JP2013170659A - 歯車の製造方法、歯車、減速装置及びロボット - Google Patents

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

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。

特開２００１−１３１６１０号公報 特開平７−６２４０７号公報

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。

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。

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。

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。

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。

第１の実施形態にかかわる歯車の構造を示す模式正面図。 歯車の製造方法を示すフローチャート。 歯車の製造方法を説明するための模式図。 歯車の製造方法を説明するための模式図。 第２の実施形態にかかわる歯車の製造方法を示すフローチャート。 歯車の製造方法を説明するための模式図。 第３の実施形態にかかわる歯車の寸法を説明する為の模式図。 実施例にかかわる歯車を製造する製造条件を説明するための図。 歯車を製造する製造条件を説明するための図。 実施結果を説明するための図。 実施結果を説明するための図。 第４の実施形態にかかわる減速装置の構成を示す模式側断面図。 ロボットの構造を示す模式正面図。 双腕ロボットの構造を示す模式正面図。

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。

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。

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。

（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。

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。

（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。

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）

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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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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