ギアの加工方法とは？
ギアの種類や製造工程を解説

ギアの加工工程

ギアは複数の工程を経て加工されます。一般的には工作機械でワークを切削し、そのあとに歯切りを行います。またその後に、熱処理が行われるのもギアの特徴です。

● ギア加工の主な工程

ギアの加工方法（歯切り加工）と使用される工作機械

続いては、ギア加工に使用される機械の種類をご紹介します。ギア加工の手法は大きく以下の3つに大別され、それぞれの特徴や工作機械を見ていきましょう。

歯車創成法

歯車創成法は、工具をワークに押し当てながら、ギアの歯を削っていく加工方法です。この方法では、ワーク全体をギアの形に少しずつ削り出していくため、高精度なギアを効率的に製造できます。

● 歯車創成法に用いられる代表的な工作機械

代表的な工作機械としては、ホブ盤が挙げられます。ホブ盤では、螺旋状の刃をもつホブと呼ばれる工具を使用します。ホブと加工するギアを同期回転させながら、ホブを上から下に送ることで徐々に歯を削り出していきます。

歯車創成法は一度の設定で複数の歯を同時に加工できるため、生産性が高く、歯の精度も均一になりやすいのがメリットです。ただし、ホブ盤・ホブカッターのような専用の機械と工具が必要となるため、初期投資コストが高くなる傾向にあります。

歯車成形法

歯車成形法は、歯の形状に合わせた工具を使用して、歯をひとつずつ削り出す加工手法です。この方法では、フライスやブローチなどの工具を使用し、歯溝を一つひとつ加工していきます。歯車創成法では主に専用機が用いられるのに対して、歯車成形法では旋盤やマシニングセンタなどの汎用機でも加工できます。

● 歯車成形法に用いられる代表的な工作機械

成形法の特徴は、比較的汎用性の高い工作機械で加工できる点です。専用の歯切り盤を必要としないため、小ロット生産や特殊なギアの製造に適しています。また、大型の歯車や内歯車など、創成法では加工が難しい歯車の製造にも利用されます。

ただし、成形法は各歯を個別に加工するため、創成法と比べて時間がかかり大量生産には向かないケースもあります。

歯車創成法のひとつ「ギアスカイビング」とは？

ギアスカイビングは、比較的新しいギア加工方法で、歯車創成法の一種です。スカイビングカッターと呼ばれる工具を使用し、工具と加工物の軸を交差させて同期回転させながら切削を行います。

なお、スカイビング加工の「Skive」は薄く剥ぐ意味に由来し、歯の溝をそぎとるようにして加工するのが特徴です。

● ギアスカイビングに用いられる代表的な工作機械

ギアスカイビングは、内歯車や小モジュールのギアなど従来の方法では加工が難しかったギアも効率的に製造できます。さらに、複合加工機であれば、旋削加工やフライス加工を組み合わせながら1台の機械で複数の工程を行えます。

スカイビング加工の特徴

スカイビング加工では、工具主軸の回転と工作物の回転を同期させて加工を行います。従来のギア加工方法に比べて多くの利点をもつ革新的な技術といっても過言ではありません。ここではスカイビング加工の特徴をひとつずつ確認していきます。

外歯と内歯を1つの工程で加工できる

複合加工機は自動工具交換装置（ATC）を搭載しています。そのため、ワークの付け替えを行うことなく外歯と内歯を連続して加工することが可能です。従来であれば外歯をホブ加工、内歯をギアシェービング加工で行うような場合も、複合加工機なら加工プロセスを一元化できます。加工時間の短縮につながり、ワークの付け替えによる位置ずれのリスクも低減します。

荒加工と仕上げ加工を1台でまかなえる

複合加工機を用いたスカイビング加工であれば、1台で荒加工から仕上げ加工まで一貫して行えます。さらに、不完全歯形部を縮小できるのもスカイビング加工の特徴です。ホブ加工よりも工具とワークの近接性が高いため、ギアの軽量化・コンパクト化を図れます。

また、往復運動で加工をする歯車形削り盤（ギアシェーパ）では工具逃がしを設けないといけませんが、ギアスカイビングであれば斜めに工具を当てるため逃がし部が不要です。

生産効率アップやコスト削減につながる

スカイビング加工は、従来複数の専用機が担ってきたギア加工の工程を1台の機械に集約できます。結果として、大幅な生産効率の向上とコスト削減につながります。導入することで、サイクルタイムの短縮、工程間の搬送時間の削減など、さまざまなメリットが期待できるでしょう。特に中小ロット生産や複雑な形状のギア加工においては、ギアスカイビングのメリットはより大きくなります。

工具寿命が短い

一方で、スカイビング加工では、工具寿命が短くなるデメリットもあります。軸交差角をつけて加工することになるため、切削中に工具の有効すくい角が負になります。そのぶん工具への負荷が大きくなり、従来の加工方法に比べて工具寿命が短くなるのです。工具の摩耗は、ギアの加工精度に直接影響します。そのためギアスカイビング加工では、適切な工具の選択と交換タイミングの管理が重要になります。

ギア加工における専用機と汎用機のメリット・デメリット

最後に専用機と汎用機の特徴をおさらいしましょう。

専用機と汎用機には、それぞれメリット・デメリットがあります。そのため、ワークの材質やギアの形状、必要な生産能力に応じて適切な加工方法・工作機械を選択することが大切です。

加えて、ギアスカイビングに代表されるように、近年はギアの加工技術も著しく進歩しています。クライアントニーズや市場環境などに応じて、設備投資を検討することも大切です。