機械工作実習Ⅱ（エンジン分解・組立）における技術指導○山根 功，田村 義彦，萩原 和彦，田渕 晃嗣，平岡 浩之，三原 拓海
機械工学班

1．はじめに
機械工作実習Ⅱは、工学部機械システム系機械工学コース 2 年生の必修科目である。本科目では、工作機械を用いた可動製品の動作を通じて機械工作の実際を理解することを目的とし、実際に簡単な機械を製作すること、および可動部品の分解組立を通じてモノづくりを経験することを到達目標としている [1]。昨年（令和3 年）度までの実習内容は、旋盤、フライス盤などの工作機械を使用したジャイロスコープの製作のみであったが、改組によるカリキュラムの変更に伴い、今年度からエンジン分解・組立が組み込まれることになった。
エンジンの分解・組立は、旧機械工学科の頃から、1 年生の必修科目として機械工学ガイダンスの中に組み込まれていた[2]。その後、令和 2 年度まで行われていた工学安全教育の講義で内容を変更して取り入れられ[3]、今回の改組により機械工作実習Ⅱにおいて継続して実施することとなった。本報告では、現在行われている講義内容と、技術職員の取り組みについて紹介する。
2．講義内容について
2.1 講義内容とスケジュール
機械工作実習Ⅱは 3，4 学期の 5～8 時限ⅰ）に実施されている。工学安全教育にて行われていた実習では、4～5 名を 1 グループとし、1 回の実習時に 50 名程度の学生が受講していた。改組前、講義が行われた最終年度である令和 2 年度においては、コロナ禍の状況であることを鑑み、授業形態を変更し、必要最小限の時間と内容で実施した。本実習はその流れを継続して内容が構成されている。
実習を行う前に、教員による事前の座学講義が行われる。ここでは、機械工学全般に関する説明や工学倫理、将来の技術者を目指す上での心構えなどに加えて、エンジンの基礎的な知識と動作原理、工具名称と使用方法について説明が行われる。また実際に分解、組立実習を行う前週に、受講生はオンデマンド方式の講義を受講することで、事前に web 上で実際に行われる実習の様子を動画で確認する必要がある。
受講する学生は約 80 名で、1 回の講義で 10 名程度の学生が受講し、8 回にわたって実習を行う。学生は 2名ずつのグループに分け、各グループに TA が 1 名配置され、1 台のエンジンを使用する。
2.2 使用するエンジンについて
講義では、産業用の空冷式ディーゼルエンジンであるヤンマーL70V（図 1）を使用している。エンジンの主要諸元は表 1 の通りである。

図1

分解・組立に使用するディーゼルエンジン

岡山大学は令和 3 年度より 50 分授業を導入している。5～8 時限は 13：25～17：20 に行われる（各時限の間は 10 分間の休憩あり）。
ⅰ）表 1 ヤンマーL70V 主要諸元メーカー
ヤンマーL70V
エンジン形式
形式
立形空冷 4 サイクルディーゼル1
シリンダ数
シリンダ内径×行程
78 ×67 mm
320 cc
排気量
使用燃料
軽油
燃焼方式
直接噴射式
19.6 MPa
噴射圧力
4.3 kW/3600 min-1
定格出力
41 kg
乾燥質量
潤滑方式
トロコイドポンプによる強制潤滑
始動方式
電気始動またはリコイル始動
エンジン単体では作業性が悪いため、図 2 のように専用の作業台を製作して作業を行っている。エンジン作業台はヒノキ材で製作しており、運搬の際に使用する持ち手を設け、分解・組立の作業時に各種工具が干渉しないように設計されている。
エンジンの分解は、吸排気部品と燃料関連の補機類、シリンダヘッドを外し、腰下については、クランクケースを開けてカムシャフトとバランサシャフトを抜き取るところまで行う。時間の制約があること、特殊工具が必要になるといった理由から、ピストンおよびコンロッド、クランクシャフトについては取り外さず、機構を確認するまでに留めている（図 3）。講義時間内に主要な部品の分解・組立作業を行うことができ、機構を理解することを重視し、おおよその作業時間が分解に 60 分、組立に 90 分程度の時間で終えられるように作業内容を設定している。
組立後の運転については、基本的に全員がエンジン始動とアクセルノブによる運転制御、停止を操作する。
リコイルスタータによる始動が困難な学生、特に女子学生の多くはバッテリーとセルモータを使用した電気始動により運転を行ってもらう。

図2製作したエンジン作業台

図3

分解完了時のエンジン

2.3 講義における TA の役割
エンジンの分解・組立では、計 8 名の修士 2 年生が TA を担当しており、実習中の受講生への直接指導はTA が行う。講義開講前に事前に技術職員が TA への指導を行うが、そこでは各 TA が担当するエンジンを 2回または 3 回程度、分解・組立のトレーニングを行い、さらにエンジンの機構や動作原理、各部品の役割について、職員が実機や模型を用いて指導にあたる。実際の講義中では、受講学生は実習を通して、身近な先輩にあたる TA に学生生活についての相談ができ、機械工学を専攻する上での助言を受けることができる。
また TA にとっても、後輩への指導を通じて、自身の知識およびコミュニケーション能力の向上を図ることができると考え、このような形式で実習を行っている。もちろん、分解・組立時における部品破損や、エンジンの始動、制御ができないといった問題は頻繁に起こるため、これらの問題に対しては、随時、技術職員が TA をフォローしている。
3．整備マニュアルの作成および可視化動画の活用
ヤンマーのエンジン取扱書[4]およびサービスマニュアル[5]には分解・組立の方法が詳細には載っておらず、図や写真が少なく、保守点検について多く書かれたものであった。また実際の手順に沿ったページ構成になっていないため、独自の分解・組立用整備マニュアルを作成している。図 4 に示すように、手順に沿って、各部品の取り外し、取り付けにおける解説や注意事項、使用する工具などを詳細に記している。
このマニュアルについては、TA の事前練習や過去の実習中に起きた組み付け不良による失敗事例や事故を反映させ、更新を行っている。本エンジンの使用を開始してから 8 年目になるが、毎年、前例の無い失敗や部品破損が発生している。ミスを完全に無くすことは困難ではあるが、エンジン破損につながるような大きな事故は今のところ発生していない。
また、本体に組付後には確認できないインジェクタの燃料噴射の様子（図 5）や、実際のディーゼル機関における燃焼および火炎伝播の様子を撮影した動画を活用し、実機においてどのように動作するのか理解を深められるように工夫している。

図4

作成した整備マニュアル（一部抜粋）

図 5 燃料噴射の様子

4．今年度の実習実施結果について
今年度は表 2 に示す通り、8 名の TA がそれぞれ 5 グループの実習指導を行った。各 TA の分解と組立に要した時間の平均は図 6，図 7 のような結果であった。作業進行が早い、または主要な説明が抜けている TA に関しては補足説明を促し、作業に苦慮するような様子が見られた場合にはフォローを行ったことにより、分解・組立共におおむね想定通りの作業時間で終えることができた。ただし時間的余裕が無いため、組付け不良等の失敗をした場合、実習時間内に原因究明と再組付を行うことが困難である。この問題については今後、対策および対応を考える必要がある。
表2TA1
TA2
TA3
TA4TA5TA6TA7TA8

R4/10/19
○○○○

10/26
○○○○○○

11/2

TA の指導担当スケジュール
11/9○○○○○○

11/16○○○○○○○

11/30

12/7○○○○

12/14○○○○○○○○○○○○

分解作業時間（TA8名の平均＝50分）

6050403020100時間（分）TA1TA2TA3TA4TA5TA6TA7TA84649515450544949

図6

分解作業の平均所要時間

組立作業時間（TA8名の平均＝85分）

10080
6040200時間（分）TA1TA2TA3TA4TA5TA6TA7TA88697728280979875

図7組立作業の平均所要時間

5．おわりにカリキュラム変更に伴うグループの細分化によって参加者が分散され、1 グループの学生数が低減した。
これにより、指導する TA はこれまで以上に受講者一人ひとりに注力して指導ができるようになった。また、受講者も少人数で作業を行うことから、それぞれの役割と主体性が重要となり、TA を含めたグループのメンバーと積極的にコミュニケーションを取り、協力して作業を進める様子が見受けられた。
組付不良による、時間内での運転確認ができないグループについては、問題箇所や対応した結果について、写真等を合わせて実習後に通知し、共有するようにしたい。また組付時において、ネジの締め過ぎによる破断するという問題が少なくない。トルク指定のあるネジ部は問題ないため、その他の箇所については定性的な表現でも問題が起こらないように、テキスト内の指示を改良していきたいと思う。
参考文献[1] 岡山大学令和 4 年度シラバス「機械工作実習Ⅱ」（2022）[2] 山根功，田村義彦，萩原和彦「機械工学ガイダンスにおける TA 指導と安全教育」岡山大学工学部創造工学センター技術支援部門年報 第 6 集（2011）[3] 山根 功，今井 達也，田村 義彦，萩原 和彦，田渕 晃嗣，平岡 浩之，高橋 智「工学安全教育（エンジン分解・組立）における技術指導」岡山大学工学部創造工学センター技術支援部門年報 第 13 集（2018）[4] ヤンマー株式会社 ヤンマーディーゼルエンジン（L48V，L70V，L100V）取扱説明書（2010）[5] ヤンマー株式会社 ヤンマーディーゼルエンジン（L48V，L70V，L100V）サービスマニュアル（2010）