JP4950496B2 - Gear and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、歯車及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a gear and a manufacturing method thereof.
二つの歯車の噛み合いにより歯車間で力を伝達する場合、回転運動を円滑に行うために所定のバックラッシュが設けられている。しかしながら、必要以上のバックラッシュが発生した場合には、位置決めにおいて精度が低下してしまう。そのため、バックラッシュが発生しないように歯先から中心部に向って溝が形成されたものが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。この場合、溝が形成されたことにより歯が弾性変形可能となり、相手方歯車と合わせて両歯車の歯の歯面同士の圧接状態を保って精度を維持することができる。
しかしながら、上記従来の歯車の場合、溝の終端部以外の幅が略同一であるため、歯元側に向うにつれて歯の剛性が高くなる。従って、相手方歯車に嵌合した際の弾性変形による面圧が大きくなり、力を伝達するために噛み合ったときの摩擦力による損失が大きくなるため、伝達効率が低下してしまう。
ところが、この面圧を低減するために溝幅を広げた場合には、歯車に加えられた負荷に対して必要以上に弾性変形が発生し、歯の剛性が低下してしまう。また、溝の幅を変えずに歯の構成材料を軟化させた場合には、圧接面での耐磨耗性が低下してしまう。
However, in the case of the conventional gear, since the width other than the end portion of the groove is substantially the same, the rigidity of the tooth increases toward the tooth base side. Therefore, the surface pressure due to elastic deformation when engaged with the counterpart gear is increased, and the loss due to the frictional force when engaged to transmit the force is increased, so that the transmission efficiency is lowered.
However, when the groove width is increased in order to reduce the surface pressure, the elastic deformation occurs more than necessary with respect to the load applied to the gear, and the rigidity of the teeth decreases. Further, when the tooth constituent material is softened without changing the width of the groove, the wear resistance on the pressure contact surface is lowered.
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、バックラッシュを低減することができ、歯車間の伝達効率や歯面の耐磨耗性の低下を最小限に抑え、かつ、高精度の位置決めを行うことができる歯車及びこの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, can reduce backlash, minimizes the reduction in transmission efficiency between gears and wear resistance of tooth surfaces, and is highly accurate. It is an object of the present invention to provide a gear that can be positioned and a manufacturing method thereof.
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る歯車は、歯先から中心部に向って歯幅全体にわたって設けられた溝により、歯が力の伝達時に弾性変形可能な二つの弾性支持部に分岐された歯車であって、前記溝が、歯末側溝と、該歯末側溝の溝幅よりも大きい溝幅を有する歯元側溝とを備え、前記歯末側溝の溝幅が、相手方歯車と噛合された際に、前記弾性支持部の歯先における弾性変形量よりも大きく、かつ、歯車間の力の伝達方向に対する前記弾性支持部の歯先における許容変形量よりも小さいことを特徴とする。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
A gear according to the present invention is a gear branched into two elastic support portions that can be elastically deformed when a force is transmitted by a groove provided over the entire tooth width from the tooth tip toward the center portion. The groove includes an end tooth side groove and a tooth base side groove having a groove width larger than the groove width of the end tooth side groove, and the elastic support is provided when the groove width of the end tooth side groove meshes with a counterpart gear. The elastic deformation amount is larger than the elastic deformation amount at the tooth tip of the portion and smaller than the allowable deformation amount at the tooth tip of the elastic support portion with respect to the transmission direction of the force between the gears.
この発明は、相手方歯車と噛み合い、弾性支持部が互いに接近する方向に所定の撓み量で曲がっても、一方の弾性支持部と他方の弾性支持部とを当接しないようにすることができる。従って、歯車間で隙間を形成することなく一方の弾性支持部の弾性力による所定の面圧が歯面に負荷された状態で力を伝達することができる。 The present invention can prevent one elastic support portion and the other elastic support portion from coming into contact with each other even when the elastic support portion is engaged with the counterpart gear and bent by a predetermined deflection amount in a direction in which the elastic support portions approach each other. Therefore, the force can be transmitted in a state where a predetermined surface pressure due to the elastic force of one elastic support portion is applied to the tooth surface without forming a gap between the gears.
この際、歯元側溝のほうが歯末側溝よりも溝幅が大きいので、歯元側の剛性を低減することができ、歯面全体の面圧を従来よりも小さくすることができる。さらに、溝幅が弾性支持部の許容変形量よりも小さいので、歯車間で伝達する力よりも大きい外力が一方の弾性支持部に付加されて歯先又はその近傍が他方の弾性支持部と当接した際、一方の弾性支持部だけでなく他方の弾性支持部の剛性を付加することができる。従って、歯全体の剛性を高めることができる。 At this time, since the tooth root side groove has a larger groove width than the tooth end side groove, the rigidity of the tooth root side can be reduced, and the surface pressure of the entire tooth surface can be reduced as compared with the conventional case. Further, since the groove width is smaller than the allowable deformation amount of the elastic support portion, an external force larger than the force transmitted between the gears is applied to one elastic support portion, and the tooth tip or the vicinity thereof contacts the other elastic support portion. When contacting, the rigidity of not only one elastic support portion but also the other elastic support portion can be added. Therefore, the rigidity of the whole tooth can be increased.
また、本発明に係る歯車は、前記歯車であって、前記歯末側溝の溝幅が、歯先側に向って漸次拡開して設けられていることを特徴とする。
この発明は、歯車間で伝達する力よりも大きい外力が一方の弾性支持部に付加された際、歯先近傍だけでなく歯末側溝の全体の面で力を受けることができ、弾性支持部間の摩擦力による摩耗を抑えて歯の剛性をさらに高めることができる。
Moreover, the gear according to the present invention is the gear, wherein a groove width of the end tooth side groove is provided so as to gradually expand toward the tooth tip side.
When an external force larger than the force transmitted between the gears is applied to one elastic support portion, the present invention can receive the force not only in the vicinity of the tooth tip but also on the entire surface of the addendum side groove. It is possible to further increase the rigidity of the teeth by suppressing wear due to the frictional force therebetween.
また、本発明に係る歯車は、前記歯車であって、前記各弾性支持部の前記歯末側溝の対向面に、互いに噛み合う凹凸が形成されていることを特徴とする。
この発明は、歯車間で伝達する力よりも大きい外力が一方の弾性支持部に付加され、一方の弾性支持部と他方の弾性支持部とが接触しても、弾性支持部間で歯車の径方向のズレを抑えることができ、弾性支持部間の摩擦力による摩耗を抑えて歯の剛性をさらに高めることができる。
Moreover, the gear according to the present invention is the gear, wherein unevenness that meshes with each other is formed on the opposing surface of the end-end groove of each elastic support portion.
According to the present invention, even if an external force larger than the force transmitted between the gears is applied to one elastic support portion and the one elastic support portion and the other elastic support portion come into contact with each other, the diameter of the gear between the elastic support portions is The displacement of the direction can be suppressed, and wear due to the frictional force between the elastic support portions can be suppressed to further increase the rigidity of the teeth.
本発明に係る歯車の製造方法は、パターン形成された平面状の導電層が表面に配された基材上に、感光性材料を塗布し、露光して型を形成する工程と、前記型に電鋳物を堆積する工程とを備え、歯幅全体にわたって、歯先から中心部に向かって途中で幅が異なる溝を形成するように前記型を形成することを特徴とする。 The gear manufacturing method according to the present invention includes a step of applying a photosensitive material on a substrate on which a patterned planar conductive layer is disposed on the surface, and exposing to form a mold; And depositing an electroformed product, and forming the mold so as to form grooves having different widths in the middle from the tooth tip toward the central portion over the entire tooth width.
この発明は、高精度の型を作製することができ、時計部品に使用するような小さい歯車であっても精度よく製造することができる。また、歯面の表面粗さを小さくすることができ、摺動時の摩擦を低減することができる。 According to the present invention, a high-precision mold can be manufactured, and even a small gear used for a timepiece part can be manufactured with high accuracy. Further, the surface roughness of the tooth surface can be reduced, and friction during sliding can be reduced.
本発明によれば、バックラッシュを低減することができ、歯車間の伝達効率や歯面の耐磨耗性の低下を最小限に抑え、かつ、高精度の位置決めを行うことができる。 According to the present invention, it is possible to reduce backlash, minimize the reduction in transmission efficiency between gears and wear resistance of the tooth surface, and perform highly accurate positioning.
本発明に係る第1の実施形態について、図1から図5を参照して説明する。
本実施形態に係る歯車1は、例えば、平歯車であり、図1から図3に示すように、歯先から歯車1の中心Cに向って歯幅全体にわたって各歯2に設けられた溝3により、歯2が力の伝達時に弾性変形可能な一方の弾性支持部5と他方の弾性支持部6とに分岐されている。この溝3は、歯末側溝7と、歯末側溝7の溝幅(T1)よりも大きい溝幅(T2)を有する歯元側溝8とを備えている。
A first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS.
The
歯末側溝7の溝幅(T1)は、歯車1のモジュールにかかわらず、図4に示すように、相手方歯車10と噛合された際に、各弾性支持部5,6の弾性変形量(h1,h2)の和よりも大きく、かつ、図5に示すように、歯車間の力の伝達方向(F)に対する一方の弾性支持部5の許容変形量(図中のh3よりも大きい値)よりも小さくなるように形成されている。
Regardless of the
次に、本実施形態に係る歯車1の製造方法について図6から図10を参照しながら説明する。
この製造方法は、パターン形成された平面状の導電層11が表面に配された基板(基材)12上に、ネガフォトレジスト(感光性材料)を塗布し、露光して型13を形成する工程(S01)と、型13に電鋳物15を堆積する工程(S02)と、表面を研磨して電鋳物15から型13を除去する工程(S03)とを備えている。
Next, a method for manufacturing the
In this manufacturing method, a negative photoresist (photosensitive material) is applied on a substrate (base material) 12 on which a planar
型13を形成する工程(S01)では、まず、ネガフォトレジストが露光される波長がカットされた、いわゆる図示しないイエロールーム内で、導電層11を含む基板12の表面に、例えば、エポキシ系の樹脂をベースとする化学増幅型のネガフォトレジストを塗布する。
続いて、ネガフォトレジストに硬化させない未硬化層16を形成するためのフォトマスク17をネガフォトレジストの表面に配置して、露光する。これにより、図6に示すように、硬化層18と硬化されない未硬化層16とを形成する。この際、上述した、歯末側溝7及び歯元側溝8を歯車1の歯2に形成するようにフォトマスク17を調整して硬化層18を形成する。そして、上述した工程までによって製造されたものを現像液中に漬けて、図7に示すように、未硬化層16を除去し、型13を形成する。
In the step of forming the mold 13 (S01), first, in the so-called yellow room (not shown) where the wavelength at which the negative photoresist is exposed is cut, on the surface of the
Subsequently, a
続いて、型13に電鋳物15を堆積させる工程(S02)に移行する。
即ち、図示しない電鋳液内に型13を浸した状態で、導電層11を利用してこれに電圧を印加して電子を供給する。これによって図示しない電極から溶出されたNiイオンが移動して、導電層11上にNiを徐々に析出させて、図8及び図9に示すような電鋳物15とする。
Subsequently, the process proceeds to a step of depositing the
That is, in a state where the
そして、表面を研磨してこの電鋳物15から型13を除去する工程(S03)に移行する。電鋳物15が所定の厚さになるように表面を研磨した後、例えば、有機溶剤にて硬化層18を溶融して除去し、図10に示すような歯車1を得る。
Then, the process proceeds to a step of removing the
こうして得られた本実施形態に係る歯車1の作用について説明する。なお、以下の作用は、本実施形態に係る歯車1を被動歯車として説明する。
相手方歯車10と噛合した際、各弾性支持部5,6が互いに接近する方向に押圧されて弾性変形する。そして、相手方歯車10から力が伝達された際には、一方の弾性支持部5にさらに曲げ応力が発生し、一方の弾性支持部5の歯先が撓んで他方の弾性支持部6の方向に移動する。
The operation of the
When meshed with the
この際、歯末側溝7の溝幅(T1)が、各弾性支持部5,6の弾性変形量(h1,h2)の和よりも大きく形成されているので、図4に示すように、各弾性支持部5,6が互いに接近する方向に所定の撓み量で曲がっても、一方の弾性支持部5と他方の弾性支持部6とは当接しない。そのため、力が伝達される過程で、一方の弾性支持部5に負荷される面圧が急激に変化することが抑えられ、一方の弾性支持部5の面圧が所定の範囲内に抑えられる。
At this time, the groove width (T1) of the addendum-
一方、歯車1の回転方向とは逆の方向に負荷や外力が加わった場合、一方の弾性支持部5に曲げ応力が付加されてさらに撓む。このとき、歯末側溝7の溝幅が、歯車間の力の伝達方向(F)に対する各弾性支持部5,6の許容変形量(h3よりも大きい値)よりも小さいので、一方の弾性支持部5が弾性変形している途中で、図5に示すように、歯先5aが他方の弾性支持部6の歯先6aに当接する。
On the other hand, when a load or an external force is applied in a direction opposite to the rotation direction of the
このとき、歯2としての剛性は、一方の弾性支持部5の剛性のみならず、他方の弾性支持部6の剛性も加わったものとなる。従って、弾性支持部5,6同士が接触した後は、歯2としての剛性が不連続に変化して急激に高くなり、外力に対する反力が大きくなる。
At this time, the rigidity of the
この歯車1によれば、相手方歯車10と噛み合い、各弾性支持部5,6が互いに接近する方向に所定の撓み量で曲がっても、一方の弾性支持部5と他方の弾性支持部6とを当接しないようにすることができる。従って、歯車間で隙間を形成することなく一方の弾性支持部5の弾性力による所定の面圧が歯面に負荷された状態で力を伝達することができる。
According to the
この際、歯元側溝8のほうが歯末側溝7よりも溝幅が大きいので、歯元側の剛性を低減することができ、歯面全体の面圧を従来よりも小さくすることができる。さらに、溝幅が各弾性支持部5,6の許容変形量よりも小さいので、歯車間で伝達する力よりも大きい外力が一方の弾性支持部5に付加されて歯先5aが他方の弾性支持部6の歯先6aと当接した際、一方の弾性支持部だけでなく他方の弾性支持部の剛性を付加することができる。
At this time, since the tooth
従って、外力が付加された場合の歯2全体の剛性を高めることができ、歯面の耐磨耗性を高めることができる。この結果、歯車間の隙間となるバックラッシュを低減することができ、歯車間の伝達効率や歯面の耐磨耗性の低下を最小限に抑え、かつ、高精度の位置決めを行うことができる。
Accordingly, the rigidity of the
また、本実施形態に係る歯車1を電鋳により製造するので、高精度の型13を作製することができ、時計部品のように歯車1が小さいものであっても精度よく製造することができる。また、歯面を鏡面に近い状態に仕上げて表面粗さを小さくすることができ、噛合時の摺動による摩擦を低減することができる。
Moreover, since the
次に、第2の実施形態について図11を参照しながら説明する。
なお、上述した第1の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第2の実施形態と第1の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る歯車20の歯末側溝21の溝幅が、各弾性支持部22,23の歯先22a,23a側に向って漸次拡開して設けられているとした点である。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to 1st Embodiment mentioned above, and description is abbreviate | omitted.
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the groove width of the addendum-
この場合、各弾性支持部22,23の歯先22a,23a間の距離は、第1の実施形態に係る歯末側溝7と同じ大きさとなる。そして、歯先22a,23aが当接した際、互いの対向面22b,23b全体が接触するような角度となっている。
In this case, the distance between the
この歯車20は、第1の実施形態と同様に、電鋳により製造される。この際、歯末側溝に相当する部分に、歯先側に向って漸次拡開する歯末側溝が形成されるように、硬化層を形成して型を作製して電鋳を行う。
The
この本実施形態に係る歯車20の作用について、第1の実施形態と同様の場合を説明する。
相手方歯車10と噛合した場合には、一方の弾性支持部22と他方の弾性支持部23とが当接しないので、第1の実施形態と同様の作用により、力の伝達が行われる。
About the effect | action of the
When meshed with the
歯車20の回転方向とは逆の方向に負荷や外力が加わった場合には、一方の弾性支持部22が他方の弾性支持部23に当接する。この際、互いの歯先22a,23aだけでなく、対向面22b、23b全体にわたって互いに接触する。従って、接触面積が第1の実施形態の場合よりも大きくなり、対向面に作用する摩擦力によって弾性支持部22,23間における歯車20の径方向の移動が規制される。
When a load or an external force is applied in a direction opposite to the rotation direction of the
この歯車20によれば、歯車間で伝達する力よりも大きい外力が一方の弾性支持部22に付加された際、弾性支持部22,23間の摩擦力による摩耗を抑えて歯25の剛性をさらに高めることができる。
According to the
次に、第3の実施形態について図12を参照しながら説明する。
なお、上述した他の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第3の実施形態と第1の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る歯車30の各弾性支持部31,32の歯末側溝33の対向面31b,32bに、互いに噛み合う三角形状の凹部35及び凸部36が形成されているとした点である。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to other embodiment mentioned above, and description is abbreviate | omitted.
The difference between the third embodiment and the first embodiment is a triangular shape that meshes with the opposing
この歯車30は、第1の実施形態と同様に、電鋳により製造される。この際、歯末側溝に相当する部分に、凹凸が形成されるように硬化層を形成して型を作製して電鋳を行う。
The
次に、本実施形態に係る歯車30の作用について説明する。
相手方歯車10と噛合した場合には、一方の弾性支持部31と他方の弾性支持部32とが当接しないので、第1の実施形態と同様の作用により、力の伝達が行われる。
歯車30の回転方向とは逆の方向に負荷や外力が加わった場合には、一方の弾性支持部31が他方の弾性支持部32に当接する。この際、対向面31b,32bに形成された凹部35及び凸部36が互いに係合される。従って、弾性支持部31,32間における、歯車30の径方向への相対移動が規制される。
Next, the operation of the
When meshed with the
When a load or an external force is applied in a direction opposite to the rotation direction of the
この歯車30によれば、歯車間で伝達する力よりも大きい外力が一方の弾性支持部31に付加され、一方の弾性支持部31と他方の弾性支持部32とが接触しても、弾性支持部31,32間で歯車30の径方向のズレを抑えることができ、弾性支持部31,32間の摩擦力による摩耗を抑えて、歯37の剛性をさらに高めることができる。
According to the
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、歯車を被動歯車としているが、駆動歯車として使用しても伝達する際の力の向きが異なることを除けば同様の作用・効果を奏することができる。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above embodiment, the gear is a driven gear, but even if it is used as a driving gear, the same actions and effects can be achieved except that the direction of the force during transmission is different.
また、歯末側溝の溝幅を、相手方歯車10と噛合された際に、各弾性支持部の弾性変形量(h1,h2)の和よりも大きく、かつ、歯車間の力の伝達方向(F)に対する弾性支持部の許容変形量(h3よりも大きい値)よりも小さくなるように形成しているが、こうして決定された溝幅に対して、さらに弾性支持部の許容変形量を超えない範囲で加工誤差を考慮した溝幅としても構わない。
Further, the groove width of the end-end side groove is larger than the sum of the elastic deformation amounts (h1, h2) of the respective elastic support portions when meshed with the
さらに、第3の実施形態において、歯末側溝33の対向面31b,32bに、互いに噛み合う三角形状の凹部35及び凸部36が設けられているが、図13に示すように、四角形状の凹部40及び凸部41であっても構わない。さらに、多角形状のものであっても構わない。この場合も、第3の実施形態と同様の作用・効果を奏することができる。
Furthermore, in the third embodiment, the triangular
また、上記実施形態では歯車を電鋳によって製造しているが、電鋳によるものに限らず、歯車の材質は、樹脂やシリコン、金属、セラミックス等で弾性を持ったものであればよい。この際、大きい金属歯車の場合には、溝を放電加工により形成させてもよく、樹脂の歯車の場合には、溝を射出成型によって形成させても構わない。また、シリコンやセラミックスの場合には、エッチングやブラストによって形成させてもよい。そして、この溝は相手方歯車にあっても構わない。 In the above embodiment, the gear is manufactured by electroforming. However, the gear is not limited to electroforming, and the gear may be made of resin, silicon, metal, ceramics, or the like having elasticity. At this time, in the case of a large metal gear, the groove may be formed by electric discharge machining, and in the case of a resin gear, the groove may be formed by injection molding. In the case of silicon or ceramics, it may be formed by etching or blasting. And this groove | channel may be in an other party gear.
第1の実施形態に係る歯車1の歯2と第3の実施形態に係る歯車30の歯37とにそれぞれ力を負荷させたときのそれぞれの歯が受ける反力を、従来のように溝幅が一定な歯車の場合と比較した。歯に必要な剛性に相当する反力を同一の大きさとして、弾性支持部が弾性変形するにつれて変化する反力の相対的な大きさの変化を図14に示す。
The reaction force received by each tooth when a force is applied to the
第1の実施形態及び第3の実施形態とも、弾性支持部の互いの歯先が接触するまでは、従来よりも低い反力で変形する一方、歯先が接触してからは、反力が不連続に変化して急激に大きくなることがわかった。従って、通常時には低い面圧を維持して力を伝達でき、大きな外力が負荷された場合には、剛性を高めることができることがわかった。 Both the first embodiment and the third embodiment are deformed with a reaction force lower than that of the prior art until the tooth tips of the elastic support portion come into contact with each other. It turns out that it changes discontinuously and grows rapidly. Accordingly, it was found that the force can be transmitted while maintaining a low surface pressure during normal times, and the rigidity can be increased when a large external force is applied.
1,20,30 歯車
2,25 歯
3 溝
5,22,31 一方の弾性支持部
5a,6a,22a,23a 歯先
6,23,32 他方の弾性支持部
7,21,33 歯末側溝
8 歯元側溝
11 導電層
12 基板(基材)
13 型
15 電鋳物
35 凹部
36 凸部
C 中心(中心部)
1, 20, 30
13
Claims (2)
前記溝が、歯末側溝と、該歯末側溝の溝幅よりも大きい溝幅を有する歯元側溝とを備え、
前記歯末側溝の溝幅が、相手方歯車と噛合された際に、前記弾性支持部の歯先における弾性変形量よりも大きく、かつ、歯車間の力の伝達方向に対する前記弾性支持部の歯先における許容変形量よりも小さく、歯先側に向かって漸次拡開して設けられていることを特徴とする歯車。 A gear branched into two elastic support portions that can be elastically deformed when a force is transmitted by a groove provided over the entire tooth width from the tooth tip toward the center portion,
The groove includes an end tooth side groove and a root side groove having a groove width larger than the groove width of the end tooth side groove;
When the groove width of the end tooth side groove is meshed with the counterpart gear, the amount of elastic deformation at the tooth tip of the elastic support portion is larger, and the tooth tip of the elastic support portion with respect to the direction of transmission of force between the gears gear, characterized in that it is provided with gradually widened toward rather small, the addendum side than the allowable amount of deformation.
前記型に電鋳物を堆積する工程とを備え、 Depositing an electroformed product on the mold,
歯先側に向かって漸次拡開して設けられる溝を形成するように前記型を形成することを特徴とする歯車の製造方法。A method of manufacturing a gear, wherein the mold is formed so as to form a groove that is gradually expanded toward the tooth tip side.
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