マイクロギアボックス選択ガイド – ギア材質の選び方

マイクロギアボックスの性能に対するギア材料の影響マイクロギアボックスのアプリケーションでは、ギア材料の選択によって性能、寿命などが決まります。

マイクロギアボックスの性能に対するギア材料の影響

の適用において マイクロギアボックスギアの材質の選択によって、性能、寿命、信頼性が決まります。間違った材質を選択すると、ギアボックスの摩耗が早まったり、騒音が大きすぎたり、動作性能が低下したりすることがあります。

「最高の」ギア素材はあるのでしょうか?

これは、お客様から最もよく寄せられる質問の 1 つです。 SGMADAの答えは、「最高のギア素材」というものは存在しないということです。ではなく、アプリケーションに最適なギア材料を選択してください。

見つけるには 最適なギア素材（ギアボックスギアに最適な素材）次のような重要な要素の間でバランスを取る必要があります。 耐荷重、製造コスト、動作環境用途によって必要なギア材料の特性が異なるため、 「最高の」ギア素材 お客様の特定のニーズに合わせてカスタマイズされます。

この記事では、 SGMADAの20年の経験 ギア素材で、 最高のギア素材 あなたのアプリケーションのために。

マイクロギアボックスギアの一般的な材料分類と特性

デザインでは マイクロギアボックス SGMADAでは、 合金ギア そして プラスチックギア20年にわたるギア設計経験を経て、以下のギア材料の特性をまとめました。

金属合金ギア

金属合金は、高負荷、摩耗、または過酷な環境に耐える必要があるマイクロギアによく使用されます。これらの材料は、優れた強度と耐久性を備えています。

材料	密度(g/cm³)	引張強度(MPa)	硬度(HRC)	耐腐食性
銅合金	8.5-8.9	300-1000	20-40	✅✅✅
鉄合金	7.2-7.8	250-600	20-55	✅
工具鋼合金	7.8-8.0	600-1200	50-62	❌
アルミニウム合金	2.7-2.9	200-500	10-30	✅✅✅

非金属材料

非金属ギアは主にプラスチックで作られています。これらのギア材料は、低騒音やコスト効率が求められる小型ギアの製造に使用されます。

材料	密度 (g/cm³)	引張強度（MPa）	硬度（HRC）	耐腐食性
POM（ポリオキシメチレン）	1.41 – 1.43	60 – 100	80 – 90	✅✅✅
PS（ポリスチレン）	1.04	40 – 70	70 – 85	✅✅
ナイロン（ポリアミド）	1.13 – 1.15	70 – 90	70 – 80	✅✅✅
ベークライト（エレクトロウッド）	1.3	30 – 60	50 – 60	✅

ギヤ

SGMADA は、3 つの主な製造方法に従ってさまざまなギア材料を加工します。

1. ギアホブ

材料: 鋼合金、アルミニウム合金
- 鋼合金 強度と耐久性に優れ、高負荷、高精度のギアに最適です。
- アルミニウム合金 軽量で加工が容易です。

2. 粉末冶金

材料: 鉄系合金
- 鉄系合金 コスト効率に優れ、耐摩耗性に優れています。

3. プラスチック射出成形

材料: ナイロン(PA)、ポリカーボネート(PC)
- ナイロン（PA） 優れた自己潤滑性、低摩擦、高耐摩耗性を備えています。
- ポリカーボネート（PC） 高い耐衝撃性と強度を備え、電子機器や民生用アプリケーションのギアに適しています。

ギアの材質を選択する際の 5 つの重要な要素

ギア材料を選択する際に考慮すべき要素は多数あります。マイクロギア分野の専門家として、SGMADA はギア材料を選択する際に次の 5 つの要素を考慮することをお勧めします。

1. ギア負荷強度

ギアの負荷強度は、特定の用途における耐久性と信頼性を決定します。ギアの負荷が不足すると、ギアの変形、機械システムでの騒音や振動が発生します。

材料	ギア強度	耐衝撃性
プラスチック（例：POM）	❌	✔️✔️
ベークライト	❌	❌
ナイロン	✔️	✔️✔️
鋼合金	✔️✔️	✔️✔️✔️
鉄合金	✔️	✔️✔️

2. 温度適応性

温度適応性とは、さまざまな温度条件下で材料が機械的特性を維持する能力を指します。ギアの設計では、 発生した熱 ギア操作中および 周囲の気温 ギアボックスが作動する場所。

ギアが最適範囲外の温度にさらされると、いくつかの問題が発生する可能性があります。

強度の低下: 高温になると、材料の硬度と強度が低下し、負荷がかかったときに変形したり破損したりすることがあります。
極低温脆性: 極寒の環境では、特定の材料が脆くなり、ストレスによって簡単に割れたり破損したりすることがあります。
摩擦と摩耗の増加: 温度が高くなると材料が膨張し、摩擦が増加して摩耗が加速します。一方、温度が低くなると収縮が起こり、フィット感や操作性に影響します。

それでは、5 つの一般的なギア材料の温度適応性を調べてみましょう。

3. ギアノイズ

ギアノイズの発生は、材料の摩擦、潤滑特性、材料の硬度などの要因と密接に関係しており、同時にギアの加工精度も考慮する必要があります。

騒音源と影響要因

摩擦: 接触面が粗かったり不均一だったり、潤滑が不十分だったりすると、ギアの噛み合い時にノイズが発生する可能性があります。摩擦が大きいほど、ノイズが発生する可能性が高くなります。
自己潤滑特性: 自己潤滑性を持つ材料は、噛み合い時の摩擦を最小限に抑え、騒音レベルを低減します。これらの材料は外部潤滑の必要性を減らし、騒音をさらに低減します。
硬度: 硬い材料は摩擦が増加して騒音が大きくなる傾向がありますが、柔らかい材料は摩擦を減らして静かに動作します。
精度: ギアの製造精度は騒音レベルに大きく影響します。精度が高いほどギアの噛み合いが良くなり、位置ずれや不均一な摩耗による騒音が最小限に抑えられます。

材料	自己潤滑性	摩擦	ノイズ性能	潤滑要件
プラスチック（POM）	はい	低い	✅ 素晴らしい	最小限
ベークライト	いいえ	適度	✅ 良い	外部潤滑剤が必要
ナイロン（PA）	はい	低い	✅ 素晴らしい	最小限
鋼合金	いいえ	高い	❌ 悪い	広範囲の潤滑が必要
鉄合金	いいえ	適度	✅ 良い	潤滑が必要

ご注意ください： この材料分析表は、ギア材料の特性のみに基づいています。ギアボックスの全体的な騒音レベルは、ギア材料、製造精度、ギアの強度、ギアの噛み合い位置合わせなど、さまざまな要因によって異なります。

4. ギアボックスギアコスト

ギア材料を選択する際、コストは重要な要素です。異なる材料の価格と加工の難しさは、製品の費用対効果に直接影響します。以下は、一般的なギア材料のコストと加工料金の比較分析です。

特性	プラスチック（POM）	ナイロン（PA66）	ベークライト	鉄合金	鋼合金
材料費	中くらい	高い	低い	中くらい	高い
処理方法	射出成形、CNC切断	射出成形、CNC切断	圧縮成形、CNC切断	鋳造、CNC切削	鋳造、CNC切削
処理コスト	低い	中くらい	高い	高い	高い
バッチ生産コスト	低い	中くらい	高い	高い	高い
単価	低い	中くらい	高い	高い	高い

5. ギアボックスギアの加工精度

ギアの加工精度は、材料と製造方法によって異なります。以下は、さまざまな材料と加工方法の精度の限界の簡略化された比較です。

材料	処理方法	精度範囲
プラスチック（POM）	射出成形、CNC切断	高精度（±0.05mm）
ナイロン（PA66）	射出成形、CNC切断	高精度（±0.05mm）
ベークライト	圧縮成形、CNC切断	中程度の精度（±0.1mm）
鉄合金	鋳造、CNC切削	中程度の精度（±0.1mm）
鋼合金	鋳造、CNC切削	低～中程度の精度（±0.2mm）