14. 機素潤滑設計
14.1 機械設計
14.1.1 機械設計・運動機構
COVID-19の影響により，2020年度から2021年度における多くの学会がオンライン開催となっていたが，2022年度には徐々に学会が対面開催される機会が増えてきた．2022年9月の日本機械学会年次大会は，富山大学において3年ぶりに現地開催された．機素潤滑設計部門企画（機械設計技術企画委員会起案）の基調講演・先端技術フォーラムでは，全体のテーマを「ケーブル・ワイヤ駆動ロボットの基礎と実用化」とし，基調講演では「高強度化学繊維ロープを用いたワイヤ駆動系の基礎と実ロボットへの応用」（1），先端技術フォーラムでは「パラレルワイヤ駆動と筋骨格システム」（2），「ワイヤ懸垂系のロボットへの応用」（3），「網状索道自走ロボット」（4），「パワーアシスト技術とワイヤアシスト機構の親和性」（5），「ワイヤ吊り下げ型目視点検ロボット Rope Stroller」（6）などの国内の大学におけるケーブル・ワイヤ駆動ロボットの基礎と応用の研究発表が行われた．機械設計・運動機構に関連するオーガナイズドセッション「機械システムにおける機構の設計と要素技術」では，リンク機構（7）やテンセグリティ構造（8）などの機構本体の基礎的な研究に加えて，スクロール圧縮機（9），ロボットハンド（10），パラレルロボット（11）などの具体的な機械・ロボットに組み込んだ機構設計に関する研究発表が行われた．機素潤滑設計部門講演会は2021年12月に引き続き2022年12月にオンライン開催され，「機構・運動」セッションにおいて，速度ベースメカニカル安全ブレーキ組込み機構（12），球面パラレルリンク機構（13），受動直進ジョイントを用いた全方向移動ロボット（14）や臭跡検知機構（15）などに関する研究発表に加えて，アクティブステアリングホイールシステムの設計（16）や手押し台車の振動制御性能評価（17）に関する研究も報告された．
日本機械学会論文集では，球対偶を有するパラレルロボットの研究（18），変位縮小機構と電磁アクチュエータを用いたインチワームの研究（19），広い作業領域を有するワイヤ駆動型連続体ロボットの研究（20），2自由度平面差動ベルト駆動ロボットの動的非干渉化設計（21）などのさまざまな機構を応用した機械システムの研究が報告されている．また，英文論文誌 JAMDSM （Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing）では，スクリュー理論に基づく移動ロボットによるパラレルリンク機構の研究（22）などが報告されている．
14.1.2 ヒューマン・マシン・インターフェース設計
2022年8月に現地開催予定であった，日本生活支援工学会，日本機械学会，ライフサポート学会共催で，リハビリテーション，生活支援，生体計測，制御分野等に関連するおける技術研究開発に関連するLIFE2022がCOVID-19の感染拡大の影響により急遽オンライン形式に変更されて開催された．「医療福祉ロボット」のオーガナイズドセッションが設けられて，足荷重の視聴覚呈示機能を有した歩行訓練システム（23），振動スピーカを用いた歩行促進器（24）などの歩行支援装置に加え，背屈サポートユニットの開発（25），無動力アームサポートスーツ（26），血管内自走カテーテルの設計（27）などのサポート装置や医療機器に関する研究発表が行われた．
2022年12月にオンライン開催された機素潤滑設計部門講演会の「アシスト・ウエアラブル」セッションにおいて，歩行補助装置（28）（29），歩行訓練装置（30）やウェアラブルチェア（31）などの研究が講演された．
〔武居 直行 東京都立大学〕
14.2 機械要素
14.2.1 伝動
国内会議における研究発表は，本会の関連では，2022年度年次大会（2022年9月，富山）のOS「伝動装置の基礎と応用」にて12件の講演発表が行われた．また，第21回機素潤滑設計部門講演会（2022年12月，オンライン開催）も開催され，伝動要素関連の発表は9件であった．国際会議に関しては，The 8th International Conference on Gears 2022（VDI，2022年9月，ミュンヘン）が開催された．日本からは13件の発表があった．
以下，歯車技術分野の主だった論文を列挙する．最初に歯車加工法について述べる．スカイビング加工時の切りくずを運動学モデルで計算した研究（1），パワースカイビング加工をフェースギヤの加工に適用した研究（2），ホブ切りされた歯車を人工知能により判別しホブ盤を診断するシステムの研究（3）（4），波動歯車装置のかみ合い挙動に対する製造パラメータの影響を調査した研究（5）などが報告された．
歯車装置の振動については，平歯車ポンプの歯面修整の最適化により振動と騒音の低減を試みた研究（6）などが報告された．
歯車の設計に関しては，小型ロボット用にトロコイド歯車減速機の小型軽量化を試みた研究（7），ステアリング用ラック&ピニオンのかみ合い解析結果を実証検証した研究（8），小歯数差の内ベベロイド歯車対のかみ合い率を有限要素法により計算する方法の提案（9），接触経路を考慮してかみ合い伝達誤差制御曲線を持つフェースギヤの特徴と有効性を調査した研究（10）などが報告された．フェースギヤの歯面を幾何学的に導出し有効歯面を評価する研究（11）では，導出した計算式からねじれ角などのパラメータを変化させて有効歯面の領域を定量的にとらえる方法を示した．導出方法を図1に示す．最初に，図1（a）のようにフェースギヤの軸直角断面上におけるピニオンの歯形輪郭を得る．次に，ピニオン回転角と位相角から包絡面として作図したフェースギヤ歯形を図1（b）に示す．最後に，断面高さを変化させることで図1（c）に示すフェースギヤ歯面を得ることが可能となっている．直交ギヤや遊星歯車などには未解明の研究領域が多くあるが，幾何学的な手法やかみ合い解析による解明が進んでいる．
図14-2-1 フェースギヤ歯面の創成
歯車の強度に関しては，高面圧かみ合い時の歯面温度を動的熱電対法により計測し摩擦損傷を調査した研究（12），フィルタードアークPVD法により歯車に成膜したDLCコーティングのはく離特性を検討した研究（13），平歯車の歯面粗さが歯の摩耗に与える影響の研究（14），歯面を高度に平滑化した歯研歯車の摩擦係数と潤滑油膜厚さの関係性の研究（15），スパイラルベベルギヤのピニオンに小型リブを付加して歯の曲げ強度を低減させる研究（16）などが報告された．歯車の強度は，歯元や歯面強度の研究のみではなく，歯面粗さや接触温度及び潤滑状態など，摩耗損傷を解明する様々な取り組みがなされている．また精密計測だけではなく，FEM解析による現象の詳細な把握も注目されてきている．
計測技術に関しては，導電性インクを歯車に印刷したスマートギヤのアンテナの周波数特性を計測して負荷サイクル数の増加の影響を調査した研究（17），畳み込みニューラルネットワークの機能と分類を学習する機能を使用した歯車の新しい故障診断法の提案（18），スマートギヤの温度変化が周波数特性に及ぼす影響を調査した研究（19）が報告されている．このスマートギヤは，非接触状態で歯車の稼働状況を監視するシステムで，設備保全の観点からも注目される技術である．
プラスチック歯車に関しては，半芳香族ポリアミドに添加剤を用いて歯車用材料としての効果を実験により評価した研究（20），プラスチックねじ歯車の負荷特性に及ぼすグリースの添加剤の影響を実験的に検討した研究（21），間欠運転がプラスチック歯車の寿命に及ぼす影響を調査した研究（22），射出成形ポリアセタール平歯車にセルロースナノファイバを添加しその添加量が運転性能に及ぼす影響を調査した研究（23），プラスチック内歯車の歯形係数および応力修正係数を計算し歯元曲げ応力の変化を明らかにした研究（24），さまざまな負荷条件の耐久試験によりPOM 歯車の負荷容量を調査した研究（25）などが報告された．このようにプラスチック歯車に関しては，SDGsの観点から近年熱心に研究されており，実際に市場で幅広く実用化されている．
また，動力損失に関して，医療用X線CTと駆動傾斜装置を組み合わせた装置を開発し，自動車用トランスミッションのオイル挙動を三次元で可視化した研究（26）が報告された．従来の可視化では，図2に示すような透明ケースや可視化穴を開ける方法が用いられたが，構造物に遮られて深部の可視化が困難であった．X線CTによる可視化では，図3に示すようにオイル挙動の可視化が可能となった．これにより，効率的なトランスミッションのオイルレベル開発が期待できる．
図14-2-2 従来の可視化 図14-2-3 CTによる可視化
これらに加えて歯車以外では，無段階に変速比を選択できる金属ベルトCVTに関する研究として，エレメント間圧縮力を測定してエレメントとプーリ間の周方向摩擦係数を算出し，エレメントの動力伝達挙動を考察した研究（27），金属平ベルトによる摩擦伝動時の張力分布とスリップ率の変化をオイラー理論により明らかにした研究（28），熱流体解析を用いてトラクションドライブのローラの表面温度を高精度に推定した研究（29）などが報告された．
そのほか，異なる楕円を組合せた自転車用双楕円スプロケットをCADで設計する手法の提案（30），ねじを使用した新しい遊星ローラ伝達装置の提案（31）などが報告された．
〔井上徹夫 株式会社シマノ〕
14.2.2 ねじ，軸受，案内，シール
2022年度年次大会講演会では，締結ねじ関連の発表が5件，送りねじ関連の発表が1件，軸受関連の発表が4件，シール関連の発表が1件あった．第21回機素潤滑設計部門講演会では，ねじ関連の発表が3件，軸受関連の発表が8件あった．
a．ねじ
締結ねじでは，ねじ山の接触部へ入射した超音波の透過波から緩みを診断する研究（1），ボルト頭部の画像から軸力を計測する研究（2）などがあった．
b．軸受
滑り軸受に関する研究としては，軸受の油膜特性の解析から低周波振動の発生の原因についての研究（3），２溝付き真円軸受の熱流体潤滑モデルについての研究（4），ディンプルを有するスラスト軸受の潤滑特性についての研究（5）などがあった．
転がり軸受に関する研究としては，鉄道車両用軸受けの荷重と軸受すきまの影響についての研究（6） ，転動体の保持器の摩耗についての研究（7） ，鉄道車両の歯車装置に円すいころ軸受とつば付き円筒ころ軸受を使用した場合の比較についての研究（8）などがあった．
c．シール
シールに関する研究としては，階段型ラビリンスシールの動特性を実験及び解析により評価した研究（9）などがあった．
〔岡田 学 長野工業高等専門学校〕
14.3 アクチュエータ
対面形式で実施された日本機械学会2022年度年次大会（2022年9月11日～9月14日，富山大学 五福キャンパス）において，機素潤滑設計部門とロボティクス・メカトロニクス部門のジョイントオーガナイズドセッション「次世代アクチュエータシステム」が実施された．本セッションでは4件の口頭発表と6件のポスター発表の計10件の講演が行われた．機能性流体，形状記憶合金，空気圧アクチュエータ，磁歪アクチュエータなどに関する研究成果が報告された．同大会において，香川大学 佐々木大輔 教授から「人間支援のための空圧要素技術の開発」と題した基調講演が行われた（1）．人の支援を目的とした空気圧アクチュエータの駆動システムを実現するための，携帯性のある容積可変型タンク，小型エアオペレートバルブの開発について説明がなされた．また，先端技術フォーラムにて「人とともにあるアクチュエータとは」が企画され4件の講演が行われた．人と物理的なインタラクションをもつ機械システムの開発において考慮すべき生理現象・身体運動，有効性の高いアクチュエータ技術などについて幅広い議論がなされた．
機素潤滑設計部門が主催する日本機械学会 第21回機素潤滑設計部門講演会（2022年12月5日～12月6日）は，オンライン開催にて実施された．アクチュエータ関連のセッションである「次世代アクチュエータとその応用」では7件の口頭発表が行われた．実用化に向けた発展可能性が高い，アクチュエータの応用メカニズムに関する講演が多くみられた．また，基調講演として，立命館大学 安積欣志 客員研究教員（教授）から「高分子アクチュエータの研究開発と応用」と題した講演が行われ，イオン導電性高分子アクチュエータ，ナノカーボン高分子アクチュエータなどの高分子アクチュエータに関する基礎と応用が報告された（2）．
ロボティクス・メカトロニクス部門が主催する日本機械学会 ロボティクス・メカトロニクス講演会2022（2022年6月1日～6月4日）は，現地会場（札幌コンベンションセンター）とオンライン会場のハイブリッド形式にて開催され，様々なセッションでアクチュエータに関連する研究発表が行われた．「アクチュエータの機構と制御」，「ソフトロボット学／フレキシブルロボット学」，「フルードパワーロボティクス」のセッションでは99件の発表があり，アクチュエータ技術が中心となる多くの研究成果が報告された．
近年，柔軟材料から構成されるソフトアクチュエータ・人工筋肉に関する研究が盛んに行われてきている．2022年においても，その傾向は続いており，アクチュエータ関連の発表の中で高い割合を占めていた．今後，これらを利用した機械システムの実用例が増加していくことが予想される．
〔脇元修一 岡山大学〕
14.4 トライボロジー
2022年度に開催されたトライボロジーに関係する主要な国内会議は，日本機械学会が主催した年次大会（9月11日-14日 富山大学）（1），そして日本トライボロジー学会が主催したトライボロジー会議 春 東京（5月23日-25日 オンライン）（2）およびトライボロジー会議 秋 福井（11月9日-11日 フェニックス・プラザ）（3）であった．
トライボロジー会議 春 東京では，総数約150件の講演が行われたが，通常セッションに加えて複数のシンポジウムセッションも開かれた．企画されたシンポジウムセッションは，「工業用途潤滑剤の最新動向－基油・添加剤・メンテナンス技術の進展」，「電気接触とトライボロジー」，「フラーレン添加油剤の可能性」の3件である．また特別講演として，経済産業省 資源エネルギー庁の富永和也氏による「気候変動対策のカギを握る，CCUS／カーボンリサイクル技術の取組と展望」および株式会社テクノバの丸田昭輝氏による「水素・アンモニア・合成燃料をめぐる世界の動向」の2件の講演が行われた．近年，機械の省エネルギー化およびエネルギーの確保は喫緊の課題であり，そのような昨今の技術動向を色濃く反映したものであった．
トライボロジー会議 秋 福井は，久しぶりの現地対面開催での会議となり，総数約230件の講演が行われた．企画されたシンポジウムセッションは，「自動車のトライボロジー技術の最前線」，「境界潤滑膜の現在と未来」，「シールにおけるトライボロジー技術」，「フラーレン添加油剤の将来展望」，「次世代教育について考える～他学協会との交流～」の5件であり，特に最初の3つは自動車のEV化の流れに伴う技術開発動向に関する発表が多かった．
また，2022年度は，トライボロジー分野最大の国際会議であるWorld Tribology Congress（7月10日-15日）（4）がフランス・リヨンにて開催された．久々の現地対面開催での国際会議であったこともあり，4件のプレナリートーク，4件のキーノートスピーチ，41件の招待講演，700件超の一般口頭発表および300件超のポスター発表と，極めて大規模な会議となった．基礎から応用まで数多くの講演が行われたが，新しい摩擦材としてはソフトマターやカーボンなどの2次元材料に関する研究発表が，総合的な機械システムとしてはやはり新エネルギー政策や自動車のEV化に対応し得る技術開発に関する研究発表の増加が目立った．
〔平山朋子 京都大学〕