츠쿠바대학의 츠쿠바 캠퍼스에는 캠퍼스 내 이동을 위해 대부분의 학생이나 교직원이 약 2만대의 자전거나 오토바이를 이용하고 있다. 이로 인해 캠퍼스 내에서 부적절한 주차를 한다거나 방치된 자전거, 도난 등이 오랫동안 문제되어 왔으며, 이로 인해 학교에서는 주차매너와 관련된 고민을 갖고 있었다. 이와 같은 상황에서 한 교직원이 ‘떨어진 거리에서 일괄적으로 인식이 가능’한 UHF대 금속 태그의 특성에 주목하여 자전거나 오토바이에 부착시켜 부적절한 주차관리와 매너향상을 목적으로 한 UHF대 RFID를 활용한 ‘icycle’ 시스템 가동을 시작했다. UHF대 RFID의 특징은 떨어진 거리에서 통신이 가능하며, 여러 RFID 태그를 일괄적으로 판독할 수 있다는 점이다. 또한 패시브방식 태그의 채용으로 태그 자체에 전지를 내장시키지 않고 RFID 리더/라이터에서 발신되는 전파를 에너지원으로 변환시켜 데이터 통신을 실시하기 때문에 전지교환이 필요 없고, 외적 요인이 없는 한 반영구적으로 유지보수 없이 이용이 가능하며, 전지를 내장하지 않기 때문에 ‘액티브 방식’의 RFID 태그에 비해 상당히 저가인 특징이 있다. 이와 같은 특징에서 가장 최적의 RFID 태그로 UHF대
음성코드 ‘Uni-Voice’는 JAVIS(일본시각장애정보보급지원협회)가 개발한 한자를 포함한 문자 데이터 약 800 문자를 기록할 수 있는 휴대전화용 2차원 바코드(이하, 음성코드)를 베이스로 한 정보제공 솔루션(이하, Uni-Voice)이다. ‘Uni-Voice’는 기존의 휴대전화 라쿠라쿠폰 베이직3(NTT도코모), 휴대전화(au)에서의 ‘음성코드’ 판독 서비스와 더불어, ‘음성코드’를 스마트폰 카메라로 촬영하여 음성, 텍스트, 다언어 번역정보를 제공한다. 2016년 실행되는 장애우차별 해소법 대응을 위해, 그리고 2020년 도쿄올림픽 ․ Visit Japan Project에서는 OMOTENASHI 기반의 UD 기술로 모든 방면에서의 이용이 기대된다. ‘Uni-Voice’ 사업은 2016년 시행되는 장애우차별 해소법을 대응하기 위한 기술로, 시각 장애우에 대한 정보보장 확립과 2020년 도쿄올림픽 ․ Visit Japan Project의 ‘OMOTENASHI(마음에서 우러나는 극진한 대접과 배려)’ 기반의 UD 기술로 유니버설 커뮤니케이션의 정보환경을 서비스로 제공한다. 이것으로 시각 장애우는 물론이고 일본에 입국하는 많은 외국인
[금형기술 워크숍 논문] 경취재 가공용 PCD 엔드밀 시리즈 현재 일본의 제조 현장은 동남아시아를 중심으로 한 신흥국의 성장이 현저하고, 일본 시장은 정체, 혼돈의 상태가 계속되어 사태는 심각해지고 있다. 이러한 가운데 제조를 재생시키기 위해서는 다른 나라에는 없는 기술을 진화시킨 고부가가치 제품 제조가 주목된다. 그 중심으로서 정보 단말, 의료나 광학기기 등에 사용되는 정밀 금형이나 소형 정밀 부품의 가공을 들 수 있는데, 이들에는 금형이나 부품에 대한 고정도, 고품위의 요구가 강하다. 이와 같은 요구를 해결하는 수단으로서 금형의 재료에 경취재(초경합금)를 사용한 양산 기술을 들 수 있다. 일반적으로 초경합금은 내열성, 내마모성 등 기계적 특성이 우수한 반면, 담금질강과 비교하여 매우 단단하고 약한 성질이 있다. 그렇기 때문에 현재 많이 사용되는 고경도용 절삭공구에 의한 가공은 곤란하다고 여겨지고 있으며, 또한 관례인 방전가공이나 연삭가공에서는 금형이 미세해질수록 가공 정도나 면품위를 향상시키는 것은 어려운 것이 현실이다. 이에 동사는 이들 문제를 해결하기 위해 경취재를 사용한 정밀 금형이나 부품을 고정도, 고품위로 절삭가공을 할 수 있는 엔드밀을 검토하여
[금형기술 워크숍 논문] 5축 제어 머시닝센터용 툴링과 엔드밀의 제안 부품 생산은 세계적인 경쟁 시대를 맞이하여 고능률 금형가공을 기대할 수 있는 5축 제어 머시닝센터(이하 MC)가 주목받고 있다. 5축 제어 MC는 그림 1에 나타냈듯이 워크 또는 엔드밀을 경사시켜 절삭면에 접근시키고, 돌출량을 적게 억제한 엔드밀 절삭이 가능하다. 또한 엔드밀 절삭날부의 절삭 포인트를 지정한 공구 궤적에 의해, 절삭 속도를 일정하게 고속의 절삭을 실현할 수 있기 때문에 절삭면 제도와 공구 수명에서 유리한 가공이 가능하게 되는 등 3축 제어 MC와 다른 효과를 기대할 수 있다. 여기서는 5축 제어 MC에 최적의 엔드밀과 유지구를 추구한 절삭실험 결과를 근거로 하여 금형 생산 기술의 고도화가 실현되기 위한 제언을 한다. 그림 2는 고경도강(SKD61 : 50HRC)을 코티드 초경합금 볼 엔드밀(공구 지름 : 6mm)로 돌출량을 변화시켜 절삭한 경우의 공구 마모와 절삭면의 차이에 대해 추구한 실험 예를 나타내고 있다. 이 실험 결과에서는 엔드밀 지름의 7배에 비해 3배의 돌출량인 경우, 공구 마모와 절삭면에서 큰 차이가 있다는 것을 알 수 있다. 즉, 엔드밀의 돌출량은 공구 수명
[금형기술 워크숍 논문] 초정밀 절삭에 요구되는 툴링과 엔드밀의 조합 소딕사에서 본격적인 초정밀 절삭용 머시닝센터가 개발, 제품화된 이래 1μm 이하의 절삭 정도를 지향한 소형 머시닝센터가 여러 회사에서 등장하고 있으며 본격적인 초정밀 절삭 시대를 맞이했다. 엔드밀에 의한 초정밀 절삭을 실현하는데 툴링과의 조합은 중요하다. 즉 고속 회전 시의 흔들림 정도, 유지 강성은 엔드밀의 절삭특성을 살리는데 기본적인 조건이며, 동일한 특성이 툴링에도 요구된다. 초정밀 절삭을 효과적으로 실행하기 위해 요구되는 흔들림 정도는 고도화 지향에 있으며, 이 경향은 점점 더 강해질 것으로 예측된다. 여기서는 엔드밀과 툴링의 조합으로 초정밀 절삭에 미치는 요인 및 향후 과제 등에 대해 소개한다. 그림 2는 NAK80에 대해 스퀘어 엔드밀에 의한 측면 절삭을 흔들림 정도를 1μm과 10μm로 하여 절삭면의 차이를 확인한 실험 예를 나타낸다. 즉, 회전수를 6,000min-1(엔드밀의 언밸런스량의 영향을 고려한 설정), 이송량을 0.06mm(공구 지름 2%)에서 0.18mm(공구 지름 6%)까지 변화시켜 절입량 0.03mm(공구 지름 1%)의 조건으로 했다. 그 결과, 흔들림이 10μ
[금형기술 워크숍 논문] 절삭유 차이에 의한 난삭재 밀링가공 시의 절삭성 티탄합금이나 인코넬 등 난삭재의 효율적인 절삭가공에 대한 요구는 매우 놓다. 효율적인 절삭가공을 실현하기 위해서는 가공 방법, 절삭공구, 절삭 조건, 가공기계, 절삭유 등의 가공에 관련된 모든 사상을 파악하여 종합적인 검토가 필요하다. 난삭재의 가공 연구로서는 절삭공구와 절삭 방법에 관한 보고가 많다. 그 한편으로 난삭재의 절삭에 적합한 절삭유에 대해서도 많이 검토되고 있다. 절삭유는 크게 수용성 절삭유와 불수용성 절삭유로 나눌 수 있다. 일반적으로 고경도, 저열전달율 재료인 난삭재를 절삭할 때의 절삭유로서는 불수용성 절삭유가 사용되고 있다. 그러나 작업 환경이나 지구 환경에 대한 중요성이 증가하는 상황에서는 환경대응형의 수용성 절삭유 사용이 강하게 요구되고 있다. 또한 공작기계의 가동 시간을 고려한 경우에도 수용성 절삭유에 대한 수요가 있다. 한편으로 수용성 절삭유의 구성 성분의 구조 등에 대해서는 아직 미해명의 부분이 많고, 수용성 절삭유에 대한 완전한 이행은 어려운 것이 실정이다. 본 연구에서는 난삭재 밀링가공 시의 절삭유 차이에 따른 절삭성을 평가하는 것을 목적으로 한다. 각종
[금형기술 워크숍 논문] 마이크로 엔드밀 가공에서 형상 오차 요인 반도체, 모바일 기기, 바이오, 의료검사 등의 분야에서는 부품의 소형화와 고정도화가 요구되고 있으며, 이들 제조에 관련된 금형에는 미세 형상으로 높은 정도가 요구되고 있다. 따라서 사용하는 공구도 보다 미세해지고 있으며, 더구나 가공 정도·다듬질면 조도에 대한 요구는 보다 엄격해지고 있다. 현재 의료용 검사 팁을 고정도 금형과 고전사성 사출성형으로 제조하는 방법을 제안하고 있는데, 금형에 남아있는 미크론 오더의 버나 커터마크가 플라스틱 제품에 전사되는 문제, 평면도나 세로벽 형상 정도가 나오기 어렵다는 문제 등이 생기고 있다. 여기서는 마이크로 엔드밀에 작용하는 절삭저항, 공구의 회전 진동, 시시각각 변화하는 공구-공작물 간의 간섭 상태로부터 공구의 동적인 거동을 관찰하고 엔드밀 가공에서의 측벽, 바닥면 표면 생성 과정과 형상 오차의 지배적 요인을 밝힌다. 실험에는 초정밀 머시닝센터 ‘YMC325’(安田工業사제)를 이용하고, 공구로는 0.5mm의 TiSiAlN 코티드 초경 스퀘어 엔드밀(2날, 비틀림각 30°)을 이용했다. 그림 1은 실험장치의 개요를 나타낸다. 이글은 일본 일간공업신문사 형기
[금형기술 워크숍 논문] JIS 0급 기어 인서트를 3일에 제작하기 위한 제안 많은 산업제품에서 동력 전달을 담당하는 중요한 부품으로서 이용되고 있는 기어. 이가 회전축에 대해 평행한 수퍼기어(평기어), 비틀어져 있는 헬리컬기어(나사선기어) 등이 많이 사용되고 있다. 이가 비틀어져 있기 때문에 이 주변이 분산되는 헬리컬기어는 수퍼기어에 비해 고속 회전 시의 정숙성이 우수하다. 최근에는 보다 매끄러운 동력 전달을 위해 JIS에서 정한 기어 등급 0급 이상이 요구되는 것도 있다. 여기서는 사출성형으로 제작된 JIS 0급 헬리컬기어의 인서트를 와이어 방전가공기, 머시닝센터(이하 MC) 및 형조 방전가공기를 사용하여 전극 제작에서부터 인서트 제작까지 3일에 끝내는 제조 방법을 제안한다. 헬리컬기어의 인서트를 형조 방전가공기로 제작하기 위해서는 기어 형태의 ‘전극’이 필요하다. 그 가공에는 전용기인 호브반과 기어연삭반을 사용하는 것이 일반적이지만, 정도 높은 전극을 제작하기 위해서는 납기도 늘어나고 비용도 상승한다. 최근에는 MC를 사용하여 4축 혹은 5축 가공의 제작도 가능하지만, 소경공구를 사용하기 때문에 생기는 공구 마모나 치수 정도의 관리가 곤란한 점 등의 결
[금형기술 워크숍 논문] 다이캐스트 금형의 깊은 홈가공에 대한 고속 가공 유저에게 고품질 상품을 저렴하고 신속하게 공급하기 위해 우리 부서는 품질공학을 이용해 고효율의 절삭가공 조건을 개발해 왔다. 단조금형에서는 거의 모든 금형 종류에 적용하고 있으며, 금형 제작 리드타임 단축 및 금형 재고 대폭 절감을 실현해 왔다. 한편, 다이캐스트 금형에서는 형상 부위를 고속으로 절삭가공하는 데는 깊은 홈 형상이 장애가 된다. 이것을 실현시키기 위해서는 높은 L/D 상황 하에서 고효율의 절삭 조건 개발이 필요해진다. 여기서는 단조금형의 절삭 기술을 유용하여 높은 L/D로 특화한 최적의 조건을 다시 품질공학을 이용해 개발한 사례를 소개한다. 높은 L/D 형상을 가지며 금형 재질·경도가 주조 금형에 가깝고, 또한 우리 부서에서 고효율의 절삭 기술 기반이 된 열간 단조 크랭크형 개발 사례에 대해 소개한다. 개발에 있어서는 비약적인 절삭 시간 단축을 실현하기 위해 지금까지 하고 있던 사람의 감각에 의존하고, 또한 단일 인자 실험적인 개선에서 탈피, 품질공학을 이용해 단기간 내에 고효율 절삭 조건 개발에 대응했다. 이상적인 절삭 조건이란 어떤 상태인가를 생각했을 때, 그림 1에
[금형기술 워크숍 논문] 생형 조형 기술의 동향으로 본 금형 기술 주조가공은 ‘금형’의 형상을 주형 재료로 전사한 주형을 성형하여, 쉽게 복잡 일체 형상의 제품을 양산하는 방법으로, 중요한 공업 기술로서 발전해 왔다. 그 중에서 생형 조형 기술은 천연 점토 광물로서 산출되는 벤트나이트를 점결재로 하여, 대부분의 경우는 규사를 골재로 하는 주형이 성형되는 주조 프로세스이다. 점토 광물이 점결재이기 때문에 용해된 금속인 용탕 주입에 의해 고온에 노출되어도 수분 첨가 조정을 하는 것만으로 주형 재료로서 반복 재이용할 수 있다는 이점을 갖는다. 그렇기 때문에 양산 시의 러닝 코스트 관점에서 다른 주조 프로세스와 비교해서 강한 경쟁력을 갖고 있다. 특히 자동차용 주철 주물의 양산에서는 세계적으로 보아도 매우 높은 프로세스 셰어를 차지하고 있다. 앞으로 신흥국의 자동차 보유율 증대라고 하는 흐름을 보아도 주조 분야에서 생형 조형 기술의 위치는 매우 중요해질 것으로 생각된다. 여기서는 ‘금형’을 키워드로 하여 생형 조형 기술의 동향과 금형 기술의 관계에 대해 개설한다. 일본에서 생형 조형 기술은 1950년대의 자동차 보급화 초기 시절부터 주철 주물의 양산 기술로서 공업적
이번 달은 연재 마지막회로, 아마추어 공작보다 수준 높은 마무리 테크닉에 대해 알아본다. 이번에는 노이즈를 억제하는 노하우와 발진, 발열 등을 방지하여 회로를 보호하는 테크닉을 살펴본다. 그라운드나 배선 패턴으로 노이즈를 줄이거나 오프셋 전압, 온도, 과대 출력을 검출하는 뮤트 회로를 사용하여 안정․안전․안심 시스템을 완성한다. 스위칭 전원이나 디지털 회로, 아날로그 회로를 하나의 케이스에 구성하는 시스템에서는 GND(그라운드)를 여러 개로 나눈다. GND 접속 방법을 이해하면 노이즈에 강한 시스템을 만들 수 있다. “GND가 하나는 아니다”라고 하면 딱 감이 안 오는 사람도 있을지 모른다. 또한, 감각적으로 GND가 하나가 아니라는 것을 알고 있어도 실제로 어떻게 GND를 접속해야 할지 모르는 사람도 있을 것이다. 내가 일을 막 시작했을 무렵에 선배 엔지니어가 “그림이나 소리가 나오는 것은 당연하다. 진정한 업무는 노이즈와의 끊임없는 전쟁이다!”라고 했던 말이 인상에 남았었다. 새로운 기술이 오디오와 융합해 나가는 가운데 노이즈의 종류도 변하므로, 노이즈를 아는 것은 좋은 품질의 시스템을 만드는 데 반드시 필요하다. - CQ출판사 『트
이번 달 연재에서는 각도 센서(포텐셔미터) 등의 회전 내구 시험이 가능한 테스트 상황 녹음기를 제작했다. AC 모터를 구동하고 각도 센서를 천천히 정역 회전시켜 센서 출력 전압 데이터를 얻은 후, 그것을 측정 시각과 함께 microSD에 계속 기록한다. 센서 내구 시험 결과는 연속 시험한 후 마모, 열화, 전기적 특성에 따라 판단하며, 중간 경과를 추적하기 위해 모든 신호를 채취해 저장한다. 스케치를 변경하면 미동 테스트나 간헐 동작의 장시간 테스트가 가능하다. 사양은 입력의 경우 아날로그 신호가 16채널 전압 검출(아날로그 멀티플렉서 사용, 검출 빈도는 한쪽 회전 100회), 디지털 신호가 정전 검출(기록 중인 파일을 보호한다)이다. 출력에서는 모터의 CW/CCW 전환용 신호의 경우 각도 센서 16개를 동시에 돌리고, 회전은 양 끝에서 스스로 정지하는 AC 모터 유닛의 CW/CCW를 2개의 포트로 전환했다. 그리고 양 끝에 도달하는 시간은 기어로 감속시켜 약 30초로 했다. - CQ출판사 『트랜지스터기술』
지난 달에는 콘덴서에 충전한 전하를 순간적으로 방전해 용접했다(여기서는 이 방식을 스파크 용접이라고 한다). 이 스파크 용접을 사용했더니 선단이 녹아 볼 형태가 되었다(볼 용접). 세선 열전쌍을 제작할 경우 크로스 용접은 볼 용접보다 파단강도가 높다고 열전쌍 전문가들 사이에서 인지되고 있다. 또한, 극세선의 경우 볼 용접이 어렵다. 최근, ø0.1mm 이상의 기성 세선 열전쌍에서도 크로스 용접이 증가하고 있어 지난 달 설명한 스파크 용접만 검토할 수는 없다. 극세선만으로 만들어진 열전쌍은 끊어지기 쉽고 열전쌍 자체의 저항이 수k~수십kΩ이므로 노이즈가 실리기 쉽다. 따라서 선단만 극세선으로 하는, 서로 다른 지름을 접합하는 사용법이 증가하고 있다. 그래서 이번 달에는 이 다른 지름의 접합을 스파크 용접으로 대응하는 것이 어려울 듯하여 요즘 대세인 크로스 용접도 검토해 보았다. - CQ출판사 『트랜지스터기술』
파워 디바이스의 스위칭 성능을 충분히 이끌어 낼 수 있는가 하는 것은 전단의 구동 회로(드라이브 회로)를 만드는 방법에 따라 결정된다. 구동 조건은 스위칭 시간이나 스위칭 손실에 큰 영향을 미치며, 주회로 배선 상태나 보호 회로(스너버 회로) 설계와도 밀접한 관계가 있다. 여기서는 파워 트랜지스터의 구동 회로 제작 방법에 대해 알아보며 절연 IC를 사용해 구동 신호를 확실하게 게이트에 전달하고, 게이트-이미터 사이에 10kΩ을 넣으며 게이트-이미터 사이에 잡음 전압이 생기지 않도록 신중하게 배선하는 등의 기술에 대해 살펴본다. 또한 노이즈를 억제하기 위한 방법으로, 스파이크 노이즈를 열로 바꿔 주는 대책 회로 ‘스너버’를 추가하는 내용과 스너버 회로의 기능이 어느 정도인지에 대해서도 짚어 본다. 마지막으로 눈에 보이지 않는 ‘부유용량’을 철저히 처리하기 위해 배선을 두껍고 짧게 하는 방법, 실제 파워 일렉트로닉스 장치는 부유 용량이나 부유 인덕턴스로 가득하다는 내용 등에 대해서도 살펴본다. - CQ출판사 『트랜지스터기술』
전기자동차를 비롯한 파워 일렉트로닉스 기기의 전력 스위치에 사용되는 것은 MOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect Transistor)과 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)라고 하는 전압 구동형 파워 반도체이다. 이전에는 전류 구동형 바이폴라 트랜지스터(BJT)가 파워 디바이스의 주류였지만, 구동 전력이 크고 스위칭 속도가 느리며 디바이스의 동작 영역에 제한이 있다는 과제가 있었다. MOSFET과 IGBT는 이러한 BJT의 결점을 해결한 보다 이상적인 스위치에 가까운 파워 디바이스이다. IGBT는 MOSFET의 드레인 측에 p층이 추가됐다. 이 정도의 차이도 MOSFET과 IGBT의 특성 및 그 애플리케이션에서는 큰 차이를 불러일으킨다. MOSFET에서 게이트−소스 사이에 플러스 전압을 가하면, p 기준층이 반전되어 채널, 즉 전류 경로가 형성된다. 그 결과, 드레인 전극에서 소스 전극 사이가 모두 동일한 n형 반도체로 되어 저항과 거의 같은 성질을 나타낸다. 이 때 전류가 되는 전하(캐리어라고도 한다)는 전자뿐이므로 MOSFET은 ‘유니버