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歯車の騒音の原因——かみあい周波数・伝達誤差・共振を切り分け、測定を外に頼むとき

調達購買ノウハウ

投稿日：2026年11月9日

歯車の騒音の原因——かみあい周波数・伝達誤差・共振を切り分け、測定を外に頼むとき

歯車装置のうなり音、原因を外で測ってもらうなら → 歯車の騒音を相談する

この記事のポイント（結論先出し）

歯車装置の騒音は、歯車そのものの音より、かみあいで生じた振動が軸と軸受を通って歯車箱を揺らして出る音が大部分を占める^[1]。最初にやることは、回転数と歯数からかみあい周波数（毎秒の回転数×歯数）を計算し、聞こえている音の高さと照らすことである^[1]。振動の元は、かみあう歯の対の数が入れ替わるたびに歯のたわみが変わって生じる伝達誤差で、わずかな歯形の誤差や組立ての誤差で大きく変わる^[1][2]。精度等級を上げるだけで静かになるとは限らず、負荷をかけた状態で何が起きているかを見る必要がある。社内の測定で絞れないときは、伝達誤差や歯車箱の振動の特性の測定を専門の会社に頼む。

歯車の音は、ほとんどが歯車箱から出ている

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歯車装置の騒音と振動を解説した論文は、騒音を二つに分けている。歯と歯が接触し始めるときの衝撃音や、歯のすき間の空気が押し出される音のように歯車自身から出る空気伝播音と、歯車で生じた振動が軸や軸受を通って歯車箱を揺らし、あるいはつながった軸を伝わって負荷側を共振させて、最後に音として出る固体伝播音である^[1]。歯車はふつう歯車箱の中に封じられているので、前者が外に出る分は少なく、騒音の大部分は後者と考えてよいとしている^[1]。はすば歯車の振動を研究した論文も、歯車装置の振動・騒音の主な成分はかみあい周波数とその整数倍の成分で、その主な原因はかみあい部が歯車箱を揺らして生じる振動と、それによって歯車箱の表面から出る固体伝播音だとしている^[2]。

ここから、対策の考え方が二つに分かれる。振動の元（かみあい）を小さくするか、振動が歯車箱まで伝わって音になる道（軸・軸受・歯車箱の共振）を変えるかである。どちらが効くかは、測ってみるまで分からない。

まず、かみあい周波数を計算する

かみあい周波数は、毎秒の回転数に歯数を掛けた値になる^[1]。先の論文は、歯車本体の回転方向の振動を測ると、このかみあい周波数とその整数倍の成分が際立つことを示している^[1]。聞こえている音や測った振動の高さがこれと一致すれば、かみあいが元だと見当が付く。

回転数	歯数	毎秒の回転数	かみあい周波数（1 次）	2 次	3 次
2,000 min⁻¹	52	約 33.3	約 1,733 Hz	約 3,467 Hz	約 5,200 Hz
1,500 min⁻¹	20	25	500 Hz	1,000 Hz	1,500 Hz
1,800 min⁻¹	31	30	930 Hz	1,860 Hz	2,790 Hz

1 行目は、先の論文の実験で使われた条件（歯数 52、2,000 min⁻¹）を当てはめた計算である^[1]。2 行目・3 行目は計算の例で、特定の装置の値ではない。減速機のように歯車の段が複数あるなら、段ごとに軸の回転数と歯数が違うので、かみあい周波数も段ごとに計算する。

回転数を変えて測ると、共振かどうかが分かる

同じ論文は、回転数ごとに測った周波数の分析結果を回転数の順に並べた図（カスケード線図）で見ると、回転数に比例して動くかみあい周波数の成分が、装置の固有振動数と重なるところで大きくなる様子が分かると書いている^[1]。特定の回転数でだけ音が大きくなるなら、かみあいの振動が軸や歯車箱の固有振動数と共振している可能性が高い。そのときは、歯車を作り直すより、共振する回転数を避けるか、歯車箱の側を変えるほうが早いことがある。

論文はまた、厳密には回転の 1 次を基本にその高次の成分がすべて揺らされうるので、詳しく見ると回転数の間隔でスペクトルにピークが並ぶとしている^[1]。かみあい周波数の両脇に回転数の間隔でピークが立っているなら、一回転ごとに繰り返す何か（歯車の振れや、歯ごとのばらつきなど）が効いていると疑う手がかりになる。ただし、このピークは正常な歯車でも小さくは出るので、前に測った値や同じ型の装置と比べて大きいかどうかで見る。

振動の元：かみあいで生じる伝達誤差

歯車は、歯という離れ離れの要素で力を伝えるので、それ自体が振動の元になる^[1]。先の論文によれば、平歯車では同時にかみあう歯の対の数の平均（かみあい率）は 1 から 2 の間、はすば歯車では 2 から 3 程度で、二対の歯がかみあっているときの歯のたわみは一対のときの約 1/2 から 2/3 になる^[1]。かみあう対の数が入れ替わるたびにたわみが変わるので、駆動側が一定の速さで回っても、被動側には回転の変動が出る。これが歯車の振動の本質的な原因で、駆動側の回転角に対する被動側の進み遅れとして表される（伝達誤差）^[1]。

歯車の種類	かみあい率の目安（論文の記載）	伝達誤差の変動	注意すること
平歯車	1〜2	対の数の入れ替わりで大きく変わる	歯形の誤差の形が振動を大きく変える
はすば歯車	2〜3 程度	平歯車より明らかに少なく滑らか	歯のねじれで軸方向の推力が出る

この変動は、歯の形を意図的に修整することで小さくできる（歯形修整）^[1]。一方で、論文は、平歯車の歯形にわずか 5 μm の誤差を与えたシミュレーションで振動が大きく変わり、誤差の量が同じでも形が違えば結果が違うことを示している^[1]。また、かみあい率を高く設計したはすば歯車に、当たりを安定させるためにクラウニングのような修整を施すと、その利点を失いかねないとして、誤差が振動に及ぼす影響は単純ではないと注意している^[1]。

組立てと負荷で、歯の当たり方は変わる

はすば歯車の論文は、かみあい伝達誤差に影響する歯面の形の要因として、(1) 個々の歯車の歯面の形、(2) 組み立てた状態での軸・軸受・歯車箱などの寸法の偏差、(3) 運転時の負荷による各部の変形を挙げ、(2) と (3) は実際に組み立てて負荷をかけないと分からないことが多いと書いている^[2]。先の解説も、歯車自体の設計・製造の誤差管理だけでは振動を下げて保てず、組立ての誤差まで含めて注意する必要があるとしている^[1]。歯車を単体で測って合格でも、組み付けたら鳴る、ということは起こりうる。

測って確かめる

単体の歯車：片歯面かみ合い試験

歯車の精度を定める JIS B 1702-1 は、附属書で片歯面かみ合い試験を説明している。回転伝達誤差は駆動歯車の回転角に対する被駆動歯車の回転角の理論値からのずれで、片歯面かみ合い試験はそれを測る方法として、一対の歯車を片側の歯面だけが当たるようにして回して測る^[3]。同じ附属書は、1 ピッチかみ合い誤差が振動・騒音の管理とかみあいの滑らかさを知るうえで重要な要素だとしている^[3]。

ただし、この試験は試験機の変形の影響を避けるため、ふつうはごく軽い負荷で行う^[3]。附属書は、歯形修整した歯車は特定の高い負荷で歯面がうまくかみあうように設計されているので、軽い負荷では 1 ピッチかみ合い誤差が大きめに出ることがあり、予想よりはるかに小さい値が出るのはかえって好ましくないとして、修整歯形では許容値に上限と下限を設けるのが望ましいとしている^[3]。軽い負荷での測定値だけで「静かな歯車かどうか」を判断しないほうがよい理由がここにある。精度等級の指定の仕方は歯車の精度等級を指定するときの記事で扱っている。

組み付けた装置：振動と騒音

組み付けた状態では、軸受の近くの振動を周波数ごとに測り、かみあい周波数の成分を追う。歯車装置の機械振動の測定方法を定める JIS B 1754 は、計測器は 1/3 オクターブを超えない帯域幅の狭帯域分析ができることが望ましいとし、報告には振動の主要な周波数成分とその振幅、または狭帯域の周波数スペクトルを含めるとしている^[5]。騒音を測るなら、JIS B 1753 は、A 特性の暗騒音のレベルが試験中のレベルより各周波数帯で 10 dB 以上低ければ十分だとしている^[4]。工場の中で他の機械が動いていると、歯車の音だけを取り出すのは難しい。受入検査として測る場合の条件の決め方は減速機の選定と発注の記事で扱った。

音の出方で、原因の候補を挙げる

音・振動の出方	疑う原因	まず確かめること
かみあい周波数（とその整数倍）に一致する高い音	かみあいの伝達誤差	段ごとのかみあい周波数の計算、歯当たり
特定の回転数でだけ大きくなる	軸・軸受・歯車箱の共振	回転数を変えて測る、歯車箱を軽くたたいて響き方を見る
かみあい周波数の両脇に、回転数の間隔でピークが並ぶ（正常な歯車でも小さく出る。前の測定や同じ型の装置と比べて大きいかで見る）	一回転ごとに繰り返す要因（振れ・歯ごとのばらつき）	歯車の振れ、累積ピッチの誤差、軸の曲がり
単体の検査は合格なのに、組み付けると鳴る	組立ての誤差、負荷による変形	中心距離、軸の平行度、軸受とハウジングの寸法
負荷を変えると音の大きさが変わる	歯形修整と負荷が合っていない	設計した負荷と実際の負荷、修整の量

この表は候補を挙げるためのもので、判定はできない。歯車以外の音（軸受の傷、モータの電磁音、ファンの音）が重なっていることも多い。軸受の音との見分け方は軸受の異音と故障の記事で扱う。

外に頼むときに渡すもの・受け取るもの

社内で周波数を計算しても原因が絞れない、歯車を作り直しても静かにならない、新しい装置を設計段階で静かにしたい——こうした場合は、伝達誤差の測定、運転状態での振動の測定と解析、歯車箱の振動特性の測定を専門の会社に頼む。

渡すもの	具体的な中身
歯車の諸元	段ごとの歯数、モジュール、ねじれ角、歯形修整の有無と量、精度等級、材料と熱処理
装置の構成	軸と軸受の配置、歯車箱の図面、中心距離と公差、潤滑の方法
運転の条件	回転数の範囲、負荷の範囲、問題になる回転数と負荷
これまでの記録	音・振動を測った位置と結果、検査成績、作り直した経緯
知りたいこと	元（かみあい）か伝わる道（共振）かの切り分けか、対策案の比較か、新設計の事前の見積りか

受け取るもの	確かめること
周波数ごとの分析結果	かみあい周波数の何次の成分か、どの回転数で大きいか、測った位置と負荷
伝達誤差の結果（頼んだ場合）	測ったときの負荷（軽負荷か運転に近い負荷か）、どの歯車の組み合わせか
歯車箱の振動特性（頼んだ場合）	固有振動数と、かみあい周波数の重なり
原因の見立てと対策案	元を減らす案（歯形修整など）と伝わる道を変える案のそれぞれで、何を測れば効いたと言えるか

機械全体の振動の測り方と評価の基準は機械・設備の振動解析を頼むときの記事に、騒音と振動をまとめて切り分ける考え方は騒音・振動の切り分けの記事にまとめている。

歯車の諸元と測定の記録がそろったら、測定や解析の頼み先から相談できます

よくある質問

精度等級を一つ上げれば静かになりますか

なるとは限らない。誤差の量が同じでも、形が違えば振動は大きく変わり、組立ての誤差や歯車箱の共振でも音は変わる^[1]。等級を上げる前に、どの周波数の音が大きいのか、それがかみあいの元か、共振かを確かめる。

工場の受入試験では静かだったのに、現場で負荷をかけると鳴ります

受入試験が無負荷や軽い負荷なら、ありうる。伝達誤差に効く組立ての偏差や負荷による変形は、実際に組み立てて負荷をかけないと分からないことが多い^[2]。歯形修整した歯車は、設計した負荷でうまくかみあうように作られているので、負荷が違えば当たり方も変わる^[3]。

歯車箱に防音材を貼るのは効きますか

騒音の大部分は歯車箱から出る固体伝播音なので^[1]、表面の振動を抑えたり音を遮ったりする手が効く場合はある。ただし元のかみあいの振動そのものは変わらない。元と道のどちらに手を打つかを決めてから選ぶ。

まとめ

歯車装置の騒音は、ほとんどが歯車箱から出る固体伝播音で、元はかみあいの伝達誤差にある。毎秒の回転数×歯数でかみあい周波数を計算し、聞こえる音と照らし、回転数を変えて共振かどうかを見る。伝達誤差はわずかな歯形の誤差、組立ての誤差、負荷による変形で変わり、軽い負荷の単体の測定だけでは判断できない。社内で絞れないときは、歯車の諸元・装置の構成・運転の条件・記録をそろえて、伝達誤差や振動特性の測定を専門の会社に頼み、元と道のどちらに手を打つかを決める。

出典・参考資料

歯車装置の騒音と振動（北條春夫／騒音制御 17 巻 1 号・日本騒音制御工学会／1993 年）
運転条件下の振動計測によるはすば歯車のかみ合い伝達誤差の推定（南雲稔也・松村茂樹・北條春夫／日本機械学会論文集 82 巻 844 号・日本機械学会／2016 年）
JIS B 1702-1:2016 円筒歯車－精度等級－第1部：歯車の歯面に関する誤差の定義及び許容値（JIS 検索の閲覧資料）（日本産業標準調査会／2016 年 4 月 20 日改正・2021 年 10 月 20 日確認）
JIS B 1753:2013 歯車装置の受入検査－空気伝ぱ音の試験方法（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2013 年 11 月 20 日改正・2023 年 10 月 20 日確認）
JIS B 1754:1998 歯車装置の受入検査－第 2 部：歯車装置の機械振動の測定方法及び振動等級の決定（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／1998 年 3 月 20 日制定・2023 年 10 月 20 日確認）

歯車装置の音の原因が絞れない——元か共振かの切り分けから相談できます

newji の「技術課題の解決」は、装置の構成と音の出方を伺って課題を整理するところから始めます。伝達誤差の測定や、運転状態での振動の測定・解析のように設備の要る作業は、合う専門の会社を探して一緒に進めます。newji が測定や解析そのものを行うわけではありません。測定や解析の前に、費用と内容を書面でお出しします。結果や効果を前もってお約束する形ではありません。

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