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ポリウレタンスポンジとは

ポリウレとは、ウレタン結合を含む高分子化合物です。ポリウレタンスポンジは、ポリイソシアネートとポリオールを反応させて得られ、多孔質状に成形されるスポンジのことを指します。このスポンジは液体を長時間含むことができるだけでなく、吸収することと放出することも可能です。

ポリウレタンスポンジは優れた断熱性と成形のしやすさが特長であり、軟質と硬質の2つのタイプに分類されます。かつては海綿を加工してスポンジとして使用されていましたが、現在ではポリウレタンから直接製造されるようになりました。

ポリウレタンスポンジの使用用途

ポリウレタンスポンジは泡の密度によって柔らかさを調整できる素材であり、低密度のものは柔らかくてクッション性に富んでいます。そのため、吸音材やクッション、衣類や家具などの製造に利用されます。特に洗浄用途にはよく使われるスポンジが代表的な例です。

一方、高密度のポリウレタンスポンジは優れた断熱性を持ち、断熱材や浮力剤として使用されます。また、半硬質のポリウレタンスポンジは高反発性と高い弾性を備えており、家具や寝具のマットレス、車両の部品などに適しています。

そのほか、フィルターやバクテリアを繁殖させる培地も用途の1つです。

ポリウレタンスポンジの原理

原料のポリイソシアネートとポリオールがウレタン結合によって高分子となり、目的によってその種類と添加剤を選択し生成します。ポリウレタンスポンジは触媒、発泡剤、整泡剤、難燃剤などを添加することによって製造可能です。

イソシアネートとポリオールの反応熱により発泡剤が気化し、1つ1つ独立した小さな泡が形成されます。気泡の膜をなくすことで無膜フォームとなり、通気性と乾燥性にすぐれたスポンジが完成します。

軟質フォームの発泡剤は主に水です。水とイソシアネートが反応する際に、発生する炭酸ガスを発泡に利用しています。硬質フォームではオゾン層破壊の懸念がないHFC化合物類、シクロペンタンなどの炭化水素系発泡剤や炭酸ガスが使用されています。

連続的に発泡させて大きなブロック状にし、切断加工して成形したり、鋳型などに注入して型どおりに成形するのも方法の1つです。紙や板の上に発泡させて一体に接着した状態に成形する方法もあり、目的によって容易に成形が可能です。

ポリウレタンスポンジの種類

1. 発泡ポリウレタンスポンジ

発泡ポリウレタンスポンジは、軽量で柔軟なスポンジ状の素材で、ポリウレタン樹脂に発泡剤を添加して発泡させたものです。発泡剤によって多数の微細な気泡 (セル) が生成され、これらのセルが均等に分散されることで、スポンジの軽さと柔軟性を生み出します。

クッション性に優れ、衝撃を吸収することが可能です。そのため、クッション材やパッキング材、座布団などの用途で幅広く使用されます。また、断熱性にも優れており、建築や工業分野でも利用されます。

2. 高密度ポリウレタンスポンジ

高密度ポリウレタンスポンジは、より密度の高い素材を使用して作られたスポンジです。スポンジの内部がより堅牢になり、強度が高く、押しつぶされにくい特性を持っています。

高密度ポリウレタンスポンジは、優れた防音効果や振動吸収性を発揮し、音響室や機械の振動制御などに幅広く活用されています。また、高密度な構造により耐久性が向上し、長期間の使用にも耐えることが可能です。建築や自動車部品、航空機などの分野で、衝撃吸収性が求められる場所や耐久性が必要な製品に適します。

3. 構造用ポリウレタンスポンジ

構造用ポリウレタンスポンジは、特殊なセル構造を持っています。通常、セルと呼ばれる多数の細かい空気孔が連続して配置され、軽量かつ高い耐衝撃性を実現する特性を持っています。建築や自動車部品、航空機などの分野で使用されることが一般的です。

建築では、耐震性や断熱性を向上させるために、壁や床の間に充填されます。自動車部品では、衝撃吸収材として使用されることで、安全性を高めます。航空機では、軽量ながら頑丈な素材として使用され、構造の強化や振動吸収に効果的です。

4. 吸水性ポリウレタンスポンジ

吸水性ポリウレタンスポンジは、特殊な加工により水を効率的に吸収するように設計されたスポンジです。キッチン用スポンジや洗車用スポンジなどによく使われます。

汚れや油脂を効果的に除去するのに便利であり、吸水性が高いためにしっかりと水を含むことができます。さらに、浸水した場合にも速乾性があるため、再利用が可能です。吸水性ポリウレタンスポンジは、家庭用品や清掃用具として広く利用されています。

参考文献
https://www.fujigomu.co.jp/whats_urethane/
https://www.wakog.com/material/m_foaming/polyurethane
http://www.urethane-jp.org/manual/doc/anzentebiki_2015520.pdf

ホーニングマシンとは

ホーニングマシンとは、中空構造物の穴の内径面を仕上げるために使われる工作機械です。

ホーニングマシンを用いることによって、穴の内径を精度よく、目的の表面粗さに仕上げることができます。また、ホーニングマシンで行う加工のことを、ホーニング加工と呼びます。

ホーニング加工では、高い真円度、円筒度を得ることが可能です。後述するクロスハッチと呼ばれる加工目も、ホーニング加工ならではの特徴です。

またホーニング加工を行う前には、あらかじめ穴加工をしておく必要がありますが、この穴加工を精度よく行なっておくと、ホーニング加工を施しても、精度を保ち続けることができます。ホーニング加工では、加工による削り代が非常に小さいためです。

ホーニングマシンの使用用途

ホーニング加工は主に、自動車や産業用機械のエンジンや、油圧や空圧機器に使用されるシリンダなど、円筒形状をした内面の研削に使用されます。また、遊星歯車機構のピニオンと呼ばれる歯車部品の内径の仕上げ加工にも、ホーニングマシンが使われます。

なお、遊星歯車機構とは、自動車用のオートマチックトランスミッションの変速機構、CVT (無段変速機) の前後進切り替え機構などに広く用いられているものです。

ホーニングマシンの原理

ホーニングマシンは、ワーク内面にホーンと呼ばれる棒状の砥石を押し付けながら研削する加工機械です。ホーンは、ホーニングヘッドと呼ばれる部品に取り付けられ、さらに4から数本のホーニングヘッドがマンドレルという心棒に取り付けられています。

ホーンはワークの円筒内面に対して、油圧またはバネ力による一定圧力によって、押し広げるように接触します。この接触状態においてホーンを動かすことにより、研削加工が行われますが、ホーンの動かし方が重要です。ホーンは上下または左右の往復運動と回転運動が同時に行われますが、2つの同時動作によって、ホーニング加工ならではのクロスハッチと呼ばれる加工目が形成されます。

クロスハッチは部品機能において、大変重要な役割を担います。ピストンが摺動するエンジンや、転がり軸受の転動面になるピニオンにおいて、クロスハッチは潤滑油を保持する油だまりになるためです。なお、ホーニングマシンと同様に、穴の内径を加工する機械には、内面研削盤があります。しかし、内径研削盤では、クロスハッチのような加工線は形成できません。

ホーニングマシンの種類

ホーニングマシンは形式によって大別すると、縦型と横型があります。仕上げの直径が大きいワークには縦型が多く採用され、長尺のワークには、横型のホーニングマシンが採用されるのが一般的です。さらに縦型、横型以外にも、ホーニングマシンには、以下のような種類があります。

1. 平行平面型

平行平面型は、複数のワークを二つの砥石で挟み込んで、高さを均一に揃えるために使います。穴の内径を研削するものではありませんが、砥石を押し付けて磨き上げる構造であることから、ホーニングマシンとして扱われています。

2. CNC多軸型

CNC多軸型は、コンピュータ制御により複数の砥石による加工が自動的に行われます。ホーニング加工では一般的に、粗さが異なる複数のホーンを使い分けなければなりません。CNC多軸型であれば、複数のホーンが必要となる加工でも、プログラム運転によって自動的に行うことが可能です。

3. 液体ホーニング

液体ホーニングは、砥石ではなく砥粒を含んだ加工液によって研削加工を行う機械です。具体的には、細かい砥石を加工液に均一に分散させ、圧縮空気により加工面に吹き付けることによって研削する加工方法です。液体ホーニングによって、つや消し加工やなし地状に加工することができます。液体ホーニングは別名ウェットブラストとも呼ばれ、バリ取りなどにも使われます。

参考文献
https://www.nissin-mfg.co.jp/works/machine/

フォーミング加工とは

フォーミング加工とは、複数の成形加工を1台で連続して行うことが可能な、フォーミングマシンを用いた加工方法です。

具体的には、鍛造、曲げ、せん断、絞りなどの塑性変形を利用した成形加工を指します。複数の工程を必要とする複雑な形状をもつ製品も、1台のフォーミングマシンだけで成形可能であるため、大量生産にも適した加工です。

フォーミング加工の使用用途

フォーミング加工は、さまざまな分野の金属製品の製造に用いられています。板材、帯板材からは、ピン、クリップ、板ばね、止め輪、バンドといった部品が製造されています。線材を原材料とした加工では、各種コイル部品やコイルばね部品、電子部品のリード線などの生産に用いられてます。

フォーミング加工の原理

フォーミング加工では1台の加工機械の中で、複数の成形加工が、まとめてできる構造になっています。また、原材料が板材の場合と、線材の場合で機械の構成が大きく分かれます。

1. マルチフォーミング加工

マルチフォーミング加工は、マルチフォーミングマシンを使った加工法です。板材、帯板材を原材料として、プレス加工、絞り加工や曲げ加工を、自動的にかつ連続的に行えます。

マルチフォーミングマシンは、大きく3つの部位で構成されています。材料を送るフィード装置、プレス加工のためのスタンピング装置、様々な曲げパンチで曲げ加工や絞り加工を行うフォーミング装置です。

2. ワイヤーフォーミング加工

ワイヤーフォーミング加工に用いられるワイヤーフォーミングマシンは、マルチフォーミングマシンからフィード装置とスタンピング装置が省かれた加工機械です。原材料がワイヤーなので、材料の搬送やプレス加工はありません。

線材はワイヤーフォーミングマシンの中心部で保持され、円周上に配置されている複数の成形ツールによって、曲げ加工が行われます。すべての工程が終了すると、コイル材より切りはなして一つの製品となります。

3. ロールフォーミング加工

ロールフォーミング加工は、連続して配置されている複数組のコマが並んだローラーの間に、金属素板を通すことにより素板を変形させ、目的の形状に加工するものです。コイル材から搬送された金属素板が切断機によって所定の大きさに切り出され、その後ロールフォーミング装置によって成形されます。これらのプロセスは自動化されており、連続的に生産することが可能です。

また、配置するローラを変更することにより、閉断面の形状など様々な形状の加工にも対応できます。さらに、徐々に塑性加工を行うため、高張力鋼板などのハイテンション材の加工を行いやすく、製品の軽量化を実現にも貢献します。

4. リードフォーミング加工

フォーミング加工の一つとして、電子部品のリード線を製造するリードフォーミング加工が知られています。電子部品は基板との接続を図るためにリード部分を基盤に合わせた形状に加工する必要があり、このような場合にリードフォーミング加工が施されます。

電子部品は小さくその取扱いが難しいため、リードフォーミング加工を行う専用の治具装置が各種展開されています。

フォーミング加工のその他情報

フォーミング加工のメリット

フォーミング加工のメリットは、複雑な形状の製品でも成形可能であること、大量生産に向いているため工数やコスト低減が見込めることです。フォーミング加工をせずに同様の成形を行う場合、複数の工程を経て一つの部品として仕上げる必要がありました。そのため、加工時間や金型の種類が多くなり、新しい製品の立ち上げにかかる費用も多くなります。

プレス加工で生産性を上げる手法として順送プレスという、多工程を一つのダイセットの中で順送りに成形する方法もあります。こちらは単発プレスと比較して生産性は大きく向上しますが、加工できる形状に限りがあります。一方で、フォーミングマシンは、1台の機械にプレス部と曲げ部の両方の機能を備えており、曲げの複雑な形状も、連続で加工していくことが可能です。

参考文献
https://www.apolotec.net/forming/
https://www.macro-forming.co.jp/forming/
https://www.semicon.sanken-ele.co.jp/support/reliability/4-7.html

ピエゾステージとは

水晶やある種のセラミックに電圧を印加すると変形する現象をピエゾ効果（逆圧電効果）と呼びます。この現象を直線運動や回転などの位置変化に利用したステージを、一般的にピエゾステージと呼びます。

ピエゾステージはナノメートルオーダーの微細な移動および位置分解能と、精確な位置再現性が最大の特長で、エンコーダと組み合わせることで精密なフィードバックシステムの構築が可能なため、科学研究分野や工業分野で広く活用されています。

ピエゾステージの使用用途

ピエゾステージは微細な移動と位置分解能、精確な位置再現性、さらには応答が非常に速く、寿命が長いことが特長です。

また、エンコーダを利用し絶対的な位置情報を得ることで、精密なフィードバックシステムを構築することができます。

科学研究および工業分野で、下記のような用途に利用されています。

•  直動ステージ
•  回転ステージ
•  あおり/倒れステージ
•  さまざまな機器の精確な移動と位置確保
•  除振動システム
•  高速精密シャッターシステム

ピエゾステージの原理

ある種のセラミックに電圧を印加すると変形する現象をピエゾ効果（逆圧電効果）と呼び、ピエゾ効果を示す物質を特にピエゾ素子と呼びます。

ピエゾ素子に見られる変形は、変化量が印加電圧に比例し、応答が非常に速く、可逆的であるという特徴を持ちます。

ピエゾ素子を位置決め用メカニズムとして形成したものをピエゾアクチュエータと呼び、ピエゾアクチュエータを組み込んだステージを一般的にピエゾステージと呼びます。

ピエゾステージは通常のモーターを利用したステージとは異なり、高い位置分解能と位置再現性、少ない消費電力での高負荷、速い位置応答という特徴があり、精確で速い位置決めが必要な場所で広く活用されています。

また磁石を利用しないので、周囲の磁場の影響をうけず、逆に周辺環境に磁場の影響を与えません。

真空中でも使用可能です。

一方で大きな移動量が必要な場合には機械的サポートを付加する必要があります。

またピエゾ素子の発熱と変形量の温度依存性には注意が必要です。

参考文献

https://www.rockgateco.com/product/scate/pos-ecs

http://www.keystone-intl.co.jp/products/encyclopedia/index.html

バンドソーとは

バンドソーとは、帯状のノコギリ刃をモーターやその他の駆動メカニズムに連動させ回転させて物を切断する工具のことです。

通常、電動でノコギリ刃が一定方向に回転するため、一般のノコギリの利用に比べ切断面がきれいでスムーズに操作できることが特徴です。

また、刃の厚さによって切削幅が決まるため、多種類の幅の刃を用意必要があります。切断において高い精度と作業効率を発揮するため、木工や金属加工などに欠かせない工具の一つです。しかし、刃によっては切削面が粗くなることがあるため、適切な刃の選択と定期的なメンテナンスが必要です。

バンドソーの使用用途

バンドソーは、木工、金属加工、建設および土木現場などさまざまな分野で広く使用されている工具で、卓上横型、卓上縦型、ポータブルタイプ、キャスター付きの4つで使用用途がわかれます。いずれのタイプでも、一般のノコギリの利用に比べ、切断面がきれいでスムーズに操作できる利点があります。

1. 卓上横型

卓上横型は、金属製パイプ、角材、板、丸棒などの切断に適しており、高い切断精度とスムーズな操作性が特徴です。木材や比較的薄い板などの切断にも使われます。

2. 卓上縦型

卓上縦型は、曲線に沿った切断や細かな部位の切断、比較的柔らかい材料の切断に適しています。曲線の切断は、他の切断工具では難しい場合がありますが、バンドソーであれば、曲線をきれいに切り取ることが可能です。

3. ポータブルタイプ

ポータブルタイプは、ほとんどが充電式で、高所や取り外しのできない材料の切断、上を向いた状態での作業などに適しています。重さが軽く、持ち運びが容易なので、現場作業での利用が多い点が特徴です。

4. キャスター付き

キャスター付きは通常大型で、大口径パイプや大きな材料の切断に適しています。大きな材料でも容易に切断できるため、建設や土木現場などでの使用が多い点が特徴です。

バンドソーの原理

バンドソーは、帯状のノコギリ刃をモーターなどの駆動システムに接続し、材料を切断します。ノコギリ刃はベルトのように回転し、切断部にはステージが付いており、材料を固定が可能です。卓上横型および卓上縦型には材料を切断するときに必要な力を加えられる切断部が付いており、切断を容易に行えます。

バンドソーの切断能力は通常、切断可能なパイプの直径で表示されます。材料によっては、ノコギリ刃の材質と刃形状を適切に選択することが必要です。

ノコギリを手で材料を切断する場合と異なり、バンドソーはノコ刃が一定方向に回転して切断するため、切断時に必要な力も比較的小さく、切断面がきれいなことが特長です。さらに、材料によってノコ刃の回転数を調節することで、火花の飛散を抑えたり、切り子が周囲に拡散しないようにしたりなど、適切な利用環境を設定できます。

バンドソーのその他情報

他の機械との組み合わせ

バンドソーは、バンドソーガイド、クーラントタンク、バンドソーセンター、バンドソーオートフィーダーなどの機械と組み合わせて使用することで、効率的な使用が可能です。

1. バンドソーガイド
バンドソーの刃を正確に位置決めし、安定した切断を行うために、バンドソーガイドが必要です。バンドソーガイドは、刃を正確に導くことで、刃のひずみを防止し、切断精度を向上させます。

2. クーラントタンク
バンドソーを使用する際には、切削時に発生する熱を逃がすためにクーラントを使用します。クーラントタンクは、クーラントの供給や循環を行い、バンドソーの寿命を延ばし、切断精度を向上させる役割を持ちます。

3. バンドソーセンター
バンドソーを正確に角度をつけて切断するためには、バンドソーセンターが必要です。バンドソーセンターは、刃を垂直に保ちながら、正確な角度で切断を行えます。

4. バンドソーオートフィーダー
バンドソーを自動化するためには、バンドソーオートフィーダーが必要です。バンドソーオートフィーダーは、自動的に材料を供給し、連続的に切断を行えるため、製品の大量生産が実現できます。

参考文献
https://www.bildy.jp/mag/bandsaw-guide/

ハンマーミルとは

ハンマーミルとは、さまざまな原料をホッパーから投入して、ローター部分に設置したハンマーを高速で回転させることで、投入した原料に衝撃を与えて、瞬間的に原料を粉砕することができる機器です。

ハンマー部分は、可動式あるいは固定式で種類があり、さらに回転速度の設定を変えることで、粉砕の粒度を変えることが出来ます。また、スクリーン部分は、加工後の出口に取り付けてフィルターとして利用するため、スクリーンのメッシュを変えることで、粒度を均一に揃えられます。

そのため、ハンマーとスクリーンの組み合わせを用途によって変えることで、多岐にわたる使用に対応することが可能です。

ハンマーミルの使用用途

ハンマーミルは粉砕区分でいうと微粉砕の目的で使用され、数cm程度の粒子を10～1μm程度に粉砕するために用いられます。ハンマーミルは様々な用途に用いられており、その分野は、建材などの処理から食品や医薬品まで多岐にわたります。

ハンマーミルは、目的や使用用途によって、種類が分かれています。ハンマーが固定されているハンマーミルは、原料などを粉砕加工する場合に利用され、穀類などの柔らかい原料や、必要とされる負荷が小さくハンマーの回転が少なくて済む場合に適しています。

ハンマーが可動するタイプのハンマーミルは、鉱石類や木材などの硬度が高い原料や、粉砕の為に大きな衝撃が必要とされる場合に適しています。

ハンマーミルの原理

図1. ハンマーミルの構造

ハンマーミルは、ハンマーを高速で回転させて、さらにハンマーをスイングさせることで、加工したい対象物に対して衝撃を与えて粉砕します。そのため、ハンマーの回転速度やスイングの可動などによって、対象物の材質や用途に合わせて衝撃を調節することができます。

粉砕された加工物のはきだし口にスクリーンを設置し、加工後の粒度を調節することで品質が一定になります。動作音や振動が大きめではありますが、粉砕能力が高く比較的固いものも処理できることが特徴です。

また、単純な構造でできているため、分解・組み立てや部品交換等のメンテナンスが容易です。また、超鋼による摩耗対策も可能であるため、耐用年数が長く、長期にわたって用いることができます。

ハンマーミルのその他情報

ハンマーミルの注意点

ハンマーミルはシンプルな構造で様々な種類の材料の粉砕に適用できますが、注意点もあります。ハンマーミルはハンマーの衝撃力により試料を粉砕するため、固く脆性のある割れやすいものに適しています。一方で、プラスチックのように弾性のあるものや繊維質のものはあまり細かく粉砕することはできません。

またハンマーミルに限らず、乾式粉砕においては食品のような水分や油分のあるものでは装置への固着やスクリーンへの目詰まりが起こるため粉砕は難しいとされています。加えて、ハンマーミルは長時間動作させると熱を帯びてくるため、熱に弱いサンプルの粉砕には注意する必要があります。

このように、材料の特性によって適切な粉砕機構も異なってくるため、粉砕したいサンプルにより適切な粉砕機を選ぶことが大切です。

参考文献
https://www.taiki-techno.co.jp/product/crusher-mill/hammer-mill/index.html

ふるい振とう機とは

ふるい振とう機とは、異なる大きさの粒が混在する試料をふるいにかけ、粒の大きさごとに選別する装置です。

ふるいとして穴の径が大きいものから段々と小さいものを使用すれば、大きい粒から徐々に小さい粒へと分別可能です。

具体的には、穴の経が大きいふるいの下にそれよりも小さい径の穴のもの、その下には更に細かい穴のものを配置します。これらを一度に浸とう (揺り動かす) すれば、粒を大きさごとに選別可能です。振とうを機械的な手段によりおこないい、粒の選別を自動でおこなっています。

ふるい振とう機の使用用途

ふるい振とう機は、さまざまな試料の粒径による選別に使用されます。人の手でふるい分けるよりも早く正確にふるい分けできるため、食品や工業、医療などの分野でも使用されています。

例えば以下のような用途も一般的です。

• 微小で微量な科学研究用サンプルの分別
• 大量の土木建築材料の選別
• 形状や材質が混在するゴミの分別

ふるい振とう機には、揺り動かすためのさまざまな駆動方法や色々なふるいの種類、色々なサイズなどがあり、選別したい試料に合わせて装置を選択可能です。

ふるい振とう機の原理

ふるい振とう機は、簡単に言えばさまざまな大きさのふるいを重ねたものです。一番上を最も穴の径が大きいふるいとし、その下にもう少し穴の径が小さなもの、その下には更に目のこまかいものを配し、下に行くに連れて徐々に目が細かくなるように重ねます。一番上の大きな目のふるいに試料を投入し、重ねた複数のふるいを一度に揺り動かします。

この際、振とうする駆動手段を自動化したものが「ふるい振とう機」です。一体化した複数のふるいである選別部を振って揺り動かし、さまざまな大きさの粒が混在していた試料を粒の大きさごとに選別します。

選別部を揺り動かして振る駆動方式としては、「モーター駆動式」と「電磁駆動式」の2種類の駆動方式が主な方式です。また、選別部を揺り動かして振る方法でも分類されており、「水平振とう式」と「タップ式」とに分けられます。乾いた試料を選別するほか、湿った試料を選別できるふるい振とう機もあります。

ふるい振とう機のその他情報

1. ふるい振とう機の駆動方法

先ほど述べたように、重ねたふるいである選別部を揺り動かして振る主な方式は、「モーター駆動式」と「電磁駆動式」の2種類です。

モーター駆動式の特徴は、一度に多くの容量の試料を粒の大きさで選別できることです。ただし、機械的な駆動により振るため振動する動きが大きくなり、音が大きく騒音の問題も生じます。

一方の電磁駆動式は、振動の幅の微調整が効くことが特徴です。振動する動きを小さく設定できるため、微細な素材の分別ができます。また振動の動きの幅が小さいため、騒音が抑えられる点もメリットです。

このような特徴を持つため、モーター駆動式は一度に大量の試料を分別したい土木や建築用材料などの分野でよく使用され、20kgの試料に対応できるものもあります。一方の電磁駆動式は、微細な試料を取り扱う化学薬品や研究材料での使用が一般的です。研究室内で使用できる卓上タイプもあります。

また、エアーを利用して振とうさせるふるい振とう機もあります。この装置では、気流により試料をフィルター (ふるい) に送り、逆側から吸気して試料がフィルターを通過する仕組みです。

2. ふるい振とう機の振とう方法

ふるい振とう機の振とう方法で主なものは、「水平振とう式」と「タップ式」です。

水平振とう式

水平振とう式は、ふるいを水平方向に振る運動もしくは水平方向で回旋する運動で揺り動かして振り、試料をふるい分けします。水を含んだ試料の選別には水平回転式のものを使うのが一般的です。

タップ式

タップ式も、ふるいを水平方向に振る運動もしくは水平方向で回旋する運動をおこないます。このとき、重ねたふるいである選別部を上部からタッピングして作業効率を高めるのがタップ式の大きな特徴です。電磁駆動式でタップ式の卓上ふるい振とう機は、化学薬品や研究材料の選別によく使用されています。

比色計とは

比色計とは、比色法が利用される計測機器の総称です。

ある一定の波長の光に対する透過率や吸収度を測定する分光光度計が、一般的に利用されています。比色法とは、さまざまな試験サンプルに特殊な試薬を加えて発色させ、その色自体の変化や色の濃さなどを比較し、濃度を測定する方法です。

水質調査においては、残留塩素濃度測定、pH測定、濁度測定、残留窒素測定、酸素濃度測定などに利用されています。そのほか、科学研究分野ではサンプルの精確な濃度決定に利用可能です。

比色計の使用用途

一般的な水質検査においては、採取された水に特殊試薬を加え発色させることで、下記の項目の精密測定に利用されています。

•  残留塩素濃度測定
•  pH測定
•  濁度測定
•  残留窒素測定
•  酸素濃度測定

また、大気汚染調査においては、試験プローブを大気中にばく露した後一定量の水溶液で洗浄し、その溶液を比色検定することで、窒素酸化物や二酸化炭素濃度の測定が可能です。

比色計を用いた検定は水質調査のさまざまな項目や大気汚染調査などに利用されていますが、入射光の波長を適切に選択すれば、サンプル中の特定物質の濃度や量を決定することも可能です。

比色計の原理

比色計は測定サンプルに光を入射し、サンプルを透過した光の強度を測定する構造です。あらかじめ標準試料となる溶液の透過光強度を測定し、次にサンプルの測定を行います。

両者の透過光強度の比をとることで測定値とし、比色計を利用して、サンプルの透過度、濁度、吸収度の測定が可能です。

比色計の構造

比色計の中でも広く普及している分光光度計は、以下のもので構成されています。

• 光源
• スリット
• 集光レンズ
• モノクロメーター
• サンプルホルダー
• 光検出器
• 測定器
• PC

研究用などの大型な機器の場合は、専用の解析ソフトを利用する場合があります。

比色計の種類

1. 分光光度計

物質の吸収または反射スペクトルを測定するための機器です。光源からの光を物質が吸収または反射し、その結果として生じるスペクトルを測定します。これにより、物質の色や化学的特性を分析することができます。

2. カラーメーター

特定の波長の光を使用して、物質の色を測定する機器です。物質が光を吸収するか反射するかに基づいて、その色を定量化します。

色彩計、色度計、色差計とも呼ばれ、比較的簡易な測定を行うのに適しており、教育や品質管理の分野でよく使われます。

3. RGB比色計

人間の視覚システムに基づいて設計された比色計で、人間の目と同様の感度を持つセンサーを使用して、物質の色を測定します。これにより、色の主要な特性であるRGB値やCIE色度座標などを計算できます。

4. pH比色計

専用の検査液を使用し、発色した色でpHを測定する比色計です。ガラス電極pHメーターと同等の精度で測定可能なものもあります。土壌や、水のpH測定によく利用されます。

5. ポータブル比色計

ポータブル比色計は、小型、軽量で持ち運び可能な比色計です。さまざまな場所に持ち運べることから、多用途に利用するとできます。低価格で、利便性も高いことから現場作業に最適です。

一方で、小型であることから測定精度が劣る場合や測定可能範囲が狭い場合があります。また、屋外で利用するときは周囲の光により、測定値に影響が出る可能性が高いです。

比色計のその他情報

ランバルトベールの法則

比色計はサンプルに光を照射し、透過した光の強度を測定します。測定した強度は、ランバルトベールの公式を利用して計算することで、光の強度を表す無次元量である吸光度を求めることができます。

   ランバルトベールの公式: A = – log₁₀ (I₁/I₀) = ECl = εcl

• 吸光度: A
• 入射した光の強度: I₀
• 透過した光の強度: I₁
• 比吸光度: E
• 濃度: C
• 媒質の長さ: l
• モル吸光度: ε
• 媒質のモル濃度: c

参考文献
https://www.jstage.jst.go.jp/article/kakyoshi/64/1/64_KJ00010235491/_pdf
https://axel.as-1.co.jp/asone/s/E0080300/
https://www.monotaro.com/k/store/%E6%AF%94%E8%89%B2%E8%A8%88/

ドリルリーマとは

ドリルリーマとは、一度の加工で穴あけ加工とリーマ加工を行える工具のことです。

通常、ドリルで下穴をあけた後、リーマ加工 (穴の径精度や表面粗さを整える仕上げ加工0 を別途行わなければならないため、同一の加工穴に対して二度の加工が必要です。しかし、ドリルリーマを使用することで、穴あけ加工とリーマ加工を同時に実施できるため、大幅な加工時間の短縮が期待できます。

ドリルリーマの構造は独特で、先端部がドリル形状をしており、切り刃の中央から根元にかけてリーマ形状になっています。リーマ形状のおかげで、同時に2つの加工を行うことが可能です。

ドリルリーマの使用用途

ドリルリーマは、より精度が求められる穴加工に使用されています。金型加工を例に挙げると、金型の中心をなすダイとパンチの隙間 (クリアランス) は、組み立て直しを繰り返しても同じ位置に取り付けられるように、100分の1単位で調整されます。

位置決めピンをはめ込む穴には、ドリルリーマが使用されます。穴の精度が悪いと、位置決めピンを打ち込んでもずれが生じ、パンチとダイの位置が狂い、最悪の場合破損してしまうこともあるため注意が必要です。

ドリルリーマは正確な位置決めが求められる穴加工や、精密部品のはめ合い公差を加工する際に使用されます。そのため、精密機械や金型製作など、高い精度が必要とされる分野での利用が一層拡大していくことが期待されています。

ドリルリーマの原理

ドリルリーマは、作業効率を高めるために開発された工具です。下穴をあけるドリル加工と下穴の側面を削り取り穴径を整えるリーマ加工を同時に行います。そのため、一度の加工で穴あけから仕上げまで実現可能です。

ドリル加工用切刃とリーマ加工用切刃を兼ね備えています。先端部 (10～30mm程度) はドリル加工用切刃で、その後方がリーマ加工用切刃となっており、リーマ代は0.1～0.5mmに設定されています。

例えば、仕上げ寸法8mmのドリルリーマでは、呼び寸法8mm、ドリル径7.7mm、リーマ径8mm、ドリル刃長22mm、刃全長80mmです。リーマ加工用切刃の食い付き角度は、15°～45°の範囲で設定されることが一般的です。また、ニックやブレーカによって切粉が切断されるため、切粉の排出がスムーズに行われ、リーマ加工の精度が向上します。

ドリルリーマの主要な材料はハイス鋼で、耐久性を向上させるためにTiCNコーティングが施されたものも存在します。そのため、長寿命で高精度な加工が可能です。

ドリルリーマの種類

ドリルリーマには、主に「ストレートフルートドリルリーマ」「スパイラルフルートドリルリーマ」「タイプ合わせドリルリーマ」の3種類が存在します。

1. ストレートフルートドリルリーマ

ストレートフルートドリルリーマは、フルート (切削溝) が直線状に伸びているタイプのドリルリーマです。一般的な金属材料やプラスチックなどの加工に適しており、穴径精度や表面粗さが求められる場合に使用されます。

また、切削力が低く、切粉の排出がスムーズに行われるため、加工効率が向上します。

2. スパイラルフルートドリルリーマ

スパイラルフルートドリルリーマは、フルートが螺旋状に伸びているタイプです。この構造により、切粉の排出がさらにスムーズになり、深い穴加工や難削材の加工に適しています。また、振動が抑制され、加工面の仕上がりが良くなるのも特徴です。

3. タイプ合わせドリルリーマ

タイプ合わせドリルリーマは、特定の部品や用途に合わせて設計されたカスタムメイドのドリルリーマです。特殊な形状やサイズの穴加工が可能になり、高い精度や効率で作業を行えます。また、複数の工程を1つにまとめることで、作業時間の短縮やコスト削減が期待できます。

参考文献
https://patents.google.com/patent/JPH11129109A/ja
https://jp.misumi-ec.com/vona2/detail/223005446297/
http://www.fptools.com/reamer.html

ドライポンプとは

ドライポンプとは、オイルやその他の液体を利用せず真空を実現するさまざまな真空ポンプの総称です。

ドライポンプはオイルなどを利用して真空を作り出す、ウェットポンプと対比する名称です。ルーツ型ドライポンプ、スクロールポンプ、クロー型ドライポンプ、ダイアフラム型ドライポンプなど、メカニズムの違いによっていくつかの種類があります。

また、ロータリーポンプとは異なり、オイルミストの排出がないので、クリーンな環境での利用に適しています。

ドライポンプの使用用途

ドライポンプの主な使用用途は、半導体製造ラインや食品加工ライン、電子顕微鏡をはじめとしたさまざまな科学分析装置などです。これらの用途では、利用環境への汚染を避けなければなりません。ドライポンプは排気中にオイルミストなどの混入がないことが最大の特長であることから、クリーンな環境が求められる用途に対しては、ドライポンプが適しています。

ただし、ドライポンプの到達真空度は1Pa程度であり、真空度としてはそれほど高くありません。高真空度が必要な場合には、ターボ分子ポンプやイオンポンプなどと組み合わせて利用します。また、種類によって排気速度が異なるので、利用方法に応じて適切なタイプの選択が必要です。

ドライポンプの原理

ドライポンプにはさまざまな方式がありますが、気体輸送式という区分のポンプが多くあります。いずれの気体輸送式ポンプには、気体を吸入するための吸気口と気体を排出する排気口があり、吸気口から取り入れた気体を排気口から排出することによって、ポンプ内部の気体を排出します。

さまざまな気体を輸送することによって空間内の気体の量を減らし、真空状態を作り出す仕組みです。ドライポンプと対比となるウェットポンプでは、気体を輸送する際に真空ポンプ内の密閉を完全にするために作動液、または作動油というオイルを使います。

作動油は密閉以外にも、部品同士の摩耗、摩擦の低減、圧縮熱と呼ばれる気体が圧縮されることによって発生する熱の吸収、ポンプ部品の錆止め効果の役割があります。

ドライポンプの種類

ドライポンプでは気体を輸送するために、さまざまな構造をしたポンプがあります。主なドライポンプは容積移送式であり、中でも回転式のタイプが主流です。

1. ベーンポンプ

ベーンポンプは円形の空間内に、複数のベーンと呼ばれる羽根を内臓した円筒が、ベーンで空間内の空気を描き出すように回転運動するポンプです。ベーンに生じる遠心力によって、ベーンの先端が円形空間の壁面に接触して密閉空間を形成します。

2. クローポンプ

クローポンプは2つのクローと呼ばれる爪形状のロータが並んで配置されており、互いに反対方向に回転しながらクローで気体を排出します。気体は圧縮されてポンプの外部に排出されます。

3. 多段ルーツポンプ

多段ルーツポンプも、一対の逆方向に回転するロータによって吸入した気体をポンプの外部に排出するポンプです。ロータはまゆ形断面の羽根を持っています。

4. スクロールポンプ

スクロールポンプは、同じ渦巻形の壁面をした固定スクロール内を、旋回スクロールが回転しながら気体を移送するポンプです。

5. スクリューポンプ

スクリューポンプは1~3つのスクリューと、スクリューを納めたケーシングで構成されたポンプです。スクリューが回転することによって、気体がケーシング内を押し出されるように移動して排出されます。

 

上記の回転式以外の容積移送式のドライポンプには、往復動式のポンプもあります。往復動をする部品はダイヤフラム、ピストン、ベローズなどです。

ドライポンプの特徴

ドライポンプは気体が通過する経路に作動油が存在しません。排ガス中にオイルミストが混入したり、オイルが蒸発して真空容器中に拡散する心配もありません。クリーンな排気、真空空間が得られるのが、ドライポンプの大きな特徴です。

オイルの定期的な補充や交換といったメンテナンスが不要であることも、大きなメリットです。他にもドライポンプには小型軽量、低振動、低騒音などの特長があります。

参考文献
http://www.shinku-pump.com/vacuumpump/dry/
http://www.orionkikai-vacuum-pump.com/tech03-3.html
https://kurashi-no.jp/I0017669