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
印刷機および用紙送り駆動装置用ウォームギアとウォームホイール
オフセット印刷機において、ウォームギアのペアは、他のどのギアタイプも再現できない働きをします。それは、回転運動をインク分配ローラーの回転と軸方向移動の同時動作に変換し、1回転ごとに2ミクロンのインク膜をローラー幅1,000mmに均一に塗布することです。この振動機構こそが、鮮明な印刷画像の背後にある隠れた幾何学的構造なのです。
印刷機では、他の用途では組み合わせられない2つの異なる役割でウォームギアペアが使用されています。1つ目は、インクローラーの振動機構です。ウォームのねじ山がインク分配ローラーのらせん状の溝に噛み合い、回転をローラーの軸方向の移動に変換することで、印刷幅全体にインクを均一に分配し、縞模様の発生を防ぎます。2つ目は、用紙またはウェブ送り機構です。ウォームギアペアは、用紙搬送ローラーを精密に制御された速度で駆動し、±0.05 mm以内の多色位置合わせ精度を実現します。インク振動機構の図は、ウォームのねじ山の形状が移動ストロークと速度をどのように決定するかを示しています。ウォームギアのかみ合いからの振動は、インクトレインを介して印刷面に伝わるため、印刷品質には表面仕上げ（Ra 0.2～0.4 µm）と歯の精度（DIN 5～7）が重要になります。印刷機のウォームギア対は、ほとんどの産業用ウォームギア用途よりも高速（入力1,500～3,000 RPM）かつ低負荷（5～20 N·m）で動作するため、トルク容量の領域ではなく、精密速度の領域に属します。
印刷機におけるウォームギアの2つの異なる役割
このシリーズの他のアプリケーション（A01～A17）では、ウォームギアペアは純粋に減速機として機能しますが、印刷機ではウォームギアの形状が根本的に異なる2つの方法で使用されます。そして、正しい仕様を策定するには、この両方を理解することが不可欠です。
駆動ねじは、インク分配ローラーのらせん状の溝に噛み合います。ねじが回転すると（印刷シリンダーのギアトレインによって駆動されます）、インクローラーは同時に回転し、1回転あたり3～8mm軸方向に移動します。この軸方向の振動により、インク膜がローラー幅全体に均一に広がり、インク不足の帯状部分を防ぎます。ここでウォームは、減速機ではなく、直線運動カムとして機能します。「ギアペア」は、ウォームねじとローラー溝であり、独立したウォームホイールではありません。
ウォームとウォームホイールの組み合わせは、モーターの回転速度を用紙搬送ローラーの回転速度まで減速します。これは、従来型の減速機の機能です。給紙ウォームギアの組み合わせは、極めて安定した出力速度を実現する必要があります。なぜなら、多色印刷では、同じ用紙上に4つの異なる色の印字を±0.05mm以内の誤差で正確に位置合わせする必要があるからです。給紙ローラーの回転速度が0.1%変動すると、累積的な位置合わせ誤差が生じ、3～5回の印刷後には色のにじみとして目に見えるようになります。
インクローラーの振動機構 ― ウォーム糸の形状がインクをどのように分配するか
インク振動機構は印刷機特有のものであり、他の業界ではこのようなウォームギアの形状は使用されていません。ウォームのねじ山はらせん状のカムとして機能し、インク分配ローラージャーナルに加工された対応するらせん状の溝に噛み合います。ウォームが回転すると、ねじ山がローラーを軸方向に押し、同時にローラーはインクトレイン内の隣接するインクローラーとの摩擦接触によって回転します。
下の図は、その機構を断面図と軸方向図で示したものです。
横方向ストロークS = 3～8mm ├─────────────────────────────────┤ ═══════════════════╗ ╔═══════════════════ インクローラージャーナル ╚════════════════╝ インクローラー本体 （らせん状の溝）↕係合（インク膜を保持） │ [ワームスレッド] │ ウォーム回転軸 （ローラーに対して垂直） ワームが回転する ──→糸がローラーを軸方向に押す──→ローラーが振動する 1回転あたりのストローク数Sによる左右方向の移動 ストローク：S = ウォームリード × (溝噛み合い角度 / 360°) 標準: リード 6 mm × 180° 係合 = 半回転あたり3mmのストローク 完全な振動サイクル：合計6mmの移動量（左3mm＋右3mm）
印刷品質において振動が重要な理由。 軸方向の振動がない場合、インク分配ローラーは、隣接するローラーとの固定された接触線でのみインクを転写します。インクの消費量は印刷画像の幅全体で異なり（左側に暗い部分がある写真では、左側のインク消費量が多くなります）、振動がない場合、50～100回の印刷でインク膜が不均一になり、単色部分に明暗の縞模様が生じます。振動によりインクが横方向に再分配され、ローラー幅全体にわたってインク膜の厚さが平均化されます。振動ストローク（3～8 mm）と振動周波数（1～3回転に1回）は、ウォームのねじ山のリードと噛み合い形状によって設定され、ウォームの設計に組み込まれているため、製造後に調整することはできません。
ねじの精度要件。 インキローラーの振動を駆動するウォームねじは、標準的な減速ウォームよりも厳しい公差で製造する必要があります。振動ウォームのリード誤差は、ローラーの横方向の速度が不均一になる原因となります。つまり、ローラーが一方の方向に他方の方向よりも速く動き、インキの分布が非対称になります。累積ピッチ誤差は、ねじの噛み合い全長（通常20～40mm）にわたって10µm未満である必要があります。そのためには、振動ウォームねじに研削加工（Ra 0.2～0.4µm）を施す必要があります。Ra 1.6µmのホブドねじでは、高品質印刷に必要なリード精度要件を満たしません。
振動感度 ― ウォームギアのかみ合いによる励起が印刷品質に及ぼす影響
印刷機は振動に敏感な機械です。版からブランケット、そして紙へのインク転写は、3～8mmのニップ幅で0.1～0.3MPaの接触圧力で行われます。この接触圧力を変化させる振動は、紙上のインク膜厚にも相応の変化をもたらします。その結果、「ゴースト現象」（かすかな画像の影が繰り返し現れる現象）、「バンディング現象」（周期的な明暗の縞模様）、または「スラー現象」（印刷方向に沿った画像のにじみ）として現れます。
振動部品と送り減速部品の両方を含むギアペアは、その噛み合い周波数で振動を発生させます。入力回転数1,500 RPMのシングルスタート構成の場合、噛み合い周波数は1,500 / 60 = 25 Hzです。同じ速度の2スタート構成の場合、噛み合い周波数は50 Hzです。これらの周波数は、印刷機のフレームとインクトレインに構造共振が発生する10～100 Hzの範囲内にあります。つまり、噛み合い周波数でのわずかな励振でも、印刷面では大きな振動に増幅される可能性があります。
この表は、ホブ盤仕上げとラップ仕上げの表面仕上げの違いにより、メッシュ振動振幅が10分の1に減少することを示しています。これは、印刷品質において「目に見える縞模様」が「目に見える欠陥なし」になることを意味します。商業用オフセット印刷およびフレキソ印刷では、研磨仕上げ（Ra 0.4 µm）が標準です。高級パッケージ、美術複製、およびセキュリティ印刷（紙幣、切手）では、ラップ仕上げ（Ra 0.2 µm）が指定されています。
韓国のフレキソ印刷パッケージ印刷会社が、毎分180メートルで段ボール箱印刷を行う新しい6色印刷機で、周期的な縞模様が発生すると報告した。縞模様は、大きなベタ塗り領域に25 mm間隔で明暗の縞として現れた。この間隔は、インク振動ウォーム（シングルスタート、直径8 mm、リード8 mm）の円周に相当する。調査の結果、振動部品がホブ加工（Ra 1.4 µm）されていることが確認された。リード誤差は、30 mmの噛み合い長で22 µmであり、振動速度の不均一とインク分布の非対称性を引き起こしていた。印刷機メーカーは元の部品リストで研磨ウォームを指定していたが、前回のメンテナンス時に供給された交換用振動ウォームは、部品販売業者によってホブ加工ウォーム（見た目は同じで、60%安価）に置き換えられていた。研磨部品（Ra 0.3 µm、リード誤差6 µm）に交換したところ、設置後最初の100回の印刷で縞模様は解消された。研削部品のコスト：28米ドル。ホブ加工代替品のコスト：11米ドル。ホブ加工部品を取り付けた3週間の間に発生した、結束関連の印刷廃棄物のコスト：不良カートンで約4,800米ドル。教訓：印刷機の振動部品は、標準的な工業用部品と互換性がありません。リード精度と表面仕上げの要件は印刷機能に固有のものであり、寸法の互換性から推測するのではなく、交換のたびに確認する必要があります。
印刷機用ウォームギアペア仕様事例3件
事例1 — 韓国のフレキソ印刷パッケージ印刷会社：6色、インク振動＋給紙駆動
韓国のパッケージ印刷会社は、段ボールとフレキシブルパッケージを 120 ～ 200 m/min で印刷する 6 色フレキソ印刷機用のウォームギア部品を指定しました。各色ステーションには、1 つのインク振動スレッドと 1 つの送り減速ギアペアがあります。振動スレッド: シングルスタート、Ø10 mm、リード 6 mm、研磨 Ra 0.3 µm、焼入れ鋼 (HRC 58)。リード誤差: 35 mm の噛み合いで 8 µm 未満。トラバース ストローク: 半回転あたり 3 mm。印刷機 1 台あたり 6 本の振動スレッド: 6 × 22 USD = 132 USD。送り減速ウォームギアペア: シングルスタート、モジュール 1.5、中心距離 30 mm、比 20:1、研磨 Ra 0.4 µm、DIN 精度クラス 6。出力トルク: 8 N·m (軽度 - 紙ウェブ張力のみ)。印刷機 1 台あたり 6 組の送りペア: 6 × 85 USD = 510 USD。印刷機 1 台あたりのギア部品の総コスト: 642 USD。この印刷機は、年間約240万メートルの段ボール包装を1メートルあたり0.08米ドルで印刷し、これは年間19万2000米ドルの印刷生産額に相当し、642米ドルのウォームギア部品によって支えられていた。
ケース2 — 日本のオフセット商業印刷会社：4色刷り、±0.05mmの見当合わせ、ラップ仕上げ
日本の商業印刷会社は、高品質のパンフレット、カタログ、アートプリントを印刷する4色オフセット印刷機のシートフィード駆動用のウォームギアペアを指定しました。レジストレーション要件：4色分解（CMYK）間で±0.05 mm。シートサイズ：B1（720 × 1,020 mm）。印刷速度：毎時12,000枚。フィード駆動ウォームギアペアは、1,020 mmの印刷長全体でレジストレーション目標を達成するために、±0.05%以内の速度の一貫性を提供する必要があります。1,020 mmで0.05%の速度変動が発生すると、シートの後端で0.5 mmの累積位置誤差が発生します。±0.05 mmの許容範囲では、許容される速度変動は±0.005%です。送り歯車対：シングルスタート、モジュール2、中心距離40mm、減速比15:1、ラップ仕上げRa 0.2µm、DIN精度クラス5。バックラッシュ：3分角未満（デュプレックス）。ラップ仕上げとDIN 5精度により、噛み合い振動は0.01mm/s RMS未満となり、インク膜のばらつきは±2%未満に抑えられます。送りウォームギア対1組あたりの価格：280米ドル（ラップ仕上げ＋デュプレックス＋DIN 5プレミアム）。詳細はこちらをご覧ください。 精密ウォームギア駆動 DIN規格5～7の精度と研磨仕上げが求められる印刷機用途向けのオプション。
事例3 ― ベトナムの新聞社：ウェブ配信、高速、コスト重視
ベトナムの新聞社は、毎時 45,000 部で稼働する 4 ユニットのウェブオフセット印刷機のウェブ給紙部とフォルダー駆動部にウォームギア ペアを指定しました。新聞印刷は、商業オフセット印刷に比べて品質許容範囲が緩く、プラスマイナス 0.3 mm の見当ずれは許容範囲内であり、新聞用紙ではベタ部分の目に見える縞模様は許容範囲内であり、主な仕様の決定要因は、長時間の印刷実行 (1 回の実行で 100,000 部以上) における高速での信頼性です。ウェブ給紙用ウォームギア ペア: 2 条 (高速での効率が高く、ウェブ給紙部でのセルフロックは不要)、モジュール 2、中心距離 40 mm、比率 10:1、研磨 Ra 0.6 µm、DIN 精度クラス 7。入力速度: 2,800 RPM。2 条仕様により効率が 48% から 70% に向上し、持続的な高速入力速度でのモーターの発熱が軽減され、ベアリングの寿命が延びました。ペアあたりのコスト: 65 USD。インク振動ねじ：標準研磨Ra 0.4 µm、リード8 mm。振動ウォーム1個あたりのコスト：15米ドル。4ユニット印刷機のギア部品総コスト：約520米ドル。この印刷機は年間約1600万部の新聞を生産しており、ギアのコストは年間印刷生産額の0.004%未満でした。
よくある質問
Q：標準的な工業用ウォームギアを印刷機の振動ウォームギアとして使用できますか？
リード精度と表面仕上げが印刷要件を満たしている場合に限ります。Ra 1.6 µm の標準的な工業用部品で、リード誤差が 15 µm を超えると、寸法適合 (直径、リード、ねじ形状) が正しくても、ベタ塗りの部分に目に見えるインクの縞模様が発生します。振動機能は、リード精度 (累積 10 µm 未満) と表面平滑度 (Ra 0.4 µm 未満) に依存しますが、標準的な工業用ウォームではこれらが保証されません。リード誤差と表面仕上げの仕様は必ずウォームのサプライヤーに確認するか、「印刷グレードの振動ねじ」を明示的に指定して、正しい製造公差が適用されるようにしてください。
Q：振動ストロークはインクの分布品質にどのような影響を与えますか？
ストロークを長くする（6～8 mm）と、ローラー幅全体にわたってインクの広がりが良くなりますが、ローラーベアリングとウォームねじにかかる軸方向の力が大きくなります。ストロークを短くする（3～4 mm）と、ベアリングへの負荷は軽減されますが、同等のインクの広がりを実現するには、より多くの振動サイクル（ウォームの回転数）が必要になります。最適なストロークは、インクの粘度と印刷範囲によって異なります。高粘度のUVインクは長いストロークが必要で、低粘度の水性フレキソインクは短いストロークの方が広がりやすくなります。印刷機メーカーは、設計時にウォームのリードと噛み合い形状を選択することでストロークを設定します。オペレーターが現場で調整することはできません。
質問：印刷機のウォームギアペアは、どのDIN精度クラスを指定すべきですか？
ウォームギアの DIN 3974 精度クラスは 1 (最高精度) から 12 (最低精度) まであります。商業印刷 (パンフレット、パッケージ): DIN 6 ～ 7 — Ra 0.4 µm の研磨ウォームで達成可能。プレミアム印刷 (美術複製、セキュリティ印刷): DIN 5 — Ra 0.2 µm のラップウォームと個別に検証された歯形が必要。新聞および段ボール: DIN 7 ～ 8 — 研磨またはホブ加工およびシェービング加工されたウォームで達成可能。DIN クラスは、噛み合い励起 (振動) と伝達誤差 (速度変動) の両方を決定し、どちらも印刷品質に直接影響します。必要なクラスよりも 1 つ厳しいクラスを指定すると、ウォームギアペアのコストが 30 ～ 50 パーセント増加します。必要なクラスよりも 1 つ緩いクラスを指定すると、目に見える印刷欠陥が発生します。
質問：印刷機のウォームギアはどのくらいの頻度で交換すべきですか？
振動ウォームは、ローラー溝とのねじ接触点で摩耗します。交換間隔は、印刷速度と稼働時間によって異なります。年間3,000時間以上稼働する新聞印刷機では、2～3年ごとに振動ねじの交換が必要になる場合があります。年間1,500～2,500時間の商業オフセット印刷機では、3～5年ごとです。摩耗の指標は、固定された稼働時間ではなく、印刷品質の劣化（ベタ部分に縞模様が再び現れる）です。前回の振動ウォーム交換時には見られなかった縞模様が現れたら、ねじを交換してください。送り減速ギアペアは、負荷が軽く、動作が連続的であるため（産業用途よりも起動・停止による疲労が少ないため）、より長持ちします（5～10年）。
Q：デジタル印刷機はウォームギアを使用していますか？
デジタル印刷機（インクジェット印刷機、電子写真印刷機）は、従来のインク供給ラインを持たないため、インク振動ウォームを使用しません。アナログ印刷機に必要なインクローラーシステムを用いずに、デジタルで画像が形成されるためです。しかし、デジタル印刷機でも、用紙搬送、枚葉給紙、排紙駆動にはウォームギアペアが使用されています。減速機能とセルフロック機能は、オフセット印刷機やフレキソ印刷機と同じです。そのため、印刷機用ウォームギアペアの市場は、業界の移行に伴い、振動駆動重視型（アナログ印刷機）から給紙専用型（デジタル印刷機）へとシフトしていますが、アナログ印刷機、デジタル印刷機を問わず、すべての印刷機に用紙搬送駆動装置が必要なため、部品全体の需要は安定しています。
印刷機は、他のどの業界も真似できない方法でウォームギアの形状を利用しています。インクローラー振動機構は、ウォームのねじ山の回転を分配ローラーの同時軸方向移動に変換し、印刷幅全体にインクを均一に広げて縞模様を防ぎます。この機構には、印刷グレードのリード精度（累積10 µm未満）と表面仕上げ（Ra 0.2～0.4 µm）が求められますが、これは標準的な工業用ウォームでは実現できません。送り減速ウォームギアペアは、従来の減速機としての役割を果たしますが、多色位置合わせ精度とインク膜の均一性を直接左右する高精度速度仕様（DIN 5～7、メッシュ振動0.05 mm/s RMS未満）が求められます。表面仕上げは、最も影響力のある仕様パラメータです。ホブ加工（Ra 1.6 µm）とラップ加工（Ra 0.2 µm）の違いは、メッシュ振動を10分の1に低減し、「目に見える縞模様」と「プレミアム印刷品質」の違いを生み出します。
印刷機メーカーおよび印刷機保守チーム向けに、当社のエンジニアリング部門は、DIN 5～8の精度を持つ印刷グレードの振動ねじと送り減速ギアペアを提供しています。標準カタログ 精密ウォームギアセット 検証済みのリード精度証明書付きの振動ねじと、DIN精度クラスのドキュメント付きのフィードペアを含めます。 印刷ドライブの仕様 印刷機の種類、速度範囲、印刷品質等級、およびカラーステーションの数。
印刷機用のウォームギアの組み合わせを指定する？
印刷機の種類（オフセット、フレキソ、グラビア）、カラーステーション数、印刷速度、見当合わせ許容誤差、および振動ねじ、送り歯、またはその両方が必要かどうかをお知らせください。弊社でDIN精度等級、表面仕上げ、およびリード精度仕様をご提案いたします。
編集者: Cxm
