メカトロニクス

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メカトロニクスとその周辺領域

メカトロニクス（英語：mechatronics）とは、機械工学、電気工学、電子工学、情報工学の知識・技術を融合させることにより、従来手法を越える新たな工学的解を生み出す学問・技術分野をさす[1]。

概要

語源

メカトロニクスは、昭和44年（1969年）に安川電機の技術者であった森徹郎によって出願された[2]言葉で、機械工学（メカニクス、mechanics）と電子工学（エレクトロニクス、electronics）を合わせた和製英語である[3]。昭和47年（1972年）1月に安川電機の商標として登録された[4]（特許公昭46-32714[2]）。登録前からこの言葉は現場を中心に使われるようになり[5]、一般にも広まっていった。現在は安川電機が商標権を放棄し一般名称として使われている[2]。海外にも普及していき、メカトロニクスを冠する学術論文集も、日本の欧文誌Journal of Robotics and Mechatronicsが1989年[6]、イギリスのJournal of Mechatronicsが1992年、アメリカのTransaction on Mechatronicsが1996年に創刊されている[7]。

メカトロニクス製品

従来、機械製品に複雑な動作をさせるには、リンク機構やカム、歯車など多くの機構部品を組み合わせる必要があった。このような製品は、大型・高価になりやすく、複雑で組み立てにくいものとなっていた。

そこで、制御の部分を電子回路化し、センサやアクチュエータと組み合わせることによって、複雑な動作を簡単に実現したり、機械要素の組み合わせだけでは実現できないような機能を持たせることが可能になる。今日では制御にマイクロプロセッサ（マイコン）を用いることによって、自動化や適応制御など、より豊富で便利な機能を実現している。また、同一の機構であっても、電子回路やマイコンプログラム（ファームウェア）の変更で、仕様の変更や追加を容易に対応できる利点ももつ。

以上のような特長により、従来機械産業とされてきた、時計、カメラ、自動車、工作機械など、ほとんどの分野でメカトロニクス化が進んできている。また、ロボット、ハードディスク、CDプレーヤー、自動改札機、ATMなど、メカトロニクスによってはじめて成り立つ分野も数多くある[8]。

FAのためのメカトロニクス

ファクトリーオートメーションにおいては、与えられた目的に対し、センサ、コントローラ、アクチュエータ、メカニズムをシステムとしていかに構築するかが問題となる。アクチュエータとしては各種モータのみならず、空気圧機器も良く使われる。メカニズムにはカム、リンク（スライダクランク機構等）、ゼネバ、歯車、ベルト等の機械要素もふんだんに使われ、コントローラとしては、プログラマブルロジックコントローラ（PLC）が使われることが多い[9]。後述するように、資格試験や競技大会においてもFAを意識したメカトロニクスを対象とするものが多い。

特徴

名称は機械＋電子の機電一体であるが、実際は機械工学・電気工学・電子工学・情報工学の融合である[3][1]。また、センサ・コンピュータ（コントローラ）・動力源（パワー源）・アクチュエータ・メカニズムを要素とするシステムとして構成される[10]。また、ハードウェアとソフトウェアの構成には多様性があり、ソフトウェアに比重を置くとインテリジェンスやフレキシビリティを持たせることができる[3]。

メカトロニクスの定義や範疇には幅があり、取り扱う人の立場によって[11]、時代[3]、用途によっても変わってくる[12]。事例として時計を考えると、機械式時計は全てが機械であり、クォーツ時計はほとんどがエレクトロニクス化したメカトロニクス、電波時計はマイコン・モーターを搭載して通信も行う高度なメカトロニクスになる[11]。カメラを考えると、当初は機械式、超音波モータ等で絞りが自動調整されるようになり、携帯電話のCMOSカメラではほとんどがエレクトロニクス化されている。

また、応用展開に合わせて、以下のような技術、機器が存在する[13]。

  • 精密メカトロニクス
  • オプトメカトロニクス
  • 知能化メカトロニクス
  • 医療・バイオメカトロニクス
  • マイクロ・ナノメカトロニクス
  • ネットワークメカトロニクス


関連事項

関連雑誌

株式会社技術調査会が発行する月刊誌で、創刊は1976年6月18日[14]。生産財業界の最新技術や企業動向を紹介している総合情報誌。企業広告が多く掲載されているのも特徴である。毎月15日に発行しているが、一般書店では販売していない。定期購読を申し込む[15]か、デジタルブックで閲覧する[16]。発行部数は35,000部（2014年1月現在）[14]。
IEEE（Institute of Electrical and Electronic Engineers、米国電気電子学会）とASME（American Society of Mechanical Engineers、米国機械学会）が合同で出版している論文集。正確にはIEEEは Industrial Electronics Society と Robotics and Automation Societyが、ASME は Dynamic Systems and Control Division という部門が担当しており、メカトロニクスの学際性が表れている[17]。
富士技術出版が出版する英文論文集。以前は日本機械学会のロボティクス・メカトロニクス部門と同出版社の共同編集であり、毎年同学会の学術講演会Robomec（ロボティクス・メカトロニクス講演会）の特集号が組まれていた[18]。

資格・免許

自動化推進協会が実施している資格試験であり、英語名称はTTAM（Test of Technical Ability on Mechatronics）[19]。ファクトリーオートメーションを扱う協会が主催していることから、生産設備の自動化技術者を想定している。どのメカニズムをどんなアクチュエータで動かすか、どのコントローラをどんなソフトウェアで制御するか、どのセンサでどんな信号を取るのか、に対し、最適な組み合わせを選定する実務能力が問われる[9]。
厚生労働省管轄の職業訓練指導員免許の一つ。職業能力開発総合大学校長期課程を卒業している、高校の教員免許を取得している、受講資格を満たした上で48時間講習を受講する、都道府県が実施する試験を受けて合格する等、免許の取得方法は複数ある[20]。

競技会

自動生産設備を模擬したFAモデルを取り扱う[21]。
・技能五輪国際大会（満25歳以下対象、職種「Mechatronics」）
・技能五輪全国大会（満24歳以下対象、職種「メカトロニクス」）
PLC（プログラマブルロジックコントローラ）に重点が置かれている、工業高校生等若者が主対象の大会。普通高校生、実業高校生、専門学校生を想定しているが、その他だれでも参加できる大会。eラーニングでエクセルPLCを使い、本大会で実機を用いる[22]。
幾つかの大学の研究室において、研究室対抗で行われる競技会。東京工業大学、山梨大学、法政大学、拓殖大学の研究室の学部4年生、修士学生が参加する[23]。ものづくりに重点が置かれ、システム構成の自由度が高い[24]。

参考文献

脚注

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関連項目

外部リンク


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  1. ↑ 1.0 1.1 機械工学便覧応用システム編γ7, (2008), p.9.
  2. ↑ 2.0 2.1 2.2 佐古長四郎: おもしろ万華鏡―村の広場のこぼれ話, 文芸社, (2005/04), p.68. ISBN 978-4835589640
  3. ↑ 3.0 3.1 3.2 3.3 黒澤豊樹, 精密機械49(11), (1983), pp.1475-1480.
  4. ↑ 日経産業新聞, 1982年1月1日付記事.
  5. ↑ 黒澤豊樹: メカトロニクス誕生の背景と最近の動向, メカトロニクス, Vol.6, No.8, (1981), p.3.
  6. ↑ 富士技術出版: JRM>Back number、2014年1月11日閲覧。
  7. ↑ 機械工学便覧応用システム編γ7, (2008), p.9.
  8. ↑ 機械工学便覧応用システム編γ7, (2008), p.11-12.
  9. ↑ 9.0 9.1 熊谷卓: メカトロニクス技術認定試験教本, (2007)
  10. ↑ 日本機械学会編: メカトロニクス入門, (1984), p.19-20.
  11. ↑ 11.0 11.1 西田麻美: メカトロニクスTheビギニング, 日刊工業新聞社, (2010), p.2-3. ISBN 978-4-526-06383-1
  12. ↑ 機械工学便覧γ7, (2008), p.11-12.
  13. ↑ 機械工学便覧応用システム編γ7, (2008), p.191-246.
  14. ↑ 14.0 14.1 月刊メカトロニクス>媒体概要、2014年1月10日閲覧。
  15. ↑ メカトロニクス>購読について、2014年1月10日閲覧。
  16. ↑ メカトロニクス・デジタル版、2014年1月10日閲覧。
  17. ↑ IEEE/ASME Transaction on Mechatronics、2014年1月9日閲覧
  18. ↑ 富士技術出版: Journal of Robotics and Mechatronics、2014年1月11日閲覧。
  19. ↑ TTAM　メカトロニクス技術認定試験 - JAA 自動化推進協会
  20. ↑ 東京都産業労働局: 職業訓練指導員免許のごあんない、2014年1月11日閲覧。
  21. ↑ 第51回技能五輪全国大会>競技課題一覧>メカトロニクス、2014年1月10日閲覧。
  22. ↑ メカトロ甲子園、2014年1月9日閲覧
  23. ↑ 松浦大輔: 研究室対抗メカトロ設計コンテスト, 日本機械学会誌, Vol.109, No.1057, (2006-12), pp.964-965.
  24. ↑ * 東京工業大学岩附・岡田研究室: メカトロ設計コンテスト、2014年1月9日閲覧。
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