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bmt主催の講演会・交流会「カーボンニュートラル実現に向けた歯車システムとトライボロジー」が開催
メカニカル・テック社『bmt ベアリング&モーション・テック』編集部は3月4日、東京都千代田区のTKPガーデンシティPREMIUM東京駅丸の内中央で、「カーボンニュートラル実現に向けた歯車システムとトライボロジー」を開催した。コーディネーターは東京理科大学 佐々木信也教授で、当日は歯車システムの関係する電動車や建設機械・鉱山機械といった領域でのトライボロジー課題と取り組みについて、以下のとおり4件の講演が行われ、また、講演の合間にトライボロジー関連の測定評価機器メーカーによる2件のショートプレゼンがなされた。
講演会のようす講演1「総説:カーボンニュートラル実現に向けた歯車システムとトライボロジー」佐々木信也氏(東京理科大学)
トライボロジーは摩擦損失の低減や耐摩耗性向上という観点から機器の省エネや環境負荷低減に寄与してきたが、カーボンニュートラル(CN)社会実現に向けて環境性能の向上につながるトライボロジーの役割に期待が寄せられている。CN実現に期待される電気自動車(EV)の話題を取り上げ、システム小型化のためにモーターの高速回転が求められるe-Axleの減速機の課題として、高速回転に伴うギヤや軸受のピッチング寿命低下への対策とともに摩擦損失の低減による効率向上が求められていると説明。この課題を踏まえて実施したマイクロピッチング試験や電圧印加試験などの評価結果やメカニズム解明に向けた取り組みなどについて述べた。現在EV化は階段の踊り場にあるとされるが、この先もHEVの普及やEVの低価格化に向けて関連するトライボロジー技術のさらなる向上が重要であり、特にギヤトレインにおいてはこれまでにないしゅう動環境に対応し基礎メカニズムの理解をもとにした合理的かつ効率的な技術開発が必要、と総括した。
総説講演を行う佐々木氏講演2「コマツリマンビジネスの状況と今後の展望」櫻井直之氏(コマツ)
同社の主要な建設機械・鉱山機械・部品・アタッチメントなどの主要製品について紹介した後、カーボンニュートラルに向けた製品開発ロードマップを示しつつ、リマン事業は、ユーザーのライフサイクルコスト低減、サプライチェーンの収益向上、離宮環境に対しては省資源・CO2低減、コマツにとっては価値向上につながる、循環型社会実現のための共創であると説明。同社のリマンは、鉱山機械のエンジン・トランスミッション・モータ等を対象とし、新品同等の高い品質で安価に再生し、プロダクトサポートの一環として低いライフサイクルコスト×高い機械稼働率を実現するとして、加修部品・再利用部品・新品部品の組み合わせで組み立されることを特徴とする同社リマンプロセスの事例や、摩耗などの損傷部を溶射肉盛によって再生する加修技術、リマン新品質の管理技術、さらにはリマンコンポを用いた新車生産など今後の展開について紹介した。
講演する櫻井氏ショートプレゼン1「PI-1000の紹介―油中粒子計測器―」阿部泰尚氏(東陽テクニカ)
潤滑油中の摩耗紛の大きさと量を高精度に捉えることで軸受やギヤなどのしゅう動部品や摩耗状態を把握し交換時期を最適化できる自社開発の油中粒子計測器「PI-1000」を紹介。PI-1000は、細かな粒子および非磁性の粒子でも測定可能な「レーザー遮光法」を採用、演算処理機能の内臓により、常時オイル粘度によって変化する流速を計算しつつ、摩耗粉の油中の落下時間によって摩耗粉の粒径をその場で演算する。振動や熱、濁りといった外的要因に左右されず、μmレベルで粒子の大きさ、数を測定できる。さらに、独自の減圧による脱泡手法を用いて、摩耗粉と誤認される可能性のある油中の泡の誤検知をなくし数μm単位の高い精度で測定が可能。潤滑油中に放出される粒子の大きさと数によって、部品の状態を判断することができ、機械全体の性能劣化を早めに把握できる。
ショートプレゼンを行う阿部氏ショートプレゼン2「カーボンニュートラル実現に向けた歯車システムとトライボロジー試験機」國井卓人氏(Rtec-Instruments)
歯車システムのトライボロジー試験では、ギヤの実際の動き(転がり+すべりの複雑な相互作用)をどれくらい再現できるかが課題となる。こうした歯車のトライボロジー試験に関して、同社の多機能トライボロジー試験機「MFT-5000」および「MFT-2000」にミニトラクションモジュールを付加した試験機や、二円筒試験機「TRT-3000」や三円筒試験機「MPT-3000」などを紹介。二円筒試験機・三円筒試験機による歯車試験の代替ソリューションを紹介した。
ショートプレゼンを行う國井氏E-Axleにおける要求性能と試験・評価技術~当社のE-Axleの取り組み」花野雅昭氏(ニデック)カーボンニュートラルへの高まり、EVの普及によりモビリティ産業が国際的に水平分業化すると予想されており、新技術への挑戦と生産実績により低コストで競争力あるトラクションモーターの開発、環境対応と安定供給を実現する「磁石フリー:省資源(レアアースフリー)のトラクションモーターの開発が必須。ここでは、新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO) のグリーンイノベーション基金事業/次世代蓄電池・次世代モーターの開発について紹介、①低コスト②省資源③高性能を具現化する3万rpmを超える超高速回転を実現した誘導モーターを開発したことを報告した。また評価装置として、高速回転(3万rpm)での試験を可能とするギヤベンチと、高速回転(3万6000rpm)での試験を可能とするモーターベンチをニデックグループ(ニデックアドバンステクノロジー)内で作製していることを紹介した。
講演する花野氏講演4「電動車用超低粘度トランスアクスルフルードの開発」白石 有 氏(トヨタ自動車)
E-Axleユニットの潤滑油にはギヤ等の潤滑とモーターの冷却の両機能が求められる。潤滑油は高速で回転するモーターやギヤに直接供給されるため、オイル起因(粘度依存)の損失が大きな割合を占める。これに対し潤滑油を低粘度化することで、トランスアクスルでの損失を大幅に低減することが可能となる。低粘度化のターゲットとして、鉱油で、引火点がモーター最高温度以上の範囲で低粘度化の限界に挑戦、他社OEMを凌駕する超低粘度な電動車オイルを開発した。引火点限界までの低粘度化を実現、従来油同等以上の潤滑性と絶縁性を両立した新電動車用潤滑油を完成した。同油により、ATF比で電費効果:1.2%以上、またモーターの冷却性向上で電動車ユニットに貢献。同油はまた、添加剤処方の改良・油膜形成ポリマーの配合により、低粘度にもかかわらず従来ATF以上の信頼性(耐疲労・耐焼付き・耐疲労)を実現している。本技術は今後のトヨタにおける電動化技術の柱であり、CN(CO2削減)に大きく貢献するもの、と総括した。
講演会終了後は、講師と参加者による交流会が催され、トライボロジー分野の横断的な情報交換と人的交流が、和やかながら活発に執り行われた。
トリニティーラボなど、第60回機械振興賞を受賞
トリニティーラボ(https://trinity-lab.com/)は山形大学、東京都立産業技術研究センターと共同で、機械振興協会が表彰する第60回機械振興賞「審査委員長特別賞」を受賞した。2月20日に東京プリンスホテル プロビデンスホールに第60回機械振興賞表彰式が実施され、トリニティーラボの野村修平社長、山形大学の野々村美宗教授、東京都立産業技術研究センターの黒部篤理事長と齋藤庸賀 副主任研究員が表彰された。
第60回機械振興賞表彰式のようす左から、野々村美宗氏、野村修平氏、機械振興協会・釡 和明会長、黒部 篤氏、齋藤庸賀氏
機械振興賞は、我が国機械産業における技術開発の一層の促進を図るため、優秀な研究開発およびその成果の実用化によって、機械産業技術の進歩・発展に著しく寄与したと認められる企業・大学・研究機関および研究開発担当者を表彰することにより、我が国機械産業の振興に資することを目的としている。
本年度は、機械産業関係団体及び地方公共団体、国公立試験研究機関、学会等による受賞候補者の推薦および候補者による自薦での応募が37件となった。東京大学 名誉教授 中島尚正氏ら8人からなる審査委員会による審査の結果、研究開発14件、支援事業4件が決定した。
トリニティーラボと山形大学、東京都立産業技術研究センターが受賞した第60回機械振興賞 審査委員長特別賞の業績は、「人の触感を数値化する評価装置の開発」。
人の触感を数値化することは、製品表面の触り心地やクリームなどを塗布した肌の触感変化などを定量的に評価するために重要となる。触感に近いものとして摩擦力測定が挙げられるが、一定の速度で接触子を動かして測定する摩擦力測定とは異なり、指や手の動きの速度変化に伴う摩擦力の変化や測定物の形状変化などを総合的に評価する必要がある。本業績では、接触子を正弦運動させ、その際の摩擦力の変化によって触感を評価する方法を採用した。
また、人の触感を正確に測定するために、人の指紋を模倣した接触子を開発し、これに取り付けるための高感度なロードセル(力センサー)も開発した。また、指でこする動きを安定させるために正確な正弦運動を実現するスコッチヨーク機構を改良した揺動システムを開発した点が評価されての受賞となった。
THK、自由な経路設定と滑らかな高速動作で生産性向上に貢献する搬送システム向けガイドの受注を開始
THKは、直線と曲線の組み合わせにより任意の搬送経路を構築することができる搬送システム向け案内装置(ガイド)「Curvilinear Wheel Guide」の受注を開始する。ホイール部の転がり機構は独自の接触構造を採用しており、滑らかな動作を実現。キャリッジは、スクエア形やオーバル形に対応可能なコンパクトタイプと、S字などを含むより複雑な経路に対応できるフレキシブルタイプの2種類をラインナップしている。
近年、三品業界(食品・医薬品・化粧品)に代表される製造装置の高効率化に伴い、高速で連続作業が可能な循環形の搬送システムの需要が高まっている。
今回開発したCurvilinear Wheel Guideのコンパクトタイプは、プレートに直接ホイールを取り付けたシンプルな構成でキャリッジ高さを抑えており、一方、フレキシブルタイプはローター部にクロスローラーリングを採用することで、レール形状に追従する機構を備えつつもコンパクトな構造となっている。いずれも、あらゆる方向の荷重を負荷でき、用途に応じた使い分けが可能。個装機械やボトル充填装置などの搬送システムに活用することで、装置の高性能化に貢献する。
Curvilinear Wheel Guideの特長は以下のとおり。
・自由な経路設定:直線レールと曲線レールを組み合わせることで、オーバル形、スクエア形など、ユーザーの要望に合わせた経路を構築可能
・高速駆動に最適:軸受鋼を使用したホイールを採用。キャリッジは最高速度5m/sの高速動作が可能で、生産性向上に貢献
・スムーズな曲線運動:対応する直線レールと曲線レールのどちらでも、滑らかに動作
・上面からの組み付けが可能:レールを組付けた状態で、上面から簡単にキャリッジの取り付け・取り外しが可能
搬送システム向けガイド「Curvilinear Wheel Guide」左:コンパクトタイプ、右:フレキシブルタイプ