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」の 22 回目です。前号に引き続き「巧妙性が面白い第 2 世代・メカニカルカムのシステム」から「メカニカルカムの使用目的別分類と機能」を紹介します。

メカニカルカムの使用目的別分類と機能（その2）

2-4 巧妙性が面白い第 2 世代・メカニカルカムのシステム

カム駆動自動化システムのビデオを見ながら、カム駆動システムの利害得失とメカトロ化制御手法について解説します。

カム駆動システムの利害得失とメカトロ化制御手法

このシステムは或るプラスティック製ワークの検査システムで、ワークを手動供給した後、ワークの姿勢の安定化ユニット、ワークの流体特性の測定ユニット、不良ワークの取り出しユニット、良品ワークの取り出しユニットの順に工程が組まれています。これらの作業ユニットはすべてビデオで見られる通り一本のカム軸に取り付けた複数のカムによって駆動されていて、完全に連動しています。このカム軸は奥にある駆動源の減速機からチエーンで駆動されていますが、駆動源の片側は上部の（見えませんが）ロータリインデックステーブルの駆動用のローラギヤカム機構を同時に駆動していて、ロータリテーブルのワンピッチ駆動とカム軸の駆動とが完全に同期しているのです。

この場合ワークの供給は手作業で行うので作業員が慣れていないときはかなりゆっくりになり、装置が固定のサイクルで動いていると間に合わない場合が多くなります。しかし次第に慣れてくれば手作業はどんどん速くなります。そこで手作業の速度に合わせてシステムの速度を上げていくのが望ましいわけで、このシステムでは単純に駆動モータの速度を上げるだけ、でいいのです。

ビデオでは、毎分 24 個の速度からどんどん速度を上げていって 45 個の速度にしていますが、このシステムではさらに速度を上げることも自由にできます。

もし、各作業ユニットがタイマー制御などで動作特性を作っていたとすると、速度を少し変えるだけであちらこちらのタイマーを微妙に調整しなければならず、大変です。

カム駆動のシステムでは、最初、手動回転で正確に各作業ユニットのタイミングを調整しておけば、あとはどれだけ高速駆動しても決してタイミングがずれることはありません。

ビデオでもロータリテーブル上の円形のワークホルダの動きが止まった瞬間にチャックの爪がワークホルダ内に入っていくのが見られます。

ユニット相互のタイミングを気にすることなく、全体の速度を「もう少し早く」「もう少し遅く」など任意の設定が極めて容易にできることは大きな利点といえます。

カムによる連動機構の典型は自動車のエンジンバルブ

カム連動機構の典型的な例として自動車のエンジンのバルブ開閉用カムでは、基本的に吸入・排気などのバルブ動作をクランクシャフトからの連動によるカムで行っていることは常識です。そのために、ゆっくりとした動作でバルブの開閉のタイミングを設定しておけば、エンジンがいくら速く回転しても最初の設定タイミングからずれることはありません。もちろん現在では燃費や排気制御など特性向上のために、タイミングは完全に固定ではなく、速度によってバルブのタイミングや開閉量を自動調整するよう、カム軸をシフトするなど、いろいろな工夫が行われていますが、カムによるメカニカルなタイミング設定が基本にあることは当然と言えます。

メカトロ化の必要性

しかしこの装置ではすべてのユニットが全く同じ動作を繰り返すだけでは役に立ちません。

写真 2-8 の上部に見える流量センサが検査ステーションで検出した流量の判定結果に応じて、不良ワークを不良品チャックユニットによって取り出すために、不良信号がシフトされて来た時だけ内径チャック用の 2 本の爪を開く操作するのです。

この爪はロータリテーブルがワンピッチ駆動されて所定の位置で停止すると同時にワークホルダの中に入っていきます。ワークホルダの中にはコップ状に近い形のワークがあるので、この爪を拡張すればワークを掴みます。したがって、不良信号がシフトされてきた場合、爪がワークの中に一番深く入ったタイミングで 2 本の爪を開く操作をする必要があります。（図 2-56 参照）

また、当然、ワークを掴んだチャックユニットが排出用ベルトコンベア上まで来たら、爪の間隔を閉じてワークを落とす必要があります。

つまり、このシステムでは検査ステーションの不良信号をロータリテーブルのピッチ駆動に合わせてシフトして、不良排出ステーションまで送り、そこでチャック駆動用のカムの動作に合わせたタイミングでチャックの爪の開閉動作を行うように動作信号を作らなければなりません。

この場合、カム駆動システムであっても、

を含むシーケンス制御によるメカトロ化が不可欠なのです。

カム駆動システムの欠点は？

今までカム駆動システムの利点についていろいろ述べましたが、ではカム駆動システムの欠点はどうでしょうか？

第 1 にビデオにみられるようなカム設計は同一軸に取り付けたカムでユニットの立体的な動作を行わせるためのメカニズム設計にかなり技術力が必要であることです。

第 2 に、高速動作でのワークの挙動確認など設計段階で実験的な要素を含む場合は、予備実験を相当に慎重にする必要があることです。

それは一度できてしまったカムは修正がほとんど効かない、ということからです。特に数多くのワークを取り扱う自動化システムでは、ワークの特性に予想外のバラツキが出ることがあります。

不安定なワークが｛稀に｝あり、「ワークホルダの中に安定姿勢で収まるのに思ったより時間がかかる場合が稀にある」ようなことが分かった場合、「もう少し前進端のドエルの位置を遅らせればよかった」となっても既製のカムでは全く手が打てません。改めてドエルの位置を修正したカムを新規に製作することになります。

これに対し、もしカム駆動システムではなく、各ユニットの動作特性をタイマー設定等で制御していたら、或るユニットの特定のタイマーを少し調整するだけで済むかもしれません。

第 3 に組み立て調整に手間がかかることです。

写真 2-7 で想像される通り、改良設計してできたカムを取り付けるためには、カムシャフト関連部分を全体的に分解・再組立てを必要とします。

このことは品種切換えが不得手だということでもあります。現状の生産品目を別の品目に変更するために、別の品種用のカムに交換する場合でも、分解・組み立て・調整に手間がかかるので面倒です。

第 4 に、スプリングバックの場合の可動部質量と高速駆動特性に注意が必要なことです。

ビデオの装置では溝カムなのでカムフォロワーのジャンプはありませんが、例えば図 2-55B のように平カムで駆動する場合戻り動作をスプリングで行うことになります。しかし装置を高速で駆動するとスプリングが弱くて追従できずカムフォロワーがジャンプすることがあります。

またさほど高速でなくても従動部の質量が大きいと慣性によってカムフォロワーがジャンプすることがあります。

といってスプリングを強くすると駆動アクチュエータに大きな負荷がかかるなどよくない場合もあるので注意が必要です。

次回はカム曲線の正規化とその他の目的のカムについて概説します。

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