「歯車屋の見た世界」

目次

まえがき ........................................................................................................................................................................ ⅰ

第１話

トランスミッションとある歯車屋の思い................................................................................................................ 001

第２話

トランスミッションと歯車 ....................................................................................................................................... 005

第3話

機械式動力伝達の基本 ............................................................................................................................................... 008

第4話

昔々の回転運動・動力の伝達 ................................................................................................................................... 011

第5話

回転運動と動力の伝達（近世） ............................................................................................................................... 013

第6話

サイクロイド歯車 ....................................................................................................................................................... 015

第7話

サイクロイド歯車とインボリュート歯車................................................................................................................ 018

第8話

歯形論と歯車 ............................................................................................................................................................... 021

第9話昔の歯車の歯の製法と圧力角 ................................................................................................................................... 024

第 10 話

創成歯切り法の発明 ................................................................................................................................................. 027

第 11 話歯車のホブ切り ......................................................................................................................................................... 030

第 1２話

かみ合う歯車の中心距離 ........................................................................................................................................ 033

第 13 話

駆動装置用歯車の問題点の解決 ............................................................................................................................. 036

第 14 話

互換性・標準化のメリット・デメリット.............................................................................................................. 039

第 15 話

転位歯車 ..................................................................................................................................................................... 043

第 16 話

高性能歯車加工技術 ................................................................................................................................................. 046

第 17 話

インボリュートはすば歯車（その 1）............................................................................................................... 049

第 18 話

インボリュートはすば歯車（その 2）............................................................................................................... 051

第 19 話

やまば歯車 ................................................................................................................................................................. 054

第 20 話インターナルギヤ（内歯車） ................................................................................................................................. 057

第 21 話

インボリュート歯車の歯面形状精度 ..................................................................................................................... 060

第 22 話

歯車の精度と歯車の運転性能解析の基本.............................................................................................................. 064

第 23 話

非平行軸間の回転運動・動力の伝達 ..................................................................................................................... 067

第 24 話

ベベルギヤ（かさ歯車） ......................................................................................................................................... 070

第 25 話

ベベルギヤの不条理と歯当たり管理 ..................................................................................................................... 073

第 26 話

ベベルギヤ、ハイポイドギヤ、スピロイドギヤ、ウォームギヤ ...................................................................... 076

第 27 話フェースギヤと新種ベベルギヤ ............................................................................................................................. 079

第 28 話

コニカルギヤ ............................................................................................................................................................. 083

第 29 話

外形のゆがんだ歯車 ................................................................................................................................................. 086

第 30 話

歯すじのゆがんだ歯車 ............................................................................................................................................. 090

第 31 話

等速運動を伝達する歯車理論の飛躍 ..................................................................................................................... 093

第 32 話

歯車のピッチ誤差、運転性能解析の序 ................................................................................................................. 096

第 33 話動力の分岐と統合 ..................................................................................................................................................... 100

第 34 話

遊星歯車装置 ............................................................................................................................................................. 103
I第 35 話飛行機と遊星歯車装置 ............................................................................................................................................. 106

第 36 話最新の航空機エンジン用遊星歯車装置 ................................................................................................................. 109

第 37 話

遊星歯車装置の特殊技術 ......................................................................................................................................... 112

第 38 話

乗用車用トランスミッション ................................................................................................................................. 115

第 39 話HV 車（Prius）用トランスミッション（その 1） ................................................................................................ 119

第 40 話HV 車（Prius）用トランスミッション（その 2） ................................................................................................ 123

第 41 話

AMT、シームレスシフト、IST............................................................................................................................... 126

第 42 話

差動歯車装置 ............................................................................................................................................................. 130

第 43 話

差動歯車装置の難しさ ............................................................................................................................................. 133

第 44 話日本の機械技術の現状 ............................................................................................................................................. 136

第 45 話歯車変速装置の立ち位置 ......................................................................................................................................... 140

第 46 話歯車強度の伝統的検討法（歯の折損） ................................................................................................................. 144

第 47 話歯車強度の伝統的検討法（歯面疲労） ................................................................................................................. 147

第 48 話歯車強度の伝統的検討法（歯面の焼付き） .......................................................................................................... 150

第 49 話

歯車強度検討法の国際規格 ..................................................................................................................................... 153

第 50 話

歯車損傷用語 ............................................................................................................................................................. 156

第 51 話歯車強度の伝統的検討法の問題点 ......................................................................................................................... 159

第 52 話

歯面の損傷と応力体積 ............................................................................................................................................. 163

第 53 話

歯車における損傷の進行 ......................................................................................................................................... 166

第 54 話

機械部品用鋼材の製造と均一性 ............................................................................................................................. 169

第 55 話

鋼材組織の不均一性と損傷事故 ............................................................................................................................. 172

第 56 話

機械部品用鋼材の強化と硬い介在物 ..................................................................................................................... 176

第 57 話鋼の鍛錬と品質 ......................................................................................................................................................... 180

第 58 話

硬さと強さ ................................................................................................................................................................. 183

第 59 話

鋼材品質に関する指標 ............................................................................................................................................. 186

第 60 話

歯車用鋼材の硬さのバラツキと内歯車 ................................................................................................................. 189

第 61 話

浸炭焼入れ後の鋼材品質 ......................................................................................................................................... 192

第 62 話

高周波焼入の問題 ..................................................................................................................................................... 195

第 63 話

素材品質と高周波焼入後の品質 ............................................................................................................................. 199

第 64 話

歯車損傷のトラブル シューティング ................................................................................................................... 202

第 65 話コンピューター利用の歯車強さ検討法の問題点 .................................................................................................. 205

第 66 話

乗用車用トランスミッションギヤ歯面の剥離 ...................................................................................................... 208

第 67 話

被動歯車歯先エッジによる駆動歯車歯元歯面の攻撃 .......................................................................................... 211

第 68 話

駆動歯車歯元の干渉損傷 ......................................................................................................................................... 214

第 69 話

摩耗粉の発生と歯面への付着 ................................................................................................................................. 217

第 70 話

異物のかみ込みと油の劣化 ..................................................................................................................................... 220

第 71 話

扇形の歯面剥離の発生機構 ..................................................................................................................................... 223

第 72 話かみ合いはずれ時に起こる損傷 ............................................................................................................................. 226

第 73 話

歯先・歯元接触時の発熱と材料の軟化 ................................................................................................................. 229

第 74 話

大形歯車のトロコイド干渉と損傷 ......................................................................................................................... 232

第 75 話見える見えない（光と影） ..................................................................................................................................... 235

第 76 話見える見えない（照明角度、目の感度特性と焦点合わせ） .............................................................................. 238
II第 77 話

ギヤノイズ ................................................................................................................................................................. 241

第 78 話FF 化の促進とギヤノイズ問題の顕在化、そして環境変化 ................................................................................. 244

第 79 話

ギヤノイズの発生伝達メカニズム ......................................................................................................................... 247

第 80 話バックラッシに起因する歯面分離による歯打ち音 .............................................................................................. 250

第 81 話

かみ合い率とギヤノイズ ......................................................................................................................................... 253

第 82 話

ギヤノイズ低減のための高歯化設計における課題 .............................................................................................. 256

第 83 話コンピュータプログラムの普及とスキルレス化の始まり .................................................................................. 259

第 84 話

ギヤノイズ低減のためのファインピッチ設計の落とし穴 .................................................................................. 262

第 85 話暗騒音によるギヤノイズのマスキング効果 .......................................................................................................... 265

第 86 話かみ合い伝達誤差解析法の導入 ............................................................................................................................. 268

第 87 話モータースポーツと歯車 ......................................................................................................................................... 271

第 88 話

歯車屋が考える最適歯車諸元設計法 ..................................................................................................................... 274

第 89 話

統計的処理による歯車精度管理 ............................................................................................................................. 277

第 90 話

製造誤差に対してロバスト性を有する歯面修整形状 .......................................................................................... 280

第 91 話

ギヤノイズ起振力（メッシュフォース）とコンプライアンス .......................................................................... 283

第 92 話パワープラント共振と騒音振動現象 ..................................................................................................................... 286

第 93 話自動変速機と遊星歯車機構 ..................................................................................................................................... 289

第 94 話

遊星歯車機構のギヤノイズの特徴 ......................................................................................................................... 292

第 95 話電気自動車のための高効率高減速歯車装置 .......................................................................................................... 295

第 96 話電気モーターの進化と変速機の価値 ..................................................................................................................... 298

第 97 話デファレンシャル機構の功罪、高減速駆動系の問題 .......................................................................................... 301

第 98 話電気自動車（EV）に対応した歯車設計 ................................................................................................................ 304

第 99 話

これからの歯車新技術（1）高性能化と製造の高能率化 ............................................................................ 307

第 100 話

これからの歯車新技術（ 2）歯のエッジ処理 ......................................................................................... 310

索引 .............................................................................................................................................................................................. 315

あとがき ........................................................................................................................................................................ ⅰIIIContents of Small talks

Small talk 1「誉」発動機と戦闘機 ...................................................................................................................................... 004

Small talk 2

同意味用語 ......................................................................................................................................................... 007

Small talk 3

アッカーマン ..................................................................................................................................................... 014

Small talk 4

グラフィックデザイナーの描く間違った歯車 .............................................................................................. 014

Small talk 5

明治日本の産業革命遺産

Small talk 6

カミューの定理 ................................................................................................................................................. 020

Small talk 7

サイクロイド曲線とインボリュート曲線の媒介変数表示........................................................................... 020

Small talk 8

ニュートン法によるインボリュート関数の逆関数の計算........................................................................... 026

Small talk 9

工具刃先 R 部で創成される歯車歯元隅 R 部の形状の計算 ......................................................................... 029

Small talk 10

あるべき会社の姿............................................................................................................................................ 032

Small talk 11

優秀な技術者と並の技術者 ............................................................................................................................ 038

Small talk 12陰と陽 ............................................................................................................................................................... 042

Small talk 13

塩野七生著「ローマ人の物語」より ............................................................................................................ 045

Small talk 14

唯一、賞賛されたギヤノイズ ........................................................................................................................ 053

Small talk 15

誤差と偏差 ....................................................................................................................................................... 063

Small talk 16

歯側端エッジ接触による損傷 ........................................................................................................................ 063

Small talk 17

CAD データから歯車が出来るまで .............................................................................................................. 082

Small talk 18

コニカルギヤを用いたフェースギヤ ............................................................................................................ 085

Small talk 19

バリアブルギヤレシオステアリング ............................................................................................................ 089

Small talk 20

風車用遊星歯車装置の内歯車の課題 ............................................................................................................ 108

Small talk 21

航空機用遊星歯車装置の効率 ........................................................................................................................ 114

Small talk 22

自動車用歯車の設計要件 ................................................................................................................................ 118

Small talk 23

ハイブリッド車駆動系に潜む問題 ................................................................................................................ 122

Small talk 24

プリウスのエンジンブレーキ ........................................................................................................................ 125

Small talk 25

1928 年製 BMW 初号車とその運転 ............................................................................................................... 129

Small talk 26

新構造の差動歯車装置、検討の要点 ............................................................................................................ 132

Small talk 27

差動遊星歯車装置の動力循環の計算 ............................................................................................................ 135

Small talk 28

2 次元歯車を元にした強度計算 ..................................................................................................................... 152

Small talk 29真の損傷原因を突き止めるのがトラブルシューティング......................................................................... 158

Small talk 30

シャルピー衝撃値と曲げ疲労限度 ................................................................................................................ 162

Small talk 31

U 値と K 値 ....................................................................................................................................................... 165

Small talk 32

過剰な浸炭焼入れ処理で生まれた硬化層内のマイクロクラック ............................................................. 175

Small talk 33

材料の強化機構 ............................................................................................................................................... 179

Small talk 34

不適切な浸炭焼入により発生した微細な割れ ............................................................................................ 179

Small talk 35

刀鍛冶 ............................................................................................................................................................... 182

Small talk 36

規則盲従とマニュアル至上主義の弊害 ........................................................................................................ 188

製鉄・製鋼、造船、石炭産業........................................................................... 017

IVSmall talk 37

ビッカース硬さ ............................................................................................................................................... 191

Small talk 38

異物のかみ込み圧痕 ........................................................................................................................................ 191

Small talk 39

中国製品と日本製品 ........................................................................................................................................ 198

Small talk 40

人間は自分が馬鹿であると言うことに気づけないほど馬鹿 ..................................................................... 198

Small talk 41

高周波焼入れの TTA 線図 .............................................................................................................................. 201

Small talk 42

所詮、シミュレーションは仮想現実の世界 ................................................................................................ 210

Small talk 43

日本の歯車産業発展のために ........................................................................................................................ 216

Small talk 44

エッジが接触しないようにうまく丸められた歯先落し部の 2 度接触 ..................................................... 222

Small talk 45歯の側端に生じる凝着摩耗とそのメカニズム ............................................................................................ 228

Small talk 46

動力伝達をしたことによる歯面材料の変化 ................................................................................................ 231

Small talk 47人の目のオートフォーカス機能 .................................................................................................................... 237

Small talk 48

1970 年代のギヤノイズ低減対策 ................................................................................................................... 243

Small talk 49

歯面修整形状とギヤノイズ特性 .................................................................................................................... 249

Small talk 50

ギヤノイズの「色即是空」 ............................................................................................................................ 252

Small talk 51

レース用トランスミッション歯車のかみ合い損失 .................................................................................... 273

Small talk 52

最適歯車諸元設計における基本計算式 ........................................................................................................ 276

Small talk 53

モンテカルロ法 ............................................................................................................................................... 279

Small talk 54

プリウスのカウンタードライブギヤウェブ面の長穴 ................................................................................ 285

Small talk 55

マセラティとストラディバリウス ................................................................................................................ 288

Small talk 56

日本のエネルギー政策 .................................................................................................................................... 297Small talk 57

機械基盤技術に基づく新しい技術の創出 .................................................................................................... 313

V

はじめに

私は日本でもぼつぼつ自動車が普及しかけてきた時代に、先の大戦中、中島飛行機で高性能航空機のエンジン開発に関わってこられ、戦後、京都大学の精密工学科で機械要素の教授をしておられた会田俊夫先生の研究室で先生のカバン持ちをしながら、仲間内では歯車屋と言われる分野の仕事を学んでいました。その後、多くの機械会社とお付き合いをさせて頂き、主として歯車装置の損傷や振動騒音等の問題を一緒になって解決していく仕事をしていました。
思い返えせば、私は、自動車をはじめとする輸送機械技術に革新が起こり、栄え、そして次第に凋落していく世の動きと共に生きてきたようです。それはそれなりにやりがいもあり楽しんでこられたと感謝の気持ちでいっぱいです。
メカニズムに興味のある機械好きの私は、同じような趣味の人と色々と対話・議論もさせて頂きましたが、ひょんなことから Motor Fan Illustrated 誌のスタッフと親しくなり、「メカニズムが分かると自動車がもっと面白くなる」という同書の主張がかなり多数の自動車好きに支持され、自動車オタク向けの内容の本の発行を長く継続されていることを嬉しく思っていました。自動車を構成するメカニズムの一部としてトランスミッションが取り上げられるのは私の専門性からは嬉しかったのですが、一方、その基本となる歯車について読者に分かってもらえるような記事がないことやトランスミッションに関する情報もどちらかと言えばメーカーの製品紹介的になる傾向があり、本当の機械好きが満足するだろうかとも感じました。
そこで当時の鈴木慎一編集長に、歯車技術についての連載記事を書かせてもらえませんかと打診をしたところ、快諾を頂き、無味乾燥の学校の授業のような内容ではなく、技術背景、歴史、経済、政治、そして社会と人間をも含んで「The world according to gear specialist」という記事にしてはどうでしょうかという提案を受けました。それに全く同意し、歯車の歴史から始めて、歯車の技術開発はいかに発達してきたか、歯形論、歯車加工法とその進化、歯車の種類、歯車の精度検査、各種歯車装置の構造、歯車の強さ、歯車材料・熱処理、歯車装置の振動・運転騒音、歯車に関わる専門用語等について、歯車技術とは無縁の一般の人にもその全貌が分かるように記述することに務めながら、筆者の心の思いや感想をも主観的に述べて話を進めることにしました。第 77 話からは以前からの知り合いで、日産自動車で定年まで一貫して歯車の研究開発に携わってこられた森川邦彦さんを執筆に誘い、共著で、最新の歯車技術情報や動向をも内容に加えました。そうこうしている内に話が 100 話にも達することになりました。内容的には機械工学の常識的基礎知識をかなり網羅できたと思います。これらの内容は、歯車技術者を志す者にとっては、絶対に知っておかねばならない必須知識だと思います。そこで、これまで連載してきた第 1 話から第 100 話までを再校正し、内容をブラシアップし、また、各話で取り上げた内容の相互の関連が分かるように注記を加筆して、関連する技術や経済・政治的話題等を小話(Small talk)として各話の間に適宜挿入して単行本としました。
太平洋戦争末期に生まれ、戦後の混乱期に幼年を過ごした私は、一生懸命に働けば明日は必ず今日よりも良くなると信じて努力ができた時代を生きてきました。日本は、戦後 50 年で Japan as number one と言われるようになり、日本人はその経済的豊かさを満喫できるようになりました。しかし、世界のトップに肉薄していた日本の科学技術がそれ以後、あっという間に三流国に凋落してしまいました。現在、新聞やテレビ、さらには WWW(World Wide Web)を駆け巡る情報の量の増加とその質の低下には目を覆うばかりです。
今、世界がこれから進むべき方向として、持続可能な社会を目指すと言っています。次のグラフは近年の各国の景気状況の変化を示しています。世界の殆ど全ての国で経済は inflating で、sustainable な社会を目指いていないことは一目瞭全です。 唯一の例外が日本です。日本が経済的に取り残されていることが認められます。しかし、見方を変えれば日本はずっと以前に inflating 経済を卒業し、sustainable な社会を実現しているとみることもできます。
だけどこのような日本には、今、問題山積です。日本人は現在と近い将来の日本に幸せを本当に感じるのでしょうか。
i現在の世界では、現象評価は全て数値に基づく判断しか認められません。しかし、人間の全ての活動の motive forceは広い意味での欲望の充足であり、その結果の判断は各々の人の脳内のデータベースとの対比によるものでしょう。
これを数値化して物事の判断することはできないように思いますが、AI が進歩すればそうでなくなるかも知れません。
また、すべての状況判断において、「人間をはじめとする動物の集団は、その 1/3 は善良なもの、その 1/3 は邪なもの、そして残りの 1/3 は日和見である」ことが忘れられてしまっています。AI は将来、これらの状況まで判断できるのでしょうか。神の領域への侵犯と戦争布告ですね。
教育も形式の踏襲ばかりで、人の心を成長させ鍛えることや、師弟の関係や温故知新の有用さも評価されなくなりました。若い人は四六時中、スマホをいじくって情報のやり取りをし、その結果、人と会話ができない子が増え、人の心の動きが分かる本能が鍛えられません。また、挨拶ができない、「ありがとう」、「済みません」が言えない子が多くなってきています。このよう子らは大人になっても、人とネゴができるようにはならないでしょうし、その結果、人が主役を演じる社会では重要な決定に参加できないことになってしまいます。すなわち、このような教育は一兵卒を作るためのもので、指揮官や参謀を作ることはできないものです。前の大戦後、日本を無毒化して役立てるために戦勝国が意図した日本改造計画の成果が見事に現れているのかも知れません。日本にはどこかの大国の番犬として役立つことが期待され、その線に沿って働く日本人が引き立てられて今の日本の構造が出来ました。そして今、日本人の大半はそのような結界の中に閉じ込められていることすら認識できず、その中の小さな平安と豊かさに満足しています。
近年の日本凋落の根本原因は、豊かになった日本の状態を単に維持するために、日本人全体が冒険を恐れ、超々保守的になってしまったことにあるような気がします。そして官僚的整合性、すなわち例えば研究開発においても、「成果をも詳述した計画書類でなければ裁可されず、そしてそれに完全に整合した成功報告を、たとえそれが似非であっても、しなければならないという意識」が無言のうちに支配的となりました。そしてマスコミがこれを後押し、また、責任回避に有用なこの方法が官僚のみならず研究者・教育者そして企業経営者をも洗脳してしまったようです。
未知のものに対する取組みは、その開始時において結論が分かっているはずはなく、解明しようとする対象の大局に向かって、作業の過程で得られていく情報を参照しながらその軌道を常に修正し、最大の成果を得ようとするものでなくてはならないはずですが、このような冗長性、軌道修正は現在許されないに等しくなっているようです。これは未知のものに対する物事の進め方の本道とは全く相反するような気がします。しかし日本人の大半は、現状の日本は未だに世界の技術大国であるのだと信じて、過ごしているようです。Japan as number one と言われていた豊かな時代の付けを払わされているのですね。
この本の出版は、このような現状に鑑み、長年、歯車技術に携わってきた歯車屋の目で見た日本の歯車技術衰退に対する憂い、新しい技術の提案をさせて頂くものです。日本再興への何某かの助力になればとの願いでもあります。
技術は人の生の質の向上に寄与するものでなくてはならず、それには脳の働きに対応する先端の IT 技術と、骨・筋肉の働きに対応する基盤技術の双方が重要で、そのバランスが取れていなくてはなりません。近年、基盤技術の代表である機械技術については、骨・筋肉を鍛える努力が全くなされない虚弱児童を作るような状況が進められていますが、本書はそれに対するなにがしかの抵抗でもあります。

2022 年 9 月
ii

京都修学院にて

久保愛三