本日は、トルクヒンジ機構の設計について考えたいと思います。

１．トルクヒンジ機構とは？

　トルクとは、「力のモーメント」のことです。ヒンジとは、蝶番のことです。例えば、ドアを開く根元についている金具がそうです。この機構がないと、ドアを開くことは出来ません。ここで我々が行う動作を「開く」を表現しましたが、基礎物理学のような用語でいうと「回転運動させた」です。ここを理解できるかどうかが、重要です。

◎ドアを開く＝ 壁についた板を蝶番を回転軸として回転させた

　さて、上記までの説明だとヒンジは分かりますが、トルクヒンジがわかりません。「力のモーメント＋ヒンジ」？ドアを開く際の回転が、力のモーメントで記述できるから、という意味ならば、あえて力のモーメントなんといわなくていいじゃないか！そう、あえていうには理由があります。これ以上は表現上からは見えてこないので、一般概念を言ってしまうと、「任意の角度で自由に止められる」ヒンジ機構のことを、トルクヒンジ機構といいます。

◎ トルクヒンジ機構 ＝任意の角度で自由に止められるヒンジ機構

２．トルクヒンジ機構の実用例

　「設計とは真似ること」という格言を、しばしば耳にします。確かに、機構を組み立てていく際に、「知識」がなくて進まないことは多々あります。そんなときに参考とするのが、公知となっている技術です。特許、実用新案、意匠、製品を参考にします。ここでは、トルクヒンジ機構として、我々が普段よく見る物を数点、列挙します。

例) ドア、ノートパソコン開閉機構、乗り物の椅子後部に収納されているテーブル、その他開閉機構

３．トルクヒンジ機構を考える事始め

　まず、いかなる設計も、実現させたい事項を明確にする必要がある。その上で、回転軸を設けて回転させる機構が必須であると判断して、はじめてトルクヒンジ機構の構想を開始する。いきなり、割と明確なトルクヒンジ機構という概念があって、それを物にくっつけるという発想では、上手く開発がいかない。

◎ トルクヒンジ機構の必要性を考えたか？

◎ 必要な場合、何処に設置し、どのように使うつもりか答えられるか？

答えられない場合は、構想設計をいったんストップした方が良いです。トルクヒンジ機構は、やや複雑な機構なので、いったん開発を進めると、結構パワーがいります。

４．トルクヒンジ機構に必要な機構を考える

　ここでは、具体的にどのような構造が必要かを述べる。トルクヒンジ機構は、「トルク機構」＋「ヒンジ機構」で成り立っている。従って、各部分に対応する構造を明確にすればよい。。。その前に、トルク部とヒンジ部を再定義しておく。

◎ トルク機構 ＝ 任意の位置で回転を止める機構

◎ ヒンジ機構 ＝ 回転軸に対して剛体を回転させる機構

上の定義を見て、その横に、具体的な構造が描けるようならば、次にその二つの機構を統合させることに思考を移せる。しかし、描けない場合は、上記(2)で言ったように、公知例を参考にするか、定義を自分が完全に構造が理解できるところまで分解する必要がある。

◎ 機構がイメージできないときは、完全に理解している(=絵に描ける)レベルまで要素に分解したり、公知例を参考にしたりしなければならない。

さて、ここまで言っておいて、トルク機構とヒンジ機構を見てみると、私はトルク機構のイメージがわかない。なぜならば、回転運動を止めると言っているがどのような機構の回転運動なのか、分からないからである。つまり、ここでいうトルク機構は、ヒンジ機構に依存するので、ヒンジ機構だけは考えることが難しいのである。。私には。。。

例えば、下図のようにイメージしてみる。

回転軸に対して剛体を回転させる機構…

こうすれば、シャフトに回転体(剛体)をはめ込み、ストッパーで止めることで、機構が成立する。

ここで、もし「何処に設置する？」と考え、それが製品に搭載するということであれば、シャフトに剛体が一つ追加されることになる。

ここまでできれば、先に定義したヒンジ機構の基本構造が明確になる。高校の物理の知識しか使っていない。

回転機構をイメージできたので、次は、トルク機構を考える。トルク機構は、剛体を任意の角度まで回し、手を放すとその場で回転が止まる機構である。これは、どう考えればできるであろうか？

問題：回転しているモノを止めるには？

運動している物を止める最も基本的な考えは、「運動方向に壁を立てる」である。相撲の力士が、相手の突進を体で受けることをイメージしてもらえればよい。シンプルな方法で、回転方向の力に壁が耐えられれば強度的にはOKで、後は任意角度で壁が立つような機構を考えればよい。他にはないか？？

日本の剣術の極意：真剣白刃取り は、何故、切り下してくる刃の運動を止められるのか？？やっていることは、刃を両手で挟んでいる。回転方向に対して垂直の方向から力を加えて止めている。何故止められるのか？それは、摩擦力である。

運動する物体があって、それが摩擦をもつ面に接していると、その接触面を介して物体には、運動方向に逆らう力が働く。高校物理で、μ×N で記述された摩擦力である。摩擦係数と垂直抗力が大きければ大きいほど、運動を止める効果が高くなる。ここで摩擦係数は手のザラツキであり、垂直抗力は刀を挟むのに要した力である。回転運動を、この摩擦力で停止させる機構は、例えば車(自転車のブレーキをみてほしい)を見ていただければ顕著である。

以上、二つの回転運動する物を止める方法を考えてみた。私は、前者の壁を立てる機構は、「任意角度に追従して壁が飛び出る」を考える労力がやや苦労なのでで、思考の楽な後者を考えてみたいと思う。つまり、「摩擦力で止める」である。

上図が、トルクヒンジ機構の基本構造である。これで、回転運動と任意角度で停止させる は、原理上実現できる。これを具体化する際に、あと考えねばならないのは、「摩擦力による部品の摩耗を軽減させる機構」である。例えば、バネワッシャーを向かい合わせにして摺動部品間に挟みこみ摩擦面を限定的にし、最後にナットで締めこむなどである。※ ここは、ヒンジメーカー各社の極意がつまっています。

５．トルクヒンジ機構に必要な性能(モーメント)を考える

　先の図に対して、簡単にモデル化してみると、例えば、下図のようになる。

Fは操作力、ｆは摩擦力である。Wは、場の力である。一般に任意角度で停止することが問われるのは、放っておくと重力などの場の力で回転体が動いてしまうからである。よって、モーメントを考える際は、場の力を考えておくべきとし、描いた。

さて、上図において、搭載するトルクヒンジに最低限必要なモーメントは何であろうか？ 操作力の項を取ればよいので、M=Wl－fδ [Nm] である。逆に、最大値は摩擦が消えた時だからM=FL＋Wl である。

また、上記のようになるには、どれくらいの力でストッパーを締めつけていればよいか？　操作力を加えていない状態で、動いてはならないから、摩擦力と場の力が釣り合っていることが前提である。⇒ W=f

Wは、回転体の形状で決まるのでここでは既知の定数とすると、

W=f=μP ⇒ P = W/μ と考えられるので、トルクヒンジのストッパーを締めきる力Pは、W/μ 以上にすればよいと分かる。

◎ トルクヒンジのモーメント：WI-fδ≦M(≦WI+fδ) を作ればよい。

◎ ストッパーの締め付け力：P≧W/μ

以上、トルクヒンジ機構の基本について書いてきた。自分で設計するときに、または専門のメーカーさんと交渉する前に計算するのに役立てて欲しい。

本日の動画：塩川の滝

　ここはかつて熊野信仰にのっとり、滝をご神体とした滝行が行われていた場所です。涼やかな姿ですが、見ていると何だが温かい気持ちになります。頭もさえてくるような気がします。各1分ほどの動画ですが、お楽しみください。相模原市の塩川滝は、車で直接行けます。また、滝の近くに、鮎料理屋、兼温泉旅館があるので、身体を休めることもできますよ！おすすめです。

滝口

滝壺

全景

　世の中には、沢山の勉強本があふれている。勉強方法があふれている。勉強する前の心構えを説いたものもある。しかし、男子が恥ずかしさのためか、語られないことが一つある。それは、自慰行為 の禁止を説いたものである。やってはダメな理由は、下記である。

【ダメな理由】

① エネルギーの大幅な浪費のため、眠くなる。

② 気力が減衰し、頭の回転が鈍る(物覚えが悪くなり、物忘れも増える)

③ 集中力が低下する

　恥ずかしながら、以前、私も定期的に自慰行為をしていた。というのも、一説に、禁欲をすることで男性機能が低下し、将来結婚し、子供を作る際に支障をきたす恐れがあるという論文を読んだことがあるので、嫌々やっていた。

　精嚢内に蓄えられる精子は、一度空っぽになったと仮定しても、三日で満タンになるらしい。この時、この溜まった分が処理されないと、古い精子が残り、それが奇形の精子になることが示唆されていた。また、処理されないことに体が慣れ、男性ホルモンの生成が鈍るという仮説も書かれていた。

　男として、男性ホルモンはその根源的な力の源である。それが多い方が良いし、将来のパートナーにとっても良いはずである。いざというときに、役に立たなくては意味がない。そこで、3日～7日に一回は処理することにしていた。大学生の頃、私の友人20人にさりげなく聞いたところ、毎日～3日に一回と答える者が17人にも及び、2人は3～7日、1人はやらないであった。(私は体育会系の運動部でした)

　この結果から、私は健全であり、問題はないと思っていた。しかし、ある日動物園に行ったときに、自慰行為をしている猿を見て、違和感を感じるようになった。。。自慰行為をする生物は、人と猿だけじゃないか。そもそも射精は、子孫を残す時にする行為であり、それ以外に行う必要はない。こんなことをやっていたら、自然界では隙が生じて危険である。

　もし、自慰行為をしないとホルモンが減衰し、いざというときに男性機能が正常に機能しないというのならば、動物園で自慰行為をしている動物をよく目にするはずである。しかし、そんなことはない。つまり、人間の自慰行為は異常な現象なのである。

　そもそも、人間には、夢精という機能が備わっている。これはある一定期間射精しないと体が勝手に余分な量の精子を外に吐き出すというものである。睡眠中に起こる。つまり、この現象で、余分な精子の処理も、男性ホルモンの維持も十分であるはずなのだ。また、男性ホルモンは、何かに意欲的に取り組んだり、身体を鍛えたりすることでも活性化できる。。つまり、ホルモンを活発にするために、わざわざその他の活動に悪影響を及ぼす自慰行為をすることは、賢い選択とは言えない。そう思えた時、私は、自慰項を辞めて、身体を鍛えることにした。

学生の頃は、一か月に一度くらい朝起きると夢精していたが、筋トレを毎日するようになってからは3Wに一回くらいである。また、以前彼女がいたときは、定期的にSEXを楽しんでいたが、この時は、射精しても②や③の現象はなく、むしろ気力も充実し、頭も冴えていた。このことから、SEXは、自慰行為とは本質的に違うものと思われる。これは、友人5人と赤裸々にはなしていても全員が共通の現象なので、恐らく、かなり多くの人に当てはまる話であろう。

長くなったが、男性の方、勉強や仕事において自慰行為はやめてください。辞めても機能が衰えることはないです。その代わり、筋トレやSEXをしましょう。でないと、注意が散漫になり、気力が萎え、勉強にも手がつかなくなります。

ここのところが、勉強法や仕事法の前談として語られるべき話ではないかと、私は思うのです。もし、女性の方で同じような経験がある方は、教えていただけたら、幸いです。きっと、女性も勉強や仕事の際に控えた方が良いと感じており、隠されてしまっていることがあると思います。こうしたことを記録し、共有することが、日本人の知力をより高める一助になると思っているのです。どうぞ、お力添えをよろしくお願いいたします。

本日の動画：川の中の稚魚