No.199

Aug.2019
ISSN 0387-1304

199

住友重機械

技報
S U M I T O M O H E AV Y I N D U S T R I E STECHNICAL REVIEW

この印刷物は再生紙を使用しています

Printed in Japan

住友重機械技報 199
No.

2019

論文・報告 Roll to Roll用高精度エアダンサユニット ADU-ASシリーズ
ナノ秒パルスレーザの特長とアプリケーション紹介

三好清人，安藤高虎

１

小西正悟，戸上５真X線天文衛星「ひとみ（ASTRO-H）」搭載軟X線分光検出器の寒剤フリー冷却
金尾憲一，吉田誠至，恒松正二，大塚清見，宮岡幹夫
連続３点式真直度測定システムの開発

技 術 解 説 クロスレール固定門形平面研削盤 KSL-F８シリーズ

市原浩一，高

９

娜

13

横田和幸

17

新製品紹介 CYPRIS HM-10用金属元素放射性核種製造システム

21

立軸円テーブル形平面研削盤 SVR80

22

精密平面研削盤 KSH-870

23

クロスレール固定門形平面研削盤 KSL-F22150（U）

24

クロスレール固定門形平面研削盤 KSL-F2560（U）

25

Sumitomo Heavy Industries
Technical Review
T / P APERS

No.

199

High Precision Air Dancer Unit ADU-AS Series for Roll to Roll
Kiyoto MIYOSHI, Takatora ANDO

Feature of Nanosecond Pulsed Laser Oscillator and Application Introduction
Shogo KONISHI, Makoto TOGAMI

Cryogen Free Cooling of ASTRO-H SXS Helium Dewar from 300 K to ４K
Kenichi KANAO, Seiji YOSHIDA, Shoji TSUNEMATSU, Kiyomi OTSUKA, Mikio MIYAOKA

Development of Continuous ３-point Straightness Measurement System
Kouichi ICHIHARA, Na GAO

T/INVITATIONS

Double Column Type Surface Grinding Machine KSL-F８ Series
Kazuyuki YOKOTA

2019

１
５
９
13
17

NEW PRODUCTS CYPRIS HM-10 Metallic Radioisotopes Production System

21

Vertical Spindle Rotary Surface Grinding Machine SVR80

22

Precision Surface Grinding Machine KSH-870

23

Double Column Type Surface Grinding Machine KSL-F22150（U）

24

Double Column Type Surface Grinding Machine KSL-F2560（U）

25

No.199 Aug. 2019

住友重機械技報
Sumitomo Heavy IndustriesTechnical Review
SXS-DWR temperature

350

He tank
JT shield
IVCS
MVCS
OVCS

300

Temperature
（K）

250
200
150
100
JT operation start

50
０
０

５

10

15

20
Time（days）

25

30

35

40

論文・報告Roll to Roll 用高精度エアダンサユニット ADU-AS シリーズ

Roll to Roll用高精度エアダンサユニット ADU-ASシリーズ
High Precision Air Dancer Unit ADU-AS Series for Roll to Roll
●三

好

清

Kiyoto MIYOSHI

人＊

安

藤

高

Takatora ANDO

虎＊

760

460
φ50

φ120

1 200

250

1 690

1 540
460
250

211

1 200
278

ADU-250-AS

図１

ADU-1200-AS

単位

AS-250-AS

AS-1200-AS

可動部質量（ローラは支給とし, 除く）

kg

2.7

9.4

ローラ径

mm

～50

～120

シリンダストローク

mm

18

18

最大張力

N

50

100

基材幅

mm

～200

～1 100

高精度ダンサユニット ADU-ASシリーズ
High precision dancer unit ADU-AS series

近年，PE（Printed Electronics）の実現のほか，薄膜や新素材の極低張力搬送など，Roll to Roll方式生産装置の高度化が求められつつある。高度化を実現する要素の一つとして，フィルムや紙などウェブの搬送時や巻出し・巻取り時の張力制御の高精度化がある。当社ではこれら張力制御の高精度化に取り組み，高精度エアダンサユニ
ットADU-ASシリーズを開発し，リリースした。ADUASシリーズでは，高精度な張力制御を実現すべく，ダンサ機構やエアシリンダの摩擦を極力低減し，専用のコントローラで推力を高精度・高応答で制御している。

１

型式

まえがき

In recent years, the advancement of Roll to Rollproduction equipment has been required, such as
realization of PE (Printed Electronics) and ultra-low
tension conveyance of thin films and new materials.
As one of the elements for advancement, there is an
improvement in the accuracy of tension control at thetime of conveyance, unwinding and winding of web
such as film and paper. We worked on high precisionof these tension controls and developed and released
high precision air dancer unit ADU-AS series. In the
ADU - AS series, in order to realize high precision
tension control, the friction of the dancer mechanism
and air cylinder is reduced as much as possible, andthe thrust is controlled with high precision and highresponse by a dedicated controller.

の生産方式確立に向けた印刷や塗工の高精細化，製品の小型化・軽量化に向けたウェブの薄膜化，新素材を使ったフィル

コータやグラビア印刷機などRoll to Roll方式の生産装置にムの出現などにより，張力変動抑制能力の向上や極低張力でおいては，フィルムや紙といったウェブに一定の張力を与えの搬送など張力制御のさらなる高精度化が求められつつある。

て搬送し，塗工や印刷，スリットなどさまざまな加工をイン

当社は，長年コータやグラビア印刷機をはじめとするRoll

ラインで行う。このとき，加工の対象となるウェブに与える

to Roll方式生産装置の制御システムを手掛けている。具体的

張力が適正でない場合や，張力に変動が生じてしまうと印刷には搬送ローラの駆動やそれを用いた張力制御システム，巻ズレや塗工ムラなどの加工不良，ウェブのたわみや延伸，破出し・巻取り制御システムなどであるが，今回，張力制御の断などの搬送不良，巻きズレ・巻きじわ，変形といった巻き高精度化に取り組み，Roll to Roll方式生産装置用高精度エア姿不良の原因となる。このことから，ウェブの張力を適正か

ダンサユニットADU-ASシリーズを上市したので本報で紹介

つ精度良く制御することが重要となる。

する。

特に近年，Roll to Roll方式によるPE（Printed Electronics ）1＊メカトロニクス事業部

住友重機械技報 No.199 2019

論文・報告Roll to Roll用高精度エアダンサユニット ADU-ASシリーズ

AIRSONIC

排気

サーボ弁

エアブッシュ

シリンダ
エアブッシュ

位置センサ

ADU-250 -AS

ロッド側

ヘッド側

エアベアリング

エアベアリング
圧力センサ

ピストン

圧力センサ
ADU-250 -AS の特長
・摩擦を低減・推力を高精度・高応答で制御
PS -100

図２

ADU-ASシリーズの特長
Features of ADU-AS Series

T＝EWtΔL/L0 ……………………………………………
（1）

50

●

推力測定値（N）

ダンサローラによる張力制御の場合，ウェブの張力変動に40応じてウェブの張力とエアシリンダの推力とが釣り合う位置

Fref＝1.000Fref＋0.01069

30を一定に保つ。したがってダンサ機構やエアシリンダ摺動部

0.1−1.6（N）

２●までダンサローラが移動することによりL0が変化し，張力Tの摩擦力が大きいと張力制御精度が悪化する。また，空圧制

●

20
１

御機器の空圧制御精度・応答が悪いと，エアシリンダにより発生する推力の精度・応答が悪化することになり，張力変動●●を充分に吸収することができなくなる。

●

10

●
●

０●
０

●

２

１

●
●
●
●
●

０
０

10

20

30

40

50

推力指令値
（N）

このことからADU-ASシリーズのダンサ機構部では，摩擦力を極力低減している。ウェブの張力変動に応じてダンサ
ローラは矢印に示す水平方向に移動するが，移動時の摩擦力を低減すべく摺動部にはエアブッシュを採用している。また，

図３

推力制御性能（AIRSONIC単体）
Thrust control performance (AIRSONIC only)

ダンサローラを精密に駆動させるべく，ダンサローラの重心点とエアシリンダの合力が一致するような設計としている（特許第6479588）。さらに，可動部にはエア配管や配線などのない設計としており，微小な抵抗も発生させないよう工夫
している。

２

ADU-AS シリーズ

エアシリンダシステムには当社の高精度エアシリンダシス
テムAIRSONICを使用している。AIRSONICでもピストンの

図１に，Roll to Roll方式生産装置用高精度エアダンサユニ

摺動部各所にエアベアリングを採用し，摺動時の摩擦力の低

ットADU-ASシリーズおよびその諸元を示す。今回はローラ減を図っている。ダンサ機構とAIRSONICとの連結部には弾面長250 mmのADU - 250 - ASおよびローラ面長1 200 mmの性ヒンジを使用して回転自由度を持たせ，ダンサ機構で発生

ADU-1200-ASを上市した。ADU-250-ASの対応できる最大する微小なひずみを吸収し，AIRSONICのエアベアリング部

張力は50N，ADU-1200-ASの最大張力は100 Nである。

に伝わらないような工夫を加えている。

図２に，ADU-ASシリーズの特長を示す。張力変動抑制能

AIRSONICでは圧力センサでヘッド側およびロッド側の圧力の向上や極低張力での搬送などに対応するに当たっては，力を計測している。摩擦力を極力低減していることから，こダンサ機構やエアシリンダ摺動部の摩擦力，電空変換器など

れらの差圧からピストンにより発生している推力を推定する

空圧制御機器の制御精度や応答性が阻害要因となる。フィルことができ，空圧モデルを組み込んだ専用コントローラPS-

ムや紙などウェブの張力Tは，ウェブのヤング率をE，幅をW，100およびサーボ弁により高精度・高応答にエアシリンダ推（1）
厚みをt，零張力条件下での長さをL0，伸びをΔLとすると力を制御することができる。

式のように表すことができる 。
⑴

図３に，AIRSONIC単体での推力制御性能を示す。本図は住友重機械技報 No.199 20192

論文・報告Roll to Roll用高精度エアダンサユニット ADU-ASシリーズ

−99.6

速度基準
推力指令値

−99.7

巻出し

推力
（N）

推力測定値
−99.8

モータ
ダンサ位置

±0.1
（N）
以下

−99.9

張力
検出器
通常ダンサ

フィード
ADU-250-AS

モータ

巻取り

張力
検出器

モータ
ダンサ位置

当社試験装置概要
−100

２

４

６

８

10

12

14

時間
（sec）

図４

推力制御性能（ADU-250-AS）
Thrust control performance（ADU-250-AS）

フィード速度（スウィープ速度外乱印加）
0.3 Hz

5.5

張力
（N）

直線性の高い推力制御精度を実現している。
図４に，ローラ面長250 mmユニットADU-250-ASでの推力

１
0.5

０
２

フィード速度スウィープ信号

張力変動

4.5

している。

0.5

１
時間
（min）

1.5
２
巻出し（通常ダンサ）
巻取り（ADU-250-AS）

フィードローラに速度変動を加えた場合の張力変動

ADU-AS シリーズの Roll to Roll 方式
生産装置適用例

実際にRoll to Roll方式生産装置に高精度エアダンサユニッ

1.5

5.0

を行ったとき，±0.1 N以下のバラツキで安定した制御を実現

３

１
時間
（min）

5.5

4.0
０

制御性能測定例を示す。－100 Nで引っ張り方向に推力制御

４

２

4.5

6.0

囲全域で，特に低推力の制御においてもバラツキが小さく，

５

３

5.0

4.0
０

定格推力50 Nシリンダでの性能であるが，0.1～50 Nの制御範

１Hz

スウィープ信号（Hz）

6.0
速度（m/min）−100.10

図５

フィルム搬送試験（ADU-250-AS）
Film transport test
（ADU-250-AS）

トADU-ASシリーズを搭載し，フィルム搬送試験を行ったので紹介する。
まず，ローラ面長250 mmユニットADU - 250 - ASを当社
Roll to Roll試験装置に適用した例を図５に示す。試験装置のフィードローラに0.1～５Hzで±0.5 m/minの速度変動を与次にローラ面長1 200 mmユニットADU-1200-ASを顧客のえたときの通常ダンサ（巻出し部）およびADU-250-AS（巻取Roll to Roll試験装置に適用した例を図６に示す。フィードロ

り部）の張力変動を比較した。試験は厚み25μm，幅200 mm

ーラに0.02～1.5 Hzで±１m/minの速度変動を与えたときの通のPETフィルムを設定張力10 N，速度５ m/minで搬送して常ダンサおよびADU-1200-ASの張力変動を比較した。試験行った。通常ダンサにより張力制御を行っている巻出し部

は厚み 20μm，幅1 000 mmのOPPフィルムを設定張力15 N，では，速度変動を与え始めたところから±0.5 N程度の張力

速度５ m/minで搬送し，通常ダンサでの張力制御とADU -変動が発生している。それに対し，ADU - 250 - ASを使用し1200-ASでの張力制御を切り替えて行った。通常ダンサが約て張力制御を行っている巻取り部では，張力変動を約１ Hz

0.2 Hz以上において張力変動が拡大しているのに対し，ADU-

まで±0.1 N程度に抑制できていることが分かる。なお，ダン1200-ASは0.8 Hz程度まで張力変動を抑制できていることがサローラの可動範囲は有限長であることから，ダンサローラ分かる。

で実際に張力制御を行う場合，ダンサ位置フィードバックに

図７に，設定張力を10，15，30，50 N，搬送速度を５，10 ，より巻出しや巻取り駆動用モータの回転数を増減し，ダンサ

50，100，200 m/minとした場合の通常ダンサおよびADU-

ローラの位置を可動範囲内に制御する。位置制御のゲインを

1200-ASの張力変動の比較を示す。通常ダンサでは速度を上高くし，ダンサローラがあまり移動しないようにする調整がげるのに従い張力変動が大きくなっているが，ADU- 1200 -よく行われるが，ダンサローラの移動による張力変動抑制のASでは速度の変化による張力変動の変化があまり見られな妨げになるので，可動範囲を逸脱しない程度の調整としていいことが分かる。

る。
3

このフィルム搬送試験により，摩擦力を極力低減し，推力
住友重機械技報 No.199 2019

論文・報告Roll to Roll用高精度エアダンサユニット ADU-ASシリーズ

通常ダンサ

通常ダンサ張力変動
4.5
4.0

ADU-1200-AS

前段ユニットへ

モータ

張力検出器

巻取り

モータ

ダンサ位置

張力変動
（N）

フィード

3.5
3.0

●

●

●
●

●

●

●

1.5
０

●
●

●
●
●

●

●

2.5
2.0

顧客の試験装置概要

●
●
●

●

●

10

20

30

40

50

●

200 m/min●

100 m/min●

50 m/min●10 m/min●

5 m/min●

200 m/min●

100 m/min●

50 m/min●10 m/min●

5 m/min

60

1.4
６N程度

1.2

2.5 N以下

1.0
0.8
0.6
0.4

0.2 Hz2040

60

0.8 Hz80 100 120 140
時間
（sec）

1.0 Hz0.2

ADU-1200 -AS 張力変動
4.5
張力変動
（N）

20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
０

張力変動

スウィープ信号（Hz）

張力（N）

設定張力（N）
通常ダンサ
ADU-1200-AS
スウィープ信号

フィルム搬送試験（ADU-1200-AS）
１
Film transport test
（ADU-1200-AS）
１

2.5

●
●
●

０
160 180 200

1.5
０

フィードローラに速度変動を加えた場合の張力変動

図６

3.5

10

●
●
●

●
●
●

20

30

●
●

40

50

60

設定張力（N）

図７

フィルム搬送試験（ADU-1200-AS）
２
Film transport test
（ADU-1200-AS）
２を高精度・高応答に制御する高精度エアダンサユニット
ADU-ASシリーズの張力変動抑制性能が有用であることが確
認できる。

４

むすび

Roll to Roll方式生産装置の張力制御において，張力変動抑制能力の向上や極低張力での搬送に向けて上市した高精度エ
アダンサユニットADU-ASシリーズについて紹介した。
ADU-ASシリーズは，ダンサ機構やエアシリンダ摺動部の摩擦力を低減することで，エアシリンダの推力を高精度・高応答で制御できるという特長を持つ。
PEの生産方式確立などRoll to Roll方式生産装置の高度化には，張力制御だけでなく搬送速度制御の高精度化などさま
ざまな課題がある。当社ではこれらの課題についても継続して取り組み，Roll to Roll方式生産方式の発展に貢献していきたい。
（参考文献）(1)

橋本 巨, 入門ウェブハンドリグ, 株式会社加工技術研究会, (2010), 37・38.
※「AIRSONIC」は，住友重機械工業株式会社の登録商標です。

住友重機械技報 No.199 20194

論文・報告ナノ秒パルスレーザの特長とアプリケーション紹介

ナノ秒パルスレーザの特長とアプリケーション紹介
Feature of Nanosecond Pulsed Laser Oscillator and Application Introduction
●小

西

正

Shogo KONISHI

悟＊

戸

上

真＊

Makoto TOGAMI

SPI Lasers社製 redENERGY G４
redENERGY G４ made by SPI Lasers Limited

近年，金属加工分野において利用されることが当たり前となったファイバレーザだが，レーザ発振器の性能向上に伴って一般的な金属材料の溶接・切断のみならず，より幅広い分野への応用が可能となっている。特に高ピーク短パルスレーザの登場はこれまでのファイバレーザ
では成しえなかったプロセスを可能にした。また，高ピ
ーク短パルスレーザの得意とする微細な領域での加工は，自動車産業をはじめとした各分野で現在ニーズが高まっている。本報では，当社が取り扱うレーザ発振器である
redENERGY G４を例として，数あるレーザ発振器の中でも比較的新しいナノ秒パルスレーザの特長および一般
的なレーザでは加工を行うことができないプロセス技術について紹介していく。

１

まえがき

いパルス幅を持つパルスレーザの出現である。パルス幅の種類もナノ秒～フェムト秒と幅広く，アブレーション加工，レ

自動車業界を中心に溶接・切断・穴あけなどの金属加工をーザマーカ，金属表面のクリーニングなど，アプリケーショ担ってきたYAGレーザがその役割をファイバレーザへと移行

ンに合わせてユーザが自由に選択できる環境が整っているこ

し始めて10年以上が経過した。ファイバレーザが業界のスタとも理由の一つと言える。本報では，当社で取り扱っている

ンダードとなった現在，アプリケーションの多様化によりそ

ナノ秒パルスレーザについて，その特長やアプリケーションの活躍の場も多岐にわたっている。出力が100 kWを超えるレの実例を説明する。

ーザが登場する一方，熱影響が小さく微細で高品質な照射が求められる分野においてもその性能がユーザにより高く評価され，すでに多くの実績を残している。

5

Fiber laser has been becoming quite common in metal
processing field over the past few years. Along with
the improvement of performance of laser oscillator,
not only basic process such as cutting and welding
but also new processing for a wide range of fields
have become possible. In particular，appearance ofhigh peak/short pulse laser oscillator enabled newprocessing that conventional fiber laser oscillator
couldn’t process. Furthermore, in many industries suchas automobile industry there is an increasing demand
for micro processing that is strong point of high peak/short pulse laser oscillator. This article describes somefeatures of nanosecond pulsed laser that is a relatively
newer laser oscillator than other laser oscillator. Also,
we describe some feature of nanosecond pulsed laser
oscillator“redENERGY G４”that has been handled
Mechatronics division and some unique process with
redENERGY G４.

２

ナノ秒パルスレーザ redENERGY G４ ⑴

当社は，英国SPI Lasers社が開発したナノ秒パルスファイ

微細加工分野においてファイバレーザが高く評価される理バレーザredENERGY G４シリーズを取り扱っている。この由としてあげられるのが，非常に高いピーク出力と極めて短

redENERGY G４は，パルスピーク出力≧10 kW，繰返し周＊メカトロニクス事業部

住友重機械技報 No.199 2019

ピーク出力
（au）

論文・報告

０

図１

50

100

150
200
時間
（ns）

250

WF０
WF１
WF２
WF３
WF４
WF５
WF６
WF７
WF８
WF９
WF10
WF11
WF12
WF13
WF14
300
350

redENERGY G４の持つパルス波形
Pulse waveforms of redENERGY G４

ナノ秒パルスレーザの特長とアプリケーション紹介

接合材料

耐荷重

銅─アルミ

12 kgf

銅─真鍮

９kgf

Cu

流れ出たアルミ

金属間化合物Al
0.15 mmt Cu on 0.4 mmt Al

（a）
表面外観

図２

波数＞50 kHzといった特長を持っており，ほかのレーザ発振

アルミ内にくい込んだ銅

（b）
切断面

ステーキング工法における表面外観および切断面
Surface and cut section after laser staking process

態を生成することができる。

器と比較して，入射熱制御の最適化に優れている。このこと

図２に，銅とアルミの重ねスポット接合における表面外観

から，特定のアプリケーション（過剰な入熱や歪み・反りをおよび切断面を示す。このとき切断面を見ると，異種材料の回避する必要がある薄い材料の接合など）において高い適性

間に多数の杭打ちがされているような現象が認められることを持つ。また，このナノ秒パルスレーザは，独自のMOPAから，ステーキング工法という名が付けられている。一般的（Master Oscillator Power Amplifier）
制御技術でレーザ発生

な溶接では，加熱された金属が溶けて大きな溶融プールが生用の発振器と，そのレーザを増幅させる光増幅器をそれぞれ成され，２つの異なる金属が互いに混ざり合う現象が起き，独立して制御し，設定されたWaveformと呼ばれる数 ns～

混ざり合った部分で脆弱な金属間化合物が生成される。しか500 ns超のなかから最適なパルス形状を選択できる。また，し，このステーキング工法では，おのおのの金属の接合部分

パルス幅に応じた最適な周波数を設定することができ，これは複数のミクロな金属混合で構成されているのみであり，大により従来広く使われていたQ-Switch方式と比較し，周波数

きな溶融領域を生成していないことが分かる。また，これらを上げてもピーク出力を保ったまま発振することが可能となの接合部分が生成される時間は１箇所当たり数ナノ秒と加熱

っている
（図１）
。

時間は最小限に抑えられており，加熱時間に応じて発生する

３

新しいプロセス技術

異種材接合

金属間化合物の生成を最小限に抑えることが可能である。高
ピーク・短パルスのレーザで照射された金属の動きとして，本章では，redENERGY G４を用いたアプリケーションの融点が低いアルミは銅表面に流れ出し，融点が高い銅が溶融なかでも，現在注目を集めている異種材接合について紹介すしたアルミの内部に複数の杭を打ち込むように移動する。結る。異種金属材料の接合は，製品や素材の高機能化を目的と果，おのおのの金属に引っ掛かり，いわゆるアンカー効果がした市場ニーズの高いプロセスであるが，これまで異種金属発生し，高い接合強度が得られている。

の溶接（ここでは接合と呼ばず，あえて「溶接」と記述する）
が困難であった理由は大きく分けて次の２点である。

redENERGY G４の200 W機を用いて，A1050 0.6 mmt，下板にC1020 0.4 mmtの組合わせでは，40 N/mm2のせん断強度① 各材料で異なる溶融温度と冷却速度を得ることができた。ただし，杭を打ち込むように接合する② 脆弱な金属間化合物
（合金）
の成形

ので，引き剥がし強度は比較的弱く，８ N/mm2という結果が特に②に関しては，生成される金属間化合物の割合によっ出ている。

て，溶接後の強度が元々持っている母材強度よりも著しく低

現在の最大出力ラインナップである200 W機で照射した場

下することから異種材溶接の大きな障壁となっている。異種

合，上材の厚み限界の目安として銅では0.6 mmt，アルミでは材溶接を困難にしている金属間化合物は溶融プールの界面に1.0 mmt，吸収率の良いSUSでは2.0 mmtという結果が出てい現れ，時間と温度にもとづいて生成される。このことから，る。これらの加工限界は金属の表面状態，下材の材質や厚み ，

加熱サイクルを適正にコントロールすることが金属間化合物

メッキの有無によって変動する。

の生成抑制における重要な要素となる。そこで，入射熱制御

redENERGY G４のステーキング工法が実際に製品として性の高いredENERGY G４を用いることで，金属間化合物を実用化されている代表例として，バッテリの電極部分での接抑えながら異種材接合を行うことが可能となる。一般的に高合がある。異種材同士の接合に加え，裏面への熱影響が出な

ピーク・短パルスレーザはその特徴から切断や微細加工に用いことが求められるが，高い熱制御性をうまく活用し，アルいられることが多いが，レーザ走査にガルバノシステムを利ミやニッケルメッキ銅などのバスバーを接合することができ

用し，高速で精度の良いスパイラル動作（らせん状の軌跡）にた。市場の盛上がりから，redENERGY G４を使用しての異より短パルスレーザ光を対象ワークに打ち込むことで接合状

種材接合は今後さらに活用の機会が増えると考えられる。
住友重機械技報 No.199 20196

論文・報告図３

４

ABS樹脂マーキング
Marking on ABS resin

図４

モアレパターン（左）とモアレパターン抑制（右）Moire pattern and its suppression result with redENERGY G４

ナノ秒パルスレーザによる加工例

深いマーキングを行うことも可能である。一般的にV.I.N.
マーキングと呼ばれるもので，Vehicle Identification

３章ではステーキング工法による異種材接合について紹介

Numberという名のとおり，主に車両識別番号用のマーしたが，redENERGY G４ではその特性を生かし，多種多様

キングとして使用される。一般的な低出力のレーザマー

なアプリケーションに対して適切な加工を行うことが可能でカでは得ることのできない深い掘込みによってできたマある。本章ではredENERGY G４を用いた代表的なアプリケ

ーキングは，上から塗装を行っても番号の識別が可能でーションを紹介する。

ある。現在，このV.I.N.マーキングは主に海外の自動車（1）マーキング

メーカーで使用されており，国内においても今後広まっ

元々レーザマーカ用途として開発されたredENERGY
G４は，多種多様な材料に対するマーキング性能においていくと予想される。
（2）彫刻て優れた能力を発揮する。図３に，ABS樹脂へのマーキ

金属材料への深堀彫刻（Deep Engraving）
においてポイングを実施した例を示す。通常，レーザを使ったプラス

ントとなるのが除去率と表面粗さであるが，それを決定

チック上へのマーク生成ではプラスチックの焼けや溶融付ける要素の一つにレーザ走査角度がある。彫刻を行なを避けられないが，短パルス波形を用いることによりそう際にはガルバノを使って目的の領域をレーザスキャンのダメージを最小限に抑えることができる。

していくが，このとき走査方向の角度が０°や30 °など

ポリカーボネートなどの高分子材料に対しては，ハイの単純な角度の組合せのみで繰り返された場合，除去率

コントラストのマーク生成に高エネルギーが必要である

は悪化し表面も粗いという結果となる。これは一般的にことは分かっているが，レーザ照射後に表面が荒れてし

モアレパターンと呼ばれる模様である
（図４左）
。この状

まうという問題がある。そこで平均出力が同等となるよ態を改善するには，レーザ走査角度に適切な組合わせをうに，低エネルギーかつ高周波数の条件を採用すること選択してモアレパターン化を抑制する必要があるが，最で，同じコントラストで滑らかな表面のマークを生成す

適な走査角度の組合わせを発見し，この問題を改善してることができる。

いる
（図４右）
。

さらに，特徴的なマーキング手法の一つとして金属材

また，走査角度の最適化に加えステンレス鋼の彫刻に料に対してのカラーマーキングがある。カラーマーキン

対しては，複数のレーザ条件を組み合わせることで表面

グにレーザを使用すること自体は特に真新しい技術ではの品質をコントロールしている。各レーザ条件は彫刻，なく，10年以上前から金属製品や宝飾品の加工用として

クリーニング，仕上げ，引き直し，焼入れなどの加工ス確立されている技術である。当時このプロセスに対する

テップに分類され，それぞれに適切なパルス幅，周波数 ，

商業的な関心は低かったが，現在では商品の差別化を目

ピッチ間隔，走査速度および走査回数を設定することに的とした新技術や仕上がりを求める製造メーカーから大きな関心を得る手法となっている。カラーマーキングは ，より高品質な彫刻結果が得られている。
（3）クリーニング

レーザ出力や走査速度を調整して金属表面に生じる酸化最近，注目を浴びているプロセスが金属表面のレーザ

膜の厚みをコントロールすることで色彩に変化を与えてクリーニングである。高ピーク短パルスレーザの特性をおり，チタンやステンレス鋼などの遷移金属に適応して生かし，対象素材へのダメージを抑えつつ表面の不要物いる。

を除去することが可能である（図５）。主に，金属塗装膜

さらに，200 W機を使用することで最大800μm以上の7

ナノ秒パルスレーザの特長とアプリケーション紹介

や赤さびなどの自然酸化膜，溶接後の焼け，印刷ロール
住友重機械技報 No.199 2019

論文・報告図５

金属塗装膜の除去
Removal of coating on metal

図６

ナノ秒パルスレーザの特長とアプリケーション紹介

鉄板の赤さび除去
Removal of red rust on iron plate

や金型の汚れなどに対して短時間の高密度エネルギーを照射することにより，素材への熱影響を抑えながら表層領域にある不要物を蒸発させるプロセスである。溶剤をは変動する。

５

むすび

使用しないドライプロセスであることから，後処理が容（1）当社が取り扱うナノ秒パルスレーザであるredENERGY

易で環境にも優しく，レーザ自体も小型で簡易な設備でG４は数十種類のパルス波形が選択可能であり，幅広い

すむので導入コストも抑えられるというメリットがある 。

アプリケーションに適応する能力を持つ。

狙ったところだけを部分的に除去できるというのもレー（2）高ピークかつ短パルスでの照射により，異種材接合にザならではの特長である。図６に，赤さびのレーザ除去

おいて従来の加工で発生していた金属間化合物の抑制を行うことが可能となった。

の結果と拡大写真を示しているが，基本的に熱プロセスであることにより鉄板表面にはレーザ溶融の痕跡が残っ（3）異種金属接合だけでなくマーキングや彫刻，クリーニている。また，除去対象の厚み分を蒸発させるだけの投ングなど，多くのアプリケーションへの加工が可能であ入エネルギーであることから，大きな凹凸や深いスクラる。

ッチなどはレーザ照射後も残存する。
（4）被膜剥離・除去
クリーニングと似たプロセスであるが，銅線の被膜に（参考文献）(1)

SPI Lasers：Applications Handbook 2015.

使用されるPAI（ポリアミドイミド）
を代表とする樹脂被膜に対する剥離・除去も注目を浴びている。銅線被膜に使用されるPAIはスーパーエンジニアリングプラスチッ
クの一種であり，その耐熱性，機械的強度および摺動特性の高さから広く使用されている。この銅線被膜はレーザの吸収率が極めて悪いので下材の金属を含めて除去を行う。下材の金属に最適な入射熱を加える必要があるが，過剰な熱がたまりすぎるとPAIの溶融，または金属への必要以上のダメージを招く。そこで高ピーク・高周波数の特長を持つredENERGY G４を使用することで，樹脂界面の銅のみに熱をためることができ，銅へのダメージを最小限に抑えながら表面のPAIのみを高速で除去することが可能となった。
銅平角線のPAI 50μmを完全に取り除くレーザパラメ
ータで照射した場合，27 mm2/sで除去を行うことが可能であった。PAIの除去はレーザパラメータだけでなくガルバノの走査方法や走査回数によって変わることから，除去品質によって除去速度は変動する。
また，PAIだけでなく，その他樹脂に対しての剥離・除去も可能であるが，樹脂の厚みや色などによって結果
住友重機械技報 No.199 20198

論文・報告X線天文衛星「ひとみ（ASTRO-H）」搭載軟X線分光検出器の寒剤フリー冷却

X線天文衛星「ひとみ（ASTRO-H）」搭載軟X線分光検出器の寒剤フリー冷却
Cryogen Free Cooling of ASTRO-H SXS Helium Dewar from 300 K to ４K●金尾

Kenichi

憲

KANAO

一＊

吉

田

誠

Seiji YOSHIDA

至＊

恒

松

正

二＊

大

Shoji TSUNEMATSU

塚

清Kiyomi OTSUKA

見＊

宮

岡

幹

Mikio MIYAOKA夫＊

SXS-DWR temperature

350

He tank
JTS
IVCS
MVCS
OVCS

300

Temperature（K）

250
200
150
100
JT operation start

50
０
０

５

10

15

20
Time
（day）

25

30

35

40

デュワー内の温度変化
Temperatures in Dewar during cool down

軟X線分光検出器（SXS）は，X線天文衛星「ひとみ（ASTRO-H）」 に 搭 載 さ れ た 観 測 装 置 の 一 つ で あ る。
SXSは，多段断熱消磁冷凍機（ADR）で50 mKに冷却された検出器を備えている。ADRは，ノミナル運転では液体ヘリウムを用いた1.3 Kのインターフェースを熱浴として運転される。液体ヘリウムが消費された後は，機械式冷凍機を用いて冷却する４Kの熱浴で運転される（寒剤フリー運転）。ノミナル運転，寒剤フリー運転ともに地上試験で機能が実証された。本報では，機械式冷凍機
のみで300 Kから４Kまでの冷却を実施した試験結果を報告する。４K領域の質量はヘリウムタンク，ADR，検出器など35 kgである。デュワー（真空断熱容器）に取りSoft X-ray Spectrometer instrument (SXS) is one ofthe primary scientific instruments of ASTRO-H. SXS
has a cold detector that is cooled to 50 mK by using
a multi-stage Adiabatic Demagnetization Refrigerator(ADR). SXS Dewar containing ADR provides 1.3 K heatsink by using liquid helium in nominal operation. Afterliquid helium is dried up, ４K heat sink is provided byusing mechanical coolers. Both nominal operation andcryogen free operation were successfully demonstrated.
This paper describes the test result of cryogen free
operation and cool-down performance from room
temperature by using only mechanical coolers withoutliquid helium. The coolers on the Dewar cooled down
cold mass from around 300 K to ４K with 265 W electric
power in 37 days. Cold mass is 35 kg in ４K area
including the helium tank, ADR and detector assembly.

付けられた冷凍機は300 Kから４Kまで265 Wの電力で冷却し，37日目に４Kに到達した（代表図）。

１

9

まえがき

った。特に４K以下の温度が必要な場合は，液体ヘリウムを搭載することが必須であった。液体ヘリウムは，確実に冷却

天体観測において遠くの宇宙からやってくる微弱な光を感できる反面，蒸発してしまったら観測は終了せざるを得ない

度良く検出するには，検出器を冷却することが有効である。

というところが弱点であった。これを克服すべく，機械式冷検出器自体に内在する熱雑音が低減できるからである。また ，凍機を併用して液体ヘリウムへの熱負荷を軽減し，寿命を延すべての物質はそれ自体の温度に対応した赤外線を放射してばす工夫がなされてきた。しかしながら観測時間を長くした

おり，天体由来の赤外線を観測する際にはノイズとなる。しいという要求は強くなる一方で，液体ヘリウムを使って冷却たがって，検出器以外の望遠鏡や鏡筒などを冷却することもするシステムでは限界があるのは明らかであった。このよう感度向上に有効である。人工衛星に搭載された観測機器で検な背景があり，機械式冷凍機のみで４K以下の温度に到達で出器などを冷却する場合には寒剤を用いることが一般的であきるシステムの登場が待たれていた。X線天文衛星「ひとみ＊産業機器事業部

住友重機械技報 No.199 2019

論文・報告X線天文衛星「ひとみ（ASTRO-H）」搭載軟X線分光検出器の寒剤フリー冷却

Glass FRP strap

CSI

SC-B

Helium tank

Carbon FRP strap

SC-A

Joule-Thomson cooler

MLI&Vaporcooled shield
（VCS）

図１

デュワー模式図
Schematic of Dewar（ASTRO- H）」に搭載された軟X線分光検出器（Soft X-ray
Spectrometer instrument：SXS）
では，この期待に応えられるように寒剤フリー運転が可能な冷却装置が採用された。

図２

Struts
PC-B PC-A

デュワー断面図
Cross section of Dewar

験結果を述べる。

２

冷却システム

第26号科学衛星「ひとみ」は，国立研究開発法人宇宙航空

デュワーは，液体ヘリウムと機械式冷凍機を併用するハイ研究開発機構により開発されたX線天文衛星である。2016年

ブリッド冷却システムである⑵。図１に，デュワーの模式図

２月17日にH２Aロケットで種子島宇宙センターから打ち上を示す。液体ヘリウムタンクがデュワーの中心にあり，そのげられた 。「ひとみ」の科学目的は，ブラックホールの周周りを４枚の熱シールドで取り囲んでいる。熱シールドは内辺や超新星爆発など，高エネルギーの現象に満ちた極限宇宙側からJoule-Thomson cooler cooled Shield（JTS），Inner Vaperの探査や高温プラズマに満たされた銀河団の観測を行うこと

Cooled Shield（IVCS），Middle Vapor Cooled Shield（MVCS），

で，宇宙の構造やその進化を探ることであった。SXSは，

Outer Vaper Cooled Shield（OVCS）
である。JTSは，ジュール「ひとみ」に搭載された観測装置の一つである。SXSは，微トムソン膨張を用いた４K冷凍機で，４Kに冷却されており弱なX線の検出を目的としてマイクロカロリーメータというヘリウムタンクへの熱負荷を低減する。 IVCSとOVCSは，X線検出器を備えていた。X線の光子は，物質に吸収される

蒸発したヘリウムガスで冷却されるだけでなく，２台のシーと光子のエネルギーが熱に変わり，物質の温度を上昇させルド用冷凍機（SC - A，SC - B）でも冷却されている。ADRる。このときの温度変化を測定することで光子のエネルギー（ADR１〜３）と検出器はヘリウムタンクに取り付けられていを知ることができるというのが原理である。温度上昇は微小る。打上げ後は，はじめに液体ヘリウムを用いて1.3 Kの熱浴であるので，検出器を超低温に冷却することが求められる。

を作る。この段階では，３段構成になっているADRのうちSXSでは，断熱消磁冷凍機（Adiabatic Demagnetization

ADR１とADR２がHS（ヒートスイッチ）１とHS２を介してRefrigerator：ADR）で検出器を絶対零度まであと0.05度

1.3 Kの液体ヘリウムタンクと接続される。ADR３は動作さに迫る50 mKまで冷却した。「ひとみ」は国際協力プロジェ

せない。液体ヘリウムを消費した後は寒剤フリー運転に移行

クトで，ADRとマイクロカロリーメータの開発はアメリカ航し，ADR３を４K冷凍機とADR２の間で動作させて1.3Kの温空宇宙局（NASA）
が担当した。検出器とADRはデュワーと呼度を作る。ADR３はHS３およびHS４を介し，ヘリウムタン

ばれる真空断熱容器内に格納されている。デュワーは検出器

クと４KのJTSを接続する。JTSは高純度のアルミニウム製

およびADRを支持するとともに，ADRが50 mKで吸収した熱のサーマルリンクで４K冷凍機に接続されている。

⑴

を排出する熱浴を提供する機能を持っている。デュワーが提

図２は，デュワーの断面図である。ヘリウムタンクと４枚供する熱浴の温度は２通りある。液体ヘリウムを用いて1.3 Kの熱シールドは，アウターシェルからFRP製のストラップでとする場合と，液体ヘリウムが消費された後に機械式冷凍機

支持されている。打上げ時の振動環境に耐えながら，支持構だけで冷却する4.5 Kの場合である（寒剤フリー運転）。液体ヘ

造から伝導で入ってくる熱を低減することを目的として考案

リウムと機械式冷凍機を併用する冷却システムではあるが，された構造である。ストラップの繊維素材は，ガラス繊維と機械式冷凍機のみでも４Kに到達できる構成になっており，炭素繊維を温度によって使い分けている。OVCS，MVCSお将来計画で期待されている液体ヘリウムを使用しない冷却シ

よびIVCSは，ガラス繊維FRPストラップ（Glass FRP strap）

ステムの実証と位置付けることもできる。本報では，デュワを用いてアウターシェルから支持されている。JTSとヘリウ

ーのハイブリッド冷却システムと寒剤フリー運転での冷却試

ムタンクは，IVCSから炭素繊維FRPストラップ（Carbon
住友重機械技報 No.199 201910

論文・報告X線天文衛星「ひとみ（ASTRO-H）」搭載軟X線分光検出器の寒剤フリー冷却

図３

ストラップ
Straps

図５

2段スターリング冷凍機
Two-stage Stirling coolers

図４

４K冷凍機
（熱交換器，予冷機のコールドヘッド）
Joule-Thomson cooler (heat exchanger and PC-B)

図６

試験セットアップExperimental set up

FRP strap）
を用いて支持されている。これは炭素繊維の方がであり，２段圧縮する構成になっている。予冷機には２段ス

低温で熱伝導度が小さくなる特性を持っていることによる。

ターリング冷凍機を用いている。コンプレッサで圧縮された

図３に，ガラス繊維FRP製のストラップ（右列）と炭素繊維

ヘリウムガスは，PCで予冷されJTオリフィスを通過するとFRP製のストラップ
（左列）
を示す。

きにジュールトムソン膨張により４Kに到達する。４K冷凍

OVCS，MVCSおよびIVCSの表面には，アルミニウムの蒸着フィルムを積層した多層断熱材（Multi-Layer Insulation：MLI）の予冷機と熱交換器の外観を示す。

が装着されている。層数はそれぞれ50層，30層，20層であ

シールド用冷凍機（SC - A，SC - B）もPCと同じく２段ス

る。MLIは縫い合わせたフィルムを積み重ねたものだが，縫ターリング冷凍機を用いている。冷凍能力は１段ステージにい目に隙間ができたり，層間が密着すると断熱性能が低下す

100 Kで１W付加した状態で，２段ステージにおいて20 Kでる。これを回避すべく，輻射シールドの形状に合わせて隙間

200 mW吸熱できる⑷。１段ステージがOVCSに接続され，２なく一定の層密度になるように１層ずつ手作業で縫製されて段ステージがIVCSに接続されている。図５に，２段スター

いる。JTSの内側で４K以下の領域にある被冷却物はヘリウ

リング冷凍機を示す。右列がコンプレッサ，左列がコールド

ムタンク，ADRおよび検出器で，その質量の合計は35 kgでヘッドである。コンプレッサで圧縮したガスをコールドヘッ

ある。寒剤を使わずに４Kに到達するシステムは，小規模なド内で膨張させることで寒冷を発生させている。

ものであれば2009年に国際宇宙ステーションに搭載されたSMILESで実証されている⑶⑷。SMILESのデュワーはSXS

11機の冷凍能力は4.5 Kで40 mWである⑷。図４に，４K冷凍機

３

寒剤フリー運転試験セットアップ

よりも小型で，４ K領域の質量はSXSデュワーの1/10であ寒剤フリー運転の実証試験には地上試験用のエンジニアリ

る。SXSで35 kgの質量を冷却できたことは，将来計画で用ングモデルを用い，クリーンルーム内の23 ℃環境で実施した。

いる観測機器で寒剤フリーなシステムを採用できる可能性を

冷凍機の駆動には衛星搭載用の電源ではなく，市販の電源を広げたといえる。

用いた。温度測定も衛星搭載用のエレクトロニクスではなく，続いて機械式冷凍機について述べる。デュワーに搭載され冷凍機駆動と同様に市販の計測器で実施した。アウターシェている４K冷凍機は前述のSMILESに搭載されたものを発展

ル内は，真空断熱を保つべくターボ分子ポンプで排気し，ヘさせたもので，２台の予冷機（PC-A，PC-B）とジュールトムリウムタンク内はあらかじめ真空にしておいた。図６に，試ソン（JT）冷凍機で構成されている。JT冷凍機は，２台のコ験セットアップの外観を示す。写真の中央がデュワーである 。

ンプレッサと熱交換器，JTオリフィスを内蔵する４Kステー

デュワー側面と底面に取り付けられた冷凍機が発熱するので ，ジから成る。２台のコンプレッサはそれぞれ低圧用と高圧用

スポットクーラーで空冷した。
住友重機械技報 No.199 2019

論文・報告表１

SXS-DWR temperature30

He tank
JTS
IVCS

25
Temperature（K）

X線天文衛星「ひとみ（ASTRO-H）」搭載軟X線分光検出器の寒剤フリー冷却

JT operation was started

20

10
５
０
30

図７

31

33

32

35
34
36
Time（day）

38

37

39

Steady state

SC-A

53

53

SC-B

53

53

PC-A

53

53

PC-B

53

53

JTCL

25

21

JTCH

28

23

Total

265

256

ており，温度はOVCSが144 K，MVCSが104 K，IVCSが26 K

SXS-DWR cooler powerであった。設計では40日以内に４Kに到達することが予測さ
JTCL
JTCH
SC-A
SC-B
PC-A
PC-B

50
Power
（W）

40

Maximum（JT operation start）

ヘリウムタンク，JTSの温度変化（４K付近）
Temperatures of helium tank and JTS around ４K

60

40
JT operation start

30

れていたので，設計と整合する結果である。表１に，冷凍機の電力を示す。電力の合計は，JT運転を開始したときが最大値の265 W，定常状態では256 Wであった。この結果をもって寒剤フリー運転が可能であるという熱設計が検証された。

20

寒剤フリー運転でADRを動作させ，検出器を50 mKに冷却で10きることも確認しているが，その詳細は参考文献に記述があ

０
０

図８

Power consumption（W）

CoolerHeat switch３and４were turned on.

15

冷凍機の電力Power consumption of coolers (maximum and steady state)

るので割愛する⑸。
５

10

15

20
25
Time（day）

30

35

40

冷凍機の消費電力変化
Power consumption of coolers during cool down

５

むすび（1）寒剤フリー運転が可能なハイブリッド冷却システムを設計・製作し，試験で性能を確認した。
（2）液体ヘリウムと機械式冷凍機を併用するシステムであるが，液体ヘリウム消費後を想定した寒剤フリー運転で

４

試験結果

デュワー内の温度変化を代表図に，ヘリウムタンクが４Kに到達したときを拡大して図７に，冷凍機の消費電力を図８

冷却試験を実施して37日間で35 kgの質量を300 Kから４Kまで冷却できることを実証した。
（3）ADRを動作させて検出器を50 mKに冷却できることを実証した。

に示す。冷却を開始する時点では，SCを20 W，PCを15 W，35 kgの質量を，液体ヘリウムを使わず，最大265 Wの電力

JTを0.1Wで運転した。JT冷凍機は，コンプレッサを運転しで300 Kから４Kまで冷却できたことは，将来計画で寒剤を搭てPCで予冷したヘリウムガスを循環させ，熱交換器とJTS

載しない冷却システムが採用され，何年にも及ぶ長期観測がから内側にあるものを冷却した。温度が低下するのに応じて実現する可能性を広げるという意味で大きな成果である。

冷凍機の電力を増加させた。SCに比べPCの方が冷却する対象物が小さいので温度が早く低下することから，SCよりも引き続き冷却技術を進化させ，低温機器を通じて宇宙科学の発展に貢献する所存である。

早く電力を増加させることができた。冷却開始から33日目にJTSが15 Kに到達した。この時点でJT冷凍機を循環運転から（参考文献）

ジュールトムソン膨張させる運転に切り替えた。翌34日目に(1) Takahashi T.et al., The ASTRO-H (Hitomi) X-ray Astronomy

JTSが４Kに到達した。ヘリウムタンクとJTSの間にあるHS３とHS４は，温度差がある２面間でヘリウムガスを媒介させることで熱のやり取りをする。ヒートスイッチは，10 K近傍に冷却されるとヘリウムガスがヒートスイッチ内の吸着材に吸蔵されてOFFになる。これによりJTSから断熱されるのSatellite, Prc, SPIE 9905 99050U-1-17.
(2) Yoshida S.et al., Flight model performance test results of a helium
dewar for the soft X -ray spectrometer onboard ASTRO-H.
(3) Otsuka K.et al., Test results after refurbish of cryogenic system forsmiles.
(4) Narasaki K.et al., Life time test and Heritage On-orbit of SHI
Coolers for Space Use, Cryocoolers 19, 613-622.

で，この時点でヘリウムタンクの温度は10 Kである。37日目(5) Shirron P.et al., Operating modes and cooling capabilities of theに吸着材部をヒータで暖めてヘリウムガスを放出させること

3-stage ADR developed for the Soft-X-ray Spectrometer instrument

でヒートスイッチをONにした。これによりヘリウムタンク

on Astro-H, Cryogenics 2016 ; (74) : 2-9.

はJTSに接続され，4.5 Kに冷却することができた。この時点でヘリウムタンクを取り巻く熱シールドも定常状態に到達し
住友重機械技報 No.199 201912

論文・報告連続３点式真直度測定システムの開発

連続３点式真直度測定システムの開発
Development of Continuous ３-point Straightness Measurement System
●市

原

浩

一＊

Kouichi ICHIHARA高Na GAO娜＊

センシングユニット

計測画面

連続３点式真直度測定システム
Continuous ３-point straightness measurement system

工作機械の案内面に代表されるように，精密部品において真直度形状を求められる部品は少なくない。しかし，
メートルサイズの長尺物の真直度形状を１μm以下の絶対精度と繰返し精度で測定することは難しい。これまで製造現場の真直度計測は，熟練工によるオートコリメー
タや電気レベル計などによる測定面をトレースする方法
で行われてきた。当社は研削された平面の真直度を非接触で計測でき，従来の逐次３点法よりも高精度で繰返し精度の高い連続３点式の真直度自動測定システムを開発した。本報ではその特長と測定性能について紹介する。

１

まえがき

大型ワークの真直度測定については，研削盤などの加工機
上で水準器やオートコリメータを用いた人手による機上計測

真直度測定装置は，直線形体の測定対象の理想直線からのが行われているのが現状で，真直度測定の自動化はいまだ普誤差を測定する装置である。対象が平面の場合は，平面の法及していない。一方で生産現場では，労働人口の減少に伴う

線方向の反り量やうねり量の測定になる。現場に要求される

労働力不足が深刻化し，また団塊世代の熟練工の技術伝承も真直度精度は，１m当たり１μmの反りが測定できるレベル

課題となっている。本報では，熟練工のスキルを必要とせずと考える。そして現在１ m当たりサブミクロンの反りの測定

誰でも簡単に扱え，高精度で繰返し再現性の高い自動真直度が可能な装置が実用化されている⑴。

計測装置について紹介する。

真直度が要求される部品の代表例としては工作機械のクロスレール，ベッドおよびテーブルのガイド面やTダイのスリ

13

As represented by the guide surface of a machine tool,
there are not a few parts for which the straightness shapeis required in precision parts. However, it is difficult tomeasure the straightness shape of a meter-sized longobject with an absolute and repeatability accuracy of
1μm or less. Until now, straightness measurement
at the manufacturing site has conventionally been
carried out by tracing the measurement surface with
an autocollimator or an electric level meter by a skilledworker. We have developed a continuous 3-point
straightness automatic measurement system that canmeasure the straightness of a ground plane with noncontact and that is more accurate and repeatable than
the sequential 3-point method. This report introduces its
features and measurement performances.

２

主な真直度測定方法

ット部のほか金型部品や定盤などがある。これら部品の真直

図１に，平面を対象とした主な真直度測定方法の原理と特度形状は，工作機械の運動性能やラミネートの膜厚ムラの性徴を示す。最もシンプルな真直度測定方法は，測定基準上に能に直結し，正確な形状測定が求められる。

設置された１個の変位センサを長手方向に走らせて測定面と＊技術本部

住友重機械技報 No.199 2019

論文・報告運動真直度：Δyε（x）
ピッチング誤差：Δθε
（x）

＋

Δyε

−

A
Δθε

y

B
P

a

形状 y＝f（x）

＋

C
P

（c）
逐次３点法（従来方式）

P

g
A

Δθε
Δy Δθ

Δx
Δθ Δy

（b）
逐次２点法

Δθ

B
P

a

A

C

C
P
c

a

b

P
b

B
P

Δθε

−

r

r−g
c

b

（a）
１点法

図１

連続３点式真直度測定システムの開発

c

図２

（d）
連続３点法（本方式）

曲率ギャップと曲率の関係
Relationship between gap and curvature

主な真直度計測方法と連続３点法
Main straightness measurement methods and continuous ３-point methodの変位を測定する１点法である（図１（a））。しかし，測定基準の真直度誤差Δyεや，曲がりを原因とするセンサを載せたスライダのピッチング誤差Δθεにより正確な真直度形状が得られない。これは３次元測定機で生じる測定誤差と同様

（ ）
＝∫∫

３

2

2

2

……………………………………………
（5）

連続３点法

3.1 連続３点法の原理である。
２点法は，変位センサ２個を使用して２点間の高低差とセ

従来の３点法は逐次３点法と呼ばれ，センシングユニット

ンサ間ピッチから傾きを求め，その１階積分から真直度形状

をセンサ間ピッチで逐次ステップ移動させて（図１（c）），そを求める方法である。スライダの運動真直度の並進誤差は傾の位置の曲率ギャップのデータ（ギャップデータ）から曲率をきには影響しないが，スライダのピッチング誤差Δθεが傾求め，その２階積分より真直度形状を求める。各位置のギャ

き誤差となる（図１（b））。傾き測定は水準器やオートコリメ

ップデータをセンサ間ピッチで積分するのでサンプリング点ータ，レーザ干渉計を使っても可能で現場ではよく利用されのギャップデータのバラツキに大きく影響される。鏡面のよている。測定面上をプローブを接触させてトレースするのでうに表面粗さが十分に小さな滑らかな面，または粗さ波高値

測定面の粗さの影響を受けるが，当然スライダのスキャン動が無視できるほど曲率ギャップが大きい場合は問題にならな作がなく，その運動真直度の影響を受けない。測定基準は，い。

水準器の場合は地球のジオイド面であり，光を利用する場合

図３は，
（5）
式から求めた測長距離当たり１μmの曲面におは光軸である。光は空気の揺らぎによる屈折率の変動によりける測長距離と曲率ギャップとの関係を示したグラフである。

光軸が曲がり，傾き誤差を発生させることから測長距離が長センサ間ピッチをパラメータに示している。センサ間ピッチ

い場合は注意を要する。

100 mmの場合，測長距離１mで１μmの真直度を測定するに３点法は，変位センサ３個を使用して測定面の３箇所の高は40nmの曲率ギャップになり，そのレベルの測定分解能がさを同時に測定するので，その範囲の平均曲率の測定が可能

必要なことが分かる。このように真直度測定には数十nmレベである。これを図２を用いて説明する。３個の変位センサA ，ルのギャップ測定精度が要求される。この値は研削面の粗さ

B，Cの測定点をa，b，cとすれば，直線acと点bの距離が面の1/100程度の微小な値である。したがって，ギャップデー

の曲がりの程度を現わす指標である。これを曲率ギャップg

タは曲率成分よりも粗さ成分に支配され，サンプリング点のと呼ぶことにする。gは直線acの中点とb点の距離であるから粗さ形状に大きく依存する。

（1）式となる。三平方の定理から（2）式となり，rについて解

センサ間ピッチ間隔のギャップデータのみを利用する逐次くと（3）式として求まる。ここでPはセンサ間ピッチである 。

３点法では，サンプル点数が少ないことから粗さに埋もれた

曲率ρは曲率半径の逆数より（4）式となり，傾きの変化率で曲率ギャップを分離抽出することができず，真直度形状の測ある２階微分値に等しい。これから曲率ρの２階積分から表定再現性が得られない。これに対し連続３点法は，測定面の面形状が計算できる。

スキャンで得られる連続データに近いギャップデータを利用＋（1）− …………………………………………………
2

＝

2

2

（ − ）＋
∴ ＝
ρ＝

1

2

2

＋
2

＝

＝

2
＋

2

2

……………………………………………
（2）………………………………………………
（3）
2 ＝

2
2

……………………………………
（4）

する
（図１
（d）
）ので曲率ギャップの抽出が可能となる⑵⑶。たとえば，0.1 mm間隔で取得したギャップデータを使い0.1 mmのピッチで積分して真直度形状を求めるので，従来の逐次３点法より滑らかで繰返し再現性の高い真直度形状が得られる。
スキャンで得られる曲率ギャップ波形は，粗さが乗った高周波な波形である。一方，積分演算は周波数に反比例して信号を減衰させる特性を持つので，２階積分により粗さの高周波
住友重機械技報 No.199 201914

論文・報告連続３点式真直度測定システムの開発

100

曲率ギャップ
（nm）

90
80
70
60
50
40
30
20
10
０
０

１

２

３

４

５

６

７

８

９

10

測長距離
（m）
P＝100 mm

図３

P＝200 mm

P＝300 mm

測長距離と曲率ギャップの関係
Relationship between gap and target length

ゼロ点校正方法と校正基準
Method of zero calibration and calibration standard

成分が減衰し，真直度形状に関与するDC成分や空間周波数管理できればその値を使用しても校正は可能である。ゼロ点の低いうねり成分が残る。

補正値に校正基準値の曲率を加える必要がある。

3.2 変位センサ

真直度形状の絶対精度は，曲率ゼロの校正精度で決まり，変位センサは，スキャン使用を考慮すると接触式では摩耗

校正基準面の真直度精度が要求される。前述のとおり，曲率による精度劣化や測定面のダメージが懸念されることから，

ギャップ40 nmは１ m当たり１μmの真直度形状誤差に相当す

非接触式センサが望ましい。測定分解能がnmレベルになるとる。したがって，校正基準の基準面の形状再現性はnmレベル

静電容量式やレーザ変位計，分光干渉式，レーザ同軸式などが求められる。この再現性の主な阻害要因は，温度変動によに限定される。静電容量式は，検出距離が短く測定面との接る熱変位と設置面との接触に伴うマイクロ変形である。本装触の心配があり，使いにくいことからレーザセンサの評価を置の校正基準には低熱変位特性のファインセラミックス材を行った。

使用して温度安定性を確保し，３点支持法により基準面の形

レーザ変位計は，2000年頃から普及した歴史があるセンサである。レーザ光源を内蔵し，その内部発熱による光学系の状再現性を向上させている。
3.4. センサホルダの影響

熱歪みなどによりサブμmレベルの温度ドリフトが発生する。

センサを保持するセンサホルダも測定精度に影響する。曲

また，拡散タイプを使用しても三角測距式原理により測定面率ギャップは，（1）式に示したとおり計算から求めた直線acの数十μradの傾き変動が反射光の角度誤差を生じ，100 nmの中点と実測値のb点の距離から求めている。b点が加工誤差以上の距離誤差が発生し真直度計測には向かなかった。

だけ中点の真下からスキャン方向にΔxだけずれていると，

分光干渉方式と同軸変位計は，最近販売されたセンサで測これにより測定面がΔθ傾く場合の高さ変化はΔh＝ΔxΔθ

定面の傾きの影響を受けず，また光源部とセンサ部を光ファだけ生じる。たとえばΔx=20μm，Δθ=１mradの場合Δh=20 nm

イバでつないでいるので内部発熱による温度ドリフトを心配となり，真直度測定では無視できないギャップ誤差になる。

することなくnm計測が行えた。本装置に使用したセンサは分

これはセンサ間ピッチ誤差だけでなく，センサ軸の傾きによ光干渉方式のSI-F10（キーエンス製）である。センサの詳しいっても発生する。加工精度で抑えるか，ΔhとΔθの関係か

情報はメーカーのwebを参照されたい。

らΔxを求め，補正する必要がある。

3.3. ゼロ点校正
３個のセンサ原点を組立てにより一直線上にnmレベルにそろえることは難しい。曲率ギャップgは直線acと点bの距離か

４

機上真直度測定の性能評価

測定性能は，図５に示す鋳物のテストブロックを当社の新ら求めるので，センサabcの原点が一直線上にないと真っす

型研削盤KSL-F820でクラウニング研削加工したものを利用

ぐな面を測定しても曲率ギャップｇが発生し曲面として判断した。測定面は，幅50 mm×長さ1 500 mmのLCR列の３種類される。３点法では曲率を２階積分して形状を求めることかの真直度形状の平面である。研削面の粗さはRa0.5～１μmでら，このゼロ点のオフセットは放物線誤差として真直度形状ある。真直度測定も同機のテーブル送りを利用してスキャニに現れる。そこで正確な真直形状を求めるには，このオフセングした。測定はLCR列ともにゼロ点校正実施後に測定を行

ット量を除去する必要がある。

った。

ゼロ点のオフセット量は，真直度がゼロに近い真っすぐな

セッティングを除いた所要時間は，ゼロ点校正に１～２分 ，鏡面仕上げの校正基準面の測定によりその量を求めることが測定時間はスキャン時間と同等となり，ワンパス20秒弱であできる。これを計測装置のゼロ点校正と呼ぶ。図４に，そのる。スキャンごとに真直度形状が画面に表示され，設定のス

方法と校正基準を示す。真直度測定は，ギャップデータから

キャン回数が完了すると表示グラフの画像や真直度形状など

ゼロ点校正値を差し引いて補正する。校正基準面は必ずしものcsvデータが保存できる。

平面である必要はなく，曲面でも曲率ギャップがnmレベルで
15

図４

図６に，測定結果を示す。測定面の真の形状が未知である
住友重機械技報 No.199 2019

変位（μm）

論文・報告

L列

C列

50
40
30
20
10
０
０
−10
−20
−30
−40
−50

連続３点式真直度測定システムの開発

２５０

500

750

1 000

1 250

1 500

1 250

1 500

1 250

1 500

ワーク座標
（mm）

R列

L列

C列

R列

（a）電気レベル計の測定結果

測定対象（３列 B50×L1 500）
Measurement targets

変位（μm）

図５ことから従来の電気レベル計による逐次２点方式との比較を行った。図６（a）が電気レベル計による測定結果である。測

50
40
30
20
10
０
０
−10
−20
−30
−40
−50

２５０

500

750

1 000

ワーク座標
（mm）

定ピッチは100 mmである。L列が34μmの凸，C列がほぼフL列

ラットの２μmの凸，R列が35μmの凹である。図６
（b）
が本

C列

R列

（b）本計測システムの測定結果

計測システムの結果である。スキャン速度は約100 mm/sである。L列が23μmの凸，C列がほぼフラットの１μmの凸，R
変位（μm）

列が26μmの凹である。
本計測システムの方がＬ列Ｒ列ともに真直度の絶対値が10μm程度低く出ている。これは，両端100 mmの範囲のギャップデータが得られず，全長1 500 mmに対し1 300 mmの積分長となったことによる。積分長の比率からは真の形状の２の真直度になる。電気レベル計測結果を真75 %＝（1.3/1.5）の形状と仮定して比率を求めるとL列が68 %，R列は74 %で

30
25
20
15
10
５
０
０
−５
−10
−15
−20
−25
−30

250

ある。R列は一致したが，L列の測定結果は若干低い結果と

500

750

1 000

ワーク座標
（mm）
（c）５往復測定の再現性

なった。
図６
（c）
は，５往復10回分の測定結果を重ね書きしたもの

図６である。真直形状のバラツキ幅はLCR列の順に0.75μm，

測定結果
Results of measurement

0.52μm，0.81μmであり，いずれも１μmの幅に入りスキャ
ン方向に依存せずに高い繰返し再現性が確認された。
ゼロ点校正は，一度実施すれば30分以内の測定であるなら

び３点支持により校正基準面形状の再現性が向上するこ

ドリフトの影響は許容できるレベルであった。それ以上の時とを示した。

間が経過する場合，たとえば午前と午後や日をまたぐ場合は ，（4）本計測システムの測定性能評価を行い，測定結果がス

ゼロ点校正を再実施してドリフトをリセットする必要がある。

キャン方向に依存しないことを検証し，５往復の繰返し

５

再現性のバラツキ幅が１μm以下に収まる高精度な真直むすび

度計測システムであることを確認した。

本報では，研削加工された平面を研削盤の機上にて高精度（１ m当たり１μm）で測定することが可能な連続３点式の真直度測定システムの特長について測定結果を示しながら紹介した。
（1）主な真直度測定方法と対比して本計測システムの連続（参考文献）(1)

NAGASEi, Webページ(2)

市原浩一, 特許第6444783号.

真直度測定ユニットSMU・01・02.

(3) 市原浩一, 精密研削盤におけるオンマシン計測の実際, 機械と工具
2015, 12月.

３点法の原理と特長を述べ，鏡面以外の研削面に対しても繰返し再現性が高い真直度測定ができることを示した。
（2）曲率ギャップ測定には，nmレベルの測定分解能と測定面の傾斜の影響を受けない低ドリフト特性の変位計が必要である。分光干渉計はこれを満たす性能を有していた。
（3）真直度の絶対精度の確保を目的としたゼロ点校正方法の原理を示し，校正基準に低熱変位性の材料の使用およ住友重機械技報 No.199 201916

クロスレール固定門形平面研削盤 KSL-F8 シリーズ

技術解説

クロスレール固定門形平面研削盤 KSL-F８シリーズ
Double Column Type Surface Grinding Machine KSL-F８ Series
●横

田

和

幸＊

Kazuyuki YOKOTA

クロスレール固定門形平面研削盤 KSL-F８
Double column type surface grinding machine KSL-F8

１

はじめに

住友重機械ファインテック株式会社は，門形平面研削盤を製造して60年になる。住友重機械ファインテックの門形平面
研削盤は横軸といし頭と旋回といし頭の２頭を装備し，工作る。

３

CSR および SDGsを意識した開発機のポイント

3.1

省エネルギーテーブル駆動装置（HST：Hydro Static

機械や産業機械の摺動面，精密機械部品などの平面を高効率・Transmission）の採用

高精度に仕上げるマザーマシンの老舗として工作機械業界で

HSTは，油圧モータを直接サーボモータで駆動する高効率

認知されている。
一方，金型や鋼材，セラミックスやガラスなどの脆性材料の研削として，横軸といし頭のみを搭載した平面研削盤も市場投入している。さらに金型市場への拡販を狙い，新しい発想の研削盤を市場投入すべく平面研削盤KSL-F８シリーズを開発したのでここに紹介する。
昨今は社会的責任（CSR）
や持続可能な開発目標（SDGs）
をの油圧ユニットシステムである（図１）。
このシステムにより従来装置と比べ，・反転距離および整定距離が半減し，総研削時間の削減となり生産性向上につながる（図２）。
・サーボモータの採用で速度に応じたエネルギー消費を実現し，また停止時は電動機の停止などで消費電力も半減する。

求められており，モノづくりの根幹をなす工作機械業界でも・最小限の油量（閉ループ管路内）で駆動するので必要油量

これを積極的に展開している。本機は，この時代の要求を満を従来の1/7にできる。油量が少ないことで駆動油冷却

たす機械仕様となっている。

装置を小容量化することが可能となり，消費電力の削減

２

17

長さを1 500，2 000，3 000 mmとした３種類の品ぞろえであ開発機の仕様に寄与するほか，消防法の規制もクリアできる。
3.2 トポロジー最適化による軽量化の実現

表１に，主要仕様を示す。当社の研削盤は，作業面（テー従来，研削盤の剛性は機械本体の総質量が大きければ剛性ブル）のサイズを型式呼称とする。本機は幅を800 mmとし，も高いと評価されるのが慣例であった。本機を環境配慮型製＊住友重機械ファインテック株式会社

住友重機械技報 No.199 2019

クロスレール固定門形平面研削盤 KSL-F8 シリーズ

技術解説

表１

主要仕様
Main specifications
仕様項目

容

量

テーブル送りといし左右送り

815

820

830

1 100

ワーク最大通過幅mm

ワーク最大加工高さmm

テーブル作業面の大きさ（幅×長さ）mm

800×1 500

800×2 000

800×3 000

テーブル上の許容最大搭載質量※チャック質量
（ ）
含む

kg

2 500
（750）

3 500
（1 000）5 000（1 500）

最大移動距離

mm

2 200

2 700

3 700

送り速度

m/min

最大移動距離mm

950

最小設定単位mm

0.0001550

２〜35mm/min１〜6 000

ハンドル１回転mm

0.01/0.1/1/10

ハンドル１目盛りmm

0.0001/0.001/0.01/0.1

送り速度
手動送り量

といし上下送りKSL -F8単位

最大移動距離mm

640

最小設定単位mm

0.0001

送り速度mm/min１〜2 000

切込み量mm

0.0001〜0.9990

手動送り量

ハンドル１回転mm

0.01/0.1/１/10

ハンドル１目盛りmm

0.0001/0.001/0.01/0.1【φ510〜610】×【50〜100】×φ203.2といし幅50→１号平型
75→５号片へこみ型
100→７号両へこみ型

外径×幅×内径

mm

回転速度

r/min

モータ

kW

15

油圧タンク

タンク容量

L

100（申請容量：130L）

専有面積

長さ×幅×高さmm

6 100×3 850×3 100

7 100×3 850×3 100

9 300×3 850×3 100

質標準仕様にて（特別付属品は除く）

kg

13 500

14 00016 500といし

量500〜1 500

反転距離実測値

テーブル

ワーク長さ
（研磨長）

油圧シリンダ
油圧ポンプ
コントローラ

ドライバ

M

V

V１
整定距離

V

V１

サーボモータ

図１

eco HST drive システム構成
eco HST drive system

整定距離短縮分

反転距離短縮分＋整定距離短縮分
反転距離

砥石頭

従来構造

門形構造

見直し後

トポロジー
最適化

図２

テーブル反転距離
Table reverse length

設計
解析

ベッド

図３

研削点剛性は落とさず軽量化

構造解析
Structural analysis
住友重機械技報 No.199 2019

18

技術解説

クロスレール固定門形平面研削盤 KSL-F8 シリーズ

90

１次モード：25.8Hz80
変位量（μm）

70
60
50
40
30
20
10
０
−1 500

図４−1 000

−500

０

500

1 000

クロスレール基準面座標（mm）

固有値解析結果

固有値解析とクロスレール摺動面の形状
Eigenvalue analysis and sliding surface shape

温度（℃）

入熱温度

図５

35
30
25
20
15
10
５
０

０

５

10
15
時間
（h）

20

９時間後

９時間後

温度分布

熱変位量

熱解析
Thermal analysis

品とすべく，機械総質量を軽減しながら高剛性を実現するこよう門形の固有値を高めるとともに，主軸モータとして超低とを目的としてトポロジー最適化を実施し，業界の常識に挑

振動モータを開発した。③の研削点の熱変位については，室んだ。

温変化による熱変位量をシミュレーションにより極力小さく

トポロジー最適化の結果から主要部品の形状考案を経てから油冷式とした（図５）。

持したまま最低質量となるように解析を繰り返して機械構造

3.3 省スペースで低床を実現

を決定した
（図３）
。

機械の軽量化や機器のコンパクト化に加え，配置の徹底的

軽量化の影響として考えられるのは，な見直しによりテーブル長２ mの機械
（KSL-F820）で，奥行① といし頭左右運動の真直度の悪化

き約3.5 m×長さ約７ mのスペースに納めることができた。従② 研削点の減衰性の悪化

来の研削盤はベッドを高くして機械剛性を高めているが，ト③ 研削点の熱変位の悪化

ポロジー最適化により剛性を保ちつつ低床ベッドとした。こなどである。これらの影響を最小にすべく①の左右運動の真れによりテーブル作業面は床面から高さ800 mmを実現し，加直度は，クロスレール摺動面の変形を予測し，その逆形状に工物の段取り工程の作業性を向上させている（図６）。

摺動面を自由曲線研削した（図４）。②の研削点の減衰性については，固有値解析手法により研削面品質に影響がなくなる
19

するとともに，内部発熱が大きい主軸モータを従来の空冷式

FEM解析により剛性を算出した。さらに，研削点剛性を保顧客からは「段取りが格段に楽になり，作業者に大変喜ばれている」と好評を得ている。
住友重機械技報 No.199 2019

技術解説

図６

４

クロスレール固定門形平面研削盤 KSL-F8 シリーズ

作業面の高さTable height

作業性・加工能率の改善

研削加工は匠の仕事と言われ，いまだにマニュアル機が多く熟練者が一品一品丹念に仕上げるイメージが強い。本機は15インチ大型タッチパネルを採用し，熟練者でなくても簡単に操作でき，さらにHELP機能により操作中でもミスの確認ができる仕様となっている。使いやすさが第一に考えられており，この操作性に対する熟練者の評価も高い。
加工能率の改善策の一つに，研削点の剛性を向上させて削り残しを最小にするという方法がある。本機は最適化設計により軽量化しても研削点の剛性は従来機以上となっており，
この結果，加工時間の30 ％短縮を実現している。

５

おわりに

（1）金型市場をターゲットに中型門形平面研削盤KSL-F8シリーズを開発し市場投入した。
（2）トポロジー最適化により軽量化を実現し，省エネルギ
ー性および作業性の向上を図った。これにより消費電力
は従来機から半減し，廃油も従来の1/7になるなど環境に優しい機械とした。
（3）操作性の向上を重視し，タッチパネルでの操作に対応したことで熟練者からほかの作業者への説明が容易になったとの評価を受けている。
（4）当機は，住友重機械ファインテックの標準繰返し機種の柱となるように期待を込めた製品となっている。

住友重機械技報 No.199 201920

新製品紹介CYPRIS HM-10用金属元素放射性核種製造システム

CYPRIS HM-10用金属元素放射性核種製造システム
CYPRIS HM-10 Metallic Radioisotopes Production System

液送装置
金属 RI 用照射ポート
排気ボックス
溶解槽
回収用配管

Ni-64/Zn-68 メッキ装置

小規模の病院に適したCYPRIS HM-10はF，C，N，O核種の製造にのみ用いられている。近年，金属元素放射性核種（金属RI）で標識された抗体やペプチドなどの放射性薬剤が，がんなどの診断やアイソトープ治療薬に応用されること

特長（1）安全性・作業性・低被ばく

ターゲットの照射からホットセルへの回収により，金属RIの需要が高まっている。当社はこれに伴い，までの全工程を自動化することにより手作CYPRIS HM-10用金属RI製造システムを開発し，上市した 。

業が削減される。

ビーム照射により生成した金属RIを薬剤化するには，金属

・排気機能

ている。

とターゲット材料との分離および金属RIの標識工程が必要となる。従来のシステムでは，固体ターゲットをホットセルに・無線接続

本システムでは，照射機能と溶解機能を一体化することで ，タブレットを用いることにより，どこでも操作および監視が可能である。

搬送し溶解操作を行っていたので，作業者によるターゲットの手動搬送あるいは複雑な搬送機構が必要であった。

溶解時に拡散する酸性ガスによる周辺機器の腐食を防ぐべく，排気システムを装備しRIをターゲット材料とともに酸により溶解し，続いて金属RI

（2）品質
・高収量

斜め照射により収量が増加し，最適化され金属RIを溶液としてホットセルに回収し，搬送機構を簡易にた工程により短時間で金属RIを回収できすると同時に短時間かつ低被ばくの作業を可能とした。

る。

本システムは，2018年12月に中国の施設で開発性能試験

・純度ターゲット基板および溶解槽を核種ごとにを実施し，当社独自の技術による安全で高性能な世界初の交換することで，核種のクロスコンタミネ

システムを確立することに成功した。2019年４月から既存ーションを低減することができる。

CYPRIS HM-10のアップグレードや新規オプション仕様として販売を開始した。

※「CYPRIS」は，住友重機械工業株式会社の登録商標です。

この金属RI製造システムが，小規模の病院における核医学の発展に大きく貢献することが期待される。

主要仕様
核種

64

89

半減期

12.7 h78.4 h核反応⑴ターゲット材Cu

64

Ni(p,n)64Cu
濃縮 Ni

Y
（p,n）
89Zr

89

Yフォイル

89

Ga

68

67.7 min
68
Zn
（p,n）
Ga

68

濃縮 68Zn

照射時間

90 min

180 min30 min

照射電流

20μA

30μA

20μA

収量⑵

60 mCi

26 mCi

200 mCi⑴エネルギー10 MeV

21

64

Zr

⑵放射能の減衰を考慮した収量（産業機器事業部

ゲラゴメズ フランシスコ）

住友重機械技報 No.199 2019

新製品紹介立軸円テーブル形平面研削盤 SVR80

立軸円テーブル形平面研削盤 SVR80
Vertical Spindle Rotary Surface Grinding Machine SVR80

立軸円テーブル形平面研削盤SVRシリーズは，重研削から超精密研削に至るあらゆる平面研削を自動サイクル運転にて能率良く行うことができる。ラインナップは，テーブル直径
φ600〜φ2 000 mmまで６種類で，生産量や被加工物に応じ特長（1）優れた操作性制御装置にCNC装置を採用していることから，自動サイクル研削が効率良く行える。エアカット時間の短縮おて最適な機種が選択できる。
一方で，SVR60（円テーブル直径φ600 mm）とSVR110（円

よび研削作業における安全性向上を目的として，スパー

テーブル直径φ1 100 mm）の中間サイズの機種がない。これ

クオンコントロール装置および過負荷自動逃がし装置をに対応すべくテーブル径φ800 mmのSVR80を市場投入し本装備している。

シリーズのラインナップに追加することで販売の拡大を図っ

飛沫除けドアの開口部はチャック外径に対して1.2倍と広く取り，ワークを楽に取り出すことが可能で，可傾ている。

式操作盤を標準仕様とすることにより操作性を向上させ

主要仕様

た。
（2）高精度・高剛性

電磁チャック

800 mm

最大振り

850 mm

最大加工高さ

300 mm

最大積載質量300kg

電磁チャックの回転数

10～35 r/min

ースに固定されている。このことから，常にチャックに

といし外径

450mm

対するといし軸の角度は直角を維持することができる。

といし回転数（50/60 Hz）

720/870 r/min

自動切送り速度0.1～0.5 mm/minといし駆動用モータ

22 kWといし送り用モータ

1.6 kWといし軸には超精密ころがり軸受を採用し，また軸受剛性を高めるべく，軸受に与圧を与えている。
コラムは剛性の高い強固な箱型鋳物構造で，３点でベ電磁チャックテーブル回転用モータ 3.7 kW
テーブル移動用モータ

0.75 kW

所要床面積

2 950×2 400 mm

機械質量

5 000 kg

（住友重機械ファインテック株式会社

太才大陸）

住友重機械技報 No.199 201922

新製品紹介精密平面研削盤 KSH-870

精密平面研削盤 KSH-870
Precision Surface Grinding Machine KSH-870

精密平面研削盤KSH-870は，工作機械および産業機械の摺（2）研削効率向上

動面，金型，各種治工具，一般工作機械の部品など，あらゆといし軸駆動モータ容量は，これまでで最大の15 kW

る高精度・高品位研削加工に最適な研削盤である。最大ワーから22 kWに増加させることで研削工程の高効率化を実ク長さ７ｍの研削に対応し，総型ドレスによるといし成形で現した。

複雑なワーク形状を効率良く研削することができる。

（3）研削面に合わせた種々のといし成形が可能といし頭前後・上下送りリニアスケールによるフルク

主要仕様

ローズドループ制御（同時２軸）
で位置決め精度を向上さ

機械本体

せ，確実なといし成形を可能とした。

テーブル作業面の大きさ

800×7 000 mm

加工高さ

650 mm（テーブル上面より）首振り式の単石ドレッサの旋回角度は，サーボモータ

テーブル上の許容搭載質量

6 500 kg
（電磁チャック3 500 kg

により0.001 °単位で角度の設定が可能である。ドレッを含む)

サの角度が可変であることにより，固定ドレッサでは干テーブル送り速度

０～30 ｍ/min

渉によって成形困難な形状も含めさまざまなといし形状といし頭（4）成形困難な形状でもといし成形が可能に成形することが可能である。

といし頭上下移動距離

650 mmといし軸の回転数

500～1 200 r/minといし軸駆動モータ

22 kWとにより，機上でワークの厚みや高さなどを計測することいし頭の上下送り速度

１～1 000 mm/minとが可能である。

といし頭の前後送り速度

１～5 000 mm/minといし頭の切込み送り量

0.1～30μm/回

特（5）ワークの寸法を機上で計測可能
計測装置（タッチセンサ方式）
をといし頭に搭載するこ長（1）テーブル作業面長さ
KSHシリーズで最長の7 000 mとし，長尺ワークの研削が可能である。
23（住友重機械ファインテック株式会社加藤範記）

住友重機械技報 No.199 2019

新製品紹介クロスレール固定門形平面研削盤 KSL-F22150（U）

クロスレール固定門形平面研削盤 KSL-F22150（U）
Double Column Type Surface Grinding Machine KSL-F22150（U）

クロスレール固定門形平面研削盤KSL-F22150（U）は，旋回といし頭１頭，クロスレール固定形とし，工作機械および産業機械の摺動面，金型，各種治工具，一般工作機械の部品など，あらゆる幅広ワーク・超長尺の高品位研削加工への対応を目的に開発した研削盤である。

特長（1）国内最大級の作業面長
国内最大級の作業面長を誇り，最大長さ15mのワーク研削が可能である。テーブルの摺動面はキサゲによる摺合わせを行っており，高精度研削を実現する。また，テ主要仕様

ーブルはミーリング加工に対応すべくセミ静圧潤滑を搭

機械本体載しており，低速時にはノッキングのないスムーズなテ

テーブル作業面の大きさ
加工高さ

2 250×15 000 mm
150～1 350 mm（テーブル上面ーブル運転が可能である。
（2）旋回といし頭の割出し方式

より）旋回といし頭の割出し方式は，NC制御の任意割出し

テーブル上の許容搭載質量30 000 kg方式となっており，最小0.001 °単位で旋回することがテーブル送り速度 高速

４～40 m/min

可能である。

低速

0.1～１m/min

旋回といし頭（3）クラウニング加工が可能
あらかじめ設定されたプログラムにより，加工物の曲といし軸の旋回角度±90 °

線研削を可能とした。また，本機は長手方向における垂といし軸の旋回割出し角度0.001 （
°任意割出し方式）

直面内・水平面内だけでなく，といし頭の左右案内面にといし頭上下移動距離

1 200 mm

セミ静圧潤滑を搭載することにより斜面についてもクラといし軸の回転数（※低速回
100※～3 000 r/min
転はミーリング時に使用）

ウニング研削が可能となった。
（4）といし自動交換装置（AWC）といし頭の上下送り速度

１～3 000 mm/min

本装置は旋回といし頭に使用する各種といしを自動でといし頭の左右送り速度

１～6 000 mm/min

交換する装置で，AWCを搭載することで研削プログラといし頭の切込み送り量

0.1～300μm/回

ムによる無人運転を可能とした。
（住友重機械ファインテック株式会社加藤範記）

住友重機械技報 No.199 201924

新製品紹介クロスレール固定門形平面研削盤 KSL-F2560（U）

クロスレール固定門形平面研削盤 KSL-F2560（U）
Double Column Type Surface Grinding Machine KSL-F2560（U）

クロスレール固定門形平面研削盤KSL-F2560
（U）
は，旋回

ク・ピニオン駆動を採用していたが，本機は油圧シリンといし頭１頭，クロスレール固定形とし，工作機械および産

ダ駆動を採用することで，コストダウンを実現した。

業機械の摺動面，金型，各種治工具，一般工作機械の部品など，あらゆる幅広ワーク・長さの高品位研削加工への対応を

圧アンクランプ/バネクランプ）を採用しており，操作盤

主要仕様のといし交換ボタンを押すことで，といしの着脱が可能

機械本体
加工高さ

といし軸は，高剛性スピンドルを採用し，重研削に対応している。また，といし交換はプルスタッド方式（油目的に開発した研削盤である。

テーブル作業面の大きさ（2）といし交換の簡易化（工数削減）

であり，といし交換工数が削減できる。
2 500×6 000 mm
150～1 350 mm（テーブル上面（3）クラウニング研削が可能
工作機械用のベッドなどは，わずかに中高形状に研削より）する必要がある。従来はベッドレベル調整によりクラウ

テーブル上の許容搭載質量

15 000 kg

ニング形状に加工していたが，本機はNCプログラムに

テーブル送り速度

４～40 m/min

よりクラウニング研削を可能とした。

旋回といし頭といし軸の旋回角度±90 °といし軸の旋回割出し角度 ５ °きざみ自動割出しといし頭上下移動距離

1 200 mmといし軸の回転数

500～3 000 r/minといし頭の上下送り速度

１～3 000 mm/minといし頭の左右送り速度

１～6 000 mm/minといし頭の切込み送り量

0.1～30μm/回

特長（1）テーブル駆動方式のコストダウンを実現
テーブル作業面幅2 500 mm以上の機種では，従来ラッ25（住友重機械ファインテック株式会社加藤範記）

住友重機械技報 No.199 2019

住友重機械技報第199 号発行に当たり

住友重機械技報第199 号をお届け致します。

本誌は，当社が常々ご指導いただいている方々へ，最近の新製品，新技術をご紹介申し上げ，
より一層のご理解とご協力をいただくよう編集したものです。
本誌の内容につきましては，さらに充実するよう努めたいと考えますが，なにとぞご意見キ

賜りたく，今後ともよろしくご支援下さるよう，お願い申し上げます。

リ

なお，貴組織名，ご担当部署などについては，変更がございましたら裏面の用紙にご記入
トのうえ，FA X でお知らせいただきたくお願い申し上げます。また，読後感や不備な点を簡単

リに裏面用紙にご記入願えれば幸いに存じます。

線

2019 年８月〒 141-6025 東京都品川区大崎 2丁目1番1号（ThinkPark Tower）
住友重機械工業株式会社
技術本部

技報編集事務局

（宛先）

（発信元）
貴組織名
担当部署
氏
名
TEL No.
FAX No.

住友重機械工業㈱技術本部 技報編集事務局 行
FAX 横須賀 046 − 869 − 2358

住友重機械技報第199号の送付先の確認と読後感などの件
送付先
変（旧送付先）（新送付先）

送付番号

送付番号

組織名称

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担当部署

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主要営業品目
変減速機，インバータ● 機械式減速機：［同心軸］サイクロ減速機，サイクロギヤモータ
アルタックス，精密制御用サイクロ減速機，コンパワー遊星歯車
減速機，［平行軸］パラマックス減速機，ヘリカルバディボックス，
プレストギヤモータ，［直交軸］パラマックス減速機，ハイポニッ
ク減速機，アステロ直交ギヤヘッド，ベベルバディボックス，ライタックス減速機，HEDCON ウォーム減速機，小形ウォーム減速機 ● 変速機：［機械式変速機］バイエル無段変速機，バイエル ･
サイクロ可変減速機，［電気式変速機］インバータ，インバータ搭
載ギヤモータ，サーボドライブ，DC ドライブ

金属加工機械
● 鍛圧機械：フォージングプレス，
油圧プレス，
フォージングロール，
クーラント処理装置 ● SPS（放電プ
超高圧発生装置 ● 工作機械，
ラズマ焼結機）プラスチック加工機械● プラスチック加工機械：射出成形機，射出吹込成形機，ディスク
フィルム製
成形機，
セラミックス成形機 ● フィルム加工機：押出機，造装置，ラミネート装置 ● IC 封止プレス ● 成形システム ･ 金型：
射出成形用金型，PET システム，
インジェクションブロー成形システム，
インモールドラベリング成形システム

船舶海洋● 船舶：油槽船，
石油製品運搬船

サイクロ，アルタックス，コンパワー，パラマックス，バディボックス，プレスト，
ハイポニック減速機，
アステロ，
ライタックス，HEDCON，
バイエルおよびバイエル・
サイクロは，住友重機械工業株式会社の登録商標です。

レーザ加工システム● レーザドリル装置と加工システム●レーザアニーリング装置●

YAG レーザ

物流・パーキングシステム● 自動倉庫システム● 高速自動仕分システム
テム ● 無人搬送システム ● 機械式駐車場●

FMS/FA シス

運搬荷役機械
連続式アンローダ，港湾荷役クレーン（コンテナクレーン，タイヤマ
ウント式ジブクレーン，タイヤマウント式 LLC）
，トランスファクレーン，
ジブクレーン，ゴライアスクレーン，天井クレーン，製鋼クレーン，
自動クレーン，コイル搬送台車，ヤード機器（スタッカ，リクレーマ，
スタッカ／リクレーマ），シップローダ，ベルトコンベアおよびコン
ベアシステム，リフティングマグネット装置，コークス炉移動機械

化学機械，プラント● 一般プラント：紙・パルプ製造装置，
化学装置，原子力装置 ● 圧
力容器：リアクタ，
塔，槽，熱交換器 ● 撹拌混合システム：マック
スブレンド撹拌槽， スーパーブレンド（同心２軸型撹拌槽）， バイ
ボラック（横型２軸反応装置）

半導体・液晶関連機器● イオン注入装置● 成膜装置：（太陽電池，タッチパネル，
有機EL用）プラズマ薄膜形成システム ● 精密位置決め装置 XY ステージ● モーションコーポネント● ライン駆動用制御システム● マ
イクロマシン ● レーザアニーリング装置 ● ウエハ研削装置

マックスブレンドおよびバイボラックは，住友重機械プロセス機器株式会社の登録

環境施設● 環境 ･ エネルギー関連プラント：循環流動層（CFB）
ボイラ，ロー
タリーキルン式産業廃棄物処理施設 ● 大気関連プラント：電気集下水処理施
塵装置，灰処理装置 ● 水関連プラント：上水処理施設，設，
浸出水処理施設 ● 産業廃水処理装置

タービン，ポンプ
蒸気タービン，
プロセスポンプ

加速器，医療機器，精密機器，極低温機器，超電導磁石● イオン加速器：サイクロトロン，
ライナック，シンクロトロン ● 電
子線照射装置 ● 医療機器：PET診断用サイクロトロン ･CYPRIS，
標識化合物合成装置，陽子線治療システム ● 冷凍機：パルス
チューブ冷凍機，4KGM 冷凍機，MRI 用冷凍機，クライオポンプ● 人工衛星搭載観測装置冷却システム● 超電導磁石：ヘリウム
フリー超電導マグネット

商標です。

建設機械，フォークリフト
油圧式ショベル，
杭打機，
道路舗装機械，クローラクレーン，
基礎機械，
フォークリフトその他
航空用機器，
精密鍛造品，
防衛装備品（各種機関銃，機関砲およびシステム）

CYPRIS は，住友重機械工業株式会社の登録商標です。

※文章中のソフトウェア等の商標表示は，省略しております。

事業所
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千葉製造所
横須賀製造所
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技術研究所 〒 237-8555 神奈川県横須賀市夏島町19番地
技術研究所 〒 792-8588 愛媛県新居浜市惣開町5番2号

東京都品川区大崎2丁目1番1号（ThinkPark Tower）
大阪市北区中之島 2丁目3番33号（大阪三井物産ビル）
名古屋市東区東桜1丁目10番24号（栄大野ビル）
福岡市博多区店屋町 8 番 30号（博多フコク生命ビル）
東京都西東京市谷戸町2丁目1番1号
千葉市稲毛区長沼原町731番 1号
神奈川県横須賀市夏島町19番地
愛知県大府市朝日町6丁目1番地
岡山県倉敷市玉島乙島 8230番地（新居浜）

本号に関するお問い合わせは，技術本部技報編集事務局
（電話番号
は下記）
宛お願い致します。

〒 792-8588 愛媛県新居浜市惣開町5番2号〒 799-1393 愛媛県西条市今在家1501番地

住友重機械工業株式会社のホームページ http://www.shi.co.jp/

技報編集委員
委

員

見上 孝一
大西 良孝
平田
徹
井上 千晶
梶谷 純平
長部 洋介
有吉 政博
石川 賢治
諏訪 義和
鈴木雄一郎

伊藤
晃
阿部 昌博
岡林 明伸
藤本 典之
山田 森夫
篠平 大輔
坂根
剛
石倉 武久
蟹
伸章
大谷 賢一
事 務 局 技術本部
編集協力 （株）千代田プランニング委住 友 重 機 械 技 報

員

第199号

非売品

2019 年８月10日印刷
発

発

行

８月20日発行

行

住友重機械工業株式会社〒 141-6025 東京都品川区大崎2丁目1番1号（ThinkPark Tower）
お問い合わせ電話 横須賀 046-869-2306

人

冨田

良幸
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