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通商産業省 工業技術院 機械技術研究所 Research 1990-3 Mechanical Engineering Laboratory |
| 12-1 動力伝達システム Power Transmission System | 
| 動力伝達システム 機械システムが身近に使用され、さらには、航空・宇宙などの特異な環境においても常用されるようになって、これらを作動させる動力伝達システムには新たに性能、機能、信頼性などの向上が必要になっています。 動力伝達システムは機械要素と機構から構成され、目的に応じて多くの組合せが可能です。代表的な例である歯車とトラクションドライブ等を対象とし、その運転特性を解明して、広範な使用環境と運転条件に適した動力伝達要素・機構の一般性のある性能評価法と設計手法の確立を図っています。さらに、これまで蓄積された技術を活用し、最適な機構の創造を可能にする設計支援システムの構築をめざした研究も進めています。 Power Transmission System The increasing use of power transmission systems in unusual environments such as those found in aviation and space applications, requires continuous improvements in performance and reliability. Many different combinations of mechanical components are found in transmission systems, and the purpose of this study is to investigate the characteristics of a typical range of component combinations in different environments, with a view to developing new methods for design and performance evaluation. Research is also under way towards the creation of integrated design systems which use the knowledge gained in this study to produce optimized mechanisms. |
| 12-2 振動・放射音の制御技術 Control of Structure-borne Noise | 
| 振動・放射音の制御技術 構造物が振動すると音（固体音）が出ますが、固体音の発生メカニズムについては、あまり知られていません。例えば構造物が複雑な屈曲振動をする場合、構造物のごく近くでは、ある箇所からは音のエネルギーが放出され、別の箇所ではエネルギーが吸収されるなど、不思議な現象がおきています。そこで、この現象を利用して、音のエネルギーがキャンセルされるように構造物の振動を制御することにより、騒音を全く出さないか、かなり小さくするための研究を行っています。写真は、このような実験を行う装置で、無響室に設置されています。 Control of Structure-borne Noise It is well known that the vibrational modes of any structure largely determine the characteristics of the noise it emits when excited, but this type of noise generation mechanism is as yet not completely understood. This project is aimed at gaining this understanding, with a view to achieving the capability to design structures such that the balance of vibrational modes causes near-field noise cancellation thus giving a structure which is, overall, noise-free. |
| 13-1 マイクロマシン Micro-machines | 
| マイクロマシン SF映画で活躍したマイクロマシンが現実の世界に現れるかもしれません。図はこのマイクロマシンのイメージを、生体構成要素などの大きさと対比して描いたものです。このようなマイクロマシンの開発は、医療技術や遺伝子工学をはじめとする科学と技術の広範な分野に革新的進歩をもたらすものと期待されています。目では直接見えないほど小さな機械部品やアクチュエータの試作例は既に報告されています。しかし、これをマイクロマシンとして実用化するには、とりわけ耐久性と安全性の観点から、機構、材料、加工、制御などの諸技術について一層の基礎的研究を行う必要があります。そこで、実用マイクロマシンを支える技術体系を確立するために、機構設計、加工法、制御法などの重要技術の基礎的研究を進めています。 Micro-machines It appears that micro-machines - which have hitherto been found only in the realm of science fiction films - may at last make an appearance in the real world, making significant contributions in fields such as genetic engineering and medical technology. Recent developments in mechanical and electronic engineering have already lead to the capability to produce components, sensors, and actuators which are so small that they are almost invisible. However, the production of micro-machines which are practically useful still requires considerable basic research on mechanisms, materials, and production techniques. This project aims to establish the new, key mechanical engineering technologies which are required to support the production of practical micro-machines. |
| 13-2 雪氷路用タイヤの氷上特性評価法 Methods for Evaluation of Ice and Snow Tires | 
| 雪氷路用タイヤの氷上特性評価法 四輪操舵や制動・駆動力制御システム等の導入による車両運動制御の高度化や社会的な脱スパイク化の要求から、氷上 でのタイヤの特性に対する関心が高まっています。氷上でのタイヤ特性試験を屋外試験路で行う場合には、氷の状態などの試験条件を一定に保つのが困難です。そこで、安定した条件で寒験ができる室内タイヤ試験機を開発しました。主要部分は−20℃まで冷却できる冷凍室内にあり、回転するドラム（直径３m）の内面に作られた氷結路面上でタイヤの氷上試験を行うことができます。これを用いて各種氷上性能試験法の開発や氷上でのタイヤの滑りのメカニズムの解析を行っています。 Methods for Evaluation of Ice and Snow Tires Tire performance under icy conditions is an important factor affecting vehicle dynamics in certain conditions. A test rig for evaluating the performance of tires on ice has been developed, consisting of a drum which is uniformly coated with ice on the inside. This rig is currently being used for the study of test standards, and for analysis of the mechanisms governing tire traction under icy conditions. |
| 14-1 セラミック転がり軸受 Ceramic Rolling Bearings | 
| セラミック転がり軸受 耐熱性、耐摩耗性、低密度、高剛性、非磁性、耐食性など優れた特長を持つセラミックスで作られた軸受は、鋼系の軸受では果せなかった極限条件での運転が可能なため、機械・設備の新たな発展をもたらすものと期待されています。しかし、セラミック軸受には、まだ、軸受装置の設計に必要な静的・動的定格荷重の値やその求めかたなどが確立されていません。そこで、これらについて基礎的な研究を行っています。また、高温高速運転時の軸受の性能評価、潤滑法や潤滑剤の評価、信頼性向上のための研究、内部設計と軸受特性との相関関係の解析なども行っています。 Ceramic Rolling Bearings Ceramic bearings which have good thermal properties, low weight, high stiffness, non-magnetism and corrosion resistance, are currently attracting much attention since they have the potential to provide solutions for several pressing engineering problems. This project is aimed at the evaluation of ceramic materials with a view to applying them in such bearings. The work also includes determination of bearing performance under high speed, high temperature conditions, and evaluation of lubricants and lubrication techniques. |
| 14-2 機械要素の異常診断 Wear Diagnosis and Failure Prediction for Machine Elements | 
| 機械要素の異常診断 機械装置の高速化、自動化が進むにつれて、軸受や歯車などの機械要素には高速・高荷重のもとでの高信頼性が要求されています。また、軸受や歯車の突発的な故障は大きな損害をまねくおそれがあるため、早期に故障の前兆を発見することが望まれています。このため、稼働中の軸受や歯車からの情報であるアコースティック・エミッション（AE）、振動、温度などを観測して異常を早期に発見する方法を研究しています。 転がり軸受については、AE信号から転がり疲れはく離の発生を予知し、また、外輪に接着したひずみゲージからの信号を処理して、荷重、回転速度、温度上昇、異常振動を知る方法などの研究を行っています。 歯車については、AEセンサを取り付けた固定ブッシュと歯車軸との間に油膜を形成させ、油膜を介してAE信号を検出する方式を開発し、AE波形と歯のかみあい状態や損傷との対応について調べています。 Wear Diagnosis and Failure Prediction for Machine Elements On-line diagnosis techniques are important tools for improving machine reliability. This project is aimed at the development of diagnosis techniques for rolling bearings and gears, using acoustic emission (AE), vibration analysis, and temperature measurement. The work has shown that AE signals can be reliably used to predict rolling fatigue failures, and a new failure-detection technique has been developed which gives four different kinds of output information by the appropriate processing of signals from only one sensor. AE techniques for the investigation of running gears are also under development. |
| 15-1 非熱平衡状態の創製機械とその応用 Processing under Non-equilibrium Thermal Conditions | 
| 非熱平衡状態の創製機械とその応用 高エネルギーイオン注入や超高速粒子衝撃を応用した機械は、非熱平衡状態を利用することから、通常のプロセスでは出来ない材料の創製や新加工技術の展開を担うことが期待されています。 イオンの加速エネルギーを50keVから数MeVまで安定して変えられるMeVイオン注入装置を用いて、機械材料の表層改質、ハイブリッド加工技術、３次元積層構造を持つ微小機械部品の創製などの研究を進めています。 特殊高速弁の操作により軽ガスをピストン圧縮し、それを高速で噴射することによって目的の粒子を加速する方式の粒子加速装置（繰り返し操作性に優れているのが特長）を試作し、これを用いて、秒速数kmで特殊環境下の試料に衝突させたときの衝撃現象を解明しています。 Processing under Non-equilibrium Thermal Conditions High energy ion implantation and high speed particle impact produce non-equilibrium states in materials, and can be used to make devices which have properties not achievable by conventional techniques. This research makes use of a MeV ion implanter and a particle impactor to investigate techniques for the production of this type of novel device. The ion implantor can produce ions whose energies are stable and well-determined, in the range from 50 keV to a few MeV. It is used for surface modification studies, hybrid machining, and fabrication of layered micro-mechanical components. The particle accelerator can accelerate small particles to speeds of up to several km/s, and has a new quick valve system which makes repeated operation possible. It is used for the study of shock phenomena associated with impact. |
| 15-2 特殊環境用音響顕微鏡とその応用 Acoustic Microscopes and their Application to Materials Evaluation | 
| 特殊環境用音響顕微鏡とその応用 特殊な環境のもとで使用される材料が増えるにつれて、その使用条件に近い状態での機械的特性を評価する技術が求められています。そこで、低温超音波顕微鏡と光音響分光顕微鏡を開発しています。 超音波顕微鏡は大きさ数μmの欠陥を非破壊で検出できます。試料温度を室温から液体窒素温度まで変えることができ、さらに、応力負荷もできる方式を開発して、広い温度範囲における材料の機械的・音響的性質の評価法を研究しています。 光音響頼微鏡では、周期的に強度が変化する光を試料に照射すると、音響信号が発生し、これから試料の機械的特性が調べられます。ここでは光の波長を連続的に変えることによって、さらに詳しい情報を得ることができる新しい映像装置を開発して、熱衝撃の評価法の研究を進めています。 Acoustic Microscopes and their Application to Materials Evaluation As the requirement for materials which have good performance under extreme conditions increases, new technology is needed to evaluate their mechanical properties. This project is aimed at the development of novel scanning acoustic microscope and photoacoustic microscope for materials evaluation applications. Scanning acoustic microscope can detect flaws as small as a few micrometers. A new system is being developed where the temperature of the sample can be brought to between ambient and liquid nitrogen. At the same time the sample may also be mechanically stressed. In photoacoustic microscope the sample is irradiated with a chopped light beam and the mechanical characteristics is evaluated from the acoustic signals generated as a result of the irradiation. An extension of this method, whereby the wavelength of the light beam may be swept during the measurement to extract detailed information, is currently under development for thermal shock studies. |
