(57)【要約】【課題】  バックラッシュを低減することができ、歯車間の伝達効率や歯面の耐磨耗性の低下を最小限に抑え、かつ、高精度の位置決めを行うことができる歯車及びこの製造方法を提供すること。【解決手段】  歯車１は、例えば、平歯車であり、歯先から歯車１の中心に向って歯幅全体にわたって各歯２に設けられた溝３により、歯２が力の伝達時に弾性変形可能な一方の弾性支持部５と他方の弾性支持部６とに分岐されている。この溝３は、歯末側溝７と、歯末側溝７の溝幅（Ｔ１）よりも大きい溝幅（Ｔ２）を有する歯元側溝８とを備えている。歯末側溝７の溝幅（Ｔ１）は、相手方歯車と噛合された際に、各弾性支持部５，６の弾性変形量の和よりも大きく、かつ、歯車間の力の伝達方向に対する一方の弾性支持部５の許容変形量よりも小さくなるように形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯先から中心部に向って歯幅全体にわたって設けられた溝により、歯が力の伝達時に弾性変形可能な二つの弾性支持部に分岐された歯車であって、
前記溝が、歯末側溝と、該歯末側溝の溝幅よりも大きい溝幅を有する歯元側溝とを備え、
前記歯末側溝の溝幅が、相手方歯車と噛合された際に、前記弾性支持部の歯先における弾性変形量よりも大きく、かつ、歯車間の力の伝達方向に対する前記弾性支持部の歯先における許容変形量よりも小さいことを特徴とする歯車。
【請求項２】
前記歯末側溝の溝幅が、歯先側に向って漸次拡開して設けられ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】
前記各弾性支持部の前記歯末側溝の対向面に、互いに噛み合う凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の歯車。
【請求項４】
パターン形成された平面状の導電層が表面に配された基材上に、感光性材料を塗布し、露光して型を形成する工程と、
前記型に電鋳物を堆積する工程とを備え、
歯幅全体にわたって、歯先から中心部に向かって途中で幅が異なる溝を形成するように前記型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、歯車及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二つの歯車の噛み合いにより歯車間で力を伝達する場合、回転運動を円滑に行うために所定のバックラッシュが設けられている。しかしながら、必要以上のバックラッシュが発生した場合には、位置決めにおいて精度が低下してしまう。そのため、バックラッシュが発生しないように歯先から中心部に向って溝が形成されたものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この場合、溝が形成されたことにより歯が弾性変形可能となり、相手方歯車と合わせて両歯車の歯の歯面同士の圧接状態を保って精度を維持することができる。
【特許文献１】特開平０９−２１０１４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の歯車の場合、溝の終端部以外の幅が略同一であるため、歯元側に向うにつれて歯の剛性が高くなる。従って、相手方歯車に嵌合した際の弾性変形による面圧が大きくなり、力を伝達するために噛み合ったときの摩擦力による損失が大きくなるため、伝達効率が低下してしまう。
ところが、この面圧を低減するために溝幅を広げた場合には、歯車に加えられた負荷に対して必要以上に弾性変形が発生し、歯の剛性が低下してしまう。また、溝の幅を変えずに歯の構成材料を軟化させた場合には、圧接面での耐磨耗性が低下してしまう。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、バックラッシュを低減することができ、歯車間の伝達効率や歯面の耐磨耗性の低下を最小限に抑え、かつ、高精度の位置決めを行うことができる歯車及びこの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る歯車は、歯先から中心部に向って歯幅全体にわたって設けられた溝により、歯が力の伝達時に弾性変形可能な二つの弾性支持部に分岐された歯車であって、前記溝が、歯末側溝と、該歯末側溝の溝幅よりも大きい溝幅を有する歯元側溝とを備え、前記歯末側溝の溝幅が、相手方歯車と噛合された際に、前記弾性支持部の歯先における弾性変形量よりも大きく、かつ、歯車間の力の伝達方向に対する前記弾性支持部の歯先における許容変形量よりも小さいことを特徴とする。
【０００６】
この発明は、相手方歯車と噛み合い、弾性支持部が互いに接近する方向に所定の撓み量で曲がっても、一方の弾性支持部と他方の弾性支持部とを当接しないようにすることができる。従って、歯車間で隙間を形成することなく一方の弾性支持部の弾性力による所定の面圧が歯面に負荷された状態で力を伝達することができる。
【０００７】
この際、歯元側溝のほうが歯末側溝よりも溝幅が大きいので、歯元側の剛性を低減することができ、歯面全体の面圧を従来よりも小さくすることができる。さらに、溝幅が弾性支持部の許容変形量よりも小さいので、歯車間で伝達する力よりも大きい外力が一方の弾性支持部に付加されて歯先又はその近傍が他方の弾性支持部と当接した際、一方の弾性支持部だけでなく他方の弾性支持部の剛性を付加することができる。従って、歯全体の剛性を高めることができる。
【０００８】
また、本発明に係る歯車は、前記歯車であって、前記歯末側溝の溝幅が、歯先側に向って漸次拡開して設けられていることを特徴とする。
この発明は、歯車間で伝達する力よりも大きい外力が一方の弾性支持部に付加された際、歯先近傍だけでなく歯末側溝の全体の面で力を受けることができ、弾性支持部間の摩擦力による摩耗を抑えて歯の剛性をさらに高めることができる。
【０００９】
また、本発明に係る歯車は、前記歯車であって、前記各弾性支持部の前記歯末側溝の対向面に、互いに噛み合う凹凸が形成されていることを特徴とする。
この発明は、歯車間で伝達する力よりも大きい外力が一方の弾性支持部に付加され、一方の弾性支持部と他方の弾性支持部とが接触しても、弾性支持部間で歯車の径方向のズレを抑えることができ、弾性支持部間の摩擦力による摩耗を抑えて歯の剛性をさらに高めることができる。
【００１０】
本発明に係る歯車の製造方法は、パターン形成された平面状の導電層が表面に配された基材上に、感光性材料を塗布し、露光して型を形成する工程と、前記型に電鋳物を堆積する工程とを備え、歯幅全体にわたって、歯先から中心部に向かって途中で幅が異なる溝を形成するように前記型を形成することを特徴とする。
【００１１】
この発明は、高精度の型を作製することができ、時計部品に使用するような小さい歯車であっても精度よく製造することができる。また、歯面の表面粗さを小さくすることができ、摺動時の摩擦を低減することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、バックラッシュを低減することができ、歯車間の伝達効率や歯面の耐磨耗性の低下を最小限に抑え、かつ、高精度の位置決めを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に係る第１の実施形態について、図１から図５を参照して説明する。
本実施形態に係る歯車１は、例えば、平歯車であり、図１から図３に示すように、歯先から歯車１の中心Ｃに向って歯幅全体にわたって各歯２に設けられた溝３により、歯２が力の伝達時に弾性変形可能な一方の弾性支持部５と他方の弾性支持部６とに分岐されている。この溝３は、歯末側溝７と、歯末側溝７の溝幅（Ｔ１）よりも大きい溝幅（Ｔ２）を有する歯元側溝８とを備えている。
【００１４】
歯末側溝７の溝幅（Ｔ１）は、歯車１のモジュールにかかわらず、図４に示すように、相手方歯車１０と噛合された際に、各弾性支持部５，６の弾性変形量（ｈ１，ｈ２）の和よりも大きく、かつ、図５に示すように、歯車間の力の伝達方向（Ｆ）に対する一方の弾性支持部５の許容変形量（図中のｈ３よりも大きい値）よりも小さくなるように形成されている。
【００１５】
次に、本実施形態に係る歯車１の製造方法について図６から図１０を参照しながら説明する。
この製造方法は、パターン形成された平面状の導電層１１が表面に配された基板（基材）１２上に、ネガフォトレジスト（感光性材料）を塗布し、露光して型１３を形成する工程（Ｓ０１）と、型１３に電鋳物１５を堆積する工程（Ｓ０２）と、表面を研磨して電鋳物１５から型１３を除去する工程（Ｓ０３）とを備えている。
【００１６】
型１３を形成する工程（Ｓ０１）では、まず、ネガフォトレジストが露光される波長がカットされた、いわゆる図示しないイエロールーム内で、導電層１１を含む基板１２の表面に、例えば、エポキシ系の樹脂をベースとする化学増幅型のネガフォトレジストを塗布する。
続いて、ネガフォトレジストに硬化させない未硬化層１６を形成するためのフォトマスク１７をネガフォトレジストの表面に配置して、露光する。これにより、図６に示すように、硬化層１８と硬化されない未硬化層１６とを形成する。この際、上述した、歯末側溝７及び歯元側溝８を歯車１の歯２に形成するようにフォトマスク１７を調整して硬化層１８を形成する。そして、上述した工程までによって製造されたものを現像液中に漬けて、図７に示すように、未硬化層１６を除去し、型１３を形成する。
【００１７】
続いて、型１３に電鋳物１５を堆積させる工程（Ｓ０２）に移行する。
即ち、図示しない電鋳液内に型１３を浸した状態で、導電層１１を利用してこれに電圧を印加して電子を供給する。これによって図示しない電極から溶出されたＮｉイオンが移動して、導電層１１上にＮｉを徐々に析出させて、図８及び図９に示すような電鋳物１５とする。
【００１８】
そして、表面を研磨してこの電鋳物１５から型１３を除去する工程（Ｓ０３）に移行する。電鋳物１５が所定の厚さになるように表面を研磨した後、例えば、有機溶剤にて硬化層１８を溶融して除去し、図１０に示すような歯車１を得る。
【００１９】
こうして得られた本実施形態に係る歯車１の作用について説明する。なお、以下の作用は、本実施形態に係る歯車１を被動歯車として説明する。
相手方歯車１０と噛合した際、各弾性支持部５，６が互いに接近する方向に押圧されて弾性変形する。そして、相手方歯車１０から力が伝達された際には、一方の弾性支持部５にさらに曲げ応力が発生し、一方の弾性支持部５の歯先が撓んで他方の弾性支持部６の方向に移動する。
【００２０】
この際、歯末側溝７の溝幅（Ｔ１）が、各弾性支持部５，６の弾性変形量（ｈ１，ｈ２）の和よりも大きく形成されているので、図４に示すように、各弾性支持部５，６が互いに接近する方向に所定の撓み量で曲がっても、一方の弾性支持部５と他方の弾性支持部６とは当接しない。そのため、力が伝達される過程で、一方の弾性支持部５に負荷される面圧が急激に変化することが抑えられ、一方の弾性支持部５の面圧が所定の範囲内に抑えられる。
【００２１】
一方、歯車１の回転方向とは逆の方向に負荷や外力が加わった場合、一方の弾性支持部５に曲げ応力が付加されてさらに撓む。このとき、歯末側溝７の溝幅が、歯車間の力の伝達方向（Ｆ）に対する各弾性支持部５，６の許容変形量（ｈ３よりも大きい値）よりも小さいので、一方の弾性支持部５が弾性変形している途中で、図５に示すように、歯先５ａが他方の弾性支持部６の歯先６ａに当接する。
【００２２】
このとき、歯２としての剛性は、一方の弾性支持部５の剛性のみならず、他方の弾性支持部６の剛性も加わったものとなる。従って、弾性支持部５，６同士が接触した後は、歯２としての剛性が不連続に変化して急激に高くなり、外力に対する反力が大きくなる。
【００２３】
この歯車１によれば、相手方歯車１０と噛み合い、各弾性支持部５，６が互いに接近する方向に所定の撓み量で曲がっても、一方の弾性支持部５と他方の弾性支持部６とを当接しないようにすることができる。従って、歯車間で隙間を形成することなく一方の弾性支持部５の弾性力による所定の面圧が歯面に負荷された状態で力を伝達することができる。
【００２４】
この際、歯元側溝８のほうが歯末側溝７よりも溝幅が大きいので、歯元側の剛性を低減することができ、歯面全体の面圧を従来よりも小さくすることができる。さらに、溝幅が各弾性支持部５，６の許容変形量よりも小さいので、歯車間で伝達する力よりも大きい外力が一方の弾性支持部５に付加されて歯先５ａが他方の弾性支持部６の歯先６ａと当接した際、一方の弾性支持部だけでなく他方の弾性支持部の剛性を付加することができる。
【００２５】
従って、外力が付加された場合の歯２全体の剛性を高めることができ、歯面の耐磨耗性を高めることができる。この結果、歯車間の隙間となるバックラッシュを低減することができ、歯車間の伝達効率や歯面の耐磨耗性の低下を最小限に抑え、かつ、高精度の位置決めを行うことができる。
【００２６】
また、本実施形態に係る歯車１を電鋳により製造するので、高精度の型１３を作製することができ、時計部品のように歯車１が小さいものであっても精度よく製造することができる。また、歯面を鏡面に近い状態に仕上げて表面粗さを小さくすることができ、噛合時の摺動による摩擦を低減することができる。
【００２７】
次に、第２の実施形態について図１１を参照しながら説明する。
なお、上述した第１の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第２の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る歯車２０の歯末側溝２１の溝幅が、各弾性支持部２２，２３の歯先２２ａ，２３ａ側に向って漸次拡開して設けられているとした点である。
【００２８】
この場合、各弾性支持部２２，２３の歯先２２ａ，２３ａ間の距離は、第１の実施形態に係る歯末側溝７と同じ大きさとなる。そして、歯先２２ａ，２３ａが当接した際、互いの対向面２２ｂ，２３ｂ全体が接触するような角度となっている。
【００２９】
この歯車２０は、第１の実施形態と同様に、電鋳により製造される。この際、歯末側溝に相当する部分に、歯先側に向って漸次拡開する歯末側溝が形成されるように、硬化層を形成して型を作製して電鋳を行う。
【００３０】
この本実施形態に係る歯車２０の作用について、第１の実施形態と同様の場合を説明する。
相手方歯車１０と噛合した場合には、一方の弾性支持部２２と他方の弾性支持部２３とが当接しないので、第１の実施形態と同様の作用により、力の伝達が行われる。
【００３１】
歯車２０の回転方向とは逆の方向に負荷や外力が加わった場合には、一方の弾性支持部２２が他方の弾性支持部２３に当接する。この際、互いの歯先２２ａ，２３ａだけでなく、対向面２２ｂ、２３ｂ全体にわたって互いに接触する。従って、接触面積が第１の実施形態の場合よりも大きくなり、対向面に作用する摩擦力によって弾性支持部２２，２３間における歯車２０の径方向の移動が規制される。
【００３２】
この歯車２０によれば、歯車間で伝達する力よりも大きい外力が一方の弾性支持部２２に付加された際、弾性支持部２２，２３間の摩擦力による摩耗を抑えて歯２５の剛性をさらに高めることができる。
【００３３】
次に、第３の実施形態について図１２を参照しながら説明する。
なお、上述した他の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第３の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る歯車３０の各弾性支持部３１，３２の歯末側溝３３の対向面３１ｂ，３２ｂに、互いに噛み合う三角形状の凹部３５及び凸部３６が形成されているとした点である。
【００３４】
この歯車３０は、第１の実施形態と同様に、電鋳により製造される。この際、歯末側溝に相当する部分に、凹凸が形成されるように硬化層を形成して型を作製して電鋳を行う。
【００３５】
次に、本実施形態に係る歯車３０の作用について説明する。
相手方歯車１０と噛合した場合には、一方の弾性支持部３１と他方の弾性支持部３２とが当接しないので、第１の実施形態と同様の作用により、力の伝達が行われる。
歯車３０の回転方向とは逆の方向に負荷や外力が加わった場合には、一方の弾性支持部３１が他方の弾性支持部３２に当接する。この際、対向面３１ｂ，３２ｂに形成された凹部３５及び凸部３６が互いに係合される。従って、弾性支持部３１，３２間における、歯車３０の径方向への相対移動が規制される。
【００３６】
この歯車３０によれば、歯車間で伝達する力よりも大きい外力が一方の弾性支持部３１に付加され、一方の弾性支持部３１と他方の弾性支持部３２とが接触しても、弾性支持部３１，３２間で歯車３０の径方向のズレを抑えることができ、弾性支持部３１，３２間の摩擦力による摩耗を抑えて、歯３７の剛性をさらに高めることができる。
【００３７】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、歯車を被動歯車としているが、駆動歯車として使用しても伝達する際の力の向きが異なることを除けば同様の作用・効果を奏することができる。
【００３８】
また、歯末側溝の溝幅を、相手方歯車１０と噛合された際に、各弾性支持部の弾性変形量（ｈ１，ｈ２）の和よりも大きく、かつ、歯車間の力の伝達方向（Ｆ）に対する弾性支持部の許容変形量（ｈ３よりも大きい値）よりも小さくなるように形成しているが、こうして決定された溝幅に対して、さらに弾性支持部の許容変形量を超えない範囲で加工誤差を考慮した溝幅としても構わない。
【００３９】
さらに、第３の実施形態において、歯末側溝３３の対向面３１ｂ，３２ｂに、互いに噛み合う三角形状の凹部３５及び凸部３６が設けられているが、図１３に示すように、四角形状の凹部４０及び凸部４１であっても構わない。さらに、多角形状のものであっても構わない。この場合も、第３の実施形態と同様の作用・効果を奏することができる。
【００４０】
また、上記実施形態では歯車を電鋳によって製造しているが、電鋳によるものに限らず、歯車の材質は、樹脂やシリコン、金属、セラミックス等で弾性を持ったものであればよい。この際、大きい金属歯車の場合には、溝を放電加工により形成させてもよく、樹脂の歯車の場合には、溝を射出成型によって形成させても構わない。また、シリコンやセラミックスの場合には、エッチングやブラストによって形成させてもよい。そして、この溝は相手方歯車にあっても構わない。
【実施例】
【００４１】
第１の実施形態に係る歯車１の歯２と第３の実施形態に係る歯車３０の歯３７とにそれぞれ力を負荷させたときのそれぞれの歯が受ける反力を、従来のように溝幅が一定な歯車の場合と比較した。歯に必要な剛性に相当する反力を同一の大きさとして、弾性支持部が弾性変形するにつれて変化する反力の相対的な大きさの変化を図１４に示す。
【００４２】
第１の実施形態及び第３の実施形態とも、弾性支持部の互いの歯先が接触するまでは、従来よりも低い反力で変形する一方、歯先が接触してからは、反力が不連続に変化して急激に大きくなることがわかった。従って、通常時には低い面圧を維持して力を伝達でき、大きな外力が負荷された場合には、剛性を高めることができることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る歯車を示す平面図である。
【図２】図１のＡ部を中心に示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る歯車の歯を示す平面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る歯車と相手方歯車とが噛合した状態を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る歯車と相手方歯車とが噛合した状態で外力が負荷された状態を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る歯車の製造する方法において、ネガフォトレジストを露光する状態を示す説明図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る歯車の製造する方法において、ネガフォトレジストの露光後、現像して型が形成された状態を示す説明図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る歯車の製造する方法において、型に電鋳物を堆積させた状態を示す説明図である。
【図９】図８の平面図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係る歯車の製造する方法によって得られた歯車を示す断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る歯車の歯を示す平面図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る歯車の歯を示す平面図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る歯車の歯の変形例を示す平面図である。
【図１４】本発明の第１及び第３の実施形態に係る歯車の歯に係る反力の変化を従来の歯車と比較した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１，２０，３０  歯車
２，２５  歯
３  溝
５，２２，３１  一方の弾性支持部
５ａ，６ａ，２２ａ，２３ａ  歯先
６，２３，３２  他方の弾性支持部
７，２１，３３  歯末側溝
８  歯元側溝
１１  導電層
１２  基板（基材）
１３  型
１５  電鋳物
３５  凹部
３６  凸部
Ｃ  中心（中心部）
【図１】
2007192371.tif 000003
【図２】
2007192371.tif 000004
【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】
2007192371.tif 000011
【図１０】
2007192371.tif 000012
【図１１】
2007192371.tif 000013
【図１２】
2007192371.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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