스테핑 모터 사례 | 008 | 현행 모터의 "수수께끼"- 최적의 토크 진동 특성은?

Problem

국내외에서 시장 경쟁이 격화하는 한편의 프린터 시장. 메이커 각사는 “인쇄 품질”은 물론, “저비용” “고속 인쇄”라고 하는 엄격한 시장 요구를 충족시키기 위해, 다양한 신기능의 개발과 함께, 프린터 본체의 기본 스펙에 대해서도 밤낮, 성능 향상을 향한 도전을 계속하고 있습니다.

이러한 배경에서, 프린터의 성능 향상에 빠뜨릴 수 없는 부품, 특히 스테핑 모터의 선정은, 인쇄 속도나 제조 비용에 직결하는 부분만큼, 종래에도 늘어나 중요한 요소가 되고 있습니다.

차기 모델 투입을 향한 개발-"해명할 수 없는 현행 모터의"수수께끼""

업무용 프린터 분야에서 높은 평가를 얻고 있는 정보·통신 기기 메이커 G사. 최근 점유율이 늘어나고 있는 것을 받아 주력 프린터 제품의 풀 모델 체인지를 결정. 차기 모델 투입을 위한 개발에 착수하고 있었습니다.

개발팀은 기본 성능의 근본적인 검토를 도모하기 위해 현행 기종의 검증을 실시했습니다. 그 결과, 용지 이송 부분에 사용되고 있는 스테핑 모터의 특성에서는 차기 기종에 요구되는 인쇄 속도를 실현할 수 없다고 판단했습니다.
사실, G사에서는 오랫동안 프린터의 여러 기종에서 동일한 모터를 사용하고 있었습니다. 제조 비용의 억제가 요구되는 가운데, 대량 조달에 의한 코스트 메리트가 크고, 또, 같은 모터를 계속 사용하는 것으로, 한정된 기간에서의 개발·설계에 유리했습니다.

그러나 스테핑 모터는 프린터의 기본 성능을 크게 좌우하는 부품입니다. 개발팀은 새로운 모터를 선정하기 위해 더욱 검증을 계속했지만, 여기서 큰 문제에 부딪칩니다. G사 기획 개발부의 W씨는 이 문제에 대해 이렇게 말합니다.
「현행 모터에는 설치면 댐퍼라고 불리는 고무 댐퍼가 부속되어 있었습니다만, 왜 이 부품이 필요했는지, 그 이유를 몰랐습니다.옵션의 부가에 의해 당연히 코스트는 높아집니다. 원래 개발자는 이미 퇴사했고 선정 이유는 몰랐습니다.

개발 비용에 토크 성능 - 「최적의 모터 특성」이 정해지지 않고 차기 모델 개발은 교착 상태로

개발팀은 차기 모델에 탑재하는 스테핑 모터의 요건을 정리했습니다. 프린터의 인쇄 속도 향상을 실현하기 위해서는, 모터의 토크 업이 필수가 됩니다만, “최적의 토크”를 결정하는 판단 기준을 가지고 있지 않았습니다. 토크를 높이기 위해 모터의 크기를 크게 하면 비용 상승으로 이어질 가능성이 있으므로 판단 기준 없이는 결정할 수 없습니다. 또한 고무 댐퍼의 필요성에 대해서도 논의가 이루어졌습니다. 판단에 곤란한 W씨는 현재 채용하고 있는 모터의 메이커에 상담했습니다만,
"전송 된 것은 주파수 - 토크 특성 다이어그램에서만 해결책에 대한 대답이 없었습니다. 이것은 아무런 도움이되지 않습니다. 를 찾아내야 했습니다.

도전

현행 모터에서는 프린터의 성능 향상을 실현할 수 없다.
토크 특성과 비용면을 양립시킨 「최적의 모터」를 결정하는 명확한 판단 기준을 모른다.
현행의 모터 메이커에 문의했지만, 문제 해결에 오지 않았다.

Solution

최적의 모터는 "사용 환경에 맞춘"검증에서!

문제 해결을 위한 정보 수집을 계속하고 있던 W씨는, 어느 전시회에서 산요전기의 부스에 들러 갑니다. 다른 제품으로 산요전기 냉각팬을 채용하고 있다는 것을 알고 있던 W씨는 개발팀이 안고 있는 문제에 대해 상담을 합니다. 거기서 받은 회답은, 「최적의 모터 특성을 결정하기 위해서는 모터 단체 뿐만이 아니라, 장치의 사용 조건에 맞춘 검증이 필요.」라고 하는 것이었습니다.
「현행 모터의 특성을 근거로 한 후, 차기 모델에 최적인 모터의 제안을 하고 싶다는 제안을 받았습니다. 이 제안은 매우 고맙습니다.」(W씨)

불과 며칠. 정확한 분석 및 검증으로 해명 된 고무 댐퍼의 "의미"

조속히, 산요전기의 영업 담당은, 설계 담당자를 동행해 G사를 방문, 차기 모델에 최적인 모터를 선정하기 위한 정보·요구 사양 등의 회의를 했습니다. 또한 현행 모터와 댐퍼의 해석 시험에 협력. 실기와 동등한 부하 관성을 설치하여 의사 실기 시험을 실시했습니다.
「토크 특성」「속도 변동(진동) 특성」「온도 특성」을 측정하여 현재의 문제점과 과제를 밝혀 갑니다. 그 결과 개발팀이 필요성을 측정할 수 없었던 고무 댐퍼도 사용 영역에서의 토크(진동) 특성을 개선하기 위해 설치한 것으로 판명되었습니다. 산요전기에 의한 해석 결과는 다음과 같습니다.

토크 특성=사용 영역에서의 토크 성능이 부족하다.
속도 변동 = 사용 빈도가 높은 영역에서 속도가 일정하지 않고 미묘한 오차가 발생하고 있어 화질에 다소의 영향이 나와 있다(고무 댐퍼가 없는 경우).
고무 댐퍼 = 진동 및 토크 특성을 향상시키기 위해 부착되었습니다. 비용 상승의 원인으로.
온도(발열)=100℃ 가까운 고온이 되어 제품 수명에의 영향이 우려된다.

이러한 해석 결과에 의해, G사는 차기 모델에 필요한 모터 특성의 명확화에 이르게 됩니다.

사이즈 변경 없이 「토크 특성 15%UP・진동 50% 저감・온도 15% 저감」을 실현! ?

산요전기는 우선 필요(요구) 토크를 채우고, 발열면에도 고려한 모터의 설계에 착수했습니다. 그리고 양산시의 리스크를 회피하기 위해서, 기계 가공이나 조립 공정의 공차내에서 발생하는 변동, 경년 변화나 오일의 상태에 의해서 생기는 부하의 변동을 고려해, 그에 따른, 최대·타겟·최소 토크의 모터를 시작하고 납품했습니다. 이는 G사에서 프로토타입 모터를 평가할 때 각각의 측정 결과로부터 약간의 모터 개체차이로 인한 영향을 해석하여 양사의 양산품 설계에 피드백하기 때문입니다.
프로토타입 검증을 한 결과, 현재와 같은 사이즈인 채로, 이하의 성능 향상을 도모할 수 있다는 결론에 나섰습니다.