モーターの分類

電磁力を使用したモーターである「DCモーター」と「ACモーター」と、それ以外のモーター（例えば、「超音波モーター」）に分けることができます。

さらに、DCモーターは、ブラシ付きDCモーター、ブラシレスDCモーター、ステッピングモーターなどに、ACモーターは、誘導モーター、同期モーター、整流子型モーターなどに、大まかに分類することができます。

（1）ブラシ付きDCモーター

ブラシと整流子を備えたモーターで、小型モーターでは、最も使用されています。

モーターとしては、最も安価です。小型の電子機器などに使用されています。

（2）ブラシレスDCモーター

ブラシ付きDCモーターの欠点であったブラシと整流子を取り除いたモーターです。

構造は、界磁用永久磁石をロータ側（回転する側）、電機子巻線（コイル）をステータ側（外側）に配置しています。

また、整流子の位置変化によるブラシを用いた通電切換の代わりに、ロータ位置信号検出のために ホール素子を用いて、コイルの通電を制御しています。ブラシがないので寿命が長いです。

静音性が求められるパソコン内のハードディスクなどに使用されています。

 

（3）ステッピングモーター

ステッピングモーターは、コイル電流を切り替えると、決まった角度だけ動くモーターで、位置決めなどに利用され、デジタル制御系との整合性がよく制御回路を作りやすいです。

ステッピングモーターは、デジタル信号で簡単に制御でき、工業用途、パソコン周辺機器だけでなく、コピー機などにも用いられています。

（4）誘導モーター

磁石を青色矢印の向きに動かすと、円筒（アルミ缶など）の表面には、フレミングの右手の法則に従う向きに、渦電流(*)が流れます。

この電流は、磁界の中を流れるので、円筒はフレミングの左手の法則に従う向き、すなわち磁石の移動方向と同じ向きに力を受けます。

したがって、円筒の軸は磁石と同じ向きに回転します。これが誘導モーターの回転原理です。

実際には、磁石を回転させて動力を得るのでは意味がありませんので、交流電流と電磁石で、磁石を回転させたのと同じ効果があるようにしています。

 

誘導モーターは、負荷が変化すると、それに応じてトルクが変化しますが、速度はあまり変化しません。

また、トルクと電流の関係はDCモーターのような直線になりません。

用途としては、扇風機などの家電製品からエレベータなどにも使用されています。

（5）同期モーター

回転軸に磁石を置き、外側にも磁石を置いて、外側の磁石を回転軸と同じ方向に回転させると、回転軸の磁石の周りの磁界も回転するので、回転軸の磁石もつられて回転します。

交流電流と電磁石で、外側の磁石を回転させたのと同じ効果を持たせたのが、同期モーターとなります。

同期モーターは、回転磁界とまったく同じ速さでまわるので、電源の周波数が一定であれば回転数はいつも一定になり、工作機械や電気時計などに使われています。

（6）整流子型モーター

ACモーターで整流子やブラシを備えています。

交流・直流いずれでも運転できることから、「ユニバーサルモーター」とも呼ばれます。

交流整流子モーターは、家庭用AC100Vで運転でき、負荷が増えると回転速度が下がり、トルクが増加する、という特徴があります。

このような特性から、家庭電気製品では軽量大出力が必要とされる、電気掃除機、電気ドリルのような工具、あるいは、ミキサーや、コーヒーミルなどに用いられます。

（7）超音波モーター

超音波モーターは、金属製弾性体（振動子）で発生した振幅数μmの固有振動（共振）を、摩擦力によって移動子（ロータ、スライダ）の回転や、並進運動に変換するものです。

弾性体の固有振動数（共振周波数）が、超音波領域（20kHz以上）であることから「超音波モーター」と呼ばれています。

超音波モーターの長所は、以下のようになります。

低速・高トルク特性を有するため、減速機構が不要

減速ギアが不要なため、静粛性に優れる

非通電時に保持トルクを有する

磁気の影響を受けず、電磁波を発生しない

小型・軽量

一方、短所は以下のようになります。

磨耗が大きいため、耐久性に劣る

高速運転が困難

高周波電源および複雑な駆動回路が必要

上記の長所を生かして、超音波モーターは、一眼レフカメラのオートフォーカスや半導体製造装置、マイクロマシン製造装置などの精密位置決め機構に利用されています。

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3Dプリンターを使うメリットは？

3Dプリンターが登場する前は、ものづくりの現場では金属で作った型（鋳型）に樹脂などの素材を流し込む方法で造形が行われてきました。しかし鋳型を作るためには様々なノウハウが必要で、手間と時間もかかります。具体的には

・試作品を作るための型を作る

・試作品を作ってみて、修正が必要であれば型から作り直す

といったように、実際に完成するまでの期間が長くなってしまう傾向があります。

しかし3Dプリンターを使えば、3DCADなどの設計データを入力するだけで簡単に造形、ものづくりができます。鋳型を作る工程がないため、1個だけ作ってみよう、とか100個作ってみよう、などということが簡単にできるわけです。しかも3Dプリンターはそれほど場所をとりません。このように、3Dプリンターはものづくりをする上で必要なお金と時間を削減することができるのです。

3Dプリンターはものづくりのあり方を変えつつあります。アイデアをすぐ形にできることから「誰もがメーカーになれる時代が来た」とも言われています。小規模な企業や個人でも、ものづくりができる時代になったと言っても過言ではありません。

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金属3D積層造形の適用例

現在、金属3D積層造形による製品への適用は、航空宇宙分野や医療分野を中心に行われています。また、自動車分野における試作品や産業機器分野におけるタービンブレードや、機能性金型への展開も図られています。

航空宇宙分野

ジェットエンジンの燃料噴射ノズルやタービンブレード、ロケットエンジン部品などへの適用が検討されています。

医療分野

人工股関節用臼蓋コンポーネントやひざ関節用インプラントなど種々な部位のインプラントへの適用が行われています。

自動車分野

従来は切削加工や鋳造により行われている部品試作品の作製に活用されることにより製作時間の短縮と、コスト削減が可能となっています。ドイツの自動車メーカーでは修理部品への適用も始まっており、今後さらに電気自動車導入への動きが加速するにつれ、適用分野も増えるものと予測されます。

産業機器

タービンや熱交換器への適用など幅広い製品への適用が検討されています。軽量で剛性の高い製品や複雑形状の製品の製造、多数の部品からなる製品の一体化成形により、製造時間の短縮とコスト削減が可能となります。

金型

射出成型用金型において最適な冷却水管の配置、深い溝や高いリブの配置など、従来の切削加工では難しい加工が可能となることで、従来の金型と比べ製造期間を大幅に短縮できる利点があります。

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スカラロボットの用途を紹介

組み立て

スカラロボットは組立工程で多く利用されています。高速・高精度のため、人間よりも生産性の高い動作が可能なため、導入することでコスト削減や利益の増加に大きく貢献します。

また、垂直多関節ロボットと比べて、省スペースでの設置可能です。生産ラインに複数設置することで人だけの生産ラインより、何倍もの生産性を高めます。

搬送

スカラロボットは前工程から次工程のラインへの搬送や製品の整列なども得意としています。水平方向にスピーディに動くことができるという利点があり、ワークの持ち運びに最適です。生産効率の向上に貢献します。

ねじ締め

ねじ締め工程に利用することもできます。先端に電動ドライバのエンドエフェクタを取り付けることで、高速でねじ締めを行うことができます。

ティーチングを行い、ねじ締めの場所を教示することで、素早く複数の場所をねじ締めできます。また、自動化を行うことで、ねじの締め忘れなどの不良品発生率を下げることも可能です。

塗布

スカラロボットの先端にディスペンサのエンドエフェクタを取り付けることで、ゲル状の材料などを塗布することができます。

機械系であれば接着剤、食品分野であればモンブランのクリームなどと幅広い分野でさまざまな材料の塗布が可能で、生産ラインの自動化に貢献します。

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パラレルリンクロボットの訴求ポイント

手づたえ教示で感じる熟練の技

軽量物を対象に、高速かつ精密な組立作業を実現

6つの軸と6つのサーボモータが1つの出力を生み出すため、高速かつ精密な組立作業を実現します。特に、人作業が中心だったフレキ基板挿入において、パナソニックのパラレルリンクロボットは自動化に貢献しています。

 

手づたえ教示で熟練工のノウハウを容易に再現

熟練工のノウハウを手づたえ教示（実際に人間の手でロボットを動かし教示すること）で容易に実現します。教示の際に複雑なプログラミングを入力する必要はありません。

 

容易なメンテナンス性

パラレルリンクロボットは機構がシンプル（モーター、ベアリング、アルミパイプ）であるため、メンテナンスも電池の交換程度でとても簡単です。

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