(57)【要約】      （修正有）【課題】比較的高荷重で、高速、かつ無潤滑で使用でき、騒音の小さい歯車を提供する。【解決手段】歯車の歯の近くを２枚の円形状の強度のある材料で作り（強度部材）、その円周に沿う外表面に負の転位を有する同一の歯形をそれぞれ与える。この歯形を有する２枚の円板に潤滑性の良い材料（潤滑部材）で作られた円板の円周に沿う外表面に標準あるいは所定の転位を与えた歯を作り、この歯を前記２枚の円板の歯がサンドイッチするように構成する複合歯車を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯車の歯の近くを２枚の円形状の強度のある材料で作り（強度部材）、その円周に沿う外表面に負の転位を有する同一の歯形をそれぞれ与える。さらに、前記の歯とモヂュールと歯数の等しい標準あるいは所定の転位を与えた歯を潤滑性の良い材料（摺動部材）で作り、この歯を前記２枚の円板の歯がサンドイッチするように構成することを特徴とする複合歯車
【請求項２】
歯車の歯の近くを強度のある円板（強度部材）で作り、その円周に沿う外表面から円板内部にひとつあるいは複数の円環状の溝を掘り、溝両側の側面板の円周に沿う外表面に沿って負の転位を有する同一の歯形を与える。強度部材の溝の中に潤滑性の良い材料（摺動部材）を充填し、摺動部材の円周に沿う外表面に強度部材と同じモジュールと歯数を有する標準あるいは所定の転位を与えた歯を作り、この歯を強度部材の歯がサンドイッチするように構成して、強度部材の歯に接着させることを特徴とする複合歯車。
【請求項３】
請求項１および請求項２の潤滑部材として、ＣＯＰＮＡ樹脂に黒鉛１０〜６０重量パーセント、ガラス繊維０〜３０重量パーセントを混合した材料を用いることを特徴とする複合歯車。
【請求項４】
請求項１および請求項２の摺動部材として、請求項３の材料に、あるいは請求項３のガラス繊維の代わりに炭素繊維を１０〜４０重量パーセント混入することを特徴とするとする複合歯車。
【請求項５】
請求項１〜請求項４で作成された歯車を所定の歯形を有する歯車とバックラッシュ零で組み合わせ、片方あるいは両方の歯を回転させてなじませたバックラッシュの無い複合歯車。
【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】
【０００１】  この発明は潤滑を必要としない歯車であり、各種の機械、電気・電子機器、事務用機器で油潤滑を嫌う分野に利用される。
【背景技術】
【０００２】  歯車は歯形同志がすべり接触を行うため、摩擦が発生する。その摩擦による焼き付きを防止するため、通常は伝動側歯形と従動側歯形の接触面を油で潤滑する。しかし、油潤滑が困難な解放空間で用いる場合は、潤滑剤を用いない無潤滑歯車が望まれる。現在、無潤滑に近い使い方ができる歯車として、プラスチック（ナイロン歯車等）があるが、これは熱に弱いため、高速回転を行うと、摩擦熱のため軟化するため、低荷重でかつ低速でしか用いることができない。また、プラスチック歯車は剛性がないため、回転中に歯が弾性変形を起こし、所定の歯形からずれた摩擦接触を行うため摩耗が激しい。これに対し、潤滑特性の高い熱硬化樹脂を用いる場合は、耐熱性が高く、かつ潤滑特性を有するので、摩擦熱による軟化が無いため高速回転が可能である（特願２００２−４４０２２）。しかし、熱硬化樹脂は強度が低いため、高荷重で用いることはできない。したがって、比較的高荷重でかつ高速で用いることのできる無潤滑歯車は未だ開発されていない。
一方、無潤滑歯車の場合、歯車は開放空間で用いられることが多いため、騒音が小さいことが望まれる。これに対しても、ナイロン系の歯車より騒音の小さい歯車を上記発明で得ている。しかし、さらに騒音の小さい歯車が望まれる
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  本発明は上記の欠点を解消するものである。すなわち、比較的高荷重、高速で、無潤滑で使用でき、摩耗が小さく、かつ騒音の小さい歯車を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  一方が硬く変形の無い、たとえば鋼製歯形（歯形Ａ）とし、それに摺動性が良く摩擦により形状を変えることができる材料（ＣＯＰＮＡ樹脂と黒鉛の混合した材料等）で、弾性変形のしにくい歯形（Ｂ）を組み合わせると、回転とともに歯形Ｂは歯形Ａの歯形曲線に修正されていく。したがって、歯形Ｂを弾性変形の少ない構造とすると、歯形Ｂの摩耗が小さくなり耐久性が増す。そこで、歯形自体の強度を増加するため、本出願では、歯車の歯の近くを２枚の円形状の強度のある材料で作り（強度部材）、その円周に沿う外表面に負の転位を有する同一の歯形をそれぞれ与える。さらに、前記の歯とモヂュールと歯数の等しい標準あるいは所定の転位を与えた歯を潤滑性の良い材料（摺動部材）で作り、この歯を前記２枚の円板の歯がサンドイッチするように構成する。この出願では、両側面の補強材には、負の転位が与えられているため、摺動材で作られた歯が相手方歯車と接触するが、補強材で作られた歯が相手方歯車に接触することが無く、高強度で、かつ補強部材の変形が少ないので摩耗も小さく、高速下で使用できる。本出願では、このような無潤滑歯車（請求項１）を提供する。
【０００５】  請求項１に基づく歯の構成のひとつとして、本出願は、歯車の歯の近くを強度のある円板（強度部材）で作り、その円周に沿う外表面から円板内部にひとつあるいは複数の円環状の溝を掘り、溝両側の側面板の円周に沿う外表面に沿って負の転位を有する同一の歯形を与える。強度部材の溝の中に潤滑性の良い材料（摺動部材）を充填し、摺動部材の円周に沿う外表面に強度部材と同じモジュールと歯数を有する標準あるいは所定の転位を与えた歯を作り、この歯を強度部材の歯がサンドイッチするように構成して、強度部材の歯に接着させることを特徴とする複合歯車を提供する（請求項２）。
【０００６】  また本出願は、請求項１および請求項２の潤滑部材として、ＣＯＰＮＡ樹脂に黒鉛１０〜６０重量パーセント、ガラス繊維０〜３０重量パーセントを混合した材料を用いたり（請求項３）、さらに補強材として、炭素繊維を１０〜４０重量パーセントを混入したり、ガラス繊維の代わりに炭素繊維を１０〜４０重量パーセント混入した材料（請求項４）による複合歯車を提供する。
【０００７】  さらに本出願は、請求項１〜請求項４で作成された歯車を所定の歯形を有する歯車とバックラッシュ零で組み合わせ、片方あるいは両方の歯を回転させてなじませたバックラッシュのほとんど無いことを特徴とする複合歯車を提供する。
【０００８】以下、この出願の発明をさらに詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】  この出願の発明は、歯形同志が接触する部分には潤滑性の良い材料を使用する。具体的には、摺動性のよいプラスチック材料とか、また、高速回転に対しては、耐熱性の良いＣＯＰＮＡ樹脂（特願２００２−４４０２２）などが使用できる。しかし、潤滑性の良い材料（潤滑部材）は一般にもろいため、耐衝撃特性が小さい。歯車の場合は、歯の部分が片持ちはり形状をしているため、もろい材料を用いると、歯の根元の部分から破壊する。そこで、歯の部分の両側面に金属などの耐衝撃性の材料（強度部材）を用い、強度部材の歯に潤滑部材の歯の両側面を接着する。すなわち、潤滑性の高い材料で作られた歯を高強度の材料に接着してサンドイッチする。このような構成とした場合、歯は根元と両側面が支持されるため、その強度を飛躍的に増大させることができる。しかし、両側面の材料は潤滑特性がないので、このままでは、相手方の歯車と接触し、焼き付けを起こす。そこで、潤滑特性のある内部材料のみを相手歯車に接触させ、補強用材料は相手方の歯に接触させないようにする。【００１０】  本出願の歯の部分の基本構成を図１に示す。すなわち、歯車の歯の近くの両側面を強度のある材料で円形状に作る（以下円板と称する）。円板外周に歯車の歯１ａと１ｂに負の転位を与えて同じ歯形を構成する（以下補強歯と称する）。補強歯１ａと１ｂの間に潤滑性のある樹脂歯２を充填（サンドイッチ）し、２の両側面を１ａと１ｂに接着する。このとき、標準歯形として使用するとき、歯２は転位の無い標準歯型とし、転位を必要とする歯形に対しては、所定の転位を与える。たたし、この場合、作ろうとする転位歯車の転位量が負の場合、補強歯の負の転位の絶対値は作ろうとする歯車の負の転位の絶対値より大きくなければならない。
上記のように構成した歯形は、補強歯の歯形に負の転位を与えているため、１ａと１ｂの歯形は樹脂歯２に比べ痩せたものとなっているので、２の歯形は１ａおよび１ｃの歯形より外に出っ張った形で形成される。これに相手方歯車をかみ合わせると、相手方歯車は常に２の歯と接触し、１ａおよび１ｂの歯と接触することは無いので、補強歯に潤滑性が無くとも焼き付きを起こすことは無い。【００１１】  図２は発明の実施の形態のひとつとして、強度の強い歯付き円板（補強円板）１０と１１の間に潤滑性のある材料をサンドイッチして一体化する場合を示す。円板１０と１１には負の転位を与えた歯が付けられている。潤滑性のある樹脂円板１２を２枚の補強円板にサンドイッチし、ボルトで等で円板１０，１１、１２を結合し、その後円板１２に所定の歯切りを行う。【００１２】  本出願の歯の別な成形の仕方としては、図３に示すように外周を強度のある材料とし、外周から半径方向に中心に向かって溝を設ける。溝を挟んだ両側面の補強円板に負の転移を有する歯を設ける。その後に射出成形とか圧縮成型で摺動性のある材料２２を溝に充填して所定の歯形の歯を設ける。
また、本歯車の強度を増加させる方法として、図４のように強度部材の半径方向に複数の溝２３を入れ、その溝に前記の方法で摺動材を充填して所定の歯形を設けると、摺動材と補強剤の接着面積が増加するので、強度を増大させることができる。【００１３】  前記補強部材としては、安価な鋼を用いることができ、また、摩擦係数が小さく耐熱性と潤滑性のある摺動材としては、ＣＯＰＮＡ樹脂に黒鉛とガラス繊維を混入したもの、これに炭素繊維を入れて強化したもの、あるいはガラス繊維に代えて炭素繊維を混入したものなどを用いることができる。混入割合は摺動性を重視する場合は黒鉛を多くし、強度を重視する場合はガラス繊維・炭素繊維を多くする。しかし、歯車として成型するには、請求項３および請求項４の範囲が適当である。ＣＯＰＮＡ樹脂は熱硬化性樹脂であるので、このように混合した材料を前記の１２および２２の材料として用いることができる。【００１４】  以下、図面を用いて、実施例としてさらに詳細に説明する。
【実施例】
【００１５】  実施例として、幅２０ｍｍの鋼製円板の外周部から中心に向かって深さ９ｍｍ、幅１２ｍｍの溝を掘り、溝の両側面（片側の幅は４ｍｍ）に基準ピッチ円直径４８ｍｍ、歯数２４、モジュール２，圧力角２０°の歯形を転移量−０．４としてホブ盤で切削した。この円板の中心に直径１２ｍｍの軸穴をあける。この歯車の溝に樹脂を充填する射出成型用の型を作り型内に鋼製歯車を置き、型内に摺動材としてコプナ樹脂５０重量パーセント、黒鉛３０重量パーセント、ガラス繊維２０重量パーセントを射出成型機により充填した。型より取りだした歯車の外周は、歯の部分も溝の部分も摺動材が充填されているので、その外周をホブ盤により転移なしで、上記の歯形諸元で切削した。
このようにして得られた歯車（ＣＧ歯車と称する）と上記と同じ諸元を有する鋼製歯車と噛み合わせ、５Ｎ・ｍの抵抗トルクを与えて回転させた。また、コプナ樹脂５０重量パーセント、黒鉛３０重量パーセント、長さ３ｍｍ、直径３０μｍの炭素繊維を２０重量パーセントを混入した上記と同じ歯車を作成した（ＣＦ歯車と称する）。さらに、上記と同じ諸元のプラスチック歯車（ＰＳ歯車と称する）を用意し、それぞれの歯車に上記と同じ諸元の鋼製歯車を噛み合わせ、１０Ｎ・ｍの抵抗トルクを与えて回転させ騒音を測定したところ、回転はじめでは騒音に大きな違いが無かった。しかし、１００時間回転後では、ＣＧ歯車はＰＳ歯車の騒音に対し、２００〜１５００ｒｐｍの回転数範囲で、１０ｄＢ（Ａ）以上の騒音低下が認められた。さらに、ＣＦ歯車の騒音はＰＳ歯車のそれに比べ、１３ｄＢ（Ａ）以上の騒音低下が認められた。また、このときの騒音を耳で聞いてみたところ、プラスチック歯車はプラスチック特有のキーキーという摩擦音に対し、本出願の歯車はサーという騒音で音質が異なり、耳に優しい音であった。たすなわち、本出願の歯車の騒音は、歯車が回転とともに相手方歯車（鋼製歯車）の歯形になじむため、騒音が低下し、従来のプラスチック歯車の騒音よりかなり低騒音とでき、音質も耳に優しいことが分かった。【００１６】  一方、強度についても本出願の上記歯車とＰＳ歯車についての比較を行った。実験の方法は、鋼製歯車に上記３種類の試験歯車をそれぞれ噛み合わせ、試験歯車を固定し、鋼製歯車にトルクを与え、歯車の歯が破断するトルク（破断トルク）を測定した。得られた結果を下表に示す。
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表１より本出願の歯車のトルクの方が従来のプラスチック歯車より破断強度が高いことがわかる。摺動材を充填する溝の数をさらに増やすことでさらに大きな破断トルクを得ることができる。【００１７】  ついで、鋼製歯車と本出願のＣＧ歯車をバックラッシュ無しで組み付けたところ、はじめはかなりの抵抗トルクがあった。しかし、１００回程度回転を与えたところ、抵抗が激減し、ガタがほとんど無い歯車のかみ合いを得ることができた。
【発明の効果】
【００１８】  本出願の歯車は油を嫌う開放空間での使用ができるので、事務用機器などの歯車として最適である。また、ガタを嫌う精密機器、ロボットの間接などにも使用できる。具体的な効果は下記のとおりである。
（１）無潤滑で使用できる。
（２）高速回転下で使用できる。
（３）騒音が小さく、騒音が耳に優しい。
（４）潤滑特性が良いので、摩擦係数が小さく発熱が小さい。
（５）熱変形温度が大きい（１９０℃以上）
（６）バックラッシュをほとんど零として使用できる。
（７）強度はプラスチック歯車のそれ以上である。
（８）歯形の剛性が高く弾性変形が小さいため、摩耗が小さく耐久性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】  二つの側面の補強材の外周に負の転位を与えて歯形を構成し、そのなかに摺動材を充填し、摺動材に所定の歯形を与えたときの歯形を表す。（ａ）は歯形の側面図を、（ｂ）はＡ−Ａ断面を表す。
【図２】  外周に負の転位の歯形を与えた２枚の円板に摺動剤で作られた円板をサンドイッチする様相を示したものである。
【図３】  強度のある円板外周に負の転位を与えた歯形を作り、中間に溝を切った部分に摺動剤を充填する様相を示したものである。
【図４】  歯形強度を得るため、外周に負の転位を与えた歯形を有する円板に多数の溝を入れ、それに摺動剤を充填して所定の歯形を摺動剤に与える様相を示したものである。
【符号の説明】
Ａ−Ａ  歯形の断面
１          負の転位を与えた補強材の歯形
１ａ、１ｂ  負の転位を与えた補強材の歯形の両側面
２          標準歯形あるいは所定の転位を与えた摺動材の歯形
１０        負の転位を与えた歯形を有する補強材の円板
１０ａ      歯先円
１０ｂ      ピッチ円
１０ｃ      歯元円
１０ｄ      軸穴
１１        １０と同じ歯形を有する補強材の円板
１１ｄ      軸穴
１２        摺動材で作られた円板
１２ｄ      軸穴
２０        周に沿って溝を有し負の転位を有する歯形を持つ補強材の円板
２０ａ      歯先円
２０ｂ      ピッチ円
２０ｃ      歯元円
２１        軸穴
２２        摺動材（溝に摺動材を充填することを表す）
２３        摺動材を充填する溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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