住友重機械

技報
211

Sep.2023
No.211ISSN 0387-1304

Sumitomo
Heavy Industries
Technical Review

パワートランスミッション・コントロール特集
Printed in Japan

Special Issue for Power Transmission & Controls

住友重機械技報 211
No.

巻頭言

2023

「PTC 特集号」に寄せて

荒木達朗

パワートランスミッション・コントロール特集
論文・報告 大型歯車の熱処理ひずみ課題克服

今村哲平，赤塚寛之

1減速機全体構造を考慮した歯車表面の接触応力解析および最適設計手法の開発

門井幸太

7

円周溝を有する部品の自動寸法検査装置開発

川島 剛

11

持田将身

15

Sebastian MARKERT

17

長尾祐樹

19

技 術 解 説 高速歯車装置の軸受・軸振動解析プログラムの再構築
次世代ロボットの創出を加速するアクチュエータパッケージ TUAKAAGV 用駆動ユニット smartris の開発

新製品紹介 精密制御用サイクロ減速機 DA シリーズ 小型枠番追加
ベベル・バディボックス減速機 H シリーズ IE５モータ直結タイプ

2223

Sumitomo Heavy Industries
Technical Review

No.

Message for "Special Issue for PTC"

211

2023

Tatsuro ARAKI

Special Issue for Power Transmission & Controls
T / PAPERS

Deformation Problem of Large Gear Caused by Heat Treatment
Teppei IMAMURA，Hiroyuki AKATSUKA

Development of Tooth Contact Analysis and Optimal Design Method for Tooth Flank
Shape Considering Entire Structure of Reducer

7

Development of Automated Dimensional Inspection Device for Groove Diameter Machinedon Circumference

11

Reconfiguration of Analysis Program for Journal Bearing and Rotor Dynamics of High Speed
Gearbox15

Kota KADOI

Takeshi KAWASHIMA

T/INVITATIONS

Masami MOCHIDATUAKA -Actuator Packages to Accelerate Creation of Next-generation RobotsSebastian MARKERTDevelopment of smartris for AGV Drive Unit
Yuki NAGAONEW PRODUCTS

1

17
19

Expansion of Small Size in FINE CYCLO DA Series

22

Bevel BUDDYBOX H Series IE５ Motor Type23

「PTC 特集号」に寄せて

取
締役
常務執行役員荒木達朗

世界中に蔓延した新型コロナウイルスがようやく収束しようとしています。未知のウイル
スによるパンデミックは，世の中の分断を加速させ，社会や人々の在り方を大きく変化させました。この変化には環境，社会，ガバナンス，いわゆるESGに関わる問題が絡み合っており，戦略的サステナブル投資をどう進めていくのかなど，ステークホルダーから厳しい視線が注がれています。また持続可能な社会の実現という目標に向け，企業としてどのように取り組むのか，その姿勢が問われています。
この目標達成に向け，機械メーカーである当社が注力すべき分野として「環境」「エネルギー」「自動化」が挙げられます。たとえば，動力源としてのモータ，制御，変減速機
は，社会生活のあらゆる場面を支え動かしているわけですが，年々増加する世界の省エネル
ギー需要に対して，高効率なモータを開発し，そこに最適な回転数に制御するインバータを加えて電機制御製品の開発も進めていくことで，我々は持続可能な社会の実現に貢献しようとしています。
高齢化社会が進むなかで，労働人口の減少を背景にした省人化の要求は避けて通れない課題です。自動化や協働ロボットの導入に向けたアクチュエータや，AMRといった自律移動ロボットもサステナブルな社会の実現に貢献できる製品です。重労働や危険を伴う作業，また単調な作業から働く人を解放することで職場の環境が改善されれば，一人ひとりのウェ
ルビーイングな暮らしにつながります。本特集ではアクチュエータTUAKAやAGV/AMR用
ドライブソリューションsmartrisの技術に触れながら，社会課題の解決に向けた具体的な製品についてご紹介いたします。
また，メーカーとして製品を社会へ届けるに当たり前提となるのは，高品質な製品を安定して生産し続ける技術力です。本特集では，大型歯車の熱処理における歪み問題を取り上げ，その解析結果と課題の克服事例をご紹介いたします。さらに，耐久試験で損傷した歯車の事例をもとに，減速機構造全体を考慮した歯当たり解析から原因を推定し，損傷防止設計を提案いたします。
本特集号の内容が少しでも皆様のお役に立つことができれば幸甚です。
※「TUAKA」および「smartris」は，住友重機械工業株式会社の登録商標です。

パワートランスミッション・コントロール特集 論文・報告

大型歯車の熱処理ひずみ課題克服

大型歯車の熱処理ひずみ課題克服
Deformation Problem of Large Gear Caused by Heat Treatment
●今

村

哲

平＊

Teppei IMAMURA

赤

塚

寛

之＊＊

Hiroyuki AKATSUKA

ヤマバ大歯車

高速用減速機High speed gearbox

浸炭焼入れでは，一般的に処理前後の浸炭箇所（主に歯部）の想定外な寸法変化が問題となる。歯車を製作する場合，仕上げ代（浸炭焼入れ後の仕上げ加工による取り代）を見積もるため，特に歯先径の寸法変化を正確に予測したうえで製作に臨むことが重要である。しかし，当社ではその事前予測については従来より社外熱処理メーカーに依存していたので，稀に予測が外れてしまった
ときには，原因究明が困難であった。重要工程でありな
がら，自社で寸法変化の予測ができないことは問題であり，その解決が第１の課題であった。その後，浸炭焼入れ前後の歯先径変化率データを約３年間蓄積し，等価直径の指標を適用した結果，歯先径変化率と等価直径の間に一定の相関関係を見出すことができた。これにより自社での寸法変化の予測手段を確立した。しかし，この手段により予測される寸法変化率のばらつきは大きかった。
そこで，予測精度をさらに向上させるべく，ばらつきそのものを低減させることが第２の課題となった。第２の課題の解決を目的として，ばらつきの要因を調査し熱処
理シミュレーション，要素試験によるメカニズム検証および熱処理メーカーでの各種試験などを重ねた。その結果，浸炭空冷再加熱焼入れ方式における空冷プロセスのCarburizing and quenching of gears may lead to
unexpected dimensional changes, and it is important
to be able to accurately predict these changes
prior to manufacturing in order to estimate thefinishing allowance. Without the capability to predict
dimensional changes in-house, we have mostly
relied on heat-treating companies to predict thedimensional changes. Occasionally, however, theactual deformation results differed from the prediction,and the need for a more accurate prediction method
was recognized. After three years of collecting inhouse data on tooth tip diameter changes in gears
before and after carburizing and quenching processes,
and applying the equivalent diameter index, we wereable to establish a correlation between the tooth tip
diameter changes and the equivalent diameter. This
provided the basis for predicting the dimensionalchanges in-house. However, the actual deviationfrom the predicted the dimensional changes with thecurrent method was large and needed to be minimized
to further improve the prediction accuracy. In thispaper, we investigated the factors influencing thedeviation, verified the deviation mechanism by heat
treatment simulations. By optimizing the intermediate
air cooling process prior to quenching, a reductionin the deviation of the dimensional changes wasachieved, leading to a further improvement in thedimensional change prediction accuracy.

再加熱開始温度の適正化によりばらつきの低減を達成し ，
寸法変化の予測精度のさらなる向上につなげることができたので紹介する。

1＊ PTC事業部＊＊技術本部

住友重機械技報 No.211 2023

論文・報告浸炭空冷再加熱入れ方式
ヒートパターン

浸炭直接焼入れ方式
プロセス

②
①

③

HC

大型歯車の熱処理ひずみ課題克服

1. 昇

温

2. 浸

炭

3. 空

冷

ヒートパターン

プロセス

②
①

③

⑤
HQ

再加熱開始

O.Q

温

2. 浸

炭

3. 焼入れ
（油冷）

HCHQ

A.C

④

1. 昇

O.Q

4. 再加熱5. 焼入れ
（油冷）

④

4. 昇

⑤

温

5. 焼戻し

⑥

⑦
A.C

図１

１

6. 昇

A.C

温

7. 焼戻し浸炭焼入れ処理方式およびそれぞれのプロセス
Carburizing and quenching treatment methods and their respective processes

まえがき

２

歯先径変化率の予測手法

高速増減速機は，ほかの産業用の増減速機と異なり高減速

2013年から，データによる歯先径変化率の予測手段を確立

比設計である。このことから，大歯車の歯のモジュールは小することを目的としてデータ蓄積を開始した。約１年間，デさく，歯数が多い設計となっており，全般的に小モジュールータを蓄積した後に分析を行ったが，寸法変化に影響するとで大型径である。同じ歯先径でモジュールが異なる浸炭歯車

考えられる因子が多く，製作されるヤマバ大歯車形状も一品同士で比較した場合，浸炭焼入れ後の歯先径の寸法変化量が一様であることから，蓄積したデータに対して重回帰分析を同じであっても，小モジュールである方が歯型が受ける寸法

繰り返しても寄与率の高い相関関係は得られなかった。ただ変化の影響度は大きい。つまり，高速増減速機用の小モジュ「質量効果の影響を受けていそうである」というおおまかなールの大歯車の場合，もし寸法変化の予測外れが起きてしま

傾向は見えていたことから，データの蓄積を継続しつつ一品ったときには，歯先径は最終寸法までの仕上げ代により仕上

一様の歯車の形状および寸法を規格化する方法がないか調査

げることができたとしても，歯面および歯底はその寸法変化を進めるなかで，2016年頃にイギリスの規格BSI 5046：

量によっては正規歯型に仕上がらなくなるリスクが高いこと

March1974に等価直径という指標があることを確認した。歯を意味している。また，仕上げ代過多により歯面，歯元，歯車は，その歯先径，内径，厚みの寸法から表面積および重量

底などの研削仕上げ後に必要とされる浸炭深さが不足してしを算出することができる。等価直径は，これらの算出値を直まうというリスクもある。これらのリスク回避にはその寸法径換算した指標である。歯先径変化率の蓄積データへ等価直変化を精度良く予測して適切な仕上げ代をあらかじめ見積径を適用することにより，歯先径変化率と等価直径の間に相もる必要がある。

関関係を見出すことができた。

そこで当社がまず取り組んだのは，高速増減速機用歯車のなかで製作機会の多いヤマバ大歯車を対象に，自社による寸法変化の予測手段を確立することである。なお，歯車の寸法変化としては，主に歯先径，マタギ歯厚，歯底径などを考慮する必要があるが，歯先径の寸法変化率によりマタギ歯厚や歯底径の寸法変化率を計算で類推できることもあり，この取組みでは歯先径変化率のみを寸法変化の指標として扱った。
本報における歯先径変化率は，浸炭焼入れ後に同一箇所で測定した歯先径の寸法差を，処理前の歯先径で除した値を指す。

次の①～⑥のステップにより，自社での歯先径変化率の予測が可能となった。
① 製作する歯車に用いる鋼材のミルシートの確認
化学成分，結晶粒度より理想臨界直径を算出する。
② 処理する熱処理メーカーの確認
熱処理メーカーの設備能力，焼入れ能の違いを考慮する。
③ 浸炭焼入れ処理方式の確認
浸炭空冷再加熱焼入れ方式（図１左），浸炭直接焼入れ方式（図１右）の２種のうちどちらの方式で処理されるか
住友重機械技報 No.211 20232

論文・報告

蓄積データ
（層別前）

0.2
0.1
0
−0.1
0

100

200

300

蓄積データ（層別後）0.3
歯先径寸法変化率（％）

歯先径寸法変化率
（％）

0.3

400

0.2

回帰
95 ％信頼区間
95 ％予測区間

例：製作する歯車の等価直径が 250 の場合0.1予測される最大値0

ばらつき予測される最小値

−0.1
0

500

大型歯車の熱処理ひずみ課題克服

100

200 250 300

等価直径
（mm）

400

500

等価直径(mm)
95 ％信頼区間にて予測される寸法変化率はおよそ−0.06〜＋0.08 ％図２

図３

歯先径寸法変化率と等価直径の関係
Relationship between dimensional changes of tooth tip diameter and equivalent diameter

浸炭炉から取出し直後

再加熱開始直前（放射温度計で 300 ℃を確認）

治具に試験片を乗せて試験

治具は再加熱直前まで赤熱

空冷プロセス中の試験片および治具の様子
Specimen and fixture during air cooling processを確認する。
④ ①～③の手順により，歯先径変化率の蓄積データを層別⑤ BSI 5046：March1974の記載内容に従って，製作する歯車の等価直径を算出⑥ 層別された歯先径変化率の蓄積データを等価直径と照合3される寸法変化率の大きさに応じた仕上げ代を必要とし，併せて浸炭深さも仕上げ代分多く付して処理しておく必要があ
り，品質の確保のためとはいえ，製作上のムダも抱えることになっていた。このことから歯先径変化率のばらつき低減が次の課題となった。

３

歯先径変化率のばらつき低減の実施内容

図２に，ヤマバ大歯車の歯先径変化率と等価直径の関係のヤマバ大歯車の浸炭焼入れ処理方式としては，結晶粒度粗一例を示す。なお，ここでは蓄積データを層別する過程につ大化リスクを低減させることを目的として，主に浸炭空冷再いては省略する。浸炭焼入れしようとする歯車について，過加熱焼入れ方式が採用されている。この方式のプロセスのな

去に浸炭焼入れされた複数の同等形状歯車における歯先径寸

かで歯先径変化率のばらつき発生の要因を探るべく，各種検法変化率のデータとの照合を可能にすることで，浸炭焼入れ証を実施した。

後の歯先径変化率を推定することが可能となった。ひとまず

3.1

変形メカニズム

第１の課題であった自社での寸法変化率の予測はできるよう熱処理による寸法変化が生じる原因として，熱膨張・熱収なったが，予測結果として示される複数の歯先径変化率の縮で生じる熱ひずみと相変態で生じる変態ひずみの影響が挙データのうち，最小値と最大値の差は発生しうる寸法変化のげられる。これらのひずみは直接的に寸法変化に影響を及ぼ

ばらつきを表しており，その値の大きさは予測精度が高くなす。一方でひずみの分布により熱応力と変態応力が発生する

いことを示すものであった。あらかじめ浸炭焼入れ後の寸法と，さらなるひずみが生じる。こうした現象は温度が変化す

変化率のばらつきを大きく想定して製作に臨むことは，想定ることで生じることから，対象とするワークの温度管理が重
住友重機械技報 No.211 2023

論文・報告50

大型歯車の熱処理ひずみ課題克服

空冷を想定した熱伝達条件を付与（冷却面として設定）

40

空冷プロセス後3050

下端からの距離（mm）

焼入れプロセス後20100

変寸形状イメージ
0

0.05

0.1

0.15

0.2

50
軸対称モデル0.25

浸炭による炭素流入条件を付与（浸炭面として設定）

外径変化率
（％）

図４

焼入れプロセス後および空冷プロセス後の試験片の外径寸法変化率
Dimensional changes of specimens after quenching and air coolingprocesses

コンター：Perlite 相分率

図５

解析のモデル化方法および空冷プロセス後の寸法変化予測結果
Model for numerical analysis and results of predicting dimensionalchanges after air cooling process

要となる。

差があることが推測される。図４に，ヤマバ大歯車と同様の3.2 ヤマバ大歯車の浸炭焼入れプロセス

浸炭空冷再加熱焼入れ方式で処理した円柱試験片（φ100×

ヤマバ大歯車の製作において同一形状品を複数個製作するL50）の外径寸法測定結果から算出した外径変化率を示す。

ことがあり，歯先径が１mを超えるような大型サイズの場合

グラフは浸炭空冷再加熱焼入れにおける焼入れプロセス後おは処理ロットを分けて浸炭焼入れされる。そのとき処理ロッ

よび空冷プロセス後の結果である。この結果から，焼入れプ

ト間で歯先径変化率のばらつきが大きい場合がある。寸法変

ロセス後の方が外径変化率は大きいことが分かる。一方で軸化のばらつきへの対策を検討する場合，特に熱処理ロット間方向に対する寸法変化の傾向はどちらも同様であり，上端面の冷却速度差に着目する必要がある。これは熱ひずみ，変態近傍の外径よりも下端面近傍の方がより膨張した形状となっひずみ，熱応力，変態応力の大きさや生じるタイミングが冷ている。焼入れ後の寸法変化の傾向が空冷プロセス後と同様

却速度の影響を受けることによる。浸炭空冷再加熱焼入れ方であることから，空冷プロセス後，つまり再加熱開始時の外式においては冷却速度の管理が難しいプロセスとして浸炭後径寸法は浸炭空冷再加熱焼入れの最終外径寸法に影響を及ぼの空冷および焼入れ中の油冷が挙げられるが，我々は歯先径しているものと考えられる。空冷プロセスを含まない浸炭直変化率のばらつき低減を狙うに当たり，浸炭後の空冷プロセ

接焼入れにおいても同様の試験を行ったが，浸炭焼入れ後にスに注目した。空冷プロセスを含まない浸炭直接焼入れ方式

このような変化は認められなかった。したがって，外径寸法による寸法変化率データと比較すると，浸炭空冷再加熱焼入の変化は空冷プロセスを経ることで生じているものと考えら

れ方式のばらつきの方が明らかに大きいことがその理由であれる。

る。空冷プロセスでは，焼入れプロセスへの移行基準となる

3.4 熱処理シミュレーションによる検証

再加熱開始温度の確認を目的として，放射温度計による温度

図５に，浸炭空冷再加熱焼入れ方式における空冷までのプ

測定を適宜行う。ところが，ヤマバ大歯車の形状は一品一様

ロセスを模擬した熱処理シミュレーションソフト（FINAS/

で，歯車各部位の温度履歴は歯車形状ごとに一様ではないこ⑴
によるモデル化方法および解析結果をSTAR TPS Edition）とから，歯車のどの部位で再加熱開始温度を決定すべきか判示す。モデルは軸対称とし，熱伝達条件（熱伝達率）
は空冷の断が難しい。また，生産性の観点から，重量の大きい歯車全冷却曲線から算出したものを上端面および側面に与えた⑵。

体の温度を外気温に下げきる前に再加熱したいので，歯車内下端面には熱伝達率を与えず，接する治具の熱影響により冷に温度勾配がある状態で焼入れプロセスへ移行される。こう却されにくい空冷プロセスの状況を簡易的に再現した。また，した状況から冷却速度の管理が難しく，これが理由でヤマバ

上下端面は実際のプロセスを模擬し，ヤマバ大歯車の浸炭処

大歯車の歯先径変化率のばらつきが大きくなっているものと理時と同様に試験片には防炭剤を塗布しており，解析でも上考えた。

下端面からの炭素流入はないものとした。これらの条件下で

3.3 空冷プロセスにおける寸法変化メカニズム解析した結果，実験結果と同様の寸法変化が示された。解析

簡易的な実験で浸炭空冷再加熱焼入れ方式における空冷プ

結果の外径寸法において，上端面近傍と下端面近傍に膨張量

ロセスの寸法変化メカニズムを検証した結果を説明する。図の差が認められるが，この差は熱伝達率の与え方からも明ら

３に，空冷プロセス中の試験片の様子を示す。試験片を積載

かなように，試験片内の冷却速度差に起因しているものと考した治具を炉から搬出した直後の赤熱した状態（左）と，試験えられる。

片温度が300 ℃に下がった状態（右）である。試験片の側面温

熱処理シミュレーション結果から，冷却速度差が寸法変化

度が300 ℃に下がったことを確認した後に再加熱されるが，に及ぼす影響を分析した。図６に，空冷プロセス途中の温度

治具の一部の温度が下がっておらず，治具と接している試験

分布および各相の相分率の解析結果を示す。この結果から，片の下端面近傍と外気にさらされている上端面近傍では温度冷却速度差により試験片内の温度および相分率に分布が認め住友重機械技報 No.211 20234

論文・報告温度分布
空冷プロセス開始から100 秒後

図６

5

Perlite 相分率
空冷プロセス開始から300 秒後

大型歯車の熱処理ひずみ課題克服

Martensite 相分率
空冷プロセス開始から1 200 秒後

熱処理シミュレーションによる解析結果
Results of heat treatment simulation

られ，熱応力と変態応力が発生することで寸法変化が生じて開始温度の選定が必要であると考えられる。具体的には，再いる。なお，相分率においてマルテンサイト変態が最表面よ

加熱開始温度を浸炭層で考え得るマルテンサイト変態開始点

りも内部に生じるのは，浸炭による炭素濃度分布により深さ以下とし，マルテンサイト変態の開始を促すよう検討した。

方向に相変態挙動の差があること，そして空冷による深さ方

空冷プロセスにおける歯車温度の下限は外気温であり，理向の冷却速度差があることに起因している。ヤマバ大歯車に想としては歯車全体の温度を均一に外気温まで下げた後，焼おいても，治具や歯車形状の影響により温度および相分率の入れプロセスに移行したい。しかし，3.2で述べたように，分布が生じているものと推察され，比較的冷却速度の遅い空生産性を考慮すると歯車温度を外気温まで下げる前に再加熱

冷プロセスにおいても，熱応力と変態応力による寸法変化がを開始することが望ましい。したがって，本取組みでは，再生じているものと考えられる。また，実験結果と同様に空冷

加熱開始温度と歯先径変化率の関係を調査し，生産性を考慮

プロセス後の外径寸法が次プロセスである焼入れプロセス後したうえで再加熱開始温度の適正化を試みた。検証は，再加の外径寸法に影響を及ぼしているものと推察される。一方で ，熱開始温度３水準（現状の再加熱開始温度である300 ℃，下限

ヤマバ大歯車の歯先径変化率のばらつき低減においては，前である外気温（約20 ℃），その中間であり浸炭層のマルテンサ

述した空冷プロセス後の再加熱温度と相分率の温度分布によに対するヤイト変態開始点よりも低いと推察される150 ℃⑶ ）る寸法変化率を熱処理ロット間でそろえるといった対策が必

マバ大歯車の浸炭空冷再加熱焼入れ前後の歯先径変化率のば要となる。

らつきを評価した。300 ℃のデータに関しては，これまでの3.5 空冷プロセスの再加熱開始温度の最適化

生産データ40件を引用した。150 ℃および外気温のデータに

浸炭空冷再加熱焼入れ方式における再過熱開始温度の最適

関しては，それぞれ５件ずつ試験を実施しデータを取得した 。

化に関する取組みでは，ヤマバ大歯車が一品一様で形状を統

なお，本検証では，生産プロセス同様に，いずれかの歯部の一できないこと，また，現場での厳密な冷却速度の管理が困

表面温度が再加熱開始温度まで下がった時点で次プロセスへ難であることを制約条件に，再加熱開始温度の低温化を対策移行したので，再加熱開始温度を外気温とした結果についてとして挙げ，検証を試みた。再加熱開始温度低温化の狙いとは歯車全体が外気温となっているわけではない。

して，再加熱開始時の歯車内の温度勾配を小さくすることと

図７に，再加熱開始温度に対する歯先径変化率をボックス

相変態を進行させることが挙げられる。これにより，熱ひず

プロットで示す。現状の仕様である再加熱開始温度の300 ℃

みおよび変態ひずみの発生による寸法変化過程の複雑な現象に対して，150 ℃および外気温では歯先径変化率ばらつきがを，ある程度収束させた状態で次プロセスである焼入れに移1/3以下に低減されることを確認した。また，この結果から行できる。つまり，空冷プロセスから焼入れプロセスへ移行

再加熱開始温度が低いほど歯先径変化率の平均値が大きいこする再加熱開始時の寸法変化率をある程度そろえることが可とが分かる。マルテンサイト変態は温度低下とともに進行す能となる。

ることから，これは各再加熱開始温度によるマルテンサイト

また，寸法変化に大きな影響を与えるマルテンサイト変態

変態率の差を反映しているという可能性がある。また，空冷の観点からも再加熱開始温度を選定する必要があると考える。

プロセス中の歯車温度に対する歯車内の温度勾配を調査し現状では再加熱開始温度は300 ℃が基準となっており，このた。図８に，歯車温度300 ℃および150 ℃のときの歯車内温

温度は浸炭層のマルテンサイト変態開始点に相当する。ヤマ

度測定結果をボックスプロットで示す。本データはヤマバ大

バ大歯車の歯のモジュールは比較的小さく，マルテンサイト

歯車２個に対して，各温度でそれぞれ12カ所を測定した結果変態が多少生じるとした場合，マルテンサイト変態の有無でである。測定箇所は歯部である。このデータから歯車温度に変態ひずみ，ひいては変態応力に大きな差が生じる。したがより歯車内の温度勾配の差が認められ，150 ℃の方が温度勾って，浸炭層のマルテンサイト変態開始点を考慮した再加熱

配は小さいことが確認された。
住友重機械技報 No.211 2023

ワーク内の温度差（最高温度からの差）
（℃）

論文・報告

0.15

歯先径変化率
（％）

0.10

0.05

0

−0.05
300 ℃

図７

150 ℃
再加熱開始温度

30
25
20
15
10
5
0
300 ℃

室温

歯先径変化率に及ぼす再加熱開始温度の影響
Effect of reheat start temperature on dimensional changes of
tooth tip diameter

大型歯車の熱処理ひずみ課題克服

150 ℃
再加熱開始温度

図８

これらの結果から，浸炭空冷再加熱焼入れされるヤマバ大

空冷プロセス中の歯車内の温度ばらつき
Temperature variation in gears during air cooling process

つなげることができた。

歯車に対して，歯車内の温度および相変態の分布の観点から，（5）今後は，空冷プロセスの新たな再加熱開始温度管理基

再加熱開始温度を150 ℃以下にすることで歯先径変化率ばら

準による運用や，運用後のデータの再構築と予測式の再つきの低減が図れると結論付けた。再加熱開始温度を150 ℃計算を行い，さらなる寸法変化率の予測精度向上につなに限定すれば，さらに歯先径変化率のばらつき低減が図れる

げていく所存である。

が，150 ℃以下でも十分な生産性改善が見込まれることが示され，現場での温度管理状況や作業効率も考慮して再加熱開（参考文献）

始温度に範囲を設けることとした。なお，本報では紹介しな(1)

かったが，歯先径変化率のばらつきの因子として，焼入れ時のワーク姿勢や治具による油流れの影響も挙げられる。この影響については，寸法変化率の平均値問題として扱い，本取組みでも利用した熱処理シミュレーションを活用し，寸法変化メカニズムを分析中である。

４

むすび

本報では，蓄積した歯先径変化率のデータに等価直径の指渡 邊 陽 一, 熱 処 理 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 利 用 の 現 状 と 将 来 動 向,

SOKEIZAI, Vol.55, No2 (2014), p.42-49.
(2)

赤塚寛之, 筑後了治, 奈良崎道治, 浸炭したジョミ二試験片を用いた浸炭焼入れ品の硬さ予測データ取得方法, 熱処理, 58巻, 2004号,(2018), p.164-168.
(3)

牧正志, 鉄鋼の相変態 マルテンサイト変態編Ⅰ, まてりあ, 第 54 巻 ,第11号 (2015), p.557-563.

※「FINAS」は，伊藤忠テクノソリューションズ株式会社の登録商標または商標です。

標を適用することにより，自社で確立した浸炭焼入れ後の寸法変化率の予測手段について解説した。また，浸炭空冷再加
熱焼入れ方式における空冷プロセスの再加熱開始温度の適正化により歯先径変化率のばらつき低減を実現したことで，寸法変化のさらなる予測精度向上を実現した事例をそれぞれ紹介した。
（1）これまでに蓄積した歯先径変化率データに等価直径を適用し，相関関係を確認した。このことにより，自社で歯先径変化率の予測ができるようになった。
（2）歯先径変化率が予測できたことにより，自社でマタギ
歯厚，歯底径など含めた寸法変化率を予測することも可能になった。
（3）浸炭空冷再加熱焼入れ方式の熱処理プロセスにおいて各種実験を重ね，浸炭空冷再加熱開始温度管理の適正化
による浸炭焼入れ後の歯先径変化率のばらつき低減効果を確認した。
（4）歯先径寸法変化率のばらつき低減により，歯先径寸法
変化率と等価直径の相関関係の寄与率が高くなる方に作用し，その結果，さらなる寸法変化率の予測精度向上に
住友重機械技報 No.211 2023

6

パワートランスミッション・コントロール特集 論文・報告

減速機全体構造を考慮した歯車表面の接触応力解析および最適設計手法の開発

減速機全体構造を考慮した歯車表面の接触応力解析および最適設計手法の開発
Development of Tooth Contact Analysis and Optimal Design Method for Tooth
Flank Shape Considering Entire Structure of Reducer
●門

井

幸

Kota KADOI

太＊

歯面形状の最適化
減速部

出力部
出力軸歯車

歯当たり解析モデルおよび歯面形状の最適化
Model of tooth contact analysis and optimization of tooth flank shape

歯面間の偏差
（ミスアライメント）
は部品の隙間や加工
誤差，組立て誤差などで少なからず発生し，歯面接触応力の増大を招き，歯面損傷につながる場合もある。ミスアライメントによる接触応力の増大を防ぐには一般的に歯面修整が適用されるが，複雑な減速装置になるほど適切な修整量を決めることが難しくなる。そこで修整量の適切な設計に向け，設計の妥当性を検証する方法と歯面形状の最適設計手法が必要とされる。本開発では，まず社内耐久試験で評価された種々の隙間や加工誤差を含む
減速機を対象として，減速機構造全体を考慮した歯面接
触応力解析モデルを構築した。モデルを用いた解析による接触応力分布を試験後の歯面接触状態と比較し，よく一致することが確認された。構築された解析モデルと品質工学の２段階設計を組み合わせることで歯面形状の最適化を行い，ミスアライメントや負荷トルク条件に対して接触応力を低減できることを明らかにした。

１

7

まえがき

The misalignment between tooth flanks due to theclearance between parts, manufacturing errors orassembly errors causes an increase in tooth contact
stress, which may lead to tooth flank failure.The toothflank modification is generally applied to reducethe influence of the misalignment, but it is difficult
to design appropriate amount of the modification in
more complicated reducers. Therefore, the method of
the design validation and the optimal design methodof the tooth flank shape are needed. In this paper,
the simulation model of the tooth contact analysis
considering the entire structure of the reducer was built
for a reducer which had undergone an endurance test
in-house. The tooth contact distributions of analysis
result were confirmed to be in good agreement withthe gear tooth after the endurance test. Optimization of
the tooth flank shape was performed by combining theanalysis model of the reducer and two step design inquality engineering. The results were confirmed that the
optimization method can decrease contact stress against
misalignment and load torque condition.

歯車表面強度の評価指標には，一般的に歯面接触応力が用いられる。接触応力の評価の際には歯車諸元のほかに構成部

歯車減速機の主要な技術課題の一つとしてトルク密度（出品や運転条件，運転環境などを考慮する必要があり，特に歯力トルク/重量）の向上がある。その方策の一つとして重量の車表面ではミスアライメントが重要となる。歯面のミスアラ低減，たとえば減速機部品の小型化，減速機ケースの薄肉化

イメントは歯車を支持する部品の隙間，加工誤差，組立て誤や材料変更（鋳鉄からアルミなど）があるが，剛性低下を伴う差などが要因となって発生し，歯の片当たりや接触応力の増設計変更になる場合が多い。一方，剛性が低下することで外大を引き起こす。設計者はこれを防ぐべく，歯すじ形状の全部負荷による歯車のミスアライメントが増大し，歯車表面の部あるいは一部を曲線や直線として設計する歯面修整を行う

接触応力の増加，ひいては表面損傷につながる場合もある。

（図１）。この修整形状は，ミスアライメントによる片当たり

その未然防止のために歯車の強度設計技術にはさらなる高度が生じないように設計する必要があることから，減速機全体化が求められている。

を促えたミスアライメントに対する歯面設計が重要になる。

＊技術本部

住友重機械技報 No.211 2023

論文・報告減速機全体構造を考慮した歯車表面の接触応力解析および最適設計手法の開発

面圧：高

歯面修整

駆動モータ

減速機

ミスアライメント

歯面間の偏差（ミスアライメント）のイメージ

図１

出力軸 外歯車

ミスアライメントと歯面修整
Misalignment and tooth flank modification

歯当たり 強図２

接触応力 高内歯車

減速機全体構造を含めたシミュレーションモデル
Simulation model considering entire structureof reducer

接触応力 高

接触応力
高

接触応力
高

欠け

低

低
歯当たり 弱 / 摩耗なし

図３

歯当たりの拡大 / 摩耗発生

接触応力 低定常負荷条件における耐久試験後の歯面と解析結果の比較
Comparison between tooth flank after an endurance test andanalysis result on steady load condition

一般的に接触応力の計算はISO規格⑴やJGMA規格⑵を使用

図４

歯当たりの範囲が拡大

ピーク負荷条件における耐久試験後の歯面と解析結果の比較
Comparison between tooth flank after an endurance test andanalysis result on peak load condition

車により構成される。

する場合が多く，歯の片当たりや歯面修整による歯面荷重の社内耐久試験を定常負荷条件およびピーク負荷条件の２条件増加に対しては係数を乗じて補正するのみである。しかし減で実施したところ，図３左および図４左に示すように試験後の速機全体構造におけるミスアライメントを考慮した応力評価

出力軸外歯車において表面状態に違いが生じた。すなわち定や，歯面の詳細な接触状態（歯当たり範囲，分布荷重など）を常負荷条件では損傷が生じなかったのに対し，ピーク負荷条件

評価するには，さらに詳細な計算手法が必要となる。また，では歯先の欠けといった損傷や，歯当たりの拡大および摩耗が複雑な減速機構になるほど設計段階での歯面修整の検証や運発生した。２章では，歯面の接触応力解析をもとにピーク負荷

転条件による影響の把握は困難になり，妥当性検証は実機試条件で歯面が損傷した要因について検討した結果を述べる。

験に依存する傾向にある。さらに，運転条件や環境の変化の2.1

検討が不十分であると，原因特定が困難な損傷が発生する場
合もある。

減速機全体構造モデルの作成

作成したシミュレーションモデルは種々の部品を含む。実態に則した歯当たりを再現すべく，各部品の諸元は実寸法もこれらのことから，設計段階で利用可能な減速機全体を考しくは許容差寸法を考慮できるようにし，変形の影響が大き慮した歯面の接触応力解析手法が必要である。本開発では，

いと想定される減速機ケースなどは有限要素モデルを用いた 。

まず，歯車だけでなく軸，軸受，減速機ケースといった減速

2.2

解析結果とモデルの妥当性

機全体構造まで含めたシミュレーションモデルを構築した。

接触応力解析の入力条件および境界条件は，社内耐久試験

次に，社内耐久試験において損傷した歯車を対象として，構を模擬して設定した。解析の対象は，減速機の出力軸外歯車

築したモデルを用いた歯車表面の接触応力解析を実施し，損とその相手内歯車，減速機内部歯車とした。本報では，主に傷要因について検証した。さらに，構築したモデルに品質工

出力軸外歯車の解析について述べる。

学の手法を組み合わせることで，ミスアライメントに対して
ロバストとなる歯面形状の最適設計を実施した。

２歯車表面の接触応力解析と損傷原因の推定

シミュレーションモデルの妥当性検証のために，定常負荷条件における試験終了後の歯面写真と接触応力解析の結果を比較した（図３ カラーコンターは接触応力）。歯面写真において，鏡面のように摩耗した歯当たりが強い箇所に対し，解接触応力解析は，社内耐久試験において歯面が損傷した歯析結果も同様に接触応力が比較的高くなっている。また，歯車を対象に進めた。図２に，社内耐久試験の負荷条件を模擬

当たり範囲もおおむね一致していることが確認され，構築ししたシミュレーションモデルを示す。本モデルは減速機を駆たシミュレーションモデルは実現象の検証モデルとして妥当

動するモータ，減速機，負荷側からのトルクが作用する内歯であると考えられる。
住友重機械技報 No.211 20238

論文・報告減速機全体構造を考慮した歯車表面の接触応力解析および最適設計手法の開発

制御因子：歯面修整量

減速機モデル

出力：接触応力

入力：定常負荷条件

制御因子

誤差因子

クラウニング量

出力軸 ̲ 歯車間接合部 隙間

スロープ量

軸受内部隙間歯形修整量

歯車軸はめあい

歯元修整量

負荷トルク

誤差因子：寄与度の高い因子

図５

2.3

システムチャートおよび因子
System chart and factors

損傷要因の推定考えられるため，設計者はこれらの外乱に対してロバストな

次にピーク負荷条件での損傷要因を検討した。図４左のピ歯面形状を設計する必要がある。そこで次の手順に沿って歯ーク負荷条件での歯面写真では，歯当たりの面積が拡大し歯面形状の最適設計を実施した。

面損傷が生じている。そこで，構築したシミュレーションモ（1）ミスアライメントに影響する因子の抽出と寄与度分析の実施

デルを評価検証ツールとして要因分析を行った。
歯当たりを大きく変える要因は，かみ合い部に生じるミス（2）（1）の影響因子を考慮した歯面接触応力を低減する歯面修整量の最適化

アライメントと歯車に負荷されるトルクに大別される（下図
3.1

参照）
。
歯当たりの変化

ミスアライメント

負荷トルク誤差（製造誤差, 組立て誤差）
剛性（ハウジング, シャフト）
隙間（軸受, はめあい, バック
ラッシ）
加速 / 減速時の慣性
衝撃負荷

ミスアライメントに影響する因子を特定するに当たり，減速機の軸方向と径方向の接触・拘束関係を切り分けて考え，歯当たりへの影響が大きいと考えられる部品間の隙間とはめあいを抽出した。そして，軸受内部の隙間や軸・軸受のはめ
あい公差，軸–歯車接合部の隙間，歯車かみ合いでのバック
ラッシなどが影響因子として挙げられた。
これら因子の寄与度分析は，品質工学の手法⑶に基づいて

定常負荷条件およびピーク負荷条件の試験で同一の減速機

Y（ミスアライメント）に対するX（因子）の影響を分析するこを用いて試験していることから，誤差や剛性，隙間も同一でととした。具体的には，Xについては部品の寸法許容差やはあり，ミスアライメント依存の要因による歯当たりへの影響

めあい・隙間公差から水準を定め，Yは各因子水準によっては小さいと推察される。実際，シミュレーションモデルによ生じるかみ合い歯面間のミスアライメント変化量とした。Y

る接触応力解析の結果（別途検討）
からも，ミスアライメントとXをもとに実験計画を作成し，寄与率の計算を行った。そについては影響が小さいことが確認された。

の結果，寄与率の高い因子は出力軸 –歯車間の接合部隙間，

一方，負荷トルク依存については，ピーク負荷条件では定減速機内部で使用される軸受の内部隙間，減速機内部の歯車

常負荷条件に対して最大で２倍以上の負荷トルクが作用する

軸はめあいと抽出された。

ことが想定され，その状態を模擬した条件で接触応力解析を

3.2

最適形状の計算実施した。図４右に，接触応力解析の結果を示す。定常負荷

歯面形状の最適化計算は，設計因子や誤差因子の影響に対条件を想定した解析結果（図３右）と比較し，歯当たり範囲がしてロバストで，かつ歯面接触応力を低減することを目的と歯面下部まで拡大しており，ピーク負荷条件での歯面写真として行った。計算手法として，構築したシミュレーションモ

よく一致することが確認された。これにより，ピーク負荷条

デルと品質工学における２段階設計⑶を組み合わせたものを件において定常負荷条件の２倍以上の負荷トルクが作用し，適用した。２段階設計とは，第１に歯面接触応力の解析結果

歯面下部までに至る摩耗や歯面の欠けといった損傷が発生し（出力）のばらつきを小さくし，第２に歯面接触応力を目標たと推察される。したがって歯車強度設計として，運転条件値に近づけるといった設計思想である。図５に，本計算のシの影響を考慮した歯面詳細形状の設計が必要と考えられる。

ステムチャートを示す。

３9

影響因子の寄与度分析

歯面形状の最適設計

２段階設計の対象は，入力を定常負荷条件とした静特性シ
ステムである。制御因子には歯すじ修整量としてクラウニン

2.3では，ピーク負荷条件において接触応力が上昇するこグ量およびスロープ量，歯形修整量として歯先修整量およびとを明らかにした。このことに加え，部品間の隙間や許容差

歯元修整量を採用した。誤差因子については，寄与度分析の寸法などもミスアライメントに影響し接触応力が増加すると結果から寄与度の高い因子を抽出し，N１（接触応力を低くす
住友重機械技報 No.211 2023

対象

減速機全体構造を考慮した歯車表面の接触応力解析および最適設計手法の開発

修整なし

最適化形状

歯面形状

約 22 ％低減
歯当たり範囲が拡大

歯形修整量

出力軸外歯車片側クラウニング

歯すじ修整量

論文・報告

修整なし
最適化形状
歯元修整

修整なし
最適化形状
歯幅方向

歯形修整量

歯元修整

歯先修整

修整なし
最適化形状
歯元側

図６

歯先側

歯形方向

対称クラウニング

歯すじ修整量減速機内部歯車

歯先修整

修整なし
最適化形状
歯元側

約９％低減

歯幅方向

歯形方向

歯先側

最適歯面形状による歯当たり解析結果
Result of tooth contact analysis with optimal tooth flank

る水準）
およびN２
（接触応力を高くする水準）に振り分けたも速機全体構造を含めたシミュレーションモデルを開発し，のを使用した。出力として接触応力解析における応力の最大

社内耐久試験において損傷が生じた歯車を対象に歯面の値が取得され，この最適化計算の評価指標として採用した。

接触応力解析を実施した。

２段階設定は次の手順に従って実施した。

（2）歯車表面の損傷に対してこの接触応力解析を用いることで，試験でのピーク負荷条件による影響が大きく，部（1）制御因子および誤差因子に基づく実験計画を作成し，品間の隙間などにより生じるミスアライメントの影響は出力（接触応力）を取得する。
（2）出力の SN 比および感度を計算し，各制御因子の主効
果を評価する。

小さいことを明らかにした。
（3）この接触応力解析に品質工学の手法を組み合わせることで，負荷条件およびミスアライメントに対してロバス（3）出力のロバスト性を向上させる制御因子水準を選択する（Robust Design）。

トとなる歯面形状の最適設計を実施し，ピーク負荷条件（4）ロバスト性を担保しつつ，接触応力を低減させる制御での接触応力を最大約 22 % 低減できることを明らかに

因子水準を選択する（Tuning Design）。

した。

図６に，最適化計算結果の一例として，ピーク負荷条件に（4）当社では，歯車減速機のさらなる信頼性向上に貢献すおける出力軸外歯車と減速機内部歯車での計算結果を示す。

べく，本開発で構築した歯車の接触応力解析手法および歯面修整なしの解析結果と比較し，最適歯面形状を用いるこ

歯面形状の最適設計手法をはじめとする，設計高度化にとで歯当たり範囲が拡大し，接触応力を最大約22 %低減でき向けた技術開発を引き続き行っていく。

ることが確認された。また歯面形状は，出力軸外歯車で片側クラウニングおよび歯先・歯元修整，減速機内部歯車で対称（参考文献）

クラウニングおよび歯先・歯元修整となる形状が導出され(1)た。これは，歯面が強く接触している箇所に対して逃げを設けた形状となっており，歯面修整形状として妥当であると推察される。定常負荷条件においても同様に，接触応力が低減

International Organization for Standardization，ISO Standard

6336-2: 2019 Part 2 : Calculation of surface durability (pitting) (2019).
(2)

日本歯車工業会 , JGMA 6102-02 平歯車及びはすば歯車の歯面強さ計算式 (2009).
(3)

立林和夫 , 入門 タグチメソッド , 日科技連出版社 (2004).

できることが確認された。
このように，減速機全体構造を含めたシミュレーションモ
デルと品質工学における２段階設計を組み合わせ，接触応力の低減を目的とした歯面形状の最適設計プロセスを構築した。本技術により減速機詳細設計フェーズにおける事前評
価・検討が可能となり，歯車減速機設計の信頼性向上に貢献
できると期待される。

４

むすび（1）歯車だけでなく，軸や軸受，減速機ケースといった減
住友重機械技報 No.211 2023

10

パワートランスミッション・コントロール特集 論文・報告

円周溝を有する部品の自動寸法検査装置開発

円周溝を有する部品の自動寸法検査装置開発
Development of Automated Dimensional Inspection Device for Groove Diameter Machined on Circumference
●川

島

剛＊

Takeshi KAWASHIMA

円周溝径自動寸法検査装置
Automated dimensional inspection device for groove diametermachined on circumference

精密な減速機を生産するには，高度な加工技術に加え，高精度な検査技術も重要である。一部の特殊形状の寸法検査においては，熟練技能者による属人的な測定が実施されており，今後の労働力不足に対応するには熟練者に依存する製造からの脱却が求められる。そこで当社では，熟練技能者に依存する寸法検査の一つである，円周上に加工された溝径の寸法検査装置の自動化開発に取り組んだ。まず熟練者の技能を自動測定に取り入れるべく，現行の手動測定方法を調査し，測定位置の調整に高い技能を要すことが分かった。そして，その調整を自動化するために，新たな位置決め機構を開発した。本機構を自動測定機構として採用することにより，高精度な測定を実現することができた。量産ラインに適用できるよう，開発した自動測定機構を盛り込み，使いやすさにも考慮した円周溝径の自動寸法検査装置を開発した。本装置は今後量産ラインに適用される予定である。

１

11

まえがき

To manufacture high precision gearboxes, notonly high-precision processing technology, but alsohigh accuracy inspection technology is important.
Dimensional inspection of some special shapes has
been performed by skilled workers on a personal basis,
and in order to deal with future labor shortages, itis necessary to break away from manufacturing that
depends on skilled workers. Therefore, we workedon the development of an automated dimensional
inspection device for the groove diameter machinedon the circumference, which is one of the dimensional
inspections that has relied on skilled workers. Firstof all, in order to incorporate the skills of workers into
automatic measurement, we investigated the current
manual measurement method and found that highskill is required to adjust the measurement position. In
order to automate the adjustment, we developed a newpositioning mechanism. By adopting this mechanism,
we were able to achieve highly accurate measurement.
In order to apply it to the mass production line, theautomatic inspection system equipped with thedeveloped mechanism was designed and manufactured
with ease of use. This system will be used in the mass
production line.

なる。特殊な形状を対象とした寸法検査においては，その一部で熟練者による属人的な測定手法が用いられている。特殊

精密な減速機を生産するには，高精度な加工技術が求めら

形状を検査する場合，汎用的な測定では対応しきれず，CMM

れ，また，それを管理する高精度な検査技術も同様に必要と（三次元測定機）を用いればその寸法を計測することはでき＊技術本部

住友重機械技報 No.211 2023

論文・報告円周溝を有する部品の自動寸法検査装置開発

スタイラス（球）測定力
ワーク

固定側スタイラス

動作側スタイラス

ダイヤルゲージ
動作側スタイラスと連動

円周溝径

図１

円周溝径測定の概略図
Schematic diagram of measuring groove diameter machined on
circumference

図２

手動測定装置の概略図
Schematic diagram of manual measuring device

0.025

円周溝径測定位置
測定誤差
（mm）

①Y方向
オフセット
②Z方向
オフセット
円周溝径測定位置

Y

Z

X

図３

②Z方向オフセット

0.015
0.01
0.005

X

（a）Y方向オフセット①Y方向オフセット

0.020（b）Z方向オフセットの属人的手法に依存している状態である。

0.004

0.006

0.008

0.01

オフセット量（mm）

測定誤差要因Measurement error factors

るが，測定時間や導入コストの点で見合わないことから従来

0.002

図４

オフセット量と測定誤差の関係
Relationship between offsets and measurement error

図２に，現行の手動測定装置の概要を示す。測定装置のスタイラスは，片側は固定され，もう一方は動作可能で計測方

現在，日本では少子高齢化の進行により，生産年齢人口（15

向に一定の力（測定力）
がかかるようになっている。計測値を～64歳）は1995年の8 716万人をピークとして，2050年には見ながら，適切なポジションになるようワークを手で調整・5 275万人（2021年から29.2 ％減）にまで減少すると見込まれ

計測し，すでに寸法が分かっている基準ゲージとの比較測定ており，労働力不足の深刻化が懸念されている⑴。このようで円周溝径を測定する。

な背景から，当社においても熟練技能の継承および生産性向

なお比較測定とは，基準ゲージと対象物との差から寸法を上への取組みを早急に進めていくことが必要であり，熟練技

割り出す測定方法であり，測定誤差を減らすことができる。

能に依存する寸法検査の一つである，円周上に加工された溝

たとえば，測定力による弾性変形やスタンドのたわみは，基径（円周溝径）の自動寸法検査装置開発に取り組んだ。

準ゲージ測定時と測定対象ワーク測定時で同様に生じること

事前に，円周溝径測定に必要な熟練技能を明らかにすることを目的として，測定作業に不慣れな作業者を対象に実ワーから，それぞれ打ち消し合った⑵状態で測定できる。
2.2

繰り返し精度良く測定するのに必要な熟練技能

クを用いて測定実験を行った。同一ワークを複数回測定し，手動測定による計測値のばらつきの主な原因は，繰り返し

繰返しの測定精度を確認したところ，要求される精度での測同じ位置で計測できていないことと推測される。計測ばらつ

定はできなかった。このことから，熟練技能は「繰り返し精きに起因するものは次の２点である。

度良く測定する技能」と想定され，それに必要なコツを経験①

Y方向のズレ
（最大径を測定できない）
（図３
（a））

的に習得したものと考えられる。そのコツを自動測定に取り②

Z方向のズレ（溝中心にスタイラスを落とし込めない）

入れるべく，まずは手動の測定方法を調査することによりコ

（図３
（b））

ツの正体を明らかにし，自動測定への適用方法を検討した。

それぞれの計測値への影響を確認すべく，相応の条件を設

２

手動測定の調査と熟練技能について定し，算出する。２つのスタイラスの中心間距離を円周溝径とし，その直径を100 mm，溝形状を角度π/2 rad（ 90°）のV

まず，現行の手動測定装置およびその装置を用いた測定方形状とする。①，②の円周溝径測定位置からオフセットさせ ，法を調査し，繰り返し精度良く測定するコツを明らかにした。

測定誤差を算出する。なお，①をオフセットさせるとき②は

2.1

オフセットなし，②をオフセットさせるときも同様に①はオ

技能者による手動測定概要

図１に，円周溝径の測定イメージを示す。球状のスタイラ
スを円周溝の中心へ落とし込み，その直径を測定する。測定
対象の円周溝径はミクロン単位の管理が求められる。

フセットなしとする。
図４に，オフセット量を０～0.01 mmまで変化させたときの測定誤差を示す。本算出条件において，①は無視できるほ住友重機械技報 No.211 202312

論文・報告円周溝を有する部品の自動寸法検査装置開発（A）
計測値：Ax

計測軸（B）
計測値②：Bz（Z方向相対差）
Z

Z（B）
計測値①：Bx

溝中心軸

X

傾き調整の必要性
Necessity of adjusting tilt

Rx

Rz

Z

R（反力）

Z

Z

X

2

要求精度

手動測定（不慣れな作業者） 自動測定機構

X

測定力と反力の関係
Relationship between measuring force and reaction force

図８

自動測定機構の検証試験結果
Evaluation result of automated measuring
mechanism

ど小さいエラーであることから，Y方向オフセット（位置）が0.001 mm ずれた状態とする。このとき２つのスタイラスをばらついても，計測値のばらつきは小さいことが分かる。一方，②に関してはZ方向オフセット量に対して，円周溝径の溝中心に落とし込むのに必要な傾き調整は１× 10-5rad（６×10-4°）となり，このレベルでの調整が求められる。また，自測定誤差は２倍の感度で出力される。出力度合いは溝形状に

動測定では「複数断面の測定」という要求があり，回転ステー

よるが，Z方向オフセット（位置）のばらつきが，計測値のば

ジを用いて割り出して測定することになるが，ワーク形状精

らつきとして少なからず影響することが分かる。

度やステージ精度の影響で，割出しごとに測定断面における

これより，熟練技能者が体得したコツとは，Z方向のズレを，ミクロンを超えるレベルで調整しながら測定するスキルと推測でき，この調整が円周溝径の適切な測定に必要な技術と断定した。

３

熟練技能の自動化

熟練技であるZ方向のズレ調整を自動測定に取り込むべく，測定手法を検討する。
大まかな装置仕様を次のように決め，これらをベースに検討を進める。
・ワーク交換の作業性を考慮し，ワークは固定とする（手動測定のようにワークを動かせる状態にしない）
・ワークの複数断面を測定できるよう，ワーク側に回転ス
テージを設ける
・現行の手動測定装置との互換性を考慮し，接触式変位セ
3.1

13

＋

F（測定力）

X
図７2

計測軸と溝中心軸の調整方法
Adjusting methods of measurement axis and center axis of groove

図６

標準偏差σ

図５

＝

X

溝中心軸の傾きは変化すると推測される。そのため，測定のたびに算出したレベルでの傾き調整が必要となる。
Z方向ズレをまとめると，測定断面において溝中心軸と計測軸がオフセットする場合と傾きが発生する場合であり，すなわち２つの軸が同一線上にないときに発生すると考えられる。
3.2

Z 方向ズレの調整方法検討

Z方向ズレを調整するには，溝中心軸と計測軸を同一線上に調整できればよいことが分かった。調整方法を次の２パターンで検討した（図６）。
（A）溝中心軸を基準に物理的に計測軸を調整する方法（B）溝中心の座標を取得し，同一線上になるようソフト上
で算出
（調整）
する方法
（A）
に 関しては，手動測定同様，Z方向のズレを調整し直径を測定するものである。自動測定の場合，ワークは固定とンサを使用する

するので，計測軸側で精度良くズレを調整する機構が必要と

Z 方向ズレのパターン整理なる。

2.2で述べた Z方向のズレは，溝中心軸に対して２つのス（B）は，ソフトでの対応を前提に検討したものである。装タイラス方向（計測軸）が Z 方向にオフセットした場合を想置イメージとしては真円度測定機に近い。スタイラスを１つ定したが，溝中心軸と計測軸に傾きが発生する場合でも，２にし，対向するそれぞれの溝中心のXZ座標を取得し，X方

つのスタイラスを同時に溝中心へ落とし込むことはできない

向の計測値①と，Z方向の相対差②より円周溝径を算出する。

（図５）。少なくとも，片側のスタイラスで Z方向のズレが発（B）
は，直径を直接測定できず，ステージを走査させなが生することとなり，測定誤差が生じる。このことから溝中心ら座標を取得することになるので，ステージ精度に起因する軸と計測軸の傾きも調整する必要がある。

測定誤差の発生が懸念される。測定誤差を抑えるには高精度

ここで，どの程度の傾き調整が必要かを 2.2 で設定したなステージが必要となり，コストが高くなる。一方（A）は ，ワーク形状を用いて算出する。片側のスタイラスは溝中直径を直接測定できるので，ステージ精度による測定誤差は心に落とし込めており，もう一方は溝中心から Z 方向に（B）と比べ生じにくく，高精度なステージは不要となる。今住友重機械技報 No.211 2023

論文・報告円周溝を有する部品の自動寸法検査装置開発

位置決め調整機構

タッチパネル

Z軸ステージ

接触式変位センサ
ワーク

Y軸ステージX 軸ステージ

回転ステージ
Z

Z

Y

X

図９

装置構成の概略図
Schematic diagram of device configuration

回はコストを抑えられる（A）で開発を進めた。
3.3

操作できることを意識して画面を構成した。
最後に，製作した自動寸法検査装置が要求された仕様を満計測軸調整機構の検討

機構を検討するに当たり，溝およびスタイラスの形状に着足するか確認すべく，一通りの検証試験を実施した。すべて

目し，測定時の力の釣り合いを整理した。ワークは固定とし，ての仕様に対して要求を満足することを確認し，自動寸法検

溝上に球状スタイラスが配置され，そのスタイラスから測定

査装置の開発を完了した。

力が発せられる場合を考える（図７）。
測定力による反力がスタイラスに作用し，その反力はX方５開発した自動寸法検査装置は量産ラインに組み込まれ，今向とZ方向に分けられる。スタイラスが溝斜面上にある場合，
Z方向の反力は常に溝中心方向へ働く。一方，溝中心にある
場合は，２点で接触することになり，Z方向の反力は打ち消される。スタイラスが自由に動ける状況であれば，自動で溝中心に位置決めされる関係にあることが分かる。

量産適用について後稼働する予定である。

６

むすび（1）近年問題視されている労働力の不足や熟練者の技能継この関係を利用し，２つのスタイラスを溝中心に位置決め

承に対応すべく，熟練技能者に依存する寸法検査の一つさせることで，計測軸が溝中心軸と同一線上になるよう自動である，円周溝径の自動寸法検査装置開発に取り組んだ。

で動作する機構（位置決め調整機構）を開発した。

（2）熟練者による手動測定について調査した結果，測定位置の調整に高い技能を要すことが分かった。

今回開発した機構が狙い通りの調整を行い，円周溝径を適切に測定できるか確認すべく，センサを含め，必要最低限の（3）測定位置の調整を自動化すべく，新たな位置決め機構機能を搭載した検証機を設計，製作し検証試験を行った。手を開発した。この機構を用いることで，繰り返し精度良動測定同様，基準ゲージとの比較測定とした。実際のワークく測定できること確認し，自動測定機構を確立させた。

を１機種選択し，寸法の異なる６個のワークを作業者２人で（4）量産ラインに適用できるよう，開発した自動測定機構

２回ずつ測定を行い，繰返しの測定精度（標準偏差σ）を評価を盛り込み，使いやすさにも考慮した円周溝径の自動寸した。その結果，要求精度を満足する結果が得られた（図８）。

法検査装置を開発した。本装置は今後量産ラインに適用

これより，位置決め調整機構を搭載した自動測定機構の有用される予定である。

性が示された。
なお，手動測定の場合，ワークの自重が測定力による反力を打ち消すことから自動では位置が決まらず，人の手によるズレ調整が必要になったと考える。

４（参考文献）(1)

総務省, 令和４年版情報通信白書, (2022), 26-27.

(2)

高増潔，超精密計測の基礎と新しい超精密計測技術の動向, 精密工学会第 410 回講習会, (2020), 40-45.

量産適用装置量産ラインに適用できるよう，開発した自動測定機構を盛り込み，ユーザビリティを考慮した自動寸法検査装置の設計 ，製作を行った。
製作した装置は代表図の通りである。図９に，装置構成の概要を示す。X軸，Y軸，Z軸ステージと回転ステージから成り，Z軸ステージ上に位置決め調整機構および接触式変位センサが搭載される。作業者はタッチパネルを用いて検査装置を操作するが，操作内容が複雑にならないよう，直感的に住友重機械技報 No.211 2023

14

パワートランスミッション・コントロール特集 技術解説

高速歯車装置の軸受・軸振動解析プログラムの再構築

高速歯車装置の軸受・軸振動解析プログラムの再構築
Reconfiguration of Analysis Program for Journal Bearing and Rotor Dynamics of High Speed Gearbox
●持

田

将

身＊

Masami MOCHIDA

低速軸

高速軸

すべり軸受

ばね定数 k減衰係数 c
ケーシング
（軸受台）

高速軸

高速歯車装置の軸 - 軸受支持系
Rotor-bearing-support system of high speed gearbox

１

はじめに

や歯車のかみ合い反力から軸受荷重を算出する
（図１）
。これ

住友重機械ギヤボックス株式会社の主力製品の一つである

らの条件を考慮して軸をモデル化し，安全に運転できるかど

高速歯車装置は，高速軸の回転数が最大約60 000 r/min，歯うかを評価すべく，すべり軸受特性解析および軸振動解析を

車周速が最大約160 m/sであり，汎用の歯車装置に比べて高行う。

速回転の領域で使用されている。高速軸は，軸の固有角振動数に近い領域で運転されることが多いが，運転回転数に対す

３

すべり軸受特性解析

る軸の固有角振動数の余裕が少ないと，共振によって軸と軸

図２に，すべり軸受特性の計算フローを示す。軸受径，軸受，ケーシングの損傷を引き起こす可能性がある。すなわち，受隙間，軸受荷重，潤滑油の粘度，軸の回転数などを設計パ

危険速度を正確に把握することが重要である。このことから，

ラメータとして，軸受隙間内の油の流れを有限要素法で解く

顧客の要求仕様や使用条件に応じて歯車諸元や軸径などを決プログラムを再構築した。これを解き，軸受内の軸の静的釣定した後，軸モデルを作成して軸振動解析を実施する必要が合い位置における軸受内面全体の油膜圧力分布，負荷容量，ある。また，ラジアル荷重を支持する軸受が転がり軸受では

温度分布，ロス，油量などを求める。次に，ばね定数と減衰対応困難な周速である場合，通常は流体すべり軸受が採用されるので，軸-軸受系の安定性の評価をこのすべり軸受のば係数を算出し，この値を支点条件とした軸振動解析につなげ

ねと減衰を考慮して実施する必要がある。これらの解析は住友重機械ギヤボックスで開発した解析プログラムを用いて行っているが，追加や変更が難しいデータ形式となっている。

る。

４
4.1

軸振動解析
危険速度解析の条件と結果

そこで，すべり軸受の改良や新規開発，各国の規格や顧客

危険速度解析の対象は回転軸であることから，本手法ではの仕様などに柔軟に対応できるように軸受・軸振動解析プロ

軸をせん断梁とし，回転慣性とジャイロ効果を考慮した運動

グラムの再構築を進めてきた。本報では，その概要について

方程式を導き，有限要素法で解くプログラムを再構築した。

解説する。

（N/m）
における高速軸の１
図３に，軸受ばね定数が106～1010２高速歯車装置の設計プロセスの主な流れ

まず，顧客の要求仕様や使用条件をもとに，歯数やモジュールなどの歯車諸元，軸径，軸受支持位置，軸長などを仮決
15定し，軸振動解析対象の軸形状を作成する。次に，軸の質量＊住友重機械ギヤボックス株式会社～３次の危険速度と固有振動モードを示す。運転で使用する
回転数が，危険速度からどの程度の余裕を有しているか，軸の剛性に対して支持する軸受のばね定数がどの程度必要かな
ど，代表的な振動モードについて確認する。
住友重機械技報 No.211 2023

技術解説

高速歯車装置の軸受・軸振動解析プログラムの再構築

顧客仕様

歯車諸元

1次振動モード 2次振動モード 3次振動モード

軸形状の仮決定
軸受荷重計算潤滑条件（給油, 粘度）
動特性, 熱特性

危険速度（r/min）

・回転慣性
・剪断変形
・ジャイロ効果

危険速度解析

アンバランス応答解析
軸・軸受系の固有値解析と安定性解析
軸受・軸振動解析のフロー

軸受・軸振動解析の主なフロー
Main flow of journal bearing and rotor dynamics analysis

軸受隙間計算油膜圧力計算710（N/m）

1

油膜圧力,
負荷容量計算4.2

910（N/m）

1

0

0

0

0

−1

−1

−1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

−1

−1

−1

−1

−1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

−1

−1

−1

−1

−1

106

1010（N/m）

重心105
１次危険速度
２次危険速度
３次危険速度104

軸受パラメータ計算

精度の検証

1

−1

図３

すべり軸受特性の計算フロー
Calculation flow of bearing characteristics

8
10（N/m）

0

107

108
ばね定数
（N/m）

109

1010

軸の危険速度解析
Rotor critical speed analysis

0.5
0.4
0.3

図４

1 次固有角振動数
2 次固有角振動数
3 次固有角振動数

0.2
0.1
0

−0.1 6
10

図２

1

−1

103 6
10

軸形状の決定図１

610（N/m）

厳密解と新プログラムの
差分の比率
（%）

すべり軸受特性

1

107

108

109
1010
ばね定数（N/m）

1011

∞
1012
（単純支持）

一様断面軸における厳密解と新プログラムの固有角振動数の差分の比率
Difference ratio of natural frequency between exact solution andnew program

高速歯車装置にとって，すべり軸受解析や軸振動解析は重新プログラムの精度や確からしさの検証として，厳密解要な技術であるが，現行のプログラムは追加や変更が難しい（解析解）と軸モデルを一様断面軸として得られた固有角振動

データ形式であることから，新プログラムへ置き換えるべく数を比較した。一様断面軸の長さ（L）を120 mm，直径（D）を

再構築を行った。今後は，すべり軸受の温度分布とロス・油

30 mm（長さの直径比L/D=0.25），両端ばね支持として比較す

量計算，軸振動解析における減衰を考慮した安定性解析までる新プログラムの要素分割数は32分割とした。その結果，ば行えるようにし，最終的には歯車や軸の強度計算を含めた一および単純支持梁の条件にて，厳密解
ね定数10 ～10 （N/m）

連の設計プログラムの運用開始を目指す。

6

12との差分の比率は最大で0.16 ％以下（３次固有角振動数）と良い一致が見られた
（図４）
。

５

おわりに

軸受・軸振動解析プログラムの再構築に当たり，埼玉大学名誉教授 佐藤勇一氏，元技術研究所 畑山貴善氏にご指導い
ただいたほか，技術研究所の支援があったことを付記し，心より感謝を申し上げる。

（1）すべり軸受特性解析で油膜の圧力分布および負荷容量を求め，軸受のばねと減衰係数を算出した。
（2）軸振動解析で危険速度解析を行い，厳密解と比べても遜色のない結果が得られた。
（3）すべり軸受特性解析で得られたばね定数と減衰係数を用いたアンバランス応答解析が新プログラムでも可能 ととなった。
住友重機械技報 No.211 2023

16

パワートランスミッション・コントロール特集 技術解説

次世代ロボットの創出を加速するアクチュエータパッケージ TUAKA

次世代ロボットの創出を加速するアクチュエータパッケージ TUAKATUAKA - Actuator Packages to Accelerate Creation of Next-generation Robots ● Sebastian MARKERT ＊１

BACKGROUND OF THE DEVELOPMENT - ISSUE

There is a consolidated market for industrial robots andcobots -the customer can choose between multiple vendors.

enabler for“ease of use”robotics. The robot will be very
responsive and sensitive in case a hand guidance modeis enabled. Next to this many other force feedback-based
features can be implemented.

But still we can see many new robot companies rising in

It is not only interesting to the mentioned start up

the start up world as well as the big players to follow thecompanies -the very high performance -density does offer

innovation level of these companies. The innovations are

benefits to well established big makers as well. We are

now mostly happening in software development (PLC) andconfident that we can offer the hardware on a budget level

usage of new and advance sensors. Two main directions

where a‘make or buy’decision for a fully integrated robot

can be observed :joint can be decided for us.

(1) ease of use (nontechnical people must be able to use

Finally, due to the configurable options, our customers canrobotics for any issue)(2) dedicated robots (for a specific issue that can not be
solved with“of the shelf”6 or 7 -Axis Robot)

find the perfect combination of component as they need
it. It highly depends on the customers system architecture
which solution will give them the biggest benefit. In case

The new makers must start up with limited knowledge

they use drivers that they are familiar and happy with they

about mechanics of a robot joint. Anyway, they need tomight not be able to order our DRIVE solution. → They candevelop hardware to offer a product -so they will go this hard

go for a SERVO solution and choose the encoder protocol

way. In a perfect world they＇d rather prefer to focus onthat is mating their existing drivers. In case they do notdevelopment of their software.

need a closed loop control or they need to use a very

２

TUAKA PRODUCT PORTFOLIO – SOLUTION

special sensor that shall be merged with out TUAKA unit
they will select the ACTIVE solution.

With our TUAKA product portfolio we present a solution

Independent to each of the base structure parts they canthat enables fast development to our customers. It is notorder as an option e.g an integrated brake, IPxx protection

a single product -it is a configurable portfolio that offers

housings, different connectors , ...

everything needed to achieve targets in both mentioned

Our most inflexible and expansive part will always be thetrend directions. Particular highlight for this is our gearbox

same to profit by economy of scale while customization

integrated torque sensor. The torque signal will not only be

is happening on optional or cheaper parts. Due to this we

provided to the customers PLC, in fact it is used directly

hope to be able to maintain attractive price levels towards

inside the driver and fine tuned for the fully integrated

our customers.

robot joint. This very high -quality force feedback e.g. is an
17＊ Sumitomo Cyclo Drive Germany GmbH (SCG)

住友重機械技報 No.211 2023

技術解説

次世代ロボットの創出を加速するアクチュエータパッケージ TUAKA

classic servo

３

kit type
・Gear +Motor kit
・the two minimum items to
run any application
・ Special integrations areeasily possible

all in solution
・plug & play
✓48V (power)・decentralized drive (power electronics /servo controller）
・ robotic like joint

Why? :
・The overall system atcustomer can be even morecompact and tailor madethan they expected

Why? :
・The overall system at the customer
can be more powerful andsimple at the same time.

Figure １

Package solution

Figure ２

TUAKA vs Classical servo actuatorcustomer

TECHNOLOGY INSIDE

ECY - Gearbox (introduced in SHI report No.200 - Dec.
2019) does give the basis to each unit. In first step only
Framesize 103 & 107 are developed. To achieve highlevel compactness some parts are slightly modified.
Motorhousing does provide input side bearing support of
the gearbox at the same time as supporting the motor,

not yet officially introduced to the market -it is scheduled
for November 2023. However, we are discussing highlyinteresting projects with potential customers and ourpipeline for very attractive opportunities is well filled.
Keep your fingers crossed together with us for a great
success stories next year !

５

CONCLUSION

brake and encoder or driver. There is only a single shaft

TUAKA is a precision gearbox portfolio which comprisesthat we call“backbone”of TUAKA. By this we can makegearbox, motor, brake, driver, encoder(s), torque sensor andsure of very low tolerance issues on all the rotating parts.

many other features. It is configurable by our customers

Additionally, it increases the overall stiffness (compliance)

while machined parts themselves are not meant to befrom motor to output of gear. All components are designed

customized. It is mandatory to offer competitive prices in a

to match perfectly together while maintaining good thermal

challenging environment but still put customer in # １ priority.

management. In comparison to traditional solutions TUAKAWe are confident that the integrated solutions will enable

can be significantly more compact :many new developments / projects by our customers and

４

SUCCESS STORIES

We hope to file this section by next report as TUAKA istake away efforts that they don＇t want to waste time with.
※ TUAKA is a registered trade mark of Sumitomo Heavy Industries, Ltd.

住友重機械技報 No.211 2023

18

パワートランスミッション・コントロール特集 技術解説

AGV用駆動ユニット smartrisの開発

AGV用駆動ユニットsmartrisの開発
Development of smartris for AGV Drive Unit
●長

尾

祐

Yuki NAGAO

樹＊

ホイール付き smartris（ギヤモータおよびドライバ）
smartris (gear motor and driver) with wheel

１

はじめに

近年，作業の効率化・省人化を目的に無人搬送車（AGV）の需要が全世界的に増加している。それに伴いAGVは多種多様化しており，AGVのベースとなる駆動部は従来の敷設された磁気テープなどのマーカーを追従するタイプに加え，搭載するセンサ類により自己位置を認識し，自律走行を行うタイプ

ールのオプション対応やモータの回転検出器およびドライバの通信プロトコルの種類拡充も進めている。本報では，このsmartrisの仕様や特長，今後の展開について解説する。

２

AGV 用駆動ユニットに対する要求仕様（1）ギヤモータ部（これをAGVに対してAMRと称することがあるが，本報ではAGVの筐体には駆動ユニットのほかにバッテリやコこのタイプを含め総称としてAGVと記載する）
も幅広い分野ントローラ，センサなど多くの機器が搭載されることかに導入されてきている。AGVは，IoTやセンサなどの基盤技

ら，駆動ユニットにはコンパクト性が要求される。また，術の進化に伴い，今後ますます機能拡張していくとみられ，駆動ユニットは，その回転軸に対して垂直方向にAGV

業種・業界を問わず進むDXの潮流のなかで一層の需要増加

本体および積載物の重量を支持しながら駆動するので，が予測される。

耐荷重性も求められる。ほかに荷重を支えるサポートホ

AGVの需要増加および多様化に伴い，その駆動部にはイールがない（もしくは少ない）AGV構造の場合には，AGVへの搭載の容易さが求められている。AGVの駆動部は総重量の大部分を駆動ユニットで支持することから，大ホイール，減速機，モータおよびドライバで構成され（図１），

きな耐荷重性能が求められる。このように駆動ユニット

AGV本体のコントローラからの指令を受けて制御されるが，のコンパクト性と耐荷重性は，AGVの設計自由度に大減速機とモータとの連結作業やモータとドライバ間の通信調

きく影響する重要な要求仕様となる。

整作業には，広範囲な知識や経験が必要とされる場合が多く ，

19

たAGV用駆動ユニット「smartris」を発売した。また，ホイ（2）ドライバ部

AGVの設計者や作業者への負担も少なくない。また，駆動部

駆動ユニットとしてAGVに搭載するうえでドライバ（主にドライバ）とAGVコントローラとの通信調整も含めるとと上位コントローラとの通信が容易であることや，AGV

制御面では２重の調整が必要となる。このことから，調整作

試運転開始時から最適な走行・停止をさせるべく，ドラ業を不要とする駆動ユニット一式がパッケージとして提供さイバのフィードバックゲインが調整済みであることが求れることへの期待が高まっている。当社ではこうした期待にめられる。また，AGVは人と協働することが多いため，応えるべく減速機，モータおよびドライバをパッケージ化し安全性の確保は必要不可欠であり，AGV本体の制御シ＊ PTC事業部

住友重機械技報 No.211 2023

技術解説

AGV用駆動ユニット smartrisの開発

サポートホイール

smartris ドライバ

smartris ギヤモータ（ホイール付き）

図１

AGV への搭載例
Installation example on AGV

主軸受

AGV筺体（顧客装置）

主軸受
ホイール（オプション）

ホイール（オプション）
スプライン連結

AGV筺体（顧客装置）

スプライン連結出力フランジ
サーボモータサーボモータハウジング

ECOタイプ

図２

３

PROタイプsmartris ECO タイプおよび PRO タイプのギヤモータ部構造図
Gear motor structures of smartris ECO and PRO

ステムとは別に駆動ユニット（主にドライバ部）に安全機側から支持する両持ち構造を有しており剛性も高い。このこ

能が求められる場合もある。

とに加え，コンパクト（扁平）でモータ軸と出力軸の回転軸がsmartris ギヤモータ部の構造

２章（1）で述べたギヤモータ部に要求される耐荷重性能が広範であることを踏まえ，当社では２種類（smartris ECOタイプおよびPROタイプ）のギヤモータ（減速部）を開発した。
図２に，その構造を示す。ECOタイプは，出力フランジが回同一線上にあることから，ホイール内に減速部を収容するイ
ンホイール構造に適している。サーボモータと減速部との連結にはスプライン連結を採用しており，組立て性とメンテナ
ンス性に優れている。

４

サーボドライバ性能

転する構造である。主軸受に玉軸受を使用しており，軽荷重

サーボドライバは，AGV駆動用途に特化した設計となってでの使用を前提としている。PROタイプは，ECOタイプといる。ギヤモータの特性に合わせた最適なゲイン調整を行っ

異なりハウジング部が回転する構造で，ホイールがAGV本体ていることから，高い速度応答性でギヤモータを制御するこから受ける荷重を減速部の中心で受ける。また主軸受に円すとができる。回転検出器はレゾルバを標準としているが，ア

いころ軸受を使用しており，高荷重に対応可能である。

ブソリュートエンコーダをオプション選択することで，よりsmartrisの減速部は，当社の主力製品の一つであるアルタ

高精度な位置制御も可能である。AGV本体のコントローラとックスNEOをベースとしている。アルタックスNEOは，その通信プロトコルは，AGV用途で汎用性が高いCANopen（標の歯車形状にエピトロコイド平行曲線を採用しており，滑ら

準仕様）とModbusRTU（オプション仕様）を採用している。安かな転がり接触によりトルクを伝達する。また，減速部を両全機能としてSTO（Safe Torque Off：異常時に自動で供給電
住友重機械技報 No.211 2023

20

技術解説

表１

AGV用駆動ユニット smartrisの開発

主要仕様
Specification

タイプ

ECO

サイズ
減速比

PRO

S
21

25

許容ラジアル荷重
（N）

M
29

21

1500

M

25

29

22

3 000

L
26

22

26

6 500

30

10 000定格出力回転数（r/min）

214

180

155

214

180

155

205

173

136

115

100

定格出力トルク
（N・m）

16.0

18.9

18.9

39.3

40.4

40.5

39.3

40.4

84.7

87.5

80.3

許容ピークトルク
（N・m）

61.9

73.7

84.8

145

179

207

145

179

294

360

246

※
ホイール径
（オプション）

180

200

200

回転検出器

レゾルバ
（アブソリュートエンコーダ選択可）

通信方式

CAN open（ModbusRTU選択可）

安全機能

STO
（セーフトルクオフ）
選択可

250

※標準仕様はホイールなし

圧を遮断し，緊急停止させる機能）をオプションとして実装可能である。

５

８

仕様

おわりに

（1）AGV駆動ユニットとして減速機，モータおよびドラ

表１に，smartrisの主要仕様を示す。複数のサイズと減速比をラインアップすることで幅広い仕様に対応可能である。

６

改良を行っていく。

イバをパッケージ化したsmartrisを開発した。
（2）高い走行性能，幅広い可搬質量に加えて幅広いオプ シ
ョン対応により，さまざまな顧客要求への対応が可能と

特長

なった。

AGV用駆動ユニットsmartrisの特長を次に示す。
（1）高い走行性能

これからも顧客や社会の発展に貢献すべく，付加価値を高めた商品やサービスを提供していく所存である。

サーボ制御により，高効率かつ高出力回転を実現している。最適なホイールを用いることで最高走行速度
2.0 m/s，最大加速度1.0 m/s での運転が可能である。
2※「smartris」および「アルタックス」は，住友重機械工業株式会社の登録商標です。

（2）幅広い可搬質量
複数のサイズと減速比をラインアップすることで，多種多様なAGVに対して最適な選定が可能である。
（3）コンパクトなインホイール構造
減速部のコンパクト性を生かしたインホイール構造により，AGVの省スペース化を実現している。
（4）高いメンテナンス性
減速部に長寿命グリースを採用しており，メンテナン
ス頻度が少ない。
（5）幅広い制御オプション
回転検出器，通信プロトコル，STOなどのオプションが充実しており，さまざまな顧客要求に対応可能であ
る。

７

今後の展開

AGVは，今後も全世界的な需要増加が見込まれるが，それに伴い安全に関する規制や規格も厳密になっていくと予測される。実際に2020年には，ISO 3691-４：2020（産業車両 -安全要求事項及び検証-第４部：無人産業車両及びシステム）が発行され，既存のJIS D6802：1997（無人搬送車システム-安全通則）も2020年に改正作業が着手された。これらの安全に関する規制や規格への対応も含め，需要増加に伴って生まれる新たな顧客要求に応えるべく，smartrisシリーズの拡張・
21

住友重機械技報 No.211 2023

パワートランスミッション・コントロール特集 新製品紹介

精密制御用サイクロ減速機 DA シリーズ 小型枠番追加

精密制御用サイクロ減速機 DAシリーズ 小型枠番追加
Expansion of Small Size in FINE CYCLO DA Series

労働人口の減少および世界的な人件費の高騰を背景に，産許容ピークトルク

300 N･m

業用ロボットによる作業自動化の波は広がりを見せている。

許容モーメント

450 N･m

特に，自動車部品や電子デバイスなどの生産ライン向け可搬

潤滑方式

グリース潤滑重量20 kg以下の小型ロボットは，今後も大きな市場成長が見込まれており，それとともに技術開発競争は激しさを増している。なかでも，ロボットのさらなる小型化・高速化は常に求められており，これらの用途で使用される減速機に対しては，コンパクトでありながら高トルク負荷に耐えられ，高いねじり剛性・曲げ剛性を有することが要求される。
そこで当社は，こうした市場要求に対応すべく，可搬重量
20 kg以下の小型ロボットをメインターゲットとしたDAシリー

特長（1）曲線板の歯形形状の最適化設計により，高許容トルク化・高剛性化を実現した。
（2）アンギュラ玉軸受の専用設計により，高許容モーメン
ト化を実現した。
（3）サイクロ減速機独自の滑らかな曲線歯形により，優れた耐衝撃性を実現した。

ズの小型枠番を開発した。当社の強みであるサイクロ減速機の最適化技術により，ニーズを満たした減速機になっている 。
今後も顧客のニーズを捉え，商品力をブラッシュアップし，※「サイクロ」，「サイクロ減速機」および「CYCLO」は，住友重機械工業株式会社の登録商標です。

ロボット市場の発展に貢献していく。

主要仕様
枠番

DA10

減速比

41，59，89

外径

φ110

重量

2.4 kg

ロストモーション

１min以下定格トルク（@出力 15 r/min） 164 N･m（41比）
147 N･m（59比）
130 N･m（89比）（PTC事業部

金 鐘剛）

住友重機械技報 No.211 2023

22

パワートランスミッション・コントロール特集 新製品紹介

ベベル・バディボックス減速機 H シリーズ IE５モータ直結タイプ

ベベル・バディボックス減速機 H シリーズ IE５モータ直結タイプ
Bevel BUDDYBOX H Series IE５ Motor Type近年，世界的な電力などの省エネルギー化および脱炭素意識の高まりからギヤモータに対する高効率化への要求が高まっており，モータ効率に関する法規制が各国で進められている。高まる市場要求に応えるべく，当社は2022年にIE５モー
タ仕様ベベル・バディボックス減速機Hシリーズ（BBB-Hシ
リーズ）を新たに開発した。

効率減速機構の組合せによる最高クラスの高効率を実現した。
（2）減速部のコンパクト性
中空軸専用設計により，ギヤケース形状を最適化しコンパクト性を実現した。
（3）長寿命による高い信頼性

本ギヤモータは，当社が2017年に高速物流システム向け

メンテナンス性を考慮し，ハイポニック減速機およびに発売したBBB-Hシリーズをベースとしており，電磁部にBBB-H シリーズで実績のある長寿命グリースを使用す

Lafert社製の新設計IE５磁石モータを搭載している。機械寿

ることにより高い信頼性を実現した。

命に大きく関わる減速部の設計は従来のBBB -Hシリーズと同一であることから，BBB-Hシリーズの持つ信頼性に加え，※「バディボックス」は，住友重機械工業株式会社の登録商標です。

ベベルギヤ機構とIE５磁石モータを融合させた最高クラスの高効率特性を有する。

主要仕様
減速機タイプ 直交軸中空軸タイプ
モータ容量0.75 ～ 4.0 kW，４P

モータ電源

三相 400 V 50 Hz/60 Hz，440 V 50 Hz/60 Hz

枠番

HY420，HZ521，HZ522，HA635

減速比

５～ 30 比潤滑方式

グリース潤滑特長（1）高効率減速機構
IE５高効率モータと，ベベルギヤ＋ヘリカルギヤの高23（PTC事業部

尾崎 圭太郎）

住友重機械技報 No.211 2023

住友重機械技報第211号発行に当たり

住友重機械技報第211号をお届け致します。

本誌は，当社が常々ご指導いただいている方々へ，最近の新製品，新技術をご紹介申し上げ，
より一層のご理解とご協力をいただくよう編集したものです。
本誌の内容につきましては，さらに充実するよう努めたいと考えますので，なにとぞご意見キ

賜りたく，今後ともよろしくご支援下さるよう，お願い申し上げます。

リ

なお，貴組織名，ご担当部署などについては，変更がございましたら裏面の用紙にご記入
トのうえ，FA X でお知らせいただきたくお願い申し上げます。また，読後感や不備な点を簡単

リに裏面用紙にご記入願えれば幸いに存じます。

線

2023 年９月〒 141-6025 東京都品川区大崎 2丁目1番1号（ThinkPark Tower）
住友重機械工業株式会社
技術本部

技報編集事務局

（宛先）

（発信元）
貴組織名
担当部署
氏
名
TEL No.
FAX No.

住友重機械工業㈱技術本部 技報編集事務局 行
FAX 横須賀 046 − 869 − 2357

住友重機械技報第211号の送付先の確認と読後感などの件
送付先
変（旧送付先）（新送付先）

送付番号

送付番号

組織名称

組織名称

担当部署

担当部署

所 在 地

所 在 地

更

キ

〒

〒

リ

新

ト

規

新しい部署ができた場合ご記入下さい。

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組織名称
送

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付

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本
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に つ い

1

興味深かったその理由をお聞かせ下さい。

2

特に興味なし部て主要営業品目● イオン注入装置

メカトロニクス● ギヤモータ：サイクロ減速機，ハイポニッ

ク減速機，アステロギヤモータ● 大型ギヤボックス：パラマックス減速機，
特定用途向け減速機，カップリング● 精密制御用減速機：精密制御用サイクロ
減速機，精 密 制 御 用 E サ イ ク ロ 減 速 機 ，
サ ーボモータ用
遊星歯車減速機 IBシリーズ● モ ー タ・イ ン バ ー タ：イ ン バ ー タ，
Lafert/Invertek● ドライブソリューション：AGV/AMR用
ドライブソリューション Smartris● 自律移動ロボット：KeiganALI● 精密位置決め装置：SA/SL Series 小型
サ ー フ ェ イ ス ス テ ー ジ，TL Series ス
タック型リニアガイドステージ● レーザ関連装置● 制御システム：Roll to Roll 搬送装置向け駆動制御システム● モーションコンポーネント：高性能モーションコントローラ MG78，高精度サー
ボドライバ SDLN/SDPH，コアレスリ
ニアモータ SM/SL/SSL，エアアクチュ
エータ Airsonic 50N● 協働ロボット
サイクロ，サイクロ減速機，ハイポニック減速機，
アステロ，パラマックス，Smartris，AIRSONIC は，
住友重機械工業株式会社の登録商標です。

インダストリアル マシナリー

エネルギー＆ライフライン● PET 用サイクロトロンシステム● 循環流動層（CFB）ボイラ● PET 用薬剤合成システム● バブリング流動床（BFB）ボイラ● 陽子線治療システム● 液化空気エネルギー貯蔵（LAES）● 真空成膜装置● ロータリーキルン式再資源化設備● 鍛造プレス● 電気集じん機● STAF（Steel Tube Air Forming）● 灰処理設備● リフティングマグネット● 蒸発・晶析装置● 非破壊検査● 流動床ガス化炉：空気式 / 酸素 - 蒸気式● スピニングマシン● 廃熱ボイラ● クリーンルームシステム● 集塵装置：新型パルス式バグフィルタ エコパルサー● 圧延用ロール● 平面研削盤：CNC 門形平面研削盤 KSL
Series，CNC 門 形 平 面 研 削 盤 KSL-F
Series，立 軸 円 テ ー ブ ル 形 平 面 研 削 盤
SVR Series，立軸円テーブル形平面研削
盤 SPG Series● クーラント処理装置● ラミネータ装置：コンバイニングアダプ
ター， SPS7000 オートT ダイ，コンピュータコントロールシステム MACS-Win
Zero-molding，STAF は，住友重機械工業株式会社の登録商標です。
エコパルサーは，日本スピンドル製造株式会社の登録商標です。

ロジスティックス＆コンストラクション

ドライブシステム● 封止プレス● 極低温冷凍機：GM 冷凍機，パルスチュー
ブ冷凍機，GM-JT 冷凍機，ソルベイ冷凍機● クライオポンプ● CFB スクラバ
● バグフィルタ式排ガス処理装置● 排煙脱硝装置（選択接触還元法/無触媒脱硝法）● デジタルサービス（プラント運用支援シス

テム）● 産業排水処理施設● 下水処理施設：メンブレンパイプ式超微細気泡散気装置ミクラス● 蒸気タービン● プロセスポンプ● 蒸留・抽出設備● 反応容器● 攪拌槽● コークス炉機械● 食品・飲料製造設備● オイルタンカー● 油圧ショベル

ミクラスは，住友重機械エンバイロメント株式会社の登録商標です。

● 道路機械
● クローラクレーン● 射出成形機：Zero-molding，ダイレクト● 廃棄物発電プラント● 基礎工事用機械（アースドリル，地盤改

良機など）● 運搬荷役機械：連続式アンローダ（バケッ

トエレベータ型）● 物流システム● 機械式駐車場● フォークリフト※文章中のソフトウェア等の商標表示は，省略しております。

事業所
本
社
関西支社
中部支社
九州支社
田無製造所
千葉製造所
横須賀製造所
名古屋製造所
岡山製造所
愛媛製造所
新居浜工場
西条工場

〒 141-6025〒 530-0005〒 461-0005〒 812-0025〒 188-8585〒 263-0001〒 237-8555〒 474-8501〒 713-8501

東京都品川区大崎2丁目1番1号（ThinkPark Tower）
大阪市北区中之島 2丁目3番33号（大阪三井物産ビル）
名古屋市東区東桜1丁目10番24号（栄大野ビル）
福岡市博多区店屋町 8 番 30号（博多フコク生命ビル）
東京都西東京市谷戸町2丁目1番1号
千葉市稲毛区長沼原町731番 1号
神奈川県横須賀市夏島町19番地
愛知県大府市朝日町6丁目1番地
岡山県倉敷市玉島乙島 8230番地

技術研究所 〒 237-8555 神奈川県横須賀市夏島町19番地
技術研究所 〒 792-8588 愛媛県新居浜市惣開町5番2号（新居浜）

本号に関するお問い合わせは，技術本部技報編集事務局（電話番号は
下記）宛お願い致します。

〒 792-8588 愛媛県新居浜市惣開町5番2号〒 799-1393 愛媛県西条市今在家1501番地

住友重機械工業株式会社のホームページ https://www.shi.co.jp/

技報編集委員
委

員

鈴木 哲史
廣田 真人
井上 千晶
梶谷 純平
針ヶ谷 崇
有吉 政博
石川 賢治
諏訪 義和
幾島 悠喜
小林 友和

阿部 昌博
白澤 克年
野口 真人
中川
崇
霜鳥 貴之
坂根
剛
石倉 武久
志摩 孝洋
前野 亮一
事 務 局 技術本部
編集協力 （株）千代田プランニング委住 友 重 機 械 技 報

員

第211号

非売品

2023 年９月10日印刷
発

発

行

９月20日発行

行

住友重機械工業株式会社〒 141-6025 東京都品川区大崎2丁目1番1号（ThinkPark Tower）
お問い合わせ電話 横須賀 046-869-2300

人

千々岩敏彦
無断転載・複製を禁ず©

住友重機械

技報
211

Sep.2023
No.211ISSN 0387-1304

Sumitomo
Heavy Industries
Technical Review

パワートランスミッション・コントロール特集
Printed in Japan

Special Issue for Power Transmission & Controls