韓国エバーパワー・アプリケーションエンジニアリングガイド
舞台装置および劇場フライシステム用ウォームギアとウォームホイール
俳優は、ウォームギア駆動装置を通る2本の鋼鉄ケーブルで吊り下げられた電動フライバーで、舞台上空8メートルまで舞い上がります。観客は800人、周囲の騒音は28dB(A)で、静かに鑑賞します。ウォームギアは、俳優の体重を8の安全率で支え、32dB(A)以下の騒音で動作し、プラスマイナス5mm以内の正確な高さで停止しなければなりません。これらすべてが、年間300回の公演で毎晩同時に行われます。このシリーズにおいて、人命の安全、極めて静かな動作、そして芸術的な精度を単一の仕様で兼ね備えたアプリケーションは他にありません。
舞台装置（フライングシステム（舞台装置と出演者を吊り下げるシステム）、回転ターンテーブル、オーケストラリフト、カーテン駆動装置、舞台装置ワゴンなど）にはウォームギアペアが使用されます。これは、セルフロック機構により、別途ブレーキなしで出演者の上の吊り下げられた荷物を保持できるため（安全性が極めて重要）、スライディングメッシュにより、あらゆるトランスミッションタイプの中で最も静かなギアノイズ（高級劇場では32 dB(A)未満）が発生し、可変速の芸術的な動作プロファイルには、0.01～2 RPMでの滑らかでバックラッシュのない回転が必要となるためです。SIL（安全完全性レベル）準拠マトリックスは、荷物の種類（舞台装置のみ、出演者と舞台装置、出演者のフライング）と舞台からの高さを、必要なSILレベル（1、2、または3）と、対応するウォームギアペアの安全要件（安全係数、冗長性、セルフロック検証プロトコル、検査間隔）にマッピングします。 SIL 3（3メートル以上の高さで飛行するパフォーマーに必要とされる基準）では、二重の自己ロック検証、冗長な荷重経路、SF 8以上、およびフライシステム内のすべてのウォームギアペアに対する年1回の第三者機関による検査が要求される。
舞台装置がウォームギア駆動を使用する場合
現代の劇場やオペラハウスには、20～80本の電動フライライン（それぞれ1～2組のウォームギア駆動装置付き）、1～4台のターンテーブル駆動装置、2～8台のリフト駆動装置（オーケストラピット、舞台装置用リフト）、そして10～30台の幕・ワゴン駆動装置が設置されています。会場ごとのウォームギア対の総数は40～150組に及び、それぞれが業界最高水準の安全性、静音性、精度という厳しい基準を満たすように設計・製造されています。
電動フライバーは、舞台装置、照明、出演者を昇降させます。耐荷重は50kg（照明バー1本）から2,000kg（舞台装置一式）までです。出演者の空中移動には、最も厳しい安全基準であるDGUV 17およびANSI E1.6-1に基づくSIL 3が求められます。セルフロック機構により、モーター電源なしで吊り下げられた荷物を任意の高さに保持できます。速度：垂直方向0.01～2m/s。
直径8～20メートルの回転舞台は、シーンごとに舞台装置と出演者を回転させます。回転速度：0.1～2回転/分。騒音レベルは1メートル地点で30dB(A)以下。これは、全35回の記事シリーズの中で最も厳しい騒音基準です。出演者は回転する舞台上に立って演技するため、回転中の振動や揺れは足に伝わり、演技を妨げます。
SIL準拠マトリックス - ウォームギアペアの安全仕様に対する負荷タイプと高さ
安全度水準（SIL）フレームワーク（IEC 61508から派生し、DGUV規則17およびANSI E1.6-1を通じてエンターテイメント機器に適用）は、駆動装置の故障による影響に基づいて舞台機器のリスクを分類します。影響は、吊り下げられているもの（舞台装置または出演者）と舞台からの高さ（高いほど落下距離が長くなり、負傷の程度が重くなる）によって異なります。SILレベルは、ウォームギアペアの安全要件を決定します。基本的なセルフロック検証（SIL 1）から、年次第三者検査付きの二重冗長負荷経路（SIL 3）まであります。
安全係数がSF 4（背景のみ）からSF 8（飛行するパフォーマー）へと上昇するということは、ウォームギアペアが実際の吊り下げ荷重の8倍の定格荷重を持つ必要があることを意味します。100kgの飛行するパフォーマーシステムでは、800kg相当の定格荷重を持つペアが必要となり、これは荷重のみの計算値から3～4フレームサイズ増加した値となります。この大幅な安全マージンは、その結果の深刻さを反映しています。背景が落下すれば物的損害が発生しますが、パフォーマーが落下すれば重傷または死亡事故につながります。ペアを3～4フレームサイズ大きくするコスト（ドライブ1台あたり400～800米ドル）は、飛行するパフォーマーの故障による賠償責任リスクに比べれば微々たるものです。
演奏中は極めて静かで、32 dB(A)以下。
舞台機械のウォームギアペアの静音性に関する仕様は、この35の記事シリーズの中で最も厳しいもので、病院の集中治療室のベッドの45 dB(A)（記事A11）、高級エレベーターの50 dB(A)（記事A07）、光学研磨機の38 dB(A)（記事A24）よりも厳しい。ピアニッシモの演奏中のコンサートホールでは25～30 dB(A)に達することがあり、周囲の騒音レベルを超える機械音はすべての観客に知覚される。
ウォームギア駆動装置から1メートル離れた位置で32 dB(A)以下の騒音レベルを達成するには、あらゆる騒音低減技術を同時に用いる必要があります。具体的には、Ra 0.1～0.2 µm（最も細かい仕上げグレードで、A24条の光学研磨駆動装置と同じ）のラップ仕上げまたは超精密仕上げのウォーム、POMまたはMCナイロン製のホイール（材料の減衰により噛み合い振動を吸収）、エラストマー製のマウント（ハウジングの振動をステージ構造から隔離）、低粘度の合成油（密閉ハウジング内の攪拌音を低減）です。これら4つの技術を組み合わせることで、28～35 dB(A)という、最も静かな劇場の観客によってマスキングされる範囲内の騒音レベルを実現できます。
韓国の国立劇場は、12分間の劇的なシーンで連続回転が必要な公演のために、新しい15メートルの回転式ターンテーブルを設置しました。ターンテーブルのウォームギアペアの騒音制限は32 dB(A)でした。技術リハーサル中、舞台監督は、最も静かな場面でもターンテーブルの音が聞こえると報告しました。最前列の座席（ターンテーブルの端から6メートル）で測定したところ、36 dB(A)でした。ウォームギアペア自体は1メートルで31 dB(A)で、仕様の範囲内でした。しかし、鋼鉄製のターンテーブル構造を通して伝わる振動が、観客席での騒音を増幅させていました。解決策：舞台技術チームは、ウォームギアペアのハウジングとターンテーブルの鋼鉄フレームの間に弾性防振パッドを設置しました（費用：ゴム製マウントと設置作業費で650米ドル）。これにより、構造伝搬振動の経路が低減されました。観客席での騒音は29 dB(A)まで低下し、公演中は聞こえなくなりました。教訓：ウォームギア対の騒音仕様には、設置時の振動遮断を含める必要があります。ハウジングで32 dB(A)の制限を満たしているペアでも、取り付けによって振動がステージ構造に伝わると、客席では制限を超える可能性があります。騒音はハウジングではなく、客席の位置で指定し、駆動装置の設置仕様に弾性体による防振を含めてください。
三段式機械ウォームギアペア仕様事例
事例1 — 韓国国立劇場：48ラインフライシステム、SIL 3のパフォーマーフライング、32 dB(A)
韓国の国立劇場は、出演者がフライングできる48ラインの電動フライングシステム用にウォームギアペアを指定しました。ラインあたりの最大吊り下げ荷重：500 kg（舞台装置）または150 kg（ハーネスを装着した出演者）。SILレベル：48ラインすべてでSIL 3（出演者のフライングはどのラインでも使用可能）。SF：8（出演者がどの高さでもフライング可能）。ウォームギアペアの定格容量：150 × 8 = 1,200 kg相当/ライン。ペアの仕様：シングルスタート、モジュール3、中心距離80 mm、比40:1、定格出力トルク1,800 N·m。セルフロック：二重検証 - ウォームギアペアでのプライマリセルフロックと、モーターシャフト上の独立したスプリング作動式フェイルセーフブレーキ。騒音：1 mで31 dB(A)（ラップされたウォームRa 0.15 µm、POMホイール、エラストマーハウジングマウント）。モーター: SIL-3 定格の安全エンコーダを備えた 7.5 kW サーボ。負荷監視: 各フライラインにリアルタイムロードセル、負荷がプログラムされた重量の 120 パーセントを超えると緊急停止。年次検査: 125 パーセントでの第三者による負荷テスト、NDT (ウォームシャフトの磁粉探傷検査)、バックラッシュ測定。ウォームギアペアあたりのコスト: 920 米ドル。48 ラインの合計: 44,160 米ドル。劇場建設予算: 約 8,500 万米ドル — フライシステムのウォームギアペアは、主要な生命安全コンポーネントであるにもかかわらず、建設コストの 0.05 パーセントを占めています。
ケース2 — 日本の歌舞伎劇場：18mの回転舞台、0.5RPM、振動が重要な劇場
日本の歌舞伎劇場は、メインの回転舞台（まわり舞台）用にウォームギア対を指定しました。これは、伝統的な歌舞伎の舞台技法で、場面の合間に舞台装置と役者を回転させる直径18メートルの回転台です。回転台の質量：約25トン（舞台表面、舞台装置、最大15人の役者を含む）。速度：0.3～0.8 RPM（観客に見えるゆっくりとした劇的な回転）。重要な要件は騒音ではなく（歌舞伎の公演には機械音を覆い隠す打楽器とナレーションが含まれる）、振動でした。伝統的な衣装を着て高いかつら（女形スタイル）をかぶった役者は、床の振動に非常に敏感で、舞台床を通して伝わる0.02 mm/sの振動でさえかつらの動きが目に見えるようになり、芸術的な錯覚を損ないます。ウォームギア対：2条（セルフロックは不要 - 回転台はスラストベアリングで支持され、重力の危険なし）、モジュール6、中心距離160 mm、比率30:1。振動伝達を最小限に抑えるため、ウォームはRa 0.15 µmに研磨されています。ホイール：遠心鋳造リン青銅（POMは4,500 N·mの出力トルクでは不十分でした）。ウォームとターンテーブルリングギアの間にはエラストマーカップリングが使用されています。ステージ表面の振動：0.008 mm/s ― 0.02 mm/sの閾値以下。 舞台機械用サイレントウォーム減速機 劇場用ターンテーブル、フライングシステム、オーケストラリフトなどの用途に対応したオプション。
事例3 — ベトナムのコンベンションセンター：カーテンレール12本、SIL 1、コストバランス型
ベトナムのコンベンションセンターは、12 本の電動カーテン トラック (ステージ ドレープ、間仕切り、プロジェクション スクリーン) 用のウォーム ギア ペアを指定しました。トラック 1 本あたりの最大カーテン重量: 80 kg。人の頭上に吊り下げられた荷重はありません。カーテンはオーバーヘッド トラック上を水平に移動します (SIL 1)。騒音: 45 dB(A) 未満 (コンベンション センターの周囲は 40 ～ 50 dB(A) で、劇場よりも要求が少ない)。ウォーム ギア ペア: シングル スタート、モジュール 1.5、中心距離 30 mm、比率 30:1、グラウンド Ra 0.4 µm (POM ホイールで 42 dB(A) の騒音で十分です。緩和された 45 dB(A) 目標ではラッピングは不要)。ホイール: POM。SF: 4 (舞台装置のみ、SIL 1)。モーター: 0.37 kW AC ギア モーター。ペアあたりのコスト: 48 USD。12 トラックの合計: 576 USD。この仕様書は、すべての舞台・イベント用機械が国立劇場のSIL 3 / SF 8 / 32dB(A)以下の仕様を必要とするわけではないことを示しています。安全レベルと騒音目標は、実際の危険度と会場の種類に合致していなければなりません。人の頭上に荷物を吊り下げることのないカーテンレールにSIL 3を過剰に指定しても、安全上のメリットは何もなく、駆動装置1台あたり800ドル以上が無駄になります。
よくある質問
Q：産業用クレーンで使用されるSF1.5～3ではなく、なぜパフォーマーの飛行にはSF8が使用されるのですか？
産業用クレーンの安全係数（FEM/ISO規格ではSF 1.5～3）は、プロのオペレーター、制御された吊り上げ手順、および安全区域を前提としています。劇場でのパフォーマーの空中演技には、これらの安全対策は一切ありません。パフォーマー自身がペイロード（プロのリガーではない）であり、吊り上げはライブパフォーマンス中に行われ（制御された吊り上げではない）、他のパフォーマーや舞台スタッフなどの人々が吊り下げられた荷物の真下にいて、安全区域もありません。SF 8は、最悪の事態（観客の前でのパフォーマーの負傷または死亡）と、公演中に舞台エリアから避難することが不可能なことを補償します。さらに、舞台装置は、パフォーマーが合図に合わせてジャンプしたり、スイングしたり、落下したりするなど、芸術的な負荷変化を受け、動的負荷増幅係数が2～3になります。SF 8の静的値は、この動的増幅の大部分を既に吸収しています。
Q: SIL 3飛行システムにおける「デュアル自己ロック検証」とはどういう意味ですか？
これは、2 つの独立した機構が、一方の機構が故障した場合に、もう一方の機構が吊り下げられた荷重全体を保持できる必要があることを意味します。主要な機構は、ウォームギアペアのセルフロック機構（ギアの摩擦によって荷重を保持）です。二次的な機構は、通常、モーターシャフトに取り付けられたバネ作動式で動力解放式のブレーキ（ブレーキディスクとの機械的摩擦によって荷重を保持）です。両方の機構は同じ駆動系に作用しますが、異なる物理原理に基づいています。ウォームギアペアのセルフロック機構が故障した場合（予期せぬ潤滑状態の変化により摩擦が減少した場合）、ブレーキが荷重を保持します。ブレーキが故障した場合（バネの疲労により）、セルフロック機構が荷重を保持します。両方が同時に故障する確率は、それぞれの故障確率の積であり、1 時間あたり 10⁻⁷ 回未満の危険な故障という SIL 3 の目標を達成します。
Q：2条ウォームギアは、あらゆるステージ機械用途に使用できますか？
モーターが停止した場合に重力で負荷が逆回転しない水平移動機械（ターンテーブル、舞台装置台車、カーテンレール）にのみ適用されます。ターンテーブルは水平面上で回転するため、回転方向に重力が働かないため、モーターが停止すると、セルフロックの有無に関わらずターンテーブルは静止したままになります。2 スタート仕様は、効率の向上（68% 対 45%）と回転の滑らかさの向上（低速時のスティックスリップイベントの減少）を実現し、どちらもターンテーブルの芸術的な動きに有効です。垂直移動機械（フライライン、リフト）や負荷を吊り下げるシステム（舞台装置が移動するガントリーから吊り下げられる水平移動を含む）には、例外なくシングルスタートのセルフロックが必須です。
質問：劇場用フライシステムのウォームギアペアは、どのくらいの頻度で点検する必要がありますか？
SIL 1 (舞台装置のみ): 会場の技術スタッフによる年次目視検査とバックラッシュ測定。SIL 2 (舞台装置がパフォーマーより 3 m 未満): 資格のある舞台機械検査員による 125% での年次負荷試験とバックラッシュ測定。SIL 3 (パフォーマーのフライングまたは舞台装置がパフォーマーより 3 m 以上): 125% での年次負荷試験、NDT (ウォームシャフトとハウジング溶接部の磁粉探傷検査または超音波検査)、およびバックラッシュ測定 - すべて認定された第三者検査機関による。さらに、SIL 3 システムでは、パフォーマーのフライングキューを含むすべての公演の前に、ショー前の動作チェックが必要です。フライオペレーターは、パフォーマーを取り付ける前に、各パフォーマーフライングラインを空 (パフォーマーなし) で操作して、モーター、ブレーキ、およびセルフロック機能を確認します。
Q：劇場用ウォームギアペアの一般的な耐用年数はどれくらいですか？
劇場のフライシステムは通常、年間300～500回の公演と200～400時間の稽古を組み合わせ、年間合計稼働時間は500～1,500時間です。このような軽負荷で中程度のトルクであれば、ブロンズ製またはPOM製のホイールは機械的に10～20年持ちます。しかし、検査と認証制度によって交換時期が早まることがよくあります。年次の非破壊検査でウォームシャフトに何らかの異常（亀裂、腐食痕、応力痕など）が検出された場合、残りの機械的寿命に関わらず、ペア全体が交換されます。一部の会場では、舞台機械の改修の一環として、15年ごとにフライシステムのウォームギアペアをすべて交換し、安全認証の基準値をリセットしています。鋼製のウォームは、年次検査で非破壊検査に合格すれば、20年以上持ちます。
舞台機械のウォームギアペアは、あらゆる業界の中で最も厳しい安全性と静音性の要求を満たしています。出演者のフライングにはSIL 3とSF 8（このシリーズで最高の安全係数）、高級劇場ターンテーブルには32 dB(A)以下（このシリーズで最も厳しい騒音仕様）、そして産業用途では求められない芸術的な滑らかな動作が求められます。SIL準拠マトリックスは、負荷の種類と高さを適切な安全レベル、安全係数、冗長性要件、および検査プロトコルにマッピングし、出演者の安全を危険にさらす危険な仕様不足と、SIL 1しか必要としない用途にSIL 3を適用するコストのかかる過剰仕様の両方を防ぎます。劇場建築家、舞台機械設計者、会場技術責任者にとって、ウォームギアペアはフライライン、ターンテーブル、リフトの機械的な心臓部であり、その仕様によって、機械が出演者にとって十分安全で、観客にとって十分静かで、芸術にとって十分滑らかであるかどうかが決まります。
舞台機械メーカーおよび劇場技術チーム向けに、当社のエンジニアリング部門はSILレベルを分類し、安全性、騒音、精度に関する仕様を推奨します。標準カタログ 超静音ウォームギアセット ステージサイズは中心距離30～160mm、SIL 1～SIL 3構成に対応。 ステージ機械駆動仕様 負荷の種類、高さ、SIL要件、騒音目標、および会場の種類に応じて。
舞台や劇場の機械装置にウォームギアのペアを指定する？
積載物の種類（舞台装置、出演者）、舞台からの高さ、騒音目標値、会場の種類、出演者の空中飛行が必要かどうかをお知らせください。弊社にてSILレベルを分類し、安全係数、冗長性、騒音等級、検査手順をご提案いたします。
編集者: Cxm
