教員紹介
丸山 広樹助教
専門分野：機械要素・トライボロジー・機械設計
- 主な担当科目
- 基礎機械設計、基礎機械製図、機械設計、機械製図、CAD演習、応用機械設計製図
研究業績など：千葉工業大学 研究者情報
- 研究室概要
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適材適所な機械要素の開発！
「使用する環境に適した性質や性能を持った機械要素を開発する」
機械は、様々な環境で使われるようになりました。多くの材料を溶かしてしまうような強酸（硫酸・塩酸・硝酸････）液中やそれらが飛散する環境で使用される機械や、油で潤滑することができない真空中に可動部を持つ機械も少なくありません。また、オフィスや一般家庭にも設置される機械が増える中、騒音を減らすことへの要求も、さらに高まってきています。
研究室では、このような過酷な環境や使用条件に適応できる機械を作るために、機械要素の開発の面からアプローチしています。 - 研究キーワード
- 非金属機械要素・プラスチック転がり軸受・セラミック転がり軸受・プラスチック歯車・表面損傷・摩耗・寿命設計・騒音
1. 高機能プラスチック機械要素の開発に関する研究
耐熱性や耐薬品性に優れた高機能プラスチック材料を使った転がり軸受（図1）や歯車の開発とその設計手法を構築するための研究を行っています。この軸受や歯車は、強酸の中や真空中でも使えるため、一般に金属材料にとって過酷な特殊環境下で稼働する機械や装置の部品としてのニーズが急増しています。PEEK（ポリエーテルエーテルケトン）は、摺動部材に適用できる代表的な高機能プラスチック材料ですが、このPEEKは、摺動面（歯車の歯面や軸受の軌道）に図2のような表面損傷（剥離）が発生し易い問題を抱えていることがわかってきました。そして、現在、この表面損傷の発生原因を明らかにして、損傷の発生を抑制する方法を探っています。
図1 プラスチック玉軸受
2. セラミック転がり軸受の性能評価に関する研究
セラミック転がり軸受は、四半世紀前にはすでに製造されていたにもかかわらず、経済性（価格）の問題から、一般の機械や装置に組込まれることはほとんどありませんでした。しかし、最近では、比較的安価な外国製のセラミック転がり軸受（図3）が容易に入手できるようになり、特に特殊環境下への適用に期待が持たれています。しかし、軸受メーカがこの軸受の性能や設計方法を明示していないために、安全性や信頼性が疑問視され、導入をためらう向きも少なくない現状にあります。そこで、この外国製のセラミック玉軸受の作動試験を行って、損傷の形態や作動特性を明らかにすることに取組んでいます。そして、作動環境や作動条件によって、保持器の摩耗粉が外輪の割れを誘発すること、球と軌道の摩耗が軸受の性能と寿命を左右すること、軌道面に表面損傷が発生すること、軸受の寿命が損傷の形態によって大きく異なることなどを明らかにしてきました。現在は、さらに作動環境を変えた試験を行い、これらの結果をもとに、環境に適合した適切な設計方法を提案して、この軸受の用途を拡大することを企んでいます。
3. 特殊クラウニング歯車による騒音低減に関する研究
最近では、オフィスや一般家庭で稼働する機械（コピー機、プリンタなど）が急増し、騒音の低減に対する要求も厳しさを増しています。その騒音の発生源の一つが歯車です。これらの機械には、プラスチック歯車が使用されています。プラスチック歯車の騒音を低減するための代表的な方法は、より振動吸収性や摺動性の高い材料を選定することや、高精度の歯車装置を製作することです。しかし、設計上の制約から材料の変更が許されない機械や、経済的な制約から歯車の精度やその取付精度を向上させることが難しい機械も少なくありません。そこで、精度の悪い歯車であっても、組み立てるときに生じる狂い（軸間距離が大きくなる・軸が傾くなど）がよって騒音が大きくならない特殊クラウニング歯形を発案しました。図4がこの特殊クラウニング歯形のイメージです。そして、クラウニング量の異なるポリアセタール歯車を射出成形で試作して運転試験を行い、適切な量のクラウニングを施すことによって騒音低減に効果があることを確認しました。現在は、クラウニング量と騒音の低減効果の関係や、歯面の摩耗と歯形変化に伴う騒音低減の持続性、歯車の耐久性などを確認しています。なお、この研究は、特殊クラウニング歯形、金型の製作方法と歯車の成形方法、歯車の検査方法と性能評価などの一連の工程に対する独自性について、特許を出願しています。
図4 特殊クラウニングのイメージ