(57)【要約】【課題】  心材に多数本のワイヤーを配置し、所定のワイヤーと心材とを接合材で接合した後、不要なワイヤーを除去することにより心材に歯を形成する歯車の製造方法において、線材の径、それを巻き付ける心材の径、歯数の選択の幅を広げ、小型で、安価な歯車を実現する。【解決手段】偶数本のワイヤーを、互いに隣り合うように、心材の軸周りにほぼ等間隔で、ほぼ同心状に、かつ心材の軸とワイヤー軸がほぼ平行となるように配置し、ワイヤーの左右の端部を、一体状態で相対的に心材の軸周りにねじることにより、隣接するワイヤー同士およびワイヤーと前記心材とを密着状態とし、ワイヤー心材とを接合材で接合した後、ワイヤーを一つおきに除去することにより心材に歯を形成する。【選択図】図３
2007125560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
心材に多数本のワイヤーを配置し、所定のワイヤーと心材とを接合材で接合した後、不要なワイヤーを除去することにより心材に歯を形成する歯車の製造方法において、
前記ワイヤーは、同じ本数の２種類のワイヤーであり、互いに隣り合うように、前記心材の軸周りにほぼ等間隔で、ほぼ同心状に、かつ前記心材の軸と前記ワイヤー軸がほぼ平行となるように配置し、前記ワイヤーの左右の端部を、一体状態で相対的に前記心材の軸周りにねじることにより、隣接する前記ワイヤー同士および前記ワイヤーと前記心材とを密着状態とし、夫々の前記ワイヤーの少なくとも一方と心材とを接合材で接合した後、他方のワイヤーを除去することにより心材に歯を形成することを特徴とする歯車の製造方法。
【請求項２】
心材に多数本のワイヤーを配置し、所定のワイヤーと心材とを接合材で接合した後、不要なワイヤーを除去することにより心材に歯を形成する歯車の製造方法において、
前記ワイヤーは偶数本のワイヤーであり、前記心材の軸周りにほぼ等間隔で、ほぼ同心状に、かつ前記心材の軸と前記ワイヤー軸がほぼ平行となるように配置し、前記ワイヤーの左右の端部を、一体状態で相対的に前記心材の軸周りにねじることにより、隣接する前記ワイヤー同士および前記ワイヤーと前記心材とを密着状態とし、前記ワイヤーと心材とを接合材で接合した後、前記ワイヤーを１本置きに除去することにより心材に歯を形成することを特徴とする歯車の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細で精密な歯車の安価な製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の歯車の製造は、専用工作機械による切削加工や研削加工等の機械加工によるものがほとんどである。これらの手法によって製造される歯車は、概して大型であり、従って高価となる欠点があった。
【０００３】
最近、マイロクマシーン技術により小型な回転アクチュエータが開発されつつあるが、概してそこにおいては、回転数は早いが、発生力は小さい欠点があり、もしその大きさに相応しい減速機が開発されれば、その用途は飛躍的に高まると思われる。
【０００４】
小型減速機には、小型歯車が必要となるが、小型歯車の製作法の一つとして極細線材を用いた小型歯車の製造方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
そこにおける方法は、心材に極細線材を巻き付ける方法であり、平歯車を具体例として図１で説明する。基本的な製作方法は、図１−ａに示すように，歯となる第１のワイヤー１とピッチ間隔を保つための第２のワイヤー３を歯車の軸となる心材５の周りに密着するように多数本配置する（図で示されるワイヤーにすべて、第１のワイヤー１あるいは第２のワイヤー３である表示が付与されていないが、煩雑のため省略されるものであり、一つ置きにどちらかのワイヤーとなっており、以後の図においても同様である）。次に、図１−ｂに断面図で示すように第１のワイヤー１と心材５を半田付け後，図１−ｃに示すようにピッチ間隔を保つための第２のワイヤー３を除去すると、図１−ｄに示す平歯車が完成する。
【０００６】
しかし，２つの歯車をかみ合わせて運動させる場合に重要となるピッチ間隔を均一にするためには，図１−ａに示すように、円形であるワイヤーを同じ円形である心材の表面に沿って、互いに重なること、かつ隙間なく、配置しなければならない。このように配置するための、ワイヤー径，心材軸径およびワイヤー本数あるいは歯数を選定する事は非常に困難であり，製作できる歯車が限られてしまう。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−６８８８３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
線材を用いて歯車を製造する場合に、線材の径、それを巻き付ける心材の径、歯数の選択の幅を広げ、小型で、安価な歯車を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明における歯車の作り方の原理を図２〜図５で説明する。歯車軸となる心材５の周りに，歯となる第１のワイヤー１とピッチ間隔を保つための第２のワイヤー３を交互にほぼ等間隔で、心材５の軸とほぼ平行となるように配置する（図２−ａ、図２−ｂ）。
【００１０】
次に左右のワイヤー端部９を心材５を中心に矢印１１で示す方向に相対的にねじる（図３−ａ）。するとワイヤー１，３の中央部は次第に狭くなり、ワイヤー１，３で作られる内接円の直径；Ｄは、次第に小さくなる（図３−ｂ）。
【００１１】
更に左右のワイヤー端部９を心材５を中心に矢印１１で示す方向に相対的にねじる（図４−ａ）と、ワイヤー１，３で作られる内接円の直径；Ｄは、心材５の外径；ｄと同じに、すなわちワイヤー１，３の一部が心材５と接触する（図４−ｂ）。しかし、この状態では、ワイヤー１，３は密着状態となっていない。
【００１２】
更にねじるとワイヤー１，３は心材５の表面に沿って滑り、互いに密着状態となる。更にねじりを進めると、ワイヤー中心部１３で示す密着状態となる幅を広げる（図５）。
【００１３】
適度な幅になった状態で、心材５に対しワイヤー１，３を何らかの方法で仮固定し、はんだ槽につける。はんだ付け後にピッチ間隔を保っている第２ワイヤー３を除去し，適当な長さで切り出すと、図６で示す斜歯歯車が完成する。ただし、図では半田は省略されている。
【００１４】
以上の製作工程で説明したように、歯すじ線がらせん状になっているはすば歯車の形にする事で，先に示した問題を解決する事にした訳である。
【００１５】
ワイヤーが心材の表面に密着状態になるためには、ワイヤー半径（ｒ），心材の半径（Ｒ）、ねじれ角（β）、使用するワイヤーの本数(ｎ)の間にはある関係が成立する必要があり、その関係を図示したのが図７である。なお、歯数Ｚは、使用するワイヤーの本数の半分になる。
【００１６】
この図より、ねじれ角βが余り大きくならないように、例えば４５度以下となるように考慮しつつ、心材の半径；Ｒ，ワイヤー半径；ｒ，歯数；Ｚを選択すればよい。
【００１７】
例えば、Ｒ＝１ｍｍ、ｒ＝０．１ｍｍ、Ｚ＝１５（ｎ＝３０）とする。図６より、Ｒ／ｒ＝１０，ｎ＝３０の場合は、β≒３０となるので、ねじれ角が約３０度の斜歯歯車が出来ると分かる。
【発明の効果】
【００１８】
ワイヤーの径、心材の径、歯数を任意に組み合わせることが可能になるので、小型の歯車の製造が容易となり、強いては小型減速器、小型高出力アクチュエータの製造が容易になる効果が生ずる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、歯車の具体的製作方法を示す。まず、２種類のワイヤーを用いる場合、次に１種類のワイヤーのみを用いる場合を説明する。
【実施例１】
【００２０】
２種類のワイヤーをここでは、スズメッキ銅線と同一径の径ポリウレタン皮膜銅線とし、心材は銅製の丸棒を使用する場合で説明する。すなわち、歯となるワイヤー１はスズメッキ銅線であり、ピッチ間隔を保つためのワイヤー３はポリウレタン皮膜銅線となる。
【００２１】
まず、図８−ａに示すように、ワイヤー１の両端部に極細チューブ５１を通す。一方、図８−ｂに示すように、心材５の両端部にもチューブ５３、５５を被せる。次に、チューブ５３、５５の円周上に極細チューブ５１を通したワイヤー１，３をほぼ等間隔、かつワイヤー１，３の軸と心材５の軸がほぼ平行になるように並べる。チューブ５３、５５上に両面テープを貼り、そこに極細チューブ５１を貼り付けていけばこの作業は容易である。
【００２２】
図９に全てのワイヤーを配置した様子を示す。図では、チューブ５３、５５の円周上に極細チューブ５１が密着状態で規則正しく並んでいるが、多少不揃いであっても差し支えない。なお、極細チューブ５１として、例えばテフロン（登録商標）チューブ等の柔軟性のある材料を用いれば、一層この作業は容易になる。
【００２３】
ワイヤー配置後，図２〜図５で説明した製造原理に従い、心材５の軸周りに、チューブ５３とチューブ５５を相対的にねじる。ただし、チューブ５３とチューブ５５の軸方向の距離は一定に保っておく。ねじり角度が大きくなるに従い、ワイヤー１，５は極細チューブ５１の中を軸方向にすべるが、このとき適度な摩擦力を受けながらすべることが重要である。
【００２４】
ワイヤー１，５の巻き付け後，巻き付けたワイヤー１，５が緩まないように、その端部にポリウレタン皮膜銅線等を上から巻いて押さえる。この状態で、心材５より、極細チューブ５１およびチューブ５３とチューブ５５を抜き取る。
【００２５】
次に、全体を溶融した半田槽の中に浸ける。半田としてSn-Pb系の半田はスズメッキ銅線によく付くが、ポリウレタン皮膜銅線には付かない。従って、半田が冷却、固化した後、歯となるワイヤー１はスズメッキ銅線であるので、心材５としっかり固定されるが、ポリウレタン皮膜銅線であるワイヤー３および緩み止めのポリウレタン皮膜銅線は簡単に外すことができる。
【００２６】
最後に、適当な幅で切り出せば、斜歯歯車が出来上がる。
【００２７】
以上の説明ではスズメッキ銅線とポリウレタン皮膜銅線の２種類のワイヤーと、銅の心材および半田を使用する場合で説明したが、これに限定されない。要は、心材と固定し易いワイヤーと、心材と固定し難いワイヤーの組み合わせであれば、材質は何であっても良いわけである。
【００２８】
例えば、心材に半田が付きにくいステンレス材を用いる場合に、銅等のメッキをしておいても、細径のスズメッキ銅線を下地として予め巻きつけておいても良い。
【実施例２】
【００２９】
次に、同種類のワイヤーのみを用いる場合を説明する。手順は実施例１の場合と同じである。この場合はともに半田等により心材に同じ強度で固着されるが、一本置きに剥がせばよいわけである。ただし、この場合、ワイヤー強度が固着強度より高くないと、ワイヤーが剥がす過程で引きちぎれ、剥がし工程が面倒になる恐れはある。
【００３０】
以上の説明では、心材の径，ワイヤーの径および歯数（あるいは使用するワイヤーの本数）が先に与えられる場合であった。すなわち、ねじれ角が後から適当に決まる場合であった。減速機を構成する場合、ピッチとねじれ角が同じで、心材の径および歯数の異なる斜歯歯車が必要になる。
【００３１】
この場合は、図７において、所望のねじれ角と歯数（あるいは使用するワイヤーの本数）より、Ｒ／ｒを求め、この値より、心材の径Ｒを求めればよい。この場合、心材の径は多少複雑な値となるが、現状の加工技術であれば、容易に製作加工である。なお、ワイヤー径ｒは、ここではピッチが同一である条件より先に決定されているとしている。
【００３２】
以上の説明では、ワイヤーと心材の接着に半田を用いる場合で説明したが、これに限定されることなく、有機系の接着剤であってもよいし、またワイヤー材質も金属のみならず、セラミックや高分子材料であっても差し支えない。有機系の接着剤の場合、予め心材に接着剤を塗布しておき、ワイヤーを巻き付ける方がよい。
【００３３】
また、以上の説明では、同一径のワイヤーを用いる場合で説明したが、必ずしも同一径である必要は無い。すなわち、図２〜図５における説明において、第１のワイヤーと第２のワイヤーの径を変えてもよい。ただし、この場合、出来上がった斜歯歯車を２個組み合わせて用いる場合、軸間距離を調整する必要はある。また、図７は、同一径の場合の設計法を表す図であるので、使用する径の違いに応じて作り直す必要がある。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
小型、安価で信頼性高い斜歯歯車が供給可能になれば、小型減速機構が容易に出来、マイクロマシーン技術の応用によるアクチュエータと組み合わせることにより、小型で高出力のアクチュエータを実現できる。高出力のアクチュエータは、人間の消化器管内を移動するロボット等に利用されることは間違いない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来例を説明するための図
【図２】本発明の製作過程を説明する第１の図
【図３】本発明の製作過程を説明する第２の図
【図４】本発明の製作過程を説明する第３の図
【図５】本発明の製作過程を説明する第４の図
【図６】斜歯歯車の完成図
【図７】本発明の設計法を説明するための図
【図８】本発明の具体的製作方法を説明する第１の図
【図９】本発明の具体的製作方法を説明する第２の図
【符号の説明】
【００３６】
１  第１のワイヤー
３  第２のワイヤー
５  心材
７  半田
９  ワイヤー端面
１１  回転方向を示す矢印
１３  ワイヤー中心部
５１  極細チューブ
５３  チューブ
５５  チューブ
【図１】
2007125560.tif 000003
【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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【図９】
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