歯車

歯車
インボリュート歯車による力の伝達
歯車（はぐるま、gear）とは、伝動車の周囲に歯形を付けて確実な動力伝達を可能にした機械要素である。英語では「gear」で、日本語ではギア、ギアーと表記されることもあるが、JISでの表記はギヤである。減速や増速、回転軸の向きや回転方向を変えたり、動力の分割などに用いる。

**概要**
遊星歯車
歯車は平ベルト等と異なり滑りが無いので、タイミング機構には不可欠である。軸と一体のものや軸受けを仕込んだもの、キー溝やスプラインを設けたものがある。
歯数の組み合わせは自由であるが、大きな力を伝達するときや、滑らかさを必要とするときは、いつも同じ歯同士が当たると、微小な傷が大きくなったり、特定の箇所で音が発生するため、無駄歯を設けて歯数が互いに素になるように設計される場合がある。互いに素である組み合わせでは全体が均一に磨耗し、歯当たりが滑らかになる。これを英語ではharmonic wearという。ほとんどの工業製品はこの組み合わせで作られるが、減速比の都合などによってそうできない場合もある。歯車の材質が同種の組み合わせは摩擦係数、耐摩耗性、焼付き耐性が劣るため異なる材質か表面処理を行った歯車の組み合わせが好ましい。また、小歯車は硬い材料にしておかないと先に磨耗する。
代表的な歯車装置には以下のようなものがある。- 遊星歯車機構- 差動装置 - ディファレンシャル、略してデフとも呼ばれる。- 減速機、変速機- ラック・アンド・ピニオン
平行して有る2本の軸上に2種類ずつ（計4枚）のギヤを接続しループを作った場合、2本の軸上にあるギヤの比率が一定である場合を除いて、軸は回転をしない。

**減速・増速**
歯数のちがう歯車を組み合わせて減速や増速に用いる。ウォームギヤ以外の歯車2つがかみ合っている場合、回転角度および角速度の比は歯数の比の逆数になる。トルクの比は、摩擦力を除けば、てこの原理により、ピッチ円半径の比になる。歯数の比とピッチ円径の比は等しくなるため、駆動歯車をD、従動歯車をPとして式で表すと次のようになる。- j=1/u=Pの歯数/Dの歯数=Pのピッチ円径/Dのピッチ円径=Dの回転角度/Pの回転角度=Dの角速度/Pの角速度=Pのトルク/Dのトルク
3つ以上の歯車が順にかみ合っているとき、最初と最後の歯車のそれらの比は、最初と最後の歯車が直接かみ合っている場合と同じで、間の歯車の歯数に関係ない。（3つの平歯車で入力と出力の回転方向を同じにする場合等。）- 駆動歯車の歯数ローラーチェーン
1枚の歯車とローラーチェーンをかみ合わせて回転の伝達を行う機構、あるいはその歯車をスプロケットと呼ぶ。
2つ歯車による機構ではないので歯車機構という意味では歯車とは呼ばれない。

**歯形**
歯車の歯の形状は数学的な計算から求められる曲線となっていて、歯車を製造、利用する視点からは歯形曲線とよばれる。伝動用の歯車としてはインボリュート曲線とサイクロイド曲線の2種類が基本とされるが、一般にはインボリュート曲線が用いられる。
 インボリュート歯形
 インボリュート曲線で形作られた歯形で、歯車の中心距離が若干変化してもかみ合いが正しく保たれる。ホブ盤で容易に製作でき、また滑りも少ないため一般に多く用いられている。
 サイクロイド歯形
 サイクロイド曲線で形作られた歯形で、インボリュート歯形と比較すると歯の干渉も滑りも少なく、また滑りがより均一だが、製作が難しい。時計の機構に用いられる。
 トロコイド歯形
 トロコイド曲線で形作られた歯形で、内接歯車ポンプに使われる。

**歯車用語**
歯車の各部
 歯（tooth）
 歯車の突起部分。
 歯数 
 歯の枚数。
 ピッチ円（pitch circle）
 歯車のかみ合う位置から、中心までの距離の2倍がピッチ円径である。ピッチ円直径を  で表す。
 歯面（tooth surface）
 歯の輪郭。歯面のうちピッチ円より外側を歯末の面（tooth face）、内側を歯元の面（tooth flank）という。
 歯先円（addendum circle）
 歯の先端を通り、ピッチ円と同心の円。歯先円直径を  で表す。
 歯底円（dedendum circle,root circle）
 歯の根元を通り、ピッチ円と同心の円。歯底円直径を  で表す。
 歯末のたけ（addendum） 
 歯先円半径とピッチ円半径との差。
 歯元のたけ（dedendum） 
 ピッチ円半径と歯底円半径との差。
 全歯たけ（whole depth） 
 歯末のたけと歯元のたけの和。すなわち、 である。
 頂げき（top clearance）
 歯元のたけ  と相手歯車の歯末のたけ  との差。すなわち、 である。
 ピッチ（pitch）・円ピッチ（circular pitch） 
 ピッチ円上の1歯の上の点と隣りの歯の上の点との距離をピッチ円に沿って測ったもの。 である。
 法線ピッチ（normal pitch）
 インボリュート歯形において、インボリュートの法線が隣のインボリュートによって切り取られる長さ。
 歯幅（face width）
 歯車の軸方向に測った歯の長さ。
 歯厚（tooth thickness） 
 ピッチ円上で測った歯の厚さ。
 歯溝の幅（space thickness） 
 ピッチ円上で測った歯と隣りの歯との隙間の長さ。
 バックラッシュ（backlash）
 2つのかみ合う歯車にて、互いのピッチ円間にある隙間のこと。歯の両面（腹と背）の接触を防ぎ、性能が低下することを防ぐために設けられる「必要悪」。
 モジュール（module）
 歯の大きさを表す規格値。一般に用いられている標準寸法の歯を並歯（full depth tooth）というが、並歯では歯末のたけとモジュールを等しくする。
 クラウニング（crowning）
 歯車同士がかみ合っているとき、全体的になめらかさを出すことで相手の歯をしっかりかみ合わせることができる。このなめらかさを出すことをいう。
 速比 
 速比は、次式で表される。-  駆動歯車の歯数 / 従動歯車の歯数  従動歯車の角速度 / 駆動歯車の角速度
 伝達比 
 伝達比は、速比の逆数で表される。


**規格**
歯車には以下の規格が用いられる。- 国際規格
** ISO規格（国際標準化機構）- 日本規格
*# JGMA規格（一般社団法人日本歯車工業会）
*# JIS規格（一般財団法人日本規格協会）
上記、規格は各団体で購入可能（3.は日本規格協会でも購入可能）

**シンボルとしての「歯車」**
さまざまな国家や企業（特に製造業）、団体の旗・記章等において、「工業」あるいは「労働者」を象徴する意匠として歯車が用いられており、ミャンマー、アンゴラの国旗および国章、イタリア、中華人民共和国（中国）、ベトナム、ラオスの国章、日本共産党の党章、日本国の五円硬貨、工場を表す日本の地図記号等が例として挙げられる。
フィクションでは、古くはチャールズ・チャップリン監督作品『モダン・タイムス』が人間が機械の一部分のように扱われる象徴として歯車を用いており、日本の漫画・アニメーション作品でも『銀河鉄道999』の機械帝国が使用している。

**生体歯車**
ウンカの幼虫には後ろ足に正確な跳躍のため歯車を備えている種がある。この種の成虫は摩擦を用い跳躍する。

**脚注**

**注釈**

**出典**

**参考文献**

**書籍**
 cite book|和書|author=大西清|authorlink = |coauthors =|year=1997 |title=JISにもとづく機械設計製図便覧 |publisher=理工学社|ref=大西1997|id= |isbn =978-4-8445-2024-5- Cite book|和書|author = ジャパンマシニスト社編集部|authorlink = |coauthors =|year = 1969|title = 歯車|publisher = ジャパンマシニスト社|ref = JM1969|id =|isbn =4-88049-001-6

**関連項目**
 スラスト- ギヤトレーン- トライボロジー- 歯切り盤- ホブ盤- ホブ- ジェネバ機構- 無駄歯- 滑車- トランスミッション- 摩擦車

**外部リンク**
  KHK歯車大学 - 歯車についての技術解説ページ- kotobank|歯車-113922|日本大百科全書(ニッポニカ)|歯車