エム・エム・エス社長の”産業機械設計会社の一口メモ”

エム・エム・エス　社長の閑話休題

産業機械設計会社の一口メモ

ひょっとしたら役立つかもしれない設計のノウハウをちょっと！
今回は機械によく使われる材料とその性質にまつわる話を

材料と言っても、鉄・アルミ・銅などの金属
木材、プラスチック、ゴム、セラミックなどなど
そこで今回は金属とセラミックを中心に性質についての特徴を・・・

まずは金属から
金属で一番使われているのは鉄ですよね・・・
鉄は安価な割に、強度があって、それでいて加工しやすく
しかし、錆びてしまうという欠点もありますが
ペンキを塗ったり、メッキをしたり、ステンレス鋼だと錆ないし・・・

そこでまずは鉄に関する知識を少し
針金みたいにほとんどの鉄は荷重をかけると曲がって変形しますよね。
これを軟鋼と呼んでいます。
しかし、刀みたいに焼き入れをして硬くすると曲がらずに折れてしまいます。
これを硬鋼と呼んでいます。
これは高温に熱した後で急冷することで鉄と鉄の原子の間に炭素の原子が挟まって、
鉄原子同士がずれないため硬くなっているのです。
また、ステンレス鋼は錆ないように腐食しない原子であるニッケルとクロムを混ぜ合わせて錆を止めています。但し価格は高くなります。

次は銅についてです。
銅は鉄に比べて強度はありませんが、鉄よりも熱を伝える能力が２倍ほど高い金属です。
そのために熱を扱う機器によく使われます。但し鉄に比べて10％程重くなります。

アルミは強度も鉄に近く、重さは軽くて鉄の３０％ぐらいしかありません、
そのため機械でも重量を軽くするときによく使われます。
また、銅ほどではありませんが熱を伝える性質もよく鉄の1.5倍ぐらい高い金属です。
しかし、値段は非常に高くなります。

次にセラミックについての知識を少し
セラミックとはある物質に熱を加えて固めたものの総称をさしています。
代表的なものは陶器です。
これは主にケイ素を主体とした粘土を焼き固めたもので、食器などに使われています。
但し、御存知の通り、ちょっとした衝撃でも割れてしまいます。
そこで工業用には土を使わず微細粒子を焼結させたセラミックが使われます。
セラミックは、電気を通さず、熱も遮断してくれるため高圧電線の絶縁材などに使用されています。

木材は、木目などの綺麗さから見た目の良さが求められる家具などに使われますが
一番の弱点は火に弱く、燃えてしまうことです。
また、強度も金属・セラミックに比べてもはるかに弱く、すぐに変形してしまいます。
そのために機械材料としては使いにくく、衝撃を和らげる緩衝材などに使われます。

プラスチックは木材と同様に火に弱く溶けてしまったり、燃えてしまったりします。
ただし、金属などとの摩擦係数が小さいので、回転軸の支えるところや滑らせる面の間に挟んで滑りやすくさせたりする所謂「ブッシュ」として使用されたりします。
ただし、火災で燃えたりすると有毒ガスなどが発生するためプラントによっては使用できない場合もあります。

とりあえず今回は、材料についてを書いてみました。

今回のちょっと一休みはここまで
次回の技術コーナーでは動くものの設計ノウハウを考えています。
乞うご期待！

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