歯車 [Gear] [被リンク数: 102]

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歯車（はぐるま）は、主に動力の伝達にもちいられる機械要素である。JISでの表現はギヤ（）であるが、ギア、ギアーと呼ばれることも多い。歯数のちがう歯車を組合せて減速や増速にもちいる。 本稿ではJIS B 0003で用いられているギヤの表現で統一する。

歯車の分類

平歯車

はすば歯車

別名、斜歯歯車、ヘリカルギヤ 歯が傾斜しているため回転軸方向に延長すると螺旋になる。多くの平歯車を少しずつずらして組み合わせたものと考えることができる。歯当たりが分散されるので音が静かで、トルクの変動が少ない。
トルクがかかるとスラストが発生するので、歯車の組み合わせ方を工夫し、歯車装置の内部でスラストを打ち消しあうように設計するのが基本である。減速機構では原動機側のトルクは小さいので傾きを大きく、最終段ではトルクが大きいので傾きを小さくする。

やまば（山歯）歯車

斜歯歯車を2つ組み合わせた形をしている。斜歯歯車のスラストが発生するという問題を逆向きにも同じスラストを発生させ自動で打ち消しあう構造とすることで解決している。自動車メーカー「シトロエン」のエンブレムは、この歯車をモチーフにしている。

ベベルギヤ

別名、かさ歯車
動力の伝達方向を同一平面上の直交する伝達軸へ伝達する場合に用いられる。形状は円錐状で周囲に歯が刻まれている。

ラック

歯を直線状に配置した物。工作機械の位置送りや自動車のステアリング装置が知られている。歯車を切リ出す工具はラックの歯型を利用している。

ピニオン

二つの平歯車を組み合わせる時小さい方をピニオンギヤという。対して、大きい方はスパーギヤと呼ばれる。また、歯数の小さい（10～15T位？）平歯車を全般にピニオンと呼ぶ。ラックに組み合わせる歯車や遊星歯車対の衛星ギヤ、モーターに取り付けるギヤなど。

ウォームギヤ

ねじ歯車（ウォーム）とそれに合うはす歯歯車（ウォームホイール）を組み合わせたもので、1段で大きな減速比が得られる。他の歯車機構に比べてバックラッシュも小さくできる。一般的にはウォームの回転により「ウォームホイール」が回転するが、状況により逆も可能である。ウォームのねじり角が安息角（摩擦角）より大きければ逆駆動は可能である。その要件として、
  1. ウォームの径が小さいこと
  2. ウォームの条数（ねじ山の本数）が多いこと
  3. 高性能な極圧潤滑材の使用
がある。オルゴールの調速機（ガバナー）、自動車のステアリング、天体望遠鏡の赤道儀、鉄道模型の駆動などに採用されている。

ハイポイド歯車

曲がりかさ歯車に近い形状であるが、かさ歯車と異なり、互いのギヤ中心軸がずれている。自動車の駆動軸に使用される。

用語

歯型の種類

インボリュート歯車
「インボリュート」は歯型の形状（曲線）を指す。現在殆どの製品はインボリュート歯車である。理想的には滑りが無い。ラックの歯型が直線になる（平面状の工具で各種歯車を切ることが出来る）ため製造し易い。転移が可能。と利点が多い。
インボリュート関数は、圧力角を\phiとすると、
{\rm inv}\phi = \tan \phi - \phi
で表される。
サイクロイド歯車
時計に多く使われる歯型
トロコイド歯車
歯車ポンプに多く使われる歯型

設計・加工

  • ピッチ円 : 歯車のかみあう位置から、中心までの距離の2倍がピッチ円径である。
  • モジュール : 歯の大きさを表す規格値。モジュールにπかけるとピッチ円上の歯と歯の間の長さ（円ピッチ）になる。
  • クラウニング : 歯車同士が噛み合っているとき、全体的になめらかさを出すことで相手の歯をしっかりかみ合わせることができる。このなめらかさを出すことをクラウニングという。
  • バックラッシュ : 2つの噛み合う歯車にて、互いのピッチ円間にある隙間のこと。歯の両面（腹と背）が接触し、効率が低下することを防ぐために設けられる「必用悪」。

規格

歯車の計算には以下の規格が用いられる
  1. JGMA規格（社団法人日本歯車工業会）
  2. JIS規格（財団法人日本規格協会）
  3. ISO規格（国際標準化機構）
上記、規格は各団体で購入可能（3.は財団法人 日本規格協会でも購入可能）

歯車装置

歯車はベルトと異なりすべりが無いので、タイミング機構には不可欠である。軸と一体のものや軸受けを仕込んだもの、キー溝やスプラインを設けたものがある。
歯数の組み合わせは自由であるが、大きな力を伝達するときや、滑らかさを必要とするときは歯数が互いに素であることが望ましい。なぜならば、いつも同じ歯同士が当たると、微小な傷が大きくなったり、特定の箇所で音が発生するからである。もちろん寿命が短くなることは言うまでもない。互いに素である組み合わせでは全体が均一に磨耗し、歯当たりが滑らかになる。これを英語ではharmonic wearという。殆どの工業製品はこの組み合わせで作られるが、減速比の都合などによってそうできない場合もある。
歯車の材質はなるべく異種の組み合わせが望ましい。同種の組み合わせは摩擦係数が大きいからである。また、小歯車は硬い材料にしておかないと先に磨耗する。
代表的な歯車装置には以下のようなものがある。

波動歯車装置

別名、ハーモニックドライブ。もともとはハーモニック・ドライブ・システムズ社の歯車装置である。サーキュラ・スプライン(C/S)、ウェーブ・ジェネレータ(W/G)、フレックススプライン(F/S)から構成される歯車装置であり、特徴として高減速比、軽量、コンパクト、バックラッシュが少ないなどがある。これらの特徴によりほとんどのロボットに使用されている。

シンボルとしての「歯車」

さまざまな国家や企業（特に製造業）、団体の旗・記章等において、「工業」あるいは「労働者」を象徴する意匠として歯車が用いられている。
例：ミャンマー、アンゴラの国旗および国章、中国、ベトナム、イタリアの国章、日本共産党の党章、日本の五円硬貨等。
フィクションでは、『銀河鉄道999』の機械帝国が使用している。 画像:Flag of Angola.svg|アンゴラの国旗 画像:National Emblem of the People's Republic of China.svg|中華人民共和国の国章 画像:Italy-Emblem.svg|イタリアの国章 画像:5JPY.JPG|五円硬貨の表には、歯車がデザインされている。

関連項目

外部リンク

  • JIS B 0003 -- 日本工業標準調査会のページ
  • KHK Web Catalog -- 歯車のメーカ、歯車についての技術解説ページがある。
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出典:「フリー百科辞典ウィキペディア」(2009-01-01)
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