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歯車 - Wikipedia

歯車はぐるま

ぎゃく再生さいせいやスピードを容易よういにするための機械きかい動力どうりょく伝達でんたつ一部いちぶのパーツの名称めいしょう
かさ歯車はぐるまから転送てんそう

歯車はぐるま(はぐるま、えい: gear)とは、伝動でんどうしゃ周囲しゅうい歯形はがたけて確実かくじつ動力どうりょく伝達でんたつ可能かのうにした機械きかい要素ようそである[1]英語えいごでは「gear」で、日本語にほんごではギアギアー表記ひょうきされることもあるが、JISでの表記ひょうきギヤである。減速げんそくぞうそく回転かいてんじくきや回転かいてん方向ほうこうえたり、動力どうりょく分割ぶんかつなどにもちいる。

歯車はぐるま
インボリュート歯車はぐるまによるちから伝達でんたつ

概要がいよう

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遊星ゆうせい歯車はぐるま

歯車はぐるまひらたベルトひとしことなりすべいので、タイミング機構きこうには不可欠ふかけつである。じく一体いったいのものや軸受じくう仕込しこんだもの、キーみぞスプラインもうけたものがある。

すうわせは自由じゆうであるが、おおきなちから伝達でんたつするときや、なめらかさを必要ひつようとするときは、いつもおな同士どうしたると、微小びしょうきずおおきくなったり、特定とくてい箇所かしょおと発生はっせいするため、無駄むだもうけてすうたがいにもとになるように設計せっけいされる場合ばあいがある。たがいにであるわせでは全体ぜんたい均一きんいつ磨耗まもうし、たりがなめらかになる。これを英語えいごではharmonic wearという。ほとんどの工業こうぎょう製品せいひんはこのわせでつくられるが、減速げんそく都合つごうなどによってそうできない場合ばあいもある。歯車はぐるま材質ざいしつ同種どうしゅわせは摩擦まさつ係数けいすうたい摩耗まもうせい焼付やきつたいせいおとるためことなる材質ざいしつ表面ひょうめん処理しょりおこなった歯車はぐるまわせがこのましい[注釈ちゅうしゃく 1]。また、しょう歯車はぐるまかた材料ざいりょうにしておかないとさき磨耗まもうする。

代表だいひょうてき歯車はぐるま装置そうちには以下いかのようなものがある。

平行へいこうしてる2ほんじくじょうに2種類しゅるいずつ(けい4まい)のギヤを接続せつぞくしループをつくった場合ばあい、2ほんじくじょうにあるギヤの比率ひりつ一定いっていである場合ばあいのぞいて、じく回転かいてんをしない。

減速げんそくぞうそく

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すうのちがう歯車はぐるまわせて減速げんそくぞうそくもちいる。ウォームギヤ以外いがい歯車はぐるま2つがかみっている場合ばあい回転かいてん角度かくどおよび角速度かくそくどすう逆数ぎゃくすうになる。トルクは、摩擦まさつりょくのぞけば、てこの原理げんりにより、ピッチえん半径はんけいになる。すうとピッチえんみちひとしくなるため、駆動くどう歯車はぐるまをDしたがえどう歯車はぐるまをPとしてしきあらわすとつぎのようになる。

  • j=1/u=Pのすう/Dのすう=Pのピッチえんみち/Dのピッチえんみち=Dの回転かいてん角度かくど/Pの回転かいてん角度かくど=Dの角速度かくそくど/Pの角速度かくそくど=Pのトルク/Dのトルク

3つ以上いじょう歯車はぐるまじゅんにかみっているとき、最初さいしょ最後さいご歯車はぐるまのそれらのは、最初さいしょ最後さいご歯車はぐるま直接ちょくせつかみっている場合ばあいおなじで、あいだ歯車はぐるますう関係かんけいない。(3つのひら歯車はぐるま入力にゅうりょく出力しゅつりょく回転かいてん方向ほうこうおなじにする場合ばあいとう。)

  • 駆動くどう歯車はぐるますう<したがえどう歯車はぐるますう

場合ばあい減速げんそくとなってトルクがし、ぎゃく場合ばあいぞうそくとなってトルクがる。

  • Pのトルク×Pの回転かいてん角度かくど=Dのトルク×Dの回転かいてん角度かくど
  • Pのトルク×Pの角速度かくそくど=Dのトルク×Dの角速度かくそくど

となり、摩擦まさつ損失そんしつのぞけば、エネルギーおよび仕事率しごとりつわらない。

たとえば、すう90のおおきい歯車はぐるまと、すう20のちいさい歯車はぐるまがかみっている場合ばあいちいさい歯車はぐるま角速度かくそくどおおきい歯車はぐるまの4.5ばいおおきい歯車はぐるまのトルクはちいさい歯車はぐるまの4.5ばいとなり、ちいさい歯車はぐるまが3回転かいてんするとおおきい歯車はぐるまは240回転かいてんする。

動力どうりょく分割ぶんかつとう

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動力どうりょく分割ぶんかつ分配ぶんぱいしや、入力にゅうりょく統合とうごうもちいられている。たとえば自動車じどうしゃ[注釈ちゅうしゃく 2]デファレンシャルギヤによって、1つの原動機げんどうき左右さゆう両輪りょうりん回転かいてんさせる。さらに、一部いちぶよんりん駆動くどうくるまではセンターデフで動力どうりょく前後ぜんご分割ぶんかつするものもある。また、オイルポンプなどの回転かいてんさせるために出力しゅつりょくしたり、ぎゃくスターターモーター回転かいてんりょく入力にゅうりょくしている。

種類しゅるい

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すじの形状けいじょうとう分類ぶんるいされる。2つの歯車はぐるまわせたさいに、それぞれのじく位置いち関係かんけい平行へいこうとなるもののほか、交差こうさするものやちがいとなるものがある。

ひら歯車はぐるま

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ひら歯車はぐるま、ひらはぐるま、英語えいご: spur gear
 
ひら歯車はぐるまうご
 
ラック(した)とピニオン

回転かいてんじく平行へいこうった歯車はぐるま[1]製作せいさく容易よういであるため動力どうりょく伝達でんたつよう駆動くどうれつ)にもっとおお使つかわれている。歯車はぐるま同士どうし外接がいせつするそと歯車はぐるまと、しょう歯車はぐるま円筒えんとう内面ないめんすじもうけただい歯車はぐるま内接ないせつするうち歯車はぐるまがある[1]

大小だいしょう2つのひら歯車はぐるまわせるときに、おおきいほうギヤといい、ちいさいほうピニオンという。ピニオンにわされるだい歯車はぐるまそと歯車はぐるま限定げんていされず、うち歯車はぐるまや、直径ちょっけい無限むげんだいにしたラック(英語えいご: rack)ともわされる[1]

回転かいてん運動うんどう直線ちょくせん運動うんどうえるには、ラックとしょう歯車はぐるまわせたラック・アンド・ピニオンもちいられる[1]。ラック・アンド・ピニオンは工作こうさく機械きかい位置いちおくりや自動車じどうしゃステアリング装置そうちもちいられている。

うち歯車はぐるまうち歯車はぐるま

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うちはぐるま、うちばはぐるま
 
うち歯車はぐるま

ひら歯車はぐるま一種いっしゅで、んでのごとく内側うちがわがついている歯車はぐるま

内側うちがわませるため小径しょうけい歯車はぐるまとしかわせられない。遊星ゆうせい歯車はぐるま機構きこうのようにこの歯車はぐるまければ成立せいりつしない構造こうぞうのものも存在そんざいする。

はすば歯車はぐるま

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はす歯車はぐるま英語えいご: helical gear
 
はすば歯車はぐるまうえ)とねじ歯車はぐるました

ひら歯車はぐるまじくせんたいしてななめ(はす)にって、螺旋らせんじょうとした歯車はぐるま[2]

同時どうじにかみすうやし、たりが分散ぶんさんされるのでおとしずかで、トルク変動へんどうすくない。トルクがかかると推力すいりょく(スラスト)が発生はっせいするので、なんらかのかたちスラスト軸受じくうけ必要ひつようになる[2]

減速げんそく機構きこうでは原動機げんどうきがわのトルクはちいさいのでかたむきをおおきく、最終さいしゅうだんではトルクがおおきいのでかたむきをちいさくする。

ねじ歯車はぐるま

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はすば歯車はぐるまおながた歯車はぐるまわせて、2じくあいだ平行へいこう以外いがい角度かくど動力どうりょく伝達でんたつおこな歯車はぐるまである[2]

やまば歯車はぐるま

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やま歯車はぐるま英語えいご: Herringbone geardouble helical gear
 
やまば歯車はぐるま

おな傾斜けいしゃでねじれ方向ほうこうぎゃくきのはすば歯車はぐるまを2つわせたかたちをしていて、はすば歯車はぐるまじく方向ほうこう発生はっせいする推力すいりょくたがいにしあう構造こうぞうとした歯車はぐるまである[2]

フランスの自動車じどうしゃメーカー、シトロエンのダブルシェブロンともばれるエンブレムは、この歯車はぐるまをモチーフにしている。

かさ歯車はぐるま

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かさ歯車はぐるまベベルギヤ、ベベルギア、英語えいご: Bevel gear
 
かさ歯車はぐるま

円錐えんすいめんじょうきざんだ歯車はぐるまで、ひろげたかさのような形状けいじょうをしていることからこのようにばれる[2]平行へいこうではなく角度かくどがついたじくあいだ動力どうりょく伝達でんたつするさいもちいられる。

一般いっぱんてきには入出力にゅうしゅつりょくの2じくどういち平面へいめんじょうとし、ひら歯車はぐるま円錐えんすいじょうすぼめたかたちすぐばかさ歯車はぐるま、はすば歯車はぐるま円錐えんすいじょうすぼめたかたちはすばかさ歯車はぐるま歯形はがた曲線きょくせん円弧えんこじょうまがりばかさ歯車はぐるまがある[2]

さらに、入出力にゅうしゅつりょくの2じくどういち平面へいめんじょうではなくねじれの位置いちとしたハイポイドギヤ英語えいご: hypoid gears)があり[2]自動車じどうしゃ駆動くどうけいとくたてきエンジンくるまどう装置そうちはかさ歯車はぐるま応用おうようの1れいである。

かんむり歯車はぐるま

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かんむりはぐるま、クラウンギヤ、クラウンギア、英語えいご: Crown gear
 
かんむり歯車はぐるま

かんむり歯車はぐるまはかさ歯車はぐるま一種いっしゅで、回転かいてんじくたい垂直すいちょくにつけられたもの。歯車はぐるま形状けいじょう王冠おうかんる。

かさ歯車はぐるまわせのほか、小径しょうけいひら歯車はぐるま(ピニオン)ともわされる。

ウォームギヤ

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英語えいご: worm gears
 
ウォームギヤ

ウォームとウォームホイールを、たがいのじく直角ちょっかくまじわらない位置いちわせたもの[2]をウォームギヤとぶ。1だんおおきな減速げんそくられ、歯車はぐるま機構きこうくらべて騒音そうおんすくない[2]

オルゴール調しらべそく(ガバナー)、自動車じどうしゃステアリングギア(ウォームアンドローラー)、天体てんたい望遠鏡ぼうえんきょう赤道あかみちただし鉄道てつどう模型もけい駆動くどうなどに採用さいようされている。

球状きゅうじょう歯車はぐるま

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きゅうじょう歯車はぐるま英語えいご: Cross spherical gear

球体きゅうたい表面ひょうめんに、2じく直交ちょっこうしたつもの。

回転かいてん3自由じゆう運動うんどう可能かのうとする歯車はぐるま機構きこうなかでも小型こがた軽量けいりょう伝達でんたつ効率こうりつたかさを特徴とくちょうとする[3][4]

円盤えんばん円柱えんちゅう直径ちょっけい方向ほうこうじくつモノポールギヤとのわせで、ロボットアーム関節かんせつドローンようカメラのジンバル制御せいぎょなどへの利用りよう期待きたいされている。

スプロケット

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スプロケットと
ローラーチェーン

1まい歯車はぐるまローラーチェーンをかみわせて回転かいてん伝達でんたつおこな機構きこう、あるいはその歯車はぐるまをスプロケットとぶ。

2つ歯車はぐるまによる機構きこうではないので歯車はぐるま機構きこうという意味いみでは歯車はぐるまとはばれない。

歯車はぐるま形状けいじょう数学すうがくてき計算けいさんからもとめられる曲線きょくせんとなっていて、歯車はぐるま製造せいぞう利用りようする視点してんからは歯形はがた曲線きょくせんとよばれる。伝動でんどうよう歯車はぐるまとしてはインボリュート曲線きょくせんサイクロイド曲線きょくせんの2種類しゅるい基本きほんとされるが、一般いっぱんにはインボリュート曲線きょくせんもちいられる[5]

インボリュート歯形はがた
インボリュート曲線きょくせん形作かたちづくられた歯形はがたで、歯車はぐるま中心ちゅうしん距離きょり若干じゃっかん変化へんかしてもかみいがまさしくたもたれる[5]ホブばん容易ようい製作せいさくでき、またすべりもすくないため一般いっぱんおおもちいられている。
サイクロイド歯形はがた
サイクロイド曲線きょくせん形作かたちづくられた歯形はがたで、インボリュート歯形はがた比較ひかくすると干渉かんしょうすべりもすくなく、またすべりがより均一きんいつだが、製作せいさくむずかしい[5]時計とけい機構きこうもちいられる。
トロコイド歯形はがた
トロコイド曲線きょくせん形作かたちづくられた歯形はがたで、内接ないせつ歯車はぐるまポンプ使つかわれる。

歯車はぐるま用語ようご

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(tooth)
歯車はぐるま突起とっき部分ぶぶん
すう  
枚数まいすう
ピッチえん(pitch circle)
歯車はぐるまのかみ位置いちから、中心ちゅうしんまでの距離きょりの2ばいがピッチえんみちである。ピッチえん直径ちょっけい あらわす。
めん(tooth surface)
輪郭りんかくめんのうちピッチえんより外側そとがわまつめん(tooth face)、内側うちがわもとめん(tooth flank)という。
さきえん(addendum circle)
先端せんたんとおり、ピッチえん同心どうしんえんさきえん直径ちょっけい あらわす。
そこえん(dedendum circle,root circle)
根元ねもととおり、ピッチえん同心どうしんえんそこえん直径ちょっけい あらわす。
まつのたけ(addendum)  
さきえん半径はんけいとピッチえん半径はんけいとの
もとのたけ(dedendum)  
ピッチえん半径はんけいそこえん半径はんけいとの
ぜんたけ(whole depth)  
まつのたけともとのたけの。すなわち、  である。
いただきげき(top clearance)
もとのたけ  相手あいて歯車はぐるままつのたけ   との。すなわち、  である。
ピッチ(pitch)・えんピッチ(circular pitch)  
ピッチ円上えんじょうの1うえてんとなりのうえてんとの距離きょりをピッチえん沿ってはかったもの。  である。
法線ほうせんピッチ(normal pitch)
インボリュート歯形はがたにおいて、インボリュートの法線ほうせんとなりのインボリュートによってられるながさ。
はば(face width)
歯車はぐるまじく方向ほうこうはかったながさ。
あつし(tooth thickness)  
ピッチ円上えんじょうはかったあつさ。
みぞはば(space thickness)  
ピッチ円上えんじょうはかったとなりのとの隙間すきまながさ。
バックラッシュ(backlash)
2つのかみ歯車はぐるまにて、たがいのピッチえんあいだにある隙間すきまのこと。両面りょうめんはら)の接触せっしょくふせぎ、性能せいのう低下ていかすることをふせぐためにもうけられる「必要ひつようあく」。
モジュール(module)
おおきさをあらわ規格きかく一般いっぱんもちいられている標準ひょうじゅん寸法すんぽうなみ(full depth tooth)というが、なみではまつのたけとモジュールをひとしくする。
クラウニング(crowning)
歯車はぐるま同士どうしがかみっているとき、全体ぜんたいてきになめらかさをすことで相手あいてをしっかりかみわせることができる。このなめらかさをすことをいう。
はや  
はやは、つぎしきあらわされる。
  •   駆動くどう歯車はぐるますう / したがえどう歯車はぐるますう   したがえどう歯車はぐるま角速度かくそくど / 駆動くどう歯車はぐるま角速度かくそくど
伝達でんたつ  
伝達でんたつは、はや逆数ぎゃくすうあらわされる。
  •  

歯車はぐるまには以下いか規格きかくもちいられる。

  • 国際こくさい規格きかく
    • ISO規格きかく国際こくさい標準ひょうじゅん機構きこう
  • 日本にっぽん規格きかく
    1. JGMA規格きかく一般いっぱん社団しゃだん法人ほうじん日本にっぽん歯車はぐるま工業こうぎょうかい
    2. JIS規格きかく一般いっぱん財団ざいだん法人ほうじん日本にっぽん規格きかく協会きょうかい

上記じょうき規格きかくかく団体だんたい購入こうにゅう可能かのう(3.は日本にっぽん規格きかく協会きょうかいでも購入こうにゅう可能かのう

 
ランタン歯車はぐるま伝導でんどう装置そうち

歯車はぐるま歴史れきしふるく、1901ねんには地中海ちちゅうかいしずんでいた古代こだいギリシア時代じだいアンティキティラの沈没ちんぼつせん英語えいごばんから回収かいしゅうされたアンティキティラとう機械きかい紀元前きげんぜん150 - 100ねん製作せいさくされたとかんがえられているが、これは歯車はぐるま利用りようした天体てんたい運行うんこう計算けいさんだった[6]。しかしこの機械きかい同様どうよう複雑ふくざつさをった技術ぎじゅつ工芸こうげいひんはその1000ねんまであらわれることはなかった[6]ウィトルウィウスは『建築けんちくについて』のなかたて回転かいてんする水車みずぐるまについてろんじたが、たて回転かいてんする動力どうりょくよこ方向ほうこう回転かいてん変換へんかんするランタン歯車はぐるまばれる木製もくせいのピンをわせる歯車はぐるま1世紀せいきころマ帝国まていこく普及ふきゅうし、18世紀せいきまつまで日常にちじょうてき歯車はぐるまとして利用りようされつづけた[7]ぜん金属きんぞくせい歯車はぐるまは11 - 12世紀せいきごろ登場とうじょうしたが、産業さんぎょうようではなくせん時計とけいなどの精密せいみつ装置そうちもちいられた[7]

シンボルとしての「歯車はぐるま

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さまざまな国家こっか企業きぎょうとく製造せいぞうぎょう)、団体だんたいはた記章きしょうひとしにおいて、「工業こうぎょう」あるいは「労働ろうどうしゃ」を象徴しょうちょうする意匠いしょうとして歯車はぐるまもちいられており、ミャンマーアンゴラ国旗こっきおよびくにあきらイタリア中華人民共和国ちゅうかじんみんきょうわこく中国ちゅうごく)、ベトナムラオスくにあきら日本にっぽん共産党きょうさんとうとうあきら日本にっぽんこくえん硬貨こうか工場こうじょうあらわ日本にっぽん地図ちず記号きごうひとしれいとしてげられる。

フィクションでは、ふるくはチャールズ・チャップリン監督かんとく作品さくひんモダン・タイムス』が人間にんげん機械きかい一部分いちぶぶんのようにあつかわれる象徴しょうちょうとして歯車はぐるまもちいており、日本にっぽん漫画まんがアニメーション作品さくひんでも『銀河ぎんが鉄道てつどう999』の機械きかい帝国ていこく使用しようしている。

生体せいたい歯車はぐるま

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ウンカ幼虫ようちゅうにはうしあし正確せいかく跳躍ちょうやくのため歯車はぐるまそなえているたねがある。このたね成虫せいちゅう摩擦まさつもち跳躍ちょうやくする。[8]

脚注きゃくちゅう

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注釈ちゅうしゃく

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  1. ^ 摩擦まさつめんおな金属きんぞく使つかことを「ともがね」とい、歯車はぐるまかぎらず摩擦まさつめんもちいるのは基本きほんてきけるのがセオリーである。これは摩擦まさつ摩耗まもう分野ぶんやでは常識じょうしきであり、トライボロジー発展はってんするまえからの経験けいけんそくからられていた事象じしょうである。
  2. ^ さんりん自動車じどうしゃ駆動くどうひとつのものをのぞく。

出典しゅってん

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  1. ^ a b c d e 大西おおにし1997 pp11-2
  2. ^ a b c d e f g h i 大西おおにし1997 pp11-3
  3. ^ 田隈たぐま理一郎りいちろう (2020ねん10がつ6にち). “制限せいげん可動かどう範囲はんいゆうする回転かいてん3自由じゆう球状きゅうじょう歯車はぐるま機構きこう開発かいはつ”. 国立こくりつ研究けんきゅう開発かいはつ法人ほうじん科学かがく技術ぎじゅつ振興しんこう機構きこう. 2024ねん1がつ10日とおか閲覧えつらん
  4. ^ 久保田くぼた龍之介りゅうのすけ (2021ねん7がつ29にち). “有料ゆうりょう記事きじ】SNS沸騰ふっとうの「球状きゅうじょう歯車はぐるま」 ぜん方向ほうこう制限せいげん駆動くどうひとがたロボットに衝撃しょうげき”. 日経にっけいクロステック. 2021ねん8がつ17にち閲覧えつらん
  5. ^ a b c 大西おおにし1997 pp11-1
  6. ^ a b “Planetary Gears”. Nature 444: 7119. 
  7. ^ a b A-G・オードリクール『つくること使つかうこと:生活せいかつ技術ぎじゅつ歴史れきし民俗みんぞくがくてき研究けんきゅう山田やまだけいわけ 藤原ふじわら書店しょてん 2019ねんISBN 978-4-86578-212-7 pp.251-256.
  8. ^ 歯車はぐるま”を使つかってジャンプする昆虫こんちゅうナショナルジオグラフィック2013ねん9がつ13にち、2016ねん5がつ9にち閲覧えつらん

参考さんこう文献ぶんけん

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書籍しょせき

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  • 大西おおにしきよし『JISにもとづく機械きかい設計せっけい製図せいず便覧びんらん理工りこうがくしゃ、1997ねんISBN 978-4-8445-2024-5 
  • ジャパンマシニストしゃ編集へんしゅう歯車はぐるまジャパンマシニストしゃ、1969ねんISBN 4-88049-001-6 

関連かんれん項目こうもく

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外部がいぶリンク

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