車の心臓部！歯車列の仕組みを解説
車を知りたい
先生、「歯車列」ってなんですか？ 車の説明でよく聞くんですけど、複雑そうで…
自動車研究家
なるほどね。「歯車列」は、複数の歯車を組み合わせて動力を伝達する仕組みのことだよ。自動車で言うと、エンジンの力をタイヤに伝えるために使われているんだ。MT車とAT車で、その組み合わせ方が違うんだよ。
車を知りたい
MT車とAT車で違うんですか？
自動車研究家
そうなんだ。MT車は、動力を伝えるための歯車を、複数の軸に直列に配置しているのに対して、AT車は、遊星歯車という特殊な歯車を使って、コンパクトにまとめているんだ。だから、AT車は変速が自動でできるんだよ。
歯車列とは。
「歯車列」とは、自動車のトランスミッションにおいて、複数の歯車を組み合わせた配置のことを指します。
マニュアルトランスミッション(MT)では、各変速段に対応する歯車セットを2本の軸に配置します。一方、オートマチックトランスミッション(AT)では、遊星歯車機構を用いる場合が多く、シンプルプラネタリーとダブルピニオンプラネタリーを組み合わせた配置が一般的です。
MTの歯車列は、必要な変速段数、変速比、シフトパターンといった要素を考慮して設計されます。後輪駆動(FR)車では、2本の平行軸を用い、駆動歯車を副軸に、従動歯車を出力軸に配置します。出力軸は副軸を経由して入力軸と同一線上に配置されます。前輪駆動(FF)車では、3本の軸を用い、入力軸に駆動歯車、副軸に従動歯車とデフ駆動歯車、出力軸にデフギヤを配置します。
ATの歯車列は、必要な変速段数や変速比に加え、軸方向のサイズ制限や許容回転数などの要素を考慮して、シンプソン式やラビニュー式といった遊星歯車機構が選択されます。なお、ATにも平行軸型が用いられる場合があります。
歯車列とは？
歯車列とは、複数の歯車が噛み合って動力を伝達する機構のことです。身近なものでは時計や自転車など、様々な機械に使われていますが、車においてもエンジンが生み出す力をタイヤに伝えるために非常に重要な役割を担っています。
歯車はその歯の数を変えることで回転速度やトルク（回転する力）を調整することができます。この組み合わせによって、エンジンの力を効率的にタイヤに伝えることができるのです。
MTにおける歯車列：変速の秘密
マニュアル車（MT車）の運転で欠かせないのが、変速操作です。シフトレバーを操作してギアを変えることで、スムーズな加速や減速を実現しています。では、この変速操作の裏側では、一体どんなことが起きているのでしょうか？
MT車における変速操作の秘密は、「歯車列」にあります。歯車列とは、複数の歯車が噛み合って動力を伝達する仕組みのことです。MT車には、エンジンの回転力をタイヤに伝えるために、大小様々な歯車が組み合わされた複雑な歯車列が搭載されています。
変速操作を行う際には、この歯車列の組み合わせが変化します。例えば、低いギア（1速や2速）にシフトチェンジすると、エンジンの回転力は小さな歯車から大きな歯車へと伝達されます。この時、回転力は増幅され、大きな力が発生します。一方、高いギア（5速や6速）にシフトチェンジすると、回転力は大きな歯車から小さな歯車へと伝達されます。この場合は、回転力は減速されますが、高速回転が可能になります。
このように、MT車では歯車列の組み合わせを変えることで、状況に応じて最適な回転力と速度を得ることができるのです。これが、MT車の変速操作の秘密です。
FF車とFR車の歯車列の違い
車はエンジンが生み出す動力を、タイヤに伝えて走ります。しかし、エンジンからタイヤまでは、そのまま繋がるわけではありません。動力の伝達経路には、回転数やトルクを調整するための歯車列が存在します。この歯車列は、車の駆動方式によってその構造が異なります。
FF車（前輪駆動車）の場合、エンジンは車体前部に横置きに搭載されることが一般的です。そのため、エンジンの出力軸と車輪の向きが90度ずれているため、動力を効率的に伝えるために、ディファレンシャルギアと呼ばれる機構がエンジンと同一線上に配置されます。FF車では、このディファレンシャルギア内に、回転方向を変えるためのギアと、左右の車輪に動力を分配するためのギアがコンパクトに収められています。
一方、FR車（後輪駆動車）の場合、エンジンは車体前部に縦置きに搭載されることが多いです。FR車では、エンジンから出力された動力は、プロペラシャフトと呼ばれる長い軸を介して、後輪のデファレンシャルギアへと伝えられます。FR車のデファレンシャルギアは、FF車と同様に左右の車輪に動力を分配する役割を担いますが、回転方向を変えるギアはプロペラシャフトとデファレンシャルギアの間に配置されます。
このように、FF車とFR車では、歯車列の構成が大きく異なり、それぞれに最適化された配置がされています。どちらの駆動方式にもメリット・デメリットがありますが、歯車列の仕組みを知ることで、車の構造への理解を深めることができます。
ATにおける歯車列：遊星歯車機構
– ATにおける歯車列遊星歯車機構
オートマティック車（AT車）の滑らかな変速を支えるのが、遊星歯車機構と呼ばれる複雑な歯車列システムです。
これは、太陽歯車、惑星歯車、遊星キャリア、内歯車という4つの主要部品から構成されています。
太陽歯車は中心に位置し、惑星歯車は太陽歯車の周りを回転します。
惑星歯車は、遊星キャリアと呼ばれる枠に固定されており、全体として回転します。
そして、内歯車は外側に位置し、惑星歯車と噛み合っています。
遊星歯車機構の最大の特徴は、これらの歯車の回転を組み合わせることで、多様な回転速度とトルクを生み出すことができる点にあります。
AT車では、クラッチやブレーキをそれぞれの歯車に作用させることで、どの歯車を固定するか、どの歯車を回転させるかを選択します。
これにより、低速・高トルクのローギアから、高速・低トルクのハイギアまで、状況に応じた最適なギア比を作り出せるのです。
このように、遊星歯車機構は、複雑ながらも巧妙な仕組みで、AT車のスムーズな走行を実現する上で重要な役割を担っています。
進化する歯車列技術
車のスムーズな走行を支える歯車列は、常に進化を続けています。従来の歯車に加え、近年では軽量化と高強度を両立させた新素材の採用や、摩擦を極限まで減らす加工技術の進歩により、より静かで燃費に優れた車が実現しています。また、ハイブリッドカーや電気自動車の普及に伴い、モーターとエンジンを組み合わせた複雑な歯車列の開発も進んでいます。これらの技術革新は、環境性能の向上だけでなく、ドライバーの快適な運転体験にも大きく貢献しています。