(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動性を有する樹脂をクラウニング歯形状を持たない型の中に封入し、該型中で固化させることによって得られ、歯車回転軸を含む断面の形状が歯幅Ｗ＝１２ｍｍ、リム厚ｔ＝２．１ｍｍ、リム面のテーパー角度θ＝１０°、歯車の径φ＝１００ｍｍ、モジュールｍ＝０．５で、かつ動力伝達面である歯面の基準ピッチ円上の歯筋形状が歯幅中央部から歯端部へ曲面状に低くなる形状の樹脂クラウニング歯車成形品の成形方法であって、上記樹脂がポリアセタール樹脂であり、リム近傍のウェブ面に有する未転写部のひけ深さを調節することによってクラウニング量を調節することを特徴とする樹脂クラウニング歯車成形品の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、使用時に歯の端部で応力集中したり、片当たりすることを防ぐクラウニングを施した樹脂クラウニング成形歯車に関し、詳細には樹脂歯車などの成形歯車に関して、歯先円直径が外周両端部で中央部より小さくなる形状の歯車を容易に成形する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
成形歯車において、一般に歯筋形状精度を高精度に成形することは難しく、歯筋中央部のひけや、歯筋の傾きなどが生じやすい。このため、歯面端のエッジ部での応力集中やそれによって生じる歯車の傾き、送りむら、摩耗、騒音などが問題となる。
【０００３】
また、歯車の形状精度だけでなく、歯車軸の組み付け誤差や、軸間の平行度誤差により、歯車の噛み合い面に傾きが生じ前述と同様の問題が発生する。
【０００４】
これを解決するために、歯先円直径が外周両端部で中央部より小さくなる形状の歯車が提案されているが、一般の射出成形においては、外周面内にて型を分割しなければ、成形品を取り出せない形状なので、外周面の形状や精度を要する歯車においては成形加工が困難である。
【０００５】
ここで従来における歯車の問題点を列挙すると、
（１）歯筋形状が平らな場合、
（２）歯筋形状がわずかに傾いている場合、
（３）歯筋形状の両端部がやや凸になっている場合、
（４）歯筋形状が凹状になっている場合、
（５）軸がわずかに傾いている場合、
（６）２軸の平行度がずれている場合
があるが、（２）〜（６）の場合に接触歯面は相手歯面との接触において面端のエッジ部での片当たり、応力集中やそれによって生じる部品の傾き、回転むら、摩耗、騒音などが問題となる。この問題は歯筋形状をクラウニング形状にすることによって回避することができる。
【０００６】
図１は歯車リムの断面図である。図中１は歯面、２はリムで、Ｗは歯幅、ｔはリム厚、θはリム２面のテーパー角度である。また図２はクラウニング形状とした歯の外形を示す斜視図である。Ｓはクラウニング量である。
【０００７】
特開平５−２３７８８９号公報には、成形工程中に歯筋の方向に金型を動かして樹脂を圧縮する射出圧縮成形において、クラウニング歯車を成形する技術が開示されているが、型内の樹脂を圧縮する際に既に固化した部分と溶融状態の樹脂部分の樹脂圧力差が圧縮によってさらに顕著になるため、得られる成形品には歪みや残留応力が残り、寸法の経時変化などの問題が発生する。
【０００８】
本発明は、射出成形、あるいは低圧射出成形によって、樹脂に高圧をかけることなく成形することによって、上記従来の課題を解決し、クラウニング歯形状を有していない金型においても、簡単に歯筋面形状が外周両端部で中央部より低くなるクラウニング形状を有する歯車を成形できる成形品形状および成形方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る樹脂クラウニング歯車成形品の成形方法は、上記目的を達成するために、  流動性を有する樹脂をクラウニング歯形状を持たない型の中に封入し、該型中で固化させることによって得られ、歯車回転軸を含む断面の形状が歯幅Ｗ＝１２ｍｍ、リム厚ｔ＝２．１ｍｍ、リム面のテーパー角度θ＝１０°、歯車の径φ＝１００ｍｍ、モジュールｍ＝０．５で、かつ動力伝達面である歯面の基準ピッチ円上の歯筋形状が歯幅中央部から歯端部へ曲面状に低くなる形状の樹脂クラウニング歯車成形品の成形方法であって、上記樹脂がポリアセタール樹脂であり、リム近傍のウェブ面に有する未転写部のひけ深さを調節することによってクラウニング量を調節することを特徴とする。
【００２２】
本発明では、樹脂の収縮特性を利用した成形品形状によって歯筋端部の収縮を促進し、歯面がクラウニング形状になる現象を利用することによって、射出圧縮などのように特別な成形機や特別な成形法を用いることなく、低圧条件下においても、容易にクラウニング歯筋形状を有する歯車を成形するものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお以下では従来と共通する部分には共通する符号を付すにとどめ重複する説明は省略する。
【００２４】
図３に本発明に係る樹脂歯車成形方法の一実施形態による成形品形状の例を示す。一般のギヤに見られるリム断面形状（図３Ａ）は、断面Ｔ字部中央の樹脂が最も冷えにくく、最後に冷え固まる際に周囲の樹脂をひっぱるため、歯筋中央部がひけ易くなり、歯筋形状は凹形状となる。これに対し、本実施形態のリム断面形状（図３Ｂ）においては、リム２の厚みｔが厚く、リム２端部のテーパー角度θが大きいため、リム２厚み方向の樹脂収縮、及びリム２表面の樹脂収縮によって歯表面端部がひっぱられる現象が起こる。これによって、歯筋の両端部が下がりクラウニング形状が得られる。
【００２５】
ポリアセタール樹脂を用いた成形例を説明する。図３Ｃのリム断面形状例において、得られた歯筋誤差のデータは、
歯幅Ｗ＝１２ｍｍ
リム厚ｔ＝２．１ｍｍ
リム面のテーパー角度θ＝１０°
歯車の径φ＝１００ｍｍ
モジュールｍ＝０．５
であった。ＰＶでクラウニング量Ｓ＝約４０μｍのクラウニング形状が得られた例である。
【００２６】
また、成形加工時に歯面以外の特定の面にひけを発生させることによって、さらに、クラウニングの量Ｓを変えることができる。特に、金型内にエアを導入する手法により、発生させるひけの深さを調節することによって、クラウニングの量を調節することが可能である。これによって、設計ニーズに応じた必要量のクラウニング形状を有する歯車を成形することができる。図４は、エアの導入によって、ウェブ部にひけを誘導した例を示す。図中３は成形樹脂、４、５は金型、６はエア導入孔である。この場合、任意の箇所にひけを誘導することができ、より容易に大きなクラウニング量Ｓを得られ、軸の平行度誤差等が大きい場合にも、広く対応できるようになる。ただし、図４（Ｂ）に示すようにエア導入孔６（あるいはスリット）の跡７が成形品に残る。
【００２７】
また保圧などの成形条件によって、クラウニングの量を調節することができる。この関係を図５に示す。本実施形態の歯形状においては、成形の保圧工程の圧力が低いほど、樹脂の収縮率が大きくなるためクラウニング量Ｓが大きくなる。
【００２８】
すなわち本実施形態の歯車のリム形状は、歯幅Ｗに対して、リム厚ｔが厚くなるにつれて、リム厚方向の収縮量が大きくなり、この方向の収縮は冷却しやすいリム２の両端部から固化が始まり、さらにリム２裏のテーパー角度θが大きくなるにつれて、半固化状態の表面層の収縮によるリム部表面層の張力を歯面１が受けやすくなり、その結果、歯筋端部がより張力を強く受けて凸曲面上になるというものである。
【００２９】
一般の歯車のリム形状は、先にも述べたように、加熱された溶融樹脂は熱変形温度以下の温度の型によって、冷却され、固化し、型内の樹脂は型と接する表層部から冷却が進み固化し始め、固化した部分は体積収縮を伴うため、圧力が低下し、形状的に最も厚肉となる部分（中心部、Ｔ字部、リブの根本など）は冷却が最も遅く、最後に固化するので、このとき圧力の低下によって、まわりの樹脂を引っ張る力が生じ、もっともひっぱられやすい部分の樹脂がこの部分に引っ張られ、型の表面から樹脂表面が離れると、型への熱の伝導（冷却）が妨げられ、樹脂温が下がり難くなり、厚肉中心（高温部）からの熱により、温度上昇も起こり、樹脂粘度も下がって動き易くなるため、これによって、ひけ現象がより顕著になる。本実施形態は、選択的ひけ誘導を行う。ひけ発生位置の制御をおこなわない通常の成形においては、成形品の形状、厚み、縦横の比率などによって、ひけの発生位置が決まる。これに対して、本実施形態においては、型の中にひけ誘導手段を設けることによって、樹脂の冷却時に特定の箇所にひけのきっかけを与えてやる。すなわち、樹脂表面が型面から離れるきっかけを与える。この場合、厚肉中心部が冷却されて収縮する際に、この部分の樹脂に熱がこもり易く、低粘度で樹脂が動きやすいので、ひけがその部分に優先的に発生することになる。
【００３０】
このとき、ひけ表面部の半固化状態の樹脂の引力、及びひけ部分の樹脂を補おうとする力によって、ひけ面の隣接面である歯面の樹脂が引っ張られる。その結果、歯面端部がクラウニング形状となる。この引力による形状変化の大きさ及び影響範囲は、ひけの大きさやひけ部分の肉厚、断面形状によって異なる。すなわち選択的ひけ誘導によるクラウニング化の促進である。
【００３１】
また本実施形態のリム形状によりクラウニング歯面が得られる成形金型において、さらに、歯の隣接面などにひけを誘導することによって、ひけ表面部の半固化状態の樹脂の引力、及びひけ部分の樹脂を補おうとする力によってひけ面の隣接面である歯面の樹脂が引っ張られる。その結果、歯面クラウニング量をさらに増大させることができる。この引力による形状変化の大きさ、および影響範囲は、ひけの大きさやひけ部分の肉厚、断面形状によって異なる。
【００３２】
本実施形態の樹脂歯車成形品においては、歯車回転軸を含む断面の形状がリム２の厚みｔ、歯幅Ｗにおいて、１／６×Ｗ＜ｔで、かつリム２裏面のテーパー角度θが１０°以上となるリム部の形状を有するクラウニング歯車成形品である。この歯車成型品は、上述のように、通常の成形機にて射出圧縮などを用いることなく、クラウニング歯形状を持たない型にて、容易に安く成形することができる。また、低圧成形条件にて成形できるので、省エネルギー化、型の耐久性向上の効果も得られる。クラウニング形状によって、使用時に軸の平行度誤差などがある場合にも、歯面の片当たりなどによる歯面端部での応力集中やそれによって生じる歯車の傾き、送りむら、摩耗、騒音などの問題を防ぐことができる。
【００３３】
また本実施形態の樹脂歯車成形品においては、基準ピッチ円上の歯筋形状が凸曲面であり、クラウニング量Ｓが歯幅Ｗに対して、３×１０Ｅ−４×Ｗ＜Ｓ＜７×１０Ｅ−３×Ｗであるので、使用時に軸の平行度誤差などがある場合にも、歯面１の片当たりなどによる歯面１端部での応力集中や、それによって生じる歯車の傾き、送りむら、摩耗、騒音等が生じない。
【００３４】
また図６に示すように、歯面に隣接する面に未転写部８を有することになるので、より容易に大きなクラウニング量Ｓを得ることができ、軸の平行度誤差などが大きい場合にも、広く対応できるクラウニング歯車が得られる。
【００３５】
また、図７に示すように歯面１の裏側となるリム２の下面に未転写部８を有するようにして、より容易に大きなクラウニング量Ｓを得ることができ、軸の平行度誤差などが大きい場合にも、広く対応できるクラウニングギヤを得ることができる。
【００３６】
さらに、図８に示すようにリム２近傍のウェブ面に未転写部８を有するようにして、より容易に大きなクラウニング量Ｓを得ることができ、軸の平行度誤差などが大きい場合にも、広く対応できるクラウニングギヤを得られる。
【００３７】
な樹脂に結晶性樹脂を用いると、その成形工程における結晶化収縮が大きいので、大きなクラウニング量Ｓを容易に得ることができる。  また、上述した未転写部８のひけ深さを調節によるクラウニング量Ｓの調節幅も大きく確保することができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明に係る樹脂クラウニング歯車成形品の成形方法は、以上説明してきたように、樹脂の収縮特性を利用した成形品形状によって歯筋端部の収縮を促進し、歯面がクラウニング形状になる現象を利用することによって、射出圧縮などのように特別な成形機や特別な成形法を用いることなく、低圧条件下においても、容易にクラウニング歯筋形状を有する歯車を成形することができ、それによって、歪みや残留応力が少なく、寸法の経時変化などが少ない高精度の成形品を切削加工やその他の加工より安く得ることが可能となり、また成形加工時に歯面以外の特定の面にひけを発生させることによって、さらにクラウニングの量を変えることができ、特に、金型内にエアを導入する手法によって、発生させるひけの深さを調節することによって、クラウニングの量を調節することを可能となり、これによって設計ニーズに応じた必要量のクラウニング形状を有する歯車を成形することができるという多くの効果がある。
【００３９】
また、通常の成形機にて射出圧縮などを用いることなく、クラウニング歯形状を持たない型によって容易に安く成形することができ、低圧成形条件にて成形できるので、省エネルギー化、型の耐久性向上の効果も得られるという効果がある。また、使用時に軸の平行度誤差などがある場合にも、歯面の方当たりなどによる歯面端部での応力集中やそれによって生じる歯車の傾き、送りむら、摩耗、騒音などの問題を防ぐことができるクラウニング形状とすることができ、さらに、よりいっそう容易に大きなクラウニング量を得ることができることで、軸の平行度誤差などが大きい場合にも、広く対応できるクラウニングギヤを得ることができるという効果や、用途に応じたクラウニング量を有するギヤを簡単に得ることができ、また一つの金型で異なるクラウニング量を有するギヤを混合生産することができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】歯車リムの断面図である。
【図２】クラウニング形状とした歯の外形を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る樹脂歯車成形方法の一実施形態による成形品形状の例を示す断面図である。
【図４】エア導入による成形法を示す断面図（Ａ）と斜視図（Ｂ）である。
【図５】保圧とクラウニング量の関係を示す図である。
【図６】未転写部の形成によりクラウニング量を調整して得た歯車の形状例を示す断面図である。
【図７】未転写部の形成によりクラウニング量を調整して得た歯車の他の形状例を示す断面図である。
【図８】未転写部の形成によりクラウニング量を調整して得た歯車のさらに他の形状例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  歯面
２  リム
３  成形樹脂
４、５  金型
６  エア導入孔
７  エア導入孔の跡
８  未転写部
Ｗ  歯幅
ｔ  リム厚
θ  リム面のテーパー角度
Ｓ  クラウニング量
【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】
0004409782.tif 000006
【図６】
0004409782.tif 000007
【図７】
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【図８】
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