(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動減衰能のある粘弾性樹脂を表皮ばね鋼板の間にラミネート状に張合せた「樹脂ラミネートばね板」を曲げ加工により両端をフランジ状に中央部を凸状に一体加工成形し、荷重によって撓むことができるように層状に交互に重ねた「ハニカム除振ばね」において、 数式１によって計算される除振形状ファクタＦＤ（−）が、５×１０−５〜５×１０−４、 「ハニカム除振ばね」の共振周波数が、４〜２０（Ｈｚ）、振動減衰時間Ｔ（ｓｅｃ）が、０．２〜１．２（ｓｅｃ）、振動試験で得られる数式２で計算される加振応答率κ（−）が、０．２〜０．６、 数式３で計算されるばね定数ｋ（Ｎ／ｍｍ）が、２０〜２００（Ｎ／ｍｍ）であることを特徴とする除振装置。［数式１］除振形状ファクタＦＤ（−）＝（Ｗ・２Ｄ）／（Ｌ・ｎ）２・・・（１）ここで、Ｗ（ｍｍ）は「ハニカム除振ばね」の幅、Ｄ（ｍｍ）は表皮ばね鋼板の厚さ、Ｌ（ｍｍ）はハニカムの有効長さ、ｎはハニカムを構成する「樹脂ラミネートばね板」の枚数である。［数式２］加振応答率κ（−）＝Ａ１／Ａ０・・・・・・・・・・・・・（２）ここで、Ａ０（ｃｍ／ｓｅｃ２）はパルス加振の加速度振幅、Ａ１、（ｃｍ／ｓｅｃ２）はパルス加振後の最初の振動波形振幅である。［数式３］ばね定数ｋ（Ｎ／ｍｍ）＝Ｐ／δ  ・・・・・・・・・（３）ここで、Ｐ（Ｎ）は荷重、δ（ｍｍ）は撓み量である。
【請求項２】
振動減衰能のある粘弾性樹脂を表皮ばね鋼板の間にラミネート状に張合せた「樹脂ラミネートばね材」の損失係数（η）が、０．０５〜０．８であることを特徴とする請求項１に記載した除振装置。
【請求項３】
除振装置の荷重による撓み量が５ｍｍ以上、２０ｍｍ以下の状態で使用することを特徴とする請求項１又は２に記載した除振装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載された除振装置によって構成されることを特徴とする除振機能付き搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、除振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  除振装置は、熱分析装置、精密天秤、或いは、プローブ顕微鏡等の精密測定機器に設置床からの振動が伝わることを防止することを目的として用いられており、図１に示すように、設置床と接する下部架台と精密機器を載置する上部架台との間に振動吸収の役割をする除振部（１０２）を設けている。【０００３】  除振装置は、精密部品や装置を移動搬送時に移送中に床面からの振動の伝達を緩和するために用いられている。【０００４】  例えば、従来の除振装置の除振部は、図７に示す様に、圧縮変形により振動を吸収するコイルスプリング（７０２）と、圧縮変形と引張り変形による振動の吸収を行う柱状粘弾性体（７０３）とを同軸上に備えている。これにより、コイルスプリングで振動の伝達を緩和しつつ、柱状粘弾性体でコイルスプリングの自由振動を低く抑えることにより、共振倍率を低く抑えかつ振動減衰を早くすることができる（特許文献１参照）。【０００５】  しかしながら、この例では、コイルスプリングと柱状粘弾性体とが独立で下部架台と上部架台との間に設置されているため、載置された精密測定機器の重量を支持するコイルスプリングの強度に対して柱状粘弾性体の振動減衰力が劣る場合があるため、結果として振動減衰性が十分に発揮されない場合があり、その適用範囲が限られたものになっている。【０００６】  精密部品や装置を移動搬送時に移送中に床面からの振動の伝達を緩和する技術としては、台車の車輪に防振機能を持たせるために、空気を密封した円筒体を設け、サージタンクとオリフィスによって搬送中の床からの振動を吸収する技術が開示されている（特許文献２参照）。【０００７】  しかしながら、該技術は、車輪自体に空気ばね機能をもたせるものであり、構造が複雑であり、移動中の制振性維持方法が複雑になり、コストと信頼性において問題がある。【０００８】  建物は、その建物の空調設備や周辺の交通機関からの影響を受けて複雑な低周波振動をしている。ここで、精密測定装置は、１０Ｈｚ以下の低周波領域の振動にも影響を受けることが知られている。このような１０Ｈｚ程度の低周波領域では、従来の除振装置は、共振領域になっているので、十分な除振効果が発揮できないという問題がある。これに対して、振動の変位を検出して逆方向の力を作用させるようにした、所謂、アクテイブ除振装置は、上記の問題解決のために考案されたものである。しかしながら、このアクテイブ除振装置は、構造が複雑な上に極めて高価なためその用途は特殊な用途に限られている。【０００９】  本発明者は、上記の課題を解決する手段として、振動減衰能のある粘弾性樹脂（２０２）を表皮ばね鋼板（２０１）の間にラミネート状に張合せた樹脂ラミネートばね板（以下、「樹脂ラミネートばね板」という。）を曲げ加工により両端をフランジ状に中央部を凸状に一体加工成形された「樹脂ラミネートばね板」を荷重によって撓むことができるように層状に交互に重ね、「樹脂ラミネートばね板」の両端部及び中央部を鋲止め、スポット溶接或いは樹脂接着してなる除振部（以下、「ハニカム除振ばね」という。）を有してなる除振装置を提案している。これによれば、ばね板と粘弾性樹脂との特性を発揮させて、表皮ばね鋼板で外部からの衝撃振��を緩和して、粘弾性樹脂によってばね板の自由振動を早期に収束させることにより、振動減衰応答を発揮させることによって、適用範囲が広く、かつ、薄型でコンパクトな除振装置を提供できる（特許文献３及び４参照）。【００１０】  特許文献３及び４によって開示された技術は、前述した問題点を解決する優れた技術である。しかしながら、該技術は、「樹脂ラミネートばね板」を組み合わせて「ハニカム除振ばね」にした除振部を提案しているが、重要な寸法を最適化した技術の開示はない。即ち、アイデア特許の段階である。また、該技術を実際使用する現場の研究者や技術者からの真の評価を受けているものではない。従って、限られた条件下では優れた除振性能を発揮することは確認されているが、例えば、搬送用制振台車の場合には、積載重量が数百ｋｇのときにも優れた制振機能を発揮させる具体的な設計指針を与えていない。具体的にいうと、卓上除振台として数十ｋｇの精密測定機器には有効であるが、数百ｋｇの精密部品を搬送するときの制振装置の除振部の寸効形状を探る具体的な方策を示していない。【００１１】
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−３６０７８４
【特許文献２】特開平０９−０７４１２５
【特許文献３】特開２００７−２５５６９０
【特許文献４】特開２００９−１２１６６４
【特許文献５】特開２０１０−０９０４７２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】  本発明が解決しようとする課題は、該技術を実際使用する現場の研究者や技術者からの真の評価結果をもとに、「樹脂ラミネートばね板」を組み合わせた「ハニカム除振ばね」の除振部の構造・寸法を最適化して、除振性能の優れた信頼性の高い除振装置を提供することである。さらに、搬送用除振台車の場合にも適用可能な、積載重量が大きいときにも優れた除振機能を発揮させる具体的な設計指針を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】  本発明者は、上記の課題を解決するために研究した結果、特許文献５に示す別の研究結果から得た振動現象を解析することの出来るサンプルの形状ファクタＦの考え方を導入することとし、数式１に示す除振形状ファクタＦＤ（−）を定義した。ここで、Ｗは除振部の幅（ｍｍ）、Ｄは「樹脂ラミネートばね板」の表皮ばね鋼板の厚さ（ｍｍ）、Ｌは除振部の「樹脂ラミネートばね板」の有効長さ（ｍｍ）、ｎはその構成枚数である。このＦＤは、特許文献５の研究結果よりサンプルの振動吸収能の指標となることが分かっている。数式１には、本発明の除振部はハニカム状に構成されているので、その全ての構成要素を取り入れる工夫をしている。
【数式１】
除振形状ファクタＦＤ（−）：
ＦＤ（−）＝（Ｗ・２Ｄ）／（Ｌ・ｎ）２・・・・・・・（１）
次に、除振部の除振性能を示す指標として、加振応答率κ（−）（数式２）、振動減衰時間Ｔ（ｓｅｃ）、及び、ばね定数ｋ（Ｎ／ｍｍ）（数式３）を導入した。上記指標は振動実験で実測可能である。数式２におけるＡ０は、加振加速度（ｃｍ／ｓｅｃ２）の振幅、Ａ１は減衰曲線の第１波形の加速度振幅である。加振応答率κ（−）は、パルス加振を吸収することのできる除振部の柔らかさを示す指標である。振動減衰時間Ｔ（ｓｅｃ）は、振動が収まる速さを示し、制振性能の指標である。ばね定数ｋ（Ｎ／ｍｍ）は、数式３に示すように、Ｐ（Ｎ）は一つの除振部当たり荷重（Ｎ）、δは荷重による撓み量（ｍｍ）であり、除振部の柔らかさを示し、加振応答率κ（−）と直接関係する。
【数式２】
加振応答率κ（−）：
κ＝Ａ１／Ａ０・・・・・・・・・・（２）
【数式３】
ばね定数ｋ（Ｎ／ｍｍ）：
ｋ＝Ｐ／δ  ・・・・・・・・・・・（３）
【００１５】  図４は、試作した除振装置の除振性能を精密分析機器によって評価した結果の一例である。所謂、エンド・ユーザーによる評価結果である。これは、某研究機関において、熱機械分析装置（ＴＭＡ）の本発明になる除振装置の有無での指針の揺れを比較したものである。これによれば、本発明の除振装置を使用することによって変動値の標準偏差を十分の一に低減することができることを示している。表１は、図４の振動を解析した結果であるが、本発明に係る除振装置が除振する前の振動波形は、建屋の２０Ｈｚ程度の低周波振動に相当する。
現代の建物は、空調機その送風ダクトや周辺の交通機関からの複雑な低周波振動にさらされている。現代の精密な分析機器を用いて高度な研究をするには、本除振装置のような優れた除振装置が必需品であることが証明された。
このように本発明になる除振装置の効果は顕著であることが分かった。このときの除振指標は、加振応答率κが０．３、振動減衰時間Ｔが０．５（ｓｅｃ）、ばね定数ｋが１００（Ｎ／ｍｍ）であった。これによって、本発明になる除振装置の最適化が可能になる基本的測定ができたことになる。これを、文学的に表現すれば、「パルス的外部加振を３分の一程度に緩和して、その振動余波はゆさゆさと３回揺れて、０．５秒でその振動が収まる。」ということになる。
【表１】
0005557049.tif 000002
【００１６】本発明は、［特許請求の範囲］の請求項１乃至請求項４に記載した事項により特定される。
［請求項１］
振動減衰能のある粘弾性樹脂を表皮ばね鋼板の間にラミネート状に張合せた「樹脂ラミネートばね板」を曲げ加工により両端をフランジ状に中央部を凸状に一体加工成形し、荷重によって撓むことができるように層状に交互に重ねた「ハニカム除振ばね」において、
数式１によって計算される除振形状ファクタＦＤ（−）が５×１０−５〜５×１０−４あり、
［数式１］
除振形状ファクタＦＤ（−）＝（Ｗ・２Ｄ）／（Ｌ・ｎ）２・・・（１）
ここで、Ｗ（ｍｍ）は「ハニカム除振ばね」の幅、Ｄ（ｍｍ）は表皮ばね鋼板の厚さ、Ｌ（ｍｍ）はハニカムの有効長さ、ｎはハニカムを構成する「樹脂ラミネートばね板」の枚数である。
さらに、「ハニカム除振ばね」の共振周波数が、４〜２０（Ｈｚ）、振動減衰時間Ｔ（ｓｅｃ）が、０．２〜１．２（ｓｅｃ）、振動試験で得られる数式２で計算される加振応答率κ（−）が、０．２〜０．６、数式３で計算されるばね定数ｋ（Ｎ／ｍｍ）が、２０〜２００（Ｎ／ｍｍ）であることを特徴とする除振装置。
［数式２］
加振応答率κ（−）＝Ａ１／Ａ０・・・・・・・・・・・・・（２）
ここで、Ａ０（ｃｍ／ｓｅｃ２）はパルス加振の加速度振幅、
Ａ１（ｃｍ／ｓｅｃ２）はパルス加振後の最初の振動波形振幅である。
［数式３］
ばね定数ｋ（Ｎ／ｍｍ）＝Ｐ／δ  ・・・・・・・・・（３）
ここで、Ｐ（Ｎ）は荷重、δ（ｍｍ）は撓み量である。
［請求項２］
振動減衰能のある粘弾性樹脂を表皮ばね鋼板の間にラミネート状に張合せた「樹脂ラミネートばね材」の損失係数（η）が、０．０５〜０．８であることを特徴とする請求項１に記載した除振装置。
［請求項３］
除振装置の荷重による撓み量が５ｍｍ以上、２０ｍｍ以下の状態で使用することを特徴とする請求項１又は２に記載した除振装置。
［請求項４］
請求項１乃至３のいずれかに記載された除振装置によって構成されることを特徴とする除振機能付き搬送装置。
【発明の効果】
【００１７】  本発明は、本発明になる除振装置を実際使用する現場の技術者からの真の評価結果をもとに、「樹脂ラミネートばね板」を組み合わせた「ハニカム除振ばね」の除振部の構造・寸法を最適化する指標を提示して、それをもとに製造した除振性能の優れた信頼性の高い除振装置を提供するものであり、さらに、搬送用除振台車のような、積載重量が大きいときにも優れた除振機能を発揮させる具体的な設計指針を提案しているので、産業上への貢献が大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】  以下に、本発明に係る除振装置について具体的に説明する。【００１９】  本発明の請求項１に記載した「ハニカム除振ばね」の形状の例を図３に示す。図３（Ａ）は、開発初期の形状であるが、図中Ｌは、有効長さである。図３の（Ｂ）は、例えば、これをプレス加工によって曲げて一体型にして量産タイプに改善したものであり、有効長さＬは、プレス加工前の直線に伸ばした長さである。また、図３中の（Ｃ）は、除振部の高さを低くして装置の全高さを低くしたものである。ハニカムの両端及び中央を固定する方法は、表皮鋼板及び粘弾性樹脂を十分固定するために、例えば、鋲かしめが推奨される。【００２０】  本発明の請求項１において、「ハニカム除振ばね」の除振形状ファクタＦＤ（−）を５×１０−５〜５×１０−４にすることを主張している。これは、除振形状ファクタＦＤが、５×１０−５未満であると、振動吸収能が不十分となり振動減衰時間Ｔが長くなり、除振効果が不十分となるためである。除振形状ファクタＦＤが、５×１０−４を超えると、加振応答率κ（−）が高くなり、パルス加振に対する緩和効果が不十分となるためである。望ましくは、除振形状ファクタＦＤは、５×１０−５〜２×１０−４である。【００２１】本発明の請求項１において、「ハニカム除振ばね」の共振周波数ｆｎを４〜２０（Ｈｚ）、自由減衰時間Ｔ（ｓｅｃ）を０．２〜１．２（ｓｅｃ）、加振応答率κ（−）を、０．２〜０．６、ばね定数ｋを２０〜２００（Ｎ／ｍｍ）と主張している。ここで、共振周波数ｆｎを４〜２０（Ｈｚ）とするのは、４（Ｈｚ）未満であると振動吸収能が不十分となるためであり、２０（Ｈｚ）を超えると低周波領域の振動吸収が不十分となるためであり、望ましくは、５〜１０（Ｈｚ）である。自由減衰時間Ｔ（ｓｅｃ）を０．２〜１．２（ｓｅｃ）と主張しているが、１．２（ｓｅｃ）を超えると振動吸収能が不十分となることを示すものであり、望ましくは、０．２〜０．７（ｓｅｃ）である。加振応答率κ（−）を、０．２〜０．６と主張しているが、０．６を超えると、パルス加振を緩和する機能が不十分となるためであり、望ましくは、０．２〜０．５である。ばね定数ｋを２０〜２００（Ｎ／ｍｍ）と主張していのは、２０（Ｎ／ｍｍ）未満では、許容積載重量が少なすぎるためであり、２００（Ｎ／ｍｍ）を超えると、パルス加振の緩和効果が不十分となるためであり、望ましくは、５０〜１１０（Ｎ／ｍｍ）である。【００２２】  本発明の請求項２において、「ハニカム除振ばね」を構成する「樹脂ラミネートばね板」の損失係数（η）が、０．０５〜０．８であることを主張している。これによれば、「樹脂ラミネートばね板」は、ばね材と粘弾性体との特性を発揮させて、ばね材で共振周波数を低く抑えつつ、粘弾性体でばね材の自由振動の継続時間を低く抑えることができるので、薄型でコンパクトかつ安価な除振装置が提供できる。ここで、「樹脂ラミネートばね板」を構成する表皮ばね鋼板であるが、例えば、ＳＵＳ３０４等のオーステナイト・ステンレス鋼や高炭素ばね鋼が推奨されるが、その目安として０．２％耐力が１８０ＭＰａ以上とするのが好ましい。ここで、損失係数（η）が、０．０５未満であると、「ハニカム除振ばね」の振動吸収能が不十分となり、自由減衰時間が、１．２（ｓｅｃ）を越えるので、損失係数（η）を０．０５以上とした。【００２３】  本発明の請求項３において、除振装置の荷重による撓み量が、５〜２０ｍｍの状態で使用することを主張している。これは、撓み量が５ｍｍ未満のときは、共振周波数ｆｎが、１０（Ｈｚ）を超えることになり、１０Ｈｚ以下の低周波領域での除振効果が低減するためである。このような時には、ダミー錘を乗せて撓み量を調整すればよい。また、撓み量が２０ｍｍを超える場合は、ハニカム層間が接触するためであり、このような時には、「ハニカム除振ばね」の構造を本発明を基にして変更することによって定数ｋを高めるようにする必要がある。【００２４】  本発明の請求項４において、本発明の除振装置によって構成される除振機能付き搬送装置の提案がなされている。この場合、積載荷重や搬送地面の凹凸、或いは、それに起因する振動等に適合するように請求項１乃至請求項３に示された設計指針によって、最適化を図ることができる。【００２５】  以下、本発明を実施例によって説明する。
【実施例１】
【００２６】  実施例１は、「ハニカム除振ばね」の方式の比較を示したものである。表２において、本発明例は、「樹脂ラミネートばね板」をハニカム状に組み立てたものである。比較例１は、ＳＵＳ３０４の１．０ｍｍ厚を本発明例と同じ形状のハニカムにしたものである。比較例２は、ゴムのブロックを除振部としたものである。これらの除振装置に１除振部当たり１０ｋｇの荷重を乗せ、１０ｍｍの撓み量とした。これに、架台と除振台天板に各々加速度センサを取付け、架台に５Ｇ（１Ｇ＝９．８０ｍ／ｓｅｃ２）のパルス加振を与え、その後の天板の加速度の時間軸減衰曲線を計測した。本発明例の場合は、加振応答比κ：０．３、振動減衰時間Ｔ：０．５ｓｅｃ、ばね定数ｋ：１００Ｎ／ｍｍであった。この値は、熱機械分析装置における除振効果として高く評価された値である。比較例１の場合は振動吸収能がないので、減衰時間Ｔ：５．０ｓｅｃであった。比較例２の場合は、加振応答比：０．９であり、パルス加振の衝撃緩和能が著しく劣っている。これからも明らかなように、本発明になる除振装置の除振能が他の方式に比べて極めて優れていることが分かる。【００２７】
【表２】
0005557049.tif 000003
【実施例２】
【００２８】  実施例２は、除振部の寸法が除振性能に及ぼす影響を定量的に求めて、除振性能評価を行ったものである。表３に結果を示す。除振性能試験は、一つの除振部当たり１０ｋｇの荷重を懸けて、実施例１と同じ方法で行った。幅は５０ｍｍと固定させた。表皮厚さは０．５を中心に、１．０、１．５、０．３、０．２ｍｍに変えた。図５は、除振形状ファクタＦＤと共振周波数との関係、図６は、除振形状ファクタＦＤと加振応答率、減衰時間及びばね定数の関係を示す。
本発明例１は、本発明の除振性能を最大限に発揮した例であり、精密分析装置において真価を確認した例である。熱機械分析装置等の精密分析機器の除振装置として推奨できる例である。
本発明例２及び３は、表皮厚を１．０ｍｍにして有効長さを調整した例である。本発明例２は、有効長さを１５０ｍｍにすることによって、良好な除振性能を発現させることができる。本発明例３は、表皮厚を１．０ｍｍとして、有効長さを１１０とした場合であるが、共振周波数、加振応答率、減衰時間をある程度維持した状態で、ばね定数を上げることができる。即ち、積載重量の大きいものに適した設計である。
比較例１〜３は、表皮厚と有効長さとの関係で、最適値から外れた条件を示している。このように除振形状ファクタＦＤを指標にして、使用環境及び要求除振性能を満たす設計をすることが出来るようになった。比較例１は、表皮厚を０．２ｍｍにした場合であるが、ＦＤが４×１０−５となり過小である。このような条件では、減衰時間Ｔが１．１ｓｅｃとなり振動吸収能が不十分である。比較例２は、有効長Ｌが１５０ｍｍと長くした場合であるが、この場合も減衰時間Ｔが大となる。比較例は表皮厚Ｄを１．５ｍｍと厚くした場合は、ばね効果が不十分となり、加振応答率κが０．７となる。【００２９】
【表３】
0005557049.tif 000004
【実施例３】
【００３０】  実施例３は、請求項４を実証するものである。即ち、表４に示す「樹脂ラミネートばね板」の制振性能とそれをもって構成された「ハニカム除振ばね」の除振性能の検証を行った結果を示す。「樹脂ラミネートばね板」の制振性能は、粘弾性樹脂の厚さを変えることによってある程度変えることができる。表皮は、０．５ｍｍ厚のＳＵＳ３０４である。「ハニカム除振ばね」の寸法は、実施例１の本発明例１である。
結果を表４に示す。「樹脂ラミネートばね板」の損失係数（η）は、減衰時間に影響していることが分かる。
【表４】
0005557049.tif 000005
【実施例４】
【００３１】  実施例４は、本発明になる除振部を搬送用除振台車に適用した例を示す。検討の結果、除振部の寸法は、表３の中で、本発明例３が適していることが分かった。これを、８つ装着すると、１００ｋｇ以上の積載重量で、搬送中の振動を緩和しながら移送できることが分かった。表５は、本発明になる搬送用除振台車の仕様であり、図８は、その一例の概念図である。これにより、優れた除振性能を持つ搬送用除振台車の諸元を提案することができる。
【表５】
0005557049.tif 000006
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の除振装置の全体図。
【図２】樹脂ラミネートばね板の断面図。
【図３】ハニカム除振部の構造例を示した図。
【図４】本発明の除振装置を熱機械分析装置に適用した時の指針振動比較例。
【図５】ＦＤ値と共振周波数との関係を示した図。
【図６】ＦＤ値と加振応答率、減衰時間、ばね定数との関係を示した図。
【図７】他の除振方法の構造図の例
【図８】本発明の除振装置を適用した除振搬送装置のモデル図。
【符号の説明】
【００３３】１０１  除振装置
１０２  除振部
２０１  表皮鋼板
２０２  粘弾性樹脂
３０１  天板、地板
３０２  ハニカム部
４０１  本発明の除振装置を使用した場合の指針の振動
４０２  本発明の除振装置を使用しなかった場合の指針の振動（現行）
７０１  下部及び上部架台
７０２  コイルスプリング
７０３  粘弾性樹脂柱
８０１  本発明の除振部
８０２  搬送台車
８０３  積載物受け用天板
８０４  キャスター
８０５  手押し用取手
【図１】
0005557049.tif 000007
【図２】
0005557049.tif 000008
【図３】
0005557049.tif 000009
【図４】
0005557049.tif 000010
【図５】
0005557049.tif 000011
【図６】
0005557049.tif 000012
【図７】
0005557049.tif 000013
【図８】
0005557049.tif 000014