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ウォームドライブとは、ウォーム（ねじ状の歯車）とウォームホイール（平歯車に似た形状）が噛み合う歯車機構です。主な用途は、互いに直交する2つの軸の動きを変換すること、または円運動を直線運動に変換することです（例：バンド式ホースクランプ）。この2つの要素は、ウォームねじとウォームギアとも呼ばれます。ウォームギアという用語が、ウォーム、ウォームホイール、またはウォームドライブ全体を指して使われることがあるため、用語が混同されることがよくあります。
ウォームドライブ、または「エンドレススクリュー」は、タレントゥムのアルキタス、ペルガのアポロニウス、またはアルキメデスのいずれかによって発明されたが、最後のアルキメデスが最も可能性の高い発明者である。[ 1 ]ウォームドライブはその後、13世紀または14世紀のデリー・スルタン朝時代に、ローラー式綿繰り機で使用するためにインド亜大陸に現れた。 [ 2 ]
ウォームとウォームホイールを使用して設計されたギアボックスは、平歯車で作られたものよりもかなり小さく、駆動軸は互いに90°の角度で配置されています。単条ウォームの場合、ウォームが360°回転するごとに、ウォームホイールは1歯分だけ進みます。したがって、ウォームのサイズに関係なく（合理的な工学的制約はさておき）、ギア比は「ウォームホイールのサイズ 対1 」 と なります。単条ウォームの場合、20歯のウォームホイールは速度を20:1の比率で減速します。平歯車の場合、同じ20:1の比率を実現するには、12歯のギアが240歯のギアと一致する必要があります。したがって、各ギアの直径ピッチ（DP）が同じであれば、240歯のギアと20歯のギアの物理的なサイズを比較すると、ウォーム機構の体積はかなり小さくなります。
駆動装置全体（ウォームギアとホイールギアの両方）は、以下のように分類できます。
これらの分類は、虫そのものに関するものです。
通常の歯車列とは異なり、大きな減速比を使用する場合、伝達方向（入力軸と出力軸）は反転できません。これは、ウォームとウォームホイール間の摩擦が大きくなるためであり、特に単条（1つの螺旋）ウォームを使用する場合に顕著です。出力が入力を駆動する可能性を排除したい場合には、これは利点となります。多条（複数の螺旋）ウォームを使用する場合は、減速比がそれに応じて低下し、ウォームとウォームホイールの制動効果は無視できる場合があります。これは、ウォームホイールがウォームを駆動する可能性があるためです。
ホイールがウォームを駆動できないウォーム駆動機構は、セルフロック式と呼ばれます。ウォーム駆動機構がセルフロック式かどうかは、リード角、圧力角、および摩擦係数によって決まります。
ウォームギアの発明は、第一次ポエニ戦争中のアルキメデスによるものとされることがある[ 1 ]。当時建造されていた船の大きさから、当時利用可能だったものよりもはるかに大きなクレーンが必要だった[ 5 ]。: 7この目的のために開発されたクレーンは、ウォームギアと複数の拡大ギアを使用し、バルルコンと名付けられた。このクレーンの説明はアレクサンドリア図書館に記録されており、レオナルド・ダ・ヴィンチがウォームギアの最初の技術図面を作成するまで、後世の技術者たちはアルキメデスのアイデアを参考にした[ 6 ]。しかし、15世紀初頭までに金属製のギアが発明されていなかったため、この設計は制限され、彼の生前にはウォームギアは製造されなかった[ 7 ] 。
ウォームギアの発明以来、大きなギア比を用いる場合に最も効果的であることが認識されていました。1900年代まではこの目的で使用され続けましたが、初期の電動機の開発においては、軸回転速度が高いと駆動部が過熱するため、用途は限られていました。[ 5 ]： 10ウォームギアの現代的な応用は、密閉型ギアハウジングによるより効果的な潤滑方法が導入された直後に始まりました。[ 5 ]： 11
20世紀初頭、パワーステアリングが導入される以前の自動車では、前輪のタイヤがパンクしたりバーストしたりすると、ステアリング機構がパンクしたタイヤのある側に引っ張られる傾向がありました。ウォームギアの採用により、この影響が軽減されました。さらにウォームギアが改良され、摩擦力を低減するためにボールベアリングが循環するようになり、ステアリング力をホイールに伝達できるようになりました。これにより車両の制御性が向上し、正確なステアリング操作を妨げる可能性のある摩耗も軽減されました。
ウォームギアは、速度を大幅に減速し、トルクを増加させるためのコンパクトな手段です。小型電動モーターは一般的に高速・低トルクですが、ウォームギアを追加することで、特にそのコンパクトさを考慮すれば、適用可能な用途の範囲が広がります。
ウォームギアは、プレス機、圧延機、搬送機械、鉱業機械、舵、丸鋸などに使用されています。さらに、フライス盤のヘッドや回転テーブルの位置決めには、バックラッシュ調整可能な高精度複式ウォームギアが用いられています。ウォームギアは、そのコンパクトなサイズと非可逆性から、多くのエレベーターやエスカレーターの駆動装置にも使用されています。
帆船の時代において、舵を制御するためのウォームギア駆動装置の導入は、大きな進歩であった。それ以前は、ロープドラム駆動装置が舵を制御していた。荒れた海では舵に相当な力が加わるため、船を操舵するにはしばしば数人の乗組員が必要であった。一部の駆動装置には直径の大きなホイールが2つ付いており、最大4人の乗組員が舵を操作できた。
ウォームドライブは、自動車の後車軸の最終減速機（ただし、ディファレンシャル自体ではない）にいくつか使用されています。ウォームがディファレンシャルクラウンホイールの最上部または最下部のどちらかにあるという利点があります。1910 年代には、トラックで一般的でした。泥道で最大のクリアランスを得るために、ウォームは上部に配置されました。1920 年代には、スタッツ社が自社の乗用車に使用しました。競合他社よりも低いフロアを実現するために、ウォームは下部に配置されました。1960 年頃の例としては、プジョー 404があります。ウォームドライブは、車両が後退するのを防ぎます。この機能は、必要以上に高い減速比のため、ほとんど好まれなくなりました。[ 8 ]
最近の例外としては、従来のオープンディファレンシャルのベベルギアの代わりにウォームホイールと遊星ウォームを使用するトルセンディファレンシャルがあります。トルセンディファレンシャルは、ハマーや一部の商用ハマー車両、アウディのクワトロなどの一部の全輪駆動システムのセンターディファレンシャルとして最もよく使用されています。骨材を運搬するために使用されるような非常に重いトラックは、強度を確保するためにウォームドライブディファレンシャルを使用することがよくあります。ウォームドライブはハイポイドギアほど効率的ではなく、そのようなトラックは必ず非常に大きなディファレンシャルハウジングを備えており、発生した熱を吸収して放散するために、それに応じて大量のギアオイルが入っています。
ウォームギアは、ギター、コントラバス、マンドリン、ブズーキ、そして多くのバンジョー（ただし、高級バンジョーのほとんどは遊星歯車や摩擦ペグを使用している）など、多くの楽器のチューニング機構として使用されています。ウォームギア式のチューニング装置は、マシンヘッドと呼ばれます。
プラスチック製のウォームギアは、小型の電池式電動モーターによく使用され、比較的高速で動作するモーターよりも低い角速度（毎分回転数が少ない）の出力を提供するとともに、金属製のギアを使用した駆動よりも静かです。[ 8 ]このモーター・ウォームギアシステムは、おもちゃやその他の小型電気機器によく使用されています。
ジュビリー型ホースクランプまたはジュビリークランプには、ウォームギア機構が用いられています。締め付けネジのウォームねじ山が、クランプバンドの溝とかみ合います。
ウォームギアは、逆回転するように設計されている場合があり、その結果、ウォームシャフトは入力よりもはるかに速く回転します。このような例は、手回し遠心分離機、鍛冶屋の送風機、オルゴールの風量調節器などに見られます。
右ねじヘリカルギアまたは右ねじウォームとは、軸に沿って観察する人から見て、歯が時計回りに回転するギアのことです。右ねじと左ねじという表記は、ねじ山（外ねじと内ねじ）で長年用いられてきた慣習と同じです。平行軸上で動作する2つの外ねじヘリカルギアは、必ず逆のねじ方向でなければなりません。内ねじヘリカルギアとそのピニオンは、必ず同じねじ方向でなければなりません。
左巻きヘリカルギアまたは左巻きウォームとは、軸に沿って観察する人から見て、歯が反時計回りに回転しながら奥に向かっていくギアのことである。[ 4 ]： 72
ウォームホイールは、必要な歯形と表面品質を実現するために、通常、複数の工程を経て製造されます。製造工程は通常、ガッシングと呼ばれる粗加工から始まります。これは、歯車ブランクに深い溝を刻み、最終的に歯面を形成する材料の大部分を除去する加工です。この予備加工により、仕上げ工程で除去する必要のある材料の量が大幅に削減されます。
歯面切削加工は、一般的にフライス加工用カッターまたは最終形状に限りなく近い歯間部を形成するように設計された専用の切削工具を用いて行われます。ウォームホイールのサイズや仕様によっては、複数回の加工が必要となる場合があります。歯面には、通常最大5mmの加工代が残され、後続の仕上げ加工に十分な材料が確保されるとともに、最終寸法を正確に実現できるようになっています。
ガッシング加工を十分な精度で行えば、その後のホブ加工は、特殊な形状の仕上げ工具を必要とせずに済む場合が多い。ホブ加工では、ウォーム状の切削工具が、ホブと歯車ブランクの間で連続的に割り出し動作を行うことで、最終的な歯形を徐々に形成していく。ガッシング加工で既に多くの材料が除去されているため、ホブにかかる切削負荷が軽減され、工具摩耗の低減、寸法精度の向上、加工時間の短縮につながる。
数回の荒削り加工と最終的なホブ盤加工の後、ウォームホイールは最終的な歯形になり、その後、歯形精度、ピッチ、表面仕上げなどのパラメータを確認するために検査され、使用が承認されます。[ 9 ]