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高速バランシングマシンの開発

 各メーカから供給されている全自動のバランシングマシンのサイクルタイムは6.5秒程度です。 ここでご紹介するバランシングマシンのサイクルタイムは4秒以下です。
 機械の構成は6ステーションです。搬送系は機械前方に前後工程間の受け渡し用のウオーキングビーム、バランシング計測ユニット、修正ユニット間の搬送はロータリィ式で構成しました。駆動はリンク、カムを使用し非常に高速で、且つ安定した動きを実現しました。計測は完全のデジタル処理としバランス位置決めは、自前のソフトウエアサーボで実現しております。ここで最も高速化に貢献した要素はやはり高速位置決めです。被測定ロータは丸ゴムベルトで駆動されておりますからすべりの取り扱いを制することがキーとなります。しかし、下方にベルトを配置しておりますので、ロータの慣性モーメントが発生するトルクとベルトの張力の和が自重を超えるとは出来ません。(軸受け形状も考慮します。例えばV受けではその角度)

 サイクルタイムの内訳は搬送0.7秒、加速時間0.6秒、計測時間1.8秒、減速位置決め時間0.6秒です。
サイクルタイムはラインの生産効率と深い関係が有ります。例えば2.5秒ラインですとバランシンマシンのサイクルタイムはこれの整数倍で5秒以下でなければなりません。従って5.5秒ではNGです。 本機の4秒以下のサイクルタイムは実は2秒ラインを想定し決定した仕様です。
  バランシングマシンのサイクルタイムで注意しなければならないことにワークの初期バランス量と、一回の最大修正可能バランス量の関係が有ります。初期バランス量がこの最大修正可能バランス量を超えるとバランシングマシンのサイクルタイムが伸び、ライン全体の生産効率が低下します。マバランシングマシンの仕様を決定するときは必ずワークの初期バランス量の統計的分析を行い、必要なサイクルタイム、バッファーの設置の要否など熟慮します。
 
 小型モータのロータの製造ラインの工程を機能で分類すると圧入、コーティング、巻線、フュージング、切削、バランス、検査からなります。これら工程のサイクルタイムを考えると巻線、バランシングマシン以外は2個取りなどでサイクルタイム4秒は比較的簡単に実現できます。従って4秒をサイクルタイムの基準におきますと、巻線機は高速の機械て11〜12秒ですから3台の設置で他の工程とバランスが取れます。(私の開発した高速巻線機は8秒ですので2台の設置)。 一方、バランシングマシンは最速でもサイクルタイムを5秒をきることはありません。 従ってサイクルタイム4秒に合わせるためには2台の設置が必要です。そこで本バランシングマシンのサイクルタイム4秒が必要になる訳です。 
 バランシングマシンの価格と大きさを考えるとラインに設置する台数を1台にするか2台にするかは大きな差となります。 保守管理の難易度からもバランシングマシンの台数を減らすことはライン管理労力の軽減になります。
   
 

革新的バランシングマシンの開発

PAT申請後掲載します。

 

手動バランシングマシン

左図は手動バランシングマシンの外観です。非常に小型で使い勝手本意の設計です。 主な特徴、仕様は次の通りです。

  • 計測に分解能16ビットADC採用
  • 回転用モータはACサーボ(200W) 採用
  • ソフトウエアサーボによる高速位置決め
  • 計測スタンドは最大4台まで接続可能
  • TFT液晶表示
  • 表示選択(極座標、バーグラフ切り替え)
  • タッチパネルの採用
  • 操作は手元機械スイッチ
    手動バランシングマシン外観図 Catalog ADMB304-FS.PDF

    全自動バランシングマシン

    ; 高精度、高速、小型の全自動バランシングマシンです。 主な特徴、仕様は次の通りです。
    • 外観寸法はW1,500 D1,400 H2,000と非常に小型です
    • 生産効率は一時間当たり900個以上(製品によります)
    • バランシングはマイナス方式でベクトル、極座標ユニットを用意
    • 計測ユニットはエアーバネにり外乱を遮断,自動レベル機能付き
    • TFT液晶表示
    • 表示選択(極座標、バーグラフ切り替え)
    • タッチパネルの採用
    • 運転操作は機械スイッチ
    • 計測ユニット、搬送ユニットの幅方向は自動段取り
    • 付帯装置として切削除去した切り粉除去用の集塵機が必要です
      全自動バランシングマシン計測と搬送 Catalog ADAB501-FS.PDF


      エアーベアリング

      ; 左図は超高精度のバランシングマシンに使用するエアーベアリングとそれ位置制御用のディスクコイルです。 エアーベアリグは変位0(限りなく)に制御されこのときのコイル電流を検出しアンバランスを求めます。 また外乱振動を制御コイルに重畳することにより高ロバスト性の高精度バランシングマシンを実現します。
      エアーベアリング introbalance1.pdf


      バランシングマシン資料

      ; バランス用語の解説、バランスの力学(微分方程式を知らなくても大丈夫です)について丁寧に説明、また、実際のバランシングマシンの原理 から運用の問題点、管理にまつわる課題解決を纏めたバランスに関する実用書です。
      昨今、自動車、家電、OAに限らずあらゆる分野においてユーザは低振動、低騒音の製品を当然のこととして期待しています。 自動車分野では、全く新しい技術の燃料電池車が実用化され騒音源のエンジンそのものがモータに置き換えられてしまいました。 バランスを考えると前者の場合、LSIのムーアの法則のように5〜7年で従来製品の1/2程度のバランス低減が期待されます。これに対し 後者は従来製品の置かれる環境が突然変わるため既存製品のバランス低減期待値と大きく異なります。 一般市場に投入されないと明確にはわかりませんが、少なくとも従来製品の許容値の1/3以下になるのではないでしょうか。 さて、このような年々高性能化が期待されるバランシングマシンですが、開発現場、生産現場、品質現場で、バランシングマシンは本当に正しく使われているのでしょうか? ユーザがよく「器差」と言う言葉を使い多少のバランシングマシン相互の誤差を是認しています。確かに器差は一般的にあらゆる測定器相互に生じるごく普通の概念です。ところがバランシング マシンで使われる器差とは20%、極端な場合は50%,100%という常識から逸脱する数値です。バランス値に疑問があっても器差と云う呪文を唱えると万人が納得してしまう魔法の言葉です。
       残念ながら、これは単に使用しているバランシングマシンの性能が悪い(測定しようとしている製品に適さない 機構、精度)かバランシングマシンの校正が正しく行われていないかどちらかに起因するミスでしょう。 バランスの評価についても時々妥当性がない許容値設定が行われています。たとえば、アスペクト比の小さい製品にダイナミックバランスを 執拗に適用してアンバランスと騒音振動の関係を無理矢理評価しているケースはその代表です。このような誤ったバランシングマシンの運用は挙げれば限が有りません。 そこで本書はどなたでもバランシングが理解できその運用が適切に出来るよう具体的な課題とその解決もあわせ、バランシングマシンをご紹介しています。
      注)ここでは一部の公開とさせて頂きます。
      バランシングマシンの原理と実際 introbalance1.pdf

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