JP2013170659A - 歯車の製造方法、歯車、減速装置及びロボット - Google Patents
歯車の製造方法、歯車、減速装置及びロボット Download PDFInfo
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Abstract
【課題】歯形精度の良い歯車を生産性良く製造する方法を提供する。
【解決手段】芯部2の外周に歯を備えた歯部を有する歯車の製造方法にかかわり、芯部2の外周に樹脂膜10を形成し、芯部2を第3成形金型11及び第4成形金型12に挿入し、第3成形金型11及び第4成形金型12に粉末射出成形材料14を射出成形して芯部2と一体化された成形体を形成し、成形体を脱脂し焼結する。
【選択図】図3
【解決手段】芯部2の外周に歯を備えた歯部を有する歯車の製造方法にかかわり、芯部2の外周に樹脂膜10を形成し、芯部2を第3成形金型11及び第4成形金型12に挿入し、第3成形金型11及び第4成形金型12に粉末射出成形材料14を射出成形して芯部2と一体化された成形体を形成し、成形体を脱脂し焼結する。
【選択図】図3
Description
本発明は、歯車の製造方法、歯車、減速装置及びロボットに関するものである。
歯車の製造には歯を切削加工する方法が主流であるが、複数の歯を個別に形成するので生産性が良くない。そこで、生産性良く歯車を形成する方法が特許文献1に開示されている。これによると、鉄系粉末を圧縮して焼き固めた後、熱処理と転造形成とを組み合わせて歯を形成していた。
他にも、特許文献2に開示されている方法では金属粉末と有機物を混合した材料を射出成形あるいは加圧成形している。そして、得られた成形体を脱脂し焼結して鍛造していた。
粉末を圧縮形成する方法では、歯の内部の密度が低くなるので機械的強度が小さくなる。そして、熱処理と転造を組み合わせる工程は複雑であり生産性が良くない。また、金属粉末と有機物を混合した材料を射出成形する方法は焼結後の収縮が大きいので精度の良い歯車を形成するのが難しい。そこで、歯形精度の良い歯車を生産性良く製造する方法が求められていた。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
[適用例1]
本適用例にかかる歯車の製造方法は、歯を備えた歯部を芯部の外周に有する歯車の製造方法であって、前記芯部の材料の外周に樹脂膜を形成し、前記芯部の材料を射出成形金型に挿入し、前記射出成形金型に粉末射出成形材料を射出成形して前記芯部の材料と前記歯部の材料とが一体化された成形体を形成し、前記成形体を脱脂し焼結することを特徴とする。
本適用例にかかる歯車の製造方法は、歯を備えた歯部を芯部の外周に有する歯車の製造方法であって、前記芯部の材料の外周に樹脂膜を形成し、前記芯部の材料を射出成形金型に挿入し、前記射出成形金型に粉末射出成形材料を射出成形して前記芯部の材料と前記歯部の材料とが一体化された成形体を形成し、前記成形体を脱脂し焼結することを特徴とする。
本適用例によれば、芯部の材料の外周に樹脂膜を形成する。そして、樹脂膜を覆って粉末射出成形材料が配置されることにより成形体が形成される。従って、成形体において粉末射出成形材料が占める場所と芯部の材料との間には樹脂膜が配置される。そして、脱脂して焼結するとき粉末射出成形材料の一部が分解除去され成形体は収縮する。一方、樹脂膜も分解除去されるので、樹脂膜が占めていた場所には歯部が位置する。従って、成形体が収縮しても樹脂膜が除去されることにより成形体の内部応力が緩和される為、歯部にはクラックが入らず品質良く形成することができる。そして、歯部を射出成形して形成することから精度の良い歯車を生産性良く製造することができる。
[適用例2]
上記適用例にかかる歯車の製造方法において、前記芯部の材料は圧粉成形金型を用いて圧粉成形材料を圧縮した圧粉成形体であり、前記成形体を脱脂し焼結するときに前記圧粉成形体を脱脂し焼結することにより前記芯部が形成されることを特徴とする。
上記適用例にかかる歯車の製造方法において、前記芯部の材料は圧粉成形金型を用いて圧粉成形材料を圧縮した圧粉成形体であり、前記成形体を脱脂し焼結するときに前記圧粉成形体を脱脂し焼結することにより前記芯部が形成されることを特徴とする。
本適用例によれば、圧粉成形体は圧粉成形材料が圧縮されて形成されている。そして、成形体を脱脂し焼結する工程にて圧粉成形体が脱脂され焼結されることにより芯部が形成される。このとき、成形体が収縮するとともに、圧粉成形体も収縮する。従って、成形体の内部応力が緩和される為、歯部にクラックが入り難くすることができる。
[適用例3]
上記適用例にかかる歯車の製造方法において、単独焼結した後の前記芯部の外径をDpとし、単独焼結した後の前記歯部の内径をDmとするとき、0.95≦Dm/Dp≦1.0であることを特徴とする。
上記適用例にかかる歯車の製造方法において、単独焼結した後の前記芯部の外径をDpとし、単独焼結した後の前記歯部の内径をDmとするとき、0.95≦Dm/Dp≦1.0であることを特徴とする。
本適用例によれば、芯部の外径と歯部の内径との比が所定の範囲に設定されている。従って、成形体が収縮するときにも歯部に生じる内部応力を限定することができる。その結果、歯部の芯部側にクラックが入ることを確実に防止することができる。さらに、歯部が芯部を締める為、芯部と歯部とを品質よく接合させることができる。
[適用例4]
上記適用例にかかる歯車の製造方法において、前記歯部を転造または鍛造し前記歯の形状を形成することを特徴とする。
上記適用例にかかる歯車の製造方法において、前記歯部を転造または鍛造し前記歯の形状を形成することを特徴とする。
本適用例によれば、転造または鍛造して歯の形状を仕上げ形成している。従って、歯の形状精度の良い歯車を形成することができる。
[適用例5]
上記適用例にかかる歯車の製造方法において、前記歯部を硬化する熱処理を行うことを特徴とする。
上記適用例にかかる歯車の製造方法において、前記歯部を硬化する熱処理を行うことを特徴とする。
本適用例によれば、歯部を硬化する熱処理が行われている。従って、歯が磨耗し難い長寿命な歯車を形成することができる。
[適用例6]
本適用例にかかる歯車は、歯を備えた歯部を芯部の外周に有する歯車であって、前記芯部の密度が前記歯部の密度より低いことを特徴とする。
本適用例にかかる歯車は、歯を備えた歯部を芯部の外周に有する歯車であって、前記芯部の密度が前記歯部の密度より低いことを特徴とする。
本適用例によれば、歯車は芯部の密度が低く、歯部の密度が高くなっている。この歯車は次の方法にて製造できる。まず、圧粉成形材料を圧縮して芯部を形成する。次に、芯部の周囲に樹脂膜を形成する。続いて、芯部の周囲に粉末射出成形材料を射出成形する。次に、脱脂及び焼結する。以上の手順により歯車を形成することができる。従って、形状精度の良い歯車を生産性良く製造することができる。
[適用例7]
本適用例にかかる減速装置は、複数の歯車を備えた減速装置であって、前記歯車のうち少なくとも1つは上記に記載の歯車であることを特徴とする。
本適用例にかかる減速装置は、複数の歯車を備えた減速装置であって、前記歯車のうち少なくとも1つは上記に記載の歯車であることを特徴とする。
本適用例によれば、減速装置は複数の歯車を備えている。そして、歯車には上記に記載の歯車が用いられている。上記に記載の歯車は形状精度が良く生産性良く製造することができる歯車である。従って、減速装置は形状精度が良く生産性良く製造することができる歯車を備えることで、特性・信頼性に優れた減速装置とすることができる。
[適用例8]
本適用例にかかるロボットは、可動部と前記可動部を移動させる駆動部を備えたロボットであって、前記駆動部は上記に記載の減速装置を備えていることを特徴とする。
本適用例にかかるロボットは、可動部と前記可動部を移動させる駆動部を備えたロボットであって、前記駆動部は上記に記載の減速装置を備えていることを特徴とする。
本適用例によれば、ロボットは駆動部を備えている。そして、駆動部が備える減速装置には上記に記載の歯車が用いられている。上記に記載の歯車は形状精度が良く生産性良く製造することができる歯車である。従って、ロボットは形状精度が良く生産性良く製造することができる歯車を備えたロボットであり、特性・信頼性に優れたロボットとすることができる。
本実施形態では、歯車と、この歯車の製造方法の特徴的な例について、図1〜図4に従って説明する。以下、実施例について図面に従って説明する。尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。
(第1の実施形態)
第1の実施形態にかかわる歯車と製造方法について図1〜図2に従って説明する。
図1は、歯車の構造を示す模式正面図である。図1に示すように、歯車1は芯部の材料としての芯部2を備え、芯部2の周囲に歯部3を備えている。芯部2の形状は円板状であり、中央に丸孔2aが形成されている。そして、歯車1は丸孔2aに軸4を挿入して用いられる。
(第1の実施形態)
第1の実施形態にかかわる歯車と製造方法について図1〜図2に従って説明する。
図1は、歯車の構造を示す模式正面図である。図1に示すように、歯車1は芯部の材料としての芯部2を備え、芯部2の周囲に歯部3を備えている。芯部2の形状は円板状であり、中央に丸孔2aが形成されている。そして、歯車1は丸孔2aに軸4を挿入して用いられる。
丸孔2aには略四角形の第1凹部2bが設置され、軸4の表面には第2凹部4aが設置されている。そして、第1凹部2bと第2凹部4aとを合わせたときに四角の孔が形成され、この孔に角柱状のキー5が挿入される。キー5により軸4と芯部2とが固定され、軸4と芯部2とが同じ角度にて回転するようになっている。
芯部2と歯部3とは一体形成されており、芯部2と歯部3とは同じ角度にて回転するようになっている。歯部3の外周側には複数の歯3aが等間隔に設置され、一対の歯車1の間でトルクを伝達するようになっている。芯部2及び歯部3の材質は耐熱性と剛性があれば良く、例えば、セラミックや金属をもちいることができる。本実施形態では、鉄を主成分とした材料を用いている。
次に上述した歯車1の製造方法について図2〜図4にて説明する。図2は歯車の製造方法を示すフローチャートであり、図3及び図4は歯車の製造方法を説明するための模式図である。図2において、ステップS1は、樹脂膜形成工程に相当し、芯部2の周囲に樹脂膜を形成する工程である。次にステップS2に移行する。ステップS2は、射出成形工程に相当し、芯部を射出成形金型に挿入し、前記射出成形金型に粉末射出成形材料を射出成形して前記芯部と一体化された成形体を形成する工程である。次にステップS3に移行する。ステップS3は、脱脂焼結工程に相当し、成形体を脱脂し焼結した焼結体を形成する工程である。次にステップS4に移行する。ステップS4は、歯形調整工程に相当し、歯3aの形状を精度良く形成する工程である。次にステップS5に移行する。ステップS5は、熱処理工程に相当し、焼結体を硬化する工程である。
次に、図3を用いて、図2に示したステップと対応させて、製造方法を詳細に説明する。
図3(a)及び図3(b)はステップS1の樹脂膜形成工程に対応する図である。図3(a)に示すように、芯部2を用意する。芯部2は鉄板をブランキング加工して形成されている。他にも、棒材を旋盤にて切断し、ドリルにて孔を開けても良い。第1凹部2bは切削加工することにより形成することができる。
図3(a)及び図3(b)はステップS1の樹脂膜形成工程に対応する図である。図3(a)に示すように、芯部2を用意する。芯部2は鉄板をブランキング加工して形成されている。他にも、棒材を旋盤にて切断し、ドリルにて孔を開けても良い。第1凹部2bは切削加工することにより形成することができる。
次に、芯部2を射出成形金型としての第1成形金型6に挿入する。第1成形金型6は図示しない射出成形機に設置されている。第1成形金型6は丸孔2aとの間に隙間が無いように形成され、芯部2の外周2c側に空洞ができるように形成されている。そして、芯部2が設置された第1成形金型6と接触させて射出成形金型としての第2成形金型7を配置し、第2成形金型7を第1成形金型6に押圧する。第2成形金型7には芯部2の外周2cと第1成形金型6との間の空洞と連通する開口部7aが設置されている。
次に、ノズル8を開口部7aに配置する。射出成形機は加熱して溶解した射出成形材料としての樹脂膜材料9を加圧してノズル8から第1成形金型6の空洞に注入する。続いて、射出成形機は第1成形金型6及び第2成形金型7を冷却することにより樹脂膜材料9を固化する。操作者は第1成形金型6と第2成形金型7とを分離して芯部2を第1成形金型6から取り出す。第1成形金型6にはイジェクターピン6aが設置されており、イジェクターピン6aを移動することにより、芯部2を第1成形金型6から分離することができる。
その結果、図3(b)に示すように、芯部2の外周2cには樹脂膜10が形成される。樹脂膜材料9は加熱して分解する材料であれば良く特に限定されない。各種の樹脂材料を用いることができる。本実施形態では例えばポリエチレン樹脂を採用した。
図3(c)及び図4(a)はステップS2の射出成形工程に対応する図である。図3(c)に示すように、芯部2を第3成形金型11に挿入する。第3成形金型11は図示しない射出成形機に設置されている。第3成形金型11は丸孔2aとの間に隙間が無いように形成され、芯部2に形成された樹脂膜10の外周領域に空洞ができるように形成されている。そして、芯部2が設置された第3成形金型11と接触させて第4成形金型12を配置し、第4成形金型12を第3成形金型11に押圧する。第4成形金型12には樹脂膜10と第3成形金型11との間の空洞と連通する開口部12aが設置されている。
次に、ノズル13を開口部12aに配置する。射出成形機は加熱して溶解した粉末射出成形材料14を加圧してノズル13から第3成形金型11の空洞に注入する。続いて、射出成形機は第3成形金型11及び第4成形金型12を冷却することにより粉末射出成形材料14を固化する。操作者は第3成形金型11と第4成形金型12とを分離して芯部2を第3成形金型11から取り出す。第3成形金型11にはイジェクターピン11aが設置されており、イジェクターピン11aを移動することにより、芯部2を第3成形金型11から分離することができる。
その結果、図4(a)に示すように、芯部2を中心にして樹脂膜10の周囲に粉末射出成形材料14が配置された成形体15が形成される。粉末射出成形材料14は金属粉末やセラミック粉末及び有機バインダー等から構成されている。本実施形態では、例えば、粉末射出成形材料14は金属粉末と有機バインダーとから調合した。金属粉末は、低合金鋼粉末を使用した。有機バインダーにはポリエチレン、ポリスチレン、パラフィンワックス、フタル酸ジブチル等を調合した。
次に、ステップS3の脱脂焼結工程において成形体15を加熱して樹脂膜10及び粉末射出成形材料14に含まれる有機バインダーを分解除去する。加熱条件は特に限定されないが、本実施形態では、摂氏500度にて1時間の加熱を行った。尚、この工程は脱脂工程とも称する。
次に、加熱して脱脂された成形体15を更に加熱することにより金属粉末を焼結する。加熱条件は特に限定されないが、本実施形態では、摂氏1200度にて3時間の加熱を行った。その結果、図4(b)に示すように芯部2の周囲に歯部3が形成された焼結体16となる。
図4(c)はステップS4の歯形調整工程に対応する図である。図4(c)に示すように、焼結された歯部3を転造ダイス17上に載置する。次に、歯部3を転造ダイス17に押圧しながら芯部2を回転する。素材の降伏点を超えた圧力をかけることにより、歯部3は塑性され永久的に変形する。そして、歯部3の歯3aは転造ダイス17に倣った形状に歯形調整することができる。歯3aの形状を調整した焼結体16を歯形調整歯車18とする。
ステップS5の熱処理工程において、歯形調整歯車18に焼入れ焼き戻しの熱処理を行う。これにより、歯形調整歯車18を硬化させ歯車1が完成する。
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
(1)本実施形態によれば、芯部2の外周に樹脂膜10が形成され、樹脂膜10を覆って粉末射出成形材料14が配置されることにより成形体15が形成される。従って、成形体15において粉末射出成形材料14が占める場所と芯部2との間には樹脂膜10が配置される。そして、脱脂して焼結するとき粉末射出成形材料14の一部が分解除去され成形体15は収縮する。一方、樹脂膜10も分解除去されるので、樹脂膜10が占めていた場所には焼結体16が位置する。従って、成形体15が収縮しても樹脂膜10が除去されることにより成形体15の内部応力が緩和される為、焼結体16にはクラックが入らず品質良く形成することができる。そして、歯部3は射出成形して形成されることから精度の良い歯を生産性良く製造することができる。
(1)本実施形態によれば、芯部2の外周に樹脂膜10が形成され、樹脂膜10を覆って粉末射出成形材料14が配置されることにより成形体15が形成される。従って、成形体15において粉末射出成形材料14が占める場所と芯部2との間には樹脂膜10が配置される。そして、脱脂して焼結するとき粉末射出成形材料14の一部が分解除去され成形体15は収縮する。一方、樹脂膜10も分解除去されるので、樹脂膜10が占めていた場所には焼結体16が位置する。従って、成形体15が収縮しても樹脂膜10が除去されることにより成形体15の内部応力が緩和される為、焼結体16にはクラックが入らず品質良く形成することができる。そして、歯部3は射出成形して形成されることから精度の良い歯を生産性良く製造することができる。
(2)本実施形態によれば、ステップS4の歯形調整工程にて歯3aの形状を仕上げ形成している。従って、歯3aの形状精度の良い歯車1を形成することができる。
(3)本実施形態によれば、ステップS5の熱処理工程において歯形調整歯車18を硬化する熱処理が行われている。従って、歯3aが磨耗し難い長寿命な歯車1を形成することができる。
(4)本実施形態によれば、ステップS2の射出成形工程では歯部3を射出成形して形成している。そして、ステップS3の脱脂焼結工程では、複数の歯車1を同時に熱処理することができる。従って、棒状の原料から歯3aを切削加工して形成する方法に比べて同一種類の歯車1を生産性良く形成することができる。
(5)本実施形態によれば、ステップS2の射出成形工程では歯部3を射出成形して形成している。従って、歯部3を圧粉成形するときに比べて細かい金属粉を用いることができる。その結果、歯3aの焼結後の金属密度を高くすることができる。さらに、細かい形状に形成することができるので、焼結後の段階でも形状を精度良く形成することができる。
(第2の実施形態)
次に、歯車を製造する一実施形態について図5及び図6を用いて説明する。図5は歯車の製造方法を示すフローチャートであり、図6は歯車の製造方法を説明するための模式図である。本実施形態が第1の実施形態と異なるところは、芯部2を成形する方法が異なる点にある。尚、第1の実施形態と同じ点については説明を省略する。
次に、歯車を製造する一実施形態について図5及び図6を用いて説明する。図5は歯車の製造方法を示すフローチャートであり、図6は歯車の製造方法を説明するための模式図である。本実施形態が第1の実施形態と異なるところは、芯部2を成形する方法が異なる点にある。尚、第1の実施形態と同じ点については説明を省略する。
すなわち、本実施形態では、図5に示したように、ステップS1の前にステップS11が行われる。ステップS11は、圧粉成形工程に相当し、圧粉成形材料を圧粉成形して芯部を形成する工程である。次にステップS1に移行する。ステップS1〜ステップS5は第1の実施形態と同様な工程であり説明を省略する。
図6はステップS11の圧粉成形工程に対応する図である。図6(a)に示すように、ステップS11において、圧粉成形金型としての第1圧粉成形金型21及び圧粉成形金型としての第2圧粉成形金型22を用意する。第1圧粉成形金型21の形状は直方体であり、歯車1の芯部2を所定の倍率で拡大した形状の凹部21aが形成されている。そして、第2圧粉成形金型22には平面視で凹部21aと同形状の凸部22aが形成されている。そして、凸部22aは凹部21aに挿入可能になっている。
操作者は凹部21aに圧粉成形材料23を投入して凹部21aに凸部22aを挿入する。圧粉成形材料23は焼結した後で剛性がある材料であれば良く、セラミックや金属等の粉末とバインダーとを調合した材料をもちいることができる。本実施形態では、金属粉末、バインダー、黒鉛粉から構成されている。金属粉末は鉄、ニッケル、モリブデンの粉末である。バインダーの主原料はステアリン酸亜鉛となっている。
そして、第2圧粉成形金型22を第1圧粉成形金型21に押圧する。これにより、圧粉成形材料23が加圧され金属粒子同士が固着する。その結果、図6(b)に示すように圧粉成形材料23が凹部21aの形状に成形された芯部の材料としての圧粉成形体24が完成する。
図6(c)はステップS1の樹脂膜形成工程及びステップS2の射出成形工程に対応する図である。図6(c)に示すように、ステップS1において圧粉成形体24の周囲に樹脂膜10が形成される。そして、ステップS2の射出成形工程において樹脂膜10の周囲に粉末射出成形材料14が成形された成形体25が製造される。図6(d)はステップS3の脱脂焼結工程に対応する図である。図6(d)に示すように、ステップS3の脱脂焼結工程では圧粉成形体24を脱脂し焼結することにより芯部26が形成される。このとき、圧粉成形体24が収縮し、樹脂膜10が分解除去され、成形体25も収縮して歯車27が完成する。
芯部26は圧粉成形材料23を圧粉成形した後で焼結することにより形成されている。そして、歯部3は粉末射出成形材料14を射出成形した後で焼結することにより形成されている。粉末射出成形材料14は圧粉成形材料23より細かな粒子が用いられている。従って、芯部26の密度は歯部3の密度より低い状態となる。
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
(1)本実施形態によれば、圧粉成形体24は圧粉成形材料23が圧縮されて形成されている。そして、成形体25を脱脂し焼結する工程にて圧粉成形体24が脱脂され焼結されることにより芯部26が形成される。このとき、成形体25が収縮するとともに、圧粉成形体24も収縮する。また、樹脂膜10も分解除去される。従って、成形体25の内部応力が緩和される為、歯部3にクラックが入り難くすることができる。
(1)本実施形態によれば、圧粉成形体24は圧粉成形材料23が圧縮されて形成されている。そして、成形体25を脱脂し焼結する工程にて圧粉成形体24が脱脂され焼結されることにより芯部26が形成される。このとき、成形体25が収縮するとともに、圧粉成形体24も収縮する。また、樹脂膜10も分解除去される。従って、成形体25の内部応力が緩和される為、歯部3にクラックが入り難くすることができる。
(2)本実施形態によれば、芯部26は圧粉成形材料23を圧縮して形成し、芯部26の周囲には粉末射出成形材料14を射出成形した後、脱脂及び焼結することにより歯車27を形成することができる。従って、形状精度の良い歯車を生産性良く製造することができる。
(第3の実施形態)
次に、歯車を製造する一実施形態について図7を用いて説明する。図7は歯車の寸法を説明する為の模式図である。本実施形態が第2の実施形態と異なるところは、芯部2の外径と歯部3の内径の比を規定する点にある。尚、第2の実施形態と同じ点については説明を省略する。
次に、歯車を製造する一実施形態について図7を用いて説明する。図7は歯車の寸法を説明する為の模式図である。本実施形態が第2の実施形態と異なるところは、芯部2の外径と歯部3の内径の比を規定する点にある。尚、第2の実施形態と同じ点については説明を省略する。
すなわち、本実施形態では、事前に芯部2及び歯部3をそれぞれ単体にて脱脂焼結し、焼結後の芯部2の外径2dと歯部3の内径3bを計測しておく。そして、外径2dと内径3bとの比率が所定の範囲内となるように設定する。
外径2dをDpとし、内径3bをDmとする。そして、次式(1)の範囲内となるように外径2d及び内径3bを設定する。
0.95≦Dm/Dp≦1.0・・・・・式(1)
0.95≦Dm/Dp≦1.0・・・・・式(1)
Dm/Dpが0.95より小さいとき歯部3は芯部2に押されて内周側が伸長する。これにより、歯部3には亀裂が発生するので強度が弱くなる。尚、亀裂をクラックとも称す。Dm/Dpが1.0より大きいとき芯部2と歯部3との結合が不十分となる。そして、歯車1にトルクが加わるとき芯部2と歯部3との間で破損することがある。Dm/Dpが式(1)の範囲内のとき、歯車1は品質良くトルクを伝達することができる。
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
(1)本実施形態によれば、粉末射出成形材料14及び圧粉成形体24が収縮するときにも歯部3の芯部2側にクラックが入ることを確実に防止することができる。さらに、芯部2と歯部3とを品質よく接合させることができる。
(1)本実施形態によれば、粉末射出成形材料14及び圧粉成形体24が収縮するときにも歯部3の芯部2側にクラックが入ることを確実に防止することができる。さらに、芯部2と歯部3とを品質よく接合させることができる。
次に、第3の実施形態に記載の歯車の製造方法を適用した実施例について説明する。
図8及び図9は歯車を製造する製造条件を説明するための図である。図8は主に材質を示し、図9は主に熱処理条件と寸法データを示している。図10及び図11は実施結果を説明するための図である。
図8及び図9は歯車を製造する製造条件を説明するための図である。図8は主に材質を示し、図9は主に熱処理条件と寸法データを示している。図10及び図11は実施結果を説明するための図である。
図8に示すように芯部2の材料となる金属粉末はFe、Ni、Moからなる。図中Fe−2%Ni−1%MoはFeの粉末に重量%でNi粉末が2%とMo粉末が1%含まれている組成を示している。条件1〜7、条件12〜15における芯部2の材料となる金属粉末の組成はFe−2%Ni−1%Moとなっている。条件8〜11、条件16〜21における芯部2の材料となる金属粉末の組成はFe−1.5%Mo−2%Cuとなっている。
芯部2の材料となる金属粉末と黒鉛粉との重量比率は金属粉末が99.5%であり、黒鉛粉が0.5%となっている。金属粉末と黒鉛粉とが調合された粉末を原料粉末と称す。条件1〜7、条件12〜15における芯部2の材料において原料粉末とバインダーとの重量比は100対1となっている。条件8〜11、条件16〜21において芯部2の材料となる原料粉末とバインダーとの重量比は100対2となっている。このバインダーにはステアリン酸亜鉛を用いた。条件1〜7、条件12〜15における金属粉末の体積率は90%となっている。条件8〜11、条件16〜21における金属粉末の体積率は85%となっている。
歯部3の材料となる金属粉末にはSCM435及びSCM415を用いた。SCM435はFeの粉末に重量%でCr粉末が1%とMo粉末が0.2%とC粉末が0.35%含まれた組成となっている。SCM415はFeの粉末に重量%でCr粉末が1%とMo粉末が0.2%とC粉末が0.15%含まれた組成となっている。歯部3の材料となるバインダーは重量%でポリエチレン24%、ポリスチレン28%、パラフィンワックス32%、DBP(フタル酸ジブチル)16%となっている。
条件1〜7における歯部3の材料において金属粉末とバインダーとの重量比は100対6となっている。条件8〜15において歯部3の材料となる金属粉末とバインダーとの重量比は100対6.5となっている。条件16〜21において歯部3の材料となる金属粉末とバインダーとの重量比は100対7.0となっている。そして、条件1〜7における金属粉末の体積率は67%となっている。条件8〜15における金属粉末の体積率は65%となっている。さらに、条件16〜21における金属粉末の体積率は63.5%となっている。
条件1〜3、6、7、における樹脂膜10の材料はポリアセタールとなっている。条件4、5、8、9、12〜16、19〜21における樹脂膜10の材料はポリエチレンとなっている。さらに、条件10、11、における樹脂膜10の材料はポリプロピレンとなっている。条件17、18、における樹脂膜10の材料はアクリル樹脂となっている。樹脂膜10の厚さは圧粉成形体24の外径及び粉末射出成形材料14の内径の差の半分の寸法となっている。
図9において、成形体寸法の芯部外径は圧粉成形体24の外径である。条件1〜7における成形体寸法の芯部外径は20.2mmとなっている。条件8〜11における成形体寸法の芯部外径は30.6mmとなっている。条件12〜15における成形体寸法の芯部外径は30.3mmとなっている。条件16〜21における成形体寸法の芯部外径は40.8mmとなっている。
成形体寸法の歯部内径は粉末射出成形材料14の内径である。成形体寸法の中間部厚さは樹脂膜10の厚さを示している。条件1〜7における成形体寸法の歯部内径は21.2〜23.2mmであり、中間部厚さは0.5〜1.5mmとなっている。条件8〜15における成形体寸法の歯部内径は31.5〜35.9mmであり、中間部厚さは0.4〜2.8mmとなっている。条件16〜21における成形体寸法の歯部内径は42.6〜47.2mmであり、中間部厚さは0.9〜3.2mmとなっている。
脱脂工程において成形体25を脱脂する温度は各条件とも500℃であり、1時間に亘って行った。焼結工程において成形体25を焼結する温度は粉末射出成形材料14の金属粉末の種類と粉末射出成形材料14の内径によって変えてある。金属粉末がSCM415のときは金属粉末がSCM435のときより高い焼結温度に設定されている。そして、粉末射出成形材料14の内径が長い条件の方が粉末射出成形材料14の内径が短い条件のときより高い焼結温度に設定されている。
焼結体寸法(単独焼結時)は粉末射出成形材料14と圧粉成形体24とを別々に焼結した後の寸法を示す。芯部外径は芯部2の外径2dを示し、歯部内径は歯部3の内径3bを示す。そして、φDm/φDpは歯部内径を芯部外径にて除算した値を示している。
条件1〜7における芯部外径は20.0mmであり、歯部内径は18.8〜20.6mmである。そして、φDm/φDpは0.94〜1.03となっている。条件8〜15における芯部外径は30.0mmであり、歯部内径は27.6〜31.5mmである。そして、φDm/φDpは0.92〜1.05となっている。条件16〜21における芯部外径は40.0mmであり、歯部内径は37.0〜41.0mmである。そして、φDm/φDpは0.93〜1.03となっている。
歯車緒元のモジュールは各条件とも1に設定した。そして、条件1〜7における歯数は30であり、歯先円直径は32mmである。条件8〜15における歯数は40であり、歯先円直径は42mmである。条件16〜21における歯数は50であり、歯先円直径は52mmである。
以上の条件で第2の実施形態に示した工程にて加工を行った。ステップS11の圧粉成形工程〜ステップS3の脱脂焼結工程まで行った後で歯車27の検査を行った。その結果、図10に示すように、φDm/φDpが0.95〜1.0の間では良好な結果が得られた。φDm/φDpが0.95未満の条件では芯部26側の歯部3にクラックが発生した。また、φDm/φDpが1.0を超える条件では芯部26と歯部3との結合が不十分となり、トルクを加えると破壊した。
次に、ステップS4の歯形調整工程において検査結果が良好となった歯車27に転造を行った。その結果、歯車精度が4から1のレベルに上げることができた。さらに、ステップS5の熱処理工程ではガス軟窒化処理または浸炭焼入れ焼き戻し処理を行なった。その結果、歯面硬さがHRC硬さ(ロックウェル硬さ)で58から60の良好な硬度にすることができた。
図11は芯部外径及びDm/Dpに対する良否判定結果を示す図である。図11において、横軸は芯部外径を示し、縦軸はDm/Dpの比率を示している。図中の”○”は良好な結果が得られたことを示し、”×”は不具合が発生したことを示す。芯部外径が20、30、40mmの各外径において”○”はDm/Dpが0.95以上1.0以下の範囲にある。そして、”×”はDm/Dpが0.95未満及び1.0を超える範囲にある。
従って、Dm/Dpが0.95以上1.0以下の範囲に設定することにより品質良く歯車27を製造することができる。また、芯部外径は20、30、40mmにて行ったが、この範囲に限らず、芯部外径が20mm未満のとき及び40mm以上のときにも上記の条件で製造することにより品質良く歯車27を製造することができる。
(第4の実施形態)
次に、上記実施形態の歯車を備えた減速装置、この減速装置を備えたロボットについて図12〜図14を用いて説明する。図12は、減速装置の構成を示す模式側断面図である。図12に示すように、減速装置30は支持台31を備えている。支持台31には対向する場所に位置し、一対で1組となる軸受け31aが2組設置されている。そして、一対の軸受け31aを貫通して入力軸32が設置されている。入力軸32には第1歯車33が挿入され固定されている。
次に、上記実施形態の歯車を備えた減速装置、この減速装置を備えたロボットについて図12〜図14を用いて説明する。図12は、減速装置の構成を示す模式側断面図である。図12に示すように、減速装置30は支持台31を備えている。支持台31には対向する場所に位置し、一対で1組となる軸受け31aが2組設置されている。そして、一対の軸受け31aを貫通して入力軸32が設置されている。入力軸32には第1歯車33が挿入され固定されている。
もう1組の軸受け31aを貫通して出力軸34が設置されている。出力軸34には第2歯車35が挿入され固定されている。第1歯車33と第2歯車35とは噛み合っており、第2歯車35の歯数は第1歯車33より多い歯数となっている。従って、入力軸32を回転するとき、出力軸34には減速された回転速度で回転する。
第1歯車33及び第2歯車35は第1の実施形態における歯車1または第2の実施形態における歯車27が用いられている。
図13は、ロボットの構造を示す模式正面図である。図13に示すようにロボット38は、第1アーム39を備えている。そして、第1アーム39と接続して第2アーム40が設置されている。第1アーム39には駆動部としての駆動装置41が設置されている。駆動装置41はモーターとモーターの出力軸の回転速度を減速する減速装置を備えている。そして、減速装置の出力軸が第2アーム40に接続されている。そして、駆動装置41を駆動することにより第1アーム39に対して第2アーム40を水平に回動することが可能になっている。そして、駆動装置41には減速装置30が用いられている。
図14は、双腕ロボットの構造を示す模式正面図である。図14に示すようにロボットとしての双腕ロボット42は本体部43を備えている。そして、本体部43に接続して一対の腕部44が設置されている。各腕部44は肩関節部45、第1リンク46、肘関節部47、第2リンク48、手首関節部49、把持部50がこの順に設置されている。
肩関節部45、肘関節部47、手首関節部49、把持部50には駆動部としての駆動装置51がそれぞれ2つ設置されている。これにより、各部位は3次元的に動作することが可能となっている。把持部50では駆動装置51が駆動されることにより把持部50が開閉され物を掴まえることが可能になっている。双腕ロボット42が備える駆動装置51はモーターとモーターの出力軸の回転数を減速する減速装置30を備えている。
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
(1)本実施形態によれば、減速装置30は第1歯車33及び第2歯車35を備えている。そして、第1歯車33及び第2歯車35には第1の実施形態における歯車1または第2の実施形態における歯車27が用いられている。歯車1及び歯車27は形状精度が良く生産性良く製造することができる歯車である。従って、減速装置30は形状精度が良く生産性良く製造することができる歯車1または歯車27を備えた減速装置とすることができ、特性・信頼性に優れた減速装置とすることができる。
(1)本実施形態によれば、減速装置30は第1歯車33及び第2歯車35を備えている。そして、第1歯車33及び第2歯車35には第1の実施形態における歯車1または第2の実施形態における歯車27が用いられている。歯車1及び歯車27は形状精度が良く生産性良く製造することができる歯車である。従って、減速装置30は形状精度が良く生産性良く製造することができる歯車1または歯車27を備えた減速装置とすることができ、特性・信頼性に優れた減速装置とすることができる。
(2)本実施形態によれば、ロボット38が備える駆動装置41には減速装置30が設置されている。減速装置30には第1の実施形態における歯車1または第2の実施形態における歯車27が用いられている。歯車1及び歯車27は形状精度が良く生産性良く製造することができる歯車である。従って、ロボット38は形状精度が良く生産性良く製造することができる歯車1または歯車27を備えたロボットとすることができ、特性・信頼性に優れた減速装置とすることができる。
(3)本実施形態によれば、双腕ロボット42が備える駆動装置51には減速装置30が設置されている。減速装置30には第1の実施形態における歯車1または第2の実施形態における歯車27が用いられている。歯車1及び歯車27は形状精度が良く生産性良く製造することができる歯車である。従って、双腕ロボット42は形状精度が良く生産性良く製造することができる歯車1または歯車27を備えたロボットとすることができ、特性・信頼性に優れた減速装置とすることができる。
尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変更や改良を加えることも可能である。変形例を以下に述べる。
(変形例1)
前記第1の実施形態では、ステップS1の樹脂膜形成工程において樹脂膜10を射出成形して形成したが、他の方法にて形成しても良い。例えば、塗布、ディッピング、樹脂シートの接着等の各種方法を用いることができる。生産性の良い方法を選択しても良い。
(変形例1)
前記第1の実施形態では、ステップS1の樹脂膜形成工程において樹脂膜10を射出成形して形成したが、他の方法にて形成しても良い。例えば、塗布、ディッピング、樹脂シートの接着等の各種方法を用いることができる。生産性の良い方法を選択しても良い。
(変形例2)
前記第1の実施形態では、ステップS4の歯形調整工程において歯部3を転造することにより歯3aの形状精度を向上させた。歯3aの形状精度を向上するには、転造以外にも切削、ブランキング、鍛造各種方法を用いることができる。生産性の良い方法を選択しても良い。
前記第1の実施形態では、ステップS4の歯形調整工程において歯部3を転造することにより歯3aの形状精度を向上させた。歯3aの形状精度を向上するには、転造以外にも切削、ブランキング、鍛造各種方法を用いることができる。生産性の良い方法を選択しても良い。
(変形例3)
前記第1の実施形態では、ステップS4の歯形調整工程を行った。ステップS3の脱脂焼結工程において歯3aの形状が要求の精度に合う形状となるときにはステップS4を省略しても良い。工程が削減させるので、生産性良く歯車1を形成することができる。
前記第1の実施形態では、ステップS4の歯形調整工程を行った。ステップS3の脱脂焼結工程において歯3aの形状が要求の精度に合う形状となるときにはステップS4を省略しても良い。工程が削減させるので、生産性良く歯車1を形成することができる。
(変形例4)
前記第1の実施形態では、ステップS5の熱処理工程を行った。ステップS3の脱脂焼結工程において歯3aの硬度が要求の硬度に合うときにはステップS5を省略しても良い。工程が削減させるので、生産性良く歯車1を形成することができる。
前記第1の実施形態では、ステップS5の熱処理工程を行った。ステップS3の脱脂焼結工程において歯3aの硬度が要求の硬度に合うときにはステップS5を省略しても良い。工程が削減させるので、生産性良く歯車1を形成することができる。
1,27…歯車、2…芯部の材料としての芯部、3…歯部、3a…歯、6…射出成形金型としての第1成形金型、7…射出成形金型としての第2成形金型、9…射出成形材料としての樹脂膜材料、10…樹脂膜、15…成形体、21…圧粉成形金型としての第1圧粉成形金型、22…圧粉成形金型としての第2圧粉成形金型、23…圧粉成形材料、24…芯部の材料としての圧粉成形体、26…芯部、30…減速装置、38…ロボット、41,51…駆動部としての駆動装置、42…ロボットとしての双腕ロボット。
Claims (8)
- 歯を備えた歯部を芯部の外周に有する歯車の製造方法であって、
前記芯部の材料の外周に樹脂膜を形成し、
前記芯部の材料を射出成形金型に挿入し、前記射出成形金型に粉末射出成形材料を射出成形して前記芯部の材料と前記歯部の材料とが一体化された成形体を形成し、
前記成形体を脱脂し焼結することを特徴とする歯車の製造方法。 - 請求項1に記載の歯車の製造方法であって、
前記芯部の材料は圧粉成形金型を用いて圧粉成形材料を圧縮した圧粉成形体であり、
前記成形体を脱脂し焼結するときに前記圧粉成形体を脱脂し焼結することにより前記芯部が形成されることを特徴とする歯車の製造方法。 - 請求項2に記載の歯車の製造方法であって、
単独焼結した後の前記芯部の外径をDpとし、単独焼結した後の前記歯部の内径をDmとするとき、
0.95≦Dm/Dp≦1.0
であることを特徴とする歯車の製造方法。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の歯車の製造方法であって、
前記歯部を転造または鍛造し前記歯の形状を形成することを特徴とする歯車の製造方法。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の歯車の製造方法であって、
前記歯部を硬化する熱処理を行うことを特徴とする歯車の製造方法。 - 歯を備えた歯部を芯部の外周に有する歯車であって、
前記芯部の密度が前記歯部の密度より低いことを特徴とする歯車。 - 複数の歯車を備えた減速装置であって、
前記歯車のうち少なくとも1つは請求項6に記載の歯車であることを特徴とする減速装置。 - 可動部と前記可動部を移動させる駆動部を備えたロボットであって、
前記駆動部は請求項7に記載の減速装置を備えていることを特徴とするロボット。
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---|---|---|---|
JP2012036140A JP2013170659A (ja) | 2012-02-22 | 2012-02-22 | 歯車の製造方法、歯車、減速装置及びロボット |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101687357B1 (ko) * | 2015-10-14 | 2016-12-16 | 대한소결금속 주식회사 | 치형제작용 알루미늄 분말 조성물 및 상기 치형의 제조방법 |
CN107815592A (zh) * | 2017-10-26 | 2018-03-20 | 北京科技大学 | 一种发动机燃油喷嘴电磁阀磁芯的制备方法 |
-
2012
- 2012-02-22 JP JP2012036140A patent/JP2013170659A/ja active Pending
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