ヘリカルギアとヘリカルラック&ピニオンシステムの選択ガイド

平歯車（スパーギア）のメリットとデメリット

ヘリカルギアは、平歯車と比較してより滑らかで静かに動作します。この違いは、回転軸に関して歯が斜めに噛み合うことに起因します。この軸は平行であるか、または一般的に90度で交差します。交差する場合、ヘリカルギアはウォームギアと共に使用されますが、これらの場合は代わりに2つのベベルギアを使用することもあります。

2つの歯が動くとき、接触は歯の一端から始まり、フル接触が達成されるまで歯車の回転に伴って接触を維持しながら徐々に進行します。典型的なヘリックス角は約15〜30度です。一方、軸方向荷重はヘリックス角の正接に比例して変化します。

交差軸ヘリカルギア： ヘリカルギアカテゴリで最もシンプルです。歯の側面に沿った高い滑りの結果として、ねじ込み楔入れ作用を生み出します。

平行軸ヘリカルギア： 無限の薄い交互ギアで構成されるかのように、各歯が側面に沿って傾斜しています。互いに接触するとき、同じヘリックス角を持ちますが、方向は反対です。ヘリックス角の結果として、荷重に加えて軸方向スラストが発生します。

ダブルヘリカル（ヘリングボーン）： 右ねじと左ねじのヘリックスの組み合わせです。ヘリカルギアのベアリングが吸収する軸方向スラストはデメリットです。

ヘリカルギアの利点

• 傾斜した歯がより徐々に働くため、平歯車や歯車と比較してより滑らかで静かなギア動作が可能
• より多くの歯が同時に接触するため、ヘリカルギアは長寿命で高負荷用途に最適
• 荷重が常に複数の軸に分散されるため、摩耗が少ない
• 平行軸と直角軸の両方で動力と運動を伝達可能

金属製ヘリカルギア

欠点

これらのギアの欠点の一つは、ギア軸に沿ったスラストが発生し、適切なスラストベアリングで補償する必要があることです。歯面間の滑り摩擦が増大します。これにより運転中の摩耗が増加し、潤滑システムが必要になります。

歯の接触により軸方向圧力が発生し熱が生じるため、ヘリカルギアの効率は低くなります。エネルギー損失の増大は性能を低下させます。

平歯車より製造コストが高い。

ギア（平歯車）のメリットとデメリット

平歯車（スパーギア）は最も一般的なギアタイプで、歯が平行軸に沿って配列されている点で他と異なります。高ギア比、低速・中速を達成するために使用されます。平歯車は、平行で近接した別のシャフトに動きを伝達する必要があるときに非常に有用です。

平歯車の利点

• 約50,000kWまでの大量の動力を伝達可能
• 非常に信頼性が高い
• 設計と製造が最もシンプル。平歯車を用いた駆動プロジェクトはより迅速に展開可能
• 一定で安定したギア比を提供

同サイズのヘリカルギアと比較して、平歯車の方が効率的です。

歯が軸に平行なため、軸方向力が発生しません。したがって、ギアシャフトをボールベアリングで容易に取り付けできます。

プラスチック製平歯車

欠点

• 低速ギアである
• 非平行軸間で動力を伝達できない
• 高速運転時に過度な騒音を発生
• 歯車の歯が高応力を受ける
• 長距離のエネルギー伝達には使用できない
• 他のギアタイプと比較してレジリエンス（弾力性・強靭性）が劣る

用途については、減速が必要で、音響レベルがセールスやセキュリティシステム業界ほど重要でない分野でよく使用されます。また、遊星ギアモーターでの動力伝達において重要な用途があります。

ラック&ピニオン

ギアラックは回転運動を直線運動に変換するために使用されます。ラックは、角棒または丸棒の一面に直線的な歯が切られており、小さな円筒ギアであるピニオンと噛み合います。一般的に、ラックとピニオンは総称して「ラック&ピニオン」と呼ばれます。ギアの使用方法は多岐にわたります。

多様なラック&ピニオンを提供するため、多くの種類のラックが在庫されています。複数のラックを直列に接続する長尺が必要な用途には、歯端が正しく構成されたラックがあります。これらは「加工済みエンドギアラック」と呼ばれます。ラック製造時、歯切り工程と熱処理工程で曲がりが生じることがあります。専用プレスと修正工程でこれを制御できます。

ラックが固定でピニオンが動く用途と、ラックが固定軸を中心に回転しながらピニオンが動く用途があります。前者は搬送システムで広く使用され、後者は押出システムや昇降用途で使用されます。

回転運動を直線運動に変換する機械要素として、ラックはボールねじとよく比較されます。ボールねじの代わりにラックを使用することにはメリットとデメリットがあります。ラックの利点は、機械的シンプルさ、高い荷重容量、長さの制約がないことなどです。しかし、欠点はバックラッシュ（遊び）です。ボールねじの利点は高精度と少ない遊びですが、欠点はたわみにより長さが制限されることです。

ラック&ピニオンは、昇降機構（垂直移動）、水平移動、位置決め機構、ストッパー、一般産業機械での複数シャフトの同期回転に使用されます。一方、自動車のステアリングシステムで進行方向を変更するためにも使用されます。ラック&ピニオンステアリングシステムの特徴は：シンプルな構造、高剛性、小型軽量、優れた応答性です。このメカニズムにより、ステアリングシャフトに取り付けられたピニオンがステアリングラックと噛み合い、回転運動を左右方向（直線運動に変換）に伝えることで、ハンドルを操舵できます。さらに、ラックとギアは玩具やサイドレッチなど様々な用途で使用されます。

平歯車は通常、より高速域で駆動が必要な機械（ホスピタリティ機械）や、低騒音レベルが必要な機械（自動車や空調業界）で使用されます。また、平行軸間で高トルク伝達が必要な機械でも一般的に使用されます。