JP4871208B2 - 歯車 - Google Patents

Description

本発明は、歯車に関し、特に歯面に処理が施された歯車に関する。

動力伝達要素として、歯車が幅広く使用されている。歯車には、金属製のもの、樹脂製のもの、あるいは金属製の本体部の歯を含む表面に樹脂層を設けたもの（例えば特許文献１〜３）等が知られている。
特開平７―１１９８１０号公報 特開平９―１４３９６号公報 特開２００３―２８２７５号公報

弾性変形しない金属製の歯車に設けられるバックラッシュは、動力の伝達損失や騒音発生の原因となり得る。また、金属製歯車を使用するためには潤滑油等の潤滑剤が必要となり、潤滑装置を設けることによる装置の複雑化や、潤滑剤の飛散、あるいは使用済みの潤滑剤の廃棄等による環境汚染を招くおそれがある。

一方、樹脂製の歯車は、摺動性に優れていることから、潤滑剤が不要となり得ること、騒音の発生を抑制できること等の利点を有するものの、一般に、強度、耐久性が低く、伝達トルクが小さいという欠点を有する。

また、金属製の本体部の表面に樹脂層を設けた歯車においては、樹脂層によって摺動性が向上し得る。しかしながら、圧縮と転がりの複合荷重に対する樹脂の強度は一般に低いことから、このような歯車の耐久性は、金属のみの歯車に比べてさほど改善されない。また、金属あるいは樹脂のいずれか一方のみで形成された歯車に比べ、製造工程が複雑になってしまう。

そこで本発明は、潤滑性および耐久性に優れ、騒音の発生を防止可能であって、製造が容易な歯車を供給することを目的とする。

本願発明の歯車は、外周に歯が形成された金属製の本体部と、歯の表面を覆う歯面層とを備え、歯面層が、ゴムによって処理された周方向に伸縮可能な織布を備えることを特徴とする。

ゴムは、固体潤滑剤を含むことが好ましい。また、歯が所定のピッチを有するように、本体部の形状が歯面層の厚さに応じて調整されていることが好ましい。歯車の歯は、例えば直歯もしくは斜歯である。

本願発明における、歯面層を備えた歯車の製造方法は、金属材料から外周に歯が形成された本体部を切り出す本体部形成工程と、織布をゴムで処理し、周方向に伸縮可能な織布を有する歯面層の材料である歯面層材料を形成する処理工程と、歯面層材料を歯の表面に貼り付けて歯面層を形成する歯面層形成工程とを備えることを特徴とする。そして、歯車の製造方法においては、歯面層材料の形状を調整する形状調整工程がさらに含まれることが好ましい。

本発明によれば、潤滑性および耐久性に優れ、騒音の発生を防止可能であって、製造が容易な歯車を実現できる。

以下、本実施形態の歯車を、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の歯車を示す断面図である。

本実施形態の歯車１０は、外周に歯が形成された金属製の本体部１２と、本体部１２の歯の表面を覆う歯面層１４とを有する。歯面層１４は、ゴムによって処理された織布を含み、本体部１２に貼り付けられている。歯車１０は、ゴムおよび織布による歯面層１４が設けられていることにより潤滑性、耐久性および摺動性に優れ、騒音の発生を抑制できるとともに、金属製の本体部１２を有することによっても耐久性、および強度が向上されている。

以下、歯車１０の製造方法につき説明する。図２は、織布をゴムで処理する工程を例示する図である。図３は、織布がゴムで処理されている歯面層シートを裁断する工程を示す図であり、図４は、ゴムが処理されていない状態の織布を裁断する工程を示す図である。

歯車１０の製造においては、金属材料（図示せず）から図１に示された形状を有する本体部１２が切り出される（本体部形成工程）。さらに、織布１８をゴム１６により処理、例えば被覆することにより、歯面層１４の材料である歯面層シート２０（歯面層材料）が形成される（処理工程）。

歯面層シート２０を形成するための織布１８の処理工程においては、例えば、まず織布１８において、ゴム１６との接着のための接着剤等（図示せず）による処理が施される。そして、このような前処理の後に、溶剤で溶かした液状のゴム１６（図示せず）を織布１８に含浸させる。こうして処理された織布１８に、さらにゴム１６が圧着される。すなわち、図２の矢印Ａが示すように回転する一対のローラ２２の隙間を、矢印Ｂの示す方向に通過する織布１８に、適度に加熱されたゴム１６が加えられ、圧着される。この結果、ゴム１６により被膜された織布１８を有する歯面層シート２０が形成される。

このように、織布１８をゴム１６等で含浸、および被覆処理することにより、歯面層シート２０においては、織布１８の表面がゴム１６等で覆われているだけでなく、その織り目にもゴム１６等が入り込んでいる。このため、歯車１０においては、長期間の使用によっても織布１８等が磨耗することを防止できる。なお、ゴム１６等による織布１８の含浸および被覆のいずれか一方の処理のみにより、歯面層シート２０を形成しても良い。

また、織布１８にシート状のゴム１６等を貼り合わせても良い。この場合、織布１８に重ねたシート状のゴム１６等を適度に加熱、加圧するといった処理を施すことにより、歯面層シート２０が形成される。そして、この場合においても、織布１８の織り目にゴム１６等が充分に入り込むように、加熱、加圧等の処理条件が調整される。

こうして形成された歯面層シート２０の形状は、本体部１２（図１参照）の歯の表面形状に対応すべく、以下のように調整される（形状調整工程）。すなわちまず、図３に示すように、歯面層シート２０を裁断線２０Ｌに沿って裁断し、歯車１０（図１参照）の歯幅に等しい幅２２Ｗを有する歯面層シート片２２とする。

さらに、複数の歯面層シート片２２を、辺２２Ｓ同士が接するように縫合することにより、本体部１２の表面形状に対応するように、歯面層シート２０の形状が調整される。このとき、歯面層シート２０の材料である織布１８が、巻物の状態においては一般に幅方向に伸縮し易いことから、複数の歯面層シート片２２は、歯面層シート２０の長手方向、すなわち完成後の歯車１０における円周方向においてより伸縮自在となるように、図３に示されたように縫合される。この歯面層シート片２２同士の縫合は、例えば、ミシンにより、あるいは超音波融着機等によって行われる。

このように形状が調整された歯面層シート２０においては、歯面層シート２０により形成される歯面層１４（図１参照）の周方向、すなわち歯幅に垂直な方向において、織布１８が特に伸縮自在であるように、織布１８の配置等が調整されている。これは、後述するように、歯車１０の性能を向上させるためのみならず、歯面層１４を形成する工程（歯面層形成工程）において、歯面層シート２０を本体部１２に容易に貼付可能にするためである。

織布１８の材質、織り方等は、歯面層１４（図１参照）において織布１８が特に周方向において伸縮可能である限り、特定のものに限定されない。例えば、織布１８は、アラミド繊維、ナイロン、ポリエステル等によって形成可能である。また、織布１８の織り方については、平織、綾織等が用いられる。

また、歯面層シート２０の形状を調整する代わりに、ゴム１６によって被覆される前の状態の織布１８を、歯面層シート２０と同様に裁断、縫合しても良い（図４参照）。この場合、歯車１０の歯幅に等しい幅３２Ｗを有するように、裁断線１８Ｌによって裁断された織布シート３２同士を、辺３２Ｓ同士が接するように縫合して織布１８の形状を調整する。このように形状が調整された織布１８に対して、ゴム１６で含浸、被覆等の処理を施すことによっても、本体部１２の表面形状に対応した歯面層シート２０を得ることができる。

なお、予め本体部１２の形状に対応した形状の織布１８をゴム１６で被覆する場合、歯面層シート２０の形状調整は不要である。

図５は、本体部１２の表面上に歯面層シート２０を配置した状態を示す断面図である。図６は、本体部１２の表面に歯面層シート２０を押圧して製造された歯車１０を示す断面図である。

歯面層シート２０が、本体部１２の歯面層形成面１２Ｓに貼り付けられることにより、歯面層１４（図１、６参照）が形成される（歯面層形成工程）。すなわちまず、歯面層形成面１２Ｓに亜鉛メッキ等による処理を施し、処理された歯面層形成面１２Ｓに接着剤を塗布する。その後、図５に示すように、歯面層シート２０が本体部１２の歯面層形成面１２Ｓ上に配置される。

そして、歯面層シート２０を適当な温度まで加熱し、矢印Ｃが示すように、適度な圧力で歯面層形成面１２Ｓに対して押圧することにより、歯面層シート２０は歯面層形成面１２Ｓに貼り付けられ、歯面層１４を有する歯車１０が製造される（図６参照）。このとき、形成される歯面層１４の主として周方向に沿って織布１８が伸縮可能であることから、歯面層シート２０を適度に引き延ばしつつ本体部１２に容易に貼付することができる。なお、図５および６においては、説明の便宜上、歯面層１４の厚さは誇張されている。

このように、歯車１０の表面が歯面層１４によって被覆されているため、本体部１２の形状は、歯車１０の歯が所定のピッチ１０Ｐを有するように、予め調整されている。すなわち、本体部１２は、製造される歯車１０よりも歯面層１４の厚さ分だけ小さくなるように、形状が調整されている。

なお、歯面層１４を形成するゴム１６には、グラファイト、もしくは二硫化モリブデン等の固体潤滑剤（図示せず）が含まれている。このため、歯面層１４の潤滑性が向上する。また、様々な種類のゴム１６が使用可能であり、例えば、ウレタンゴム、水素化ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、天然ゴム等が使用される。

さらに、ゴム１６の代わりに、もしくはゴム１６とともに、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ＰＥＴ樹脂、フッ素樹脂等の熱可塑性樹脂を用いることもできる。これらの熱可塑性樹脂を歯面層１４に用いた場合においても、歯車１０（図１、６参照）の潤滑性、摺動性を向上させつつ騒音を防止できるからである。

以上のように、本実施形態によれば、歯面層１４は、ゴム１６もしくは熱可塑性樹脂等と、織布１８とを組み合わせた繊維補強ゴムである歯面層シート２０（段落［００１５］〜［００１７］参照）によって形成される。この歯面層１４を有する歯車１０においては、ゴム１６、熱可塑性樹脂等により、歯面１０Ｓ（歯面層１４の表面・図６参照）に加えられる圧縮荷重が分散され、衝撃が吸収される。さらに、潤滑性に優れ、主として周方向に伸縮可能な織布１８により、歯面１０Ｓに加えられるせん断荷重に対する歯車１０の耐久性が向上されている。また、織布１８の磨耗は、ゴム１６等によって防止される。

以上のことから明らかであるように、繊維補強ゴム構造の歯面層１４を備えた歯車１０は、樹脂等のみを表面に用いた歯車に比べ、潤滑性、耐摩耗性、および耐久性に優れている。そして、歯面層１４が弾性変形可能であることから、バックラッシュは不要、もしくは最小限に抑制可能であるため、歯車１０の使用時における騒音の発生が防止される。

さらに、歯面層１４の材料である歯面層シート２０が、主として周方向に伸縮可能な織布１８を含むことから、歯面層シート２０を金属製の本体部１２の歯面層形成面１２Ｓに貼付する工程は容易である。このため、歯面層１４を有する歯車１０は、簡便な製法によって製造可能である。

なお、歯面層シート２０の形状、材質等は、上述の実施形態におけるものに限定されない。例えば、織布１８の代わりに、編布をゴム１６等で処理することにより歯面層シート２０を形成しても良い。この場合においても、編布が伸縮可能であるため、上述の効果が得られる。

また、歯面層１４による歯車１０の耐久性向上等の効果を拡大するために、歯面層シート２０を２枚以上重ねて歯面層１４を形成しても良い。この場合、本実施形態と同様に、複数枚の積層させた歯面層シート２０を、本体部１２の歯面層形成面１２Ｓ上に配置、加圧して歯面層形成面１２Ｓに貼り付ける（図５および図６参照）。そして本体部１２の形状は、本実施形態よりも厚みを増す歯面層１４の分だけ、製造される歯車１０よりも小さくなるように調整される。

また、歯面層１４によって耐摩耗性が向上することから、通常は耐摩耗性が低下するために使用できないアルミ等の金属を本体部１２に用いることができ、歯車１０の軽量化も可能である。

ゴム１６と織布１８等を含む歯面層１４は、様々な種類の歯車に適用可能であり、例えば、直歯、斜歯、ラック、山歯、遊星歯車の外歯、内歯等の表面を被覆する。

本実施形態の歯車を示す断面図である。 織布をゴムで処理する工程を例示する図である。 織布がゴムで処理されている歯面層シートを裁断する工程を示す図である。 ゴムが処理されていない状態の織布を裁断する工程を示す図である 本体部の表面上に歯面層シートを配置した状態を示す断面図である。 本体部の表面に歯面層シートを押圧して製造された歯車を示す断面図である。

符号の説明

１０ 歯車
１２ 本体部
１４ 歯面層
１６ ゴム
１８ 織布
２０ 歯面層シート（歯面層材料）

Claims (6)

1. 外周に歯が形成された金属製の本体部と、
   前記歯の表面を覆う歯面層とを備え、
   前記歯面層が、ゴムによって処理された周方向に伸縮可能な織布を備えることを特徴とする歯車。
2. 前記ゴムが、固体潤滑剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の歯車。
3. 前記歯が所定のピッチを有するように、前記本体部の形状が前記歯面層の厚さに応じて調整されていることを特徴とする請求項１に記載の歯車。
4. 前記歯が、直歯もしくは斜歯であることを特徴とする請求項１に記載の歯車。
5. 歯面層を備えた歯車の製造方法であって、
   金属材料から外周に歯が形成された本体部を切り出す本体部形成工程と、
   織布をゴムで処理し、周方向に伸縮可能な前記織布を有する前記歯面層の材料である歯面層材料を形成する処理工程と、
   前記歯面層材料を前記歯の表面に貼り付けて歯面層を形成する歯面層形成工程とを備えることを特徴とする歯車の製造方法。
6. 前記歯面層材料の形状を調整する形状調整工程をさらに有することを特徴とする請求項５に記載の歯車の製造方法。

Images