歯車対が検査台を出て歯車箱に組み込まれたあと、バックラッシュが図面どおりになることはまれです。加工の累積誤差、軸受すきま、ハウジング穴の公差、温度勾配が、実際の歯面すきまを設計値からずらします。組立現場での最終的なバックラッシ調整こそが、寸法の合った部品群を静かで丈夫な噛み合わせに変える工程です。失敗すると、暖機時に焼き付いたり、反転時に打痕を生じたり、緩すぎて油膜を保持できないまま運転を続けることになります。バックラッシュは図面上では範囲であって数値ではなく、組立はその範囲のどこにペアを落とし込むかを決める最終段階で、作業者が箱を開けずに手を入れられる最後の機会です。
現場で最も一般的な方法は、軸受外輪とハウジング肩の間、あるいはモータフランジとギヤボックスアダプタの間のシム組です。シムを増やすとピニオンが相手歯車に深く入り込んでバックラッシュが減り、減らすと噛み合いが開きます。シムは、一方の軸が固定され他方が軸受に対して移動できる平行軸の平歯車・はすば歯車、およびウォームを軸方向に動かすウォームギヤに最適です。メーカー指定の基準シムでドライ組立を行い、測定してから 0.05 または 0.10 ミリのシムを一枚ずつ追加または除去します。再測定の前には必ずハウジングボルトを規定トルクで締め直してください。締め付けそのものが軸間距離をわずかに変えるからです。シムは安価で再現性が高く、摺動面に摩耗痕を残さないため、減速機、コンベヤ駆動、エレベータ歯車箱で今も標準です。
ハウジングが剛性鋳物で軸方向の遊びがなくシムが使えない場合は、偏心ブッシュまたは調整可能な軸受カートリッジを用います。偏心スリーブは軸受外輪と穴の間に挟まれ、数度回すと軸芯が小さな円弧上を移動し、0.1 ミリ単位で噛み合いを開閉します。ロックナットまたはイモネジでスリーブをその角度に保持します。この方法は小型ギヤモータ、工作機械主軸頭、一部のトラクタ変速機中間軸で標準です。コンパクトなユニットではシムより細かい調整が可能ですが、取り付けに敏感です。スリーブが完全に着座し、ロックが正しい向きに締められていないと、初期運転の振動で位置がずれてしまいます。調整前にフランジとハウジングに罫書き線を引いておくと、調整を誤ったときに工場出荷位置に戻せて便利です。
軸間距離を動かすとバックラッシュだけが変わるわけではない、と覚えておいてください。軸間距離を詰めると歯はプロファイルの内側を通り、歯元の接触が増え、歯先すきまが縮まります。広げると接触パターンが外側に移り歯は薄くなり、バックラッシュは多くの技術者の予想より速く増加します。平歯車では軸間距離が 0.01 ミリ変わると、バックラッシュは通常 0.02 から 0.03 ミリ程度変化します。両歯面のすきまが圧力角に応じて拡大するからです。もう一方の限界は歯先すきまで、モジュールの約 0.25 倍を下回ると、負荷時に歯先が相手歯車の歯元円弧に干渉する危険が生じます。したがって調整の手順は、バックラッシュがゼロになるまで詰めることではなく、下限仕様に達するまで噛み合いを内側に寄せ、その後に赤鉛で接触パターンを確認する、というものです。
測定はアクセスに応じて三つの方法で行います。固定歯車のピッチ円上にダイヤルゲージを当て、相手歯車を動かないように保持すると、最もきれいな接線方向の値が得られます。歯面間にシックネスゲージを差し込む方法は、既にボルトで固定されたペアを点検窓から測るときに使います。鉛線圧延法は大型で低速の歯車に最も手早い方法です。軟らかい鉛線を噛み合う歯の間に挟んで潰し、非接触側のつぶれ厚さがバックラッシュです。一周につき四か所以上で測ってください。一か所だけでは振れを見逃します。平均値とばらつきを記録し、ばらつきが平均の 30 % を超える場合は、シムを触る前に偏心や軸曲がりを疑ってください。ピークホールド付きのデジタルダイヤルゲージを使えば、手で歯車を動かしながら針を見つめる必要がなく測定が速くなります。
バックラッシュが仕様に入っても、すぐ生産に渡してはいけません。無負荷で一時間、次に四分の一負荷で一時間運転し、異音に耳を澄まし、潤滑油温を監視します。ハウジングに手を当ててみてください。徐々に温かくなりますが、持てないほど熱くなってはいけません。慣らし運転後に再測定してください。軸受のなじみ、歯面の運転ならし、わずかな熱収縮が数百分のミリ程度値を動かすからです。受け入れ検査は三つを同時に満たす必要があります。バックラッシュが約束の範囲内であること、接触パターンが稼働歯面の歯高さ 60 %、歯幅 60 % 以上を覆うこと、そして定格負荷で油温がメーカー上限内に安定することです。バックラッシュは合格でも高速運転でうなる歯車箱は、未完了です。
調整には限界があります。最も厚いシムを入れても、偏心スリーブを端まで回してもバックラッシュが上限仕様を超えたままなら、問題は組立現場にはありません。それはどちらかの歯厚不足、ハウジング穴の大きすぎ、鋳物の歪み、あるいは図面公差を超えて加工された軸間距離を指しています。その段階で軸受を締めすぎたり、間違ったフランジにシムを入れて無理に噛み合わせを閉じても、初回運転で歯面を溶着させるだけです。正しい手順は、停止して接触パターンと測定値を写真に撮り、元の図面とともに歯車メーカーへ送り返すことです。正しい歯厚の予備ピニオン、あるいは実際のハウジング偏心量に合わせて削ったブッシュは、保証トラックで戻ってくる歯車箱より安くつきます。