歯車ABC　基礎知識特集　実用編

の 実用編 全日本学生フォーミュラ大会ユニーク デザイン賞受賞の明星大学フォーミュラカープロジェクト車体 小型競技用ロボット （ステアリング系にKHK KBXベベルボックス使用） 歯車図面 弊社キャラクタ「はぐるまくん」と一緒に勉強しよう。

Contents 1. 歯車の使い方と選び方　　　 P 2 　1-1 平行軸での使い方　　　　 P 4 　1-2 交差軸での使い方　 　　　 P 6 　1-3 食い違い軸での使い方 P 8 　1-4 標準歯車の便利な選び方 　 P10 2. 歯車仕様の決め方 　　　P12 こんにちは、はぐるま君です。歯 　2-1 歯車使用条件の設定　 　　 P12 車ABCは、「入門編」「基礎編」「実 　 2-2 歯車仕様の設定方法　　　　 P13 用編」の 3冊があります。 「入門編」と「基礎編」は、いか 　2-3 歯車仕様の計算　　 　　　P16 がでしたか。歯車の歴史や役目、 3. 歯車図面の作り方 P18 そして歯車の基礎がご理解いただ けたでしょうか？ 　3-1 歯車の図面　　　　　　　　P18 この「実用編」ではKHK標準歯 　3-2 歯車図面の作図支援 P22 車を例にとり、適切な歯車を選ん で仕様を決め、図面を書いて作る 4. 歯車の組付けと潤滑　　　　P24 まで、また完成した歯車の取り付 　4-1 歯車の組付けと確認方法 P24 けや確認方法などを紹介していま 　4-2 歯車の潤滑方法 P30 す。お客様が歯車を設計するとき も、KHK製品の仕様をベースに 　4-3 潤滑油の選定方法　 P32 すると設計の効率化に役立ちます 　4-4 安全上の注意と起動時の注意　P35 ので是非ご覧ください。

歯車ABC　実用編 1. 歯車の使い方と選び方 歯車は動力を伝達するために使用します。 伝達方向によって歯車の種類が異なるため、歯車の使い方を理解し てから適切な歯車を選んでください。 歯車の分類 平行軸 ■平歯車 　　 P4 ■ラック＆ピニオン 　　　　 P5 ■マイタ ■かさ歯車 交差軸 　　P6 　　　P7 食い違い軸 ■ウォームギヤ　 　　　　　P9 ■ねじ歯車 　　　P8 - 2 -

1. 歯車の使い方と選び方 かわ何あ なれのの ぁて歯機 い車械 るがに の使は 歯車の種類 KHK標準歯車紹介 MSGA SSG SS SUS PS 平歯車 （スパーギヤ） KHG SH はすば歯車 （ヘリカルギヤ） KRG (F) (D) SRFD SUR (F) (D) PR (F) KRHG (F) ラック ヘリカルラック SI SIR 内歯車 （インターナルギヤ） MMSG SMSG MM SUM PM マイタ SB･SBY SB SUB PB DB すぐばかさ歯車 （ストレートベベルギヤ） MBSG SBSG MBSA (B) SBS まがりばかさ歯車 （スパイラルベベルギヤ） SN SUN AN PN ねじ歯車 （スパイラルギヤ） KWGDL (S) KWG ＆ AGF SWG ＆ AG SW ＆ BG･CG SUW ＆ PG ウォーム ＆ AGDL BG･CG ウォームホイール - 3 -

歯車ABC　実用編 1 ー 1 平行軸での使い方 ■平歯車の使い方 平行軸 ●線材送り装置 高島産業社製　高島式高速自動線材矯正切断機　TCH-9L 機械の説明 線材のねじれや曲がりを防止しながら自動的に矯正と切断を行う機械です。 線材を送る装置に弊社 SS 及び SSA 平歯車を使って頂いております。 ●食材送り装置 自動車のミッションには平歯 車や はすば歯車がたくさん使われ ているよ。 PKDesign 提供 ジェイマシン社製 全自動成形機　JG-180A 機械の説明 餃子や小籠包など 1 台で 10 品目以上の食品の生 産が可能な全自動成形機です。食材の具を送る装置 に弊社 PS 及び PSA プラスチック平歯車を使って 頂いております。 - 4 -

1. 歯車の使い方と選び方 ■ラック＆ピニオンの使い方 平行軸 ●テーブル送り装置 ドリマックス社製　自動送りハイスピードツマカッター　F-T200 機械の説明 強制送り装置付高性能ツマカッターです。両端を切り落とした大根をセットするだけで、同時に２ 本処理できます。テーブルの強制送り装置に弊社 PR プラスチックラック及び PS プラスチック平 歯車を使って頂いております。 ●充填弁の開閉装置 自動車のステアリング にはラック ＆ピニオンが使われて いるんだよ。 PKDesign 提供 マスダック社製　小型ワッフル・どら焼き機　SDR-SGA-Z 機械の説明 ワッフルやどら焼き機の皮の焼成から焼きあがった皮を コンベアに出すまでの工程を自動化した機械です。生地 を充填する弁の開閉装置に弊社 SR ラックと SS 平歯車 を使って頂いております。 - 5 -

歯車ABC　実用編 1 ー 2 交差軸での使い方 ■かさ歯車の使い方 ●生地の反転装置 マスダック社製　どら焼き機　SDR-KAM-24GA 機械の説明 生地充填、焼成、反転、中身充填、合わせなどの各工程が全自動のどら焼き機です。 焼きあがった生地の中間返しの装置に、弊社SMマイタを使って頂いております。 自動車のデファレンシャルギヤはすごい んだ。 この機構で安全に、そしてスムーズにコ ーナー を曲がれるんだぁ。 PKDesign 提供 - 6 -

1. 歯車の使い方と選び方 交差軸 ●プロペラの駆動装置 東京工業大学　Meister チーム製作　人力飛行機 機体の説明 鳥人間コンテストでおなじみの人力プロペラ機です。東工大Meister チームは、日大や東北大チーム と同様に高い技術と、完成度の高い機体を製作し、いつも上位入賞しています。そのペダルからプ ロペラを回す駆動装置に弊社MBSA(B) まがりばかさ歯車を使って頂いております。 ●前後輪駆動装置 SHESCO 社製　フルタイム２WD BIKE 自転車の説明 ペダルを踏むと後輪だけでなく、ギヤとシャフトで接続された前輪にも駆動力が掛かり、雪上や氷 上でも走れる２WDの自転車です。シャフトドライブ方式による前輪駆動装置に、弊社SBかさ歯車 を使って頂いております。 - 7 -

歯車ABC　実用編 1 ー 3 食い違い軸での使い方 ■ねじ歯車の使い方 ●銅板（焼き型）の送り装置 マスダック社製　中型ワッフル・どら焼き機　SDR-SGA-500 機械の説明 １台でワッフル、どら焼き、トラ焼き、鮎焼き、あん巻き…いろいろな直焼き商 品が作れるコンパクトマシンです。焼成部の銅板（焼き型に変換可）を送る装置に、 弊社SNねじ歯車を使って頂いております。 ●ローラによる送り装置 ワーク ワーク ローラ ローラ ローラ ローラ ローラ 装置の説明 装置の説明 １つの入力軸にねじれ方向が同じ複数のねじ歯車 １つの入力軸にねじれ方向が違う２つのねじ歯車 を取り付けて、同じ方向に回転するローラの上に を取り付けてローラを逆転させ、はさみ込んだ 乗せたワークを左右に移動させる装置です。 ワークを上下に移動させる装置です。 - 8 -

1. 歯車の使い方と選び方 ■ウォーム＆ホイールの使い方 食い違い軸 ●容器の反転装置 ヤエス社製　スチームケトル　SK- ６ 機械の説明 食品加工機です。容水量 360ℓ、煮炊量 216kg の容器を反転する装置に 弊社SWウォームとCGウォームホイールを使って頂いております。 ●生地の充填装置 、小さなモー タでも大き ウォームギヤ を使えば な仕事をする んだね。リン ク機構と組合 わせて 自動車のワイ パーを動かし てるよ。 PKDesign 提供 マスダック社製　食材充填装置　SAD-SD 装置の説明 容器に入れた食材を正確に一定量充填する装置で す。その装置の駆動と割り出し用ギヤとして、弊 社 KWGDL 複リードウォームと AGDL ホイール を使って頂いております。 - 9 -

歯車ABC　実用編 1 ー 4 標準歯車の便利な選び方 使いたい歯車のイメージはつかめたでしょうか？それでは具体的に歯車の種類を決めましょう。 目的の歯車を選定する場合、当社の Web カタログをご利用頂くと大変便利です。 200 品目に分類された 30000 種以上の KHK 標準歯車の写真と特長を見ることができるため、 きっと目的の歯車が素早く見つかると思います。是非ご利用ください。 １．写真を見て検索 ●歯車の種類別に製品写真を見ながら 　KHK 標準歯車が選択できます。 KHK KWGDLS3.5-R1 SS1-20 MM2-25 ●カタログ記号を入力してダイレクト SSG 　に KHK 標準歯車が選択できます。 ２．カタログ記号で検索 - 10 -

1. 歯車の使い方と選び方 ３．歯車仕様で絞り込み検索 ●ご希望の歯車仕様で絞り込み、 　KHK 標準歯車が選択できます。 強度で絞り込み 検索 精度で絞り込み 価格で絞り込み - 11 -

歯車ABC　実用編 2. 歯車仕様の決め方 歯車は材料、熱処理、精度、表面処理の違いによって性能が変わり ます。第 1 章で機構が決まりましたら次に歯車の仕様を検討してく ださい。 2 ー 1　歯車使用条件の設定 まず機械の使用条件、すなわち歯車の使用条件を設定します。 決めなければならない使用条件は設計者の意図によって異なりますが、ここでは第 1 章の伸線 機の平行軸に使用する平歯車の使用条件を設定します。 ■歯車の使用条件設定表 設定項目 設定値 解説 モータ出力 0.5 kW 入力回転数や最大負荷トルクを考慮して適切 なモータを選定します。 入力回転数 60rpm 60rpm は低速ですが、高速で使用する場合 は振動や騒音に影響します。 速度伝達比 1.4 程度 入力軸と出力軸の速度伝達比です。大歯車の 歯数 ÷小歯車の歯数で計算してください。 回転方向 片側一方向回転 荷重方向が一定なので両方向回転より負荷条 件が良くなります。 歯車の支持方法 片持ち支持 軸がたわむため両側支持より使用条件が悪く なります。 中心距離 80mm 程度 歯車の取付けスペースを考慮して決めてくだ さい。 潤滑方法 グリース潤滑 潤滑条件は悪い部類です。歯車は油浴式（オ イルバス）や強制潤滑方式が基本となります。 歯車を強度から選定するときの基本値です。 出力軸の負荷トルク 6.5kgf･m できるだけ正確な負荷トルクを設定してくだ さい。 期待寿命 1 日 5 時間、 歯車の寿命計算はできませんが、歯車を強度 週 5 日稼動で 3 年間 から選択するときの目安となります。 ※設定値は当社で考えた想定値であり実際の機械スペックではありません。 - 12 -

2. 歯車仕様の決め方 2 ー 2　歯車仕様の設定方法 次に使用条件を満たす歯車の仕様を設定します。 歯車仕様を決める場合、大きさ、強さ、精度、コスト ･･･ など、多くの条件を検討しなければな りませんが、当社のカタログをご利用頂き、使用条件を満たす KHK 標準歯車を目安にすると適 切な歯車仕様をスピーディーに決めることができます。 それでは、前記の使用条件設定表に基づいて平歯車の仕様を設定してみましょう。 ■強度についての検討 強度を検討する場合、負荷トルクより許容曲げ強さと許容歯面強さが大きい歯車仕様にしますが、 低速回転で短期間使用する場合、曲げ強さのみで仕様を決めることもあります。また、通常負荷 トルクから選定することが基本ですが、負荷トルクが不明な場合は使用するモータの出力トルク から仕様を決めることがあります。ただし、オーバースペックになりがちなのでご注意ください。 下表は許容曲げ強さと歯面強さが負荷トルク 6.5kgf・m を満たす KHK 標準歯車の選定結果です。 Web カタログ「負荷トルク検索」により検索される平歯車製品一覧表（抜粋） トルク（kgf・m） 製品 材質 熱処理 精度 （級） 価格（円） 曲げ強さ 歯面強さ MSGA4 -15 SCM415 全面浸炭焼入れ N5 59.7 30.8 8,950 SSG4 - 15 S45C 歯面高周波焼入れ N7 20.1 7.55 6,470 SS4 - 32 S45C なし N8 72.1 6.87 6,840 SSA4 - 32 S45C なし N8 72.1 6.87 5,430 SUSA4 - 40 SUS303 なし N8 53.2 7.86 34,930 ※ Web カタログの検索結果はシリーズの同一モジュールごとに負荷トルクを満たす最小歯数の製品が選択されます。 　選定された歯数以上の製品も負荷トルクを許容いたします。価格は 2010 年 3 月現在 ＜ワンポイントアドバイス＞ 歯車の強度アップには、歯車を大きくする、歯幅を広くする、強い（= 許容 応力値の高い）材料を使用する等の方法があります。また、焼入れしていない S45C 製品に歯面焼入れを施すと、歯面強さが 4 ～ 5 倍程度アップします。 ただし、熱の影響で歯車精度が悪化するためご注意ください。 Web カタログの寸法表「強度計算」にて SSA4 - 24 を計算 トルク（kgf・m） 製品 材質 歯面高周波焼入れ 精度 （級） 曲げ強さ 歯面強さ なし N8 48.8 3.41 SSA4 - 24 S45C あり N9 44.3 15.2 ＊上記強度計算は、KHK で設定した任意の使用条件（初期値）で焼入れ有無を比較した計算結果です。 - 13 -

歯車ABC　実用編 ■歯車の大きさについての検討 歯車の大きさを検討する場合、歯車の取付けスペース、中心距離、速度伝達比を考慮したモジュー ルと歯数を設定します。下表は中心距離が 80 ｍｍ程度、歯車伝達比 1.4 程度を満たす KHK 標準歯車の選定結果です。 中心距離 速度伝達比 モジュール 小歯車歯数 大歯車歯数 KHK 標準歯車シリーズ 80 1.46 2.5 26 38 SSG、SS、PS SSG、SS、SSA、SUS、 81 1.45 3 22 32 SUSA、NSU、PS、PSA MSGA、MSGB、SSG、 82 1.41 4 17 24 SS、SSA ■歯車仕様の設定 機械の特性や使用する環境に応じて、その他にも検討しなければならない歯車仕様があります。 前記の歯車使用条件及び歯車仕様の検討結果をふまえて歯車仕様を設定してみましょう。 ここでは、使用条件を満たす KHK 標準歯車が選定できたため、その歯車仕様に基づいて設定理 由を解説します。KHK 標準歯車を使用すれば製造コストの低減や製作期間短縮などのメリットが あります。是非ご利用ください。 標準歯車の追加工は「歯車工房」にお任せください。 穴径 キーみぞ タップ 下記加工も「歯車工房」にお任せください。 （1）表面処理 　（2）熱処理 　1. メッキ 　　1. 高周波焼入 　　①亜鉛メッキ ･･･ クロメート黒、白　（3 価対応） 　　2. 窒化 　　②クロームメッキ ･･･ 黒、光沢 　　　①ガス窒化 　　③ニッケルメッキ ･･･ 電解ニッケル、無電解ニッケル 　　　②ガス軟窒化 　　④レイデント ･･･ レイデント処理、フッ化レイデント処理 　　　③塩浴軟窒化 　2. パーカー処理 　（3）その他 　　①パルホス M･･･ リン酸マンガン皮膜処理 　　②デフリックコート ･･･ 固体皮膜潤滑剤 　　1. ワイヤーカット 　　2. フライス加工 　3. 黒染め処理 - 14 -

2. 歯車仕様の決め方 ●選定した KHK 標準歯車 小歯車：SS4 - 17、歯面高周波焼入れ　　　大歯車：SSA4 - 24、歯面高周波焼入れ 歯車仕様 SS4 - 17 SSA4 - 24 歯車の種類 平歯車 平歯車 歯車精度等級 JIS N9 級程度 JIS N9 級程度 モジュール 4 圧力角 20° 歯数 17 24 歯幅 40mm 40mm 基準円直径 68mm 96mm 転位係数 0 0 またぎ歯厚 18.67（2 枚またぎ） 30.87（3 枚またぎ） 材料 S45C S45C 歯面高周波焼入れ 歯面高周波焼入れ 熱処理 HRC45 ～ 55 HRC45 ～ 55 歯面仕上げ 切削仕上げ 切削仕上げ 許容トルク ( 曲げ強さ ) 41.2 kgf･m 64.7 kgf･m 許容トルク ( 歯面強さ ) 4.79 kgf･m 6.77 kgf･m 価格　※ 2010 年 3 月現在 2,810 円＋追加工費 3,920 円＋追加工費 速度伝達比 1.41 中心距離 82mm ＜解説＞ ●強度について 使用条件の期待寿命（1 日 5 時間、週 5 日稼動で 3 年間）から歯車のかみ合い回数 X を小歯 車の回転数ｎ（60rpm）から計算すると 　X ＝ 60rpm × 60 分× 5 時間× 260 日× 3 年＝ 1.4 × 107 となり、耐久性が必要なた め曲げ強さだけでなく、大歯車の歯面強さが負荷トルク 6.5kgf・m を満たす仕様としました。 また、小歯車に加わる負荷トルク 4.61kgf・m（大歯車の負荷トルク 6.5 ÷速度伝達比 1.41） も満たす仕様としました。 ●大きさについて 使用条件の速度伝達比（1.4 程度）と中心距離（80mm 程度）が極力近くなる大きさとしました。 ●その他 機械の特性や使用条件の回転数（60rpm）から、騒音対策、サビ対策、軽量化などを考慮しな くても良いので、コストを抑えるため歯車精度が「JIS N9 程度」、材料は「S45C」 である KHK 標準歯車から選定しました。 ■歯車形状の設定 歯車仕様が決まったら、歯車の取付け方法を考慮した形状寸法を設定します。 取付ける軸径に従って、適切な穴径、キー溝、取付ねじなどの寸法を決めてください。KHK 標準 歯車をご利用頂ければ、Web カタログから追加工の設定が簡単にできます。(P16 参照 ) また製 作は、メーカー保証の「歯車工房」（当社で行う追加工）にお任せください。 - 15 -

歯車ABC　実用編 ２ー 3 歯車仕様の計算 歯車仕様の計算は、歯車 ABC の「B 基礎編」で紹介しているため、ここでは当社のホームペー ジで公開している受注歯車の仕様が簡単に計算できるサービスを紹介します。 受注歯車の歯車仕様計算は GCSW for Web をご利用ください。 GCSW 検索 「寸法計算」、「強度計算」、「歯車に働 く力の計算」をはじめ、「歯形計算」 、「拘束かみ合い歯車列の計算」、「バッ クラッシ計算」など設計に必要な機能 を Web で無償で公開しています。是 非ご利用ください。 受注歯車の寸法計算と作図は受注歯車の自動作図をご利用ください。 GDSW 検索 お客様の仕様で寸法計算と作図が出来ま す。詳しくは P23 をご覧ください。 - 16 -

2. 歯車仕様の決め方 KHK 標準歯車の追加工図作成は Web カタログをご利用ください。（下図の①より） 穴径、キー溝、タップ寸法などを入力するだけでスピーディーに追加工図を作成することが できます。作図の手間を省いてコストダウンに役立ててください。詳しくは P22 をご覧くだ さい。 強度計算 も Web カタログをご利用ください。（下図の②より） KHK web カタログ 検索 ① ② ■歯面強さの定義　JGMA 402-01（1975）より抜粋 歯車の歯面の強さとは、進行性ピッ チングに対して必要かつ十分な安 全度を歯車に与えるために規定す る負荷容量をいう。従って、歯車 の歯面許容荷重とは、互いにかみ 合って動力を伝達する歯車におい て、それぞれの歯車の歯面の強さ に基づいて決められる基準ピッチ 歯面強さ不足による摩耗例 円上の許容円周力をいう。 ■曲げ強さの定義　JGMA 401-01（1974）より抜粋 歯車の曲げ許容荷重とは、互い にかみ合って動力を伝達する 歯車において、それぞれの歯車 の許容歯元曲げ応力に基づい て決められるかみ合いピッチ 円上の許容円周力をいう。 曲げ強さ不足による破損例 計算結果 - 17 -

歯車ABC　実用編 3. 歯車図面の作り方 歯車を製作する場合、図面が必要です。基本的な歯車の仕様を記載 した図面を作成し、製作は KHK にお任せください。 3 ー 1 歯車の図面 歯車の多くは円筒形をしており中心線に対して対称形状のため、正面図、又は正面図と側面図で 製品寸法を表すことができます。歯車独特の用語や寸法記載方法もありますが、歯車の基礎と機 械製図の基本さえ理解していれば決して難しいものではありません。 この章では、当社の図面により各種歯車の図面の作り方を紹介いたします。図面はお客様と製造 者の大事な契約内容となりますので、お客様の意図をしっかり図面に盛り込みましょう。 ■平歯車の図面 製品全体の表面粗さを表します。部分的 形状と寸法を記載します。円筒歯車は中 に粗さが違うときは、形状図の該当箇所 心線の軸断面を基準に正面図と側面図を に直接仕上記号を記載してください。 描きます。そして基本形状の寸法と必要 な公差を記載してください。 9 第 2 章で決めた歯車仕様を記載するところです。 歯面高周波焼入れ　　HRC45～55 「歯車種類」「精度等級」「モジュール」「圧力角」「歯数」「材 料」「熱処理」･･･ 歯車の基本仕様（諸元）は必ず記載 してください。 ABC001 品名や図番は任意です。部品番号を記載しておけば、 どの機械にこの歯車を使うのか一目でわかり、お客 様の図面管理に便利です。 - 18 -