それでは早速いきましょう。
世の中にはですね、様々な機械があります。
その様々な機械たちは、人の生活を豊かにするためにせかせかと働いてくれているわけです。
じゃあ皆さん、そういった機械がどういうエネルギーで動いているかっていうのを意識したことってありますか?
一番ね、身近な機械で言ったら、おそらく車でしょうけど、
あれはね、ガソリンとか、場合によっては電気で動いてますし、
身近ではなくてもね、やっぱり機械って言ったらロボットというイメージあると思うんですけど、
ロボットは何で動いてるかって言ったら、大体電気とかで動いてそうですよね。
まあそのあたりはね、おおむねイメージ通りです。
ただ、今日のテーマは圧なんですね。
電気でもガソリンでもなく、圧力で動く機械、機構があるんです。
それが空圧、油圧という技術です。
空圧っていうのは、空気の圧力って書いてね、空圧です。
その名の通り、我々の身近にある空気、これをギュッと圧縮して、圧力を高めて、
その力を機械に使っちゃいましょうよという技術です。
もう一つ、油圧。
圧力で動く機械ってなんなんって思うかもしれないんですけど、
すごくね、やっぱ身近に使われている技術です。
じゃあどういうものが空圧、油圧で動いているかっていうのを見ていきましょう。
まずはですね、空圧。
一番身近なのはね、やっぱこれです。
まずはですね、空圧。
一番身近なのはね、やっぱこれです。
聞き覚えありますよね、この音。
電車の自動ドアでございます。
あとね、バスなんかも同じなんですけど、
このドアの開閉っていうのは、空気の圧力で行っているんですね。
明らかにさっき言った通り、空気の圧縮で行っているんですね。
あとね、バスなんかも同じなんですけど、
このドアの開閉っていうのは、空気の圧力で行っているんですね。
明らかにさ、プシューって言ってるでしょ。
こういうイメージありますよね、なんか電車のドアとかバスのドアって
なんかプシューって言ってんなっていう印象あると思います。
あれまさに空気が排気されている音なんですね。
空気で動いている証拠なんですよ。
じゃあもう一つ、空気で動く身近なものがあります。
それもね、ちょっとまず音を聞いてみましょう。
何なのか分かりますかね。
かんだかい音なんでね、ちょっと気をつけて聞いてみてください。
これ何の音か分かりました皆さん。
もしかしたら、嫌な思い出がね、甦ったって方もいるかもしれないんですけど、
そうですね、排車さんの音です。
我々の虫歯を削ってくれるさ、ドリルあるでしょ。
あのドリルって実はね、空気の力で回転させてるんですよ。
エアタービンって言って、空気を高圧で噴射することで
タービンっていうのをね、高速回転させて、それでドリルを回してるんですね。
そして我々の歯をそれで削ってくれてると。
実はこんなところにも空気の圧力の力っていうのが使われているわけです。
ぜひとも皆さんね、電車に乗るときとか、排車行ってね、歯を削るとき、
それどころじゃないかもしれないんだけど、意識して音を聞いてみてください。
これがね、空気の圧なんですけど、次は油の圧の油圧についてちょっと見ていきましょう。
これもやっぱ身近にいろいろ使われてるんですよ。
さっきのね、空圧のような音はないんですけど、
皆さん普段から使っているであろう油圧というものがあります。
それが何かって言ったら、車のブレーキですね。
これまさにね、油を使って動かしてるんですよ。
皆さん普段車乗るときって減速しようと思ったり、止まろうと思ったときってブレーキ踏みますよね。
ほとんど何も意識せずに踏んでると思います。
それはいいんですよ。それはいいんですけど、せっかくの機会なんでね、
このラジオを聞いた人はブレーキに思いを馳せてほしいんですよ。
私がね、面白いなーって思うのは、ブレーキってさ、踏むと車止まるじゃん。
それは当たり前でしょ。止まらなきゃ困るし。
皆さんね、ブレーキを止まるためのスイッチとか何かだと勘違いしてませんか?
ブレーキを踏めば車が止まるような動きをする。
そういう仕組みだと思ってません?
これね、間違っちゃいないです。そういう仕組みなんですけど、
ただね、持っておいてほしい視点っていうのがあって、
それは、車を止めてるのは、皆さんがブレーキを踏む足先の力だよっていうことです。
ブレーキを踏むとね、その先にある油に力がかかるんですよ。
そこで圧力が発生して、それが油を伝わってタイヤについているブレーキのピストンっていうものがあるんですけど、
それを押して、さらにブレーキパッドを押してね、ブレーキがかかるっていう仕組みなの。
だからなんかスイッチポチで止まりましたっていう感じじゃないんですよ。
我々は高速で移動する1トン以上ある鉄の塊を、自分の足先の力一つで止めてしまっているということですよ。
特別に別の動力があるわけじゃなくて、
自分自身のペダルを踏む力を油圧によって変換して車を止めてるわけ。
これが油圧なんですよ。
そう思うとさ、俺の足先すごくないって思わない?
自分の足先の力やばいなって思うでしょ?
思わないですか?
僕はブレーキ踏むたびに思うんです。
でね、止まるたびにね、油圧ってすげえなって思います。
毎回思わなくてもいいんだけど、
皆さんもね、車で止まるたびに、油圧ってすげえって思ってください。
これを聞いた人は思わざるを得ない。
そういう印象を脳に刷り込みましたから。
という感じでね、実はこのように我々の生活の中でも知らず知らずに、
油圧というものを活用しているわけです。
設備装置自社で作りたいんだけど、制御屋さんいないんだよなぁ。
と、お困りの底のあなた。
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ここからは具体的に空圧、油圧がどういう技術なのかということを説明していきます。
まずね、空圧から説明しますけど、
これさっきも言ったように、空気の圧力を使っていろいろと動かそうぜっていう技術です。
圧力を加えた空気を圧縮空気なんて言いますけど、これを活用するんですよね。
圧縮空気の身近な活用の例で言ったら、
自転車とか自動車のタイヤが一番わかりやすいです。
空気入れてたら一生懸命タイヤに空気入れるでしょ。
入れれば入れるほどタイヤはカチカチになるじゃないですか。
それは空気を圧縮してね、タイヤに詰め込んでいるからです。
圧力が高まって、すごくタイヤとして活用できるような形になってるわけ。
だから広い意味では、タイヤも空圧を利用した機器の一つになるんですけど、
今日お話しする空圧っていうのは、タイヤとは違って、
圧縮空気を溜めた状態で使うんじゃなくて、
溜めた空気を出して使うっていう技術のことです。
イメージで言えば、風船をへくらましておいてね、すごい大きく。
必要な時に口を開放してね、プシュって空気を出して使うというイメージです。
これはあくまでもイメージであって、分かりやすいために風船にたとえたんですけど、
実際には吹き出す空気の風を使うというよりは、空気が持っている圧力を使うんですね。
今さらなんですけど、圧力ってそもそもなんなん?という話なんですけど、
圧力ってのは、物体が面を押す働きのことです。
なんとなくですけど、中学とかの学校で習った記憶が蘇ってきませんか?
圧力、面を押す力、働き、みたいなね。
蘇ってこない場合はね、授業中に寝てた可能性があります。
そんなあなたはね、先生の圧に勝ったということです。
空圧ってのは、物体の面を空気の力で押していろいろなものを動かすという技術です。
この空気の圧力を使うと、本当にいろんな動きが実現できるんですけど、
一番オーソドックスなのは直線運動です。
エアシリンダーっていうね、専用の機械部品があるんですけど、
それを用いて、空気の圧力を直線運動に変換することができます。
エアシリンダーっていうのがどういうものかっていうとね、
例えば、竹の筒でできた水鉄砲ってあるじゃないですか。
ほぼあれです。わかりますかね?
細めの竹を一節分で切って、片側に小さい穴を開けて、
片方から布のついた棒みたいなのを突っ込んで、
引っ張って水を吸い上げて、棒を押し込んで水をピューって飛ばすやつ、
あるでしょ?そういうタイプの水鉄砲。
エアシリンダーのイメージってほぼあれです。
水鉄砲の場合は、棒を突っ込んで穴から水を飛ばしますけど、
エアシリンダーの場合は逆です。
穴から圧縮された空気を突っ込んで、圧力で棒を動かすんですよ。
そうすると、圧力で棒を動かすっていう直線運動に変換することができるわけ。
それがエアシリンダーの役割です。
さっき言った電車のドアって空気圧で開いてますよね、閉じてますよねって話も、
このエアシリンダーっていうのは使われてます。
ドアの上、実は分解すると筒みたいなやつが入ってて、
そこに空気を送り込んで棒を伸ばしたり縮めたりすることで、
ドアが開いたり閉じたりしてるわけ。
空気の圧力を力に変換するためには、本当にいろんな機器が必要で、
いろんな種類があるんですが、
基本的にはどれも空気の圧を与えて、面を押すことで何かを動かす、
そういう原理で動いてます。
こういう感じで空気を使って機械を動かすということが、
様々な箇所で行われてるんです。
ただここで一つね、疑問が思い浮かびませんか?
なんでわざわざ空気の力使うのかっていうことですよね。
別に電気でよくね?っていうことです。
だってね、電気で物を動かせる技術ってもうあるじゃないですか。
皆さんご存知ですよね。モーターでございます。
電気流せば回るっていう部品があるのに、
なんでわざわざ空気の圧力使うのか。
非常に不思議ですよね。
まあそれは当然のことながら、空気圧、空圧には空圧の良さがあるんです。
何がいいのかっていうのをね、ちょっと紹介していきますけど。
まず一つ目ね、入手制ですね。
空気はどこにでもあるよ、ということです。
皆さん空気がなくて困ったことあります?
ああ、今日空気ないな、空気切らしてるわ、ちょっと買いに行かなきゃ、
トイレットペーパーみたいなことないでしょ?
空気は常に我々と共にあるわけよ。
そんな我々の身近な空気を媒介とした機器っていうのは、
それだけ必要なものが揃いやすいんで、安価に扱いやすいんですね。
モーターより安くなるということ。
といってもね、空気を圧縮するためには、
その圧縮するためのポンプを動かす必要があって、
そこに結局電気とかモーターの助けが必要なんだけど、
空圧のシステムというか、機器全体で見ると、
空気の圧力を伝えるための道具も、
空気が通せるホースが一本あればいいだけだし、
さっき言ったエアシリンダーとかも、
構造は比較的シンプルなんで、結構安いんですよ。
だから安価に、安く機械を動かしたいって時に、
非常にこの空圧っていうのは使えるんですね。
そしてもう一つ、空圧のメリットがあって、
それはね、漏れても安心ということ。
何かのトラブルでね、機械が壊れちゃうってことはやっぱあるんです。
もしその時に、電気とかだったらどうですか?
電気が漏れちゃう。漏電、怖いですよね。
それ触ったら痺れちゃうみたいな。
あとね、例えば油とかも漏れたらなんか嫌ですよね。
物によっちゃ引火するかもしれないし。
でも空気なら大丈夫じゃん。
そこら辺にあるんだから。
空気漏れてんなーって終わりですよ。
まぁ終わらないけどね、直さなきゃいけないんだけど、
比較的安全ですよね。
まぁ例えばね、さっきのドアの話に戻るけどさ、
電車のドアから油が垂れてきたら嫌じゃないですか。
それが服についたりしたらさ、問題になりますよね。
まぁ漏電なんてもってのほかですよ。
乗客がね、ドアに戻りかかって、痺れてたらやばいよね。
でも空気ならそういった問題がね、起こりにくいんですよ。
もっと言ったら、食品を製造する機械とかあるじゃん。
もしそこで油漏れとか起きたら、何が起こるか分かりますよね。
食品に油が混ざっちゃう。大問題でしょ。
その点、空気っていうのはね、クリーンなんですよ。
食材に混ざることがないから。
そういったね、リスク最小限に抑えられるんです。
だからそういう環境で使われる機械にも、
空圧っていうのはね、好んで使われます。
続いて、油の圧、油圧のお話です。
油圧って一体どういうことなんだろうと。
実はね、これもさっき話した空圧とほぼ同じです。
油に圧力を加えて、その油を経由して面に圧力をかけることで、
力を発生させて物を動かします。
使う機器の形もだいたい一緒で、
これもね、またシリンダーなるものがあってさ、油圧シリンダーって言うんですけど、
さっき説明したのと同じように、竹筒の水鉄砲みたいなやつなんですよ。
形とかはほとんどエアシリンダーと一緒、原理も一緒です。
そこに油の圧力を加えて、シリンダーのロットって呼ばれる棒を動かして、
油の圧力を直線運動に変換します。
それが油圧というものの原理です。
空圧油圧も同じようなものなんです。
じゃあなんで同じようなものなのに、油圧と空圧で分かれてるんだ。
空圧だけで良くね?と思うかもしれないんですけど、
当然ですね、油圧にしかできないということがあります。
それがパワーです。パワー!
でございますけども、油圧ってのはね、本当にもう中山筋肉なんですよ。
嘘ですね。中山筋肉ではないんです。
ただ油圧っていうのは、どの機械要素でも出せない圧倒的なパワーを出すことができるんですよ。
さっき言ったね、ブレーキの話もそうです。
我々の足先の力ですよ。微力ですよね。
それがなんと、車を止めるっていう力に変換されてしまうんです。
パワーですよ。
なんでそんな力を出せるのかというと、
それはね、油が非圧縮性流体だからです。
まあそのままですけどね。
圧縮できませんよっていうことなんですね、油ってのは。
空気っていうのはね、さっきも言ったように圧力を加えてギュッと圧縮していけるんですよ。
でもね、油、水もそうなんですけど、液体っていうのは圧縮できませんよね。
それ故に圧力を伝えるっていう能力もすごく高いんですよ。
詳しくは説明しません。
名前だけ思い出してもらえばいいんですけど、皆さんパスカルの原理って覚えてますか?
多分これもね、中学校とかで習ってますよ。
どういう原理かっていうと、密閉された容器の油に、水でもいいんですけど、
圧力を加えると油が触れている面全てに同一の圧力がかかりますよと。
こういうのをパスカルの原理と呼びます。
詳しくは図がないと説明しにくいんで説明しませんけど、省きますが、
このパスカルの原理を利用することによって、
なんと、いかようにも微小な力をものすごいパワーに増幅させることができちゃうんですね。
なんで?っていう人はね、ぜひともね、パスカルの原理で調べてみてください。
調べるのめんどくせえなという、横着なそこのあなた。
でももっと知りたいよっていうのであればね、おすすめのブログ記事あります。
支部長技術研究所っていう素晴らしいブログがあってですね、
そこに誰でもわかる油圧の基礎の基礎っていうさらに素晴らしい記事があってですね、
油圧基礎ってね、インターネット検索すると一番に出てくる、
あのGoogleに認められた記事でございます。
図もね、これでもかっていうくらいわかりやすくてね、非常に素晴らしい記事なんで、
概要欄にリンク貼っとくんでね、油圧の基礎気になるなっていう人はね、
ぜひともそこから読んでみてください。
いや誰が書いたのか知らないですけどね、世の中には素晴らしい記事があるんですね。
まあということで、口だけだとちょっと説明できないから、
まあとにかく油圧とはパワーだと思ってください。
すごいパワーが出るんです。
油圧で動いているものって言ったら、
まあ身近なものではないんですけど、すごく代表的なもので言えば、
ショベルカーとかの大型の銃器。
あれがまさにね、油圧のパワーなんですね。
ああいうのはモーター程度のパワーじゃね、全然動かせないんですよ。
必ずこう構造を見るとね、アームに油圧シリンダーっていうのが付いてます。
ものすごいパワーを発生させるためにはやっぱり油圧が欠かせないんです。
こうやって圧力を使った機器、実はできないことっていうのがあるんですよ。
それは何かって言ったら細かい制御です。
例えば10センチだけ動いてとか、5メーターパーセックの速さで動いてみたいな、
そういう位置の制御とか速度の制御っていうのが圧力機器だとできません。
圧力機器っていうのは本当に愛すべきシンプルさで、
与えられた圧力に従って全力で動くのみ。
そういうかわいい機械要素なんですよ。
だから例えばドアの開く距離をコントロールしたいと思っても無理なのね。
シリンダーがビューっと伸び切るか、どっかのストッパーに突き当たるまでちょっとつ猛進なんですよ。
そういうものなんですよね。
だからドアの開閉とかシンプルな動きに使うんですけど、
モーターで制御できた方がいいんじゃないかなっていう場合もあるんです。
最近はあらゆる機械が洗練されてきて、悪い言い方をしたら頭打ちになってきて、
そういう細かい部分をどんどん突き詰めていこうみたいな需要が高まってきてます。
例えばなんですけど、自動化された工場。
完全にロボットがいろんな段取り作業をしますよっていう工場があるとするじゃないですか。
機械にドアがついていて、ドアがビューっと開いてロボットがそこに材料を取り付けたり取り外したりとか、
そういう作業を自動で行ってどんどんどんどん物を作っていきますよという場合において、
その時、ロボットがドア開くの待ってる時間ってもったいないんですよね。
人間と違ってロボットには一時も休まずずっと働いてほしいんですよ。
1秒もロボットには休んでほしくないんです。
ちょっと厳しいんですけどね。ロボットはそういう宿命を背負ってるんです。
そうなると何がしたくなるかっていうと、
ドアをいちいち全開にする時間もったいないから、
必要な分だけ、その時の作業に必要な分だけドア開けばよくないっていう話になるんですね。
だからロボットがその作業をするのに必要な分だけドアがビューっと開けばいいんです。
そしたらドア開く時間って全開にしなくてもさ、ロボット作業できるから短縮できますよね。
ロボットがやりたい作業ごとにドアの開閉量ってものを最小にしてコントロールしたいよと、
そういう需要がだんだん出てくるわけ。
そういう細かい距離を制御するような動作って、
さっきも言ったように圧力を使った機器にはできないんですね。
これはモーターしかできないんですよ。
だから電動アクチュエーター使っちゃおうかなとなるわけです。
でも別にドアが開く開かないって、
それで節約できる時間ってさ、
どんなに長く見積もっても1秒。
およそ1秒以下でしょ。
コンマ2秒とかコンマ3秒その作業が短くなるよみたいな、
そのぐらいのちっちゃいちっちゃい改善なんです。
でも自動化する工場ってひたすらその作業を繰り返すんで、
1つのタスクでコンマ数秒短くなるだけでもとんでもないコストダウンだったり、
それこそ年間何百万という生産性の向上につながることがあるんです。
だからコンマ数秒ってなめちゃいけないんですよ。
そういうところを突き詰めていこうと思ったら、
空圧機器とか圧力機器が結構足引っ張ってくるの。
だからそういうところで電動アクチュエーターっていうのを使って、
動き最適化しようぜみたいなのが1個の流行りですね。
自動化にロボットが多く使われるようになってきたっていうのも要因の1つです。
あともう1つすごく大きい要因があって、
それ何かって言ったらカーボンニュートラルね。
消費電力においても電動アクチュエーターの方が有利なんだよっていう説があります。
カーボンニュートラルっていう文脈においてCO2削減しなきゃいけないよねっていう話になると、
製造業の分野では結構省エネしようぜみたいな流れになるわけ。
なるべく使う電気減らしてCO2削減につなげようみたいな、
そういうロジックが結構働くわけですね。
各社は省エネというところにすごく力を入れて取り組んでます。
その対策の1つとして最近よく言われるのが、
空圧使わずに電動アクチュエーターに置き換えようぜみたいな話が上がるんですよ。
空圧ってさっきも説明したように空気で動かすわけですから、
電気使わないんですけど圧縮空気を作るのに専用のポンプを回すからそこで電気使ってるんですよ。
そして一般的な工場の電気代の2割から3割は空圧のためのポンプを回すために必要な電力だと言われてます。
だから空圧って実はめっちゃ電気使ってるんですね。
そしてそもそもエネルギー効率がすごい悪いわけよ。
電気でコンプレッサーというもののモーターを回して圧縮空気を作ると、
そしてその圧縮した空気の圧力で物を動かすと、2回も力を変換してるんですよ。
だったら最初から電気で物を動かせばいいじゃんって感じですよね。
エネルギーっていうのは変換すればするほどどんどんロスしてきますから、
1回電気を空圧に変換して動きに変換するっていう流れをとっている時点で、
エネルギー効率的にはだいぶ空圧って不利なんです。
もともとは使い勝手が良くて安いっていうことで空圧がすごく使われてたんですけど、
電気モーターの技術の発展とか、世の中がカーボンニュートラルに向かい出したことによって、
実は今ちょっと空圧っていうのは減りつつあります。
最初電車のドア空気で開くんですよって言いましたけど、
実は最近の電車のドアってそんなに空気で開いてないことがあります。
プシューっていうイメージあるじゃないですか。
でもよくよく聞いてみると、プシューって言ってない電車めっちゃ多いんですよ。
実は電車のドアも電動に置き換わって言ってます。
是非ともそれも意識して見てみると面白いと思いますね。
油圧の方は特に電気では変えられないパワーがありますんで、
そこでアイデンティティを保ってるから何かに奪われるっていうことはないんですけど、
空圧の方は結構今立場が揺らいでるというか、
もちろん無くなることはないにしても、結構電動に置き換えよう勢と空圧のままでいい勢が争ってる感じです。