JP5633033B2 - 有段減速歯車及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、有段減速歯車及びその製造方法に関する。

従来から、樹脂製のスパー（大歯車）と、金属製のカナ（小歯車）とから構成される有段減速歯車が知られており、主にモータ等の減速機構に使用されている。

このような有段減速歯車の製造方法としては、金型内にカナとなる金属部材を装填した後、樹脂を注入して金属部材を溶融樹脂で包んでスパーとなる樹脂を固化させるインサート成形による方法、あるいは、中心穴を備える樹脂製のスパーに軸状の圧入部が延び出した金属製カナを圧入する方法がある。

また、特許文献１には、略ピッチ形状の中心穴を備える樹脂スパーの中心穴に、歯車の一部をピッチ歯に加工したカナのピッチ歯の部分を差し込む技術について開示されている。

この特許文献１に記載の技術は、試作段階や少量を製作する場合において、廻り方向の滑りを防止した有段減速歯車を得るのに好適である。

特開２００５‐６６７３３号公報

インサート成形による製造方法では、インサート用の金属部品を成形金型内に連続的に供給することができる装置を含むインサート成形用の金型装置が必要となる。また、歯車の緒元（歯数、モジュール、転位係数）に応じて専用の金型が必要となる。したがって圧入による製造方法と比較して製造エネルギーが大きくならざるを得ない。

圧入による製造方法では、一般に、圧入部が樹脂製のスパーの中心穴に圧入されているだけであるため、想定以上の負荷トルクが与えられた場合等に、圧入部が中心穴内で滑り、カナがスパーに対して廻ってしまうという不具合を生じる可能性がある。

また、圧入方向と反対方向に、通常の使用形態では想定されない負荷が働いた場合には、カナがスパーから抜けてしまうという不具合を生じる可能性がある。

特許文献１に記載の方法によれば、特に廻り方向の滑りを防止するのに効果があるが、カナをスパーに挿入する前に、スパーを専用の加工工具を用いてプレス加工する分の工数を要する為、量産には適さない場合があると考えられる。

本発明の目的は、小歯車が大歯車に対して廻ってしまう、或いは抜けてしまうということを防止できるようにした量産性にも優れる有段減速歯車を、比較的製造エネルギーの小さい製造方法で実現することである。

（１）本発明は、回転中心部に孔が形成された第１の歯車と、前記第１の歯車より小径で回転中心部から圧入部が延び出している第２の歯車と、を備え、前記圧入部は前記孔内に圧入されていて、前記第２の歯車の歯車が形成された部分の一部が前記第１の歯車に埋め込まれている有段減速歯車である。

（２）この場合に、前記圧入部は、その周面に溝が連続的に形成されている、ようにしてもよい。

（３）また、前記第１の歯車をフェノール樹脂製とし、前記第２の歯車は金属製としてもよい。

（４）別の面から見た本発明は、回転中心部に孔が形成された第１の歯車、及び前記第１の歯車より小径で回転中心部から圧入部が延び出している第２の歯車を準備する準備工程と、前記準備工程の後に前記圧入部を前記孔内に圧入する第１圧入工程と、前記第１圧入工程の後に前記第２の歯車の歯車が形成された部分の一部を前記第１の歯車に埋め込む第２圧入工程と、を含んでなる有段減速歯車の製造方法である。

（５）この場合に、前記準備工程は、前記圧入部の周面に溝が連続的に形成されている前記第２の歯車を準備する、ようにしてもよい。

（１）、（３）、（４）の発明によれば、第２の歯車が第１の歯車に対して廻ってしまうということを防止することができる。

（２）、（３）、（５）の発明によれば、第１の歯車に対する第２の歯車の抜けを防止することができる。

（３）の発明によれば、第２の歯車が第１の歯車に対して廻ってしまうということや、第１の歯車に対する第２の歯車の抜けを防止し、歯車の使用における耐久性と信頼性に優れた有段減速歯車とすることができる。

（４）、（５）の発明によれば、第１の歯車に対する第２の歯車の廻り若しくは抜けを防止することができる有段減速歯車を、少ない作業工数で効率良く製造することができる。

更に、（４）、（５）の発明によれば、第１の歯車又は第２の歯車の歯数等の仕様を変える場合でも、同一の設備により、若しくは設備に大きな変更を伴わずに、対応することができる。

本発明の一実施の形態である有段減速歯車の縦断面図である。 本発明の一実施の形態である有段減速歯車の斜視図である。 本発明の一実施の形態である有段減速歯車の製造工程を段階的に説明するフローチャートである。 本発明の一実施の形態である有段減速歯車の製造工程でカナの圧入部を孔に突き当てまで圧入した状態の部分拡大縦断面図である。 本発明の一実施の形態である有段減速歯車の製造工程でスパーの変形を段階的に示す部分拡大縦断面図である。 本発明の一実施の形態である有段減速歯車の製造工程でスパーの変形を段階的に示す部分拡大縦断面図である。 本発明の一実施の形態である有段減速歯車の製造工程でスパーの変形を段階的に示す部分拡大縦断面図である。 本発明の一実施の形態である有段減速歯車の製造工程で図７の状態の治具を含めての縦断面図である。 本発明の一実施の形態である有段減速歯車の製造工程で面取りを有する図７の状態の治具を含めての縦断面図である。 比較例となる有段減速歯車の縦断面図である。 比較例となる有段減速歯車の製造工程を段階的に説明するフローチャートである。 本発明の一実施の形態である有段減速歯車の作用について説明する説明図である。 本発明の一実施の形態である有段減速歯車の作用について説明するグラフである。 本発明の他の実施の形態である有段減速歯車の縦断面図である。 本発明の一実施の形態である有段減速歯車のカナの縦断面図である。 本発明の他の実施の形態である有段減速歯車のカナの縦断面図である。 本発明の他の実施の形態である有段減速歯車の製造工程で図１４の状態の治具を含めての縦断面図である。 本発明の他の実施の形態である有段減速歯車の製造工程で面取りを有する図１４の状態の治具を含めての縦断面図である。 本発明の他の実施の形態である有段減速歯車の作用について説明する説明図である。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

まず、本発明の一実施の形態である有段減速歯車の構造について説明する。

図１は、有段減速歯車１の縦断面図、図２は、同斜視図である。

有段減速歯車１は、周面に歯車が形成された第１の歯車となる樹脂（ベークライト）製のスパー（大歯車）２と、歯先円直径φ６mmのスパー２より小径で周面に歯車が形成された第２の歯車となる金属製のカナ（小歯車）３とを備えている。スパー２の回転中心部にはスパー２の回転軸方向にスパー２を貫通する孔４が形成されている。カナ３の回転中心部からは軸状の圧入部５が延び出している。

圧入部５の全体は、孔４内に圧入されている。さらに、カナ３の周面に歯車が形成された部分の一部６も孔４内に強圧入されている。すなわち、カナ３の一部６はスパー２に埋め込まれた状態にある。

次に、有段減速歯車１の製造方法について説明する。

図３は、有段減速歯車１の製造工程を段階的に説明するフローチャートである。

まず、スパー２を平置きする治具をセットし（ステップＳ１）、その治具の上にスパー２を平置きしてセットする（ステップＳ２）。そして、その上にカナ３をセットする（ステップＳ３）。

次に、カナ３の圧入部５を孔４に突き当てまで圧入する（ステップＳ４）。図４は、カナ３の圧入部５を孔４に突き当て部７まで圧入した状態の部分拡大縦断面図である。カナ３とスパー２とが突き当たっている。

この後、カナ３の周面に歯車が形成された部分の一部６も孔４内に強圧入する（ステップＳ５）。図５〜図７は、このときのスパー２の変形を段階的に示す部分拡大縦断面図である。

カナ３の周面に歯車が形成された部分の一部６を孔４内に強圧入すると、カナ３の歯が孔４内に食い込んでスパー２が弾性変形を起こす（図５の状態）。さらに強圧入すると、スパー２が弾性変形、塑性変形を起こし、スパー２の樹脂断裂部分にカナ３の歯が食い込む（図６の状態）。この後、強圧入力を解除すると、弾性変形部分の作用によりカナ３は少し押し戻される（図７の状態）。

スパー２の材質として機械的特性に優れるフェノール樹脂であるベークライトを採用している為、スパー２の弾性変形〜樹脂断裂〜塑性変形を特に最適なかたちで発生させることができ、金属製のカナ３の一部がスパー２に良好に埋め込まれた状態となる。

図８は、図７の状態の治具を含めての縦断面図である。

治具１１は、上面１２が平面で、孔４の大きさ、形状に合致した孔１３が開いた器具である。このような形状であるため、スパー２全体を受けることにより、スパー２の弾性変形を抑制し、結果としてスパー２が塑性変形し、スパー２の形状変形を抑制することができる。

これに対して、図９に示すように、治具１１が上面１２の孔１３部分に面取り１４を有していると、スパー２に形状変形が生じてしまうため、好ましくない。

図１０は、比較例となる有段減速歯車１０１の縦断面図である。

図１０において、図１、図２と同一符号の部材は前述の有段減速歯車１のものと同様であり、詳細な説明は省略する。有段減速歯車１０１においては、カナ３の周面に歯車が形成された部分の一部を孔４内に強圧入していない点で有段減速歯車１の構成と異なる。

図１１は、有段減速歯車１０１の製造工程を段階的に説明するフローチャートである。

図１１において、図３と同一のステップは前述の有段減速歯車１の製造工程のものと同様であり、詳細な説明は省略する。有段減速歯車１０１においては、カナ３の周面に歯車が形成された部分の一部を孔４内に強圧入する工程が（ステップＳ５）行われない点が、有段減速歯車１の製造工程と異なる。

図１２は、有段減速歯車１の作用について説明する説明図であって、カナ３の周面に歯車が形成された部分の一部６を孔４内に強圧入したときの強圧入深さと、スパー２に対するカナ３の廻り強度との関係を示す。
このとき、スパー２の歯先円直径φ６mm、カナ３の歯先円直径φ２．３mmとしている。

強圧入深さ０（mm）のときの廻り強度（gf・cm）は有段減速歯車１０１の場合の廻り強度であり、これを基準として、強圧入深さ０．１（mm）、０．２（mm）のときの廻り強度の大きさ（gf・cm）とその増加比を示している。

強圧入深さ０．１（mm）のときは強圧入深さ０（mm）のときに比べ、廻り強度の大きさ（gf・cm）が２．４倍に増加し、強圧入深さ０．２（mm）のときは強圧入深さ０（mm）のときに比べ、廻り強度の大きさ（gf・cm）が４．３倍に増加していることがわかる。

このような強圧入深さと食い込み量との関係を、図１３のグラフに示している。

以上の結果から明らかなように、有段減速歯車１は有段減速歯車１０１に比べて圧入部５の孔４に対する廻り強度が大きく、カナ３がスパー２に対して廻ってしまうという不具合を防止できることがわかる。

次に、本実施例の他の構成例について説明する。

図１４は、この他の構成例にかかる有段減速歯車２１の縦断面図である。

図１４において、図１、図２と同一符号の部材は前述の有段減速歯車１の場合と同様であるため、詳細な説明は省略する。

図１５は、有段減速歯車１のカナ３の縦断面図であり、図１６は、有段減速歯車２１のカナ３の縦断面図である。

有段減速歯車２１が有段減速歯車１と異なるのは、圧入部５の周面において、周方向に溝２２が連続的に形成されている点にある。

有段減速歯車２１の製造工程は、カナ３として図１６に示す溝２２が形成されたものを使用する他は、図３を参照して前述した工程と同様である。

図１７は、治具１１上で強圧入工程（ステップＳ５）を行った状態を示す縦断面図であり、ここでも、図１８に示すように、治具１１が上面１２の孔１３部分に面取り１４を有していると、スパー２に形状変形が生じてしまうため、好ましくない。

図１９は、溝２２の形成されたカナ３（有段減速歯車２１）と、溝２２の形成されていないカナ３（有段減速歯車１）とでスパー２に対するカナ３の抜去力（Ｎ）を比較した結果の説明図である。

有段減速歯車１の溝２２の形成されていないカナ３に対して、有段減速歯車２１の溝２２の形成されたカナ３の抜去力（Ｎ）は２．５倍に増大していることがわかる。

以上、実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されることなく、本発明の範囲内においてスパー及びカナの材質、外形寸法、歯数等について、用途に応じて種々の変形例を適宜選択できる。

具体的には、例えば樹脂製スパーの材質を本実施例では、ベークライトを使用したが、他にもアセタール樹脂の代表格であるジュラコン、エンジニアリングプラスチックとしてのナイロン樹脂、その他各種の樹脂も用途に応じて選択することができる。

本発明の有段減速歯車は、様々な減速機構に利用可能であるが、特に外径φ３０mm以下の小型ギヤードモータの減速機構における初段歯車のユニット部への使用が最適である。

１、１０１ 有段減速歯車
２ スパー
３ カナ
４ 孔
５ 圧入部
６ カナの一部
７ 突き当て部
１１ 治具
１２ （治具の）上面部
１３ （治具の）孔部
１４ （治具の）面取り部
２１ 有段減速歯車
２２ 溝

Claims (4)

1. フェノール樹脂製であって、回転中心部に孔が形成された第１の歯車と、
   金属製であって、前記第１の歯車より小径で回転中心部から圧入部が延び出している第２の歯車と、を備え、
   前記圧入部は前記孔内に圧入されていて、前記第２の歯車の歯車が形成された部分の前記圧入部側の一部が、前記第２の歯車の前記圧入部側の最端部が前記第１の歯車の突き当て部に当接してから更に前記第１の歯車に弾性変形から樹脂断裂を生じさせて塑性変形を起こして、強圧入された結果として埋め込まれている、
   有段減速歯車。
2. 前記圧入部は、その周面に溝が周方向に連続的に形成されている、請求項１に記載の有段減速歯車。
3. 回転中心部に孔が形成された第１の歯車、及び前記第１の歯車より小径で回転中心部から圧入部が延び出している第２の歯車を準備する準備工程と、
   前記準備工程の後に前記圧入部を前記孔内に、前記第２の歯車の前記圧入部側の最端部が前記第１の歯車の突き当て部に当接するまで圧入する第１圧入工程と、
   前記第１圧入工程の後に前記第２の歯車の歯車が形成された部分の一部を、前記第１の歯車の突き当て部から更に、前記第１の歯車に弾性変形から樹脂断裂を生じさせて塑性変形を起こして、埋め込む第２圧入工程と、
   を含んでなる有段減速歯車の製造方法。
4. 前記準備工程は、前記圧入部の周面に溝が周方向に連続的に形成されている前記第２の歯車を準備する、請求項３に記載の有段減速歯車の製造方法。

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