長良の落陽。

日本では産業用ロボットは自動車から電機や科学、食品まで広い業種で利用されています。自動車産業から始まった産業用ロボットは、そこから様々な工程に進出し、機械や電子・電機機器の生産などあらゆる分野で当たり前のように見られるようになりました。垂直多関節ロボット、水平多関節ロボット、直行ロボット、双腕ロボットなど、目的別に特徴を持ったロボットがあります。

近年、産業用ロボットで特に専門的な作業をしているのは食品業界のロボットです。食肉の骨を取り除いたり、食品を盛り付けたりといった、細かい作業を得意としています。

人と同じ現場で作業して協働できるロボットも開発され、人件費削減や重労働軽減に向け需要が高まっています。

インフラの老朽化が問題視される中、橋梁やトンネルの保守点検など、巨大なインフラを隅々まで調査するロボットがたくさん登場しています。点検車両が通行できない場所や人が行けないような場所も、ロボットを用いることによって点検できるようになりました。警備・災害対応・宇宙・海洋など、様々な場面で私たちの生活はロボットとヒトの力で支えられています。

デジタルステッピングドライバ

人手不足に悩まされている農業でもロボットは取り入れられはじめ、将来的には田植えの自動化もできるかもしれません。

農業と同様に人手不足が深刻化している建設業界でも溶接作業や物資運搬など建機の分野でロボット化は進行しています。

医療分野で注目されているのは手術支援ロボットです。医師は手術ロボットの鉗子の先端に取り付けられたカメラの映像を見ながら、遠隔操作によって手術を行います。人が直接行う全開手術と異なり、8-12mmの穴を開けるだけで手術ができますそのため出血が極めて少なく済み、手術中に輸血を行うケースはほとんどないそうです。

病院内搬送ロボットは看護師の代わりに医薬品や検体を搬送します。ロボットが治療や看護に付帯した様々な業務を担うことによって、看護師は患者に向き合う業務を効率的に行えます。

介護の負担を軽減するロボットもたくさん存在し、介護支援・食事支援・排泄介護総合支援・ホームアシスタントロボットなど、目的別に細分化されて導入され始めています。

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近ごろでは会社の受付や飲食店など様々なシーンでロボットが接客している様子を見かけます。代表的なものといえば、ソフトバンクのペッパーです。「感情認識機能」の搭載によって、相手の表情や声から感情を察することができます。

人と一緒に行動し、会話や感情の交流を図るロボットはコミュニケーションロボットもしくはパートナーロボットと呼ばれています。人間との会話を完全に理解しようとするのではなく、人間のようなある意味「いい加減さ」を取り入れることによって、総合的な表現力でコミュニケーションを成り立たせることが可能になりました。

ロボットが身近になった今、そのニーズは多様化しています。新たなロボットの登場は社会そのものを大きく変えていくのかもしれません。今後ロボットは、ますます人間の生活に欠かせないものになっていくでしょう。

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ここでは遠心ファンの基本的な構造と、吸気・排気の原理を説明します。

遠心ファンは中心部に配置されたモーターに羽根車が付いた構造です。軸流ファンのようなフレームがなく、側面から放射状に風を吐き出します。また、遠心ファンにはインレットノズルを取り付けるのが一般的です。インレットノズルは吸引する空気の流れを整えるもので、吸い込みと吐き出しの空間を分けて空気を効率よく取り込めるようにします。

1軸ステッピングCNCキット

ラジアルファンは平面的な5～12枚の羽根が、放射状に羽根車へ取り付けられています。摩耗あるいは汚染した羽根の交換・清掃をおこないやすい構造です。

遠心ファンは遠心力を用いて、回転軸と90°曲げた方向へ吸い込んだ空気を送り出します。この遠心力は羽根車が回転することで生じます。取り込まれた空気が遠心力によってエネルギーを与えられ、速度や圧力をもって排出されるという原理です。

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機械に人間のような知能を持たせる、という発想自体は昔からありました。ではなぜ今になって人工知能が注目を集めているのでしょうか？その理由の1つが「ニューラルネットワーク」という分野の進歩です。

ニューラルネットワークは直訳すると神経回路。神経回路というのは脳内にある神経細胞のつながりを意味する言葉であり、「ニューラルネットワークが進歩した」ということは「脳の働きを再現する技術が進歩した」と言い換えることができます。

ステッピングモーター 電磁ブレーキ付き

機械が脳を再現できるようになるとどんなことができるのか、1つ例を挙げて説明します。

あなたの目の前に犬の写真があったとしましょう。この写真に写っている犬がよほど珍しい犬種でもない限り、あなたの知らない犬種であったとしても犬だと判断できるはずです。もちろん犬が正面を向いていても横を向いていても、被写体が犬であることを見分けるためには何の障害にもなりません。従来のコンピュータではこれができませんでした。なぜならコンピュータはカメラから取り入れた画像を小さな点の集まりとしか捉えられないから。人間のように「足が4本ある」「尻尾がある」といった抽象的な特徴を捉えることができないため、あらかじめ記録されている画像と少しでも違うと被写体が犬であるかどうかさえ判断できないのです。しかし人工知能技術の発展により、コンピュータがあたかも人間の脳内で行っているのと同じように抽象的なパターンを読み取ることができるようになりました。iPhoneXに実装された顔認証システム「FaceID」、車の運転時に歩行者や障害物を検知する機能など私たちの身近でもすでにこの技術が導入され始めています。

バイポーラステッピングモーター

もちろん人工知能ができるのは画像認識だけではありません。患者の症状から病気を診断したり、まるで人間と話しているかのように言葉でコミュニケーションをとったりなど、これまで人間でなければできないと思われてきたことが人工知能によって機械でも可能になり始めています。機械が人間の代わりになるかもしれないとなれば注目されないわけがありません。

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ロボットの駆動方式としては、一般的に「電動駆動」「油圧駆動」があります。

前述のとおり、ロボットを油圧駆動させるための動力源は油圧アクチュエータと呼ばれています。油圧駆動と電動駆動を比べたときのメリット・デメリットを解説します。

油圧アクチュエータのメリットは大きく2つあります。

ステッピングモーターバイポーラ 平行軸ギアボックス

1つ目のメリットは、大きな力が出せることです。建設機械やプレス機に使われるほど、大きな力を出すことができます。

2つ目のメリットは、衝撃に強いことです。油圧アクチュエータ作動油）は、多少の圧縮性があり、外からの衝撃をやわらげることができます。また、油圧回路には安全弁が設置されており、ここから作動油を逃がすことで衝撃から油圧アクチュエータを守ることができます。

ユニポーラステッピングモーター 

油圧アクチュエータのデメリットは大きく2つあります。

1つ目のデメリットは、周辺機器が大きいことです。直線運動する油圧シリンダ、作動油に圧力をかけるポンプや作動油をためておくタンクなどの機器が必要です。よって、機器全体としてのサイズは大きくなってしまいます。

2つ目のデメリットは、油漏れのリスクがあることです。油圧アクチュエータには高圧の作動油が流れています。油漏れによって周囲環境の汚染や、火災などのリスクが発生します。

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今では、金属・カーボン材料・スーパーエンプラ等の様々な素材を3Dプリンターで造形することが可能になってきました。失敗しない3Dプリンティングのためには、用途に応じて、造形物の形状はもちろんのこと、素材も適切なものを考慮する必要があります。金属用3Dプリンターの話をする前に、まずは主要な素材の大分類から見ていきましょう。

2種類以上の材料を組み合わせた複合材料のことをコンポジットと呼び、3Dプリンターの業界においては、主にプラスチックとファイバー（繊維）材を複合したFRP材（繊維強化プラスチック材）を指します。炭素繊維やガラス繊維、ケブラー繊維などを混ぜ込むことで繊維材が材料を強化し、プラスチック単体では実現できない高強度を実現します。コンポジットによる3Dプリント造形物は、プラスチックの加工の容易さや軽さを保ちつつ、金属にも劣らない強度を発揮します。

ただし、主材料がプラスチックなので、高熱や表面の摩擦に弱い点はプラスチックと同じです。その点を考慮した上できちんと活用すれば、プラスチックより強く、金属より軽く安いという、競争力の高い部品の製造が可能であり、すでに多くの産業分野で活用されています。

ユニポーラステッピングモータ

最も頻繁に使われる材料の一つは、プラスチック素材です。個人用・家庭用の3Dプリンターで扱える材料は、基本的にプラスチックに分類されるため、目にする機会は多いでしょう。多用される最大の理由は、加工が設備が簡便な点でしょう。プラスチック素材にはPLA・ナイロン・ABSなど多くの種類が存在しますが、ほとんどが加熱で柔らかくなる熱可塑性を持っていたり、光によって硬化する光硬化樹脂です。また、他の素材と比較して安価なものが多いです。

一方で、加熱で柔らかくなるという特性は、耐熱性の観点からすれば弱みでもあり、高温環境で使用する場合には注意が必要です。工業用パーツとしては使いづらくもあります。スーパーエンジニアリングプラスチックと呼ばれるような、耐久・耐熱・耐薬品性に優れたプラスチック素材も存在しますが、取り扱い可能な3Dプリンターは相応に高価です。

一体型ステッピングモータ 

3つ目の大分類として、本記事のメイントピックである金属素材について紹介します。一般的に金属は、プラスチックより高い耐熱性と、高強度・高剛性、さらに耐薬品性や電気伝導性を持つ材料です。この特徴から、金属3Dプリンターはより厳しい条件下で活用することができます。

その一方で、金属はプラスチックより安定性が高く、変形させるのに手間がかかるため、加工には大掛かりな設備が要求されます。素材や造形物に重量があるほか、電機や換気の設備が工業水準で求められ、3Dプリンター機器そのものだけではなく、設備側も一定以上の規模が必要になります。管理が必要な薬品を使用する場合もあり、プラスチック材料対象の3Dプリンターほど気軽に導入はできません。

しかし、3Dプリンターを用いる効果は多数あるため、やみくもに導入するのではなく、効果的な場面を見極め、適切な場面で運用するのが望ましいです。詳細は以下でご紹介していきます。

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