月: 2022年5月

監修:株式会社SDI

ディップコーターとは

ディップコーターとは、基材にコート液を塗布する装置のことを指します。

塗布方法にはいくつかの種類がありますが、そのうちの一つがディップ方式といわれるコート液に基材を浸けて引き上げる方式であり、そのための装置がディップコーターになります。

ディップコーターの特徴として、

• 均一な薄膜を形成することができる(数十nmの膜厚も可能)
• 両面を同時に塗布することができる
• 対象物の形状は問わない
• 塗布液（コーティング液）のロスが無い
• 機器のメンテナンスが簡単

などの特徴が挙げられます。

 

ディップコーターの使用用途

ディップコーターの使用用途は以下の通り多岐にわたっております。

• 塗布対象物：レンズ・ガラス材・金属材・カテーテル・水栓金具等
• 分野：光学系レンズ・医療系・電子デバイス・フォトリソ等
• 塗布液：離型剤、撥水剤、ハードコート剤、防湿剤、防汚、レジスト等
• コーティング種類：反射防止コート・ハードコート・離型剤コート・フッ素系コート
• 形状：円筒形ガラス・ヘルメットシールド・ペットボトル・入れ歯・多孔質セラミック・湾曲レンズ・ウエハ・立体構造物

 

ディップコーターシステム概要

ディッピング法によるプロセス

試料を垂直にして所定のディップコーティング液に浸漬し、その後上方に引き上げて、付着の液膜を空気中(気相中)でゲル化する方法

1. ディップコーティング液浴槽に試料を垂直に浸漬
2. ディップコーティング液の粘性力、表面張力及び重力の相互作用を利用して引上げ開始
3. 試料の引上げ速度は、ディップコーティング液の粘性と付着液の流下する重力との関係性から膜厚を制御する
4. 均一な薄膜を形成完了 →　乾燥

本記事はディップコーターを製造・販売する株式会社SDI様に監修を頂きました。

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監修:株式会社FoxitJapan

PDFリーダーとは

PDFは「Portable Document Format」の略で、データを紙に印刷するように保存し、様々なデバイスで表示することができるファイル形式です。PDFリーダーとは、このPDFファイルを閲覧するためのソフトウエアのことを指します。

PDFリーダーを使用することで、PDFファイルの表示や印刷が可能となります。最近では、Acrobat Readerなど専用のPDF閲覧ソフトウエアがない場合でも、標準化団体で策定された技術や仕様を尊重し、特殊な挙動や仕様をなるべく含まないようWeb標準に準拠した設計、実装されたMicrosoft EdgeやGoogle Chrome、Safari、Firefox、Operaなどの最新版Webブラウザ(モダンブラウザ)であればPDFの閲覧が可能となりました。

PDFリーダーの使用用途

いわゆる電子の紙であるPDFを自社開発製品のスクリーンに表示できれば、いままで紙で配布していた使用説明書や操作手順書などが不要になります。これは印刷コストの削減や省資源化、製品のインタラクティブなハンドリングや昨今のテレワークでの仕様書のアップデートまでが実現可能になり、製品を実際に使用するユーザーの利便性だけでなく製品の仕様そのものが進化します。

また同様に自社開発のソフトウエアにPDFの機能を実装すれば、センシングで得られた結果をPDFに出力し可視化するなど、製品の使い勝手を飛躍的に向上させることが可能です。既にPDFは、電子Bookやゲーム機をはじめ、電子黒板、カラオケのリモコン、プロジェクタや業務用パネル、工作機械、計測機器、医療機器、ロボットなどOSに依存せずに、多くのデバイスの表示を支えています。

具体的には、紙やワード等のWindowsファイルに記載の製品設計仕様書やその製品の写真含めた説明用の図面を一括でPDFエディタを用いて電子ファイル化します。そのPDFファイルを、クラウド上のPDFリーダーを介してWEB会議ソフトやメールで画像共有し、ペーパーレス化と関係者間の迅速な情報共有に役立てている事例が多いです。

PDFリーダーの原理

自社開発のデバイスにPDFの表示からオブジェクト操作まで、PDFの機能や細かい制御を実装するにはPDF SDKを使用します。特定のプラットフォームに依存しないプラットフォームから独立したPDF SDKであれば、コードを再設計せずにWindows、Mac OS、Linux、その他組み込みOSなどのプラットフォーム上(OSレス含む)で動作が可能です。

さらに、C/C++、C#、Delphi、Visual Basic など、様々なプログラミング言語から呼び出し、デバイスに依存しない表示系の専用設計ができます。PDF SDKを使用することで、開発者は製品開発に専念できるため、開発期間の短縮やコスト抑制にも繋がりやすいです。

ブラウザ用にはJavaScriptを使用しており、PDFの閲覧だけでなく注釈の操作などの機能を実装するための純粋なJavaScriptライブラリ、PDF SDK for Webが用意されています。また昨今、テレワークの進展に伴い、会社のPC以外のMobile端末の表示にPDFを使用したいとの要望が増加しています。

この要望に対して、開発者がPDFを容易にMobile端末へ組み込むことができるようにデザインされたモバイルプラットフォーム向けの高速開発キットMobile PDF SDKが用意されています。これによりPDFに不慣れな開発者でも、たった数行のコードでプロフェッショナルな品質のPDF ビューアを素早く作成できるようになりました。さらに、開発不要のPDFリーダーMobile版のOEMまで用意されています。自社開発製品の場合、PDF実装がおすすめです。

PDFリーダーのその他の情報

1. PDFリーダーのおすすめな機能

PDFリーダーのおすすめな機能として、比較機能が挙げられます。これは様々なPDF対応ソフトが提供されるようになった環境で、今見ているPDFファイルが元のリファレンスとなるべきPDFファイルと比較して、どこが変更されているのかの比較結果をハイライトしてくれる機能です。

この機能を用いることで、PDFファイル間の文字や図の変更箇所を正確に比較し把握できるようになります。また、PDFリーダーに本格的な編集機能は搭載されていませんが、Acrobat Readerのように注釈機能や署名機能などは搭載されている場合が多いです。簡単な書き込みや署名する機会が多い場合におすすめの機能と言えます。

2. PDFリーダーのクラウド化

PDFはペーパーレス化だけでなく、クラウド化にも貢献しています。これはオンライン化とも似ていますが、クラウド化とは仮想サーバー上でインターネットに接続することで、会社のオフィスPCと同じような環境が構築されるサービスのことを指します。

クラウド化がおすすめな理由は、ユーザーの端末情報やデータを極力使用でず認証やソフトウエアの利用環境を構築できるからです。テレワークの推進により、場所問わずPDFリーダーを活用したいユーザーには、PDFリーダーのクラウド化はおすすめのサービスソフトであると言えます。

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注目のPDFリーダー

監修: 株式会社FoxitJapan

PDFエディタとは

PDFエディタとは、Officeファイルや画像ファイルから直接PDFに変換したり、また逆にPDFをOfficeファイルや画像ファイルに変換したりする相互変換が可能なPDF作成編集用のソフトウエアのことです。

一般にPDF文書に新たにテキストを書き込む、画像を挿入する、画像から生成したPDFにOCRでテキストを付加して、テキスト一文字一文字に対して正確にマーカーを引く、透かしを追加する、PDFに背景をつける、PDF文書にファイルを添付する、ページを挿入するなどの機能があります。

また、順番を入れ替える、他のPDFと結合する、入力フォームをつける、印刷や編集の可否などのセキュリティを設定するなど、直接的にPDF文書の編集も可能です。

PDFエディタの使用用途

PDFエディタの代表的な使用用途は以下の通りです。特にビジネスにおいて、PDFエディタは欠かせない存在となっています。

• オフィスファイルからプリンタを使わず直接PDFに変換する
• PDFからオフィスファイルに変換する
• スキャナからPDFに変換したファイルにOCRをかけテキストを付与する
• 注釈ではなく、直接的にPDFに文字を記入可能であり、既存の文字を編集する
• 記入欄のみ書き込みができるようフォームを作成する
• パスワードでPDF文書の閲覧、編集、印刷を制御する

このようにビジネスでは、社内文書の回覧や保管に、対外的には見積書、請求書や契約書の作成、交換、保管、またインターネットを中心に、行政の文書・申請書、メーカーの機器のカタログ・取扱説明書、パンプレット、Webサービス等の利用明細書などのダウンロードファイルとして使用されています。

従来の紙ベースの情報共有や伝達の方式に比べ、昨今のペーパーレス化におすすめなソフトウエアです。

PDFエディタの原理

電子的なファイルを作成するには、その用途に応じたソフトウエアを使用します。作成されたファイルは使用したソフトウエア独自の形式になっており、そのファイルを開くには作成したソフトウエアが必要です。

例えば、マイクロソフトのOfficeで作成した電子ファイルを配布すれば、それを作成したOfficeと互換性を持つアプリケーションがないとファイルの閲覧ができません。しかし、OfficeのファイルをPDFにして渡せば、受け手はPDFリーダーがあれば閲覧することができます。

PDF(Portable Document Format)は、1993年にAdobeによって開発されたファイル形式で、テキストの書式設定や画像を含む文書を、ソフトウエア、ハードウエア、オペレーティングシステムに依存しない方法で表示するためのものです。

PostScript言語に基づいて、各PDFファイルは、テキスト、フォント、ベクターグラフィックス、ラスター画像、および表示に必要なその他情報を含む、固定レイアウトのフラット文書の完全な記述をカプセル化しています。閲覧しかできなかったPDFを編集可能にするのが、PDFエディタです。

PDFエディタのその他情報

1. クラウド化でできる便利なおすすめ機能

PDFエディタでおすすめ機能は、クラウド化と組み合わせたファイル共有機能です。これは、各々のユーザーがテレワークでのPC操作環境が異なる場合においても、同じ最新のPDFファイルを関係者で共有し、その共同の改訂作業を複数ユーザーがリアルタイムで実施できます。

クラウドの特徴を活かしたPDFエディタなので、PDFファイル形式への変換のみならず署名や頁改訂、画像挿入、ファイル同士の結合や圧縮等を複数人がクラウド上で比較的スムーズにできる点が魅力です。Windows PCやGoogleドライブの活用以外にAndroid端末やiOS等のモバイルのOSに対応しているクラウド対応PDFエディタSDKも多く存在するので、機能を比較した上で用途に適したものを選ぶ必要があります。

2. PDFリーダーとPDFエディタの違いの比較

両ソフトの最も大きな違いはPDFを作成できるかどうかです。Word等のWindowsオフィスのファイルや、紙ベースの情報をスキャナで読み込んだ後、PDFファイル形式に変換可能なソフトウエアがPDFエディタであり、既にPDFファイル形式に変換されたファイルを読み込めるソフトウエアがPDFリーダーです。

PDFエディタにはその他にもタイムスタンプ機能や音声埋め込み機能等の、便利な編集機能が数多く搭載されています。メーカーによって搭載されている機能が異なるため、用途に合ったものを選ぶことが大切です。

PDF文書の編集画面の一例

行政への申請文書をフォーム化して直接文字入力

本記事はPDFエディタを製造・販売する株式会社FoxitJapan様に監修を頂きました。

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ペーパーレスシステムとは

ペーパーレスシステムは、ペーパーレス（paperless）という単語からも分かるように文字通りの意味を有しており、紙の削減を目指した仕組みのことを指します。

この仕組みには、会議システムや文書管理システム、オンラインストレージ、表計算ソフト、電子契約ソフトなどがあります。

従来は、なにかしらの契約や手続きにおいて、紙を用いていましたが、情報通信技術の発達と環境問題への対策として紙の削減が推進されるようになりました。

国内では、政府をはじめとし、企業間でもペーパーレス化の仕組みは取り入れられています。例えば下記のペーパーレス会議システムが挙げられます。

ペーパーレス会議システムとは

ペーパーレス会議システムは、紙などの資料をデジタル化することにより、パソコンやタブレット上から資料を閲覧し、リアルタイムで確認が行える会議の仕組みです。

このシステムを取り入れることで紙の削減や時間効率の向上、情報漏えいの低減などといったメリットが得られます。

また、メールとは異なり、事前に機密性の高い資料でも共有が可能な点や参加者が居場所にとらわれない点、会議中でも資料の修正が行えるといった点などもメリットとして挙げられます。

ペーパーレスシステムの導入方法

昨今は、新型コロナウイルスによる情勢も相まって働き方が多様化しており、社外における電子的な取引も増えています。

そのため、ペーパーレスシステムを導入することで、勤務場所にとらわれない働き方が可能となり、紙の削減による環境的な側面にも配慮できます。

一方で、導入前に確認しなければならないことがあります。

それは「e-文書法」と「電子帳簿保存法」です。e-文書法では、契約書や領収書などの書類を各社の判断により、電子的なデータとして保存してもよいとしています。

しかし、電子帳簿保存法は、会計帳簿や国税関係書類を取り扱うため、国税に関する書類については、税務署から承認を受けなければなりません。

そして、ペーパーレスシステムを導入するには、使用者の理解が必要不可欠です。例えば近年では、高齢化社会がますます進んでおり、ITツールへの苦手意識を払拭する必要や電子的な書類を取り扱うIT知識の教育なども必要になります。

また、電子化する書類をピックアップし、どういう流れで電子化していくのかも決めておく必要があります。

さらに、電子書類の保存期間やフォルダへの保存方法についても取り決めておく必要があります。

なぜなら、やみくもにすべての書類をスキャンして電子化してもサーバーを圧迫するだけで、保存期間や保存方法が明確になっていないと必要な書類を見つけられないからです。

これらの点に注意することで導入がスムーズに行えます。

ペーパーレスシステムの選び方

ペーパーレスシステムには、情報共有ツールやWeb会議システム、電子署名ソフトなどのペーパーレス化を行える多くの方法があります。

そのため、必要な機能を選定し、目的に合わせて導入することが大切です。

例えば電子署名ソフトを導入したけれど、タイムスタンプ機能が付属していなかったり、ソフトの互換性がなかったりといった問題が挙げられます。

また、導入するペーパーレスシステムが使用するデバイスで利用できるかも重要な点です。外出先での使用も想定される場合は、タブレットやスマートフォンなどにおいても利用が可能なのか調べておく必要があります。

そのほかにも操作性やセキュリティー対策の有無、導入後のサポート面などを確認することも大切なポイントです。

メリット

ペーパーレスシステムのメリットには、業務効率の向上やコストの削減、セキュリティーリスクの低減、書類の劣化防止などが挙げられます。

従来の紙を媒体とした書類では、経年劣化に伴い、書類の可読性が低下したり、書類がやぶれてしまったりといった問題が生じます。また、だれでも閲覧できてしまうため、セキュリティーリスクが向上し、書類の量が増えれば保管庫を圧迫してしまいます。

ペーパーレスシステムを活用することで、これらの問題が解決し、たくさんの書類から必要な書類を探し出す検索性も向上します。

デメリット

ペーパレスシステムのデメリットには、導入コストやシステム障害による問題が挙げられます。

導入コストとしては、システム本体や機器端末、人件費の価格が必要になります。そして、これら以外にもサーバー代が必要になるケースもあるかもしれません。

次に、システム障害の問題ですが、サーバーに問題が発生した場合やシステム自体に問題が生じた場合において、一時的にツールなどが使用できなくなるといったことが考えられます。したがって、定期的にバックアップを取ることが大切です。

ペーパーレスシステムの原理

ペーパーレスシステムは、一般的にオンラインサービスやアプリケーションとして販売されており、共有したい情報を送信することによりサーバーなどに情報を保持します。そのため、アクセス権を有するユーザー同士が同じ場所にいなくても情報を共有できます。

また、従来の資料は、スキャナーなどで紙を電子化することによりペーパーレスシステムに取り込むことができます。

ペーパーレスシステムは、政府や自治体でも活用されており、パソコンとインターネットを通じて行政サービスが受けられる仕組みになっています。この方法を運用している政府や自治体は、電子政府・電子自治体などと呼ばれます。

電子政府・電子自治体では、主に行政手続きや納税、行政情報の確認といった行政サービスにペーパーレスシステムを活用しています。

これまでは、行政サービスを受けるために紙の書類を郵送したり、窓口まで足を運び、手続きを行う必要がありました。しかし、マイナンバーカードの普及が開始され、自宅や職場から電子書類を提出することが可能になりました。

書類などの本人性の検証には、民間認証局や公的個人認証サービスが活用されており、政府の認証基盤や住民基本台帳ネットワークを通してより確実なものとしています。

ハイスピードカメラとは

ハイスピードカメラは、高速で動作する対象物をハイスピードで撮影して画像として取り込み、スローモーションのように再生することが可能な撮影機器のことを指します。

一般的なカメラは、おおよそ30fpsで撮影されており、1秒間に30枚の画像を撮影します。よって、動作の検証を行う場合において、未知のプロセスが生じてしまいます。

一方で、ハイスピードカメラは、ハイエンド機種までを含めれば、約100fpsから200万fpsまでの撮影を可能としています。

そのため、ハイスピードカメラは、高速度カメラやスローモーションカメラなどと呼ばれ、一般的なカメラにおける未知のプロセスを可視化できる撮影機器として重宝されています。

• fpsとは

  1秒間に何枚の画像で動画が構成されているのかをフレームレートという単位で表したものです。

ハイスピードカメラの使用用途

ハイスピードカメラは、1秒間に撮影することが可能な画像の枚数が多いため、1秒間に動画として再生できる枚数も多くなります。

したがって、これまでは1秒間に30枚程度の画像を動画として再生していたものが、数百から数千、はたまた数万までの画像を再生することが可能なため、高速現象をよりなめらかな現象で再現できるようになります。

また、付加価値として、さまざまな機能を有したカメラが出現してきたことにより、高速現象の解析をはじめ、自動車の衝突事故の実験や流体の可視化および計測、物体の落下実験、製造現場における不具合の解析などに活用されています。

ハイスピードカメラの原理

ハイスピードカメラは、単体で撮影することが可能ですが、解析を行う場合には、ソフトウェアなどと組み合わせて使用します。

一般的なシステムの構成は、ハイスピードカメラにパソコンやデータロガー、各種のセンサー（クランプメーターなど）を接続し、パソコン内部のカメラ制御ソフトウェアでカメラを制御します。そして、作成した動画ファイルを解析ソフトウェアを用いて動体解析データや波形同期解析データなどに変換し、定量的な解析を行います。

また、解析ソフトウェアでは、主な解析手法として追尾する対象を指定して解析を行います。流れとしては、追尾する対象を指定して追尾を開始し、グラフを作成します。その後、計測と保存を行い、追尾している位置と時間からあらゆる解析を試みます。

このような追尾手法は、パターンマッチングと呼ばれており、一般的な画像処理手法です。パターンマッチングでは、対象を記憶させることで、参照画像と比較して必要なパターンを検出し、座標の計算を行います。

上記の方法により撮影を繰り返し行うことで、追尾している対象物の移動情報が得られ、座標をはじめとし、速度や加速度を算出することが可能になります。

この方法は、パターンマッチングのなかでも幾何マッチング手法と呼ばれています。

ハイスピードカメラの歴史

ハイスピードカメラの歴史は、1851年に世界ではじめておこなわれた高速度写真の撮影からはじまりました。この撮影をおこなったのは、英国のWilliam Henry Fox Talbotだといわれています。彼は、大気中の火花放電を高速度写真として撮影しました。

その後の1972年には、米国のVideo Logic社が120fpsの性能を有する白黒カメラを開発しています。そして、1981年には、Spin Physics社が高速度カメラとして録画媒体にビデオテープを使用したSP-2000を開発しました。

当時の一般的なハイスピードカメラは、200fps程度の撮影が限界でした。しかし、SP-2000においては、2,000fpsでの撮影が行える画期的なハイスピードカメラでした。

日本国内においては、1981年にナック社が1/2インチのVHS方式によるハイスピードカメラを開発しています。当時、この方式のカメラは、世界ではじめて開発され、200fpsでの撮影が可能なカメラとしても重宝されました。

その後、ナック社は、1986年にHSV-400を開発し、400fpsでの撮影が行えるようになりました。また、1990年には、S-VHS方式で1,000fpsでの撮影が可能なカラーハイスピードカメラを開発しています。

ハイスピードカメラの価格

ハイスピードカメラの価格帯は、撮影用途によって前後しますが、一般生活における現象を撮影するには、約1,000fpsから2,000fps程度の性能を有するカメラで撮影を行うことができます。おおよその価格帯については、下記の通りです。

低価格帯

120fpsから500fps程度までのカメラは、撮影のレスポンスが早くストレスなく撮影を行える性能を有しています。この撮影範囲のカメラは、約2万円前後で販売されています。

3万円から4万円ほどのカメラには、Wi-Fiの接続機能やSNS投稿、手ブレ補正、広角、光学撮影機能が追加されています。

また、1,000fpsから2,000fps前後のハイスピードカメラは、約20万円から40万円前後の範囲で販売されています。

高価格帯

高価格帯のハイスピードカメラは、一般生活よりも実験や研究用途として活用されているカメラになります。4,000fps前後で約60万円から70万円の価格帯です。そして、7,000fps前後では、約90万円から100万円の価格帯で、10,000fps以上の好感度ハイスピードカメラになると、200万円以上の価格帯になります。

吊り治具とは

建設用、または、作業用クレーンの吊り先（フック）と吊り荷の間に取り付けて、吊り荷を安定させたり、位置を調整したりする吊り荷調整機具です。

また、クレーンの移動・作業半径外へ吊り荷を設置・移動させる場合にも利用します。

主に動力式、固定式、バランス型のタイプがあります。

動力式吊り治具は、高所でのクレーン吊り作業にて、作業者の代わりに吊り点の玉掛けを外したり、吊り荷の反転・回転作業を行うものがあります。

吊り治具の用途

吊り治具は、クレーンフックの先の部分に取り付け、吊り荷の安定化や吊り点箇所を増やしたり、一度に何個も吊り荷を吊ったり（連吊り）、吊り荷を立て起こしたりするために利用します。

クレーンのフック先に付けることにより、吊り荷の運搬時の安定化はもちろんのこと、クレーンの運搬能力の効率化・拡張が出来るため、建築現場でのクレーン先、工場の天井クレーン先や、トラッククレーンやラフテレーンクレーンのフックの先に取り付けて利用します。

メリット

• クレーンフックの先に取り付けるだけで、クレーンの運搬能力が格段に向上・拡張される
• 吊り荷をバランスよく吊ることが出来る
• 効率を上げることが出来る（一度に幾つも吊ることが可能になる）
• 高所など、危険を伴う箇所での作業を自動で行うことが出来る

デメリット

• 吊り荷全体の自重が重たくなる
• クレーンの重量制限に関わることになる

吊り治具の原理

吊り治具は主に「動力式」「固定式」に分けることができます。

動力式吊り治具は、吊り荷を吊っているワイヤ、チェーンなどを調整したり、吊り荷全体を回転させたりする機構が備わっています。

固定式吊り治具は、クレーンフックの先の吊り点を増やすための形状をしている鉄鋼物であったり、クレーンの作業半径外に吊り荷を運ぶために、吊り荷を吊り上げた際にバランスが取れるよう重りがついていたりします。

長尺ものの吊り荷を吊るために、長い棒状の吊り治具をクレーンフックの先に取り付け、吊り点を増やし、吊り荷を安定させます。

長い棒状の吊り治具は、吊り点が複数になっても問題ない構造設計になっております。高層建築現場などでは、高所に吊り荷を配置して、吊っていたワイヤなどを外す作業が伴いますが、動力式吊り治具であれば、作業者が高所へ上り、作業する危険性を無くすことが出来、省力化にも貢献できます。

さらには、長尺鉄鋼物や、高層建築用の鉄筋柱などを、運搬したトラックから吊り上げるには、立て起こし作業が伴いますが、動力式吊り治具であれば、吊り荷の両端に付いているチェーン、ワイヤの調整することにより、水平に吊り上げてから、空中で立て起こすことも可能になります。

【動力式吊り治具】

吊り治具の種類

1. 動力式吊り治具

動力式により「様々な機能の自動化」、「吊り荷の反転・回転作業」が可能になります。自動で作業を行わせるため、高所での作業が自動化され、効率化、省力化、安全性を高めることが出来ます。

2. 固定式吊り治具

金具形状次第で、「吊り荷のバランスを取る」、「クレーン半径作業外へ吊り荷を設置する」、「吊り点を増やす」ことが可能になります。

吊り治具の重要性

吊り治具はクレーンの作業効率向上、吊り荷運搬の安全性を考えると、とても重要な道具と言えます。

吊り治具がない状態での運搬は、吊り荷を安定的に移動・運搬することが出来ず、作業者の安全性を確保できなくなります。

また、吊り治具がない場合の作業効率は、大幅に下がり、長尺ものなどの吊り上げ〜立て起こしなどは、2 機のクレーンにて作業を行う必要が出てきます。

高所作業の自動化においても、作業者の安全性を向上させ、省力化に大きく役立ちます。

吊り治具使用動画例

ソフトアクチュエータとは

アクチュエータとは、動力のもとになるエネルギーを物理的な運動に変換する仕組みのことを指します。

したがって、水車や風車などもアクチュエータの1種であると考えることができます。

一般的には、ヒトの指を動かす筋肉や関節の動きを模した機構をアクチュエータと呼んでいます。

一方、ソフトアクチュエータは、塩や溶媒、熱などの環境変化もしくは外部刺激に反応する軽量で柔軟な材料がアクチュエータと同様の作用により、動作する仕組みのことを指します。

また、ソフトアクチュエータは、アクチュエータと比べて、軽量さや環境変化、外部刺激へ柔軟に対応できることが異なるポイントです。

ソフトアクチュエータの使用用途

ソフトアクチュエータは、軽量さと柔軟性を有していることから人工筋肉に応用されています。人工筋肉は、ソフトアクチュエータを活用することで人間の筋肉を模した製品です。これは、ロボットや重機などに利用されています。

また、ソフトアクチュエータは、人工筋肉以外にも心臓や肛門などの人工臓器としても応用されています。

そのほかにもさまざまな業界や分野で利用されていて、例えば建築現場や介護分野などが挙げられます。これらの例では、作業者は、介護者や重い荷物を日常的に動かすことから腰に大きな負担がかかってしまいます。

そのため、ソフトアクチュエータを用いた腰のサポートウェアや動作を補助する人工筋肉、マッスルスーツなどが使用されています。

さらに、ソフトアクチュエータは、外部刺激にも鋭敏なため、温度変化に応じて発電を行うことができないか？といったことが検討されています。

ソフトアクチュエータのロボットへの利用

ソフトアクチュエータは、形状適応性や柔軟性、伸縮性に富み、軽量で安価です。

そして、素材を入手しやすいこともメリットのひとつとして挙げられ、大気中でも安定し、動作音がありません。

また、複雑な形状のなかでも受動的な反応を示し、ほとんど制御しなくとも安定的な動作を行います。

さらに、ソフトアクチュエータは、少ない電力でも大きく変形することから、地球に優しい素材でもあります。

これらの特徴は、ソフトアクチュエータと従来のアクチュエータを比べても特有の動作になります。

このことから近年では、ロボット分野において、特にソフトアクチュエータが活用されており、極限状態や水中でも動作することから開発が盛んに行われています。

例えば次世代のゴム素材は、通電により伸縮するため、これらを取り入れたソフトアクチュエータをロボットアームに使用する例などが挙げられます。

そのほかにもPVCゲルをソフトアクチュエータとして採用した着るロボットという名称のウェアラブルロボットにも活用されており、マッスルスーツなどもこれに該当します。

ソフトアクチュエータの原理

ソフトアクチュエータは、使用する素材やその仕組みによりさまざまな方法があります。そのため、一部を抜粋して解説します。

ソフトアクチュエータを用いた人工筋肉は、一般的にケモメカニカル反応により動作しています。ケモメカニカル反応とは、温度変化や溶媒交換、化学物質の添加または光、電場などの刺激により開始される機械的な運動を指します。

例えば温度変化によって作動する形式では、ポリメタクリル酸（PMAA）が使用されますが、PMAAは、水溶液中でポリエチレングリコールと水素結合することで、高分子間コンプレックスを形成します。

そして、この方法では、高分子間の平衡にもとづき作動する仕組みのため、水溶液のなかでポリエチレングリコールの濃度が上昇すれば、高温側で収縮するようになります。

また、この方法により形成された形状記憶ゲルは、エタノールの処理により何度でも形状の書き換えを行うことが可能です。

ソフトアクチュエータの分類

ソフトアクチュエータの分類は、使用する材料により分けることができます。その一部を下記に記載し、解説します。

高分子ゲルアクチュエータ 　　　　　　　

高分子ゲルアクチュエータは、ソフトアクチュエータの1種で、材料には、高分子ゲルが用いられています。電圧を印加することにより変形を開始する素材です。このアクチュエータは、その応答性や軽量さ、製作コストが抑えられる点、およびエネルギーの変換効率の高さから注目を集めています。

導電性高分子アクチュエータ 　　　　　　　

導電性高分子アクチュエータは、ソフトアクチュエータの1種で、材料には、ポリピロール（PPy）やポリチオフェン、ポリアニリン（PANI）などの導電性高分子材料が用いられています。このアクチュエータは、イオンを含む電解液のなかに導電性の高分子材料と対向電極が配置された構造となっています。そして、この間に電圧を印加することにより導電性高分子材料が伸縮を行う仕組みです。

ソフトアクチュエータの種類には、そのほかにエラストマーアクチュエータやカーボンナノチューブアクチュエータなどがあります。