月: 2020年12月

Rねじとは

Rねじ (英: R-Threads) とは、管用テーパねじの俗称です。

JISおよびISO規格において管用テーパねじのおねじを「R」、めねじを「Rc」と表すことからこのように呼ばれています。

管用 テーパねじとは、JIS B0203で「配管・配管用部品・流体機器などの接合において、ねじ部の台密性を主目的とするねじ」と規定されています。Rねじは、「ねじ込み式管継手」および「管 (パイプ) 端部のねじ」に使用するねじで、配管の接合に使用するねじを示します。

Rねじの使用用途

図1. Rねじ (管用テーパねじ) の配管使用例

Rねじ (管用テーパねじ) は、配管施工において継手接合部で、配管内流体の漏洩が少なく気密性に優れています。そのため、各種流体の輸送配管、空圧機器や真空機器など、基本的に流体の漏洩が問題となる配管の継手の締結部に使用されます。

Rねじの原理

Rねじの原理として、ここでは 代表的な「JIS B0203 管用テーパねじ」を説明します。テーパねじの基準山形は、パイプ (管) や継手のねじの中心軸線に対して、1:16のテーパ状にねじ切加工されています。

平行めねじの場合は、中心軸に対して平行にねじ切り加工されています。テーパねじおよび平行ねじの基準山形は、図2を参照してください。

図2. 管用テーパおねじ、目ねじと平行めねじ

Rねじは、おねじ側は先端から離れるにつれて外径が大きくなり、めねじ側は端部から離れるにつれて内径が小さくなっています。したがって、ねじ込み深さが深くなるほどオス・メスの密着度が高まり、気密性が増す仕組みです。

管用テーパねじのサイズは、パイプと同じでインチ呼びが原則で、1/8インチ (1/8Bまたは6A パイプ用) のねじを 「イチブ」 、1/4インチ (1/4Bまたは8A パイプ用) のねじを 「ニブ」 と呼びます。前述したように、管用ねじにはRねじの他に、Rp (管用テーパおねじに用いる管用平行ねじ)  、G (管用平行ねじ)  、NPT (一般用アメリカ管用テーパねじ) などさまざまな規格があります。

異なる規格のねじは接続することができないため、使用する機器やジョイントの仕様によって適切な規格のねじを選択することが大切です。

Rねじのその他情報

1. Rねじを使用した製品の代表例

Rねじを使用した製品の代表例としては、下記があります。

• JIS B2301 ねじ込み式可鍛鋳鉄製管継手
• JIS B2302 ねじ込み式鋼製管継手
• JIS B2308 ステンレス製ねじ込み管継手

Rねじ使用の配管継手、管端部のおねじは、図3を参照してください。

図3. Rねじ使用の配管継手、管端部のおねじ

Rねじは、ねじ込み式で接合するため、溶接接合やフランジ接合などと比較して、施工が非常に容易です。

2. Rねじの規格

Rねじと管用テーパねじの規格は、以下のとおりです。

• JIS B0203 管用テーパねじ Taper Pipe Threads
• ISO 7-1, Pipe threads where pressure-tight joints are made on the threads−Part 1:Dimensions, tolerances and designation.
• ANSI/ASME B1.20.1 NPT American National Standard Taper Pipe Threads

JIS B0203において、Rねじの表記方法は下記のようになります。

• 1-1/2B (40A) パイプ用のテーパおねじ (おすねじ): R1 1/2
• 1-1/2B (40A) ねじ込み式継手用のテーパめねじ (めすねじ): Rc1 1/2
• 1-1/2B (40A) ねじ込み式継手用の平行めねじ (めすねじ): Rp1 1/2
• JIS B0203では「平行めねじ」 も規定されています

管用ねじには、管用テーパねじの他に、JIS B0202 管用平行ねじ Parallel Pipe Threads があります。俗称ではGねじになります。現在のJIS B0203は、ISO規格 (International Organization for Standardization) の ISO 7-1に準拠するように改訂されたものです。改定前の旧JIS規格は最新改訂版で、「付属書1 (規定) ISO 7-1に規定されていない管用テーパねじ」というように規定されています。

この場合では、「おねじ」も「めねじ」も「PT」と表し、この表記で表示されているため、選定の際には「おねじ」か「めねじ」なのかを注意して判断する必要があります。また、管用平行ねじは「PF」と表記されます。

3. 管用平行ねじの長所

管用平行ねじは、締結ねじ部とシール部 (Oリングやガスケットなど) が分離しているため、下記のような長所があります。

• 常に一定の締め付け状態を維持できる
• 流体の漏洩を完全に防止できる
• シールテープの破片が混入しない
• 曲げや疲労に強い

短所としては、配管の振動によるにじみ漏れが発生する場合があります。また、管用テーパねじと管用平行ねじの使用できる組み合わせを、図4に示します。

図4. 管用テーパねじと管用平行ねじの使用組み合わせ

4. Rねじの施工方法

Rねじの施工では、おねじ側にテフロン製の薄膜であるシールテープを巻き付けて、ねじを締め込むことによって、わずかに空いたねじの隙間を埋め、気密性を大幅に向上させるのが一般的です。

シールテープをおねじに巻く時には、先端のねじ山を一山外した状態で6～7回巻きつけます。この際、シールテープはねじ山と同じ巻方向 (通常は時計回り) で巻く必要があります。ねじを締める前に、シールテープを指でネジ山に押し付けてなじませることによって、用意にねじを締めることができます。

参考文献
http://www.taiyo-ltd.co.jp/kpl_jp/faq/info_others.html
https://www.monotaro.com/s/pages/productinfo/kanyoneji/
https://www.monotaro.com/s/pages/productinfo/screw_seal/

CC-LINKケーブルとは

CC-Linkケーブルとは、FAネットワークであるCC-Link (Control & Communication Link) に対応したケーブルです。

CC-Linkとは三菱電機株式会社が開発したFAネットワークで、最高10Mbpsの高速伝送と最長1,200m (伝送速度156kbps) の長距離通信が可能です。CC-Linkに対応したPLCと各入出力機器をCC-Linkケーブルで接続することでCC-Linkネットワークを構築することができます。

一般的にはシールド付3芯ツイストペアケーブルが使用され、ケーブルによって対応するCC-Linkのバージョンが異なります (下位互換性有り) 。固定部用・可動部用などの使用用途や外被色ごとに型番が設定されています。 

CC-LINKケーブルの使用用途

CC-LINKケーブルは主に産業用途で使用されます。

ハードワイヤーによる通信は数十芯の多芯ケーブルを機器間で敷設する必要があったのに対し、CC-Linkではマスタ局を介して3芯シールドケーブルを直列に接続するだけでよいので低コストかつ省スペース化です。そのため、多くの機器を使用する生産ラインなどで使用されます。リピータや光リピータユニットを使用することですることが伝送距離を延長できます。

開発元の三菱電機株式会社にパートナー申請することによりCC-Link対応製品が開発可能なため、各メーカーからCC-Linkに対応したケーブルや計測機器やコントローラなどが販売されています。さらに製品タイプ毎にメモリマップドプロファイルが設定されているため、用途が同じ機能であれば他社製品でもほとんど同じプログラムで対応することが可能です。 

CC-LINKケーブルの原理

CC-LINKケーブルは、多くの場合シールド付3芯ツイストペアケーブルが使用されます。

シースにはビニルなどの柔らかい材質が使用されることが多いです。また、屋外用のCC-LINKケーブルは対候性を高めるため、黒色のポリエチレンが使用されます。通信用ケーブルで大きな電力を電送しないため0.5mm2程度の細い導体が使用されます。

CC-LINKケーブルのその他情報

1. CC-LINKケーブルの配線方法

CCLINKケーブルの加工・配線は次のステップで行います。

シースの除去
ケーブルの被覆を剥きます。シールドの網を傷つけないように注意が必要です。
シールドの加工
シールド網を丁寧にほぐします。信号線以外にむき出しのドレイン線が1本あるので絶縁します。
信号線被覆の除去
被覆を除去した部分はしっかりより合わせます。
圧着端子の装着
圧着ペンチを利用して圧着端子を接続します。
端子台への接続
ネットワークの両端に終端抵抗の取り付けます。この時使用する抵抗は110Ωです。
シールド線の接地
シールド線の両端を各ユニットのSLDに接地します。

2. CCLINK IE Field ケーブルについて (LAN)

CCLINK IE Field (英:Control & Communication Link-Industrial Ethernet Field) とは、CCLINK協会によって2007年に開発されたオープンネットワークです。CCLINKがマスタ・スレーブ方式のシリアル通信をしているのに対し、CCLINK IE Fieldはギガビットイーサネットを基準として構築される通信システムです。

イーサネットの技術を活用しているため、LANケーブルでネットワークが構築されます。ただし、ケーブルにはSTPケーブルが用いられます。STPケーブルはケーブル内部にシールド加工が施されておりノイズに強いのが特徴です。

参考文献
https://www.melsc.co.jp/business/cc-link/spec.html
https://www.cc-link.org/ja/cclink/cclink/index.html
https://nasueidensha.com/cc-link-concept/
https://www.m-system.co.jp/mstoday/plan/mame/b_network/0002/index.html
https://www.keyence.co.jp/ss/products/controls/network/fieldnetwork/cc_link_ie.jsp
https://www.cc-link.org/ja/material/documents/cc1511_01_c.pdf
https://www.sanwa.co.jp/product/network/lancable/stp.html
https://www.cc-link.org/ja/material/documents/cc081105g.pdf

ボールレンズとは

ボールレンズは球状のレンズであり、通常の凸レンズと比較して焦点距離が極端に短く集光能力の高いレンズです。

焦点距離が短いことから広範囲の光を1点に集光したり、コリメート（光を平行状態に収束させること）したりする用途として、各種センサや光ファイバーのカップリング素子として使用されています。

一般的には直径0.5mmから10mm程度のボールレンズが製品として生産されており、0.3mmから7.3mm程度と非常に小さい焦点距離が実現されています。

ボールレンズの使用用途

ボールレンズはバーコードのスキャナーなどに代表される光学式のセンサや内視鏡の集光素子として使用されます。これらのセンサはより小型で広範囲の光学的な情報を検知する能力が要求されるため、焦点距離の短さがセンサの能力に直結することになります。

また、レーザー光源から光ファイバーに光をカップリングするためにもボールレンズが使用されます。レーザービームのビーム径と開口数（NA）に対して適切な開口数のボールレンズを使用することでレーザービームから拡散する光が直線上に整列され、光ファイバー内に入射します。

ボールレンズの原理

ボールレンズは精密機器に使用される光学素子であるため0.1mm程度の小さな傷やほこりがついてしまうと製品として出荷できないことから、高クラスのクリーンルーム内で製造され、精密な検査を通過した後に出荷されます。

上記と同様の理由から生産工程の自動化も難しく、手作業で運搬や検査、選別がされている場合も多くあります。そのため販売価格も高い傾向にあり、1つのボールレンズで数千円から一万円程度の金額となります。

品質の保証範囲も製品ごとに詳細に定められており、直径や焦点距離の他、設計波長や真球度、表面品質、偏心のばらつきも規定されています。

ボールレンズの材質としてはN-BK7やN-SF15などの単一硝材（光学ガラス）が使用されます。また、サファイヤを使用したボールレンズは赤外線から紫外線（波長0.17～5.5マイクロメートル）まで幅広い波長で使用が可能です。

反射防止膜コートの表面処理が施された製品にはコーティングされた面が分かるように印字された光軸確認用のマーキングがあり、使用する際にはアルコール等でマーキングを拭き取る必要があります。

参考文献
https://www.edmundoptics.jp/knowledge-center/application-notes/optics/understanding-ball-lenses/
https://www.global-optosigma.com/jp/Catalogs/pno/?from=page&pnoname=MS&ccode=W3071&dcode=
https://www.sugitoh.com/product/lens/ball.html

ボールエンドミルとは

ボールエンドミルとは、工作機械で使用される切削工具であるエンドミルのうち、先端の形状が球状のエンドミルのことです。

通常のエンドミルは形状が平坦であるため、切削面の断面形状が直角になるのに対して、ボールエンドミルで切削加工した場合には断面形状を曲面にできます。

ボールエンドミルを使用することで、切削工具を傾ける機構を有する5軸の加工機械などを使用せず、ボールエンドミルの球半径以上の曲率半径であれば曲面を自在に成形することが可能となります。

ボールエンドミルの使用用途

ボールエンドミルは曲面形状を成形する切削加工に適しているため、底面の角部に部品やゴミが貯まらないようにするためにフィレット部を設ける場合や、液体の流路としてのかまぼこ状の溝を切削したい場合などに使用されます。

また、CADソフトで設計した形状に基づきNCフライス盤などで数値制御を行いながら切削加工をすることで、ボールエンドミルの球半径以上の曲率半径であれば、一般的なスクエアエンドミルでは難しい滑らかな曲面を成形することができます。

ボールエンドミルの原理

ボールエンドミルは、NC工作機械と併用することで曲面形状を容易に切削することが可能です。しかし、スクエアエンドミルと比較して欠点もいくつか存在します。

ボールエンドミルは刃先の断面積が小さいため剛性が低く、刃こぼれが生じやすいのが特徴です。ボールエンドミルの刃の断面は曲面で、工具径は被切削部材との接触位置により大きく変わります。送り速度や回転数を一定に設定していても、被切削部材表面の水平度や表面粗さによって、過度な負荷がエンドミル先端に加えられることで刃こぼれします。

その他、底面の角部の直角加工ができない、切削くずの排出性が悪いといった欠点もあり、汎用的なエンドミルとしてはスクエアエンドミルに軍配が上がります。また、被切削部材との接触位置により加工面の品質も大きく異なるため、滑らかな曲面を成形したい場合には高精度の位置決め精度をもった加工機械の使用や加工後の表面処理が必要です。

ボールエンドミルのその他情報

1. ボールエンドミルの使い方

刃先が丸いボールのような形状になっていることから、平面や側面だけでなく、球面といったあらゆる形状を削ったり、エンドミルの半径分を使ったコーナーR付け加工に使います。球面になっている特性上、刃の先端から外側にかけて徐々に工具径が大きくなり、回転速度も変わってきます。

先端の工具径は0なので、どれだけ高速回転させても回転速度は0のままです。そのため、回転が0になる先端部分だけでの加工は面が汚い、刃こぼれするなど、カッターにもワークにもあまり良い結果は出ません。ボールエンドミルを用いて良好な加工結果を出すには、できるだけ刃面の外側をなるべく使うようにし、回転数の速い場所でワークに接触させることが大切です。

テーブルや主軸の角度を自在に変更できる5軸加工機では、エンドミルもしくはテーブルを任意の角度に傾けて良好な精度を得られるように削っていくことができます。ボールエンドミルで平らな面を加工することは不可能ではありません。フライスカッターに比べて時間は掛かりますが、ボールの直径から半分だけ(20mmなら10mm) ずらし、平面を塗りつぶすように加工することで、平面の加工が可能になります。

この場合、表面は凸凹が目立って綺麗ではありません。あくまでも荒削り用途に限定されますが、ボールエンドミル1つで複雑な面形状から平面加工に側面加工まで万能に対応できます。

2. チップ式のボールエンドミル

エンドミルの直径が20mmよりも大きい大径のボールエンドミルでは、ソリッドタイプの他、2枚の刃 (チップ) が取り外し可能な交換式になっている種類があります。チップ交換式だと、ソリッドのように再研磨して再び使用することができません。

しかし、切れ味が悪くなれば交換するだけで済むため、簡単で刃物交換の時間も短縮できます。チップの種類によって荒削り用と仕上げ用があり、荒削り用の場合は1枚のチップが上下で対称な形をしています。

使い終わったらチップをひっくり返して装着すれば、1枚のチップで2回分の加工が可能な場合が多いです。仕上げ用のボールは、半月のような形状の1枚チップとなっていて、荒用のように刃を組み替えて再加工することはできません。

3. ボールエンドミルと併用される機械

ボールエンドミルを併用する機械には、主に3軸CNCルータ、4軸CNCルータ、5軸CNCルータがあります。それぞれのCNCルータでは、CAD/CAMソフトウェアで作成した3Dデータを読み込んで、ボールエンドミルを使って加工を行います。

加工精度は、ボールエンドミルの刃先の半径や回転数、進行速度などによって調整が可能です。また、最近では高速加工に特化した高速切削機能を搭載した機械も登場しています。

3軸CNCルータ
3軸CNCルータは、X軸、Y軸、Z軸の3軸によって制御され、平面加工や浅い溝加工に適しています。

4軸CNCルータ
4軸CNCルータは、X軸、Y軸、Z軸に加えて回転軸を持ち、回転しながら加工できるため、立体加工や彫刻加工に適しています。

5軸CNCルータ
5軸CNCルータは、4軸CNCルータに加えて傾斜軸を持ち、より複雑な形状の加工が可能です。

参考文献
https://www.monotaro.com/s/pages/cocomite/012/
https://www.osg.co.jp/products/endmill/
https://www.dijet.co.jp/product/new_product/2018.html

ファンクションジェネレータとは

ファンクションジェネレータとは、電気的な波形 (電気回路における時間に対する電圧の波形) を発生する装置です。

正弦波や方形波、三角波、ランプ波、ノイズ波などの周期的な波形を発生させることが可能で、各電気素子の動作テストや特性分析などに使用される場合が多いです。任意波形や3相信号を発生できる製品も販売されています。トリガやゲート発振，スイープ発振といった機能が備わったモデルも存在します。

また、波形振幅や周期などのパラメータについても設定することが可能です。 

ファンクションジェネレータの使用用途

ファンクションジェネレータは　、主に電気素子や回路に特定の波形の電気信号を入力した際の応答性を調査するために使用されます。電気的な波形を計測・表示・記録する装置であるオシロスコープと併用される場合が大半で、多くの大学の電気実験室や研究機関などにはこれらが用意されています。

様々な波形が出力できる機能に対して価格も高いため、製品に組み込みで使用されることはなく、分類としては検査装置に近いと言えます。

ファンクションジェネレータの原理

ほとんどのファンクションジェネレータは、DDS (Direct Digital Synthesizer: デジタル直接合成) と呼ばれる方式が採用されています。DDS方式は、加算器とラッチにより構成される位相アキュムレータ、波形ROM、およびD/Aコンバータで構成されています。

これらを利用して周波数設定値に比例した速度のデジタルデータを取得し、これをアナログ変換することで目的の波形が出力されます。この方式により、安定で高い周波数確度、高分解能、位相の連続性の保持、任意波形の出力などの実現が可能です。

ファンクションジェネレータの選び方

ファンクションジェネレータを選定する際は、以下のポイントを確認することをおすすめします。また、使用目的に応じた仕様のファンクションジェネレータを選定することが重要です。

1. オーバーシュートが少ない

オーバーシュートとは、方形波立ち上がり時に基準値を超過した値を取る現象を指します。設定した波形に近づけるには、このオーバーシュートが少ないことが望ましいです。

2. ジッタが小さい

ジッタとは信号タイミングの揺らぎを指します。発振波形・トリガ信号のどちらにもこのジッタは発生します。再現性の高い信号生成をするためには、ジッタが小さいファンクションジェネレータを選定する必要があります。

また、波形の種類が豊富 (20種類以上＋任意波形) 、多様な波形制御が可能 (外部トリガなど) 、多出力同期発生が可能など、要求される利便性も高くなっています。 

ファンクションジェネレータのその他情報

ファンクションジェネレータの波形発生機能

1. バースト発振機能
トリガ信号やゲート信号で波形発生タイミングを決定する機能です。バースト発振機能には大きく分けて以下の3種類があります。

• オートバースト発振
  発振波数・停止波数のみ指定する機能で、トリガ信号・ゲート信号は不要になります。指定した波数分発振と停止を繰り返す機能です。
• トリガバースト発振
  トリガ信号受信ごとに指定波数分の波形発生を繰り返す機能です。
• ゲート発振
  ゲート信号オンのタイミングで設定周期の波形発生を行う機能です。ゲート信号がオフになっても、その瞬間には波形は停止しません。指定した位相で整数周期分波形発振が完了した時に波形停止します。バースト発振機能では発振・停止時の位相を任意で定めることが可能です。

2. スイープ機能
スイープ機能は、特定の値を設定時間内の間変化させることができる機能です。変化できるパラメータには周波数、振幅、方形波のデューティ比 (1周期でのハイレベル/ローレベル比率) 等が挙げられます。

3. 変調機能
発振波形を変調する機能です。代表的な変調として、以下が挙げられます。

• FM (周波数変調)
• PM (位相変調)
• AM (振幅変調)
• PWM (パルス幅変調)

参考文献
https://www.techeyesonline.com/tech-column/detail/Reference-FunctionGenerator-01/
https://jp.rs-online.com/

ロッドレスシリンダとは

ロッドレスシリンダとは、外部に伸びるロッドが存在しないシリンダです。

シリンダは、圧力を推進力に増幅変換させる機器を指します。シリンダの本体自体が動くことで直線的な運動が実現されます。エアシリンダで使用されることが多いです。一般的なシリンダは、ストロークの倍以上の長さロットが専有します。

それに対し、ロッドレスシリンダはロッドが不要なため、全体的な構造がコンパクトでスリムな点が特徴です。省スペース化を実現することが可能で、狭いスペースや制約のある環境で使用する際に有利です。

ロッドのない構造であるため、ロッドのたわみや振動が影響せず、高い運動精度を維持します。位置制御や位置決めが重要な応用用途にも有利です。また、ガイド付きの製品は、エア配管を接続するだけでそのまま使用することができます。

ロッドレスシリンダの使用用途

ロッドレスシリンダは、さまざまな産業やアプリケーションで使用されています。リニアガイドと併用して使用することが多く、ボールネジの直動機構と同程度のストロークで使用することができます。以下はロッドレスシリンダの使用用途です。

1. 自動化システム

自動化システムでは、製品の組み立てや運搬などのプロセスでロッドレスシリンダが利用されます。例えば、製品を正確に位置づけて加工・搬送するために、高精度のロッドレスシリンダが使用されます。また、ピッキング・製品配置作業においても使用されることが多いです。

2. パッケージング機器

食品や医薬品の包装機器では、製品の搬送や封入作業にロッドレスシリンダが利用されます。製品を正確に配置してパッケージングする必要があるため、運動精度の高さが重要です。また、ロッドレスシリンダは清浄な環境での作業にも適しているため、医薬品や食品の加工・包装ラインでの使用に有利です。

3. ロボットアーム

工業用ロボットアームは、工場の自動化や物体の移動、組み立てなどに使用されます。ロッドレスシリンダは、ロボットアームのジョイントやエンドエフェクターの動作制御に用いられることが多いです。これにより、製品の組み立てや荷物の仕分けなど、幅広い作業を実行できます。

ロッドレスシリンダの原理

ロッドレスシリンダにはマグネット式とメカジョイント式の2つのタイプがあります。

1. マグネット式

マグネット式ではシリンダチューブとスライドテーブルはつながっておらず、マグネットの磁力によって直動動作が連動します。チューブ内は閉空間となっているため、エア漏れのリスクは小さく、最大150℃の耐熱仕様も対応可能です。ただし、力の伝達にマグネットを使用しているため、大きな負荷を与えるとスライドテーブルが外れる可能性があります。

2. メガジョイント式

メカジョイント式はシリンダチューブとスライドテーブルがつながっており、シールベルトと呼ばれるパッキンによって流体がシールされた構造です。大きな負荷にも耐えられますが、低速使用ができません。また、使用可能な温度範囲が狭く、シールベルトが浮き上がるとエア漏れする点が欠点です。

ロッドレスシリンダの選び方

ロッドレスシリンダの選ぶ際は、まず使用推力からシリンダ内径を決定します。シリンダの推力は、内径面積と使用空気圧から求めることが可能です。

次に、負荷荷重やピストン速度、モーメントなどの特性から、移動物の質量や移動速度を考慮してシリンダ型式を決定します。また、取付姿勢によっても条件が変わるため注意が必要です。一般的に垂直姿勢では移動物の重量が加算されるため、大きなサイズのシリンダを選びます。

ロッドレスシリンダのその他情報

ロッドレスシリンダの使い方

ロッドレスシリンダはロングストロークで使用される場合が多く、取付にいくつか制約があるため注意が必要です。ロッドレスシリンダは移動物に推力のみを与え、荷重やモーメントは直動ガイドで受けます。

ロッドレスシリンダを使用する際の注意点は、スライダへの移動物固定方法です。移動物は直動ガイドに固定されており、ロッドレスシリンダにより推力を与えますが、スライダと移動物は完全固定してはいけません。

理由としては、直動ガイドは直線移動するのに対し、ロッドレスシリンダのチューブは自重によるたわみがあり、スライダの動きは直線運動にならないためです。直動ガイドとスライダの動きは平行にならず、シリンダやガイド破損の原因になります。

これを回避するために、スライダと移動物の固定は推力方向のみとし、スライダを前後方向に挟み込むように取付する対策を講じることも多いです。

参考文献
https://www.smcworld.com/products/select_guide/ja-jp/actuator/rodless_data.html
https://mechanical-engineer48.com/post-1551/

ルブリケータとは

ルブリケータとは、機械部品や機械装置に油やグリースなどの潤滑剤を供給する装置です。

空圧機器の1種で、圧縮空気中に潤滑油を噴霧することによって潤滑剤を供給します。予め潤滑油の噴霧量を付属の調整つまみで調整しておくことで、圧縮空気供給時に自動的に潤滑油を一定量噴霧します。

近年は、無給油タイプの空圧機器が広く使用されているため、ルブリケータを必要としない場合もあります。アクチュエータ (エアシリンダなど) が無給油タイプの場合でも、ルブリケータにより給油することで寿命を延ばす効果はあります。

ただし、一度給油した場合はシリンダ摺動部のグリスが給油により流されるため、継続した給油が必要です。通常は、圧縮空気から水分を除去するエアフィルタと、供給する空気圧を調整するエアレギュレータと共に圧縮空気の供給位置に設置し、これら3つの機器は「エア3点セット」と呼ばれています。

ルブリケータの使用用途

ルブリケータは、産業分野で広く使用されており、機械の信頼性向上やメンテナンスの簡素化に貢献しています。空圧機器への使用が最も一般的です。

エアシリンダーは空気圧を使って動くシリンダーであり、ピストンとシリンダー内面の摩擦するため、適切な潤滑が必要です。ルブリケータを使用してエアシリンダーに適量かつ適時に潤滑剤を供給し、動作をスムーズに保ちます。

また、バルブ類への潤滑も用途の1つです。エアバルブは空気圧を使って動くバルブであり、バルブとバルブシートの接触面で摩擦が発生するため、適切な潤滑が必要です。したがって、空気制御用電磁弁やエアバルブには、ルブリケータによって潤滑剤を供給して劣化を防止します。

そのほか、機械部品に使用する場合もあります。減速機やベアリングなどの機械部品は高負荷や高回転数で動作するため、これらの部品に適量かつ適時に潤滑剤を供給する必要があります。コンベヤ、エアコンプレッサーなどの機械装置も摩擦が生じるため、ルブリケータなどで適切に潤滑を施すことが可能です。

ルブリケータの原理

ルブリケータは上部のベンチュリ部と下部のオイルタンクに分かれており、オイルタンクには潤滑油を注入します。圧縮空気が供給されると、オイルタンク内が加圧されることで潤滑油がベンチュリ部まで上昇します。ベンチュリ部を通過した圧縮空気の膨張に伴って、潤滑油もオイルミストとなります。

ルブリケータの多くがOUT側ポートで1～2マイクロメートル以下の微細なオイルミストのみを通過させる選択式の構造です。通過したオイルミストは管壁に付着せず、遠方の機器まで給油することができます。

以上のような構造ゆえに、オイルタンク内の潤滑油が尽きると空圧機器へ給油されません。長期間放置すると空圧機器の故障に繋がります。したがって、ルブリケータを使用する場合には定期的に油量を確認し補充する必要があります。

また、フィルタおよびレギュレータと共に3点セットとして使用する場合には、必ずフィルタ・レギュレータ・ルブリケータの順に接続します。

ルブリケータの選び方

ルブリケータを選ぶ際は、潤滑油量や潤滑方法などを考慮して選定します。

1. 潤滑油量

使用する機械部品や装置の仕様に合わせて、適切な潤滑量を確保できるルブリケータを選ぶことが必要です。潤滑量が少なすぎると、機械部品や装置の摩耗が進んでしまうことがあります。

一方で、潤滑量が過剰であると、潤滑剤のムダや余分な潤滑剤の掃除が必要になる場合があります。

2. 潤滑方法

エアーラインへ使用するルブリケータは自動注油のルブリケータが好ましく、簡易的に注油したい場合は手動タイプなどを選定します。

 

注意点として、ルブリケータによっては使用可能な潤滑剤の種類に制限がある場合があります。機械部品や装置が必要とする潤滑剤と一致するように、適切なルブリケータを選ぶことが大切です。

参考文献
http://www.uht.co.jp/ja/support/howToUse3set.html
https://jp.misumi-ec.com/tech-info/categories/technical_data/td06/x0107.html
https://smc-pneumaticcomponents.com/guide_faq?cmd=detail&faqId=36
http://kousyoudesignco.dip.jp/air9-1.html

ボールローラーとは

ボールローラーとは金属球などのボールを回転可能かつ表面を一部露出させた状態で保持した部品であり、フリーベアやボールキャスターと呼ばれる場合もあります。

1自由度の回転機構と1軸のローラを使用した一般的なキャスターとは異なり、360度あらゆる方向に滑らかに回転することが可能です。

任意の方向に自在に移動可能とするための台車のキャスターや梱包後の製品を直角・斜め方向にスムーズに移動させるための搬送台として多く使用されます。 

ボールローラーの使用用途

ボールローラーはあらゆる方向に滑らかに回転するため、台車のキャスターに使用されます。平行に配置した2つのタイヤに加えてボールローラーを必要数取り付けることで簡単に向きを変えることのできる台車となります。とりわけタイヤ駆動に対する移動の応答性が要求されるロボティクス分野においては、一般的なキャスターよりもボールローラーが多く使用される傾向にあります。

また、台上に上向きで複数個設置することで直角方向の移動や回転が用意なコンベアとして使用することもでき、主に梱包後製品の仕分け部分などに使用されています。 

ボールローラーの原理

ボールローラーは露出する回転球（メインボール）を複数個の小さな球（サブボール）または3本の回転シャフトで支持することで、回転球が保持された状態で滑らかに回転します。これにより対象物表面との接触状態における摩擦係数は非常に小さくなり、抵抗力が大幅に減少します。

一方でキャスターとして使用する場合には滑らかに移動できる反面、ゴムや樹脂などの柔軟材料を表面に有する一般的なキャスターとは異なり表面の摩擦係数は小さく弾性変形もほとんどしないため、段差に対する走破能力は低くなります。

また、粗い表面に対してはボールに傷がつくことで抵抗が大きくなる点、異物の混入により回転しなくなる可能性がある点などから、屋外で長期間使用する場合には信頼性は大きく下がります。

ボールローラーの材質はスチールやステンレスの他、自己潤滑性を有するエンジニアリングプラスチックであるPOMなどが使用されます。金属製の場合にはメインボールとサブボールの摩耗を軽減するための潤滑油が注入されていることが多く、洗浄により潤滑油を落とした場合には摩耗による発塵の恐れがあることから、クリーンルームなどで使用する場合にはPOM製のボールローラーの使用が推奨されます。

参考文献
https://www.nbk1560.com/resources/machine_element/article/ballroller-001/
https://www.freebear.co.jp/home/products/freebear_top/

バラマンとは

バラマンとは、重量物を取り扱うための装置です。

作業者が重量物を持ち上げ、回転、移動する作業を補助する役割があり、バランサやハンドクレーンと呼ばれる場合も多いです。バラマンは通常床面または天井に固定されており、外力を加えない限り動作はしない構造となっています。

バラマンを使用する際は、ハンドル部分を掴んで動かしたい方向に軽く力を加えることで可動範囲内を動かすことが可能です。重量物を持ち上げる際にも作業員は大きな力を必要としないため、軽量な物体を扱う感覚で重量物を動かす作業を行えます。

バラマンの使用用途

バラマンは重量物を取り扱う現場において、クレーンや反転装置といった大規模な設備の導入が困難な場合やロボットアームなどにより自動化すると作業員に危険が生じる場合に多く使用されます。

外力を加えないときは動作せず作業員の意図した動作以外のアクティブな動作を行うことがないため、人の往来が多い現場で活躍する装置です。また、天井のレールに取り付けられるタイプのバラマンもあり、重量物を持ち上げた状態で長い距離を運搬したい場合にも重宝します。 

バラマンの原理

エア式の場合はエアー圧、電動式は電力によって力の可変等を設定することができます。エア式ではエアシリンダが重量物の重さを打ち消す方向に働くことで、作業者はワークの重量を意識せず動かせます。

バランスはエアシリンダとエア制御回路で取っています。負荷・無負荷やアームの上下に応じて、エアシリンダ内圧力をパイロットレギュレータが調整することで、バランスに必要な圧力保持が可能です。バランス状態になると、ワークの移動を自由自在に行えます。

1. 自動重量感知制御

荷物を釣り上げたときはシリンダ内圧を制御回路へフィードバックすることで、自動的にバランスを無負荷から負荷へ切り替えます。そのため、重量の異なる荷物をランダムに扱うことが可能です。

2. 調圧制御

負荷・無負荷時の圧力を予め設定することで、圧力を切り替えてバランスを取れるようになります。同一重量の連続移載などで効果的な制御です。

3. インタロック制御

アタッチメント取付が可能なモデルもあります。アタッチメントの動作と本体制御を連動させることで、さらに高度な機能が実現可能です。

アタッチメントが保持すると、自動的に負荷バランスをとることや負荷バランスをとっている間はアタッチメントがロックするなど、作業性・安全性を高めた機能が実装できます。

バラマンの種類

バラマンは大きく分けて設置方法・駆動方法・自由度の3つの項目についてそれぞれ違いのある製品が展開されています。

1. 設置方法による分類

設置方法については、床面に設置するタイプと天井に固定するタイプの他、天井のレール上に据え付けるタイプも存在します。設置範囲や移動範囲を考慮して選択する必要があります。

2. 駆動方法による分類

駆動方法は、エア式と電動式の2種類があります。エア式は高圧エアを接続するだけで使用できる点、電動式は支持力の設定や複雑な制御が構築できる点などが利点として挙げられます。

また、エア式ではモータの加熱や火花が出ず、安全であることもメリットです。どちらの駆動方法でも重量物を支持した状態で作業員が手を離した際には、重量物をそのままの位置で保持する機能が搭載されています。その他、エアと電気を併用したハイブリッドバラマンという駆動方式もあります。

3. 自由度による分類

自由度については1軸型と2軸型が存在します。1軸型は設置位置を中心として単純旋回するため移動可能領域はドーナツ型となりますが、2軸型はアームを曲げることで、高さ調節が可能なため移動可能領域が円状になります。

また、バラマン先端に取り付けるアタッチメントについても、真空吸着するものやフォーク形状のもの、反転機構を備えたものなど、用途によって製品はさまざまです。

参考文献
https://www.toyokoken.co.jp/products/balancer/

バケットコンベアとは

バケットコンベア (英: Bucket conveyor) とは、上面が開口した箱状の容器 (バケット、バケツなど) をベルト上に連続して取り付けたコンベアです。

物品を搬送するために使用されるコンベアの一種で、バケット内に搬送物を投入して搬送します。粒体や粉体などの非定形の搬送物も漏出することなく搬送できる点が特徴です。また、垂直方向に搬送可能な点も利点として挙げられます。

各種原料や食料品、砕石後の石や肥料の搬送など様々な分野で実績があります。 

バケットコンベアの使用用途

バケットコンベアは、構造上大量の物品を高速かつ効率的に搬送することができ、産業生産ラインなどでよく使用されます。特に、粉体などの非定形物の搬送に適しています。

そのため、化学工場での原料粉体やペレット (粒状の樹脂) の搬送に適しています。食品工場での米や小麦粉の輸送において、垂直方向の搬送などに多く使用されます。乾燥させた果物や缶詰の食品を搬送するために使用される場合もあります。

採鉱業でも広く使用され、鉱石や石炭を搬送します。鉱山内には、地下鉱山や露天掘り鉱山があり、鉱石を搬送するためにバケットコンベアが必要です。鉱石をトラックや鉄道車両などの運搬手段に移し変える前に、バケットコンベアで搬送することもあります。

近年では再利用産業などにも使用されます。リサイクルプラントで、廃棄物を搬送し、選別するためにバケットコンベアが使用されます。バケットによって、搬送物がこぼれることを防ぐことができ、スムーズな運搬が可能になります

バケットコンベアの原理

バケットコンベアはベルトやバケット、駆動源などで構成されます。

1. 動作原理

ケットコンベアのベルトは回転軸によって回転するように設計される場合が多いです。ベルトの動力伝達は一般的に三相誘導モーターによって提供されます。ベルトが回転し始めると、バケットもベルトによって運ばれます。

バケットは一定の間隔を空けてベルトに取り付けられており、バケットが移動するたびに物品を持ち上げて運びます。バケットが移動すると、バケットに入れられた物品はバケットとともに運ばれます。連続的に物品を搬送するために設計されており、大量の物品を効率的に搬送することが可能です。

バケットが目的地に到着すると、バケットから物品がアンロードされます。終点部ではベルトの折返しに伴ってバケットも反転することでアンロードされます。ベルトの折返し部の下方に設けられたシューターなどよって搬送物が次工程へ排出されます。

2. 設置場所

バケットコンベアは原料投入部にホッパーが取り付けられており、前工程から投入された搬送物はホッパーによってバケットの直上に集約して投入されます。また、コンベア上の隣り合うバケット同士は搬送方向に連結することで隙間を作らず、投入された搬送物がバケット外に落下することを防ぎます。

バケットコンベアの処理能力を超える量の搬送物が一度に投入される場合には、ホッパー下部にロータリーフィーダなどの定量送り機構が使用されます。

バケットコンベアの選び方

バケットコンベアは運搬対象物、搬送量、使用環境等に応じて選定されます。

粉体や小さな粒子を搬送する場合には、粉塵の発生を防ぐために密閉型のバケットコンベアを選定します。目的地の高さや距離が長い場合には、より長いバケットコンベアを選ぶ必要があります。

搬送する量と速度を確認することで、バケットコンベアの大きさや設置するモーターの容量を決定します。搬送する量と速度を把握し、必要な機器を選択することが大切です。

材質は使用環境に合わせて選定します。搬送する物品が腐食性の場合はステンレスや樹脂製を選定します。爆発性を持つ場合には耐久性の高い材質で製造されたバケットコンベアを選ぶ必要があります。

参考文献
https://kenki-corporation.jp/2018/05/07/about-bucket-conveyor-1/
https://www.j-showa.com/items/index.html