　連載「冴えない機械の救いかた」は、機械の失敗事例や、設計時に注意すべき点をCAE解析と計測技術を用いて、不具合の発生メカニズムとその対策を解説していくシリーズです。最初からメカニズムが分かっていて、失敗せずに設計した例もありますが、失敗事例の方が「ウケがいい」ため、失敗したという設定で書くものも少し混ざっています。本シリーズでは、以下のような内容を取り上げていきたいと思います。

同じ機械が数台ある。ある機械は性能が出ない。
ある機械のボルトは1週間で破断した件：1例目

総理大臣が「1日100万人分を供給する」とテレビで言っていた件
パーツフィーダーとは
AMラジオは共振回路だ
AMラジオの選局ダイヤルが回せない。でもオールナイトニッポンが聞きたい
ボルトが折れる／折れないの理由は糸魚川
本件の理由を説明するために、次の「ばね－マス系」（初心者向けにリライト）を読んでほしい
「尺を稼いでいる」なんて言わせない

ばね－マス系（初心者向けにリライト）

オイラが設計したメカには、ばねもダンパーも付いてない。どうして「ばね－マス系」を読まなきゃならないんだ
以降の記事では、ばね－マス系が頻出
ばね－マス系：本論
振幅の決まり方
剛性向上は振動対策の万能策

均一に加圧できる金型がほしい　平面度を上げても均一加圧は達成しなかった

光の波長より短い微細加工できるナノインプリント
いろいろやったが均一加圧できない
感圧紙で測定した加圧力を数値化しよう
本命と穴馬の逆転、ANSYS恐るべし
ミイラ取りがミイラになっていた

ボルト破断事例：9例のうちの最初の5例

「あなたが落したボルトは金のボルトですか？　それとも疲労破断するボルトですか？」
断面観察は必須、ディンプルとストライエーション
ボルト1本の許容繰り返し荷重：
トルク管理しなかった場合とボルトが緩んだ場合
ボルト1本の許容繰り返し荷重：
トルク管理した場合や定期的にメンテナンスしている場合
ねじの文献はボルト1本の話。ボルト2本構成のときは荷重2倍でいいのだろうか？

弱い部分が1箇所でもあると台無しメカになった例

液晶レーザーリペア装置
CP制御（Continuous Path Control）とは
レーザー光を走査して照射したいのだが、千鳥足で歩いている
2D CAD時代、「オマエ、縦線、縦線、横線、横線、トリム、トリム、トリムで構想図を描いただろ」
レーザーリペア装置を設計し直そう
シール塗布装置の振動対策例（初心者向けにリライト）

直動ガイドのレイアウト失敗例

メカトロ機器を素早く動かしたい。生産性向上と品質向上のせめぎ合い
メカトロ機器の構成パーツは案外軟らかい
直動ガイド：1本使いの弱点
直動ガイド：2本使いの弱点
直動ガイド：4本使いにするのではなく、レイアウトで問題解決
XYテーブルは一式外注するのではなく自分で設計しよう。5軸構成を3軸にした例

同じ機械が数台ある。ある機械は性能が出ない。
ある機械のボルトは1週間で破断した件：2例目

超音波溶接機：超音波が溶接しているわけではない
号機ごとで溶接強度がばらついたり、ボルトが折れたり、全然順調だったり
これも共振回路だ
溶接が付いたか、付かないかだけで装置の調整をしていた
二正面作戦で対策
機器調整の基本は計測、判断材料は計測データ

疲労破断対策の失敗事例：2件

疲労破断対策：溶接構造にしたら……
溶接したらどれくらい疲労強度が落ちるのだろう
形状を変えずに焼き入れ品に変えてもダメなんだよな
破断までの荷重数が10⁷回以上だったら、あと少し

ボルト破断事例　9例のうち残り4例

ボルトの疲労破断の予測法（初心者向けにリライト）
ボルト2本構成でも形が変われば強度が変わる
手計算、ボルト規格の限界
ボルトの回転緩み止めは簡単な話
回転止めをしたけど破断した例
回転量の有無ではなく軸力を管理すべきなのでは
メンテナンス時に冷や汗タラリ。打ち抜き金型のボルトは1本ずつ折れていく
ボルトが10本だからといって許容荷重は10倍にならない

板金曲げ加工品　曲げRを十分とったのに……

応力集中係数αと切欠係数βのおさらい（初心者向けにリライト）
板金曲げ加工品の疲労き裂
ステンレス鋼の板金曲げ部品に続く

SUS304物語

SUS304は錆びるし磁石に引っ付く事例：3件
磁性部品は絶対使えないMRI装置
「この部品マグネットに引っ張られている感じがしますよ」
SUS304は磁石に引っ付く。信じられないのならM4座金を磁石に近づけてみよう
「高橋さん、事務所にいらっしゃい」　製鉄メーカーに教えてもらったこと
ステンレス鍋を買うときのポイント
詰まるところ、曲げた箇所、溶接箇所は錆びるし磁石に引っ付く
SUS304物語残り1件、足し算が合わない「計測器メーカーは助けてくれない」に続く

計測器メーカーは助けてくれない（その1）

足し算が合わない。渦電流変位計の測定誤差
測定器を疑うときは、メーカーに電話する？　それとも自分でやる？
渦電流変位計の原理
答えの分かっている測定対象を作ろう
自分で校正するんだ
ステンレスパイプの過去の履歴

計測器メーカーは助けてくれない（その2）

メカトロ機器はセンサーが命
理想的な面までの距離をレーザー変位計で測ったのだが凸凹している
ガラス板とレーザー変位計の相性
測定原理を知り、対策を立てよう
やはりガラス板の表面は理想的な平面であった

床からの振動遮断は難しい　低周波振動絶縁の失敗事例

ばね－マス系を使った振動絶縁（初心者向けにリライト）
振動絶縁失敗事例：ググって買った防振ゴムで解決するのだろうか？
これまた周波数分析が必要だが、周波数分析の話は後で
床からの振動遮断の難しさの理由
床振動遮断：設計事例
もっと簡単、低コスト、リードタイムなしの解決法もある

騒音／振動対策に周波数分析（FFTアナライザー）がなぜ必須なのか
（必要ではなく必須です）

フーリエ変換と周波数分析（初心者向けにリライト）
ばね―マス系（説明済みなので割愛）
調整用位置決め装置：S字カーブ制御
S字カーブ制御で簡単に解決してしまったので、少し掘り下げてみよう。対策効果の事前予測だ

騒音対策の必須科目

騒音対策を説明。周波数分析はなぜ必要か？
騒音計の使い方
騒音のいろいろな量
振動のいろいろな量
振幅と周波数を読み取ろう
音圧波形からデシベル値を計算
練習問題：振動変位、速度、加速度の計算
音圧の和、騒音レベルのデシベル値を足し算してはいけない
実効値とオーバーオール値
デシベル値の足し算
音源探し、振動源と音源は違うことがある

騒音対策：遮音材の選び方と失敗例

周波数分析（説明済みなので割愛）
音源探し、振動源と音源は違うことがある
遮音の質量側（再掲なので結果のみ）
遮音材の選定法
遮音対策効果の予測
騒音予測計算Excelシートを作ろう

騒音対策：吸音材の選び方と失敗例

吸音材とは（初心者向けにリライト）
吸音材の選定失敗例
吸音材の効果の予測
騒音予測計算Excelシートを作ろう

MRI装置の騒音対策

強烈なローレンツ力
電流の周波数成分
行き詰まった末の騒音対策
ここに銅箔を貼ったらダメじゃん

インバーター駆動装置は音がうるさい

インバーターエアコンが世に出る前のエアコンもうるさかった
昔の洗濯機の静音化
インバーター制御、PWM駆動、デジタルアンプ
インバーター時代の洗濯機の騒音対策

騒音対策のためにやった振動測定の失敗事例

粒子速度の概念
波動方程式（シュレディンガーではない方）
音源の振動と音圧
加速度ピックアップ測定データを加工しよう（再掲）

モーダル解析は2つある

CAE解析のモーダル解析と実験モーダル解析
CAE解析のモーダル解析は得るものが少ない。ハンマリングでの実験モーダル解析も得るものが少ない
通電時の実験モーダル解析がいいかも、スローモーション表示もいい
実験モーダル解析とスローモーション表示を自分でやってみよう

冷却系の失敗事例

水漏れ発生
隣の課長さんの声「オマエら、夏休みなしだ」
やっぱりシミュレーションが必要だった
「夏休みなし」は2回経験しております
「タンジェント・デルタ」が大きくなっているんだよ

シミュレーションと実験値とを一致させよう

騒音／振動対策は伝達関数で考える
シミュレーション条件を精緻にしても一致しない例
やっぱり、設計者と解析専任者と実験担当者は同一人物であるべきだ

　以上となります（スゲーいっぱいあるけど、最後まで書けるのかな……）。

「尺を稼いでいる」なんて言わせない

　最後にもう一度だけ言わせてください。「尺を稼いでいる」とは、楽をして字数を増やすことだと思っています。では、バリコンを説明するために、わざわざ3D CADでバリコンをモデリングしたり、マウスをポチポチしながらWordでアナログ回路図を描いたりすることが、「尺を稼いでいる」といえるでしょうか。その判断は、読者の方々にお任せしたいと思います。

　それでは、次回、ばね－マス系に続きます！　（次回へ続く）

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Profile

高橋良一（たかはしりょういち）
ＲＴデザインラボ代表

1961年生まれ。技術士（機械部門）、計算力学技術者上級アナリスト、米MIT Francis Bitter Magnet Laboratory 元研究員。

構造・熱流体系のCAE専門家と機械設計者の両面を持つエンジニア。約40年間、大手電機メーカーにて医用画像診断装置（MRI装置）の電磁振動・騒音の解析、測定、低減設計、二次電池製造ラインの静音化、液晶パネル製造装置の設計、CTスキャナー用X線発生管の設計、超音波溶接機の振動解析と疲労寿命予測、超電導磁石の電磁振動に対する疲労強度評価、メカトロニクス機器の数値シミュレーションの実用化などに従事。現在ＲＴデザインラボにて、受託CAE解析、設計者解析の導入コンサルティングを手掛けている。⇒ ＲＴデザインラボ

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