内歯車とリングギヤは、高トルク・コンパクトドライブの縁の下の力持ちである。歯を外側に向けた平歯車とは違い、内歯車はリングや円筒の内周面に歯を切り、より小径の外歯ピニオンと太陽歯車・遊星歯車の配置でかみ合う。この幾何形状は、平行軸段のどの構成よりも小さなスペースに大きな動力を詰め込めるため、約 3:1 を超える減速比の遊星歯車減速機のほぼすべてがリングギヤを必要とする。購買担当者にとってリングギヤは部品表の単なる 1 点ではなく、減速機全体のトルク密度、バックラッシュの許容量、熱処理歪みリスクを決める核心部品である。リングギヤを誤ると、太陽歯車や遊星歯車をどれだけ高精度に作っても、騒音・効率・寿命は救えない。
遊星歯車装置、すなわち遊星歯車列は、同心円状に並ぶ三つの要素から成る。中央の太陽歯車、回転するキャリアに支えられた複数の遊星歯車、そして内歯がすべての遊星歯車と同時にかみ合う外側のリングギヤである。遊星歯車は太陽歯車の周りを公転しながら自身の軸で自転し、入力トルクを 3 か所、4 か所、場合によっては 5 か所のかみ合いに同時に分散させる。荷重を複数のかみ合いで分担するため、同じピッチ円直径でも遊星段は単段平歯車段の数倍のトルクを伝達でき、中心軸にかかるラジアル荷重もほぼ相殺されて軸受とハウジングを小さくできる。減速比はどの要素を固定し、どれを入力とし、どれを出力とするかで決まる。リングギヤを固定し太陽歯車を入力とすると、キャリアが出力となり、比は 1 に（リングギヤ歯数÷太陽歯車歯数）を加えた値になる。逆にキャリアを固定しリングギヤを入力とすれば逆比となり、いずれか 2 つの要素を一体に固定すると、装置は減速のない直結軸と同じになる。この三要素の組み合わせ自由度が、単一のコンパクトなハウジングで複数の速度段を持たせる必要のあるオートマチックトランスミッション、ホイールドライブ、装軌車両に遊星歯車が使われる理由である。リングギヤの内歯は常に複数の遊星歯車と同時に接触しているため、歯溝精度、同軸度、振れがトルク分配の滑らかさと段の騒音を直接左右する。リングギヤが偏心して回ると、特定の遊星歯車だけが他より大きな荷重を受け、遊星歯車が本来狙うべき荷重分散の利点を自ら捨てることになる。
リングの内側に歯を切るのは外歯の歯切りとは別の問題で、代表的な加工法は三つに絞られる。歯車形削り盤は、ピニオン状の刃物を下穴の中で往復運動させながら歯を 1 歯ずつ創成し、歯先修正も自在に行える。中ロット・中精度、穴やフランジ・取付面が既に加工済みの部品には、まず形削りが選ばれる。形削りはほぼ任意のリング径に対応し、他の方法では届きにくい逃げ面や逃げ溝も加工できる一方、刃物のストロークごとに 1 歯ずつ削るため、歯数と径が大きくなるほどサイクルタイムが伸びる。ブローチ盤は多刃の工具を 1 回の引き抜きでリングに通し、単純形状の内歯車を大量に加工する場合は極めて短いタクトを実現するが、工具コストと貫通穴要件から、小ロット・大径・複雑形状には不経済である。ワイヤ放電加工は帯電したワイヤで歯形を溶蝕させるため切削力がまったくなく、焼入れ材や薄肉リングでも歪みなく加工できる。1 個あたりの加工時間とコストは大きいが、小ロット高精度のリングギヤ、試作や補修のように専用ブローチを作るほどではない場面では最適な選択肢となる。精度とコストのトレードオフは明確なパターンを持ち、通常量産品では形削りで ISO 7〜9 級、ブローチは大量生産で 8〜9 級、ワイヤ放電は焼入れ材で 5〜6 級に達するが、スループットはそれらの何分の一かである。購買側は、年間数量と要求精度の両面から工程を選ぶべきで、工場が最も慣れた方法を無条件に選んではならない。
内歯リングギヤは遊星段の荷重分担の心臓部にあるため、歯面は高硬度で耐摩耗性が高く、芯部には粘りが必要である。高荷重のリングギヤには浸炭焼入れが依然として主流で、20CrMnTi や 18CrNiMo7-6 のような合金鋼に約 1 mm の硬化層を形成する。真の課題は歪みであり、薄肉のリングは焼入れ時に真円度が崩れたりねじれたりする。さらに歯が内側にあるため、熱処理後に円筒研削で歯面を追い込むこと自体が難しく高コストである。高周波表面焼入れは熱を歯溝付近に限定するため、全面浸炭焼入れより歪みが小さく、炉焼入れが現実的でない大形リングに適する。窒化処理はより低温で行われ寸法変化がほとんどないため、高精度リング、小ロット、熱処理後もニアネットシェイプを保つ必要のある部品に好まれる。代償は硬化層が浅く面圧耐力が低いことで、窒化リングは軽負荷や低トルク・低騒音の段に向く。設計者は焼入れ時にリングをマンドレルに固定し、重要なリングにはプレス焼入れを用い、穴や端面にわずかな研削代を残して熱処理後に基準面を再生することで歪みを管理する。内歯歯面は、騒音や精度の要求からリング内側からの研削やホーニングが必要とされない限り、熱処理後は成形ままで使われる。内側からの研削は外歯車の仕上げより遅く高価だからである。
高いトルク密度と同軸入出力の組み合わせこそが、スペースと重量が厳しい場面で遊星歯車減速機が標準となる理由である。建設機械は終減速に遊星ホイールドライブや遊星トラックドライブを使い、コンパクトな 1 つのハウジングでエンジントルクを数倍に増幅しつつ、車輪を走行フレームに近づけられる。風力発電機のピッチ駆動とヨー駆動は多段遊星減速機を使い、突風変動の中で位置を保持するが、そこではバックラッシュとねじり剛性が純粋な効率と同じくらい重要であり、リングギヤの故障は高所作業車を伴う高コストな修理を意味する。産業用ロボットは関節に精密遊星減速機を用い、低バックラッシュ、繰り返し位置決め精度、静かな運転が純粋な効率よりも重視される。トラックやバスの駆動車軸は遊星ホイールハブでトルクを複数のかみ合いに分散させ、1 歯あたりの荷重を下げて、より小さく軽い車軸管を可能にする。鉱山、船舶スラスタ、鉄道駆動装置も同じ幾何構造を使うが、実用的な製造範囲で単位体積あたりのトルクが最も高いからである。こうした業界ではリングギヤが減速機全体の物理的なパッケージを決めることが多く、外径がそのままハウジング径になり、ボルト穴やスプラインが相手機械との機械的インターフェースになる。OEM 購買担当者にとって、リングギヤは減速機の中で最も長リードのカスタム部品になりがちである。穴・フランジ・内歯がハウジングやキャリアと厳しい同軸度で一致しなければならないことに加え、大形リングの熱処理は多くの工場で順番待ちが発生するからである。
カスタム内歯リングギヤを調達する際には、見積もりを実際に左右するデータをまとめて供給者に渡すことが重要である。モジュールと歯数は幾何を決める基本で、相手となる太陽歯車と遊星ピニオンが設計軸間距離に一致している必要がある。要求精度等級を ISO 1328 または DIN 3961 で明示すれば、形削りだけで足りるのか、研削・ホーニング・ワイヤ放電が必要なのかが決まる。材料と熱処理の仕様には鋼種だけでなく、硬化層深さ、硬さ範囲、穴や取付面の歪み許容量を明記する。最後に組み立て環境を説明する。リングギヤはハウジングにボルト留めされるのか、キャリアにスプライン嵌合されるのか、完成段としてどの程度のバックラッシュと振れを保証する必要があるのか。この 6 項目を図面または見積依頼書に記載すれば、供給者は推測ではなく、現実的な工程ルート・リードタイム・価格を提示できる。内歯車とリングギヤは専門性の高い部品だが、パラメータを明確にすれば、ブラックボックスの問い合わせから、双方が安心してサインできる比較可能かつ製造可能な見積もりへと変わる。