機械材料

機械材料の基礎：高張力鋼板（ハイテン）

高張力鋼板、一般にハイテンとも呼ばれるこの材料は、一般的な軟鋼に比べて、降伏点や引張強さといった強度を大幅に高めた鋼板の総称です。その工学的な本質は、軽量化と安全性という、特に自動車産業において二律背反する要求を、高いレベルで両立させることにあります。同じ強度を維持する前提であれば、軟鋼よりも薄い鋼板を使用できるため、製品全体の軽量化が可能となります。逆に、同じ板厚であれば、遥かに高い強度が得られるため、部材の耐久性や衝突時の安全性を飛躍的に向上させることができます。
機械材料
加工学

機械加工の基礎：被覆アーク溶接

被覆アーク溶接は、アーク溶接法の中で最も歴史が古く、かつ最も広く普及している技術の一つです。一般には「手溶接」あるいは「溶接棒」による溶接として知られています。その工学的な本質は、被覆剤と呼ばれる特殊なフラックスで覆われた消耗電極（溶接棒）と、接合される部材（母材）との間にアークを発生させ、その高熱によって溶接棒と母材を同時に溶融させて接合する点にあります。
加工学加工機械
機械要素

機械要素の基礎：サーボモーター

サーボモーターは、指示された位置、速度、そしてトルクへと、対象物を極めて正確に、かつ高速に追従させるための電動アクチュエータです。サーボという言葉は、ラテン語のServus（奴隷）に由来し、主人の命令に忠実に従うという意味を持っています。この名の通り、コントローラからの指令に対して、遅れやオーバーシュートを最小限に抑えながら動作することが、このモーターの工学的な本質です。産業用ロボットのアームが正確な軌跡を描き、工作機械がミクロン単位で金属を削り出し、電子部品の実装機が目にも止まらぬ速さでチップを配置できるのは、すべてこのサーボモーターの高度な制御性能によるものです。この解説では、サーボモーターがいかにしてその精密な動きを実現しているのか、そのシステム構成、制御理論、そして種類と特性について工学的に詳説します。
機械要素
機械材料

機械材料の基礎：ポリウレタン

ポリウレタンは、特定の単一の物質を指すのではなく、その分子の主鎖にウレタン結合（-NH-CO-O-）を繰り返し持つ、高分子化合物の総称です。このポリウレタンは、現代の工学材料の中で最も「変幻自在」な材料の一つとして知られています。原料となる二つの化学物質の種類と配合比率を「設計」することにより、柔らかいスポンジのようなフォームから、スケートボードの車輪のような強靭なエラストマー、さらには塗料や接着剤、伸縮自在な繊維に至るまで、その最終的な形態と物性を極めて広範囲にわたって制御できます。この卓越したカスタマイズ性により、ポリウレタンは、自動車、建築、家具、衣料、医療、エレクトロニクスと、あらゆる産業分野で不可欠なキーマテリアルとなっています。
機械材料
機械要素

機械要素の基礎：タイミングベルト

タイミングベルトは、その内周または外周に、一定のピッチで歯（コグ）が設けられた伝動ベルトです。このベルトの歯が、対になるタイミングプーリー（歯付きプーリー）の歯溝と精密にかみ合うことで、動力を伝達します。Vベルトや平ベルトのような摩擦伝動とは根本的に異なり、歯車やチェーンと同様の「確実なかみ合い伝動」を行ういます。この原理により、タイミングベルトは、運転中に滑り（スリップ）が全く発生しないという、極めて重要な特性を持ちます。この「同期伝動」が可能であるという事実が、タイミングベルトの存在意義そのものであり、その名称の由来ともなっています。
機械要素
機械要素

機械要素の基礎：Vベルト

Vベルトは、その名の通りV字型、すなわち台形の断面形状を持つ、摩擦伝動ベルトの総称です。その工学的な本質は、平ベルトのような単純な摩擦力だけではなく、プーリー（滑車）の溝にV字型の側面が食い込むことによって生じるくさび効果（ウェッジ効果）を利用し、極めて高い伝達トルクを実現する点にあります。このくさび効果により、Vベルトは、平ベルトに比べて、はるかに小さな張力で、大きな動力を、滑ることなく確実に伝達できます。また、ベルト車も小さくでき、装置全体をコンパクトに設計できるため、工作機械、産業用ポンプ、空調設備、そして自動車の補機駆動に至るまで、現代のあらゆる機械産業において、最も広く、最も信頼されている動力伝達要素の一つです。
機械要素
機械材料

機械材料の基礎：エポキシ樹脂

エポキシ樹脂は、その分子内にエポキシ基と呼ばれる、反応性の高い三員環構造を持つ熱硬化性樹脂の総称です。単体で使われることはなく、必ず硬化剤と呼ばれる第二の成分と混合・反応させることで、強固な三次元の網目構造を形成し、その卓越した性能を発揮します。その工学的な本質は、他の樹脂を圧倒する接着性、優れた機械的強度、高い電気絶縁性、そして化学的安定性にあります。さらに、硬化する際の体積収縮が極めて小さいという利点も併せ持ちます。これらの特性の類稀なバランスにより、エポキシ樹脂は、単なるプラスチック材料の枠を超え、接着剤、塗料、複合材料のマトリックス、電子部品の封止材として、現代のあらゆる基幹産業に不可欠な、最も高性能なポリマー材料の一つとしての地位を確立しています。
機械材料
機械材料

機械材料の基礎：エポキシガラス

エポキシガラスは、現代の電子機器産業において最も中心的かつ不可欠な基盤材料の一つです。これは、エポキシ樹脂をマトリックス（母材）とし、ガラス繊維を強化材（補強材）として組み合わせた、高性能な複合材料です。その最大の用途は、コンピュータ、スマートフォン、自動車、産業機器など、あらゆる電子機器の心臓部であるプリント配線基板（PCB）の基材です。エポキシガラスは、単なる絶縁体の板ではなく、電子部品を物理的に支持し、それらを電気的に接続するための複雑な回路網を形成するための、高機能な「土台」として機能します。
機械材料
加工学

機械加工の基礎：テルミット法

テルミット法は、金属酸化物と、それよりも酸素との親和性が強い金属粉末との混合物に点火し、その化学反応によって発生する強烈な還元熱を利用する技術の総称です。この反応は、開発者であるハンス・ゴールドシュミットの名を冠して、ゴールドシュミット反応とも呼ばれます。この技術の工学的な本質は、アルミニウム粉末という、安価で強力な還元剤を用い、目的の金属酸化物を還元して、純粋な溶融金属と、溶融した酸化アルミニウムを生成させる点にあります。このプロセスは、電気やガスといった外部からのエネルギー供給を必要とせず、自己発熱的に進行し、摂氏2500度を超える超高温を瞬時にもたらします。
加工学
加工学

機械加工の基礎：エッチング

エッチング加工は、化学薬品やプラズマといった媒体の化学的あるいは物理的な作用を利用して、材料表面の不要な部分を選択的に除去し、目的の形状やパターンを創成する微細加工技術の総称です。その工学的な本質は、加工したいパターンを転写したマスクと呼ばれる保護層を利用し、マスクで覆われていない領域だけを精密に溶解または削り取るという、一種の「彫刻」技術にあります。この技術は、肉眼では見えないナノメートル単位の微細な回路パターンをシリコンウェーハ上に形成する半導体製造から、プリント基板の銅配線、精密な金属部品や装飾品の加工に至るまで、現代のハイテク産業を根幹から支える、最も重要な基盤技術の一つです。
加工学
加工学

機械加工の基礎：シャーリング加工

シャーリング加工は、板金加工において、金属の板材を所定の寸法に直線的にせん断（切断）するための、最も基本的で高能率な加工法です。一般にシャーとも呼ばれます。この加工法の工学的な本質は、ハサミが紙を切る原理を、金属板に対して、より強力かつ精密に応用した点にあります。すなわち、上刃と下刃と呼ばれる一対の直線状の刃物（ブレード）の間に板材を挟み込み、一方の刃をもう一方の刃に対して平行に、あるいはわずかな角度を持たせて通過させることで、材料のせん断強度の限界を超える応力を発生させ、物理的に切断します。
加工学加工機械
加工機械

機械加工の基礎：ガンドリル加工

ガンドリル加工は、その名の通り、元々は銃身（Gun barrel）の深くまっすぐな穴をあけるために開発された、深穴加工に特化した切削加工技術です。現代の工学において、この技術は、通常のツイストドリルでは到底不可能な、穴の直径に対して極めて深い穴（高アスペクト比）を、高い真直度と寸法精度、そして優れた表面粗さで、一度の連続した送り（ワンパス）で加工することを可能にします。
加工機械
加工学

機械加工の基礎：焼き戻し

焼き戻しは、焼き入れによって硬化させた鋼を、その変態点以下の適切な温度で再加熱し、冷却する熱処理操作です。英語ではTemperingと呼ばれます。この技術の工学的な本質は、焼き入れによって得られた、極めて硬いが同時にもろい「マルテンサイト」という不安定な組織を、熱エネルギーによって、より安定で、破壊に対する抵抗力が高い「靭性（ねばり強さ）」を持つ組織へと意図的に変化させることにあります。
加工学材料工学
加工学

機械加工の基礎：焼き入れ

焼き入れは、鉄鋼材料、特に鋼の硬度と強度を飛躍的に高めるために行われる、最も基本的かつ重要な熱処理技術です。その本質は、鋼を高温に加熱して特定の組織状態にした後、水や油などで急速に冷却することにより、鋼の内部にマルテンサイトと呼ばれる、極めて硬く、不安定な組織を意図的に生成させることにあります。このプロセスは、鋼の特性を根本から変える強力な手段であり、工具、刃物、歯車、軸受といった、高い耐摩耗性や強度が求められる、あらゆる機械部品の製造に不可欠です。しかし、焼き入れされたままの鋼は、硬さと引き換えに「もろさ」を抱えており、その真価を発揮するためには、必ず後続の「焼き戻し」という処理が必要となります。
加工学材料力学機械材料表面処理
機械材料

機械材料の基礎：亜鉛合金

亜鉛合金は、亜鉛を主成分とし、そこにアルミニウム、銅、マグネシウムといった他の元素を添加して、特定の機械的性質や物理的性質を改善した非鉄金属材料です。その最大の工学的特徴は、極めて融点が低いこと、そして卓越した流動性を持つことにあります。この二つの特性により、亜鉛合金は、他のいかなる金属材料よりも「ダイカスト（ダイキャスト）」という高圧鋳造法に最適化されています。その結果、亜鉛合金は、極めて複雑な形状や薄肉の製品を、高い寸法精度で、かつ驚異的な生産性で大量生産するための、最も重要な材料の一つとして確固たる地位を築いています。
機械材料
スポンサーリンク
次のページ