第 6 章 歯車機構の設計
★ 動力伝達の手段として多くの機械に使われてい る。
★ 動力を効率よく，しかも正確に伝えることがで きる。
★ 歯車を利用した機械を設計する際の要点。
歯車機構
6.1 歯車の種類
6.1.1 平歯車
★ 最も代表的な形式 である。
★ 様々な形式が量産 品として市販されて いる。
★ 通常，カタログか ら使用する歯車を選 定する。
平歯車
6.1.2 かさ歯車
★ 円すい状の面に歯 を取り付けた歯車。
★ 主に直交した 2 軸 の間の動力伝達に使 われる。
★ 通称：ベベルギヤ
。
6.1.3 はすば歯車・はすばかさ歯車
★ 歯すじをつる巻き状にし た歯車。
★ 平歯車と比べて，歯のか み合いが滑らかになる。
★ 騒音が少ない
★ 軸方向にスラスト荷重が 生じる。
はすば歯車／はすばかさ歯車
6.1.4 ウォームギヤ
★ 大きな減速比を得 られる。
★ 摩擦損失が大きい
。
★ 適切な潤滑が必要 である。
★ ウォームには，軸 方向の大きなスラス
6.1.5 その他の歯車 (1) 内歯車
★ 円筒の内側に歯を取り付けた歯車。
★2 軸の中心距離を短くしたい場合などに用いる。
★ 遊星歯車機構は，小型で大きな減速比が得られる。
内歯車 遊星歯車機構
(2) ラック
★ 直線状に歯を取り付けたもの。
ラック 電動スライダ
(3) やまば歯車
★ 2 枚のはすば歯車 を組み合わせた歯車
。
★ 軸方向のスラスト 力が打ち消される。
やまば歯車
6.2 平歯車の構造と特徴
1.
平歯車の基礎知識
2.モジュール
3.
バックラッシ
4.歯車の騒音
6.2.1 平歯車の基礎知識 (1) 歯数と減速比
★
歯数の比（減速比）が重要！
(2) 歯車各部の名称
重要な用語
★ 中心距離
★ ピッチ円直径
(3) 基準ピッチ円直径
ピッチ円直径の考え方
★ 一対の歯車を摩擦 車に置き換えて，減 速比が等しくなるよ うにした場合の摩擦 車の直径。
【補足】歯車の機械製図
● 歯形は省略
● 歯先円を太い 実線
● ピッチ円を細 い一点鎖線
● 歯底円を細い 実線（ただし断 面の場合は太い 実線）
6.2.2 モジュール
歯の大きさが同じでなければ，歯車は適切 に機能しない。
歯の大きさを表す重要な数 モジュー 値
ル
モジュール
ピッチ円直径 歯数
z
m d
★ モジュールと歯の大きさ
例：モジュール m=1 (mm) の場合
，歯厚 s=1.6 (m m) 。
★ モジュールの標準値
モジュール 5mm 以下で，優先順位が高いもの
6.2.3 バックラッシ
歯面間の「遊び」
バックラッ
シ
★ 適切なバックラッシが重要！
★ 小さすぎると，潤滑が不十分になりやすく，歯面同士 の摩擦が大きくなる。
★ 大きすぎると，歯のかみ合いが悪くなり，歯車が破損 しやすくなる。
★ バックラッシが調整できる構造
★ 頻繁に歯車を交換す るような機械では，
バックラッシを調整で きる構造とすることが 多い。
6.2.4 歯車の騒音
(2)
かみ合い率の増加
(1)
バックラッシの適切化
(4)
プラスチック歯車の使 用
(3)
歯形の小型化
(5)
潤滑の適切化
6.3 歯車の強度
1. 歯車の材質
2. 歯車のカタログ 3. 強度計算の概略
★ 歯車機構の設計において，歯の強度を計算することは ほとんどない。
★ 通常は，歯車メーカーのカタログに記載されている許 容トルクや許容伝達動力の値を参照する。
6.3.1 歯車の材質
市販されている歯車の許容伝達動力（モジュール 1 ，歯数 10 0 ）
6.3.2 歯車のカタログ
モジュール 0.5 の黄銅（ C3604B
， C3713P ）製歯 車のカタログ
6.3.2 歯車のカタログ（続き）
モジュール 0.5 の黄銅（ C3604B
， C3713P ）製歯 車のカタログ
★ 許容伝達動力 (W) は，回転数が低くなるほど小さくなる
。
★ 減速された歯車ほど，強度に気をつけなければならない
。
6.3.3 強度計算の概略
(2)
歯面強さ
(1)
歯の曲げ強さ
(3)
焼付き強さ ルイスの式
ヘルツの最大接触応力＝接触面に変
形を伴う場合の応力
6.4 歯車機構の設計例
1. 人力ボートの動力伝達機構 2. 模型車いすの歯車機構
3. 魚ロボットの歯車機構
4. スターリングエンジンのピストン駆動機構
6.4.1 人力ボートの動力伝達機構
★ 人力ボートの動力伝達機構
回転軸の向きを簡単に変え ることができる。
ステー部分を細くできる
（水の抵抗を低減） 。 小型化が可能
。
適切な増速比が 得られる 。
★ 人力ボートの動力伝達機構
6.4.2 模型車いすの歯車機構
船舶バリアフリーの研 究に使用した模型車い
す
★ 船舶のような動 揺した走行路面や 傾斜した走行路面 で，車いすは安全 に走行できるの か？
★ 模型車いすの歯車機構
★ 設計のフローチャート
主要寸法の決定 トルク・出力の計
算
モータ選定 減速比の決定 歯車配置の決定 歯車強度の検討
車輪寸法（縮尺），走行速度 傾斜角 10 度の登り坂
車いすの寸法
モータの定格回転数や定格出力 歯車の配置，組み合わせ
必要に応じて
★ 模型車いす
直流モータの定格トルク： 0.083Nm ／ 7700rpm
★ 実験結果の一例
(a) α=3 deg
(b) α= 5 deg
(c) α= 7 deg
6.4.3 魚ロボットの機構
★ 魚ロボットの機構
★ 設計のフローチャート
最大トルクの推測 平均出力の推測
モータ選定 減速比の決定
尾ひれ流体力の見積もり
簡易設計計算モデル
6.4.4 スターリングエンジンのピストン駆 動機構
実験用スターリングエンジン
★ スターリングエンジンのピストン駆動機構
★ スターリングエンジンのピストン駆動機構
★ わずかなバックラッシも問題となる？
本日の課題
① 歯車の特徴を述べなさい。
② 現状では歯車が使われていないが，歯車を使う ことによって高性能化が図られると考えられる機 械をあげなさい。また，その理由も述べなさい。
③ 現状では歯車が使われているが，歯車以外の動 力伝達機構を使うことによって高性能化が図られ ると考えられる機械をあげなさい。また，その理 由も述べなさい。
