“モーションコントロール”における選定のコツと注意点
モータと送りねじを繋ぐ役割を担う「カップリング」。高応答・高精度化がうまくいかない、位置精度が悪くなった、騒音や振動が発生するなどの不具合で悩まれた経験をお持ちの方も多いのではないでしょうか。今回はカップリングの選定が原因となったトラブル事例とともに「選定時に気をつけたい3つのポイント」を解説します。
機械・装置の設計者／カップリングの選び方に自信がない方、不安がある方／カップリングの耐久性、振動対策でお困りの方
※2021年3月にaperzaTVで配信したウェビナーの資料です。
このカタログについて
| ドキュメント名 | トラブル事例から学ぶ「カップリング選定時の3つのポイント」【ウェビナー資料】#aperzaTV |
|---|---|
| ドキュメント種別 | 事例紹介 |
| ファイルサイズ | 3.7Mb |
| 登録カテゴリ | |
| 取り扱い企業 | 三木プーリ株式会社 (この企業の取り扱いカタログ一覧) |
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このカタログの内容
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トラブル事例から学ぶ 「カップリング選定時の3つのポイント」 “モーションコントロール”における選定のコツと注意点
#今さら聞けない #こっそり聞きたい
トラブル事例から学ぶ
「カップリング選定時の3つのポイント」
“モーションコントロール”における選定のコツと注意点
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ゲスト紹介
ゲスト紹介
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木下 聡
木下 聡 三木プーリ株式会社 営業本部 営業技術部 TEC営業技術課 課長
1994年 三木プーリ株式会社 入社
2021年 現職 // 軸継手･締結具分野を専門に営業活動サポート
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本日のテーマ
本日のテーマ
選定したけど自信がない、過剰設計していないか不安
装置にあったカップリング選定
モーションコントロール編
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カップリング伝達とは？
カップリング伝達とは？
ポンプ
モータ コンプレッサー 水ポンプ
送風機 コンプレッサー
動力伝達
エンジン ポンプ 油圧ポンプ コンプレッサー 建設機械
カップリング
直接駆動 インデックステーブル スカラロボット
ステッピング
モータ
送りねじ 小型アクチュエータ
モーション
コントロール
直接駆動 インデックステーブル スカラロボット
サーボモータ
送りねじ 直交ロボット アクチュエータ 工作機械
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モーションコントロールとは？
モーションコントロールとは？
『動きの制御』
位置･速度･加速度･力などを電気的･機械的に制御する技術
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モーションコントロールとは？
モーションコントロールとは？
カップリングを介して、モータの指令を
送りねじ･テーブルへ伝える。
カップリングは動力を伝えるだけでは無く、
モータの指令に対し正確に追従する必要がある。
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カップリングとは
カップリングとは
モーションコントロールとは
位置･速度･加速度･力などを電気的･機械的に制御する技術
カップリングの役割
１．高効率な動力伝達
２．軸心の誤差を吸収（偏心･偏角･軸方向）
３．振動を吸収
カップリングの選定ポイント
１．『高応答･高精度化』
２．『寿命･性能維持』
３．『振動対策』
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モーションコントロールにおける カップリング選定 ポイント１
モーションコントロールにおける
カップリング選定
ポイント１
『高応答･高精度化』
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金属板ばねカップリング事例
金属板ばねカップリング事例
【現象】送りねじシステムにおいて金属板ばねカップリングを使用。
高応答･高精度化のためにダブルエレメントタイプからシングルエレメントタイプに
変更したが、ほとんど効果が無かった。
【原因】カップリングのねじり剛性はUPしたが、軸系全体のねじり剛性には大きな変化がなかった。
【結論】高応答･高精度化には、軸系全体でねじり剛性を考えることが必要。
SFC(SA2) SFC(DA2)
■金属板ばねカップリングの特徴
1.金属板ばねカップリングには、板ばね（エレメント）が1箇所のタイプであるシングルエレメントタイプと
2箇所のダブルエレメントタイプがある。
2.ねじり剛性はシングルエレメントタイプの方が高い。ダブルエレメントタイプは許容誤差に有利。
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ねじり剛性とは
ねじり剛性とは
■ねじり剛性…ねじりばね定数[N･m／rad]
物体を単位角度あたりねじる時に必要なトルク
カップリングのねじりばね定数：kc
送りねじのねじりばね定数：kb
軸系全体のねじりばね定数：ｋ
1/k＝1/kc＋1/kb
ねじり剛性が高い ＝ 高応答･高精度
カップリング種類によるねじり剛性の数値
カップリング 金属板ばね
の種類 樹脂 ゴム シングルエレメント ダブルエレメント
カップリング単体 8000 4000 1550 996
軸系全体 1600 1333 873 665
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カップリングの選定ポイント１
カップリングの選定ポイント１
ねじり剛性はカップリング単体ではなく、
軸系全体で考える
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スライド番号 13
モーションコントロールにおける
カップリング選定
ポイント２
『寿命･性能維持』
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樹脂カップリング事例
樹脂カップリング事例
【現象】樹脂タイプのカップリングを使っていたら、半年で位置精度が悪くなった。
カップリングを取外したところ、樹脂エレメントが変形していた。
【原因】適正なサービスファクターを考慮した選定でない。
【結論】負荷トルクを再確認し、カップリングを再選定する。
■樹脂カップリングの特徴
1.初期はノーバックラッシでも、使用とともにエレメントが変形しバックラッシが発生する。
2.バックラッシの量はカップリングへの負荷率に依存する。
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各カップリングのバックラッシ量変化
各カップリングのバックラッシ量変化
カップリング種類 試験前 1000万サイクル 1000万サイクル後の 試験後 バックラッシ量 備考
金属板ばね
バックラッシが無く、曲線に変化
ゼロ が無いことから、長期的な使用においても特性に変化が無いカップ
リングであると言える。
樹脂 バックラッシは0.5deg発生。送
りねじシステムに使用した場合、
送りねじのリードによっては致命
0.5deg 的な位置精度の狂いとなる。
また、曲線にも変化が見られ、低
負荷でも大きなねじれの遅れとな
る。
ゴム
バックラッシはほぼゼロだが、曲
青:試験前 ほぼゼロ 線が変化していることから、ねじ
赤:試験後 りばね定数に変化あり。
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カップリングの選定ポイント２
カップリングの選定ポイント２
サービスファクターを考慮した選定を行う
「負荷の性質」「稼働時間」「起動・制動頻度」「雰囲気温度」
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スライド番号 17
モーションコントロールにおける
カップリング選定
ポイント３
『振動対策』
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ゴムカップリング事例
ゴムカップリング事例
【現象】ステッピングモータと送りねじを金属板ばねカップリングで繋ぎ、試運転を
行ったところ騒音･振動が発生した。
【原因】ステッピングモータの脈動成分（ねじり振動）が、装置のカバーやフレームの固有振動数
と一致していることによる共振。
【結論】ゴムカップリングに変更し、振動抑制。
ゴムカップリング 金属板ばねカップリング
■ゴムカップリングの特徴
1. 振動抑制効果は大きい。
2. ゴムの劣化やねじり特性が変化する可能性があることから、長期的な寿命は期待できない。
3. サーボモータの場合、高ゲイン化が可能。装置の応答性を上げることが可能。
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ステッピングモータのねじり振動対策
ステッピングモータのねじり振動対策
※動画は、三木プーリウェブサイトにて視聴可能です。
https://www.mikipulley.co.jp/JP/Services/Movies/movie03/index.html
※大きな音が出ます。音量にご注意ください。
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カップリングの選定ポイント３
カップリングの選定ポイント３
ステッピングモータのねじり振動は
ゴムカップリングで吸収
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