JP2017015100A - 樹脂製歯車 - Google Patents

Abstract

【課題】相手歯車との噛み合いにより発生する衝撃の減衰機構を内蔵しその構造も単純な樹脂製歯車を提供する。
【解決手段】外周面に歯が形成されたリング状の樹脂部材１と、リング状の樹脂部材１の内周面に一体化されたリング状の金属部材６と、リング状の金属部材６の中央に配置した金属製ブッシュ３と、リング状の金属部材６と金属製ブッシュ３の間に配置したゴム弾性材４で構成される。金属製ブッシュ３の外周面にはその径方向外側へ放射状に延びる複数の第１突片５が配置され、リング状の金属部材６の内周面にはその径方向内側へ向かって延びる複数の第２突片７が配置されている。第２突片７が第１突片５の間に位置し、第１突片５の先端はリング状の金属部材６の内周面に摺動可能に当接し、第２突片７の先端と金属製ブッシュ３の外周面との間に隙間が形成されて、これらでできる空隙に、ゴム弾性材４が隙間なく充填され一体となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、減衰機構を内蔵した樹脂製歯車に関する。

特許文献１（特開２００１−１９３７９４号公報）は、減衰機構を備えた歯車を開示している。この減衰機構（特に図２２）は、回転軸と、その外周を覆うようにして配置された略円筒状をなす歯車とを備えて構成されている。前記回転軸の外周面にはその径方向外側へ放射状に延びる複数の第１突片が設けられている。前記歯車の内周面にもその径方向内側へ向かって延びる複数の第２突片が設けられている。これら第１突片と第２突片は、第２突片が第１突片の間に位置するようにして設けられている。この配置により、第１突片と第２突片との間にダンパ室が形成され、当該ダンパ室に弾性部材が収容されている。また、ダンパ室に収容された弾性部材と第１突片、第２突片それぞれとの間には、隙間Ａが形成されている。また、第１突片の先端と歯車の内周面との間ならびに第２突片の先端と回転軸の外周面との間にも、それぞれ隙間Ｂが形成されている。

上記のように構成された減衰機構において、回転軸が歯車に対して相対回動すると、まず、その相対回動に伴って前記隙間Ａが減少し、その後に第１の突片或いは第２の突片が弾性部材に当接するようになる。そして、回転軸と歯車との間における相対回動量が更に大きくなると、弾性部材が弾性変形し、相対回動量の大きさに応じた弾性力が発生するようになる。従って、この弾性力によって回転軸と歯車との相対回動が反付勢されるようになる。

特許文献１と類似する技術が、特許文献２（特開平０４−０５４３４７号公報）、特許文献３（特開昭６０−１９２１４５号公報）にも開示されている。

特開２００９−２４１３５２号公報 特開平０４−０５４３４７号公報 特開昭６０−１９２１４５号公報

特許文献１に開示された技術は、減衰機構を構成するための部品・部材が多くなっている。また、部品・部材が多いために、回転軸に装着して減衰機構を組み立てる工数も煩雑である。

本発明が解決しようとする課題は、相手歯車との噛み合いにより発生する衝撃の減衰機構を内蔵しその構造も単純な樹脂製歯車を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明に係る樹脂製歯車は、外周面に歯が形成されたリング状の樹脂部材と、前記リング状の樹脂部材の内周面に一体化されたリング状の金属部材と、前記リング状の金属部材の中央に配置した金属製ブッシュと、前記リング状の金属部材と金属製ブッシュの間に配置したゴム弾性材で構成される。前記金属製ブッシュの外周面にはその径方向外側へ放射状に延びる複数の第１突片が配置されており前記リング状の金属部材の内周面にはその径方向内側へ向かって延びる複数の第２突片が配置されている。前記第１突片と第２突片は、第２突片が第１突片の間に位置するようにして設けられており、第１突片の先端はリング状の金属部材の内周面に摺動可能に当接し、第２突片の先端と金属製ブッシュの外周面との間に隙間が形成されている。そして、金属製ブッシュの外周面とリング状の金属部材の内周面と第１突片及び第２突片の外縁との間に形成される空隙に、前記ゴム弾性材が隙間なく充填され、リング状の金属部材と金属製ブッシュとがゴム弾性材を介して一体となっていることを特徴とする。
本発明に係る樹脂製歯車は、上記の構成において、第１突片の先端とリング状の金属部材の内周面との間に隙間が形成され、第２突片の先端が金属製ブッシュの外周面に摺動可能に当接したものであってもよい。

上記本発明に係る樹脂製歯車は、金属製ブッシュが回転軸に固着されて回転駆動される。当該樹脂製歯車が相手歯車と噛み合う時の衝撃が所定の大きさを越えると、ゴム弾性材が第１突片と第２突片の間で圧縮されて弾性変形し、第１突片の先端とリング状の金属部材の内周面との間で、或いは、第２突片の先端と金属製ブッシュの外周面との間で摺動が起こる。すなわち、金属製ブッシュがリング状の金属部材（延いては樹脂歯車）に対して相対回動する。このときの弾性力の発生による反付勢の力が前記衝撃を緩和する。
第１突片の先端がリング状の金属部材の内周面に摺動可能に当接しているので、或いは、第２突片の先端が金属製ブッシュの外周面に摺動可能に当接しているので、リング状の金属部材ひいては外周面に歯が形成されたリング状の樹脂部材と金属製ブッシュの中心とが常に一致するよう保たれている。また、第２突片の先端と金属製ブッシュの外周面との間に、或いは、第１突片の先端とリング状の金属部材の内周面との間に介在しているゴム弾性材が、樹脂製歯車に加わる径方向の衝撃を緩和する。

上記本発明に係る樹脂製歯車は、次のようにして製造することができる。
すなわち、金属製ブッシュの外周面とリング状の金属部材の内周面と第１突片及び第２突片の外縁との間に形成される空隙にゴム弾性材を隙間なく充填して加硫することにより、リング状の金属部材と金属製ブッシュとをゴム弾性材を介して一体となす。その後に、金属製ブッシュの中心を基準にして、リング状樹脂部材の外周面に切削加工により歯を形成することを特徴とする。

上記のように、本発明に係る樹脂製歯車は、リング状の金属部材と金属製ブッシュとがゴム弾性材を介して一体化された構成とすることにより減衰機構を内蔵したものとなっている。この樹脂製歯車を回転軸に装着するだけで衝撃減衰機能を発揮させることができ、歯車を回転軸の装着するに際しての減衰機構の組立工数が不要となる。
第１突片と第２突片は、ゴム弾性材の弾性変形と復元の繰り返し操作のために配置されているが、これらはともに金属製であるので十分な強度と耐久性を保持している。また、第１突片の先端とリング状の金属部材の内周面の間の摺動、或いは、第２突片の先端と金属製ブッシュの外周面の間の摺動は、ともに金属部材同士の摺動であるので耐摩耗性も十分に保持している。

本発明に係る樹脂製歯車の実施の形態を示す斜視図（ａ）と径方向に切断したその断面斜視図（ｂ）である。

以下図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る樹脂製歯車の実施の形態を示す斜視図（ａ）とこの樹脂製歯車を径方向に切断したときの断面斜視図（ｂ）である。

リング状の樹脂部材１の外周面に歯２が形成されており、リング状の樹脂部材１の内周面にリング状の金属部材６が一体化されている。そして、リング状の金属部材６の中央に金属製ブッシュ３が配置され、リング状の金属部材６と金属製ブッシュ３の間にゴム弾性材４が配置されて構成される。
金属製ブッシュ３の外周面にはその径方向外側へ放射状に延びる複数の第１突片５が配置されている。リング状の金属部材６の内周面にはその径方向内側へ向かって延びる複数の第２突片７が配置されている。この実施の形態では、それぞれ４個の第１突片５と第２突片７が等角度で配置されており、第１突片５と第２突片７は、第２突片７が第１突片５の間に位置するようにして設けられている。第１突片５の先端はリング状の金属部材６の内周面に摺動可能に当接し、一方、第２突片７の先端と金属製ブッシュ３の外周面との間には隙間が形成されている。そして、金属製ブッシュ３の外周面とリング状の金属部材６の内周面と第１突片５及び第２突片７の外縁との間に形成される空隙に、ゴム弾性材４が隙間なく充填され、リング状の金属部材６と金属製ブッシュ３とがゴム弾性材４を介して一体となっている。

リング状の樹脂部材１とこれに一体化されているリング状の金属部材６は、リング状の金属部材６が一体化されているリング状の補強繊維基材を次のようにして準備し、このリング状の補強繊維基材に樹脂を保持させて所定形状に成形することにより得ることができる。

まず、抄造と圧縮を連続して行うことができる抄造圧縮装置を用いて、リング状の金属部材６の周囲にリング状をした短繊維の集合体を形成し、この短繊維集合体を軸線方向に圧縮することにより、リング状の金属部材６と一体化されたリング状の補強繊維基材を形成する。前記短繊維（繊維チョップ）として、パラ系アラミド繊維、メタ系アラミド繊維、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、セラミック繊維、超高強力ポリエチレン繊維、ポリケトン繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、全芳香族ポリエステル繊維、ポリイミド繊維、およびポリビニルアルコール系繊維から選ばれた少なくとも１種以上を選択することができ、その繊維長は、好ましくは２mmから６mmであり、さらに好ましくは３mmである。繊維長が２mm未満の場合、リング状の樹脂部材１の機械特性が低下する。また、繊維長が６mmを超えると、抄造に際して繊維束を水中で解離し分散させるときに、繊維束の解離が困難になる。
前記短繊維のほかに、アラミド繊維をフィブリル化処理した微細繊維を含み、微細繊維のフリーネスが１００ml以上４００ml以下であって、微細繊維の含有量が全繊維中の３０質量％以下になるように配合することが望ましい。望ましい態様としては、パラアラミド繊維の機械的剪断で繊維軸方向に裂開させたフィブリル化処理のアラミド微細繊維を混合することが好ましい。フリーネスが４００mlを超えるとフィブリル化が不充分なために、リング状の補強繊維基材の形状を維持するための強度を付与する上で好ましいものでなくなる。またフリーネスが１００ml未満になると繊維軸方向に裂開させるだけでなく、径方向に剪断されて粉末状態になってしまうために繊維の絡みが悪くなって、リング状の補強繊維基材の形状を維持するための強度を付与する上で好ましいものでなくなる。好ましくは適度な強度を付与することができる５〜１０質量％のフィブリル化した微細繊維を配合するのが好ましい。
前記リング状の金属部材６の内周面にはその径方向内側へ向かって延びる複数の第２突片７が配置されているが、リング状の金属部材６の外周面にもリング状の補強繊維基材に侵入する１以上の回り止めが配置されている。この回り止めによって、リング状の金属部材６とリング状の補強繊維基材の一体化を図っている。

上記のリング状の金属部材６が一体化されているリング状の補強繊維基材を成形金型に配置し、リング状の補強繊維基材に樹脂を含浸し保持させ加熱加圧成形によりリング状の金属部材６と一体化したリング状の樹脂部材１を製造する。
樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂など種々の材質のものを用いることができる。例えば、エポキシ樹脂、ポリアミノアミド樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂から選ばれた１以上の樹脂を組み合わせたものが使用できる。これらの中でも樹脂硬化物の強度、耐熱性等の点からポリアミノアミド樹脂が好ましい。

上記のように製造したリング状の金属部材６が一体化されたリング状の樹脂部材１と別途用意した金属製ブッシュ３を、ゴム弾性部材４を介して一体化する。
金属製ブッシュ３は焼結金属等からなり、ゴム弾性部材４はフッ素ゴム、ニトリルブタジエンゴム、水素添加ニトリルブタジエンゴム等からなっている。好ましくは、水素添加ニトリルブタジエンゴムを選択する。
リング状の金属部材６の中央に金属製ブッシュ３を配置すると、第１突片５がリング状の金属部材６の内周面に当接するので、リング状の金属部材６と金属製ブッシュ３の中心位置が一致する。一方、第２突片７の先端と金属製ブッシュ３の外周面との間には隙間が形成されている。第１突片５と第２突片７は、第２突片７が第１突片５の間に位置するように配置し、金属製ブッシュ３の外周面とリング状の金属部材６の内周面と第１突片５及び第２突片７の外縁との間に形成される空隙に、ゴム弾性材４（加硫前の材料）を隙間なく充填する。このとき、第１突片５はリング状の金属部材６の内周面に当接しているので、両者の界面にはゴム弾性材は侵入せず摺動可能な状態が保持される。そして、加硫を行ない、リング状の金属部材６と金属製ブッシュ３とを、ゴム弾性材４を介して一体する。
この実施の形態は、第２突片７の先端と金属製ブッシュ３の外周面との間に隙間を形成して、この隙間にゴム弾性材４が充填されているので、ゴム弾性材４を介したリング状の金属部材６と金属製ブッシュ３の一体化が強固なものとなる。

上記の加硫の後に、リング状の樹脂部材１の外周面に切削加工により歯２を形成する。この切削加工は、金属製ブッシュ３の中心を基準にして行なわれるので、リング状の樹脂部材１と金属製ブッシュ３の中心（軸心）を一致させた状態の高精度の樹脂製歯車とすることができる。従って、リング状の樹脂部材１の外周面に歯２を形成した後に上記の加硫工程を行なう実施の態様の場合より、高精度の樹脂製歯車とすることができる点で優れている。
また、上記加硫は、リング状の金属部材６と金属製ブッシュ３で囲まれた領域に収容したゴム弾性材４に対して実施している。加硫に際しての加熱冷却に伴うリング状の金属部材６の膨張収縮と金属製ブッシュ３の膨張収縮は、両者が金属部材であることから近似しており、加硫後のリング状の金属部材６の中心位置と金属製ブッシュ３の中心位置のずれは小さく抑えられる。この観点から、リング状の金属部材６と金属製ブッシュ３は同材質であることが好ましい。この場合、リング状の金属部材６の中心位置と金属製ブッシュ３の中心位置のずれは、２２μｍであった。一方、リング状の金属部材６の配置を省略し、リング状の樹脂部材１と金属製ブッシュ３で囲まれた領域にゴム弾性材４を収容し加硫した例では、リング状の樹脂部材１の中心位置と金属製ブッシュ３の中心位置のずれは、１３０μｍであった。

上記の実施の形態では、第２突片７の先端と金属製ブッシュ３の外周面との間に隙間が形成され、この隙間にゴム弾性材４が充填された。これに代えて、第１突片５の先端とリング状の金属部材６の内周面との間に隙間が形成され、この隙間にゴム弾性材４が充填されてもよい。この場合、第２突片７の先端が金属製ブッシュ３の外周面に摺動可能に当接する。

ゴム弾性材４は、リング状の金属部材６および金属製ブッシュ３の厚みと同厚みまで充填されている。ゴム弾性材４が樹脂製歯車の軸方向に抜け出ることがないように、リング状の金属部材６の内周面と金属製ブッシュ３の外周面の少なくとも一方から抜け防止突起を突出させ、この抜け防止突起を、ゴム弾性材４に厚み方向内部で侵入させておくとよい。

１ リング状の樹脂部材
２ 歯
３ 金属製ブッシュ
４ ゴム弾性材
５ 第１突片
６ リング状の金属部材
７ 第２突片

Claims (3)

1. 外周面に歯が形成されたリング状の樹脂部材と、前記リング状の樹脂部材の内周面に一体化されたリング状の金属部材と、前記リング状の金属部材の中央に配置した金属製ブッシュと、前記リング状の金属部材と金属製ブッシュの間に配置したゴム弾性材で構成され、
   前記金属製ブッシュの外周面にはその径方向外側へ放射状に延びる複数の第１突片が配置されており、前記リング状の金属部材の内周面にはその径方向内側へ向かって延びる複数の第２突片が配置され、前記第１突片と第２突片は、第２突片が第１突片の間に位置するようにして設けられており、
   第１突片の先端はリング状の金属部材の内周面に摺動可能に当接し、第２突片の先端と金属製ブッシュの外周面との間には隙間が形成され、前記金属製ブッシュの外周面とリング状の金属部材の内周面と第１突片及び第２突片の外縁との間に形成される空隙に、前記ゴム弾性材が隙間なく充填され、リング状の金属部材と金属製ブッシュとがゴム弾性材を介して一体となっていることを特徴とする樹脂製歯車。
2. 外周面に歯が形成されたリング状の樹脂部材と、前記リング状の樹脂部材の内周面に一体化されたリング状の金属部材と、前記リング状の金属部材の中央に配置した金属製ブッシュと、前記リング状の金属部材と金属製ブッシュの間に配置したゴム弾性材で構成され、
   前記金属製ブッシュの外周面にはその径方向外側へ放射状に延びる複数の第１突片が配置されており、前記リング状の金属部材の内周面にはその径方向内側へ向かって延びる複数の第２突片が配置され、前記第１突片と第２突片は、第２突片が第１突片の間に位置するようにして設けられており、
   第２突片の先端は金属製ブッシュの外周面に摺動可能に当接し、第１突片の先端とリング状の金属部材の内周面との間には隙間が形成され、前記金属製ブッシュの外周面とリング状の樹脂部材の内周面と第１突片及び第２突片の外縁との間に形成される空隙に、前記ゴム弾性材が隙間なく充填され、リング状の樹脂部材と金属製ブッシュとがゴム弾性材を介して一体となっていることを特徴とする樹脂製歯車。
3. 請求項１又は２に記載の樹脂製歯車を製造する方法であって、
   金属製ブッシュの外周面とリング状の金属部材の内周面と第１突片及び第２突片の外縁との間に形成される空隙にゴム弾性材を隙間なく充填して加硫することにより、リング状の金属部材と金属製ブッシュとをゴム弾性材を介して一体となし、
   その後、金属製ブッシュの中心を基準にして、リング状の樹脂部材の外周面に切削加工により歯を形成することを特徴とする樹脂製歯車の製造法。

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