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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 機械要素の基礎講座

1-15 歯車の作り方〜成形法

複雑な歯車の形状はどのように作られているのでしょうか。その昔、木製の簡単な歯車は手工具で加工をしていました。その後、歯車が金属製になり、かつ理論的に効率良くかみ合う歯車の形状の研究が進み、サイクロイドやインボリュートなど複雑な歯車形状が導かれると、それを製造するための工作機械が必要になります。18世紀のはじめ頃、当時の精密機械の代表は時計でした。正確に時を刻むためには、そこに用いられる歯車も正確に製造される必要があり、歯車を製造する工作機械が登場しました。当初は一般的な機械加工に用いられるフライス盤に歯車を切り出すための刃物を取り付けて製造していましたが、その後、歯車を製造するための専用工作機械が登場します。

切削加工で歯車を製造するためには、まずはじめにブランクとよばれる円筒状の材料を用意します。この材料の中心部には歯車の直径に応じた軸穴をあけます。ブランクの直径を適切な大きさにするためには旋盤などの工作機械で外径の切削加工を行いますが、大型の歯車で軽量化のための空間があるような形状のものは、鋳造などで製造された部品を溶接で接合するなどして成形します。

円筒状のブランクから歯車を切削していくことを考えたとき、歯を一枚ずつ成形していくか、全体的に少しずつ成形していくかなどが考えられます。ここではフライスやバイトなどの切削工具を用いて、ブランクに歯溝を1つずつ切削していく加工を成形法を紹介します。

成形法でインボリュート歯車を1枚ずつ加工するためには、インボリュート形状をした刃物であるインボリュートフライスを使用します。ブランクを横方向に水平の位置で回転させながら刃物をあてるものを横フライス盤、ブランクを縦方向に垂直の位置で回転させながら刃物をあてるものを縦フライス盤といいます。基本的な歯車の場合、工作物であるブランクと刃物は直角に交わるような位置関係で加工を進めますが、はすば歯車などのように歯すじが軸に対して垂直でないような角度を持つ歯車の加工では、その角度の加工ができる位置で加工を進めます。

成形法による歯切りは歯を一枚ずつ加工していくため、一枚を加工し終えたら次の歯を加工するために、刃物を適切な位置に移動させなければなりません。汎用のフライス盤でこの作業をするためには、割出し台とよばれる台を使用して歯切りの位置決めを行います。この操作に手間がかかるため、生産性の面では次に紹介する創成法の方が優れています。

インボリュート歯車による成形法

インボリュート歯車による成形法



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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