おしえて!照代さん

負荷トルクって何ですか?

照代さん
あら学くん、どうしたの?カタログで何か分からないことがあるのかしら?
学くん
あ、照代さん。カタログで負荷トルクという言葉が出てきたんですが、よく分からなくて悩んでいたんです。
照代さん
負荷トルクね。これは「モーターが動作しているときに常に必要なトルク」なんだけど・・・。
そもそもトルクのことはきちんと分かっているかしら?
学くん
トルクは、回転する力のことでしたよね。
照代さん

そうね。念のため、簡単に復習しておきましょう。
右の図を見てみて。

トルクは、「力 : F」と「回転半径 : r」の積で求められるの。

仮に、「力 : F」が20N、「回転半径 : r」が5cmとすると・・・

トルク = 20N × 0.05m = 1.0N・m(ニュートン・メートル)

と計算できるわ。

トルク

学くん
力の単位は「ニュートン」でしたね。今回例に出てきた20Nって、実際どのくらいの大きさなんでしょうか?
照代さん
20Nは、だいたい2kgくらいのものを持ち上げるのに必要な力よ。
学くん
なるほど。トルクの大きさを具体的にイメージできました!
照代さん
良かったわ。
それじゃあ次に負荷トルクについてなんだけど、負荷トルクはどんな力が元になっているか分かるかしら?
学くん
ええと…すみません、教えてください。
照代さん
負荷トルクの元になる力は、重力や摩擦力があるわ。下の図を見てね。
負荷トルクの概要
学くん
あ、そうか。下方向にはたらく力は重力ですよね。
さっきトルクを説明していた図で、発生していた力(20N)は重力だったんですね。
重力って、物体の質量に比例するんですよね。
摩擦力も…重い物体の方が大きい気がするんですが、合っていますか?
照代さん
そうね。摩擦力も物体の質量に比例して大きくなるわよ。
それから、物体と接する面のすべりやすさも関係しているわ。
学くん
なるほど。
負荷トルクの元となる重力と摩擦力は、物体の質量や接する面のすべりやすさで大きさが決まるんですね。
照代さん
それじゃあ次に負荷トルクについて、実際の機構を例に説明していくわね。
まずは、ベルトコンベアの機構で水平に駆動する場合からいきましょう。
下の図では、どこに負荷トルクが発生していると思う?
コンベアの機構における負荷トルク
学くん
進行方向に対して、反対の方向に摩擦力が発生していますね。
照代さん
その通り。この摩擦力が、さっきトルクを求めたときの「力 : F」になるの。
それから、プーリーの半径が「回転半径 : r」になるのよ。
学くん
こうやって図にしてみると分かりやすいですね。
照代さん
続いて、インデックステーブルの場合も見ていくわね。下の図はどうかしら?
インデックステーブルにおける負荷トルク
学くん
ええと、インデックステーブルになるとちょっと複雑ですね。力はどこに発生しているんでしょうか・・・?
照代さん
この場合は、「ボールローラとテーブルの接触点」に摩擦力が発生しているのよ。
学くん
なるほど。この摩擦力が「力 : F」だから・・・。
「回転半径:r」は「モーターの回転軸」から「ボールローラとテーブルの接触点」の距離になるんですね。
照代さん
その通りよ、学くん。負荷トルクの考え方が分かってきたわね。
学くん
はい。でも照代さん。ひとつ気になることがあるのですが…
照代さん
何かしら?
学くん
摩擦って使っていると変化しますよね?すると負荷トルクも変化するんじゃないですか?
照代さん
あら学くん。いいところに気が付いたわね。その通りよ。経年変化によって摩擦が大きくなって負荷トルクも大きくなるわね。
学くん
でもそれじゃあ、設計段階で求めた値より大きくなるから、モーターがロックしませんか?
照代さん
そう。だから設計段階で安全率を考慮するのよ。モーターのトルクに余裕をみることね。それともうひとつ。負荷率を確認する方法もあるわ。モーターがロックする前に余裕がなくなってきたことが分かれば 早めに対処することができるでしょ。
学くん
なるほど。その手がありましたね。確か負荷率を表示する機能を持つ製品は…。えーっと…。どれでしたっけ?
照代さん
もうしっかりしてよ!ブラシレスモーター、αstep、サーボモーターなど色々あるわ。確認方法は製品によって異なるからQ&A「発生トルク(負荷トルク)を確認する方法はありますか?」を 見て勉強してね。
学くん
はい、分かりました!
  • 2021年2月15日 最新の情報に更新しました。

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