝達される。なお、旋回アーム８と駆動歯車１１及び従動歯車１０とはシュミットカップリング１４，１４で結合され、両者８，１０及び８，１１間の軸心のずれや誤差が吸収される。
【００４３】
ここで、本発明に係るＦＲＰ製歯車は、前記後側の駆動歯車１１、又は前側の従動歯車１０、あるいはその両方１０，１１に好ましく採用され得る。図９は、互いに噛み合う同歯数の１対の歯車１０，１１のうち、駆動歯車１１にＦＲＰ製歯車を用い、従動歯車１０に金属製歯車を用いた場合の例を示している。また、図１０は、互いに噛み合う同歯数の１対の歯車１０，１１の両方にＦＲＰ製歯車を用いた場合の例を示している。
【００４４】
つまり、同歯数の歯車１０，１１を噛み合わせることにより動力を伝達する歯車機構において、前記歯車のうち少なくとも１つの歯車にＦＲＰ製歯車を用い、かつ、前記歯車１０，１１をバックラッシの無い状態で噛み合わせている。前記ＦＲＰ製歯車は、布基材フェノール樹脂積層材料から製作し、前記布基材フェノール樹脂積層材料は、複数のプリプレグを繊維Ｆの配向を異ならせて積層している。布基材フェノール樹脂積層材料から製作したＦＲＰ製歯車１１は、前述したように、引張強度、曲げ強度、せん断強度に優れている。よって、同歯数の歯車１０，１１を噛み合わせて駆動することにより動力を伝達する歯車機構において、バックラッシの無い状態を作り出すことが可能な樹脂製歯車の強度を高めて、長期間の使用に耐え得るだけの耐衝撃性や耐久性を樹脂製歯車に確保することが可能となる。
【００４５】
これにより、長期間に亘り、低騒音・低振動で、前後１対のシールジョー７，７及び旋回アーム８…８に同期運動及び対称運動を実現させることができる。しかも、前記移動機構９を調整したり、シュミットカップリング１４，１４を機能させたりすることにより、前記１対の同歯数の駆動歯車１１と従動歯車１０とをバックラッシの無い状態で噛み合わせることができるから、前記１対のシールジョー７，７の同期運動及び対称運動が、同期精度、動作精度、位置精度等に優れ、その結果、横シールの位置決めの正確さが増すといった、この種の包装機１に特有の作用効果が奏される。
【００４６】
もちろん、本発明に係るＦＲＰ製歯車を用いた歯車機構を備えた機械システムとしては、前記のような包装機に限らず、例えば１対の機械要素に同じ動作や対称的な動作を同期させて行わせるように構成された他の機械システムのいずれであってもよいことはいうまでもない。
【００４７】
図１１は、互いに噛み合う同歯数の１対の歯車１０，１１の両方にＦＲＰ製歯車を用いた場合の１つの好ましい噛み合い例を示す。各歯車１０，１１における繊維Ｆ…Ｆの配向は単一で、積層材料を構成する複数のプリプレグは全て同じ繊維の向きで積層されている。この場合、歯車１０，１１の歯同士の噛み合い部位における繊維Ｆ…Ｆの配向が一致すると、前述の歯車の歯の曲げ破壊試験の項で述べたように、強度の低い歯同士の噛み合い（例えば繊維配向角度θが４５°の歯同士の噛み合い）と、逆に強度の高い歯同士の噛み合い（例えば繊維配向角度θが０°の歯同士あるいは９０°の歯同士の噛み合い）とが生じ、歯車が１回転する間に噛み合い強度が周期的に増減を繰り返して、これが起振力となってしまう。
【００４８】
そこで、図１１に示したように、歯車１０，１１の歯同士の噛み合い部位における繊維Ｆ…Ｆの配向が一致しないように、角度をずらせて歯車１０，１１を噛み合わせたのである（図例は、繊維配向角度θが４５°の歯と、０°又は９０°の歯との噛み合い）。これにより、歯車が１回転する間の噛み合い強度が平均化し（換言すれば、噛み合い強度が大きな周期的な増減を繰り返さず）、積層材料を作る段階で各プリプレグの積層の方向をずらす必要がなくなる。換言すれば、各歯車１０，１１の材料である積層材料として、複数のプリプレグを全て同じ繊維の向きで積層した積層材料をそのまま使用することが可能となり、汎用性に優れる。
【００４９】
なお、以上説明した実施例及び実施の形態は、本発明の理解を助けるものであって、本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。例えば歯車の形状として、平歯車に限らず、噛み合い率の向上効果を有するハスバ歯車等であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上、具体例を挙げて詳しく説明したように、本発明者等は、同期運動・対称回転運動の実現のために同歯数の歯車を噛み合わせ、かつ、低騒音化・同期精度向上のためにバックラッシの無い状態で歯車同士を噛み合わせた歯車機構の改良を目的として、鋭意検討研究を重ねた結果、十分な強度の樹脂製歯車、ＦＲＰ製歯車を開発することができた。本発明は、歯車同士の噛み合いにより動力を伝達する歯車機構、及び該歯車機構を備えた機械システムの技術分野において、幅広い産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施例におけるフェノール樹脂積層材料の引張試験の結果を示す図である。
【図２】同じく曲げ試験の結果を示す図である。
【図３】同じく横せん断試験の結果を示す図である。
【図４】本発明の実施例におけるＦＲＰ製歯車の歯の曲げ破壊試験の結果を示す図である。
【図５】本発明の実施例におけるＦＲＰ製歯車における繊維Ｆの配向角度θを示す説明図である。
【図６】本発明の実施例における歯車の振動試験の説明図である。
【図７】前記振動試験の結果を示す図である。
【図８】本発明を実施するための最良の形態に係る機械システムとしての包装機の全体構成を示す斜視図である。
【図９】互いに噛み合う同歯数の１対の歯車１０，１１のいずれか一方にＦＲＰ製歯車を用いた場合の例を示す図である。
【図１０】互いに噛み合う同歯数の１対の歯車１０，１１の両方にＦＲＰ製歯車を用いた場合の例を示す図である。
【図１１】互いに噛み合う同歯数の１対の歯車１０，１１の両方にＦＲＰ製歯車を用いた場合の好ましい噛み合い例を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１        包装機（機械システム）
６        横シール装置
７        シールジョー
８        旋回アーム
１０      従動歯車
１１      駆動歯車
【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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