単語記事: 歯車

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歯車とは工業部品の機械要素の一つである。

概要

回転の動を伝える機械要素だが、回転を直動の動に変えることもできる。ベルト駆動とか流体継手にべてロスが少ない。ステキ。英語で「ギア」もしくは「ギヤ」という。JISでは「ギヤ」と表記される。

チェーン&スプロケットもここでは一応「のついた」だからギヤと見なす。定義によっては「歯車とは言わない」とされる場合もあるが、こまけぇこたぁいいんだよ!!

大小さまざまあるし、形はイロイロである。素材金属から脂から木からまでさまざまである。どんなものか見たい方は、今触られているお手元の機械分解してみると良し。入っている可性もある。あくまで可性であり、責任はもてない。分解した後その機械が使えなくなっても、正直すまんとしか言いようがないので、よく考えてから行動されたし。

の形にもいろいろあるが、一番メジャーなのがインリュート曲線というもの。机上の計算では同士の滑りが0で、伝達効率は他のどんなよりも高い。しかも製造しやすい。加えて丈夫。あらゆるところに使われているので、とりあえずそれっぽい形のは全てこいつだと思っていればいい。また、実際にはこのインリュート歯車を元に変形したものが使われることも多い。普通形を並と呼ぶのに対して転位歯車、高、低などがあり、それぞれ長所と短所がある。

文学などで「運命の歯車」とかそういう表現をにすることがあるように「伝達するものやシステム」といった認識でとらえられているようだ。

また歯車は工業や労働者の徴であり、そこからの生で社会主義共産主義シンボルとしても用いられる(後者の場合歯車とともに農具や穀物の穂を組み合わせたシンボルを使うことが多い)。

歯車の種類

本来は、軸の向きで分類するのが一般的であるが、ここでは歯車そのものの形を基準に並べる。

平歯車

状の歯車歯車同士で組み合わされる場合、入と出の回転軸が行。

直歯(すぐば)平歯車

spur gear
歯車

英名:spur gear(スパーギヤ

歯車と言ったら多くの人はこれを連想するのではないかと思う。

の周上に、軸に対してまっすぐが切られているもの。円盤をくりぬいた形の内側にを切ったものもこれの一種(内歯車という)。単純に歯車といった場合これをすが、他の歯車と明確に区別するため、直歯車と呼ばれることがある。

みんな大好き遊星歯車もよくこれらを組み合わせて作られる。

に、シンプルに回転同士を伝達する方式であり、伝達効率に優れる。しかも回転方向以外に余計なが作用しない。さらに製造が簡単なので、精度良く作ることができる。

だが欠点もある。

そもそもすべての歯車というのは、敢えてほんの少し隙間を開けて配置される(バックラッシュと呼ばれる「遊び」を作るため)&接触面は弾性変形する&歯車の加工精度には限界がある&間には多くの場合潤滑油を介在するので机上の理論計算通りの運動をしない。その結果面が噛みあう時にどうしても衝撃が出てギヤの「鳴り」が発生してしまう。

歯車面の当たり方が不連続になりやすく、ギヤの鳴りが特に発生しやすいのである。高速回転させるとさらに顕著である。

たとえば、軽トラックなどでリバースに入れ、加速すると「ムゥィ~ン」とかいう音を発するだろう。あれが直歯車の鳴きである。他にも、多くのレーシングカーオンボード映像などで速度によって高さが変わる「キーーン」という高周波の音が聞こえるが、あれもそうである(関連動画参照)。一般の乗用トランスミッションには後述する斜歯車が使用されるため鳴きがほとんど聞こえないが、レースミッションは直歯車なのである。ちなみに自動車ミッションに限っては、直歯車のことをストレートカットギヤと呼ぶこともある。

歯車遊星ギヤクラッチなんかに使われている。

斜歯(はすば)歯車

helical gear
歯車

英名:helical gearヘリカルギヤ) または helical spur gearヘリカルスパーギヤ

歯車の鳴きを良したもの。

の周上にらせん状にが切られている。ようは直歯車斜めになったものである。直歯車と同様、円周の内側にが切られている内はすば歯車も存在する。

一つ一つのが接触する度が斜めになっているので噛みあう衝撃が逃げる。面同士の接触時間が長く、にかかるの変動が少ないため動の伝達が滑らかである。その結果、鳴きがあまり発生しない。乗用に乗っていてもトランスミッションは静かでほとんどエンジン音と走行音しか聞こえないのはこれのおかげである。

欠点としては、面の接触斜めであるため回転方向以外に軸方向にが掛ってしまう(このを「スラスト」という)。当然、その余計な軸方向のに耐えるか、あるいは打ち消すようなを発生させるような設計が必要になる。歯車自体の強度は直歯車よりも大きいが、結果的に伝えられる最大トルクや伝達効率が直歯車べると小さくなる可性がある。

山歯(やまば)歯車

double helical gear
歯車

英名:double helical gearダブルヘリカルギヤ

うつしの斜歯車を二つ向かい合わせて組み合わせ、一つの歯車にしたもの。

歯車のところで軸方向に余計ながかかること(スラスト)を説明したが、「じゃあ、逆方向に同じスラストを発生させれば打ち消せるんじゃね?」と考えて発明されたものである。

確かに、スラストは打ち消せるし静粛性も斜歯車並みだが、いかんせん加工が大変で、本来一つ分で済む歯車の加工を二つに増やさなければならないなどの理由であまり使われていない。歯車メーカーのカタログを見てもたいてい載っていない。

ちなみに、右の図は二つの歯車がぴったりくっついているが、実際は間をあけた形になっているものがほとんどであろう。

 

かさ歯車

(円錐)の上部をぶった切ったような形をした歯車。動の伝達軸の方向を変えたいときに使う。かさ歯車同士の組み合わせのとき、だいたいの場合入出軸は直で交わる。減速を的に使う場合は、歯車よりも減速を大きくとることが多い。

また、かさ歯車同士の組み合わせのうち「軸が90度で交わる」かつ「2つのかさ歯車数が同じ」ものをマイタ歯車miter gear)と呼ぶ。

直歯かさ歯車

straight bevel gear
かさ歯車

英名:straight bevel gearストレートベベギヤ

円錐の線との向きが一致するもの。ぶっちゃけ簡単に言うと直歯車のかさ歯車バージョン。直歯車と同じように面は一気に全面当たる。ただし、そもそも自体が軸に対して斜めに並んでいるので、歯車の時と違ってスラストは発生する。

各種性能面では斜のまがりかさ歯車に後れをとる。しかしながら較的安価に製造できるのが美点。

自動車のデファレンシャル(差動装置)の中のピニオンギヤ(凄く大ざっぱに言うと、小さなギヤのこと)に使われているのが有名。

減速は5:1くらいまでとれると言われている。

 

まがり歯かさ歯車 または 斜歯かさ歯車

spiral bevel gear
まがりかさ歯車

英名:spiral bevel gearスパイラルベベギヤ

もはや説明するまでもないが、斜歯車のかさ歯車バージョンである。円錐の線に対して斜めが切られている。

効率は直かさ歯車よりもよく、動伝達が滑らかで静粛性が高い。しかも直かさ歯車よりも大きなトルクを伝えられるうえに、減速も大きくできる。

ただし、加工が難しく、高価であるのが欠点。

他にも船舶の逆転機・石炭の掘削ミルなど、各種機械の大きな荷重がかかる部位に使われるのが知れ渡っているが、自動車の場合には後述するハイポイドギヤが用いられることが多い。なんにせよ、直歯車とともに軸の向きを90度変えたいときよく用いられる。

があたかも直かさ歯車のようにうまく放射状に並ぶように加工したものをゼロールギヤと呼ぶ。こちらは耐久性があり、性の良い歯車として重宝される。

ハイポイドギヤ

hypoid gear
ハイポイドギヤ

英名:hypoid gearハイポイドギヤ

一見するとまがりかさ歯車に似ているが、こちらは出軸が交差しないものをす(軸がねじれの位置。これを食い違い軸という)。右のように、ピニオンギヤの軸の位置がリングギヤいほう)の半径の半分だけずれている形をしているものが多く用いられていて有名。

前述のように、自動車ファイナルギヤによく使われている。ハイポイドギヤを用いることで軸の高さを変えることができる。また、まがりかさ歯車よりもさらに滑らかな伝達ができる。

ただし、にかかる負担はまがりかさ歯車よりも大きく、極圧性(大きな圧がかかった時に性質が変化して表面を保護する品)のある潤滑油を使用することが望まれる。

ハイポイドギヤを製造する切り装置はグリーソン社しか作っていないため、同社の独占状態にある。ハイポイドという名称も同社がつけたらしい。

冠歯車

crown gear
歯車

英名:crown gear(グラウンギヤ

回転軸に対して垂直にがならんでいるもの。…なんて言葉で説明するよりは、王冠みたいな形をしたギヤと呼んだ方がかろう。ミニ四駆の駆動軸からプロペラシャフトに伝達するピンク(もしくはオレンジ)のギヤといえばもっとわかりやすいだろうか。いわゆる右の図のパーツである。

この歯車も、一応かさ歯車の一つとして分類されている。どこが円錐をぶった切った形なんだよとか思われるかもしれないが、ちょっと待ってほしい。円錐の高さがゼロだったらこういう形になる。こらそこ、高さがゼロだったらそもそも円錐じゃないとか言わない!

を曲げたいときにはほかのかさ歯車を使うことが多いため、にする機会はミニ四駆以外ではそう多くないだろう。

 

直線歯車

rack and pinion
ラック&ピニオン

英名:rack(ラック)

直線の棒状の材料にを切ったもの。直歯車もしくはウォームギア(後述)のピニオンギヤを組み合わせて、「ラック&ピニオン」という形で用いられることが多い。棒なのに、どこが「」なんだという突っ込みはしてはいけない。直歯車の内歯車の径を限に大きくしたものと解釈することもできる。

ピニオンギヤから回転の動を伝えて、ラックの直動として動を伝えるときに使う。高速回転する場合は少なく、斜を使うメリットは低いので、直が用いられることがほとんどである。

自動車のステアリング機構、工作機械の送りが有名。他にも、ラック式鉄道というものもある。普通鉄道では滑り落ちてしまうような勾配でも昇ることができるため登山鉄道等に採用されてきたが、多くはロープウェイケーブルカーにとって代わられて現在ではあまり使われていない。

 

ねじ歯車

screw gear
ねじ歯車

英名:spiral gearスパイラルギヤ) または screw gearスクリューギヤ) または crossed helical gearクロスヘリカルギヤ

歯車を二枚、軸が行にならないように噛み合わせたもの。面の傾斜がきつい斜歯車を使用する。ハイポイドギヤとともに、食い違い軸の歯車の代表。

接触面が点接触であり摩耗しやすいので、そこを十分に考えて設計してやらないといけない。動の伝達は滑らかだが大きな荷重をかけて使うことはできない。

 

 

 

 

ウォームギヤ

worm gear and worm wheel
ウォームギヤ&ウォームホイール

英名:worm gear(ウォームギヤ)

ねじ歯車よりもねじ山に似た形をしたギアである。外人に言わせると(ウォーム)みたいらしい。普通は斜歯車面をウォームギヤに合うようにませたような形のウォームホイールと組み合わせて使う。ウォームギヤから入して、ウォームホイールに出する。

これの特徴はなんといっても大きな減速を得られることである。ものすごく低速で正確に歯車を回したいときに重宝する。他の歯車の多くは出と入を逆転させてもスムーズに回るものが多いが、これの場合はほぼ理である。

回す時にはどうしても強面が摩擦するので、極圧性のある潤滑材を使用しなければならない。

使用される例としては、オルゴール、各種計測機器のステージ位置調整、ラック&ピニオンピニオンギヤなどがある。

 

スプロケット

chain and sprocket
チェーン&スプロケット

英名:sprocket(スプロケット)

自転車バイクの駆動部のアレである。チェーンと組み合わせて使う。

チェーンのピンの間にスプロケットのが噛みこんで動を伝達する。

チェーンの構造は各種歯車べて複雑で、チェーン内部で摩擦する個所がいくつかあるため伝達効率はあまり良くないと言われる。しかし最近性がずいぶん向上したらしい。離れた位置にある行で回転方向が同一の軸に用いられる。

間違ってもチェーン&スプロケットを5-56みたいなCRCで潤滑しようとしちゃダメである。潤滑にはちゃんとその場に残るチェーンリスを使おう。

最近は自動車エンジンタイミングベルトの代わりに用いられるようになってきた。

 

 

ここに挙げた以外にもいろんなギヤがあります。

関連動画

↓鳴きまくるスパーギヤ

↓よく見るとかさ歯車の組み合わせであることが分かる

関連商品

関連コミュニティ

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関連項目


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読み:ハグルマ
初版作成日: 10/06/07 21:20 ◆ 最終更新日: 14/05/31 01:17
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歯車について語るスレ

45 : ななしのよっしん :2013/07/24(水) 14:46:36 ID: 5ibCxPOHNR
THE MAKING238)歯車ができるまで
>>http://www.nicovideo.jp/watch/1338182468

これ、関連に入れるのどうかな?
あとチャンネル動画サムネイルってどうやるんだろ?

>>44
古い機械はそういう智の集大成だよね。
動作している所をみると感動する。
46 : ななしのよっしん :2013/11/14(木) 03:59:01 ID: u8H1RPE7/n
そういやさ、アプリケーションの「設定」の画像ってなぜか歯車がよく使われるよな。アレなんでだろ。
別に他の画像でもいいのに…
47 : ななしのよっしん :2014/01/21(火) 19:33:28 ID: TPsH2wu2w6
もしやこの記事を書いたのはロボコニストか?

何にしても簡潔かつ豊富な記事量、すばらしい!!
48 : 内務省 :2014/01/31(金) 05:34:42 ID: GqNlWKnp3u
ウォームギアの説明に間違いがあるね
ウォームギアも条件を満たせば逆駆動(どちらの歯車からも回すことが出来ること)出来る
結構な人が勘違いしてるけど
49 : ななしのよっしん :2014/02/01(土) 00:07:00 ID: Q6GhKqqcXi
>>48
それゆえ「ほぼ理」としか書いてないのです
50 : 内務省 :2014/02/03(月) 19:41:59 ID: GqNlWKnp3u
>>48
この文章だとスムーズに回すことが「ほぼ理」というに取れる
実際は条件設定すればスムーズ回すことが出来るのだからやはり説明としては適切でないと感じる
世の中の大半のウォームギアが逆駆動出来ないからといって誤解を与えかねない表現をすることには賛成しかねる
51 : ななしのよっしん :2014/02/03(月) 19:48:39 ID: W7IlpVQ5zC
そういうときは自分で訂正案を出すのが常識
他人の書いた文章に逆ネジ食らわせたんだ、それくらいの手間は払おう
52 : ななしのよっしん :2014/09/25(木) 03:34:37 ID: RKBp904LiP
軍歌などによると、戦車の機動輪も「歯車」と呼ばれていたらしい。
英語でもSprocket Wheelだから間違ってはいないかw
53 : ななしのよっしん :2015/08/30(日) 21:21:58 ID: RLh5wledyt
記事すげえw
しかし歯車の設計キツいわ、趣味工作のためにまた製図する羽になった。
いつもエクセルインリュート曲線計算してBlenderでモデリングして3Dプリンタで出してる。
54 : ななしのよっしん :2016/01/22(金) 03:20:12 ID: owShpyBXPZ
記事が思ったより細かくてワロタ
  JASRAC許諾番号: 9011622001Y31015