モータのノイズ

電気ノイズ

主な電気ノイズ発生要因

1.モータはブラシとコミテータによる電気の整流で回転が持続します。つまり電気の流れが切り替わる為、その時にスパークが発生しそれが電気ノイズの原因となります。

2.モータが停止状態から動き始める時は過度的ではありますが定常状態より大きい電流が流れますので、電気ノイズは大きくなります。

3.コミテータとブラシの摺動接触部の追従不安定や過負荷電流などによって発生します。

4.コミテータとブラシ摺動面上に絶縁被

電気ノイズの低減対策

電気ノイズはモータ端子部分にコンデンサやチョークコイルを付けることにより低減させることができますが、発生源により近いロータ部分に取り付けて効果的に火花電圧を消去する方法が一般的でコストパフォーマンスも高くなります。

1.モータ内部にノイズ消去素子としてディスクバリスタ（D/V）、ディスクコンデンサ、ゴムリング抵抗（RRR）、チップコンデンサを付ける方法。⇒高周波帯域に効果あり

2.モータ外部にノイズ消去素子としてコンデンサ（電解タイプ、セラミックタイプ）、チョークコイルを外付けする方法。⇒低周波帯域に効果あり

ノイズ低減対策方法としては、1又は2の単独の場合及び、1,2の併用の方法があり、1,2併用はその効果も大きくなります。

電気ノイズの種類

電磁波妨害ノイズを大きく分けると下記の2種類あり、これらを妨害波として雑音測定します。

ラインノイズ（伝導雑音端子電圧）

単位：dBμV

定義：電源ケーブル、接続ケーブルを伝わる雑音

周波数※：0.15～30MHz

輻射ノイズ（輻射雑音電界強度）

単位：dBμV/m

定義：空中に放射され、電波となって障害を及ぼす雑音

周波数※：30～1000MHz

周波数範囲は規格ごとに異なる場合があります。

機械ノイズの種類

種類                    定義

1.ブラシ摺動音：ブラシとコミテータの摩擦音

2.シャフト摺動音：シャフトと軸受の摩擦音

3.クリアランス音（ゴロ音）：2のうち、特に耳障りなもの

4.共振音 ある回転数（周波数）：域に限って起こるケースの共振音

5.スラスト音（コツ音）：ロータのスラスト方向の振動・移動によって発生する叩き音

6.風切音 ：冷却ファン内蔵モータで起こる風切音

上記3～6は異常音の代表例であり、この他にも様々な音が "耳障り" とされることがあります。

機械ノイズの測定

機械ノイズの測定は騒音計を使用し、騒音レベル(音の大きさ)を物理計測します。

｢JIS-A特性｣と呼ばれる周波数補正(聴感補正)を用いるのが一般的で、単位はdB(RMS)。測定上定義しておくべき条件としては、［電圧、回転数、負荷、側圧、モータ姿勢、マイク位置、暗騒音］などがあります。

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ロボット自動化が医療業界にもたらす4つの効果

医療業界でロボット自動化が導入されているのは、主に手術支援ロボットです。他にも検査を行うロボットや調剤支援ロボットなどもあります。ここでは需要の多い「手術支援ロボット」を焦点にして、どのような効果があるのか見ていきましょう。

手術支援ロボットとして有名なのは「ダヴィンチ」です。

ダヴィンチに代表されるような医療業界でのロボット自動化による効果としては次のような4つの事柄が考えられます。

患者への身体的負担の軽減

人間では出来ない高度な手術が可能

医師への身体的負担の軽減

人為的なミスの防止

それでは、それぞれについて詳しく見ていきましょう。

医療用ロボットで患者への身体的負担が軽減効果が得られる！

医療用ロボットによる手術は患者としても大きなメリットがあります。なぜなら、医療用ロボットを使用すると、開腹をせずに手術をすることが可能だからです。それを踏まえた上で、下記のような効果が期待できます。

医療用ロボットでの手術は傷口が小さい

出血量・輸血量が少ない

手術時間が短い

麻酔量が少ない

術後の回復が早い

傷口が小さいことで、従来の開腹手術を比較すると傷口が小さくなります。そのため、出血量も輸血量も減ります。また、同様に手術時間も少なく、それに伴い麻酔も従来よりも短時間の効果で良いでしょう。

更に、傷口が小さいことで、回復も早いので入院期間も短くなります。傷痕がほとんど残らないという点も大きなメリット。

では、続いて医師にとっての効果について解説します。

手術支援ロボットは高度な医療行為が可能

人間の手は様々な状況に対応できる万能なツールと言えます。したがって、ロボットの性能が良くなったと言っても、人間の手に勝るものではありません。しかし、実際は手術支援ロボットを利用することで、人間には出来ないような高度な手術も可能です。

たとえば、手術支援ロボットでは手の部分と目の役割をするカメラを別の人が操作することになります。これにより、人間の目ではなかなか見えないような部分を見ながらの手術も可能です。つまり、より確実に手術を行えることになります。

また、内視鏡によって拡大して確認することも可能。肉眼よりもよく見えるので、より繊細な切除も可能です。

さらに縫合についても人間の手以上に細やかな動作ができるので、術後の傷痕も奇麗に治るという特長もあります。

手術支援ロボットで医師への身体的負担が軽減

手術は自動というわけではなく、医師の手の動きを忠実にロボットが再現するというものです。しかし、実際に医師の手を使用した施術とは違い、ロボットの方が関節の可動域が広いという特長があります。また、最新技術では手ぶれもありません。

したがって、医師の身体的負担の軽減効果が期待できます。

前述したように、肉眼よりも良く見えるという点も身体的負担の軽減に効果的です。

また、最新の手術支援ロボットではより人間の動きに近くなり、技術習得の時間に関しても大幅な短縮ができます。この点も負担を軽減している理由の一つです。

ロボットだけでなくAIやVRを用いて人為的なミスの防止を！

医療現場での人為的なミスは人の命に直結する重大なものです。したがって、出来る限り人為的な医療ミスを防止しなければなりません。

昨今ではAIによって学習することにより、医療ミスを防止するという動きも活発になってきました。そして、さらにVRを用いたトレーニングなどを行うことで、人為的なミスの防止に努めています。

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3Dプリンターが持つ試作検討でのメリット

3D CADによるデジタル試作検討では検証できない項目は実際に試作を製作する必要があり、3Dプリンターの真価が発揮できます。

① 試作品の短納期

現在の開発期間短縮の流れに対応するためには、試作品の短納期が必要です。3Dプリンターは通常の試作品と異なり、図面作成や手配などが省略出来るので最短で試作品を手にする事ができます。

② 複数の設計案（形状、材料違いなど）が可能

開発期間中には試行錯誤を繰り返しますので、予め複数の設計案で試作検討を行えるのが理想です。3Dプリンターでは3D CADのモデルがあれば即時プリントアウトでき、試作屋さんに発注する必要もないので試作コストも削減できます。

試作検討で3Dプリンターの欠点を補う

3Dプリンターには精度や強度などの欠点がありますが、追加工などで補うことができます。プリントアウト直後は面が荒くモックアップサンプルとして利用できませんが、追加工（切削や、研磨）で対応できます。また強度の問題も、試作検討時のみ部品形状に補強リブなどを追加して対応できる場合もあります。この様に量産品と異なり、試作品は3Dプリンターに合わせた対応が出来ます。

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世界で初めてのロボットとは？～ロボット産業の歴史～

日本は今やロボット産業大国とも呼ばれ、その開発において最前線を走る国の一つです。

多くの人はロボットと聞くと人の形状をしたものを思い浮かべるかと思いますが、産業で使用されるものはそうではないものがほとんどです。

生産工場のラインで使用されるものや、建築現場、農作業などで使用されるものなど多岐に渡り、今や産業ロボットは世界中に120万以上存在すると言われています。

世界で初めて実用化されたれたロボットとは

その歴史をさかのぼると、最も古く作られたのは1961年にアメリカのユニメーション社の「ユニメート」、同じくアメリカのAMF社の「バーサトラン」が世界で初めて実用化された産業ロボットとされています。

ユニメートは移動はせず、工場のベルトコンベヤーの横に設置される形態のものです。

プログラミングされた関節座標に基づき独自の動きを成すもので、入力工程で保存された動きを運転中に再現するというものでした。

日本でのロボット生産の始まり

日本国内では、川崎重工業がユニメーション社と技術提携をして日本版のユニメートを1960年代後半に生産開始したことがロボット産業の始まりとされています。

日本版ユニメートは自動車製造の際のスポット溶接作業に使用されました。

日本でも1970年代に入ると国内大手製造業の多くがロボット産業に参画し始め、1980年代には開発競争が激化し始めます。

ロボット産業ブームの到来

一方、当時の開発先進国アメリカでは1969年にスタンフォード大学が全電動式6軸関節式ロボット「スタンフォードアーム」を開発します。

スタンフォードアームはアームソリューションに基づき動くもので、溶接以外にも組み立て作業などより多くのタスクをこなすことができる技術として注目されました。

また、世界で初めて開発された商業的に入手が可能な完全電気式マイコン制御ロボットは、1973年に欧州のABBロボティックスにより開発された「IRB6」です。

初期のモデルはスウェーデンの会社に販売され、切削と研磨管の曲げの工程に使用されました。

日本と同じく1980年代に入ると世界的にもロボット産業のブームは最高潮となります。

そして現在に至るまで開発と採用は右肩上がりに増し、1998年には世界中で69,000台の生産台数から2014年には20万台を超えるところまで成長しています。

ロボット産業の今後

現在では産業としてだけではなく、介護や医療、掃除、警備、レスキューなどのサービスに使われるものや、接客、教育、家庭用などその用途の幅も大きく広がっています。

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3Dプリンターの方式・仕組み・特徴を解説

3Dプリンターの仕組み

3Dプリンターは材料を1層1層積み上げていくことで、高さのある造形物を出力します。

様々な方式はありますが、基本的に層を重ねていくことで造形するという点に変わりはありません。

そのように、原理としては非常にシンプルです。

扱える材料も、プラスチック（樹脂）、金属、カーボン等、様々な材料を使って造形することができます。

現在主流 FDM方式

日本語表記：熱溶解積層方式（Fused Deposition Modeling）

ISO分類：材料押出法（Material Extrusion）

その他表記：FFF方式（Fused Filament Fabrication）

FDM方式の概要

FDM方式とは、3Dプリンター世界シェアNo.1である米国Stratasys社が開発した方式です。

現在3Dプリンターにおいて主流の方式です。

FDM方式による造形

熱で溶かした樹脂をノズルから押し出し、ソフトクリーム製造機のようなイメージで、一筆書きで１層１層積み重ねて造形していきます。

この画期的な方式はストラタシス創設者のスコットクランプがグルーガンを見て想起したという逸話が残っています。

FDM方式の強み

本物の熱可塑性樹脂を使えること、だからこその強度・耐熱が強み

熱可塑性樹脂は射出成形で用いられており、量産する最終製品でよく使われるプラスチック材料です。代表的なものにABS樹脂等があります。

そのため、試作（プロトタイプ）であっても、最終製品に近い物性のリアルで機能的な試験も可能であり、製造業において重宝されています。

他の方式では紫外線硬化樹脂を用いるものが多いため、ABSそのものではなくABSに近い物性を持つ「ABSライク樹脂」が開発されています。

多様な物性の素材が使える

FDM方式、特にハイエンド機種では産業界で求められる様々な物性の樹脂に広く対応しています。

エンジニアリングプラスチック、スーパーエンプラまで使えるなら、特殊用途の最終製品まで使えるイメージが沸くのではないでしょうか。

段差も目立ちにくいキメの細かな機種も

初期の頃は層を積み上げた際にできる段差が目立つ傾向がありました。

しかし近年では、材料も装置も進化していることから、従前より段差も目立ちにくくなりました。

FDM方式の弱点

FDM方式は比較的積層痕が目立ちやすいため、物性よりも外観のなめらかさ、プロダクトデザインにおける表現力を重視する用途では、FDM方式よりインクジェット方式の方が適していると言えるでしょう。

また、FDM方式だけでは金属の造形ができません。そのため、金属で造形したい場合は金属専用の3Dプリンターを導入する必要があります。

どのようなシーンで選ぶべきか？

製造業における試作（ラピッドプロトタイピング）、治具・工具の製作、最終製品の造形をしたい場合で、強度が求められるものはFDM方式を選ぶと良いでしょう。

最も古い 光造形方式

ISO分類：液槽光重合法（Vat PhotoPolymerization）

その他表記：SLA方式（Stereo Lithography Apparatus）

光造形方式はSLA方式とも呼ばれます。

さらにSLAの中には、レーザー光を用いるレーザー方式と、一括面露光をするDLP方式があります。

光造形方式の概要

光造形方式は、最も古い3Dプリンターの方式です。

レーザー方式

レーザー光を照射し、光に触れた箇所が硬化される仕組みです。光造形方式の中でも古くからある方式です。

DLP方式

プロジェクターのように像を作り、一括面露光する仕組みです。

造形物の面積が広い場合はレーザー方式と比較して高速露光できることが強みですが、像を作る際、ピクセル単位で描画することから、照射する範囲を広げると解像度が落ち寸法精度が出にくく、また造形物の表面は水平・垂直の両方向に積層痕（段差）が出てしまいます。

光造形方式の強み

きめの細かな造形物が作りやすいこと、個人向けでは安価なモデルが多数登場していることが挙げられます。

造形速度は比較的速い傾向があります。

光造形方式の一般的な弱点

産業用途の光造形機は高額なものが多く、コストが高くなりがちです。

紫外線硬化樹脂を用いるという性質から、太陽光など光による劣化が起こりやすくなる性質があります。

吊り下げ方式のため大型のモデルの造形に適していなかったり、変形が起こる可能性もあります。

そのため、耐久性を求める用途、最終製品として用いる用途ではベストとは言えません。

また、造形後のアルコールや溶剤での洗浄や二次加工、剥離によるサポート除去など後処理に手間が掛かるものが多いです。

どのようなシーンで選ぶべきか？

歴史的経緯として古くはラピッドプロトタイピングに多く使われてきましたが、3DプリンターのDDM（デジタル・ダイレクト・マニュファクチャリング：最終製品や治工具の製造に3Dプリンターを利用する）が浸透するにつれ、役割は変わりつつあると感じます。

個人向けの3Dプリンターでは良い機種が揃ってきていますので、強度・耐久性を必要としないシーンで小さなサイズのモデルを手軽に造形したい場合にお勧めです。

光造形方式の弱点を克服した機種がStratasysから登場

従来型の光造形方式の3Dプリンターの弱点であった耐久性の弱さや生産性の低さを克服した機種がOrign Oneです。

高精細で表現力が最も高い インクジェット方式

ISO分類：材料噴射法（Material Jetting／マテリアルジェッティング）

その他表記：PolyJet方式※Stratasys社

インクジェット方式の概要

インクジェット方式という通称もありますが、正式分類では材料噴射法と言います。

その名の通り、材料を噴射し、それに対し光を当てて１層１層積んでいきます。

構造が2Dプリンターでいうインクジェットプリンターに類似していることから、インクジェット方式と呼ばれています。

高精細でリアルな造形物を作ることができる方式です。

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