はじめに
機械設計では、センサーを取り付けるためのブラケットを設計することがよくあります。
たとえば、
- ワーク有無確認センサー
- 近接センサー
- 光電センサー
- リミットスイッチ
- シリンダのオートスイッチ
- 原点確認用センサー
- 通過確認センサー
などです。
センサー取付ブラケットは、小さな部品になりやすいため、簡単に考えてしまいがちです。
しかし実務では、センサー位置の調整、検出距離、振動、配線、メンテナンス性を考えないと、現場で使いにくい構造になることがあります。
今回は、機械設計初心者向けに、
「センサー取付ブラケットの設計ポイント」
について解説します。
センサーの役割を確認する
センサー取付ブラケットを設計するときは、まずセンサーの役割を確認します。
同じセンサーでも、使い方によって必要な取付方法は変わります。
たとえば、ワークがあるかないかを確認するだけなのか。
停止位置を確認するのか。
原点復帰に使うのか。
異常検出に使うのか。
センサーの役割によって、必要な位置精度や調整代が変わります。
設計時には、
何を検出するセンサーなのか
検出位置がずれると問題になるか
調整が必要なセンサーか
交換する可能性があるか
を確認します。
センサーブラケットは、ただセンサーを固定する部品ではありません。
機械の動作確認や安全確認に関わる重要な部品です。
検出距離を考える
センサーには、それぞれ検出できる距離や範囲があります。
近接センサーであれば、検出対象との距離が遠すぎると反応しません。
光電センサーであれば、投光・受光の位置関係や、ワークの通過位置が重要になります。
リミットスイッチであれば、ドグや当たり部品との接触位置を考える必要があります。
設計時には、
センサーの検出距離に入っているか
ワークのばらつきに対応できるか
動作中の位置ズレを考えているか
検出対象の材質や形状に合っているか
を確認します。
CAD上でセンサーが近くに配置されていても、実際の検出範囲に入っていなければ意味がありません。
センサーは、取付できることよりも、正しく検出できることが大切です。
調整代を持たせる
センサー取付では、調整代を持たせることが多くあります。
現場では、ワークの位置、検出距離、動作タイミングに合わせて、センサー位置を微調整することがあります。
そのため、丸穴だけで固定してしまうと、調整ができず困ることがあります。
よく使う方法としては、
長穴で前後調整する
長穴で上下調整する
センサーレールを使う
取付板を分割して調整できるようにする
などがあります。
ただし、調整代を大きくしすぎると、位置が決まりにくくなります。
設計時には、
どの方向に調整したいのか
調整量はどれくらい必要か
調整後にしっかり固定できるか
調整作業に工具が入るか
を確認します。
センサー取付では、調整できることと固定できることをセットで考えることが大切です。
ブラケットの剛性を考える
センサーは軽い部品が多いですが、ブラケットの剛性は重要です。
ブラケットが振動すると、センサー位置がずれたり、検出が不安定になったりします。
特に、長く突き出したブラケットや、薄い板だけで支える構造では注意が必要です。
機械の動作振動や、ワーク接触時の衝撃でブラケットが揺れることがあります。
設計時には、
ブラケットが長く突き出していないか
板厚は薄すぎないか
振動でセンサー位置が変わらないか
必要なら曲げ形状やリブで補強できないか
を確認します。
センサー自体は軽くても、取付ブラケットが弱いと検出不良の原因になります。
配線の逃げを考える
センサー取付で忘れやすいのが配線です。
センサー本体はきれいに取り付いていても、ケーブルの出口や配線ルートを考えていないと、組立時に困ることがあります。
たとえば、
- ケーブルが曲がりすぎる
- 可動部に配線が近い
- カバーと配線が干渉する
- コネクタを抜き差しできない
- 結束バンドを固定する場所がない
といった問題です。
設計時には、
ケーブルはどちらに出るのか
最小曲げに無理はないか
可動部やワークと干渉しないか
コネクタを抜き差しできるか
配線固定の場所はあるか
を確認します。
センサーブラケットは、センサー本体だけでなく、配線まで含めて考えることが大切です。
交換しやすくする
センサーは、交換や位置調整が必要になることがあります。
そのため、交換しやすい取付構造にしておくことが重要です。
たとえば、センサーを交換するたびに大きなカバーや周辺部品を外す必要があると、現場での作業が大変になります。
また、取付ボルトに工具が入らないと、交換だけで時間がかかります。
設計時には、
センサーを外す方向にスペースはあるか
工具は入るか
コネクタを抜き差しできるか
交換後に再調整しやすいか
を確認します。
センサーは小さな部品ですが、トラブル時には早く交換したい部品でもあります。
現場で扱いやすい配置にすることが大切です。
検出対象との干渉を確認する
センサーは、検出対象の近くに配置することが多いため、干渉確認が重要です。
ワーク、治具、シリンダ、スライド部品、カバーなどが動いたときに、センサーやブラケットに当たらないか確認します。
特に、調整代を持たせている場合は、センサーを最大位置まで動かした状態でも確認する必要があります。
設計時には、
通常位置で干渉しないか
調整範囲の端でも干渉しないか
可動部の動作範囲に入っていないか
ワークのばらつきで当たらないか
を確認します。
センサーは検出対象に近づける必要がありますが、近すぎると破損の原因になります。
初心者が確認したいポイント
センサー取付ブラケットを設計するときは、次の内容を確認するとよいです。
- センサーは何を検出するのか
- 検出距離や検出範囲は合っているか
- どの方向に調整が必要か
- 調整代は十分か
- 調整後にしっかり固定できるか
- ブラケットの剛性は足りているか
- 振動で位置がずれないか
- ケーブルの出口と配線ルートは問題ないか
- コネクタを抜き差しできるか
- 交換時に工具が入るか
- 可動部やワークと干渉しないか
- 調整範囲の端でも干渉しないか
センサー取付は、部品を固定するだけでなく、検出・調整・配線・交換まで考える必要があります。
まとめ
センサー取付ブラケットは、小さく単純な部品に見えます。
しかし実務では、
検出距離
調整代
剛性
振動
配線
交換性
干渉確認
を考える必要があります。
良いセンサー取付ブラケットとは、ただセンサーを固定できる部品ではありません。
正しく検出でき、調整しやすく、振動に強く、配線や交換作業もしやすい設計
です。
初心者のうちは、センサーブラケットを描く前に、
センサーは何を検出するのか、どの方向に調整するのか、配線はどこへ逃がすのか
を確認する習慣を持つとよいです。
次回は、
「エアシリンダ取付部の設計で注意すること」
について解説します。
