株式会社 新興技術研究所 取締役会長

熊谷 卓

1955年03月 東京大学工学部精密工学科卒業
...もっと見る 1955年03月 東京大学工学部精密工学科卒業
1955年04月 マミヤ光機株式会社入社
1962年11月 技術士国家試験合格・機械部門技術士登録
1963年03月 株式会社 新興技術研究所設立　代表取締役就任、現在　同社取締役会長（業務内容：自動組立機をはじめ各種自動化設備機器等の開発・製作・技術指導）

【歴任】
米国・欧州自動化技術視察団コーディネータ　8 回
自動化推進協会　理事・副会長
精密工学会　自動組立専門委員会　常任幹事
日本技術士会　理事・機械部会長
中小企業大学校講師
日本産業用ロボット工業会　各種委員
神奈川大学講師
自動化推進協会理事
高度職業能力開発促進センター講師
等を歴任

【業績】
著書
自動化機構300選（日刊工業新聞社）、メカトロニクス技術認定試験教本（工業調査会）ほか多数
講演
アジア生産性機構講演で自動化システムを W・T・MACS で表示・解析を提示（世界初）ほか多数
論文
自動化システムのデバッギング理論「チェック機構と最適稼働率」が欧州年間論文大賞にノミネイトほか多数
発明
メカトロニクス技術実習モジュールの発明、地震予知システム「逆ラジオ」の発明ほか多数

株式会社新興技術研究所 熊谷会長様のご好意による「生産性向上とメカトロニクス技術講座」、今号は、「巧妙性実現の手段群（2）」を紹介します。

2-1 メカニズムの速度特性の活用と加速度

物は加速度で動かされる（その1）

もっと速くする方法はないでしょうか？
それにはなぜ速度を上げるとコップの水がこぼれるのかを考える必要があります。

まず、図 2-3（a）のようなワークホルダ上に載せたワークを考えてみます。
ワークホルダは下のパレットと一体で加速度 α で矢印の方向に駆動されるとします。
その時ワークが一緒に矢印の方向に動くためには、摩擦係数 μ が必要です。
ワークの質量 M に対してその重量 W とすれば、パレットがワークを「連れて行く」ための摩擦力 R は

\(R=μ \times W\)

です。
一方質量 M のワークを、加速度 α で動かすためには、

\(F = M \times α\)　　・・・・　（2-1）

の力が必要です。

これを重力表示にすると、地球の重力加速度を G として

\(F = W \times α/G\)　　・・・・　（2-2）

となります。
ワークを動かす為に必要な力 F より、連れて行くための摩擦力 R が大きくなければワークはついて行かれません。つまり、R>F でなければならないので

\(R = μ \times W > W \times α/G ＝ F\)　　・・・・　（2-3）

で、W が消えるので

\(μ > α/G\)　　・・・・　（2-4）

となります。

ここで静止摩擦係数 μ=0.4 とすれば、図のワークホルダにかかる加速度が、α=0.4G 以下でなければワークがずれてしまうことになります。
式（2-4）には W が入っていないことに注意してください。この条件はワークの重量には無関係なのです。
「軽いワークはずれ易いが重いワークなら安定していて、簡単にはずれないだろう」と考えてはいけません。
では、静止摩擦係数 μ の値より大きい加速度がかかる場合はどうしたらいいでしょうか？
（厳密には、「ワークを動かすのに必要な加速度が、地球の重力加速度の μ 倍より大きい場合は」ということです）
一般にパレットに載せたワークの駆動では、1.0G を超えることも多いので、上限が 0.4G では使い物にならないこともあります。
ではどうするか？ ずれるのを防ぐためには、ずれないように押さえればいい筈です。

そこで　図 2-3（b）のように、P の力でクランプしてみます。
すると摩擦力 R は

\(R=μ×（W+P）\)

となります。
このままでは 力 P の大きさがわからないので、P は ワークの重さ W の n 倍としてみます。すると

\(R = μ \times （W+nW） = μ \times W（1+n）\)

となり、式（2-3）は

\(R = μ \times W（1+n） > W \times α /G = F\)　・・・・　（2-5）

で、式（2-4）は

\(μ （1+n） > α/G\)　　・・・・　（2-6）

となります。

今、n の値を 3 としてみますと、

\(μ（1+3） = 4 μ > α/G\)　　・・・・　（2-7）

となり、μ を 0.4 とした場合 1.6G までずれないことになります。

式（2-6）を変形すると

\(n > （（α/G）/μ） – 1 = \displaystyle \frac{α} {μG} -1\)　　・・・・　（2-8）

として想定される衝撃加速度 α と想定される静止摩擦係数 μ から、必要なクランプ力を算定できます。
（n がマイナスになればクランプ不要です）
表 2-1 に概略の計算結果を示します。

表 2-1 の最大値は 9 倍となっています。
相当に表面のきれいな摩擦の小さいワーク／パレットを、かなり衝撃の強いシステムでハンドリングする場合には、ワークの重量の 10 倍ぐらいの力でワークをクランプする必要がありそうです。

つまり、重量 1 グラムの軽いワークなら 10 グラムぐらいの力の弱い板バネで押さえておけばいいのですが、鉄の塊のような重量 10kg もあるワークの場合は、100kgf もの力でクランプすることになります。
（もちろんこのような摩擦力に頼ったクランプばかりではなく、ワークホルダのストッパに押し付けるなどワークホルダの構造を工夫する手段もあります。）
しかしクランプを強くするだけの方法ではワークに傷がつくなど他の問題も発生しますし、最初に実験した水の場合などはクランプする方法がありません。

結局、ハンドリングシステムの最大加速度を小さくする工夫の方が有効でしょう。

そこで、次回はハンドリングシステムの最大加速度を小さくする方法を考えることにします。

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