レンズから入った光を2つに分け、センサ上の結像した2つの画像の間隔からピントの方 向と量を判断する方式.

ピントが合っている=コントラストが最も高い レンズを動かしながら画像のコントラストが最も高くなるレンズ位置を探す

メカトロニクス技術の構成要素

各種エネルギから力やトルクを発生させ対象となる運動体を駆動する機器。 エネルギを機械的運動に変換する機器。 – 回転型、揺動型、直動型などがある – ロボットをはじめ、メカトロニクス機器の重要な構成要素

測定対象の動作に測定に伴う影響を与えにくい 環境変化の影響を受けやすい

摺動要素を用いた可変抵抗を用いて、摺動要素の変位を電圧に変換するセンサ。回転型と直動型がある

スリットを刻んだ円盤を挟んで発光素子と受光素子を対向させて配置するセンサ。 スリットの通過により受光素子が光を検出し電圧出力する。

歪みゲージについて ・物体の( )を検出するセンサ • 薄い基板上に抵抗体の薄膜を形 成したもの • 被測定物に接着して使用する • センサ部は被測定物と共に変形し、 その変形に伴う( )の変化により 歪を検出する

電気回路をON/OFFする小型スイッチ <用途> 複写機のドアやプリンタのカバーの 開閉検出

投光器，受光器，増幅器で構成され，物体が光路を遮ったときに接点を開閉 するスイッチ。投光器にはLED(発光ダイオード)などが使われる。受光器にはフォトトランジスタなどが用いられる。

物体の接近及び、近傍の物体の有無を非接触で検出するもの。 高周波発振式: 近くに金属体がないとき発振、金属体が接近すると発振が停止 静電容量式: 誘電体の接近に伴う静電容量の増加による発振を検出

温度変化によって電気抵抗が大きく変化する感温度半導体。 殆どは、Mn,Ni,Coなどの金属酸化物を主成分とした半導体

サーミスタについて 長所 – 温度変化に対する( ) が大きく(出力感度が高い) 電気的処理が容易 – 大量生産でき( ) – ( )で堅牢 短所 – 出力が( )形 – 温度範囲が比較的( )

測温抵抗温度センサについて ●高精度 ● 抵抗から温度を求めるため、熱電対のような基準接点や補償導線は不要 ● 温度と抵抗の関係はほぼ線形 ● (1)度が高い ● 感度が大きい ●最高使用温度は500～600°C程度と低い ● 形状が(2)、応答は(3)い ● 機械的衝撃、振動に(4)い ● 抵抗変化は(5)回路で測定される ●測定原理 R=(7) R:抵抗　R0:0℃における抵抗　 a:抵抗温度計数　t:測定温度

温度変化によって誘電体の電気分極が変化し、電位差が発生する現象

●焦電効果 (pyro-electric effect) ・温度変化によって誘電体の電気分極が変化し、電位差が発生する現象 ・この現象を示す物質を、(1)と呼ぶ ・ PZT、PVDFなど ・(2)体は焦電体である。 ・焦電体は(3)性を示す。

焦電効果 温度変化によって誘電体の(1)が変化し、(2)が発生する現象

ゲ ー ジ 率 k = 1 2 0 の 半 導 体 ひ ず み ゲ ー ジのひずみυ=0. 002であるとき、ひずみゲージの抵抗は何%増加しているか。 単 位 を 【% 】 として 、数字のみ答えよ 。

「温度を検出するセンサには、(1)や(2)などがある。ここで(1)は、温度 変 化 に よ っ て 電 気 抵 抗 が 変 化 す る 半 導 体 を 利 用 し た 素 子 で 、 N T C 型、 C T R 型， P T C 型 な ど の種類がある。また、(2 )は、二種類の金属線をループ状につないでおき、二 つの接 点 間 に 温 度 差 が あ れ ば そ の 温度 差 に 応 じ た 電 位 差 が 発 生 す る効 果 を 利 用 し た セ ンサ で あ る。この 効果は、(3 )と呼ばれる。以前は一つの接点を0° Cに維持した冷接点 を設けて 基 準温度とした が、現在では測定器がその役割を果たす補償機能を有することが一般的となり、簡 単に使用できるようになった。

焦電型センサは、強誘電体の持 つ(1 )効果を利用したセンサである。(1)は、 温度 変 化 に よ っ て 強 誘 電 体 内 部 の ( 2 ) が 変 化 し 、 電 位 差 が 生 じ る 現 象 で あ る 。 焦電型センサは、受光素子面に入射される(3)を(4)に変換し、 (1)によっ て誘 起される(5) を電気信号として取り出す仕組みである。 (1)を示す強誘電体には、PZT、PVDF などがあり、これらは代表的 な(6 )性を示す 材料でもあ る。

熱電対について ・(1)効果を利用 ・二種類の(2)をループにして二つの接点間に(3)差があるときにその 差に応じた電流が流れる(4) ・発生する起電力は(5)と呼ばれる ・熱容量が小さいので変化の早い温度の(6)が可能

温度センサを4つ答えなさい

磁気センサを3つ答えなさい

リードスイッチについて • 動作が安定している • 小型・軽量・低価格 • ( 1 )が速い • (2)に優れる • (3)が長い

ホール効果について • 導体の内部を運動している電荷-e[C]、速さv[m/s]の自由電子はローレンツ力 (1) [N]の力を受け(2)面側に集まる。その結果、P面側は(3)、Q面側は(4)に帯電し電界が生じる。 • 電子は、ローレンツ力と(5)による力を受け、その力が釣り合うまで、電子はP側に集まり電界の大きさが大きくなる。 • 釣り合いの状態になったとき、電子は金属板を直進するようになる。 • このとき𝑒𝐸=𝑒𝑣𝐵より、𝐸=𝑣𝐵 • 導体中の単位体積当たりの電子数をn [個/m3] とすると、電流 I [A] は 𝐼 =(6) と表せるのでv=I/bdne ・ホール電圧V［V］は V=Eb=vBb=IB/dne=(μHI)/(dne)

光センサを3つ答えなさい

光センサにおいて、次の現象の名称を答えなさい (1)半導体に光を当てると電気抵抗が減少して導電性がよく なる。硫化カドミウム(CdS)が用いられてきた。 (2)P形半導体とn形半導体の接合面に光を放射すると、電 極間に起電力が発生する 太陽電池、ホトダイオード、ホトトランジスタ、CCDなど (3)物質の表面に光を放射すると、光の強さや波長に応じて 光電子がその表面から飛び出す。 光電子倍増管

フォトダイオードについて 光を照射すると、p層は(1)に、n層は(2)に帯電し、起電力を発生する。 光によって励起されてできた電子と正孔がpn接合の(3)層の接触電位差による電界のた めにP型の電子はnの方へ、n型の正孔がpの方へ引かれる。外部回路を接続すれば、pからnに向かって光量に比例した電流が流れる。

ソレノイド(電気系アクチュエータ)について 鉄心に巻いた(1)に電流を流し電磁石を作り、その(2)力を利用して可動鉄片を移動させ種々の直線運動を行うもの • 流体制御用の電磁弁

鉄心に巻いたコイルに電流を流し電磁石を作り、その吸引力を利用して可動鉄片を移動させ種々の直線運動を行うもの

ソレノイドについて ・コイルに通電すると、可動鉄心が磁力により(1.右 or 左)側に引かれる ・(2)による力と、バネの(3)力が釣り合う位置で止まる ・電流を増やすと(4.右 or 左)に引かれ、電流を減らすとバネによる反発力で(5.右 or 左)に移動する。 ・ 通電を止めると、バネによる復元力がなくなる位置まで戻る

直流電動機について ・特徴 (1)・軽量に向く 回転速度やトルクの制御が容易 (2)(電力損失が少ない) ブラシと整流子の接触による摩擦・摩耗・火花の発生 ・原理 ブラシと(3)によって電流の向きを一定方向のトルクが発生するように切り替える 発生力:フレミング左手則 　　　力:F=(4) 　　　トルク:T=(5) 回転角によって、トルクが(6)する

(1)導体の内部を運動している電荷-e、速さvの自由電子が受けるローレンツカの大きさを下の語群から選び、記号で答えよ、ただし、透磁率はμとする。 （2)（1）で求めた力により、自由電子はA電極・B電極のどちらに集まるか。A・Bの記号で答え （3）自由電子が磁界から受ける力と電界から受ける力が釣り合ったときの電界の大きさをEとして、電子が電界によって受ける力の大きさを下の語群から選び、記号で答えよ. （4）導体中の単位体積当たりの電子数をnとして、電流の大きさを表す式を下の語群から選び、記号で答えよ。 （5） ホール電圧VHを既出の記号を用いて求めたとき、下の（あ）の部分に入る適当な記号を語群から選び記号で答えよ。 VH=(あ)/ned (a) evμH (b) ebμH (c) evH (d) IbμH (e) vμH (f) bμH (g) evH (h) bμH (i) nev (i) μbdn (k) vbdne (f) evb (m) HI (n) μHI (0) vbdne (p) evb

アラゴの円盤について 1)磁石を円盤と同軸に対し(1.回転or逆回転)させる 2)円盤の上の磁束の変化する部分に(2)が発生する 3)渦電流と外部磁界との作用により力が発生 4)磁石の回転方向と(3.同じor逆)方向に円盤が回る。円盤は磁石より(4.早くor遅く)回る

4極の三相かご形誘 導電動機を周波数60Hzで駆動する とき、以下の問いに答えよ。 (1)回転磁界の回転数[rpm]はいくらになるか 。単 位 は[rpm]と し 、 数 字 の み 答 え よ 。 (2)すべりが5% であったとき、モータの回転数を求 めよ。 単位は[rpm]とし、数字のみ答えよ。

三相誘導電動機の特徴について ・構造が簡単で比較的安価 ・直流電動機のブラシのような接触部がなく、(1)・(2)の問題がない ・ (3)が簡単に実現できる

ステッピングモータについて ・(1)の一種 ・一つの入力パルスに対して、一定(2)だけ回転する。 ・加えるバルスの(3)を変えることで回転速度が変わる 長所 ・(4)制御が可能 ・停止時には(5)による高い保持能力がある 公式 回転角＝ステップ角×(6)数 ステップ角=360/((7)×(8))

ステッピングモータの種類を3つ挙げよ

次の文は、コンピュータに関する説明文である。 空欄に入れる適切な語句を答えよ。 「コンピュータは、入力装置、(1)、制御装置、演算装置、記憶装置から構成されている。このうち、制御装置を演算装置を合わせて(2)とも呼ばれている。記憶装置は、(2)から直接高速に読み書きできる(3)と、安価で大容量な(4)との二つに大きく分類できる。(4)において、(5)は代表的なメカトロニクス機器であるが、データ転送速度が速くなく、耐衝撃性も低いことから、(6)に置き換えられることも増えてきた。」

コンピュータの構成要素を5つ答えよ

コンピュータなど情報機器のハードウェア間のデータのやりとりを行う際に用いる、 入出力ポートのコネクタ形状や、信号の送受信の方法(プロトコル)や回路の総称をなんという

入出力インターフェースについて (1)1ビットずつ順番にデータを転送するバスをもつインターフェース (2)複数ビットをひとかたまりにして、同時に複数本の通信路で情報を伝送するバスを持つインターフェース

自動制御について (1)フィードバックによって制御量と目標値と比較し，それらを一致させるように訂正動作を行う制御方式 (エアコン温度制御など) (2) あらかじめ定められた順序または手続きに従って、制御の各段階を 逐次進めていく制御 (自動洗濯機、交通信号機、エレベータ、など)

次の文は、コンピュータとセンサ・アクチュエータとの接続に関する説明文である。 空欄に入れる適切な語句を答えよ。 「センサ出力をコンピュータに取り込んで処理を行いたいとき、センサ信号は一般にアナログ信号であるので、(1)によってデジタル信号に変換し、(2)を介して読み込まれる。また、コンピュータよりソレノイドを駆動させたいとき、(2)を介して出力されたデジタル信 号を、(3)でアナログ信号に変換し、アンプで増幅した電圧をソレノイドに加える。 (2)は、コネクタの形状や(4)の総称であり、代表的なものに(5)がある。

■(1)制御 ▶︎大学での制関係科目の中で、一番初めに習う。 ▶ 時間に対して、入出力が連続な波形（関数）として表現する。 ▶ アナログ回路で実現できるが、最近、身近な製品には、ほとんど見られない。 ■(2)制御 ▶通常、一定時間ごとに得られる制御量の検出値を用いて、操作量を計算する。 ▶︎コンピュータ制御によって実現できる。最近の主流。

自動制御について ○フィードバック制御 フィードバックによって(1)量と(2)値と比較し，それらを一致させるように(3)動作を行う制御方式 (エアコン温度制御など) (2)シーケンス制御 あらかじめ定められた(4)または手続きに従って、制御の各段階を 逐次進めていく制御 (自動洗濯機、交通信号機、エレベータ、など)

以下の図が示す制御方法を答えよ (1)上 (2)下

圧電アクチュエータについて、以下の空欄を埋めよ 圧電効果:結晶構造に(1)を加えると(2)が発生する現象 逆圧電効果:結晶構造に(3)を加えると(4)が発生する現象

強誘電体について 外部から(1)を加えていなくても、物質が局所的に正電荷と負電荷に帯びた部分に分かれた(2)を持つ物質。(2)の向きは(1)に応じて反転させることができる。

圧電方程式について、以下の空欄に語句で答えよ。 (1)=(2)×電界

縦効果アクチュエータについて、以下の式で空欄を答えよ。 ○アクチュエータ変位 Δl=(1)×(2) ○発生力 F=d×Y×( [3] / l ) x:歪 E:電界 d: 圧電定数

横効果アクチュエータについて、以下の式で空欄を答えよ。 ○アクチュエータ変位 Δl=(1)×(2)×( l / [3] ) ○発生力 F=d×Y×V×( 4 ) x:歪 E:電界 d: 圧電定数 V:電圧

せん断アクチュエータについて、以下の式で空欄を答えよ。 ○アクチュエータ変位 Δl=(1)×(2) ○発生力 F=d×Y×V×( 3 ) x:歪 E:電界 d: 圧電定数 V:電圧

圧電アクチュエータの発生力について以下の式の空欄に語句で答えよ 発生力=( 1 ) × ( 2 ) × ( 3 )

油圧式アクチュエータについて、空気式アクチュエータと比較したときの特徴を以下の空欄を答えよ。四つ答えよ。(正解・不正解は気にしない)

次の文は、 ある制御用デバイスについ て説明したもの である。 その名称を答え なさい。 (1 ) 入 力 信 号 で 電 磁 コイ ル を 励 強 し 、 可 動 鉄 片 を 吸 引 す ることによ って接点 の開閉を行う もの。 (2)対象物の位置を検出するデ バイス。マイクロスイッチを金属のケースに入れ、 丈夫な構造にしてある。 (3)無接 点リレー として 広く利用 されるデバ イス。 (4)シーケンス制御における制御装置。 シーケンサーとも呼ばれる。

PWMについて、「デューティ比」という言葉を入れて100字以内で答えよ

空気圧制御回路の構成要素について、以下の文が示すものを答えよ。 (1)アクチュエータを作動させる圧縮空気をつくる (2)空気に含まれている粉塵や水分を除去する (3)空気圧縮機から送られてくる高圧空気を所望の一定圧力に減圧させるとともに圧力を安定化する (4)潤滑油を霧状にして圧縮空気とともにシリンダに供給する (5)空気の流れを切り替えてアクチュエータの運動方向を変える。 (6)空気の流量を制御して、シリンダの速度調整を行う

ソレノイドの動作について、以下の語句から答えよ。 方向 制 御 弁 の ソ レ ノ イ ド を 動 作 さ せ る と 、 ( 1 ) で 作 ら れ た 高 圧 空 気 が シ リ ン ダ の 流 れ 込み、ピストンは(2 )に移動動する。その後、方向制御 のソレノイドをOFF にする と ( 3 ) の 作 用 に よ っ て、 高 圧 空 気 の 流 れ 込 む ポ ー ト が 切 り 替 わ り 、 ピ ス ト ン は ( 4 ) に移動する。 ピストンの移動方向をコンビュータで制御するためには、コンピュータ の入出カポートから、(5)を介して、ソレ ノイドのON OFF を切り替えることにより 実現できる。 (a)速度制御弁 (b ) 電 磁 誘 導 (c)ソレノイド (d ) バ ネ の 復 元 力 (e)右から左 (f)左か ら右 (g) イ ンター フェー ス 回路 (h ) コ ン プレ ッ サ ー (i)歯車ポン プ (j)モーター

フーリエ変換における不確定性原理について述べよ。

以下の文の(1)~(6) の空欄に入れる最も適切な語句を語群から選び答えよ。 (A)機械を複数の物体の運動系と見ると、複数の物体が互いに接触し、拘束を受ける状態で組み立てられたものとしてモデル化できる。これを機構と呼ぶ。 機構において運動する 物 体 を リ ン ク ( ま た は 節 ) 、 二 つ の リ ン ク の そ れ ぞ れ の 接 触 部分 を ( 1 ) 、 二つの物体 の ( 1 ) の 組 み合 わ せ を ( 2 ) と 呼 ぶ 。 リ ンク 機 構 は 、 一 般 に リ ン ク と ( (2 ) によ っ て 構 成 さ れ る。 (B )リ ン ク 機 構 に お い て 、 外 部 か ら 運 動 を 取 り 入 れ る リ ン ク を ( 3 ) 、 外 部 へ 運 動 を 取 り出すリンクを(4 )と呼ぶ。(3)の一種として(4)の複雑な運動を取り出すた めに特 定 の輪郭 をもた せたも のを (5 ) と呼ぶ。 (C ) モ ー タ の 回 転 速 度 を 変 速 し た り、 ト ル ク を 増 減 さ せ た り す る 目 的 で 用 い る 機 械 要 素 としては、 (6 )や、ベルト、チェーンなどが上げられる。 (a)ねじ (b)スプライン (c)キー (d)輪受 (e)軸 (f)対偶 (g)対偶素 (h ) 歯 車 (i)カム (j)原動節 (k)固定節 (m)中間節 (n)従動節 (p)自由度 (q)連鎖 (r)クラッチ

リンク機構の自由度の式について 自由度=3{(1)-(2)-1}+(4) ※空間の場合、3ではなく6