第１１章 機構と機械要素の概要

●マイコン回路とプログラミング ●センサと計測 ●アクチュエータ（モータ） ●機械制御法 モータのマイコン制御が可能！ 機構（メカ）を作れば，メカトロニクス機械が完成する！ ●モータから有効な仕事を取り出す ●機構と機械要素の紹介 ●機構設計・要素設計の考え方

●「機構」と「機械要素」 機構 ある部品の運動を利用して，別の部品に望みの運動 を生じさせるしくみ。 頭の中で動きをイメージできる能力（メカのセン ス）が重要！ 機械 要素 ボルト，ナット，歯車，軸受など，機械を構成する分解 可能な最小単位の部分。 市販品を有効活用する必要があり，規格や部 品の種類・特徴など，多くの知識を持つことが 重要！

11.1 運動の形式

回転運動 往復運動 一定速度＝扱いやすい 速度変動＝慣性力の増大＝設計困難

(1) 回転運動を直線運動に変換するメカニズム 実験用魚ロボット

(1) 回転運動を直線運動に変換するメカニズム 実験用魚ロボットの駆動機構

(1) 回転運動を直線運動に変換するメカニズム 実験用魚ロボットの駆動機構

(2) 運動の伝達と運動形式の変換 運動の大きさや力，向きを変える！ 様々なリンク機構

(3) メカトロニクス技術の利用 機械 ●機械は強く，大きな力で重いものを動かすこ とができる。 ●細かい動きや複雑な動きは苦手。 電子 ●電子そのものでは重いものを動かすことはで きない。 ●センサやマイコンを使って複雑な動きを制御 できる。 両者の特徴を融合することで，高性能なメカトロニ クス機械を作り上げることができる。

11.2 回転運動に用いる機械要素

(1) 軸受 ●転がり摩擦を利用し ているため低摩擦。 ●消耗品（交換部品）と して使用できる。

●軸受を使用する際の要点 ①軸受の固定方法

軸方向に動かな いように固定す る。

②回転体との接触

内輪・外輪が滑らかに回るようにする。

(2) 軸継手（カップリング） ●回転軸を連結する重要な部品

●ゴム・樹脂カップリング

衝撃的な荷重を吸収できる。

●金属カップリング

回転方向のバックラッシ（遊び）が少ない。 回転運動を正確に伝達できる。

●ユニバーサルジョイント

2本の軸の角度が大きい場合に使われる。

●カップリング選定の要点 ①許容トルク

許容トルクが，実際に使用するトルクを上回るこ と！

②軸との固定方法

機械の構造や用途に適した固定方法を選ぶ！

③回転角度の精度

(3) 歯車 平歯車 ウォームギヤ かさ歯車 ●運動を正確に，しか も高効率で伝達できる。

●歯車使用時の要点

歯の大きさが同じでなければ，歯車は適切に 機能しない。 モジュール モジュール 歯の大きさを表す重要な数値 ピッチ円直径

m



d z

歯数

●歯車使用時の要点

バックラッシ 歯面間の「遊び」 ★ 小さすぎると，潤 滑が不十分になり やすく，歯面同士 の摩擦が大きくな る。 ★ 大きすぎると，歯 のかみ合いが悪く なり，歯車が破損し やすくなる。

(4) チェーン チェーン 使用例 ★ 滑りがなく大きい動力を確実に伝えることができる。 ★ しかし，重い！

(5) ベルト 平ベルト Vベルト ★ 軽量で静粛。 ★ 衝撃的な荷重をベルトで吸収できる。 ★ 潤滑の必要がない。 タイミングベルト

11.3 直線運動に利用する機械要素

(1) 直動軸受 ★ 回転運動用の転がり軸受と同様，球 の転がり運動を利用している。

(2) リニアガイド 直動軸受とレールを組み合わせたガイド

(3) カムフォロア カムフォロア ★ カム機構などの支持などに使う。

(4) ロッドエンド ロッドエンド 模型用ロッドエンド ★ 往復運動のロッド端部の取り付けなどに使う。

11.4 機構設計・要素設計の要点

●機械をどのように運動させたいのか？ ●要求される機械の仕様は（大きさ，スピード，力，精度・・・）？ ●利用できる最適な要素部品は何か？ ●マイコン制御などのメカトロニクス技術が有効か？

★レポート課題について １．提出期限 一次締切：平成19年1月11日（木） 最終締切：平成19年1月18日（木） ２．レポート課題の概要 サーボモータまたは直流モータを動かすマイコン回路を利用し たメカトロニクス機械を考え，製作する。製作したメカトロニクス機 械の開発コンセプト，マイコン回路，モータ制御方法，プログラム 並びにメカニズムについて説明し，メカトロニクス機械のシステム 設計について考察する。

★レポート課題について ３．グループ 原則として，マイコン回路を製作したグループ（Ａ～Ｆ）をさらに２ つに分けて，それぞれサーボモータまたは直流モータを使ったメ カトロニクス機械を製作する。レポート提出は１人ずつとする。

★レポート課題について ４．レポートの内容 提出するレポートには以下の内容が含まれていること。ただし， 必要事項が記述されていれば，構成は問わない。 ①開発コンセプト ②製作したメカトロニクス機械の説明 マイコン回路の概略説明 使用したモータの基本構造 制御方法（サーボ制御またはPWM制御） プログラムの概略説明 メカニズムを含めた全体構造の説明 ③メカトロニクス機械または技術に関する考察 例：メカトロニクス機械を作り上げる際に重要な点は何か。 ④感想

平成17年度：メカトロ製作課題の発表

平成17年度：メカトロ製作課題 (a) 耐震実験装置 (b) メトロノーム (c) マイコン制御野球盤 (d)ステアリング機能付きミニ四駆 (e)ペットボトルのフタを開ける機械

【演習問題】

★ 各グループに分かれて，直流モータまたは R/Cサーボモータを使ったメカトロニクス機械 の案を考えなさい。 ＊レポート提出用 ＊実際に作ることができるもの