ウォームドライブ

ウォームドライブは、ウォーム(ねじの形をした歯車) がウォーム ホイール(平歯車に似た外観)と噛み合う歯車配置です。この 2 つの要素は、ウォーム スクリューやウォーム ギアとも呼ばれます。この用語は、ウォーム、ウォーム ホイール、またはウォーム ドライブを 1 つのユニットとして参照する際に、 ウォーム ギアという用語が不正確に使用されるため、混乱が生じることがよくあります。

ウォームドライブまたは「無限ねじ」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によって発明されましたが、アルキメデスが発明者であった可能性が最も高いです。^[1]ウォームドライブは、13世紀または14世紀のデリー・スルタン朝時代に、ローラー綿繰り機で使用するためにインド亜大陸に登場しました。 ^[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 (合理的なエンジニアリング制限にかかわらず)、ギア比は「ウォームホイールのサイズ - 1」です。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 歯のギアを 240 歯のギアと一致させる必要があります。したがって、各ギアの直径ピッチ (DP) が同じであれば、240 歯のギアの物理的サイズと 20 歯のギアの物理的サイズを比較すると、ウォーム配置の容積はかなり小さくなります。

ドライブ全体（ウォームとホイールの両方）は次のように分類できます。

ノンスロートウォームドライブ

これらには、ウォームまたはウォームホイールの周囲に機械加工されたスロートまたは溝がありません。

シングルスロートウォームドライブ

ウォームホイールにはスロートが付いています。

ダブルスロートウォームドライブ

両方のギアはスロート付きです。このタイプのギアは最大の負荷を支えることができます。^[3]

これらの分類はワーム自体を指します:

エンベローピングワーム（砂時計ワーム）

虫には1本以上の歯があり、中央部から両端に向かって直径が大きくなる。^{[4] : 3}

二重包囲ワーム

ウォームギアは、完全に包み込むウォームホイールと噛み合う包み込むウォームで構成されています。これは、グロボイダルウォームギアとも呼ばれます。^{[4] : 4}

通常のギア トレインとは異なり、減速比が大きい場合、伝達方向 (入力軸対出力軸) 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いためで、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、これは有利です。多条ウォーム (複数の螺旋) を使用する場合、減速比はそれに応じて減少し、ホイールがウォームを駆動できる可能性があるため、ウォームとウォーム ホイールのブレーキ効果を割り引く必要がある場合があります。

ホイールがウォームを駆動できないウォーム ドライブ構成は、セルフ ロックと呼ばれます。ウォーム ドライブがセルフ ロックであるかどうかは、リード角、圧力角、および摩擦係数によって決まります。

ウォームドライブの発明は、第一次ポエニ戦争中のアルキメデスによるものだという説もある^[1]。当時は建造中の船の大きさから、当時利用できるものより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、ウォームドライブといくつかの拡大歯車を使用し、バ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、その後の技術者はアルキメデスのアイデアを参考にし、レオナルド ダ ヴィンチがウォームドライブの最初の技術図面を作成した^[6]。15世紀に入るまでに金属製の歯車が発明されていなかったため設計に制限があり、ダ ヴィンチの存命中にウォームドライブが作られることはなかった^{[7] 。}

ウォームドライブは、発明されて以来、大きなギア比を使用す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、この目的で使用され続けましたが、初期の電気モーターの開発では、シャフト速度が高いとドライブが過熱するため、限られた用途しかありませんでした。^{[5] : 10}ウォームドライブの現代的な応用は、密閉された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て間もなく始まりました。^{[5] : 11}

パワーステアリングが導入される前の 20 世紀初頭の自動車では、前輪の 1 つがパンクしたり破裂したりすると、ステアリング機構がパンクしたタイヤの側に引っ張られる傾向がありました。ウォーム ドライブの使用により、この影響は軽減されました。ウォーム ドライブのさらなる開発により、再循環ボールベアリングが実現し、ステアリング力をホイールに伝達する摩擦力が軽減されました。これにより、車両の制御が容易になり、正確なステアリングを困難にする原因となる摩耗が軽減されます。

ウォーム ドライブは、速度を大幅に下げてトルクを増大させるコンパクトな手段です。小型電気モーターは一般に高速で低トルクです。ウォーム ドライブを追加すると、特にウォーム ドライブのコンパクトさを考慮すると、ウォーム ドライブが適している可能性のあるアプリケーションの範囲が広がります。

ウォーム ドライブは、プレス、圧延機、搬送工学、鉱業機械、舵、丸鋸で使用されます。さらに、フライス盤や回転テーブルは、調整可能なバックラッシュを備えた高精度のデュプレックス ウォームドライブを使用して配置されます。ウォーム ドライブは、そのコンパクトなサイズと非可逆性により、多くのリフト/エレベーターやエスカレーターのドライブ アプリケーションで使用されています。

帆船の時代、舵を制御するウォーム ドライブの導入は大きな進歩でした。ウォーム ドライブが導入される前は、ロープ ドラム ドライブが舵を制御していました。荒れた海では舵に大きな力が加わるため、船を操縦するには数人の人員が必要になることが多かったのですが、ドライブによっては直径の大きいホイールが 2 つ付いていて、最大 4 人の乗組員が舵を操作できるものもありました。

ウォームドライブは、いくつかの自動車の後車軸ファイナルドライブに使用されている（ただし、差動装置自体には使用されていない）。ウォームの位置が差動装置のクラウンホイールの最上部または最下部にあることを利用した。1910年代にはトラックでよく使われていた。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ていた。1920年代には、スタッツ社が自動車にウォームドライブを採用した。競合他社よりも床を低くするため、ウォームは下部に配置されていた。1960年頃の例としては、プジョー404がある。ウォームドライブは、車両のロールバックを防ぐ。この機能は、必要以上に高い減速比のために、ほとんど好まれなくなった。^[8]

最近の例外としては、従来のオープンデフ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フがある。トルセンデフは、ハンビーや一部の商用ハマー車両、および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フで最もよく使用されている。骨材を運ぶのに使用されるような非常に重いトラックでは、強度のためにウォームドライブデフがよく使用される。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には必ず非常に大きなデフハウジングがあり、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充填されている。

ウォームドライブは、ギター、コントラバス、マンドリン、ブズーキ、多くのバンジョー（高級バンジョーのほとんどは遊星歯車または摩擦ペグを使用しています）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。ウォームドライブ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ドライブは、小型の電池駆動式電気モーターによく使用され、モーターの角速度よりも低い角速度（1分間の回転数が少ない）で出力を提供します。モーターは、かなり高速で最適に動作し、さらに金属ギアを使用したドライブよりも静かです。^[8]このモーターウォームドライブシステムは、おもちゃやその他の小型電気機器によく使用されます。

ウォームドライブは、ジュビリータイプのホースクランプまたはジュビリークランプで使用されます。締め付けネジのウォームねじがクランプバンドのスロットとかみ合います。

ウォーム ドライブは逆回転するように設計される場合があり、その結果、ウォーム シャフトが入力よりもはるかに速く回転します。この例としては、一部の手回し式遠心分離機、鍛冶屋の送風機、オルゴールの風力調節器などが挙げられます。

右ねじれ歯車または右ねじれウォームとは、軸に沿って見た場合に、歯が時計回りにねじれる歯車のことです。右ねじと左ねじの呼称は、外ねじと内ねじの両方の長年の慣例と同じです。平行軸で動作する 2 つの外ねじれ歯車は、逆ねじでなければなりません。内ねじれ歯車とそのピニオンは、同じねじでなければなりません。

左ねじれ歯車または左ねじれウォームとは、軸に沿って観察すると歯が反時計回りにねじれる歯車である。^{[4] : 72}

ウォームホイールは、最初に歯を荒削りするためにガッシングされ、その後、ギアの最終形状に近づくようにさらに仕上げられます。その精度は、多くの場合、0.5ミリメートル（0.020インチ）以内です。ガッシングが十分に正確に行われた場合、ホブ加工に特別な工具は必要ありません。数回のガッシングの後、最終的な形状にホブ加工されます^[9]

• ギアの名称一覧
• ギヤ
• リニアアクチュエータ、一部の形式はウォームギアまたはウォームドライブとも呼ばれる
• ラックとピニオン
• 旋回駆動

ウィキメディア・コモンズには、ウォームギアに関連するメディアがあります。

• 設計用運動学モデル デジタル ライブラリ (KMODDL)
  コーネル大学で実際に動作する数百の機械システム モデルの動画と写真。機械設計とエンジニアリングに関する古典的なテキストの電子書籍ライブラリも含まれています。
• ウォームドライブの公式と計算
• さまざまなメトリックギアのダウンロード可能な設計仕様、2D-3Dモデル、カタログ
• 各種ウォームギアボックス、3Dモデル
• ウォームシャフトとウォームギアの加工