第8章 市販部品を利用する設計

電気関連 ★ 電気モータ，計測・制御関連部品。 運動伝達部品 ★ 回転運動，直線運動，ばね。 市販部品をうまく利用すれば， 機械の設計や製作の迅速化につながる！

8.1 電気モータ

機械を動かす原動機 熱機関（エンジン） ・燃料の補給 ・高出力な機械的エネルギー 電気モータ ・送電線またはバッテリ ・主に屋内で使用する機械

8.1.1 モータの種類と特徴 (1) 直流モータと交流モータ 直流モータ ★ 出力制御が簡単で，応答 性がよく。 ★ 小型機械でよく使われる。 交流モータ ★ 価格が安く，大型化・大 出力化が容易。 ★ 工作機械等の汎用機械。

(2) ステッピングモータ ステッピングモータ ★ 回転角度が，入力パルスの数に比例。 ★ 高精度な運動を必要とする機械に使用される。

★パルスモータを使用した機械 電動車いすの模型 左右後輪に正確な回転運動を与える必要！ MOVIE

(3) サーボモータ サーボモータ（ラジコン模型用） ★ 制御の対象の状態を測定し，基準値と比較して自動的に修 正制御する？？ ★ 任意の回転角度に合わせる制御機構を持つモータ。

★サーボモータを使用した機械 魚ロボット 尾ひれを任意の角度で動かしたい！

★サーボモータを使用した機械 動揺台（ターンテーブル） 複数のサーボモータを同期運転させている！

8.1.2 モータを使用する際の注意点 (1) モータの特徴 ★ 使用する機械に最も適したモータを選択する！

(2) トルクと回転数 電気モータの性能表（マブチRS-540SH） ★ 機械のトルク，出力，回転数に適したモータを選定。 ★ 通常は歯車機構などにより減速する。

(3) 電源の検討 ★ 家庭用コンセントや工場の配電盤などの容量（アンペア数）。 ★ 電圧（

100 V

または

200 V

）や形態（単相または三相）。 ★ バッテリや乾電池の容量（連続使用時間）。 配電盤

8.2 メカトロニクス

エレクトロニクス （電子技術） ＋ メカニクス （機械技術） メカトロニクス 日常使われる多くの機械が電子制御化されている！

8.2.1 機械の制御 ★ 制御とは，目的とする状態に保つために適当な操作を加え ること。 蒸気機関の遠心調速機 自動車の電子制御エンジン

8.2.2 センサ (1) 荷重センサ ひずみゲージ ロードセル ★ ひずみゲージは最も代表的な荷重センサ！

(2) 圧力センサ スターリングエンジンの圧力センサ ★ エンジンや流体機械には圧力センサが必需品！

(3) 位置センサ フォトインタラプタ ★ 物体の有無を検知する！ 使用例

(4) 回転角度センサ ロータリエンコーダ ★ 高精度な運動が要求される回転機械に欠かせない！

(5) 変位センサ レーザ変位センサ ★ 物体との距離を測定する！ 渦電流式変位センサ

★変位センサの使用例 スターリングエンジンのピストン変位の測定

(6) 温度センサ 熱電対 ★ 熱電対は最も代表的な温度センサ！ 使用例

8.2.3 マイクロコンピュータ (1) 種類 PIC ★ 基本的にはどれも同じ？ AVR H8

(2) 入力と出力 ★ 外部からの

ON/OFF

の信号（デジタル信号）を読みとる。 ★ 書き込んだプログラムによって何らかの計算をする。 ★ 外部に

ON/OFF

の信号（

5 V

または

0 V

）を出力する。

(3) 使用手順 ★ 最近のマイコンは扱いやすい。 ★ 積極的に利用したい。

8.2.4 メカトロニクス機械の設計例 車いす走行補助装置 ★ スイッチ（センサ）とマイコンを利用した簡単な装置。

★車いす走行補助装置 MOVIE

8.3 回転運動伝達部品

チェーン ベルト クラッチ・・・ 歯車（第6章）

8.3.1 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！

8.3.2 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

8.3.3 クラッチとブレーキ 多板式クラッチ ワンウェイクラッチ 電磁クラッチ ★ クラッチは動力の伝達と遮断に使われる。 ★ ブレーキは，機械を止める場合や起動・停止を繰り返して 行う場合などに使われる。

8.3.4 トルクリミッタ トルクリミッタ ★ 機械の破損や人身災害を防止するため，スリップさせた り，あるいは遮断したりする。

8.4 直線運動伝達部品

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

8.4.1 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。

8.4.2 リニアアクチュエータ 回転式モータとラックを 利用した形式 サーボ制御を利用した形式

8.4.3 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。

8.4.4 ロッドエンド 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。

8.5 ばね

弾性 ばね 力を受けて一時的に変形している物体は， 力が取り除かれると元に戻ろうとする性質。 弾性を有効に利用した部品。

8.5.1 ばねの種類 コイルばね 板ばね 止め輪 ★ 小さいばねを含めれば，ほぼ全ての機械に使われている！

8.5.2 ばねの特徴 ★ たわみ，復元性がある。 ★ エネルギーを蓄えることができる。 ★ 固有振動数を持つ。 【注意】 共振は機械の破損につなが る！ 弾性体を利用した 防振装置

【補足】共振を利用したスターリングエンジン セミフリーピストン形スターリングエンジン

★セミフリーピストン形スターリングエンジン 実験用スターリングエンジン MOVIE

★実験結果の一例

8.6 市販部品を組み合わせる設計

★ 市販されている部 品をうまく組み合わせ ることで，十分な機能 を持つ機械を設計す ることができる。 計測用車いす

★測定部の構成

★トルク測定装置 ひずみゲージ

★回転角度の測定 ロータリエンコーダ

★測定結果の一例

本日の課題

携帯電話に，何らかのセンサと制御回路を取り付け， 高性能化・高機能化を図りたい。具体的な方法を提案 しなさい。 荷重センサ 圧力センサ 位置センサ 変位センサ，温度センサ・・・