【トルク伝達】カップリングの種類と選定ポイント【サーボモータ用】

機械設計において、カップリングは2つの軸を接続し、動力を伝達する重要な要素です。カップリングの選定には、使用環境や機械の性能要件を考慮する必要があり、異なる種類のカップリングにはそれぞれ特性と選定ポイントがあります。ここでは、代表的な7種類のカップリングについて解説し、それらを比較した表と選定ポイントを紹介します。

カップリングの種類

リジットカップリング

特徴
- 剛性が高く、2つの軸を強固に接続する。
- ずれやゆがみがない精密な軸結合に適している。
利点
- トルク伝達効率が高い、位置ずれが許されない場合に使用。
欠点
- 軸のわずかなミスアライメントでも応力が発生し、機械に負担をかける。

オルダムカップリング

特徴
- スライド機構を備え、角度や位置のわずかなミスアライメントを吸収する。
利点
- 軸のミスアライメントに対して柔軟性が高く、軽いトルク伝達に適している。
欠点
- 高トルクには向かず、耐久性もリジットカップリングより劣る。

ディスクカップリング

特徴
- 金属ディスクを複数枚組み合わせた構造で、ミスアライメントを吸収しつつ高いトルクを伝達する。
利点
- ねじり剛性が高く、トルク伝達効率が優れている。
欠点
- ミスアライメントの吸収能力はオルダムカップリングより劣る。

ジョーカップリング

特徴
- 軸間に弾性体を挟んだ構造で、ミスアライメント吸収とショック吸収に優れる。
利点
- 柔軟性が高く、衝撃や振動を抑制する。
欠点
- 弾性体の摩耗が早く、定期的なメンテナンスが必要。

チェーンカップリング

特徴
- チェーンとスプロケットを使ったカップリングで、振動吸収性が高い。
利点
- 高トルクを伝達しつつ、ミスアライメントに対応可能。
欠点
- 摩耗が進みやすく、潤滑やメンテナンスが必要。

スリットカップリング

特徴
- 一体構造の金属にスリットを設けて柔軟性を持たせた設計。
- 小型精密機器で使われることが多い。
利点
- 精密な回転軸の結合に適し、位置ずれを最小限に抑える。
欠点
- 高トルクの伝達には向いておらず、柔軟性も他の種類に比べて低い。

ユニバーサルジョイント

特徴
- 2軸の角度の変化に対応でき、斜めに配置された軸同士をつなぐ。
利点
- 角度のある接続で高トルクを伝達でき、可動域が広い。
欠点
- 速度の変動が発生しやすく、速度一定の伝達が求められる用途には不向き。

カップリングの比較表

種類	ミスアライメント対応	トルク伝達	位置決め精度	使用例
リジットカップリング	低い	高い	高い	高精度な軸結合
オルダムカップリング	高い	中程度	低い	軽トルクでの軸結合
ディスクカップリング	中程度	中程度	高い	精密機器やサーボモーター
ジョーカップリング	高い	高い	低い	衝撃や振動が多い環境
チェーンカップリング	中程度	高い	低い	高トルク伝達が必要な機械
スリットカップリング	中程度	中程度	高い	小型精密機器
ユニバーサルジョイント	高い	低い	低い	角度のあるシャフト接続

カップリング選定ポイント

カップリングを選定する際には、以下のポイントを考慮することが重要です。

ミスアライメント対応

軸同士の位置や角度の誤差に対して、どの程度対応できるかを確認します。
リジットカップリングはミスアライメントを許容しませんが、オルダムやジョーカップリングは対応力が高いです。

【トルク伝達】カップリングの種類と選定ポイント【サーボモータ用】

カップリングは、軸のミスアライメント、トルク伝達、振動吸収の要素を考慮して選定されます。それぞれの種類に特有の特性があり、用途に応じて最適なものを選ぶことが、機械の長寿命化や効率的な動作に繋がります。

トルク伝達能力

使用する装置のトルク負荷に応じた選定が必要です。
高トルクを伝達する場合は、ディスクカップリングやチェーンカップリングが適しています。

【力学】トルクの基本と応用【モーメント】

トルクは、機械設計における回転運動全般に深く関わり、その理解は設計者にとって不可欠です。トルクを適切に評価し、制御することで、より安全で効率的な機械システムを実現できます。設計においてトルクの役割を正しく理解することで、設計の精密さと質をさらに高めることができるでしょう。

衝撃・振動の吸収

動作中の衝撃や振動を吸収できるカップリングは、機械の耐久性を向上させます。
ジョーカップリングやオルダムカップリングは、衝撃吸収性が高く、柔軟性があるため衝撃が多い環境で有利です。

取り付け環境やスペース

設置スペースや取り付けのしやすさも選定の際に考慮します。
ユニバーサルジョイントは角度のある軸でも対応でき、狭い場所でも設置可能です。

メンテナンス性

摩耗しやすいカップリングには、定期的なメンテナンスが必要です。
例えば、チェーンカップリングは潤滑が必要であり、メンテナンスの頻度を考慮して選定する必要があります。

サーボモータ対応のカップリングについて

サーボモータは、高精度な位置決めや速度制御が求められる機械装置において、極めて重要な役割を果たします。その動力を効率的かつ正確に伝達するために欠かせないのが「カップリング」です。

本項では、サーボモータに対応したカップリングの種類や特性、選定ポイントについて詳しく解説します。

サーボモータ対応カップリングの重要性

サーボモータは、高速回転や急加減速、頻繁な回転方向の切り替えが行われるため、以下のような課題が発生します。

高いトルク伝達精度
- サーボモータの動作は精密な制御を必要とするため、バックラッシュ（隙間による遅れ）を最小限に抑える必要があります。
剛性と柔軟性のバランス
- 過度な剛性は振動や共振を引き起こす可能性があり、適切な柔軟性が求められます。
ミスアライメント（偏心や角度のズレ）への対応
- 実際の装置では、モータと負荷軸の間に若干のズレが生じることがあります。
- そのズレを吸収しつつ、効率的に動力を伝達する能力が求められます。
耐久性とメンテナンス性
- 長時間の使用でも性能を維持することが求められます。

サーボモータ対応カップリングの種類と特徴

以下は、サーボモータ対応のカップリングの代表的な種類とその特徴です。

ジョーカップリング

特徴
- ステンレス鋼製の膜片を使用し、ねじれ剛性が高く、バックラッシュがゼロ。
- 高精度な動力伝達に適しています。
メリット
- 軽量でありながら耐久性が高い。
- 高回転速度や高トルクの用途に最適。
デメリット
- 過度なミスアライメントには対応しにくい。

高減衰カップリング

特徴
- 弾性体に減衰材を組み合わせることで、振動や共振を効果的に吸収する。
- サーボモーターなどの高応答駆動系に適しており、残留振動を素早く抑えるのに向いている。
メリット
- 位置決め精度が向上し、タクトタイムを短縮できる。
- 高速搬送装置や長尺アクチュエータのように振動が問題になる機構でも安定した動作を実現。
- 制御ゲインを高められるため、生産性や品質の向上に貢献する。
デメリット
- 内部に減衰材を含むため、リジットカップリングに比べてわずかにねじり剛性が低下する。
- 高トルクを伝達する用途では、製品の許容トルク範囲を確認して選定する必要がある。