ウォームギア

ウォームギアの基礎知識

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ウォームギアとは？

ウォームギアとは円柱状の軸の周りに螺旋状に配置された歯を持つウォームとウォームホイールを組み合わせた歯車です。食い違い軸歯車で90度に回転方向を変えられること、小径でも静かに円滑に大きな減速比が得られることが最大の特徴です。大きな減速比が得られる理由は、ウォームギアは点接触ではなく面接触なため、歯と歯の間の摩擦が大きく伝達効率が良くないためです。そのため、寿命が短く、動力伝達としてはあまり有利ではないことが短所として挙げられます。また、一般的な1条ウォームではウォームホイールにトルクをかけてウォームを回転させようとしても回らない「セルフロック」という現象が生じます。そのため、エレベーターやエスカレーターなどでも活用されている歯車です。

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加工方法（切削と転造）による違い

ウォームには、加工方法が異なる「切削ウォーム」と「転造ウォーム」があります。切削と転造では、「面粗度」「強度」「コスト」に大きな違いがあります。切削加工の場合、刃物による切削痕やバリの発生、ファイバーフローの切断、切粉が発生します。転造加工の場合、ダイス代が必要になりますが研削された滑らかなダイスで加工するため光沢を帯びた鏡面仕上げになります。さらに、材料を圧縮して形状を作るため切粉が出ず、加工速度も速いのです。つまり、転造加工で製作したウォームは切削加工品よりも「面粗度」「強度」に優れ、生産数が多いほどコストメリットを享受できます。一方で、試作や小ロットなど生産数が少ない場合は切削での生産が適しています。

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円筒ウォームの歯形について

JIS B 1723円筒ウォームギアの寸法では4種類をウォームギアの歯形として規定しています。１）１形歯形。軸平面上の歯形が台形で、軸直角平面で所定の圧力角に研いだバイトを用いて旋盤で加工したものです。２）2形歯形。歯直角平面における歯形が台形で、バイトの直線切刃を歯直角平面に取付けて旋盤で加工したものです。３）３形歯形。工具の軸平面上の歯形が台形で、研削砥石の軸をウォーム軸に対して進み角だけ傾けて加工したもので、最も一般的に製作されています。４）４形歯形。歯直角平面上ではインボリュート曲線、基礎円筒に接する平面上では直線となり進み角の大きなものはホブ盤で製作されることもあります。

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ウォームギアとねじ歯車の違いとは

ウォームギアとねじ歯車はともに、入力軸と出力軸が角度を有するが同一平面上にない「食い違い軸歯車」として分類されますが、役割が大きく異なります。ウォームギアは高い減速比により高トルクを低速で出力することが可能です。さらに静粛性に優れ、ウォームホイールから回転させることができない「セルフロック現象」が起こります。一方で、ねじ歯車は同じネジレ角であるネジ歯車同士をかみ合わせるため、ウォームギアよりも効率的に力を伝達します。さらに接触面積が多いため、より滑らかで静かに回転し、自動車のトランスミッション、産業用機械、ポンプ、コンプレッサーなど、多様な用途で使用されます。ねじ歯車ではセルフロック現象は起こりません。

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多条ウォームについて

多条ウォームの「多条」とは、ウォームの1周あたりに何枚の歯があるかで表します。一般的な１条ウォームは、１回転するごとにウォームホイールが一定の距離だけ移動します。歯が2枚以上の多条ウォームはウォームホイールとかみ合う歯数が増えるため回転速度が乗数倍になり、伝達速度が向上します。つまり、多条ウォームにすることで接触面積が増えるため、摩擦が減少し、エネルギー損失が少なくなります。これにより、全体の効率が向上するため、高効率で高負荷の伝達が求められる工作機械や、高速で精密な動作が求められるところで多用されています。