歯切り加工
歯切り加工（はぎりかこう）とは、円筒状あるいは円錐状の金属、樹脂、非鉄金属などの素材（ブランク）から、不要な部分を削り取って歯車の歯を形成する機械加工の一種である。切削加工のなかでも特に複雑な幾何学形状を創成するため、専用の工作機械と特殊な形状を持った刃物が用いられる。動力伝達や運動の方向・速度の変換において不可欠な機械要素である歯車を製造する上で、最も基本的かつ歴史的に広く普及している手法である。加工精度や要求される生産性、歯車の種類（平歯車、はすば歯車、傘歯車、ウォームギヤなど）に応じて多種多様な加工法が存在し、時計などの微小部品から、自動車のトランスミッション、さらには船舶や風力発電機に用いられる巨大な減速機に至るまで、現代の産業や製造業全般において極めて重要な役割を担っている基盤技術である。
創成法による歯切り加工のメカニズム
歯切り加工の原理は、大きく分けて「創成法（そうせいほう）」と「成形法（せいけいほう）」の二つに分類されるが、量産加工において主流となっているのは創成法である。創成法は、刃物と工作物に実際の歯車やラックがかみ合うような相対運動を機械的に与えながら、連続的に材料を切り下げていく手法である。この方式の最大の利点は、単一の刃物で同じモジュール（歯の大きさを表す規格）であれば、歯数の異なる様々な歯車を加工できる点にある。これにより、工具の段取り替え時間を削減し、高い生産性を実現している。さらに、かみ合い運動の包絡線として歯面を形成するため、ピッチ誤差が生じにくく、高精度なインボリュート歯形を容易に得ることができる。創成法を具現化した代表的な機械として、外歯車やウォームギヤの加工に優れるホブ盤や、内歯車や段付き歯車の加工に不可欠なピニオンカッタを用いたギヤシェーパ（歯車形削り盤）が挙げられる。
成形法による歯切り加工とその用途
創成法に対して、成形法は、歯車の歯溝と全く同じ形状の切れ刃を持つ総形（そうがた）刃物を使用する加工法である。ひとつの歯溝を削り終えるごとに、工作物を割り出し盤などを用いて正確に歯数分だけ回転（割り出し）させ、次の歯溝を加工していく。この手法は、汎用的なフライス盤に総形フライスを取り付けて行うことが可能であり、専用の歯切り盤を導入する必要がないため、設備投資を抑えることができる。そのため、試作品の製作や特殊な歯形を持つ歯車、あるいは多品種少量生産の現場において重宝されている。しかしながら、歯数によって歯溝の曲線形状が微妙に異なるため、厳密には歯数ごとに専用の刃物を用意する必要があり、工具管理が煩雑になるという欠点がある。また、ひとつの歯溝ごとに割り出し動作が入るため、連続加工が可能な創成法と比較すると、どうしても生産能率や割り出し精度の面で劣る傾向がある。
歯切り加工に用いられる代表的な工作機械
- ホブ盤：ホブと呼ばれるウォーム状の回転切れ刃を用い、外歯車、はすば歯車、スプライン軸などを連続的に創成加工する。大量生産に最も適した代表的な歯切り機械である。
- ギヤシェーパ（歯車形削り盤）：ピニオンカッタを上下に往復運動させながら切り込む機械。ホブ盤では工具が干渉して加工できない内歯車や、フランジが接近した段付き歯車の加工に威力を発揮する。
- ギヤプレーナ（歯車平削り盤）：ラック状の刃物を用い、直線的な往復切削運動で歯を創成する。主に大型の平歯車やはすば歯車の加工に用いられ、高負荷な切削に耐えうる剛性を持つ。
- ベベルギヤジェネレータ：交差する軸間で動力を伝達する傘歯車（ベベルギヤ）の加工に特化した専用機。直歯傘歯車やすぐば傘歯車、曲がり歯傘歯車など複雑な三次元曲面を正確に削り出す。
前工程・後工程と表面処理の重要性
極めて精度の高い歯車を製造するためには、歯切り加工そのものの技術だけでなく、その前後に付随する工程の品質管理が極めて重要となる。前工程では、素材に対して旋盤を用いた外形切削や内径の穴あけ加工が行われ、歯切りの際の基準となる面や軸心が高精度に仕上げられる。基準面の振れ精度が悪いと、どれほど精密な歯切り盤を用いても精度の良い歯車は得られない。また、歯切りを行った直後の歯車は、そのままでは表面が粗く、また金属としての硬度も不足している場合が多いため、浸炭焼入れや高周波焼入れといった熱処理が施される。熱処理によって表面を硬化させた後、研削盤を用いた歯車研削加工（ギヤ研削）やシェービング加工、あるいはホーニングなどの特殊な表面処理を行うことで、かみ合い時の摩擦や騒音（ギヤノイズ）を極限まで低減し、機械的強度と耐摩耗性を飛躍的に向上させることができる。
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