カンチレバー

カンチレバーの最新ニュースをまとめて検索！

カンチレバー (cantilever) とは、片持ち梁（ばり）のことである。「キャンティレバー」あるいはこの省略形として「キャンティ」と呼ばれることもある。

片持ち梁は、梁の両端の一方が固定され、他方は動くことができる構造体を指す。水泳プールにある飛び込み板は片持ち梁の代表的な形。また、材料力学・構造力学などで荷重・応力分布を学ぶ際の基本的な形態でもある。

[編集] カンチレバー型をした機構の例

さまざまな機器・装置でカンチレバー構造が用いられているが、これらのなかには殆ど固有名として用いられる分野があるのでいくつかを例示する。

[編集] 走査型プローブ顕微鏡用のカンチレバー

走査型プローブ顕微鏡(SPM:Scanning Probe Microscope)においては、カンチレバーは自由端近傍に探針が形成された片持ち梁全体を指す言葉としても使われる。 被測定試料に最も近い位置にある部品であり、光学顕微鏡との比較で例えれば対物レンズに相当する。

半導体プロセスを用いて作製された小さなカンチレバーが広くもちいられ、構成材料や形状の異なる種々のカンチレバーが入手可能である。 構成材料としては、単結晶シリコンや窒化シリコンが使われる。 形状は中抜き三角形薄板や短冊形薄板が一般的。 長さはおおよそ50μmから500μm、厚さはおよそ0.1μmから5μm。 構成材料や形状の差によりカンチレバーは異なる機械特性（バネ定数、共振周波数、Q値）を示し、バネ定数は0.005N/mから50N/m、共振周波数は5kHzから500kHzの間の特性を示す。

例えば0.5N/mのバネ定数のカンチレバーを測定試料に1nm押し込めば、 フックの法則 F = − kx（F:力、k:バネ定数、x:変位） より0.5nNの力が測定試料に加わる。

一般にアスペクト比の高い、つまり、より尖った探針の方が正確なTopography(表面凹凸像)を得られる。 しかしこのようなカンチレバーは同時に機械強度的な問題を抱えることになる。 この点を改善するため近年では強度、アスペクト比ともに優れたカーボンナノチューブを探針としてもちいたカンチレバーも市販されている。

[編集] カンチレバーブレーキ

自転車のブレーキ機構の形態のひとつ。 フレームに取り付けられたレバーをワイヤーで引き上げることでブレーキシューをホイールのリムに押し当てる構造によって制動する。 シンプルな構造で泥詰まりが少ないのが特徴で、悪路を走る自転車に向く。

詳しくはカンチレバーブレーキを参照する事。

[編集] レコード再生用カートリッジ

レコードプレーヤーで、レコードの音溝を電気信号に変換するカートリッジに用いられる片持ち梁形状の部材。根元に永久磁石（MMカートリッジ）あるいはコイル（MCカートリッジ）などを、先端に音溝に接するスタイラス（針先）を備える。MMカートリッジでは、カンチレバー部分を交換可能な構造にしてあり、これを「レコード針」と呼んだ。

[編集] 自動車用サスペンション

1/4楕円リーフスプリングのばね枚数の多いほうを車台に固定し、もう一方を車軸に固定する構造。リーフスプリングが、ばねとサスペンションアームを兼ねるため部品点数が少なく、短い板ばねは軽量でもあるが、車台側の取り付け部に入力が集中する短所もある。

[編集] バイメタル

バイメタルは温度変化で変形するが、変位を取り出すためにカンチレバー構造で使用される。

カウフマン邸

[編集] 建築におけるカンチレバー

カンチレバー構造を生かした建築物の代表として、フランク・ロイド・ライト設計の、滝の上に張り出すように建つカウフマン邸(落水荘)などが広く知られる。

他にもバルコニーや庇にはカンチレバーが多く使われるが、構造的な弱点となりがちである。

構造的な特性が異なる二つの部分をまたぐ部材（例えば渡り廊下や二つの建物の間にかかる屋根など）で、こうした部分を両側あるいは片側からのカンチレバーとし、中間部で構造的に切断することで、一方から他方へ応力が伝わらないようにする場合もある（接続部はエキスパンションジョイントで外気や雨水を遮断することもある）。これは、細い部分や強度の大きくない部材で大きな建物同士を接続すると、地震などの際にそれぞれの建物からの力が集中して破壊されるおそれがあるためである。構造的に切断して自由に動けるようにすることでこうした破壊が防止される。この事情から、一見すると建物の内部での連続して見える場所にカンチレバーが用いられている場合もある。

鉄筋コンクリート造の建物などでは、コンクリートのクリープなどにより次第に垂れてくることがある。中にはバルコニーが脱落した事例もあり、構造強度のみならず、適切な防水によって構造体内への雨水の浸入を防ぐなど、慎重な設計と施工が要求される。

[編集] 関連項目

• 両端支持梁