JP7160096B2 - 樹脂製歯車 - Google Patents

Description

本発明の一側面は、樹脂製歯車に関する。

樹脂製歯車は、軽量で且つ静粛性に優れており、例えば車両用又は産業用の歯車として広く用いられている。樹脂製歯車としては、金属製ブッシュと、金属製ブッシュの周囲に設けられ外周部に歯形が形成された樹脂部材と、金属製ブッシュと樹脂部材との間に設けられた弾性部材と、を備えた樹脂製歯車が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような樹脂製歯車では、他の歯車との噛み合いで衝撃が加わった場合、弾性部材の弾性変形によって当該衝撃が吸収されて減衰される、すなわち、弾性部材のダンパ効果（減衰機能）が得られる。

特開２０１７－１５１０００号公報

上述したような樹脂製歯車では、弾性部材は、金属製ブッシュの外周面及び樹脂部材の内周面に対して接着剤で接着されている。この場合、例えば接着剤の付着具合によっては、弾性部材のダンパ効果が十分に得られない可能性がある。

本発明の一側面は、弾性部材のダンパ効果を十分に得ることが可能な樹脂製歯車を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る樹脂製歯車は、環状の金属製ブッシュと、金属製ブッシュの周囲に設けられ、外周部に歯形が形成された環状の樹脂部材と、を備えた樹脂製歯車であって、金属製ブッシュと樹脂部材とは、樹脂製歯車の回転方向に相対回転可能に配置され、金属製ブッシュと樹脂部材との間には、金属製ブッシュの外周面及び樹脂部材の内周面に入り込む空間が、回転方向に沿って並ぶように複数形成され、空間内には、弾性部材が配置されており、空間及び弾性部材は、樹脂製歯車の径方向に沿った断面において、外周面と内周面との間の距離が第１距離である第１部分と、外周面と内周面との間の距離が第１距離とは異なる第２距離である第２部分と、外周面と内周面との間の距離が第１距離とは異なる第３距離である第３部分と、を有し、第１部分は、樹脂製歯車の軸方向において、第２部分と第３部分との間に設けられている。

本発明の一側面に係る樹脂製歯車では、他の歯車との噛み合いで衝撃が加わった場合、樹脂部材が金属製ブッシュに対して樹脂製歯車の回転方向に相対回転（以下、単に「相対回転」ともいう）しようとする。このとき、空間内に配置された弾性部材の樹脂部材側と金属製ブッシュ側とには互いに反対向きの一対の力（せん断力）が生じ、弾性部材が弾性変形し、弾性部材が当該相対回転の回り止めとなるように働く。よって、他の歯車との噛み合いで衝撃が加わった場合、このような弾性変形によって当該衝撃が十分に吸収されて減衰されることとなる。したがって、弾性部材のダンパ効果を十分に得ることが可能となる。

この樹脂製歯車では、第１部分は、樹脂製歯車の軸方向において、第２部分と第３部分との間に設けられている。これにより、樹脂製歯車では、空間及び弾性部材において、金属製ブッシュの外周面と樹脂部材の内周面７との間の距離が樹脂製歯車の軸方向（以下、単に「軸方向」という）において異なるため、空間内における弾性部材の軸方向の移動が規制される。したがって、樹脂製歯車では、軸方向において弾性部材が空間から外れることを防止できる。したがって、樹脂製歯車では、弾性部材のダンパ効果をより確実に得ることが可能となる。

本発明の一側面に係る樹脂製歯車では、第１距離は、第２距離及び第３距離よりも大きくてもよい。これにより、樹脂製歯車では、軸方向において弾性部材が空間から外れることを確実に防止できる。

本発明の一側面に係る樹脂製歯車では、第１距離は、第２距離及び第３距離よりも小さくてもよい。これにより、樹脂製歯車では、軸方向において弾性部材が空間から外れることを確実に防止できる。

本発明の一側面に係る樹脂製歯車では、金属製ブッシュと樹脂部材とは、回転方向に摺動可能に当接していてもよい。これにより、金属製ブッシュと樹脂部材とを相対回転可能に配置する構成を実現できる。

本発明の一側面に係る樹脂製歯車において、金属製ブッシュと樹脂部材とは、接着されていなくてもよい。これにより、金属製ブッシュと樹脂部材とを相対回転可能に配置する構成を実現できる。

本発明の一側面に係る樹脂製歯車では、弾性部材は、空間の内面に接着されていてもよい。この場合、弾性部材が空間から外れにくくなり、弾性部材を大きく弾性変形させ得ることから、大きい衝撃が加わった場合にも対応できる。ひいては、高負荷に対応できる樹脂製歯車を実現することが可能となる。

本発明の一側面に係る樹脂製歯車では、空間は、樹脂製歯車の軸方向に沿って貫通する孔であってもよい。この場合、射出成形を利用して、金属製ブッシュと樹脂部材との間に弾性部材を容易に設けることができる。

本発明の一側面によれば、弾性部材のダンパ効果を十分に得ることが可能な樹脂製歯車を提供することができる。

図１は、一実施形態に係る樹脂製歯車の正面図である。 図２は、図１のII－II線に沿った断面図である。 図３（ａ）は、樹脂製歯車の弾性部材の弾性変形を説明するための図２のIII－III線に沿った断面図である。図３（ｂ）は、樹脂製歯車の弾性部材の弾性変形を説明するための図２のIII－III線に沿った他の断面図である。 図４（ａ）は、樹脂製歯車の製造方法を示す図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）の続きを示す図である。図４（ｃ）は、図４（ｂ）の続きを示す図である。 図５は、第１変形例に係る樹脂製歯車の断面図である。 図６は、第２変形例に係る樹脂製歯車の断面図である。 図７は、第３変形例に係る樹脂製歯車の断面図である。

以下、添付図面を参照して、実施形態について詳細に説明する。図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１及び図２に示されるように、樹脂製歯車１は、いわゆる高強度樹脂ギヤであって、車両用又は産業用の歯車として用いられる。例えば樹脂製歯車１は、エンジン内のバランスシャフトギヤ及びカムシャフトギヤ等に使用できる。樹脂製歯車１は、金属製ブッシュ３と、樹脂部材７と、を備える。樹脂製歯車１は、平歯車である。

金属製ブッシュ３は、例えば回転軸（図示省略）に取り付けられる部材である。金属製ブッシュ３は、円環状である。金属製ブッシュ３は、例えば、ステンレス鋼等の金属で形成されている。金属製ブッシュ３には、回転軸が挿入される貫通孔３ｈが設けられている。

樹脂部材７は、他の歯車と噛み合う部材である。樹脂部材７は、環状である。樹脂部材７は、樹脂で形成されている。樹脂部材７は、金属製ブッシュ３の周囲に設けられている。樹脂部材７の外周部には、歯形７ａが形成されている。歯形７ａは、樹脂部材７の周方向において、所定の間隔をあけて複数形成されている。なお、弾性部材５の周囲に設けられることには、弾性部材５の周りに直接接するように設けられることだけでなく、弾性部材５の周りに他の部材を介して設けられることを含む。

金属製ブッシュ３と樹脂部材７とは、樹脂製歯車１の回転方向（以下、単に「回転方向」ともいう）に相対回転可能に配置されている。具体的には、金属製ブッシュ３と樹脂部材７とは、回転方向に摺動可能に当接している。より具体的には、金属製ブッシュ３の外径と樹脂部材７の内径とは等しく、金属製ブッシュ３の外周面３ｏと樹脂部材７の内周面７ｉとは接着されておらず、外周面３ｏと内周面７ｉとは相対的に回転可能な状態で互いに接触している。

本実施形態の樹脂製歯車１では、金属製ブッシュ３と樹脂部材７との間には、金属製ブッシュの外周面３ｏ及び樹脂部材７の内周面７ｉに入り込む空間Ｋ１が、回転方向に沿って並ぶように複数形成されている。空間Ｋ１は、樹脂製歯車１の軸方向（以下、単に「軸方向」ともいう）に沿って貫通する孔である。空間Ｋ１は、軸方向から見て、等間隔で回転方向に沿って配列されている。空間Ｋ１は、外周面３ｏに形成されたＵ溝と樹脂部材７の内周面７ｉに形成されたＵ溝とにより画成されている。樹脂製歯車１の径方向（以下、単に「径方向」ともいう）において、空間Ｋ１の内側半分は金属製ブッシュ３側に入り込み、空間Ｋ１の外側半分は樹脂部材７側に入り込む。

空間Ｋ１は、軸方向において、中央部から両端部に行くに従って先細りとなる形状を呈する。空間Ｋ１は、径方向に沿った断面が五角形状を呈している。空間Ｋ１は、径方向に沿った断面において、金属製ブッシュ３の外周面３ｏと樹脂部材７の内周面７ｉとの間の距離が第１距離Ｌ１である第１部分と、外周面３ｏと内周面７ｉとの間の距離が第１距離Ｌ１とは異なる第２距離Ｌ２である第２部分と、外周面３ｏと内周面７ｉとの間の距離が第１距離Ｌ１とは異なる第３距離Ｌ３である第３部分と、を有している。第１距離Ｌ１は、第２距離Ｌ２及び第３距離Ｌ３よりも大きい（Ｌ１＞Ｌ２，Ｌ３）。第２距離Ｌ２と第３距離Ｌ３とは、同じである（Ｌ２＝Ｌ３）。第１部分は、軸方向において、第２部分と第３部分との間に設けられている。本実施形態では、空間Ｋ１の第１部分は、軸方向の中央部である。空間Ｋ１の第２部分は、軸方向の一端部であり、空間Ｋ１の第３部分は、軸方向の他端部である。

空間Ｋ１内には、弾性部材５が配置されている。弾性部材５は、空間Ｋ１の形状に対応する形状を呈する。具体的には、弾性部材５は、軸方向を高さ方向とし、空間Ｋ１と同軸且つ同径の形状を呈する。すなわち、弾性部材５は、径方向に沿った断面において、金属製ブッシュ３の外周面３ｏと樹脂部材７の内周面７ｉとの間の距離が第１距離Ｌ１である第１部分と、外周面３ｏと内周面７ｉとの間の距離が第１距離Ｌ１とは異なる第２距離Ｌ２である第２部分と、外周面３ｏと内周面７ｉとの間の距離が第１距離Ｌ１とは異なる第３距離Ｌ３である第３部分と、を有している。第１部分は、軸方向において、第２部分と第３部分との間に設けられている。

弾性部材５の外周面は、空間Ｋ１の内面に当接されている。弾性部材５の少なくとも一部は、空間Ｋ１の内面に接着されている。弾性部材５は、空間Ｋ１の内面に接着剤を介して接するように設けられている。

弾性部材５は、ゴムにより形成されている。ゴムは、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム、エピクロロヒドリンゴム又はシリコーンゴム等である。ゴムは、耐久性及び耐熱性の観点から、フッ素ゴム又はシリコーンゴムであることが好ましい。弾性部材５は、複数の部材（ゴム層）が積層されることにより構成されていてもよい。

弾性部材５は、樹脂製歯車１が他の歯車と噛み合うことで発生する衝撃を、その弾性変形によって吸収して減衰する。具体的には、樹脂製歯車１に他の歯車との噛み合いで衝撃が加わった場合、樹脂部材７が金属製ブッシュ３に対して回転方向に相対回転しようとする。このとき、空間Ｋ１内に配置された弾性部材５における樹脂部材７側と金属製ブッシュ３側とには互いに反対向きの一対の力（せん断力）が生じ、図３（ａ）に示される状態から図３（ｂ）に示される状態へ弾性部材５が弾性変形し、弾性部材５が当該相対回転の回り止めとなるように働く。よって、他の歯車との噛み合いで衝撃が加わった場合、このような弾性変形によって当該衝撃が十分に吸収されて減衰されることとなる。したがって、弾性部材５のダンパ効果を十分に得ることが可能となる。

以上に説明した樹脂製歯車１を製造する場合、まず、公知の手法を用いて、図４（ａ）に示される金属製ブッシュ３及び樹脂部材７を備えた中間体１０を形成する。金属製ブッシュ３は、例えば、鋳造により形成される。樹脂部材７は、例えば、射出成形により形成される。空間Ｋ１の内面に接着剤を予め塗布した後、図４（ｂ）に示されるように、空間Ｋ１内にピンゲートＰを介してゴムを射出して充填し、空間Ｋ１内に弾性部材５を成形する。その後、必要な処理を施した結果、樹脂製歯車１が製造される。なお、樹脂製歯車１の製造方法としては、特に限定されず、種々の手法を用いることができる。

以上説明したように、本実形態に係る樹脂製歯車１では、他の歯車との噛み合いで衝撃が加わった場合、弾性部材５が弾性変形して回り止めとなるように作用し、当該衝撃を十分に吸収されて減衰される。これにより、弾性部材５のダンパ効果を十分に得ることが可能となる。高いギヤ強度のゴムダンパ内蔵ギヤとして樹脂製歯車１を提供することが可能となる。

本実施形態に係る樹脂製歯車１では、空間Ｋ１及び弾性部材５は、径方向に沿った断面において、金属製ブッシュ３の外周面３ｏと樹脂部材７の内周面７ｉとの間の距離が第１距離Ｌ１である第１部分と、外周面３ｏと内周面７ｉとの間の距離が第１距離Ｌ１とは異なる第２距離Ｌ２である第２部分と、外周面３ｏと内周面７ｉとの間の距離が第１距離Ｌ１とは異なる第３距離Ｌ３である第３部分と、を有している。第１部分は、樹脂製歯車の軸方向において、第２部分と第３部分との間に設けられている。これにより、樹脂製歯車１では、空間Ｋ１及び弾性部材５において、金属製ブッシュ３の外周面３ｏと樹脂部材７の内周面７ｉとの間の距離が軸方向において異なるため、空間Ｋ１内における弾性部材５の軸方向の移動が規制される。したがって、樹脂製歯車１では、軸方向において弾性部材５が空間Ｋ１から外れることを防止できる。したがって、樹脂製歯車１では、弾性部材５のダンパ効果をより確実に得ることが可能となる。

本実施形態に係る樹脂製歯車１では、金属製ブッシュ３と樹脂部材７とが、回転方向に摺動可能に当接している。これにより、金属製ブッシュ３と樹脂部材７とを相対回転可能に配置する構成を実現できる。

本実施形態に係る樹脂製歯車１では、金属製ブッシュ３と樹脂部材７とは、接着されていない。これにより、金属製ブッシュ３と樹脂部材７とを相対回転可能に配置する構成を実現できる。

本実施形態に係る樹脂製歯車１では、弾性部材５は、空間Ｋ１の内面に接着されている。この場合、弾性部材５が空間から外れにくくなり、弾性部材５を大きく弾性変形させ得る。よって、樹脂製歯車１に大きい衝撃が加わった場合にも対応でき、ひいては、高負荷に対応できる樹脂製歯車１を実現することが可能となる。なお、弾性部材５は空間Ｋ１の内面に接着されていなくてもよく、この場合には、樹脂製歯車１のコストを低減できる。

本実施形態に係る樹脂製歯車１では、空間Ｋ１は、軸方向に沿って貫通する孔である。この場合、射出成形を利用して、金属製ブッシュ３と樹脂部材７との間に弾性部材５を容易に設けることができる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

上記実施形態では、金属製ブッシュ３と樹脂部材７との間の空間Ｋ１に弾性部材５が設けられているが、これに限定されない。図５に示される樹脂製歯車１Ａのように、空間Ｋ１に代えて空間Ｋ２が形成され、弾性部材５に代えて弾性部材５Ａが設けられていてもよい。

空間Ｋ２は、軸方向において、中央部から両端部に行くに従って広がるダンベル形状を呈する。弾性部材５Ａは、空間Ｋ２内に配置されている。空間Ｋ２及び弾性部材５Ａにおいて、第１距離Ｌ１は、第２距離Ｌ２及び第３距離Ｌ３よりも小さい（Ｌ１＜Ｌ２，Ｌ３）。このように樹脂製歯車１Ａによれば、空間Ｋ２及び弾性部材５Ａにおいて、金属製ブッシュ３の外周面３ｏと樹脂部材７の内周面７ｉとの間の距離が軸方向において異なるため、空間Ｋ２内における弾性部材５Ａの軸方向の移動が規制される。したがって、樹脂製歯車１Ａでは、軸方向において弾性部材５Ａが空間Ｋ２から外れることを防止できる。したがって、樹脂製歯車１Ａでは、弾性部材５Ａのダンパ効果をより確実に得ることが可能となる。

図６に示される樹脂製歯車１Ｂのように、空間Ｋ３が形成され、弾性部材５Ｂが設けられていてもよい。

空間Ｋ３は、段付き円錐台形状を呈する。弾性部材５Ｂは、空間Ｋ３と同じ段付き円錐台形状を呈し、空間Ｋ３内に配置されている。空間Ｋ３及び弾性部材５Ｂにおいて、第１距離Ｌ１は、第２距離Ｌ２及び第３距離Ｌ３よりも大きい（Ｌ１＞Ｌ２，Ｌ３）。このように樹脂製歯車１Ｂによれば、空間Ｋ３及び弾性部材５Ｂにおいて、金属製ブッシュ３の外周面３ｏと樹脂部材７の内周面７ｉとの間の距離が軸方向において異なるため、空間Ｋ３内における弾性部材５Ｂの軸方向の移動が規制される。したがって、樹脂製歯車１Ｂでは、軸方向において弾性部材５Ｂが空間Ｋ３から外れることを防止できる。したがって、樹脂製歯車１Ｂでは、弾性部材５Ｂのダンパ効果をより確実に得ることが可能となる。

上記実施形態では、金属製ブッシュ３の外周面３ｏ及び樹脂部材７の内周面７ｉが軸方向に真っ直ぐ延びているが、これに限定されない。図７に示される樹脂製歯車１Ｃのように、外周面３ｏに凸部３１が形成され、凸部３１に対応する凹部７１が内周面７ｉに形成され、凹部７１に凸部３１が回転方向に摺動可能に嵌められていてもよい。これにより、金属製ブッシュ３と樹脂部材７とを軸方向に係合させ、これらの一方から他方が外れることを防止することができる。また、金属製ブッシュ３と樹脂部材７との回転方向への摺動時（相対回転）において、当該摺動をガイドするレールとして凸部３１を機能させることができる。なお、図６は、図２とは異なり、弾性部材５が示されない断面位置での断面図を示している。

本発明の一態様における空間及び弾性部材の形状は、上記実施形態の空間Ｋ１，Ｋ２及び弾性部材５，５Ｂの形状に限定されず、種々の形状を採用することができる。例えば、空間及び弾性部材は、軸方向から見て、瓢箪形状を呈していてもよいし、長手方向の両端部が丸いダンベル形状を呈していてもよいし、径方向に延びる棒形状を呈していてもよいし、長手方向の両端部が径方向外側に行くに従って拡がるダンベル形状を呈していてもよい。

上記実施形態では、樹脂製歯車１が平歯車である形態を一例に説明したが、樹脂製歯車１は、はすば歯車等であってもよい。上記実施形態では、金属製ブッシュ３と樹脂部材７とが一定量相対回転可能であれば、金属製ブッシュ３と樹脂部材７の間に接着剤が介在していてもよい。

本発明では、上記実施形態及び上記変形例の各構成を適宜組み合わせてもよい。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…樹脂製歯車、３…金属製ブッシュ、３ｏ…外周面、５，５Ａ，５Ｂ…弾性部材、７…樹脂部材、７ａ…歯形、７ｉ…内周面、Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３…空間。

Claims (6)

1. 環状の金属製ブッシュと、
   前記金属製ブッシュの周囲に設けられ、外周部に歯形が形成された環状の樹脂部材と、を備えた樹脂製歯車であって、
   前記金属製ブッシュと前記樹脂部材とは、前記樹脂製歯車の回転方向に相対回転可能に配置され、
   前記金属製ブッシュと前記樹脂部材との間には、前記金属製ブッシュの外周面及び前記樹脂部材の内周面に入り込む空間が、前記回転方向に沿って並ぶように複数形成され、
   前記空間内には、弾性部材が配置されており、
   前記空間及び前記弾性部材は、前記樹脂製歯車の径方向に沿った断面において、前記外周面と前記内周面との間の距離が第１距離である第１部分と、前記外周面と前記内周面との間の距離が前記第１距離とは異なる第２距離である第２部分と、前記外周面と前記内周面との間の距離が前記第１距離とは異なる第３距離である第３部分と、を有し、
   前記第１部分は、前記樹脂製歯車の軸方向において、前記第２部分と前記第３部分との間に設けられており、
   前記空間は、前記径方向に沿った前記断面が六角形状を呈している、樹脂製歯車。
2. 環状の金属製ブッシュと、
   前記金属製ブッシュの周囲に設けられ、外周部に歯形が形成された環状の樹脂部材と、を備えた樹脂製歯車であって、
   前記金属製ブッシュと前記樹脂部材とは、前記樹脂製歯車の回転方向に相対回転可能に配置され、
   前記金属製ブッシュと前記樹脂部材との間には、前記金属製ブッシュの外周面及び前記樹脂部材の内周面に入り込む空間が、前記回転方向に沿って並ぶように複数形成され、
   前記空間内には、弾性部材が配置されており、
   前記空間及び前記弾性部材は、前記樹脂製歯車の径方向に沿った断面において、前記外周面と前記内周面との間の距離が第１距離である第１部分と、前記外周面と前記内周面との間の距離が前記第１距離とは異なる第２距離である第２部分と、前記外周面と前記内周面との間の距離が前記第１距離とは異なる第３距離である第３部分と、を有し、
   前記第１部分は、前記樹脂製歯車の軸方向において、前記第２部分と前記第３部分との間に設けられており、
   前記空間は、段付き円錐台形状を呈している、樹脂製歯車。
3. 前記金属製ブッシュと前記樹脂部材とは、前記回転方向に摺動可能に当接している、請求項１又は２に記載の樹脂製歯車。
4. 前記金属製ブッシュと前記樹脂部材とは、接着されていない、請求項１～３の何れか一項に記載の樹脂製歯車。
5. 前記弾性部材は、前記空間の内面に接着されている、請求項１～４の何れか一項に記載の樹脂製歯車。
6. 前記空間は、前記樹脂製歯車の軸方向に沿って貫通する孔である、請求項１～５の何れか一項に記載の樹脂製歯車。

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