JP2018017302A - ギヤ、及びギヤの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ギヤの歯どうしが当たるときに生じる異音を低減させる。
【解決手段】ギヤ１００は、環状の歯車部１０と、歯車部１０を支持する環状の樹脂製の支持部２０と、支持部２０の内側に支持部２０の内周面２０ａと間隔を空けて設けられる金属製の芯部３０と、支持部２０の内周面２０ａと芯部３０の外周面３０ｂとの間に設けられ支持部２０と芯部３０とを連結する環状の連結部４０と、を備え、連結部４０は、支持部２０よりも弾性率の低い樹脂で形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ギヤ、及びギヤを製造する方法に関する。

従来、駆動軸の回転力を被駆動軸に伝達する手段としてギヤが知られている。特許文献１に開示されるギヤは、駆動軸又は被駆動軸の外周に設けられるハブと、複数の歯を外周に形成する環状の外側部と、ハブと外側部とを連結する連結部と、を有する。ハブは金属で形成され、外側部は合成樹脂で形成される。連結部は、外側部の材料よりも硬い合成樹脂で形成され、ハブと外側部との間で回転力が良好に伝達される。

米国特許出願公開第２０１０／０２０１０３０号明細書

特許文献１に開示されるギヤでは、ハブは、硬い樹脂材料で形成された連結部に接触する。そのため、ギヤの歯どうしが当たるときに生じる振動は、連結部を通じてほとんど減衰することなくハブに伝わる。そのため、ハブが振動し、異音が生じるおそれがある。

本発明は、ギヤの歯どうしが当たるときに生じる異音を低減させることを目的とする。

第１の発明は、環状の歯車部と、環状の樹脂製の支持部と、金属製の芯部と、支持部の内周面と芯部の外周面との間に設けられ支持部と芯部とを連結する環状の連結部と、を備え、連結部は、支持部よりも弾性率の低い樹脂で形成されることを特徴とする。

第１の発明では、芯部と支持部とが連結部によって連結され連結部が支持部よりも弾性率の低い樹脂で形成されるので、ギヤの歯どうしが当たるときに生じる振動は、連結部を通じて減衰しながら芯部に伝わる。したがって、芯部の振動を防止することができる。

第２の発明は、連結部が、歯車部と同じ材料で形成されることを特徴とするギヤ。

第２の発明では、歯車部が連結部と同じ材料で形成されるので、歯車部と連結部とを同じ工程で形成すればよく、歯車部と連結部とを別々の工程で形成しなくて済む。したがって、ギヤの製造における工数を削減することができる。

第３の発明は、支持部と連結部とが、軸方向に互いに接触する第１接触部を有することを特徴とする。

第３の発明では、支持部と連結部が軸方向に接触する第１接触部を有するので、支持部と連結部との軸方向への相対移動が規制される。したがって、支持部と連結部とが分離するのを防止することができる。

第４の発明は、支持部と連結部とが、周方向に互いに接触する第２接触部を有することを特徴とする。

第４の発明では、支持部と連結部が周方向に接触する第２接触部を有するので、支持部と連結部との相対回転が規制される。したがって、歯車部と芯部との間で回転力を確実に伝達させることができる。

第５の発明は、ギヤを製造する方法に係り、金型内に芯部を配置し樹脂を金型内に充填して歯車部と連結部とを成形する工程と、歯車部と連結部との間に連結部より弾性率の高い樹脂を充填して支持部を成形する工程と、を備えることを特徴とする。

第５の発明では、樹脂を金型内に充填して歯車部と連結部とを成形するので、歯車部と連結部とが同じ工程で成形される。歯車部と連結部とを別々の工程で形成しなくて済み、ギヤの製造における工数を削減することができる。

本発明によれば、ギヤの歯どうしが当たるときに生じる異音を低減させることができる。

図１は、本発明の実施形態に係るギヤの正面図であり、ウォームシャフトと噛み合った状態を示す。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 図３Ａは、歯車部の断面図であり、図２に対応して示す。 図３Ｂは、歯車部の正面図である。 図４Ａは、支持部の断面図であり、図２に対応して示す。 図４Ｂは、図４ＡのＩＶＢ−ＩＶＢに沿う断面図である。 図５Ａは、連結部の断面図であり、図２に対応して示す。 図５Ｂは、連結部の正面図である。 図６は、本発明の実施形態に係る製造方法を説明するための図であり、型に芯部を配置し樹脂材料を充填した状態を示す。 図７は、本発明の実施形態に係る製造方法を説明するための図であり、不要部を除去して歯車部及び連結部を成形した状態を示す。 図８は、本発明の実施形態に係る製造方法を説明するための図であり、歯車部と連結部との間に繊維強化樹脂材料を充填した状態を示す。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るギヤ１００について説明する。

図１に示すようにギヤ１００は、ウォーム減速機１に用いられる。ギヤ１００は、「ウォームホイール」とも呼ばれる。

ウォーム減速機１では、ギヤ１００はウォームシャフト６と噛み合う。ウォームシャフト６はモータの回転軸（不図示）に連結され、ギヤ１００は例えばピニオン（不図示）に連結される。

モータの回転に伴ってウォームシャフト６が回転すると、ギヤ１００が回転する。このとき、ウォームシャフト６の回転は、減速してギヤ１００に伝達される。ギヤ１００の回転に伴って、ピニオンが回転する。このように、ウォーム減速機１は、モータの回転をウォームシャフト６及びギヤ１００を介して減速してピニオンに伝達する。

以下において、ギヤ１００の回転軸に沿う方向を単に「軸方向」と称し、ギヤ１００の回転軸を中心とする放射方向を「径方向」と称し、ギヤ１００の回転軸の周りに沿う方向を「周方向」と称する。

ウォームシャフト６は、円柱状のシャフト本体６ａと、シャフト本体６ａの外周に螺旋状に形成されるシャフト歯６ｂと、を有する。ウォームシャフト６は、鉄合金で形成され、シャフト本体６ａとシャフト歯６ｂとは一体的に形成される。

ギヤ１００の外周には、シャフト歯６ｂと噛み合う複数のホイール歯（歯）１１が形成される。

ウォームシャフト６が所定の方向（図１に示すＤ１方向）に回転すると、ホイール歯１１がシャフト歯６ｂによって押される。その結果、ギヤ１００は、図１に示すＤ３方向に回転する。ウォームシャフト６が逆方向（図１に示すＤ２方向）に回転すると、ホイール歯１１はシャフト歯６ｂによって逆方向に押される。その結果、ギヤ１００は、図１に示すＤ４方向に回転する。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図１及び図２に示すように、ギヤ１００は、外周にホイール歯１１を有する環状の歯車部１０を備える。歯車部１０は、円環状のホイール本体１２を有し、ホイール歯１１はホイール本体１２の外周から突出する。ホイール歯１１及びホイール本体１２は樹脂からなり、型成形によって一体的に形成される。歯車部１０に用いられる樹脂としては、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）及びポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等が挙げられるが、これらに限られない。

歯車部１０の内周面１０ａには、歯車部１０を支持する環状の支持部２０が設けられる。支持部２０は、繊維強化樹脂で形成される。繊維強化樹脂は、例えば、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６、ポリアセタール、ＰＥＥＫ及びＰＰＳ等のベース樹脂に、ガラス繊維や炭素繊維等の繊維補強材を配合した材料である。

ギヤ１００では、歯車部１０に用いられる樹脂には繊維補強材が配合されておらず、歯車部１０に用いられる樹脂は、繊維強化樹脂よりも柔らかく、歯車部１０に用いられる樹脂の弾性率は、支持部２０に用いられる繊維強化樹脂の弾性率よりも低い。シャフト歯６ｂとホイール歯１１とが噛み合ったときにシャフト歯６ｂが磨耗しにくく、ウォーム減速機１の耐久性を向上させることができる。

支持部２０の内側には、支持部２０の内周面２０ａと間隔を空けて芯部３０が設けられる。芯部３０は、金属で形成される。芯部３０は環状に形成され、芯部３０の内周面３０ａにピニオンの軸（図示省略）が嵌合する。

支持部２０の内周面２０ａと芯部３０の外周面２０ｂとの間には、支持部２０と芯部３０とを連結する環状の連結部４０が設けられる。連結部４０の内周面４０ａは、芯部３０の外周面２０ｂに固着する。支持部２０の振動は、連結部４０を通じて芯部３０に伝わる。

連結部４０は、歯車部１０と同じ樹脂で形成される。具体的には、連結部４０は、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６、ポリアセタール、ＰＥＥＫ及びＰＰＳ等の樹脂で形成される。これらの樹脂には繊維補強材が配合されておらず、支持部２０に用いられる繊維強化樹脂よりも柔らかく、連結部４０に用いられる樹脂の弾性率は、支持部２０に用いられる繊維強化樹脂の弾性率よりも低い。

連結部４０が、繊維強化樹脂よりも弾性率の低い樹脂で形成されるので、シャフト歯６ｂとホイール歯１１とが当たるときに生じる振動は、支持部２０から連結部４０を通じて減衰しながら芯部３０に伝わる。したがって、芯部３０の振動を防止することができ、シャフト歯６ｂとホイール歯１１とが当たるときに生じる異音を低減させることができる。

ギヤ１００では、連結部４０は、歯車部１０と同じ材料で型成形により形成される。歯車部１０を成形する工程と同じ工程で連結部４０を成形すればよく、歯車部１０と連結部４０とを別々の工程で成形しなくて済む。したがって、ギヤ１００の製造における工数を減らすことができる。

図３Ａは、歯車部１０の断面図であり、図２に対応して示す。図３Ｂは、歯車部１０の正面図である。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、歯車部１０は、内周面１０ａから径方向内側に突出する環状突部５１ａと、環状突部５１ａから軸方向に突出する複数の棒状突部５２ａと、を有する。

図４Ａは、支持部２０の断面図であり、図２に対応して示す。図４Ｂは、図４ＡのＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿う断面図である。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、支持部２０の外周面２０ｂには周方向に延在する環状溝部５１ｂが形成され、環状溝部５１ｂの両側面には軸方向に延在する複数の穴部５２ｂが形成される。

図２に示すように、歯車部１０の環状突部５１ａは、支持部２０の環状溝部５１ｂ内に配置され、環状溝部５１ｂの側面と接触する。つまり、歯車部１０及び支持部２０には、軸方向に互いに接触する接触部が環状突部５１ａと環状溝部５１ｂとによって形成される。そのため、歯車部１０と支持部２０との軸方向への相対移動が規制される。したがって、歯車部１０と支持部２０とが分離するのを防止することができる。

歯車部１０の棒状突部５２ａは、支持部２０の穴部５２ｂ内に配置され、穴部５２ｂの側面と接触する。つまり、歯車部１０及び支持部２０には、周方向に互いに接触する接触部が棒状突部５２ａと穴部５２ｂとによって形成される。そのため、歯車部１０と支持部２０との周方向への相対回転が規制される。したがって、歯車部１０と支持部２０との間で回転力を確実に伝達させることができる。

図５Ａは、連結部４０の断面図であり、図２に対応して示す。図５Ｂは、連結部４０の正面図である。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、連結部４０は、外周面４０ｂから径方向外側に突出する環状突部５６ａと、環状突部５６ａから軸方向に突出する複数の棒状突部５７ａと、を有する。

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、支持部２０の内周面２０ａには周方向に延在する環状溝部５６ｂが形成され、環状溝部５６ｂの両側面には軸方向に延在する複数の穴部５７ｂが形成される。

図２に示すように、連結部４０の環状突部５６ａは、支持部２０の環状溝部５６ｂ内に配置され、環状溝部５６ｂの側面と接触する。つまり、連結部４０及び支持部２０には、軸方向に互いに接触する接触部（第１接触部）が環状突部５６ａと環状溝部５６ｂとによって形成される。そのため、連結部４０と支持部２０との軸方向への相対移動が規制される。したがって、連結部４０と支持部２０とが分離するのを防止することができる。

連結部４０の棒状突部５７ａは、支持部２０の穴部５７ｂ内に配置され、穴部５７ｂの側面と接触する。つまり、連結部４０及び支持部２０には、周方向に互いに接触する接触部（第２接触部）が棒状突部５７ａと穴部５７ｂとによって形成される。そのため、連結部４０と支持部２０との周方向への相対回転が規制される。したがって、連結部４０と支持部２０との間で回転力を確実に伝達させることができる。

ギヤ１００では、環状突部５１ａは、歯車部１０の全周に亘って形成され、環状溝部５１ｂは、支持部２０の全周に亘って形成される。環状突部５１ａは、周方向に部分的に形成されていてもよい。この場合、環状溝部５１ｂは、環状突部５１ａに対応して周方向に部分的に形成されていてもよい。

同様に、環状突部５６ａは、連結部４０の全周に亘って形成され、環状溝部５６ｂは、支持部２０の全周に亘って形成される。環状突部５６ａは、周方向に部分的に形成されていてもよい。この場合、環状溝部５６ｂは、環状突部５６ａに対応して周方向に部分的に形成されていてもよい。

また、ギヤ１００では、棒状突部５２ａは、環状突部５１ａの両側に設けられ、穴部５２ｂは、環状溝部５１ｂの両側面に設けられる。棒状突部５２ａは、環状突部５１ａの片側のみに設けられていてもよい。この場合、穴部５２ｂは、棒状突部５２ａに対応して環状溝部５１ｂの片側側面にのみ設けられていてもよい。

同様に、棒状突部５７ａは、環状突部５６ａの両側に設けられ、穴部５７ｂは、環状溝部５６ｂの両側面に設けられる。棒状突部５７ａは、環状突部５６ａの片側のみに設けられていてもよい。この場合、穴部５７ｂは、棒状突部５７ａに対応して環状溝部５６ｂの片側側面にのみ設けられていてもよい。

環状突部５１ａは、歯車部１０の内周面１０ａに代えて、支持部２０の外周面２０ｂに形成されていてもよい。この場合、環状溝部５１ｂは、支持部２０の外周面２０ｂに代えて、歯車部１０の内周面１０ａに形成される。

同様に、環状突部５６ａは、連結部４０の外周面４０ｂに代えて、支持部２０の内周面２０ａに形成されていてもよい。この場合、環状溝部５６ｂは、支持部２０の内周面２０ａに代えて、連結部４０の外周面４０ｂに形成される。

棒状突部５２ａは、環状突部５１ａに代えて、環状溝部５１ｂの側面に設けられていてもよい。この場合、穴部５２ｂは、環状溝部５１ｂの側面に代えて、環状突部５１ａの側面に形成される。

同様に、棒状突部５７ａは、環状突部５６ａに代えて、環状溝部５６ｂの側面に設けられていてもよい。この場合、穴部５７ｂは、環状溝部５６ｂの側面に代えて、環状突部５６ａの側面に形成される。

次に、ギヤ１００の製造方法について、図６から図８を参照して説明する。ギヤ１００は、金型に溶融材料を充填することによって製造されるが、図６から図８では、金型の図示を省略している。

まず、図６に示すように、予め成形された芯部３０を金型内に配置する。繊維補強材が配合されていない樹脂を金型内に充填し、歯車部１０及び連結部４０を成形する。このとき、芯部３０の外周面３０ｂと連結部４０の内周面４０ａとが固着する。

連結部４０には、金型のゲートに対応して樹脂部７１が形成される。歯車部１０と連結部４０とは、金型の形状に対応して形成される樹脂部７２を介して連結されている。

樹脂が固化したところで歯車部１０、連結部４０及び芯部３０を金型から取り外し、歯車部１０と連結部４０とを分離する。具体的には、図７に示すように、不要な樹脂部７１，７２を成形後の歯車部１０及び連結部４０から除去する。連結部４０と芯部３０とは固着されたままである。

次に、図８に示すように、歯車部１０と、連結部４０と、芯部３０と、を別の金型に配置する。繊維強化樹脂を金型内（歯車部１０と連結部４０との間）に充填し、支持部２０を形成する。支持部２０には、金型のゲートに対応して樹脂部７３が形成される。

繊維強化樹脂が固化したところで歯車部１０、支持部２０、連結部４０及び芯部３０を金型から取り外す。不要な樹脂部７３を支持部２０から除去することによって、ギヤ１００が完成する。

本実施形態に係る製造方法では、樹脂を金型内に充填して歯車部１０と連結部４０とを同時に成形するので、歯車部１０と連結部４０とが同じ工程で形成される。歯車部１０と連結部４０とを別々の工程で形成しなくて済み、ギヤ１００の製造における工数を削減することができる。

以上の実施形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

ギヤ１００では、繊維強化樹脂で支持部２０が形成され繊維強化樹脂よりも弾性率の低い樹脂で連結部４０が形成される。ギヤ１００のホイール歯１１がウォームシャフト６のシャフト歯６ｂ（図１参照）と当たるときに生じる振動は、支持部２０から連結部４０を通じて減衰しながら芯部３０に伝わる。したがって、芯部３０の振動を防止することができ、シャフト歯６ｂとホイール歯１１とが当たるときに生じる異音を低減させることができる。

連結部４０及び支持部２０には、軸方向に互いに接触する接触部が環状突部５６ａと環状溝部５６ｂとによって形成される。そのため、連結部４０と支持部２０との軸方向への相対移動が規制される。したがって、連結部４０と支持部２０とが分離するのを防止することができる。

連結部４０及び支持部２０には、周方向に互いに接触する接触部（第２接触部）が棒状突部５７ａと穴部５７ｂとによって形成される。そのため、連結部４０と支持部２０との周方向への相対回転が規制される。したがって、連結部４０と支持部２０との間で回転力を確実に伝達させることができる。

また、歯車部１０と連結部４０とが同じ材料で形成される。歯車部１０を成形する工程と同じ工程で連結部４０を成形すればよく、歯車部１０と連結部４０とを別々の工程で成形しなくて済む。ギヤ１００の製造における工数を減らすことができ、ギヤ１００を安価に製造することができる。

以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

本実施形態では、ギヤ１００は、外周にホイール歯１１を有する環状の歯車部１０と、歯車部１０の内周面１０ａに設けられ歯車部１０を支持する環状の樹脂製の支持部２０と、支持部２０の内側に支持部２０の内周面２０ａと間隔を空けて設けられる金属製の芯部３０と、支持部２０の内周面２０ａと芯部３０の外周面３０ｂとの間に設けられ支持部２０と芯部３０とを連結する環状の連結部４０と、を備え、連結部４０は、支持部２０よりも弾性率の低い樹脂で形成される。

この形態では、芯部３０と支持部２０とが連結部４０によって連結され連結部４０が支持部２０よりも弾性率の低い樹脂で形成されるので、ギヤ１００のホイール歯１１がウォームシャフト６のシャフト歯６ｂに当たるときに生じる振動は、連結部４０を通じて減衰しながら芯部３０に伝わる。したがって、芯部３０の振動を防止することができ、ホイール歯１１とシャフト歯６ｂとが当たるときに生じる異音を低減させることができる。

また、本実施形態では、連結部４０は、歯車部１０と同じ材料で形成される。

この形態では、歯車部１０が連結部４０と同じ材料で形成されるので、歯車部１０と連結部４０とを同じ工程で形成すればよく、歯車部１０と連結部４０とを別々の工程で形成しなくて済む。したがって、ギヤ１００の製造における工数を削減することができる。

また、本実施形態では、支持部２０と連結部４０とは、軸方向に互いに接触する環状突部５６ａ及び環状溝部５６ｂを有する。

この形態では、支持部２０と連結部４０が軸方向に接触する環状突部５６ａ及び環状溝部５６ｂを有するので、支持部２０と連結部４０との軸方向への相対移動が規制される。したがって、支持部２０と連結部４０とが分離するのを防止することができる。

また、本実施形態では、支持部２０と連結部４０とは、周方向に互いに接触する棒状突部５７ａ及び穴部５７ｂを有する。

この形態では、支持部２０と連結部４０が周方向に接触する棒状突部５７ａ及び穴部５７ｂを有するので、支持部２０と連結部４０との相対回転が規制される。したがって、歯車部１０と芯部３０との間で回転力を確実に伝達させることができる。

また、本実施形態は、ギヤ１００を製造する方法に係り、金型内に芯部３０を配置し樹脂を金型内に充填して歯車部１０と連結部４０とを成形する工程と、歯車部１０と連結部４０との間に連結部４０より弾性率の高い樹脂を充填して支持部２０を成形する工程と、を備える。

この形態では、樹脂を金型内に充填して歯車部１０と連結部４０とを成形するので、歯車部１０と連結部４０とが同じ工程で形成される。歯車部１０と連結部４０とを別々の工程で形成しなくて済み、ギヤ１００の製造における工数を削減することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体例に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、歯車部１０と連結部４０とが同じ樹脂で形成されているが、歯車部１０と連結部４０とが異なる樹脂で形成されていてもよい。

また、上記実施形態では、連結部４０が樹脂で形成されているが、連結部４０は、樹脂以外の材料、例えば、ゴムや接着剤で形成されていてもよく、支持部２０に用いられる繊維強化樹脂よりも弾性率の低い材料で形成されていればよい。

また、上記実施形態では、ウォームシャフト６と噛み合うギヤ（ウォームホイール）１００について説明したが、互いに噛み合うギヤに本発明を適用してもよい。

６・・・ウォームシャフト、６ｂ・・・シャフト歯、１０・・・歯車部、１０ａ・・・内周面、１１・・・ホイール歯（歯）、２０・・・支持部、２０ａ・・・内周面、３０・・・芯部、３０ｂ・・・外周面、４０・・・連結部、５６ａ・・・環状突部（第１接触部）、５６ｂ・・・環状溝（第１接触部）、５７ａ・・・棒状突部（第２接触部）、５７ｂ・・・穴部（第２接触部）、１００・・・ギヤ

Claims (5)

1. ギヤであって、
   外周に歯を有する環状の歯車部と、
   前記歯車部の内周面に設けられ前記歯車部を支持する環状の樹脂製の支持部と、
   前記支持部の内側に前記支持部の内周面と間隔を空けて設けられる金属製の芯部と、
   前記支持部の内周面と前記芯部の外周面との間に設けられ前記支持部と前記芯部とを連結する環状の連結部と、を備え、
   前記連結部は、前記支持部よりも弾性率の低い樹脂で形成されることを特徴とするギヤ。
2. 請求項１に記載のギヤであって、
   前記連結部は、前記歯車部と同じ材料で形成されることを特徴とするギヤ。
3. 請求項１又は２に記載のギヤであって、
   前記支持部と前記連結部とは、軸方向に互いに接触する第１接触部を有することを特徴とするギヤ。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のギヤであって、
   前記支持部と前記連結部とは、周方向に互いに接触する第２接触部を有することを特徴とするギヤ。
5. 環状の歯車部と、前記歯車部の内周面に設けられ前記歯車部を支持する環状の支持部と、前記支持部の内側に設けられる芯部と、前記支持部の内周面と前記芯部の外周面との間に設けられ前記支持部と前記芯部とを連結する環状の連結部と、を備えるギヤを製造する方法であって、
   金型内に前記芯部を配置し樹脂を前記金型内に充填して前記歯車部と前記連結部とを成形する工程と、
   前記歯車部と前記連結部との間に前記連結部より弾性率の高い樹脂を充填して前記支持部を成形する工程と、を備えることを特徴とするギヤの製造方法。

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