歯車

I

プロローグ

ギアまたはギヤともいう。歯形がきざまれた、輪または円筒、かさ(傘)、ねじの形をしたもので、機械の回転や動力をつたえるためにつかわれる。1つの軸から別の軸に運動をつたえる2枚かそれ以上の歯車が歯車列を構成する。歯車をつかった伝動装置やそのメカニズムをギヤリングといい、おもに回転運動をつたえるためにつかわれる。適切に設計された歯車の一部分を扇形にしたものは、回転運動を往復運動にかえることもできるし、その逆もできる。2つの歯車の軸の位置関係によって、歯車はおおむね、平行軸、交差軸、食いちがい軸の3つに分類できる。

II

2軸が平行な歯車(平行軸)

平歯車は、2軸が平行なだけでなく、歯車の歯が軸と平行に切られている。製作が簡単なので、動力伝達用によくつかわれる。2軸の回転方向は逆になるので、もし同じ方向に回転させたい場合には、遊び車を間にいれる。遊び車は回転歯車と逆の方向に回転するので、回転をうける歯車は回転歯車と同じ方向に回転することになる。どの場合でも、2軸の回転速度は、歯車の歯数に反比例する。

うちば歯車(環状歯車)は平歯車の一種で、リングまたはフランジのある軸の、外側ではなく内側に歯形がきざまれている。うちば歯車は、通常、歯数の少ないピニオンとよばれる小歯車によって、回転させたり、回転をうけたりする。

はすば歯車は、歯が軸に平行ではなく、傾斜させてきざんだ歯車である。平歯車よりも歯の接触面積が広いので、大きい荷重に適当である。単純なはすば歯車は各々の軸の方向に歯車をうごかそうとする推力を生みだす欠点がある。この推力は、歯形がV字形のやまば歯車をつかうことによって回避することができる。

直線的にうごくラックとよばれる歯型のついたレールは、無限の半径をもつ歯車のように作動し、ピニオンの回転運動を直線運動にかえるためにつかわれる。組み合わせ全体をラックアンドピニオンシステムという。鉄道で傾斜しているところをのぼる場合などには、大きなラックアンドピニオンがつかわれることもある。

III

2軸がまじわる歯車(交差軸)

2軸を延長するとある1点でまじわるような、平行でない軸に回転をつたえるためにつかわれる歯車で、かさ歯車がある。この歯車は円錐の底面に近い部分を本体として、円錐の母線にそって頂点にむかって歯の幅が狭くなるものを、すぐばかさ歯車、母線に対して角度のある歯形をつけたものを、まがりばかさ歯車といい、高速回転を精密につたえるときにつかう。2つの歯車の歯数がひとしいかさ歯車は、マイタ歯車とよばれ、回転軸間の角度は90°の場合が多い。

IV

2軸が食いちがっている歯車(食いちがい軸)

2軸が平行ではないが、延長してもまじわらない、ねじれた関係にある歯車。

ハイポイド歯車は、まがりばかさ歯車の2つの軸をわずかにずらした螺旋状(らせんじょう)のかさ歯車で、交差軸のかさ歯車よりも静かに滑らかに回転をつたえることができる。ハイポイド歯車のもっとも一般的なつかわれ方は、自動車の駆動軸と後車軸を連結することである。

2軸は90°をなすがまじわらない場合の回転伝達には、ウォーム歯車またはねじ歯車とよばれるものがつかわれる。はすば歯車とかみあう1個またはそれ以上の連続的な螺旋状の歯をもった長く細い円筒で、見た目はボルトのような形である。歯が直接回転力をかけるのではなく、ねじ山が歯車の歯を横切ってすべりながら、ねじの進み方向に回転させる。おもに、大幅に速度をおとして、1つの軸からもう1つの軸に90°の角度で回転をつたえるのにつかわれる。→ 自動車