1. ギアの構造と機能

歯車は、その多様な機械用途に応じて形状や大きさが異なりますが、大きく分けて歯輪と車輪本体の2種類に分類できます。一般的な円筒歯車は、ディスク歯車、スリーブ歯車、内歯車、シャフト歯車、セクター歯車、ラック歯車に分類されます。その中で最も一般的に使用されているのはディスク歯車です。

円筒歯車には、1つまたは複数のリングが設けられる場合があります。典型的な単リング歯車は製造が容易ですが、二重または三重歯車では、肩部が小歯リングに影響を与えることが多く、使用可能な製造技術が制限されます。

2.円筒歯車の精度要件

 ギア自体の製造精度は、機械全体の動作性能、支持力、および耐用年数に大きな影響を与えます。ギアの使用条件に応じて、ギア伝動装置には以下の要件が求められます。

（１）運動精度 - ギアが正確に運動を伝達でき、伝達比が一定であること、つまりギアの回転角度誤差が一定範囲を超えないことが要求される。

（2）動作の滑らかさ - 歯車伝動動作は滑らかで、衝撃、振動、騒音が小さいことが求められます。そのためには、歯車が回転する際の瞬間的な速度比の変化を小さく抑えること、つまり、短時間における角度誤差を抑えることが求められます。

（3）接触精度 - ギアが動力を伝達する際、負荷の不均一な分布により接触応力が大きくなりすぎて歯面の早期摩耗が発生しないようにするために、ギアが作動しているときに歯面接触が均一で、一定の接触面積があり、接触位置の要件を満たしていることが求められます。

（4）歯面クリアランス - ギアを駆動する必要がある場合、非駆動歯面間には一定の隙間があり、潤滑油を蓄え、温度や弾性変形、加工・組立時の誤差による寸法変化を補正します。

3. ギアの材質

適切な材料の加工条件に合わせて設備を使用する必要があります。歯車の加工性能と寿命は、材料の選択に直接影響されます。

• • 20Cr、40Cr、20CrMnTiなどの低・中炭素合金鋼、および45鋼などの中炭素鋼の一般的なギア選択。
• • 38CrMoAlA窒化鋼は、高度な要件が求められる重要なギアに適した材料です。動力伝達以外のギアに使用できるその他の材料としては、鋳鉄、合板、ナイロンなどがあります。

4. 歯車の熱処理

ギア加工では、目的に応じて 2 つの熱処理プロセスが配置されます。

1) ブランク熱処理：歯ブランクの加工の前後に予熱処理焼準または焼戻しを施します。主な目的は、鍛造と荒加工によって生じた残留応力を除去し、材料の加工性を向上させ、総合的な機械的特性を向上させることです。

2）歯面熱処理：歯形加工後、歯面の硬度と耐摩耗性を向上させるために、浸炭焼入れ、高周波誘導加熱焼入れ、浸炭窒化、窒化熱処理工程が行われることが多い。

5. ブランクギア

歯車の素材は、棒材、鍛造、鋳造が主流です。小径歯車は構造が単純で強度要件が最小限であるため、棒材が用いられます。直径が400～600mmを超える歯車は鋳造素材が用いられることが多いですが、高強度、耐摩耗性、耐衝撃性が求められる場合は、多目的鍛造品が用いられることもあります。大型で精度の低い歯車の場合、歯車の歯を直接鋳造することで機械加工を最小限に抑えることができます。小型で複雑な形状の歯車の場合は、粉末冶金、熱間圧延、冷間押出、圧力鋳造、精密鋳造、精密鋳造などの新しいプロセスを用いて、歯車の歯を持つ歯ビレットを製造し、労働生産性を向上させ、原材料を節約することができます。

歯ブランクの加工方法の選択

シャフトギアとスリーブギアの場合、加工プロセスは一般的なシャフトギアとスリーブギアと基本的に同様ですが、主にディスクギアの加工プロセスについて説明します。

歯ブランクの加工技術は、主にギア本体の構造と生産の種類によって異なります。

（１）歯ブランク加工の大量生産

中型歯のビレットを大量に加工する場合は、「1つのツールカーを1つ引いて穴あけする」という工程計画を使用します。

1) ブランクの外円と端面の位置決めによる穴あけまたはリーマ加工。

2) ラコン

3) 多工具半自動旋盤の粗仕上げ車の外円、端面、溝入れ、面取りを穴で位置決めします。

このプロセススキームは、効率的な工作機械を使用しているため、組立ラインまたは自動ラインで構成できるため、生産効率が高くなります。

「車が車を引っ張る」プロセス プランは、バッチで生産される歯のビレットの処理で頻繁に使用されます。

1) 歯ビレットまたはホイールの外円に、外円、端面、および内穴を微旋削します。 2) 端面を使用してスプライン穴または引き穴をサポートします。 3) 微車の外円と端面を穴に合わせます。

このソリューションは、横型旋盤またはタレット旋盤とブローチ盤を組み合わせることで実現できます。安定した加工品質と高い生産効率を特徴としています。歯ブランク穴に段差がある場合や端面に溝がある場合でも、タレット旋盤のマルチツールを最大限に活用してマルチステーション加工を行うことで、タレット旋盤上で歯ブランクの加工を一括で完了させることができます。

歯車の歯の加工方法

ギアリングの歯形加工は、ギア加工全体の核心です。ギア加工には多くの工程があり、それらはギア加工サービスの形状を決定し、最終的に精度要件を満たすギアを得ることを目的としています。
歯形加工の原理により、歯形は成形法と展開法に分けられます。成形法は、切削する歯車の歯溝形状に合わせた成形工具を用いて歯面を切削する方法で、フライス加工、引抜加工、成形歯研削などが含まれます。展開法は、歯車工具とワークとの噛み合い関係に合わせて歯面を切削する方法で、ホブ加工、ギアシェーパ加工、シェービング加工、研削加工、ホーニング加工などが含まれます。
歯形加工方法の選択は、主に歯車の精度等級、構造形状、製造タイプ、および製造条件によって決まります。異なる精度等級の歯車の場合、一般的に使用される歯形加工方法は次のとおりです。

1) 歯車精度はグレード8です。ホブ盤またはギアシェーパーで要件を満たすことができます。焼入れ歯車の場合は、転造（インサート）歯→歯先加工→焼入れ→修正穴加工という工程が考えられます。ただし、焼入れ前に歯形状の加工精度を向上させる必要があります。
2) 6～7番の精密ギア。硬化ギアの場合、以下の工程が使用できます：荒ホブ加工、精ホブ加工、歯先加工、精シェービング、表面焼入れ、校正基準、ギアホーニング。
3) 精度等級5級以上の歯車。一般的に使用される工程：荒ホブ加工、精ホブ加工、歯先加工、焼入れ、校正基準、粗研削、精研削。研削加工は、現在歯形加工において最も精度が高く、表面粗さが最も小さい加工方法であり、最高精度は3～4級に達します。

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