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ブラシ付きDCモータの弱点である整流子とブラシを取り除いたモータとして永久磁石同期モータ (ブラシレスDCモータ)があります。

ブラシがないため寿命やノイズの面で優れています。また、制御により高効率化を実現できるため、省エネが求められる家電製品や、長時間駆動する産業分野に広く使用されています。

ロータへの磁石装着法の違いによって構造は下記2種類に大別されます。


ステッピングモーター遊星ギアボックス

表面磁石型(Surface Permanent Magnet：SPM)：ロータ外周に永久磁石が張り付けられたタイプで、位置によらず透磁率が一定です。

埋込磁石型(Interior Permanent Magnet：IPM)：ロータ内部に永久磁石が埋め込まれたタイプで、位置によって透磁率が変化するためリラクタンストルクを利用できます。

機械的に電流の流れる方向を切り替える機構がないため、インバータ回路により電子的に切り替える必要があります。マイコンなどによりインバータ回路を駆動することで、固定子に三相の交流的な電圧を印加し回転磁界を生み出します。

駆動波形は大きく下記2種類に大別されます。

デジタルステッピングドライバ

矩形波駆動：矩形波状の電圧を印加することで駆動します。

正弦波駆動：矩形波駆動の問題である振動、騒音やトルクリップルを抑えるために正弦波状の電圧を印加することで駆動します。多くの場合、トルクや位相を線形独立に制御するためにベクトル制御を用います。トルクが駆動電流に比例するため、位置・速度センサを付加することで、高速、高精度な位置・速度制御が可能になります。

効率よく駆動するためにはロータ（磁石）位置を検出する必要があり、位置検出にはホールセンサ、エンコーダやレゾルバといったセンサが用いられます。センサの温度制限やコスト面から、センサを用いず三相電流や誘起電圧からロータ（磁石）位置を推定する(センサレス位置推定)場合もあります。

一般的には、産業系ではセンサ付、家電系ではセンサレス位置推定が主に用いられます。

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ブラシレスDCモーターには速度制御や構造における長所があります。一方、ブラシがないために、電流方向を切り替える装置が必要になるのが注意点です。

ブラシレスDCモーターの主な長所は以下の3つです。

デジタルステッピングドライバ 

構造をインナーローター型にするかアウターローター型にするか、あるいは磁石の装着法はSPMかIPMか、どのセンサを採用するか、もしくはセンサレスにするか、というように仕様のバリエーションが豊富です。

ブラシレスDCモーターは、低速から高速まで安定した速度で回転できるモーターです。速度制御器が速度司令と速度フィードバック信号を常に比較して、モーターへの印加電圧を調整します。

 製品の小型化・薄型化ができる

ローター部に永久磁石を使用しているため、薄型でも大きなパワーを持つブラシレスDCモーターがあります。製品のダウンサイジングを図ることも可能です。

ブラシレスDCモーターは電流方向の切り替えや、ローター位置の検出をおこなうための装置が必要です。ブラシ付DCモーターよりも制御方法が複雑になります。

インナーローター型には小型で高性能な磁石が要求されたり、アウターローター型は外径が大きくなるために製品設計上の制約で採用できないケースがあったりします。一般的に同程度のパワーを持つブラシ付DCモーターに比べて高価です。

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人手不足は生産現場の大問題の一つです。少子高齢化に加え、製造業不人気によって人材が生産現場に集まりにくくなっています。その際に、導入するCNC工作機械が人手不足の強い味方になってくれるよう、いくつかのポイントがあります。

CNC工作機械には多数のオプションが用意されており、生産工程に合わせてこれらを組み合わせ、自社に最適な仕様を選択する必要があります。人手不足を助ける力になってくれるオプションを、いくつかご紹介します。

CNC工作機械は金属を切削する機械なので、加工後には大量の金属の細かい切りくず（「切粉」）が発生します。ふつうは機械の下に差し込まれた容器に落下するのですが、切粉でいっぱいになった際に容器を引っ張り出し、スコップなどで切粉を別の場所へ運搬するのは非常に大変な作業です。チップコンベアは切粉を機外に排出する装置です。チップコンベアの排出口の下にキャスター付きの容器を置いておけば、少ない人数でも短時間で効率よく切粉を処理することができます。

このオプションは、機械の左右もしくは後方にコンベア分のスペースが必要になるので、工場面積を考慮して選択する必要があります。

ブラシレスDCモータ

CNCマシニングセンタでは加工内容に応じて、いくつもの工具をATCで入れ替えながら加工を行います。工具が不足したり破損すれば、人間がツールマガジンを操作して、新しい工具と交換する必要があります。従って工具収納本数が多ければ多いほど、工具交換作業を減らすことができます。

30本や40本のほか、メーカーや機種によっては500本を超える工具を同時に収納できるオプションも用意されています。当然ツールマガジンが大きくなればなるほど機械スペースも巨大になるので、予算やスペースを考慮して最適なオプションを選定します。

多くの横型マシニングセンタ、及び一部の立形マシニングセンタには、プログラムに従って材料を取り付けたパレットを機内と機外で入れ替える装置を選択できるものがあり、これをパレットチェンジャーと呼びます。これによって機内で加工中に、もうひとつの機外のパレットで、材料の取り付け作業と完成品の取り外し作業（両方を合わせて「段取り作業」）を行うことができます。

中には30個以上のパレットを入れ替えられる機種もあり、パレットに材料を取り付けることにより、長時間の無人運転が可能になります。

CNC工作機械は長い時間切削させることにより、投資効果を最大限引き出すことができます。従って多くの生産現場は、機械を止めてNC装置でCNCプログラムを入力する時間（非切削時間）を、なるべく短くしたいと考えています。

CAMを活用することによって、パソコン上で生成したCNCプログラムを連続してCNC工作機械に送り、非切削時間の削減に貢献することができます。

CNC工作機械の段取り作業は、従来は人間が時間をかけて行っていたため多額の人件費が発生し、更にCNC工作機械の非切削時間を増加させる要因でもありました。そこで産業用ロボットとCNC工作機械を組み合わせることにより、段取り作業時間を短く、無人化する企業が増えてきています。

CNC工作機械側で加工を終えてから、ロボットへ材料の搬入出の指示を出し、ロボット側で搬入出が終わったらCNC工作機械に次の加工に入る指示を出すなど、CNC工作機械のNC装置と密接に関わるシステムですので、専門のロボットSIerのサポートを受けることもできます。また近年は工作機械メーカーから、CNC工作機械と産業用ロボットを組み合わせたシステムが発売されています。

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直角座標型ロボットでは、スライドする2～4つの軸を直角に組み合わせています。構造が単純で制御も簡単ですが、非常に精度の高い作業をできるのが特徴です。価格も安価ですが、人間の腕のような複雑な動きには対応できません。単純な作業をスピーディにこなしたい場合に用いられます。

極座標型ロボットは、2つの回転関節と1つの直動関節を組み合わせたものです。円筒座標型ロボットよりも広い作業領域に対応できます。産業用ロボットの始祖として、黎明期に多くの工場で活躍しました。しかし、アーム先端の角度が変化するので制御が難しく、現在ではほとんど使われていません。

一体型サーボモーター

円筒座標型ロボットは、ベースの近くに回転関節があり、その上に2つの直動関節が備わっています。直角座標型ロボットと似ていますが、回転関節がある分、より広い領域内で作業可能です。主にパネルの搬送などに利用されています。

水平方向の動きに特化しているのが、「スカラロボット」とも呼ばれる水平多関節型ロボットです。3つの回転関節と1つの直動関節が基本の構成要素で、水平に移動するアームの先端が上下に動くようになっています。電機分野の組立作業で広く採用されており、部品の押し込みといった形で使われます。

ステッピングモーター遊星ギアボックス

垂直多関節型ロボットは、すべての関節が回転型で構成されているタイプです。人間の腕とよく似た構造で、設置面積が狭いうえに稼働領域が広く、複雑な動きができます。その汎用性の高さから、世界中の工場で活用されています。溶接や塗装、組立、搬入など、あらゆる分野で活躍している産業用ロボットです。

パラレルリンク型ロボットでは、並列に動く複数のアームで1つの先端を支えています。先端部分に吸着ユニットが取り付けられており、ベルトコンベヤから製品をピックアップするといった形で活用されます。可搬重量は限られているものの、軽いアームを複数本用いることで高い剛性を実現しており、高速動作が可能です。

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レーザー焼結法（SLS）の最大の特長は、材料によっては最大100％の密度で、従来の物質本来が持つ材質と同等に近い材料特性を実現することができる。

より端的に言えば、最終品として使用することができるレベルの造形が可能であるということになる。例えば金属ではないが同じくレーザー焼結法（SLS）に対応しているプラスチック材料、ナイロンポリアミドでは、ナイロン本来が持つ強度や、柔軟性、靭性といった特性を実現することができる。

ステッピングモーター 電磁ブレーキ付

こうした材料特性の再現性は大きく、最終品の製造マシーンとしても利用が可能になる。従来の伝統的なものづくりの手法、射出成型や鋳造、鍛造などでは、量産を想定しているため巨大な設備と初期投資が大きく、形状の修正や変化にも多額のコストが必要であったが、レーザー焼結法（SLS）であれば、プロトタイプだけではなく最終品の製造用途としても利用することができる。

近年、特許失効とともにレーザー焼結法（SLS）が急速に注目されている理由はこの点にあるといえるだろう。

ギヤードクローズドループステッピングモーター

一方、レーザー焼結法（SLS）の3Dプリンターは、装置そのものが高額であり、簡単に導入することが難しい。特許満了によって、安価な廉価版が期待されているのも、マシーンそのものの導入が大掛かりで、高額なためだ。また短所としては、表面の仕上がりがパウダー粒子のざらざら感があり、滑らかな質感を表現する事が難しい。

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