N.T@GT-Fourのブログ一覧

最近、インバータやコンプレッサーについて調べていてある事に気が付いたのでメモとして日記に残します。

一般に家庭用の単相100Vでは0.75KW(1馬力)までのコンプレッサーしか回せないとなっており、実際に日立や東芝や岩田、富士等の産業用コンプレッサーは0.75KWまでしか製造されていません。

これは、家庭用100Vコンセントが、15Aまでしか供給出来ないのが原因です。
一部に高速回転タイプのモーターを使用し、100Vで3馬力相当の能力と言うコンプレッサーがありますが、耐久性は産業用の足元にも及ばず、騒音は相当大きくなります。(この対策に以前防音ボックスを製作しました)

では単相200V用のコンプレッサーはと言うと存在せず、三相む200V(動力)が必要になるのですが、DIYで使用するには新たな電力契約と電気工事(電柱からの引き込みやメーター類の設置など)が必要な上、月額の基本料金もかかるのであまりやりたくはありません。

そこで考えたのがインバータを使用し、単相200Vを三相200Vにして大型コンプレッサーを駆動できないかと言うお話です。

まず必要になるのがインバータな訳ですが、一般に単相200V用インバータは2.2KW(3馬力)までしか各社販売していません。

しかし個人的に欲しいのは5.5KWや7.5KWクラスなので、三相用のインバータしか選択肢が無いのですが、調べていく内に単相200Vでも使用できる事が判りました。

但し条件があり、モーターに対して1サイズ以上大きなインバータを選定する必要があります。
理由は、インバータ内部の整流回路の容量不足です。
元々インバータ内部では交流を全波整流して直流としてコンデンサにチャージし、これを高速スイッチングする事で自由な交流周波数を作り出しています。

この整流部に使用されているダイオードやコンデンサが単相入力で使用すると1相分使わない状態となる為、コンデンサのチャージ間隔も長くなりますし、ダイオードにも多くの電流が流れてしまう事が原因です。

また、欠相エラーが出てしまうインバータもあるらしいので、エラーが出ない機種を選定する必要があります。(この辺はネットの情報やメーカーのサポートに確認)

後はコンプレッサーの圧力スイッチを撤去してインバータとモーター、ブレーカーからの配線を直結すればコンプレッサーを駆動する事が出来ます。
※但しレシプロタイプに限る

圧力の制御はFA用の電子式圧力スイッチをインバータのRUN端子に接続すればモーターの回転停止は自在に制御でき、モーター停止時の配管圧力逃がしはソレノイドバルブと電子式圧力スイッチ、リレーの組み合わせで可能となります。

実はこの組み合わせ、インバータの変わりに大容量のリレーを使用して以前パッケージコンプレッサーを作っているので実績のある方法になります。

いつか格安にパッケージコンプレッサを入手出来たらやってみたいです。

本当はスクリューかスクロールコンプレッサでやってみたいのですが(レシプロより静かなので)イマイチ制御が判りません。
岩田や日立のスクロールコンプレッサは標準でインバータ制御と言う話も聞いた事があるので、改造は難しいのかも知れませんが・・・。

この辺の情報をお持ちの方がいらっしゃいましたらコメント頂けますと幸いです。

全パーツの洗浄が終了、ベアリングも必要な物が揃いました。

本体の鋳物は一晩漬け置きした事と、洗浄液の温度が予定していたよりも上がってしまい、塗装が傷んでしまいました。
一番痛かったのは名板の塗料が全て溶けて剥がれてしまった事ですが、元々エッチングした上に塗装をしてある名板なので読めない事もなしと言う事でこのまま進める事にしました。

錆の出ていたコラムも高温洗浄液と600番の耐水ペーパーのコラボにより輝きを取り戻しました。



サンエスK1に漬けながら耐水ペーパーで擦ってあげると、柔らかくなった錆の部分だけが削れて明るい茶色の汁が出てきます。
その研ぎ汁をサンエスK1で洗いながら研磨して行くと、錆止めの被膜が出来るので、研いでいる最中や乾燥中に錆が再発するのを防ぐ事が出来ます。
また、高温の洗浄液に浸かっていた鋳物は暖かくなっているので、軽く水分を拭き取るだけで瞬時に乾くので、取扱いが楽で良いです。

テーブルも磨こうかと思ったのですが、あまりにボコボコなので止めておく事にしました。
手作業で磨くよりは旋盤等で表面を一皮剥いた法が平面も出て酔いと思います。

ただこの機種は意外とテーブルの肉厚が薄いので、ドリルの穴を消す事は出来ないと思います。

さて、後は電気関係の部品を揃える事にします。

そう言えば・・・チャックは余っていたユキワのキーレスを使おうかと思ったのですが、
タッピングで瞬時に逆回転させるとキーレスチャックは緩んでしまいます。

タッピング盤対応のキーレスチャックは以前一つ購入した事があるのですが、あまりにお高いのでもう一つ購入するのは躊躇してしまいます。

普通のチャックなら新品でもお手軽な値段で瞬時逆回転しても緩む事はないのですが、一度キーレスに慣れるととても面倒になってしまいます。

また、この機種は主軸にリリースナットが無い為、チャックの取り外しが極めて困難で、二度と外したくないと言うのも理由の一つにあるのですが・・・。

とりあえずチャック無しで組み立てて精度を調べつつ考える事にします。

先日、某オクにて引き取り限定の安価なボール盤を発見、大好きなキラ製だったのと、普通のボール盤をインバータ制御のタッピング盤に改造したら面白そうと思い落札してみました。

現物を引き取りに行くと、出品写真よりも更に汚くボロい物でした(笑)

スピンドルを手で回しただけで各回転部からガラガラと音が聞こえ、手にも振動が伝わります。
おまけにスピンドルを手で揺するとカタカタと動く・・・。

元々OH前提で入手しましたが、あまりに酷いので完全分解＆エンジンOH並に洗浄することにしました。

この頃のモーターは開放内扇型なのでモーター内部は粉塵の塊と化し、電源線も直出しな上に絶縁体が腐ってベタベタ、絶縁も低下していて、通電させればいつ発火してもおかしくない状態でした。

重要パーツやモーター本体は150Wの超音波洗浄器に放り込んで高温洗浄、鋳物の筐体やテーブル類は樹脂コンテナにヒーター・循環用ポンプと共に放り込んで洗浄、モーターは分解して古い電源線とブッシュ、ベアリングを交換します。

本体も全ベアリングを交換しようとした所で問題発生！ベアリングは分解前に資料を見て取り寄せたのですが主軸チャック側のスラストと深溝玉軸受の径が合いません。

チャック取り外し用のナットもスピンドルに付いてないので、キラに問い合わせしてみました。

すると驚きの回答がありました。

現行の13ミリボール盤の2世代前、しかも昭和45年にスピンドルの仕様を変更する以前に製造された物との事で、キラにも分解図やパーツリストが存在しないとの事でした。

しかしこのボール盤、再塗装された形跡が無いのですが、油と鉄粉が全体を完璧に覆っており、コラム以外は殆ど錆がありません。

サンエスK1で洗浄したら物凄く綺麗な塗装面が現れました。

昭和中期製造とは到底思えない見た目の綺麗さに驚き、スピンドルやプーリー部の精度にも驚きました。
昭和時代の産業用機械と言うのは本当に素晴らしいと思います。

まだ一部パーツの洗浄が終わっていないのと追加のベアリングが届いていないので組めないのですが、組み終わったらまた写真を載せようと思います。
とても昭和中期に製造されたとは思えない物に仕上がると思います。

まだ妄想段階ですが・・・

自宅に置いて気軽に使えるCNC加工機が欲しいと前々から考えていました。

実はCNC加工機と言うのは制御自体は非常に単純で、
簡単に言うとフライスや旋盤のハンドルをモーターに変えただけの代物、
この部分が制御出来れば精度の話を抜きにすればCNC加工機は成立します。

しかしどうやって制御すれば・・・と考えていたのですが、調べてビックリ、
ホビー用として使用できる(もちろん業務用にも使える)CNCの制御用ソフトウェアと言うのが
驚きの低価格で存在しており、CADやCAMもフリーから超高価な市販品まで色々あって、
その気になれば作れてしまう事が判りました。

メジャー所では下記がありました。

Mach3(リンクは国内販売サイト)
http://www.originalmind.co.jp/goods/03515

このソフトはパソコンのパラレルポートを使用して制御信号を出力します。
出てくる信号はモータの回転パルスと回転方向信号のみです。
ハード構成的には最も単純な割にとても高機能です。
※但しPCとの相性があり、試してみましたが我が家のワークステーションでは安定しませんでした


USBCNC CPU5
http://www.originalmind.co.jp/goods/07962

こちらは専用USBボードを経由して信号を出力するタイプ。
元々プリンタ制御用のパラレルポートとは違い、専用設計のハードを使用する為
信号が不安定になる事がなく、相性問題もきにする必要はありません。
しかし専用ボード代も加わる為やや高価・・・


planet-cnc
http://www.planet-cnc.com/

こちらも専用USBボード使用タイプ


edingcnc
http://www.edingcnc.com/index.php?taalid=2

こちらはUSB以外にLAN経由での制御にも対応している様です。


この辺のソフト・インターフェイスを導入すれば、CNCの最も難しい制御部分は
あっさりクリアされます。

残るは電気的な部分と機械的な部分です。

電気的な部分はステッピングモータやサーボモータと、
モータを制御するドライバがあれば解決します。

ステッピングモータは某オクでも沢山出品されていますし、
オリエンタルモータなら一個単位で即日出荷してくれるので入手は容易です。

ステッピングモータドライバはシーケンサ＋モータドライバの入ったワンチップICがありますので、
自作する事も簡単ですし、より高性能を求めるならオリエンタルモータのユニットタイプを
購入すると言う方法もあります。

ステッピングモータドライバの自作は、サンケン電気のSLA7078を使ったMAX3Aの電流制御型の
2相ユニポーラタイプ用ドライバを製作して実験してみました。

http://sec-suzuki.com/SLA7070M-AP-Ver4_0.pdf

モータは山陽電気の2.9Aタイプを使用し、20Vでマイクロステップ駆動等をテストしましたが良好でした。
このドライバは44Vまで使えるので、実使用時は36Vの電源で駆動するとより良いと思われます。


残るは機械部分とスピンドルな訳ですが・・・
ここで引っかかってしまいました。

XYZの3軸はボールネジとLMガイドで構成すればバックラッシュ0で高精度に作れるのですが(高いです)
大きな金属板の高精度加工と言うのは手作業とボール盤のみでは無理があります。

ここは最悪、設計だけして加工業者に発注と言う手もあるのですが、問題は主軸(スピンドル)の方で、
散々調べてみたものの市販CNC用スピンドルの構造がはっきりと判りませんでした。

また、アンギュラベアリングの正しい使用方法は理解したものの、市販のベビーチャックを使用して
適正与圧になる構造と言うのが考え付きませんでした。

スピンドルユニットに関してはネット上の情報は調べ尽くした感もあるので、
自力で先に進むのは難しいのかも知れません。

ちなみに想定している用途としては、下記の様な物です。

・プリント基板の切削(12000～18000rpm)
・樹脂・アルミ等軽金属の切削(3000～8000prm)

重量的な問題でマシン本体はアルミで作る事になりそうなので、
剛性的にも鉄を削る様な重切削はしない(出来ない)と思います。

現在、X軸(450mm)とZ軸(200mm)に使えそうなアクチュエータ、ステッピングモータとドライバは
入手したものの、全体構造(特にスピンドルとT溝加工の可否)がイメージできず、
妄想の粋を出ていません。

あと予算の問題もあるので、ゆっくり考えて行きたいと思います。
スピンドルの構造やアルミベースにT溝加工してTスロットナットが使い物になるか等、
アドバイスありましたら宜しくお願いいたします。

以前、日記に書いていたタッピングボール盤の制御回路を公開します。

この回路は、タップ盤をインバータ化した時の正転・逆転制御を行う為の物で、判り易くする為、制御部分のみを記載しています。




主要パーツは下記の5点と、インバータです。

1, 回転/停止SW　(トグルSW等、使用者の好みで)
2, タップ/ドリルSW　(トグルSW等、使用者の好みで)
3, 正転SW　(リミットSW、要新品交換)
4, 逆転SW　(リミットSW、要新品交換)
5, 制御リレー　(一般的な2Cリレー、接点信頼性確保の為、微小電流対応品を使用)

ちなみに今回使用したインバータは、三菱のFR-D710W-0.4Kです。
※100Vの家庭用コンセントで使用できます

回路の動作としては、リレーを使用した自己保持回路となっており、
タップモード時、逆転SWが押されるとリレーのコイルが通電、
回路が切り替わってモーターが逆転すると共にリレーが自己保持状態になります。
主軸が上死点まで戻って正転SWが押されるとリレーへの給電が停止、
自己保持が解除されると共にモーターが正転へと戻ります。

この回路の注意点としては、リレーは必ず微小電流対応品を使用する事です。
接点容量の大きなパワーリレーを使用すると、接点に酸化皮膜が出来てしまい、
スパークによってこの酸化皮膜が破られない為、逆転しない事故が発生する可能性があります。
コイル電圧がAC100Vの物の中にも接点容量が小さく高信頼な物も存在しますので、
必ず小容量の高信頼品を使用してください。

また、元々盤に付いて来たリミットSW(マイクロSW)は200Vで使用されていた為、
接点が傷んでいる可能性が高いので、安全確保の為、必ず新品に交換して下さい。

この回路が素敵なガレージライフのお役に立てれば幸いです。