プラスチックギヤは自動車業界からOA機器、医療機器、産業用機器、玩具など様々な産業や製品に使用され、その用途は多岐にわたります。軽量化や自己潤滑性などのメリットがある一方で、騒音や異音にお困りのお客様も少なくありません。騒音は歯形設計、材料、歯車箱など非常に多くの要素が組み合わさって発生することから原因追及が難しいのです。今回は騒音の種類とプラスチックギヤにおける低騒音設計のポイントについてご紹介します。現在騒音でお困りの方にも、騒音解決のチェック項目としてご活用して頂けますので是非ご覧ください。

１．歯車の騒音とは

プラスチックギヤは自動車やOA機器など幅広い用途に使用されていますが、騒音の発生原因は以下の4つに分類することができます。

１）かみ合い音

かみ合い音とは、歯車のかみ合い時に発生する騒音です。歯車・寸法精度が適切でない歯車を使用した場合、最適なバックラッシの確保が難しく、かみ合い音が大きく発生します。

２）すべり音

すべり音とは、ギヤの歯面同士が摺動することで発生する騒音で、高トルクで回転させた時ほど顕著に表れます。

３）共鳴音

共鳴音とは、プラスチックギヤの振動が軸を通じて歯車本体のウェブ部や歯車箱に伝達され、共振することで発生する騒音です。歯車箱の剛性などに騒音の問題があることもあります。

４）異音

異音は、プラスチックギヤの加工・組み立ての際に歯面に打痕や傷がつくことで発生する騒音です。長期的に歯車を使用している場合、異物等がギヤに挟まることで歯先や歯面が傷つき、異音を発生させることも珍しくありません。

２．プラスチックギヤにおける低騒音設計のポイント

プラスチックギヤを高負荷・高速回転で使用するほど、小さなズレがギヤの騒音を大きくさせます。そのため、設計段階から低騒音歯車を意識した設計が必要なのです。ここでは、プラスチックギヤにおける低騒音設計のポイントをご紹介します。

１）歯車の高精度化

精度が悪いと低騒音なプラスチックギヤの生産はできません。特に、ピッチやフレ、歯形が騒音に与える影響は大きいため、良く確認してみてください。しかし、寸法公差を必要以上に厳しくするなどの過剰品質が問題で、コストアップなどの原因にもなり得るので注意が必要です。専門家に相談することで、最適な精度とコストの両立が可能になるかもしれません。

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２）歯面を平滑にする

歯のかみ合いではピッチ点ですべり方向が変わります。これは歯面間の摩擦力の方向が変わるためで、その際に騒音が発生します。そのため、なるべく歯面を平滑にすることで騒音を低減することが可能です。

３）正確な歯当たりにする

歯幅中央部で正確に相手歯車とかみ合っている場合、歯車同士の動きがスムーズになり、騒音が低減します。歯車の歯形状を最適化する手法として、クラウニングやレリービング（エンドレリーフ）があげられますが、歯の負荷が集中することで歯の折損やピッチングを引き起こす可能性もあるため注意が必要です。

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４）適切なバックラッシの設定

低騒音歯車には適切なバックラッシが求められます。バックラッシが大きいとギヤが暴れてしまい騒音が発生します。対して、バックラッシが小さすぎてもギヤ同士が擦れることで騒音が発生してしまうため、適切なバックラッシの設計が重要です

５）かみ合い率の向上

プラスチックギヤは同時にかみ合う歯数や面積が増えると、騒音が少なくなります。騒音が問題で平歯車よりヘリカルギヤが選ばれるのもこのためです。さらに、やまば歯車や高歯でもかみ合い率が向上するため騒音低減が期待できます。

６）歯車箱の高剛性

歯車や軸に負荷がかかり、変形・振動することで歯車箱が共振し、共鳴音を発生させます。そのため、歯車以外に軸や歯車箱の剛性も要チェックポイントになります。

７）適切な材料の選定

プラスチックギヤを使用するにあたって、吸水や温度上昇などを考慮した最適な材料選択が大切です。誤った選択を行うと、バックラッシの減少や大きな寸法変化が起こり、騒音や破損が起きてしまいます。

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８）潤滑剤の塗布

プラスチックは潤滑性に優れるといった特性がありますが、高負荷・高速回転で使用する際には潤滑剤を使用することで、更なる低騒音・高耐久性を期待できます。その際には、塗布層が簡単に除去されやすいこともあるため、注意が必要です。

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３．まとめ

プラスチックギヤの騒音は、歯車以外にも歯車箱から発生する共鳴音などがあり、原因追及が非常に難しいです。ギヤプラスにも「騒音の原因が分からない」「どう対策すればいいのかわからない」「歯車設計の方向性が定まらない」など多くのご相談を頂いてます。実際に騒音が発生してからだと、コストも時間も余計に掛かってしまいますので、なるべく早い段階からご相談して頂く事が最適な歯車製作を実現するポイントです。プラスチックギヤの騒音でお困りの際はお気軽にご相談下さい。