コレットチャック

コレットチャックとは

コレットチャック

コレットチャックとは、主に工作機械を用いた材料の切削加工時に切削工具などを固定するための部品です。

コレットチャックを対応する内径の穴に押し込むことでチャック部に組み込まれたコレットが閉じ、対象物の固定を行います。コレットチャックを機械に固定された円筒部材に勢いよく押し付けるだけで固定が可能であり、固定を解除する際も両者を引き離す方向に衝撃を与えることで容易に着脱操作を行うことがきます。

コレットチャックは工具の取り付けと取り外しが簡単にする部品です。異なるサイズの工具に対応することができるため、工作機械の汎用性を高めることができます。

コレットチャックの使用用途

コレットチャックは、主に旋盤やフライス盤などの工作機械で使用されます。切削工具やドリルピットなどを取り付ける際に使用します。

旋盤やフライス盤で金属加工を行う際には、切削工具を取り付ける必要があります。コレットチャックによって切削工具をしっかりと固定することができるため、精密な加工作業が可能です。

ドリルビットは木材や金属などの素材を穴あけする際に使用されます。コレットチャックを使用することでドリルビットを旋盤やフライス盤に取り付けることが可能です。

また、マンドレルやピンバイスを取り付ける際にもコレットチャックを使用する場合があります。マンドレルは旋盤やフライス盤で円筒形の素材を加工する際に使用されます。ピンバイスは細かい穴を開けるための工具です。

コレットチャックの原理

コレットチャックは挟み込み力を利用して工具を固定する部品です。一般的なコレットチャックは筒部分 (コレット) やねじ部分で構成されます。

筒部分は工具を挿し込む部分で、内側には複数の溝があります。ねじ部分は筒部分を締め付けるためのネジです。ネジを締めることで、筒部分が収縮し、工具を挟み込むことができます。

コレットチャックの筒部分は半径方向にスリットが設けられることで円筒が3分割にされており、ねじ部分の外径はわずかに大きく設定されています。この構造によって円筒内径にコレットチャックを押し付けた際に、チャック部が内側に弾性変形して対象の軸を固定します。

軸を保持する類似の工具としてドリルチャックスクロールチャックが挙げられます。ドリルチャックが3つの爪の先端で軸を保持するのに対して、コレットチャックは軸を包み込むように面全体で軸を保持します。そのため、軸が傷付きにくく、繰り返し使用した場合に切削工具の芯ずれが起きにくいという利点があります。

コレットチャックの種類

コレットチャックには、以下のような種類があります。

1. ナット式コレットチャック

工具を収める筒部分にナットを取り付け、ナットを回すことで工具を固定します。一般的な機械工具に使用されます。

2. スクリューコレットチャック

工具を収める筒部分にスクリューを取り付け、スクリューを回すことで工具を固定するコレットチャックです。スクリューの回転角度に応じて、工具の位置を微調整することもできます。高速回転時の工具の飛び出しを防止するため、回転子に直接取り付けることが多いです。

3. ワンタッチコレットチャック

工具を収める筒部分にボタンを取り付け、ボタンを押すことで工具を固定するコレットチャックです。簡単に工具を取り付けることができるため、ユーザーの負担を軽減することができます。

コレットチャックの選び方

コレットチャックを選ぶ際には、工具サイズや適用機種を考慮します。

コレットチャックには異なるサイズの工具に対応する製品が販売されています。使用する工具のサイズに合わせて、適切なサイズのコレットチャックを選ぶ必要があります。既に所有している工具やコレットチャックとの互換性も重要です。

また、機械工具によって使用できる製品も異なります。使用する機械工具に適合するコレットチャックを選ばなければ使用できません。工具の仕様に合わせて選定します。

上記を踏まえた上で、コストを考慮して選定します。コレットチャックの価格は種類や精度によって異なります。必要な精度に対してコストが適切であるかなどを検討して適切な価格帯のコレットチャックを選ぶことが望ましいです。

参考文献
https://www.yukiwa.co.jp/products/sc/about_sc.php

ケーブルリール

ケーブルリールとは

ケーブルリール

ケーブルリールとは、ケーブルを配線するときに使用するリールです。

電線やホースなどの線形のものを巻き取るための枠をリールと言い、ケーブルリールは、ケーブルを巻き取るリールを言います。ケーブルリールには、手動で巻き取るタイプと、自動で巻き取るタイプがあります。自動で巻き取るタイプは、オートリールと呼ばれ、ぜんまいばねやモータにより、ケーブルなどを巻き取るものです。

工事現場など限られた場所以外に電源が無い場合には、コードは50m以上の距離を伸ばすことがあります。ケーブルリールの採用により、ケーブル使用後の巻取時間が短縮でき、作業の効率化・省人化の実現が可能です。また、 ケーブルリールを使用すると、ケーブルの「よれ」を取る必要がないので、作業効率がアップします。

ケーブルリールの使用用途

ケーブルリールは、数メートルから数10メートルまでの電源配線やLANケーブル、光配線ケーブルなどを接続する場合に使用されます。

工事現場などで電源を確保できる場所は、建築物の壁面か発電機などに限られており、作業場所から距離が離れている場合も珍しく有りません。また、工事現場などで使用するコードは簡単に断線しないように皮膜が厚く作られているため、折りたたんで運搬するには重量面で非常に困難です。

そこでケーブルリールにより、配線の展開および収納の時間を短縮でき、運搬も容易であるため、建設業などでは頻繁に使用されます。 

また、LANケーブルや光ファイバーなどの配線工事の時に、ケーブルリールを使います。よれ取り作業が不要で作業の効率アップが可能です。

ケーブルリールの原理

ケーブルリールの巻き取り機構には、手動式、ばね式、モータ式があります。

ばね式の場合は、ケーブルを展開する際に、リール内部のぜんまいばねが変形することで弾性エネルギーを蓄え、収納する際には、ばねの復元力によりケーブルを回収していきます。

モータ式の場合は、モータによりリールを回転させるため、大きな出力でケーブルの巻き取りが可能です。モータ式のケーブルリールは、ケーブルの重量や巻き数が非常に大きい場合など、ばねの力では巻き取れない規模のリールに使用されます。

ケーブルリールのその他情報

 1. ケーブルリールによる災害

ケーブルリールを使用する際に起きやすい災害は、過剰な負荷による火災が挙げられます。ケーブルリールの場合、リールに巻いたままで使用すると、完全に伸ばした場合ほどの電流量は保証されていません。この内容を知らずに使って火災が発生した事例があります。したがって、ケーブルリールを使用する際には、表示の電流量を超えないことを確認した上で、完全にケーブルを伸ばした状態での使用が必要です。 

2. ケーブルリールのタイプ

縦型、横型、縦横兼用型の3種類があります。兼用型が便利です。

3. VVFケーブルのサイズ

ケーブルリールに使えるケーブルは、断面積0.75mm2以上の電線です。ケーブルではVVF1.6mm×2C、VVF1.6mm×3C、VVF2.0mm×2C、VVF2.0mm×3C、VVF2.6mm×2C、VVF2.6mm×3Cなどです。

4. ケーブルの繰り出し

ケーブルを繰り出すところは、内側用、外側用、内外兼用があります。ケーブルリールは一般的に外側から繰り出し、ケーブルのシュリンク包装を破って使用します。内側用はシュリンク包装の取り外しは不要です。

5. その他のタイプ

  • ブレーキ付き

ケーブルを引き出すと最後にブレーキがかかります。ケーブルリールを早く回転させた場合、惰性でリールが回転し、不要なケーブルも外に出てしまいます。これを防止するため、負荷が無くなるとブレーキがかかる機能です。

  • 積み重ね型

ケーブルリールを積み重ねられるタイプです。作業スペースがない場合は、積み重ねて使用できます。

  • 回転補助台

回転補助台のオプションがあります。横型タイプで床に置いて使うタイプは、ケーブルを引っ張る方向に回転させる必要があり、回転補助台を使用すると、繰り出し方向を自由に変えられます。

  • ケーブルカウンタ

ケーブルを引き出した長さを測定できるオプションです。マルチケーブルリールとブレーキ付リールに取り付けられます。メリットは、ケーブルの残量が分かることです。

参考文献
https://www.suzaki.co.jp/reel.html

グリッパ

グリッパとは

グリッパ

グリッパ(Gripper)とは物体を把持(掴んで保持すること)する機構を指します。

グリッパの形状は使用用途によって様々ですが、最も多く汎用的に使用されているグリッパは2本の平行な指が直動して物体を挟み込む2指平行グリッパです。このグリッパはロボットアームや直動機構の先端で機能する装置(エンドエフェクタ)として活躍します。

グリッパを活用することで様々な形状の物体の把持・運搬・設置が可能となり、従来は手作業で行っていた作業の自動化や高効率化を実現することができます。 

グリッパの使用用途

グリッパは指の本数や形状、動力の種類に至るまで種々のタイプが存在しますが、ここでは最も一般的な2指平行グリッパについて説明します。

製品の生産ラインなどで一般的に使用されるグリッパは2本の指を空気圧で開閉するものと電動で開閉するものの2種類が主に存在します。また、把持力や大きさ、指の形状にも製品ごとにバリエーションが設けられています。

シリンダなどの直動機構やロボットアームの先端に用いる際には、動力源を揃えたりグリッパの重量を可搬重量以下に設定したりと固定する可動設備に応じた仕様のグリッパが選定されます。

また、把持する物体の形状によってもグリッパの仕様は異なり、曲面をもつ物体や破損しやすい物体を把持する場合には指表面に柔軟材料を設置するなどの工夫が施されています。 

グリッパの原理

グリッパを動力源の違いで大別すると空気圧グリッパと電動グリッパが挙げられます。

空気圧グリッパは内部が2つの閉空間に分かれており、一方の空間に高圧空気を流入させるとグリッパが閉じ、もう一方を高圧にするとグリッパが開くようになっています。この2つの空間に工場内の高圧エア配管を接続し、電磁弁などで接続の切り替えを行うことでグリッパの開閉動作を制御します。

空気圧グリッパはエア配管内の弁の開閉を切り替えるだけで制御可能なためリレーのみの単純な制御でも運用可能であり、機構も比較的単純なために安価であるという利点がありますが、把持力が安定しない点やサイズの異なる物体の把持は得意ではないことが欠点として挙げられます。

電動グリッパは内部にモーターと送りねじが組み込まれており、モーターの回転方向と速度を制御することでグリッパの開閉動作を制御します。

モーターで動作するので複雑な制御を構築することが可能ですが、PLCなどのコントローラーが必要となります。複数種類の物体を把持できる点や開閉幅が用意に変更できる点も利点として挙げられます。

また、より複雑な形状を把持したい場合や人間の動作を学習させたい場合には3指以上のグリッパが使用されることもあります。 

参考文献
https://www.orientalmotor.co.jp/products/solution_application/detail15/
https://www.nbk1560.com/resources/handling_technology/article/electric-gripper/

アブソリュートエンコーダ

アブソリュートエンコーダとは

アブソリュートエンコーダとは、原点からの絶対角度を出力するエンコーダのことです。

エンコーダは、位置の変化を電気信号に変換して出力する装置を指します。アブソリュート (absolute) は、英語で「絶対的である」という形容詞です。現在の角度に応じて特定の信号が送られるため、直前の角度情報無しで現在の角度を確認することができます。

電源始動後に即座に角度を検出したい場合や角度検出の信頼性を確保したい場合などに使用され、アブソリュートエンコーダの多くは光学式エンコーダが採用されています。

アブソリュートエンコーダの使用用途

アブソリュートエンコーダは角度検出の信頼性が高いため、ロボティクス分野で急速に使用が拡大されています。具体的な使用用途は、以下の通りです。

  • 多関節アームロボット
  • 遠隔手術ロボット
  • 精密部品用の工作機械
  • 自動車生産ラインの産業ロボット
  • 産業用の製品受け渡し装置
  • 協働ロボットの手関節や足関節動作

今後の制御システムの高度化に伴って遠隔操作ロボットも急速に進化すると予想されるため、アブソリュートエンコーダのニーズも増加していくと可能性が高いです。 

アブソリュートエンコーダの原理

アブソリュートエンコーダには小さな溝を掘った円盤が回転軸に付いており、その小溝を光センサで読み取ります。軸にCDを固定したような構造です。この構造によって、電源を入れた瞬間でも円盤がどの位置にあるかを正確に読み取って現在角度を出力することができます。

ただし、角度を読み取る仕組みが複雑なので、相対角度検出のエンコーダより高価です。また、信号の伝送方式もデジタル式とアナログ式が存在します。

  • デジタル方式
    ノイズに強い反面、信号線が多くなります。シリアル通信などの伝送通信を使用すれば、信号線を少なくすることができます。ただし、通信遅延が発生する場合がある上、送受信装置双方に専用送受信機の用意が必要です。
  • アナログ方式
    信号線2本で遅延も発生しない反面、伝送時のノイズに弱くなります。

以上の特性を踏まえて、目的に合った伝送方式の選択が必要です。

アブソリュートエンコーダのその他情報

1. アブソリュートエンコーダのグレイコード利用

アブソリュートエンコーダは、磁気タイプと光学タイプがありますが、光学式が一般的です。光学式では回転ディスクの符号化技法として、グレイコードがよく用いられます。

グレイコードとは、数値符号化の一つで、交番二進符号とよばれます。隣り合うビットの変化が1ビットしかないようにしたものです。これらは、信頼性担保のために用いられます。2ビット以上が同時に変化してしまう場合、精度上の問題で信号の信頼性を保証できなくなります。1ビットのみ変化する場合は、信号の読み間違えを防止することが可能です。

通常の二進数をグレイコードに変換する場合は、二進数の値を右に1文字シフトして 元の二進数の値と排他的論理和を取ります。例えば、10進数で6を2進数で表現すると0110です。これを右に1ビットシフトすると0011となります。0110と0011の排他的論理和は0101です。これが10進数で6のグレイコードです。

2. バッテリレスのアブソリュートエンコーダ

サーボモーター用にバッテリレスのアブソリュートエンコーダが販売されています。アブソリュートエンコーダは、絶対位置を小溝で検出しバッテリで位置情報を保存するため、電源オフ後再開時の原点復帰が不要です。ただし、バッテリを搭載しているため、バッテリ寿命によるメンテナンスが必要です。

その欠点を補うべく、バッテリレスのアブソリュートエンコーダが各メーカーで販売されています。バッテリレスの原理は各社さまざまですが、一例として不揮発性メモリの使用が挙げられます。モータが回転するときに軸に取り付けた磁石が一緒に回転して自己発電するものです。発電電力によって不揮発性メモリに位置情報を書き込むことで、バッテリレスを実現しています。

参考文献
https://www.akm.com/jp/ja/technology/technical-tutorial/basic-knowledge-encoder/type-mechanism-2/
https://www.fa.omron.co.jp/product/special/knowledge/re/principle_structure.html
https://www.orientalmotor.co.jp/tech/teruyo/vol46/

ばね蝶番

ばね蝶番とは

ばね蝶番

ばね蝶番とは、蝶番とコイルばねを組み合わせたものです。

外力を加えて角度を変えても、外力を解除することでばねの復元力により初期角度に戻る機能を備えています。ばね蝶番は主に自動で閉じさせたい扉などの回転機構として使用されます。

ばね蝶番の復帰機能を利用することで、開口動作のみで扉の開閉が可能です。適切な回転機構に使用することで、作業の効率化やユーザビリティの向上、閉め忘れの防止など多くの利点を得ることができます。

ばね蝶番の使用用途

ばね蝶番は、郵便ポストの蓋部分やゴミ箱上面の蓋部分など、身の回りの多くの製品に活用されています。比較的小さな力でも動かすことができる部分に多用されており、安価で大きな役割を果たしている部材の1つです。

その他、産業用機械部品として用いられることもあります。加工材を仮固定する際などに手軽にコイルばねの力で挟むことができるため、作業性の向上に貢献しています。

なお、ばね蝶番は通常の蝶番と同様に、一方の板を固定側部材に固定し、もう一方の板を回転部材に固定することで設置します。

ばね蝶番の原理

固定側部材を固定し、回転側部材に外力を加えると、2つの板を接続する軸を回転中心として回転側部材が回転し、同時にコイルばねが変形します。その後外力を解除すると、ばねの復元力により蝶番が元の角度に戻る力が働くため、回転側部材が元の位置に戻ります。

ばね蝶番の構造

ばね蝶番は、通常の蝶番のピンと呼ばれる軸部分にコイルばねを通し、ばねの両端を蝶番の両側の板にそれぞれ固定するという単純な構造となっています。蝶番が変形するとコイルばねが捻られることで弾性エネルギーが蓄積され、外力を解除すると弾性力として働き、初期位置に復帰します。

繰り返し開閉動作を繰り返すと、蝶番の軸部分と軸を受けている管と呼ばれる部分の摩耗が進み、開閉時の動作が不安定になって来ます。摩耗を防ぐためには、適切な注油が必要です。

また、軸部分だけではなくばねが腐食により破損したり、繰り返しの動作によりばねが弱くなったりします。そのため、取付部よりも可動部が先に寿命を迎えることが多いです。

ばね蝶番のその他情報

1. ばね蝶番の取付

取付は蝶番側に穴が開けられており、固定側部材とネジ止めやリベットでの固定が一般的です。固定側部材が金属であれば、穴の合いていない蝶番と溶接して固定することもあります。

ネジ止めやリベットなどは繰り返し使用することで固定力が落ちてくるケースが多いですが、溶接では長期的な使用でも固定力を持続させることができます。自動で閉じる扉は身の回りに多くありますが、軸経が数mm程度の蝶番に設置するコイルばねの復元力には限界があるため、初期位置に復帰するために大きな力が必要な扉には使用できません。

ただし、比較的軽量な扉であれば使用する場合があります。玄関などの比較的重量が大きい扉には、ばねとダンパを組み合わせたドアクローザーを使用する場合が多いです。その場合、装置を取り付ける場所を追加で設ける必要があります。

2. ばね蝶番の調整

コイルばねの初期角度や線径を変更することで、ばね蝶番の初期角度や復元力の強さを調整できます。ただし、ばねの復元力を大きく設定すると、ばねを変形させるために必要な力も大きくなるため、扉を開く力の大きさを考慮する必要があります。

加えて、ばねの復元力を大きく設定すると扉が閉まる際に指を挟まれ怪我をする危険性が高いです。安全面にも配慮し、必要に応じてゴム材による保護やダンパの設置などを行う必要があります。

3. ばね蝶番の応用

単純に取り付けただけのばね蝶番では 、ばねに蓄積した弾性エネルギーは一方的に開放されますが、中にはダンパが蝶番に内蔵された蝶番があります。

その他、ばねのエネルギーを応用し、重量のある扉を小さな力で開けられるようにした蝶番やばねの強さを段階的に調整できるばね蝶番もあります。また、簡易的なばね蝶番でも扉に取り付ける個数を調整することで、扉の閉まる強さを調整できます。

参考文献
https://search.sugatsune.co.jp/product/g/gSA/
https://www.fusehatsu.co.jp/product/product-03/choban.html
https://www.e-newstar.co.jp/support/select/select_dc/

すべりねじ

すべりねじとはすべりねじ

すべりねじとは、送りねじの1種で、モータなどから得られる回転運動を直線運動に変換するための機械要素です。

ねじ軸の回転に伴ってナット部が直動運動することによって、モータの回転運動をリニアガイドなどの直動機構上の運動に変換することができます。ねじ軸とナット部の組み合わせで構成されており、ナット部には摺動特性が良好な材料が使用されます。

類似の機構をもつボールネジと機能は同じですが、すべりねじはボールを必要としないため単純な機構で実現でき、比較的安価です。以上のような利点から、すべりねじはや精密機器の直動部、その他様々な電子機器に使用されています。 

すべりねじの使用用途

すべりねじは精密機器で直線運動をする部分、代表的なものには半導体製造装置などに用いられます。ボールねじの場合には、万が一の際にボールが脱落し製造品に混入する恐れがありますが、すべりねじであればボールなどの混入を心配する必要がありません。そのため、医療や食品製造の設備でも広く用いられています。

すべりねじの原理

すべりねじが回転運動を直進運動へと変換できるのは、ねじが螺旋状に形成されているからです。ねじ軸が回転することによって、ナット部品がねじ軸の軸方向に移動します。

ねじ軸とナット部の摺動により力を変換するので、接触面の摩擦係数と耐摩耗性が非常に重要です。低摩擦と耐摩耗性を満足させるために、ナット部には青銅鋳物BC6Cや、ポリアセタール樹脂POMが使用されます。POMは結晶性樹脂なので、自己潤滑性を有し耐摩耗性に優れる樹脂です。

ねじ軸の材料としては耐摩耗性に優れる機械構造用炭素鋼S45Cや、オーステナイト系ステンレス鋼SUS304が使用されます。ステンレス製のねじ軸とポリアセタール樹脂のナット部の組み合わせは耐食性に優れるため、水に濡れる環境で使用される機械などの直動機構として有用です。

また、樹脂製のナット部に部材を固定する際は、ナット部が破損しないように締付けトルクを調整する必要があります。

すべりねじの種類

すべりねじにはねじの形状により3つの種類があります。

1. 三角ねじ

締結用などにも用いられる、ねじ山形状が正三角形のねじです。加工がしやすく、すべりねじの中では高い精度が得られます。逆に動力の伝達効率が悪いのが欠点です。

2. 台形ねじ

ねじ山形状が台形形状のねじです。ねじ山半角と呼ばれる斜面の角度は30度や29度のものが使われます。加工機のすべりねじや機械部品などに多く使われます。

3. 角ねじ

角ねじはねじ山の形状が正方形になっているねじです。位置決め精度は劣りますが、動力伝達効率が高いため、プレスやジャッキなど、軸方向に大きな力を伝える機械で多く用いられています。

すべりねじのその他情報

1. ボールねじとの違い

すべりねじはボールねじと比較すると、複雑な機構を必要としないため安価なのが特徴です。一方で、位置決め精度 (次の項目で説明) はボールねじよりも低く、C10級相当程度しかありません。 さらに、すべりねじはせん断方向の力や、軸方向以外のモーメントに弱いこと、ボールねじと比較すると、伝達効率が悪い点が欠点です。

したがって、すべりねじを使用する際は、負荷の方向を限定するためにリニアガイドなどと併用されることもあります。また、高効率で運用したい場合や、高い位置決め精度が要求される場合にはボールねじが向いています。

2. 位置決め精度

位置決め精度とは、位置ぎめを行った際に得られた実際の位置と目標位置との一致度、さらに複数回の位置決めを行ったとき、実現位置の平均値と目標値との距離の差のことです。JISではボールねじのリード精度として、JIS B 1192 (ISO 3408) にて精度が等級化されています。

C0,C1,C2,C3,C5は精密ボールねじとして、数字が小さいほど高精度、さらにC7,C8,C10は転造ボールねじとして定められています。先にすべりねじの位置決め精度はC10級相当程度と説明しましたが、C10は300mmの移動量に対して、±210μ mまでの誤差が許容されています。

参考文献
https://www.ozak.co.jp/leadsc/lsc2/
https://www.toyoshaft.co.jp/products/leadscrew/
https://jp.misumi-ec.com/vona2/mech/M0100000000/M0115000000/M0115040000/

POM丸棒

POM丸棒とは

POM丸棒とは、POM (ポリアセタール) 製の丸棒です。

耐摩耗性が求められるカムやギアなどの機械軸要素部品、耐薬品性や耐燃料性などが求められる信頼性部品を中心に数多くの原料として使用されています。 元々、金属が用いられていた用途に使われることが多く、部品の軽量化に役立っています。

POM樹脂は、1959年にデュポン社がDerlinという商品名で世界で初めて販売を開始しました。結晶性の熱可塑性樹脂で、成形加工性、機械的強度、耐摩耗性、耐衝撃性、耐疲労性、耐クリープ性、絶縁性、耐薬品性など多くの長所をもつエンジニアリングプラスチックです。

日本ではポリプラスチックス社のジュラコンⓇ (ポリプラスチックス株式会社の登録商標) が有名で、POM=ジュラコンⓇと認識している人も多くいるほどです。POM樹脂を押出機で溶融混錬し、丸型の金型で成形すると丸棒になります。日本でも多くのプラスチック加工メーカーで製造されています。

POM丸棒の使用用途

POM丸棒は、摺動する部品や複雑な形状を有する部品を製作する際の加工前原材料として使用されます。POM樹脂は機械的強度が高く、自己潤滑性を有し、成形加工性も良好です。

機械部品としては、耐摩耗性と自己潤滑性を活かし、軸受けやベアリング、バルブ、ギアパーツとして使われています。潤滑剤を配合することにより、摺動性をより向上させられることから、自動車部品にも応用がなされています。

また、電装部材としては、電気絶縁性に優れることから基板の間に設置するスペーサが広く普及しており、POM丸棒に穴加工やタップ加工を行うことで製造されます。

耐薬品性については同じくエンジニアリングプラスチックのポリテトラフルオロエチレン (PTFE) に劣るものの、PTFEよりも重量当たりの価格は安価なので、薬品をビーカー内で撹拌するための棒や試験管立ての部材としてPOM丸棒が使用されることもあります。 

POM丸棒の原理

プラスチックは結晶性が高いほど摩擦係数が小さくなりますが、POM樹脂はエンジニアプラスチックの中でも特に結晶性の高い特徴があります。そのため、摩擦係数が非常に小さく、自己潤滑性を有しています。摩擦係数は接する物質によって異なりますが、特に金属との摩擦係数が低いため、POM樹脂はカム・ギア・軸受といった摺動部品に適した材料です。

これら部品は、POM丸棒を旋盤やフライス盤を用いた切削加工やホブ盤を用いた歯切り加工をすることで生産されています。成形加工性が良好であるため、卓上機械や手作業でも加工することができます。一般の方がネット通販やホームセンターなどでPOM丸棒を購入しDIYで加工するケースも多いです。

一方、短所としては不透明である点が挙げられます。これは高分子鎖が結晶化し、入射する光が回折するために透過することができないからです。POM樹脂は耐久性の高い材料ではありますが、覗き窓など透明性が必要な場合には、アクリル樹脂や塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂などが使用されます。

その他、分子構造に酸素を含むため燃えやすい点、耐候性が低い点、接着性が悪く接着剤を用いた接着ができない点 (溶接は可能) 、強酸には耐えられない点も短所です。したがって、防爆指定エリアや屋外での使用、強力な溶剤や洗浄剤を使用する環境における材料選定の際には注意する必要があります。

POM丸棒の種類

POM丸棒は、樹脂の組成や配合によっていくつかの種類があります。

1. ホモポリマー

代表的なものとして、ホルムアルデヒド単位のみが重合したホモポリマーが挙げられます。寸法安定性には若干の難がありますが、結晶性が高く機械的強度や耐摩耗性、耐熱性に優れています。

2. コポリマー

コポリマーはトリオキサンとコモノマーを重合することで合成されます。ホモポリマーと比較すると、寸法安定性や成形性が改善されています。

 

POM樹脂にゴムやガラス繊維を配合し、丸棒に成形したものも販売されています。これらは通常よりも高い衝撃強度や剛性が求められる用途に使われています。

参考文献
https://www.polyplastics-global.com/jp/product/duracon.html
https://www.yumoto.jp/technology
https://i-maker.jp/blog/polyacetal-8492.html

デジタルサーモ

デジタルサーモとはデジタルサーモ

デジタルサーモとは温度制御装置のことで、熱帯魚の水槽などの温度調整が必要な環境において温度を一定に保つための機器です。一般的にデジタルサーモは水や空気などの温度を測る温度計と温度調整を行うヒーター、そしてヒーターの出力をコントロールして温度を一定に保つための制御部からなります。

デジタルサーモは様々なタイプがありますが、小さな水槽に見合わない大きな出力を持ったヒーターを選択すると温度コントロールが上手くいかずに設定温度に対して温度が激しく上下するなど意図しない現象が起こりますので、使用目的に合ったタイプを選択することが大切です。

デジタルサーモの使用用途

デジタルサーモですが、よく使用されるのがペット用で熱帯に住む水生生物の飼育の際に無くてはならない機器です。

熱帯地方は高温ですので、熱帯産の生き物を日本で飼育する際には生息している地域の環境に合わせて温度を高く保ち、生きられる環境を作り出す必要があります。この温度調整を行う危機がデジタルサーモで大抵の熱帯魚の水槽に設置されています。ヒーターは水中に設置されますので、漏電が起こらないようにしっかりとした防水加工が施されています。

デジタルサーモの原理

デジタルサーモの温度制御の原理は、まずは環境温度を熱電対で測定しその温度を制御部が読み取ります。その時の温度が設定温度に対して低ければヒーターがオンになります。ヒーターがオンになると温度は次第に上昇していきますが、やがて設定温度に到達するとヒーターはオフになります。すると熱源を失いますので環境温度は次第に下がっていきます。設定温度以下になると再度ヒーターがオンになることを繰り返すことで環境を設定温度に保ちます。

デジタルサーモで特に気をつけなければならないのがヒーターの出力です。ヒーターの出力は加熱する環境の熱容量にマッチしていなければならず、熱容量の大きなものの温度制御の際にはヒーター出力の大きなタイプを使用しなければ温度が上がり切りません。ヒーターの出力が小さすぎると十分に温めることが出来ずに温度が低いままになってしまいます。特に冬場などは外気の温度が下がりますのでその分ヒーター出力が高くなり、場合によってはヒーターが加熱しきれずに設定温度以下に落ちてしまう場合もありますので使用に際しては最低温度での使用を念頭に置いて機器のタイプを選択する必要があります。

参考文献
https://www.monotaro.com/g/00259307/?t.q=%83f%83W%83%5E%83%8B%83T%81%5B%83%82

真空バルブ

真空バルブとは

真空バルブ

真空バルブとは、真空状態の制御や封入を目的として使用される特殊なバルブ (弁) のことです。

真空技術の領域において、システム内の圧力や流れを適切に制御することに貢献しています。また、真空機器全体の性能や安全性を確保しています。

真空バルブの使用用途

1. 真空チャンバーの封入と排気

真空バルブは、真空チャンバー内のガスを封入したり排気したりするのに使用されます。真空チャンバー内の圧力を必要なレベルに調整することで、特定の実験やプロセスを行うために必要な真空状態を維持できます。

2. 真空ポンプの制御

真空バルブは、真空ポンプの作動を制御するのに使用されます。ポンプのオン/オフやポンプからのガスの排出を調整することで、効率的な真空作成が可能になります。

3. ガスフロー制御

真空バルブは、ガスの流れを制御するのに使用されます。特定の実験やプロセスに必要なガスの流量を調整し、適切な条件下での実験を行うことができます。

4. 真空槽の連結と分離

真空バルブは、異なる真空槽や真空系を連結したり分離したりするために使用されます。例えば、複数の真空チャンバーを1つのシステムに組み合わせる場合に、真空バルブを介して接続を行います。

5. イオンポンプやチューブポンプの保護

真空バルブは、真空ポンプを保護するために使用されることもあります。特定のプロセスによって生成された物質がポンプに悪影響を与えるのを防ぐために、ポンプと真空槽を分離する際に真空バルブを使用します。

真空バルブの原理

真空バルブの目的は、真空中でのガスの流れを制御することです。一般的な動作原理は、以下のとおりです。

1. ゲートバルブ

ゲートバルブは、円盤状のバルブを真空チャンバーの内部で回転させることによって、ガスの流れを制御します。バルブが開いている場合、ガスは円盤の周囲を通過して流れます。バルブを回転させることで、円盤が真空チャンバーの中央に位置するため、ガスの流れを遮断してバルブを閉じることが可能です。

2. ソレノイドバルブ

ソレノイドバルブは、電磁コイルを使用してバルブの開閉を制御します。電流がコイルに流れると、コイルによって生じる磁力がバルブを動かし、バルブが開きます。電流が止まると、磁力が消えてバルブが閉じます。このようにして電磁的にバルブを開閉することで、リモート制御が可能です。

3. バタフライバルブ

バタフライバルブは、円盤状のバルブを回転させることによって、ガスの流れを制御します。円盤が真空チャンバーの中央に位置するときは、バルブが開いており、ガスが流れます。一方、円盤が真空チャンバーの外周に位置するときは、バルブが閉じてガスの流れを遮断します。

4. ピンチバルブ

ピンチバルブは、柔軟なチューブを挟むことによってガスの流れを制御します。バルブを挟むことでチューブの内部の流れを遮断し、バルブを開放することでチューブの内部が開かれてガスが流れます。ピンチバルブは、チューブを挟む力を調整することで、ガスの流量を調整可能です。

真空バルブの種類

上記で紹介したバルブ以外に、以下のような種類もあります。

1. ボールバルブ (英: Ball Valve)

回転する球体を用いて開閉するバルブです。球体が真空チャンバーの流路を遮断することでバルブを閉じ、回転させることで開きます。

2. インラインバルブ (英: Inline Valve)

直線的なパスに配置されたバルブで、ガスの流れを一貫して制御するために使用されます。

3. アングルバルブ (英: Angle Valve)

接続が90度の角度を形成するバルブで、限られたスペースに適しています。

4. ポペットバルブ (英: Poppet Valve) 

シリンダー状のバルブがシートに対して開閉するタイプのバルブで、特に高いシール性が求められる場合に使用されます。

これらのバルブは、真空機器の設計や用途によって選択され、組み合わせられます。真空機器の性能や操作の正確さを確保するために、適切なバルブの選択が重要です。

参考文献
http://www.ikc.co.jp/technical/valve/whats_valve.html
http://www.asahiseiki.co.jp/column/post/05
https://www.giho.mitsubishielectric.co.jp/giho/pdf/2014/1411107.pdf

紫外線センサー

紫外線センサーとは

紫外線センサは紫外線を検出するセンサーです。

紫外線は適度に浴びると健康に良いとされ、健康用途に利用されます。また、殺菌作用もあるため、殺菌装置も紫外線利用先の一つです。

ただし、紫外線は目で見ることはできないため、紫外線照射装置には紫外線センサーが利用されています。近年では、紫外線の殺菌効果や紫外線硬化樹脂が注目され、産業界だけでなく家庭でも紫外線照射装置が利用されることが増えました。使用される紫外線センサーの種類も様々で、強度や積算量を出力する機種もあります。

紫外線センサーの使用用途

人工的に紫外線を照射する機器は、小型の健康器具から産業用途まで使用用途は様々です。このような機器には、必ず紫外線センサーが搭載されています。

紫外線は浴びすぎると人体に有害であるため、紫外線の強度を制御するのが目的です。

産業用途では以下のような使用用途があります。

  • 紫外線硬化樹脂の製造
  • 半導体製造設備内部
  • 紙幣の識別や印刷
  • 日焼けサロン用マシーン
  • 紫外線の殺菌効果を期待した水虫の治療器具
  • 空気清浄機 

紫外線センサーの原理

紫外線センサの主要部品は紫外線シリコンフォトダイオードです。フォトダイオードに紫外線を含んだ光を照射すると電流が流れます。紫外線強度に応じて電流値が変化するため、電流値を測定して紫外線量を検出します。

構造によって応答スピードなどが異なるのがフォトダイオードの特徴です。構造はショットキー接合型、PN接合型、フォトコン型があり、それぞれに特徴があるため用途に応じて選定します。

ダイオードが太陽光や白熱灯に反応しないため、光学フィルタがついているセンサが販売されています。また、高感度と低感度の紫外線センサーの差分から可視光成分を差し引いて紫外線を検出するセンサもあります。

紫外線の受光素子にフォトダイオードでなく、光電子増倍管が使用されているセンサもあります。

紫外線センサーのその他情報

1. 紫外線センサーの市場

紫外線センサーをはじめとした環境センサーへの注目は高まっており、世界市場規模は1兆1000億円を超えると予測されています。産業用センサーのうち6種類を対象として調査した世界の市場規模では、最も多くを占めているのはガスセンサー、次いで磁気センサー、3番目が紫外線センサーです。

従来では防災や産業用の紫外線測定が主な用途でしたが、一般での用途拡大によりセンサーの需要は高まるでしょう。2024年は1兆4000億円、紫外線センサーも全体の需要も同様に高まっていくと予測されます。

2. 殺菌の現場で活用する紫外線センサー

紫外線による殺菌効果を活用して、最近では空港などの公共施設や飲食店などの商業施設でも広く用いられています。そのため、一般消費者が紫外線発生装置に触れる機会は以前に比べて多いです。

一般消費者が利用する場で殺菌の需要が高まると、殺菌に十分な強度の紫外線であるかを計測する必要がある一方で、有害な波長の紫外線が漏れていないかの確認が必要です。そのためにも、紫外線センサーは重要な存在となります。

3. 紫外線センサーを用いた炎検知

紫外線センサーを活用した製品に、火炎中の微弱な紫外線を検知する火炎センサーがあります。活用される場所としては、炎が燃え移る危険性のある衣服や寝具売り場や喫煙所などの瞬時に火災を検知したい場所です。また、ボイラバーナの火炎検知などにも使用されます。

火炎センサーは熱や赤外線などの様々な感知方法がありますが、感知するまでに火災が進行するなどの課題があります。紫外線による火炎センサーも、紫外線を発生する機械によって誤報を発報する可能性があるのが課題です。素早く火災を検知するために、高精度センサーが必要となります。

参考文献
https://www.yano.co.jp/press-release/show/press_id/2613
https://www.gii.co.jp/report/infi970180-global-ultraviolet-uv-sensor-market.html
https://www.arucom.ne.jp/picoeye/
https://eetimes.jp/ee/articles/2101/07/news034.html