ヒンジメカの主要材料

メカトロテクノロジー

ヒンジは機構装置の一種ですが、これらを構成する部品は、アーム、ベース、スライダー、バネなどが使われています。大きくは金属材料を加工したもの、成型材料(プラスチック)を加工したものに分けられます。

 

金属材料

金属材料の種類
(1)単体金属の状態で使用するのは、鉄、ニッケル、銅、アルミニウム、亜鉛、チタン等の金属
(2)合金金属

現在では、上記を合わせて合金として強度・重さ・形状など目的に合わせた金属材料を使用します。合金の成分の重要な金属としては、クロム、マンガン、モリブデン、タングステン、バナジウム、ベリリウム、ケイ素(Silicon)などがあります。また、合金成分の重要な非金属としては炭素(Carbon)、窒素(Nitrogen)があります。

金属および合金はその性質によって、次の4グループに分けることができます。

高融点重合金 鉄合金 鉄を母金属とする合金で、工業材料として量的に最も多く使用されます。強さ、硬さが一般に優れていて、機械用、構造用に適しています。鉄合金として最も重要な合金は、鉄―炭素系で鋼(Steel)と呼ばれます。炭素の他にも有用元素を含む鉄合金を合金鋼と呼びます。
ニッケル
合金
ニッケル合金の物理的性質は鉄合金と似ています。しかし鉄合金に比べると耐食性が極めて優れています。この合金は高価なので、一般の機械構造にはほとんど使用されず、耐食、耐熱などの特殊な用途に限られます。
銅合金 銅合金は鉄合金、ニッケル合金に比べると、強さ、硬さが劣りますが、耐食性はニッケル合金に匹敵します。銅―亜鉛合金の黄銅、銅―すず合金の青銅をはじめとして、銅合金には鋳造性、加工性の良いものが多く機械材料としても多く使われます。また、銅合金の特徴は、電気伝導率に優れていることで、電気機器の導電体に欠かすことのできない材料でもあります。
貴金属 金、銀、白金、パラジウム、イリジウム等の金属は貴金属と呼ばれ、いずれも美麗な金属光沢を有していますが、極めて高価です。これらを機械材料として大量に用いることは少ないが、銅合金は軸受けや接合用ろう材として欠かすことのできない材料です。
低融点重合金 亜鉛、鉛、すず、カドミウム、ビスマス、アンチモン等であり、融点が低いこれらの物質は原子間の融点が少ないから、強度は低い。このような組織の特性を活かしたものに軸受合金(ホワイトメタル)があります。
軽合金 比重の軽いアルミニウム、マグネシウム、それらの合金が軽金属です。アルミ合金は軽量化を活かした構造材料として重要性を増しています。
新金属 最近の工業の発達に伴って開発された金属、及び高純度で優れた特性を発揮する金属を新金属といいます。チタン等一般にこれらの材料は製錬が難しく、コストもかかる欠点があります。

 

プラスチック材料

■プラスチックの定義

「プラスチック」はJIS K 6900-1994では、「必須の構成成分として高重合体を含み、かつ感性製品への加工のある段階で流れによって形を与え得る材料」とされています。

 

■プラスチックと合成樹脂

プラスチックは一般に、主成分の高分子に安定剤や補強材などの高分子でない成分を配合して作られており、これらをも含んだ混合物です。
この主成分の高分子のことを「合成樹脂」、あるいは単に「樹脂」といいます。
合成樹脂には塗料や接着剤(材)など、プラスチックの定義外の原料となるものも含まれます。
高分子というのは、大きな分子のことです。水の分子がH2O>酸素1個と水素2個が結合(共有結合)してできていることはよく知られています。「高分子」は、分子量がおおよそ1万以上あるような大きな分子のことだと考えてください。

 

■天然高分子と合成高分子

高分子には人間が合成したもの(合成高分子)と天然に存在するもの(天然高分子)があります。
例として、木材・紙・綿糸・麻(セルロース)・天然ゴムなど、動物の体を構成するタンパク質や、遺伝子のDNAも高分子そのものです。
高分子を人間が合成する時には、ほとんどの場合は入手しやすい低分子量の原料を使ってつなげて作ります。このような合成方法を「重合」といいます。こうして重合して作った高分子のことを「高重合体」あるいは単に「重合体」と呼び、一般に「ポリマー」という用語が使われます。

 

■熱硬化性と熱可塑性プラスチック

熱を加えると固まるものを熱硬化性プラスチック、逆に熱を加えると液体中に溶けるものを熱可塑性プラスチックといいます。
この溶ける熱可塑性を利用して型の中に流し込み、冷やして取り出すことで自由な形を作ることができます。

 

■プラスチックの種類と分類

プラスチックには極めて多くの種類があり、日常生活品から始まり、家電製品、自動車及び住宅設備など、適用分野の増大とともに発展してきました。
近年、エレクトロニクス、メカトロニクスの発展による製品の高精度・高機能に伴い、汎用プラスチックから、エンジニアリングプラスチックの材料・用途開発が盛んに行われています。
工業材料として、比較的耐熱性・機械的特性及び寸法安定性に優れるプラスチックを、エンジニアリングプラスチック(略称エンプラ)と呼んでいます。
また、近年では特殊エンプラ・スーパーエンプラと呼称され、さらに高耐熱・高強度のプラスチックも開発され、用途が拡大しています。

汎用プラスチック 熱可塑性 PE(ポリエチレン)、PP(ポリプロピレン)
PVC(ポリ塩化ビニル)、ABS、PS
熱硬化性 ユリア樹脂(UF)、メラミン樹脂(MF)、フェノール(PF)
エンジニアリング
プラスチック
熱可塑性 ポリアミド(ナイロンPA)、ポリアセタール(POM)、PBT、PPS
熱硬化性 フェノール樹脂(PF)、エポキシ樹脂(EP)
ポリウレタン(PUR)