SOLIDWORKSで120°軸交差の傘歯車を作成する方法｜3Dプリンター向けベベルギヤ設計のポイント

SOLIDWORKSで使用する傘歯車（ベベルギヤ）を設計する場合、単純に歯車形状を作るだけでは正しくかみ合いません。特に軸交差角が120°のような特殊な条件では、歯数やモジュール、ピッチ円錐角などを適切に設定する必要があります。

この記事では、3Dプリンターで出力できる傘歯車を作成する際の設計条件、SOLIDWORKSで扱いやすいCADデータの作り方、かみ合わせ確認のポイントについて解説します。

傘歯車を作成する前に決めるべき設計条件

傘歯車は、2本の軸が交差する場所で動力を伝達するための歯車です。一般的な平歯車とは異なり、歯が円錐状に配置されているため、軸角度や歯車比によって形状が大きく変化します。

特に120°の軸交差角で使用する場合、通常の90°用ベベルギヤを流用すると歯が正しく接触せず、回転不良や歯の破損につながる可能性があります。

設計時には以下の項目を決定します。

2つの傘歯車が120°でかみ合う場合、それぞれのピッチ円錐角の合計が軸交差角になります。

例えば、歯数比が大きく異なる組み合わせでは、小さい歯車側のピッチ円錐角が大きくなり、大きい歯車側は小さくなります。そのため、単純に外径だけを合わせるのではなく、歯数から角度を計算する必要があります。

小さい歯車と大きい歯車を組み合わせる場合は、以下のような構成が一般的です。

3Dプリンター用途では、金属加工品より歯の強度が低くなるため、歯を細くしすぎない設計が重要です。

SOLIDWORKSでは、歯車形状を手作業でモデリングする方法と、歯車設計用のアドインや外部CADデータを利用する方法があります。

正確なベベルギヤを作成する場合は、歯形計算を行ったうえでSTEP形式やIGES形式などで読み込み、SOLIDWORKS上で編集する方法が効率的です。

作成手順の例は以下になります。

3Dプリンターで傘歯車を出力する場合、CAD上で完全に接触する設計にすると実際には動かない場合があります。

樹脂の収縮や積層誤差を考慮し、歯と歯の間には適度なバックラッシ（すき間）を設定する必要があります。

例えばFDM方式の3Dプリンターでは、歯車サイズにもよりますが0.1〜0.3mm程度のクリアランスを設けることで回転しやすくなる場合があります。

また、強度を確保するためには、PLAよりもPETGやナイロン系フィラメントを使用すると耐久性を高められます。

スパイラルベベルギヤは、通常のストレートベベルギヤより静音性やかみ合い性能に優れていますが、設計難易度は高くなります。

ねじれ角や歯面形状まで考慮する必要があり、3Dプリンター用としてはまずストレートベベルギヤで試作し、動作確認後にスパイラル化する方法がおすすめです。

試作段階では、歯車の外径や軸穴など基本条件を満たしたモデルを作り、実際に印刷して調整することが重要です。

傘歯車のCADデータを作成依頼する場合、単に「傘歯車を作ってほしい」と伝えるだけでは設計者によって仕様が変わる可能性があります。

以下の情報を明確にすると、希望に近いCADデータを作成できます。

特に3Dプリンターで実際に使用する場合は、見た目だけでなく回転方向や負荷条件も伝えることで、より実用的な設計になります。

SOLIDWORKSで120°軸交差の傘歯車を作成する場合、歯数やモジュール、ピッチ円錐角を正しく設定することが重要です。

3Dプリンターで使用する場合は、CAD上の理論値だけではなく、印刷誤差やバックラッシを考慮した設計が必要になります。

小型の傘歯車であればストレートベベルギヤから試作し、かみ合わせや強度を確認した後にスパイラルベベルギヤへ発展させる方法が失敗を減らせます。