熱力学
はんだ付けロボットと生産技術（機械設計者の生産技術レベルアップ講座-12）
熟練作業者が「こてはんだ付け」ではんだ付けを行っている場合、作業者は、はんだ付けされる部分の状態を熟達した目で判断しながら、一定品質のはんだ付けを行っています。 ■はんだ付け熟練作業者の判断基準の例 熟練作業者の判断基準 はんだ付け作業との...
材料の発火点
多くの物質は、大気中の酸素と結合することで発火して燃焼します。プラスチック成形材料、中でも熱可塑性樹脂は、発火点を越えると燃焼してしまいます。燃焼まで至らなくても、金型の中でエアーベントが不十分な場所で密閉された空間に、溶融樹脂が短時間に圧...
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材料の熱伝導率
熱可塑性プラスチックの射出成形は、熱力学的に考えますと、高温で溶融した樹脂を溶解した樹脂温度よりも低温の金型内へ射出注入して熱エネルギーを取り除いて固化させるプロセスをたどります。ということは、溶融した樹脂の熱エネルギーを取り除くプロセス如...
材料の線膨張係数
金型を製作するためには、炭素鋼を中心とした鋼材が使用されていますが、最近の金型では、断熱の目的等で非鉄金属や非金属素材が使用されることがあります。金型を組み立てる際には室温で寸法調整をすることができますが、射出成形加工時には金型温度を下げた...
金型材料と熱膨張の序列
プラスチック射出成形金型では、高温のプラスチックから熱を受けたり、温度調節器やカートリッジヒーターから熱を受けますから、金型部品は熱によって膨張することになります。熱膨張によって金型部品の位置寸法や摺り合わせ位置は微妙に狂ってしまい、極端な...
金型の加熱に必要な熱量計算（その2）
金型を温度維持するためには、冷却水（温水）やカートリッジヒーターで熱エネルギーを型板やキャビティヘ供給しなければなりません。金型へ熱を供給するためには、必要な熱エネルギーの容量を計算しておく必要があります。"経験と勘"で金型を温度調節するこ...
金型の加熱に必要な熱量計算（その1）
金型を温度維持するためには、冷却水（温水）やカートリッジヒータで、熱エネルギーを型板やキャビティヘ供給しなければなりません。金型へ熱を供給するためには、必要な熱エネルギーの容量を計算しておく必要があります。”経験と勘“で金型を温度調節するこ...
金型用金属材料の熱に関する性質
プラスチック射出成形金型に使用される金属材料の熱に関する性質のデータを示します。 冷却時間や成形品の表面転写性に関して金属の説的性質は密接な関係があります。 熱伝導率（kcal/m・h・℃） 比熱（kcal/kgf・℃） 低炭素鋼 38～4...
射出成形金型の温度コントロール
プラスチック射出成形金型では、溶けたプラスチック材料を流動状態のまま金型の内部へ流入させてキャビティ内を充填し、充填完了後は冷却固化させて、成形品の形状に固定させるプロセスを経ることになります。 この一連のプロセスの中で、流動状態の間はキャ...
自然冷気の活用（省熱対策）
（1）自然冷気の活用 アルミニウムの陽極酸化処理工場など、電解浴の冷却装置と「冷水貯槽」を有する工場では、冬季の外気温度を利用して冷水をつくることができます。 冬季の外気温度は、地域によって異なりますから、この方法が採用できない地域もありま...
ヒートポンプの活用-2（省熱対策）
（2）ヒートポンプの活用例 陰極（または陽極）電流効率の低いクロムめっき、亜鉛めっきやアルミニウムの陽極酸化処理のように、ジュール熱によって発熱し、浴温維持のために冷却を必要とする表面処理工程では、一方において脱脂、エッチング、湯洗、封孔、...
熱変形を最小化させる部品加工法（自動機部品の加工技術の応用-1）
厳しい精度が求められる装置では、部品の熱変形による精度誤差を最小にすることが非常に重要になってきます。外観的には気がつかないノウハウとして部品の熱変形防止対策が採用されます。 （1）熱変形を最小化させるための装置設計の原則 a） 高精度を要...
タグ：熱力学
ヒートポンプの活用-1（省熱対策）
（1）ヒートポンプの原理 クロムめっきやアルミニウムの陽極酸化処理のように、溶液の電気分解を伴う表面処理工程では、電流効率が低いため、皮膜生成を伴わない電力は、ジュール熱となって発熱し、浴温を上昇させます。 従って、浴温を一定に保つためには...
溶液の熱収支（省熱対策）
（1）金属の比熱 水を使う湿式の表面処理工程での熱収支を考えてみましょう。いま、次に示すようなめっき工程について、複雑なことを除いて単純に考えてみます。 めっき処理の条件は、室温20℃、アルカリ脱脂浴温55℃、電解脱脂浴温55℃、ニッケルめ...
液面の保温-3（省熱対策）
（3）フロート材による省熱対策 前回、常に開放されている液面であり、且つ、強制蒸発の効果の高い局所排気装置の設置された浴槽での熱損失防止対策の、ミスト防止剤の使用による省熱対策を紹介しましたが、今回は、液面にフロート材（浮き）を浮かべること...
液面の保温-2（省熱対策）
（2）ミスト防止剤による省熱対策 常に開放されている液面であり、且つ、強制蒸発の効果の高い局所排気装置の設置された浴槽での熱損失防止対策には、次の二つが行われています。 1. 耐食性に優れた材質のフロート材を、液面に浮かべて、液面と空気が接...
液面の保温-1（省熱対策）
（1）液面からの熱損失 表面処理工程の特徴は、各種処理浴の液面を、製品の処理のために、常に開放しておく必要があることです。保温や保冷のために、頑丈なフタをしてしまえば熱損失は防止できますが、仕事はできません。 前回、処理槽の槽璧や槽底部の保...
良質の蒸気（省熱対策）
（1）乾き度の高い蒸気を ボイラーで発生した蒸気には、乾き飽和蒸気、湿り蒸気、過熱蒸気などがあることは先に述べました。このうち、表面処理工程で必要とされる蒸気は、蒸気表に示した乾き度100％の乾き飽和蒸気です。 しかし、通常、ボイラーの出口...
蒸気の節約（省熱対策）
（3）蒸気の減圧による省エネルギー 前回蒸気表で、各蒸気圧力における蒸気のもつ潜熱･顕熱の重量当りの熱量を示しましたが、この【表】を使って蒸気節約の例を示します。 通常、小型ボイラーでは、蒸気圧力0.9～1.0Mpa・Gの蒸気が発生するよう...
蒸気の性質-2（省熱対策）
（2）蒸気の持つ熱量 それでは、蒸気は具体的にどのくらいの熱量をもっているのでしょうか。これを示したものに「蒸気表」があります。 蒸気表は、圧力を基準にしたものと温度を基準にしたものがあり、それも絶対圧力（Mpa）で表示されています。 本表...
蒸気の性質-1（省熱対策）
（1）蒸気の性質 常温の水が、蒸気になる様子を【図1】に示します。まず、密閉容器に15℃の水を入れ、加熱します。水の温度は次第に上昇して100℃に達し、沸騰し始めます。更に加熱を続けると温度は変わりませんが、水は蒸発して蒸気になり、水が全部...
ボイラーの燃焼管理（省熱対策）
（5）燃焼の空気比管理 ボイラーの熱効率を向上させるためには、燃焼の効率を高めなければなりません。通常、燃料には液体燃料や気体燃料が使われますが、これらのもつ炭素（C）や水素（H）などのエネルギー性物質が、熱を必要とする場所で、すべて熱エネ...
ボイラー管理-4（省熱対策）
（4）ボイラー効率の向上 パージ時間をどの位にするかなど、ボイラー燃焼サイクルの動作機構は、タイマー式や機械式など、ボイラーメーカーによって異なりますが、大幅な変更はほとんど不可能です。それは安全に関する機構であるからです。 前回ご紹介した...
ボイラー管理-3（省熱対策）
（3）ボイラーの燃焼管理 前回ご説明したように、ボイラーの燃焼では、着火の前後にプレパージとポストパージがあり、安全のために炉内の未燃ガスの追い出しを行います。このことは赤熱した炉内の耐火材に送風するわけですから、冷却され大変な熱損失になり...
ボイラー管理-2（省熱対策）
（2）ボイラーの燃焼サイクル ボイラーの燃料には、プロパンガスや都市ガスなどの気体燃料、灯油、A重油などの液体燃料が使われています。これらはいずれも、着火温度の比較的低い可燃性の危険物ですから、燃料に際しては、最優先に安全な燃焼方式が求めら...
ボイラー管理-1（省熱対策）
（1）ボイラーの負荷率と熱効率 ボイラーの熱効率とは、燃料のもっている熱エネルギーが、どの位の割合で蒸気になったかということです。 各種燃料の保有する熱エネルギーは、その化学成分から計算できますし、実際に測定した値を仕入れ先から簡単に入手で...
ボイラー（省熱対策）
ボイラーにはいろいろな種類がありますが、表面処理関係で使われているボイラーは、貫流ボイラーか水管式ボイラーの小型のものが多いようです。 ボイラーの機能を簡単にいえば、水を燃料によって加熱して蒸気をつくり、それを加熱対象に輸送して、相手を加熱...
表面処理での熱需要
表面処理工程では、次のような分野に熱需要があります。 （1）加熱 （1）溶液の加熱 電気めっきなど湿式処理（水溶液による表面処理や水洗工程を伴う処理）では、化学反応を促進するために溶液の加熱を行い、適切な温度に維持します。例えばめっき浴、脱...
金型の冷却水穴の水垢による冷却効率の悪化
金型の冷却に水を使用する場合には、型板やキャビティの内面に冷却水を循環させるための水穴を加工します。 水穴の表面は、ガンドリルやエンドミルで機械加工された面になっていますが、成形加工をした後は水穴の中に残った水分が錆びたり、水垢が表面に付着...
高温金型の熱膨張
最近の射出成形用プラスチックは、高耐熱性、高強度を兼ね備えた素材が増えてきている結果、融点が高くなる傾向が顕著であり、したがって射出シリンダーの設定温度も高くしなければならない場面が増えてきています。 そのような傾向に沿って、金型の保持温度...
塗料の硬化・焼付け乾燥装置
いろいろな方法で被塗物に塗り付けられた塗料が、塗膜になる乾燥機構は塗料の種類によって異なります。ラッカータイプの塗料であれば、溶剤の乾燥だけで塗膜が形成されますが、橋かけタイプの塗料は、乾燥中に塗膜成分の分子量が増大し高分子化が進みます。通...
粉体塗装（溶射法）
粉体塗装の溶射法は、金属粉末の溶射から発達した方法で、ポリエチレン、ナイロンなど熱可塑性樹脂塗料によく用いられます。また、エポキシなど熱硬化性樹脂系塗料を使用する場合には、溶射後焼付け再加熱して皮膜を再溶融することが必要であります。 溶射機...
金型の熱膨張
プラスチック射出成形金型は、金型の温度を20～200℃ぐらいの温度範囲に保つことが必要なので、常温とは温度差が生じますから、金型の部品は熱膨張（場合によっては熱収縮）することになります。 金型の組立て調整は、常温で恒温室でなされるのが一般的...
金型設計の設計コンセプト
金型設計は、成形品を所望の仕様で、要求されたコスト内に収まるように金型のアイデアを具現化していく思考作業ですが、検討すべき内容は、以下のような要素に分類されると思います。 機能設計 成形品の寸法維持 ランナー・ゲート構造の検討 突き出し方法...
キャビティ表面温度の予測（計算例）
問題 ABS樹脂（ナチュラル材）を使用する射出成形金型において、樹脂温度が240℃、冷却水の温度調節器設定温度が60℃であった場合、キャビティ表面温度は何度になっていると推測されるか？ ただし、キャビティ材質はS50Cとし、金型の冷却回路は...
キャビティ表面温度の予測
プラスチック射出成形金型のキャビティ表面温度は、成形品の寸法や外観を左右する重要なファクターです。 金型には通常、冷却回路が設けられており、冷媒（水や油）が供給されて、成形品を冷却します。 キャビティ表面温度は、冷媒の供給温度をコントロール...
機能めっきの熱的特性
機能めっきの熱的特性は、次の通りです。 要求特性 めっきの種類 適用例 耐熱性 無電解ニッケル、工業用クロム、スルファミンニッケル、銀-ニッケル-タングステン エンジン部品など 熱吸収性 黒色クロム、黒色クロメート 電気部品 熱放射性 黒色...
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金型部品の熱膨張（計算例）
前回解説した金型部品の熱膨張について、ケーススタディを行ってみましょう。 問題 20℃の機械加工室において製作されたコアピンの全長が30.52mmであった。このコアピンを150℃に昇温させた場合、熱膨張によりどのぐらい伸びるか? ただし、コ...
金型部品の熱膨張
プラスチック射出成形金型用部品の熱膨張について、基本知識を解説します。 プラスチック射出成形金型は、適正なキャビティ表面温度に保持するために、30～150℃の温度に保温されます。 他方、スプルー、ランナー、キャビティには溶融樹脂が流入し、1...