第 8 章 市販部品を利用する設 計
★
電気モータ，計測・制御関連部品。電気関連
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） 電気モータ
・燃料の補給
・高出力な機械的エネル ギー
・送電線またはバッテリ
・主に屋内で使用する機械
課題①
電気モータには直流モータと交流モータがある。
それぞれの特徴をまとめなさい。
(1) モータの種類と特徴
(a) 直流モータと交流モータ
★ 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。
直流モータ 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
。
課題②
メカトロニクス機械には，ステッピングモータ やサーボモータがよく使われる。それぞれのモー タについて説明しなさい。
(b) 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。
ステッピングモータ
★ ステッピングモータを使用した機械
左右後輪に正確な回転運動を与える必要！
電動車いすの模型
(c) サーボモータ
★ 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（ラジコン模型用）
★ サーボモータを使用した機械
尾ひれを任意の角度で動かしたい！
魚ロボット
★ サーボモータを使用した機械
複数のサーボモータを同期運転させている！
動揺台（ターンテーブ ル）
★ スターリングエンジン用発電機の性能評価装置
サーボモータ トルク計 IPM 発電機
(2) モータを使用する際の注意点 (a) 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！
(b) トルクと回転数
★ 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。
電気モータの性能表（マブチ RS-540S H ）
(c) 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
課題③
熱機関（エンジン）と電気モータの特徴をまと めなさい（利点と問題点）。
8.2 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！
メカトロニクス エレクトロニク
（電子技術）ス
メカニクス
（機械技術）
＋
(1) 機械の制御
(a) 蒸気機関の遠心調速機
★ 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。
(b) 自動車の電子制御エンジン
エンジンが必要と する燃料の量と噴 射のタイミングを 電子制御装置に よって正確に制御 する。
吸入空気量 エンジン回転数
冷却水や吸入空気の温度 排気管内の酸素濃度 運転条件
課題④
機械式制御と電子制御（マイコン制御）の特徴 をまとめなさい（利点と問題点）。
(2) センサ
(a) 荷重センサ
★ ひずみゲージは最も代表的な荷重センサ！
ひずみゲージ ロードセル
(b) 圧力センサ
スターリングエンジンの圧力センサ
(c) 位置センサ
★ 物体の有無を検知する！
フォトインタラプタ 使用例
(d) 回転角度センサ
ロータリエンコーダ
(e) 変位センサ
★ 物体との距離を測定する！
レーザ変位センサ 渦電流式変位センサ
(f) 温度センサ
熱電対 使用例
課題⑤
家電機械に，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・・・
8.3 回転運動伝達部品
歯車（第 6 章）
チェーン ベルト
クラッチ・・・
課題⑥
回転運動の伝達には歯車などの要素部品が使わ れる。その他の回転運動伝達部品として，チェー ン，ベルト，クラッチなどがある。それぞれの特 徴を説明しなさい。
(1) チェーン
★ 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！
チェーン 使用例
(2) 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。
平ベルト V ベルト タイミングベル ト
(3) クラッチとブレーキ
★ 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。
多板式クラッチ ワンウェイク
ラッチ 電磁クラッチ
課題⑦
一般の自転車にはチェーンが使われている。
チェーンを使わない方式の自転車を考え，その特 徴を説明しなさい。（図を用いて説明するこ
と。）
8.4 直線運動伝達部品
回転運動 一定速度＝扱いやすい
往復運動 速度変動＝慣性力の増大＝設計困難
(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
(3) カムフォロア
★ カム機構などの支持などに使う。
カムフォロア
(4) 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。
ロッドエンド
課題⑧
リニアアクチュエータの特徴を活かした機械を 考えなさい。（図を用いて説明すること。）
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
8.5 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。
(1) ばねの種類
★ 小さいばねを含めれば，ほぼ全ての機械に使われてい る！
コイルばね 板ばね
止め輪
(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
8.6 市販部品を組み合わせる設 計
計測用車いす
★ 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
。
★ 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
