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一対の歯車がスムーズに無理なく回転するには、バックラッシが必要です。バックラッシとは、一対の歯車をかみあわせたときの歯面間の遊びのことで、測定する方向によって、円周方向バックラッシjt 、法線方向バックラッシjn 、中心距離方向バックラッシjr 、回転角度バックラッシjθ( ° )などに分類されます。
それらを図4.1に示します。
図4.1 バックラッシの種類と方向
歯車にバックラッシをつけるには、歯車の歯厚を小さくする方法と中心距離を大きくする方法があります。どちらかというと前者の方が広く普及していますから、ここでは歯厚を小さくする方法を紹介します。
前項の3にて歯車の歯厚を計算しましたが、この歯厚は基準の歯厚でした。平歯車のかみあいにおいて小歯車の円弧歯厚をs 1よりもΔs 1だけ小さく仕上げ、大歯車の円弧歯厚をs 2よりもΔs 2だけ小さく仕上げた場合、円周方向バックラッシはΔs 1+Δs 2になります。ここで歯厚の減少量Δs 1とΔs 2をそれぞれ0.1、基準圧力角α=20°とすると、円周方向バックラッシj tは
-
j t
= Δs 1+Δs 2= 0.1 + 0.1 = 0.2
これを法線方向バックラッシj n に換算すると
j n
= j t cosα= 0.2×cos20° = 0.1879
中心距離方向バックラッシjr に換算すると
このように歯車の円弧歯厚を減少させて、バックラッシをつけるときは、JISのバックラッシの規格を参考にします。
JISのバックラッシの規格としては、JIS B 1703-76平歯車およびはすば歯車のバックラッシとJIS B 1705-73かさ歯車バックラッシがあります。これらの規格は、正面における円周方向バックラッシj t または j tt の大きさを規定しています。これらは、標準的なバックラッシの大きさを規定しているわけで、使用目的によっては規格外のバックラッシを採用することもあります。
図面上に歯車の歯厚を記入するときは、歯厚以外に歯厚の寸法許容差およびバックラッシの大きさも記入する必要があります。
-
記入例としては
円弧歯厚
バックラッシ
0.100～0.200
歯厚の寸法許容差はバックラッシを決めるものですから、とても重要です。
1段歯車機構におけるバックラッシは、4.1各種歯車のバックラッシに示しました。ここでは、2段歯車機構のバックラッシについてその考え方を紹介します。
図4.6の2段歯車機構において、1段目の円周方向バックラッシをc 1、2段目の円周方向バックラッシをc 4 とします。
図4.6 2段歯車機構バックラッシ
-
ここで、1段目の小歯車1を固定したとき、
2段目の大歯車4の全ピッチ円周方向バックラッシj tT 4 は
(4.15) これを回転角度バックラッシに換算すると
(4.16) つぎに、2段目の大歯車4を固定したとき、
1段目の小歯車1の全円周方向バックラッシj tT 1は
(4.17) これを回転角度バックラッシに換算すると
(4.18)
最近の傾向として、機械の高精度化により、バックラッシの小さい歯車の需要が増加しています。このバックラッシを小さくする方法を大きく分類すると、静的な方法と動的な方法の2つに分類されます。
静的な方法というのは、歯車対のバックラッシを小さく調節して、その位置に歯車を固定する方法です。
動的な方法というのは、バックラッシを除去する為の力を作用させることにより、常にバックラッシを零に保つようにする方法です。
（1）静的な方法(調整・固定方式)
この調整・固定方式には、基本的な2つの方法があります。それは、歯車を調整・固定する方法と、中心距離を調整・固定する方法であり、これらの組合せにより４通りの方法(
～
)が考えられます。
表4.2
中心距離調整
無
有
歯車
調整
無
有
(
)の方法
歯車も中心距離も調整せず、固定したまま、バックラッシを小さくする方法です。
固定した中心距離において、バックラッシが小さくなるように歯車を製作します。
(
)の方法
歯車は調整可能な構造として、固定した中心距離で歯車をかみあわせた後、バックラッシが小さくなるよう歯車を調整してから、歯車を固定する方法です。
ここで歯車を調整するには、主に3つの方法が考えられます。
歯車を2枚重ねにして、片方を回転方向にずらして調整する方法
はすば歯車など、ねじれのある歯車を2枚に分割して製作し、片方を軸方向にずらして調整する方法
かさ歯車とかテーパギヤなど、円すい形の歯車を軸方向にずらして調整する方法
(複リードウォームギヤもこれに分類されます。)
これら3つの方法を図4.7に示します。は回転移動式、、 は平行移動式です。
回転移動式
平行移動式
平行移動式
図4.7 歯車を調節・固定する方法
(
)の方法
歯車は調整なしで、中心距離を調整可能な構造として、バックラッシを調整した後、中心距離を固定する方法です。
この中心距離を調整する方法としては、平行移動式と回転移動式の2つの方法が考えられます。
平行移動式
歯車を中心距離が小さくなる方向に平行移動して、バックラッシを調整してから、中心距離を固定する方法です。
回転移動式
歯車の中心とは異なる、偏心した回転中心を持つ機構として、その偏心した回転中心を中心として歯車を回転させて、中心距離を調整してから、この中心距離を固定する方法です。
偏心量の大小により、その構造も多少異なります。
これらの方法を図4.8に示します。
平行移動式
回転移動式
図4.8 中心距離を調節・固定する方法
(
)の方法
これは歯車の調整と中心距離の調整を併用する方法ですが、片方を調整することで充分なので、あまり使用されません。
（2）動的な方法(バックラッシ強制除去方式)
このバックラッシ強制除去方式の基本は(1)で述べた調整固定方式です。(1)の方式の調整を強制的に行うのがこの(2)の動的な方法です。この方式には、歯車によるバックラッシ強制除去方式と、中心距離によるバックラッシ強制除去方式の2つが考えられます。
()歯車によるバックラッシ強制除去方式
これは(1)のの方法(図4.7)においてバネなどの力により、強制的にバックラッシを除去する方法です。
()中心距離によるバックラッシ強制除去方式
これは(1)のの方法(図4.8)においてバネなどの力により、強制的にバックラッシを除去する方法です。
ここで、バネなどの強制力F の大きさは、歯に加わる力F 1と摩擦抵抗力F 2の和よりも大きいことが必要です。
-
F > F 1 + F 2
(4.19)
この強制力F は小さすぎれば、バックラッシを除去できません。また、大きすぎると、歯車に予圧がかかりすぎて、歯車の摩耗とか寿命などに悪い影響がでます。これら、バックラッシを強制的に除去する歯車の強度計算においては、この予圧を考慮して設計する必要があります。
（3）複リードウォームギヤ
複リードウォームギヤというのは、バックラッシを小さくする方法の1つで、ホブ盤の親ウォームギヤなど精度を要する部分に使われています。
図4.9には、複リードウォームを示します。
図4.9 複リードウォームギヤの原理
この複リードウォームギヤでは、左歯面のピッチPL と右歯面のピッチPR は等しくなく、この例ではPL>PR の関係になっています。これとかみあうウォームホイールは、もちろん複リードウォームに合わせて左右歯面のピッチをPL 、PR に歯切りします。
この場合、図のように左に行くにしたがって歯厚は厚くなりますから、ウォームを軸方向に移動することによって、バックラッシを正確に調整することができます。
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