MBK/MBX｜記事一覧
信頼性はこれまでにないほどオイシイ
食品加工産業では、完成品の品質を安定して維持するために、信頼性は衛生とならんで重要な役割を果たします。安全クラッチは、デリケートな生産ラインをコストのかかる設備故障や破損から保護するのに役立ちます。
デリケートなチョコレートが口の中で溶けてしまう前に、絶対的な精度で多くの製造工程を通過しなければなりません。チョコレートの製造工程は一般的に、原料となる焙煎したカカオ豆が包装された板チョコになるまでに長い道のりをたどります。磨砕、混合、微粒化、精錬、調温、充填の各工程において、高い精度と安定性が要求されます。たった1つの原料が一時的であっても不足すれば、満足のいく品質には及びません。食品加工の分野では安定した製造をするために、温度に敏感な原料を素早く加工する必要があります。生産ラインの不具合によってスムーズに加工できなかった場合、メーカーは消費者からクレームを受けたり、イメージを損なったりすることになります。これは、競争の激しいお菓子などの嗜好品分野では深刻なリスクと言えるでしょう。さらに、対象ロットすべてを損失することは企業の収益に影響を与え、遅延や未納が発生した場合には、販売業者との関係を損ないます。
安定した品質のための工程信頼性
「生産設備の重要な箇所で安全クラッチを使用すれば、スムーズな工程を確保しながら、設備停止や設備損傷の防止に役立ちます。」と、R+Wの販売責任者であるJörg Stangは説明しています。R+Wのスタッフは、チョコレートの製造工程のうち、どこで故障が発生すると致命的かどうかを理解しています。カカオ豆の磨砕工程では、一定時間確実に圧搾し続けることが必要です。したがって、駆動装置からグラインダーへの一貫したトルク伝達を確保することが不可欠となります。駆動装置が故障するとカカオマスの完成度に影響し、その後の加工品質が低下します。同時に、許容トルクを超えると、歯車が破損する危険性があります。その結果、多少なりとも設備は停止し、ジャスト・イン・タイムの生産を脅かす事態が発生します。大きく破損した歯車は、費用も時間もかかる修理が必要となり、生産ラインが停止してしまうこともありえるでしょう。
一貫したスムーズな製造工程は、次の混合工程でも、口の中で溶けるクリーミーなチョコレートを製造する鍵となります。これは微粒化と精錬工程も同様で、品質の良し悪しを大きく左右します。特に調温されたチョコレートは、ちょっとした変化に非常に敏感です。カカオマスの調温は、ベルトコンベアで搬送しながら冷却トンネル内で行われ、故障の影響を受けやすいです。そのため最適な冷却曲線と表面構造を実現できる、バックラッシやミスアライメントのない、高い一貫性と信頼性を備えた駆動装置が必要です。これが理想的な口当たりを実現するショコラティエ。前述のチョコレート製造の例は、食品製造における絶対的な信頼性の大切さを明確に示しています。適切なカップリングを適切な位置に取り付けることを含め、設備の設計には原料やレシピを選択するのと同じくらいの正確さが要求されます。
食品産業の事例
これらの製造工程で使用されるカップリングは、安全対策の決め手となります。プラントエンジニアリングにおける精密カップリングの本来の役割は概して、偏心、偏角、エンドプレイを許容しながら、確実でゼロバックラッシの動力伝達を確保することです。もちろん同時に高い稼働信頼性も必要です。また食品加工産業においては厳しい衛生条件を満たす必要があります。そのためR+Wでは、この分野のカップリングには最高品質のステンレス鋼のみを使用しています。ベローズ形カップリングは、高い剛性と精密な位置決め精度による確実なトルク伝達が可能で、ミスアライメントも許容します。さらに安全クラッチの場合は、トルク過負荷から保護する場合に特に効果が期待されます。このため、食品加工に用いられるデリケートな設備にとって理想的です。
もっとも重要な部品はミスアライメントを吸収するステンレス鋼ベローズです。ベローズは、許容トルクやミスアライメントなど実際の条件に基づいて設計されます。回転方向に最大の剛性が必要とされる一方、その他のすべての方向には、ミスアライメントによる荷重を抑え下流部品の損傷を防ぐために、剛性は最小限でなければなりません。この偏心、偏角、エンドプレイの許容は、駆動系全体の高い稼働信頼性を確保する上で重要な役割を果たします。「加速トルク、共振周波数、ねじれ角のようなパラメータも金属ベローズ形カップリングの設計において重要な役割を果たします。R+Wはイナーシャ、組み立てやすさ、コストパフォーマンスなどの基本条件に先ほどのパラメータを考慮し設計します。」とJörg Stangは付け加えます。高速回転向けの用途には、動バランス取りを行った高精密のカップリングも取り扱っています。
トルク範囲0.05～10,000N･m
もっとも小さな金属ベローズ形カップリングMKシリーズは、内径1～28mm、許容トルク0.05~10N･mでご用意しております。例えば、ポテンショメータや計測・制御システムに関連する正確な回転動力伝達のために使用することができます。剛性の高い金属ベローズにより、MKシリーズは、ミスアライメントを許容しながら、同時に、極めて正確に測定を行うのに役立ちます。Jörg Stangは「MKシリーズは、すり割りの入ったクランプタイプをはじめ、半割クランプ、テーパーロック、中空軸への締結が可能なコレット軸タイプのものまで、多くのの締結方法があり、どんな用途にも対応しています。取り付けが簡単な分離アダプタタイプもご用意しており、ゼロバックラッシで、素早く・簡単に取り付け可能な設計が特長です。」と説明します。ガラス繊維入りFRP製の特殊なテーパー部は、カップリングの電気絶縁性と断熱性を実現しながら、ゼロバックラッシでメンテナンス不要であることを保証します。テーパー部には異なる2種類の材料を使用しているため、カジリが発生しにくいようになっています。これらの分離アダプタタイプのカップリングは、アダプタ接合部をシングルポジションまたはマルチポジションからお選びいただけます。
トルク過負荷による損傷を最小限に
防爆タイプのベローズ形カップリングでは、ベローズが破損した場合に連動するジョーが噛み合うことでベローズの破壊を防ぎ、カップリングの信頼性が向上します。これは例えばロータリエンコーダとの接続の際に必要でしょう。「R+Wの手にかかれば、要素が追加されてもカップリングの大きさは変わりません。このことは、トルク過負荷が発生しベローズが破損した場合のトルク伝達機能の信頼性を大幅に向上させます。」とJörg Stangは説明します。カップリングの機能を最大限に活かし、確実にトルクを伝達しながらミスアライメントを許容するには、カップリングを正確に取り付けることが重要です。だからR+Wでは小型のMKシリーズだけでなく、最大10,000N･mのトルク伝達が可能なMBKシリーズも取り扱っています。同心度を確保するために、MBKシリーズは高精度マンドレルの上で組み付けを行います。MKシリーズと同様、MBKシリーズにもさまざまなサイズと締結方法があります。MBKシリーズの開発では、取り付けやすさと慣性モーメントの低減に特に注意を払いました。MBKシリーズはゼロバックラッシで、工作機械、包装機械、印刷業界などで使用されています。
信頼性が重要
クリンゲンベルグのカップリング専門メーカーであるR+Wは、機械およびプラントエンジニアリングの技術者に幅広い標準品を提供しています。標準品は、搬送装置やロータリエンコーダなどの用途から、主駆動軸や形削り盤の工具交換用ローラーまで、あらゆる場所で使用できます。カップリングは、お客様の仕様に合わせて個別に設計することも可能です。静バランスまたは動バランス取り、フランジ、キーまたはクランプ締結、あるいは著しく高いトルクまたは高温に対応する必要がある場合は溶接による組み付けなどさまざまな仕様をご用意しております。R+Wは、標準的な金属ベローズ形カップリングに加えて、どのような条件にも対応できるよう、お客様に合わせた製品を提供しています。
「生産ラインの信頼性を確保するために設計されたカップリングは、まずカップリングそのものに絶対的な信頼性がなければなりません。ステンレス鋼を使用しているため、R+Wのカップリングは衛生条件を満たすだけでなく、食品製造での腐食環境下でさえもメンテナンス不要であり、長持ちします。さらに、カップリングの多くは特に耐熱性および耐寒性に優れており、‐30～+100℃の範囲でも問題なく作動します。」―Jörg Stang
繋ぐカップリング
簡単に言えば、カップリングは2本の軸間を接続する以外の何物でもありません。しかし、カップリングにできることは他にもあります。
- トルクを伝達
- 偏心、偏角、エンドプレイを許容
- 振動減衰
- 高価な機器をトルク過負荷から保護
詳しくはカイ・カップリングのビデオをご覧ください
正確なトルク伝達
R+Wは、すべてのカップリングをお使いのお客様に対し、それぞれの用途に適したカップリングを提案しています。ここでは伝達トルクが重要な役割を果たします。標準品の場合金属ベローズ形カップリングは0.05～10,000N･mの範囲内で伝達しますが、さらに大きなサイズも存在します。例えば、エラストマ形カップリングは通常2～25,000N･mの範囲に対応しています。
カップリングの特性
カップリングの基本的な特長は、用途に合ったカップリングを選択する際の決め手です。MBKシリーズの金属ベローズ形カップリングは剛性が高いことが特長です。つまり、基本的な設計や材質がねじれ変形に強い構造になっています。工作機械、木工機械、包装機械、自動化システム、印刷機械、板金加工機械、ホブ盤などの高速サーボドライブ機構に適しています。対照的に、エラストマ形カップリングは、2種類の部品で構成されており振動減衰性と電気絶縁性を持った設計です。ミスアライメントを許容するエラストマインサートの素材とショア硬さがここで重要な役割を果たします。インサートはショア硬さ98A、64D、80A、65Dが選択可能で振動の程度を最適化します。MELシリーズ(エラストマ形カップリング)、MEL6SPタイプ(高速回転用エラストマ形カップリング)、MELP(キー締結繊維強化プラススチック製のエラストマ形カップリング)は、サーボドライブ機構、工作機械、包装機械、自動化システム、印刷機、制御/位置決め装置、ポンプ/かくはん機、ローラシャッタなどで使用されます。さらに、すべてのR+W製カップリングはメンテナンス不要で、許容範囲内で使用された場合は保証の対象となります。
安全クラッチ
機械式安全クラッチは、取り扱いが非常に簡単なのにも関わらず、オーバーロード発生時に駆動側と被動側を迅速かつ確実に切り離す機能により、工程の安全性向上に大きく貢献します。MSKシリーズ、MELSシリーズは、0.1～2,800N･mのトルクに対応しています。当シリーズには様々なタイプがあり、1軸にも2軸にも対応し、クランプ、テーパーロック、シンプルなキー締結が可能です。2軸向けは、剛性の高い金属ベローズ形カップリングと振動減衰性のあるエラストマ形カップリングをご用意しております。またこのシリーズでは必要に応じて、標準的な自動原点復帰型、複数の復帰位置がある自動インデックス型、高速回転対応のフリーホイール型、または負荷保持型など、さまざまな遮断タイプが選択できます。R+Wは、低慣性モーメント、高速化、効率化など、絶えず変化する市場の要求に対応するために、特にトルク密度の高い、軽量安全クラッチ(MSLシリーズ)を提供しています。MSLシリーズは、MSKシリーズと同様に、1軸でも2軸でも使用可能で、さらに、非常に広いトルク調整範囲に対応可能です。
機械工学とその応用範囲は多面的です。それぞれの用途は特殊であり、完璧な機械設計が要求されます。したがって、設備の中の機器はそれぞれ最適な選択が必要となります。カップリングの分野では、R+Wの技術営業部門や設計部門が無料で相談を受け付けています。
駆動技術における条件は多種多様なため、カップリングが使用される分野は多岐にわたります。カップリングは常に、用途と個々の条件に基づいて慎重に選択する必要があります。基本的な役割は、信頼性の高いトルク伝達、そして時には過負荷による破損や設備停止を防ぐことです。R+Wは、精密分野、重工業分野のさまざまな条件を満たすために、標準品とオーダーメイドの特殊品の両方を取り扱っています。
一般的に精密カップリングは、0.05～25,000N･mのトルクを伝達します。金属ベローズ形カップリングは特に、工作機械、木工機械、包装機械、自動化システム、印刷機械などの高速サーボ機構に使用されます。2軸の場合に最適で、復元力が低く、偏心、偏角、エンドプレイを許容します。ハブの種類も多く、2～10,000N･mのトルクに対応しており、ゼロバックラッシかつ高剛性です。小型ベローズ形カップリングは兄弟のようですが、エンコーダ、小型サーボドライブ、タコメータ等0.05～10N･mの小さなトルクを正確に伝達します。
柔軟性、振動減衰性、電気絶縁性、モジュール構造などの特性が必要な場合は、エラストマ形カップリングが推奨されます。プリロードがかかったエラストマインサートが心臓部で、0.5～25,000N･mのトルクをゼロバックラッシで伝達します。偏心、偏角、エンドプレイの許容のほかに、剛性および振動減衰性は、硬度の異なるインサートにより変更できます。軸とハブの締結は、キー、クランプ(半割クランプを含む)、テーパーロック、コレット軸締結などに対応しています。サーボドライブ機構、工作機械、包装機械、自動化システム、印刷機、制御/位置決め装置、ポンプ/かくはん機、ローラーシャッターなどの幅広い用途に使用可能です。
精密安全クラッチは、正確なトルク伝達を必要とする場合に使用されます。0.1 ～2,800N･mまでのトルクを伝達し、過負荷発生時もミリ秒以内に駆動被動間を確実に遮断します。高価な装置の損傷を防ぎ、設備停止時間を低減するために、安全クラッチが必要となる場面は多くあります。ラインナップには、金属ベローズやエラストマ一体型を含め、1軸、2軸どちらの場合でもゼロバックラッシで伝達する安全クラッチをさまざまな締結方法や遮断/再連結方法で提供しています。
柔軟性の高い長尺形カップリングは、例えばパレット搬送ロボット、印刷機械、包装機械、搬送システム、クレーン、木工機械において、長い距離間を繋ぐ際に適しています。9～25,000N･mのトルクを、剛性や振動減衰性の高いカップリングによりゼロバックラッシで伝達できます。金属ベローズまたはエラストマインサートで偏心、偏角、エンドプレイも許容します。他には、シリーズ、タイプによって、垂直方向への取り付けが可能なこと、またお客様のご要望によっては最大全長6mまで対応可能であることがメリットです。
重工業向けの場合は、200～2,080,000N･mのトルク範囲に対応しています。サイズと許容トルクが大きく違うため、精密分野と重工業分野を区別しています。カタログも白と黒の表紙で2つの分野を視覚的にも区別しています。名称に関しては、基本的に重工業分野も精密分野と共通ですが、剛性の高い板ばね形カップリングや歯車形カップリングなどが加わります。板ばね形カップリングは、製鉄所、印刷機、API規格に準拠したポンプ、試験装置、発電機などに、正確なトルク(350～24,000N･m)を伝達します。ミスアライメントを許容し、軸への取り付け方法もさまざまです。
頑丈な構造の歯車形カップリングは剛性が高く、小さなバックラッシで1,900～2,080,000N･mのトルクを伝達します。一般的にミキサー、圧延機、ポンプ、試験機、製鉄所、搬送機などの直接駆動に使用されます。さらにトルク密度は、重工業分野での使用に適していることを表しています。ハブのギアと中央のフランジとが精密に噛み合うことでミスアライメントが許容されます。
製品ラインナップを締めくくるのは重工業分野の安全クラッチです。トルクは200～250,000 N･m とより高く、圧延機、風力タービン、バケットホイールエクスカベーター、押出成形機、製鋼所、シュレッダー、トンネル掘削機などで1軸および2軸使用が可能です。製品の周囲に耐久性のある遮断モジュールを配置しており、トルク過負荷発生時は動力の伝達を完全に遮断します。このシリーズはトルクを確実に制限するため、設備故障時の停止時間を低減し、生産設備稼働率を向上させます。
最高の精度とダイナミクスを実現するカップリング
カップリングメーカのR+Wは、国際金属加工見本市EMOのモットーに、「インテリジェント生産のためのコネクティングシステム」を掲げています。カップリングは、インダストリー4.0の時代であっても、設備オペレータにとって重要な役割を果たします。慎重に選択すれば、駆動系の性能を向上させ、速度、安全性、および精度を達成するのに不可欠なものとなるでしょう。
世界最大の金属加工見本市では、業界全体が最新の設備や効率の高い製品を発表します。EMOハノーバーでは、工作機械、生産システム、精密工具、自動マテリアルハンドリング、コンピュータ技術、産業用電子機器および付属品の切削と成形に焦点を当てています。またこの見本市は、その国際的な範囲と規模だけではなく、出展されているイノベーションの数が際立っています。2013年に開催された前回のEMOハノーバーでは、45%の出展者が新しく開発されたものを展示した、という調査結果がありました。カップリング専門メーカであるR+Wは、今年も機械市場にすばらしい革新をもたらすでしょう。
工作機械は、駆動部品にとって条件の厳しい用途です。効果的に稼働することを保証するためには、迅速に、柔軟に、そして正確に作動する必要があります。非常に高速でダイナミックな動きとともに、0に近い公差を持つ正確な位置決めが求められます。このようなシステムは、振動減衰、剛性、バランス、慣性モーメントなどが完璧に調整されて初めて正確に作動します。R+Wには、どのような条件の工作機械であっても適切なカップリングをご提案できる経験があります。
ダイナミックな荷重をコントロール
カップリングは、駆動系の作動状態、そして最終的にはシステム全体に大きな影響を与えます。R+Wは非常にダイナミックな荷重と、正確な再現性および正確なトルク伝達を両立させることを目的とした、精密分野向けのさまざまなゼロバックラッシ対応カップリングをご用意しております。このタスクを実現するためにゼロバックラッシ対応製品には、振動減衰エラストマ形カップリング、剛性の高い金属ベローズ形カップリング、板ばね形カップリング、トルクを遮断する安全クラッチがございます。
ゼロバックラッシの精密機器分野エラストマ形カップリングは、振動を減衰すると同時に、高い位置決め精度のために適度な剛性をもたらします。また、0.5～25,000N･mのトルクに対応し、偏心、偏角、エンドプレイを許容することができます。適切に選択することで、エラストマ形カップリングのインサートが駆動系全体の振動を最適化します。R+Wはどんな要求にも対応できるよう、さまざまなショア硬さなどの特性を持つインサートをご用意しており、振動減衰性、剛性、電気伝導性、熱安定性の条件を満たすことができます。きっと、振動減衰と剛性の間で適当な中間地点が見つかるでしょう。エラストマ形カップリングの締結方法には、取り付けが簡単なクランプ、半割クランプ、コレット軸などがあります。MEL6SPタイプは、スピンドルドライブなどの高速回転向けに開発されています。エラストマインサートは振動を減衰する効果を持ちながら、圧入して取り付けられていることから、ゼロバックラッシを実現します。テーパーロックハブとジョーにより、高い同心度とバランスを維持したまま滑らかな動力伝達が可能です。
精度向上のためのモジュール設計
特殊素材に加え、それぞれの部品をスマートに圧縮することで、寿命や精度に影響を与えることなく、さらなる軽量化を実現しました。R+Wのために開発された特殊な皿バネは、ボールソケットの原理を進化させ、トルクを最大50%強化しました。ばね荷重を利用した機構により、お客様が求める、半永久的なゼロバックラッシかつ剛性の高いカップリングが完成しました。クラッチボールは、円錐状のソケットに固定されています。特殊な特性曲線を持つ皿バネにより、瞬時に、正確にトルク過負荷から保護することを可能にします。設定した遮断トルクを超えると、安全クラッチの出番です。クラッチボールは元の位置を離れ、トルクの流れが遮断され、残留摩擦がゼロになります。クラッチボールは、対応するソケットに固定されている間は動きません。これにより、予め設定された遮断トルクに達していない、通常稼働中はクラッチボールが摩耗しないようになっています。遮断時にばね荷重は低下し、移動リングも軽量なため、摩耗は最小限にとどまります。他の摩擦クラッチに発生するような環境要因による遮断トルク値の変化は論外です。
位置決め
ゼロバックラッシで高剛性のベローズ形カップリングは、工作機械、歯切り盤、その他自動化システムにおける、非常にダイナミックなサーボモータ軸に課される特有の条件に対応するのに理想的な製品です。これら精密カップリングは、位置決め精度が最優先される場合に使用されます。耐久性が高くと、メンテナンス不要な設計により、高い費用対効果と信頼性を実現します。ベローズ形カップリングは、0.05～10万N･mのトルクを伝達し、さらに偏心、偏角、エンドプレイを許容します。エラストマ形カップリングと同様にベローズ形カップリングも、最適な軸締結方法と組み合わせて長尺形カップリングのご注文も可能です。
高速回転対応製品
R+Wの新製品で高速回転に最適なのは、MBK3SPタイプのベローズ形カップリングです。このカップリングは外側のテーパーロックハブが特長で、回転速度が非常に速い場合であっても滑らかに作動します。回転対称性によって優れたバランス品質も保証します。前述した用途の他に、ベローズ形カップリングは試験機、紙工機械、印刷・ラベリング装置、包装機械にも使用されています。MKシリーズは、測定システム、制御システム、より小さなサーボドライブやロータリエンコーダーなどの用途に適しています。
クーラントが軸の中を通る！？
EMOでは、高い耐久性と性能が求められる場合に理想的な、板ばね形カップリングの多彩な用途を発見する場でもありました。板ばね形カップリングは350～24,000N･mに対応しており、高い剛性を持っています。様々なタイプから選択可能で、ゼロバックラッシのテーパーロック締結が可能なMLP3(ダブル)とMLP4(シングル)は、特に逆回転のトルクにも適しています。
さまざまな標準品に加えて、中間軸にクーラント供給システムが一体化した特殊品もご用意しております。これは、特にDBSEが長い工作機械を扱うメーカにとっては、大きなメリットです。特別に設計されたこのカップリングは、パイプの両端にハブが固定されており、長い距離でもクーラントを直接工具に導くことができます。テーパーロックハブと動バランス取りによって、滑らかな動作と最小限の振動が実現します。さらに、軸のミスアライメントは、剛性の高い板ばねによって許容されます。耐久性が高く、強力なMLPシリーズは、お客様にシンプルな設計、短い組み立て時間、速い加工速度、永い寿命をもたらします。
MSK、MELS、とMSLシリーズのゼロバックラッシ精密機器分野安全クラッチは、0.1～2,800N･mに対応しており、多くのメリットを提供します。あらかじめ設定した遮断トルクにより、安全クラッチは、ギヤ、軸、ボールねじなどの機械部品を、トルク過負荷とその後の損傷から保護することができます。この機能により、故障時の設備停止時間を大幅に短縮します。R+Wの重工業分野製品のMSTシリーズは更に大きな最大25万N･m以上のトルクに対応できる製品もご用意しております。
R+Wアプリのバーチャルカップリング
今年のEMOハノーバーもまた、R+Wの様々なカップリングをご紹介する素晴らしい舞台となるでしょう。しかし、そんなに長く待てない！という皆さまには、新しいR+Wアプリをご紹介します。バーチャルリアリティによって、お客様はこれまで以上に3次元的で双方向的かつ詳細に、さまざまなカップリングを体験することができます。製品に近づくための唯一の方法は、実際に触れることです。最新バージョンのアプリでは、安全クラッチの調整や再連結の方法などについて知ることもできます。バーチャルショールームでは、R+Wの可能性をご紹介します。R+Wは、このような革新的なアイデアによって、仮想的な方法だけでなく、実用的で大胆な方法で製品をお客様に提供しています。
白と黒で時代の流れに乗る
R+Wはこの1年で明確な差別化を図っており、ハノーバーメッセでは、白と黒に分けて展示しました。白は精密製品分野、黒は重工業分野を表しています。代表のFrank Kronmüllerは「当社の専門化戦略は、カップリング部品に対する要求がより特殊になるにつれて必然的なものでした。駆動技術における新たな用途の数は増え続けており、特殊なカップリングが必要とされています。これは、どのシリーズにおいてもかなり特殊な製品を求められていることから明らかでしょう。」と説明しています。
ハノーバーメッセで注目されていたのはエネルギー分野でした。この分野では、大規模な発電所による一方的な供給から、消費者と生産者の相互ネットワークへと、市場が大きく変化しています。消費者は生産者にもなり、その逆の場合もあるでしょう。「統合エネルギー」への傾向は、展示会でのメイントピックの1つです。バイオガスプラント、マイクロガスタービン、風力、水力による発電などにはすべて、適切なカップリングが必要です。
エネルギー分野の事例
例えば風力発電の場合、いわゆるピッチ制御システムは、ロータブレードの傾斜（ピッチ角）を測定し、監視し、制御することで、風の状態が変化にしても一貫した能力を発揮することができます。正確な位置決めには、ゼロバックラッシでメンテナンス不要のベローズ形カップリングが使用され、正確な位置決め、高い再現性、信頼性の高いトルク伝達を組み合わせています。R+Wは、MBK2シリーズを基に大型洋上風力発電所向けの特殊品を開発しました。外洋での厳しい環境条件に耐えることができるように、鋼製のハブには特殊な表面仕上げを施しており、ハブとベローズは溶接で接合されています。
カップリングはバイオガスプラントでも活躍しています。メタンがガスエンジンに送り込まれ、レシプロエンジンで発電します。このバイオガス基質は、前処理の破砕工程において、石などの固体粒子の不純物が混ざり、システムにコストのかかる損傷をもたらすことがあります。そこで、信頼性の高い保護装置として、振動減衰および衝撃吸収が可能なエラストマ形カップリング付き安全クラッチをご提案しました。例えば駆動被動間を接続するためにMELS2シリーズを実際に使用しました。さまざまなショア硬さが選択できるエラストマインサートは、あらゆるミスアライメントを許容し、用途に応じた振動や衝撃を吸収します。固形物によってツマリが生じ、結果としてトルク過負荷が生じた場合、あらかじめ設定された遮断トルクによって、カップリングは、ばねを利用したボールソケット式の機構により、数ミリ秒以内にエンジンとロータを遮断します。これにより損傷を防止し、設備停止時間を短縮します。
3つ目の例はマイクロガスタービンです。分散型発電設備で使用されることが多く、高負荷に曝されることも少なくありません。あるプロジェクトでは、小型ベローズ形カップリングが年間を通じて常に10N･m、7万r/minの速度で確実に作動する必要がありました。R+Wでは、MK 2/100を基に、特殊なベローズによって必要な安全マージンを確保し、ベアリングの損傷がない限り工程内で発生する復元力を低減する特殊な製品を開発しました。標準品の約4倍のトルク過負荷に耐え、作業者に十分な信頼性をもたらすでしょう。
自動化の精度
ハノーバーメッセで注目され続けているもう1つのトピックは自動化です。高度に自動化された工業製品の生産ラインには、ガントリーローダーや産業用ロボットなどに正確なモーションシステムが必要です。ダイナミックな多関節ロボットは、多くの生産ラインにおいてサイクルタイムの短縮に貢献しています。これには、速度、精度、加速度など、高い要求に対応するように設計された駆動部品が必要です。
R+Wは、MELシリーズのエラストマ形カップリングを、産業用ロボットなどの用途向けに開発しました。伸縮性のあるエラストマインサートは、高い柔軟性と優れた強度を同時に実現します。振動や衝撃の減衰効果を持ち、軸のミスアライメントを許容することができます。
エラストマ形カップリングの設計には多くの条件が関わります。荷重、起動、温度要因は、エラストマインサートの耐久性に影響します。インサートは、様々なショア硬さが選択できるため、振動減衰性、剛性、ミスアライメント許容において、ほぼすべての用途に対して適切な解決策が見つかるでしょう。位置決め精度が優先される場合には、ベローズ形カップリングを選択することもできます。R+Wの設計者は、適切なカップリングをおすすめできるように経験を積んでいます。
カップリング業界のインダストリー4.0
自動化と密接に関連しているデジタル化は以前から注目を集めており、無人化による自動化レベルの向上に伴い、精密な作動部品や機能的な安全対策が求められています。インダストリー4.0の時代には、カップリングは生産性を向上させる重要な役割を担い、必要な安全性を確保することができます。
Kronmüllerは「最新の自動化生産ラインでは、考え抜かれたデジタル戦略「インダストリー4.0」でも、カップリングは重要な部品として残っています。これはトルク伝達だけではなく、安全装置としての役割も担います。」と強調します。例えば、機械式安全クラッチが有利な点は、駆動系を遮断するまでの速度であり、これは、電子式あるいはセンサによる手段を大きく上回り、不具合も発生しにくいことが挙げられます。
「電子制御によって遮断する場合には、少なくとも15～17ミリ秒かかります。安全クラッチは3～5ミリ秒以内に反応するため、勝者は明らかです。さらに、センサは不具合の原因となることがあるため、意図せぬ作動停止をしないよう定期的に確認する必要があります。」1つの軸に対して必要なのは1つの安全クラッチだけで、容易に調整ができ、さまざまな取り付け方法に対応しています。「これはカップリングの大きなメリットとなるでしょう。」とKronmüllerは述べています。
R+Wはお客様の生産ラインのデジタル化をサポートしたいと考えており、常に新しい用途を探しています。同時に、標準品についてもできる限り多くの用途に対応できるよう、既存の製品ラインナップを編成し直し、拡大しました。サイズの整理と部分的な再設計により、R+Wは今後の傾向に十分対応できると考えています。
ハノーバーメッセについて
「私たちにとって、ハノーバーメッセには2つの目的があります。1つは当然、私たちの技術と製品を紹介し、新しいお客様に良い印象を持ってもらいたいと思っています。これが展示会の最重要点です。もう1つは、ここで紹介されているトレンドとイノベーションです。市場の方向性や、どのような用途に対応する必要があるかを見極める良い指標となります。展示会では、当社の製品を使用することにより改善可能な技術を体験できます。これはとても刺激的なイベントです。」—Frank Kronmüller
カップリングを、塵埃の多い環境や液体、強力な洗浄剤などと接触する可能性のある環境で使用する場合に備え、R+Wは内部部品を密閉することを可能にしました。これは同時に、カップリングからグリースが漏れないようにする機能も果たします。この設計では、全部品がハウジングに完全に内蔵され、特殊なシールが施されます。特別に開発されたOリングは、カップリング本体に装着され、大きな移動リングで覆います。この製品は、外部からのあらゆる影響から保護し、クリーンルームでも使用できます。
製品ラインナップの方針
「カップリングは繋げるのになくてはならない存在です。しかし、本当にカップリングが特別な存在であり、差別化されているところは、付加的な機能の部分です。R+Wではお客様と密に連携し、特殊な用途向けの製品を実現しています。これらの特殊品は、技術的な観点において常に一歩先を行くものであり、市場のニーズに応えるものであるため、私たちとしても高く評価しています。特殊品の開発により得られた知識は、標準シリーズに順次展開され、多くのお客様にメリットをもたらします。どちらも当社にとって重要ですので、将来的には特定のカップリングを指定する必要はありません。」—Frank Kronmüller
厳しい条件のための特殊品
ロール成形機は、平面鋼板を加工して、目的の断面形状を成形します。鋼板は、ギヤモータで駆動されるロールを通過します。R+Wの耐久性の高いカップリングにより、駆動装置とロールを接続します。
ロール成形機は、帯鋼や鋼板から断面形状を成形するのに使用します。自動車、家具、建設業、一般的なエンジニアリングなど、多くの業種でロール成形機による成形品が使用されています。代表的な製品としては、建設用足場、ガードレール、スチールラック、引き出しのスライドレールなどがあります。
他の成形方法と比べて、ロール成形は柔軟性と費用対効果が飛び抜けています。生産速度は200m/分にのぼり、特に大量生産に適しています。通常の圧延とは異なり、金属の厚さはほぼ一定に保たれます。しかしツールの配置方法は、通常の圧延にもロール成形にも共通しています。対になったロールが、工程を踏んで連続的に成形します。従来の圧延機と同様に、鋼板は回転する装置によって引き抜かれ、ロール成形機によって、必要な曲げ工程を経て、最終的な形状に加工されます。
最近ますます重要になってきていることですが、品質と工程の安定性を均一に保つためには、使用する駆動装置の信頼性と再現性が高いことが不可欠です。ドイツのカップリングメーカーR+Wは、鉄鋼業界で長年の経験があり、厳しい条件を満たす幅広い種類のカップリングをご用意しています。
ミルスタンドは設置スペースに大きく影響します
アジアにある大規模なロール成形工場では、2つの曲げ工程を有するシステムの導入が計画されていました。スタンド上のロールを、連続して接続されたギヤモータに結合するためには、それぞれの圧延機に精密カップリングが必要でした。カップリングの寸法はミルスタンドの条件に基づき、外径200 mm、全長145 mm以下である必要がありました。コンパクトなサイズにもかかわらず、2,000N･mのトルクを伝達し、十分な安全マージンも必要でした。その結果カップリングは、最大加速トルク3100N･m、最大トルク5,500N･mまで対応する必要がありました。
R+Wの技術者は、これらの条件を満たす製品として、MBK8/1500ベローズ形カップリング(図1)を基に特別な設計により、必要な特性をすべて備えたカップリングを開発しました。この特別に設計されたステンレス製ベローズによって、カップリングの出力密度は実質的に3倍にもなりました。全長144 mm、外径190 mmのカップリングはこの用途にとって完璧な製品でした。MBK 8タイプは、ギヤと直接接続するために開発された、ゼロバックラッシの高剛性ベローズ形カップリングです。コンパクトなこのタイプは、もともとロボットギヤ向けに考案されました。これによって、駆動側と被動側を接続しながら回転方向の剛性を維持し、ミスアライメントも許容します。金属製のベローズは復元力が低く、偏心、偏角、エンドプレイを許容します。歯車との接続には、フランジを使用します。耐摩耗性が高く耐久性に優れ、高速でも確実なトルク伝達を実現します。
様々なタイプのカップリング
金属加工の分野では様々なカップリングが使用されています。ある案件では、重工業分野安全クラッチMST 1の特殊品が選定されました。その時の条件は、偏心、偏角、エンドプレイを許容しながら、トルク過負荷が発生した際、確実に1,500N･mに制限可能な、コンパクトで、回転方向への剛性が高い安全クラッチでした。ミルスタンドで使用されるカップリングは、ギヤシャフトに接続するため、取り付けが容易なクランプハブを使用する必要がありました。さらに安全クラッチは、状況に応じて設定トルクが調整可能である必要がありました。
MST 1/5は、モジュール設計によって、条件を満たす理想的な製品となりました。これらは標準で1軸用に設計されていま すが、ミスアライメントを許容する追加の部品と容易に組み合わせることもできます。インテリジェントモジュール設計では、クランプハブと締結するベローズ形カップリングを、今回の案件ではフランジ取り付けにすることができます(図2)。これにより、歯車と直接締結することが可能となり、ベローズによってミスアライメントの許容もできるようになりました。呼びトルク5kN･mは、1,200～4,000N･mの範囲での使用が可能で、要求された遮断トルク1,500N･mを容易に実現できました。この調整機能は次に紹介する案件でも、理想的な製品が見つかることにつながりました。
MSTシリーズは安全機能がメリットで、重工業分野の用途として高い需要があります。耐久性の高い安全クラッチは、不具合が発生した場合にコストのかかる損傷から駆動系を保護し、また潜在的な設備停止時間を最小限に抑えます。MSTシリーズはそのほかすべてのR+W安全クラッチと同様に、ばねを使用したボールソケット式で、それぞれの安全クラッチが伝達可能なトルクは、トルクモジュールの数とピッチ円直径によって決まります。トルク過負荷が発生すると、トルクモジュール内で予圧を与えられたクラッチボールがソケットから軸方向に移動し、ミリ秒以内に駆動側と被動側の動力が完全に遮断されます。プランジャに軸方向の力を加えると、安全クラッチは簡単に再連結します。あらかじめ設定された遮断トルク値は、必要に応じて簡単に調整可能です。
MSTシリーズの安全クラッチは、条件に応じてカスタマイズが可能です。シリーズやタイプによって、例えばキー、テーパーロック、フランジ(図3)、などの締結方法があり、標準で最大25万N･mの1軸または2軸で使用可能な、回転方向の剛性が高い製品や、振動減衰性のある製品もご用意しております。ご要望に応じて、さらに高いトルク範囲を実現した特殊品も対応可能です。
紹介した2つの例は、カップリングを選定し開発する際に考慮すべき条件の多さを示しています。機能、工程の信頼性、コスト効率の面で適切なカップリングをお客様に提供するためには、カップリングの業界や用途の知識はもとより、柔軟性や技術的な専門知識が重要になります。R+Wは様々な業界の設計担当者や技術者と密に協力しており、今や製品ラインナップは膨大です。歯車形カップリング、板ばね形カップリング、エラストマ形カップリングなど非常に多くのタイプの開発につながり、どのような条件にも適したカップリングが見つかるでしょう。