精度 ウォームとウォームホイール 韓国産業向けに設計されています。
韓国エバーパワーウォームアンドウォームホイール株式会社は、直径5mmのマイクロモジュールから直径300mmの産業用ウォームホイールまで、ウォーム駆動部品のフルカタログを製造しており、2015年以来、安山から韓国、日本、東南アジアのOEM企業に出荷しています。
ウォームギアとは一体何でしょうか？
ウォームギアは直角動力伝達装置であり、ねじ山付きの円筒形シャフト（ウォーム）が、円周に斜めに歯が巻き付いた歯車を駆動します。ウォームが1回転するごとに歯車が1歯進むため、40歯の歯車と噛み合う単条ウォームは、コンパクトな1段で40:1の減速比を実現します。同じサイズでこれほどの減速比密度を実現できる平行軸歯車機構は他にありません。ウォームギアシステムの主要構成要素は、入力側のウォームシャフトと駆動側のウォームホイールという、わずか2つの設計部品に集約されます。
この駆動装置の特徴は2つあります。まず、ウォームはホイールを自由に駆動できますが、ホイールは（ほとんどの浅いリード形状では）ウォームを逆駆動できません。この自己ロック機能により、この駆動装置は、電源が切れても負荷を所定の位置に保持する必要があるホイスト、リフト、アンテナポジショナー、コンベアなどに使用されます。次に、歯の接触は滑り接触であるため、静かで振動減衰性に優れていますが、平歯車よりも潤滑油の選択が重要になります。ウォームとウォームホイールを理解するには、まずこの1つの点に注目する必要があります。つまり、駆動装置の動作はすべて、転がり接触ではなく滑り接触によって決まるということです。
用語について簡単に説明します。「ウォームドライブ」と「ウォームギア」は、エンジニアリングの実務では同義語として使われますが、「ウォームギアボックス」または「ウォームギア減速機」とは、ウォームとホイールのペアに加えて、ハウジング、ベアリング、シャフトエクステンションを含む完全な密閉型アセンブリを指します。当社のカタログは、単体部品、完成品減速機、モーター対応ギアボックスの3つのカテゴリーすべてを網羅しているため、韓国のOEM企業は、自社の組立ラインに最適な統合レベルを選択して購入できます。
解剖学の概要
写真上の番号付きホットスポットにカーソルを合わせると、各機能の名前が表示されます。4つの吹き出しは、1年生の図面で最も誤認されやすい要素、特にリード角について説明しています。リード角は、ワーム上に描かれますが、シャフトの放射状平面に対する螺旋の傾斜として測定されます。
自己ロック機能
リード角が浅い（約5°未満）と、静止摩擦が十分に高くなり、ホイールがウォームを逆回転させることができません。これはリフトにおける安全機能であり、効率的な駆動装置とのトレードオフでもあります。通常、両方を同じ装置で実現することはできません。
スロートなし、シングルスロート、ダブルスロートのウォームギア。
現在使用されているほぼすべての駆動装置には、3種類の形状（最も一般的に指定されるウォームギアの種類）があります。それは、スロートなし、シングルスロート、ダブルスロートです。これらの選択は主に、ウォームに巻き付く歯の数によって決まります。巻き付きが大きいほど、常に接触している歯のペアの数が増え、加工の複雑さが増す代わりに負荷容量が増加します。韓国の新規顧客には、コスト重視の軽量駆動装置にはスロートなし、産業用途にはシングルスロート、トルク密度が決定要因となる場合にのみダブルスロートを選択するという大まかなルールをお伝えしています。
スロートのないウォームギア
円筒形のウォームと円筒形のホイールが噛み合う構造で、ホイールの面はウォームを囲むように溝が切られておらず、直線状にカットされている。一度に噛み合う歯は1本か2本だけなので、耐荷重は3種類の中で最も低いが、工具はシンプルで、交換用ホイールの切削も容易である。
代表的な用途：軽負荷インデックス機構、計測機器駆動装置、オフィス用電子機器
シングルスロートウォームギア
ウォームは円筒形を保っていますが、ホイールにはウォームを部分的に包み込む凹状の溝が加工されています。常に3～4本の歯が噛み合っており、接触パターンは点ではなく短い線状になっています。これは、産業用減速機、ホイスト駆動装置、工作機械のC軸などで最もよく見られるウォームギアのタイプです。
代表的な例：産業用減速機、ホイスト駆動装置、CNC C軸
二重スロート（二重包絡）ウォームギア
ウォームとホイールの両方にスロート加工が施されており、ウォームは砂時計型の形状でホイールの歯を包み込むように取り付けられています。6～8個の歯が同時に噛み合います。単位加工範囲あたりの負荷容量は、シングルスロート加工の2～3倍です。ただし、トレードオフとして、加工には各比率ごとに専用のホブが必要となるため、リードタイムと単位コストの両方が上昇します。
代表的な用途：重量物用ホイスト、軍用機器、高トルクサーボドライブウォームギアの仕組みを段階的に解説します。
ウォームギアは、ウォームシャフトの回転入力を、ウォームホイール上のより低速で高トルクの回転出力に変換します。ウォーム軸とホイール軸は互いに90°の角度で配置されているため、この動作伝達ではシャフトの回転方向も同時に1段階で変化します。以下の5段階の手順は、韓国の新規顧客からウォームギアの理論ではなく実際の動作について質問された際に、当社のエンジニアリング部門が現場で使用している説明です。
ウォームシャフトへの入力
モーター、ハンドル、または上流側のギアが、ウォームを定格回転数（産業用駆動装置では通常500～3000rpm）で回転させます。
ねじ山がホイールの歯に噛み合う
ウォームが1回転するごとに、単条ウォームの場合はウォームホイールの歯が1つ進み、複条ウォームの場合は歯が2つ進む、といった具合です。
滑り接触は力を伝達する
ウォームの側面と歯車の歯との接触は主に滑り接触であるため、ウォームギアには専用の潤滑油が必要であり、平歯車減速機と同じ油ではいけません。
ホイールでのトルク増幅
出力トルクは、摩擦損失を差し引いた比率にほぼ比例します。効率85の%で40:1の比率の場合、ホイールで入力トルクの34倍のトルクが得られます。
セルフロック機構が荷重を保持します
入力電源が停止すると、浅いリードのウォームギアはホイールにかかる負荷によって逆駆動されることはなく、ブレーキなしで駆動部が位置を保持する。
ウォームギアの比率と計算
ウォームギアの減速比は、次の単一の式で求められます。減速比 = ウォームホイールの歯数 ÷ ウォームねじの開始数。下のライブ計算機をお試しください。どちらかの数値を変更すると、減速比が即座に更新されます。エンジニアは、ハウジングの寸法図を作成する前に、この計算機を使って見積もりの妥当性を確認することがよくあります。
ウォームギアセットを構成する2つの部品。
メーカーやカタログサイズに関わらず、この種のドライブはすべて、ウォーム（ウォームシャフトまたはドライブスクリューとも呼ばれる）とウォームホイール（ウォームギアとも呼ばれる）という2つのエンジニアリング部品で構成されています。この2つを正しく組み合わせることが設計のすべてであり、どちらか一方だけを寸法指定すると、ほとんどの場合、騒音が発生したり、摩耗が早くなったりするドライブになってしまいます。当社のエンジニアリング部門で苦労して得た教訓は、まずホイール（材質、歯数、精度クラス）を指定し、その仕様に基づいてウォームの形状を導き出すことです。逆の手順は避けてください。この方法により、摩耗して交換が必要になるホイールを標準カタログサイズ内に収めることができ、ドライブの耐用年数全体にわたって交換リードタイムを半分に短縮できます。
01ワーム（ワームシャフト）
円筒形のシャフトに、1つ、2つ、3つ、または4つのらせん状のねじ山（「スタート」と呼ばれる）が加工されている。スタートの数とホイールの歯数によって、ギア比が決まる。シャフトには、滑り接触による擦り傷を防ぐために硬い側面が必要となるため、硬化合金鋼（SCM415、20CrMnTi）が標準的に使用される。
- 材料SCM415 / 20CrMnTi
- 硬度58～62 HRC（症例）
- 開始可能1, 2, 3, 4
- 表面仕上げRa 0.4 µm（接地）
02ウォームホイール
駆動輪は、ウォームのらせん形状に合わせた斜めの歯を持つ。ブロンズは、硬化処理されたウォームよりも柔らかいため、伝統的な駆動輪の材料として用いられてきた。柔らかい材料が摺動摩耗を吸収することで、高価な硬化処理されたシャフトを複数回の駆動輪交換後も再利用できる。合金鋼やプラスチック製の駆動輪も、特殊な用途でよく用いられる。
- 材料錫青銅／アルミニウム鉄青銅
- 硬度65～90 HB
- 歯の本数Z20 – Z120 標準
- 精度等級DIN 5 – DIN 7
ウォームギアはどのような材料でできていますか？
使用されているウォームギアは、ほぼすべて5種類の材質で構成されている。経験豊富なエンジニアが従う組み合わせのルールは、硬いウォームシャフトと柔らかいウォームホイールを組み合わせ、両者の硬度比を約2：1にすることである。柔らかいホイールが滑り摩擦を吸収し、優先的に摩耗することで、高価な硬化処理されたウォームシャフトをホイールの寿命にわたって保護する。
| ウォーム＆ホイールの材質 | 耐荷重 | 耐腐食性 | 最適なフィット感 |
|---|---|---|---|
| 錫青銅製の車輪＋合金鋼製のウォームギア | 一般産業用駆動装置、工作機械 | ||
| アルミニウム鉄青銅製ホイール + SCM415ウォームギア | ホイスト、重量物コンベア、24時間365日稼働 | ||
| ステンレス316製ホイール＋ステンレス304製ウォーム | 食品、医薬品、海洋環境 | ||
| ダクタイル鋳鉄製ホイール + 40Cr ウォーム | 重くて低速な駆動装置（セメント製造、鉱業） | ||
| PA66ナイロン製ホイール＋POM製ウォーム | オフィス用電子機器、マイクロ計測機器 |
棒グラフの長さは、同じ列の中で最も強い選択肢に対する相対的なスコアであり、絶対的な工学的数値ではありません。
弊社カタログに掲載されているウォームギアセットはすべて、これらの材質の組み合わせのうち少なくとも3種類で標準注文としてご提供可能です。リストにない特注の組み合わせについては、技術審査の上、個別にお見積もりいたします。大量生産プログラムの場合、標準カタロググレードを超える仕様が求められる場合は、弊社の冶金部門が韓国および日本の鋳造所から特注の青銅合金を調達することも可能です。
ウォームギアの取り付け方法 ― キー溝、止めねじ、分割式。
ウォームホイールは、キー溝、止めねじ、分割ハブという3つの標準的な取り付け方法のいずれかでシャフトに固定できます。どの方法を選択するかは、主に伝達トルク、組み立てやすさ、および使用中にホイールを取り外す頻度によって決まります。エンジニアは、材料の組み合わせを選定した後に取り付け方法を決定することが多く、以下の3つの方法はそれぞれ異なる負荷と保守性の組み合わせに対応します。
キーウェイ
シャフトとホイールボアの両方に切り込まれた長方形の溝に、対応する鋼製のキーがはめ込まれます。キーはせん断力によってすべてのトルクを伝達し、ボアとシャフトの間に摩擦は一切発生しません。これは利用可能な取り付け方法の中で最も高いトルクに対応でき、また最も多くの熱サイクルに耐えることができます。欠点としては、長年の使用後にボアがシャフトに腐食して固着した場合、キー付きホイールを取り外すのが困難になることがあります。
セットスクリュー
ホイールハブを貫通するねじ込み式ファスナーが、シャフトに加工された平面部に押し付けられます。トルクは摩擦と、ねじがシャフトの平面部に作る凹みによって伝達されます。この方法は安価で取り付けも迅速であり、ハブに高価なキー溝ブローチ加工を必要としないため、小型駆動用ウォームホイールのカタログで主流となっています。
分割ハブ（クランプ）
ホイールハブは放射状にスリットされ、2本または4本のクランプボルトでシャフトを挟み込むように固定されます。シャフトの加工は不要で、ホイールは摩擦力のみで位置決めされます。位置調整が容易なため、設計がまだ改良の余地がある試作機や少量生産機では、分割ハブ方式が好ましい選択肢となります。ただし、クランプ力を高めるにはより大きなハブ径が必要となるため、狭いスペースでは分割方式が常に最適な解決策とは限りません。
韓国のOEMメーカーがウォームギアの発注を安山経由で行う理由。
韓国エバーパワーウォームアンドウォームホイール社は、安山工業団地内に専用のウォームギアおよびウォームホイール生産ラインを運営しています。この施設は特化しており、平歯車やヘリカルギアは生産されないため、高度な技術知識が維持され、カタログサイズ間のセットアップ時間が短縮されます。安山工場は、韓国のバイヤーが通常比較する大手ティア1の日本サプライヤーとは4つの点で異なります。
カタログ商品は25営業日以内に出荷されます。これは、同等の仕様の日本のティア1平均8週間よりも60日短い期間です。
試作品は2個から、量産は10個から。顧客がまだデザインを試行錯誤している段階に便利です。
全範囲を自社で製造。DIN 5 ロータリーテーブルグレードは、熱処理後、ライシャウアープロファイルグラインダーで研削加工。
韓国語でのレビューや見積もり作成を1営業日以内に行います。日本語と英語にも対応しています。
Ever-Powerは、京畿道安山市檀園区三檀路にKorea Ever-Power Worm And Worm Wheel Co., Ltdとして登記されています。生産現場はISO 9001:2015品質システムに基づき、自動車ティア1プログラム向けにIATF 16949に準拠した手順で運営されています。エンジニアリング部門へのお問い合わせは[email protected]までお願いいたします。図面は、見積書を送付する前に機密保持契約（NDA）に基づき審査されます。
注目のウォームギア製品。
以下に紹介する6つの主力ウォームギア製品は、Ansan製品ラインの中で最も出荷量の多いカテゴリーを網羅しています。CNC加工用ステンレス鋼、自動車用合金鋼、バックラッシュゼロの高精度を実現するデュプレックス鋼、一般産業用円筒形、マイクロアプリケーション用真鍮、そして計測機器駆動用プラスチックです。各カードは、製品仕様表、材質オプション、お問い合わせ先などの詳細情報が掲載された製品ページへのリンクとなっています。
ステンレス鋼製ウォームギア
CNC回転テーブルおよび工作機械C軸駆動装置向けに、DIN 5～DIN 7の精度を実現。腐食環境向けには304/316ステンレス鋼を使用。
合金鋼ウォームギア
SCM415 / 20CrMnTiは、EPS、EPB、およびシートアクチュエータプログラム向けに浸炭・研削処理されています。IATF 16949に準拠しています。
デュプレックスウォームギアセット
可変歯厚の軸方向シフトウォームは、標準カタログセットに比べてバックラッシュを30～40 %削減します。
円筒形ウォームホイール
シングルスロート円筒形ペア、産業用主力製品 - 80 % の一般的な駆動用途向けにブロンズオンスチール製。
真鍮製ウォームホイールとシャフト
計測機器駆動装置、オフィス用電子機器、医療機器向けの、真鍮製マイクロモジュールホイールとそれに適合するスチール製ウォームシャフト。
プラスチック製ウォームギア
静音運転、低負荷用途向けのエンジニアリンググレードのPOMおよびPA66製ホイール。オフィス機器、玩具、消費財などに最適です。
ウォームギアがその真価を発揮する場所。
ウォームギアの一般的な用途は、産業分野のあらゆる領域に及びます。設計において、小さな筐体で大きな減速比が必要な場合、静音動作が必要な場合、またはブレーキなしで負荷を保持できる必要がある場合など、あらゆる場面で活用されています。下記の4つの産業分野は、当社が安山から四半期ごとに出荷するドライブの約70トンを占めています。これら4つの分野以外にも、医療画像診断装置、劇場照明装置、風力タービンのヨー・ピッチ駆動装置、ソーラートラッカーアクチュエータ、業務用放送用パンチルトヘッドなどにも定期的に出荷しています。これらの用途では、高減速比、静音動作、セルフロック機能の組み合わせは、競合するギア製品では到底実現できません。
電動パワーステアリング、シートリクライニングモーター、ワイパー駆動装置、パーキングブレーキアクチュエーターなど、これらの部品には20CrMnTiとブロンズの組み合わせが主流で、通常はDIN 6の精度を満たし、IATF 16949の認証を取得しています。
5軸回転テーブル、ATCマガジン、CNC旋盤のC軸駆動装置など、位置に応じてDIN 5～DIN 7の精度に対応。回転テーブル用途では、ホイールの歯面研磨が標準仕様です。
セルフロック式ウォームギアは、電源が遮断された際に負荷を保持するため、ヘリカルギア駆動に必要な別個のブレーキが不要です。5°未満のリード角を持つシングルスタートウォームが、このウォームギアの最大の特徴です。
低回転数で静音性に優れたウォームギアは、包装ラインや食品コンベアの標準的な選択肢となっています。洗浄対応のため、ステンレス鋼製の組み合わせが推奨されます。
利点、限界、および潤滑。
どのギアファミリーにもトレードオフが存在します。これらの駆動装置は特定の用途には最適ですが、他の用途には全く不向きです。下記の正直なバランスシートは、当社のエンジニアリング部門が最初の仕様打ち合わせの際に韓国の設計担当者に説明する内容です。設計を決定する前に、両方の列を検討することをお勧めします。「ウォームギアが必要です」という問い合わせから始まる用途の半分は、最終的にヘリカルギアまたは遊星ギアの方が適していることが判明します。そう伝えることで短期的には売上を失うことになりますが、その後の3年間で5件のリピート注文につながるような信頼関係を築くことができます。
ウォームギアの利点
- 一段階で大幅な削減。 遊星歯車段を積み重ねることなく、20:1から300:1までの減速比を実現。
- セルフロック機能。 リード角が約5°以下の場合、別途ブレーキを使わなくても荷重を保持します。
- 90°軸配置。 同じ部品内で方向転換と減速を行う。
- 静かでスムーズ。 摺動接触方式は、平行軸方式のいずれよりも騒音レベルが低い。
- 衝撃吸収。 摺動界面は、周期的なトルクスパイクに対するダンパーとして機能する。
- コンパクトな封筒型。 単位体積あたりの比率密度は、あらゆる歯車ファミリーの中で最も高い。
ウォームギアの限界
- 効率低下。 摺動接触では、比率と潤滑状態に応じて10～50 %の損失が発生し、これは平歯車やらせん歯車よりもはるかに大きい。
- 発熱。 静粛な運転を実現する滑り現象は、同時に熱も発生させるため、その熱はオイルによって運び去られなければならない。
- （設計上）元に戻すことはできません。 セルフロック機能は便利な機能だが、それはつまり、浅いリードセットではホイールがウォームを駆動できないことを意味する。
- 潤滑剤に敏感。 ウォームギアには専用のギアオイルが必要です。ISO VG 220または460の合成油が一般的で、通常の油圧オイルでは不十分です。
- ホイールの摩耗が寿命を制限する要因です。 柔らかいブロンズ製の歯車は優先的に摩耗するため、ウォームシャフトの寿命の間に1～2回は歯車を交換する必要があるでしょう。
- 1海里あたりの単位コスト。 同じ出力トルクの場合、ヘリカルステージは通常、ウォームドライブよりも15～30トン安価です。
ウォームギア潤滑の概要
ウォームギアの潤滑油の選択は、オイルパンの温度、ウォームの回転数、負荷によって異なります。下の表は、当社のエンジニアリング部門が通常、各組み合わせに対して推奨するISO VGグレードを示しています。これは出発点として扱い、最終的な仕様ではありません。これらの条件外で動作するドライブ、または特殊なデューティサイクルで動作するドライブは、最初のオイル充填前に個別に潤滑油の見直しを行う必要があります。粘度グレードを正しく選択することは、ウォームギアセットの耐用年数に最も大きな影響を与える決定です。2グレードの不一致は、ベアリングと歯面の期待寿命を半減させる可能性があります。
| サンプ温度 | 低負荷（定格30 %以下） | 中程度の負荷 | 重荷重（80 %以上） |
|---|---|---|---|
| 40℃以下 | ISO VG 150 | ISO VG 220 | ISO VG 320 |
| 40～70℃ | ISO VG 220 | ISO VG 320 | ISO VG 460 |
| 70～90℃ | ISO VG 320 | ISO VG 460 | ISO VG 680シンセ |
| 90℃以上 | ISO VG 460シンセ | ISO VG 680シンセ | 強制冷却 |
サンプ温度が70℃を超える場合は、合成ポリアルファオレフィン（PAO）またはポリグリコール（PAG）オイルが推奨されます。鉱物油はこの温度範囲では酸化が速すぎるためです。ポリグリコールオイルは摺動接触時の摩擦がわずかに低く、高温下では耐用年数を30～50年延長できますが、すべてのシール材と互換性があるわけではありません。鉱物油用に設計されたドライブにPAGを後付けする前に、当社のエンジニアリング部門にご相談ください。
⚠注意すべき3つの一般的な故障モード
これらのドライブがどのように故障するかを知ることは、長持ちするドライブを設計する上で半分成功したようなものです。以下の3つの故障モードは、韓国のお客様全体で約85%の保証返品の原因となっています。これらの故障を早期に認識することで、保守チームはライン停止を伴う緊急事態ではなく、計画的な交換を行うことができます。
繰り返し接触応力によって生じる小さな表面の凹み。長期間使用すれば当然発生するものですが、早期に発生する場合は、駆動装置に過負荷がかかっているか、潤滑油膜が薄すぎる可能性があります。
金属同士が瞬間的に接触した際に生じる縦方向の傷。潤滑剤不足、粘度の不一致、または汚染が原因で発生する。
突然の壊滅的な故障。設計上の使用率を超えた長時間の運転による衝撃過負荷または疲労が原因で発生する。
適切なウォームギアの選び方 ― 7つの質問で解説。
以下の7つの質問は、当社のエンジニアリング部門がウォームギアセットまたはウォームギアボックスの見積もりを作成するために必要なすべての情報を網羅しています。最初のメールを送信する前にこれらの質問に目を通しておくことで、通常4日から1日未満に見積もり期間を短縮できます。
