JP6984409B2 - 樹脂製歯車 - Google Patents

Description

本発明は、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、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部が形成された環状の樹脂部材と、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）。

特開２０１７−１５１００号公報

上述したような樹脂製歯車では、金属製ブッシュと弾性部材及び樹脂部材と弾性部材とは、接着剤で接合が補強されている。例えば、金属製ブッシュと弾性部材とは、金属製ブッシュの外周面に接着剤を塗布した後、金属製ブッシュに弾性部材を取り付けることで接合される。接着剤は、金属製ブッシュの外周面に塗布されるが、粘性が低い場合には外周面に留まらず、金属製ブッシュと弾性部材との間に十分に充填されないことがある。これにより、金属製ブッシュと弾性部材との接合強度が低下するおそれがある。

本発明の一側面は、弾性部材との接合強度の向上が図れる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、金属製ブッシュと樹脂部材との間に設けられた環状の弾性部材と、を備え、金属製ブッシュと弾性部材との間及び樹脂部材と弾性部材との間のそれぞれには、接着剤からなる接着部が設けられており、金属製ブッシュにおいて弾性部材と対向する外周面が金属製ブッシュの内周面よりも粗面である、及び／又は、樹脂部材において弾性部材と対向する内周面が樹脂部材の他の面よりも粗面である。

本発明の一側面に係る樹脂製歯車では、金属製ブッシュの外周面及び／又は樹脂部材の内周面は、表面が粗い。これにより、樹脂製歯車では、外周面及び／又は内周面に接着剤を塗布したときに、接着剤が外周面及び／又は内周面から流れ落ちる（垂れる）ことを抑制できる。したがって、樹脂製歯車では、金属製ブッシュと弾性部材との間及び／又は樹脂部材と弾性部材との間に、接着剤が十分に充填される。その結果、樹脂製歯車では、金属製ブッシュと弾性部材との間及び／又は樹脂部材と弾性部材との間に接着剤が十分に介在するため、弾性部材との接合強度の向上が図れる。

一実施形態においては、金属製ブッシュの外周面には、金属製ブッシュの一対の側面の対向方向において、凹凸が連続して形成されていてもよい。一般的に、金属製ブッシュの外周面に接着剤が塗布された後、金属製ブッシュに弾性部材を取り付けるまでは、金属製ブッシュの一方の側面が載置面となるように金属製ブッシュが載置される。そのため、金属製ブッシュの一対の側面の対向方向において凹凸を連続して形成することにより、当該対向方向において接着剤が流動することを抑制できる。また、金属製ブッシュの外周面に凹凸を形成することにより、接着部において、アンカー効果が得られる。したがって、金属製ブッシュと弾性部材との接合強度の向上がより一層図れる。

一実施形態においては、樹脂部材の内周面には、樹脂部材の一対の側面の対向方向において、凹凸が連続して形成されていてもよい。一般的に、樹脂部材の内周面に接着剤が塗布された後、樹脂部材に弾性部材を取り付けるまでは、樹脂部材の一方の側面が載置面となるように樹脂部材が載置される。そのため、樹脂部材の一対の側面の対向方向において凹凸を連続して形成することにより、当該対向方向において接着剤が流動することを抑制できる。また、樹脂部材の内周面に凹凸を形成することにより、接着部において、アンカー効果が得られる。したがって、樹脂部材と弾性部材との接合強度の向上がより一層図れる。

一実施形態においては、金属製ブッシュの外周面及び／又は樹脂部材の内周面の表面粗さＲａは、１．０以上であってもよい。この構成では、接着剤を外周面及び／又は内周面に好適に留めることができる。

本発明の一側面によれば、弾性部材との接合強度の向上が図れる。

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におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構成を示す図である。 図３は、図２の一部を拡大して示す図である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は、弾性部材の形成工程を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、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、金属製ブッシュ３と、弾性部材５と、樹脂部材７と、を備えている。本実施形態に係る樹脂製歯車１は、平歯車である。

金属製ブッシュ３は、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、ステンレス等の金属で形成されている。金属製ブッシュ３には、貫通孔３ｈが設けられている。貫通孔３ｈは、金属製ブッシュ３の一方の側面３ａと他方の側面３ｂとを貫通している。貫通孔３ｈには、回転軸が挿入される。

金属製ブッシュ３は、内周面４ａと、外周面４ｂと、を有している。内周面４ａは、貫通孔３ｈを画成している。

外周面４ｂは、弾性部材５と対向する面である。金属製ブッシュ３の外周面４ｂは、内周面４ａよりも粗面である。すなわち、外周面４ｂは、内周面４ａよりも表面が粗い。外周面４ｂは、粗面化されている。具体的には、図３に示されるように、外周面４ｂには、凹凸が設けられている。本実施形態では、凹凸は、金属製ブッシュ３の一方の側面３ａと他方の側面３ｂとの対向方向において、連続して形成されている。凹凸は、例えば、リン酸塩被膜処理、レーザー加工等により形成される。外周面４ｂの表面粗さＲａ（算術平均粗さ：ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１）は、１．０以上（Ｒａ≦１．０）である。内周面４ａの表面粗さＲａは、１．０未満である。

図１に示されるように、弾性部材５は、樹脂製歯車１が他の歯車と噛み合いにより発生する衝撃を減衰する部材である。弾性部材５は、円環状である。弾性部材５は、金属製ブッシュ３の周囲に設けられている。弾性部材５は、金属製ブッシュ３と樹脂部材７との間に設けられている。弾性部材５と金属製ブッシュ３との間には、接着部９が介在している。金属製ブッシュ３と弾性部材５とは、接着部９により接着されている。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の厚みは、適宜設定される。

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、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。

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、弾性部材５の周囲に設けられている。樹脂部材７は、内周面７ａを有している。

内周面７ａは、弾性部材５と対向する面である。内周面７ａは、他の面（本実施形態では、側面７ｂ，７ｃ）よりも粗面である。すなわち、内周面７ａは、他の面よりも表面が粗い。内周面７ａは、粗面化されている。具体的には、図３に示されるように、内周面７ａには、凹凸が設けられている。本実施形態では、凹凸は、樹脂部材７の一方の側面７ｂと他方の側面７ｃとの対向方向において、連続して形成されている。凹凸は、例えば、ショットブラスト加工、レーザー加工、切削加工等により形成される。内周面７ａの表面粗さＲａ（算術平均粗さ：ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１）は、１．０以上（Ｒａ≦１．０）である。

弾性部材５と樹脂部材７との間には、接着部１１が介在している。弾性部材５と樹脂部材７とは、接着部１１により接着されている。

図１に示されるように、樹脂部材７の外周部には、歯形８が形成されている。歯形８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。

続いて、樹脂製歯車１の製造方法について説明する。樹脂製歯車１の製造方法は、ブッシュ加工工程と、抄造素形体形成工程と、樹脂部材形成工程と、切削工程と、樹脂部材加工工程と、接着剤塗布工程と、弾性部材形成工程と、歯切加工工程と、を含む。

［ブッシュ加工工程］
ブッシュ加工工程では、金属製ブッシュ３の外周面４ｂに加工を施す。具体的には、例えば、金属製ブッシュ３の外周面４ｂにリン酸塩被膜処理を施し、外周面４ｂにリン酸層を形成する。リン酸層は、例えば、リン酸亜鉛被膜（亜鉛を含む組成）であり得る。リン酸亜鉛被膜の主成分は、ホパイト（Ｚｎ_３（ＰＯ_４）_２・４Ｈ_２Ｏ）及びフォスフォフィライト（Ｚｎ_２Ｆｅ（ＰＯ_４）_２・４Ｈ_２Ｏ）である。リン酸亜鉛被膜は、リン酸イオン及び亜鉛イオンを主成分とする処理液を用いて処理され、亜鉛が析出することで形成される。リン酸亜鉛被膜の厚さは、例えば、２μｍ〜３μｍである。金属製ブッシュ３の外周面４ｂにリン酸層を形成することにより、外周面４ｂに凹凸が形成される。これにより、金属製ブッシュ３では、外周面４ｂの方が内周面４ａよりも粗面になる。金属製ブッシュ３に加工を施した後、金属製ブッシュ３を洗浄する。金属製ブッシュ３の洗浄は、接着剤塗布工程の前に実施されればよい。

［抄造素形体形成工程］
抄造素形体形成工程では、抄造法によって、円環状の抄造素形体を形成する。抄造素形体は、短繊維のみを含むものであっても、短繊維及び樹脂を含むものであってもよい。

抄造法による抄造素形体の形成には、従来公知の方法を適用することができる。例えば、円環形状は、筒状金型を用いることにより形成することができる。また、抄造素形体は、例えば、金型の中央にブッシュを配置し、ブッシュの周囲に短繊維、分散媒及び任意の樹脂の分散液を注入し、金型から分散媒を排出した後に、筒状金型内に残った集合体を圧縮することにより形成することができる。

短繊維の融点、又は、短繊維の分解温度は、２５０℃以上であることが好ましい。このような短繊維を用いることで、成形時の成形温度又は加工温度、実使用時の雰囲気温度において、短繊維が熱劣化を起こすことなく、耐熱性に優れた繊維基材又は樹脂製歯車とすることができる。

短繊維としては、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、及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種以上の短繊維を使用することが好ましい。特に、パラ系アラミド繊維と、メタ系アラミド繊維との混合繊維を短繊維として用いた場合には、耐熱性、強度、樹脂成形後の加工性のバランスが優れている。

スラリとしては、有機溶媒、有機溶媒と水との混合物、又は、水等を用いることができる。スラリとしては、特に経済的で、環境への負荷が少ない、水を使用することが好ましい。有機溶媒を用いる場合には、安全面に充分注意し、メタノール、エタノール、アセトン、トルエン、ジエチルエーテル等の有機溶媒を使用することも可能である。

樹脂は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれであってもよいが、製造される樹脂製歯車の強度を向上させる観点から、熱硬化性樹脂であると好ましい。より具体的には、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等から選ばれた１以上の樹脂と、選択された樹脂の種類に応じた硬化剤と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く、耐熱性、強度が優れる２，２’−（１，３フェニレン）ビス２−オキサゾリンとアミン硬化剤の混合物１００質量部に対し、触媒には硬化促進剤として、例えば、ｎ−オクチルブロマイドが５質量部以下からなる樹脂を使用することが好ましい。

なお、樹脂は、抄造素形体形成工程において短繊維と一緒に抄造されてもよく、短繊維のみを含む抄造素形体を形成した後に、樹脂部材形成工程において抄造素形体に含浸されてもよい。

［樹脂部材形成工程］
樹脂部材形成工程では、金型内に上記抄造素形体を配置し、樹脂を硬化させて樹脂部材７を形成する。抄造素形体形成工程において樹脂を用いなかった場合には、金型内に樹脂を注入して抄造素形体に含浸させた後に、樹脂を硬化させる。

［切削工程］
切削工程では、金属製ブッシュ３及び樹脂部材７を切削して寸法を調整する。切削工程では、各部材を旋盤等の工作機械によって切削加工する。具体的には、切削工程では、各部材の外径部分及び内径部側面を削り、各部材を所定の寸法に加工する。

［樹脂部材加工工程］
樹脂部材加工工程では、樹脂部材７の内周面７ａに加工を施す。具体的には、例えば、樹脂部材７の内周面７ａにショットブラスト加工を施し、内周面７ａに凹凸を形成する。これにより、樹脂部材７では、内周面７ａの方が側面７ｂ，７ｃよりも粗面になる。樹脂部材加工工程の後、樹脂部材７を洗浄する。樹脂部材７の洗浄は、接着剤塗布工程の前に実施されればよい。

［接着剤塗布工程］
接着剤塗布工程では、金属製ブッシュ３及び樹脂部材７のそれぞれに接着剤Ａ１，Ａ２を塗布する。接着剤塗布工程では、金属製ブッシュ３の外周面４ｂに接着剤Ａ１を塗布する。また、接着剤塗布工程では、樹脂部材７の内周面７ａに接着剤Ａ２を塗布する。接着剤Ａ１，Ａ２は、加硫接着剤である。加硫接着剤としては、例えば、ケムロック ６０７（ロード・ジャパンインク製）を用いることができる。

［弾性部材形成工程］
弾性部材形成工程では、金属製ブッシュ３と樹脂部材７との間に弾性部材５を形成する。図４（ａ）に示されるように、金属製ブッシュ３の外周面４ｂ（接着剤Ａ１）と樹脂部材７の内周面７ａ（接着剤Ａ２）とが対向するように、金属製ブッシュ３と樹脂部材７とを成形金型２０に配置する。続いて、図４（ｂ）に示されるように、ゴム材料Ｇを押込部材２２によって注入部２１に押し込み、金属製ブッシュ３と樹脂部材７との間に、注入部２１を介してゴム材料Ｇを注入する。これにより、金属製ブッシュ３と樹脂部材７との間にゴム材料Ｇが充填される。そして、充填したゴム材料Ｇに加硫すると共にゴム材料Ｇを加熱する。これにより、金属製ブッシュ３と樹脂部材７との間に弾性部材５が形成される。また、接着剤Ａ１，Ａ２が加熱されることにより、金属製ブッシュ３と弾性部材５との間に接着部９、樹脂部材７と弾性部材５との間に接着部１１が形成される。弾性部材５は、必要に応じて、バリの除去等を行う。

［歯切加工工程］
歯切加工工程では、樹脂部材７の歯切加工を行う。適用される歯切加工としては、ホブ盤又はシェービング盤による仕上げ加工が挙げられる。ホブ盤としては、例えば三菱重工株式会社製のＧＥ１５Ａ（商品名）を用いることができる。なお、ホブ盤による切削量は、２００μｍ以上になる。シェービング盤としては、例えば三菱重工株式会社製のＦＥ３０Ａ（商品名）を用いることができる。なお、シェービング加工による切削量は少なく、２０〜１５０μｍ程度になる。歯切加工工程により、樹脂部材７に歯形８が形成される。

以上の工程により、樹脂製歯車１が製造される。

以上説明したように、本実施形態に係る樹脂製歯車１では、金属製ブッシュ３の外周面４ｂが内周面４ａよりも粗面である。すなわち、外周面４ｂは、内周面４ａよりも表面が粗い。また、樹脂部材７の内周面７ａが他の面よりも粗面である。すなわち、内周面７ａは、他の面よりも表面が粗い。これにより、樹脂製歯車１では、外周面４ｂ及び内周面７ａのそれぞれに接着剤Ａ１，Ａ２を塗布したときに、接着剤Ａ１，Ａ２が外周面４ｂ及び内周面７ａから流れ落ちる（垂れる）ことを抑制できる。したがって、樹脂製歯車１では、金属製ブッシュ３と弾性部材５との間に接着剤Ａ１が十分に充填されると共に樹脂部材７と弾性部材５との間に接着剤Ａ２が十分に充填される。その結果、樹脂製歯車１では、金属製ブッシュ３と弾性部材５との間に接着部９が十分に介在するため、金属製ブッシュ３と弾性部材５との接合強度の向上が図れる。また、樹脂製歯車１では、樹脂部材７と弾性部材５との間に接着部１１が十分に介在するため、樹脂部材７と弾性部材５との接合強度の向上が図れる。

本実施形態に係る樹脂製歯車１では、金属製ブッシュ３の外周面４ｂには、金属製ブッシュ３の一対の側面３ａ，３ｂの対向方向において、凹凸が連続して形成されている。一般的に、金属製ブッシュ３の外周面４ｂに接着剤Ａ１が塗布された後、金属製ブッシュ３に弾性部材５を取り付けるまでは、金属製ブッシュ３の一方の側面３ａ（３ｂ）が載置面となるように金属製ブッシュ３が載置される。そのため、金属製ブッシュ３の一対の側面３ａ（３ｂ）の対向方向において凹凸を連続して形成することにより、当該対向方向において接着剤Ａ１が流動することを抑制できる。また、金属製ブッシュ３の外周面４ｂに凹凸を形成することにより、接着部９において、アンカー効果が得られる。したがって、金属製ブッシュ３と弾性部材５との接合強度の向上がより一層図れる。

本実施形態に係る樹脂製歯車１では、樹脂部材７の内周面７ａには、樹脂部材７の一対の側面７ｂ，７ｃの対向方向において、凹凸が連続して形成されている。一般的に、樹脂部材７の内周面７ａに接着剤Ａ２が塗布された後、樹脂部材７に弾性部材５を取り付けるまでは、樹脂部材７の一方の側面７ｂ（７ｃ）が載置面となるように樹脂部材７が載置される。そのため、樹脂部材７の一対の側面７ｂ（７ｃ）の対向方向において凹凸を連続して形成することにより、当該対向方向において接着剤Ａ２が流動することを抑制できる。また、樹脂部材７の内周面７ａに凹凸を形成することにより、接着部１１において、アンカー効果が得られる。したがって、樹脂部材７と弾性部材５との接合強度の向上がより一層図れる。

本実施形態に係る樹脂製歯車１では、金属製ブッシュ３の外周面４ｂ及び樹脂部材７の内周面７ａの表面粗さＲａは、１．０以上である。この構成では、接着剤Ａ１を外周面４ｂに好適に留めることができる共に、接着剤Ａ２を内周面７ａに好適に留めることができる。

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、樹脂製歯車１が平歯車である形態を一例に説明した。しかし、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の外周面４ｂ及び樹脂部材７の内周面７ａを粗面化する形態を一例に説明した。しかし、金属製ブッシュ３の外周面４ｂ及び樹脂部材７の内周面７ａの少なくとも一方が粗面化されていればよい。

上記実施形態では、金属製ブッシュ３の外周面４ｂにリン酸塩被膜処理によりリン酸層を形成して、外周面４ｂの表面に凹凸を形成する形態を一例に説明した。しかし、金属製ブッシュ３の外周面４ｂには、レーザー加工又はショットブラスト加工等により凹凸を形成してもよい。外周面４ｂに凹凸を形成する方法は限定されない。

上記実施形態では、樹脂部材７の内周面７ａにショットブラスト加工を施して、内周面７ａの表面に凹凸を形成する形態を一例に説明した。しかし、内周面７ａに凹凸を形成する方法は限定されない。

上記実施形態では、金属製ブッシュ３の外周面４ｂ及び樹脂部材７の内周面７ａに加工を施して外周面４ｂ及び内周面７ａに凹凸を形成する形態を一例に説明した。しかし、金属製ブッシュ３の形成工程（鋳造等）において外周面４ｂに凹凸を形成してもよいし、樹脂部材７の形成工程において内周面７ａに凹凸を形成してもよい。

上記実施形態では、金属製ブッシュ３の外周面４ｂに、金属製ブッシュ３の一対の側面３ａ，３ｂの対向方向において、凹凸が連続して形成されている形態を一例に説明した。しかし、金属製ブッシュ３の外周面４ｂは、少なくとも内周面４ａよりも粗面であればよい。

１…樹脂製歯車、３…金属製ブッシュ、３ａ，３ｂ…側面、４ａ…内周面、４ｂ…外周面、５…弾性部材、７…樹脂部材、７ａ…内周面、７ｂ，７ｃ…側面（他の面）、８…歯形、９…接着部、１１…接着部。

Claims (2)

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、
   前記金属製ブッシュと前記樹脂部材との間に設けられた環状の弾性部材と、を備え、
   前記金属製ブッシュと前記弾性部材との間及び前記樹脂部材と前記弾性部材との間のそれぞれには、接着剤からなる接着部が設けられており、
   前記金属製ブッシュにおいて前記弾性部材と対向する外周面が前記金属製ブッシュの内周面よりも粗面である、及び、前記樹脂部材において前記弾性部材と対向する内周面が前記樹脂部材の他の面よりも粗面であり、
   前記金属製ブッシュの前記外周面には、前記金属製ブッシュの一対の側面の対向方向において、凹凸が連続して形成されており、
   前記樹脂部材の前記内周面には、前記樹脂部材の一対の側面の対向方向において、凹凸が連続して形成されている、樹脂製歯車。
2. 前記外周面及び／又は前記内周面の表面粗さＲａは、１．０以上である、請求項１に記載の樹脂製歯車。

Images