新入社員の研修期間を密着レポしますPartⅡ
春になると新調した少し大きめサイズの制服をまとった学生さんを多く見かけます。４月第２週目を過ぎると、新しい環境でかかわる人の名前と顔が一致するようになり、少しずつコミュニケーションの輪が広がる頃ではないでしょうか。さてこの記事では前回に引き続き、当社新入社員の準備研修期間の様子を皆さまにお届けします。
松本ESテックを改めて知る1週間
入社第1週目は「社会人デビュー」という事で「社会人としての基礎」となる「ビジネスマナー」や「社会人とは」というテーマに沿って学んでもらいました。第2週目以降はいよいよ「松本ESテック株式会社」とはどんな会社か、を3つの課題を通して学習します。
電磁鋼板と当社製品について
当社HP内のコラムでもお届けしている「電磁鋼板」について。「電磁鋼板」は当社のビジネスには必要不可欠なものですが、入社後に詳しく学習する機会はなかなかありません。今年は準備研修期間の中で丸1日かけて、1つ目の課題である「電磁鋼板」について調査し、レポートを作成してもらう時間を設けました。
以下に準備研修期間で作成したレポートを抜粋してお届けします。
【電磁鋼板とは何か】
電磁鋼板とは鉄にケイ素、シリコン、マンガン等を入れた鉄鋼のことで、電流による損失を低減する目的でモータや発電機、変圧器といった製品に利用されている。
【電磁鋼板はなぜモータや変圧器に利用されるのか】
①過電流損失の低減
渦電流損失とは、その名の通り渦電流が発生することによって起きる損失で、熱として外部に放出されてしまう。この損失が発生した場合、熱や振動などが発生する危険性がある。電流損失の一つである渦電流損は、電磁鋼板を使用した場合、電磁鋼板の特性である高い透磁率や磁気フィールド制御により低減できることからモーターコア等に多く採用されていると考えられる。
②ヒステリシス損の低減
ヒステリシス損は鉄心を磁化(磁石の状態にすること)する際に発生する損失のことであり、これもまた発熱の原因となってしまう。 ヒステリシス損は鋼板そのものに現れる渦電流損と違い、計算式を利用してヒステリシスループを作成することで損失が見える。そこでヒステリシス損および渦電流損が少ない電磁鋼板を採用することで損失を極限まで抑えているのである。
【電磁鋼板の特徴】
①磁束を通しやすく磁束を通した際の損失が少ないことがメリットとしてある。また、モータを分解した際に内部の鉄芯を見ると薄い板で構成されていることがわかる。これは渦電流損を低減させる一つの対策であり、ここに電磁鋼板を加えるとさらに損失を抑えることができるようになるのである。
②電磁鋼板には無方向性電磁鋼板と方向性電磁鋼板に大別することができ、無方向性電磁鋼板はモータなどの回転するものに、方向性電磁鋼板は変圧器などの回転しないものに使用されている。
これはあくまで私の考えだが、モータなどのコアに方向性電磁鋼板を使用した場合、方向性電磁鋼板は一方向だけに磁束を通しやすい特徴があることから一方向にしか回らないモータが完成することが予想される。また、変圧器等に無方向性電磁鋼板を使用しても流れる電流は一方向なので電流がどちらにも流れやすい無方向性電磁鋼板使用したところで意味がない。そのため一方向のみの磁束を通す方向性電磁鋼板は変圧器等の一方向にしか電気を通さない製品に、両方の磁束を通す無方向性電磁鋼板はモータ等の両方に電気を通す可能性がある製品に採用されていると考えられる。
【無方向性電磁鋼板・方向性電磁鋼板】
①無方向性電磁鋼板は電極の向きが統一性を持たない鋼板である。製造方法に関しては鉄鋼製造時と大差ないと思われがちだが、熱間圧延の際に結晶方向性がランダムになるように温度等が調整され冷間圧延に移行する。
②方向性電磁鋼板は電極の向きがある程度統一されているものを指す。製造工程は無向性電磁鋼板とほぼ同じだが方向性電磁鋼板は圧延を行った後、温度管理を施された焼鈍炉にて焼鈍工程を挟む。これにより方向性が一致しているものが育つ。
【当社製造品】
当社では無方向性電磁鋼板を使用し、製品としてスリット加工済みコイル、自動車用モーターコア、パッケージエアコン用モーターコア、ハイブリッドカー用モーターコア、発電機用モーターコア、コンプレッサー用モーターコア、産業用ロボット用モーターコア等様々な製品を取り扱っている。
【電磁鋼板を使うメリット】
例えば工業製品に搭載されているモータに使用されているコアが普通の鉄を使用していた場合、渦電流損によるジュール熱の発生に伴って起こりうる耐久力の低下や過剰な温度上昇によるパフォーマンス低下、過剰な冷却による電力消費増加などが起こる可能性がある。また、過剰な発熱が発生したことによる他部品の損傷や熱による火災も発生すると考えられる。これが発生した場合、住宅地や工業地帯で発生すると更なる延焼によるが発生し、被害が拡大する可能性があると考えることができる。そしてヒステリシス損による熱損失にも同様のことが言える。これはエアコン製品も同じであり、渦電流損が発生した場合、ジュール熱による発熱が発生することとなり、耐久力低下や電力消費増大、更に夏場はエアコンの使用頻度が増加することから冷却をしている最中に発熱を検知してモータが回り冷却をしながら発熱をしていくというエアコンにとっての悪循環が発生する可能性がある。その点において電流損が少ない電磁鋼板を使用した場合、過剰な発熱を抑えることができるため、耐久力の向上やパフォーマンスの維持、更には長寿命化を実現することが可能であると考える。また、過剰な発熱を抑えることに付随して冷却用ファンの電力を抑えることにもつながる。これは省エネ化を進める現代社会においてとても重要な観点であり、これらの点において電磁鋼板はモーターコアの素材としてメリットがあると考えられる。
電磁鋼板とは？製造メーカーが歴史や技術について詳しく解説します
当社製品が動かす！「モータ」について
2つ目の課題では「当社の工程調査」を行いまとめることにより、社内のつながり確認しました。3つ目の課題は、当社製品が動力の源となる「モータ」について探求します。幕張工場でスリットした「電磁鋼板」が白井工場で加工され、「モーターコア」が完成し、お客様先で「モータ」に組み込まれ、様々な機器に命を吹き込みます。
この章ではその「モーターコア」が使われる「モータ」について、新入社員が調査しまとめたレポートをご紹介します。
【モータってなんだ？】
モータとは電気エネルギーを回転運動エネルギーに変換する機器である。広い意味に変えるとリニアモーターカーなども電気エネルギーを運動エネルギーに変えていることからモータといえる。
【モータに種類ってあるの？】
モータには大きく分けて直流用モータと交流用モータがある。一般的には直流用モータは「ブラシ付きモータ(整流子があるモータ)」「ブラシレスモータ(整流子がないモータ)」「コアを持たないコアレスモータ(モーターコアについては後述)」、交流用モータは、「誘導モータ(交流電源に直接つないで使用できるモータ)」「同期モータ(回転に対して損失がないモータ)」に分類される。
【モータの種類について詳しく教えて！】
直流用モータ
①ブラシレスモータ
「ブラシレスモータ」とは一般的なモータについている整流子やブラシの代わりに電気回路を利用してオン・オフをきりかえているモータのことである。このモータはブラシや整流子がないことから定期的にメンテナンスをする必要がなく、かつ高回転で回せるというメリットがある。しかし、ドライバ回路という回路が必要になってくるため必然的に装置が大型化してしまうこと、起動時のトルクが大きすぎるため制御が難しいこと、過電流を流した場合や熱を長時間帯びた場合は破損してしまう可能性などがある。
②ブラシ付きモータ
その名の通り、整流子とブラシがついたモータのことである。「ブラシ付きモータ」は複雑な回路等がなく、比較的簡単に導入することができる。ミニ四駆や学校での工作に使用されるモータもこのブラシ付きモータが多い。しかし、ブラシや整流子は摩耗してしまうことから定期的なメンテナンスが欠かせず、さらに粉塵が飛散する可能性もある。また、ノイズの発生や安定性がブラシレスモータより劣ってしまうなどの欠点がある。
③ステッピングモータ
「ステッピングモータ」はパルス信号をもとに制御を行うモータである。小型で高トルクながら低電圧で使用することができ、さらには細かい制御もできることからNCフライス盤のテーブル移動やベルトコンベアの駆動にも使用されている。しかしパルス信号を使用することから駆動回路が必要であり、想定外の負荷がかかると脱調(入力されたパルス通りに動かなくなること)が発生する可能性がある。また、振動や騒音が他のモータと比べて大きい。
交流用モータ
①誘導モータ
「誘導モータ」とは交流電源から電流を流し、発生した磁界によって誘導電流が生まれ、その作用によって動作するものである。構造がシンプルで負荷の変動に強いことから電動機として使用される例がある。滑りを利用してトルクを得る関係上、回転制御の速度調整が困難であるデメリットがある。しかし回転数を自在に制御できる回路が誕生したことで欠点はほぼ解消されている。
②同期モータ
「同期モータ」は回転する部分に永久磁石を入れたモータのことである。このモータには通常ある滑りがない。そのため実際の回転数と同期速度が同じであるというメリットがある。また、速度が変わらないというメリットもあるが、誘導電動機と比較するとデメリットにもなりうる。そのほかのメリットとして低速かつ大型化するほど設備費及び維持費が安価になる、据付と保守が容易であることなどがある。しかし磁化させるための直流電源が必要であることや、同期が外れてしまったり乱れてしまったりすること、さらには高価であるというデメリットも存在する。
もっと暮らしを快適に！モータ誕生の歴史とそのエピソード～前編～
【モーターコアって何のこと？】
モータを分解してみると磁石と銅線が巻かれたものに分かれる。その銅線が巻かれているものこそ「モーターコア」と呼ばれるものである。「モーターコア」には基本電磁鋼板を採用するが、例外としてコバルトと鉄を一対一にしたパーメンジュール合金などが採用されていることもあるらしい。しかし、コバルトやバナジウムは、希少鉱物(レアメタル)であることからコストが高くなってしまうなどの課題がある。更にモータの銅線部分を分解してみると薄い板が一枚一枚重なっているのが確認できる。これは鉄損の一つである渦電流損失と呼ばれる損失をすくなくすために施されている対策のひとつで、これを行うことにより渦電流損失の発生を抑えることができるのである。
【所感】
電磁鋼板については高等学校の時点で少しだけ学んではいたが、詳しくは習っていなかった。だからこそ今回このような機会を設けていただいたことに感謝したい。また、電磁鋼板の特性等がわかったので製造現場やその他いろいろなところで活用していきたい。調査する中でまだ知らない合金名なども出てきて更に勉強になったと思う。モータ本体の種類や製造方法等についてはまだまだ知らないことがたくさんあるので今後自主学習として調べていきたいと思う。
まとめ
入社第2週目は「松本ESテックについて学ぶ」一週間でした。電磁鋼板に始まり当社の工程、工程を経て製造された当社最終製品「モーターコア」とモーターコアが重要な役割を果たす「モータ」について調査学習を実施しました。（調査学習レポートのため、今後記載内容に修正が入る場合があります。予めご了承ください。）課題のレポートは一つ一つ作成しましたが、実は全てつながりがあり、当社ビジネスの流れでもあります。全てを覚えたり理解したりすることは難しくても、その内容に触れ、流れをつかむことが大切です。現場OJTが進む過程で「そういう事だったのか」と納得できる事が一つでもあることを期待します。
