JPH10141477A

JPH10141477A - 合成樹脂製歯車

Info

Publication number: JPH10141477A
Application number: JP31271596A
Authority: JP
Inventors: Yamato Arai; 大和新井; Takanori Kurokawa; 貴則黒川
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1996-11-07
Filing date: 1996-11-07
Publication date: 1998-05-29

Abstract

(57)【要約】【課題】噛合する相手の歯車を摩耗させることがな
く、しかも引張や曲げに対する使用強度が確保されてい
る合成樹脂製歯車を提供する。【解決手段】強化繊維を含む合成樹脂で成形され、前
記合成樹脂が変性されたものであることを特徴としてい
る。具体的には、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミ
ドまたはポリアセタールなどの合成樹脂をエラストマー
変性させたものを用いることが好ましく、また、強化繊
維としてはグラスファイバーを用いることが好ましい。
さらに、好適な使用例として、ウォームギア装置のウォ
ームホイールを挙げることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、噛合し摺動し合う
歯車のあいだで不快音を発生させることがなく、しかも
強度、耐久性に優れた合成樹脂製歯車に関するものであ
り、とくに、歯面同士が横擦れしながら力を伝達し合う
ウォームギア装置のウォームホイールに最適に利用され
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電動パワーステアリング装置の倍
力装置などには、大きな減速比を得ることができるウォ
ームギア装置が用いられるばあいがある。しかしなが
ら、ウォームとウォームホイールの両方ともが金属製で
あるものをパワーステアリング装置に適用すると、とく
に、大きな力がかかるハンドル据え切り時などに歯打ち
音、摺動音など、不快な音が騒音として発生し、好まし
くない。そこで、現状では、減速されるウォームホイー
ル側を合成樹脂製にして、高速で回転するウォームを金
属製のままとしたウォームギア装置が考案され、利用さ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この合
成樹脂製のウォームホイールには、歯元強度を確保する
ために、グラスファイバーなどの強化繊維を含ませてお
り、噛合したばあいに、これら強化繊維が相手の歯車
（ウォーム）の歯面を傷つけて摩耗させることがあり、
この場合、寿命を短くしてしまうという問題がある。

【０００４】本発明は、前記問題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、噛合する相手の歯車
を摩耗させることがなく、しかも引張や曲げに対する使
用強度が確保されている合成樹脂製歯車を提供するもの
である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明のうちで請求項１記載の発明は、強化繊
維を含む合成樹脂で成形され、前記合成樹脂が変性され
たものであることを特徴としている。変性とは、合成樹
脂の性質を使用目的に合わせて改良することをいい、こ
こでは、弾性率を下げてじん性を上げ、変性された合成
樹脂製の歯車が、高い歯元強度を示すように、主原料の
一部を他の類似物質で置換したり（共重合、共縮合）、
あるいは、適当な物質を局部的に反応させることをい
う。これにより、歯元強度を上げるために含有される強
化繊維の重量％を下げることができ、噛合する相手の歯
車への攻撃性を少なくすることができる。なお、この変
性率は、５〜１５％が好ましい。５％未満であると、じ
ん性向上の効果がなく、１５％を超えると、強度が弱く
なる。また、強化繊維の含有量は、５〜２０重量％が好
ましい。５重量％未満であると、グラスファイバーの分
布が不均一となり成形不良を起こす。又、２０重量％を
超えると、相手の歯車を摩耗させる。強化繊維として
は、グラスファイバーのほか、カーボン繊維などがあ
る。

【０００６】請求項２記載の発明は、請求項１において
前記変性が、エラストマー変性であり、引張強度および
曲げ強度を下げずに弾性率のみを下げることができ、じ
ん性および負荷時の噛み合い率が向上する。エラストマ
ー変性とは、合成樹脂に、エチレン−プロピレン−ジエ
ンラバー（以下、ＥＰＤＭと記載する）や、アクリロニ
トリル−ブタジエンラバー（以下、ＮＢＲと記載する）
などを添加したものをいう。

【０００７】請求項３記載の発明は、請求項１又は２に
おいて、前記合成樹脂がポリフェニレンスルフィド（以
下、ＰＰＳと記載する）であるので、耐熱性と力学的性
質が優れ、かつ安全無毒性である。

【０００８】請求項４記載の発明は、請求項１又は２に
おいて、前記合成樹脂がポリアミド（以下、ＰＡと記載
する）であり、強度の高いプラスチックであるので、歯
元の強度をさらに高めることができる。

【０００９】請求項５記載の発明は、請求項１又は２に
おいて、前記合成樹脂がポリアセタール（以下ＰＯＭと
記載する）であるので、吸水による寸法変化や強度低下
がより防止される。

【００１０】請求項６記載の発明は、前記強化繊維がグ
ラスファイバー（以下、ＧＦと記載する）であり、高強
度及びギア自体の耐摩耗性が向上する。

【００１１】請求項７記載の発明は、請求項６において
前記グラスファイバーの含有量が５〜２０重量％であ
り、合成樹脂を変性させないものと比較すると、その割
合を低くすることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の詳細を説明する。なお、
図１は本発明の合成樹脂製歯車が適用されるウォームギ
ア装置とそのウォームホイールの歯元強度試験装置の概
要を示した図である。

【００１３】本発明の合成樹脂製歯車は、強化繊維を含
む合成樹脂で成形され、前記合成樹脂が変性されたもの
であることを特徴としている。歯車としては、平歯車、
はすば歯車、かさ歯車、ウォームギア、ラックおよびピ
ニオンなど、通常用いられるものすべてを示している。
しかしながら、本発明では、とくに噛合し合う歯面の摺
動が最も大きく、合成樹脂内に含有される強化繊維が相
手を摩耗させる相手攻撃性が最も高いウォームギア装置
において、最も優れた効果を奏する。そして、摺動時に
おける騒音の低減および強度の確保という観点から、図
１に示されるように、回転の高いウォーム２を金属製と
し、減速される側のウォームホイール１を合成樹脂製と
することが好ましい。以下、ウォームギア装置を例とし
て、説明する。

【００１４】ウォーム２は、ＪＩＳ規格機械構造用炭素
鋼などの金属材料で形成されている。この炭素鋼として
は、例えば、ＪＩＳ規格Ｓ４５Ｃ材などの調子質材（表
面硬さＨｖ２４０〜２８０）などが使用される。

【００１５】ウォームホイール１は、強化繊維を含む変
性合成樹脂で成形されている。この変性によって、変性
されていない合成樹脂製の歯車に比べると、高い歯元強
度が得られるようになる。つまり、変性によって、弾性
率が下がり、じん性が上がり、負荷時の噛み合い率が向
上するように、合成樹脂の性質を変えることができるの
である。このような変性には、エラストマー変性などが
ある。歯車成形は、射出成形、圧縮成形、切削加工な
ど、一般的な方法が適用できる。このように、変性して
合成樹脂製歯車の歯元強度を上げることができるので、
これまで歯元強度を確保するために多量に含有させてい
た強化繊維の含有量を少なくすることができる。したが
って、強化繊維による相手部材（ウォームなど）への攻
撃性を少なくし、相手部材の耐摩耗性を上げることがで
きる。

【００１６】また、変性させる合成樹脂としては、Ｐ
Ａ、ＰＯＭ、ＰＰＳなどが好ましい。とくに、ＰＡは、
強度があるので、ウォームホイール１の歯元強度を大き
くする点から好ましい。

【００１７】

【実施例】つぎに、表１、２に基づいて、本発明の合成
樹脂製歯車の一実施例であるウォームホイールを例にと
り、その歯元強度を各比較例と比較する。

【００１８】図１に示されるように、歯元強度試験装置
１０は、ウォーム２に連結されるウォームシャフト３、
ハンドル４、トルクセンサ５、角度センサ６からなり、
ウォームホイール１を図示しない固定具において固定し
ておいて、ウォームホイール１の歯が破壊されるまでハ
ンドル４を回してウォーム２を回転させ、破壊したとき
のトルクおよびハンドルの移動角度の値をトルクセンサ
５および角度センサ６から読み取って、各強度を算出す
る。

【００１９】表１は、ＧＦの含有量を同じ（１５重量
％）にしてエラストマー変性の変性率を変化させて、歯
元強度の変化を測定したものである。使用した合成樹脂
はＰＰＳである。表１の実施例１は、エラストマー変性
を５％行っており、比較例１は、エラストマー変性を行
っていない。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１では、歯元強度が比較例１の５７ｋｇ
ｆ・ｃｍと比べて、実施例１では１１１ｋｇｆ・ｃｍと
大きくなっている。エラストマー変性をすることによっ
て、歯元強度を上げることができることが分かる。

【００２２】また、表２に、許容物性値を引張強度８０
ＭＰａ以上、曲げ弾性率４０００ＭＰａ以下として製作
したウォームホイールの強度およびじん性を比較したも
のを示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】実施例２は、ＰＡ６６をエラストマー変性
（変性率１５％）したもので、ＧＦを１６重量％含んで
いる。比較例２および比較例３はエラストマー変性を行
っていない。

【００２５】表２に示されるように、エラストマー変性
をした合成樹脂は、じん性（粘り強さ）の程度を示すア
イゾット衝撃値、および歯元強度の値が高い。一方で、
引張強度、曲げ強度および曲げ弾性率の値は低いが、使
用時に必要とされる値（許容物性値）を満足している。
一方、比較例２および比較例３は、曲げ弾性率が高く、
粘り強さを示すアイゾット衝撃値および歯元強度が低
い。比較例３のＰＰＳはＧＦの含有量が３０重量％もあ
るにもかかわらず、良好な歯元強度を得るに至ってはい
ない。

【００２６】なお、引張強度、曲げ強度および曲げ弾性
率の値は、合成樹脂の材料の選択（ＰＰＳ、ＰＡ、ＰＯ
Ｍなど）およびエラストマーなどによる変性率と、グラ
スファイバーなどの含有量との割合を調整することによ
って、好ましいものに調整することができる。

【００２７】このように、ウォームホイールの引張や曲
げに対する使用強度を確保しつつ、強化繊維の含有率を
下げることができるので、噛合する相手であるウォーム
に対する攻撃性を少なくすることができ、耐摩耗性、耐
久性を向上させることができる。

【００２８】さらに具体例としてあげると、従来の減速
装置として、ＧＦを強化繊維として２２．５重量％含ん
だポリアミド６があるが、ポリアミド６を５〜１０％エ
ラストマー変性することによって歯元強度が向上するの
で、ＧＦの含有量を５〜２０重量％に減少させることが
できる。

【００２９】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明のうち請
求項１記載の発明は、例えば、金属製のウォームに対し
て、合成樹脂製のウォームホイールを用いることによっ
て、摺動音を無くすることができ、合成樹脂を変性させ
て、材料自身の強度を高めることにより、歯元強度を高
めることができるので、補強材としての強化繊維の含有
量を抑えることができる。これにより、強化繊維による
相手部材（ウォームなど）への摺動の際の攻撃を無く
し、摩耗を防ぎ、相手部材の耐久性を上げることができ
る。

【００３０】また、請求項２の発明は、変性としてエラ
ストマー変性を行うものであり、強度を確保しつつ、弾
性率のみを下げることができるので、じん性および負荷
時のかみ合い率をアップさせることができる。したがっ
て、強化繊維の含有量を少なくても、歯元強度を確保す
ることができる。

【００３１】請求項３乃至５の発明は、変性させる合成
樹脂として、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド又
はポリアセタールなどを用いるものであり、それぞれ強
度があり、良好な使用強度を有するウォームホイールを
形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ウォームホイールの歯元強度を測定する装置の
概要を示す図である。

【符号の説明】

１ウォームホイール２ウォーム３ウォームシャフト４ハンドル５トルクセンサ６角度センサ１０歯元強度試験装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】強化繊維を含む合成樹脂で成形され、前
記合成樹脂が変性されたものであることを特徴とする合
成樹脂製歯車。
【請求項２】前記変性が、エラストマー変性である請
求項１記載の合成樹脂製歯車。
【請求項３】前記合成樹脂がポリフェニレンスルフィ
ドである請求項１または２記載の合成樹脂製歯車。
【請求項４】前記合成樹脂がポリアミドである請求項
１または２記載の合成樹脂製歯車。
【請求項５】前記合成樹脂がポリアセタールである請
求項１または２記載の合成樹脂製歯車。
【請求項６】前記強化繊維がグラスファイバーである
請求項１、２、３、４または５のいずれかに記載の合成
樹脂製歯車。
【請求項７】前記グラスファイバーの含有量が５〜２
０重量％である請求項６記載の合成樹脂製歯車。