安全センサー

安全センサーとは

安全センサー

安全センサーとは家庭、工場、オフィス、輸送機器などの様々な場所で、事故や火災などの災害を未然に防ぐために使用されるセンサーです。

身近な例を挙げると、家庭用ではガスレンジなどで吹きこぼしで失火した場合に、それを検知してガスの供給を止める安全センサーがついています。

温度を感知するタイプ、揺れを感知するタイプ、速度を感知するタイプ、特定のガスの濃度を感知するタイプ、重量オーバーを感知するなど様々な安全センサーがあります。

安全センサーの使用用途

安全センサーの使用例は以下のようなものがあります。

  1. セーフティライトカーテン
    例えば工場の生産ラインで、産業用ロボットが稼働するエリアに作業者が侵入すると、自動的にロボットの動力が落ちる仕組みがあります。
    それはセーフティライトカーテン(エリアセンサー)と呼ばれる安全センサーで、人や物が指定した空間を通過したか、常時監視しているからです。
  2. セーフティリミットスイッチ
    設備の扉や、安全柵の点検窓などの開閉確認のために、良く設置されています。
    作業者が点検窓を開けて設備のチェックをしていた時に、設備の動力を落とすためです。

安全センサーの特徴

安全センサーには多くの種類や用途があり、その特徴は様々です。
代表的な安全センサーの特徴を説明します。

  1. セーフティライトカーテン
    ライトカーテンは、人や物が特定の空間を遮ったことを検知して、その情報を設備に送ります。
    ライトカーテンは通常、投光側と受光側のセンサーに分かれていて、投光側から一定の間隔で複数の光線が常時、受光側のセンサーに放たれています。
    そのため投光間隔が広いと、対象がすり抜けてしまう可能性があるので、検知したい物体の大きさを考慮して、ライトカーテンを選定する必要があります。
  2. 火炎検出器
    火炎検知器は工業炉で使用されるガスバーナーなどで、失火を検視する安全センサーです。
    火炎の発する紫外線や赤外線を検知するタイプや、火炎の光や導電性を検知するタイプがあります。
    紫外線式火炎検知器では、UVチューブをセンサーに内蔵していて、火炎が発するわずかな紫外線を検出する。
    紫外線がUVチューブから、センサーの受光面に当たると、光電効果から家電信号が送られる。

参考文献
https://www.keyence.co.jp/ss/products/safety/knowledge/caution/curtain.jsp

渦巻ばね

渦巻ばねとは

渦巻きばね

渦巻ばね (英:spiral spring) とは、帯状の素材を渦巻状に巻いてその復元力を利用するばねです。

渦巻ばねには弾性の高い素材を使用することが多く、端を引っ張ることで元に戻ろうとする力が働きます。これが動力源です。渦巻ばねの形が山菜の新芽に似ていることから、ぜんまいばねとも呼ばれます。

渦巻ばねの帯の太さが細いほどばねの力は柔らかくなり、太くなればなるほどばねの力は強くなります。しかしその一方で引張るときの抵抗も増えるので、使用する際はバランスが重要です。

渦巻ばねの使用用途

渦巻ばねは、鋼帯を渦巻状に巻いたばねです。このようなばねは、普段の生活ではあまり目にすることがないように感じますが、アイロンや掃除機などのコード巻取り機能などに使用されます。コードを引張ると自動的に器具の中にコードが収納される部分に渦巻ばねが使用されます。

渦巻ばねは総じて、その他のばねより省スペースで使用でき、大きな力を蓄えることができるので、大規模な装置の場合や、ばね部を目立たせたくないときに多く選定されます。

この他具体的な用途は、時計のぜんまい、オルゴール、自動車のシートベルト、自動車の窓のバランサ、チェーンソーなどのエンジンスタートロープの巻取り、メジャーの巻取り、おもちゃの動力源などです。また、メトロノーム、イヤホンコードの巻取り、スライド式のドア、自動車のシートリクライニング、各種メーター、エンジンの可変バルブタイミング機構などにも使用されます。

渦巻ばねの原理

1. 接触型渦巻ばね

渦巻ばねの種類の1つは、接触型渦巻ばねと呼ばれ、渦巻状に巻かれた帯状の板がこすれあうような構造が特徴です。巻き数が多いため、回転数の多い用途に使用されます。別名ぜんまいばねとも呼ばれ、「S字型ぜんまい」、「定トルクぜんまい」、「定荷重ぜんまい」などに分類されます。

接触型は、帯状の板同士が接触することで摩擦が起こり、同時にエネルギーも失われまが、トルクは安定しています。使用する材料は、焼入れ鋼帯、平硬鋼線、ステンレス鋼帯などです。一般の巻取りに多く使用されるタイプです。

2. 非接触型渦巻ばね

もう1つは、非接触型渦巻ばねと呼ばれ、帯状の板同士が擦れない構造です。非接触になるように帯状の素材を巻き付ける必要があるため、接触型渦巻ばねに比べて作成するのが難しくコストも高くなります。引張った後に元に戻ろうとする力が均一になりやすいメリットがあります。

非接触型は、エネルギーの摩擦損失が無いのが長所です。トルクは直線状に変化しますが、巻き数が少ないため、回転数の少ない用途用です。ばねの材料は、ステンレス鋼帯が多く使われます。リクライニングシートやモーター用ブラシスプリングなどの用途です。

渦巻ばねの種類

接触型渦巻ばねは、15世紀のヨーロッパでぜんまい式時計に使われ始めたのが最初です。S字型ぜんまい、定トルクぜんまい、定荷重ぜんまいなどに分けられます。

1. S字型ぜんまい

S字型ぜんまいは、1次巻き工程の後、2次巻き工程で逆方向に巻いて製造します。ケースに納めた状態で使用しますが、ケースから出して自由にするとS字状になるため、S字ぜんまいと呼ばれます。

隣接コイルは互いに接触し、エネルギーの摩擦損失が発生しますが、逆に巻いてあるので張力がばね全体に均一に作用し、滑らかに巻き戻ります。摩擦損失の減少によりトルクが強くなります。摩擦損失が大きくなりがちな薄くて長いぜんまい用です。

ぜんまいに使用する材料は、テンレス鋼帯が主です。腕時計、引戸用ドアクローザー、落下防止用バランサー、シートベルトなどに使用されます。

2. 定トルクぜんまい

定トルクぜんまいは、全長を一定の曲率で密着して巻かれたばねです。定トルクばね、定出力ばね、定張力ばねとも呼ばれます。貯蔵軸に巻き付けられたばねの先端をS字状に出力軸の方へ巻き付けるとトルクが発生します。出力トルクは回転数に関係なくほぼ一定です。自動車のカップホルダーの開閉機構やダッシュボードの開閉機構などに使用されます。

3. 定荷重ぜんまい

定荷重ぜんまいは、一定の曲率で密着して巻かれたばねを引き出すときの戻す荷重を利用するばねです。荷重は引き出した長さに関係なくほぼ一定です。エアツールの吊り上げ用バランサーや機材昇降用バランサーなどの用途があります。

参考文献
https://www.nhkspg.co.jp/spgisland/01sm/uzumaki.html

乾熱滅菌器

乾熱滅菌器とは

乾熱滅菌器

乾熱滅菌器とは、加熱した乾燥空気により様々な器具に付着した微生物を殺滅する装置です。

電気式オーブンの中で100℃以上の乾燥空気を生成し、一定時間、器具に対して空気を暴露することで滅菌を行います。

滅菌条件(温度・時間)は対象とする菌の耐熱性を考慮して設定します。また器具本体の高い耐熱性も必要となります。

後述するバッチ式と連続式のいずれかの方法により、器具へと乾燥空気を暴露します。

多品種の器具を扱う場合にはバッチ式を用いて、器具ごとに滅菌のプロセスを行います。 

乾熱滅菌器の使用用途

乾熱滅菌器は、滅菌を要するガラス器具や軟膏、粉末などによく使用されます。

例えば、細胞の培養液では、微生物が混入した場合、液中に含まれる栄養分によって微生物が増殖する恐れがあります。

その結果、本来目的としていた細胞の培養を促進できないため、あらかじめ外部からの微生物の混入を防ぐ必要があります。

そのため乾熱滅菌器などを用いて、培養液にふれるガラス器具やメス、ピンセットなどは滅菌することが重要となります。

乾熱滅菌器の原理

乾熱滅菌とは、加熱した乾燥空気を用いて様々な器具に付着した微生物を熱的に殺傷する手法のことです。

比較的高い耐熱性をもつガラスや金属、繊維製品といったものに対して使用することができます。

同様の手法として高圧の飽和水蒸気を用いた高圧蒸気滅菌がありますが、乾熱滅菌であれば水蒸気に触れてはならない器具であっても使用可能です。

乾熱滅菌器を用いた一般的な滅菌条件は160℃で90分、または145℃で45分程度です。

乾熱滅菌器には、加熱方法に応じてバッチ式と連続式とがあります。

バッチ式では、一つの容器中で非加熱物を熱処理するのに対し、連続式では、ベルトコンベアなどの上に被加熱物を置き、炉の中で加熱する方法です。

バッチ式は熱処理後に製品を取り出すため、炉内温度が低下するなど効率は低下します。しかし、異なる条件で複数回の滅菌を行うことができるため、多品種を処理する場合に適しています。

一方、連続式では少品種を大量に熱処理する場面に適しています。

参考文献
https://www.yamato-net.co.jp/word/38/
https://www.as-1.co.jp/academy/21/21-3.html

球面すべり軸受

球面滑り軸受とは

球面滑り軸受

球面滑り軸受は、内輪と外輪を球面で接触させた構造をもつ軸受です。転がり軸受と異なり転動体がないため、面接触による滑り軸受けになります。球面滑り軸受には種々の形式がありますが、滑り面の種類によって給油式と無給油式とに大別できます。

球面による滑り接触のため自動調心を行うことができ、また、その構造からラジアル方向と両軸方向のアキシャル荷重を同時に負荷することができるうえ、低速重荷重に強いという特徴があります。

球面滑り軸受の使用用途

面接触であることや転動体がないことなどの理由から大きな荷重を受けることができるため、主に低速で重荷重がかかる場面で使用されます。反面、面による接触であることを理由に、給油等により発熱を抑えた状態であっても高速回転の環境下で使用されることはあまりありません。

シリンダロッドエンドに使用されることが多いので、ロッドエンド付きやロッドエンドと軸受が一体形となっているタイプをラインナップしているメーカーもあります。

球面滑り軸受の原理

球面滑り軸受は内輪と外輪を球面の滑り部分で接触させることで軸を保持します。接触面となる箇所を球面が滑ることで摩擦を起こすことなく軸を保持することができますが、メンテナンス不足や使用条件によっては偏摩耗を起こすことがありますので注意が必要です。

球面滑り軸受は、その構造から給油できるタイプと無給油のタイプに分別することができます。給油できるタイプは、内輪を組み込むための溝を持ってないため集中荷重を受ける箇所がないなどの理由から負荷可能な荷重を大きくすることができ、衝撃や繰り返し荷重を受けることが可能です。対して無給油のタイプは、油切れを起こすことがないため、高速回転化や耐摩耗性に優れます。

また、球面滑り軸受は組立の際は内輪と外輪、取付の際は軸とハウジングを寸法公差で指定する必要があります。そのため、寸法公差の選定ミスにより不均一に負荷がかかることになると、軸受の変摩耗や変形を起こして振動や軸受の寿命を縮める原因となります。

参考文献
https://www.ntn.co.jp/japan/products/catalog/pdf/5301.pdf

蛍光表示管

蛍光表示管とは

蛍光表示管

蛍光表示管とは、一般的にVFD (英: Vacuum Fluorescent Display) と呼ばれる電子管の一種です。

ガラス製真空管内でタングステン線を加熱して放出される電子が対抗する蛍光体に衝突して発光します。

1966年に日本のノリタケ伊勢電子 (旧 伊勢電子工業) が開発し、LEDが市場に現れる前の家電製品の数字表示にもVFDが使用されていました。1970年代の電卓戦争ではカシオ計算機製カシオミニに搭載され、ディスプレイ技術が非常に進歩しました。

蛍光表示管の使用用途

蛍光表示管の使用用途は、家電製品、アミューズメント製品、マッサージ機、自動車部品、デジタルサイネージなどの多岐に渡っています。

1. 家電商品

電卓、オーブンレンジ、オーディオ製品、DVDレコーダー、セットトップボックス等です。落ち着いた青緑色の発光色が多く、屋内に高級感を与えます。温度変化の影響を受けにくく、氷点下で平常動作が可能です。

2. アミューズメント製品

各種ゲーム機、オーディオプレーヤー等です。ただし消費電力が多く装置が脆いため、携帯ゲーム機の表示装置には使用されなくなっています。

3. 自動車部品

カーオーディオ、センターコンソール機器 (スピードメーター、クロック、エアコン表示部) などのアクティブマトリックス表示 (ヘッドアップディスプレイ) です。

4. デジタルサイネージ

電子看板 (英: Digital Signage) とも呼ばれ、文字情報の伝達に向いているため採用が進んでいます。具体的には伊豆急行の8000系電車の車内案内表示に採用されました。電飾看板やイルミネーションサイネージ (英: Illumination Signage) と呼ばれるカテゴリでも使用が提案されています。

蛍光表示管の原理

蛍光表示管のガラス内部にはカソード (フィラメント) 、グリッド、アノードがあります。3極真空管から放出される電子を蛍光体に照射して発光しています。

1. フィラメント

高真空のガラス容器内にあるフィラメントはタングステンの極細線にカルシウム等のアルカリ土類金属酸化物を塗布した電極です。フィラメントに高電圧を印加すると熱せられて600°C以上の温度となり熱電子が放出されます。

2. グリッド

グリッドは非常に薄い格子状金属メッシュで作られています。アノードは蛍光体を塗布した導体型の電極であり、セグメントやドット等の形状です。この熱電子はグリッドやアノードの⊕電位に引っ張られながら加速し、アノード電極に到達して蛍光体を発光させます。

蛍光体材料に酸化亜鉛がよく使用され、緑色を発色します。それ以外にも赤色から青色までの発色が可能です。

3. アノード

アノード電極は点灯させる部分のセグメント、ドット、記号のみに電圧が印加されるため、任意の数字、文字、図形を映し出せます。

蛍光表示管の選び方

表示方式には蛍光表示管以外にも、液晶ディスプレイ (LCD) 、発光ダイオード (LED) 、有機エレクトロルミネッセンス (有機EL) などがあり、メリットやデメリットを考慮して選択する必要があります。

1. LCDと比べたVFDのメリット

蛍光表示管は蛍光面で発光するため視野角に優れ、自発光表示素子でコントラスト比が高いです。低温雰囲気で動作特性の劣化がほぼありません。

2. LEDと比べたVFDのメリット

蛍光表示管はドット当たりの製造コストが安く、ドットマトリクスの場合には高密度化が可能です。波長のスペクトラムが広いため、見やすくて目にやさしいです。

3. 有機ELと比べたVFDのメリット

大きい表示を製造する場合には蛍光表示管は面積当たりのコストが安く、寿命が長いです。

4. VFDのデメリット

長時間同じ場所を発光させると蛍光体が劣化して明度が落ちて焼き付きが起こります。応答速度が早く、表示がちらつく場合もあります。

参考文献
http://www.futaba.co.jp/display/vfd/
https://www.noritake-itron.jp/cs/appnote_vfd/1/
https://www.jstage.jst.go.jp/article/micromechatronics/55/204/55_KJ00007295585/_pdf

高圧洗浄機

高圧洗浄機とは

高圧洗浄機

高圧洗浄機とは、電気やガソリンエンジンによって高圧の水を吹き出し、対象物を洗浄する機械です。

水圧で対象物を洗浄できるため、洗剤の必要がなく手軽に使用することが可能です。高圧洗浄機は1950年に、ドイツにあるケルヒャー社と呼ばれる会社が、ヨーロッパで最初の温水高圧洗浄機を開発しました。

販売初期こそ売り上げは芳しくなかったようですが、手軽に洗浄できることが認知され、今では各工具メーカーなどから高圧洗浄機が開発されており、一般家庭や作業現場問わず使用されています。

高圧洗浄機の使用用途

高圧洗浄機の使用用途は多岐に渡ります。一般家庭ならば、家の外壁、庭に設置されているオブジェクトや自動車、網戸などを洗浄することが可能です。

工場や屋外の現場でも使用され、例えば作業終了後の後片付け時に汚した箇所を掃除するために使用する場合があります。ただし、高圧洗浄による外壁塗装に傷がつく可能性がある点に注意が必要です。

使用する前に高圧洗浄に適した素材なのかを調べ、水圧や噴射距離を調整することが大切です。

高圧洗浄機の原理

高圧洗浄機はパスカルの原理を応用し、高圧の水を放出しています。パスカルの原理の応用として、小さなシリンダーと大きなシリンダーが横でつながり水で満たされている場合、小さなシリンダー側に力を加えると、その圧力は大きなシリンダーの方へ伝達されます。

大きなシリンダーの面積が、小さなシリンダーの2倍であれば圧力が2倍になる仕組みです。この仕組みを高圧洗浄機の内部に応用することで、高圧の水を噴射することが可能となります。

高圧洗浄機の選び方

高圧洗浄機は製品により仕様が異なります。それぞれの特徴を把握し、使用目的に合ったものを購入することが大事です。

1. 常用吐出圧力

水圧は、高圧洗浄機を選ぶうえで重要な要素です。水圧の強さはMpa (メガパスカル) という単位で表し、数字が大きくなるほど洗浄能力が高くなります。

製品情報には「常用吐出圧力」や「最大吐出圧力」と表記されていることがあります。最大吐出圧力は理論上の最大の数値で、実際にその圧力で作業をすることはありません。

そのため、水圧を確認する時は通常使用する際の圧力を示す常用吐出圧力を確認します。

2. モーター (静音性)  

高圧洗浄機に搭載されているモーターは、主に「インダクションモーター」と「ユニバーサルモーター」の2つに分類されます。

インダクションモーターは、電磁気の誘導作用によって回転力を発生するモーターで、比較的動作音が静かです。ユニバーサルモーターは、AC電源 (交流) またはDC電源 (直流) 電源で動作する電気モーターで、比較的小型でありながら、高い出力と回転速度を発揮することができます。

インダクションモーターは、製品により50Hz用 (東日本) と60Hz用 (西日本) に分かれており、使用できる地域が限定されるデメリットがありますが、騒音が気になる方におすすめです。

3. 給水方式

高圧洗浄機の給水方法は、大きくわけると以下の3種類に分類されます。

水道接続式
水道から直接給水するタイプで、水切れの心配がないため、長時間の使用に適しています。ただ、水道が近くにないと使用できないため、使用場所が限定されるデメリットがあります。

タンク式
水道水を、洗浄機本体に内蔵されたタンクに注入し使用します。水の確保ができない場所や移動しながらの作業に最適です。

自吸式
水道水や雨水をタンクに貯め、そこから給水を行います。専用のフィルターを装着すれば、川の水などを使用することもできます。自吸式の高圧洗浄機は、水源が制限されている場所での使用に適しています。

4. ノズルの種類

ノズルは各メーカーから多くの製品が販売されています。一般的に噴射角度を変えて水圧が調節できるタイプと、水を回転させ高圧で噴射するタイプの2種類に分類されます。製品により特徴が異なるため、作業目的を考慮し適切なノズルを選ぶことが重要です。

5. 電源の種類

コード式
コンセントなどの電源に接続し使用する一般的なタイプです。十分な電力を得られるため、頑固な汚れや固着した表面に対して効果的な洗浄を行うことができます。

コードレス (充電式)
充電式のタイプで、電源の確保できない場所での使用に便利です。コード式よりも吐出圧力が低く、1度の充電で使用できる時間が10〜15分程度と短いですが、どこでも使用できるためアウトドアや狭いエリアなどでの使用に適しています。

エンジン式
主に電気を引っ張ってくるのが難しい屋外現場などで使用します。水圧のコントロール幅が電気式よりも広くなるメリットがある半面、エンジン式は内部構造は複雑なため大型のものが多く、持ち運びが大変になるデメリットがあります。

混練機

混練機とは

混練機

混練機とは、異なる材料同士に対し混ぜる、練る、潰す、つくなどの作業を同時に行うことで均一に混ざった材料を作る装置です。

化学工業では、さまざまな物質を適切に混ぜ合わせることが必要です。それらを効率よく、均一に混ぜるために混練機が使われます。混練機は、混ぜる物質や目的によって設計や形状が異なります。

混練機の使用用途

混練機は化学工業だけでなく、食品工業や製薬業界など、さまざまな場所で使用されています。食品工業では、パン生地を混ぜたり、ソースを均一に混ぜたりするために使用されます。

製薬業界では、薬の成分を均一に混ぜるために有用です。建設業界では、セメントを混ぜるためにも使用されます。

混練機の原理

混練機は、一般的には「攪拌」、「分散」、「混練」の3つの原理によって物質を混ぜます。「攪拌」は、物質をかき混ぜることで均一に混ぜる原理です。「分散」は、物質を細かく分割しながら混ぜる原理で、ペイントのような粒子を含む物質を混ぜる際に使用されます。「混練」は、物質を押し込む力で混ぜる原理で、粘性のある物質を混ぜるときに特に効果的です。

なお、混練機には様々な種類のものがありますが、混錬は混合したい複数の材料に強いせん断力をかけることで、先述の3つの攪拌、分散、混錬を行います。強いせん断は、材料を高速で動かすような回転速度の非常に速い羽根であったり、遅い速度であったりしても非常に狭い隙間に材料を流し込むことで得られます。このため、混練機は多種多様なものが存在します。

また、混練時は装置や周囲環境により材料の温度が変化していきます。温度変化により材料が硬くなったり、柔らかくなったり変質する可能性があります。このような変化を防ぐため、混練機は加熱・冷却機能を有しており、最初に温度設定を行うことで混練中は常に一定の温度を保っています。

混練機の種類

混練機には、バッチ式混練機と連続式の混練機があります。

1. バッチ式

バッチ式は、容器に混錬したい材料を入れて比較的長時間かけて混錬を行います。一度に大量の安定した品質の製品を得られるのが特徴です。

2. 連続式

連続式は管内に材料を流し、その中にあるスクリューと管壁との間や複数スクリューをもつ混練機の場合は、スクリュー同士の間の狭い空間に材料を強制的に押し込むことで強いせん断をかけて混錬します。バッチ式に比較して圧倒的に短時間で処理できるのが特徴ですが、予め材料は別の混合機である程度均一にしておく必要があります。

その他、混練機には同量の固体と液体を混練するタイプ、多量の固体に少量の液体を混練するタイプ、流動性のあるペースト材料を混練するタイプなど、その用途に合わせたタイプがあります。それぞれの用途に合わせてブレードの大きさや形、混練時の回転時間、ブレードの上下動作、容器中を真空状態とする機能などが異なってきます。

混練機の選び方

混練機を選択する際には、混ぜる物質の性質、必要な混合の程度、製品の規模などを考慮する必要があります。例えば、粘度が高い物質を混ぜる場合や大量の物質を混ぜる必要がある場合は、強力な混練機が必要です。

また、粉末状の物質を混ぜる場合は、粉末が飛び散らないように封じ込める機能を持つ混練機が適しています。

混練機のその他情報

混練機の重要性

混練機は、物質を混ぜるシンプルな作業を行いますが、その裏には複雑な物理的、化学的原理が働いています。例えば、物質の粒子サイズや分布、粘度、温度などが混合の結果に大きく影響を与えます。これらの要素を適切にコントロールして、混練機は物質を効率良く、均一に混ぜることが可能です。

また、混練機は、製品の品質を一定に保つためにも重要です。例えば、食品工業や製薬業界では、製品の一貫性と品質が求められます。混練機の使用によって、製品のロット間の品質のブレを抑えることが可能です。

参考文献
https://www.jstage.jst.go.jp/article/gomu1944/73/5/73_5_240/_pdf/-char/ja
https://www.inouemfg.com/konrenki/
http://www.kurimoto.co.jp/technology/data/42/200003_10.pdf

磁気テープ

磁気テープとは

磁気テープ

磁気テープとは、磁性を持った媒体をテープに付着させて電子データを記録したものです。

電源がなくても大容量の記録を長期間記録でき、以前はビデオテープやカセットテープとしてよく使用されていました。

アナログデータの記録で使われますが、デジタルデータの記録にも利用可能です。同じデジタルデータの記録媒体であるハードディスクや光ディスクと比較したメリットは記録と再生に電気を使用しない点です。

磁気テープの使用用途

磁気テープには以下のような使用例があります。

1. カセットテープ

1960年代に商品化され、ソニーが開発した「ウォークマン」の普及とともに世界中に日本製のカセットテープが拡販されました。カセットテープに使われている磁気テープの幅は3.81mmで、純鉄の磁性合金が塗布されています。

2. アーカイブ

長期間安全に機密データなどを保管し、必要な時にすぐ取り出せるデータ倉庫に使われています。保管に電気を必要としないためコストを抑制できます。

磁気テープの原理

磁気テープによる音楽の録音やデータの記憶の原理は以下の通りです。

カセットテープの中に茶色いビニールテープが巻いてあり、表面には磁石と同じ働きをする材料が塗布されています。テープレコーダーでは音を録音する際にマイクから入った音を電気信号に変換し、録音ヘッドに信号が伝わります。録音ヘッドはカセットテープに接触する小さな電磁石で、受け取った電気信号をS極とN極の信号に変換してテープ表面の磁性体に記録可能です。

磁気テープの表面には外観上は何も変化が起きていないように見えますが、多数のSとNの信号が記録されています。再生すると録音ヘッドが再生ヘッドに変わってテープに記録されているSとNを読み取り、増幅器を通ってスピーカーに伝わって振動となってもとの音に戻ります。

磁気テープの種類

磁気テープはビデオテープとオーディオカセットテープの2種類に分類されます。オーディオカセットテープには、ノーマルポジションテープ、ハイポジションテープ、フェリクロムポジションテープ、メタルポジションテープの4種類があります。

1. ビデオテープ

メーカーによってノーマル、プロ、ハイファイ、ハイグレードなどのテープグレードに分けられています。記録方式はVHSやS-VHSなどに分類されています。

2. ノーマルポジションテープ

磁性体として茶色の酸化第二鉄が塗布されています。メタルポジションテープに反転された内容を記録し、バイアス磁界中で重ねて転写すると大量に複製可能です。音楽用に最適化されたタイプは中低域のMOL (英: Maximum Output Level) に優れています。

3. ハイポジションテープ

クロム酸化物やコバルト酸化物が塗布され、クロムポジションテープとも呼ばれます。S/N比や中高音域の再現性に優れていますが、中低音域の再現性とMOLは音楽用ノーマルポジションテープより劣っています。

4. フェリクロムポジションテープ

ノーマルポジションテープが得意な低~中音域とハイポジションテープが得意な高音域を二層塗りし、双方の優れた特性を有します。フェリクロムポジションテープに対応していないプレーヤーやレコーダーではノーマルポジションテープとして代用可能です。ノーマルポジションテープとハイポジションテープの高性能化や高音質化に加えて、メタルポジションテープやEEポジションテープの登場によって急速に廃れました。

5. メタルポジションテープ

非酸化金属磁性体が蒸着され、保磁力に優れ、高密度の記録が可能です。大量複製時にはマザーテープとして利用できますが、大量複製には向いていません。

磁気テープの選び方

磁気テープは半導体メモリやハードディスクと比較して大容量です。エラーや故障が少なくて信頼性が高く、低コストで省スペースなため、長期保存向きの記録メディアです。

その一方で構造上、ランダムにデータへアクセスできません。テープの本数が増えると管理に手間がかかります。

参考文献
https://kids.gakken.co.jp/kagaku/kagaku110/science0420/
http://www.tape-storage.net/magnetic_tape/

焼成機

焼成機とは

焼成機

焼成機とは、高温の水蒸気や赤外線を利用して食材を短時間で焼成するための機械です。

食品加工業界やレストランなどのフードサービス業界で広く使用されており、グリルや解凍やお菓子の焼成などの様々な用途に使用されます。

焼成機には過熱蒸気式や光加熱式など複数の種類があります。過熱蒸気式は水蒸気を利用して食材を加熱する焼成機です。一方、光加熱式は赤外線を利用して食材を加熱する焼成機です。方式によって焼成の効率や品質が異なるため目的や使用する食材に応じて選択する必要があります。

焼成機の使用用途

焼成機の使用用途は主に下記の通りです。

1. 焼成

魚や肉類、野菜などのグリル、冷凍食品などさまざまな食材を焼成できます。特に過熱蒸気式では予備の解凍を必要とせず食材をそのまま焼けるので便利です。

2. 解凍

冷凍食品を解凍するためにも使用されます。冷凍食品を解凍する際には過熱蒸気式が特に効果的で、解凍の時間を短縮できます。

3. 加熱

様々な食材を加熱するためにも使用されます。具体的には、お菓子の焼成や乾物の加熱、パンの蒸し焼きなどに利用されます。

4. 焙煎

ーヒーや紅茶、ナッツなどの焙煎にも使用されます。過熱蒸気式や光加熱式の焼成機を利用して、均一に焙煎できます。

5. 殺菌

殺菌にも使用されます。食品加工業界では、殺菌処理が必要な製品を焼成機で処理することがあります。過熱蒸気式の焼成機を利用して、食材表面に付着している菌を除去できます。

6. その他

焼成機は用途に応じてカスタマイズされたり、新しい用途に応じて開発されたりしています。例えば魚介類や肉類の塩分除去や、医療用の消毒器具の製造などにも使用されています。

焼成機の特徴

過熱蒸気式の焼成機の長所と短所は以下の通りです。

長所

焼成機には、多くの利点があります。まず焼成機は過熱水蒸気を使用するため、食品の内部まで均等に加熱ができ、食品を一様に焼き上げ、また過熱水蒸気は高温・高圧で発生するため通常のオーブンよりも短い時間で焼き上げられます。

さらに過熱水蒸気を使用することで、食品内部に水分を保持できたり、焼き過ぎによる栄養素の減少を防いだりして、調理した食品の栄養価を保てることは利点の1つです。また過熱蒸気を食品の表面に直接当てることで、食材本来の風味を引き出せたり、焦げ付きを防ぐために食品表面に油を塗る必要がなく、より健康的な調理ができたりするので便利です。

過熱蒸気式の焼成機は焼くだけでなく、蒸すなど多機能な調理ができるため、1つの機器で様々な調理が可能であり、スペースや時間の節約になります。

短所

焼成機は温度調節が難しく、一度温度が上がってしまうとすぐに下げることができないため、加熱時間を調整したり温度を一定に保ったりするために精密な制御が必要です。このため専門的な知識や技能が必要となる場合があります。

また、高温であるため配管やバルブなどの機器が劣化しやすく故障の原因になることがあり、内部に食品の油や汚れが付着しやすく、これらが凝縮して固まることもあります。

そのため、内部を定期的に清掃することが必要です。これらの欠点により焼成機の運用には、適切なメンテナンスや管理が欠かせません。

焼成機の種類

焼成機には何種類かありますが、代表的なものは以下の通りです。

1. 過熱蒸気式

水を沸騰させた後に高温で保持された水蒸気で食材を焼成する方式です。

2. 光加熱式

特定の波長の光を利用して食材を焼成する方式です。赤外線加熱方式、近赤外線加熱方式、中赤外線加熱方式、遠赤外線加熱方式などがあり、加熱方式によって熱の伝達方法が異なります。

3. 電熱式

電気を利用して食材を加熱する方式です。小規模の家庭用調理器具から大型の産業用調理器具まで多様な種類があります。

4. ガス式

ガスを燃料として使用して加熱する方式です。熱源として燃焼による高温の熱を利用するため、加熱速度が速く高温度での加熱が可能です。

5. マイクロ波式

高周波の電磁波を利用して加熱する方式で、マイクロ波は食材の中に浸透するため、外側だけでなく内側も加熱できます。

焼成機の構造

過熱蒸気式の焼成機は以下のような過程で食品を加熱します。

1. 水蒸気発生

過熱蒸気式の焼成機において、まず最初に水蒸気を発生させます。水蒸気をさらに高温に加熱し、過熱水蒸気を生成します。水蒸気を100℃より高い温度に加熱した状態を「過熱水蒸気」と呼びます。

この過熱水蒸気は、食材に対してより高い熱を加えることができ、食材の内部まで効率的に熱を伝達できます。過熱水蒸気は、通常の水蒸気に比べて加熱効率が高く、食材を均一に加熱できます。

2. 食品表面の加熱

食品表面に当たった過熱水蒸気が、食品表面にある水分を蒸発させることで表面を加熱します。過熱水蒸気は高温であり、水分が急速に蒸発するため食品表面を迅速に加熱できます。また過熱水蒸気は水蒸気の密度が高く通常の水蒸気よりも食品表面に密着しているため、食品の表面が均一に加熱されます。

3. 食品内部の加熱

焼成機内の過熱水蒸気が食品表面に当たると、食品表面の水分が蒸発して加熱されます。この熱が食品内部に伝わり、内部も均等に加熱されます。このように食品内部と外側を同時に加熱できるため、調理時間が短縮され、食品に均一に加熱できます。

焼成機のその他情報

焼成機のその他の用途

焼成機は、加熱方法や機種によって種類と使用用途が多岐にわたっています。例えばパンの生地を発酵させるために発酵室を備えた焼成機もあれば、煙や臭いを出さずに焼成できる特殊な焼成機もあります。種類によっては温度や湿度などの条件を細かく制御できるため、製品の品質管理が容易になる場合もあります。

工業製品の製造に使用される焼成機もあります。例えばセラミック製品や金属製品の焼成に使用される焼成機がその例です。セラミック製品の焼成には、高温の炉に入れる方法や電気加熱式の焼成機を使用する方法があります。金属製品の焼成には高温で熱処理を行う場合があり、特に鋼材の硬化などに使用されます。

振動解析ソフトウェア

振動解析ソフトウェアとは

振動解析ソフトウェア (英: vibration analysis software) とは、おもに物体の固有値を解析したり、周波数応答を解析したりするツールです。

振動解析は構造解析の1つで、数理的手法とコンピュータを用いて、目で見ることのできない現象を可視化して評価できます。振動状態を評価するためのモード形状、共振周波数、位相、振幅などの様々なパラメータを求めることが可能です。

また、定常状態や過渡状態の振動荷重に対する構造物の応答の計算、対象物の振動状態や振動に対する応答、耐震・免振性能なども評価できます。 

振動解析ソフトウェアの使用用途

振動解析ソフトウェアは、任意の物体に振動が加わったときに、その振動状態を定量的に評価する場合に使用されます。日常生活の例は、自動車やバイク、電気製品などで生じる振動や環境騒音などの解析です。

スポーツでは、テニスラケットや野球のバットなどの道具の振動解析に使われます。建築分野では、建造物に対する地震応答解析や制振性能の評価を目的としています。

振動解析ソフトウェアの原理

振動解析ソフトウェアでは、構造物が有する振動の固有値を調べる「モード解析」、外部から振動を加えたときの応答を調べる「周波数応答解析」・「過渡応答解析」、「流体騒音解析」などに分類できます。

1. モード解析

モード解析は、外力が印加されていない状態 (自由振動) において、対象物の振動を解析します。対象物の固有振動数を算出し、揺れが増大する共振周波数を避けるための対策を立てることができます。

2. 周波数応答解析

周波数応答解析は、特定の周波数で外力が加わる場合に、対象物の応答を解析します。対象物が一定の周波数と振幅で振動し続けた状態になると、時間変化がない定常状態となります。周波数応答解析は、定常状態における周期振動の評価です。

3. 過渡応答解析

過渡応答解析は、時間と共に変化する荷重に対して物体の時刻暦応答を計算できます。地震、風、爆発を受ける構造物、や窪みを通過する車両の振動挙動の計算が可能です。

4. 流体騒音解析

流体騒音解析は、自動車のドアミラーや新幹線のパンタグラフなど、流体の圧力変動の伝播により発生する騒音を解析します。

振動解析ソフトウェアのその他情報

1. 振動分析ソフトウェア

振動分析ソフトウェアは、オフライン後処理解析ソフトウェアです。時系列データに対する各種解析、及び解析結果データに対する各種後処理を PCで行ないます。

具体的には、シミュレーションを行って各種動作を事前に評価することが主体です。また、対象物の時系列データからFFTやトラッキング解析することにより、振動に関する様々なパラメータを出力します。さらに、FFTのプロセスを使って入力信号から特定の周期振動を抽出し、フーリエ変換により周波数成分を求めることが可能です。

2. 振動解析ソフトウェアの事例

構造解析

  • 構造物のき裂進展
    半円状の初期き裂が3次元的に進展していく様子を表現した事例です。初期き裂発生後からの寿命を推定することができます。
  • リード部品の振動解析
    2本の端子をもつリード部品の根本に任意の振動を印加した場合の応答を解析した事例です。調和解析は正弦振動を加えたときの応答解析が可能です。過渡解析は任意の振動波形の応答を解析することができます
  • 射出成形でのリブの効果
    リブの追加やリブの厚み変更によって、固有振動数を変えることができる事例です。射出成形では形状変更が比較的しやすいため、解析しながらより良い形状を探索すると効果が出ます。

地盤解析
降雨時の地盤浸透水挙動は、降雨が地面に浸透していく状況を計算した事例です。時間経過による安全率低下即ち、斜面崩壊の危険性増加の推定ができます。

流体解析
配管の浸食予測は、配管内を流れるガスとダストの固-気2相流解析した事例です。ダストの衝突位置・速度・角度情報から配管摩耗速度の予測ができます。

粉粒体解析
回転体内の粒子挙動は、回転体内の粒子挙動を離散要素法DEMを用いて解析した事例です。粉体に水分が含まれると粒子間に付着力が働き、乾いた状態とは異なる挙動になります。

データ分析・最適化
時系列データ分析は、時間と共に変化するデータを用いた相関分析事例です。大規模かつ複雑なデータでも有意な情報のわかりやすい提示ができます。

参考文献
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jime1966/19/3/19_3_235/_pdf