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解決事例
モータのサイズダウンで発熱が大きく…

“小型化”と“高精度化”は両立できないのか?

測定機器メーカーE社 (従業員数:約100名)

Problem
課題・問題

自動車メーカーや電機メーカー各社は以前にも増して品質向上を徹底しています。部品メーカーなどの協力企業も,人手を介すことなく製品品質の向上を図る手段の一つとして,生産ラインへ積極的に精密測定機を導入するようになってきました。
このような背景から,測定機器市場は近年拡大基調にあります。しかし,「高精度」「高信頼」「小型」,そしてもちろん「低価格」といった要求がますます厳しくなっており,測定機器メーカー間の競争は一段と激化しています。

小型化,低価格化が求められる精密測定機―課題は動力系!?

各種測定機器の開発・製造を手掛けるE社は,競争力強化のため生産ライン組み込み用の小型精密測定機の開発プロジェクトを立ち上げました。

E社開発部長M氏はこう語ります。
「精密測定機は,研究開発や品質管理といった部門だけでなく,生産現場への導入が進んでいます。そこで求められるのが,温度変化の激しい生産現場でも安定した高い精度で測れる高品質の測定機です。また,生産現場へのインラインが可能な,コンパクトでしかも低価格なものが求められています。」

こうした用途や利用の拡大にともない,新たな技術課題も生まれています。
「工場で使われるAC200V系の電源で動力系を組むと,どうしても制御機器が大きくなってしまいます。部品も大きく高価。さらに,高圧の場合には安全規格も厳しく,小型化の障害となります。
そこで,動力系統をDC48V以下で構成することにしました。これで制御機器の大幅な小型化とコストダウンが図れると考えました。また,装置を小型化するために,装置の空きスペースにマッチする形状のサーボアンプを内製することにしました。」(M氏)
小型化とコスト低減の方針が決まったE社は,最適なサーボモータを探すことに。

モータのサイズダウンで発熱が大きく…“小型化”と“高精度化”は両立できないのか?

DC48V以下で駆動可能なモータを探して試験を繰り返しましたが…。
「電圧を下げたため,同じ回転数を出すためには,モータに流す電流を増やさなければなりませんでした。また,装置の小型化を図るため,モータサイズは従来機で使用していた73mm角からサイズダウンすることにしました。そのことでモータの発熱が大きくなってしまったのです。発熱は,金属を熱膨張させてしまうので,計測に誤差が生じてしまいます。ただでさえ温度変化の激しい環境で使いますし,測定精度を出すためにも,極力発熱を抑えなければなりませんでしたが,どのメーカーのモータを試しても許容値を大きく上回ってしまいました。」(M氏)

開発は行き詰まりかけ,M氏は“小型化”と“高精度化”の両立という困難な課題に頭を抱えてしまいます。

課題
  • 生産現場へのインラインが可能な,コンパクトで低価格な精密測定機を開発したい。
  • 温度変化の激しい生産現場でも,安定した高い精度を出したい。
  • 小型モータを使うことで大きくなる発熱を低減したい。

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Solution
解決策・効果

巻線の“最適カスタマイズ”で,モータの温度上昇を抑制!

解決の糸口を探していたM氏は,DCサーボシステムを作っている山洋電気の営業担当者にコンタクトを取り,こうした課題を相談しました。そこで,「DCサーボモータをカスタマイズして最適化しましょう」という提案を受け,さっそく対応を依頼することに。

ほどなく山洋電気は,E社の要求仕様に合わせて巻線仕様をカスタマイズした試作品を納品。モータを受け取ったE社は,さっそく実機に組み込み検証を開始しました。

「この装置では3軸DCモータを使うのですが,3軸すべて要求仕様ピッタリの速度とトルクを出せるモータを設計していただきました。巻線を細かく調整するノウハウや技術力の高さに驚きましたね。
ですが,Y軸だけは少しだけ温度が許容値をオーバーしてしまいました。負荷効率の悪い構成だったため,目標の回転数を達成するためには電流アップが必要となり,どうしても発熱が大きくなってしまったのです。取り付け部分の制限がありモータの容量アップはできないので,負荷周辺の構造を改善することにしました。
すると,山洋電気のモータ設計者が,放熱経路や空気の流れを見極めながら,一緒に発熱の問題を考えてアドバイスしてくれました。親身になって一緒に課題を解決してくれる姿勢がうれしかったです。」(M氏)

巻線仕様の微調整と機械側のモータ放熱効率のアップによって,モータ表面温度を10℃以上低減することに成功。発熱を許容値以内に収めることができたときに,M氏は装置の小型化と高精度化を両立できると確信したそうです。

精密測定機の小型化に成功!設置面積を40%低減

さらに,山洋電気は従来機のプーリを流用できるようモータシャフトのカスタマイズを提案。こうしたきめ細かなフォローが決め手となり,E社は山洋電気製DCサーボモータの採用を決定しました。

「今回,低速時の応答性が高い小容量DCサーボモータを使い,また,アンプを内製することで装置の高精度化,小型化,低コスト化を実現しようと考えたのですが,発熱という思わぬ壁にぶつかってしまいました。ですが,これらの課題を解決できたおかげで,無事DCサーボモータを使うことができ,測定機の設置面積を40%低減することに成功しました。また,内製アンプで余分な機能が省け,コストも30%削減できることがわかりました。」(M氏)

数ヵ月後,無事に測定機開発を終えたM氏はこう語っています。
「行き詰りかけていた開発目標を達成することができ,ほっとしています。きめ細かなカスタマイズに加えて,コスト面への配慮までしていただき,とても感謝しています。今後も難しい課題があった際には,まず山洋電気に相談してみようと思います。」

効果
  • 精密測定機の小型化に成功。設置面積を40%低減。
  • 小容量DCサーボモータと内製アンプで,30%のコストダウンを実現。
  • 巻線の“最適カスタマイズ”でモータの温度上昇を抑制。
  • シャフトのカスタマイズなど,きめ細かなフォローでユーザーをサポート。

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