UK 08英国の歯車機械の系譜

時計の歯切り機と歯形の理論（1670〜1850 年ごろ）

機械で歯車の歯を切る技術は、時計づくりから始まりました。時計の歯車は小さく、歯数が多く、しかも正確に等分されていなければなりません。そこで時計師は、歯車の素材を回して決まった角度ずつ止める割り出し板と、小さな回転やすり（のちのフライス）を組み合わせた歯切り機（wheel-cutting engine）を使いました。Woodbury の『History of the Gear-Cutting Machine』（1958）によると、文字の記録に残る英国の歯切り機は Robert Hooke の日記にあるもので、1670 年ごろの考案です。London の Science Museum には、それとよく似た 1672 年ごろの歯切り機が残り、Woodbury はおそらく現存する最古の歯切り機だろうと書いています^[1]。割り出し板、切り込みの深さを決めるねじ、手回しのクランクで回す成形の刃物という、のちの歯切り盤の基本がすでにそろっていました。

18 世紀には York の時計師 Henry Hindley が、ずっと頑丈な歯切り機を作ります。1741 年の秋にこれを見た技術者 John Smeaton が、のちに王立協会の論文で紹介しました。箱形の枠、切り込みの深さを決めるマイクロメータに加えて、ウォームの頭に 60 等分の目盛りを付け、割り出し板にない歯数も分けられる差動割り出しの仕組みを持っていたと Woodbury は書いています。フライス盤の割り出し台に同じ考えが現れる 150 年以上前のことです。刃物を素材の軸と平行に動かして、歯溝の底を平らに削ることもできました^[1]。1783 年の Samuel Rehé の歯切り機は、枠を一段と重くして割り出し板を 19 インチ（約 480mm）に大きくし、時計の道具から機械の歯車を切る機械へ移る途中の姿を見せています^[1]。

ホブ切りの考えも、この時代の英国の計器づくりの中に現れます。目盛りを刻む分割機で知られる Jesse Ramsden は、1768 年にねじ（ウォーム）に刃を付けたもので歯車の歯を切りました。Woodbury はこれを、ホブで歯を切った最初の例としています。ただし計器を作るための一品の仕事で、生産のための機械ではありませんでした^[1]。

歯形の理論を現場へ：Hawkins・Buchanan・Willis

大きな機械の歯車は、長いあいだ木や鋳物で作られ、歯形は職人の勘で決められていました。蒸気機関と工場の動力伝達で歯車の負荷と速さが上がると、歯形を正しく決める理論が必要になります。Woodbury は、フランスの数学者の理論を英国の技術者と現場に「翻訳」した人として 3 人を挙げています^[1]。

1 人目の John Isaac Hawkins は、1806 年に Camus の歯形の論文を英訳しました。初版には他人の誤りが混じり、30 年にわたる論争を招きましたが、1837 年の第 2 版の追記で、インボリュート歯形なら大きさの違う歯車どうしでも同じピッチでかみ合い、中心距離が少しずれても正しく回ることを説きました。ねじ切り旋盤の換え歯車のように、何枚もの歯車を組み替えて使う機械が増えていたことが背景にあると Woodbury は書いています^[1]。2 人目の Robertson Buchanan は、1808 年の『Essay on the Teeth of Wheels』で、数学の教育を受けていない水車大工（ミルライト）でもコンパスと物差しで歯形を描ける表と手順を示しました^[1]。

3 人目が、Cambridge の Robert Willis です。Willis は歯車を機構学（メカニズム）の体系の中に位置づけ、かさ歯車やねじ歯車の幾何を整理しました。現場の歯車に効いたのは次の 3 つです。まず、インボリュート歯の圧力角 14.5°を提唱しました（正弦がほぼ 1/4 になる角度で、のちに Brown & Sharpe の方式にも受け継がれます）。次に、Manchester で使われていた歯の大きさの表し方にdiametral pitch（直径 1 インチあたりの歯数）の名を付け、円ピッチとの対照表を示しました。そして 1838 年、歯形を 2 つの円弧で近似して描くための目盛り付きの定規、オドントグラフ（odontograph）を考えて名づけ、作り方と表を発表しました^[1]。1864 年の William Fairbairn の『Treatise on Mills and Millwork』は、Willis のオドントグラフを図入りで説明し、板紙か木の目盛り板で、London の Holtzapffel（飾り旋盤で知られる工房）で手に入ると書いています^[3]。製図板の上で正しい歯形を描ければ、その形の成形カッタや木型を作れます。理論が工場の道具になったわけです。

技術者の歯切り盤：Fox・Roberts・Bodmer・Whitworth

1820〜40 年代になると、時計師の道具ではなく、工場の大きな歯車を切る技術者の歯切り盤が現れます。Woodbury によると、1820 年ごろ James White ははすば歯車やまがりばかさ歯車を切れる歯切り機を著書に示し、Derby の James Fox は 1833 年より前に、旋盤のような頑丈な台に素材を立てて付け、割り出し円筒とねじで分割する歯切り機を使っていました（主に鋳物の歯車の木型を削るためのものでした）^[1]。Manchester では、Richard Roberts のものとされる 1824〜34 年ごろの歯切り盤が、換え歯車で歯数を割り出し、カッタの頭を傾けてかさ歯車も切れるようにしていました。この機械は 1908 年にもまだ英国の工場で使われていたといいます^[1]。

スイス生まれで Manchester に工場を構えた John George Bodmer は、1839 年 5 月 29 日の英国特許 8,070 号で、成形フライスで平歯車を切り、内歯車・かさ歯車・ウォームホイール・ラックの付属装置も持つ歯切り盤を示しました。金属の歯車用のカッタは、焼入れしやすいように分割式でした。成形カッタの研ぎ直しには手間と費用がかかったと Woodbury は書いています^[1][2]。

そして Joseph Whitworth です。Whitworth は平面とねじの基準で知られますが（第 1 章）、歯切り盤でも先頭を走りました。Woodbury は、1834〜44 年の Whitworth の機械を、インボリュートの成形カッタ、歯車による割り出し、ベルトとウォームで回す動力のカッタをそろえた最初の歯切り盤とし、1851 年までには自動送りの型も作られていたとしています^[1][2]。さらに 1835 年 6 月 11 日の英国特許 6,850 号では、素材とホブを歯車列で正確な比に結んで回し、ウォームホイールを切る機械を示しました。Woodbury はこれを、ホブ切りを生産の機械に使った最初で、インボリュート歯を創成した最初の機械と位置づけています（切れるのははすば・ウォームホイールだけでした）^[1]。のちのホブ盤の核心である「刃物と素材の回転を歯車で同期させる」考えが、ここに出ています。

現場で何に効くか。今もウォームホイールは、相手のウォームと同じ形のホブで切ります。ウォームとホイールの軸を直角に保ったまま、ホブと素材を決まった比で回す、という Whitworth の特許と同じ考え方です。英国の古い図面に出てくる「D.P.（diametral pitch）」や圧力角 14.5° は、Willis 以来の英国・米国の方式の名残りで、モジュールと圧力角 20° の今の歯車とはそのままかみ合いません。

歯車工場と歯切り盤メーカー（1851〜1906 年）

19 世紀の半ばには、英国の歯切り盤は生産の機械になっていました。Woodbury は 1851 年の Leeds の Shepherd, Hill and Spink の機械を例に挙げます。カッタの駆動はまだロープでしたが、自動送りを備え、換え歯車で割り出す機械でした^[1]。Woodbury は、1850 年までに成形カッタ・型板・創成という歯の形づくりのすべての方式が生産の機械になり、正しく削った平歯車・かさ歯車・ウォーム歯車を、英国の機械の設計者は（米国より先に）たくさん使えるようになっていた、とまとめています^[1]。

1856 年 12 月 6 日には、Christian Schiele が英国特許 2,896 号で、素材とホブを歯車で正しい比に回して、平歯車・はすば歯車・ウォームホイールを切る機械を示しました。Whitworth の機械がウォームホイールしか切れなかったのに対し、ホブを素材の軸と直角に置いて平歯車も切る点が新しく、Woodbury はこれをホブ盤の型の始まりとしています。ただ、実際に使われたかは分からず、ホブ盤が広まるのは 40 年ほど後のことでした^[1][2]。Woodbury はその理由を、歯形がまだサイクロイド中心でホブを作りにくかったこと、量産の需要が来ていなかったこと、ホブを焼入れ後に正しい形に仕上げるのが難しかったことに求めています^[1]。

David Brown：木型屋から歯車工場へ

のちに英国最大の歯車メーカーになる David Brown は、1860 年に Huddersfield（Yorkshire）で型屋（パターンメーカー）として始まりました。得意は鋳物の歯車の木型でした。1935 年に工場を取材した The Engineer 誌によると、息子たちが加わると歯車そのものを作るようになり、歯の間隔を正確に分ける機械を入れ、作りやすい歯形を研究しました。1890 年に最初の歯切り盤が入ると、歯を削った歯車が鋳物の歯車をしのぐことがはっきりし、歯車の工場が木型の工場を上回っていきます^[6][7]。1902 年には Lockwood に新しい Park Works を作り、1903 年には標準化したウォーム減速機を作っていました。1906 年ごろからは自動車とトラックの需要でウォーム歯車に力を入れます^[6]。

Manchester と Rochdale の歯切り盤メーカー

歯切り盤を作る側では、Manchester の会社が目立ちます。Woodbury によると、1877 年に量産用の自動歯切り盤が英米の 3 社から同時に売り出されました。米国の Brown & Sharpe と Gould & Eberhardt、そして英国の Craven Brothers です^[1][9]。素材を付ければ最後の歯まで自分で切って止まる機械で、1 人が何台も受け持てるようになりました（米国側の話はアメリカの歯車機械の章）。1900 年のパリ万国博覧会には、Manchester の Smith & Coventry が、2 本の刃物で 1 枚の歯の両側を削るかさ歯車の歯切り盤を出しています^[1]。

Rochdale の John Holroyd & Co. は、同社の沿革によると 1860 年に Manchester で工作機械と繊維機械の店として始まり、のちに Rochdale（Milnrow）へ移りました^[8]。1897 年には、ねじを旋盤の刃物でなくフライスで削るねじのフライス削り（thread milling）の機械の特許を取ります。Steeds（1969）は、工場の責任者だった Liebert が 1897 年に特許を取り、Holroyd がそれを作ったとしています。米国でも Henry Liebert の「Machine for Milling Screws」が 1900 年に成立しました^[8][2][10]。ねじとウォームとホブは同じ「らせん」の仲間で、Holroyd はこの技術をウォーム歯車とホブ盤へ広げていきます。Steeds の本は 1904 年の Holroyd のホブ盤を図版に載せ、1906 年には London の Olympia の機械展に出た Holroyd のホブ盤を Engineering 誌が写真入りで紹介しました^[2][13]。同じ記事は、自動車の工業の伸びから生まれた新しい機械として、歯車のホブ盤やカムの切削盤を挙げています^[13]。

自動車の歯車では、Frederick W. Lanchester の仕事も見逃せません。Lanchester は自分の自動車の後車軸に、ホイールを抱き込む鼓形（hour-glass）のウォームを使い、それを作るためのホブ盤を 1896 年に設計しました^[9][2]。ウォームの後車軸は、のちに David Brown の得意分野になります。

現場で何に効くか。英国の歯車工場は「型屋」から始まった所が多く、木型と鋳物の歯車の時代の考え方（歯形を図で描いて型を作る）から、歯切り盤で歯を削る時代へ、19 世紀の終わりに切り替わりました。古い英国製の機械を直すときに、歯車が鋳物のままか削り歯かを見ると、作られた時代の見当が付きます。

タービンの減速歯車と山歯歯車（1897〜1918 年）

20 世紀のはじめ、英国の歯車づくりに最も高い要求を突きつけたのは、蒸気タービンの減速歯車でした。タービンは毎分数千回転で回るのが得意ですが、船のプロペラは毎分 100 回転前後でなければ効率よく水をかけません。その差を歯車で減速しようとすると、歯車は大きく、周速は速く、伝える力はとても大きくなります。少しの歯の誤差でも、振動と騒音、歯の傷みになって現れます。

Parsons と Vespasian

蒸気タービンの船を実用にした Charles Parsons は、1911 年の講演（Rede lecture）で、1897 年に長さ 22 フィート（約 6.7m）のランチに、毎分 2 万回転のタービンを14 対 1 のはすば歯車で減速して積んだことを、最初のギヤードタービン船として紹介しています^[11]。本格的な試験は 1908 年に買った貨物船 Vespasian（4,350 トン）で行われました。往復機関を外して、高圧と低圧の 2 台のタービンがそれぞれ毎分 1,400 回転の小歯車を回し、推進軸の 70 回転の大歯車にかみ合う形に積み替えると、石炭の節約は 15%、プロペラを手直しすると 22% になりました^[11]。1913 年の Parsons の論文によると、このあとギヤードタービンは貨物船・英仏海峡の客船・軍艦に広がり、建造中のものを合わせると 12 万馬力をこえていました^[14]。

Muir のホブ盤と、歯車が鳴る理由

歯車を削ったのは、Manchester の William Muir & Co. のホブ盤でした。Parsons の 1913 年の論文によると、歯の精度の要求を自分で確かめるため、1910 年に Parsons Marine Steam Turbine Company の工場に Muir 製のホブ盤 2 台を入れ、同じ型の 2 台を発電機や圧延機の歯車を作る C. A. Parsons & Co. にも入れました。2 台は 1913 年までに合わせて約 5 万馬力ぶんの歯車を切っています^[14]。1960 年の Electrical Review 誌の訃報は、Muir の技術担当役員だった W. Owen が、Parsons と組んで最初のタービン歯車のホブ盤を設計した人だと伝えています^[17]。

ところが、できた歯車は鳴りました。Parsons は歯車箱の上にマイクを吊るし、記録計（オシログラフ）で音を調べます。すると音の高さは、歯車の回転数の 160 倍、つまりホブ盤のテーブルを回す親ウォームホイールの歯数 160と同じ周期でした。親ウォームホイールの小さな誤差が、削った歯車に同じ周期で写り、それが音になっていたのです。測ると、誤差は親歯車の歯と同じ周期で並んでいました^[14]。はじめはばねで小歯車の軸受を支えて音を和らげましたが、Parsons はそれを不完全な対策と考え、歯そのものの精度を上げる方法を探しました。

クリープ機構（1912 年）

Parsons と Carnegie、Cook が 1912 年 12 月 20 日に出願した英国特許（1913 年 12 月公開）が、クリープ機構（creep mechanism）です^[20]。親ウォームホイールが付いたテーブルの上にもう 1 枚のテーブルを載せ、素材を載せた上のテーブルを、下のテーブルより1% ずつ先へ「這わせる（creep）」ように歯車で回します。下のテーブルは 1% 遅く回して、素材の回転は元のままにします。こうすると、親歯車の誤差は歯車の軸を通る面に並ぶのではなく、歯車のまわりにゆるいらせん状に散らばります。ホブは素材が 1 回転するごとに少しずつずれた位置で削るので、誤差の山は削り重ねでならされ、Parsons の説明では残る誤差は元の約 5 分の 1 になりました^[14]。Steeds は、この「クリープ」法がこの時期のすぐ後に Parsons と同僚によって開発されたと書いています^[2]。1936 年の客船 Queen Mary の減速歯車も、クリープ機構を備えたホブ盤で切られました^[30]。

山歯歯車を削る：Sunderland と Sykes

タービンの減速歯車には、山歯（ダブルヘリカル、ヘリンボーン）歯車がよく使われました。はすば歯車は滑らかにかみ合いますが、軸方向に押す力（スラスト）が出ます。左右逆向きのはすばを並べれば、その力が打ち消されます。ただ、ホブで山歯を切ると、ホブが逃げるために左右の歯の間に中央の溝が要り、歯車が幅広く重くなります。この溝をなくす機械を考えたのが、Sunderland と Sykes でした。

Sam Sunderland（その事業はのちに Keighley Gear Company に受け継がれます）は、1903 年にはすば歯車・ウォームホイールを切る機械、1907 年にかさ歯車の創成機の英国特許を取ったあと、1908 年 10 月 8 日に、ラックの形をした多刃のカッタで平歯車を創成する歯車平削り盤の特許を出願しました（米国特許 948,830 は 1910 年）^[12][15]。カッタを往復させ、そのあいだに素材を転がしながらカッタを送ります。Steeds によると、カッタを歯車のまわり 1 周ぶん長くしなくてよいよう、カッタを数歯ぶん戻す「ステップバック」の動きを付けたのが工夫で、1909 年ごろから Shipley の J. Parkinson & Son が作りました^[2]。1912 年には、歯をねじれ角に傾けたラック形カッタで山歯歯車を中央の溝なしに削る特許も出しています^[19]。1917 年の Engineering 誌は、刃先が絶えず入れ替わるので 1 歯ずつ削る方式より発熱と摩耗が少ない、と解説しました^[16]。Woodbury も、Fellows の歯車形削り盤と並べて、複数の歯を同時に削る機械として Sunderland を挙げています^[1]。

William Edwin Sykes は 1911 年 7 月 17 日、歯車の形をした 2 本のカッタで山歯歯車を削る方法の英国特許を出願しました。カッタはライフル棒（らせんの溝を切った棒）でねじられながら往復し、素材と転がり合って左右のはすばの歯形を創成します^[18]。1913 年には 2 本のカッタを 1 つの往復台に載せて交互に削らせる改良も出願しています^[21]。1916 年の Engineering 誌は、West Drayton の Power Plant Company が作って自社で使う Sykes の機械を紹介しました。米国の Fellows の歯車形削り盤の原理を発展させたもので、左右のカッタがクランクで往復して中央の線まで削るので、ホブ切りの山歯に要る中央の逃げ溝が要りません。ホブ盤の約半分、エンドミルで削る場合の 20 分の 1 の時間で仕上がったといいます^[23]。1928 年には同社が、直径 9 フィート 6 インチ（約 2.9m）、幅 30 インチ（約 760mm）までのタービン歯車を削れる Sykes 式の大形機を完成しています^[27]。

規格と研削の始まり

同じころ、歯車の規格づくりも国境を越えて始まりました。1910 年 7 月、Birmingham で米国機械学会（ASME）と英国の機械学会（IMechE）の合同会議が開かれ、互換性のあるインボリュート歯車の方式が話し合われます。結論は出ませんでしたが、Brown & Sharpe 式が広まる流れになったと Woodbury は書いています^[1]。焼入れした歯車の仕上げでは、1908 年に Thomas Humpage が機械学会で、ホブ盤にコランダム（研削材）のウォームを付けて焼入れした自動車の歯車を仕上げる実験を発表しました。Woodbury は、焼入れ歯車の研削を試みた最初は英国の Humpage だとしています^[1]。ねじ状の砥石で歯車を連続して研ぐ今の歯車研削（ねじ状砥石研削）と同じ考え方で、研削盤の歴史は第 7 章 研削盤で扱います。

現場で何に効くか。ホブ盤で削った歯車に、ある決まった周期の音（歯車の 1 回転にテーブルのウォームホイールの歯数ぶんの山）が出るときは、テーブル駆動のウォームとホイールの誤差を疑います。Parsons と Couling（後述）が突き止めたのと同じ現象です。今の CNC ホブ盤は、テーブルを高精度のウォームやダイレクトドライブで回し、誤差を補正することでこれを抑えています。

規格・研究と二つの大戦（1919〜1945 年）

山歯歯車の機械は米国へ

第一次世界大戦が終わってまもなく、David Brown は Keighley Gear Company（Sam Sunderland の事業の後継）を買い、大戦で広げた工場をさらに大きくしました^[6]。Sykes の機械は大西洋を渡ります。1925 年 11 月の米国の業界誌によると、Buffalo の Farrel Foundry & Machine がその 3 年前に Sykes の歯切り盤の米国・カナダの特許を買い、英国から 4 台を運んで「Sykes 式の連続山歯歯車」を作り始めました。需要が伸びて Buffalo の機械は 15 台になり、西海岸とシカゴの歯車会社も機械一式を買っています^[24]。英国生まれの歯切り盤が、米国の鉄鋼・製紙などの重い歯車の工場に広まったわけです（アメリカの歯車機械の章）。Sunderland の平削り盤も大形化し、1931 年の The Engineer 誌は、平歯車を創成する機械として当時最大の直径 15 フィート（約 4.6m）の Sunderland 歯車平削り盤を紹介しています^[29]。

ウォーム歯車の Holroyd と David Brown

戦間期の英国の歯車会社は、ウォーム歯車で名を上げます。Holroyd は 1924 年の機械展にウォームホイールのホブ盤とウォームの研削盤を出し^[25]、同社の沿革によると、1931 年には国立物理学研究所（NPL）の試験で、ウォーム歯車として効率 98.2% を記録しました^[8]。ウォームは滑りが大きく効率が低いと思われがちですが、歯形・材料（りん青銅）・仕上げを詰めれば平歯車に近い効率が出せることを示したわけです。David Brown では技術者の H. E. Merritt が、1930 年に英国で出願したウォーム歯車の特許を残しています（米国では 1934 年成立）^[28]。

1935 年に David Brown の Park Works を訪ねた The Engineer 誌は、約 2,000 人の工場の様子を伝えています。小さな平歯車・はすば歯車はMaag の歯車研削盤で仕上げ、まがりばかさ歯車は Gleason の機械を何台も並べて切り、山歯歯車は形削りか平削りの創成法で削り、鉱山の巻上機の三重のはすば歯車はエンドミルで削っていました。ウォーム用のりん青銅も自社で鋳造していました。第一次大戦の前には米国の Timken と組んで、自社の特許のウォームの後車軸を米国で作る会社も作っています^[6]。Fraser の Harry Ferguson の伝記によると、Ferguson の新しいトラクタの歯車・変速機・操向装置を作ったのも David Brown で、それが同社自身のトラクタ事業につながりました^[49]。

英国規格（BS）の歯車規格

英国の歯車の規格は、1927 年の BS 235「Gears for Traction」（電車などの歯車）から始まりました。1932 年の BS 436「Machine-Cut Gears：Helical and Straight Spur」（平歯車・はすば歯車、1940 年改訂）、1934 年の BS 545（かさ歯車）、1937 年の BS 721（ウォーム歯車）、1941 年の BS 978（計器・時計の歯車）が続きます^[26]。のちに Merritt が書いたところでは、BS 436・545・721 は寸法の互換だけでなく、設計・精度・許容荷重まで含む「設計の手引き」を目指した規格でした^[26]。インチの時代の規格なので、日本の JIS（モジュール・圧力角 20°）の歯車とはそのまま入れ替えられません。

Merritt の『Gears』と戦車の変速機

David Brown の技術者 Henry Edward Merritt は、英国の歯車工学の代表的な教科書『Gears』を 1942 年に Pitman から出しました^[32][33]。設計・加工・試験まで一冊にまとめた本で、1946 年に第 2 版、1954 年に第 3 版が出ています。Merritt は戦車の変速機でも名を残しました。1939 年 12 月に英国で出願した装軌車両の操向装置の特許は、変速機と差動装置を組み合わせ、左右の履帯の速さを歯車で変えて曲がる方式です^[31]。1943 年の英国の調査報告は、ドイツの Tiger 戦車を調べる中で、Merritt 式の差動操向が英国の Churchill・Cromwell・Centaur の各戦車に使われていると記しています^[34]。多くの歯車を正確に、たくさん作る力が戦争の装備を支えたわけです。

音の原因はやはりウォームホイール（1943 年）

大戦の最中の 1943 年 1 月、Rugby の British Thomson-Houston（BTH）の S. A. Couling が機械学会で、タービン発電機の減速歯車の研究を発表します。BTH はクリープ機構を使わず米国製のホブ盤で歯車を切っていましたが、500kW・毎分 8,000 回転の歯車が「笛のような」音を出しました。鉛を詰める、はずみ車を付けるなどの対策は効かず、音の周波数（毎秒 1,340 回）が、低速軸の回転数とホブ盤の親ウォームホイールの歯数 120 の積に一致することから、原因を突き止めます。Couling は 360 歯の新しい親ホイールを作り、歯を 1 ピッチずつずらして削り直しながら精度を上げて、音を聞こえない高さへ追い出しました^[36]。30 年前の Parsons の発見が、ここでも確かめられたことになります。

★タービン歯車のホブ盤から今へ（1946 年〜）

BS 1498 と Grade A のホブ盤

戦後、英国はタービン歯車を削るホブ盤そのものを規格にしました。1952 年の The Engineer 誌によると、二度の大戦で積み上げた経験は、1948 年の BS 1498（タービンなどの歯車用のホブ盤）にまとめられました。海軍省の求めで、国立物理学研究所（NPL）、船級協会の Lloyd's Register、ホブ盤のメーカーと使い手が作った規格で、通常の生産用の Grade B と、高い周速で大きな荷重を伝える歯車用の Grade A を定めています^[39]。

この規格を満たす機械を作ったのが、Manchester の David Brown Machine Tools（旧 Muir Machine Tools）です。Parsons と最初のタービン歯車ホブ盤を作った Muir が、1944 年 12 月に David Brown の傘下に入っていたのです^[5]。同誌によると、同社はクリープ式とソリッドテーブル式（クリープなしで親歯車そのものを精密にする方式）の両方のホブ盤を長く作ってきました。同社の親機の割り出しウォームホイールは、親から子へと作り直すたびに誤差を減らしてきたもので、「今あるほとんどすべてのタービン歯車ホブ盤の割り出しウォームホイールの曾祖父」だといいます。精度が上がってクリープ機構は要らなくなりつつある、という見方も紹介しています。Grade A を満たした最初の機械は 1948 年に Birkenhead の造船所 Cammell Laird へ納められ、荒削り用と仕上げ用に別々の割り出しウォームホイールを持ち、停電でも削り続けられるよう 2 系統の動力を備えていました^[39]。ホブ盤の部門は戦後 Craven Brothers にもあり、Muir 出身の W. Owen が 1955 年まで設計主任を務めました^[17]。

研究の組織と規格の整備

海軍と Vickers は歯車の研究協会（Admiralty-Vickers Gearing Research Association）を作り、1949 年に報告書 No.1 を出し、のちにホブ盤の据え付けや再調整の手引きもまとめています^[40]。政府の科学技術研究庁（DSIR）は戦後、East Kilbride（Glasgow 近郊）に機械工学研究所（MERL）を作り、1959 年に国立工学研究所（NEL）と名を変えました。歯車と工作機械、歯の誤差の測定はその研究の柱の 1 つでした^[41][42]。規格も、1952 年の BS 1807（タービンなどの歯車の精度）に続き、シェービングカッタ・ホブ・成形カッタ・用語・ラック形カッタの規格が 1953〜56 年に次々にできます。一方で Merritt は 1956 年の The Engineer 誌で、設計と許容荷重を扱う BS 436・545・721 の改訂が遅れていると論じました^[26]。

ロータの Holroyd

戦後の Holroyd は、ねじとウォームで磨いたらせんの形を削る技術を、ねじ圧縮機のロータ（雄雌のねじ状の回転子）へ広げます。同社の沿革によると、1953 年に受託で削る部門 Holroyd Precision Rotors を作り、1967 年に技術革新で女王賞（Queen's Award）、1993 年にロータのカッタ研削盤で、2004 年にねじ・歯車の研削の技術で再び女王賞を受けました^[8]。ロータの歯形は歯車よりずっと複雑ですが、創成と成形研削、工具の形を正確に作る技術は歯車研削盤と共通です。

今の英国の歯車機械

米国の Gleason は 1966 年に英国 Plymouth に工具工場を建てました^[45]。Holroyd は 2010 年に中国の重慶機電（CQME）のグループに入り、PTG（Precision Technologies Group）Holroyd として、Rochdale でロータのフライス削り・研削盤、歯車研削盤、ウォームの研削盤、摩擦かくはん接合機を作っています^[8]。David Brown は 2016 年にフィンランドの Santasalo と一緒になり David Brown Santasalo になりました。同社は産業用の歯車装置を作り、Power Plant Gears・Sykes・BTH・Radicon などの古い歯車ブランドの装置の保守も受け継いでいます^[7][46]。今の歯車の機械と工具のメーカーは歯切り工具・歯車加工機のメーカーに、工具ごとの使い方はホブ・ピニオンカッタ・シェービングカッタのページにまとめています。

現場で何に効くか。大きなタービン歯車や圧延機の山歯歯車を修理・作り直すときは、元の歯車が「ホブ切り（中央に溝がある）」か「Sykes 式・Sunderland 式（溝なしで突き合わせ）」かで、使える機械が変わります。溝のない山歯は、今もピニオンカッタで左右を削る機械か、5 軸の機械で削るのが普通です。英国製の古い歯車箱は Grade A／B（BS 1498）や BS 436 の等級で作られていることがあるので、図面の規格の版を確かめてください。

日本とのつながり

日本の歯切りの始まりには、米国とドイツの機械が大きな役割を果たしました（アメリカ・ドイツの章）。英国の機械もそこに加わっています。会田俊夫『歯車の技術史』（1970）によると、1914 年に日本の歯切り専門の工場が英国製のホブ盤を据え付け、これが歯切りの業者が外国製のホブ盤を置いた最初とされます^[22]。日本最初のホブ盤とされる 1906 年のドイツ Pfauter 製のホブ盤（造船所と海軍工廠）から 8 年後のことでした（国産アーカイブ第 4 章の年表）。

船のタービンの歯車でも英国とのつながりがあります。会田によると、大正の末までに日本ではいろいろなホブ盤の国産化がひととおり済みましたが、軍艦・商船の主機のタービン歯車を切る大形の歯切盤は、英国の William Muir や米国の Westinghouse などの外国製でした^[22]。Muir は、この章で見たとおり 1910 年に Parsons のためにタービン歯車のホブ盤を作った会社です^[14]。タービン歯車のように大きく精密な歯車を削る機械は、国産化がいちばん遅れた分野の 1 つで、英国の経験が日本の造船にも入っていたことが分かります。

英国の歯車の規格と教科書は、インチの歯車の時代の日本の技術者にも読まれました。ただし日本は戦後、JIS でモジュールと圧力角 20° の方式をとったので、英国の D.P.・14.5° の歯車とは歯形が違います。古い英国製の機械の歯車を作り直すときは、まず歯形の方式を確かめるのが出発点です（「歯車の勉強」の歯形と規格の節）。

よくある質問

ホブ盤の考え方は英国で生まれたのですか？

ホブで歯を切ること自体は、1768 年の Jesse Ramsden の計器づくりが最初の例とされます。素材とホブを歯車列で同期させて回す機械は、1835 年の Whitworth の英国特許（ウォームホイール用）と、1856 年の Schiele の英国特許（平歯車・はすば歯車も）に現れます。ただ、ホブの軸をねじれ角だけ傾けて差動歯車ではすば歯車も切る今のホブ盤の基本をまとめたのはドイツの Pfauter（1897 年）で、広く使われるようになったのは 20 世紀に入ってからです。

Parsons のクリープ機構とは何ですか？

ホブ盤のテーブルを回す親ウォームホイールの誤差が、削った歯車に同じ周期で写り、タービンの減速歯車が鳴る問題を解くための仕組みです。Parsons・Carnegie・Cook が 1912 年に特許を出願しました。素材を載せたテーブルを親ホイールに対して毎回 1% ほどずらして回し、誤差を歯車のまわりにらせん状に散らして、周期的な誤差（音）を消します。戦後は親歯車そのものの精度が上がり、クリープなしのホブ盤も増えました。

中央に溝のない山歯（ダブルヘリカル）歯車はどうやって削ったのですか？

英国では 2 つの方式が生まれました。Sam Sunderland の歯車平削り盤（1908 年特許、J. Parkinson & Son 製）はラック形の多刃のカッタで、W. E. Sykes の機械（1911 年特許、Power Plant Co. 製）は歯車形の 2 本のカッタで、左右のはすばを中央の線まで削ります。Sykes の米国の特許は 1922 年ごろ米国の Farrel が買い、米国でも広まりました。

英国の歯車の規格（BS 436 など）はいつできましたか？

最初は 1927 年の BS 235（電車などの歯車）で、平歯車・はすば歯車の BS 436 は 1932 年（1940 年改訂）、かさ歯車の BS 545 は 1934 年、ウォーム歯車の BS 721 は 1937 年、計器・時計の歯車の BS 978 は 1941 年です。タービン歯車用のホブ盤の規格 BS 1498 は 1948 年に作られました（Merritt 1956・The Engineer 1952 による）。