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下記記事はDRAFTです。随時加筆訂正していきます。
執筆時からCADの機能も変わり、設計手法も変わりました。今記事を書くと、もう少し違ったやり方をすると思います。
質問・アドバイス等があれば連絡願います。
皆さんの参考になるように記事を充実させていきたいと思っています。

10.具体的な設計例:概略構想から詳細設計へ:検査部(4)

今回は駆動系の設計の説明をします。
まず、構想としては歯付きベルトでモータ軸とカム軸をつなぐ事にします。
チェーンを使ってもよいのですが、カム駆動においては負荷がカム曲線の上り側と下り側とで負荷が逆転しますので、あまりお薦めしません。(参考記事参照) また、今回の設計例では採用していませんが、カム軸の駆動には直結ではなく、トルクリミッターを介すると安心です。
ただ、トルクリミッターが作動した事を検出してモーターを止める等が出来ないと、片手落ちになります。
異常が起きたときは確実に停止させたいなら、シャーピン(剪断ピン)を使うと言うのもあります。
シャーピンはトルクの再現性が比較的安定していますから、安全対策としてはお薦めです。
(参考記事参照:未)
歯付きベルトの選定計算は省略しますが(参考記事参照:未)、ここでは選定が終わっているものとして進めます。
S5M150タイプのベルトで、駆動側・従動側とも歯数24のプーリを使用するとします。
ベルト長さが規格で決まっていますから、ベルト歯数59(周長295mm)でベルトの配置をスケッチで検討します。(図1)
図1.「ベルトの配置」スケッチを作成
図1.「ベルトの配置」スケッチを作成
ここで、ベルトの外形と内形をスケッチで描いてありますが、これはモーター軸位置を変更したりする時、レイアウトスケッチに拘束されていると、ベルトに変更が反映されて都合が良いからです。
もし、単独でパーツをモデリングしていると、変更に弱いものになってしまいます。

以降、従動側プーリ、駆動側プーリを配置していきます。(図2、3)
基本的に、私は歯付きプーリでも、歯のモデリングしません。
歯付きプーリのモデリングはアセンブリ環境ではなく、パーツ環境で行う方が良いでしょう。
位置決めのみレイアウトスケッチに拘束させます。
図2.従動プーリを作成
図2.従動プーリを作成
図3.駆動プーリを作成
図3.駆動プーリを作成
次にレイアウトスケッチから歯付きベルトを起こします。(図4)(やはり、歯のモデリングはしません)
図4.スケッチからベルトを作成
図4.スケッチからベルトを作成
次いで、モーターを配置します。メーカーのCDカタログに3Dパーツがありますから、積極的に利用します。(図5)(無い場合は、最初からモデリングしないといけませんが、あまり細かくモデリングしない様にします)
図5.モータを作成
図5.モータを作成
基本的に、モーターの配置はレイアウトスケッチに位置あわせをし、モータ軸先端がサブベースに接触しないで切りの良い寸法にします。(図6、7)
図6.モータの配置の確認(モータ側)
図6.モータの配置の確認(モータ側)
図7.モータの配置の確認(側面)
図7.モータの配置の確認(側面)
次にモータ取付板を配置しますが、ボルトをゆるめるとベルトがプーリから外れる位の調整代が取れるような長穴を設けておきます。(図8)
図8.モータ取付板を作成
図8.モータ取付板を作成
次いで、モーター取付板を取り付けるモータ取付柱を配置します。(図9)
図9.モータ取付柱を作成
図9.モータ取付柱を作成
以上で、モーター周りの部品配置は完了です。
次いで、制御に必要なセンサーを配置する作業に移ります。
基本的には、カム軸原点検出と外部への検査スタート信号用の2つで十分でしょう。
マイクロスイッチを使っても良いのですが、チャタリングや寿命などを考慮すると、フォトマイクロセンサーが使いやすいと思います。
検出確認のLEDが点灯しますし、調整も楽です。
NPN型とPNP型が有りますので、シーケンサーなどに依っては使えない事が有りますから注意が必要です。(参考記事参照:未)
この他に、テーブルの前後や上下はばねでカムに拘束していますので、異常が有った場合カムからカムフォロアが外れてしまいます。そこのずれを利用して異常検出を行う、と言うのはよく使う手法です。(参考記事参照:未)
図10.スリットカムを作成
図10.スリットカムを作成
図11.センサ取付板を作成
図11.センサ取付板を作成
スリットカムはミスミなどで標準のものが有りますから、なるべく市販品を流用出来る場合はそれを使います。
何でも設計するのは止めたいものです。
もちろん、社内で標準として決まっているなら、それを使えばよいのですが、単に設計者の自己満足の為に少しずつ違う物を設計することは良いことではありません。
では、「標準化はどの様にするのが良いのか?」ですが、「出来ている物が標準」で良いと思います。
それぞれの仕様で作ってあったとしても、それにはそれなりの設計根拠があるはずです。
それを流用すれば、少なくとも実績があるのですから、その後の設計の基準としては意味があります。
図12.センサを配置
図12.センサを配置
図13.パターン作成でセンサとスリットカムを配置
図13.パターン作成でセンサとスリットカムを配置
スリットカムとセンサは2個ずつ使いますので、センサ取付板の穴パターンを使って配置します。
パターン配置はメリット・デメリットがありますが、パターンで配置が出来そうな場合は積極的に使ってCAD操作の手数は省略したいですね。
そのためにもセンサ取付板の穴配置にはパターンで配置しておきたいです。
図14.全体配置を上面から確認
図14.全体配置を上面から確認
図15.底ベース板を作成
図15.底ベース板を作成
図16.カバーAを作成
図16.カバーAを作成
図17.カバーBを作成
図17.カバーBを作成
図18.カバーCを作成
図18.カバーCを作成
図19.装置全体を上面から確認
図19.装置全体を上面から確認
(26 May 2004 作成)
(10 June 2004 加筆・訂正)

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