機械要素の基礎講座
多くの産業を支える機械の基礎として重要な「機械要素」。 歯車やベルト・チェーン、ばねなど多岐にわたります。本連載では、 それらの機械要素について、知っておくべき基本的な事項をご紹介していきます。
第1章 歯車

1-4 歯車の各部名称

歯車にはピッチやモジュールの他にもさまざまな各部名称があり、歯車のかみ合いを考えるときに重要となります。かみ合う二枚の歯車が接触するピッチ点を結んだ円をピッチ円といい、他には歯車の先端を結んだ歯先円、歯車の根元を結んだ歯底円などの円があります。 これらの円は一般的に直径で表します。ピッチ円上で測定した1枚の歯の厚さを歯厚、同じくピッチ円上で測定した1枚の歯と隣の歯との隙間を歯溝の幅といいます。 また、歯先円半径とピッチ円半径との差を歯末のたけ、ピッチ円半径と歯底円半径との差を歯元のたけ、歯末のたけと歯元のたけの和を全歯たけといいます。また、歯車の軸方向の歯の長さを歯幅といいます。さらに、歯元のたけと相手歯車の歯末のたけとの差を頂げきといいます。

  • 図1 歯車の各部名称
  • 図1 歯車の各部名称
  • 図2 ピッチ点と頂げき
  • 図2 ピッチ点と頂げき

理論的に正しくかみ合う歯車を設計できたとしても、これを回転させようとすると、歯と歯の間の隙間が少なすぎて、ぎこちない動きになることがあります。そのため、実際の歯車では互いのピッチ円の間にいくらかの隙間を設けます。これをバックラッシまたは遊びといい、 これによって歯は一か所のピッチ点のみで接触することになり、歯の両面が接触することを防ぎます。ちなみに、バックラッシを設けるためには、歯厚を減少させたり、軸の中心間距離を変化させる方法などがあります。 このバックラッシの範囲は規格で規定されているため、その範囲内で設定します。バックラッシは大きすぎると騒音が増加したり、小さすぎると潤滑油が行き渡らずに歯面が焼き付いたり、ピッチングとよばれるあばた状のくぼみなどが発生するため、適当な寸法の隙間を選定する必要があります。

図3 バックラッシ

図3 バックラッシ

また、歯形上の任意の点を通る半径線と歯形の接点とのなす角度のことを圧力角といいます。歯車がかみ合うためにはモジュールが等しくなければならないことはすでに説明しましたが、より精確にかみ合うためにはこの圧力角も等しい必要があります。一般的な歯車のかみ合いでは、この圧力角は20度です。

図4 圧力角

図4 圧力角

歯車の形状について、どうしてこれほど多くの各部名称を決めておかなければならないのでしょうか。歯車は機械を動かすために接触したり離れたりということを高速で繰り返しているため、どうしても騒音や振動が発生してしまいます。 これを完全にゼロにすることはできませんが、少しでも減らすために歯車の形状は工夫されてきました。そして、その形状を伝えるためには、ここで紹介したような各部名称が必要になるのです。

執筆:宮城教育大学 教育学部 技術教育専攻 門田 和雄 准教授

『機械要素の基礎講座』の目次

第1章 歯車

第2章 ベルトとチェーン

第3章 ばね

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