一般的な自動車用ギア材料と車両システムにおけるその応用

自動車システムにおいてギア材料の選択が重要な理由

ギアの基本的な機能はトルク伝達です。トルクとは車両の回転力であり、ギアは加速時にトルクを伝達（調整）するのに役立ちます。低いギア（高い数値比）は、坂道を登ったり重い荷物を牽引したりする際に、より大きなトルクを伝達します。

ギアはクランクシャフトからドライブシャフトへと運動を伝達し、最終的には車輪へと伝わります。車両では、旋回時にギアが逆回転することもあります。

パワートレインの回転速度を維持することが、車両におけるギアの主な機能です。低いギアは高い回転数を維持するのに役立ち、逆もまた同様です。

車両には2種類のギアが使用されています。高負荷トランスミッションギアと小型モーターギアの違いを理解することで、この概念を理解しやすくなります。

• 高負荷トランスミッションギアは、重機の動力とトルクを伝達します。これらのギアは大型で、ヘリカルセットの数が多く、複数のギア比を備えています。
• 低出力デバイスでは、動力とトルクの伝達に小型のモーターギアを使用します。これらのギアは小型で、シンプルな平歯車を備えています。

適切な材料の選択は重要です。なぜなら、不適切な材料選択は、自動車システムにおいて機械的、安全性、性能、そして経済性に関わる一連の問題を引き起こす可能性があるからです。その影響はしばしば深刻で、コストがかかり、時には危険を伴うこともあります。ギア材料を選択する際には、製造性、コスト、そして機械的特性のバランスを取ることが重要です。

車両のギアは、何百万サイクルにも損傷なく耐えられる信頼性を備え、修理や交換にかかるコストを削減する必要があります。スパーギアの代わりにヘリカルギアを採用することで騒音を低減し、車内の静粛性を維持します。トランスミッションの寿命を維持し、メンテナンスコストを削減するためには、ギアに高い耐摩耗性が必要です。

自動車産業におけるギア材料

車両ギアの製造には様々な材料が使用できます。これらの材料の詳細は以下のとおりです。

· スチール合金ギア: 強度と耐久性

ギアの最も一般的な製造材料は鋼とその合金です。鋼は高い耐久性、強度、靭性、耐熱性を備えています。

• 鋼の強度は炭素含有量によって決まります。炭素含有量は約0.3～0.6%です。炭素鋼は、耐久性、強度、耐熱性に優れた費用対効果の高いソリューションです。
• 20CrMnTi合金は、クロム、チタン、マンガンを含有し、高い硬化性、耐疲労性、耐摩耗性を備えています。
• 18CrNiMo7-6 合金は、重い負荷に耐え、高いパフォーマンスを発揮するように設計されています。

利点

• この鋼合金は引張強度が高く、1080 MPa を超える圧力にも耐えることができます。
• 18CrNiMo7-6、20CrMnTi、炭素鋼合金は耐久性が高く、耐熱性も優れています。

アプリケーション

• スチール合金ギアの最も一般的な用途は、入力シャフトと出力シャフトです。
• 自動車の差動装置のリングとピニオンのセットは鋼合金で作られています。
• タービン、航空宇宙用ギアボックス、採掘設備などの高トルク装置ではこれらのギアが使用されます。

製造工程

• ギアのスパー、歯、および形状の精密な製造には、CNC 加工が使用されます。
• 焼き入れや浸炭などの熱処理により、素材の硬度と靭性が維持されます。

· ステンレス鋼合金ギア：耐腐食性と長寿命

自動車のギアには、耐食性、耐久性、長寿命を備えたステンレス鋼合金が必要です。クロム含有量により酸化物の保護層が形成され、錆、酸化、そして化学的損傷にも耐性があるため、湿気にさらされる屋外の自動車システムに最適です。熱処理グレードは高強度、耐疲労性、そして優れた耐摩耗性を備えています。

利点

• 腐食や錆に対する高い耐性。
• 疲労強度と寿命に優れています。
• 耐用年数が長く、メンテナンスの手間が少ない。

アプリケーション

• サンルーフと窓リフトのギア
• ミラー折りたたみ機構
• HVACアクチュエータシステム
• EV補助駆動システム

製造業

CNC 加工、熱処理、表面仕上げ、精密研削により、強度、精度、スムーズなギア噛み合いが保証されます。

·エンジニアリングプラスチックギア：騒音低減とコスト効率

自動車業界では、エンジニアリングの活用が非常に一般的です。調整システム用のギアはこれらの材料から製造されています。ギアの製造に用いられる一般的なエンジニアリングは以下の通りです。

• これは結晶性のエンジニアリング熱可塑性プラスチックで、成形業界のギア製造に使用できます。低摩擦（0.2～0.3）と自己潤滑性を備えています。POM収縮率は2～3.5%で、吸湿性は非常に低いです（0.2～0.5%）。
• 耐摩耗性に優れた半結晶性の熱可塑性プラスチックです。ナイロンは吸湿性が高く、最大3%以上です。
• ガラス繊維やその他の材料を加えると、材料の強度が向上します。

利点

• エンジニアリングプラスチックの主な特徴は、軽量でありながら強度と耐摩耗性が高いことです。
• これらのプラスチックは優れた減衰抵抗を持ち、騒音を低減します。
• この素材は、強い化学物質や湿気の影響を受けません。

応用

• 電動格納式サイドミラーでは、POM およびナイロン製のギアが静かに組み立てられるため一般的です。
• 車両のシートリクライニング機構には、エンジニアリングプラスチック製のギアが使用されることが多いです。
• ヘッドセットとウィンドウレギュレーターにもこれらのギアが付いています。

製造業

• POM およびナイロン ギアの大量生産方法は射出成形であり、正確な結果が得られます。
• カスタマイズされた小ロットの場合、プロトタイプを使用して CNC 製造が行われます。

· アルミニウム合金ギア：軽量で効率的

アルミニウム合金は、軽量設計、耐食性、そして美観が求められる自動車用ギアに広く使用されています。アルミニウム合金の自然酸化皮膜は優れた耐食性を備え、車両システム内で長期間の使用を可能にします。また、アルミニウムギアは低密度であるため軽量で、電気自動車（EV）や低中負荷の快適システムに適しています。優れた切削性により、精密かつ効率的な生産が可能になります。

利点

• 画期的な軽量構造
• 高い耐腐食性
• 優れた加工性
• 優れた熱伝導性
• 美しい表面仕上げ

アプリケーション

• シート調整機構
• ウィンドウレギュレーター
• EVの快適システムと補助システム
• 内部に取り付けられたアクチュエータアセンブリ
• 低負荷モーターギアシステム

製造業

高精度ギアはCNCフライス加工と旋盤加工により製造されています。表面処理とアルマイト処理により耐久性と耐腐食性が向上し、精密加工によりスムーズな噛み合いと静音動作が実現されています。

·真鍮合金ギア：スムーズな動きと摩耗制御

真鍮合金製の自動車用ギアは、高い耐摩耗性、安定した摩擦、そして耐腐食性から広く使用されています。亜鉛、銅、マグネシウム、アルミニウムを添加することで、機械的強度と耐熱性が向上します。真鍮は制御された滑らかな摩擦特性を備えているため、スムーズなギアシフトを可能にするシンクロナイザーリングに最適です。

利点

• 耐摩耗性、耐摩擦性に優れています。
• 耐腐食性が非常に優れています。
• より高い熱伝導性と電気伝導性。
• スムーズなギアチェンジとトランスミッション。
• 複雑な部品は機械加工性に優れています。

アプリケーション

• トランスミッションシステムのシンクロナイザーリング。
• 燃料システムのバルブ、セメント継手、およびコネクタ。
• HVAC制御メカニズム
• 高電圧のEV充電インターフェースおよびコネクタ。
• 電気および照明システムのコンポーネント。

製造業

真鍮ギアのCNC加工は、高い寸法精度と形状を実現するために行われます。精密な旋削、フライス加工、そして仕上げ加工により、滑らかな表面、厳しい公差、そして長期にわたる安定した性能を実現します。

車両システムへの応用

様々な材料で作られた自動車用ギアは、様々な分野で使用されています。その一部を以下に示します。

· シートモーター調整ギア

シート調整ギアは多方向へのシート調整を可能にし、最大300ポンド（約130kg）の重量に耐えます。シートに内蔵されたギアにより、スムーズでコントロールされたリクライニングが可能です。

シートのモーター調整ギアの製造には、通常、スチールまたは自己潤滑性強化プラスチックが使用されています。これらのギアは射出成形されており、摩擦と騒音を低減します。また、コスト効率にも優れています。

摩耗しやすいギア部品を交換するには、高精度な加工が求められます。高精度加工は、騒音を低減し、部品の耐久性を向上させることができます。

通常、シートモーターのギアはエンジニアリングプラスチックで作られており、次のような何らかの故障の症状が発生します。

• 最低と最高のリクライニングで止まる
• カチカチという音
• モーターは動くが、シートは動かない

Honscnは、繰り返しのリクライニングや重量物の取り扱いに耐えるスチール製および真鍮製のギアを製造しています。同社の製品は摩耗せず、数サイクル使用しても騒音が発生しません。これらの真鍮製およびスチール製のギアは、SUVやトラックに使用できます。モーターの耐用年数が長くなり、優れた耐久性を実現します。

· ウィンドウリフトモーターギア

窓用リフトに使用されるギアには、いくつかの動作仕様が求められます。これらのギアは、数千回の上下動作に耐えなければなりません。また、断続的な負荷に耐え、耐腐食性を備え、精度を維持する必要があります。さらに、動作中の騒音を抑制する必要があります。

POMギアはコスト効率が高く、自己潤滑性があるため、窓用モーターに最適です。窓用モーターアセンブリの騒音低減要件を満たすため、POMは理想的な素材です。より高価で耐久性の高い代替品として、鋼合金ギアがあります。鋼合金ギアは耐久性が高く、高負荷にも耐えることができます。

· サンルーフモーターギア

サンルーフ用のギアを取り付ける前に、その素材が工程中に耐用しなければならない要件を評価することが重要です。サンルーフは湿気、水分、埃にさらされるため、サンルーフアセンブリのギア素材は耐腐食性と耐摩耗性を備えていなければなりません。

ギアの材質は、エンジニアリングプラスチックまたはステンレス鋼である必要があります。これらの材料は耐腐食性と強度に優れています。サンルーフの静かな開閉にはナイロンが使用されています。また、サンルーフモーターギアにも、鋼の高い強度と延性が求められます。

· ミラー折りたたみギア

使用頻度が非常に高いため、ギアの材質は軽量で、数百万サイクルにも耐えられることが求められます。ナイロンとPOMは、トルクが最小限で構造がコンパクトなため、理想的な材料です。トラックやSUVでは、耐疲労性と耐摩耗性を高めるため、スチール、真鍮、アルミニウムのギアが一般的に使用されています。

· テールゲート/トランクモーターギア

トランクに使用されるギア素材は、非常に高い耐重量性と強度が求められます。多くの場合、数トンもの荷重に耐えられる鋼合金が使用されています。鋼に含まれる炭素含有量がギアの強度と耐久性を決定します。高炭素鋼合金は、トランクモーターのギアにおいてより優れた荷重管理を実現します。鋼とプラスチックギアを組み合わせることで、低コストで同様の効果が得られます。耐久性と液漏れ防止のためには、機械加工の精度が求められます。

適切な材料と製造プロセスの選択

車両のさまざまなモーター システムで使用するギアの材質を選択する際には、決定を下す前に考慮すべき特定の要素があります。

材料の選択は、トルク制御能力、負荷管理能力、そして外部環境条件への耐性に基づいて行われます。高荷重負荷に耐えるには鋼合金を使用し、NVH（騒音・振動・ハーシュネス）制御にはナイロンギアが最適です。

CNC加工はカスタマイズされたギアの製造に使用され、プラスチックギアは大量注文向けに射出成形で製造されます。粉末冶金は、より高い精度を得るために焼結金属合金の製造に使用されます。

CNCギアのサプライヤー選びは容易ではありません。アフターマーケットでは、ナイロンギアを鋼合金製ギアに交換することは非常に一般的です。スパー、ボア径、歯数にわずかな違いがあっても、CNC加工のサプライヤーが必ずしも異なる製品を提供するとは限りません。購入者は、優れた顧客サービスを提供する高精度ギアのサプライヤーを選ぶ必要があります。

優れた自動車部品の提供：Honscn

創業20年の当社は、お客様に材料選定に関する無料コンサルティングを提供しています。トルク、負荷、騒音、コストなどを考慮した材料選定をお手伝いいたします。また、お客様のご要望に合わせたギア設計のための高品質な試作も承っております。

当社のハイテクギア加工には、3軸および5軸CNCフライス加工／旋削加工が含まれており、公差は+0.005～0.01mmと極めて狭く、理想的な歯形、滑らかな噛み合い、そして低バックラッシュを保証します。

当社は厳格な品質管理体制を敷いており、社内試験設備、全数検査、そして認証（ISO、IATF 16949、RoHS）を導入しています。高い耐久性と信頼性を保証します。また、一貫した材料サプライチェーンを構築し、遅延を回避しています。

結論

自動車産業において、ギアは動力伝達、速度調整、そして車両のスムーズで信頼性の高い走行に不可欠です。この記事では、高強度鋼合金、真鍮、軽量アルミニウム、エンジニアリングプラスチックといった材料の選択が、性能、耐久性、静音性、そしてコストにどれほど直接的な影響を与えるかを明らかにしました。各車両システムに求められる耐荷重性、耐摩耗性、そして環境耐性のバランスは、カスタマイズ可能です。ギアの製造工程はCNC加工、射出成形、熱処理など、高品質であり、ギアの信頼性に貢献しています。OEMおよびアフターマーケットのお客様にとって、正確でカスタマイズ可能、かつテスト済みのギアソリューションを選択することは、長寿命、効率性、そして車両全体の性能を確保するための鍵となります。詳細はウェブサイト（https://www.cnchonscn.com/）をご覧ください。