運動を伝えるメカ機構
リンク機構
リンクは、組み合わせた複数の物体が相対的に動作する機械要素です。この2つの結合部を「対偶（ジョイント）」といい、対偶の組み合わせを「リンク機構」といいます。リンク機構は、この対偶を組み合わせて機械に必要な動作をさせます。そして、リンク機構を構成する各部品が「リンク」です。
カム機構
カムを回転させることで、カムに接触した部品（カムフォロアなど）を往復直線運動や揺動運動させます。
運動のサイクルタイムはモータの回転数で決まり、変位量と加速度はカムの輪郭形状で決まります。
そのためカムは、その都度設計するオーダーメード品になります。
歯車
回転を伝えるメカ機構はモータの回転をそのまま伝えるだけでなく、速度やトルク、また回転の向きを変えられることが大きな特徴です。
2軸の軸間距離が小さい場合は、「ベルト」や「チェーン」を掛けて動力を伝えます。
ベルトはゴムが主材料なので騒音が小さく、潤滑の必要がなく保全も容易です。
一方、チェーンは鉄鋼材料を用いているので、高荷重への対応に適しています。
歯車の歯は、回転を滑らかに伝えるためにインボリュート曲線と言われる形状になっています。
歯車を選定する上で事前に決めておく条件は「軸間距離」「速度伝達比」「モジュール」になります。
ベルト
ベルトを用いた伝達には、以下の特徴があります。
- 「ベルト」とベルトを受ける「プーリ」で構成
- 2軸の軸間距離が長い場合に有効な手段
- 歯車に比べて、軸間距離の精度が低くてもガタなく伝達が可能
- 材質がゴムなので、騒音が少ない
- 潤滑剤が不要で、メンテナンスがしやすい
- 予期しない大きな力が加わった際には、すべることで破損を防ぐ
- 材質がゴムなので、耐久性はチェーンに劣る
ベルトの主な種類には凹凸のかみ合いで伝達する「タイミングベルト」と、摩擦により伝達する「Vベルト」や「平ベルト」があります。
ベルトには適度な張力が必要です。
張力が弱いとすべりや振動が発生し、逆に張力が大きすぎるとプーリの軸受の摩耗が大きくなります。
張力の調整は、プーリの軸間距離を調整するか、たるみ側にテンションプーリ（テンショナ）を設置します。
チェーン
最もイメージしやすいのは自転車のチェーンです。
チェーンを用いた伝達には以下の特徴があります。
- 「ローラーチェーン」とチェーンを受ける「スプロケット」で構成
- すべりのない構造で伝達効率がよい
- 2軸の軸間距離が長い場合に有効な手段
- 強い張力は必要なく、スプロケットの軸受の摩耗が少ない
- 金属製なので、耐久性に優れる
- 時間経過と共に伸びが生じるため、張力の調整が必要
- 精密な回転精度が必要な伝達には適さない
ローラーチェーンは力を伝える張側を上に、たるみ側を下にするのが一般的です。
テンションプーリ（テンショナ）を付ける場合には、ベルトの場合と同様にたるみ側に設置します。
ボールねじ
ねじ機能を利用した「ボールねじ」は、モータの回転を往復直線運動に変換し、高精度の位置決めに適します。
機械設計技術 機械要素の勉強 ボールネジの機能 Function of ball screw
締結部品
ねじとボルトの分類
| 分類 | 名称 | 特徴 | 工具 |
|---|---|---|---|
| 小ねじ | なべ小ねじ | 丸みのあるねじ頭で、小さな部品の固定に使用 | プラスドライバー マイナスドライバー |
| 皿小ねじ | ねじ頭の上面が平面で、ねじ込んだあとに頭が出ない | ||
| トラス小ねじ | なべ小ねじよりもねじ頭の径が大きく、高さが低い | ||
| ボルト | 六角穴付きボルト | ねじ頭に六角形の穴があいており、六角レンチで締める | 六角レンチ トルクレンチ |
| 六角ボルト | 頭部の外形が六角形で、スパナで締める | スパナ トルクレンチ |
|
| 工具不要 | ローレットねじ | 手のすべり止めのために、頭の外面に細かい溝が入っている | 工具不要 |
| 蝶ボルト | 翼の突起形状を持って締める | ||
| 特殊ねじ | 止めねじ | ねじ頭がなく、ねじ端面に六角形の穴 | 六角レンチ |
| タッピングねじ | 締めながら同時にめねじ加工する | ドライバー |
ねじ込み深さの決め方
ねじ込み深さの目安を示します。
（1）めねじが鉄鋼材料の場合
「ねじ込み深さ＝ねじ径と同寸法」が基本で、振動や衝撃が加わる場合には「ねじ径×1.5倍」が目安です。
またカバーなど力が加わらない場合には「４ピッチの長さ」で大丈夫です。
（２）めねじが鋳鉄やアルミニウム材料の場合
「ねじ込み深さ＝ねじ径×1.8倍」が目安です。なお部材が薄く、このねじ込み深さが確保できない場合や、プラスチックにねじ加工をする場合には、インサートねじを使用します。
めねじの深さとした穴深さ
めねじ加工では、ドリルで下穴をあけた後にタップでねじ加工を行います。
このねじ深さは「ねじ込み深さ」+「2ピッチ以上」が目安です。
またタップ加工でのタップ先端の食いつき部を考慮して、下穴はねじ深さよりも5ピッチほど深く加工します。
軸との締結部品
〇軸と軸をつなぐ軸継手
2本の駆動軸をつなぐ場合、芯ずれを吸収するカップリングと呼ばれる軸継手を用います。
軸継手は一定以内の偏心と偏角を許容してくれる機械要素部品です。
とくにモータの駆動軸とつなぐ際には、モータに負荷を与えないために、軸継手を使う事は必須です。
〇トルクリミッタ
何らかのトラブルにより軸に設計値を超える大きな力がかかった場合、駆動モータや従動側の機構の破損を防ぐため、軸の伝達を遮断する安全クラッチをトルクリミッタといいます。
材料の性質
合成の変形量は、鉄鋼、アルミニウム、銅といった材料の大分類で決まります。
すなわち鉄鋼材料であれば、安価な炭素鋼SS400でも高価な合金鋼のクロモリ鋼でも変形量は同じです。
2.4 金属の物理的性質（Physical Properties of Metals ）
主な材料の特徴
材料は大きく「金属材料」、「非金属材料」、「特殊材料」に分類されます。
金属材料には鉄鋼、アルミニウム、銅など、非金属材料にはプラスチック、セラミックス、ゴムなどがあります。
特殊材料にはメーカー独自のものや、2種類以上の異なる材料を組み合わせた複合材などがあります。
これらの多くの中で、機械部品には鉄鋼材料が圧倒的によう使われています。
それは「強く」「安価で」「入手しやすく」「加工も容易で」「熱処理で性質を変えることができる」からです。
機械の品質と標準化
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