14.　機素潤滑設計

14・1　機械設計

14・1・1　機械設計・運動機構

本会機素潤滑設計部門（以下，本部門）が開催した第16回日本機械学会機素潤滑設計部門講演会（2016年4月，福井），ならびに本会年次大会（9月，福岡）において，関連するオーガナイズドセッションが設置され，研究発表が行われた．年次大会におけるセッションでは，6自由度パラレルメカニズムの機構校正に関する研究[1]，運動学的冗長性を用いたケーブル駆動パラレルロボットのケーブル姿勢制御方法[2]，パラレルメカニズム形パイプ曲げ加工機の運動生成手法の開発[3]など，運動機構の評価，制御に関する5件の報告に加え，機構の対称性を利用して加振モーメントの低減を図った容積型機械の設計[4]や，モグラ型地中掘削ロボットの機構設計[5]，力覚提示装置用ワイヤ・剛体リンクハイブリッドパラレル機構[6]，使用者自身で脚部動作を案内する歩行補助装置の設計[7]，歩幅と進行方向の能動的支援を目的とした片側装着形歩行運動創成機構[8]など，機械設計に関する6件の報告が行われた．機械設計に関する報告のうち半数にあたる3件[5, 6, 7]は，ヒューマン・マシン・インターフェース設計にもつながる研究報告であり，機構設計・運動機構の研究テーマが，いずれヒューマン・マシン・インターフェース設計の重要な鍵となるであろう可能性を示している．さらに当年次大会では首都大学　武居直行准教授に「ロボメカ分野で期待される機構とは？」と題する基調講演[9]を行っていただいた．この基調講演に関連する先端技術フォーラムでは「常識にとらわれない機構の応用」というテーマで，非円形歯車を用いた新しい変速システム[10]，差動歯車機構のロボット関節への応用事例[11]，人力ロボティクスの提案[12]，リンク機構を高度に応用した福祉機器の開発事例[13]が紹介された．

次に海外および国内で開催された国際会議の動向をいくつか紹介する．アメリカ機械学会（ASME）の関連では，ASME 2016 International Design Engineering Technical Conferences（IDETC）and Computers and Information in Engineering Conference（CIE）（8月，アメリカ・ノースカロライナ州シャーロット）が開催された．また，IFToMM（International Federation for the Theory of Machines and Mechanisms）の関連では，The 21st CISM IFToMM Symposium on Robot Design, Dynamics and Control（ROMANSY2016）（6月，イタリア），The Joint International Conference of the XII International Conference on Mechanisms and Mechanical Transmissions（MTM）and the XXIII International Conference on Robotics（Robotics’16）（10月，ドイツ），The 3rd Students International Olympiad on Mechanism and Machine Science（SIOMMS）（10月，スペイン），第22回シンポジウム（7月，東京），が開催された．ASMEでは，近年の傾向としてCompliant Mechanism（部材の変形を利用した柔なメカニズム）に関する研究が盛んである．2016 IDETC/CIEにおける機械設計・運動制御に関連するサブ会議においても，従来の研究分野における一般的なセッションの講演数が5～6テーマ程度であるのに対し，Compliant Mechanismに関するセッションでは1セッションあたり14～15テーマのセッションが2つ設けられ積極的な研究報告がなされていることから，この傾向はしばらく続くものと予想される．

14・1・2　ヒューマン・マシン・インターフェース設計

日本では高齢社会を迎えつつあり，さらなる医療技術の進展や福祉・介護システムの充実が必要となってきているが，そのためにはヒューマン・マシン・インターフェース設計に関する技術の進展と普及しやすい価格の装置開発が期待される．例えば，2016年3月にはVR用のヘッドマウントディスプレイ（HMD）が発売され[14]話題を集めたが，この装置のように新しい方式で，かつ，普及しやすい価格のヒューマン・マシン・インターフェース装置を利用した，新しい機器の開発が期待される．

本部門内には2013年度にヒューマン・マシン・インターフェース設計研究会が発足し，関連する研究発表がなされているが，最近の傾向として，これまで大学等の研究機関で得られた開発成果をさらに進展させ，製品化して普及させるための，様々な研究開発事例が報告されている．本部門が開催した第16回日本機械学会機素潤滑設計部門講演会（2016年4月，福井）および本会の年次大会（9月，福岡）ではそれぞれヒューマン・マシン・インターフェース設計に関するOSが設けられ，部門講演会では5件，年次大会においては7件の講演発表があった．これらの発表の中で，低価格で実現可能な歩行リハビリテーション装置[15]や，使いやすさを重視した抵抗トルク型ジョイスティックの開発[16]，ポータブル型の匂いと気流の空間分布提示装置など[17]の研究成果について報告がなされている．これらはいずれも，低価格，使いやすさや可搬性といった，実用面を重視した研究である．

〔山中　仁　沼津工業高等専門学校〕

14・2　機械要素

14・2・1　伝動要素

国内会議における研究発表は，本会の関連では，第16回機素潤滑設計部門講演会（2016年4月，あわら）において11件の講演発表，2016年度年次大会（2016年9月，福岡）において13件の講演発表が行われた．発表テーマの傾向については，遊星歯車の挙動・性能および内歯車のスカイビング加工に関してが，それぞれ3件と目立っている．

国際会議に関しては，The International Conference on Power Transmission（ICPT，2016年10月，重慶）が開催された．

以下，歯車技術分野の主だった論文を列挙する．歯車加工法に関して，内歯車のスカイビング加工用テーパカッタ設計法に関する研究[1]，内歯車のスカイビング加工に関する研究（切削動力に及ぼすカッタ諸元の影響）[2]，5軸マシニングセンタによるコンケーブコニカルギヤの設計製造システムの構築[3]などが報告された．歯車装置の振動については，遊星歯車装置の振動に関する基礎的研究：組立誤差の影響[4]，3Dプリンタ製平歯車の運転性能[5]，歯車対のかみ合い伝達誤差波形成分にする指先触覚応答特性[6]などが報告された．また，動力損失に関して，機構学に基づく3軸駆動遊星歯車機構のプラネットギアの瞬間回転中心と慣性モーメントの考察[7]，混合潤滑下における歯面かみ合い損失低減に関する研究[8]などが報告された．歯車の強度については，浸炭硬化鋼の転動疲労寿命に及ぼすレーザピーニングの影響[9]，はすば歯車のトロコイド干渉が歯面強度に及ぼす影響[10]，低合金焼結金属歯車の疲労強度[11]など最も多くの報告がなされた．さらに，計測技術に関しては，ホブ切り歯車の単一ピッチ誤差測定の新たな手法[12]，サーモグラフィの連写画像の合成に基づくハイポイドギヤのかみ合いモニターと熱回路網モデルに基づく歯面の温度予測[13]などが報告された．これらに加えて，JIS4形高精度複リードウォームギヤに関する研究（歯当たり解析と加工実験）[14]などの報告があった．

〔林田　泰　トヨタ自動車（株）〕

14・2・2　ねじ，軸受，案内，シール

第16回機素潤滑設計部門講演会では，ねじ関連の口頭発表が2件，軸受・案内関連の口頭発表が6件あった．2016年度年次大会講演会では，ねじ関連の発表が12件，軸受・案内・シール関連の発表が17件あった．

a．ねじ

ねじ要素では，ねじ部品の形状誤差によるトルク法締付けの締付け精度改善に関する研究[1, 2]や，ねじ締結用潤滑剤に関する研究[3]，油圧テンショナーを用いたボルト軸力の推定[4]などの研究が行われた．また高強度ボルトの場合に，ボルトに平均応力として作用する締付け軸力の影響が小さい理由についてこれまで明確にされていなかったが，そのメカニズムが解明された[5]．その他，ボールねじの高精度位置決めに関する研究[6, 7]が行われた．

b．軸受，案内

軸受要素では，円筒ころがり軸受を用いた自己予圧型ハイブリッド減速機における保持器の最適設計[8]や，軸受内部のグリース流動状態をX線CTにより視覚的に捉えた研究[9]が行われた．また，転がり疲労試験におけるはく離起点深さと残留応力の関係を調べた研究[10]や，スラスト玉軸受の電食リッジマークの形成過程を明らかにした研究[11]などが行われた．案内要素では，リニア駆動方式による直動転がり案内において，超精密位置決めの実現のために，非線形ばね特性を示す変位領域における摩擦挙動に関する研究[12]が報告された．

c．シール

シールに関する報告では，磁性流体を用いた非接触式シールの直動運動時の性能を，数値解析と実験の両面から調べた研究[13]がなされた．

〔橋村　真治　芝浦工業大学〕

14・3　アクチュエータ

14・3・1　アクチュエータ

本会関係では，本部門講演会が4月に開催され，アクチュエータシステムのセッションにおいて9件の発表が行われた．駆動原理としては流体，電磁，圧電と多様であるものの流体アクチュエータに関連した発表が多く，流体制御を利用したマイクロアクチュエータ[1]や，空気圧アクチュエータのリハビリ機器への応用[2]など，多様な研究成果が紹介された．9月の本会年次大会においては，次世代アクチュエータシステムのセッションにおいて13件の研究発表が行われた．ほぼ半数を油空圧を利用した流体アクチュエータに関する研究が占めている．以上のように，本部門関係では流体アクチュエータの研究が応用分野を広げながら引き続き活発に行われている．また，本会年次大会においては，基調講演として高分子電解質膜を用いた医療用アクチュエータ，先端技術フォーラムとして人と関わるアクチュエータ．その展開，と題する一連の講演が行われた．いずれも主として人に接する形で用いられるアクチュエータを対象としたしたものであり，医療・福祉関係機器のためのアクチュエータ，あるいは触覚・感覚提示に使用されるアクチュエータなどに関する紹介が行われた．皮膚感覚を提示するデバイス[3]や，パワーアシスト機器[4]に関連しても，アクチュエータ研究が多様な広がりをもって展開されていることが報告された．さらに，生産技術を含めたネットワーク化が進行する中で，センサと共にアクチュエータをネットワークに組み込んだ新たなアクチュエータ・センサネットワーク像を提案する取り組みも行われている[5]．本部門においては，先端アクチュエータ・システムの設計と応用に関する研究分科会が組織され，IoT時代におけるアクチュエータに関して今後の展開が模索されている．

他の国内学会においても，ロボット，情報機器など様々な観点からアクチュエータに関する研究発表が行われている．精密工学会においては，次世代センサ・アクチュエータ委員会が組織されており，春季大会（3月，千葉），秋季大会（9月，茨城）において次世代センサ・アクチュエータのセッションが企画され，春季に20件，秋季に14件と多数の発表が行われている．圧電アクチュエータをはじめとする固体アクチュエータに関する研究が多いことが特徴であり，その特徴を生かしたマイクロアクチュエータに関する研究[6]の他，材料物性を考慮した圧電アクチュエータの特性を明らかにする研究[7, 8]や，使用環境や駆動条件を考慮した圧電アクチュエータのモデル化に関する研究[9]など，多様な発表が行われている．また，計測自動制御学会システムインテグレーション講演会（12月，北海道），日本ロボット学会学術講演会（9月，山形）においては，ロボット工学の観点から，ロボットの駆動源としてのアクチュエータに関する研究発表が多数行われた．前者においては，人工筋肉を目指したソフトアクチュエータ・センサのセッションにおいて20件，アクチュエータと関連の深いソフトメカニズムのセッションで18件など，柔軟な素材を使用したアクチュエータとその応用に関して活発に発表が行われていることが特徴である．またロボット工学の分野では，ゴム材料を用いたいわゆる人工筋アクチュエータを油圧アクチュエータとして用いた例[10]や，制御性向上を目的とした油圧駆動システムの提案[11, 12]など，油圧アクチュエータについて新たな展開が見られる．

海外においては，隔年開催の国際会議であるActuator 2016（15th International Conference on New Actuators）が6月にドイツ・ブレーメンで開催された．従来から，圧電，磁歪，形状記憶合金などの固体アクチュエータから機能性流体の応用，油空圧等の流体アクチュエータなど，様々な原理に基づくアクチュエータに関して，特に産業応用を意識した発表が多数行われている．また，従来から日本の大学・研究機関において盛んに研究が行われてきたソフトメカニズム，あるいはソフトアクチュエータに関する研究が世界的に話題となり，欧米を中心に海外でも活発に研究が行われている．

14・3・2　センサ

センサ関係では，センサネットワークへ期待の高まりとともにマイクロセンサの分野で多様なセンサに関する研究が進められている．機械工学とも関連が深い電気学会センサ・マイクロマシン部門主催の「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム（10月，長崎）においては，様々なセンサ技術，また関係するマイクロアクチュエータ技術に関する研究発表が行われている．いわゆるMEMS技術の応用が中心であり，材料，構造，設計，加工プロセス技術について，マイクロデバイス作製の観点から機械工学とも密接にかかわる発表が行われている．特に近年は，センサネットワークとの関連から，電源に関する研究，特に環境発電，エナジーハーベスティングと呼ばれる小型発電機器に関する一連の研究が注目される．原理的には，静電，圧電，磁歪，電磁と多岐にわたっているが，このような流れを受けて圧電MEMSデバイス調査専門委員会が組織されるなど，デバイス研究の観点から圧電薄膜に関する研究が活発化していることが注目される．

〔神田　岳文　岡山大学〕

14・4　トライボロジー

2016年4月に開催された部門講演会では，軸受やトライボロジーに関する発表が39件あった．このうち硬質薄膜・固体潤滑剤のセッションにおける発表が9件，基調講演でも「重工業における固体潤滑技術の適用事例」が報告されていた[1]．他には，計測評価法に関する発表7件，表面テクスチャに関する発表5件，軸受に関しては滑り軸受に関する発表4件などが目立っていた．2016年9月の年次大会では，「水素利用における機械要素とトライボロジー」のセッションが企画された点が目新しい．同セッションは，「水素ガス雰囲気における炭素繊維充てんPTFEの摩擦・摩耗に及ぼす微量水分量の影響」[2]など九州大学を中心に7件の発表があった．これらの発表からは，硬質薄膜・固体潤滑剤，表面テクスチャリングに関する研究が活発に行われており，最近の傾向がそのまま続いていることがわかる．また，滑り軸受に分類された発表で，カーボンファイバーブラシの固体潤滑作用と表面テクスチャを組み合わせている研究[3]など，応用面の広がりもある．なお，機械学会（特に当部門）が関連する国際会議については，2016年には目立った会議は開催されなかった．

論文発表について，日本機械学会論文集には，軸受に関する報告として，「複列円すいころ軸受の転動体荷重に与える内部すきまの影響」[4]など2報が「材料力学，機械材料，材料加工」に分類され，特にトライボロジーを主対象とした報告として，「フェノール樹脂複合材の摩耗特性に対する雰囲気効果（大気中水分効果の検証と摩擦分解ガス効果の提唱）」[5]など3件が「設計，システム，製造」に分類されて掲載されていた．一方，Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturingでは，foil bearingに関する報告が4件あったのが目立った[6]．他には，トライボロジー特性の向上を目的としたレーザー加工に関する報告が2件あった．例えば，静脈瘤用のクリップの摩擦を高めるために，レーザーを用いて数十ミクロンピッチのパターンを作製し，摩擦係数を測定した結果が報告されている[7]．

Web of scienceに採録されている2016年の論文で，トライボロジーや摩擦に関する論文を俯瞰すると，ナノ材料を利用した複合材料に関する報告[8]など低摩擦材料に関する論文が多く引用されている傾向があるようである．トライボロジーに関する研究としては，低摩擦化の追求が今後も中心となっていくと予想される．

〔安藤　泰久　東京農工大学〕

 

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