JP2009024831A - 歯車および歯車機構 - Google Patents

Abstract

【課題】歯車基材の歯部を樹脂層で覆った場合でも標準歯車として用いることができる歯車、および該歯車を用いた歯車機構を提供すること。
【解決手段】歯車機構１００において、歯車１は、銅被覆鉄粉などの金属粉体を圧縮成形した圧粉体を焼結してなる歯車状の歯車基材１１と、この歯車基材１１の少なくとも歯部１１ｂの表面を覆う樹脂層１２とによって構成されており、歯車基材１１の歯部１１ｂは、標準歯車を製造する際の設計値よりも樹脂層１２の膜厚分だけ小さく形成されている。このため、歯車１は、歯車基材１１の歯部１１ｂを樹脂層１２で覆った状態において標準歯車として構成される。別の標準歯車２０は、少なくとも歯部２０ｂの表面が樹脂により形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、歯車基材の少なくとも歯部が樹脂層で覆われた歯車、および該歯車を用いた歯車機構に関するものである。

動力を伝達する歯車においては、歯車同士が噛み合う際、衝突音（噛み合い音）が発生する。これを防止するためには樹脂製の歯車を用いればよいが、歯車機構において、大きなトルクが加わる歯車を樹脂製とすると、強度不足が発生して歯車が破損するという問題点がある。

そこで、標準歯車に準じて製造した金属製の歯車基材の歯部に樹脂層を被覆し歯車を、樹脂層の厚さ分だけプラス転位させた転位歯車として用いることが提案されている（特許文献１参照）。
特開２００２−２６６９８６号公報

しかしながら、従来のように、樹脂層の厚さ分だけプラス転位させた歯車を用いると、歯車機構で用いる全ての歯車に転位歯車を用いる必要があり、標準歯車を用いた場合に比して歯車機構のコストが増大するという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、歯車基材の歯部を樹脂層で覆った場合でも標準歯車として用いることができる歯車、および該歯車を用いた歯車機構を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、歯車形状を備えた歯車基材の少なくとも歯部が樹脂層で覆われた歯車において、前記歯車基材は、金属粉体を圧縮成形した圧粉体を焼結してなる焼結体であり、当該歯車基材の歯部は、標準歯車を製造する際の設計値よりも前記樹脂層の膜厚分だけ小さく形成されていることを特徴とする。本願明細書において「標準歯車（standard gear、x-zero gear）」とは、歯車の属する基準ラックの歯面を、その歯車の歯面に接するように重ねたとき、基準ピッチ円とデータム線とが接するような歯車であり、転位係数が０で、通常、基準ピッチ円上の円弧歯厚が基準ピッチの１／２であり、Ｘ−０歯車とも称せられる。

本発明に係る歯車は、歯車形状を備えた歯車基材の少なくとも歯部が樹脂層で覆われた構造になっているので、当該歯車を用いた歯車機構では、歯同士の衝突音（噛み合い音）の発生を防止することができる。また、歯車基材の歯部は、標準歯車を製造する際の設計値よりも樹脂層の膜厚分だけ小さく形成されているため、歯車形状を備えた歯車基材の歯部を樹脂層で覆った状態において、本発明に係る歯車は標準歯車として構成される。それ故、本発明に係る歯車を用いた歯車機構では、標準歯車を用いることができるので、転位歯車を用いた場合と比較して、歯車機構を安価に構成することができる。さらに、歯車基材は焼結体であり、かかる焼結体であれば、任意のサイズに歯車基材を形成することができるので、歯車基材の歯部が樹脂層で覆われた標準歯車を安価に構造することができる。すなわち、金属ブランクをホブカッターで歯加工した場合には、歯車基材の時点で標準歯車になっており、歯車基材の歯部を樹脂層で覆うと、転位歯車になってしまうので、標準歯車を製造するには、ホブカッターで歯加工した後、二次加工により寸法調整が必要になるが、本発明によれば、かかる二次加工が不要であり、歯車基材の歯部が樹脂層で覆われた標準歯車を安価に構造することができる。しかも、金属ブランクを加工してなる歯車と比較して、焼結体を用いた歯車であれば、樹脂製の歯車以上の強度を得ることができる。

本発明において、前記樹脂層は、均等な厚さに形成されていることが好ましい。このように構成すると、歯車基材の歯部を、標準歯車を製造する際の設計値よりも一様に小さく形成すればよいので、歯車基材の設計が容易であり、かつ、歯車基材の歯部を樹脂層で覆った場合でも、寸法精度の高い標準歯車を得ることができる。

本発明において、前記樹脂層の厚さは、５μｍから４０μｍであることが好ましく、前記樹脂層の厚さが１０μｍから２５μｍである場合には特に好ましい。樹脂層が薄すぎる場合には、十分な静音効果を得ることができなくなるので、前記樹脂層の厚さの下限を５μｍとすることが好ましく、かかる下限を１０μｍとすればさらに好ましい。また、樹脂層が厚い場合には、厚さにばらつきが発生しやすく、歯車の寸法精度が低下するので、前記樹脂層の厚さの上限を４０μｍとすることが好ましく、かかる上限を２５μｍとすればさらに好ましい。

本発明において、前記樹脂層は、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、およびウレタン樹脂のいずれかを主体としているものを用いることができる。

本発明において、前記樹脂層は、弾性を有していることが好ましい。このような材質の樹脂層であれば、優れた静音効果を得ることができる。

本発明において、前記樹脂層は、電着塗装または吹付塗装によって形成されてなる構成を採用することができる。

本発明を適用した歯車が、該歯車と噛合する別の標準歯車とともに歯車機構を構成する場合、前記別の標準歯車は、少なくとも歯部の表面が樹脂により形成されていることが好ましい。このように構成すると、優れた静音効果を得ることができる。また、歯車基材の歯部が樹脂層で覆われた歯車の場合、かかる歯車と噛合する歯車の歯が金属製であると、樹脂層の損傷が発生しやすくなるが、本発明を適用した歯車と噛合する別の標準歯車の歯部の表面が樹脂である場合には、樹脂層の損傷を防止することができる。

本発明における歯車は、歯車形状を備えた歯車基材の少なくとも歯部が樹脂層で覆われた構造になっているので、当該歯車を用いた歯車機構では、歯同士の衝突音（噛み合い音）の発生を防止することができる。また、歯車基材の歯部は、標準歯車を製造する際の設計値よりも樹脂層の膜厚分だけ小さく形成されているため、歯車形状を備えた歯車基材の歯部を樹脂層で覆った状態において、本発明に係る歯車は標準歯車として構成される。それ故、本発明に係る歯車を用いた歯車機構では、標準歯車を用いることができるので、転位歯車を用いた場合と比較して、歯車機構を安価に構成することができる。さらに、歯車基材は焼結体であり、かかる焼結体であれば、任意のサイズに歯車基材を形成することができるので、歯車基材の歯部が樹脂層で覆われた標準歯車を安価に構造することができる。さらにまた、焼結体を用いた歯車であれば、樹脂製の歯車以上の強度を得ることができる。

図面を参照して、本発明を適用した歯車について説明する。

（歯車の構成）
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、本発明を適用した歯車の平面図、断面図、および歯車の歯部を拡大して示す説明図である。なお、図１（ｃ）においては、樹脂層の厚さを誇張して表現している。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明を適用した歯車１は、円筒体の外周面において周方向に複数の歯部１０を形成してなる標準平歯車であり、別の標準歯車２０と噛合して歯車機構１００を構成している。本形態において、図１（ａ）には、モジュール、歯数、および圧力角が各々、０．４ｍｍ、１８、および２０°の歯車１を例示してある。

かかる歯車１は、図１（ｃ）に示すように、銅被覆鉄粉などの金属粉体を圧縮成形した圧粉体を焼結してなる歯車状の歯車基材１１（焼結体）と、この歯車基材１１の少なくとも歯部１１ｂの表面を覆う樹脂層１２とによって構成されている。

本形態において、樹脂層１２は、歯車基材１１の円筒部分１１ａの外周面の全体に均等な厚さに形成されており、その厚さは５μｍから４０μｍが好ましく、１０μｍから２５μｍがさらに好ましい。樹脂層１２は、歯車基材１１の貫通穴を除く全面（歯車基材１１の外周面および両端面）に形成されることもある。

樹脂層１２は、弾性を有する樹脂によって構成されており、このような樹脂材料としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、およびウレタン樹脂等を挙げることができる。樹脂層１２には、潤滑性を改良して静音効果をさらに高めることを目的に、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＭｏＳ_２（二硫化モリブデン）、グラファイト等の粉体状の固形潤滑材が配合されることもある。樹脂層１２に用いる樹脂材料において、エポキシ樹脂およびポリイミド樹脂は、ウレタン樹脂に比較して、弾性という面では低いが、硬度が高い分、摺動性や強度面で優れている。これに対して、ウレタン樹脂は、エポキシ樹脂およびポリイミド樹脂に比較して、弾性に優れており、優れた静音効果を発揮する。なお、ウレタン樹脂は、エポキシ樹脂およびポリイミド樹脂に比較して、硬度が低いが、樹脂層１２は薄いため、変形や強度の面で問題となることはない。

このように構成した歯車１において、本形態では、歯車基材１１の歯部１１ｂが、標準歯車を製造する際の設計値よりも樹脂層１２の膜厚分だけ小さく形成されている。このため、本形態の歯車１は、歯車基材１１の歯部１１ｂを樹脂層１２で覆った状態において標準歯車として構成される。従って、本形態の歯車機構１００では、歯車１に噛合する別の歯車に標準歯車２０を用いることができ、歯車１と標準歯車２０とは、モジュール、歯厚、歯末のたけ（基準円から歯先の長さ）などが同一であり、基準円同同士が接するように噛み合っている。

本形態において、別の標準歯車２０は、少なくとも歯部２０ｂの表面が樹脂により形成されており、かかる標準歯車２０としては、全体がＰＯＭ（ポリアセタール樹脂）などの樹脂材料で構成されている歯車や、歯車１と同様、標準歯車を製造する際の設計値よりも樹脂層の膜厚分だけ小さな歯部を備えた焼結体（歯車基材）と、この歯車基材の少なくとも歯部の表面を覆う樹脂層とを備えた歯車を用いることができる。

（歯車の製造方法）
本形態の歯車１を製造する際は、まず、銅被覆鉄粉などの金属粉体を金型内で圧縮成形して歯車形状の圧粉体を形成した後、圧粉体を焼結して、複数の歯部１１ｂを備えた歯車基材１１を得る。なお、焼結後、歯車基材１１に対して５００〜６００℃の水蒸気を用いてスチーム処理を施して鉄を酸化させ、歯車基材１１の耐食性や耐摩耗性を向上させる後処理を行なうこともある。

かかる歯車基材１１を形成する際、本形態では、歯車基材１１の歯部１１ｂを、標準歯車を製造する際の設計値よりも樹脂層１２の膜厚分だけ小さくするような金型を用いて圧粉体を形成する。

次に、歯車基材１１の外周面に対して、電着塗装または吹付塗装を行なって、歯車基材１１の歯部１１ｂの表面に、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂等からなる樹脂層１２を一様な厚さに形成する。かかる樹脂層１２の厚さは、好ましくは５μｍから４０μｍ、さらに好ましくは１０μｍから２５μｍである。なお、歯車基材１１の外周面に電着塗装または吹付塗装を行なう際、樹脂材料が内部に浸透することを防止するために、目潰し加工などを行なってもよい。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の歯車１は、歯車形状を備えた歯車基材１１の少なくとも歯部１１ｂが樹脂層１２で覆われた構造になっているので、歯車１を用いた歯車機構１０では、歯同士の衝突音（噛み合い音）の発生を防止することができる。

また、歯車基材１１の歯部１１ｂは、標準歯車を製造する際の設計値よりも樹脂層１２の膜厚分だけ小さく形成されているため、歯車形状を備えた歯車基材１１の歯部１１ｂを樹脂層で覆った状態において、歯車１は標準歯車として構成される。それ故、本形態の歯車１を用いた歯車機構１００では、それに噛合する歯車として標準歯車２０を用いることができるので、転位歯車を用いた場合と比較して、歯車機構１００を安価に構成することができる。

さらに、歯車基材１１は焼結体であり、かかる焼結体であれば、任意のサイズに歯車基材１１を形成することができるので、歯車基材１１の歯部１１ｂが樹脂層１２で覆われた標準歯車を安価に構造することができる。すなわち、金属ブランクをホブカッターで歯加工した場合には、歯車基材の時点で標準歯車になっており、歯車基材の歯部を樹脂層で覆うと、転位歯車になってしまうので、標準歯車を製造する際、ホブカッターで歯加工した後、歯車基材に二次加工が必要になるが、本形態によれば、かかる二次加工が不要であり、歯車基材１１の歯部１１ｂが樹脂層１２で覆われた標準歯車（歯車１）を安価に構造することができる。

しかも、金属ブランクを加工してなる歯車と比較して、焼結体を用いた歯車１であれば、樹脂製の歯車以上の強度を得ることができる。

また、樹脂層１２は、均等な厚さに形成されているため、歯車基材１１の歯部１１ｂを、標準歯車を製造する際の設計値よりも一様に小さく形成すればよいので、歯車基材１１の設計が容易であり、かつ、歯車基材１１の歯部１１ｂを樹脂層１２で覆った場合でも、寸法精度の高い歯車１（標準歯車）を得ることができる。

さらに、本形態の歯車機構１００において、別の標準歯車２０は、少なくとも歯部２０ｂの表面が樹脂により形成されている歯車を用いたので、優れた静音効果を得ることができる。また、歯車１と噛合する標準歯車２０の歯部２０ｂが金属製であると、歯車１の樹脂層１２に損傷が発生しやすくなるが、標準歯車２０の歯部２０ｂの表面が樹脂である場合には、樹脂層１２の損傷を防止することができる。

さらにまた、本形態において、樹脂層１２の厚さは、５μｍから４０μｍ、さらに好ましくは１０μｍから２５μｍに設定してあるので、歯車１の寸法精度が高く、かつ、十分な静音効果を得ることができるなどの効果を奏する。

すなわち、歯車１において樹脂層１２の膜厚を０、５、１０、１５、２０、２５、３０、および３５μｍに設定した場合における摺動性、噛み合い音の防止効果（静音効果）、および精度を評価したところ、表１に示す結果を得た。なお、表１において、「○」は特性が良好であることを意味し、「△」は特性がやや良好であることを意味し、「×」は特性が良好でないことを意味する。

表１に示すように、本形態の歯車１において、樹脂層１２の厚さを５μｍ以上とすれば優れた摺動性を得ることができる。

また、樹脂層１２の厚さを５μｍ以上に設定すれば、良好な静音効果が得られるとともに、樹脂層１２の厚さを１０μｍ以上に設定すれば、さらに良好な静音効果が得られる。それ故、前記樹脂層の厚さの下限を５μｍとすることが好ましく、かかる下限を１０μｍとすればさらに好ましい。

また、樹脂層１２が厚い場合には、厚さにばらつきが発生しやすく、歯車の寸法精度が低下するので、樹脂層１２の厚さの上限を好ましくは４０μｍ、さらに好ましくは３５μｍとすることが好ましく、かかる上限を２５μｍとすればさらに好ましい。

（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、本発明を適用した歯車の平面図、断面図、および歯車の歯部の拡大図である。

符号の説明

１ 歯車
１０ 歯部
１１ 歯車基材
１１ｂ 歯車基材の歯部
１２ 樹脂層
２０ 別の標準歯車
１００ 歯車機構

Claims (8)

1. 歯車形状を備えた歯車基材の少なくとも歯部が樹脂層で覆われた歯車において、
   前記歯車基材は、金属粉体を圧縮成形した圧粉体を焼結してなる焼結体であり、
   当該歯車基材の歯部は、標準歯車を製造する際の設計値よりも前記樹脂層の膜厚分だけ小さく形成されていることを特徴とする歯車。
2. 前記樹脂層は、均等な厚さに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の歯車。
3. 前記樹脂層の厚さは、５μｍから４０μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の歯車。
4. 前記樹脂層の厚さは、１０μｍから２５μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の歯車。
5. 前記樹脂層は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、およびウレタン樹脂のいずれかを主体としていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の歯車。
6. 前記樹脂層は、弾性を有していることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の歯車。
7. 前記樹脂層は、電着塗装または吹付塗装によって形成されてなることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の歯車。
8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載の歯車と、該歯車と噛合する別の標準歯車とを有する歯車機構において、
   前記別の標準歯車は、少なくとも歯部の表面が樹脂により形成されていることを特徴とする歯車機構。