JP5080314B2 - 歯車構造体及び時計 - Google Patents

Description

本発明は時計のような小型の精密機械に用いられるに適した歯車構造体及びこれを備えた時計に係る。

歯車構造体は、軸部と歯車部から構成されており、歯車に空けられた穴部に軸が圧入されることで、歯車と軸が相対回転することなく固定されている（例えば、特許文献１参照）。
第一の従来例としては、圧入部の形状は、歯車穴部、軸圧入部、外形形状はともに円形をしており、軸の回転軸と歯車の回転軸が重なるように圧入されるものがある。
また、軸が圧入される時に歯車穴部と干渉する部分の径と歯車穴の径は、しまりばめとなる径をしており、軸が圧入される時に歯車穴部と干渉する部分と歯車穴部の間に生じる摩擦力によって、トルクが発生したときに軸と歯車が相対的に回転しないように構成されている。

第二従来例としての歯車構造体は、歯車穴部の円形形状に対して、軸圧入部の外形形状が非円形形状をしたものがある。この構造の代表例としては、軸圧入部の外形形状は、凸部と凹部を交互に複数もつ形状をしており、それらの凸部の先端を通る外接円と、それらの凹部の底を通る内接円に対して、前記外接円より小さく、前記内接円より大きな径の穴を持つ歯車を嵌合し、軸の回転軸と歯車の回転軸が重なる歯車構造体である（例えば、特許文献２を参照）。
この歯車構造体が、歯車と軸が嵌合されるとき、歯車穴の軸凸部と干渉する箇所は嵌合前の歯車穴径よりも大きくなるように変形し、さらに、変形した歯車穴の一部は、軸の凹部へ嵌合前の歯車穴径よりも小さくなりながら凸部と形成し軸の凹部へ入り込む様を変形する。このようにして、軸に形成された凹部と嵌合することにより軸の凸部によって形成された歯車穴の凸部が、軸に形成された凸部と嵌合することにより軸の凸部によって形成された歯車穴の凹部が、係合しトルクの伝達がなされることで、軸と歯車の間で生じる摩擦力だけでなく凹凸の噛み合いにより、歯車と軸に生じるトルク差に対してより強固に締結することが可能となる。よって、初めに示した歯車穴とそこに圧入される軸の形状が円形のものよりトルクを伝達させることが出来る。
特開２００６−２３４４３７ 特開平１１−１９４１７７

上記に示したそれぞれの従来の歯車構造体において、第一の従来例である歯車穴形状が円形のものと軸圧入部外形形状が円形のものでは、歯車構造体としての所定の機能を満足させるためには、締め代の管理、すなわち歯車穴径に対する軸圧入部外径の管理に手間がかかっている。これは、締め代が大きい場合、すなわち歯車穴径に対して、軸圧入部外径が所定の寸法よりも大きい場合、歯車に軸を圧入したときに締め代により歯車に生じる応力により歯車に反りが生じてしまい、歯車が他部品と接触することで、摩擦損失を生じてしまい、正常にトルク伝達が出来なくなってしまう問題がある。逆に、締め代が小さい場合、すなわち歯車穴径に対して、軸圧入部外径が所定の寸法よりも小さい場合、軸と歯車穴の間の摩擦力が十分得られずに軸と歯車に滑りを生じてしまうといった問題がある。このような問題を起こさないために、軸圧入部外径及び歯車穴径の管理による締め代管理が必要となるため、その管理に手間がかかるという課題がある。

また、第二の従来例である、歯車穴部の円形形状に対して、軸圧入部の外形形状が非円形形状をしたものでは、軸圧入部に形成された凹凸部の凸部先端を通る外接円の径を、カンゴウされる歯車穴の径より大きくすることで、軸圧入部に形成された凸部の歯車穴径より大きな径を持つ先端部分は、嵌合されるとき歯車穴部を凹形状に変形させて歯車穴部に圧入されることになる。このため、歯車穴部を変形させて圧入した歯車先端部分は、軸に形成された凹部と嵌合することにより、軸の凸部によって形成された歯車穴の凸部が、軸に形成された凸部と嵌合することにより軸の凸部によって形成された歯車穴の凹部が、係合しトルクが生じたときに双方の回転方向に生じる摩擦力だけでなく、歯車穴に形成された凸部と軸の凸部先端の嵌合したことで回転方向と垂直に形成された面により相互にトルクを伝達することができる。こうすることで、歯車と軸に生じるトルク差に対してより強固に締結することが可能となる。
しかし、軸に直接加工を加えて凸部を形成しまったことにより、その隣り合わせにある軸凹部の回転方向に生じるトルクに対して強度が低くなってしまい、軸に大きなトルクを生じさせた際に、そのトルクに耐えることが出来ずに、軸の凸部が変形しまうことになり、大きなトルクを伝達させることが出来ないという課題がある。
そこで本発明は、歯車と軸とが相対回転することなく高トルクの伝達が可能な歯車構造体及びこれを備えた時計を提供することを目的とする。

歯車構造体は、歯車と、前記歯車の中心部に形成された歯車穴に圧入される軸とで構成され、前記歯車は前記歯車穴の中心方向に凸となっている３つ以上複数の突起部を有し、前記軸の圧入により前記突起部または前記軸が変形されて前記歯車と前記軸が固定されることを特徴とする。

本発明によれば、上記構成により、歯車と軸とが相対回転することなく高トルクの伝達が可能な歯車構造体及びこれを備えた時計を提供することができる。

（１）実施形態の概要
従来の圧入部の形状が、歯車穴部、軸圧入部外形形状ともに円形をしており、軸の回転軸と歯車の回転軸が重なるように圧入されるものではトルクが加えられたときに軸と歯車穴の接触面で生じる摩擦力のみで軸と歯車が相対回転をしないようにしていた。この軸圧入部とそこに圧入される歯車穴部の形状は、接触面上において確実に合致するように加工を施すようにすることは大変困難である。そのため軸を歯車穴に圧入したとしても、歯車穴と軸圧入部の接触面の間で滑りが生じてしまったり、歯車穴部に軸が圧入された際に歯車穴径に歯対して軸径が大きいために歯車が軸方向に反りを生じてしまい、歯先が隣り合う歯車と噛み合わないために、十分にトルクの伝達を行うことはできない。

また、歯車穴部の円形形状に対して、軸圧入部の外形形状が非円形形状をしたものにおいては、軸圧入部を非円形形状にしたことにより、加工部の強度が低くなってしまい、その加工部に大きなトルクが生じたときに、トルクに耐えることが出来ずに、折れてしまうことになる。

そこで、本発明では（軸圧入部に直接加工を加えることはせずに）、歯車穴に回転中心方向に突出した突起部を複数形成する。また、軸の回転中心と歯車の回転中心が一致するように突起部は歯車穴に３箇所以上形成される。このように突起部が形成された歯車穴に軸が圧入されることで、歯車穴に形成された突起部先端が軸を歯車平面状で、各突起部が中心向きに押さえつけ、歯車と軸が固定される。

歯車穴上に形成された突起部は歯車穴に軸が圧入される時、その歯車中心と軸中心が同じ位置にくるように圧入される必要がある。そのため歯車穴上に形成される突起部の間隔は、軸圧入部が歯車穴に形成されている各突起部から軸中心に向かって力を受けるとき、その力が軸を通してその他接触している歯車穴突起部に均等に分散されるように、突起部の形成される間隔が、歯車穴上に等間隔になるように形成する。ただし、軸と歯車中心が同一点上にあり、さらに歯車構造体に回転方向にトルクが加えられたときに軸と歯車が相対回転しなければ、その限りではない。
また、歯車穴に軸が圧入されたとき、歯車穴に形成された突起部と軸圧入部では、突起部先端により形成される凸部先端により形成される円径が軸圧入部の径よりも小さいので、その軸圧入部は歯車穴に形成された突起部先端部から軸中心に向かって変形する。このとき、歯車回転方向にも突起部の持つ幅と同じ程度の変形が生じることになる。このときの変形が隣り合う突起部による変形部分と重なってしまう場合、両突起部の間にくる歯車穴部も、軸中心方向へ変形してしまい、歯車穴に形成された突起部先端と軸圧入部との接触面部分が少なくなってしまう。よって、歯車穴に形成された突起部と、軸が圧入されたことにより形成された突起部間の噛み合いが少なくなってしまい、軸圧入部と歯車穴部の噛み合いにより軸と歯車を回転方向に押さえる力は生じなくなってしまう。よって、歯車穴に形成する突起部先端の間隔は、軸圧入部に生じる変形部が歯車穴に形成されている隣り合う突起部によって生じる変形部と干渉し合わないだけの間隔で形成するものとする。
歯車穴に形成される突起部の突起先端までの長さは、軸が歯車穴に圧入されたときに、軸の圧入部外径が歯車穴に接することがないものとし、軸回転方向にトルクが生じたときに、突起部が軸圧入部から受けるトルクで軸と歯車部に所定の機能に影響を及ぼす量の相対回転を生じない長さとする。
歯車穴に形成される突起部の形状は、歯車中心の向きに凸となった形状であり、その凸形状は、歯車穴に軸が圧入されたときに、その先端部が圧入される軸と締め代をもつ状態あればよい。
凸部の形状としては、台形形状や円形状、三角形状などが挙げられるが、これらは、軸が圧入されたときに、軸と歯車が相対回転を起こすことなく、圧入方向・回転方向に変形することがなければこの限りではない。
（２）実施形態の詳細
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態1に係る、軸と歯車を示す説明図である。

歯車構造体１００は、歯車１１と軸２１の二体で構成されている。歯車１１の中心部には、軸２１を圧入するための歯車穴３1が開いている。歯車穴３１には、歯車１１の中心方向に凸になった突起部４が形成されている。突起部４は略円形の形状をしていて突起部４が、圧入された軸２と接する部分を、頂点部４１とする。突起部４は、複数の同形状のものそれぞれが、歯車穴上で穴の円周方向に等間隔に配置されている。

ここで、歯車構造体の組み立てを以下に説明する。まず、軸２１を突起部４の形成された歯車穴３１に圧入する。軸２１は突起部４の頂点部４１から軸を回転中心方向に押し付けた状態で圧入される。このとき、突起部４と軸２１の圧入により接触する部分（圧入部）は、頂点部４１を結んで出来る歯先円の径よりも軸２１の圧入部の径のほうが大きく形成されていることから、頂点部４１を結んで出来る歯先円の径よりも大きくなっている締め代部分では、頂点部４１は軸２１との接触部分において圧入される軸２１を軸中心方向へ変形させて圧入されることとなる。
また、突起部４により歯車穴３１の軸圧入部に凹凸部が形成されることで、軸２１、もしくは歯車１１に回転方向にトルクがかけられたときに、軸２１と歯車１１間では、歯車穴３１に形成されている凹凸と、歯車穴３１に形成された凹凸部が圧入されたことによって軸２１に形成された凹凸が噛み合うことによって、歯車と軸のトルクの伝達のされ方が、圧入部の形状が、歯車穴部３１、軸圧入部外形形状ともに円形をしているときのような歯車穴３１と軸２１の間に生じる摩擦力だけでなく、歯車穴３１と軸圧入部に形成された凹凸部の回転方向と垂直をなす面に生じる力によって、直接歯車穴３１にある突起部４と軸圧入部に形成された突起部が押し合うことで、相対回転することなく、トルク伝達をすることが可能となる。

また、上述した本実施形態では、突起部の数は図１において３箇所であるが、凸部の形成された歯車穴部に軸が圧入されたとき、軸と歯車が相対回転せず、高トルクを発生させることが出来ればいくつ形成されてもよい。また、その凸部の形状は歯車穴から歯車中心方向に凸形状になっており、軸が圧入されたときに形状の変化を起こさない形状であればこの限りではない。
（実施の形態２）
図２は、この発明の実施の形態２に係る、軸と歯車を示す説明図である。

実施の形態２に係る歯車構造体２００は、歯車穴部に突起部５ａ、５ｂが形成されている。突起部５ａ、５ｂは、ともに長さの異なる側面から構成されている。一方の突起部５ａの長さの短い面部５２は、歯車穴３２の面と略垂直をなすように形成されている。他方の突起部５ａの長さの長い面部５１は、両面部５１と５２の交点を中心として、短い面部５２を時計回りａの方向に４５度回転させた位置に形成されている。
一方、突起部５ｂは長さの短い面部５３は、歯車穴３２の内面と略垂直をなすように形成されている。突起部５ｂの長い面部５４は、両面部５３と５４の交点を中心として、短い面部５３を反時計回りｂの方向に４５度回転させた位置に形成されている。

また、上述した本実施形態では、長い面部５１、５４は短い面部に対して、それぞれ４５度回転させた位置に形成されるとしているが、軸と歯車が相対回転することなく、圧入されていればこの限りではない。
このように形成された突起部５ａ、５ｂはそれぞれ軸が圧入されると、５ａは軸２２がａ方向にトルクを受けたとき、突起部５ａによって軸中心方向ｃに押し込まれており突起部の短い面部５２と回転方向と垂直な面で面接触している状態となっている。これより、軸２２と歯車１２が直接回転方向にトルクを発生させることができるようになり、軸２２と歯車穴３２の間で生じる静止摩擦力よりも大きな力が発生しても、相対回転することなくトルクを発生させることができる。突起部５ｂについては、軸２２がｂ方向にトルクを受けたときに同様にトルクを発生させることが出来る。このように、ａ方向、ｂ方向の両回転方向の相対回転を抑えるためには、５ａ、５ｂの両突起部を必要とする。しかし、一方向のみの相対回転を抑える場合には、５ａのみ、もしくは５ｂのみの突起部を３個以上、歯車穴３２に形成すればよい。
突起部５ａ、５ｂの両突起部を形成するとき、その設置間隔は突起部５ａの頂点部５５が軸２２と接触することで、歯車中心方向ｃに変形する。このとき軸は中心方向だけでなく、回転方向にも幅をもって変形することになる。突起部５ａと隣り合う突起部５ｂの頂点部５６と軸２２が接触することで、同様に軸２２は歯車中心方向ｃに変形する。この変形幅が隣り合う突起部による変形部分と干渉すると頂点部５５による歯車中心方向の変形部と頂点部５６による変形部が干渉してしまい、頂点部５５は反時計回りｂ方向に、頂点部５６では時計回りａ方向に、軸２２と嵌合する部分がなくなってしまう。よって、両変形部分が干渉しないだけの間隔を空けて突起部５ａ、５ｂ設置するものとする。

また、上述した本実施形態では、これら突起部５ａ、５ｂを一組とし、歯車穴に歯車穴円周上に略等間隔に２組以上形成されるものとする。しかし、軸と歯車が相対回転することなく、トルクの伝達が出来ればこの限りではない。
（実施の形態３）
図３は、この発明の実施の形態３に係る、軸と歯車を示す説明図である。

実施の形態３に係る歯車構造体３００は、歯車穴に突起部６が形成されている。突起部６は略台形形状をしており、その両側面は歯車１３の回転中心方向に同じ長さだけ伸びている。また、実施形態２と同様に、突起部６は略等間隔に配置されていても良い。その上底部（軸接面部）６１で圧入される軸２３を固定することになる。図１や図２に示す突起部４や５ａ・５ｂに比べ、圧入される軸２３と面で接触することができるので、軸２３をより安定に固定することができる。また、圧入される軸２３は歯車中心Ａを中心として、各凸部上底部６１により形成される円形状の径よりも、圧入される軸２３の径のほうが大きいので、凸部上底部６１は圧入される軸２３との接触部分において軸２３を突起部先端形状に変形させて圧入されることになる。これにより歯車構造体３００の回転方向と垂直に形成された接触面において、軸２３と歯車穴３３が直接回転方向にトルクを生じさせることが出来るので、相対回転を起こすことなく、トルクを発生させることが出来る。
（他の実施の形態）
図４に示すように、上述した本実施形態の突起部５ａ、５ｂと突起部６を同じ歯車穴上に形成してもよい。他形状同士が同じ歯車穴上に形成されたとしても、軸と歯車が相対回転を起こすことはなく、軸と歯車の回転中心がずれた状態になることもなく、トルクを発生させることが出来る。

この発明の実施の形態１に係る歯車構造体を示す説明図である。 この発明の実施の形態２に係る歯車構造体を示す説明図である。 この発明の実施の形態３に係る歯車構造体を示す説明図である。 この発明の他の実施形態に係る歯車構造体を示す説明図である。

符号の説明

４、５ａ、５ｂ、６ 突起部
１１、１２、１３、１４ 歯車
２１、２２、２３、２４ 軸
３１、３２、３３、３４ 歯車穴
４１、５５、５６ 頂点部
５１、５４ 長い面部
５２、５３ 短い面部
６１ 上底部（軸接面部）
１００、２００、３００、４００ 歯車構造体
ａ 時計回り
ｂ 反時計回り
ｃ 軸中心方向
ｄ 軸中心逆方向

Claims (3)

1. 歯車と、
   前記歯車の中心部に形成された歯車穴に圧入される軸とで構成され、
   前記歯車は前記歯車穴の中心方向に凸となっている３つ以上の突起部を有し、前記軸の圧入により前記突起部または前記軸が変形されて前記歯車と前記軸が固定される歯車構造体であって、
   前記突起部の先端部を結んで出来る歯先円の径より大きく前記歯車穴の径より小さい軸が圧入された際、圧入により変形された前記突起部の先端部を結んで出来る歯先円の径が前記歯車穴の径より小さくなることによって、前記軸と前記変形された前記突起部の先端部が嵌合され、
   前記突起部は、それぞれ線対称の一対の突起からなり、前記一対の突起のそれぞれが歯車平面において長い面部と短い面部を有し、前記短い面部は前記歯車穴の内面と略垂直に構成されることを特徴とする歯車構造体。
2. 前記突起部の間隔が略等間隔である請求項１記載の歯車構造体。
3. 請求項１又は２に記載の歯車構造体を備えた時計体。

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