摩耗・騒音・寿命の悩みを解決！ギヤの表面処理とは？

2025年07月15日

• 【技術通信】シリーズ

「ギヤがすぐ摩耗する」「動作音が気になる」「もっと長持ちさせたい」……これらの課題はギヤの表面処理で解決できるかもしれません。この記事では、ギヤの摩耗や騒音対策、寿命延長につながる表面処理の基本から最新技術まで、製造現場で役立つ情報をわかりやすく解説します。

目次

ギヤ（歯車）の表面処理とは？摩耗・騒音・寿命の悩みを解決する基礎知識

ギヤの表面処理とは、ギヤの歯面や本体の表面に特別な加工や処理を施すことで、性能や耐久性を向上させる技術です。たとえば、歯車に表面処理を施すことによって硬度を高めることで摩擦や摩耗を抑え、騒音も低減できます。さらに、適切な表面処理を行うことで寿命も延び、製品全体の安定稼働に貢献します。近年では、ギヤも含め部品の高機能化・長寿命化のため、さまざまな表面処理技術が活用されています。

ギヤの摩耗・騒音問題と表面処理の必要性

ギヤが摩耗しやすい、動作時に騒音が大きいといったトラブルの多くは、表面処理の工夫によって軽減できます。たとえば、ギヤの歯面を滑らかに仕上げることで摩擦が減り、摩耗が少なくなり長寿命化につながり、歯車の表面処理によって微細な傷や粗さを改善すれば、かみ合いがスムーズになり騒音も抑制されます。

特に高速回転や高負荷がかかる機械では、表面処理がトラブル回避と安定稼働の重要なカギとなります。加えて、適切な表面処理を行えばギヤの耐久性が向上し、メンテナンスの手間やコストも抑えられるという大きなメリットがあります。

ギヤ・金属部品の長寿命化を実現する表面処理の目的と効果

ギヤ表面処理を施す最大の目的は、摩耗や破損を抑えて、製品の寿命を延ばすことです。金属ギヤやギヤシャフトに表面処理を施すと「丈夫なのに割れにくい」という理想的な性質を持たせられます。表面だけを硬く加工することで、内部は粘り強さを保ちつつ、外側は摩耗や衝撃に強くなるのです。

具体的な効果としては、表面硬度や強度の向上、摩耗やピッティングの抑制、破損リスクの低減などがあります。さらに、表面処理によって長寿命化することで、メンテナンス頻度や交換コストの削減にもつながります。ギヤの素材や用途に合わせて適切な表面処理を選択することが、製品のトラブルを防ぐ第一歩です。

ギヤの種類や素材、使用目的に合った処理方法を選択

ギヤの表面処理は、ギヤの種類や素材によって最適な方法が異なります。金属製ギヤであれば、熱処理や表面硬化処理、めっきなどの方法があります。一方、樹脂製ギヤの場合は素材特性を考慮した処理が必要です。たとえば、金属ギヤでは摩耗や衝撃に強い表面処理が重視され、樹脂ギヤでは滑り性や静音性向上を目的とした表面加工が選ばれることもあります。

また使用目的によって表面加工を変えることで、用途に適したギヤの製作が可能となります。

信電舎が製造するギヤの種類や対応素材についてはこちらのページをご覧ください。用途や目的に合ったギヤ選びの参考にもなるはずです。

ギヤの主な表面処理とそれぞれの特徴

ギヤ表面処理にはさまざまな方法があり、材料や求められる特性に応じて使い分けられています。主な種類としては、熱処理（焼入れ・浸炭焼入れなど）、表面被膜処理（めっき・窒化など）、表面硬化処理（窒化・硬質クロムめっきなど）があります。

使用環境や求める性能に応じて、最適な処理を選ぶことで、ギヤや歯車の耐久性・信頼性を大きく高めることができます。それぞれの特徴を詳しく見ていきましょう。

ギヤの熱処理

ギヤの表面処理の中でも、特に重要なのが熱処理です。熱処理とは、ギヤの素材を高温で加熱・冷却し、硬度や耐摩耗性を高める加工です。以下で代表的な熱処理の種類と概要をご紹介します。

1. 浸炭焼入れ

浸炭焼入れは、ギヤの表面に炭素を浸み込ませた後に焼入れを行い、表面だけを硬くする加工です。内部は粘り強く保てるため、摩耗に強く割れにくい歯車を作ることができます。

2. 窒化処理

窒化処理は、アンモニアガスを分解して得られる窒素を表面に浸透させて硬度を上げる方法です。内部は母材の状態を維持しているため、材料本来の靭性も保つことが可能です。また、処理温度が低いため、熱変形が少ないというメリットがあります。

2-1. ガス軟窒化

アンモニアガスに加え、炭素含有ガスを用います。 窒化処理に比べて窒化層が薄いため、硬度は劣りますが、 処理にかかる時間がおよそ10分の1程度で済むこともあり、コストの面で優位です。

2-2. 塩浴軟窒化（タフトライド、イソナイト）

シアン酸塩を主成分とした塩浴槽に浸漬して処理をする方法です。窒化に加え浸炭も起こります。 処理の時間が短い事も含めて、ガス軟窒化と同等の効果を得られます。

3. 高周波焼入れ

高周波焼入れは、高周波誘導加熱でギヤ表面のみを急速加熱し、その後急冷することで、限られた範囲だけを硬くする加工です。歯車の必要な部分だけに硬度を持たせることができます。

4. レーザー焼入れ

レーザー焼入れは、レーザー光を用いてギヤ表面の特定部位を局所的に加熱し、選択的に硬化層を形成できる先進的な熱処理です。加工変形が少なく、精密部品にも対応できます。

5. 電子ビーム焼入れ

電子ビーム焼入れは、電子ビームでギヤ表面を高速・高エネルギーで加熱し、深く均一な硬化層を作ることができる表面処理の方法です。変形や歪みを抑えながら耐摩耗性を向上させます。

6. 浸硫処理

浸硫処理は、ギヤ表面に硫黄を浸み込ませることで摩耗・腐食に強い表面層を形成する方法です。特にオイルレス環境や過酷な条件下で使用される歯車に向いています。

その他の表面処理方法

熱処理以外にも、ギヤの寿命や性能を高めるさまざまな表面処理方法があります。以下で代表的な例とその概要をご紹介します。

1. アルマイト処理

アルマイト処理は、主にアルミニウム素材に使われる表面処理で、表面に酸化皮膜を形成して耐食性や耐摩耗性を向上させる加工です。見た目の美しさも増し、色調を変えることもできます。

2. 無電解ニッケルめっき

無電解ニッケルめっきは、電気を使わずに化学反応で金属表面に均一なニッケル皮膜を形成する表面処理です。細かい部分まで均等にめっきでき、耐摩耗性や耐食性、滑り性の向上に効果的です。

3. ショットピーニング

ショットピーニングは、小さな鋼球やセラミックビーズをギヤ表面に高速で衝突させ、微細な凹凸をつけて疲労強度を高める表面強化処理です。歯車の割れや欠けを抑制し、長寿命化に役立ちます。

まとめ：最適な表面処理選定でより長く使用できるギヤに

ギヤや歯車の表面処理は、摩耗や騒音、寿命の課題を解決するためには必要不可欠な技術です。ギヤの素材や用途、求める性能に応じて最適な表面処理を選択することで、製品の長寿命化やトラブル回避、コストダウンを実現できます。

信電舎では、精密な切削加工技術と柔軟な対応力が強みです。今回ご紹介したように、用途や目的に応じた最適なギヤ表面処理のご相談も承ります。その他、ギヤ単品をはじめ、減速機ユニットやオーダーメイドギヤの製作にも対応していますので、現場での課題はお気軽にご相談ください。