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、「加速度特性の改善と効果」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

加速度特性の改善と効果

では加速度特性を改善するにはどうすればいいでしょうか？
それは速度の変化率すなわち微分係数が無限大にならないような速度特性を用いればいいはずです。例えば全体に亘って一定の加速度で動く「等加速度曲線」があります。

加速度 α が一定なので速度は

V=αt となり、時間に比例して速度は増えていきます。目的地までの半分のところで減速に転じなければなりません。目的地までの半分のところの速度を Vmax とすれば、後半は V=Vmax－αt となり、速度特性は三角形となります。（目的地が遠く、最高速 Vmax でしばらく走ってから減速にかかる場合は台形となります）

これは理論的にはいいのですが、ワークに常に一定の力を加え続け、あるところで突然その力の方向を逆にする、ということになり、機械的にはなかなか実現しにくい状態となります。

メカニカルに実現しやすいのは、クランクなどの機械的な接続手法で速度特性を作ることです。例えばクランクを使って直進テーブルを駆動する図 2-5（a）のようなシステムを考えて見ます。
図でわかるとおり、クランク機構の出力ブロックの直進往復運動を使って直進テーブルを駆動します。

技術実習教材「メカトロモジュール」での構成は写真 2-3 のようになります。

クランクの出力特性は、コネクティングロッドの傾斜角の分だけ正弦波からずれて歪んだ曲線となりますが、多くの場合、正弦波曲線で近似して差し支えないと思われます。（正確な正弦波形を創成するスコッチヨークというメカニズムもあります）

正弦波速度特性（サインカーブ）の加速度はコサインカーブとなり、コサインにはマイナス 1 からプラス 1 の間しかないので係数のいかんに関わらず無限大になることはありません。
図 2-5（b）に示すとおり同じ距離を進むのに図のように最大速度は矩形波特性より大きくなりますが、最大加速度は小さく抑えられています。（矩形波特性の点線で囲んだ面積と、サインカーブの囲んだ面積とは同じでなければ駆動量が変わってしまうので特性比較になりません）
前回述べたとおり、単純な矩形波速度特性では、始端と終端で大きな加速度が発生しましたが、この駆動方法では始端で速度が滑らかに増え、終端で速度が滑らかに減少して止まるので、「末端減速特性」と呼ばれています。

クランクによる「末端減速特性」を用いた実験では往復 0.8 秒ぐらいまで水がこぼれずに駆動できました。

なお、更に末端部を滑らかにした「変形正弦曲線」では、もっと高速でもこぼれずに駆動できる可能性があります。

つまり、自動化システムの高速化は、単純に速度を上げるだけでは駄目で、高速化のための的確な「末端減速型速度特性」を選定して用いる必要があるのです。

なお、「末端減速特性」はクランクに限らず、レバースライダやスコッチヨーク、或はゼネバ機構や後に述べるカム機構などでも実現できますし、サーボモータやステッピングモータなどの制御方式によっても実現できます。

次回は円と直線の組合せが面白いヒンジとスライドのシステムについて述べることにします。

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