JP6585247B2 - ギア部品 - Google Patents

Description

本発明は、ギアに関する。特に、本発明は、金属と樹脂とを用いた、軽量化されたギアを製造するためのギア部品およびそれを用いたギアに関する。

ギアは、種々の機械装置に用いられている。代表的な用途としては、産業用ロボット、自動車、大型または小型の各種産業機械、精密機器、玩具等が挙げられる。特に産業用ロボット用ギア、産業機械用ギア、自動車用ギア等は、高い強度を有することが求められる。このようなギアとして、一般的には金属で形成されたギアが用いられている。例えば特許文献１には、全体が鉄鋼で形成されたギアが開示されている。

特開２０１４−６６３３６号公報

近年の省エネルギー化の推進により、消費エネルギーを低減するために、各部品の軽量化が求められている。ギアについても例外ではなく、より軽いギアが求められている。さらに、産業用ロボットでは、スムーズな動きのためには、関節に用いられるギアの軽量化が有効であるという観点からも軽量化が求められている。自動車分野においては、電気自動車に対する需要が高まっており、走行距離を伸ばすために、各部品の軽量化が推し進められている。

本発明者は、ギアの軽量化について検討し、ギアに樹脂材料を用いることにより、軽量化が図れることに気付いた。しかしながら、樹脂材料から形成されたギアは、強度を高めることが難しい。強度が低いと、特にギアに高負荷がかかる場合の信頼性および安全性に問題が生じ得る。例えば、手術用ロボットなどでは強度が低いと、動きに誤差が生じたり、自動車のトランスミッション用ギアなどでは、大きなトルクを受けるため強度が低いと、不具合を誘発する懸念がある。

本発明は、高い強度を保持しつつ、軽量化を可能にするギアを提供することを目的とする。即ち、十分な強度を有する軽量なギアを提供することを目的とする。

本発明者は、鋭意検討した結果、少なくともギアの外周部と中心部を金属で形成し、他の部分の少なくとも一部を樹脂材料で形成することにより、ギアの強度を保ちつつ、軽量化することができることを見出し、本発明に至った。

本発明の第１の要旨によれば、歯部を有する、全体として円環状の金属製外周部と金属製中心部とを有し、該外周部と該中心部の間に、樹脂部が存在するギアが提供される。特に好ましい態様では、外周部はその円環内面に均等に複数の溝部を有する。

本発明の第２の要旨によれば、歯部および歯部を支持する支持部から成るギア部品であって、全体として円環状であり、金属から形成されている、ギア部品が提供される。特に好ましい態様では、支持部は円環状であり、その円環内面に均等に複数の溝部を有する。このギア部品は、本発明のギアを製造するに際して使用でき、ギア部品は、金属製外周部として機能する。

本発明の第３の要旨によれば、歯部および歯部を支持する支持部、中心部および支持部と中心部とを連結する連結部から成るギア部品であって、支持部が全体として円環状であり、全体が金属から形成されている、ギア部品が提供される。このギア部品は、本発明のギアを製造するに際して使用でき、ギア部品は、金属製外周部として機能する。

本発明によれば、ギアの外側、即ち外周部と、ギアの内側、即ち中心部を金属で形成することにより強度を確保することができ、他の部分を樹脂で形成することにより、軽量化が可能となる。従って、本発明によれば、高強度と軽量化を両立したギアを提供することができる。

図１は、本発明の一の実施形態におけるギア１ａの模式的斜視図である。 図２は、本発明の一の実施形態におけるギア１ａの外周部２および中心部３の模式的斜視図である。 図３は、本発明の一の実施形態におけるギア１ａの樹脂部４の模式的斜視図である。 図４は、本発明の一の実施形態におけるギア１ｂの模式的斜視図である。 図５は、本発明の一の実施形態におけるギア１ｂの外周部２および中心部３の模式的斜視図である。 図６は、本発明の一の実施形態におけるギア１ｃの模式的斜視図である。 図７は、本発明の一の実施形態におけるギア１ｃの外周部２および中心部３の模式的斜視図である。 図８は、図７のギアの外周部２の一部分を拡大した模式的平面図である。 図９は、溝部の断面が等脚台形（但し、角部分は面取りされている）を有する場合の歯部を拡大した模式的平面図である。

以下、本発明のギアの実施形態について、図面を参照しながらさらに説明する。尚、本実施形態のギアおよび各構成要素の形状および配置等は、図示する例に限定されない。

（実施形態１）
本実施形態のギア１ａの斜視図を図１に、該ギア１ａの金属部分の斜視図を図２に、該ギア１ａの樹脂部分の斜視図を図３に模式的に示す。

図１〜図３に示されるように、本実施形態のギア１ａは、円環状の外周部２、円環状の中心部３および、該外周部２と中心部３の間に位置する樹脂部４を有して成る。本発明のギアは、外周部２と中心部３が金属から形成されることにより、高い強度を有し得る。高い強度を有することにより、強度が求められる機械装置、例えば自動車のトランスミッションにおける使用が可能になる。また、外周部２と中心部と３の間を金属ではなく、樹脂で構成することにより、ギアの重量を低減することができ、かかるギアを用いる機械装置の軽量化に寄与し得る。

上記外周部２は、金属製である。外周部を構成する金属としては、強度に優れた金属が好ましく、例えば鉄、または鉄の合金、例えば鋼鉄が挙げられる。好ましい態様において、外周部２は、鋼鉄、好ましくはＳ４５Ｃから形成される。

上記外周部２は、ギアの歯部５を、その円環外面に有する。即ち、上記外周部２は、歯部５および歯部５を支持する支持部８を有するギア部品である。ここに「支持部」とは、円環外面２０と円環内面２１との間の部分をいう。「円環外面」とは、歯底円２２により規定される面（即ち、隣接する歯部によってその間に規定される歯底２３を含む、外周部の仮想的な面）であり、「円環内面」は、下記する凸部および突出部が存在しないとした場合の、外周部２の内側面をいう。即ち、支持部８は、円環外面２０および円環内面２１により規定される円環部分２５に相当する。

上記外周部２において、ギアを構成する歯部５の数、ピッチ、高さ（歯たけ）、幅等は、目的とするギアの用途に応じて適宜設定することができる。

上記支持部８の厚みは、特に限定されず用途に応じて適宜選択することができるが、例えば０．５ｍｍ以上２０．０ｍｍ以下、１．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下、または３．０ｍｍ以上８．０ｍｍ以下であり得る。支持部の厚みをより大きくすることにより、強度をより高めることができる。また、支持部の厚みをより小さくすることにより、ギアの重量をより低減することができる。

上記外周部２の幅ｗ１（ギアの軸方向の長さ）は、特に限定されず用途に応じて適宜選択することができるが、例えば０．５ｍｍ以上３０．０ｍｍ以下、３．０ｍｍ以上３０．０ｍｍ以下、５．０ｍｍ以上２０．０ｍｍ以下、または１０．０ｍｍ以上１５．０ｍｍ以下であり得る。

上記外周部２の円環外面の直径は、特に限定されず用途に応じて適宜選択することができるが、例えば、１．０ｍｍ以上２５０．０ｍｍ以下、１０．０ｍｍ以上２５０．０ｍｍ以下、１５．０ｍｍ以上２００．０ｍｍ以下、または２０．０ｍｍ以上１５０．０ｍｍ以下であり得る。

上記外周部２は、その円環内面に、凸部６を有する。本実施形態において、凸部６は、ギアの中心方向に向かって突出しており、外周部２の幅全体にわたって均等に、例えば等間隔または等角度で、設けられている。外周部の円環内面に凸部を設けることにより、外周部２と樹脂部４の円周方向のずれを防止することができる。これにより、より強い力でギアを回転させることが可能になる。

尚、本実施形態において、凸部６は、図示するように、外周部２の幅全体にわたって設けられているが、これに限定されず、幅の一部、例えば幅の３０％以上９８％以下の領域、または５０％以上９０％以下の領域に設けられていてもよい。

本実施形態において、上記凸部６は、外周部２の円環内面に均等に、即ち１２０°間隔で３つ設けられている。このように凸部を複数個設け、これらを均等に配置することにより、外周部２と樹脂部４の円周方向のずれをより効率的に防止することができる。ここに「均等」に凸部を設けるとは、各凸部の中央から外周部の中心に直線を引いた場合、隣接する２つの直線がなす角度がすべて実質的に等しいことを意味する。

尚、本発明において、凸部の数は、特に限定されず、好ましくは、１個以上８個以下、より好ましくは２個以上６個以下、さらに好ましくは３個以上５個以下、さらにより好ましくは３個であり得る。尚、凸部は必須の構成ではなく、存在しなくてもよい。

上記凸部６の高さは、特に限定されないが、好ましくは、外周部２の中心（即ち、外周部２を規定するの円環の中心）から外周部２の円環内面までの距離の５％以上３０％以下の高さ、例えば１０％以上１５％以下の高さであり得る。一の態様において、上記凸部６の高さは、例えば０．１ｍｍ以上２０．０ｍｍ以下、１．０ｍｍ以上２０．０ｍｍ以下、３．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下、または３．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であり得る。凸部の高さをより高くすることにより、より効率的に外周部２と樹脂部４の円周方向のずれを防止することができる。また、凸部の高さをより低くすることにより、凸部を形成することによるギアの重量増加を抑制することができる。

上記外周部２は、その円環内面に、ギアの円周方向に沿った壁状（または襞状もしくは畝状）の突出部７を有する。本実施形態において、突出部７は、ギアの中心方向に向かって突出しており、外周部２の円環内面の全周にわたって、あるいは図示するように等間隔または等角度で部分的に設けられている。外周部の円環内面に突出部７を設けることにより、外周部２と樹脂部４の幅方向のずれを防止することができる。

本実施形態において、上記突出部７は、外周部２の円環内面の円周方向で部分的に、合わせて３箇所に設けられているが、本発明はこれに限定されない。例えば、突出部７は、外周部２の円環内面の円周の一部、例えば円周の２０％以上８０％以下にわたって、３０％以上７０％以下にわたって、または４０％以上６０％以下にわたって等間隔もしくは等角度で複数設けてよい。また、突出部は必須の構成ではなく、必ずしも存在しなくてもよい。

上記突出部７の高さは、特に限定されないが、好ましくは、外周部２の中心から外周部２の円環内面までの距離の５％以上３０％以下の高さ、例えば１０％以上１５％以下の高さであり得る。一の態様において、上記突出部７の高さは、例えば０．１ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下、１．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下、２．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下、または３．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であり得る。突出部の高さをより高くすることにより、より効率的に外周部２と樹脂部４の幅方向のずれを防止することができる。また、突出部の高さをより低くすることにより、突出部を形成することによるギアの重量増加を抑制することができる。

上記突出部７の幅は、外周部２の幅よりも小さい限り特に限定されないが、外周部２の幅の５％以上５０％以下の幅ｗ２（ギアの軸方向の長さ）、例えば１０％以上４０％以下の幅または１５％以上３０％以下の幅であり得る。一の態様において、上記突出部７の幅は、例えば０．１ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下、０．５ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下、１．０ｍｍ以上８．０ｍｍ以下、または２．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であり得る。突出部７の幅をより広くすることにより、より効率的に外周部２と樹脂部４の幅方向のずれを防止することができる。また、突出部７の幅をより狭くすることにより、突出部を形成することによるギアの重量増加を抑制することができる。

本実施形態において、上記突出部７は、外周部２の円環内面の円周方向にわたって一筋で設けられているが、本発明はこれに限定されない。例えば、突出部は、互いに平行に（必ずしも対向している必要はない）２筋以上、例えば、２、３または４筋設けられていてもよい。突出部７の数を多くすることにより、より効率的に外周部２と樹脂部４の幅方向のずれを防止することができる。

上記中心部３は、金属製である。中心部を構成する金属としては、強度に優れた金属が好ましく、例えば鉄、または鉄の合金、例えば鋼鉄が挙げられる。好ましい態様において、中心部３は、鋼鉄、好ましくはＳ４５Ｃから形成される。

好ましい態様において、中心部３を構成する金属材料は、上記した外周部２を構成する金属材料と同じ、例えば鋼鉄である。

本実施形態において、上記中心部３は、円環状である。中心部３が円環状であることにより、ギアの強度を確保することが容易となる。

上記中心部３の厚みは、特に限定されないが、例えば０．１ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下、０．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下、または１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であり得る。中心部の厚みをより大きくすることにより、強度をより高めることができる。また、中心部の厚みをより小さくすることにより、ギアの重量をより低減することができる。

上記中心部３の円環外面の直径は、特に限定されないが、例えば、０．５ｍｍ以上１００．０ｍｍ以下、１．０ｍｍ以上１００．０ｍｍ以下、３．０ｍｍ以上５０．０ｍｍ以下、または５．０ｍｍ以上３０．０ｍｍ以下であり得る。

上記中心部３は、その円環外面に、凹部９を有し得る。本実施形態において、凹部９に代えて、中心部３の円環部分を貫通するように孔を設けてもよい。中心部３に凹部または孔を設けることにより、そこに樹脂が入り込んで中心部３と樹脂部４の円周方向のずれを防止することができる。これにより、より強い力でギアを回転させることが可能になる。尚、図３において、貫通孔９により形成される、その孔形状に対応する樹脂の凸部１０は図示を省略している。

本実施形態において、上記凹部９は、中心部３の環上に均等に、即ち９０°間隔で４つ設けられている。このように凹部を複数個設け、これらを均等に配置することにより、中心部３と樹脂部４の円周方向のずれをより効率的に防止することができる。

尚、本発明において、凹部の数は、特に限定されず、好ましくは、１個以上８個以下、より好ましくは２個以上６個以下、さらに好ましくは２個以上５個以下であってもよい。また、凹部は必須の構成ではなく、存在しなくてもよい。また、凹部は、中心部３を貫通している必要はなく、窪みとして設けられてもよい。

上記樹脂部４は、外周部２と中心部３の間に位置する。従来のギアでは、本発明のギアの樹脂部に相当する部分も金属で形成されていることから、重量が大きくなる。一方、本発明のギアは、樹脂部を設けることにより、従来のギアと比較して重量の低減が可能となる。

上記樹脂部４は、樹脂製である。樹脂部を構成する樹脂としては、特に限定されないが、例えば液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）等が挙げられる。耐油性、耐熱性が求められる場合、上記樹脂としてはＰＥＥＫが好ましい。

上記樹脂部４は円環状である。樹脂部４の円環外面は、外周部２の円環内面の形状に対応した形状を有する。樹脂部４の円環内面は、中心部３の円環外面の形状に対応した形状を有する。樹脂部の円環外面および円環内面を、それぞれ、外周部２の円環内面および中心部３の円環外面の形状に対応させることにより、樹脂部と外周部および中心部間の密着性が向上し、樹脂部と外周部および中心部間のずれを防止することができる。また、樹脂部４と外周部２および中心部３の間に隙間を作らないことにより、ギアの強度がより向上する。

（実施形態２）
本実施形態のギア１ｂの斜視図を図４に、該ギア１ｂの金属部分の斜視図を模式的に図５に示す。

図４〜図５に示されるように、本実施形態のギア１ｂは、円環状の外周部２、円環状の中心部３、外周部２と中心部３を連結する連結部１１、および、外周部２と中心部３の間に位置する樹脂部４を有して成る。本実施形態のギア１ｂは、外周部２と中心部３を連結する連結部１１を有することにより、より高い強度を有する。

上記連結部１１は、好ましくは金属から形成される。連結部を構成する金属としては、強度に優れた金属が好ましく、例えば鉄、または鉄の合金、例えば鋼鉄が挙げられる。好ましい態様において、連結部１１は、鋼鉄、好ましくはＳ４５Ｃから形成される。

好ましい態様において、連結部１１を構成する金属材料は、上記した外周部２および中心部３を構成する金属材料と同じ、好ましくは鋼鉄である。

上記連結部１１は、別途形成したものを外周部２および中心部３と接合してもよく、あるいは外周部２および中心部３と一体に形成してもよい。より強度を高めることができるので、連結部１１は、外周部２および中心部３と一体に形成されるのが好ましい。

本実施形態において、上記連結部１１は、外周部２の円環内面に均等に、即ち１２０°間隔で３つ設けられている。このように連結部を複数個設け、これらを均等に配置することにより、ギアの強度をより高めることができる

尚、本発明において、連結部の数は、特に限定されず、好ましくは２個以上８個以下、より好ましくは２個以上６個以下、さらに好ましくは３個以上５個以下、最も好ましくは３個であり得る。

上記連結部１１の形状は、特に限定されないが、中心部３側が相対的に太く、外周部２側が相対的に細い形状であることが好ましい。例えば、図示するように中心部３側が相対的に幅が広く、外周部２側が相対的に幅が狭い形状であることが好ましい。ここに、連結部の幅とは、ギアの軸に垂直であり、かつギアの半径方向に直交する方向の長さまたは幅を意味する。このような形状とすることにより、連結部が占める体積をより小さくしつつ、即ち軽量化の効果を大きくしつつ、高い強度を確保することができる。

好ましい態様において、上記連結部１１の平面形状は、おおよそ二等辺三角形の頂点がカットされた略台形形状であることが好ましい。連結部１１の外周部側の幅（即ち、前記略台形の上底の幅）と中心部３側の幅（即ち、前記略台形の下底の幅）の比は、特に限定されないが、例えば１：１０〜９：１０の範囲、好ましくは３：１０〜９：１０、より好ましくは５：１０〜８：１０の範囲であることが好ましい。ここに、連結部１１の外周部側の幅とは、連結部の平面形状（即ち、略台形形状）において、かかる連結部の２つの側面（即ち、略台形形状の２つの脚部）と外周部の円環内面との２つの接点間の距離を意味する。同様に、連結部１１の中心部側の幅とは、連結部の平面形状（即ち、略台形形状）において、かかる連結部の２つの側面（即ち、略台形形状の２つの脚部）と中心部の円環外面との接点間の距離を意味する。

本実施形態において、外周部２、中心部３および連結部１１は、一の部品を構成する。従って、本発明は、歯部および歯部を支持する支持部、中心部および支持部と中心部とを連結する連結部から成るギア部品であって、支持部が円環状であり、全体が金属から形成されているギア部品をも提供する。

本実施形態において、連結部１１以外の他の部分、外周部２、中心部３および樹脂部４は、上記ギア１ａにおけるものと同様であり得る。

また、本実施形態におけるギア１ｂにおいて、上記実施形態におけるギア１ａおよび後述の実施形態におけるギア１ｃの特徴の少なくとも１つを必要に応じて組み合わせてもよい。

（実施形態３）
本実施形態のギア１ｃの斜視図を図６に、該ギア１ｃの金属部分、即ち、ギア部品の斜視図を模式的に図７に示す。また、図７のギアの外周部２の一部分を拡大して模式的に平面図にて図８に模式的に示す。

図６および図７に示すように、本実施形態のギア１ｃは、円環状の外周部２、円環状の中心部３、および外周部２と中心部３の間に位置する樹脂部４を有して成る。本実施形態の外周部２は、その円環内面２１にてギアの幅方向（換言すればギアの厚み方向、図７の矢印Ａの方向）に沿った溝部１２を有する。樹脂部４は、かかる溝部１２の内部にまで延在する。外周部２の支持部８の円環内面２１に上記溝部１２を設けることにより、外周部２と樹脂部４の円周方向のずれを防止することができる。これにより、より強い力でギアを回転させることが可能になる。尚、溝部１２は、図示するように外周部２の幅の全長にわたって、即ち、幅の全長に沿って多数存在するのが好ましいが、幅の一部分に沿って存在してもよい。

ギア１ｃは、円環外面２０の周全体にわたって均等に、即ち、円環の中心を基準として等角度で、複数、通常多数の歯部５を有する。歯部の数は、ギアの用途に応じて適宜選択でき、例えば少なくとも２０、少なくとも４０、少なくとも６０またはそれ以上であってよい。溝部１２は、円環内面２１の全周にわたって均等に、即ち、円環の中心を基準として等角度で、複数存在する。溝部の数は、ギアの用途およびその歯数に応じて適宜選択でき、例えば少なくとも２０、少なくとも４０、少なくとも６０またはそれ以上であってよい。歯部の数と溝部の数は、後述するように必ずしも同じである必要はないが、１つの好ましい態様では、同数であり、図示するように、各歯部の内側に溝部がひとつ存在する。

上記溝部１２の断面形状（ギアの幅方向に垂直な面での断面形状）は、図８における平面図に関して、ギアの歯部５の断面に沿った形状（即ち、歯部の断面形状と実質的に相似関係にある形状）であるのが好ましいが、別の態様では、沿った形状でないことが好ましく、例えば長方形のような略四角形であることが好ましい。溝部の断面をギアの歯の断面に沿った形状とすると、用途によってはギアの強度が不足する可能性があるが、略四角形とし、歯部の厚みを確保することにより、よりギアの強度が相対的に向上する。また、略四角形とすることにより、外周部２と樹脂部４の円周方向のずれをより防止することができる。

外周部２の一部分を拡大して模式的に示す平面図である図８を参照する。溝部１２は、詳しくはその断面（そのような断面の１つを図８にて斜線で示す）は、いずれの適当な形状を有してもよく、例えば図示するように間口長さａ１、溝底長さａ２、奥行き長さｂの略四角形を有する。ここで、この断面は、ギアの幅方向Ａに対して垂直な断面を意味する。但し、円環内面２１に対応する部分２４は開放した状態である（即ち、開口であって、辺（または面）２４は仮想的である）。溝部１２の断面形状に関しては、略四角形であってよく、その場合は、例えば矩形（正方形の場合：ａ１＝ａ２＝ｂ、長方形の場合：ａ１＝ａ２≠ｂ）、台形（ａ１＜ａ２、ｂは任意、特に等脚台形）であってよい。このような形状に加えて、溝部１２の断面形状は、三角形（ａ１は任意、ａ２≒０）、半円、半楕円等であってもよい。

図８に示した態様では、溝部１２の断面は、実質的に長方形（ａ１＝ａ２＜ｂ）である。好ましい態様では、溝部１２の断面は線対称であり、歯部５の線対称の軸４０と溝部１２の線対称の軸４１とが一致するように、溝部１２を歯部５に配置する。このようにすると、歯部５の両側の歯面３１および３２の強度が同等となるので好都合である。尚、溝部の断面が角部分を有する場合、その部分は面取りされた形状を有してよい。

上記溝部１２は、好ましくは、ギアの外周部２の歯部５が存在する位置に対応するように（即ち、歯部５の内側に溝部１２が位置するように）円環内面２１に形成される。換言すれば、上述のように歯部の対称軸と溝部の対称軸とが一致するように構成し、その結果、溝部１２が歯部に対して図示するように対向する。

本発明は、歯底２３が存在する箇所の内側に溝部１２を形成する態様（即ち、溝部の対称軸が、隣接する歯部の対称軸の中間に位置する態様）を排除するものではないが、そのような態様では、外周部２の円環部分（上述の支持部８に相当）２５の厚さｔが溝部の深さｂ（即ち、奥行き長さｂ）の分だけ減少し、その結果、外周部２の強度が低下する可能性がある。この強度低下は、円環部分２５の厚さｔが犠牲になっていることを意味し、場合によっては強度が不十分となるので必ずしも好ましくはない。そのため、強度低下を補うためには、外周部の円環部分２５の厚さｔを増やす必要がある。厚さの増加は、外周部２の金属量を増やすことになり、最終的にはギアの重量が増加するので好ましくない場合がある。

これに対して、外周部２において、歯部５が存在する部分では、外周部２の強度に関して、歯部５があたかも円環部分の一部であるかのように機能できる。具体的には、円環部分２５の厚さが減少しても、円環部分としても機能できる歯部５が存在するので、これが外周部の強度低下を抑制または補うことができる。従って、上述のように溝部１２の形成箇所を歯部５に対応させると、円環部分２５の厚さｔの一部分を溝部の深さｂに用いたとしても、溝部の外側には残りの円環部分およびその外側の歯部５が存在するので、外周部２の強度を確保することができる。

また、溝部１２の深さｂが円環部分２５の厚さｔより大きい態様（後述の「食い込む」態様に相当）では、外周部を形成する金属の量が減少するので、ギアの軽量化に好都合である。この場合では、溝部の外側に実質的に十分な歯部５の部分が存在するので、外周部２の強度を適切に確保することができる。この態様では、溝部の間口および溝底ならびに奥行長さ（または食い込み度）の少なくとも１つを可及的に大きくすることにより、外周部の適切な強度を確保しつつ外周部をより軽量にできる。後述のように溝部の数を増やすと、各溝部一つ当たりに作用する力を軽減できるので、それに応じた溝部を構成できる。その結果、溝部の間口および溝底ならびに奥行長さ（または食い込み度）の少なくとも１つをより大きくできる。

上述のように、溝部を歯部に対応して形成すると、円環部分の厚さの犠牲を最小限にできる、あるいは補償できるので、溝部形成による外周部２の強度低下を可及的に減らすことができる。このような溝部の形成は、外周部２の円環部分の厚さｔを増やす必要がないので、外周部の軽量化、従って、ギアの軽量化に有効である。

このように、歯部５に対応するように溝部１２を形成することにより、外周部２の強度低下を抑制または補償しながら溝部を形成することが可能となり、および／または（歯底が存在する箇所の内側に溝部１２を形成する場合と比べて）溝部の奥行長さより長く形成することが可能になり、外周部２と樹脂部４の円周方向のずれを効率的に防止できる。逆に言うと、溝部の形成によって外周部２の円環部分２５の厚みｔが過度に薄い部分が形成されることを防止することができ、適切な強度を維持することが容易になる。

好ましい１つの態様では、図８に示すように、溝部１２は歯部５に食い込むように外周部２が形成され、そのような溝部１２にまで樹脂が入り込むように樹脂部４が形成されている。本明細書において、「食い込む」なる態様とは、溝部１２の溝底２６の位置がギアの歯部５の歯底円２７（図８にて点線で図示）の外側に位置することを意味する。食い込みの程度は、溝底２６が歯底円２７を越えて延在する距離ｄ（「食い込み長さ」と呼ぶ）の歯部５の高さ、即ち、歯たけｈ（＝（歯先円２８の直径ｄａ−歯底円２７の直径ｄｆ）×０．５）に対する割合（この割合を「食い込み度」と呼ぶ）で表すことができる。即ち、食い込み度＝ｄ／ｈとなる。食い込み度を大き過ぎると、溝部の奥行ｂが過度に大きくなって溝部と歯先３０または歯面３１もしくは３２との距離（実質的には外周部の肉厚）が小さ過ぎることになって、外周部の強度が不十分になる可能性がある。

更に、溝底長さａ２が過度に長い場合には、溝部に隣接する歯部５の部分の肉厚（即ち、歯面３１または３２と溝部１２との距離）が小さくなり過ぎ、同様に外周部の強度低下が生じ得る。これに関しては、溝底長さａ２の歯部５０の歯厚、詳しくは歯部５０の基準円２９（図８にて一点鎖線で図示）に基づく弦歯厚ｓに対する割合（＝ａ２／ｓ、「歯底長さ比」と呼ぶ）を考慮することが好ましい。

本発明の特に好ましい態様では、溝部１２の断面形状は、等脚台形（但し、ａ１＞ａ２）である。この態様を、１つの歯部の部分を模式的に平面図にて示す図９を参照して詳細に説明する。図示した態様では、歯部５は歯先円２８の一部分としての歯先３０を有し、その両側には歯底円２７から立ち上がっている歯面３１および３２を有する。図示するように、溝部１２の先端部、即ち、溝底２６は、歯底円２７の外側に位置する。即ち、溝部に溝部が食い込んだ状態になっている。

尚、歯部５の歯面（３１および３２）ならびに溝部の台形の脚部分（３３および３４）の両端部分は、換言すれば、歯先３０および溝底３６の両端部分は、面取りされている。図示するように面取りされている場合、実質的に直線である台形の脚部分（３３および３４）の延長線と実質的に直線である溝底２６の延長線との交点ｐ１およびｐ２間の距離が溝底長さａ２に相当する。また、円環内面を規定する円２１と脚部分（３３および３４）の延長線との交点ｐ３およびｐ４の間の距離が間口長さａ１に相当する。また、歯面３１および３２の延長線と歯底円２７との交点ｐ５およびｐ６（これらの交点を「歯底点」と呼ぶ）を結ぶ直線と溝底２６との距離が、実質的に溝底２６が歯底円２７を越えて延在する長さ、即ち、食い込み長さｄに相当する。尚、歯先３０における面取りは、可能な範囲で大きい半径で丸くなっているのが好ましい。

このように溝部１２が等脚台形の断面を有する態様において、溝部１２の断面と歯部５の断面形状は実質的に相似関係またはそれに近い関係にあるのが好ましい。ここで、相似関係とは、歯面３１および３２の延長線と歯先円２８との交点ｐ７およびｐ８間の距離ｇ１とｐ５およびｐ６間の距離ｇ２の比は、ａ２とａ１の比に近いか、あるいは実質的に等しいのが好ましい。即ち、この好ましい態様は、数式で表すと、次のようになる：
ｇ１：ｇ２≒（または＝）ａ２：ａ１

このように相似または相似に近い寸法とすると、外周部の肉厚が過度に薄い部分が生じるのを避けることができ、外周部の強度を可及的に均等に確保し易いので好都合である。また、溝部１２の過度の食い込みは、溝底２６の近傍で外周部２の肉厚が薄くなるので、避けるのが特に好ましい。その目安としては、歯部５のピッチ点ｐ９と歯底点ｐ６を結ぶ直線３５と、溝部の他方のピッチ点ｐ１０と歯底点ｐ５を結ぶ直線３６の交点ｐ１１とすると、溝底２６は点ｐ１１を越えて外側に存在しない形状とするのが好ましく、溝底２６が可能な限り点ｐ１１に近づくのがより好ましい。溝底２６が点ｐ１１に可及的に近づくように、溝部１２の奥行き長さｂおよび溝底長さａ２を適切に選択するのが望ましい。

ギア１ｃのいずれの態様にいても、上記溝部１２の数は、特に限定されないが、外周部１２の周囲で均等に、即ち、外周部の中心に対して等角度に歯部を配置するのが好ましく、溝部の数を複数、好ましくは多くする（例えば溝部の数と歯部の数を同数として、各歯部に１つの溝部を形成する）ことにより、より効果的に外周部２と樹脂部４の円周方向のずれを防止することができる。歯部５の内側に溝部１２が位置するように歯部５に対応して溝部１２を形成する態様において、特に好ましい態様では、複数の歯数、好ましくは隣接する溝部の数４〜１０またはそれ以上、例えば５に対して１つの溝部、より好ましくは隣接する歯部の数３または２に対して１つの溝部を均等に設ける。最も好ましい態様では、１つの歯部５に対して少なくとも１つ、通常は１つの溝部を設ける。即ち、各歯部５に対応するように溝部１２を設け（即ち、１つの歯部と１つの溝部とが対になり）、その結果、各歯部５はその内側に溝部１２を有し、歯部５の数と溝部１２に数は同じとなる。この態様において、溝部１２が歯部５に食い込んでいるのがとりわけ好ましい。即ち、外周部２と樹脂部４の相対的な円周方向のずれをもたらし得る周方向の力に対して各歯部に設けた各溝部はそれぞれ分担して抗することができるので、各溝部が抗する能力はより小さくてもよい。従って、ある態様では、浅い（即ち、ｂが小さい）溝部および／または細い（即ち、ａ１および／またはａ２が小さい）溝部の形成で十分である場合もあるので、外周部２の製造が簡単となり、成形による樹脂部４の形成も簡素化できる。

上述のように、溝部１２に関して、過度に溝底長さａ２を大きくすると、溝部に隣接する、外周部２の金属部分の厚さが減り、外周部の強度が不十分になる場合がある。この場合、「溝底長さ比」を適切な範囲内とするのが好ましい。更に、溝の断面形状は、過度に細長過ぎても、過度に太短すぎても、外周部の強度および外周部の重量を考慮すると、好ましくない場合が多い。この場合、溝部の断面形状のアスペクト比（即ち、ａ１／ｂ）を適切な範囲内とすることが好ましい。また、溝部１２が歯部５に過度に食い込み過ぎると、同様に、外周部の強度低下をもたらす恐れがある。この場合、「食い込み度」を適切な範囲内とするのが好ましい。従って、使用する材料にもよるが、一般的には、本発明のギア１ｃにおいて、特に溝部１２の断面形状が矩形または等脚台形であるギアにおいて、溝部１２のディメンションおよび歯部５に関連する他のディメンションとの関係で、例えば次の表に示す範囲の割合を有するのが適切である：

好ましい態様において、ギアの歯の表面から溝部までの距離、即ち、歯先と溝底との間の長さは、ギアの用途、ギアを構成する材料に応じて適切に選択できるが、例えば１．０ｍｍ以上、好ましくは１．２ｍｍ以上、例えば２．０ｍｍ以上である。

上記溝部の深さ（即ち、奥行き長さｂ）は、特に限定されず、ギアの用途、ギアを構成する材料に応じて適切な深さを選択できるが、好ましくは、０．５ｍｍ以上２０．０ｍｍ以下、例えば１．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下、または２．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であり得る。溝部の深さをより深くすることにより、より効率的に外周部２と樹脂部４の円周方向のずれを防止することができ、さらによりギアの重量を低減することができる。また、溝部の深さをより浅くすることにより、ギアの強度を保持するのが容易になる。

本実施形態において、外周部２の溝部１２以外の他の部分、中心部３および樹脂部４は、上記ギア１ａまたは１ｂにおけるものと同様であり得る。

また、先と同様に、本実施形態におけるギア１ｃにおいて、上記実施形態におけるギア１ａおよびギア１ｂの特徴の少なくとも１つを必要に応じて組み合わせてもよい。

以上、本発明のギアについて、いくつかの実施形態を示して詳細に説明したが、本発明は上記の実施態様のギアに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々設計変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、中心部はすべて円環状であったが、これに限定されず、円環の内部が埋まっている形状であってもよい。

また、外周部と樹脂部、および中心部と樹脂部のずれを防止するための凸部分および凹部分は、可能な場合には、それぞれ逆の形状、即ち、凹部分および凸部分であってもよい。

本発明のギアは、好ましくは、一体成形により製造される。例えば、外周部と中心部を金型に入れ、その後液状の樹脂を流し込み、硬化または固化させることにより得ることができる。一体成形を用いることにより、より精密な構造のギアを、より精度よく製造することができ、これによりギアの強度がより向上する。

本発明は、特に限定されないが、以下の態様を開示する。
態様１． 歯部を有する円環状の金属製外周部と金属製中心部とを有し、該外周部と該中心部の間に、樹脂部が存在するギア。
態様２． 前記外周部が、その円環内面に中心方向に突出する凸部を有する、態様１に記載のギア。
態様３． 前記外周部が、その円環内面にギアの円周方向に沿った壁状の突出部を有する、態様１または２に記載のギア。
態様４． 前記外周部が、その円環内面にギアの幅方向に沿った溝部を有する、態様１〜３のいずれか１つに記載のギア。
態様５． さらに、前記外周部と前記中心部を繋ぐ金属製の連結部を有する、態様１〜４のいずれか１つに記載のギア。
態様６． 前記連結部が、均等に配置されている、態様５に記載のギア。
態様７． 前記連結部が、３本存在する、態様５または６に記載のギア。
態様８． 前記外周部と前記中心部の間全体に樹脂部が存在する、態様１〜７のいずれか１つに記載のギア。
態様９． 歯部および歯部を支持する支持部から成るギア部品であって、円環状であり、金属から形成されている、ギア部品。
態様１０． 歯部および歯部を支持する支持部、中心部および支持部と中心部とを連結する連結部から成るギア部品であって、支持部が円環状であり、全体が金属から形成されている、ギア部品。
態様１１． 前記支持部の円環内面に、中心方向に突出する凸部を有する、態様９または１０に記載のギア部品。
態様１２． 前記支持部の円環内面に、支持部の円周方向に沿った壁状の突出部を有する、態様９〜１１のいずれか１つに記載のギア部品。
態様１３． 前記支持部の円環内面に、ギア部品の幅方向に沿った溝部を有する、態様９〜１２のいずれか１つに記載のギア部品。
態様１４． 歯部および歯部を支持する支持部を有する、円環状の金属製ギア部品であって、
支持部の周全体にわたってその外側に歯部が複数設けられており、
支持部の円環内面にギアの幅方向に沿って溝部が複数均等に設けられており、
溝部は、１つの歯部、または隣接する２もしくはそれより多くの歯部当たり少なくとも１つの割合で存在し、
各溝部は、支持部において歯部が存在する位置に対応するように形成されている、ギア部品。
態様１５． 溝部の数は歯部の数と同じであり、各溝部は、各歯部の内側に存在する、態様１４に記載のギア部品。
態様１６． 溝部の断面形状は、矩形または等脚台形である、態様１４または１５に記載のギア部品。
態様１７． 溝部の断面形状は、歯部の形状と相似関係にある、態様１４〜１６のいずれかに記載のギア部品。
態様１８． 溝部の溝底が歯底円を越えてその外側に位置することによって、溝部が歯部に食い込んでいることを特徴とする、態様１４〜１７のいずれかに記載のギア部品。
態様１９． 溝部の食い込み長さの歯部の歯たけに対する割合は１５〜４０％であることを特徴とする、態様１８に記載のギア部品。
態様２０． それぞれが一方の歯面のピッチ点と他方の歯面の歯底点とを結ぶ２本の直線の交点より外側に溝部の溝底が位置しない、態様１９に記載のギア部品。
態様２１． 歯部を有する円環状の金属製外周部と、金属製中心部とを有し、該外周部と該中心部との間に樹脂部が存在するギアであって、
歯部は、金属外周部の周全体にわたってその外側に複数設けられており、
金属外周部は、その円環内面にギアの幅方向に沿って溝部を複数均等に有し、
溝部は、１つの歯部、または隣接する２もしくはそれより多くの歯部当たり少なくとも１つの割合で存在し、
各溝部は、金属外周部において歯部が存在する位置に対応するように形成されている、ギア。
態様２２． 溝部の数は歯部の数と同じであり、各溝部は、各歯部の内側に存在する、態様２１に記載のギア。
態様２３． 溝部の断面形状は、矩形または等脚台形である、態様２１または２２に記載のギア。
態様２４． 溝部の断面形状は、歯部の形状と相似関係にある、態様２１〜２３のいずれかに記載のギア。
態様２５． 溝部の溝底が歯底円を越えてその外側に位置することによって、溝部が歯部に食い込んでいる、態様２１〜２４のいずれかに記載のギア。
態様２６． 溝部の食い込み長さの歯部の歯たけに対する割合は１５〜４０％である、態様２５に記載のギア。
態様２７． それぞれが一方の歯面のピッチ点と他方の歯面の歯底点とを結ぶ２本の直線の交点より外側に溝部の溝底が位置しない、態様２６に記載のギア。

本発明によれば、適切な強度を有しながらもギアの軽量化が可能であるので、本発明のギアは、種々の機械装置、特に産業用ロボットまたは自動車おいて有用に用いることができる。

尚、本願は、日本国特許出願２０１７−１５３３０５号（出願日：２０１７年８月８日、発明の名称：ギア、出願人：株式会社ミタカ電子）に基づく優先権を主張し、この出願に記載された内容は、ここで参照することによって、本願明細書の一部分を構成する。

１ａ，１ｂ，１ｃ…ギア
２…外周部
３…中心部
４…樹脂部
５…歯部
６…凸部
７…突出部
８…支持部
９…凹部
１０…凸部
１１…連結部
１２…溝部
２０…円環外面
２１…円環内面
２２…歯底円
２３…歯底
２４…溝部開放口
２５…円環部分
２６…溝底
２７…歯底円
２８…歯先円
２９…基準円
３０…歯先
３１，３２…歯面
３３，３４…台形の脚部分
３５…ピッチ点と歯底点とを結ぶ直線
４０…歯部の線対称軸
４１…溝部の線対称軸

Claims (10)

1. 歯部および歯部を支持する支持部を有する、円環状の金属製ギア部品であって、
   支持部の周全体にわたってその外側に歯部が複数設けられており、
   支持部の円環内面にギアの幅方向に沿って溝部が複数均等に設けられており、
   溝部は、１つの歯部、または隣接する２もしくはそれより多くの歯部当たり少なくとも１つの割合で存在し、
   各溝部は、支持部において歯部が存在する位置に対応するように形成されており、
   溝部の溝底が歯底円を越えてその外側に位置することによって、溝部が歯部に食い込んでおり、
   溝部の食い込み長さ（ｄ）の歯部の歯たけ（ｈ）に対する割合（ｄ／ｈ）は１５〜４０％である、ことを特徴とするギア部品。
2. 溝部の数は歯部の数と同じであり、各溝部は、各歯部の内側に存在することを特徴とする、請求項１に記載のギア部品。
3. 溝部の断面形状は、矩形または等脚台形であることを特徴とする、請求項１または２に記載のギア部品。
4. 溝部の断面形状は、歯部の形状と相似関係にあることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のギア部品。
5. それぞれが一方の歯面のピッチ点と他方の歯面の歯底点とを結ぶ２本の直線の交点より外側に溝部の溝底が位置しないことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のギア部品。
6. 歯部を有する円環状の金属製外周部と、金属製中心部とを有し、金属製外周部と金属製中心部との間に樹脂部が存在するギアであって、
   歯部は、金属外周部の周全体にわたってその外側に複数設けられており、
   金属外周部は、その円環内面にギアの幅方向に沿って溝部を複数均等に有し、
   溝部は、１つの歯部、または隣接する２もしくはそれより多くの歯部当たり少なくとも１つの割合で存在し、
   各溝部は、金属外周部において歯部が存在する位置に対応するように形成されており、
   溝部の溝底が歯底円を越えてその外側に位置することによって、溝部が歯部に食い込んでおり、
   溝部の食い込み長さの歯部の歯たけに対する割合は１５〜４０％である、ことを特徴とするギア。
7. 溝部の数は歯部の数と同じであり、各溝部は、各歯部の内側に存在することを特徴とする、請求項６に記載のギア。
8. 溝部の断面形状は、矩形または等脚台形であることを特徴とする、請求項６または７に記載のギア。
9. 溝部の断面形状は、歯部の形状と相似関係にあることを特徴とする、請求項６〜８のいずれかに記載のギア。
10. それぞれが一方の歯面のピッチ点と他方の歯面の歯底点とを結ぶ２本の直線の交点より外側に溝部の溝底が位置しないことを特徴とする、請求項６〜９のいずれかに記載のギア。

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