へリングボーンギヤと二重はすば歯車の主な違いを解説

機械駆動装置は、駆動軸（通常電動機などの原動機）から被動軸（機械ユニットなど）へ運動、トルク、動力を伝達するために使用されます。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。それぞれが特定の特徴を持ち、特定のタイプの用途に適しています。ギヤ駆動は短距離動力伝達に好適です。正転駆動であり、あらゆる角度、あらゆる平面での動力伝達に設計可能です。基本的なギヤは4種類──平歯車、はすば歯車、ベベルギヤ、ウォームギヤ。平歯車はギヤ軸に平行な直歯を持ち、平行軸間でのみ動力伝達可能。しかし二つの噛み合う平歯車の歯が突然接触するため、歯はショックまたは衝撃荷重を経験します。

衝撃荷重に関連する問題は、はすば歯車の採用で解消できます。平歯車と同様にはすば歯車も平行軸用ですが、歯が円筒ギヤブランク上にヘリックス形状で切られています。二つの噛み合うはすば歯車のヘリックス歯が漸次的に接触し、歯への漸次的な負荷掛かり（平歯車のような衝撃荷重ではなく）が生じます。これは動力伝達能力も向上させ、同時に振動を低減します。しかし、歯のヘリックス形状がベアリングにアキシアルスラスト荷重を誘発し、これが時に有害で最大許容運転速度を制限します。ヘリックス歯形を維持しながらスラスト力を排除するため、へリングボーンギヤまたは二重はすば歯車が採用可能です。

両者とも、歯がギヤブランクの二半分に、同じモジュール、歯数、ヘリックス角だが逆のヘリックス方向で切られます。したがってギヤの各半分が生み出すスラスト力は等しく逆向きで、相殺し合います。へリングボーンギヤまたは二重はすば歯車はアキシアル荷重から自由ですが、構造的特徴と製造の観点からいくつか違いがあります。二重はすば歯車では、二半分間に小さなリリーフギャップが設けられます。したがって左ねじヘリックスの歯は右ねじヘリックスの歯に物理的に接触しません。しかしへリングボーンギヤでは、そんなギャップは設けられず、左ねじヘリックスの歯が右ねじヘリックスの歯に接触します。へリングボーンギヤと二重はすば歯車の様々な違いを以下の表形式で示します。

表：へリングボーンギヤと二重はすば歯車の違い

リリーフギャップの有無

リリーフギャップの有無： 左ねじヘリックス歯と右ねじヘリックス歯の間のリリーフギャップが主な差別化要因です。へリングボーンギヤではギャップがなく、左ねじヘリックス歯が右ねじヘリックス歯と物理的に接触したままです。二重はすば歯車では、左ねじヘリックス歯と右ねじヘリックス歯の間に小さなギャップ（サイズにより2〜10cm）が維持されます。

ギヤ製造の難易度

ギヤ製造の難易度： へリングボーンギヤの歯切りでは、カッターが歯面の一方側（接合部が存在する側）を超えて移動することは許されません。オーバーステップすると中間溝やスペースがないため、もう一方の半分に望ましくない溝が生じます。これにより製造が複雑になり、専用機械が必要です。二重はすば歯車の場合、小さなリリーフギャップによりカッターが歯面を超えて自由に移動できます。製造難易度の差により、へリングボーンギヤのコストは同類の二重はすば歯車よりわずかに高くなります。

軸方向幅

軸方向幅： ギヤの幅または厚さは実際に歯強度と動力伝達能力を決定します。二重はすば歯車に小さなリリーフギャップが存在するため、歯面幅はギヤ幅と等価ではありません。同一ギヤ幅と他特徴であれば、へリングボーンギヤの歯面幅がより大きく、結果として伝達能力も高くなります。逆に、特定の動力伝達要件であれば、より薄いへリングボーンギヤを採用可能。これは利用可能スペースが限られたコンパクトな機械ユニット設計に特に適しています。

へリングボーンギヤと二重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).