はじめに
モーターと減速機を選定して、コンベヤの設計が完了。
CAD上では問題なく、組立も順調に進みました。
ところが、実際にワークを載せて動かしてみると……
「空運転では動くのに、ワークを載せると動かない！」
機械設計では、このようなトラブルが起こることがあります。
今回は、モーターのトルク不足が起こる原因と、その改善方法を紹介します。
こんな失敗が起きる
例えば、ギヤモーターを使用したローラーコンベヤを考えてみます。
ワークを載せない状態では、ローラーは問題なく回転します。
しかし、重量のあるワークを載せると、起動時にモーターが回らなかったり、加速に時間がかかったりします。
さらに、搬送速度を上げようとすると、モーターが過負荷になる場合もあります。
無負荷では動いても、実際の使用条件では必要なトルクが不足している状態です。
なぜこの問題が起きるのか？
原因は、実際の負荷条件を十分に考えずにモーターを選定していることです。
例えば、
- ワーク重量を軽く見積もっている
- 軸受や搬送部の抵抗を考慮していない
- 起動時や加速時のトルクを確認していない
- 減速機や伝達機構の効率を考慮していない
- モーターの定格トルクと起動トルクを混同している
といったケースです。
特に注意したいのは、動いているときに必要なトルクと、動き始めるときに必要なトルクは同じとは限らないという点です。
停止状態から動かす際には、静止摩擦や加速に必要なトルクが加わります。
また、ローラーコンベヤではワークとローラーの間で滑りが発生する場合もあり、モーターのトルクだけで搬送性能が決まるわけではありません。
どう改善すればよい？
改善案①：実際の負荷から必要トルクを計算する
まず、ワーク重量、搬送抵抗、加速条件を整理します。
ローラー軸に必要なトルクは、基本的に次の関係から考えます。
必要トルク ＝ ローラーに必要な接線方向の駆動力 × ローラー半径
例えば、ローラーに必要な接線方向の駆動力が100N、ローラー半径が30mmの場合、
100N × 0.03m ＝ 3N・m
となります。
これはローラー軸に必要なトルクの計算例です。
実際のモーター選定では、減速機やチェーンなどの伝達効率、加速時の負荷、負荷変動なども考慮します。
改善案②：減速比を見直す
モーターのトルクが不足している場合、減速比を大きくすることで、出力軸のトルクを増やせることがあります。
ただし、減速比を大きくすると回転速度は低下します。
そのため、搬送速度やサイクルタイムを満たせるか確認が必要です。
また、減速機自体の許容トルクや寿命も確認します。
改善案③：起動条件とモーター容量を見直す
必要に応じて、加速時間を長くして加速トルクを抑える方法もあります。
それでも必要なトルクを確保できない場合は、モーター容量や駆動方式の見直しを検討します。
ただし、モーターを大きくすれば必ず解決するわけではありません。
ガイドのこじれや軸受の異常など、機械側の抵抗が大きくなっていないかも確認することが重要です。
設計時に確認したいポイント
モーターを選定するときは、次の項目を確認してみましょう。
- ワークを載せた状態の負荷を計算している
- 起動時・加速時に必要なトルクを確認している
- 減速機や伝達機構の効率を考慮している
- 必要な回転速度と減速比が合っている
- モーター・減速機の許容トルクを確認している
- 連続運転・間欠運転などの使用条件を確認している
特に、最大負荷で起動できるかを設計段階で確認しておくと、試運転時のトラブルを減らせます。
まとめ
今回のポイントは、
「空運転で動くことと、実際の負荷で安定して動くことは違う」
ということです。
モーターを選定するときは、ワーク重量だけでなく、搬送抵抗、加速時の負荷、減速比、伝達効率などを考える必要があります。
設計時には、
「このモーターは、最大負荷の状態でも問題なく起動・運転できるか？」
と確認する習慣を持つことが大切です。
必要なトルクを計算し、使用条件に合ったモーターと減速機を選ぶことで、安定した装置設計につながります。
次回は、「ワークの位置決めが安定しない」 という失敗事例を紹介します。
