歯切り(ホブ切り、ギヤシェーピング)

ホブまたはシェーパーカッターが、歯車の歯を創成する

歯切りは、丸い素材に歯をつけます。主な2つの方法では、カッターと素材が、すでに噛み合った歯車のように一緒に回転するので、すべての歯が同じ精密な曲線の輪郭になります。自動車の変速機、コードレスドリル、風力タービンの歯車は、この方法でつくられます。

写真：Kolossos, CC BY-SA 3.0, 提供： Wikimedia Commons

歯切り · ホブ切りとギヤシェーピングの側面図、5つの手順丸数字は下の手順に対応しています。手順 1–3 がホブ切り(左)、手順 4–5 がギヤシェーピング(右)です。

しくみ

素材を取り付ける。 歯車の素材(すでに寸法に旋削され、中心に穴のある円板)を、機械の回転するワーク主軸にクランプします。
ホブ切り:ホブと素材を同期して回す。 ホブ(ウォームねじの形をした、多くの切れ刃をもつカッター)が回り、素材が一定の比で回ります。ウォームが歯車を駆動するのと同じです。
面に沿って送る。 ホブは、素材の軸に沿ってゆっくり進みます。1回転ごとに各歯みぞが少しずつ切られるので、すべての歯が一緒に育ちます。
ギヤシェーピング:上下にストロークする。 ホブ切りでは届かない歯車のために、歯車の形をしたカッターが、平削り盤のように上下に動き、下向きのストロークごとに切削します。
ゆっくり噛み合わせて回す。 ストロークの合間に、カッターと素材がどちらも少しずつ回り、噛み合っているかのように動いて、すべての歯ができあがります。ギヤシェーピングなら、内歯車や、ショルダー(部品の段差)のすぐ隣の歯も切れます。

切削のあと、自動車や機械用の歯車は通常、熱処理(焼入れ)され、精密なものはさらに研削またはホーニングされます。

材料: 鋼(ほとんどの歯車)、鋳鉄、青銅、真鍮、アルミニウム、プラスチック
代表的な部品: 平歯車とはすば歯車(まっすぐな歯、または斜めの歯)、スプロケット、スプライン軸、ウォームホイール
部品サイズ: 幅数ミリの時計の歯車から、幅数メートルの風力タービンや鉱山用の歯車まで
精度: ホブ切り後は通常 AGMA 8–10 または ISO 7–9 級で、歯の誤差はおよそ 0.01–0.03 mm。研削では約 ISO 4–5 級に達する
表面仕上げ: 歯面で通常 Ra 1.6–3.2 µm(Ra は平均粗さ。1 µm は 1 ミリの千分の1)
向いているロット数: 1個から数百万個まで。同じ歯の大きさなら、1つのホブでどの歯数も切れる
金型・設備コスト: ホブやシェーパーカッターは数百から数千ドル。CNC の歯車機械は数十万ドル
速度: 小さな自動車用歯車で、1個あたり数秒から約 1 分。幅数メートルの歯車なら何時間も