齿轮、齿轮传递机构及齿轮的制造方法与流程

本发明涉及树脂制的齿轮、齿轮传递机构及树脂制的齿轮的制造方法。

背景技术

在齿轮传动电动机中，经由齿轮传递机构输出电动机的旋转(参照专利文献1)。此时，提出了一种技术方案，由于会对齿轮施加大的力，因此在用树脂模塑成型齿轮时，使用含有碳纤维或玻璃纤维等纤维状的填料的树脂材料(参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2013－44351号公报

专利文献2：日本专利实开昭63－83676号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

在使用了含有纤维状的填料的树脂材料的成型品中，在填料的取向方向上，弯曲弹性模量高于与填料的取向方向正交的方向上的弯曲弹性模量。但是，如专利文献2的第二图所记载的，在成型齿轮时将浇口配置在旋转中心轴的端部的情况下，在形成有齿的圆盘部，不能控制填料的取向方向，因此，存在不能提高圆盘部的与中心轴线交叉的方向的强度的问题。

鉴于以上问题，本发明的技术问题在于，提供一种能够提高形成有齿的部分的与中心轴线正交方向上的强度的齿轮、齿轮传递机构及齿轮的制造方法。

解决技术问题所采用的技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种齿轮，其特征在于，所述齿轮由含有纤维状的填料的树脂材料构成，在第一外周部具备以等角度间隔形成的多个第一齿，在从相对于中心轴线正交的方向观察时与所述第一外周部重叠的部分，在未形成所述第一齿并且朝向相对于中心轴线正交的方向的特定部分存在浇口痕迹。

即，本发明的另一方面提供一种齿轮，其特征在于，所述齿轮由含有纤维状的填料的树脂材料构成，在第一外周部具备以等角度间隔形成的多个第一齿，在从相对于中心轴线正交的方向观察时与所述第一外周部重叠的部分中未形成所述第一齿并且朝向相对于中心轴线正交的方向的特定部分和所述中心轴线之间，所述填料在与所述中心轴线交叉的方向上取向的程度比在沿着所述中心轴线的方向上取向的程度高。

在制造本发明的齿轮时，将浇口配置在从相对于中心轴线正交的方向观察时与第一外周部重叠的部分中未形成第一齿并且朝向相对于中心轴线正交的方向的特定部分，从浇口向模具内的型腔填充含有纤维状的填料的树脂材料。其结果是，在配置有浇口的特定部分和中心轴线之间，填料从特定部分所在的一侧向与中心轴线交叉的方向上取向的程度比在沿着中心轴线的方向上取向的程度高。因此，与在朝向轴线方向的部位配置浇口的情况相比，形成有第一齿的部分的与中心轴线正交的方向的弯曲弹性模量增大。因此，在对形成有第一齿的部分施加与中心轴线正交的方向的弯曲应力时，弯曲应变小等，能够提高在传递旋转时施加于形成有齿的部分的方向(与中心轴线正交的方向)的强度。

在本发明的齿轮中，可以采用如下方式，所述第一外周部具备未形成所述第一齿的第一缺齿部，在所述第一缺齿部存在所述浇口痕迹。即，在本发明另一方面的齿轮中，可以采用如下方式，所述第一外周部具备未形成所述第一齿的第一缺齿部，在所述第一缺齿部存在所述特定部分。根据这样的结构，可以将本发明容易地应用于旋转范围小于一圈的齿轮。

在本发明的齿轮中，也可以采用如下方式，在所述中心轴线方向上与所述第一外周部相邻的第二外周部，具备以等角度间隔形成的多个第二齿，所述第二外周部的曲率半径大于所述第一外周部的曲率半径，所述第二外周部在与所述第一缺齿部相同的角度方向上具备作为未形成所述第二齿的第二缺齿部的缺口，所述浇口痕迹从所述第一缺齿部连续到所述第二缺齿部。即，在本发明的另一方面的齿轮中，也可以采用如下方式，在所述中心轴线方向上与所述第一外周部相邻的第二外周部，具备以等角度间隔形成的多个第二齿，所述第二外周部的曲率半径大于所述第一外周部的曲率半径，所述第二外周部在与所述第一缺齿部相同的角度方向上具备作为未形成所述第二齿的第二缺齿部的缺口，所述特定部分从所述第一缺齿部连续到所述第二缺齿部。由于在第二外周部作为第二缺齿部形成有缺口，因此，即使在第二外周部的曲率半径比第一外周部的曲率半径大的情况下，也能够将浇口从第一缺齿部连续配置到第二缺齿部。因此，将浇口配置在从相对于中心轴线正交的方向观察时与第二外周部重叠的部分中未形成第二齿并且朝向相对于中心轴线正交的方向的特定部分。因此，在第二外周部，在配置有浇口的特定部分和中心轴线之间，填料从特定部分所在的一侧向与中心轴线交叉的方向上取向的程度也比在沿着中心轴线的方向上取向的程度高。因此，与在朝向轴线方向的部位配置有浇口的情况相比，形成有第二齿的部分的与中心轴线正交的方向的弯曲弹性模量增大。因此，在对形成有第二齿的部分施加与中心轴线正交的方向的弯曲应力时，弯曲应变小等，能够提高在传递旋转时施加于形成有齿的部分的方向上(与中心轴线正交的方向)的强度。

在本发明的齿轮中，也可以采用如下方式，在所述第一外周部的径向的内侧具备与所述第一外周部同心状的孔，在所述孔的内周面存在所述浇口痕迹。即，在本发明另一方面的齿轮中，也可以采用如下方式，在所述第一外周部的径向的内侧具备与所述第一外周部同心状的孔，在所述孔的内周面存在所述特定部分。根据该结构，即便是整个圆周形成有齿的齿轮，也能够提高填料在与中心轴线交叉的方向上取向的程度。

本发明提供一种齿轮传递机构，其特征在于，具备多个齿轮，所述多个齿轮的至少一个由含有纤维状的填料的树脂材料构成，并且在第一外周部具备以等角度间隔形成的多个第一齿，在从相对于中心轴线正交的方向观察时与所述第一外周部重叠的部分，在未形成所述第一齿并且朝向相对于中心轴线正交的方向的特定部分存在浇口痕迹。即，本发明另一方面提供一种齿轮传递机构，其具备多个齿轮，其特征在于，所述多个齿轮中的至少一个由含有纤维状的填料的树脂材料构成，并且在第一外周部具备以等角度间隔形成的多个第一齿，在从相对于中心轴线正交的方向观察时与所述第一外周部重叠的部分中未形成所述第一齿并且朝向相对于所述中心轴线正交的方向的特定部分和所述中心轴线之间，所述填料在与所述中心轴线交叉的方向上取向的程度比在沿着所述中心轴线的方向上取向的程度高。

本发明提供一种齿轮的制造方法，其特征在于，在模具内的型腔中填充含有纤维状的填料的树脂材料，制造在第一外周部具备以等角度间隔形成的多个第一齿的齿轮时，将浇口配置在所述型腔的内表面中、从相对于中心轴线正交的方向观察时与所述第一外周部重叠的部分中未形成所述第一齿并且朝向相对于所述中心轴线正交的方向的特定部分。

发明效果

在制造本发明的齿轮时，将浇口配置在从相对于中心轴线正交的方向观察时与第一外周部重叠的部分中未形成第一齿并且朝向相对于中心轴线正交的方向的特定部分，从浇口向模具内的型腔填充含有纤维状的填料的树脂材料。其结果是，在配置有浇口的特定部分和中心轴线之间，填料从特定部分所在的一侧向与中心轴线交叉的方向上取向的程度比在沿着中心轴线的方向上取向的程度高。因此，与在朝向轴线方向的部位配置浇口的情况相比，形成有第一齿的部分的与中心轴线正交的方向的弯曲弹性模量增大。因此，在对形成有第一齿的部分施加与中心轴线正交的方向的弯曲应力时，弯曲应变小等，能够提高在传递旋转时施加于形成有齿的部分的方向(与中心轴线正交的方向)的强度。

附图说明

图1是表示应用了本发明的齿轮传动电动机的整体结构的立体图。

图2是将图1所示的第四个齿轮放大表示的立体图。

图3是将图1所示的第五个齿轮放大表示的立体图。

图4是示意性表示图2所示的第四个齿轮的制造方法的剖视图。

图5是表示图2所示的第四个齿轮的填料的取向状态的说明图。

图6是表示图3所示的第五个齿轮的填料的取向状态的说明图。

图7是表示在由含有纤维状的填料的树脂材料制造的成型品中，各温度下的树脂材料的流动方向(填料的取向方向)和弯曲弹性模量的关系的曲线图。

图8是表示应用了本发明的第四个齿轮的变形例的立体图。

图9是表示图8所示的第四个齿轮的填料的取向状态的说明图。

图10是将本发明应用于图1所示的第一个齿轮时的立体图。

具体实施方式

参照附图，说明应用了本发明的齿轮、齿轮传递机构及齿轮的制造方法的一个示例时，对在齿轮传动电动机中设置的齿轮及齿轮传递机构进行说明。

(齿轮传动电动机的整体结构)

图1是表示应用了本发明的齿轮传动电动机1的整体结构的立体图。此外，在图1中，用点划线表示罩3，以便能够识别齿轮传递机构6。

在图1中，齿轮传动电动机1具有具备步进电动机构造的电动机2、用于从外部向电动机2进行供电的端子部25、由传递电动机2的旋转的多个齿轮61、62、63、64、65构成的齿轮传递机构6。齿轮传动电动机1具有以覆盖齿轮传递机构6的方式封闭电动机壳体21的开口的板状的罩3和在其与罩3之间支承齿轮传递机构6的支承板32，齿轮61、62、63、64、65中，齿轮61、62、63、64配置于支承板32和罩3之间。被支轴22可旋转地支承的转子(未图示)的电动机小齿轮(未图示)从支承板32突出。

(齿轮传递机构6的概略结构)

在齿轮传递机构6中，最终段的齿轮65构成为具备输出轴657的输出部件65a，输出轴657从罩3突出。在齿轮传递机构6中，除最终段的齿轮65以外的四个齿轮61、62、63、64分别被两端由支承板32和罩3支承的支轴71、72、73、74可旋转地支承。最终段的齿轮65中，形成于其本身的输出轴657及轴部658(参照图3)分别被罩3侧的轴承部(未图示)和支承板32的轴承部(未图示)可旋转地支承。

齿轮61、62、63、64是大径齿轮部和小径齿轮部一体形成的复合齿轮。从电动机小齿轮24观察，第一个齿轮61的大径齿轮部611与电动机小齿轮啮合，第二个齿轮62的大径齿轮部621与齿轮61的小径齿轮部612啮合。第三个齿轮63的大径齿轮部631与齿轮62的小径齿轮部(未图示)啮合，第四个齿轮64的大径齿轮部641与齿轮63的小径齿轮部(未图示)啮合。最终段的齿轮65的齿轮部651与齿轮64的小径齿轮部642啮合。这样，齿轮传递机构6构成为减速齿轮列。齿轮61、62、63、64、65是由聚苯硫醚、聚缩醛、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺等构成的树脂制的齿轮。另外，至少齿轮61、64、65由使碳纤维或玻璃纤维等纤维状的填料分散在上述树脂材料中而制成的复合树脂材料构成。

在齿轮传动电动机1中，当对电动机2供电并且转子旋转时，该旋转经由电动机小齿轮24、齿轮61、齿轮62、齿轮63及齿轮64传递到输出部件65a(齿轮65)。此时，电动机2双向旋转，随之，输出部件65a(齿轮65)在规定的角度范围内往复旋转。

在齿轮61中，小径齿轮部612遍及整个圆周形成有齿612a，与此相对，在齿轮62的大径齿轮部621形成有未形成齿621a的缺齿部623。在此，缺齿部623构成为向径向突出的凸部，因此，缺齿部623作为使前段的齿轮61的旋转停止的止动部起作用。因此，齿轮62的旋转范围小于一圈，齿轮64及齿轮65的旋转范围也小于一圈。

(齿轮64的结构)

图2是将图1所示的第四个齿轮64放大表示的立体图。如图2所示，齿轮64具备形成于圆筒部643a的外周部(第一外周部643)的小径齿轮部642和形成于与圆筒部643a连接的圆盘部644a的外周部(第二外周部644)的大径齿轮部641。在小径齿轮部642，以等角度间隔形成有多个齿642a(第一齿)，在大径齿轮部641，以等角度间隔形成有多个齿641a(第二齿)。第二外周部644(圆盘部646a)的曲率半径大于第一外周部643(圆筒部643a)的曲率半径。

在本方式中，齿轮64的旋转范围小于一圈。因此，第一外周部643仅在周向的一部分以等角度间隔形成有齿642a，在第一外周部643形成有由未形成齿642a的圆周面构成的第一缺齿部646。另外，第二外周部644也与第一外周部643相同，仅在周向的一部分以等角度间隔形成有齿641a，在第二外周部644形成有未形成齿641a的第二缺齿部647。在本方式中，相当于第二缺齿部647的部分为切成扇形的缺口648。

在此，第一外周部643和第二外周部644在齿轮64的中心轴线l64方向上相邻。另外，第一缺齿部646和第二缺齿部647形成于相同的角度方向上。进而，第一缺齿部646的曲率半径和第二缺齿部647的曲率半径(缺口648的底部的曲率半径)相等。因此，第一缺齿部646和第二缺齿部647构成连续的面。

(齿轮65的结构)

图3是将图1所示的最终的齿轮65放大表示的立体图。在本方式中，齿轮65的旋转范围小于一圈。因此，如图3所示，在齿轮65上，齿轮部651仅在周向的一部分以等角度间隔形成有齿651a(第一齿)，在形成有齿轮部651的外周部653(第一外周部)构成有缺齿部656(第一缺齿部)，该缺齿部656由未形成齿651a的圆周面构成。在缺齿部656，在周向的两端部形成有向径向突出的凸部654。该凸部654作为使前段的齿轮64的旋转停止的止动部起作用。

(齿轮64的制造方法及详细结构)

图4是示意性表示图2所示的第四个齿轮64的制造方法的剖视图。图5是表示图2所示的第四个齿轮64中的填料的取向状态的说明图，图5(a)相当于将齿轮64沿着中心轴线l64切断时的截面，图5(b)相当于在穿过第一外周部643的位置用与中心轴线l64正交的面将齿轮64切断时的截面。

参照图2进行了说明的齿轮64是使用含有碳纤维或玻璃纤维等纤维状的填料的树脂材料，通过以下参照图4进行说明的方法制造的树脂成型品，对于齿轮64，浇口痕迹649存在于从相对于中心轴线l64正交的方向观察时与第一外周部643重叠的部分中未形成齿642a(第一齿)并且朝向相对于中心轴线l64正交的方向的特定部分645。在本方式中，特定部分645是位于第一缺齿部646的圆筒部643a的外周面。

在本方式的齿轮64的制造工序中，如图4所示，在由多个模具材料构成的模具m64内的型腔m640中填充含有纤维状的填料的树脂材料，制造在第一外周部643具备以等角度间隔形成的多个齿641a的齿轮64。此时，将浇口m641配置在型腔m640的内表面中、从相对于中心轴线l64正交的方向观察时与第一外周部643重叠的部分中未形成齿642a(第一齿)并且朝向相对于中心轴线l64正交的方向的特定部分645(第一缺齿部646)。

因此，如图4中箭头r所示，含有纤维状的填料的树脂材料从浇口m641向型腔m640内并且从相对于中心轴线l64正交的方向填充树脂材料。另外，在模制后从模具m64的型腔m640取出齿轮64时，在齿轮64上未形成齿642a(第一齿)并且朝向相对于中心轴线l64正交的方向的特定部分645残留有浇口痕迹649。

另外，从浇口m641向型腔m640内并且从相对于中心轴线l64正交的方向填充树脂材料的结果是，如图5所示，在特定部分645的附近，填料f从特定部分645所在的一侧(浇口痕迹649所在的一侧)向与中心轴线l64正交的方向取向。其结果是，填料f至少在第一外周部643(圆筒部643a)的特定部分645和中心轴线l64之间，在与中心轴线l64交叉的方向上取向的程度比在沿着中心轴线l64的方向上取向的程度高。另外，即使在齿轮64的第二外周部644(圆盘部644a)等远离特定部分645的其它部分，与从沿着中心轴线l64的方向填充树脂材料的情况相比，填料f在与中心轴线l64交叉的方向上取向的程度也高。

(齿轮65的制造方法及详细结构)

图6是表示图3所示的第五个齿轮65的填料的取向状态的说明图，相当于将齿轮65沿着中心轴线l65切断时的截面。虽然省略图示，但在制造参照图3进行了说明的齿轮65时，也与制造齿轮64的情况相同，向由多个模具材料构成的模具内的型腔中填充包含纤维状的填料的树脂材料，制造在外周部653具备以等角度间隔形成的多个齿651a的齿轮65。此时，将浇口配置在型腔的内表面中、从相对于齿轮65的中心轴线l65正交的方向观察时与外周部653重叠的部分中未形成齿651a(第一齿)并且朝向相对于中心轴线l65正交的方向的特定部分655(缺齿部656)。因此，含有纤维状的填料的树脂材料从浇口向型腔并且从相对于中心轴线l65正交的方向进行填充。另外，在模制后从模具的型腔取出齿轮65时，如图3所示，在齿轮65中，在从相对于齿轮65的中心轴线l65正交的方向观察时与外周部653重叠的部分未形成齿651a并且朝向相对于中心轴线l65正交的方向的特定部分655(缺齿部656)残留有浇口痕迹659。

另外，从浇口向型腔内并且从相对于中心轴线l65正交的方向填充树脂材料的结果是，如图6所示，在特定部分655的附近，填料f从特定部分655所在的一侧(浇口痕迹659所在的一侧)向与中心轴线l65正交的方向取向。其结果是，至少在特定部分655和中心轴线l65之间，填料f在与中心轴线l65交叉的方向上取向的程度比在沿着中心轴线l65的方向上取向的程度高。另外，即使在远离齿轮65的特定部分655的其它部分，与从沿着中心轴线l65的方向填充树脂材料的情况相比，填料f在与中心轴线l65交叉的方向上取向的程度也高。

(本方式的主要的效果)

图7是表示在由包含纤维状的填料的树脂材料制造的成型品中，各温度下的树脂材料的流动方向(填料的取向方向)和弯曲弹性模量的关系的曲线图。此外，在图7中，用实线表示树脂材料的流动方向(填料取向的方向)上的弯曲弹性模量，用虚线表示相对于树脂材料的流动方向的直角方向(与填料取向的方向正交的方向)上的弯曲弹性模量。

如以上所说明的那样，在本方式的齿轮64中，如参照图4及图5进行说明的那样，将含有纤维状的填料的树脂材料从浇口m641向型腔m640内并且从相对于中心轴线l64正交的方向填充的结果是，在特定部分645所在的一侧(浇口痕迹649所在的一侧)和中心轴线l64之间，填料f在与中心轴线l64交叉的方向上取向的程度比在沿着中心轴线l64的方向上取向的程度高。另外，即使在齿轮64的其它部分，与从沿着中心轴线l64的方向填充树脂材料的情况相比，填料f在与中心轴线l64交叉的方向上取向的程度也高。

在此，在由含有纤维状的填料的树脂材料制造的成型品中，在对于每个温度比较树脂材料的流动方向(填料取向的方向)上的弯曲弹性模量与相对于树脂材料的流动方向的直角方向(与填料取向的方向正交的方向)上的弯曲弹性模量时，显示图7所示的趋势。如图7所示，在任何温度下，填料取向的方向上的弯曲弹性模量(参照实线)均大于与填料取向的方向正交的方向上的弯曲弹性模量(参照虚线)。另外，齿轮64进行旋转传递时的应力施加在与中心轴线l64正交的方向上，因此，在本方式中，可以说在齿轮64进行旋转传递时应力施加的方向上的填料的取向度高。因此，在齿轮64中，在对形成有齿642a的第一外周部643(圆筒部643a)施加了与中心轴线l64正交的方向的弯曲应力时，弯曲应变小。因此，在齿轮64中，能够提高在旋转传递时施加于形成有齿642a的部分的方向(与中心轴线l64正交的方向)的强度。

另外，在本方式中，在齿轮65中，也与齿轮64相同，在齿轮65进行旋转传递时应力施加的方向上的填料的取向度高，因此，在齿轮65中，与齿轮64相同，在对形成有齿651a的部分施加了与中心轴线l65正交的方向的弯曲应力时，弯曲应变也小。因此，在齿轮65中，能够提高在旋转传递时施加于形成有齿651a的部分的方向(与中心轴线l65正交的方向)的强度。

[齿轮64的变形例]

图8是表示应用了本发明的第四个齿轮64的变形例的立体图。图9是表示图8所示的第四个齿轮64的填料的取向状态的说明图，图8(a)相当于将齿轮64沿着中心轴线l64切断时的截面，图8(b)相当于在穿过第二外周部644的位置用与中心轴线l64正交的面将齿轮64切断时的截面。

如图8所示，在齿轮64中，第二外周部644的曲率半径大于第一外周部643的曲率半径，但相当于第二缺齿部647的部分为切成扇形的缺口478。因此，第一缺齿部646和第二缺齿部647构成连续的面。因此，在本方式中，在进行树脂成型时，将浇口从第一缺齿部646配置到第二缺齿部647。因此，浇口痕迹649从第一缺齿部646连续延伸到第二缺齿部647。

根据这样的结构，在进行树脂成型时，从中心轴线l64方向观察时，在第一外周部643及第二外周部644双方，从相对于中心轴线l64正交的方向填充树脂材料。因此，如图9所示，在第一外周部643及第二外周部644双方，在特定部分645(浇口痕迹649)的附近，填料f从特定部分645所在的一侧(浇口痕迹649所在的一侧)向与中心轴线l64正交的方向取向。因此，在特定部分645和中心轴线l64之间，填料f在与中心轴线l64交叉的方向上取向的程度比在沿着中心轴线l64的方向上取向的程度高。因此，在齿轮64上，在形成有齿641a的部分及形成有齿642a的部分中的任一部分，在施加了与中心轴线l64正交的方向的弯曲应力时，弯曲应变都小。因此，在齿轮64中，能够提高在旋转传递时施加于形成有齿641a、642a的部分的方向(与中心轴线l64正交的方向)的强度。

[齿轮61的制造方法及详细结构)

图10是将本发明应用于图1所示的第一个齿轮61时的立体图。在上述实施方式中，将浇口配置在未形成齿并且朝向相对于中心轴线正交的方向的特定部分时，在齿轮64、65上设置了缺齿部。与此相对，在齿轮61上，在整个圆周形成有齿611a、612a，不存在缺齿部。

因此，在本方式中，如图10所示，在齿轮61中，在形成有齿611a的外周部613的径向的内侧设置了与外周部613同心状的圆形的孔616，在孔616的内周面617配置浇口，以制造齿轮61。因此，在齿轮61中，可以将浇口配置在从与齿轮61的中心轴线l61正交的方向观察时与外周部613重叠的部分中未形成齿611a并且朝向相对于中心轴线l61正交的方向的特定部分615(孔616的内周面617)，在该特定部分615残留有浇口痕迹619。

在这样构成的情况下，在进行树脂成型时，从相对于中心轴线l61正交的方向填充树脂材料。因此，在特定部分615(浇口痕迹619)的附近，填料从特定部分615所在的一侧(浇口痕迹619所在的一侧)向与中心轴线l61正交的方向取向。其结果是，在特定部分615和中心轴线l61之间，填料在与中心轴线l61交叉的方向上取向的程度比在沿着中心轴线l61的方向上取向的程度高。另外，即使在齿轮61的其它部分，与从沿着中心轴线l61的方向填充了树脂材料的情况相比，填料在与中心轴线l61交叉的方向上取向的程度也高。因此，在齿轮61中，在形成有齿611a的部分，在施加了与中心轴线l61正交的方向的弯曲应力时，弯曲应变小。因此，能够提高在进行旋转传递时对形成有齿611a的部分施加应力的方向(与中心轴线正交的方向)的强度。

[其它实施方式]

在上述实施方式中，将本发明应用于在齿轮传动电动机1的齿轮传递机构6中使用的齿轮，但也可以将本发明应用于与电动机分别设置的齿轮传递机构的齿轮。