ウォームギヤとは
ウォームギヤ (英: Worm Gear) とは、ねじ歯車の1種です。
ねじ状の歯付きシャフト「ウォーム (ウォームシャフト) 」と、ウォームの軸方向と90度方向が回転軸となる斜歯歯車 (はすば歯車) の「ウォームホイール」とで構成された、歯車の組み合わせを示します。ウォームが回転することで、これに噛み合うウォームホイールの歯を送って回転させる機構になっています。
ウォームギヤの構成は、図1を参照してください。
図1. ウォームギヤの構成
ウォームギヤの使用用途
図2. ウォームギヤの使用例
ウォームギヤは、軸方向を90度変えて動力を伝達することができる直交軸で、ギヤが小形でも大きな減速比を作り出すことができます。そのため、工場設備のベルトコンベア、スクリュージャッキ、自動車のハンドルのステアリングシステム、ワイパーの駆動装置、扇風機の首振り機構、食品や薬品製造装置の材料投入部分 (フィーダー) 、オルゴール、弦楽器のペグなど、さまざまな分野や装置で使用されています。
1. 弦楽器のペグ (糸巻き)
身近な例として、ギターやベースなどの弦楽器の弦を巻きつけるペグがあります。ペグは、手でねじる部分がウォームシャフト、弦を巻きつける部分がウォームホイールで構成されています。セルフロック機能のより、巻き付けた弦が緩まずに保持することが可能です。
2. ウォーム減速機
ウォーム減速機は、小さい力で大きい物体を動かすことが可能で、動力伝達のために工場設備や機械装置に組み込んで使用されます。例えば、プレス・圧延機の駆動装置、中低速エレベーター、エスカレーターの昇降駆動装置、コンベアの駆動装置などに使用されています。
ウォームギヤのセルフロック機能を活用して、エレベーターやエスカレーターの減速装置に使用して、逆転防止の安全装置としての機能を持たせることもあります。一般的に工業用途では、ウォーム減速機を使用して装置を構成することが多いです。特に大きな減速比を得られるので、小さな入力トルクで減速することができます。そのため、減速機は比較的コンパクトに製作することが可能です。
ウォームギヤが使用されるのは、省スペースで大きな減速比で入出力軸が直交軸で動力伝達を行ったり、セルフロック機能を用いて動力伝達を行ったりするような場合です。
ウォームギヤの原理
ウォームギヤは、ウォーム (入力軸側) が1回転すると、ウォームホイール (出力軸側) が1歯分回転します。この場合のウォームの歯数を条数と呼び、「1条」と言います。ウォーム2条の場合は、ウォーム1回転でウォームホイールが2歯分回転します。
なお、ウォームギヤの減速比は下記によって求めることができます。
図3. ウォームギアの減速比
また、ウォームギヤの回転方向は、双方向 (例えば入力軸側から見て時計方法、反時計方向) 回転が可能です。これはウォームのねじれ方向を左ねじれ、右ねじれで選択することで実現できます。ウォームギヤのねじれ方向と軸の回転方向は、図4を参照してください。
図4. ウォームギヤのねじれ方向と軸の回転方向
ウォームギヤのねじれ方向と各部品の形状は、図5を参照してください。
図5. ウォームギヤのねじれ方向と各部品の形状
ウォームギヤの特徴
ウォームギヤの特徴は下記になります。
- 入力側と出力側で軸方向を直交させることができます (逆に同軸方向にはできません) 。
- 大きな減速比が可能になります (例: 1/10～1/100など) 。
- バックラッシュ (歯車間の隙間、あそび) が少なくなります。そのため、歯の噛み合いがよく、嚙み合い音も小さくなります
- 小さな入力トルクから大きな出力トルクを得ることができます。
- セルフロック現象が発生します。
ウォームギヤはウォームからウォームホイールへ回転を伝達しますが、逆にウォームホイールからウォームへ回転を伝達することはできません。この出力軸側からは回転できないことを、「セルフロック (自動しまり) 」と言います。したがって、必ずウォーム側が入力軸側で、駆動装置や動力源となる回転軸が取り付けられます。
ウォームホイール側は出力軸側で、動力を伝達するための装置を取り付けます。ただし、完全な逆転防止には別に制動機構を備える必要があります。ギヤの精度によってピッチ誤差などが変わってくるので、必要精度を確認し、用途に合った精度を選択します。
ウォームギヤはバックラッシがあるので、高精度位置決めには不向きです。高精度位置決めの場合は、ギヤの種類から選定し直す方が良い場合があります。
参考文献
http://www.robojoy-club.com/challenge/challenge_c10_2_02.php?p=4&loc=cc10_2_02
https://toolremake.com/worm-gear/
https://www.khkgears.co.jp/khkweb/search/tobiraLink.do?method=series&gearType=10&lang=ja