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第6章歯車機構の設計
歯車機構
★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。
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。
平歯車
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
向の大きなスラスト荷
重が生じる。
ウォームホイール
ウォーム
6.1.5 その他の歯車
(1) 内歯車
内歯車
遊星歯車機構
★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。
(2) ラック
ラック
電動スライダ
★直線状に歯を取り付けたもの。
★平歯車（ピニオンギヤ）と組み合わせて使われる。
★ 回転運動を直線運動に変換する場合などに使われる。
(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.
2.
3.
4.
平歯車の基礎知識
モジュール
バックラッシ
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
★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。
ピッチ円直径の考え方
【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。
モジュール
歯の大きさを表す重要な数値
d
m
z
モジュール
ピッチ円直径
歯数
★モジュールと歯の大きさ
s
d
2d

m
m
2
例：モジュール
m=1 (mm)の場合，
歯厚s=1.6 (mm)。
 1.6m
★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
バックラッシ
歯面間の「遊び」
★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。
旋盤の歯車
6.2.4 歯車の騒音
(1) バックラッシの適切化
(2) かみ合い率の増加
(3) 歯形の小型化
(4) プラスチック歯車の使用
(5) 潤滑の適切化
6.3 歯車の強度
1.
2.
3.
歯車の材質
歯車のカタログ
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。
★設計において最も重要なことは，どの程度の負荷が加わ
るのかを正しく推測することである。
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100 ）
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
(1) 歯の曲げ強さ
ルイスの式
(2) 歯面強さ
ヘルツの最大接触応力＝接触面に変
形を伴う場合の応力
(3) 焼付き強さ
ヘルツの最大接触応力や潤滑の状態
などを考慮した詳細な計算
6.4 歯車機構の設計例
1.
2.
3.
4.
人力ボートの動力伝達機構
模型車いすの歯車機構
魚ロボットの歯車機構
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
★歯車機構，ベルトやチェーンなどを使うこともできる。
★どのような伝達機構を利用できるのか，そしてどのような機構
が最も適切なのかを検討することが重要！
★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。
小型化が可能。
適切な増速比が
得られる。
ステー部分を細くできる（水
の抵抗を低減）。
★人力ボートの動力伝達機構
MOVIE
6.4.2 模型車いすの歯車機構
★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？
船舶バリアフリーの研究
に使用した模型車いす
★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
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
歯車配置の決定
歯車の配置，組み合わせ
歯車強度の検討
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
模型車いすの走行速度：～1.4 m/s(=5 km/h)
傾斜角度10deg以上の登坂能力
MOVIE
★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
尾ひれ流体力の見積もり
平均出力の推測
モータ選定
減速比の決定
歯車配置の決定
簡易設計計算モデル
歯車の配置，組み合わせ
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
ロンビック機構
★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。
④本日の講義で印象に残ったことを書きなさい。

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