完璧なウィンウィンの関係

自動化のさらなる進展を目指し、Hermel AGはHS flexハンドリングシステムを開発しました。この新しい重荷重に対応したバージョンである「HS flex heavy」は、最大で1,200kgまでのパレットおよび部品を全自動で機械に供給します。このハンドリングシステムのリフト、回転、および移動動作において、Hermelはストーバー製のラックアンドピニオン直動システム、遊星歯車減速機、サーボモータからなるシステムソリューションを活用しています。この関係は両社にとってウィンウィンです。駆動技術のスペシャリストであるストーバー自身もHermelの機械を使用して製造を行っています。

非生産時間の短縮と生産時間の延長

HS flexハンドリングシステムは、Hermle AGによって開発された、効率的かつ柔軟な自動化ソリューションです。同社は、カスタムポータルミリング、ツール、CNCマシンなどを開発・製造・販売する大手工作機械メーカーの1社です。

コンセプトは、作業員が加工する部品や原材料をパレットに固定し、棚のような保管モジュールに保管することです。この作業は生産中でも同時に可能です。ハンドリングシステムが加工センターの積み上げ、積み下ろしを自動的に行うため、機械は夜間や週末でも連続稼働が可能になります。パレットハンドリングのため、ロボットを使用せずに異なる形状やサイズの部品の加工を自動化できるため、Hermleの加工センターは顧客に自動化の手頃な導入手段を提供します。

標準バージョンでは、セットアップステーション、ストレージモジュール、および加工センターの作業エリア間で450kg（部品を含む）までの異なるパレットを輸送しますが、「HS flex heavy」はその倍以上の重量に対応可能です。セル内で部品を移動させるタワーは、回転、リフト、および移動動作を行います。ストーバーの販売担当責任者のヨハネス・ベルクは「これらの動作は高速、ダイナミック、かつ精密である必要があります」と述べています。ドイツ・プフォルツハイムに拠点を置くこの駆動技術のスペシャリストは長年にわたり機械メーカーと協力し、マシニングセンタ用の精密駆動装置を提供してきました。2016年以降は自動化システムにも対応しています。

「HS flexの標準バージョンでは、3つの動作すべてにシリーズ、ヘリカルラックアンドピニオン直動システムを使用しています。これらは、高いギア品質と正確にマッチしたラックを備え、浸炭硬化された滑らかなピニオンに基づいています」と ストーバーの専門家は述べています。

よりコンパクトで軽量：遊星サーボギヤードモータにより実現

ストーバーはこれらのラックアンドピニオン直動システムを、新世代の遊星サーボギヤードモータと組み合わせています。ベルク氏は「減速機の全長を大幅に短縮しました。さらに、高い柔軟性を実現するため、ストーバー製モータ（例：同期サーボモータ）をアダプタなしでどのサイズにも直接取り付け可能です」と説明します。このシリーズは非常に省スペースで軽量でありながら、高い駆動効率を持っています。アダプタが不要なため、全体のソリューションがさらにコンパクトになり、モータと減速機を別々に組み立てる必要もありません。これにより、使用準備が整った駆動ユニットを提供できます。

「設置スペースの確保が主な設計上の課題でした」

ベルク氏は、「サーボドライブの設置スペースは、機械のコンパクトなデザインのため非常に限られています。そのため、駆動システムの設計は技術者にとって大きな課題でした」と振り返ります。しかし、ストーバーの第世代遊星歯車減速機の省スペース設計により、作業者にとってアクセスしやすい状態を実現しました。また、ストーバー製のサーボモータの採用によりサーボモータのアダプタが不要となり、よりコンパクトになるだけでなく、慣性モーメントが大幅に改善され、駆動力が効率的に活用できるようになりました。これにより、サイクルタイムの短縮やエネルギー効率の向上といった大きな付加価値が得られます。

強化されたリフト駆動が必要

「HS flex heavy」が最大の部品を取り扱えるようにするため、リフト駆動を強化する必要がありました。その結果、シリーズのラックアンドピニオン直動システムを選択しました」とベルク氏は説明します。この設計では、遊星歯車減速機のフランジシャフトにピニオンをボルトで固定することで、高いねじれ剛性と大きな搬送力を実現しています。「はこの動作のために、当社のラインアップにないモータを使用することを当初から計画していました」とベルク氏は述べます。「当社ではモータアダプタを用意しており、任意のサイズのサードパーティ製サーボモータと遊星歯車減速機を組み合わせることが可能です」。

安全性とメンテナンスの重要性

Hermelにとって、トラブルのない運用と安全性、特にメンテナンス中の安全性は非常に重要です。例えば、は、セットアップ中に人が作業空間に留まることが出来ます。これを実現するには、駆動軸を安全な状態にする必要があります。垂直軸に重い荷重が吊り下がっている場合、重力によって落下し、作業者に危険を及ぼす可能性があります。これを防ぐために、垂直軸にはブレーキが装備されており、停電時にも確実に機能する必要があります。「保持ブレーキは安全要件の焦点でした」とストーバーの専門家は述べます。このシステムでは、ブレーキの効果が運用中に変化するため、ブレーキの状態を確実に監視し、定期的にチェックする必要があります。この作業は通常、システムが起動した際に行われます。ストーバーは、許容範囲の狭い高性能なブレーキを提供しました。また、コントローラーの安全機能が、定期的な監視や必要なキャリブレーションを行います。

パートナーとして、顧客としての完璧な協力

「私たちはプロジェクトの初期段階から関わっていました」とのプロジェクトマネージャーであるミヒャエル・ディートマン氏は語ります。ストーバーは長年、設計時にエンジニアリングソフトウェアを活用しています。このソフトウェアの活用により、の設計仕様、動作のシーケンスと負荷マトリックスを詳細に入力できます。これにより、駆動設計を確実に行い、余裕度の確認も行うことが可能となり。不必要な余裕を排除して設計できます。駆動計算の文書化は特に重要です。事実が明確に固定されているため、両パートナー間のコミュニケーションが大幅に改善されます。

最終的に、設置は問題なく短期間で完了しました。「共同作業も非常に調和が取れており、常に緊密な連携を保つことができました」とベルク氏はまとめます。「私たちのやり方と非常によく似ていますが、もプロジェクトモジュール毎に異なる担当者を配置していました。最終的には、全員が協力して統一されたイメージを作成しました。」。最終的に、ストーバーもパートナーとしてだけでなく、顧客としてもこのアプローチの恩恵を受けています。駆動技術の専門家であるストーバーは、自らの信頼できる製の機械を使用して製造を行っています。

キー付き接続は、回転シャフトとギヤ、スプロケット、レバーアームといった動力伝達部品を固定する従来型の方法です。基本原理は、キーと呼ばれる金属部品をシャフトと接続部の「キー溝（キースロット）」に挿入することで、部品同士を一体化させるというものです。これにより、部品が独立して回転したり、滑ったりすることを防ぎます。

● キー付き接続の利点

• 公差に寛容： キー付き接続では、嵌合部品間にある程度の公差が許容されます。一方、キーなし接続では高精度な加工と清浄性が必要です。
• シンプルで信頼性が高い： 設計と実装が容易で、年以上にわたり実績がある信頼性の高い方式です。
• 保守と交換が容易： 消耗してもキーだけを交換すれば再利用可能な場合が多く、保守コストも低く抑えられます。
• コストが安い： キーやキー溝の製作コストは比較的安価で、製造も簡単です。
• 目視確認が可能： 嵌合部品が固定されているかを目で確認できます。
• 破損するまで固定される： 正常な状態では滑りがなく、機構が完全に壊れるまで固定が維持されます。

● キー付き接続の欠点

• 精度の問題： キーとキー溝の隙間が原因で微小なずれが発生することがあり、機械的な問題につながることも。
• 応力集中： キー溝によってシャフトやハブに応力集中が発生し、長期的には破損の原因になります（特に高トルク時）。
• 摩耗・劣化： 長時間の使用により、キーやキー溝が摩耗し、スリップやミスアライメントを引き起こすことがあります。

キーなし接続では、摩擦力や圧入などによりシャフトとハブを固定し、キーを使わずにトルクを伝達します。カップリング、クランプリング、シュリンクリング、割スリーブ、ブッシュタイプの締結具などによって、強い締結力を得ます。

● キーなし接続の利点

• 高トルク対応： 応力集中がないため、より大きなトルクを伝達可能。高性能用途に最適。
• 摩耗なし： キーやキー溝がないため、それに起因する摩耗が起きず、長寿命です。
• 高精度・高整合： より高精度な締結が可能で、振動が少なく、軸の整列性も高いです。
• 信頼性の向上： キー溝由来の摩耗がないため、長期的な信頼性が向上します。
• タイミング調整が自在： 駆動部間のタイミング調整が連続的に可能で、自由度が高いです。
• 取り外しが容易： フレッティング腐食が起きにくく、モータや減速機の脱着が比較的簡単です。

● キーなし接続の欠点

• 取り付けに注意が必要： 確実な脱脂と締付トルク値の管理が必要です。精密な加工や特殊工具が必要な場合があります。<br> ただし、モータや減速機が直接取り付けられる場合、シャフト位置に制限がないため逆に容易です。
• 高コスト・複雑： キー付きよりも製造や設計が複雑で、コストも高くなる傾向があります。
• メンテナンスが難しい： 一部が壊れた場合でも、キーのように簡単に交換できず、締結機構全体の交換が必要なことがあります。

選択は用途によって異なります。

■ 結論

英国オールダーショットに拠点を置く Ultrasonic Sciences Limited (USL) は、特注の自動非破壊検査システムの設計・製造を専門とする企業です。
USL社 は 40 年にわたり、工業界に自動検査システムおよび PC ベースの計測機器を提供しており、これまでに数千台の機械を世界中に設置し、幅広い用途に対応してきました。 40 年にわたり、工業界に自動検査システムおよび PC ベースの計測機器を提供しており、これまでに数千台の機械を世界中に設置し、幅広い用途に対応してきました。

従業員 25 名の USL社は、航空宇宙、自動車、エネルギー、鉄道、原材料生産、製造業など、多岐にわたる業界に対して高度な超音波自動非破壊検査システムとサービスを提供しています。その特注検査ソリューションは、高精度の品質管理と材料の完全性分析に焦点を当てる顧客のニーズに応えています。

  25 名の USL社は、航空宇宙、自動車、エネルギー、鉄道、原材料生産、製造業など、多岐にわたる業界に対して高度な超音波自動非破壊検査システムとサービスを提供しています。その特注検査ソリューションは、高精度の品質管理と材料の完全性分析に焦点を当てる顧客のニーズに応えています。

サプライヤー選定の課題と ストーバーとの出会い
USL社の技術営業マネージャーであるニコ・バイヤー氏は、特に機械毎のカスタマイズ要件を理解し、最適なソリューションを共同で開発できるサプライヤーの確保が課題であると感じていました。特にパンデミックの影響で、適切なパートナー探しが一層困難になっていました。そんな中、彼はストーバーに出会いました。

彼は ストーバー UK の代表であるマーティン・プリース氏にリードタイムについて問い合わせたところ、ストーバーの納期は他社と比較して大幅に短いことが分かりました。これは、USL社が大手航空宇宙企業向けの重要な契約を遂行するうえで、大きな利点となりました。

プロジェクト概要

ニコ・バイヤー氏と彼のチームは、長年の航空宇宙業界のクライアント向けに、12 軸のデュアルタワーマシンと 11 軸のガントリーマシン を設計・製造・設置するというミッションを任されました。

ニコ氏は次のように説明します。
「このような特注機は、市販の標準的な機械よりも、要求に完全に適合し、柔軟性と拡張性に優れ、精度と性能が向上し、特定の専門的な機能を備えているため、採用されることが多いです。USL社が大手航空宇宙企業向けの重要な契約を遂行するうえで、大きな利点となりました。

当社のすべての自動検査機では、モーション関連コンポーネント（モーターなど）の主な考慮事項として、精度、分解能、速度制御、トルク、負荷容量、クローズドループ制御、通信インターフェース、安全機能、耐久性 などが挙げられます。超音波自動検査機の機械システムは、長時間の使用、反復動作、頻繁な方向転換、そして湿度の高い環境下での稼働に耐える必要があります。」

ストーバーの選定理由
「マーティンと要件について話し合った結果、幅広い選択肢、高精度、高品質、信頼性 を兼ね備えた ストーバー製品を導入することで、市場をリードする機械を構築できると確信しました。」