JP4789279B2 - Motor shaft and micro motor for micro motor - Google Patents

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Description

本発明は、各種小型装置類の駆動源として用いられるマイクロモータ用のモータシャフトと、このモータシャフトが適用されたマイクロモータ及びマイクロギヤードモータに関する。   The present invention relates to a motor shaft for a micro motor used as a drive source for various small devices, and a micro motor and a micro geared motor to which the motor shaft is applied.

従来、携帯電話に内蔵される無音呼び出し用振動発生装置の駆動源等として、外径が数mm程度のマイクロモータが用いられている。また、この種のマイクロモータは、医療機器(例えば、内視鏡先端部のレンズ駆動機構や胎空内診断治療装置の駆動機構)をはじめとする様々な最先端装置類の駆動源として、今後その利用分野が益々拡大するものと考えられる。
一般に、マイクロモータを医療機器等のような小型装置類に使用する場合、減速用ギヤ機構を有するギヤヘッドを結合したマイクロギヤードモータとして装置内に組み込まれる(例えば、特許文献1)。
特開2001−119894号公報
Conventionally, a micromotor having an outer diameter of about several millimeters has been used as a drive source for a silent ringing vibration generator built in a mobile phone. In addition, this type of micromotor will be used as a driving source for various state-of-the-art devices such as medical devices (for example, a lens driving mechanism at the distal end of an endoscope and a driving mechanism for an intrauterine diagnostic treatment apparatus). The field of use is expected to expand further.
In general, when a micromotor is used in a small device such as a medical device, it is incorporated in the device as a micro geared motor coupled with a gear head having a reduction gear mechanism (for example, Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-119894

このマイクロギヤードモータは、図6に示すように、モータシャフト22にピニオン23が固着されたモータ部20(マイクロモータ)と、このモータ部20に前記ピニオン23を介して駆動連結される減速用ギヤヘッド部21とからなる。前記ピニオン23はその取付孔(中心貫通孔)内にモータシャフト22を圧入又は接着することにより、モータシャフト22に固定されている。また、前記減速用ギヤヘッド部21には減速用ギヤ機構部24が内蔵され、その初段歯車26に前記ピニオン23が噛み合い、モータシャフト22の駆動力は減速用ギヤ機構部24を経て出力軸25に伝えられる。   As shown in FIG. 6, the micro geared motor includes a motor unit 20 (micromotor) in which a pinion 23 is fixed to a motor shaft 22, and a reduction gear head that is drivingly connected to the motor unit 20 via the pinion 23. Part 21. The pinion 23 is fixed to the motor shaft 22 by press-fitting or bonding the motor shaft 22 into the mounting hole (center through hole). The reduction gear head portion 21 includes a reduction gear mechanism portion 24, and the pinion 23 meshes with the first gear 26, and the driving force of the motor shaft 22 passes through the reduction gear mechanism portion 24 to the output shaft 25. Reportedly.

マイクロギヤードモータが適用される装置によっては、減速用ギヤ機構部による大きな減速比が必要となる場合がある。減速比は減速用ギヤ機構部側の歯車の歯数とモータシャフト側のピニオンの歯数との関係で決まり、減速用ギヤ機構部側の歯車の歯数が多いほど、また、ピニオンの歯数が少ないほど大きな減速比を得ることができる。しかし、減速用ギヤヘッド部には大きさ(径)の制約があるため、減速用ギア機構部側の歯車の歯数を増やすことには限度があり、一方において、上述したような構造の従来のマイクロギヤードモータでは、ピニオン径を小さくして歯数を少なくすることにも限度がある。このため従来のマイクロギヤードモータでは、十分に大きな減速比が得られないという問題がある。   Depending on the device to which the micro geared motor is applied, a large reduction ratio by the reduction gear mechanism may be required. The reduction ratio is determined by the relationship between the number of gear teeth on the reduction gear mechanism side and the number of pinion teeth on the motor shaft side, and the more gear teeth on the reduction gear mechanism side, the more the number of pinion teeth. The smaller the ratio, the larger the reduction ratio can be obtained. However, since there is a restriction on the size (diameter) of the reduction gear head part, there is a limit to increasing the number of gear teeth on the reduction gear mechanism part side. In the micro geared motor, there is a limit to reducing the number of teeth by reducing the pinion diameter. For this reason, the conventional micro geared motor has a problem that a sufficiently large reduction ratio cannot be obtained.

また、従来のマイクロモータでは、ピニオンが接着や圧入等の方法でモータシャフトに接合されるが、この接合構造には次のような問題がある。
(a) 極小サイズのピニオンとモータシャフトとを接着又は圧入するための工程が必要であるため、コストアップとなるだけでなく、繰り返し運転により接合部が緩み、ピニオンスリップなどの不具合が生じることがある。
(b) 極小サイズのものどうしの接合であるため、モータシャフトとピニオンの同軸度の確保が難しく、このためピニオンと減速用ギヤ機構部側の初段歯車との良好な噛み合い状態が得られないことがあり、モータの故障や騒音発生の原因となりやすい。
In the conventional micromotor, the pinion is joined to the motor shaft by a method such as adhesion or press fitting. However, this joining structure has the following problems.
(a) Since a process for adhering or press-fitting an extremely small pinion and a motor shaft is required, not only will the cost be increased, but the joint may loosen due to repeated operation, causing problems such as pinion slip. is there.
(b) Because the joints are of extremely small size, it is difficult to ensure the coaxiality of the motor shaft and the pinion, and therefore a good meshing state between the pinion and the first gear on the reduction gear mechanism side cannot be obtained. There is a tendency to cause motor failure and noise generation.

また、マイクロモータのモータシャフト用のピニオンには高い寸法精度が要求されるとともに、破損や摩耗を生じにくい優れた耐久性を確保するために高強度・高硬度であることが求められ、また、製造が容易であることも重要な要素である。しかし、金属素材を放電加工や切削加工することにより、或いはプレス成形や転造成形などの塑性加工を行うことにより得られる従来のピニオンは、それらの諸要求を十分に満足し得るものではない。   In addition, the pinion for the motor shaft of the micromotor is required to have high dimensional accuracy, high strength and high hardness in order to ensure excellent durability that is resistant to breakage and wear, Easy manufacturing is also an important factor. However, a conventional pinion obtained by subjecting a metal material to electrical discharge machining or cutting, or performing plastic working such as press molding or rolling molding cannot sufficiently satisfy these various requirements.

したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、減速用ギヤ機構により大きな減速比を得ることができるとともに、モータシャフトとピニオンとの高い同軸度を確保できること、ピニオンスリップなどの不具合を生じることがないこと、ピニオンの高い寸法精度が確保できること、高度の耐久性が得られること、製造が容易であること、などの諸要求をすべて十分に満足し得るマイクロモータ用のモータシャフトを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、そのようなモータシャフトを用いたマイクロモータ及びマイクロギヤードモータを提供することにある。
Therefore, the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, to obtain a large reduction ratio by the reduction gear mechanism, to ensure a high degree of coaxiality between the motor shaft and the pinion, a pinion slip, etc. Motor for micro motors that can fully satisfy all the requirements such as the absence of defects, high pinion dimensional accuracy, high durability, easy manufacturing, etc. To provide a shaft.
Another object of the present invention is to provide a micro motor and a micro geared motor using such a motor shaft.

先に述べたように、マイクロギヤードモータにおいて大きな減速比を得ようとする場合、モータの大きさ(径)の制約上、減速用ギヤ機構部側の歯車径を大きくして歯数を増やすことはできない。そこで、本発明者らは、モータシャフトのピニオンを小径化するという観点から詳細な検討を行い、その際に、ピニオンを取付孔を介してモータシャフトに接合するという旧来の構造に対して、モータシャフトそのものにピニオンを一体的に形成(成形)することによりピニオンを極限的に小径化する、すなわちシャフト径以下のピニオン径にするという着想を得た。しかし、従来の当業者の技術常識からして、そのようにピニオンをモータシャフト径以下まで小径化したような構造では、ピニオンの強度が著しく不足し、モータトルクによる負荷によってピニオン(=モータシャフトの一部)の破損や疲労破壊が頻発することが予想された。ところが、本発明者らが実際に同構造のマイクロギヤードモータを試作し、繰り返し運転試験を行ったところ、当初の予想に全く反し、ピニオンに強度不足による破損や繰り返し荷重の負荷による疲労破壊が生じるようなことはなく、実用上殆ど問題がない耐久性が得られることが判明した。これは、マイクロギヤードモータは一般のモータや他の小型モータに較べてモータトルクが非常に小さい(通常、数μNm〜数百μNm程度)ために、シャフト径以下のピニオンであってもモータトルクに対して十分な強度を有するためであると考えられ、従来全く知られていなかったマイクロギヤードモータに特有の性能である。
また、本発明者らがピニオンを一体化した上記モータシャフトの材質について検討した結果、少なくともピニオン部分をガラス質金属組織を主体とするガラス質基合金で構成することにより、高い寸法精度と特に優れた耐久性が得られることが判った。
As described above, when a large reduction ratio is to be obtained in a micro geared motor, the gear diameter on the speed reduction gear mechanism side is increased to increase the number of teeth due to restrictions on the size (diameter) of the motor. I can't. Therefore, the present inventors have made a detailed study from the viewpoint of reducing the diameter of the pinion of the motor shaft, and at that time, compared with the conventional structure in which the pinion is joined to the motor shaft through the mounting hole, The idea was that the pinion was made extremely small by forming (molding) the pinion integrally with the shaft itself, that is, having a pinion diameter equal to or smaller than the shaft diameter. However, according to the conventional technical knowledge of those skilled in the art, in such a structure in which the pinion is made smaller than the motor shaft diameter, the pinion strength is extremely insufficient, and the pinion (= motor shaft (Part) damage and fatigue failure were expected to occur frequently. However, when the inventors actually produced a micro geared motor with the same structure and conducted a repeated operation test, the pinion was completely damaged due to insufficient strength or fatigue failure due to repeated load. It was found that durability with almost no problem in practical use was obtained. This is because a micro geared motor has a much smaller motor torque than a general motor or other small motors (usually several μNm to several hundred μNm), so even a pinion having a shaft diameter or less is not affected by the motor torque. It is thought that this is because of having sufficient strength, and is a performance specific to a micro geared motor that has not been known at all.
In addition, as a result of studying the material of the motor shaft with which the pinion is integrated by the present inventors, at least the pinion part is composed of a vitreous base alloy mainly composed of a vitreous metal structure, and thus, it is particularly excellent in high dimensional accuracy and It was found that durability was obtained.

本発明は、以上のような着想と知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
(1)シャフトの先端側に、シャフトの外径以下の外径を有するピニオンが一体的に形成されるとともに、該シャフトのうち少なくともピニオン部分が、ガラス質金属組織を体積率で50%以上含むガラス質基合金からなることを特徴とするマイクロモータ用のモータシャフト。
(2)上記(1)のモータシャフトにおいて、シャフト全体がガラス質基合金からなることを特徴とするマイクロモータ用のモータシャフト。
The present invention has been made on the basis of the above idea and knowledge, and the gist thereof is as follows.
(1) A pinion having an outer diameter equal to or smaller than the outer diameter of the shaft is integrally formed on the distal end side of the shaft, and at least the pinion portion of the shaft includes a glassy metal structure at a volume ratio of 50% or more. A motor shaft for a micromotor, comprising a glassy base alloy.
(2) A motor shaft for a micromotor, characterized in that in the motor shaft of (1) above, the entire shaft is made of a vitreous base alloy.

(3)上記(1)又は(2)のモータシャフトにおいて、シャフトの少なくともピニオン部分を含む先端側部分がガラス質基合金からなり、該先端側部分が接合されたシャフト本体部分が結晶質金属材からなることを特徴とするマイクロモータ用のモータシャフト。
(4)上記(3)のモータシャフトにおいて、シャフト本体部分に接して、先端側部分を鋳造することにより成形することを特徴とするマイクロモータ用のモータシャフト。
(5)上記(1)〜(4)のいずれかのモータシャフトにおいて、少なくともピニオン部分は、ビッカース硬度Hv500以上、引張強度1500MPa以上のうちの少なくとも一方を満足することを特徴とするマイクロモータ用のモータシャフト。
(3) In the motor shaft according to (1) or (2) above, at least a tip side portion including a pinion portion of the shaft is made of a vitreous base alloy, and a shaft main body portion to which the tip side portion is joined is a crystalline metal material. A motor shaft for a micromotor, comprising:
(4) A motor shaft for a micromotor, wherein the motor shaft according to (3) is formed by casting a tip side portion in contact with a shaft main body portion.
(5) In the motor shaft according to any one of (1) to (4), at least the pinion portion satisfies at least one of Vickers hardness Hv500 or more and tensile strength 1500 MPa or more. Motor shaft.

(6)上記(1)〜(5)のいずれかのモータシャフトにおいて、少なくともピニオン部分は、表面粗度Ryが2μm以下であることを特徴とするマイクロモータ用のモータシャフト。
(7)上記(1)〜(6)のいずれかのモータシャフトにおいて、シャフトの外径が1mm以下であることを特徴とするマイクロモータ用のモータシャフト。
(8)上記(1)〜(7)のいずれかのモータシャフトを有することを特徴とするマイクロモータ。
(9)上記(8)のマイクロモータにおいて、外径が4mm以下であることを特徴とするマイクロモータ。
(6) A motor shaft for a micromotor, wherein the surface roughness Ry of at least the pinion portion is 2 μm or less in any of the motor shafts of the above (1) to (5).
(7) A motor shaft for a micromotor, wherein the motor shaft of any one of (1) to (6) above has an outer diameter of 1 mm or less.
(8) A micromotor comprising the motor shaft according to any one of (1) to (7) above.
(9) The micromotor according to (8), wherein the outer diameter is 4 mm or less.

(10)上記(8)又は(9)のマイクロモータで構成されるモータ部と、該モータ部に、モータシャフトに形成されたピニオンを介して駆動連結される減速用ギヤヘッド部とを備えることを特徴とするマイクロギヤードモータ。
(11)上記(10)のマイクロギヤードモータにおいて、モータ部のモータシャフトに形成されたピニオンと減速用ギヤヘッド部の第1段目の減速用歯車との間の減速比が5以上となるように、前記ピニオンと減速用歯車の歯数が設定されることを特徴とするマイクロギヤードモータ。
(12)上記(10)又は(11)のマイクロギヤードモータにおいて、モータ部がブラシレスモータであり、減速用ギヤヘッド部の減速用ギヤ機構が遊星歯車減速機構であることを特徴とするマイクロギヤードモータ。
(13)上記(10)〜(12)のいずれかのマイクロギヤードモータにおいて、外径が4mm以下であることを特徴とするマイクロギヤードモータ。
(10) A motor unit including the micro motor of (8) or (9) above, and a reduction gear head unit that is drivingly connected to the motor unit via a pinion formed on the motor shaft. A featured micro geared motor.
(11) In the micro geared motor of (10), the reduction ratio between the pinion formed on the motor shaft of the motor unit and the first reduction gear of the reduction gear head unit is 5 or more. The number of teeth of the pinion and the reduction gear is set.
(12) The micro geared motor according to (10) or (11), wherein the motor portion is a brushless motor, and the speed reduction gear mechanism of the speed reduction gear head portion is a planetary gear speed reduction mechanism.
(13) The micro geared motor according to any one of (10) to (12), wherein the outer diameter is 4 mm or less.

本発明に係るマイクロモータ用のモータシャフト及びこれを適用したマイクロモータ並びにマイクロギヤードモータによれば、ピニオンを十分に小径化できるため、減速用ギヤ機構により大きな減速比を得ることができる。また、モータシャフトそのものにピニオンを一体的に形成するため、モータシャフトとピニオンとの高い同軸度を確保でき、このため故障が少なく長寿命であって且つ騒音発生の少ないモータとすることができ、しかもピニオンスリップなどの不具合を生じることもない。また、接着や圧入等によるピニオンの接合工程も不要であるため、製造工数と製造コストを削減できる利点もある。さらに、少なくともピニオン部分がガラス質基合金で構成されるため、ピニオン部分を高い寸法精度と耐久性を備えたものとすることができる。   According to the motor shaft for a micromotor according to the present invention, and the micromotor and the micro geared motor to which the motor shaft is applied, the pinion can be sufficiently reduced in diameter, so that a large reduction ratio can be obtained by the reduction gear mechanism. In addition, since the pinion is integrally formed on the motor shaft itself, a high degree of coaxiality between the motor shaft and the pinion can be ensured, so that a motor with less failure and longer life and less noise generation can be obtained. In addition, problems such as pinion slip do not occur. In addition, there is an advantage that the number of manufacturing steps and the manufacturing cost can be reduced because a pinion bonding process by bonding, press fitting, or the like is unnecessary. Furthermore, since at least the pinion portion is made of a vitreous base alloy, the pinion portion can be provided with high dimensional accuracy and durability.

図1及び図2は本発明のモータシャフト及びこれが適用されたマイクロギヤードモータの一実施形態を示すもので、図1は縦断面図、図2は図1中のII−II線に沿う断面図である。
図において、1はマイクロモータで構成されるモータ部、2はこのモータ部1にモータシャフトのピニオンを介して駆動連結される減速用ギヤヘッド部である。なお、この実施形態において減速用ギヤヘッド部2を設けないものが、本発明のマイクロモータである。
1 and 2 show an embodiment of a motor shaft of the present invention and a micro geared motor to which the motor shaft is applied. FIG. 1 is a longitudinal sectional view, and FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. It is.
In the figure, reference numeral 1 denotes a motor unit composed of a micro motor, and 2 denotes a reduction gear head unit that is connected to the motor unit 1 through a pinion of a motor shaft. In this embodiment, the micromotor of the present invention is not provided with the reduction gear head portion 2.

本発明において、前記モータ部1を構成するマイクロモータの機構は任意であり、例えば、コアレスモータ、ブラシレスモータ等とすることができるが、本実施形態ではブラシレスモータにより構成されている。すなわち、モータ部1は、ハウジング3Aと、モータシャフト用の軸受4a,4bと、この軸受4a,4bに回転自在に保持されるモータシャフト5と、軸受4a,4b間のモータシャフト部分に外装固定されるローターマグネット6と、このローターマグネット6に対向してハウジング3Aの内側に固定されるステータコイル7等から構成されており、このような構造自体は従来のマイクロギヤードモータと同様である。   In the present invention, the mechanism of the micromotor that constitutes the motor unit 1 is arbitrary. For example, a coreless motor, a brushless motor, or the like can be used. In this embodiment, the micromotor is configured by a brushless motor. That is, the motor unit 1 is externally fixed to the motor shaft portion between the housing 3A, the motor shaft bearings 4a and 4b, the motor shaft 5 rotatably held by the bearings 4a and 4b, and the bearings 4a and 4b. And a stator coil 7 which is fixed to the inside of the housing 3A so as to face the rotor magnet 6, and the structure itself is the same as that of a conventional micro geared motor.

前記モータシャフト5の先端部には、モータシャフト5の外径以下の外径を有するピニオン8が一体的に形成(成形)されている。このモータシャフト5のうち、少なくともピニオン部分はガラス質金属組織を体積率で50%以上含むガラス質基合金で構成される。具体的には、モータシャフト全体を上記ガラス質基合金で構成してもよいし、また、モータシャフトの少なくともピニオン部分を含む先端側部分をガラス質基合金で構成し、この先端側部分が接合されたシャフト本体部分を鋼材などの結晶質金属材で構成してもよい。
なお、ピニオン8はモータシャフト5の先端側に形成されるが、その位置はモータシャフト5の最先端部でなくてもよい。
A pinion 8 having an outer diameter equal to or smaller than the outer diameter of the motor shaft 5 is integrally formed (formed) at the tip of the motor shaft 5. Of this motor shaft 5, at least the pinion portion is composed of a vitreous base alloy containing a vitreous metal structure at a volume ratio of 50% or more. Specifically, the entire motor shaft may be made of the glassy base alloy, or the tip side portion including at least the pinion portion of the motor shaft is made of a glassy base alloy, and the tip side portion is joined. The formed shaft main body portion may be made of a crystalline metal material such as a steel material.
The pinion 8 is formed on the tip end side of the motor shaft 5, but the position thereof does not have to be the most distal portion of the motor shaft 5.

図3(a)〜(e)は、モータシャフトの種々の構造例を示している。
これらのうち図3(a)のモータシャフト5は、ピニオン8を含むシャフト全体をガラス質基合金で構成したものである。このようなモータシャフト5は、例えば、溶融金属の精密射出技術を利用した鋳造成形により製造することができる。また、ガラス質基合金の丸棒の先端にホブ加工などの切削加工や転造加工等を施すことにより成形することもできる。このようにピニオン8をモータシャフト5そのものを切削加工や転造加工して形成する場合には、ガラス質基合金の丸棒からなるシャフト用部材をセンタレス加工して外径寸法精度と面粗さを調整した後、その先端部に切削加工又は転造加工等によってピニオン8を形成(成形)し、次いで、熱処理、バレル研磨処理等の工程を経てピニオン8を備えたモータシャフト5に仕上げられる。図4は、モータシャフト5の先端をホブ加工してピニオン8を成形したものを示しており、図中Pで示す範囲が実質的なピニオン部分である。
3A to 3E show various structural examples of the motor shaft.
Among these, the motor shaft 5 in FIG. 3A is configured by constituting the entire shaft including the pinion 8 with a vitreous base alloy. Such a motor shaft 5 can be manufactured, for example, by casting using a precision injection technique of molten metal. Moreover, it can also shape | mold by giving cutting processing, rolling processing, etc., such as hobbing, to the front-end | tip of the round bar of a vitreous base alloy. In this way, when the pinion 8 is formed by cutting or rolling the motor shaft 5 itself, the shaft member made of a glass-based alloy round bar is centerless processed to obtain the outer diameter dimensional accuracy and surface roughness. After the adjustment, the pinion 8 is formed (formed) by cutting or rolling at the tip, and then the motor shaft 5 provided with the pinion 8 is finished through processes such as heat treatment and barrel polishing. FIG. 4 shows the pinion 8 formed by hobbing the tip of the motor shaft 5, and the range indicated by P in the drawing is a substantial pinion portion.

図3(b)のモータシャフト5は、ピニオン8のみをガラス質基合金で構成し、それ以外のシャフト本体部分50を鋼材(例えば、ステンレス鋼)などの結晶質金属材で構成したものである。この図3(b)のモータシャフト5では、シャフト本体部分50の先端の異形孔501にピニオン8(ピニオン部分)の後端の異形小径部80が嵌め込まれた構造となっている。
また、図3(c)〜(e)のモータシャフト5は、ピニオン8を含むシャフト先端側部分51をガラス質基合金で構成し、それ以外のシャフト本体部分52を鋼材(例えば、ステンレス鋼)などの結晶質金属材で構成したものである。この例では、軸受4aで支持される部分を含めたシャフト先端側部分51がガラス質基合金で構成されている。ここで、図3(c)のモータシャフト5は、シャフト先端側部分51の後端の孔510にシャフト本体部分52の先端の小径部520が嵌め込まれた構造であり、図3(d)のモータシャフト5は、シャフト先端側部分51の後端の異形孔511にシャフト本体部分52の先端の異形小径部521が嵌め込まれた構造であり、図3(e)のモータシャフト5は、シャフト本体部分52の先端の異形孔522にシャフト先端側部分51の後端の異形小径部512が嵌め込まれた構造である。
In the motor shaft 5 of FIG. 3B, only the pinion 8 is made of a vitreous base alloy, and the other shaft body portion 50 is made of a crystalline metal material such as a steel material (for example, stainless steel). . The motor shaft 5 in FIG. 3B has a structure in which a deformed small-diameter portion 80 at the rear end of the pinion 8 (pinion portion) is fitted into the deformed hole 501 at the tip of the shaft main body portion 50.
3 (c) to 3 (e), the shaft tip side portion 51 including the pinion 8 is made of a vitreous base alloy, and the other shaft main body portion 52 is made of a steel material (for example, stainless steel). It is composed of a crystalline metal material such as In this example, the shaft front end portion 51 including the portion supported by the bearing 4a is made of a vitreous base alloy. Here, the motor shaft 5 in FIG. 3C has a structure in which the small diameter portion 520 at the tip of the shaft main body portion 52 is fitted in the hole 510 at the rear end of the shaft tip side portion 51, as shown in FIG. The motor shaft 5 has a structure in which a modified small-diameter portion 521 at the front end of the shaft main body portion 52 is fitted into a modified hole 511 at the rear end of the shaft front end portion 51. The motor shaft 5 in FIG. This is a structure in which a modified small-diameter portion 512 at the rear end of the shaft distal end portion 51 is fitted into the modified hole 522 at the distal end of the portion 52.

一般的には、図3(b)〜(e)の構造のモータシャフト5は、シャフト本体部分50,52に接してピニオン8又はシャフト先端側部分51を鋳造することにより製造される。また、これらのなかで図3(c),(d)のモータシャフト5では、シャフト先端側部分51の後半部分又は後端部分がシャフト本体部分52の先端の小径部520又は異形小径部521を鋳ぐるむようにしてシャフト先端側部分51が鋳造され、この鋳ぐるみ部によりシャフト先端側部分51・シャフト本体部分52間での強固な接合構造が得られる。また、図3(b),(e)のモータシャフト5では、ピニオン8又はシャフト先端側部分51の後端部分がシャフト本体部分50,52の先端の異形孔501,522内に鋳込まれるようにしてピニオン8又はシャフト先端側部分51が鋳造され、この鋳込み部によりピニオン8・シャフト本体部分50間又はシャフト先端側部分51・シャフト本体部分52間での強固な接合構造が得られる。   Generally, the motor shaft 5 having the structure shown in FIGS. 3B to 3E is manufactured by casting the pinion 8 or the shaft tip side portion 51 in contact with the shaft main body portions 50 and 52. Among these, in the motor shaft 5 shown in FIGS. 3C and 3D, the rear half portion or the rear end portion of the shaft front end portion 51 has the small diameter portion 520 or the deformed small diameter portion 521 at the front end of the shaft body portion 52. The shaft tip side portion 51 is cast as if it is cast, and a strong joint structure between the shaft tip side portion 51 and the shaft body portion 52 is obtained by this cast portion. 3B and 3E, the pinion 8 or the rear end portion of the shaft front end portion 51 is cast into the deformed holes 501 and 522 at the front ends of the shaft main body portions 50 and 52. Thus, the pinion 8 or the shaft front end portion 51 is cast, and a strong joint structure between the pinion 8 and the shaft main body portion 50 or between the shaft front end portion 51 and the shaft main body portion 52 is obtained by this casting portion.

図5は、図3(a)〜(e)に示すようなモータシャフト5を、その全体又は一部を鋳造することにより製造する方法の具体例を示したものであり、17は鋳型を構成する固定型、18は同じく可動型である。前記固定型17はシャフト本体部分を鋳込むための鋳込み空間又は予め製作されたシャフト本体部分を収納保持するための挿入孔を有し、一方、前記可動型18はピニオン又はピニオンを含むシャフト先端側部分を鋳込むための鋳込み空間を有しており、この可動型18は固定型17に対してモータシャフト軸方向で移動可能となっている。本発明のモータシャフトはシャフトの外径以下の外径のピニオンが一体的に形成されるので、鋳造完了後は可動型18をモータシャフト軸方向に移動させて鋳造体を引き抜くことができ、バリの少ないモータシャフトを容易に製造することができる。   FIG. 5 shows a specific example of a method for manufacturing the motor shaft 5 as shown in FIGS. 3 (a) to 3 (e) by casting the whole or a part thereof, and 17 is a mold. The fixed type 18 is also a movable type. The fixed mold 17 has a casting space for casting a shaft main body part or an insertion hole for storing and holding a pre-manufactured shaft main body part, while the movable mold 18 is a pinion or a shaft front end side including a pinion. A casting space for casting a portion is provided, and the movable die 18 is movable with respect to the fixed die 17 in the motor shaft axial direction. Since the motor shaft of the present invention is integrally formed with a pinion having an outer diameter equal to or less than the outer diameter of the shaft, the cast body can be pulled out by moving the movable die 18 in the axial direction of the motor shaft after the casting is completed. A motor shaft with a small amount can be easily manufactured.

図5(a)は、図3(a)に示すようなモータシャフトを得るために、モータシャフト全体を一体に鋳造する場合を示しており、固定型17にはシャフト本体部分用の鋳込み空間170が、また、可動型18にはシャフト先端側部分用の鋳込み空間180がそれぞれ形成され、両型17,18を組み付けることによりモータシャフト全体の鋳込み空間が構成される。可動型18の下面には鋳込み空間に通じる湯道181が形成されている。この実施形態では、両型17,18により構成される鋳込み空間内に湯道181を通じて湯(溶融金属)が供給され、モータシャフト5が一体的に鋳造される。鋳造されたモータシャフト5に連なるランナー(湯道181内の凝固金属)は後に除去される。   FIG. 5A shows a case where the entire motor shaft is integrally cast in order to obtain the motor shaft as shown in FIG. 3A, and the fixed mold 17 has a casting space 170 for the shaft main body portion. However, a casting space 180 for the shaft tip side portion is formed in the movable mold 18, and the casting space of the entire motor shaft is configured by assembling both molds 17 and 18. A runner 181 leading to the casting space is formed on the lower surface of the movable mold 18. In this embodiment, hot water (molten metal) is supplied through a runner 181 into a casting space constituted by both molds 17 and 18, and the motor shaft 5 is integrally cast. The runner (solidified metal in the runner 181) connected to the cast motor shaft 5 is removed later.

図5(b)は、図3(b)に示すようなモータシャフト5を得るために、シャフト本体部分50に対してピニオン8を鋳造する場合を示しており、固定型17にはシャフト本体部分50を保持するための挿入孔171が形成され、また、可動型18にはピニオン用の鋳込み空間180が形成されている。また、この可動型18の下面には鋳込み空間180に通じる湯道181が形成されている。この実施形態では、固定型17の挿入孔171に、製作済みのシャフト本体部分50を挿入した後、可動型18を組み付け、シャフト本体部分50の上方にピニオン用の鋳込み空間180を位置させる。この状態で、鋳込み空間180内に湯道181を通じて湯(溶融金属)が供給され、シャフト本体部分50の先端にピニオン8が鋳造される。鋳造されたピニオン8に連なるランナー(湯道181内の凝固金属)は後に除去される。なお、通常、シャフト本体部分50の先端には、図3(b)に示すような接合構造を得るための孔や小径部(図示せず)が設けられる。   FIG. 5B shows a case where the pinion 8 is cast on the shaft body portion 50 in order to obtain the motor shaft 5 as shown in FIG. An insertion hole 171 for holding 50 is formed, and a casting space 180 for a pinion is formed in the movable die 18. In addition, a runner 181 leading to the casting space 180 is formed on the lower surface of the movable mold 18. In this embodiment, after inserting the manufactured shaft main body portion 50 into the insertion hole 171 of the fixed die 17, the movable die 18 is assembled, and the pinion casting space 180 is positioned above the shaft main body portion 50. In this state, hot water (molten metal) is supplied into the casting space 180 through the runner 181, and the pinion 8 is cast at the tip of the shaft body portion 50. The runner (solidified metal in the runner 181) connected to the cast pinion 8 is removed later. Normally, the tip of the shaft main body portion 50 is provided with a hole or a small diameter portion (not shown) for obtaining a joining structure as shown in FIG.

図5(c)は、図3(c)〜(e)に示すようなモータシャフト5を得るために、シャフト本体部分52に対してシャフト先端側部分51を鋳造する場合を示しており、固定型17にはシャフト本体部分52を保持するための挿入孔171が形成され、また、可動型18にはシャフト先端側部分用の鋳込み空間180が形成されている。また、この可動型18の下面には鋳込み空間180に通じる湯道181が形成されている。この実施形態では、固定型17の挿入孔171に、製作済みのシャフト本体部分52を挿入した後、可動型18を組み付け、シャフト本体部分52の上方にシャフト先端側部分用の鋳込み空間180を位置させる。この状態で、鋳込み空間180内に湯道181を通じて湯(溶融金属)が供給され、シャフト本体部分52の先端にシャフト先端側部分51が鋳造される。鋳造されたシャフト本体部分52に連なるランナー(湯道181内の凝固金属)は後に除去される。なお、通常、シャフト本体部分52の先端には、図3(c)〜(e)に示すような接合構造を得るための孔や小径部(図示せず)が設けられる。   FIG. 5C shows a case where the shaft tip side portion 51 is cast with respect to the shaft main body portion 52 in order to obtain the motor shaft 5 as shown in FIGS. The mold 17 is formed with an insertion hole 171 for holding the shaft body portion 52, and the movable mold 18 is formed with a casting space 180 for the shaft tip side portion. In addition, a runner 181 leading to the casting space 180 is formed on the lower surface of the movable mold 18. In this embodiment, after inserting the manufactured shaft body portion 52 into the insertion hole 171 of the fixed die 17, the movable die 18 is assembled, and the casting space 180 for the shaft tip side portion is positioned above the shaft body portion 52. Let In this state, hot water (molten metal) is supplied into the casting space 180 through the runner 181, and the shaft distal end portion 51 is cast at the distal end of the shaft main body portion 52. The runner (solidified metal in the runner 181) connected to the cast shaft main body portion 52 is later removed. Normally, the tip of the shaft main body 52 is provided with a hole or a small diameter portion (not shown) for obtaining a joining structure as shown in FIGS.

先に述べたように、一般的なサイズのモータや小型モータのなかでもマイクロモータよりも大きいモータは相応のモータトルクを有するため、ピニオン径をあまり小さくすると歯の部分に大きな応力が加わるため、破損や疲労破壊が容易に生じてしまう。これに対して、一般に外径が4mm以下であるマイクロモータの場合には、モータトルクが数μNm〜数百μNmと非常に小さく、仮にロックして最大負荷を加えた場合でも、ピニオンの歯の部分の破損や繰り返し荷重による疲労破壊が生じ難いことが判った。そして、本発明のように、少なくともピニオン部分をガラス質基合金で構成することにより、ピニオンの歯の部分の破損や疲労破壊が特に生じ難くなることが判った。ちなみに、本発明者らが試作した直径2mmのマイクロモータのモータトルクは7μNmであった。   As mentioned earlier, motors larger than micro motors among general size motors and small motors have a corresponding motor torque, so if the pinion diameter is made too small, a large stress is applied to the tooth part. Breakage and fatigue failure can easily occur. In contrast, in the case of a micromotor having an outer diameter of 4 mm or less in general, the motor torque is as small as several μNm to several hundred μNm, and even if the maximum load is applied by locking, the pinion teeth It was found that fatigue damage due to partial breakage and repeated loading is unlikely to occur. And it turned out that it becomes hard to produce especially the damage of the tooth | gear part of a pinion, and fatigue failure by comprising at least a pinion part with a vitreous base alloy like this invention. Incidentally, the motor torque of the 2 mm diameter micromotor that the inventors made as a prototype was 7 μNm.

本発明において、ピニオン8の外径をモータシャフト5の外径以下とするのは、言うまでもなくピニオンを小径化して大きな減速比を得るためであるが、モータシャフト5そのものを切削加工や転造加工等で加工してピニオン8を形成する場合においては、ピニオン8の外径をモータシャフト5の外径以下とすることは、以下のようなメリットもある。すなわち、ピニオン外径をモータシャフト外径より大きくする場合には、ピニオン形成前のブランク状態のモータシャフトは、直径の異なる段付きの棒形状となり、特に切削加工されたモータシャフトの外径精度と面粗さを高精度に仕上げることが難しくなる。これに対して、ピニオン外径がモータシャフト外径よりも小さければ、ピニオン形成前のブランク状態のモータシャフトは段付きのない丸棒形状となり、センタレス加工を行うことでモータシャフトの外径精度と面粗さが高精度に仕上げられる。そして、このようにセンタレス加工されたモータシャフトにピニオンを加工し、熱処理、バレル研磨処理等の工程を経てピニオン8を有するモータシャフト5が仕上げられる。   In the present invention, the outer diameter of the pinion 8 is set to be equal to or smaller than the outer diameter of the motor shaft 5 in order to obtain a large reduction ratio by reducing the diameter of the pinion, but the motor shaft 5 itself is cut or rolled. In the case where the pinion 8 is formed by processing, etc., setting the outer diameter of the pinion 8 to be equal to or smaller than the outer diameter of the motor shaft 5 has the following advantages. That is, when the pinion outer diameter is made larger than the motor shaft outer diameter, the motor shaft in the blank state before the pinion is formed into a stepped bar shape with a different diameter, and in particular the outer diameter accuracy of the machined motor shaft. It becomes difficult to finish the surface roughness with high accuracy. On the other hand, if the pinion outer diameter is smaller than the motor shaft outer diameter, the motor shaft in the blank state before the pinion is formed into a round bar shape without a step, and by performing centerless processing, the outer diameter accuracy of the motor shaft is increased. Surface roughness is finished with high accuracy. Then, the pinion is processed on the motor shaft processed in this way, and the motor shaft 5 having the pinion 8 is finished through processes such as heat treatment and barrel polishing.

また、モータシャフトに一体形成されるピニオンの外径がモータシャフトの外径より大きい場合には、モータシャフトを軸受(ギヤヘッド側)に前方側から通した状態でローターマグネットを接着剤等によって固着しなければならないが、軸受が介在されている状態であると、モータシャフトとローターマグネットを高精度な位置関係で固着することが難しく、また接着剤がはみ出した場合、拭き取る工程も難しくなる。この点、ピニオン8の外径がモータシャフト5の外径より小さい本発明の場合には、予めモータシャフト5とローターマグネット6を固着することができるため、高精度で容易な組立が可能となる。   If the outer diameter of the pinion formed integrally with the motor shaft is larger than the outer diameter of the motor shaft, the rotor magnet is fixed with an adhesive or the like while the motor shaft is passed through the bearing (gearhead side) from the front side. However, if the bearing is interposed, it is difficult to fix the motor shaft and the rotor magnet in a highly accurate positional relationship, and if the adhesive protrudes, the wiping process becomes difficult. In this regard, in the case of the present invention in which the outer diameter of the pinion 8 is smaller than the outer diameter of the motor shaft 5, the motor shaft 5 and the rotor magnet 6 can be fixed in advance, so that high-accuracy and easy assembly is possible. .

次に、モータシャフトのうち少なくともピニオン部分を構成するガラス質基合金について説明する。
ガラス質金属組織を有するガラス質基合金により構成されるピニオン部分(以下、単に「ピニオン」という)は、高い強度・硬度と表面平滑性を有している。しかし、ガラス質金属組織の体積率が50%未満では、このような特性が十分に得られないため、本発明ではガラス質基合金中のガラス質金属組織の体積率は50%以上とする。
ピニオンを構成するガラス質基合金は、ガラス質金属組織中に粒径が100nm以下のナノ結晶粒が混在した金属組織を有するものであってもよい。一般に、ガラス質基合金のガラス質組織中に結晶が含まれると、同合金が備える高強度などの機械的性質が低下する傾向があるが、ガラス質金属組織の体積率が50%以上であれば、機械的性質の低下はほとんど認められない。
但し、結晶粒の粒径が100nmを超えるとピニオンの表面粗度(表面平滑性)に悪影響を与えてしまうので、ガラス質金属組織のマトリックス中に混在する結晶粒の粒径は100nm以下であることが望ましい。一方、優れた靭性及び展性を有する結晶粒がガラス質金属組織のマトリックス中に混在する場合には、機械的性質が向上することが知られており、この場合の結晶粒の粒径は20nm以下であることがより好ましい。
Next, the vitreous base alloy constituting at least the pinion portion of the motor shaft will be described.
A pinion portion (hereinafter simply referred to as “pinion”) composed of a vitreous base alloy having a vitreous metal structure has high strength / hardness and surface smoothness. However, when the volume ratio of the vitreous metal structure is less than 50%, such characteristics cannot be sufficiently obtained. Therefore, in the present invention, the volume ratio of the vitreous metal structure in the vitreous base alloy is set to 50% or more.
The vitreous base alloy constituting the pinion may have a metallic structure in which nanocrystalline grains having a particle diameter of 100 nm or less are mixed in a vitreous metallic structure. In general, when crystals are contained in the vitreous structure of a vitreous base alloy, the mechanical properties such as high strength of the alloy tend to be reduced, but the volume fraction of the vitreous metal structure is 50% or more. For example, almost no deterioration in mechanical properties is observed.
However, if the grain size of the crystal grains exceeds 100 nm, the surface roughness (surface smoothness) of the pinion is adversely affected. Therefore, the grain size of the crystal grains mixed in the matrix of the vitreous metal structure is 100 nm or less. It is desirable. On the other hand, it is known that when crystal grains having excellent toughness and malleability are mixed in a glassy metal structure matrix, the mechanical properties are improved. In this case, the grain size of the crystal grains is 20 nm. The following is more preferable.

また、ピニオンを構成するガラス質基合金としては、特に以下のような組成を有する合金、すなわち、Fe,Co,Ni,Cu,Ti,Zr,Hfなどの元素の1種以上を主成分とする3元系又は4元系以上の組成を有するガラス質基合金を用いることが好ましい。このようなガラス質基合金は、XRDパターンがハローパターン、すなわちブロードなピークを示す一定の規則性を持たない無秩序な組織から形成されていることが特徴であり、このガラス質基合金を用いることにより、工具鋼に匹敵する機械的性質(特に強度・硬度)を備え、且つ優れた加工性、表面平滑性、動的特性を備えたピニオンを得ることができる。   The vitreous base alloy constituting the pinion is an alloy having the following composition in particular, that is, one or more elements such as Fe, Co, Ni, Cu, Ti, Zr, and Hf as a main component. It is preferable to use a glassy base alloy having a ternary system or a quaternary system or higher composition. Such a glassy base alloy is characterized in that the XRD pattern is formed of a disordered structure having a halo pattern, that is, a broad peak and having no regularity, and this glassy base alloy is used. Thus, a pinion having mechanical properties (particularly strength and hardness) comparable to tool steel and excellent workability, surface smoothness, and dynamic characteristics can be obtained.

(イ)M100−nTM(但し、Mは、Fe,Co,Ni,Cu,Ti,Zr,Hfの中から選ばれる1種又は2種以上の元素からなり、TMは、Cr,Mo,Nb,Al,Sn,Bの中から選ばれる1種又は2種以上の元素を1原子%以上含み、残部が3族,4族,5族,6族,8族,9族,10族及び11族の遷移金属元素(但し、Cr,Mo,Nb及びMに適用した元素を除く)、13族,14族及び15族の典型元素(但し、Al,Sn,Bを除く)の中から選ばれる1種又は2種以上の元素からなり、100−n,nはM,TMの各々の原子%を表し、nは5原子%以上50原子%以下である。)で示される組成を有するガラス質基合金。
上記(イ)の合金組成において、nが5原子%未満ではガラス質金属組織を形成することが困難であり、一方、nが50原子%を超えてもガラス質金属組織を形成することは可能であるが、強度・硬度の低下や寸法精度の低下が生じやすくなる。また、TMとして、Fe,Co,Ni,Cu,Ti,Zr,Hfの中から選ばれる1種又は2種以上の元素を含有させることにより、結晶化による無秩序構造の秩序化が抑制され、より熱的に安定な信頼性の高いピニオン得ることが可能となる。
(B) M 100-n TM n (where M is one or more elements selected from Fe, Co, Ni, Cu, Ti, Zr, Hf, and TM is Cr, Mo , Nb, Al, Sn, B, containing 1 atomic% or more of one or more elements selected from the group consisting of Group 3, 4, 5, 6, 8, 9, 9, And 11 group transition metal elements (except for elements applied to Cr, Mo, Nb and M), 13 group, 14 group and 15 group typical elements (however, excluding Al, Sn, B) It is composed of one or two or more elements selected, and 100-n, n represents each atomic% of M and TM, and n is 5 atomic% to 50 atomic%. Glassy base alloy.
In the alloy composition of (a) above, it is difficult to form a vitreous metal structure if n is less than 5 atomic%, while it is possible to form a vitreous metal structure even if n exceeds 50 atomic%. However, the strength / hardness and dimensional accuracy are liable to decrease. In addition, by including one or more elements selected from Fe, Co, Ni, Cu, Ti, Zr, and Hf as TM, ordering of the disordered structure due to crystallization is suppressed, and more A highly stable pinion that is thermally stable can be obtained.

(ロ)CuTiM1100−p−q(但し、M1は、Hf,Zr,鉄族元素,白金族元素,Ag,Au,Al,Sn,Znの中から選ばれる1種又は2種以上の元素からなり、p,q,100−p−qはCu,Ti,M1の各々の原子%を表し、pは50原子%以上65原子%以下、qは2原子%以上20原子%以下である。)で示される組成を有するガラス質基合金。
上記(ロ)の組成(Cuを主成分とする組成)を有するガラス質基合金は、1800MPa以上の引張強度と3.5%を超える非常に大きな伸び歪みを示し、高強度で且つ破壊耐性に著しく優れている。この(ロ)の合金組成において、pが50原子%未満では強度及び硬度が低下し、一方、65原子%を超えると優れた破壊耐性が得られない。また、qが2原子%未満では伸び歪み限界が低下し、一方、20原子%を超えると優れた表面平滑性が得られ難くなる。また、特に優れた破壊耐性を得るためには、M1としてHf及び/又はZrを10原子%以上40原子%以下、より好ましくは20原子%以上35原子%以下含有することが望ましい。
(B) Cu p Ti q M1 100-pq (where M1 is one or two selected from Hf, Zr, iron group element, platinum group element, Ag, Au, Al, Sn, Zn) Composed of the above elements, p, q, 100-pq represents each atomic% of Cu, Ti, M1, p is 50 atomic% to 65 atomic%, and q is 2 atomic% to 20 atomic%. A glassy base alloy having a composition represented by:
The vitreous base alloy having the above composition (b) (composition mainly composed of Cu) exhibits a tensile strength of 1800 MPa or more and a very large elongation strain exceeding 3.5%, and has high strength and fracture resistance. Remarkably better. In the alloy composition of (b), when p is less than 50 atomic%, the strength and hardness are lowered, whereas when it exceeds 65 atomic%, excellent fracture resistance cannot be obtained. Further, when q is less than 2 atomic%, the elongation strain limit is lowered. On the other hand, when q exceeds 20 atomic%, it is difficult to obtain excellent surface smoothness. Further, in order to obtain particularly excellent fracture resistance, it is desirable to contain Hf and / or Zr as M1 in a range of 10 atomic% to 40 atomic%, more preferably 20 atomic% to 35 atomic%.

(ハ)Ni100−s−t−uNb(Zr,Hf)M2(但し、(Zr,Hf)は「Zr及び/又はHf」を表し、M2は、Ti,鉄族元素,白金族元素,Ag,Auの中から選ばれる1種又は2種以上の元素からなり、100−s−t−u,s,t,uはNi,Nb,(Zr,Hf),M2の各々の原子%を表し、sは10原子%以上25原子%以下、tは5原子%以上20原子%以下、uは5原子%から25原子%以下、tとuの和は10原子%以上35原子%以下である。)で示される組成を有するガラス質基合金。 (C) Ni 100-s-t Nu s (Zr, Hf) t M2 u (where (Zr, Hf) represents “Zr and / or Hf”, M2 represents Ti, iron group element, platinum It consists of one or more elements selected from group elements, Ag, Au, and 100-s-tu, s, t, u are each of Ni, Nb, (Zr, Hf), M2 Represents atomic%, s is 10 atomic% to 25 atomic%, t is 5 atomic% to 20 atomic%, u is 5 atomic% to 25 atomic%, and the sum of t and u is 10 atomic% to 35 atomic% % Or less)).

上記(ハ)の組成(Niを主成分とする組成)を有するガラス質基合金は、全ての構成元素が遷移金属元素であるため粘り強く、さらにNiを主成分とするため高い硬度及び引張強度を有している。また、このガラス質基合金のようなNi−Nb系合金は、酸化雰囲気に対して不働態皮膜を形成し、酸化による材質の劣化が極めて起き難い材料であるが、ピニオンに適用することによる最大のメリットは、無潤滑の歯車機構を形成することができ、潤滑油の粘性による抵抗がない動的特性を最大限に享受できることにある。この(ハ)の合金組成において、sが最大値より15原子%大きく、t,uがそれぞれ下限値よりも少ない、或いは存在しない場合でもガラス質金属組織は得られるが、既知の製造方法では加工条件が厳しくなり、優れた寸法精度及び表面精度を確保することが難しくなる。また、その他のs,t,u,t+uに関する数値限定は、既知の製造方法での加工条件において、優れた寸法精度及び表面精度(表面粗さRy2μm以下)を確保できる範囲を限定したものである。
なお、同様の観点から、M2としては、特に5原子%以上20原子%以下のTiを含有することが好ましい。
The vitreous base alloy having the above composition (c) (composition mainly composed of Ni) is tenacious because all the constituent elements are transition metal elements, and further has high hardness and tensile strength because it is mainly composed of Ni. Have. In addition, Ni—Nb-based alloys such as this vitreous base alloy form a passive film in an oxidizing atmosphere, and the material is hardly deteriorated by oxidation. The advantage is that a non-lubricated gear mechanism can be formed and dynamic characteristics free from resistance due to the viscosity of the lubricating oil can be enjoyed to the maximum. In the alloy composition of (c), a glassy metal structure can be obtained even when s is 15 atomic% larger than the maximum value and t and u are less than the lower limit values or not present, respectively. Conditions become severe, and it becomes difficult to ensure excellent dimensional accuracy and surface accuracy. In addition, the other numerical limits relating to s, t, u, and t + u limit the range in which excellent dimensional accuracy and surface accuracy (surface roughness Ry 2 μm or less) can be secured under the processing conditions in the known manufacturing method. .
From the same viewpoint, M2 preferably contains 5 atomic% or more and 20 atomic% or less of Ti.

(ニ)Fe100−x−yM3M4(但し、M3は、3族,4族,5族及び6族の遷移金属元素の中から選ばれる1種又は2種以上の元素からなり、M4は、Mn,Ru,Rh,Pd,Ga,Al,Ge,Si,B,Cの中から選ばれる1種又は2種以上の元素からなり、100−x−y,x,yはFe,M3,M4の各々の原子%を表し、xは2原子%以上35原子%以下、yは5原子%以上30原子%以下である。)で示される組成を有するガラス質基合金。
上記(ニ)の組成(Feを主成分とする組成)を有するガラス質基合金は、特に硬質であり、弾性変形の起こり難い特性を有する。この(ニ)の合金組成において、xが2原子%未満及び35原子%超のいずれの場合でも、またyが5原子%未満及び30原子%超のいずれの場合でも、寸法精度、表面平滑性が著しく低下する。
(D) Fe 100-xy M3 x M4 y (where M3 is composed of one or more elements selected from Group 3, Group 4, Group 5 and Group 6 transition metal elements; M4 is composed of one or more elements selected from Mn, Ru, Rh, Pd, Ga, Al, Ge, Si, B, and C, and 100-xy, x, and y are Fe, A glass-based alloy having a composition represented by the following formula: M3 and M4, wherein x is 2 atomic% to 35 atomic% and y is 5 atomic% to 30 atomic%.
The vitreous base alloy having the above composition (d) (composition mainly composed of Fe) is particularly hard and has a characteristic that hardly undergoes elastic deformation. In this alloy composition (d), dimensional accuracy and surface smoothness are obtained regardless of whether x is less than 2 atomic% or more than 35 atomic%, and y is less than 5 atomic% or more than 30 atomic%. Is significantly reduced.

(ホ)(Fe1−a(Co,Ni)100−x−yM3M4(但し、(Co,Ni)は「Co及び/又はNi」を表し、M3は、3族,4族,5族及び6族の遷移金属元素の中から選ばれる1種又は2種以上の元素からなり、M4は、Mn,Ru,Rh,Pd,Ga,Al,Ge,Si,B,Cの中から選ばれる1種又は2種以上の元素からなり、1−a,aはFe,(Co,Ni)の各々の原子分率を表し、100−x−y,x,yは(Fe1−a(Co,Ni)),M3,M4の各々の原子%を表し、aは0.1以上0.7以下、xは2原子%以上35原子%以下、yは5原子%以上30原子%以下である。)で示される組成を有するガラス質基合金。 (E) (Fe 1-a (Co, Ni) a ) 100-xy M3 x M4 y (where (Co, Ni) represents “Co and / or Ni”; It consists of one or more elements selected from Group 5, Group 5 and Group 6 transition metal elements, and M4 is Mn, Ru, Rh, Pd, Ga, Al, Ge, Si, B, C. 1-a, a represents the atomic fraction of Fe, (Co, Ni), and 100-xy, x, y represents (Fe 1 -A (Co, Ni) a ), M3 and M4 are represented by atomic%, a is 0.1 or more and 0.7 or less, x is 2 to 35 atomic%, and y is 5 to 30%. A glassy base alloy having a composition represented by:

この(ホ)の合金組成のように、上記(ニ)の合金組成における主成分であるFeの一部をCo及び/又はNiと置換することにより、硬度及び強度はやや低下するものの、融点の低下や溶融金属の粘度の低下により成形が容易になり、また、より優れた寸法精度及び表面平滑性を得ることができる。
この(ホ)の合金組成において、aの原子分率が0.1未満ではCo、Niを添加して融点を下げる効果がほとんど得られず、一方、0.7を超えるとFeにより強度を確保する効果が十分に得られなくなる。このような観点から、aの原子分率のより好ましい範囲は0.2以上0.6以下である。また、x,yの限定理由は、先に述べた(ニ)の合金組成と同様である。
As in the alloy composition of (e), by replacing a part of Fe, which is the main component in the alloy composition of (d), with Co and / or Ni, the hardness and strength are slightly reduced. Molding is facilitated due to the decrease and the viscosity of the molten metal, and more excellent dimensional accuracy and surface smoothness can be obtained.
In the alloy composition of (e), if the atomic fraction of a is less than 0.1, the effect of lowering the melting point by adding Co and Ni is hardly obtained, while if it exceeds 0.7, the strength is secured by Fe. The effect to do is not obtained sufficiently. From such a viewpoint, the more preferable range of the atomic fraction of a is 0.2 or more and 0.6 or less. The reason for limiting x and y is the same as that of the alloy composition (d) described above.

(ヘ)上記(ニ)又は(ホ)のガラス質基合金において、M4として、少なくともB及び/又はSiを含むガラス質基合金。
上記(ニ)のFeを主成分とするガラス質基合金及び上記(ホ)のFe,Co及び/又はNiを主成分とするガラス質基合金は、特にM4としてB及び/又はSiを含む場合には、安価な合金になるだけでなく、これら半金属成分の存在が負荷に対する弾性変形をより効果的に抑制し、ピニオンが有する微小で肉薄の歯のたわみ(歯の噛合い前後に起こることが懸念される歯のたわみ)を極めて小さくすることができる。しかも、表面平滑性も極めて良好であることから、ピニオンの小型化に最も有利な合金であると言える。この場合、好ましいFe,Co,Niの含有量の総和は70原子%以上である。また、xの好ましい範囲は2原子%以上原子10%以下であり、xが2原子%未満及び10原子%超の場合には、優れた精度及び表面平滑性を得ることが難しくなる。
(F) A glassy base alloy containing at least B and / or Si as M4 in the glassy base alloy of (iv) or (e).
The vitreous base alloy mainly composed of Fe in the above (d) and the vitreous based alloy mainly composed of Fe, Co and / or Ni in the above (e), particularly when B and / or Si are contained as M4. In addition to being an inexpensive alloy, the presence of these metalloid components more effectively suppresses elastic deformation with respect to the load, and the pinion has a small and thin tooth deflection (which occurs before and after tooth meshing). Can be made extremely small. Moreover, since the surface smoothness is extremely good, it can be said that it is the most advantageous alloy for downsizing of the pinion. In this case, the preferable total content of Fe, Co, and Ni is 70 atomic% or more. Moreover, the preferable range of x is 2 atom% or more and 10 atom or less, and when x is less than 2 atom% and more than 10 atom%, it becomes difficult to obtain excellent accuracy and surface smoothness.

(ト)(Zr,Hf)M5M6(但し、(Zr,Hf)は「Zr及び/又はHf」を表し、M5は、3族,5族及び6族の遷移金属元素,鉄族元素,白金族元素,Ag,Au,Ti,Mnの中から選ばれる1種又は2種以上の元素からなり、M6は、Be,Zn,Al,Ga,B,C,Nの中から選ばれる1種又は2種以上の元素からなり、a,b,cは(Zr,Hf),M5,M6の各々の原子%を表し、aは30原子%以上70原子%以下、bは15原子%以上65原子%以下、cは1原子%以上30原子%以下である。)で示される組成を有するガラス質基合金。 (G) (Zr, Hf) a M5 b M6 c (where (Zr, Hf) represents “Zr and / or Hf”, and M5 represents a transition metal element of group 3, 5 and 6 or iron group It consists of one or more elements selected from elements, platinum group elements, Ag, Au, Ti, and Mn, and M6 is selected from Be, Zn, Al, Ga, B, C, and N. It consists of one or more elements, and a, b, and c represent (% of Zr, Hf), M5, and M6, and a is 30 atomic% to 70 atomic%, and b is 15 atomic%. The glassy-base alloy having a composition represented by the formula: 65 atom% or less and c is 1 atom% or more and 30 atom% or less.

上記(ト)の組成(Zr及び/又はHfを主成分とする組成)を有するガラス質基合金は、特に過冷却液体温度領域が広く、冷却速度が比較的小さくても複雑形状が得られやすい特徴を有し、特に優れた寸法精度及び表面平滑性が得られる。この合金の表面硬度はビッカース硬度Hvが約500程度と上述した他の合金のなかで最も低いが、主成分が耐食性に有効なZr及び/又はHfであるため屋外や腐食環境などで用いることが可能で、また生体毒性が特に低い元素群からなるピニオンを構成できるため、医療用途に特に有利である。
この(ト)の合金組成において、aが30原子%未満では優れた耐食性が得られず、一方、70原子%を超えると高い寸法精度及び表面平滑性が得られない。また、b及びcが規定の範囲を外れると、歯部に充填不良が発生し易くなり、耐久性が低下する。
The vitreous base alloy having the above composition (G) (composition mainly composed of Zr and / or Hf) has a particularly wide supercooled liquid temperature range, and a complex shape is easily obtained even when the cooling rate is relatively low. It has characteristics and particularly excellent dimensional accuracy and surface smoothness can be obtained. The surface hardness of this alloy is the lowest among the above-mentioned other alloys having a Vickers hardness Hv of about 500, but the main component is Zr and / or Hf effective for corrosion resistance, so it can be used outdoors or in corrosive environments. It is possible to construct a pinion made of an element group which is possible and has a particularly low biotoxicity, which is particularly advantageous for medical use.
In this (g) alloy composition, if a is less than 30 atomic%, excellent corrosion resistance cannot be obtained, while if it exceeds 70 atomic%, high dimensional accuracy and surface smoothness cannot be obtained. In addition, if b and c are out of the specified range, poor filling is likely to occur in the tooth portion, and durability is lowered.

(チ)Ti100−i−j−kCuM7M8(但し、M7は、Zr,Hf,鉄族元素,白金族元素の中から選ばれる1種又は2種以上の元素からなり、M8は、3族,5族及び6族の遷移金属元素,Al,Sn,Ge,Si,B,Beの中から選ばれる1種又は2種以上の元素からなり、100−i−j−k,i,j,kはTi,Cu,M7,M8の各々の原子%を表し、iは5原子%以上35原子%以下、jは10原子%以上35原子%以下、kは1原子%以上20原子%以下である。)で示される組成を有するガラス質基合金。 (H) Ti 100- ijk Cu i M7 j M8 k (where M7 is composed of one or more elements selected from Zr, Hf, iron group elements, platinum group elements, M8 is composed of one or more elements selected from Group 3, Group 5 and Group 6 transition metal elements, Al, Sn, Ge, Si, B, and Be, and 100-ijk , I, j, k represent atomic percent of Ti, Cu, M7, M8, i is 5 atomic percent to 35 atomic percent, j is 10 atomic percent to 35 atomic percent, and k is 1 atomic percent or more. The glassy base alloy having a composition represented by:

上記(チ)の組成(Tiを主成分とする組成)を有するガラス質基合金は、Fe族を主成分とする合金に次ぐ高い強度を有しており、またTiは低比重であることから特に軽量なピニオンを得ることができ、起動時のトルク損失が低い歯車機構を得ることができる。この(チ)の合金組成において、i,jが規定する下限値未満であると優れた表面平滑性が得られなくなり、一方、上限値を超えると、比重の増加によってTiを主成分とする優位性がなくなってしまう。また、kが1原子%未満及び20原子%超のいずれの場合でも、鋳造の際に適切に金属ガラス化せず、所望のガラス質金属組織が得られ難くなる。   The vitreous base alloy having the above composition (h) (composition mainly composed of Ti) has the second highest strength after the alloy mainly composed of Fe group, and Ti has a low specific gravity. In particular, a lightweight pinion can be obtained, and a gear mechanism with low torque loss at startup can be obtained. In the alloy composition of (h), if the i and j are less than the lower limit values specified, excellent surface smoothness cannot be obtained. On the other hand, if the upper limit value is exceeded, the advantage is that Ti is the main component due to the increase in specific gravity. Sex disappears. In addition, in any case where k is less than 1 atomic% or more than 20 atomic%, it is difficult to obtain a desired vitreous metal structure because the metal is not appropriately vitrified during casting.

以上挙げた(イ)〜(チ)のガラス質基合金は、表面粗度Ryが2μm以下で、寸法精度±5μmのピニオンを製造することが可能であり、加工性、機械的性質、動的特性に優れ且つ高い寸法精度を有する微小ピニオンを得るのに極めて有用な合金である。また、ピニオンは、面圧分布を均一化し局所応力の発生を極力抑える必要があるが、上記ガラス質基合金からなるピニオンは、表面粗度及び寸法精度の改善によって滑らかな歯車伝達が可能となり、その結果、面圧分布が均一化して局所応力の発生が抑えられ、損失が少なく耐久性の高いピニオンが実現できる。また、上記ガラス質基合金からなるピニオンは、ミクロンオーダーのエッジ部位を持たない極めて緩やかな凹凸面を形成することが可能であることから、歯面の圧力分布が均一化され、微視的な欠損などのトラブルが抑制され、この点からも高い耐久性が実現できる。また、規則性を有する結晶金属からなるピニオンと異なり、方位性を持たない無秩序構造であり、あらゆる方向からの外部応力に対して強い構造を持つため、割れや欠けのない超精密で信頼性の高いピニオンが得られる。   The glassy base alloys (a) to (h) listed above can produce pinions having a surface roughness Ry of 2 μm or less and a dimensional accuracy of ± 5 μm. It is an extremely useful alloy for obtaining a fine pinion having excellent characteristics and high dimensional accuracy. In addition, the pinion needs to make the surface pressure distribution uniform and suppress the generation of local stress as much as possible, but the pinion made of the glassy base alloy enables smooth gear transmission by improving the surface roughness and dimensional accuracy, As a result, the surface pressure distribution is made uniform, the occurrence of local stress is suppressed, and a pinion with high loss and low durability can be realized. Further, the pinion made of the glassy base alloy can form an extremely gentle uneven surface having no micron-order edge portion, so that the pressure distribution on the tooth surface is made uniform and microscopic. Troubles such as defects are suppressed, and high durability can be realized from this point. Unlike pinions made of crystalline metal with regularity, it is a disordered structure with no orientation, and has a structure that is strong against external stress from all directions, so it is ultra-precise and reliable with no cracks or chips. A high pinion is obtained.

また、合金は硬度が高いほど顕著な脆化が見られ、ピッチングなどの歯車面疲労に対する耐性に大きな悪影響を及ぼされることが知られているが、ガラス質基合金からなる本発明のピニオンは、ヤング率が低いため、高い硬度を有するにも拘わらず、ピッチングなどの歯車面疲労耐性に優れている。また、この効果を顕著に発現させるために、ガラス質基合金中の非金属元素量は30原子%以下であることが望ましい。また、特に非金属元素量を25原子%以下とした場合には、最も硬質なFeを主成分とするガラス質基合金においても、降伏若しくは破断までの曲げ歪みが1.5%以上であり、粘り強いピニオンを形成することが可能となる。   In addition, it is known that the higher the hardness of the alloy, the more remarkable the embrittlement is seen, and it is known that the resistance to gear surface fatigue such as pitching is greatly adversely affected. Because of its low Young's modulus, it has excellent gear surface fatigue resistance such as pitching, despite having high hardness. Moreover, in order to express this effect notably, it is desirable that the amount of nonmetallic elements in the vitreous base alloy is 30 atomic% or less. In particular, when the amount of nonmetallic elements is 25 atomic% or less, even in the vitreous base alloy containing the hardest Fe as a main component, the bending strain until yielding or breaking is 1.5% or more, A tenacious pinion can be formed.

また、工具鋼並みの硬度と強度を備えるために、ピニオンはビッカース硬度Hv500(ロックウェル硬さHRc49相当)以上、引張強度1500MPa以上のうちの少なくとも一方を満足すること、望ましくはその両方を満足することが好ましいが、ガラス質基合金からなる本発明のピニオン、特に上述した(イ)〜(チ)のガラス質基合金からなるピニオンは、そのような硬度と強度を容易に達成することができる。   Further, in order to have the same hardness and strength as tool steel, the pinion satisfies at least one of Vickers hardness Hv500 (equivalent to Rockwell hardness HRc49) and tensile strength 1500 MPa or more, preferably both. However, the pinion of the present invention made of a glassy base alloy, particularly the pinion made of the glassy base alloys (i) to (h) described above, can easily achieve such hardness and strength. .

また、ガラス質基合金は、昇温速度0.67K/sで30K以上の過冷却液体領域を有することが好ましい。ガラス質基合金は、溶融液体から過冷却液体領域、ガラス固体に至るまで安定した温度変化特性を示す。特に、昇温速度0.67K/sで30K以上の過冷却温度領域を有するガラス質基合金は、ガラス固体としての安定性が高いため、粘性流動による射出成形、押出し成形、加圧転造成形等の安価で形状再現性の高い成形加工を用いて、ピニオンを高精度に製造することができる。   The vitreous base alloy preferably has a supercooled liquid region of 30 K or more at a temperature rising rate of 0.67 K / s. The vitreous base alloy exhibits stable temperature change characteristics from the molten liquid to the supercooled liquid region to the glass solid. In particular, a vitreous base alloy having a supercooling temperature region of 30 K or higher at a heating rate of 0.67 K / s has high stability as a glass solid, and therefore injection molding, extrusion molding, and pressure rolling molding by viscous flow. The pinion can be manufactured with high accuracy by using a molding process that is inexpensive and has high shape reproducibility.

ピニオンに適用するガラス質基合金を得る場合(同合金でピニオンを直接鋳造する場合を含む)、その無秩序構造の安定性に関わらず、溶融金属からの体積収縮を抑えるために、鋳造成型時には300℃/秒以上の冷却速度で冷却凝固させることが好ましい。また、さらに好ましい冷却速度は10℃/秒以上である。但し、鋳造成型時の冷却速度が10℃/秒を超えると、溶融金属が鋳型に十分に充填される前に凝固し始めるため、充填不良となりやすい。その結果、表面粗度や寸法精度が著しく低下してしまう。このため鋳造成型時の冷却速度は300℃/秒以上(より好ましくは10℃/秒以上)10℃/秒以下とすることが好ましい。 When obtaining a vitreous base alloy to be applied to a pinion (including the case of directly casting a pinion with the same alloy), in order to suppress volume shrinkage from the molten metal regardless of the stability of the disordered structure, 300 It is preferable to cool and solidify at a cooling rate of at least ° C / second. Further, a more preferable cooling rate is 10 4 ° C / second or more. However, if the cooling rate at the time of casting molding exceeds 10 7 ° C / second, the molten metal starts to solidify before it is sufficiently filled in the mold, which tends to cause poor filling. As a result, the surface roughness and dimensional accuracy are significantly reduced. For this reason, the cooling rate during casting is preferably 300 ° C./second or more (more preferably 10 4 ° C./second or more) and 10 7 ° C./second or less.

上記(イ)〜(チ)のガラス質基合金からなる本発明のモータシャフトを、公知の加圧鋳造成形装置を用いて一体鋳造成形した結果を以下に示す。このモータシャフトの鋳造では、溶融金属が10〜10℃/秒程度の冷却速度で急冷凝固するようにした。
製造されたモータシャフトのピニオン部分について、表面外観、寸法誤差、歯面の表面粗度Ry・表面硬度(ビッカース硬度Hv)、引張強度、伸び歪み、XRDパターンの測定・評価を行った。その結果を表1に示す。寸法誤差は、ピニオン内周円径の寸法誤差を工具顕微鏡により測定した。歯面の表面粗度Ryは非接触式粗さ測定計にて測定し、表面硬度はマイクロビッカース硬度計を用いて100g〜1kgの負荷にて測定した。引張強度は解析機能が付属した卓上引張試験機を用いて歯の肉厚に相当する60μm厚、50μm幅の箔体を0.20mm幅で固定することによって測定し、歪みゲージおよび破断後の測長にて測定した。また、XRDパターンは微小X線回折装置を用いて測定し、ハローパターンを示すものを(G)、ハローパターンにピークの混在するものを(G+C)、完全に結晶のパターンを示すものを(C)と判断した。ここで、(G)は非晶質、(C)は結晶を表す記号である。
The results of integral casting of the motor shaft of the present invention composed of the glassy base alloys of the above (a) to (h) using a known pressure casting molding apparatus are shown below. In casting the motor shaft, the molten metal was rapidly solidified at a cooling rate of about 10 3 to 10 4 ° C / second.
The pinion portion of the manufactured motor shaft was measured and evaluated for surface appearance, dimensional error, tooth surface roughness Ry / surface hardness (Vickers hardness Hv), tensile strength, elongation strain, and XRD pattern. The results are shown in Table 1. As for the dimensional error, the dimensional error of the inner circumference diameter of the pinion was measured with a tool microscope. The surface roughness Ry of the tooth surface was measured with a non-contact type roughness meter, and the surface hardness was measured with a load of 100 g to 1 kg using a micro Vickers hardness meter. Tensile strength is measured by fixing a 60 μm thick and 50 μm wide foil body corresponding to the thickness of a tooth with a 0.20 mm width using a desktop tensile tester with an analysis function. The length was measured. The XRD pattern was measured using a micro X-ray diffractometer, and the halo pattern (G), the halo pattern with a mixture of peaks (G + C), and the crystal pattern completely (C) ). Here, (G) is an amorphous symbol, and (C) is a symbol representing a crystal.

Figure 0004789279
Figure 0004789279

本発明のモータ自体の外径やモータシャフト5の外径に特別な制約はないが、先に述べたようにマイクロモータのモータシャフト5にシャフト径以下のピニオン8を一体的に形成した場合でも、ピニオンが強度の面で十分な耐久性を得られるのは、モータトルクが非常に小さいマイクロモータに特有の性質であり、このような観点からは、特にモータの外径が4mm以下、モータシャフト5の外径が1mm以下のマイクロモータ(マイクロギヤードモータ)が好適である。
また、ピニオン8の外径はモータシャフト5の外径よりも小さければよく、ピニオン外径の下限は特に限定しないが、一般には強度的な面からモータシャフト5の外径の少なくとも80%程度の外径を有することが好ましい。
Although there is no special restriction on the outer diameter of the motor itself or the motor shaft 5 of the present invention, as described above, even when the pinion 8 having the shaft diameter or less is integrally formed on the motor shaft 5 of the micromotor. The pinion has sufficient strength in terms of strength, which is a property unique to micromotors with very low motor torque. From this point of view, the motor outer diameter is 4 mm or less, and the motor shaft A micromotor having a 5 outer diameter of 1 mm or less (micro geared motor) is suitable.
Further, the outer diameter of the pinion 8 only needs to be smaller than the outer diameter of the motor shaft 5, and the lower limit of the outer diameter of the pinion is not particularly limited, but is generally at least about 80% of the outer diameter of the motor shaft 5 from the viewpoint of strength. It preferably has an outer diameter.

前記減速用ギヤヘッド部2は、ハウジング3Bと、前記ピニオン8が駆動連結される減速用ギヤ機構部9と、その出力側(先端側)に配置され、軸受11に回転自在に支持される出力軸10とを備えており、前記ピニオン8は、減速用ギヤ機構部9の初段歯車に噛み合っている。
この減速用ギヤヘッド部2が有する減速用ギヤ機構部9の構造は任意であり、種々の機構のものを適用することができるが、本実施形態では遊星歯車減速機構により構成されている。この遊星歯車減速機構の基本構造は、図6に示すような従来の機構と同じであり、本実施形態ではモータ部1側から出力軸10側に向かって順に配置される2組の独立したキャリアユニット12a,12bと、出力軸10の基端部に設けられた1組のキャリアユニット12cを備えている。
The speed reduction gear head portion 2 is disposed on the output side (tip side) of the housing 3B, the speed reduction gear mechanism portion 9 to which the pinion 8 is drivingly connected, and an output shaft rotatably supported by the bearing 11 The pinion 8 meshes with the first gear of the reduction gear mechanism 9.
The structure of the speed reduction gear mechanism section 9 included in the speed reduction gear head section 2 is arbitrary, and various structures can be applied. In this embodiment, the speed reduction gear mechanism section 9 is constituted by a planetary gear speed reduction mechanism. The basic structure of this planetary gear speed reduction mechanism is the same as the conventional mechanism as shown in FIG. 6, and in this embodiment, two sets of independent carriers are arranged in order from the motor unit 1 side to the output shaft 10 side. Units 12 a and 12 b and a set of carrier units 12 c provided at the base end of the output shaft 10 are provided.

前記各キャリアユニット12a,12bは、モータ部側の面に遊星歯車支持用の3本の軸部130が周方向において120°等分の配置関係で突設されるとともに、反モータ部側の面の中央部に太陽歯車15が突設された板状のキャリア13と、前記各軸部130に回転自在に支持された遊星歯車14(周方向において120°等分の配置関係の遊星歯車14)とを備えている。
また、キャリアユニット12cは、モータ部側の面に遊星歯車支持用の3本の軸部130cが周方向において120°等分の配置関係で突設されるとともに、反モータ部側の面の中央部に出力軸10が基端部に固定(又は基端部に一体的に形成)された板状のキャリア13cと、前記各軸部130cに回転自在に支持された遊星歯車14cとを備えている。
また、減速用ギヤ機構部9が配置されたハウジング3Bの内面には内歯車16が設けられている。
Each of the carrier units 12a and 12b has three shaft portions 130 for supporting planetary gears on the surface on the motor portion side so as to protrude in an arrangement relationship of 120 ° in the circumferential direction, and the surface on the side opposite to the motor portion. A plate-like carrier 13 having a sun gear 15 projecting from the central portion thereof, and a planetary gear 14 rotatably supported by each of the shaft portions 130 (planetary gears 14 having an arrangement relationship of 120 ° in the circumferential direction) And.
Further, the carrier unit 12c has three shaft portions 130c for supporting the planetary gear on the surface on the motor portion side so as to protrude in the circumferential direction so as to be equally divided by 120 °, and the center of the surface on the side opposite to the motor portion A plate-like carrier 13c in which the output shaft 10 is fixed to the base end portion (or formed integrally with the base end portion), and a planetary gear 14c rotatably supported by the shaft portions 130c. Yes.
An internal gear 16 is provided on the inner surface of the housing 3B where the reduction gear mechanism 9 is disposed.

以上のような減速用ギヤ機構部9は、キャリアユニット12a〜12cの遊星歯車14,14cは内歯車16に噛み合うとともに、隣り合うキャリアユニット12間では、モータ部側のキャリアユニット12の太陽歯車15が反モータ側のキャリアユニット12の各3つの遊星歯車14,14cに噛み合い、さらに、第1段目のキャリアユニット12aの3つの遊星歯車14にモータシャフト5のピニオン8が噛み合っている。これによりピニオン8の回転は、3つのキャリアユニット12a〜12cを経て出力軸10に伝えられるが、その過程において、
減速比=(Z3/Z1+1)
Z1:ピニオン8又は太陽歯車15の歯数
Z3:内歯車16の歯数
で示される減速比で回転数が順次減速され、最終的に出力軸10から出力される。
In the reduction gear mechanism 9 as described above, the planetary gears 14 and 14 c of the carrier units 12 a to 12 c mesh with the internal gear 16, and between adjacent carrier units 12, the sun gear 15 of the carrier unit 12 on the motor unit side. Meshes with the three planetary gears 14 and 14c of the carrier unit 12 on the non-motor side, and further, the pinion 8 of the motor shaft 5 meshes with the three planetary gears 14 of the first stage carrier unit 12a. Thereby, the rotation of the pinion 8 is transmitted to the output shaft 10 through the three carrier units 12a to 12c.
Reduction ratio = (Z3 / Z1 + 1)
Z1: Number of teeth of pinion 8 or sun gear 15
Z3: The rotational speed is sequentially reduced at a reduction ratio indicated by the number of teeth of the internal gear 16, and finally output from the output shaft 10.

ここで、ピニオン8と減速用ギヤ機構部9の第1段目の減速用歯車(本実施形態では内歯車16)との間の減速比が5以上となるように、前記ピニオン8と減速用歯車の歯数を設定することが好ましい。この減速比5以上は、図6に示すような従来のマイクロギヤードモータでは達成不可能な減速比であるが、本発明によれば容易に達成することができる。   Here, the pinion 8 and the reduction gear are set so that the reduction ratio between the pinion 8 and the first reduction gear (in the present embodiment, the internal gear 16) of the reduction gear mechanism 9 is 5 or more. It is preferable to set the number of gear teeth. This reduction ratio of 5 or more is a reduction ratio that cannot be achieved by a conventional micro geared motor as shown in FIG. 6, but can be easily achieved according to the present invention.

図6に示すような従来例のマイクロギヤードモータと、図1に示すような本発明例のマイクロギヤードモータについて、得られる減速比の一例を以下に示す。
・従来例
ピニオン(=太陽歯車)の歯数Z1:14枚
遊星歯車の歯数Z2:15枚
内歯車の歯数Z3:46枚
減速比=(Z3/Z1+1)≒4.286(4.286:1)
・本発明例
ピニオン(=太陽歯車)の歯数Z1:8枚
遊星歯車の歯数Z2:18枚
内歯車の歯数Z3:46枚
減速比=(Z3/Z1+1)≒6.75(6.75:1)
An example of the reduction ratio obtained for the micro geared motor of the conventional example as shown in FIG. 6 and the micro geared motor of the example of the present invention as shown in FIG. 1 is shown below.
・ Conventional example Number of teeth of pinion (= sun gear) Z1: 14 Number of teeth of planetary gear Z2: 15 Number of teeth of internal gear Z3: 46 Reduction ratio = (Z3 / Z1 + 1) ≈4.286 (4.286) : 1)
-Example of the invention Number of teeth of pinion (= sun gear) Z1: 8 Number of teeth of planetary gear Z2: 18 Number of teeth of internal gear Z3: 46 Reduction ratio = (Z3 / Z1 + 1) ≈ 6.75 (6. 75: 1)

以上のとおり、本発明例では従来例に較べて減速比を50%以上も高めることができる。
なお、本発明のマイクロギヤードモータにおいて、前記ピニオン8が駆動連結される減速用ギヤ機構部9を構成する各歯車についても、ガラス質金属組織を体積率で50%以上含むガラス質基合金、とりわけ上述したような(イ)〜(チ)のガラス質基合金で構成することが好ましい。これにより減速用ギヤ機構部9を構成する各歯車に対しても、すでに述べたような優れた特性が付与されることになり、マイクロギヤードモータのギヤ機構部全体の性能が向上し、特に耐久性を大きく向上させることができる。
As described above, in the example of the present invention, the reduction ratio can be increased by 50% or more compared to the conventional example.
In the micro geared motor of the present invention, each of the gears constituting the reduction gear mechanism 9 to which the pinion 8 is drivingly connected also has a vitreous base alloy containing a vitreous metal structure at a volume ratio of 50% or more. It is preferable to use the glassy base alloys (A) to (H) described above. As a result, the above-described excellent characteristics are imparted to the gears constituting the reduction gear mechanism section 9, and the performance of the entire gear mechanism section of the micro geared motor is improved. Can be greatly improved.

本発明のマイクロギヤードモータの一実施形態を示す縦断面図The longitudinal cross-sectional view which shows one Embodiment of the micro geared motor of this invention 図1中のII−II線に沿う断面図Sectional drawing which follows the II-II line in FIG. 本発明のモータシャフトの構造例を示す説明図Explanatory drawing which shows the structural example of the motor shaft of this invention 本発明のモータシャフトの他の構造例を示す斜視図The perspective view which shows the other structural example of the motor shaft of this invention 本発明のモータシャフトを、その全体又は一部を鋳造することにより製造する方法の具体例を示した説明図Explanatory drawing which showed the specific example of the method of manufacturing the motor shaft of this invention by casting the whole or one part. 従来のマイクロギヤードモータの一例を示す縦断面図A longitudinal sectional view showing an example of a conventional micro geared motor

符号の説明Explanation of symbols

1 モータ部
2 減速用ギヤヘッド部
3A,3B ハウジング
4a,4b 軸受
5 モータシャフト
6 ローターマグネット
7 ステータコイル
8 ピニオン
9 減速用ギヤ機構部
10 出力軸
11 軸受
12a〜12c キャリアユニット
13,13c キャリア
130,130c 軸部
14,14c 遊星歯車
15 太陽歯車
16 内歯車
17 固定型
18 可動型
170,180 鋳込み空間
171 挿入孔
181 湯道
50,52 シャフト本体部分
51 シャフト先端側部分
510 孔
501,511,522 異形孔
80,512,521 異形小径部
520 小径部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor part 2 Reduction gear head part 3A, 3B Housing 4a, 4b Bearing 5 Motor shaft 6 Rotor magnet 7 Stator coil 8 Pinion 9 Reduction gear mechanism part 10 Output shaft 11 Bearing 12a-12c Carrier unit 13, 13c Carrier 130, 130c Shaft portion 14, 14c Planetary gear 15 Sun gear 16 Internal gear 17 Fixed type 18 Movable type 170, 180 Casting space 171 Insertion hole 181 Runway 50, 52 Shaft body portion 51 Shaft tip side portion 510 Hole 501, 511, 522 Deformed hole 80, 512, 521 Modified small diameter part 520 Small diameter part

Claims (16)

シャフトの先端側に、シャフトの外径以下の外径を有するピニオンが一体的に形成されるとともに、該シャフトのうち少なくともピニオン部分が、ガラス質金属組織を体積率で50%以上含むガラス質基合金からなることを特徴とするマイクロモータ用のモータシャフト。   A pinion having an outer diameter equal to or smaller than the outer diameter of the shaft is integrally formed on the distal end side of the shaft, and at least the pinion portion of the shaft includes a vitreous metal structure at a volume ratio of 50% or more. A motor shaft for a micromotor, characterized by comprising an alloy. シャフト全体がガラス質基合金からなることを特徴とする請求項1に記載のマイクロモータ用のモータシャフト。   The motor shaft for a micromotor according to claim 1, wherein the entire shaft is made of a vitreous base alloy. シャフトの少なくともピニオン部分を含む先端側部分がガラス質基合金からなり、該先端側部分が接合されたシャフト本体部分が結晶質金属材からなることを特徴とする請求項1又は2に記載のマイクロモータ用のモータシャフト。   3. The micro of claim 1, wherein a tip side portion including at least a pinion portion of the shaft is made of a vitreous base alloy, and a shaft main body portion to which the tip side portion is joined is made of a crystalline metal material. Motor shaft for motor. シャフト本体部分に接して、シャフト先端側部分を鋳造することにより成形することを特徴とする請求項3に記載のマイクロモータ用のモータシャフト。 4. The motor shaft for a micromotor according to claim 3, wherein the motor shaft is formed by casting a shaft tip side portion in contact with the shaft main body portion. シャフト先端側部分の後半部分又は後端部分が、シャフト本体部分の先端に形成された小径部又は異形小径部を鋳ぐるむようにして、シャフト先端側部分が鋳造されることを特徴とする請求項4に記載のマイクロモータ用のモータシャフト。5. The shaft front end portion is cast such that the latter half portion or the rear end portion of the shaft front end portion casts a small diameter portion or a deformed small diameter portion formed at the front end of the shaft main body portion. The motor shaft for the described micromotor. ピニオン又はシャフト先端側部分の後端部分が、シャフト本体部分の先端に形成された異形孔内に鋳込まれるようにして、ピニオン又はシャフト先端側部分が鋳造されることを特徴とする請求項4に記載のマイクロモータ用のモータシャフト。5. The pinion or shaft front end portion is cast such that the rear end portion of the pinion or shaft front end portion is cast into a deformed hole formed at the front end of the shaft main body portion. A motor shaft for a micromotor as described in 1. 少なくともピニオン部分は、ビッカース硬度Hv500以上、引張強度1500MPa以上のうちの少なくとも一方を満足することを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載のマイクロモータ用のモータシャフト。 The motor shaft for a micromotor according to any one of claims 1 to 6 , wherein at least the pinion portion satisfies at least one of Vickers hardness Hv500 or more and tensile strength 1500MPa or more. 少なくともピニオン部分は、表面粗度Ryが2μm以下であることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載のマイクロモータ用のモータシャフト。 At least the pinion portion, a motor shaft for a micromotor according to any one of claims 1 to 7, wherein the surface roughness Ry is 2μm or less. シャフトの外径が1mm以下であることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載のマイクロモータ用のモータシャフト。 The motor shaft for a micromotor according to any one of claims 1 to 8 , wherein an outer diameter of the shaft is 1 mm or less. 外径が4mm以下のマイクロモータ用であることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のマイクロモータ用のモータシャフト。The motor shaft for a micromotor according to any one of claims 1 to 9, wherein the motor shaft is for a micromotor having an outer diameter of 4 mm or less. 請求項1〜10のいずれかに記載のモータシャフトを有することを特徴とするマイクロモータ。 Micromotor, characterized in that it comprises a motor shaft according to any one of claims 1-10. 外径が4mm以下であることを特徴とする請求項11に記載のマイクロモータ。 The micromotor according to claim 11 , wherein an outer diameter is 4 mm or less. 請求項11又は12に記載のマイクロモータで構成されるモータ部と、該モータ部に、モータシャフトに形成されたピニオンを介して駆動連結される減速用ギヤヘッド部とを備えることを特徴とするマイクロギヤードモータ。 A motor unit composed of a micro-motor as claimed in claim 11 or 12, the micro to the motor unit, characterized in that it comprises a speed-reduction gear head unit which is drivingly connected via a pinion formed on the motor shaft Geared motor. モータ部のモータシャフトに形成されたピニオンと減速用ギヤヘッド部の第1段目の減速用歯車との間の減速比が5以上となるように、前記ピニオンと減速用歯車の歯数が設定されることを特徴とする請求項13に記載のマイクロギヤードモータ。 The number of teeth of the pinion and the reduction gear is set so that the reduction ratio between the pinion formed on the motor shaft of the motor unit and the first reduction gear of the reduction gear head unit is 5 or more. The micro geared motor according to claim 13 . モータ部がブラシレスモータであり、減速用ギヤヘッド部の減速用ギヤ機構が遊星歯車減速機構であることを特徴とする請求項13又は14に記載のマイクロギヤードモータ。 Motor unit is a brushless motor, a micro geared motor according to claim 13 or 14 reduction gear mechanism of the reduction gear head unit is characterized in that it is a planetary gear reduction mechanism. 外径が4mm以下であることを特徴とする請求項1315のいずれかに記載のマイクロギヤードモータ。 The micro geared motor according to any one of claims 13 to 15, wherein an outer diameter is 4 mm or less.
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