(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円板又はリング状インサートの外周に、周方向の複数のゲート部から補強繊維を含む樹脂組成物を射出成形して歯部を形成した歯車であって、前記歯部は、円板又はリング状インサートの外周部と一体に形成されたボス部と、このボス部から半径方向に延びるウエブ部と、このウエブ部から半径方向に延びるリング状リム部と、このリム部の周方向に形成された複数の歯とで構成されており、前記ウエブ部の少なくとも前記ゲート部及び前記ゲート部から注入された前記樹脂組成物が合流するウエルド部に放射方向に延びるリブ部が形成されており、前記ゲート部のリブ部よりも前記ウエルド部のリブ部の厚み及び／又は幅が大きく形成されている樹脂歯車。
【請求項２】
ウエルド部に形成されたリブ部の幅Ｗ２と、ゲート部に形成されたリブ部の幅Ｗ１との割合（Ｗ２／Ｗ１）が、１１０／１００〜２００／１００である請求項１記載の樹脂歯車。
【請求項３】
歯の厚みＴ２とウエブ部の厚みＴ１との割合（Ｔ２／Ｔ１）が、１．５〜５である請求項１記載の樹脂歯車。
【請求項４】
歯部の内径（又はインサートの外径）Ｄ１が５０〜３００ｍｍであり、歯部の外径Ｄ２と内径（又はインサートの外径）Ｄ１との割合（Ｄ２／Ｄ１）が、１１０／１００〜１５０／１００である請求項１記載の樹脂歯車。
【請求項５】
歯部の外径Ｄ２とリム部の内径Ｄ３との割合（Ｄ２／Ｄ３）が、１２０／１００〜１０３／１００である請求項１記載の樹脂歯車。
【請求項６】
歯車の歯の大きさを表すモジュールが、０．５〜３．５である請求項１記載の樹脂歯車。
【請求項７】
円板又はリング状インサートの外周に、補強繊維を含む樹脂組成物を周方向に位置する複数のゲート部から厚み方向に射出成形して歯部を形成する歯車の製造方法であって、前記歯部を、円板又はリング状インサートの外周部と一体に形成されたボス部と、このボス部から半径方向に延びるウエブ部と、このウエブ部から半径方向に延びるリング状リム部と、このリム部の周方向に形成された複数の歯とで構成し、前記ウエブ部の少なくとも前記ゲート部及び前記ゲート部から注入された前記樹脂組成物が合流するウエルド部に放射方向に延びるリブ部を形成し、前記ゲート部のリブ部よりも前記ウエルド部のリブ部の厚み及び／又は幅を大きく形成する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、ブラケット歯車などの樹脂歯車、特に大口径の金属製ブラケットなどのインサートの外周部に、射出成形により歯部を一体成形した樹脂歯車及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属ブラケットの外周部に樹脂製歯部を形成した樹脂歯車は、通常、インサート成形により製造されている。特に、金属ブラケットの口径が大きい場合には、周方向において等間隔に、しかも側方に配置された複数のゲート部から樹脂組成物を射出して歯部を形成している。このような樹脂歯車には、高い寸法安定性及び真円度、機械的強度や耐摩耗性などが要求される。
【０００３】
しかし、ゲート部の近傍と溶融樹脂が合流するウエルド部とでは樹脂組成物の補強繊維の配向方向が異なるため、高い寸法精度で樹脂歯車を成形することが困難である。すなわち、樹脂組成物は、ゲート部から厚み方向に注入されて周方向に流動するので、ゲート部の近傍では樹脂の流動方向に沿って補強繊維の軸方向が周方向に配向しやすくなる。一方、隣接するゲート部間に位置するウエルド部では、溶融樹脂が放射方向に拡がりながら合流するため、補強繊維の軸方向が半径方向に配向しやすくなる。すなわち、ウエルド部では樹脂の半径方向の収縮を抑制する方向に補強繊維が配向する。そのため、ゲート部とウエルド部とでは樹脂の均一な熱収縮が阻害され、歯車外周面の真円度や寸法精度が低下する。
【０００４】
さらに、ブラケットの外周域で射出成形するため、ゲート部の位置が外方に偏っている。そのため、ウエルド部が明瞭に形成され、ウエルド部の強度が大きく低下する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、射出成形により円板状又はリング状インサートの外周に樹脂製歯部を形成しても、高い寸法精度で成形できると共に、ウエルド部を有効に補強できる樹脂歯車及びその製造方法を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、円板状又はリング状インサートが大口径であっても、高い寸法精度及び真円度を有するとともに補強性の高い歯部が形成された樹脂歯車及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を達成するため鋭意検討した結果、射出成形に伴って、ゲート部とウエルド部とにリブを形成し、かつ肉厚及び／又は幅を調整してゲート部よりも補強性の高いリブをウエルド部に形成すると、大口径の円板状インサートの外周域に、周方向に位置する複数のゲート部から補強繊維を含む樹脂組成物を厚み方向に射出成形しても、熱収縮の程度を均一化して寸法精度及び真円度を向上できるとともに、ウエルド部を有効に補強できることを見いだし、本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明の樹脂歯車は、金属製ブラケットなどの円板又はリング状インサートの外周に、周方向の複数のゲート部から補強繊維を含む樹脂組成物を射出成形して歯部を形成した歯車であって、前記歯部は、円板又はリング状インサートの外周部と一体に形成されたボス部と、このボス部から半径方向に延びるウエブ部と、このウエブ部から半径方向に延びるリング状リム部と、このリム部の周方向に形成された複数の歯とで構成されており、前記ウエブ部の少なくとも前記ゲート部及び前記ゲート部から注入された前記樹脂組成物が合流するウエルド部に放射方向に延びるリブ部が形成されており、前記ゲート部のリブ部よりも前記ウエルド部のリブ部の厚み及び／又は幅が大きく形成されている。前記リブの本数は補強性を損なわない限り適当に選択でき、例えば、ゲート部の数をｎとするとき、リブの本数が、ｎ×（１〜６）であってもよい。前記ウエルド部のリブ部の幅Ｗ２と、ゲート部のリブ部の幅Ｗ１との割合（Ｗ２／Ｗ１）は、樹脂組成物の収縮量に応じて、前者／後者＝１１０／１００〜２００／１００程度の範囲から選択できる。また、歯の厚みＴ２とウエブ部の厚みＴ１との割合（Ｔ２／Ｔ１）は、前者／後者＝１．５〜５程度の範囲から選択できる。
【０００９】
本発明は大口径のインサートに対して歯部を形成するのに有用であり、例えば、前記歯部の内径（又はインサートの外径）Ｄ１は５０〜３００ｍｍ程度、歯部の外径Ｄ２と内径（又はインサートの外径）Ｄ１との割合は、前者／後者＝１１０／１００〜１５０／１００程度であってもよく、歯部の外径Ｄ２とリム部の内径Ｄ３との割合（Ｄ２／Ｄ３）は、１２０／１００〜１０３／１００程度であってもよい。さらに、歯車の歯の大きさを表すモジュール（ピッチ円の径（ｍｍ）／歯数）は、０．５〜３．５程度であってもよい。
【００１０】
本発明は、円板又はリング状インサートの外周に、補強繊維を含む樹脂組成物を周方向に位置する複数のゲート部から厚み方向に射出成形して歯部を形成する歯車の製造方法であって、前記歯部を、円板又はリング状インサートの外周部と一体に形成されたボス部と、このボス部から半径方向に延びるウエブ部と、このウエブ部から半径方向に延びるリング状リム部と、このリム部の周方向に形成された複数の歯とで構成し、前記ウエブ部の少なくとも前記ゲート部及び前記ゲート部から注入された前記樹脂組成物が合流するウエルド部に放射方向に延びるリブ部を形成し、前記ゲート部のリブ部よりも前記ウエルド部のリブ部の厚み及び／又は幅を大きく形成する樹脂歯車の製造方法も包含する。
【００１１】
本発明において、大口径であっても、円板状インサートの外周域に、周方向に位置する複数のゲート部から補強繊維を含む樹脂組成物を厚み方向に射出成形すると、ウエルド部ではゲート部近傍に比べて、補強繊維の配向方向により樹脂の収縮度が小さいものの、ウエルド部のリブを肉厚及び／又は幅広にしているため、ゲート部近傍に比べてウエルド部での収縮量が大きくなり、歯部の収縮量を均一化できる。しかも、ウエルド部には肉厚及び／又は幅広のリブを形成するため、ウエルド部での補強性を向上できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、必要に応じて添付図面を参照しつつ本発明の実施例を詳細に説明する。図１は本発明の樹脂歯車の一例を示す一部切欠概略側面図、図２は図１の樹脂歯車を示す概略平面図である。
【００１３】
この例では、樹脂歯車は、インサートの外径が５０〜３００ｍｍφ程度の大口径の円板又はリング状の金属製インサート１と、このインサートの外周域に、補強繊維を含む樹脂組成物を射出成形するインサート成形により一体に形成された歯部２とで構成されている。
【００１４】
前記歯部２は、金属製インサート１の外周部と一体に形成されたボス部（又は肉厚の環状帯部）３と、このボス部から半径方向に延び、かつ薄肉のウエブ部４と、このウエブ部から半径方向に延びるリング状リム部（又は肉厚の環状部）５と、このリム部の周方向に、所定のピッチで形成された複数の歯６とで構成されている。
【００１５】
なお、この例の樹脂歯車において、歯部の外径Ｄ２と内径（又はインサートの外径）Ｄ１との割合（Ｄ２／Ｄ１）は、前者／後者＝１２５／１００〜１３５／１００程度に形成され、歯部２の外径Ｄ２とリム部５の内径Ｄ３との割合（Ｄ２／Ｄ３）は、１０５／１００〜１１５／１００程度に形成されている。さらに、歯車の歯６の大きさを表すモジュール（ピッチ円の径（ｍｍ）／歯数）は、１．５〜２．３程度である。
【００１６】
前記歯部２は、金属製インサートを、固定型と可動型とで構成された成形型８内に配置し、成形型のうち金属製インサートの外周域に対応するキャビティ（図示せず）内に、周方向に所定の間隔で位置する複数のゲート部７から補強繊維を含む樹脂組成物を射出成形することにより形成されている。この例では、周方向において角度４５°毎に８つのゲート部７から樹脂組成物を射出している。
【００１７】
このような樹脂歯車において、これらのゲート部７と、互いに隣接するゲート部７間に位置し、かつ溶融樹脂が合流するウエルド部（図示せず）には、それぞれ、前記樹脂組成物の射出成形に伴って、放射方向に延びるリブ部９，１０が形成されている。特に、前記ウエブ部４において、ゲート部７には放射方向に延びるリブ部９は細幅Ｗ１に形成され、ウエルド部には放射方向に延びるリブ部１０は幅広Ｗ２に形成されており（Ｗ２＞Ｗ１）、ゲート部７のリブ部９の幅Ｗ１とウエルド部のリブ部１０の幅Ｗ２との割合（Ｗ２／Ｗ１）は、ゲート部７のリブ部９の幅を「１００」とするとき、１１０／１００〜１５０／１００程度に形成されている。さらには、歯６の幅（厚み）Ｔ２とウエブ部４の厚みＴ１との割合（Ｔ２／Ｔ１）は、２．３〜３程度に形成されている。この例では、ゲート部７の数ｎ＝８に対してリブ部の数９，１０はｎ×４＝３２としている。
【００１８】
このような樹脂歯車の製造において、補強繊維を含む樹脂組成物を複数のゲート部７から射出成形すると、ゲート部７のリブ部９よりもウエルド部のリブ部１０が幅広に形成されているため、前記のように、幅広のリブ部１０での熱収縮量が大きい。そのため、ウエルド部のリブ部１０の幅を広げることにより、補強繊維の配向により抑制された熱収縮を幅広のリブ部１０の熱収縮で相殺でき、抑制されたウエルド部の熱収縮量をゲート部７のリブ部９とその周辺域の熱収縮量と同等に均一化し、リブ部１０及びその周辺域での寸法精度を高めることができ、真円度も向上できる。さらに、ウエルド部にリブ部１０の幅を大きくすることにより、機械的強度の低下をもたらすウエルド部を有効に補強できる。符号１１は、歯車使用中に通気により冷却するための貫通孔（通気孔）である。
【００１９】
なお、本発明は、円板状又はリング状インサートの外周に、周方向の複数のゲート部から歯部を形成した種々の歯車に適用できる。例えば、インサートは金属製（ステンレススチールなどの鉄鋼製、アルミニウムなどのアルミニウム系金属、マグネシウム合金、チタン合金など）に限らず、セラミックスなどであってもよい。インサートの外周部は、通常、リング状であり、インサートは、中心部又は中央部のボスから外周部に向かって半径方向（特に放射方向）にアーム部が延びたホイールや、ボスと外周部との間にウェブ部が形成されたホイール状インサートであってもよい。
【００２０】
本発明は種々のサイズの樹脂歯車に適用できるが、大口径の樹脂歯車に適用するのが有効である。例えば、歯部の内径（又はインサートの外径）Ｄ１が、５０〜３００ｍｍ程度の樹脂歯車に適用できる。このような樹脂歯車において、前記歯部の外径Ｄ２と内径Ｄ１との割合（Ｄ２／Ｄ１）は、樹脂の種類などに応じて、通常、１１０／１００〜１５０／１００程度である。さらに、歯部２の外径Ｄ２とリム部５の内径Ｄ３との割合（Ｄ２／Ｄ３）は、通常、前者／後者＝１２５／１００〜１０３／１００、好ましくは１２０／１００〜１０５／１００程度である。歯車の歯６の大きさを表すモジュール（ピッチ円の径（ｍｍ）／歯数）は、通常、０．５〜３．５、好ましくは１．５〜２．５程度である。
【００２１】
前記ゲート部及びウエルド部にそれぞれ形成されたリブ部は、通常、放射方向に延びているが、補強性を損なわない限り半径方向に延びていればよい。なお、歯部がボス部とウエブ部とリム部と歯とで構成されている場合、ウエブの肉厚は、通常、ボス部及びリム部よりも大きく、均一であるが、半径方向において肉厚が、漸増又は漸減し、異なっていてもよい。また、ウエブ部に代えて、幅広又は細幅のアーム部を形成してもよい。
【００２２】
さらに、前記ウエルド部のリブは、熱収縮量及び補強性をコントロールするため、前記ゲート部のリブよりも厚み及び／又は幅が大きければよく、ウエルド部のリブ幅及び／又は肉厚と、ゲート部のリブ幅及び／又は肉厚との割合は、前者／後者＝１１０／１００〜２００／１００程度である。さらに、歯６の幅（厚み）Ｔ２とウエブ部４の厚みＴ１との割合（Ｔ２／Ｔ１）は、通常、前者／後者＝１．５〜５、好ましくは２〜３程度である。
【００２３】
なお、本発明の製造方法においてゲート部は、通常、寸法精度及び真円度を高めるため、成形型を構成する固定型に略等間隔に位置している。ゲート部の数ｎは特に制限されず、ｎ＝３〜１８程度である。また、ゲート部の数ｎに対してリブ本数は、通常、ｎ×（１〜６）、好ましくはｎ×（２〜５）程度である。
【００２４】
本発明の樹脂歯車の歯部は、種々の樹脂組成物で形成できる。好ましい歯部は、通常、エンジニアリングプラスチックで形成されている。前記樹脂としては、例えば、オレフィン系樹脂（ポリプロピレンなど）、フッ素樹脂、スチレン系樹脂（アクリロニトリル−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂など）、アクリル系樹脂（ポリメタクリル酸メチルなど）、ポリエステル系樹脂（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリアルキレンアリーレート（ホモポリエステル）、アルキレンアリレート単位を有するコポリエステル、ポリアリレート系樹脂、液晶性ポリエステルなど）、ポリカーボネート系樹脂（ビスフェノールＡ型ポリカーボネートなど）、ポリアミド系樹脂（ナイロン６，ナイロン６６，ナイロン６１０などの脂肪族ナイロン，芳香族ナイロンＭＸＤ−６など）、ポリアセタール系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリスルホンエーテル系樹脂などが例示できる。これらの樹脂は単独で又は二種以上組み合わせてポリマーブレンド又はポリマーアロイとして使用してもよい。
【００２５】
補強繊維には、例えば、無機繊維、有機繊維（例えば、アラミド繊維など）が含まれ、無機繊維としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、チタン酸カリウム、チタン酸バリウム、アルミナ繊維、シリカ繊維、炭化ケイ素繊維、窒化ケイ素繊維などが例示できる。無機繊維はウィスカーであってもよい。これらの補強繊維は単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
【００２６】
補強繊維は通常短繊維として使用される。補強繊維の平均繊維径は、０．０５〜５０μｍ、好ましくは０．１〜２５μｍ（例えば、１〜２０μｍ）程度であり、平均繊維長は、０．１〜５ｍｍ、好ましくは０．２〜３ｍｍ、さらに好ましくは０．５〜２ｍｍ程度である。
【００２７】
補強繊維の含有量は、樹脂の種類などに応じて選択でき、例えば、樹脂１００重量部に対して、１〜５０重量部、好ましくは５〜４０重量部、さらに好ましくは１０〜４０重量部程度である。
【００２８】
なお、必要であれば、樹脂組成物は、粉粒状補強剤又は充填剤（炭酸カルシウム、酸化チタン、タルクなど）、安定剤（紫外線吸収剤、酸化防止剤、熱安定剤など）、難燃剤、滑剤や潤滑剤、可塑剤、帯電防止剤、分散剤、着色剤などを含有していてもよい。
【００２９】
本発明は、インサートと歯部との一体性が高く、歯部が樹脂で構成されているため、消音性が高く、歯車を利用した動力伝達機構を構成する部品、例えば、自動車用部品などに有効である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明では、ウエルド部のリブ部の肉厚及び／又は幅を大きくしているため、射出成形により円板状又はリング状インサートの外周に樹脂製歯部を形成しても、高い寸法精度で樹脂歯車を成形できると共に、ウエルド部を有効に補強できる。さらに、円板状又はリング状インサートが大口径であっても、高い寸法精度及び真円度を有するとともに補強性の高い歯部を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の樹脂歯車の一例を示す一部切欠概略側面図である。
【図２】図２は図１の樹脂歯車を示す概略平面図である。
【符号の説明】
１…金属製インサート
２…歯部
３…ボス部（又は肉厚の環状帯部）
４…ウエブ部
５…リム部（又は肉厚の環状部）
６…歯
７…ゲート部
８…成形型
９，１０…リブ部
【図１】
0004025536.tif 000002
【図２】
0004025536.tif 000003