(57)【要約】【課題】樹脂により構成された歯車本体と歯車本体の歯面に配置される金属材との結合性が比較的高い歯車を提供する。【解決手段】歯車１００は、樹脂により構成された歯車本体１０と、歯車本体１０の歯面に配置される金属材２０と、を備える。金属材２０は、貫通孔を有し、当該貫通孔から歯車本体１０の樹脂が金属材２０の外側まで出ている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂により構成された歯車本体と、
前記歯車本体の歯面に配置される金属材と、を備え、
前記金属材は、貫通孔を有し、当該貫通孔から前記歯車本体の樹脂が金属材の外側まで出ていることを特徴とする歯車。
【請求項２】
前記金属材が相手方の歯車と歯当たりし、
相手方の歯車と歯当たりしない部分において樹脂が出ていることを特徴とする請求項１に記載の歯車。
【請求項３】
前記歯車本体の樹脂は、繊維強化樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載の歯車。
【請求項４】
前記金属材は、前記歯車本体の樹脂に埋没する埋没部を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の歯車。
【請求項５】
前記金属材は、周方向に分割されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の歯車。
【請求項６】
前記金属材は、一歯につき一つあることを特徴とする請求項５に記載の歯車。
【請求項７】
金属材を型内に配置する工程と、
樹脂を前記型内で成形して樹脂と金属材とを一体化させる工程と、を含むことを特徴とする歯車の製造方法。
【請求項８】
樹脂はシートモールディングコンパウンドであることを特徴とする請求項７に記載の歯車の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車および歯車の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂製の歯車は、金属製の歯車と比べて軽量であるが、金属製の歯車と比べて強度が低い。改善策として、樹脂製の歯車を何らかの材料で囲んで強度を高める技術が提案されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２８０６１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の歯車は、樹脂と樹脂を囲むプリフォームとの結合性が悪い。同様の課題は、樹脂により構成された歯車本体と、歯車本体の歯面に配置される金属材との場合にも生じうる。
【０００５】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、樹脂により構成された歯車本体と、歯車本体の歯面に配置される金属材との結合性が比較的高い歯車を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の歯車は、樹脂により構成された歯車本体と、歯車本体の歯面に配置される金属材と、を備える。金属材は、貫通孔を有し、当該貫通孔から歯車本体の樹脂が金属材の外側まで出ている。
【０００７】
本発明の別の態様は、歯車の製造方法である。この方法は、金属材を型内に配置する工程と、樹脂を型内で成形して樹脂と金属材とを一体化させる工程と、を含む。
【０００８】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、樹脂により構成された歯車本体と歯車本体の歯面に配置される金属材との結合性が比較的高い歯車を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態に係る歯車を示す正面図である。
【図２】図１の金属材を示す斜視図である。
【図３】第１準備工程の様子を示す図である。
【図４】第２準備工程の様子を示す図である。
【図５】第３準備工程の様子を示す図である。
【図６】成形工程の様子を示す図である。
【図７】実施の形態の変形例に係る歯車を示す正面図である。
【図８】図７の金属材を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、工程には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
【００１２】
図１は、実施の形態に係る歯車１００を示す正面図である。歯車１００は、歯車本体１０と、複数の薄い金属材２０と、を備える。図２は、金属材２０を示す斜視図である。図２は、歯車本体１０と結合される前の金属材２０を示している。
【００１３】
歯車本体１０は樹脂製である。歯車本体１０は、炭素繊維強化樹脂やガラス繊維強化樹脂などの強化樹脂により形成されてもよいが、これに限定されるものではなく、種々の樹脂を適用できる。
【００１４】
金属材２０は、好ましくは全周一体ではなく、周方向に分割される。図示の例では、金属材２０は歯数の数に分かれている、すなわち１つの歯に１つの金属材２０が設けられている。金属材２０の素材としては、鉄（鋼を含む）やアルミニウムを適用できるが、これに限定されず、種々の金属を適用できる。
【００１５】
各金属材２０は、歯の周方向一方側の歯面の一部（相手方の歯車と歯当たりするピッチ円近傍の部分）を構成する第１板材２１と、歯の周方向他方側の歯面の一部（相手方の歯車と歯当たりするピッチ円近傍の部分）を構成する第２板材２２と、第１板材と第２板材とを連結する連結部２３と、を有する。
【００１６】
歯車本体１０の歯１１は、連結部２３を径方向内側と外側から挟み込むように設けられている。つまり、連結部（埋没部）２３は歯車本体１０の歯１１に埋没し、歯１１の先端部１１ａが歯車１００の歯先を構成している。歯１１の先端部１１ａと根元部１１ｂとは連結部２３に形成された貫通孔２３ａを通じて繋がっている。別の言い方をすると、歯車本体１０の樹脂は、相手方の歯車と歯当たりしない部分において、すなわち歯先において、貫通孔２３ａから金属材２０の外側まで出ている。
【００１７】
図３〜６は、歯車１００を製造する方法を示す工程図である。なお、図３（ａ）、図４（ａ）、図５（ａ）、図６（ａ）は平面図である。また、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００１８】
図３（ａ）、（ｂ）は、第１準備工程の様子を示す。下型２０２には、歯車１００の形状に対応する凹部２０２ａが形成されている。第１準備工程では、凹部２０２ａのうち、歯車１００の歯に対応する凹部の部分に金属材２０を配置する。
【００１９】
図４（ａ）、（ｂ）は、第２準備工程の様子を示す。第２準備工程ではまず、下型２０２と上型２０４とを型合わせする。これにより、下型２０２と上型２０４との間に歯車１００の形状に対応した成形空間２１０が形成される。次に、下型２０２および上型２０４を樹脂の硬化温度まで加熱する。
【００２０】
図５（ａ）、（ｂ）は、第３準備工程の様子を示す。第３準備工程では、上型２０４に形成された貫通孔２０４ａから金型内に成形材料８を配置する。本実施の形態では、成形材料８は、繊維で強化した未硬化の熱硬化性樹脂シートである熱硬化性のシートモールディングコンパウンド（ＳＭＣ）である。
【００２１】
図６（ａ）、（ｂ）は、成形工程の様子を示す。成形工程では、平面視で上型２０４の貫通孔２０４ａに対応した形状の雄型２０６を貫通孔２０４ａ内を押し下げ、成形材料８を加圧する。これにより、成形材料８が成形空間２１０の全体に行き渡る。成形材料８は特に、金属材２０の連結部２３の貫通孔２３ａを通って歯先に対応する部分まで行き渡る。金属材２０は、成形材料８からの圧力（すなわち成形圧）により、型に合うように成形される。これにより、金属材２０は、元々は完全な歯車形状を有していなくても、歯車形状を有することになる。成形材料８は下型２０２や上型２０４に接触することで加熱され、時間が経つと硬化し、金属材２０と一体化する。そして上型２０４および雄型２０６を下型２０２から離間させ、下型２０２から歯車１００を取り出す。
【００２２】
成形材料８の量が多いと、歯車１００は上型２０４の貫通孔２０４ａの形状に対応した突起を有することになる。この場合は、機械加工により除去する。
【００２３】
成形材料８の量が少ないと、歯車１００は雄型２０６の形状に対応した窪みを有することになる。例えば軸を通すための穴を歯車１００に形成する場合は、成形材料８の量を敢えて少なくして積極的に窪みを有するようにしてもよい。
【００２４】
以上のようにして、歯車１００が得られる。
【００２５】
歯車１００によれば、金属材２０の一部が歯車本体１０内に埋没しているため、歯車本体１０と金属材２０とが比較的強固に結合される。
【００２６】
また、歯車１００によれば、歯の表面のうち、相手方の歯車と接触するピッチ円近傍は、金属材２０により構成されるため、樹脂が剥き出しの場合と比べて面圧強度が向上する。つまり、歯車１００によれば、軽量でありながらも面圧強度が高い歯車を実現できる。また、歯の表面が金属材２０に保護されるため、繊維等の強化材の脱落が抑止される。これにより、脱落した強化材で歯車１００の表面を傷めるのを抑止でき、歯車１００の長寿命化を図れる。また、表面に露出した繊維等の強化材により、相手方の歯車を傷めるのも抑止できる。
【００２７】
また、歯車１００によれば、金属材２０は、好ましくは全周一体ではなく、周方向に分割される。例えば、１つの歯に１つの金属材２０が設けられる。これにより、各金属材２０が比較的自由に変形できるため、各金属材２０が型に合うように成形される。また、金属材２０は、成形圧により型に合うように成形され、歯車形状を有することになる。つまり、金属材２０の加工精度はそれほど要求されないため、加工が容易である。
【００２８】
以上、実施の形態に歯車および歯車の製造方法について説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下変形例を示す。
【００２９】
（変形例１）
実施の形態では、加圧成形により歯車１００を製造する場合について説明したが、これに限られず、実施の形態の技術思想は射出成形やトランスファー成形など型を用いる成形であれば、適用できる。
【００３０】
（変形例２）
図７は、実施の形態の変形例に係る歯車１００を示す正面図である。図８は、図７の金属材２０を示す斜視図である。本変形例では、金属材２０は、第１板材２１、第２板材２２それぞれの連結部２３とは反対側の端部から互いに向かって延びる一組の張出部（埋没部）２４を有する。張出部２４は、歯車本体１０の歯１１に埋没する。本変形例によれば、連結部２３に加えてひと組の張出部２４も歯車本体１０に埋没するため、歯車本体１０と金属材２０とがより強固に結合される。なお、張出部２４に貫通孔が設けられてもよい。この場合、歯車１００を製造する際に成形材料８からの圧力で張出部２４が第１板材２１や第２板材２２に張り付くように折れ曲がってしまうのを抑止できる。なお、金属材２０が有する張出部２４の数は特に限定されず、図示のように張出部２４を一組だけ有していても、張出部２４を二組以上有していてもよい。また、張出部２４の形状も特に限定されず、図示のように板状であっても、あるいは棒状、その他の形状であってもよい。
【００３１】
上述した実施の形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施の形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。
【符号の説明】
【００３２】
１０  歯車本体、  ２０  金属材、  ２３  連結部、  ２３ａ  貫通孔、  １００  歯車。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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