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プラント設計とは

プラント設計とは、工業プラントや製造施設を計画・設計する技術を提供するサービスです。

プラントを設計する際は、レイアウトや設備選定、運用に必要なインフラなど、様々な要素を考慮する必要があります。これらの設計には技術や経験が重要であるため、知見がある企業に代行を依頼することも多いです。

プラントを適切に設計することで、製造プロセスや設備の配置を最適化することができ、生産効率を大幅に向上させることが可能です。また、労働者の安全を確保するための対策も盛り込むことで、事故のリスクを低減させることもできます。

プラント設計は企業の競争力を高め、持続可能な成長を促進する重要な要素です。

プラント設計の使用用途

プラント設計は様々な業種で必要とされる技術です。以下はその一例です。

1. 化学工業

化学工業においてプラント設計は、様々な化学製品を効率的に製造するための重要な要素です。プラントのプロセスフローは原材料の投入から製品の取り出しまでの流れをスムーズにするために慎重に設計する必要があります。

さらに、化学物質は危険性が伴う場合が多いため、安全対策が特に重視され、事故防止のための安全装置や手順も計画されます。

2. エネルギー

石油・ガス精製などのプラント設計は、資源の効率的な抽出と精製を実現するために不可欠です。掘削プラントの設計では、油田やガス田に近い位置に設備を配置することで、資源の採取が効率化します。精製プロセスでは原油をガソリンや軽油などの高品質な製品に変換するための設備設計が必要です。

また、発電所や再生可能エネルギー施設の設計では、エネルギー効率と持続可能性が重要です。プラント設計には発電プロセスを最適化するための機器やシステムの選定を実施し、環境への影響を最小限に抑えることが必要です。

3. 水処理

水処理プラントは飲料水供給や廃水処理を実行するプラントです。この業界におけるプラント設計は水質管理が重要で、凝集や沈殿、ろ過、消毒などのプロセスを最適化して安全な水を提供します。

また、環境保護も大きな課題であり、廃水処理プラントでは処理後の水質が環境基準を満たすように設計され、自然環境への影響を最小限に抑える工夫がなされています。

プラント設計の原理

プラント設計は、効率的で安全な製造プロセスを確立するために、様々な技術や手法を統合して進められます。特にプロセスフローやマテリアルバランスシート、P&IDシートなどは設計の各段階で重要な役割を果たします。

プロセスフローは、原材料の投入から最終製品の出力までの一連の工程を視覚化した図面です。各工程の連携や物質の移動を示し、製造プロセスの全体像を把握するために不可欠です。これにより、プロセスの効率性を高め、ボトルネックや無駄を特定できます。

マテリアルバランスシートはシステム内での物質の流れを定量的に把握するための図面です。原材料の投入量や生成物、廃棄物の量を明示し、各工程での物質の収支を示します。マテリアルバランスシートは物質の保存を基盤としており、これによりプロセスが正しく設計されていることを確認できます。

P&IDシートは、プラントの配管や機器及び計装を詳細に示す図面です。設備の配置や接続、制御システムの構成を視覚化し、オペレーションやメンテナンスの基礎情報を提供します。プロセスの安全性と効率性を確保するために重要であり、各装置の機能や各種データの測定位置などが明示されています。

プラント設計サービスの選び方

プラント設計サービスを選定する際は、いくつかの重要な要素があります。

まず、専門知識と経験が重要です。設計会社の過去プロジェクトや業界での経験を調査し、特定の業界における専門性を確認することが大切です。

次に、技術力も重要です。最新の設計ソフトウェアや技術を使用していること、またはイノベーションに積極的であることを確認します。CADやマテリアルバランスの計算など、必要な技術を駆使できる能力が求められます。

さらに、プロジェクト管理能力も考慮すべきポイントです。プロジェクトが計画通りに進行するためには、スケジュール管理や予算管理が重要です。対象企業のプロジェクト管理手法や、過去のプロジェクトにおける成功事例を確認することで、信頼性を評価できます。

監修:アイオン株式会社

PVAスポンジとは

PVAスポンジとは、ポリビニルアルコールという合成高分子から作られたスポンジ素材です。

PVA「Polyvinyl alcohol」は、親水性が高い合成樹脂で、これを原料とするPVAスポンジは水分を迅速に吸収し、保持する能力が高い素材です。これらの特性に加え、Wet状態では柔らかいタッチと弾性を持っていることにより、洗浄、ふき取り、吸水、保液等でその効果を発揮します。

PVAスポンジの使用用途

PVAスポンジは様々な用途で使用されます。以下はその一例です。

1. 産業用

産業用の多くの製造プロセスでPVAスポンジは利用されています。特に、洗浄工程後の水切り、部品や機器のふき取り・清掃、洗浄用部材として、塗装工程などに使用されます。また、フィルターや吸音材としても使用されています。

2. 清掃用

PVAスポンジは清掃用具として多くのシーンで利用されています。高い吸水性と柔軟性を有するため、製造工程内の清掃や家庭内の掃除、洗車等で広く使用されています。水分をしっかり吸収し、表面を傷めることなく汚れを取り除くことができるという特徴があります。

3. 医療

PVAスポンジは医療用途として、血液や体液の吸収体としても使用されています。

4. 化粧用

PVAスポンジは洗顔やメイク落としに使用されることがあります。柔らかなタッチと優れた吸水性により、肌への負担を抑えながら化粧品や汚れを効果的に取り除くことができます。また、化粧品の水分を適切に保持するため、化粧品用のパフやスポンジとしても利用されています。

PVAスポンジの特徴

PVAは分子構造から親水性を有し、水分子と強い相互作用を形成します。これにより、スポンジ体を形成する連通多孔質構造で水を吸収し、保持することができます。

PVAスポンジの連通多孔質構造は、さまざまな方法での気孔形成法によって形成されます。スポンジ内に無数の小さな空洞（気孔）が存在するため、水を吸収するだけでなく、汚れや液体を効率的に捕えることができます。

また、柔軟で弾力性があり、手に持ちやすく様々な形状に変形します。これにより、スポンジが曲がったり圧縮されたりしても、元の形に戻る能力を有します。デリケートな表面を傷めることなく、効果的に汚れを取り除くことが可能です。

PVAスポンジの選び方

PVAスポンジを選ぶ際は、その使用目的、用途に合わせて検討する必要があります。連続した吸水を目的とする場合は、ロール形状、生産プロセスの速度、装置の仕組、水（液体）の量によってその形状を考慮することが必要です。また手作業で吸水、ふき取りをする場合はブロック形状、シート形状を選びます。

濾過に使用する場合は濡れても柔らかくならないタイプのものを選択することや、研磨材を混ぜて砥石として使用されるPVAスポンジもあり、製造プロセスのニーズに合わせたタイプを選ぶことが大切です。

本記事はPVAスポンジを製造・販売するアイオン株式会社様に監修を頂きました。

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清掃ロボットとは

清掃ロボットとは、床面や壁面などを自動的に清掃する機械です。

センサーやプログラムを使用して、自律的に床やカーペット、タイルなどの表面を掃除できます。窓掃除や拭き洗浄を実施する製品も販売されています。業務用から家庭用まで、幅広い場面で使用されている製品です。

清掃ロボットを導入することで、掃除の手間を省いて他のタスクに集中でき、時間を節約できます。また、清掃ロボットが定期的に清掃するため、部屋等を常にきれいに保つことが可能です。飲食店や商業施設など、清潔感が重要な場面では特に重宝されます。

清掃ロボットの使用用途

清掃ロボットは様々な場面で使用されます。以下はその一例です。

1. 一般家庭

清掃ロボットは日常的な掃除を効率化するために広く利用されています。特に吸引型のロボット掃除機は床やカーペットのほこりやゴミ、ペットの毛などを自動的に取り除くことができます。

また、多くのモデルにはスケジュール設定機能が備わっており、自分のライフスタイルに合わせて掃除を自動化することが可能です。これにより、掃除の負担を軽減し、快適な住環境を保つことができます。

2. 商業施設

商業施設では、清掃ロボットが広範囲の床面を効率的に清掃するために活用されます。

ショッピングモールなどにおいては清掃のスケジュールを最適化することで、常に清潔な環境を保つことが重要です。障害物を避けながら運行する機器も販売されており、これらを使用することで混雑した場所でも安全に作業を行えます。

3. 宿泊施設

ホテルなどの宿泊施設では、清掃ロボットが客室の掃除や共用スペースの清掃に広く活用されています。特に客室清掃の効率化は、サービス品質を向上させるために重要な要素です。ロボットが自動的に掃除を行うことで、清掃スタッフが他の業務に集中でき、より高いサービスを提供できます。

4. 工場・倉庫

工場や倉庫では清掃作業が安全性や効率性に直結するため、清掃ロボットが非常に役立ちます。床面の清掃やゴミの収集を自動で行うことで、作業環境を常に清潔に保ち、作業者の健康を守ることが可能です。また、手動での清掃作業に比べて労力を軽減し、労働力を他の重要な業務に振り向けることができます。

清掃ロボットの原理

清掃ロボットは様々な技術を組み合わせて、自動的に掃除を行います。

まず、センサー技術は清掃ロボットの中心的な要素です。赤外線センサーやレーザーセンサーによってロボットが周囲の環境を認識し、障害物を検知することが可能です。これにより、部屋の形状や家具の配置を把握し、効率的に掃除を進めることができます。

また、ナビゲーションシステムはロボットの動線を効率化する要素です。マッピング機能などの技術によって清掃範囲を把握し、最適なルートを計画して掃除を行う機器も販売されています。最近のモデルではWi-Fi接続を通じてアプリを利用し、リアルタイムでナビゲーションデータを確認したり、清掃プランを設定したりすることも可能です。

清掃はモーターを活用して実施します。吸引型のロボット掃除機はモーターを使用して空気を引き込み、ダストボックスにゴミを収集します。また、拭き掃除機能を持つモデルでは、水分を含ませたモップで床を拭きながら清掃します。

これらの要素が組み合わさることで清掃ロボットは自律的に効率的な清掃を行うことが可能です。

清掃ロボットの選び方

清掃ロボットを選ぶ際は、以下を考慮することが重要です。

1. 清掃箇所

清掃する場所によって特化した機能を持つモデルがあります。例えば、カーペット用のロボットは強力な吸引力を持ち、毛やほこりを効果的に取り除く能力があります。また、窓用清掃ロボットは窓に張り付いて掃除する機能を有し、垂直カ所でも掃除することが可能です。

2. 清掃箇所の広さ

掃除するエリアの広さも考慮すべき要素です。大きな面積を清掃する場合、バッテリー持続時間や充電効率が重要です。長時間稼働できるモデルを選ぶと、より広範囲を一度で掃除できます。対して、小さな部屋やアパートには、コンパクトなサイズのモデルが適しています。

3. 本体サイズ・重量

ロボットのサイズや重量は取り扱いやすさに影響します。特に狭いスペースや家具の間を通る必要がある場合は、コンパクトなデザインのロボットを選ぶことが重要です。また、軽量なモデルは持ち運びが容易で、さまざまな場所で使用できます。

4. その他オプション

清掃ロボットには様々なオプションが用意されており、使用する環境やニーズに応じて選ぶことができます。

例えば、スマートフォンアプリを通じてリモート操作が可能なモデルや、スケジュール設定機能を備えたモデルは、日常の清掃をより便利にします。また、強力な清掃モードを有するモデルもあり、ニーズに応じて使い分けることができます。

監修:日本3Dプリンター株式会社

ハンディ3Dスキャナとは

ハンディ3Dスキャナとは、3次元物体の形状や表面情報をデジタルデータに変換するための携帯型装置です。

ハンディ3Dスキャナは小型で可搬性に優れ、数cm (センチメートル) 程度のものから数m (メートル) 単位のものまで場所を問わず非接触でスキャンでき、据え置き型の3Dスキャナに比べて汎用性が高いことが特徴です。

高い自由度と使い易さから、工業製品、医療、芸術、エンターテインメントなど多岐にわたる分野で利用され、業務の効率化を始めデータの保存・継承などにも活用されています。

ハンディ3Dスキャナを選ぶ際には、スキャンの精度、速度、スキャン範囲など様々な項目を考慮し、使用用途に適した最適なモデルを選ぶことが重要です。

ハンディ3Dスキャナの使用用途

ハンディ3Dスキャナは様々な場面で使用されています。以下はその使用用途の一例です。

1. 工業製品分野

リバースエンジニアリング：製品や部品の形状をスキャンし、スキャンした箇所に適合する部品の設計や、ジグ製作・カスタマイズなどに役立てられています。また、設計図がない製品及び古い部品の修復・改良や、他社製品との性能比較などにも役立てられています。

品質管理：製造後の部品をスキャンして、設計通りに製造されているかどうかの確認に使用されています。定期的な外観・品質検査においても、寸法や形状を定量的に測定でき効率化が図れています。測定時間の削減や、人による測定結果のばらつきをなくすなど、様々なメリットがあります。

2. 医療分野

義肢や補装具の製作：患者の体の一部をスキャンすることで、高精度で患者にフィットする義肢や補装具を製作できます。

病気の早期発見・手術：脊柱側弯症などの脊椎・脊髄の病気の早期発見に繋げることも可能です。また、整形手術において手術前の皮膚表面や体の形状をスキャンして、手術の計画や治療の記録に役立てられています。

3. 文化財などの保護・芸術分野

文化財や歴史的遺産・彫刻・美術品などの対象物をスキャンし、デジタルデータとして保存できます。

デジタルデータとして保存・活用する技術は「デジタルアーカイブ」と呼ばれており、構造解析・修復作業に使用され、文化財や歴史的遺産などの研究・保護に役立ちます。

デジタルアーカイブは、芸術作品や彫刻のレプリカの作製、博物館で保存している資料などにも利用され、現物の保全、情報公開・閲覧などを可能にします。

4. エンターテインメント

キャラクターや衣装、アイテムなど現実世界のものをスキャンして、AR・VRやメタバース空間、3Dゲームなどに取り込む用途でも活用されています。。

ハンディ3Dスキャナの原理

ハンディ3Dスキャナの基本原理は、レーザーやLEDなどのパターン光を照射し、角度のついたカメラで撮影した2枚の画像を元にした三角測量で点群を取得するという三角測量方式です。書き出し形式には、計測によく用いられる点群や、点群データをstlやobjなどのポリゴンに変換したものが挙げられます。

以下に、スキャンの要となる光源について記載します。スキャンには、主にレーザー光方式とパターン光投影式があります。

1. レーザー光源

レーザー光を対象物に照射し形状を測定する方式で、複数の方式があります。

ハンディスキャナで代表的な方式は、交差させたラインレーザーを対象物に照射し、投影された像を2つのカメラセンサーで受光し三角測量の原理で三次元の座標点を取得するものです。大きなスキャン対象を素早くスキャンする際に適しています。

また、奥まった部分や深い穴をスキャンすることに適したレーザー切断方式もあります。1本のレーザーを使用し、切断面を連続させてスキャンするアーム式3Dスキャナで一般的な方式です。

レーザーを使用することで黒色や反射する対象物がスキャン可能で、比較的精度の高いハンディ3Dスキャナに搭載される方式です。

2. LED光源

縞模様や、QRコードのようなパターンを物体に投影し、投影された像を2つのカメラセンサーで受光し、三角測量の原理で三次元の座標を取得します。

細かいディティールの再現やスキャン速度が特徴で、ハンディスキャナーでは小型〜中型の対象物のスキャンに適しています。LEDを使用している為、比較的安全性が高くカラー情報が得られることが利点ですが、対象物が黒色や透明、反射する素材の場合はスキャンする際に白い粉末を塗布するなどの対応が必要です。

3. 赤外線光源

LED方式と同様に、縞模様やQRコードのようなパターンを不可視の赤外線で投影し、赤外線を受光可能な2つのカメラセンサーで画像を撮影し、三次元の座標点を取得します。

LED光源に比べて広い視野範囲や黒色が取得できるという利点がありますが、データの精度が比較的劣る点や、細かいディティールの取得が難しいというデメリットがあります。

ハンディ3Dスキャナの選び方　

ハンディ3Dスキャナを選ぶ際には、使用する用途に適したものを選択することが重要です。下記に考慮すべき主な観点を記載します。

1. スキャン精度及び解像度

スキャンする対象物の要求精度及び解像度に応じて選ぶことが大切です。その際、対象物の素材のスキャン対応性やスキャンの基準位置合わせ方法などにより、精度や価格が変わってきます。

スキャンの精度は正確性を意味し、実物に対して正確な寸法でデータを取得できているかという意味を指します。一方で解像度は取得する座標点の密度をあらわし、この数値が小さいほど細かいディティールを取得することが可能です。

精度はスキャナーによって固定された数値になりますが、解像度はソフトウェア上で変更可能である点も留意することが必要です。

リバースエンジニアリングや品質管理などの工業的な分野では、高精度が求められます。
CGを用いた彫刻やデジタルアーカイブでは解像度を求められます。

2. スキャン速度

スピードが求められる作業や、大きい対象物や大量にスキャンする場合には、高速なスキャナが望ましいです。スペック上では取得できる最大点数が記載されていますが、実際に使用する上では1秒間に何回座標点を取得するのかを示すFPSにも注意が必要です。この数値が低いものはゆっくりと動かす必要があり、高いほど動きへの追従性が優れたスキャナーとなります。

3. スキャン範囲

スキャンする対象物の大きさを考慮してスキャン範囲を確認しましょう。建築物や大規模な設備には、広範囲のスキャンが可能なモデルが必要です。小さいスキャン範囲のモデルの場合、スキャンに時間がかかるだけでなく、位置合わせに使用するマーカーを大量に貼り付ける必要がでてきます。

4. 色情報

ゲーム開発やCG制作、美術品や文化財のデジタルアーカイブなどには、色情報が重要となります。色情報が必要かどうかも検討しましょう。

機種によってはカメラの解像度が高いものや、スキャンしたカラーデータをレンズ交換式カメラで撮影したデータに差し替えること (リマッピング) ができるものもあります。

5. ポータビリティと操作性

作業環境によっては軽量で持ち運びがしやすいかどうか、また操作性を確認することが大切です。機器のセットアップやキャリブレーションも工数となりますので、実際の運用を想定して最も頻度の高い使用方法でデモンストレーションを実施することをお勧めします。

6. 対応ソフトウェア

スキャンデータを処理するためのソフトウェアも重要です。使いやすさや機能性、サポート体制、他のCADや3Dモデリングソフトとの互換性などを確認することが必要です。

7. コスト

コストは、初期の購入費用だけでなく、メンテナンスやサポート費用などのランニングコストを含めて検討が必要です。高精度なハンディ3Dスキャナは高価ですが、簡易的なリバースエンジニアリングや、モデリングの目安とするためのデータの取得など、用途によっては低価格のコンシューマーモデルでも十分な場合があります。使用用途と頻度に合わせた費用対効果を算出することで、より効率的な運用が可能です。

オペレーションを行う人や、スキャンデータを使用したデータの測定・リバースエンジニアリングを実施する工数もこの費用に含まれます。この工数を削減するためには、スキャンデータの精度や品質も必要となるため、バランスのとれた選定が重要です。

本記事はハンディ3Dスキャナを販売する日本3Dプリンター株式会社様に監修を頂きました。

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監修:サンリョウ株式会社

ポンプストレーナーとは

ポンプストレーナーとは、液体をポンプで移送する際に使用するフィルター装置です。

ポンプの入口に設置し、流体がポンプに入る前に不純物を捕集することで、ポンプや配管の損傷を防ぎます。特に水処理や化学プラントなど、様々な分野で広く使用されます。

ポンプストレーナーの使用用途

ポンプストレーナーは様々な用途で使用されます。以下はその一例です。

1. 水処理プラント

水処理プラントでは、浄水プロセスの重要な初期段階で使用されます。河川水や地下水は泥や植物片、微生物などの固形物を含むことが多いため、これらを取り除くためにストレーナーが設置されます。

不純物を捕集し、次の処理段階である沈殿やろ過などを円滑に進めるための準備を行います。ストレーナーが正常に機能することで、ポンプや配管の目詰まりを防ぎ、水質を確保します。

2. 化学工業

化学プラントでは、原材料や中間製品の取り扱いにおいて、ポンプストレーナーが重要な役割を果たします。固体不純物が反応や精製プロセスに影響を及ぼす可能性があるため、流体の前処理段階で異物を取り除きます。これにより、化学反応の効率を向上させ、最終製品の品質を維持することが可能です。

例えば、樹脂や溶剤のポンピング時には、ストレーナーが固体の粒子を捕集し、ポンプの劣化を防ぎます。プラントの運用コストを抑えることが可能です。

3. 食品・飲食業

食品や飲料の原材料として使用される用水などには異物や微生物が含まれている可能性があるため、ストレーナーが必要です。これらの不純物を除去することで、製品の安全性と品質を確保します。

例えば、ビールやジュースの製造過程では、原料に含まれる固形物を取り除くためにストレーナーが使用されます。食品業界では衛生が重要であるため、ストレーナーのメンテナンスや清掃も重要です。

ポンプストレーナーの原理

ポンプストレーナーの基本的な役割は、流体がポンプに入る前に異物や固形物を物理的に捕集することです。流体がストレーナーに入ると、ストレーナー内の網目構造を通過します。この際に流体の流れが変わり、固形物はストレーナーのフィルターに引っかかる仕組みです。

ストレーナーの網目は固形物のサイズに応じて設計されており、異物がフィルターに引っかかることで流体は清浄化されます。ストレーナー内に残った異物は定期的なメンテナンスや清掃によって取り除くことが必要です。

異物が除去された後、清浄化された流体はポンプに供給され、正常な運転が維持されます。このプロセスにより、ポンプや配管が損傷するリスクを低減し、系統全体を保護することが可能です。

ポンプストレーナーの選び方

ポンプストレーナーを選ぶ際は、以下を考慮することが重要です。

1. 配管口径

配管口径は流量に基づくサイズ選定が必要で、流体の密度や粘度を考慮して流量を計算します。流量が多い場合は大口径のストレーナーを選択しなければならず、小さすぎると流体の流れが制限され、圧力損失が増加します。

また、ストレーナーと配管の接続方法が一致していることも確認が必要です。接続方式にはフランジやネジまたは溶接などがあり、不適切な接続を実施すると漏れや圧力損失の原因となります。

2. 材質

ストレーナーの材質は使用する環境や流体の性質によって選定が必要です。耐腐食性が必要な場合、ステンレス鋼やプラスチックを選定します。これらは化学薬品に対して高い耐性を有し、特に強酸や強アルカリに対する使用に適しています。

また、高温や高圧環境で使用される場合は、ステンレス鋼や銅合金などの高強度材質を使用します。

3. 網目の粗さ

ストレーナーの網目の粗さは、捕集する異物のサイズに基づいて選ぶ必要があります。例えば、流体中の異物が1 mmの場合、0.5mmの網目が理想的です。選定が適切ではない場合、異物がポンプや配管にダメージを与える可能性があります。

本記事はポンプストレーナーを製造・販売するサンリョウ株式会社様に監修を頂きました。

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空洞調査サービスとは

空洞調査サービスとは、レーダー探査機などを用いて、地下の空洞や埋設物などを調査するサービスです。

路面の空洞や埋設管の調査の他、遺跡や防空壕などの探査も可能です。ボーリング調査などが行われる場合もありますが、レーダー探査の場合は非破壊探査であるため、採掘や地面への損傷なく調査を行うことができます。

効率よく広範囲の調査を効率良く行うため、道路調査車などが利用されています。

空洞調査サービスの使用用途

1. 使用目的

空洞調査サービスは、路面地下の空洞を検出することで空洞による陥没事故を防止したり、土地売買の際に地中埋設物を調査したりする目的などで使用されています。

下水管や雨水管など地下に埋められた管路の老朽化は、地中への漏出を引き起こし、周辺の地盤に空洞を発生させます。こうした空洞は、路面の陥没事故の原因となるため、適切な調査が必要です。

また、工事などを計画する際に電気管や水道管、ガス管などの埋設管の位置を予め把握することで、配管損傷事故を防ぐことも可能です。

2. 検出可能なものの例

基本的に地盤と誘電率の差があるものなら探査・検出が可能です。主な検出物には下記のようなものがあります。

• 空洞、路面下空洞
• 地中埋設管類 (上下水道管・ガス管、電力・信号ケーブル)
• 遺跡・遺構、防空壕
• 産業廃棄物などの地下埋設物
• 地層構造

空洞調査サービスの原理

1. レーダー探査

空洞調査サービスは、主にレーダー探査が使用されています。レーダー探査は、地中や構造物に向けて電磁波を送信し、電磁波の反射を分析して埋設物の種類や位置を特定する探査方法です。

電磁波の速度はその媒体固有の比誘電率に影響されます。比誘電率から電磁波の速度を求め、反射時間を計算することで埋設物の深さを算出することが可能です。

地中等に送信する電波の照射方向を制御することはできないため、レーダー装置は移動させながら計測します。例えば、車道の路面下であれば道路調査車が使用されます。道路調査車は横方向に地中レーダが搭載され、時速30〜45kmで走行する車両です。

それ以外にも、手押し式の地中探査機や、削孔してスコープを挿入するスコープ調査などが用いられる場合もあります。

2. その他

レーダー探査以外の地中探査の方法には、ボーリング調査や弾性波探査、電気探査、表面波探査などがあります。

ボーリング調査は、ボーリング孔を利用した空洞調査・計測を行う目的で実施します。空洞の規模・拡がりを調べたり、充填状況を確認したりする場合は、ロータリーバイブロ式ボーリングマシンを使用することが多いです。

空洞調査サービスの種類

空洞調査サービスは、様々な企業より提供されています。提供企業によって、得意としている分野が異なる場合もあるため、目的に合わせて適切なサービスを選定することが必要です。

例えば、路面下空洞調査に特化しているサービスでは、道路調査に特化したレーダー車両を保有してます。また、電磁波レーダーに加えてレーザーなどによる表面撮影 (路面性状調査) を組み合わせた複合探査車が用いられる場合もあります。

AIとの技術融合を行っているサービスでは、路面画像からひび割れを描画したり、自動的に空洞を抽出したりすることが可能です。

家屋やビル建設などの地質調査を得意としているサービスでは、測量・補強工事・住民説明などにも対応している場合があります。サービスによっては、一般的な地中レーダー探査の他に防空壕位置調査、遺跡埋蔵文化財調査も可能です。

その他、特殊な調査に対応した例では、トンネル背面調査、湾岸・護岸・漁港空同調査などがあります。

単結晶X線回折装置とは

単結晶X線回折装置とは、単結晶物質に対してX線を照射することで回折パターンを解析する装置です。

X線管やシンクロトロン放射線装置によって、必要なエネルギーのX線を生成します。このX線を照射して、回折したX線を検出する仕組みです。これにより、結晶中の原子の位置、結合の強さ、対称性などの情報を得ることができます。

単結晶X線回折装置は原子レベルでの結晶構造の詳細な解析が可能です。したがって、新しい材料や化合物の結晶構造を明らかにするのに非常に有効です。金属やセラミックス及び有機化合物など、様々な種類の単結晶に適用できます。

単結晶X線回折装置の使用用途

単結晶X線回折装置は様々な用途で使用されます。以下はその一例です。

1. 材料開発

単結晶X線回折は新しい材料の特性評価や開発に利用されます。例えば、半導体や超伝導体などの新材料を合成した際、その結晶構造を確認することで、材料の電子的性質や機械的性質を確認することが可能です。

また、材料の欠陥や不純物の影響を調べることで、より高性能な材料を設計するための基礎データを測定できます。

2. 製薬

製薬業界においては、新薬の開発過程での重要なツールとなっています。新しい化合物の結晶構造を明らかにすることで、その薬剤の効果や副作用を予測することができます。より安全で効果的な治療法を模索することが可能です。

3. 化学産業

化学の分野では、特に有機化合物の結晶構造の解明に重要な役割を果たします。有機化学においては分子の立体構造が反応性に大きな影響を与えるため、単結晶X線回折を用いて分子の正確な配置を確認することで、新しい反応経路や化合物の特性を予測することが可能です。

単結晶X線回折装置の原理

単結晶X線回折装置の原理は、X線が単結晶に照射され、その結晶内の原子によって散乱される現象に基づいています。

まず、X線源から発生したX線が試料となる単結晶に向けて照射されます。単結晶は原子が規則正しく配列された状態であり、特定の方向に対して原子が規則正しく配置されています。このため、入射するX線が結晶の面に対して特定の角度で衝突すると回折が起こります。

回折されたX線は結晶内の原子によって散乱され、特定の方向に進みます。装置には検出器が備えられており、回折されたX線がこの検出器に到達すると、その強度と角度が測定されます。この情報を元に回折パターンを取得する仕組みです。

得られた回折パターンは結晶内の原子配置に関する情報を含んでいます。データ解析ソフトウェアを用いて回折データを解析することで、結晶構造や原子位置、結合強さなどを確認することが可能です。

このように、単結晶X線回折装置はX線の回折現象を利用して物質の内部構造を高精度で解析するための重要な技術です。

単結晶X線回折装置の選び方

単結晶X線回折装置を選ぶ際は、以下を考慮することが重要です。

1. 用途

用途を明確にすることが重要であり、目的によって必要な装置の仕様が異なります。タンパク質の結晶構造解析を行う場合は微小な結晶を扱える高い解像度が求められます。一方で、材料科学での新しい合成物の分析には、より大きな結晶を対象とする装置が適しています。

2. X線源

一般的にはX線管とシンクロトロン放射線が利用されます。シンクロトロンは高輝度のX線を提供できるため、より詳細なデータを得ることができますが、利用できる施設が限られていることがあります。

X線管は比較的取り扱いやすく、ラボ内での運用が可能ですが、解像度やデータ取得速度には限界があります。

3. 検出器

検出器の種類も重要な選択要素です。現在ではデジタル検出器が主流ですが、様々なタイプがあります。検出器によって回折パターンの取得精度や速度が異なるため、ニーズに応じた選択することが必要です。

4. 操作性

操作性やユーザーインターフェースも選定時の重要な要素です。複雑な操作が必要な装置は、ユーザーにとって負担となる可能性があります。使いやすいソフトウェアや自動化機能があると、効率的にデータを取得・解析できるため、作業進行がスムーズになります。

X線残留応力測定装置とは

X線残留応力測定装置とは、材料内部に存在する残留応力を非破壊的に測定するための装置です。

X線回折技術を利用して応力を測定します。特に金属や合金などの構造材料において広く用いられる技術です。X線が材料の原子面に対してどのように干渉するかを観察し、そこから得られるデータを基に残留応力を計算します。

非破壊的で測定が可能なため、材料や構造物に物理的な損傷を与えることなく、内部の残留応力を評価することが可能です。また、X線回折法を利用することで非常に精密に応力を測定でき、微細な残留応力の変化を検出できます。

X線残留応力測定装置の使用用途

X線残留応力測定装置は様々な用途で使用されます。以下はその一例です。

1. 自動車産業

自動車産業においては、車両の安全性と耐久性が重視されます。特にエンジンやサスペンションなどの重要な部品に対して、残留応力測定を実施することが多いです。製造過程での応力の分布を把握し、部品の強度を確認できます。

また、製造後の品質チェックや疲労試験の結果を検証する際にも、残留応力のデータが役立ちます。設計に対するフィードバックを得て、製造プロセスを改善する手助けとなります。

2. 鉄道産業

鉄道産業では、鉄道車両やレールの部品は長期間使用するため、耐久性が極めて重要です。残留応力測定を通じて、部品の安全性を評価し、潜在的な疲労や破損のリスクを見積もることができます。

特にレールや車輪の部品は定期的な測定を行い、運行中の応力状況を把握することで、事故防止やメンテナンス計画を策定します。

3. エネルギー産業

エネルギー産業では、発電所のタービンや大口径配管など、高温高圧環境で動作する機器が多いです。これらの部品の残留応力を測定することで、疲労や破損のリスクを評価し、部品の信頼性を確保することが可能です。

特にタービンのブレードなどにおいては残留応力の分布を確認することで、故障予防やメンテナンスに活かすことができます。

X線残留応力測定装置の原理

X線残留応力測定装置は、材料内部に存在する残留応力を非破壊的に測定するための装置です。その基本的な原理はX線回折法に基づいています。

まず、X線が試料に照射されると、試料内の結晶構造にある原子面に対してX線が入射します。このときX線は特定の角度で散乱され、その散乱光が干渉を起こします。干渉のパターンは結晶内の原子配置や距離に依存しており、これを利用して残留応力を測定する仕組みです。

X線残留応力測定のメリットは、非破壊性かつ高精度で、広範な材料を測定することが可能な点です。重要部品の材料の特性を評価を行う際に重要な役割を果たしています。さらに、特定の部位に焦点を当てて測定することが可能で、局所的な応力状態を把握することもできます。

X線応力測定装置の選び方

X線応力測定装置を選ぶ際は、以下を考慮して選定することが重要です。

1. 測定距離

測定距離は、装置が測定可能な距離を示します。測定距離が長い装置は大きな部品や構造物の応力状態を評価するのに適しています。一般的に測定距離が短い場合、より高い精度での測定が可能ですが、取り扱える試料のサイズが制限されることがあります。

2. 測定時間

測定時間は、データを取得するために必要な時間を指します。短時間で測定が完了する装置は生産ラインなどでの使用に適しています。一方で、長い測定時間が必要な装置はより高精度のデータを提供できる場合もあるため、用途に応じて選定することが重要です。

3. 分解能

分解能も装置選定において重要なポイントです。分解能は最小の変化を検出できる能力を示し、特に微小な残留応力の測定においては高い分解能が求められます。高分解能の装置は微細な構造や薄膜などの材料特性を評価するのに適しています。

4. 電源

電源には単相交流電源や3相交流電源が使用されます。単相交流電源は単相100Vや200Vが使用され、小型から中型の機器に多く採用されます。3相200Vなどの3相交流電源は主に大型の機器に採用されることが多いです。

レーダー探査とは

レーダー探査とは、電磁波レーダーの反射、屈折、透過現象を用いて建造物内部や地中などを検査する非破壊検査サービスです。

レーダー探査は、主に建物などのコンクリート内部の鉄筋や電気配線管の位置を特定したり、地中の空洞・埋設物などを探索したりするために使用されます。非破壊かつ短時間で広範囲を探査することが可能です。

道路調査車や探査機械を用いて電磁波を発信して反射してくる電磁波を受信し、材質による比誘電率の違いを利用して探査対象物を分析します。

レーダー探査の使用用途

 レーダー探査は、建造物や地中などにおける様々な配管・鉄筋・埋設物を調査・検出するために使用されます。下記のようなものを検出することが可能です。

• 鉄筋
• 上下水道管・ガス管
• 電力・信号ケーブル
• 空洞
• ひび割れ
• 地層構造

土木・建築などの分野で広く使用されており、主な調査には下記のようなものがあります。

• コンクリート構造物の鉄筋・配管のかぶり厚の調査
• 改修工事・耐震診断などにおける鉄筋位置の調査
• 地中やコンクリート内における既設の埋設物・埋設管の位置、深度の調査
• 橋梁の床版変状の検出
• 路面ひび割れ・路面下空洞の調査
• 地盤中の空洞、ゆるみの調査
• トンネルのコンクリート厚、背面の空洞調査
• 遺跡調査
• タイルの剥離・タイル浮き探査
• 建築物建設や土地売買の際における地中埋設物調査

レーダー探査の原理

1. 基本的な仕組み

レーダー探査は、地中や構造物に向けて電磁波を送信し、電磁波の反射を分析して、埋設物の種類や位置を特定する探査方法です。地中等に送信する電波の照射方向を制御することはできないため、通常レーダー装置には移動させながら計測するための車輪がついていることが多いです。

装置からコンクリートや地中に向けて電磁波を放射すると、鉄筋・電気配線管・空洞など、周囲と電気的な性質が異なる物質との境界面で反射が起こります。この反射した電磁波を探査装置の受信アンテナで受信することで、埋設物を検出する仕組みです。

送信から受信までにかかる時間を計測することで、埋設物までの距離 (かぶり厚) を算出することができます。使用周波数帯は、50MHz～4.5GHzの範囲であることが多いです。

2. 比誘電率

比誘電率とは、物質の誘電率と真空の誘電率の比であり、物質ごとの固有の値です。電磁波の速度はその媒体固有の比誘電率に影響されます。比誘電率から電磁波の速度を求め、反射時間を計算することで埋設物の深さを算出することが可能です。

水分量によりこの比誘電率は変化し、例えば打設後間もないコンクリートは水分含有量が高いため比誘電率が高くなる傾向にあります。機器によっては比誘電率を自動で算出可能です。

レーダー探査の種類

レーダー探査は、土木・建設などの分野で広く使用されています。使用分野によって必要な機能が少しずつ異なる場合もあるため、適切なサービスを選択することが必要です。

建設物などで用いられる多くのレーダー探査機は、車輪がついていて、手で転がす、もしくは台車のように両手で押して走らせます。路面調査など大掛かりな地下探査の場合は、道路調査車による調査が必要です。

製品やサービスによって特色ある機能が搭載されている場合もあります。例えば、クロススキャン機能を搭載している製品は、鉄筋奥の第二鉄筋や塩ビ管、CD管、PV管、空洞などを正確に検出することに長けています。

路面調査などでは、電磁波レーダーに加えてレーザーなどによる表面撮影 (路面性状調査) を組み合わせた複合探査車が用いられる場合もあります。また、AIとの技術融合を行っているサービスでは、路面画像からひび割れを描画したり、自動的に空洞を抽出したりすることが可能です。

監修:株式会社ユニクラフト

プリント基板CADとは

プリント基板CAD (Computer-Aided Design) とは、電子機器の重要な構成要素であるプリント基板 (PWB：Printed Wiring Board) を設計するためのソフトウェアです。

プリント基板は、電子部品の配置やそれらを接続するための配線を施した基板であり、パソコンやスマートフォン、家電製品、自動車など、ほとんどすべての電子機器に使用されています。

この基板の設計は、高度な技術と精密さが求められ、従来は手作業で行われていました。しかし、現在ではCADソフトウェアを利用することで設計プロセスが効率化され、自動化されています。

プリント基板CADは、部品の配置や配線の設計、電気的なチェック (DRC: Design Rule Check) 、さらにはシミュレーション機能などを通じて、正確で効率的な基板設計を支援するものです。またMRC (Manufacturing Rule Check) では、製造に必要な要件に関する検証も行われます。

プリント基板CADの使用用途

1. 電子機器の設計

電子製品の基板設計では、プリント基板CADが重要な役割を果たします。複雑な回路を設計し、部品を正確に配置するためには、このソフトウェアが欠かせません。スマートフォンや家電製品、自動車の制御システムなど、あらゆる電子機器の基板がこの方法で設計されています。

2. 試作開発

新製品のプロトタイプを作成する際にも、プリント基板CADの利用分野の一つです。CADで設計された基板は製造業者に送られ、試作品として作られます。これにより、設計の修正や検証を短期間で繰り返すことが可能です。

3. 教育および学術研究

大学や専門学校などの教育機関では、プリント基板CADを使った設計教育が行われています。研究者も、CADを活用して新しい電子回路やデバイスの基板を設計し、実験や分析に役立てています。

プリント基板CADの種類

1. 商用ソフトウェア

商用のプリント基板CADは、企業向けに提供される有料のツールです。高度な機能を持ち、プロフェッショナルな設計者や大規模なプロジェクトにも対応できます。

例えば、大規模で複雑な回路設計に対応するための高度なシミュレーション機能や、3D設計機能が搭載されていることが多いです。また、製品の設計から製造まで一貫してサポートできるものもあります。

2. オープンソースソフトウェア

オープンソースのプリント基板CADは、無償で利用できるものが多く、個人や小規模プロジェクト、教育現場でよく利用されています。商用ソフトウェアと比較すると、機能面で一部劣ることもありますが、基礎的な設計機能は十分に備えており、コストを抑えて基板設計を行いたいユーザーに適したツールです。

また、コミュニティベースで開発されているため、ユーザー同士の情報共有やサポートも受けやすいという利点があります。

プリント基板CADの選び方

1. プロジェクトの規模と目的

まず、設計するプロジェクトの規模と目的を考慮します。大規模なプロジェクトや高度な設計が必要な場合には、商用ソフトウェアが適していることが多いです。これらのツールは、複雑な設計に対応する高度な機能を備えているため、製品開発のすべての段階でサポートが受けられるのは大きなメリットです。

一方、個人プロジェクトや教育用途、小規模な設計の場合は、オープンソースのツールでも十分な場合があります。

2. 予算

予算は、CADツールを選ぶ際の大きな要素です。商用ソフトウェアは、サポート体制や機能の充実度が高い一方で、費用がかかります。企業で使用する場合には、これらのコストも設計プロセスの一部として考慮する必要があります。

個人での利用や小規模なプロジェクト、教育機関での使用には、オープンソースソフトウェアがコスト面で有利です。

3. 機能と使いやすさ

プリント基板CADの機能や操作性も重要なポイントです。経験の浅いユーザーや初心者は、複雑すぎないインターフェースや簡単な操作が可能なツールを選ぶことが推奨されます。

一方で、プロフェッショナルな設計者や複雑な回路設計を行う場合には、シミュレーション機能や3D設計機能が備わった高度なソフトウェアが求められます。

4. サポートとコミュニティ

商用のプリント基板CADには、公式のサポートが提供されており、問題が発生した際には迅速な対応が期待できます。一方で、オープンソースのツールはユーザーコミュニティがサポートの役割を果たすため、活発なコミュニティがあるかどうかも選定のポイントです。

特に人気のあるオープンソースツールは、フォーラムやドキュメントが充実しており、ユーザー同士の情報交換が活発に行われています。

本記事はプリント基板CADを製造・販売する株式会社ユニクラフト様に監修を頂きました。

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