平行はすば歯車と交差はすば歯車の主な違いを解説

機械駆動装置は、駆動軸から被動軸へ運動、トルク、動力を伝達するために使用されます。駆動軸は大半の場合、原動機（電動機、水力タービン、蒸気タービンなど）の一部であり、被動軸は機械ユニットの一部です。基本的な機械駆動には4種類あり、ギヤ駆動、ベルト駆動、チェーン駆動、ロープ駆動です。ギヤ駆動は、二つの噛み合いギヤの歯の連続的な噛み合いと離脱により運動と動力を伝達する噛み合い型の剛性駆動です。滑りが固有的にないため一定速度比を提供します（正転駆動）。軽負荷用途（玩具、時計など）から重負荷用途（機械のギヤボックス、船舶推進など）まで使用可能です。

駆動軸と被動軸は3つの相互配置を取り得ます：(i) 平行軸、(ii) 交差軸、(iii) 非平行非交差軸。基本的なギヤは4種類あり、駆動軸と被動軸の相互配置に基づいて適切なギヤを選択すべきです。平歯車とはすば歯車は平行軸に適用可能。ベベルギヤは2つの交差軸（必ずしも直交とは限らない）に適用可能。ウォームギヤ配置は第3カテゴリ（非平行非交差軸）に使用されます。平歯車がギヤ軸に平行な直歯を持つのに対し、はすば歯車はピッチシリンダ上にヘリックス形状で歯が切られています。はすば歯車は平歯車と同様に平行軸で一般的に使用されますが、垂直だが非交差な軸にも使用できます。

したがって、はすば歯車には平行と交差の2タイプがあります。平行はすば歯車は一般的なもので、平行軸間の動力伝達に使用されます。二つの噛み合う平行はすば歯車は同じモジュール、同じ圧力角、逆のヘリックス方向を持つべきです。振動のない静かな運転を提供し、重負荷を伝達できます。一方、交差はすば歯車は非交差だが垂直な軸に使用されます。二つの噛み合う交差はすば歯車（スクリューギヤとも呼ばれる）は同じモジュール、同じ圧力角、同じまたは逆のヘリックス方向を持つべきです。このタイプのギヤはウォームギヤと類似の用途を持ちますが、ウォームギヤが急峻な減速比（1:15〜1:100）に好まれるのに対し、交差はすば歯車は1:2を超える減速比を提供できません。平行はすば歯車と交差はすば歯車の様々な違いを以下の表形式で示します。

表：平行はすば歯車と交差はすば歯車の違い

平行はすば歯車	交差はすば歯車
平行はすば歯車は平行軸間でのみ運動と動力を伝達できます。	交差はすば歯車は垂直だが非交差な軸間で運動と動力を伝達できます。
二つの噛み合いギヤは二つの平行軸に取り付ける必要があります。	二つの噛み合いギヤは二つの垂直だが非交差な軸に取り付けられます。
二つの噛み合いギヤは同じヘリックス角だが逆のヘリックス方向を持つべきです。	二つの噛み合いギヤは異なるヘリックス角を持つ場合があります。同じまたは逆のヘリックス方向を持つ場合があります。
二つの歯の噛み合いは点接触から始まり、漸次的に線接触になります。	二つの噛み合い歯は常に点接触を持ちます。
広い接触面積により動力伝達能力が高いです。	点接触のため動力伝達能力が低いです。
小型機器から大規模産業分野（ギヤ列を含む）まで幅広い用途があります。	小型機器ではめったに使用されません。

動力伝達と軸の配置

動力伝達と軸の配置： クォーターターンベルトを除き、ギヤ駆動はあらゆる角度、あらゆる平面で動力と運動を有利に伝達できる唯一の機械駆動です。異なるタイプのギヤが駆動軸と被動軸の様々な配置に好適です。平歯車と同様に、平行はすば歯車は平行軸間でのみ運動と動力を伝達できます。したがって適切な位置合わせと角度合わせで平行軸に取り付けるべきです。一方、交差はすば歯車（スクリューギヤ）は垂直軸間で運動と動力を伝達できるため、垂直だが非交差な軸に取り付けるべきです。

ヘリックス方向

ヘリックス方向： 平行または交差配置にかかわらず、二つの噛み合うはすば歯車は同じモジュール、同じ圧力角、同じヘリックス角を持つべきです。二つの噛み合いギヤのピッチ円直径も一点で接触すべきです。噛み合うはすば歯車が平行配置なら、一方は右ねじヘリックス、他方は必ず左ねじヘリックスを持つべきです。したがって、二つの噛み合う平行はすば歯車は逆のヘリックス方向を持たなければなりません。しかし交差配置の場合、右ねじヘリックスの一はすば歯車は、左ねじまたは右ねじのいずれかのヘリックスを持つもう一はすば歯車と噛み合えます。したがって、二つの噛み合う交差はすば歯車は同じまたは逆のヘリックス方向を持つ場合があります。

歯間の接触

歯間の接触： 歯形とギヤ配置に基づき、二つの噛み合いギヤの歯間接触はいくつかの形態で起こります。例えば、二つの平歯車の歯は突然接触し、接触長は常に歯面幅に等しい線のままです。このような突然の接触は、はすば歯車では漸次的な接触に置き換わります。平行はすば歯車の場合、二つの歯の噛み合いは点で始まり、漸次的に線になり、その後点として離脱します。しかし交差はすば歯車の場合、二つの歯の接触は常に単一点のままです。噛み合い開始時、この点は歯面の一端にあり、漸次的に接触点が面を移動します。離脱時、接触点は歯面の他端にあります。

動力伝達能力

動力伝達能力： すべての機械駆動の基本目的は駆動軸から被動軸へ動力を伝達することです。噛み合い型剛性駆動であるギヤ駆動は、すべての機械駆動の中で最大の伝達能力を持ちます。しかし、異なるタイプのギヤ駆動は異なるレベルの動力伝達能力を提供します。一対の平行はすば歯車は、同サイズ・同材料の平歯車と比較して比較的高い動力を伝達できます。サイズと材料に基づき、平行はすば歯車はわずか数ワットから数メガワットの動力を伝達可能です。一方、交差はすば歯車は小動力伝達に好適で、通常100kWに制限されます。

適用分野

適用分野： 高い動力伝達能力により、平行はすば歯車は多くの分野で有利に採用されています。低速・高速用途の両方で成功裏に採用可能です。典型的な適用分野には、工作機械のギヤボックス、自動車、製油所、船舶推進などが含まれます。一方、交差はすば歯車は低速・低負荷用途に適しています。繊維工業のロービングマシン、内燃機関のオイルポンプなどです。

平行はすば歯車と交差はすば歯車の科学的比較をこの記事で提示しました。著者は本トピックの更なる理解のため、以下の参考文献を参照することを推奨します。

1. Design of Machine Elements by V. B. Bhandari (Fourth edition; McGraw Hill Education).
2. Machine Design by R. L. Norton (Fifth edition; Pearson Education).
3. A Textbook of Machine Design by R. S. Khurmi and J. K. Gupta (S. Chand; 2014).