WO2018180184A1 - Resin gear and gear mechanism - Google Patents
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- F16H55/02—Toothed members; Worms
- F16H55/06—Use of materials; Use of treatments of toothed members or worms to affect their intrinsic material properties
Definitions
- the present invention relates to a resin gear and a gear mechanism.
- one aspect of the present invention includes a resin gear that has sufficient durability and wear resistance and good lubricity even when it is small, and includes a reinforcing fiber. Another object is to provide a gear mechanism.
- One aspect of the resin gear of the present invention is made of a mixed material of a resin material and a carbon material, and the carbon material is spherical amorphous carbon.
- FIG. The figure which shows the structure of a part of small reduction gear 100 which applied the resin gear of embodiment as the external gear 20.
- FIG. The figure which shows the external gear 20.
- FIG. The figure which shows the internal gear 10.
- FIG. The enlarged view which shows a part of inner peripheral surface 24a of the shaft insertion hole 24 of the external gear 20 before use.
- the enlarged view which shows a part of inner peripheral surface 24a of the shaft insertion hole 24 of the external gear 20 after use.
- the resin gear according to the present invention is made of a mixed material of a resin material and a carbon material. Spherical amorphous carbon is used as the carbon material, and many spherical amorphous carbons are mixed in the resin material.
- a resin gear can be suitably used as a gear having a sliding bearing function, such as an external gear 20 of a small reduction gear 100 as shown in FIG. *
- an XYZ coordinate system is appropriately shown as a three-dimensional orthogonal coordinate system.
- the Z-axis direction is a direction parallel to the axial directions of the first central axis J1 and the second central axis J2 shown in FIG.
- the X-axis direction is a direction orthogonal to the Z-axis direction and is the left-right direction in FIG.
- the Y-axis direction is a direction orthogonal to both the X-axis direction and the Z-axis direction, and is the vertical direction in FIG. *
- a direction parallel to the first central axis J1 and the second central axis is simply referred to as an “axial direction” and is centered on the first central axis J1 or the second central axis.
- the radial direction is simply referred to as “radial direction”
- the circumferential direction around the first central axis J1 or the second central axis, that is, the circumference of the first central axis J1 or the second central axis is simply referred to as “circumferential direction”.
- FIG. 1 is a diagram showing a partial configuration of a small reducer 100 to which the resin gear according to the present invention is applied as the external gear 20.
- the small reduction gear (gear mechanism) 100 includes at least an internal gear 10, an external gear 20, a shaft 7, and a plurality of support pins 8.
- the shaft 7 is an input shaft of the small reduction gear 100, and a shaft main body (not shown) extending along the first central axis J1 and an eccentric portion 7B provided at the tip of the shaft main body and extending along the second central axis J2. And have. *
- FIG. 2 is a diagram showing the external gear 20.
- External gear (resin gear) 20 is a cycloid gear.
- the external gear 20 has a substantially annular plate shape that extends radially from the second central axis J ⁇ b> 2.
- a plurality of external teeth 22 projecting outward in the radial direction are provided on the outer periphery of the external gear 20.
- an inter-external tooth groove 23 that is recessed inward in the radial direction is provided.
- the external teeth 22 and the external inter-tooth grooves 23 exist alternately around the second central axis J2.
- the tip diameter of the external gear 20 is, for example, 2 mm or more and 12 mm or less. *
- the external gear 20 has a shaft insertion hole (first through hole) 24 that penetrates in the central direction in the axial direction (Z-axis direction).
- the shaft insertion hole 24 is an axial hole that rotatably supports the eccentric portion 7B of the shaft (first shaft) 7 extending along the second central axis J2.
- the shaft insertion hole 24 is a sliding bearing and holds the lubricating oil 19 (FIG. 6) on the inside. *
- the external gear 20 has a plurality of through holes 25 around the shaft insertion hole 24.
- the plurality of through-holes (second through-holes) 25 are arranged at equal intervals along the circumferential direction centering on the second central axis J2 at positions spaced radially outward from the shaft insertion hole 24. Further, the radial positions of the through holes 25 are the same. *
- through holes 25 are provided, but the number is not limited thereto.
- the shape of the through hole 25 viewed from the axial direction (Z-axis direction) is circular.
- the plurality of through holes 25 are sliding bearings and hold the lubricating oil 19 (FIG. 6) inside. *
- a support pin (second shaft) 8 shown in FIG. 1 is inserted into each of the plurality of through holes 25.
- the inner diameter of the through hole 25 is larger than the outer diameter of the support pin 8.
- the outer peripheral surface 8 b of the support pin 8 is in contact with the inner peripheral surface 25 a of the through hole 25.
- the support pin 8 restricts free rotation of the external gear 20 and swings the external gear 20 around the first central axis J1.
- the support pin 8 is connected to the output shaft of the small speed reducer 100.
- the external gear 20 is meshed with the internal gear 10 disposed on the radially outer side. *
- the external gear 20 is an embodiment of a resin gear according to the present invention.
- the external gear 20 is a resin gear made of a reinforced resin containing a carbon material.
- the resin material 11 (FIG. 4) is used as a base material, and spherical amorphous carbon is used as an additive to the base material.
- this additive is simply referred to as spherical amorphous carbon (carbon material) 12 (FIG. 4). *
- the resin material 11 used for the base material a polymer material having excellent moldability and high mechanical strength is selected.
- the resin material 11 include, for example, PEEK (Poly ether ether ketone) polyether ether ketone resin (crystalline super engineering plastic), LCP (Liquid Crystal Polymer liquid crystal polymer), PPS (Poly Phenylene Sulfide Resin polyphenylene sulfide resin).
- PEEK Poly ether ether ketone
- LCP Liquid Crystal Polymer liquid crystal polymer
- PPS Poly Phenylene Sulfide Resin polyphenylene sulfide resin
- PA46 polyamide 46
- the spherical amorphous carbon 12 is a carbon fine particle having an average aspect ratio of 2 or less.
- the average particle diameter of the spherical amorphous carbon 12 is 5 to 10 ⁇ m.
- the average aspect ratio means that the length in the radial direction orthogonal to the major axis direction of the spherical amorphous carbon 12 is the minor axis r ( ⁇ m), and the length of the spherical amorphous carbon 12 in the major axis direction is the major axis L ( ⁇ m). It is a value obtained by averaging the L / r ratio at the time of a plurality of particles included in a predetermined range. The aspect ratio of one particle can be calculated by observing the spherical amorphous carbon 12 and dividing the major axis of the spherical amorphous carbon 12 by the minor axis. *
- the size of the spherical amorphous carbon 12 can be measured using an optical microscope or an electron microscope. For example, using a scanning electron microscope (SEM), for example, 100 arbitrary spherical amorphous carbons 12 are selected from the spherical amorphous carbons dispersed in the base material, and the major axis and minor axis of these spherical amorphous carbons 12 are selected. And measure. From the measured major axis and minor axis, the aspect ratio of 100 spherical amorphous carbons 12 can be obtained, and the average aspect ratio can be calculated as the average value of the aspect ratios. *
- the finely divided spherical amorphous carbon 12 has a small aspect ratio and has a very good dispersibility with respect to the resin material 11 and is distributed in the resin material 11 in a uniform state. Further, since the aspect ratio is small, anisotropy does not appear in the dispersion direction of the spherical amorphous carbon 12 in the resin material 11, and the external gear 20 with high dimensional accuracy and high strength can be obtained.
- spherical amorphous carbon 12 that is a carbon material (reinforcing material) is contained in the base material of the resin material. More preferably, it is 30 to 60% by volume. More preferably, it is 50%. If the content of the spherical amorphous carbon 12 is less than 20% by volume, the desired effect cannot be obtained. On the other hand, when the content of the spherical amorphous carbon 12 exceeds 70% by weight, the resin material 11 is reduced with respect to the spherical amorphous carbon 12, and the resin amount that fills the gap is insufficient. There is a risk. Therefore, by adding the spherical amorphous carbon 12 to the resin material 11 at a ratio within the above range, the external gear 20 with high dimensional accuracy can be obtained. *
- the thermal expansion coefficient becomes lower than that of the resin material 11 alone. Therefore, the dimensional change of the external gear 20 due to heat generation during use can be suppressed.
- FIG. 3 is a diagram showing the internal gear 10.
- the internal gear 10 includes a cylindrical internal gear main body 10A centered on the first central axis J1, a fixed portion 10B extending from a part of the internal gear main body 10A, It consists of a single member having A plurality of internal teeth 13 projecting radially outward from the inner peripheral surface 10a is provided on the inner peripheral surface 10a of the internal gear main body 10A. Between the internal teeth 13 adjacent in the circumferential direction, an internal inter-tooth groove 14 that is recessed toward the radially inner side (inner peripheral surface 10a) is provided. The inner teeth 13 and the inter-inner teeth grooves 14 are alternately present around the first central axis J1.
- the tip diameter of the internal gear 10 is, for example, not less than 2 mm and not more than 12 mm. *
- the internal gear main body 10A surrounds the radially outer side of the external gear 20 as shown in FIG.
- the internal teeth 13 of the internal gear main body 10 ⁇ / b> A face the external teeth 22 of the external gear 20 and partially mesh with each other sequentially in the circumferential direction in accordance with the swinging operation of the external gear 20.
- the material of the internal gear 10 As the material of the internal gear 10, a polymer material having excellent moldability and high mechanical strength is selected. Specific resin materials include, for example, PEEK (Poly ether ether ketone) polyether ether ketone resin (crystalline super engineering plastic), LCP (Liquid Crystal Polymer liquid crystal polymer), PPS (Poly Phenylene Sulfide Resin polyphenylene sulfide resin), and the like. And one or more materials selected from the group consisting of polyamide resins such as semi-aromatic nylon (PA4T, PA6T, PA9T, PA10T) and polyamide 46 (PA46).
- the internal gear 10 can be manufactured by injection molding a resin material.
- the internal gear 10 preferably contains a carbon material.
- the durability of the internal gear 10 can be enhanced by using a fiber-reinforced mixed material in which carbon fiber (not shown) is added to the above-described resin material as the material of the internal gear 10.
- carbon fiber it is preferable to use a short fiber having a fiber length of 100 ⁇ m or less.
- the same material as the base material of the internal gear 10 may be used, or may be different. *
- the small speed reducer 100 when the shaft 7 shown in FIG. 1 rotates around the first central axis J1, the inner peripheral surface of the through-hole 25 of the external gear 20 supported by the eccentric portion of the shaft 7.
- the external gear 20 oscillates in the radial direction while the inscribed position between 25a and the outer peripheral surface 8b of the support pin 8 changes.
- the position where the external teeth 22 of the external gear 20 and the internal teeth 13 of the internal gear 10 mesh with each other changes in the circumferential direction.
- the output shaft connected to the support pin 8 rotates at a speed 1/30 of the shaft 7, for example.
- the operation of the small speed reducer 100 described above is an example, and may be configured to perform other operations. *
- FIG. 4 is an enlarged view showing a part of the inner peripheral surface 24a of the shaft insertion hole 24 of the external gear 20 before use.
- FIG. 5 is an enlarged view showing a part of the inner peripheral surface 24a of the shaft insertion hole 24 of the external gear 20 after use.
- FIG. 6 is an enlarged view showing a part of the inner peripheral surface 24 a of the shaft insertion hole 24 of the external gear 20 and the shaft 7 after use. *
- the spherical gear 12 having a hardness higher than that of the resin material 11 is added to the resin material 11 to form the external gear 20.
- the shaft 7 rotates, friction is generated between the shaft 7 and the external gear 20, and the inner peripheral surface 24 a of the shaft insertion hole 24 of the external gear 20 is worn.
- the external gear 20 that rotates with the rotation of the shaft 7 includes a plurality of support pins 8 inserted into the respective through holes 25 of the external gear 20. The rotation is restricted by contacting the surface 25a. Thus, the inner peripheral surface 25a of each through-hole 25 is also abraded when the support pin 8 contacts.
- the hard spherical amorphous carbon 12 partially protrudes radially inward of the inner peripheral surfaces 24a and 25a.
- each of the inner peripheral surface 24a of the shaft insertion hole 24 and the inner peripheral surface 25a of each through hole 25 when the resin material 11 on each surface is scraped, the hardness that is buried in the resin material 11 as shown in FIG. As shown in FIG. 5, the spherical amorphous carbon 12 appears on the surface, and a gap 15 is generated between the spherical amorphous carbon 12 and the resin material 11. Then, the lubricating oil 19 (FIG. 6) is held in the gap 15 formed in each inner peripheral surface 24a, 25a by capillary action. 4 and 5, a part of the inner peripheral surface 24a of the shaft insertion hole 24 is shown in an enlarged manner, but the inner peripheral surface 25a of the through hole 25 has a similar surface. *
- a gap 16 is generated between the shaft 7 and the shaft insertion hole 24 by the spherical amorphous carbon 12 partially protruding inward in the radial direction of the shaft insertion hole 24.
- the lubricating oil 19 is also retained in the gap 16 by capillary action.
- the concave and convex portions are formed on the inner peripheral surface 24a of the shaft insertion hole 24 and the inner peripheral surface 25a of the plurality of through holes 25 in the external gear 20 by driving the small reduction gear 100.
- the lubricating oil 19 can be retained by utilizing the capillary phenomenon.
- the support pin 8 having a diameter smaller than the diameter of the through hole 25 the external gear 20 is held on the inner peripheral surface 25 a of the through hole 25 while receiving a load by making point contact with the support pin 8.
- the lubricating oil 19 can be adapted around the support pin 8. *
- the external gear 20 can be used for a long time without cutting the oil film between the shaft 7 and the plurality of support pins 8, and the external gear having good lubricity with respect to the shaft 7 and the plurality of support pins 8.
- the external gear 20 can function as a sliding bearing in the small reduction gear 100, fatigue of the external gear 20 due to friction can be suppressed, and the life can be extended.
- the carbon material added to the resin material 11 is spherical amorphous carbon, even if the spherical amorphous carbon 12 is exposed from the resin material 11 during use, the shaft 7 and the plurality of support pins 8 are damaged. There is nothing. *
- the small reduction gear 100 of the present embodiment includes the internal gear 10 including carbon fiber and the external gear 20 including the spherical amorphous carbon 12, sufficient durability and wear resistance can be achieved even if it is small. Is obtained, and a highly reliable small reduction gear 100 can be obtained.
- the external gear 20 receives both compression force and shear force, durability and wear resistance are important.
- Spherical amorphous carbon is hard to break and hard to cut. Therefore, the durability and wear resistance of the external gear 20 can be improved by adding the spherical amorphous carbon 12 to the resin material 11.
- the spherical amorphous carbon 12 is included in the resin material 11 as the carbon material.
- the spherical amorphous carbon 12 not only the spherical amorphous carbon 12 but also carbon fibers may be mixed in the resin material 11. Good.
- the amount of spherical amorphous carbon 12 and carbon fiber mixed with the resin material 11 is appropriately selected in consideration of the moldability and dimensional accuracy of the external gear 20.
- the density of the carbon material in the resin material 11 is improved by mixing not only the spherical amorphous carbon 12 but also the carbon fiber in the resin material 11. Accordingly, the strength of the external gear 20 can be increased, so that the durability and wear resistance of the external gear 20 are further improved.
- the carbon fiber is mixed with the resin material 11, but not only the carbon fiber but also spherical amorphous carbon may be mixed.
- SYMBOLS 7 Shaft (1st shaft), 10 ... Internal gear, 11 ... Resin material, 12 ... Spherical amorphous carbon (carbon material), 15 ... Clearance, 20 ... External gear (resin gear), 24 ... Shaft insertion hole (First through hole), 25 ... through hole (second through hole), 100 ... small reduction gear (gear mechanism)
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Abstract
Description
本発明は、樹脂歯車及び歯車機構に関する。 The present invention relates to a resin gear and a gear mechanism.
従来、金属材料を用いた歯車どうしの場合、バックラッシュに起因する振動や騒音が問題であった。そこで、バックラッシュに起因する振動及び騒音を低減するため、近年では、樹脂材料を用いた歯車を適用することが提言されている。 Conventionally, in the case of gears using metal materials, vibration and noise caused by backlash have been a problem. Therefore, in order to reduce vibration and noise caused by backlash, in recent years, it has been proposed to apply a gear using a resin material. *
また、大きな応力を伝達するためには、樹脂歯車の耐久性および耐摩耗性向上の要求がある。樹脂歯車の耐久性および耐摩耗性を向上させるための一つの手段として、例えば、特許文献1,2のように、樹脂材料に強化繊維を添加して、耐久性や耐摩耗性を向上する方法が検討されている。 Further, in order to transmit a large stress, there is a demand for improvement in durability and wear resistance of the resin gear. As one means for improving the durability and wear resistance of a resin gear, for example, as in Patent Documents 1 and 2, a method for improving durability and wear resistance by adding reinforcing fibers to a resin material Is being considered.
しかしながら、歯車が小型である場合は、転がり軸受けを設けるスペースがないため、樹脂製歯車自体に高い潤滑性が必要になる。 However, when the gear is small, there is no space for providing a rolling bearing, so that the resin gear itself needs high lubricity. *
本発明の一つの態様は、上記問題点に鑑みて、強化繊維を含有することにより、小型であっても十分な耐久性および耐摩耗性を有するとともに潤滑性の良い樹脂歯車、及びそれを備えた歯車機構を提供することを目的の一つとする。 In view of the above problems, one aspect of the present invention includes a resin gear that has sufficient durability and wear resistance and good lubricity even when it is small, and includes a reinforcing fiber. Another object is to provide a gear mechanism.
本発明の樹脂歯車の一つの態様は、樹脂材料と炭素材料との混合材料からなり、炭素材料が球状のアモルファスカーボンである。 One aspect of the resin gear of the present invention is made of a mixed material of a resin material and a carbon material, and the carbon material is spherical amorphous carbon.
本発明の一つの態様によれば、小型であっても、十分な耐久性および耐摩耗性を有し、且つ潤滑性の良い樹脂歯車、及びそれを備えた歯車機構を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a resin gear having sufficient durability and wear resistance and good lubricity, and a gear mechanism including the resin gear, even if it is small.
本発明に係る樹脂歯車は、樹脂材料と炭素材料との混合材料からなる。炭素材料として、球状のアモルファスカーボンを用いており、多数の球状アモルファスカーボンが樹脂材料に混合されている。 このような樹脂歯車は、例えば、図1に示すような、小型減速機100の外歯歯車20のような、すべり軸受け機能を有する歯車として好適に用いることができる。
The resin gear according to the present invention is made of a mixed material of a resin material and a carbon material. Spherical amorphous carbon is used as the carbon material, and many spherical amorphous carbons are mixed in the resin material. Such a resin gear can be suitably used as a gear having a sliding bearing function, such as an
以下、図面を参照しながら、本発明に係る樹脂歯車の一実施形態である外歯歯車を20備えた小型減速機100の構成について説明する。なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。
Hereinafter, the configuration of a
また、図面においては、適宜3次元直交座標系としてXYZ座標系を示す。XYZ座標系において、Z軸方向は、図1に示す第1中心軸J1、第2中心軸J2の軸方向と平行な方向とする。X軸方向は、Z軸方向と直交する方向であって図1の左右方向とする。Y軸方向は、X軸方向とZ軸方向との両方と直交する方向であって図1の上下方向とする。 In the drawings, an XYZ coordinate system is appropriately shown as a three-dimensional orthogonal coordinate system. In the XYZ coordinate system, the Z-axis direction is a direction parallel to the axial directions of the first central axis J1 and the second central axis J2 shown in FIG. The X-axis direction is a direction orthogonal to the Z-axis direction and is the left-right direction in FIG. The Y-axis direction is a direction orthogonal to both the X-axis direction and the Z-axis direction, and is the vertical direction in FIG. *
また、以下の説明においては、第1中心軸J1及び第2中心軸に平行な方向(Z軸方向)を単に「軸方向」と呼び、第1中心軸J1あるいは第2中心軸を中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、第1中心軸J1あるいは第2中心軸を中心とする周方向、すなわち、第1中心軸J1あるいは第2中心軸の軸周りを単に「周方向」と呼ぶ。 In the following description, a direction parallel to the first central axis J1 and the second central axis (Z-axis direction) is simply referred to as an “axial direction” and is centered on the first central axis J1 or the second central axis. The radial direction is simply referred to as “radial direction”, and the circumferential direction around the first central axis J1 or the second central axis, that is, the circumference of the first central axis J1 or the second central axis is simply referred to as “circumferential direction”. Call. *
(小型減速機) 図1は、本発明に係る樹脂歯車を外歯歯車20として適用した小型減速機100の一部の構成を示す図である。 図1に示すように、小型減速機(歯車機構)100は、内歯歯車10、外歯歯車20、シャフト7及び複数の支持ピン8を少なくとも備えている。シャフト7は、小型減速機100の入力軸であり、第1中心軸J1に沿って延びる不図示のシャフト本体と、シャフト本体の先端に設けられ、第2中心軸J2に沿って延びる偏心部7Bとを有する。
(Small Reducer) FIG. 1 is a diagram showing a partial configuration of a
(外歯歯車20) 図2は、外歯歯車20を示す図である。 外歯歯車(樹脂歯車)20は、サイクロイド歯車である。外歯歯車20は、図1及び図2に示すように、第2中心軸J2から径方向に拡がる略円環板状である。外歯歯車20の外周には、径方向外側へ向けて突出する複数の外歯22が設けられている。また、周方向で隣り合う外歯22どうしの間には、径方向内側へ向けて凹む外歯間溝23が設けられている。第2中心軸J2の軸回りに、外歯22と外歯間溝23とが交互に存在する。外歯歯車20の歯先円直径は、例えば、2mm以上12mm以下である。
(External gear 20) FIG. 2 is a diagram showing the
外歯歯車20は、中央部分に軸方向(Z軸方向)に貫通するシャフト挿入孔(第1の貫通孔)24を有している。シャフト挿入孔24は、第2中心軸J2に沿って延在するシャフト(第1のシャフト)7の偏心部7Bを回転可能に支持する軸孔である。シャフト挿入孔24はすべり軸受けであり、内側に潤滑油19(図6)を保持する。
The
外歯歯車20は、シャフト挿入孔24の周囲に複数の貫通孔25を有している。複数の貫通孔(第2の貫通孔)25は、シャフト挿入孔24から径方向外側に離れた位置に、第2中心軸J2を中心とする周方向に沿って等間隔に配置される。また、各貫通孔25の径方向の位置はそれぞれ同じである。
The
本実施形態では、貫通孔25が10個ほど設けられているが、数はこれに限らない。軸方向(Z軸方向)から見た貫通孔25の形状は円形状である。複数の貫通孔25はすべり軸受けであり、内側に潤滑油19(図6)を保持する。
In the present embodiment, about 10 through
複数の貫通孔25のそれぞれには、図1に示す支持ピン(第2のシャフト)8が挿入される。貫通孔25の内径は、支持ピン8の外径よりも大きい。支持ピン8の外周面8bは、貫通孔25の内周面25aと接する。支持ピン8は、外歯歯車20の自由な回転を制限し、外歯歯車20を第1中心軸J1の周りに揺動させる。支持ピン8は、小型減速機100の出力軸に接続される。外歯歯車20は、径方向外側に配置される内歯歯車10に噛み合わされる。
A support pin (second shaft) 8 shown in FIG. 1 is inserted into each of the plurality of through
(外歯歯車20の材質) 外歯歯車20は、本発明に係る樹脂歯車の一実施形態である。 外歯歯車20は、炭素材料を含む強化樹脂を材料とする樹脂歯車である。 外歯歯車20の材料としては、母材に樹脂材料11(図4)が用いられ、母材に対する添加剤として球状のアモルファスカーボンが用いられる。以下、この添加剤を、単に、球状アモルファスカーボン(炭素材料)12(図4)と称する。
(Material of External Gear 20) The
母材に用いる樹脂材料11には、成形性に優れ、機械的強度が高い高分子材料が選ばれる。具体的な樹脂材料11として、例えば、結晶性のスーパーエンプラであるPEEK(Poly ether ether ketone)ポリエーテルエーテルケトン樹脂)、LCP(Liquid Cristal Polymer液晶ポリマー)、PPS(Poly Phenylene Sulfide Resin ポリフェニレンサルファイド樹脂)や、半芳香族ナイロン(PA4T、PA6T、PA9T、PA10T)、ポリアミド46(PA46)等のポリアミド系樹脂からなる群の中から選択される、1つまたは2つ以上の材料が挙げられる。
As the
球状アモルファスカーボン12は、平均アスペクト比が2以下の炭素微小粒子である。球状アモルファスカーボン12の平均粒径は、5~10μmである。
The spherical
ここで、平均アスペクト比とは、球状アモルファスカーボン12の長径方向に直交する径方向における長さを短径r(μm)とし、長径方向における球状アモルファスカーボン12の長さを長径L(μm)とした際のL/r比を、所定の範囲に含まれる複数の粒子について平均した値である。粒子1つのアスペクト比は、球状アモルファスカーボン12を観察し、球状アモルファスカーボン12の長径を短径で割ることにより算出することができる。
Here, the average aspect ratio means that the length in the radial direction orthogonal to the major axis direction of the spherical
球状アモルファスカーボン12の大きさは、光学顕微鏡や電子顕微鏡を用いて測定することができる。例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、母材中に分散された球状アモルファスカーボンの中から任意の球状アモルファスカーボン12を例えば100個選択し、それらの球状アモルファスカーボン12の長径と短径とを計測する。計測した長径と短径とから、100個の球状アモルファスカーボン12のアスペクト比を求め、それらのアスペクト比の平均値として平均アスペクト比を算出することができる。
The size of the spherical
微粒子化された球状アモルファスカーボン12は、アスペクト比が小さい球状であるため、樹脂材料11に対して分散性が非常に良く、樹脂材料11中に均一な状態で分布する。また、アスペクト比が小さいので、樹脂材料11中における球状アモルファスカーボン12の分散方向に異方性が現れることがなく、高い寸法精度で高強度の外歯歯車20が得られる。
The finely divided spherical
本実施形態の外歯歯車20では、樹脂材料の母材に、炭素材料(強化材料)である球状アモルファスカーボン12が20~70体積%含有されている。より好ましくは30~60体積%である。さらに好ましくは50%である。球状アモルファスカーボン12の含有量が20体積%未満では、所望の効果が得られない。一方、球状アモルファスカーボン12の含有量が70重量%を超えると、球状アモルファスカーボン12に対して樹脂材料11が少なくなり、空隙を満たす樹脂量が不足するため、歯車の成形性、寸法精度が低下するおそれがある。そのため、樹脂材料11に上記範囲内の割合で球状アモルファスカーボン12を添加することによって、高い寸法精度の外歯歯車20が得られる。
In the
また、樹脂材料11に球状アモルファスカーボン12を添加することで、樹脂材料11だけの場合よりも熱膨張係数が低くなる。そのため、使用時の発熱による外歯歯車20の寸法変化が抑えられる。
Further, by adding the spherical
(内歯歯車10) 図3は、内歯歯車10を示す図である。 内歯歯車10は、図1及び図3に示すように、第1中心軸J1を中心とする円筒状の内歯歯車本体10Aと、内歯歯車本体10Aの一部から延びる固定部10Bと、を有する単一の部材からなる。内歯歯車本体10Aの内周面10aには、内周面10aから径方向外側へ向けて突出する複数の内歯13が設けられている。周方向で隣り合う内歯13どうしの間には、径方向内側(内周面10a)へ向けて凹む内歯間溝14が設けられている。内歯13及び内歯間溝14は、第1中心軸J1の軸周りに交互に存在する。内歯歯車10の歯先円直径は、例えば、2mm以上12mm以下である。
(Internal gear 10) FIG. 3 is a diagram showing the
内歯歯車本体10Aは、図1に示すように外歯歯車20の径方向外側を囲む。内歯歯車本体10Aの内歯13は、外歯歯車20の外歯22と対向し、外歯歯車20の揺動動作に応じて、周方向へ順次、部分的に噛み合う。
The internal gear
(内歯歯車10の材質) 内歯歯車10の材料としては、成形性に優れ、機械的強度が高い高分子材料が選ばれる。具体的な樹脂材料として、例えば、結晶性のスーパーエンプラであるPEEK(Poly ether ether ketone)ポリエーテルエーテルケトン樹脂)、LCP(Liquid Cristal Polymer液晶ポリマー)、PPS(Poly Phenylene Sulfide Resin ポリフェニレンサルファイド樹脂)や、半芳香族ナイロン(PA4T、PA6T、PA9T、PA10T)、ポリアミド46(PA46)等のポリアミド系樹脂からなる群の中から選択される、1つまたは2つ以上の材料
が挙げられる。内歯歯車10は、樹脂材料を射出成形することで製造できる。
(Material of Internal Gear 10) As the material of the
内歯歯車10には、炭素材料を含有させることが好ましい。内歯歯車10の材料として、上述した樹脂材料内に炭素繊維(不図示)を添加した繊維強化混合材料を用いることで、内歯歯車10の耐久性を高めることができる。炭素繊維としては、繊維長が100μm以下の短繊維を用いることが好ましい。
The
上述した外歯歯車20の母材には、内歯歯車10の母材と同じ材料を用いてもよいし、異なっていてもよい。
As the base material of the
本実施形態における小型減速機100では、図1に示すシャフト7が第1中心軸J1の軸周りに回転すると、シャフト7の偏心部に支持された外歯歯車20の貫通孔25の内周面25aと支持ピン8の外周面8bとの内接する位置が変化しながら、外歯歯車20が径方向へ揺動する。この揺動により、外歯歯車20の外歯22と、内歯歯車10の内歯13とが噛み合う位置が周方向に変化する。ここでは、シャフト7が第2中心軸J2の軸周りに1回転する度に、周方向へ1歯ずつ噛み合う位置がずれていく。その結果、支持ピン8に連結された出力軸が、例えば、シャフト7の1/30の速度で回転する。上述した小型減速機100の動作は一例であって、他の動作を行う構成であってもよい。
In the
図4は、使用前の外歯歯車20のシャフト挿入孔24の内周面24aの一部を示す拡大図である。図5は、使用後の外歯歯車20のシャフト挿入孔24の内周面24aの一部を示す拡大図である。図6は、使用後の外歯歯車20のシャフト挿入孔24の内周面24aとシャフト7との一部を示す拡大図である。
FIG. 4 is an enlarged view showing a part of the inner
従来では、外歯歯車20が樹脂材料のみからなる場合、シャフト7との間で油切れが生じてしまい、シャフト挿入孔24の内周面に損傷が生じる原因となっていた。
Conventionally, when the
これに対し、本実施形態では、樹脂材料11よりも硬度の高い球状アモルファスカーボン12を樹脂材料11中に添加して外歯歯車20を形成した。シャフト7が回転すると、シャフト7と外歯歯車20との間に摩擦が生じ、外歯歯車20のシャフト挿入孔24の内周面24aが摩耗する。
On the other hand, in the present embodiment, the
また、シャフト7の回転に伴って回転する外歯歯車20は、外歯歯車20の複数の貫通孔25のそれぞれに一つずつ挿入された複数の支持ピン8が、各貫通孔25の内周面25aに接することでその回転が制限される。このように、支持ピン8が接することで、各貫通孔25の内周面25aも摩耗する。
In addition, the
外歯歯車20が摩耗する際、相対的に軟らかい樹脂材料11が優先的に削れるため、硬い球状アモルファスカーボン12が各内周面24a,25aの径方向内側へ一部突出する。
Since the relatively
シャフト挿入孔24の内周面24a及び各貫通孔25の内周面25aのそれぞれにおいて、各表面の樹脂材料11が削れると、図4に示すように樹脂材料11中に埋もれていた硬度の高い球状アモルファスカーボン12が、図5に示すように表面に出現して、球状アモルファスカーボン12と樹脂材料11との間に隙間15が生じる。すると、各内周面24a,25aに形成された隙間15内に、毛細管現象によって潤滑油19(図6)が保持される。なお、図4及び図5では、シャフト挿入孔24の内周面24aの一部を拡大して示しているが、貫通孔25の内周面25aも同じような表面となる。
In each of the inner
また、図6に示すように、シャフト挿入孔24の径方向内側へ一部突出する球状アモルファスカーボン12によって、シャフト7と、シャフト挿入孔24との間に隙間16が生じる。この隙間16内にも、毛細管現象によって潤滑油19が保持される。
Further, as shown in FIG. 6, a
このように、小型減速機100の駆動によって外歯歯車20におけるシャフト挿入孔24の内周面24a及び複数の貫通孔25の内周面25aにそれぞれ形成される凹凸(上述した隙間15及び隙間16等)に、毛細管現象を利用して潤滑油19を保持させることができる。貫通孔25の穴径よりも小さい直径を有する支持ピン8に対しては、外歯歯車20が支持ピン8に点接触することで荷重を受けながら、貫通孔25の内周面25aに保持された潤滑油19を支持ピン8の周りになじませることができる。
As described above, the concave and convex portions (the
これにより、外歯歯車20と、シャフト7及び複数の支持ピン8との間の油膜を切らすことなく長期的に使用でき、シャフト7及び複数の支持ピン8に対して潤滑性の良い外歯歯車20となる。その結果、小型減速機100において外歯歯車20をすべり軸受けとして機能させることができるため、摩擦による外歯歯車20の疲労が抑えられて長寿命化が可能となる。
As a result, the
また、樹脂材料11に添加する炭素材料は、球状のアモルファスカーボンであるため、使用中に樹脂材料11内から球状アモルファスカーボン12が露出しても、シャフト7及び複数の支持ピン8を傷つけてしまうことがない。
Moreover, since the carbon material added to the
本実施形態の小型減速機100は、炭素繊維を含む内歯歯車10と、球状アモルファスカーボン12を含む外歯歯車20とを備えているので、小型であっても十分な耐久性および耐摩耗性が向上した歯車構造が得られ、信頼性の高い小型減速機100を得ることができる。
Since the
特に、外歯歯車20は、圧縮力とせん断力の両方を受けるので、耐久性および耐摩耗性が重要である。球状のアモルファスカーボンは割れにくく削れにくい。そのため、樹脂材料11中に球状アモルファスカーボン12を添加することで、外歯歯車20の耐久性および耐摩耗性を向上させることができる。
In particular, since the
以上に、本発明の一実施形態を説明したが、実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。 Although one embodiment of the present invention has been described above, each configuration in the embodiment and combinations thereof are examples, and addition, omission, replacement, and other configurations of the configuration are within the scope not departing from the gist of the present invention. It can be changed. Further, the present invention is not limited by the embodiment. *
例えば、上述の実施形態では、外歯歯車20において、炭素材料として球状アモルファスカーボン12のみを樹脂材料11に含有させたが、球状アモルファスカーボン12だけでなく炭素繊維も樹脂材料11に混合させてもよい。樹脂材料11に対する球状アモルファスカーボン12及び炭素繊維の混合量は、外歯歯車20の成形性および寸法精度などを考慮して適宜選択される。
For example, in the above-described embodiment, in the
このように、樹脂材料11に球状アモルファスカーボン12だけでなく炭素繊維も混合させることで、樹脂材料11中における炭素材料の密度が向上する。これに伴い、外歯歯車20の強度を高めることができるため、外歯歯車20の耐久性および耐摩耗性がより高められる。
Thus, the density of the carbon material in the
この構成の場合、外歯歯車20の回転によって外歯歯車20の最表面の樹脂材料11が削れてくると、球状アモルファスカーボン12とともに炭素繊維も出現し、これら炭素材料と樹脂材料11との間に生じる隙間15が増えて、多数の隙間15に潤滑油19が保持される。これにより、シャフト7及び複数の支持ピン8に対する外歯歯車20の摺動性をさらに向上させることができる。
In the case of this configuration, when the
また、内歯歯車10には、樹脂材料11に炭素繊維のみが混合されているが、炭素繊維だけでなく、球状のアモルファスカーボンも混合させてもよい。
Further, in the
7…シャフト(第1のシャフト)、10…内歯歯車、11…樹脂材料、12…球状アモルファスカーボン(炭素材料)、15…隙間、20…外歯歯車(樹脂歯車)、24…シャフト挿入孔(第1の貫通孔)、25…貫通孔(第2の貫通孔)、100…小型減速機(歯車機構)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220074466A1 (en) * | 2019-05-22 | 2022-03-10 | Suzhou Huazhen Industry Rv Reducer Co., Ltd. | Reducer for high precision control |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01216823A (en) * | 1988-02-26 | 1989-08-30 | Adachi Shin Sangyo Kk | Resin molding material |
| JP2016013821A (en) * | 2014-07-03 | 2016-01-28 | 日本精工株式会社 | Electric power steering device |
| JP2016125658A (en) * | 2014-12-26 | 2016-07-11 | Ntn株式会社 | Slide member and manufacturing method thereof |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5952249A (en) * | 1996-12-17 | 1999-09-14 | Textron Systems Corporation | Amorphous carbon-coated carbon fabric wet friction material |
| JP4245997B2 (en) * | 2003-07-07 | 2009-04-02 | 直樹 宮城 | Small gear pump |
| DE102011016611A1 (en) * | 2011-04-01 | 2012-10-04 | Technische Universität Dresden | sliding system |
-
2018
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01216823A (en) * | 1988-02-26 | 1989-08-30 | Adachi Shin Sangyo Kk | Resin molding material |
| JP2016013821A (en) * | 2014-07-03 | 2016-01-28 | 日本精工株式会社 | Electric power steering device |
| JP2016125658A (en) * | 2014-12-26 | 2016-07-11 | Ntn株式会社 | Slide member and manufacturing method thereof |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220074466A1 (en) * | 2019-05-22 | 2022-03-10 | Suzhou Huazhen Industry Rv Reducer Co., Ltd. | Reducer for high precision control |
| US11644085B2 (en) * | 2019-05-22 | 2023-05-09 | Suzhou Huazhen Industry Rv Reducer Co., Ltd. | Reducer for high precision control |
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