IIですが、ここまで来るのには幾多の壁にぶち当たり、様々なハードルを乗り越えてきました。現在の回転トルクメータUTMIIに至る、開発の裏話をお話したいと思います。(2013年にユニパルスフェイスブックページに連載された、製品企画技師長の嶋本によるコラムです。1.開発のきっかけ回転トルクメータの開発のきっかけは、2011年の5月の連休明け頃のことです。その頃は、私は当時子会社(現在は、ユニパルスに吸収合併された(株)ナノテックス)の社長をしており、ユニパルスとのシナジーが発揮できる新製品を模索していました。ところで、ナノテックスの製品は非接触のナノメートル変位計です。光ファイバー型と静電容量型の変位計がありますが、主力は静電容量型です。半導体製造装置や検査装置、液晶の製造装置や検査装置、ハードディスクの検査装置などに使われています。これらの根本的な部分の設計は私嶋本が自ら行ってきましたので、この理論とノウハウを荷重測定に強みを持つユニパルス製品に展開しようと目論んでいました。(買収された子会社の社長でしたので、何かシナジーを見つけなくては、クビが飛ぶかも・・・という危機感も多分にありましたが・・・(^^ゞ)。弊社社長の吉本は今だに現役の技術大好き人間で、毎日毎日あーでもない、こーでもない・・と、色々なアイデアを2人でディスカッションしていました。そんなディスカッションの中で、非接触でナノメートルの変位を測定できるなら、回転軸の歪みも非接触で測定できるだろう。それができれば、回転軸のトルクが簡単に測定できる!ナノメートルが簡単に測定できるなら、トルクの測定なんて簡単だろう!うん!これだ!イケル!というヒラメキとノリで、静電容量型の回転トルク計の開発がスタートしました。当時、回転軸のトルクが測定できるものはひずみゲージを用いたスリップリング方式、回転トランスを介して交流ブリッジの抵抗バランスを測定する回転トランス方式、起歪体の前後のねじれ角をギヤの頭の位置の位相差で測定する方式、回転型の差動トランスのような方式、磁歪式などがありましたが、いずれも結構大がかりで価格も高く、気軽に使えるようなものではありませんでした。簡単に測定が可能な小型なトルクメータがあれば、結構売れるような予感がし、わくわくしながら初回の開発会議を行ったのが2011年5月20日のことでした。場所は、横浜桜木町の横浜事業所でした。当時の横浜事業所は、ハードディスクや磁気テープなど、磁気記録装置の製造・検査装置の開発・製造を行っていました。磁気に限らず情報記録技術は日本メーカー主導のものも数多く、ハイテク日本を代表する製品たちでした。そのような記録メディアの中でも、ハードディスクはメカ技術と電子回路技術の結晶とでもいうべきもので、数年ごとに記録密度を倍増させながら何段階かの革新的なブレークスルーを経てなんと30年以上も使われ続け、現在も情報記録媒体の中心的な方式となっています。ここへ至るまでには、多くのエンジニアのアイデアと創意工夫と熱意があったことは言うまでもありませんが、その一翼を担っていたのが弊社横浜事業所でした。横浜事業所では、超高速なナノメートルオーダーの位置決め装置と磁気信号の処理装置の開発・試作を行っていました。ま、平たく言えば、超大手企業の超ハイテク技術の研究開発のための研究設備や治工具をお客様の要望に応じて製作・納入していた、ある意味超ハイテク下請け企業でした。中小企業にしては、超ハイテクな三次元CADや有限要素法解析ソフト、レーザードップラ速度計やサブナノメートル分解能のリニアエンコーダ、500万円以上するような測定器がさりげなく棚に置いてあったりして、初めて行ったときは、おー!大手の研究所みたいな感じだと感じました。3.静電容量型トルク計(プロトタイプ)さて、トルク計の開発に話を戻します。お決まりの同業他社製品の分析から始まって、開発する製品の原理説明、市場で勝てる理由(うーん、MBAの教科書に出てくるようなこんなもんは、作文でしかないけども・・・)なんかを説明して、ディスカッションに入ると、「何だか、できそうですね・・・」という好反応!で、約1ヶ月後の6月22日に、初号機の構想図ができあがりました。直径64mm、本体長さ63mmで、立派な足が付いていました。社長に、報告したところ、開口一番「デカイな!」。「ちゃんと設計すれば、(単一)乾電池くらいになるだろう!こんなデカイの、今のと同じじゃないか!」というお叱りを受け、とはいえ、9月のメカトロテックという展示会に出展を決めていたこともあり、「本番は小さく作れよ!」との指示を受けお許しを貰い、製作を進めました。試作品の部材が集結し、組立が終わった8月の終盤、火入れです。回転軸に固定された回転電極間の静電容量(回転コンデンサとでもいうのでしょうか?)を通して、回転軸のねじれを静電容量変化としてとらえる仕掛けです。回転コンデンサの静電容量がギャップの静電容量よりも十分に大きければ、固定側から見た静電容量は、ねじれを測定しているギャップの静電容量とほぼ等しくなるはずですが、回転コンデンサの静電容量が十分に大きくないため、出力があまり出てこないようです。回転コンデンサのギャップが想定したギャップよりも大きすぎるようです。静電容量を稼ぐため電極を大きくしたのがあだで、ギャップを詰めると電極間の寸法調整がシビアになりすぎ、またベアリングの与圧も高くなり、回転がスムーズでありません。次回試作でこの辺は改善しようということでトルクと出力のデータを取り始めたところ、なんと、回転角度に対応して出力信号が数%程度変動します(これは、回転に伴って、回転コンデンサの静電容量が変化してしまうためで、正直想定外でした)。温度にすごく敏感になり、まるで温度計です。考えてみれば、それはそうです。フルスケールのトルクを0.01mmの変位に変換していたのですが、鋼は10cmあたり1°Cの温度変化で0.001mm伸びます。実際の測定間隔は約3cm、1°Cで3%、これは使い物になりません。変位計の分解能は百万分の1mm測れるので、百分の1mmがフルスケールなら1万分の1が刻めるというのは浅はかな考えでした。9月26日から始まるメカトロテックは目前に迫っています。