機器内でケーブル、チューブ、シャフト、真空ライン、または光路の配線が必要な場合は、中空シャフト型ハーモニックドライブモーターを選択してください。これは、クリーンでコンパクト、かつ保護されたケーブル管理が求められるロボットの関節、多軸自動化システム、半導体装置、医療用ロボット、および精密機械に特に適しています。

機械構造が単純で、軸貫通配管が不要であり、コスト管理が重要で、外部配線でも問題ない場合は、中実軸ハーモニックドライブモーターを選択してください。これは、一般的な自動化軸、インデックステーブル、包装機、コンベア調整システム、および単純な回転位置決め装置にとって実用的な選択肢です。

中空軸ハーモニックドライブモーターとは？

中空軸ハーモニックドライブモーターは、出力軸の中心に穴が開いた構造になっています。この穴を利用して、電気ケーブル、エアチューブ、真空ライン、センサー配線、光ファイバー、レーザービーム、さらには機械的なシャフトを回転中心部を通して配線することができます。

この構造は、オートメーションシステムで連続回転が必要な場合や、ケーブルをねじれから保護する必要がある場合に非常に有用です。例えば、ロボットのリスト関節では、中空シャフトにより、エンドエフェクタ、カメラ、グリッパー、または溶接トーチ用のケーブルを関節の中心部に通すことができます。 検査装置では、外部にケーブルのループを形成することなく、光学部品やエアラインを回転軸に通すことができます。

ハーモニックドライブの中空シャフトギアユニットは、精度と再現性を維持しつつ、シャフト、ワイヤー、チューブ、その他の部品をギアの中心から直接通せるように設計されています。

中実軸ハーモニックドライブモーターとは？

ソリッドシャフト型ハーモニックドライブモーターは、従来のシャフトまたは出力フランジを使用します。中心部に大きな貫通穴はありません。出力部は、プーリー、カップリング、アーム、テーブル、治具、その他の機械部品に直接接続できます。

ソリッドシャフト設計は、シンプルでコンパクト、かつ設置が容易であるため、多くの自動化機械で一般的に採用されています。システムに軸貫通ケーブル配線が不要な場合、ソリッドシャフト型ハーモニックドライブモーターは実用的かつコスト効率に優れた選択肢となります。

例えば、ソリッドシャフトモーターは、小型の回転位置決めステージ、インデックステーブル、包装機の軸、単純なロボットの関節、コンベヤーの調整軸、および実験室用自動化装置などでよく使用されます。これらの用途では、ケーブルを回転機構の外側に配線できるため、中空のシャフトは必要ありません。

中空軸と中実軸のハーモニックドライブモーターの比較

項目	中空軸ハーモニックドライブモーター	中実軸ハーモニックドライブモーター
シャフト構造	中央貫通穴	従来の出力軸またはフランジ
ケーブル配線	ケーブル、チューブ、またはシャフトを中央に通すことができます	ケーブルは通常、軸の外側を配線する
機械的レイアウト	複雑な回転システムにおいて、よりすっきりとした構造	標準的な機構ではよりシンプル
最適用途	ロボットの関節、回転テーブル、光学機器、多軸システム	汎用オートメーション、インデックス、包装、単純な回転運動
設置スペース	外部ケーブルのループを削減可能	コンパクトでシンプルな設計が多い
コスト	通常は高くなる	通常は低い
設計の複雑さ	スルーホールのサイズやケーブルの保護に注意が必要	設計・組立が容易
メンテナンス	ケーブルの保護は容易だが、内部配線の計画が必要	外部ケーブルへのアクセスが容易
代表的な利点	統合性とケーブル管理が向上	構造がシンプルで、コストも低減
選定上のリスク	設計によっては、スルーホールによりベアリングや構造のための利用可能なスペースが減少する可能性がある	外部ケーブルがねじれたり、動作に干渉したりする可能性がある

中空軸ハーモニックドライブモーターを選ぶべき場合

回転軸をケーブルが通過する必要がある場合

中空軸モーターを選ぶ最も重要な理由は、ケーブルの配線です。機械に、回転ジョイントを通過させる必要がある電線、空圧チューブ、油圧ライン、真空チューブ、光ファイバー、またはセンサーケーブルがある場合、通常は中空軸設計の方が適しています。

これは次のような用途で一般的です：

• ロボットの手首関節
• 協働ロボットの関節
• 溶接ロボットのエンドエフェクタ
• カメラ検査システム
• レーザー加工装置
• 半導体ウェーハ搬送システム
• 医療用ロボットアーム
• 真空固定具付き回転テーブル

中空シャフトがない場合、ケーブルをジョイントの外側で曲げて通す必要が生じることがあります。これにより、摩耗が増加したり、回転角度が制限されたり、メンテナンス上の問題が発生したりする可能性があります。

連続回転が必要な場合

軸が広範囲にわたって連続的または頻繁に回転する必要がある場合、外部ケーブルがねじれたり、曲がったり、断線したりする可能性があります。中空シャフトを使用すれば、設計者はケーブルを中央に通すことができ、スリップリング、ロータリーユニオン、またはケーブル管理システムと組み合わせた設計が可能になります。

これは、生産中に軸が繰り返し回転する可能性がある回転テーブル、ロボットの手首、自動検査システムにおいて特に有用です。

機械のレイアウトをすっきりさせたい場合

中空軸モーターを使用することで、機械のレイアウトをよりすっきりさせることができます。軸の外側にケーブルを露出させる代わりに、設計者はそれらを軸の中心部に隠すことができます。これにより外観が向上し、ケーブルの損傷リスクを低減できます。

ハイエンドの自動化装置において、整然としたケーブル配線は単なる外観上の問題にとどまりません。可動部品との干渉を低減し、安全性を向上させ、限られたスペースへの装置の組み込みを容易にするのにも役立ちます。

光ファイバーや流体配管を軸の中心に通す必要がある場合

一部のシステムでは、電気ケーブル以外にも配線が必要です。例えば、レーザー検査システムでは、回転中心を通る光路が必要になる場合があります。真空回転テーブルでは、軸を通る真空チャネルが必要になる場合があります。半導体製造装置では、回転機構を通る空気、真空、または流体の配管が必要になる場合があります。

このような場合、中空シャフトの設計により、機械全体の構造を簡素化することができます。

ロボット関節への応用

ロボットの関節は、中空シャフト式ハーモニックドライブモーターの最も一般的な用途の一つです。多軸ロボットでは、各関節にモーターの電源ケーブル、エンコーダケーブル、ブレーキケーブル、センサー配線、エンドエフェクタへの配線が必要になることがよくあります。これらすべてのケーブルを外部に配線すると、ロボットはかさばり、メンテナンスが困難になります。

中空軸設計により、ケーブルを内部配線することが可能となり、よりコンパクトで洗練されたロボット構造を実現できます。

中実軸ハーモニックドライブモーターを選ぶべき場合

軸貫通配線が不要な場合

自動化装置において、ケーブル、チューブ、またはシャフトを軸中心部に通す必要がない場合は、実心軸ハーモニックドライブモーターで十分なことがよくあります。外部配線でも機械が正常に動作するのであれば、中空軸構造に追加費用をかける必要はありません。

例えば、単純な回転位置決め軸の場合、テーブルや治具を回転させるだけで済むことがあります。このような場合、中実軸の設計が通常は実用的です。

コスト管理が重要な場合

中空軸の設計は通常、より複雑です。特殊なベアリング、より大きなハウジングスペース、より入念なシール処理、そしてより精密な組み立てが必要になる場合があります。そのため、通常、標準的な中実軸モデルよりもコストが高くなります。

コスト重視の自動化装置の場合、トルク、速度、精度、および設置要件を満たすのであれば、中実軸モーターの方が適切な選択肢となる可能性があります。

機械構造が単純な場合

多くの包装機、コンベア調整システム、小型インデックステーブル、および一般的な自動化装置では、機械構造は単純です。軸は限られた角度の範囲内で回転し、ケーブルは可動部の外側に固定することができます。

このような場合、中実軸のハーモニックドライブモーターの方が設置やメンテナンスが容易です。

より高い簡素性と堅牢性が求められる場合

ソリッドシャフトのレイアウトは、機械的にシンプルです。内径、シャフト内部のケーブル曲げ半径、内部配線スペースなどを考慮する必要がありません。衝撃荷重、頻繁な始動・停止動作、または単純な回転出力が求められる用途では、このシンプルさが大きな利点となります。

ただし、強度や過負荷容量は、常に具体的な製品シリーズ、減速機のサイズ、ベアリングの設計、およびシャフトの構造に依存します。 例えば、ナブテスコ社によれば、ひずみ波歯車設計において、ハット型歯車はより大きな中空軸を実現できる一方、カップ型歯車はより高い過負荷容量を提供できるとのことです。このことから、ある構造が常に他よりも強靭であると決めつけるのではなく、エンジニアは実際のカタログデータを比較検討すべきであることがわかります。

主な選定要因

ケーブルおよびチューブの配線

まず最初に検討すべき点は以下の通りです：

ケーブル、チューブ、またはコンポーネントが回転中心部を通過するかどうかです。

通過する場合は、中空軸の設計を選択してください。通過しない場合は、実心軸の設計の方が経済的でシンプルである可能性があります。

必要なトルク

中空軸型と実心軸型のハーモニックドライブモーターはいずれも高トルクを発生させることができますが、定格トルクはフレームサイズ、減速比、ベアリングの設計、およびモーター出力によって異なります。 例えば、ハーモニックドライブ社のFBS中空軸ギアユニットシリーズは、回転軸を通る複雑な配線が必要なロボットや機械向けに、大径の中空軸とコンパクトな外径を備えて設計されており、トルク、ねじり剛性、長寿命、滑らかな回転も重視されています。

選定の際は、以下の点を比較してください：

• 連続トルク
• ピークトルク
• 非常停止トルク
• 許容加速度トルク
• 定格出力速度
• デューティサイクル

軸の種類だけで選定しないでください。常に実際の負荷条件に基づいて選定してください。

貫通穴径

中空軸モーターの場合、貫通穴のサイズは極めて重要です。貫通するすべてのケーブル、チューブ、または軸が通過できる十分な大きさでなければなりません。

確認事項：

• ケーブルの本数
• ケーブルの外径
• 最小曲げ半径
• コネクタサイズ
• エアチューブまたは真空チューブのサイズ
• スリップリングまたはロータリーユニオンのサイズ
• 将来の拡張スペース

よくある間違いとして、十分なトルクを持つ中空軸モーターを選定したものの、ケーブルを通すための内部スペースが不足しているというケースがあります。

出力軸受の負荷

多くのハーモニックドライブモーターは、アーム、ターンテーブル、治具、またはロボットのリンクに直接接続されています。出力ベアリングは、横方向の力、スラスト、および傾斜力に耐えなければなりません。

以下の荷重を慎重に確認してください：

荷重の種類	意味	代表的な例
ラジアル荷重	出力側にかかる横方向の荷重	ベルトの張力、側面に取り付けられた治具
軸方向荷重	シャフトに沿った押しまたは引き	押し、持ち上げ、垂直荷重
モーメント荷重	出力側の傾き力	オフセットロボットアーム、カンチレバーテーブル

中空軸モーターの場合、製品によっては内径がベアリングやハウジングの設計に影響を与えることがあります。実心軸モーターの場合、出力軸は単純なカップリングやプーリーへの接続が容易な場合があります。最終的な選定は、メーカーの定格荷重仕様に従って行う必要があります。

設置スペース

中空軸モーターは外部ケーブルのスペースを削減できる場合がありますが、モーター本体の直径が大きくなる可能性があります。実心軸モーターは小型で取り付けが容易ですが、軸の外側に追加のケーブル配線スペースが必要になる場合があります。

したがって、実際の比較はモーターのサイズだけではありません。以下を含む機械全体のスペースを比較する必要があります：

• モーター本体
• ケーブル経路
• コネクタのクリアランス
• ケーブル保護
• 取付ブラケット
• カップリング
• スリップリング
• ロータリーユニオン
• メンテナンス用アクセス

回転角度

軸の回転角度が 90 度または 180 度のみの場合は、外部ケーブルでも問題ありません。軸が 360 度、複数回転、または連続して回転する場合は、中空軸による配線がはるかに有用になります。

用途比較表

用途	より適切な選択肢	理由
ロボットの手首関節	中空シャフト	グリッパー、センサー、カメラ、またはツール用の内部ケーブル配線
シンプルなインデックステーブル	中実シャフト	通常、軸貫通によるケーブル配線は不要
半導体ウェーハのハンドリング	中空シャフト	真空、エア、センサーライン用のクリーンな配線
包装機の回転軸	中実軸	シンプルな動作とコスト効率に優れた構造
医療用ロボットアーム	中空シャフト	コンパクトで整然とした内部ケーブル配置
小型検査用ターンテーブル	中実シャフト	設置が簡単で低コスト
レーザー加工装置	中空シャフト	中心を通る光路またはケーブル配線
コンベア調整軸	中実シャフト	シンプルな機械的接続による基本的な回転運動
協働ロボットの関節	中空シャフト	ケーブル保護性能の向上とコンパクトなジョイント設計
高負荷用治具の回転	負荷による	トルク、軸受荷重、およびモーメント定格を比較

結局のところ、最適な選択は中空シャフトか中実シャフトかという点だけで決まるわけではありません。適切なハーモニックドライブモーターは、自動化システムの実際のトルク、速度、精度、デューティサイクル、負荷慣性、軸受荷重、設置スペース、およびケーブル配線要件に合致するものでなければなりません。中空シャフト設計は、統合や配線に関する問題を解決します。 中実軸設計は、シンプルさとコスト効率に優れています。最適なソリューションとは、お客様の設備の機械的構造と動作性能要件の両方に適合するものです。