1. ウォームギアボックスのセルフロック
ウォームギアボックスにおけるセルフロックとは、ウォームホイールがウォームに及ぼす接線力が接触面の摩擦力を克服できず、その結果としてウォームホイールがウォームを逆駆動できなくなる現象です。
上図に示すように、リード角が摩擦角より小さい場合、Fαは常に摩擦力Ffより小さくなります。この条件下では、ウォームはセルフロック状態にあり、逆駆動されることはありません。
摩擦角が一定の場合、リード角が小さいほどセルフロックが発生しやすくなります。一般的に、ウォームギアボックスの減速比が高いほど、ウォームのリード角は小さくなります。したがって、高減速比のウォームギアボックスは通常、セルフロック機能を備えています。
StepperOnlineの減速比40:1以上のウォームギアボックスは、一般的な使用条件下でセルフロック特性を示します。ただし、セルフロック性能は潤滑状態、温度、負荷条件などの要因によって変動する場合があります。安全が求められる用途では、追加の制動機構の併用を推奨します。詳細については、こちらの記事をご参照ください：ウォームギアのセルフロック。
一方、プラネタリーギアボックスは遊星歯車機構を用いて動力を伝達するため、セルフロックに必要な摩擦機構を備えていません。そのため、プラネタリーギアボックスは一般的にセルフロック機能がなく、逆駆動される可能性があります。
2. その他の逆駆動防止策
セルフロック機能を備えたウォームギアボックスは一般的に伝達効率が低いため、逆方向の負荷が比較的小さい場合には、以下の代替手段を検討できます。
a. ステッピングモーターのディテントトルクを利用する
ステッピングモーターの非通電時、ローターの永久磁石とステーターの歯の間の磁気吸引力により、小さなディテントトルクが発生します。このトルクはギアボックスによって増幅され、システムの機械摩擦と相まって、限定的ながら逆駆動に抵抗できます。ただし、ディテントトルクは非常に小さいため、ギアボックスによる増幅後でも耐えられる逆方向負荷はごくわずかです。
b. ステッピングモーターの保持トルクを利用する
ステッピングモーターの通電時、ステーターコイルが磁界を発生させ、ローターの永久磁石を吸引・固定してローターの回転を阻止します。このロックトルクは保持トルクと呼ばれ、通常、ステッピングモーターのデータシートに記載されているトルク値です。
保持トルクはギアボックスを介して伝達されるため、はるかに大きな力で逆駆動に抵抗でき、より大きな負荷に耐えることができます。ただし、このトルクにも限界があります。負荷がモーターの許容範囲を超えると、ギアボックスは依然として逆駆動されます。
まとめ
以上のように、逆駆動の防止には、ギアボックス本来のセルフロック機構を利用する方法と、モーターのトルク特性を利用する方法があります。ただし、モーターによる逆駆動抵抗能力には限界があります。逆駆動に対する抵抗力の大きさは以下の通りです：
セルフロック ＞ 保持トルク ＞ ディテントトルク