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7回日韓機素潤滑設計生産国際会議（以下，ICMDT2017）（4月，韓国・済州島），ならびに本会年次大会（9月，埼玉）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．ICMDT2017は本部門と韓国機械学会（KSME）共催の国際会議であり，2年に一度日韓交互の会場で開催されている．またこの会議は，毎年開催されている機素潤滑設計部門講演会も兼ねている．ICMDT2017におけるセッションで機械設計・運動機構に関するものは，Machine Design/Machine ElementsとKinematic Design and Roboticsの2つのセッションであるが，これらのセッションでは34件の講演があった．この講演会ではポスターセッションも同時に開催されたが，関連する研究は約30件ほどであった．またこの講演会では，東京都立産技高専 深谷直樹准教授による「Development of Assistive Technology using Linkage Mechanisms」と題する基調講演[1]があり，ロボットハンドやゲタロボット，歩行アシスト装置等，リンク機構を高度に発展させた事例として紹介された．年次大会におけるセッションでは，受動対偶を介して直列結合される1自由度脚機構ユニットからなるムカデ型多脚ロボットの歩行制御[2]，差動ネジ駆動機構の力学的な分類と統合[3]，電磁アクチュエータとトグル機構を用いた高速・高分解能直動インチワームメカニズム[4]，受動クローラによる階段昇降機構のステップフィールドへの応用[5]，力覚提示装置用3-USR形ハイブリッドパラレル機構の設計[6]，人体の脚部と腰部の構造を模擬した受動機構による2足歩行[7]など，機械設計に関する10件の報告が行われた．さらに年次大会では広島大学 高木健准教授に「情報処理の機能を持つ機構」と題する基調講演[8]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「ロボット・産業機械における最新の機構設計」というテーマで，各分野の専門家による講演があり，ソフトロボットの設計論[9]，メカトロ機器開発の上流設計[10]，自動車機器における機構の応用事例[11]等，最新の設計論及び設計事例の紹介がなされた．

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 2017 International Design Engineering Technical Conferences（IDETC）and Computers and Information in Engineering Conference（CIE）（8月，アメリカ・オハイオ州クリーブランド）が開催された．また，IFToMM（International Federation for the Theory of Machines and Mechanisms）の関連では，2nd International Symposium on the Education in MECHANISM AND MACHINE SCIENCE（ISEMMS2017）（11月，スペイン），International Symposium on Robotics & Mechatronics 2017（ISRM2017）（11月，オーストラリア），第23回シンポジウム（6月，東京），が開催された．2016年度同様，ASMEでは近年Compliant Mechanism（部材の変形を利用した柔なメカニズム）に関する研究が活発である．2017 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，Compliant Mechanismに関するセッションでは1セッションあたり11～12テーマのセッションが2つ設けられ，多くの研究報告がなされており，さらには関連するワークショップも開催されている．

14・1・2　ヒューマン・マシン・インターフェース設計

少子高齢化社会を迎える現代において，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望まれる．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する等，この分野に関する研究報告が部門講演会をはじめとした様々な講演会，あるいは年次大会で活発に行われているが，これらの講演会の中では得られた開発成果を製品化して普及させるための様々な機構やシステムの提案，検証・評価，性能改善などの研究事例が報告されている．本会の年次大会（9月，埼玉）ではヒューマン・マシン・インターフェース設計に関するセッションとして「人間支援・協調機械設計」が設けられ，12件の講演発表があった．これらの発表の中で，メカニカル安全装置を搭載した膝関節用アシストスーツの開発[12]，体位変換・床面移動を考慮した介護用ベッドの床面変形機構の検討[13]，バスシートにおける高齢者起立補助機構の解析[14]は，高齢者あるいは高齢化に伴う運動促進を目的とした研究事例であり，早期の実用化が期待されるものである．またこのセッションでは，リアルタイム2次元感情評価を用いた歩行補助機の開発[15]や畳み込みニューラルネットワークを用いたフレーム間差分画像による手話動作識別の検討[16]，ニューラルネットワークを用いた排泄事前予測システムの提案[17]，操作入力と全身振動暴露評価予測に基づいた電動車いすの小段差踏破支援システムの開発等[18]，高度なソフトウェアの提案，あるいは高度なソフトウェアと機構とを融合した新たなシステムの提案があった．従ってソフトウェアと機構の融合も，今後のヒューマン・マシン・インターフェース設計に関する研究のテーマの柱となることが予想される．

〔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，2017年度年次大会（2017年9月，埼玉）のOS「伝動装置の基礎と応用」にて16件の講演発表が行われた．

国際会議に関しては，当部門主催の動力・運動伝達系国際会議MPT2017（2017年3月）が京都テルサで開催され，海外13ヶ国・参加者251名と成功裏に終了した．日韓合同の第7回機素潤滑設計生産国際会議（ICMDT2017，2017年4月，済州）が開催された．また，International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference（ASME，2017年8月，クリーブランド），The 7th International Conference on Gears（VDI，2017年9月，ミュンヘン）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]，5軸加工機による新たな歯形形状インボプランナーベベルギヤの製造法に関する研究（図1）[2]，3D-CADを用いたねじ状砥石によるすぐばかさ歯車の創成研削加工に関する研究[3]などが報告された．

歯車装置の振動については，ボンドグラフに基づく遊星歯車機構のねじり連成振動解析[4]，フェースギヤTE制御曲線に沿った座標測定による魚釣り用リールの巻き心地の研究[5]などが報告された．また，動力損失に関して，プラスチックねじ歯車の歯面温度上昇量に対するモジュールの影響の研究[6]，面性状による歯車かみあい損失低減についての研究[7]，非対称歯形歯車のかみ合い効率に関する研究[8]，円筒ころ軸受を用いた可変予圧型ハイブリッド減速機の動力伝達効率向上に関する研究[9]，ラック&ピニオンの伝達効率試験装置の損失測定[10]などが報告された．歯車の強度に関しては，高強度歯車材の評価のための歯車負荷状態を模擬した接触・回転曲げ疲労試験機（CBF試験機）の開発（図2）[11]，動力伝達用歯車の歯面強度に関する残存寿命を歯面の半価幅の変化により推定する研究[12]，浸炭硬化鋼の転動疲労寿命に及ぼす空気式ショットピーニングの影響の研究[13]などが報告された．

さらに，計測技術に関して，従来の硬質ニッケルメッキの代わりに単一の金属を用いる硬化歯車の高面圧時表面温度評価手法の基礎的研究[14]，歯車位相に同期した画像取得と画像解析によるき裂長さの定量化に関する研究[15]，AEセンサを用いた歯車装置の異常予兆検知[16]などが報告された．これらに加えて，貞享5年（1688年）に製作された和時計用に用いられている歯車の形状精度や回転性能，材料組織を評価し，和時計から日本の歯車の源流を探る研究（図3）[17]が報告された．

〔古賀　英隆　いすゞ自動車（株）〕

14・2・2　ねじ，軸受，案内，シール

第7回機素潤滑設計生産国際会議（ICMDT2017）兼第17回機素潤滑設計部門講演が2017年4月19～22日，済州島において行われ，ねじに関して3件のポスター発表と2件の口頭発表が，軸受に関して3件のポスター発表と1件の口頭発表が行われた．2017年度年次大会（2017年9月3～6日，埼玉大学）ではねじに関する20件の口頭発表と，軸受，案内，シールに関する口頭発表が11件あった．

a．ねじ

ねじに関しては，厚膜型無機ジンクリッチペイントを施した高力ボルト摩擦接合継手の安全性に関する研究[1]，複半月充填支圧ボルトによって締結された高強度梁鋼継手の強度特性に関する研究[2]，ボルト・ナット締結体において，ボルトをトルク法で締めざるを得ない場合に発生しうる，ボルト軸部とボルト穴との接触によるトルク損失によって生じる予張力不足を回避することを目的とした研究[3]，遠心力が繰返し作用する締結体の安全性に関する研究[4]，チタン材を用いて製造されたボルトによって締付けられた締結体の温度特性に関する研究[5]，ねじのゆるみ可視化に関する研究[6, 7]，回転ゆるみ防止を目的としたボルト製品の開発に関する研究[8]，火災時の温度上昇に伴う高力ボルト継手の変形予測に関する研究[9]，軸方向繰返し外力下におけるボルトの回転ゆるみに及ぼす，潤滑剤とボルト座面形状の影響に関する研究[10]，塗装条件及び暴露期間が接合面のすべりに及ぼす影響に関する研究[11]，マシニングセンタによる高硬度材のねじ成形に関する研究[12]などの報告があった．

b．軸受

軸受に関しては，ジャーナル油膜軸受の安定性を向上させる施策として，2つの給油口をもつ構造を提案し，CFDと可視化実験より安定化メカニズムについて考察した研究[13]，ショットピーニングを施した軸受鋼の平滑面に対し，異物が混入した潤滑油中で転がり疲労試験を実施し，表面硬さ向上と圧縮残留応力が疲労寿命に及ぼす影響について調査した研究[14]，深溝玉軸受の内輪に微小ドリル穴を付与した破損モデルにおいて求めたモードII応力拡大係数と疲労強度に関する研究[15, 16]，ループ型カーボンファイバーブラシを用いたすべり軸受の軽量化・トルク低減効果に関する研究[17]，スプール形正逆回転動圧グルーブ気体軸受の軸受諸元の最適選定に関する研究[18]，軸受鋼に侵入して寿命低下の原因となる水素を，鋼中に元来含む成分と外部から侵入した成分を区別するため，重水素雰囲気の四球試験を実施し，球内部への拡散の様子などを考察した研究[19]，分解・再組立が容易なスラスト玉軸受を用い，電食を原因としたリッジマークの成長を顕微鏡で定量的に観察し，振動加速度の変化との関係を調査した研究[20]，レシプロ圧縮機のジャーナル軸受が，ピストン圧縮力によって振れ回ることによる片当たりで発生する摩擦・摩耗の防止策としてベルマウス形状のプロファイル適用を提案し，実機を模擬した試験を通じてその効果の実験的検討を行った研究[21]などの報告があった．

c．案内

案内については，熱膨張のために位置決め精度に大きな影響を及ぼすボールねじのナット外筒に水による冷却ジャケットを設けることの効果を実験的に検討した研究[22]などの報告があった．

d．シール

シールについては，ドライガスシールへDLC膜を適応させる際の材料設計指針を得るため，窒素ガス下における面同士の接触を考慮した摩擦摩耗特性を実験的に検討した研究[23]，ポンプの軸封装置として用いられるメカニカルシールにおいて，高温下で耐摩耗性の高い新材料の適用が望まれていることを背景に，水素含有DLC膜の相手材としてセラミックスの摩耗特性へ及ぼす影響を実験的に検討した研究[24]などの報告があった．

〔古川　朗洋　（株）青山製作所〕

14・3　アクチュエータ

本会の講演会では9月の年次大会（埼玉大学）において例年通りジョイントセッション「次世代アクチュエータシステム」が企画され，10件の講演発表があった．この中で誘電エラストマーアクチュエータの基本特性[1]ならびに応用[2]に関する研究が紹介された．同アクチュエータは高分子（エラストマー）を伸縮可能な電極で挟んだ簡易な構造をしており，これより各種人工筋としての応用展開が期待されている．また，同講演会においては岡山大学神田岳文教授より「圧電アクチュエータの特殊環境展開」と題した基調講演が行われ，先端技術フォーラム「インフォモーション工学―IoT時代のアクチュエータ―」においては5件の講演が発表された．インフォモーション工学とはIoTの考えをアクチュエータにも拡張したもので，情報網とアクチュエータ網を統合し，新たなサービスの展開をはかるものである．このような新たなアクチュエータのあり方を議論するため，本会において「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」が設置されている．

一方，本会のロボティクス・メカトロニクス部門講演会が2017年5月に福島で開催され，関連OS「アクチュエータの機構と制御」において36件の講演発表があった．また，本会以外の講演会として，日本ロボット学会学術講演会が2017年9月に東洋大学で開催され，関連するセッション「人工筋アクチュエータ・センサシステム」で11件，「アクチュエータ」において12件の講演が発表された．計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会が2017年12月に仙台で開催され，「ソフトメカニズム」のセッションでは17件の講演発表があった．流体アクチュエータに関しては日本フルードパワーシステム学会主催の国際会議The 10th JFPS Int. Symp. On Fluid Powerが2017年10月に福岡で開催され，油圧，空圧，機能性流体などの流体アクチュエータ・センサーに関するトータル166件の講演発表が行われた．

近年，柔軟材料で構成されたアクチュエータやセンサによるソフトロボティクスの分野が注目されている．その背景には3Dプリンターによる柔軟材料の容易かつ迅速な成型，世界的な高齢化による人間支援分野への応用の必要性，産業分野における柔軟ハンドリングの実用性などが挙げられよう．2014年から専門のジャーナルが刊行され，またインターネットサイト[3]ではその作成過程から制御方法や機構解析に至るまでが詳細に解説されており，本研究分野の裾野の広がりが今後も期待できる．

〔高岩　昌弘　徳島大学〕

14・4　トライボロジー

2017年4月に開催された第7回日韓機素潤滑設計生産国際会議（ICMDT2017）では，トライボロジーに関する発表が40件以上あった．このうち口頭発表では，Coatings & Surface Modification関連のセッションで17件（半数以上がトライボロジーに関連した内容），Friction and Wear MechanismやContact Mechanicsに関連するセッションで11件，Hydro-dynamic／Static Lubrication／Lubricants／Lubrication Failureで6件があった．ポスターセッションでは，トライボロジーに関連した発表が15件あり，そのうちMicro/Nano Processing & Micro/Nano Tribologyに分類された発表が11件あったのが目立っていた．この会議は韓国側からは加工技術に関する発表が多いことも手伝ってか，全体的な傾向として成膜や表面処理，及びそれに関連した評価に関する発表が多かったようである．2017年9月の年次大会では，「トライボロジーの基礎と応用」で15件の発表があった．全体的な傾向としては，例えば「ISO清浄度コードとメンブランパッチの色に基づいた潤滑油汚染診断法」[1]など産業機器や工業製品に関する研究内容が多かった．昨年多かったテクスチャリングに関する発表は，今年に関しては少なかった．

論文発表について，日本機械学会論文集には，トライボロジーに関連して9件の報告があった．そのうち「ショットピーニングを施した軸受鋼の異物混入潤滑下における転がり疲労挙動評価」[2]をはじめとして転がり疲れに関する報告が3件，AE法を併用したDLC膜の繰返し荷重試験を扱った報告[3]など，材料の疲労寿命に関連する論文が4件掲載されていた点が眼を引いた．Mechanical Engineering Journalには，Ni-P合金の摩耗[4]やPEEK材と鋼の間の潤滑特性[5]など，摩耗や摩擦を直接扱った報告が4件あった．Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturingには，高いアスペクト比を有する表面構造により疎水性を示す寿命が伸びるという報告[6]があったが，それを除くと摩擦圧接や工具加工面の摩擦係数低減の効果に関する研究など加工をメインにしている報告などが目につき，トライボロジーが中心となっている報告は少なかった．これらの3誌に共通の特徴として，磁気ディスク，ポンプ，人工関節，ドリル，CVT，歯車など実用的な製品を具体的に取り扱っている報告が多く見られた．

Web of scienceに採録されている2017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，テクスチャリング，ナノ材料，イオン液体を扱った論文が多く引用されている傾向があるようである．

〔安藤　泰久　東京農工大学〕

 

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