歯切り盤とは? 歯切り盤や歯切り加工でできる歯車の種類と特徴を解説

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歯切り盤とは? 歯切り盤や歯切り加工でできる歯車の種類と特徴を解説

歯切り盤とは、歯車の製造に使われる工作機械のことです。歯切り盤にはいくつか種類があり、特徴に応じて使い分けることで、さまざまな種類の歯車を製造できるようになります。 この記事では、歯切り盤の特徴や種類、歯切り盤によって作れる歯車や歯切り加工の方法についてご紹介します。

歯切り盤とは

機械の内部では、物理的な動力伝達の手段としてさまざまな形状・大きさの歯車が動いています。歯車を作るための加工を歯切り加工と呼び、材料となる素材に対して歯車を成形するよう切削していくことで、目的の形状を作り出します。 このような歯切り加工を行い、歯車を作ることに特化した工作機械が「歯切り盤」です。

歯切り盤の種類

歯切り盤は、加工の方式によっていくつかの種類に分かれます。代表的な歯切り盤の種類についてご紹介します。

・ホブ盤

ホブと呼ばれる刃物を主軸に取り付け、回転させることで歯切り加工を行う工作機械です。 ホブは外周に多数の切れ刃と溝が螺旋状に配置された歯車用の切削工具で、成形したい歯車に噛み合う形状をしています。

・ギアシェーパ

ピニオンカッタまたはラックカッタを用いて、歯切り加工を行う工作機械です。歯車形削り盤とも呼ばれます。 ホブ盤は切削工具であるホブと被削材を回転させて歯切り加工を行いますが、ギアシェーパは刃物の上下運動によって切削していく「形削り」の加工を行うのが特徴です。 作業効率が低く、ホブ盤で成形できる歯車はホブ盤を使う方が効率的ですが、ホブ盤では加工が難しい一部の特殊な形状の歯車に対して、ギアシェーパが使われます。

・歯車研削盤

歯車研削盤は、高速回転する砥石によって歯車を整形する研削盤の一種です。焼入れされた高硬度の被削材から、高精度な歯車を加工する際に使われます。

・傘歯車歯切り盤

傘歯車の歯切りに特化した工作機械です。 複数の刃が取り付けられた円盤状の切削工具を被削材に押し当て、回転させることで歯切りを行います。

・歯車シェービング盤

歯切り加工によって形成された歯車の仕上げをする工作機械です。 歯切り済みの歯車に対して、歯車状の工具を噛み合わせて回転させ、表面をなめらかにしたり噛み合わせの補正をしたりする場合に使われます。

歯切り加工の主な種類

歯切り加工は、大きく2種類の方法に分けることができます。それぞれの特徴や詳しい手順について見ていきましょう。

・創成法

歯車の全体を少しずつ切削していくのが創成法です。ホブ盤やギアシェーパによる歯切り加工などが該当し、複数枚の砥石を取り付けて研削加工をする場合は、歯車研削盤の加工も創成法に含まれます。 作業効率が良く全体の精度が平準化されるため、量産品の製造に適している加工法です。

・成形法

成形法は、歯車の歯を1つずつ成形していく方法で、フライス盤によって歯車を作る際は、この成形法が用いられます。 被削材の固定が精度に大きく影響し、創成法に比べ効率・精度ともに劣るものの、汎用のNC工作機械で加工できるためコストを抑えられるのがメリットです。

歯切り盤で作れる歯車の種類

歯切り盤を使った加工では、さまざまな形状の歯車を製造することができます。ここでは、歯切り盤で作ることができる歯車の特徴についてご紹介します。

・平歯車

歯車の中心軸に対し平行な溝を持つ歯車が平歯車で、スパーギアまたはスプルーギアとも呼ばれます。製造が容易で、多くの場面で使用されている一般的な歯車です。 軸方向に荷重が発生しないので、全体をシンプルなメカニズムにできることからコストに優れます。

・はすば歯車

歯車の溝が斜めにねじれている歯車で、ヘリカルギアともいいます。 歯車同士の接する面積が大きく圧力が分散されるため、強度や静音性に優れていますが、軸方向に荷重がかかるので軸受に工夫が必要です。多くの場合、ホブ盤によって製造されます。

・傘歯車

円錐状の外側に歯があり、開いた傘に似た形状をした歯車です。 異なる向きで交わる軸の間で、回転や動力を伝えるために用いられ、溝の向きにより、直歯(すぐば)傘歯車やまがりば傘歯車などの種類があります。 傘歯車の製造に特化した、傘歯車歯切り盤で製造します。

・ラックとピニオン

シルエットがノコギリのようにも見える、直線の棒に歯すじをつけたものがラックです。ラックに噛み合う平歯車がピニオンギアで、ラックとピニオンは必ずセットで用いられます。ギアシェーパーで加工されることが一般的です。 ラックアンドピニオン、またはラックピニオンと呼ばれることもあります。カメラの三脚や、ボール盤の主軸高さ調整などに使われていて、目にする機会も多い歯車です。

・ウォームギア

螺旋状に溝の入った円柱状の歯車を回転させ、軸と並行方向にものを送り出す力を与えるための歯車がウォームギアです。 ウォームホイールと呼ばれる歯車を噛み合わせ、ウォームギアを回転させることで軸の回転方向を90°変える回転が得られます。 傘歯車と比較し、小型・軽量で静音性に優れていますが、ウォームホイール側を回転させて逆方向に駆動を伝達することはできません。

・内歯車

円筒の内側に歯が刻まれている歯車です。 遊星歯車と呼ばれる構造の歯車などに用いられ、外側の歯車と対で使用されます。内歯車は同方向への回転を伝達する役割で使われ、主にギアシェーパによって製造されます。

歯切り加工の際は用途に適した歯切り盤が必要

歯切り加工を行う歯切り盤の種類や構造、製造できる歯車の種類には多くの種類があります。どのような歯車を作りたいかによって、加工の方法や加工に用いる歯切り盤は異なるので、製品形状に応じて慎重に歯切り盤を選定することが重要です。

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