歯車とは (ハグルマとは) [単語記事]

歯車とは工業部品の機械要素の一つである。

概要

回転の動力を伝える機械要素だが、回転を直動の動力に変えることもできる。ベルト駆動とか流体継手に比べてロスが少ない。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「歯のついた車」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。素材も金属から樹脂から木から紙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を分解してみると良し。入っている可能性もある。あくまで可能性であり、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。

歯の形にもいろいろあるが、一番メジャーなのがインボリュート曲線というもの。机上の計算では歯同士の滑りが0で、伝達効率は他のどんな歯型よりも高い。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歯は全てこいつだと思っていればいい。また、実際にはこのインボ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。普通の歯形を並歯と呼ぶのに対して転位歯車、高歯、低歯などがあり、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目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象徴であり、そこからの派生で社会主義、共産主義の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

板状の歯車。平歯車同士で組み合わされる場合、入力と出力の回転軸が平行。

直歯（すぐば）平歯車

直歯平歯車

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。

板の周上に、軸に対してまっすぐ歯が切られているもの。円盤をくりぬいた形の内側に歯を切ったものもこれの一種（内歯車という）。単純に平歯車といった場合これを指すが、他の平歯車と明確に区別するため、直歯平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。

純粋に、シンプルに回転力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力が作用しない。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。その結果歯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。

直歯平歯車は歯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。あれが直歯平歯車の鳴きである。他にも、多くのレーシングカーの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）。一般の乗用車のトランスミッションには後述する斜歯歯車が使用されるため鳴きがほとんど聞こえないが、レース用ミッションは直歯平歯車なのである。ちなみに自動車のミッションに限っては、直歯平歯車のことをストレートカットギヤと呼ぶこともある。

内歯車は遊星ギヤ、クラッチなんかに使われている。

斜歯（はすば）歯車

斜歯平歯車

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）

直歯平歯車の鳴きを改良したもの。

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

一つ一つの歯が接触する角度が斜めになっているので噛みあう衝撃が逃げる。歯面同士の接触時間が長く、歯にかかる力の変動が少ないため動力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。乗用車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、歯面の接触角が斜めであるため回転方向以外に軸方向に力が掛ってしまう（この力を「スラスト」という）。当然、その余計な軸方向の力に耐えるか、あるいは打ち消すような力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平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平歯車と比べると小さくなる可能性がある。