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ホーム > WEBマガジン SHINKAWA Times > メカトロニクス技術講座 > メカトロニクス技術講座 巧妙性実現の手段群(16)
掲載日:2016年07月05日

2 巧妙性実現の手段群(16)

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

巧妙動作のための任意速度特性はメカニカルカムが基本(その2)

タイミングチャートから実際のカムを作る

 

最もわかりやすい方法は図 2-44A のようにタイミングチャートをそのまま鋼板に張り付けてその曲線の通りに削り出すことでカム曲線とする方法です。ところが、始端から終端までの片道の動作はカム曲線の通りのドリル駆動ができますが、帰りにも同じカム曲線を逆にたどって帰るようになってしまいます。何らかの補助機構を別に設けてドリルを上端で保持しておくこともできますが、カムを逆に駆動して戻す時間は全くの無駄時間です。

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図 2-44A タイミングチャートから直動板カムを作った例

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図 2-44B 直動板カムの問題点の例

もちろん図 2-44C のような対称形のカム曲線であればこのような問題は発生しませんが、実例はあまり多くないでしょう。

 

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図 2-44C 対称形の直動板カムの場合は
往復とも同じ特性なので使用可能

類似の例として滑らかな上昇・下降をするための直動カムを、図 2-44D(自動化機構 300 選に掲載された機構)を示します。

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図 2-44D 比較的単純な直進動作に直動板カムを用いた例
出典:改訂新版 自動化機構 300 選 P13(日刊工業新聞社)

このようなカムの往復動作による問題点をなくするためにはカムを丸めてその始点と終点とを同一場所にすればいいことは誰でもわかります。

例えば図 2-45A のように円筒の周辺にカム曲線を巻きつけて、上端から曲線までの部分を切り取れば図 2-45B のようなカムが出来上がります。この形のカムを「円筒端面カム」と呼びます(ベルカムと呼ぶこともあります)。

この例では、駆動システムはカム軸を垂直に向けて図 2-45C のようになります。

これに対して円筒の側面にカム曲線どおりの溝を掘ったものを「円筒溝カム」と呼びます。

参考として図 2-45D に円筒端面カムと円筒溝カムの平面図を示します。メカトロニクス技術認定試験で用いるシステム構成資料の図として使われているものです。

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図 2-45A タイミングチャートから円筒端面カムを作る例

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図 2-45B タイミングチャートから作った円筒端面カム

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図 2-45C 円筒端面カムによるドリル駆動

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図 2-45D メカトロニクス技術認定試験に出る円筒端面カムと円筒溝カムの平面図

円筒型の端面カムや溝カムではカムフォロワーの位置は円周上のどこに置いてもいいはずです。

図 2-45E のシステム構成の例ではカムフォロワーを円筒の軸芯の真上に置いて、これが出力レバー A を水平面内で駆動するようになっています。

当然、固定ヒンジからカムフォロワーまでの距離と固定ヒンジから接続ピンまでの距離の比率でカムの駆動量が縮小/拡大されるわけでその比率をうまく設定することで目的の直進テーブルの駆動量を正しく設定します。

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図2-45E メカトロニクス技術認定試験に出る円筒溝カムを用いた直進テーブルの

駆動システムを示す平面図:出力レバーを水平面内で駆動している

―― 注意 ――

レバー A が短いと揺動動作でカムフォロワーが軸芯からずれる「オフセット」が大きくなるので、カムフォロワーの溝への喰いつきが発生する

これに対して、写真 2-6A、B に示すのはカムフォロワーを円筒の側面にセットした例で、出力レバーは垂直面内で駆動されます。

円筒端面カムの場合は写真 A の左側に見えているスプリングによって出力レバーを常にカム側に引き寄せてカムフォロワーがカム曲線面から浮かないようにしてあります。 写真 B の溝カムの場合はその必要はありません。

写真 2-6A 円筒端面カム:出力レバーを戻りバネで引く

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写真 2-6B 円筒溝カム:戻りバネ不要

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円筒端面カムと円筒溝カムと、どちらの方が実用上有利か気になるところですが、実は一長一短なのです。

作りやすさの面では、端面カムの方が軽量で製作も容易です。溝カムの方は肉厚で溝加工も簡単ではありませんが、カムフォロワーの喰いつきを避けるため、さらに作りにくくなります。

 

使い方の面では端面カムは、速度を上げていくと戻りスプリングが弱い場合駆動される対象物の慣性でカムフォロワーが追従しきれずカム曲線から浮いてしまうので、スプリングを十分強くします。すると今度は駆動対象の荷重以外にスプリングの力がかかるので、押し・引きともに正しくカム曲線に従うためには強力な駆動モータパワーが必要です。

 

円筒溝カムは写真の例の場合、カムフォロワーが円筒の軸芯を含む平面上だけを動けばいいのですが、出力レバーの角度によってカムフォロワーの高さが変動してオフセットが生じます。すると溝の角度が斜めになるのでカムフォロワーが溝に喰いついて動かなくなります。それを避けるにはカムフォロワーと溝角度を計算して溝幅を広げなければなりませんが、端面カムより相当造りにくいことになります。また、進み駆動と戻し駆動との境目でカムフォロワーと溝幅とのクリヤランス分だけ段のついた駆動曲線のような動きになってしまいます。

 

とりあえず言えることは、溝カムを使って、その片側だけの曲線を正確な駆動曲線とし、溝の反対側の曲線は「カムフォロワーを引き戻すだけ」に使うような設計にすれば比較的安心して使えるものになりそうです。

その他何種類ものカムがありますが、前回紹介した図 2-41写真 2-5 で述べた「回転板カム」通称「平カム」が使われる例が多いので、次回はタイミングチャートから平カムを作ることを考えてみることにします。

「生産性向上とメカトロニクス技術講座」バックナンバー

  1. 本講座の目次
  2. 生産設備の構成要素(1)工場はすべて作業ユニットの集合.....
  3. 生産設備の構成要素(2)作業ユニットは W・T・MACS から成り立つ.....
  4. 生産設備の構成要素(3)フィードバック信号をどこから取ったか.....
  5. 巧妙性実現の手段群(1)メカニズムの速度特性の活用と加速度/直進テーブルの往復動作実験.....
  6. 巧妙性実現の手段群(2)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).....
  7. 巧妙性実現の手段群(3)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2).....
  8. 巧妙性実現の手段群(4)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
  9. 巧妙性実現の手段群(5)円と直線の組合せが面白い第1世代・ヒンジとスライドのシステム/自動化システムの 80% は.....
  10. 巧妙性実現の手段群(6)円と直線の組合せが面白い第1世代・ヒンジとスライドのシステム/メカニズムの力特性の活用.....(その1).....
  11. 巧妙性実現の手段群(7)円と直線の組合せが面白い第1世代・ヒンジとスライドのシステム/メカニズムの力特性の活用.....(その2).....
  12. 巧妙性実現の手段群(8)円と直線の組合せが面白い第1世代・ヒンジとスライドのシステム/メカニズムによる力特性の活用法
  13. 巧妙性実現の手段群(9)MACS の要素群/アクチュエータの各種と分類
  14. 巧妙性実現の手段群(10)MACS の要素群/コントローラとインターフェイス
  15. 巧妙性実現の手段群(11)制御回路の構成・1 類、2 類、3 類(その1)
  16. 巧妙性実現の手段群(12)制御回路の構成・1 類、2 類、3 類(その2)
  17. 巧妙性実現の手段群(13) センサによる代替特性検出(その1)
  18. 巧妙性実現の手段群(14) センサによる代替特性検出(その2)
  19. 巧妙性実現の手段群(15) 巧妙動作のための任意速度特性はメカニカルカムが基本(その1)
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株式会社新興技術研究所 熊谷 卓 による「生産性向上とメカトロニクス技術講座」は、クリエイティブ・コモンズ

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