JP2005150510A

JP2005150510A - 制振性産業用梁構造部材

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Publication number: JP2005150510A
Application number: JP2003387858A
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Inventors: Toshio Tanimoto; 敏夫谷本
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Priority date: 2003-11-18
Filing date: 2003-11-18
Publication date: 2005-06-09
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Abstract

【課題】軽量、高剛性で強度が十分大きく、更に制振性を高めたコンポジットタイプの制振性産業用梁構造部材を実験データの裏付けとともに提供し、更には、制振性産業用梁構造部材として好ましい適用形態を提案する。
【解決手段】多層構造からなる炭素繊維積層材を所定の断面形状にすることで形成された産業用梁構造部材において、当該炭素繊維積層材の各層間において少なくとも一部に粘弾性プラスチックフィルム及び／又は圧電セラミックスのパウダーを介在させることで、振動が生じてもその振動エネルギーを熱可塑性プラスチックフィルムが変形するようにしてその振動エネルギーを効率的に吸収して制振特性を高める。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばロボットや搬送装置に使用する制振性産業用梁構造部材に関する。

従来からロボットや搬送装置には軽量で強度を十分有する産業用梁構造部材が使用されてきた。ここで、軽量で強度を十分有する産業用梁構造部材としては炭素繊維を入れた強化プラスチックを多層構造に積層させた産業用梁構造部材が知られている（例えば、特許文献１参照。）。これはＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）と呼ばれ、剛性が高く軽量で、強度を十分備えた特質を有している。

その一方、従来から例えばロボットや搬送装置については制振性が必要とされている。この理由は、制振性を高めることによって、例えば工場に設置したロボットを用いた場合のリードタイムの短縮化を図ったり、搬送装置が停止した時、搬送装置に取り付けられたセンサの位置検出などを応答良く行うためである。

特開２０００−２１６２１５（２−４頁、図１）

上述のようにＣＦＲＰを使った産業用梁構造部材は軽量であり強度の点でも非常に優れているが、その剛性が高いが故に制振性が不充分であった。すなわち、一旦振動が生じると振動がなかなか収まらず、例えばこれをロボットに利用した場合にリードタイムの短縮化が困難になったり、これを搬送装置に利用した場合に応答性の良いセンサ計測を行うことができなかった。

また、このような産業用梁構造部材を精密機器の構造体に使用した場合、上述のように制振性が低いので、精密機械の精度が低下していた。

また、特に宇宙ロケットや人工衛星などの構造部材としてこのような産業用梁構造部材を使用した場合、宇宙空間では周囲に空気がないために振動が収まらない問題があるので、十分な強度や剛性を有することに加えて制振性が高いことは必要不可欠であった。また、新幹線などの高速で移動する移動構造物についても同様に軽量、高剛性の上に十分な制振性が求められていた。

一方、このような従来のＣＦＲＰの欠点を解決したもとして、特開２００３−１１８０３８号公報に記載された制振構造体が原理特許として知られている。

これは、炭素繊維を入れたＦＲＰであるプリプレグの各層間に粘弾性のプラスチックフィルム又は圧電セラミックスのパウダーを介在させた構造を有している。粘弾性プラスチックフィルム又は圧電セラミックスのパウダーをこのようにプリプレグの各層間に介在させることで、振動が起こったときにこのプラスチックフィルム自体の有する粘弾性によってその部分にずれが生じて振動を効率的に吸収するようになっている。

なお、この特許文献においてはロボットアームへの適応について記載されているが、構造部材としての実際の適用例に関する実験データや考えられる応用例までは示されておらず、その具体的内容については明らかでない。

本発明は、このような制振性を高めたコンポジットタイプの制振性産業用梁構造部材を実験データの裏付けとともに提供し、更には、制振性産業用梁構造部材としての好ましい形態を提案することを目的としている。

本発明にかかる制振性産業用梁構造部材は、多層構造からなる炭素繊維積層材を所定の断面形状にすることで形成された産業用梁構造部材において、当該炭素繊維積層材の各層間において少なくとも一部に粘弾性プラスチックフィルムを介在させたことを特徴としている。

振動が生じてもその振動エネルギーを粘弾性プラスチックフィルムが変形することで効率的に吸収する。

また、本発明の請求項２に記載の制振性産業用梁構造部材は、請求項１に記載の制振性産業用梁構造部材において、粘弾性プラスチックフィルムの代わりに圧電セラミックスのパウダーを各層間において少なくとも一部に所定量介在させたことを特徴としている。

炭素繊維積層材の各層間に生じた電位差による電流を圧電セラミックスのパウダーの圧電効果によってジュール熱に変換する。その結果、振動エネルギーを効率的に吸収する。

また、本発明の請求項３に記載の制振性産業用梁構造部材は、請求項１に記載の制振性産業用梁構造部材において、粘弾性プラスチックフィルムのうち、特定の層間において粘弾性プラスチックフィルムに代えて圧電セラミックスのパウダーのみを介在させたことを特徴としている。

圧電セラミックスのパウダーによる圧電効果によって特定の層間において振動エネルギーを吸収する。

また、本発明の請求項４に記載の制振性産業用梁構造部材は、請求項１に記載の制振性産業用梁構造部材において、特定の層間において粘弾性プラスチックフィルムと圧電セラミックスのパウダーをともに介在させたことを特徴としている。

粘弾性プラスチックフィルムの弾性変形作用と圧電セラミックスのパウダーの圧電効果が相乗して振動エネルギーを効率的に吸収する。

また、本発明の請求項５に記載の制振性産業用梁構造部材は、請求項１に記載の制振性産業用梁構造部材において、制振性産業用梁構造部材の外側に近い特定の層間において粘弾性プラスチックフィルムに代えて圧電セラミックスのパウダーのみを介在させたことを特徴としている。

制振性産業用梁構造部材の外側に近い層間に圧電セラミックスのパウダーのみを介在させることで、当該圧電セラミックスのパウダーを挟む層だけで十分な剛性を持たせることができる。また、それ以外の層間に粘弾性プラスチックフィルムを介在させることで、当該フィルムが一定厚さを有するために制振特性のばらつきを抑える。

本発明による制振性産業用梁構造部材は、軽量、高剛性に加えて、優れた制振性を有している。また、本発明による制振性産業用梁構造部材自体が制振性を有していることで、メンテナンスフリーとなる。すなわち、一旦制振性産業用梁構造部材を作れば、その後に特別な制振構造の構成要素を加える必要はない。具体的には、制振性を保つためにダンパーや防振ゴムを特別に加える必要がない。そして、このようなすぐれた制振性を有していることで、本発明よる制振性産業用梁構造部材を例えばロボットの構造部材として使用したときにはリードタイムの短縮に貢献する。すなわち、製造サイクルの短縮をはかることができ、ロボットや自動機、搬送装置に適用した場合の効果が大きくなる。

以下、本発明の一実施形態にかかる制振性産業用梁構造部材を図面に基づいて説明する。本発明の一実施形態にかかる制振性産業用梁構造部材１は、図２（ｂ）に示すように熱可塑性プラスチックフィルムをプリプレグからなる繊維積層材の各層間に介在させかつこれを所定の断面形状をなすように形成したものである。

より具体的には、制振性産業用梁構造部材１は、断面矩形枠形状を有し、中空構造の角型筒体からなる。そして、制振性産業用梁構造部材１は従来の半硬化タイプの熱硬化性プラスチックとピッチ系又はＰＡＮ系の炭素繊維からなる制振基材（いわゆる「プリプレグ」という）の積層部材間に熱可塑性のプラスチックフィルムを介在させて構成されている。なお、熱可塑性のプラスチックフィルムはＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）又はＰＩ（ポリイミド）からなる。

制振性産業用梁構造部材１を製造するにあたっては、図１に示すように、上述のプリプレグと熱可塑性プラスチックをマンドレルＭ（断面四角の金属パイプ）に巻きつけていく。すなわち、マンドレルＭにプリプレグを複数枚巻きつけると同時にプリプレグの各層間に熱可塑性プラスチックフィルムを挟んで、ベースであるプリプレグ＋熱可塑性プラスチックフィルム＋ベースであるプリプレグ＋熱可塑性プラスチックフィルム・・・のように積層させたままマンドレルに巻きつけていく。これによって図２（ｂ）の断面図で示すような形態になる。

なお、図２（ｂ）においては、最外層にクロスのプリプレグを実線として示し、その内側に複数の層からなる一方向材のプリプレグを点線で示している。また、プリプレグの各層間にインターリーフとしてポリイミドのプラスチックフィルムを一点鎖線として示している。

一方、図２（ａ）は、プリプレグのみを積層した従来の産業用梁構造部材を示した断面図であり、最外層にクロスのプリプレグを実線として示し、その内側に複数の層からなる一方向材のプリプレグを点線で示している。

そして、このようにプリプレグと熱可塑性プラスチックフィルムとを巻き付け、次いで、熱を加えてプリプレグを硬化させ、後にマンドレルを引き抜いて上述した制振性産業用梁構造部材の形態にする。これによって、軽量で高剛性を維持しつつ、一旦生じた振動をプリプレグの各層間に介在した熱可塑性プラスチックフィルムで効率的に吸収して制振性を高めた制振性産業用梁構造部材１を得ることができる。

なお、フレームの断面としては本実施形態のように角型とする代わりに、Ｌ型、Ｃ型、リング型などの様々な断面形状や断面形状が徐変するようなものも考えられ、成型型を用い積層成型後、硬化させ脱型し形態を製造するものであれば全て含まれる。

一方、上述した実施形態の別の実施形態として、各層間の熱可塑性プラスチックフィルムの代わりに各層間の少なくとも一部に圧電セラミックスのパウダーを介在させたものも考えられる。このような構成をとることで、上述の実施形態のように制振性産業用梁構造部材のプリプレグの各層間における熱可塑性プラスチックフィルムが変形することで制振する代わりに、一定の抵抗体としての役目を果たす圧電セラミックスのパウダーを介して振動エネルギーによって生じた各層間の電位差がジュール熱に変化することで、振動を効率良く吸収することができる。なお、図３（ａ）はこの別の実施形態にかかる制振性産業用梁構造部材２を示し、同図はインターリーフとしての熱可塑性プラスチックフィルム（細かい点線参照）をプリプレグの各層間に介在させる代わりに、長い点線で示す圧電セラミックスのパウダー（ＰＺＴ）を介在させた状態を断面で示している。

また、更に別の実施形態として各層間の熱可塑性プラスチックフィルムに圧電セラミックスのパウダーを重ねて介在させても良い。これによって、各層間において熱可塑性プラスチックフィルムの変形による制振作用に加えて、圧電セラミックスのパウダーを介した振動エネルギーをジュール熱に変換する圧電作用との相乗作用によって振動を効率的に吸収することができる。

また、更に別の実施形態として各層間の熱可塑性プラスチックフィルムの一部を圧電セラミックスのパウダーに部分的に置き換えて良い。これによって、各層間の一部においては熱可塑性プラスチックフィルムの変形によって制振し、残りの一部においては圧電セラミックスのパウダーを介して圧電効果により制振することができる。

また、これらの実施形態に加えて、以下の更なる別の実施形態も考えられる。

具体的には、最初の実施形態における制振性産業用梁構造部材の外側に近い特定の層間において熱可塑性プラスチックフィルムに代えて圧電セラミックスのパウダーのみを介在させたものである。なお、制振性産業用梁構造部材を製品として作る最終段階で外周面を研磨加工しない場合は、最も外側の層間であっても良い。

図３（ｂ）に示す制振性産業用梁構造部材３は、この形態の制振性産業用梁構造部材を示している。すなわち、図３（ｂ）においては最も外側のＣＦＲＰの層間に長い鎖線で示すＰＺＴが介在し、それ以外の層間には一点鎖線で示すプリプレグが各層間において部分的に（図中、縦方向の領域にのみ）介在している。

このように制振性産業用梁構造部材の外側に近い層間に圧電セラミックスのパウダーのみ介在させることで、この部分で十分な剛性を持たせることができる。また、それ以外の層間に熱可塑性プラスチックフィルムを介在させることで、制振特性のばらつきを抑えることができる。より詳細には、制振性産業用梁構造部材の剛性に最も影響を与える部材外側に近い特定の層間に圧電セラミックスのパウダーを介在させることによって、この部分だけで制振性産業用梁構造部材全体の剛性をかなり高く維持できる。一方、圧電セラミックスのパウダーを制振性産業用梁構造部材の全ての各層間に介在させると、製造工程においてその作業を行う者の熟練度合いに応じて圧電セラミックスのパウダー分布量にばらつきが生じ易く、均一な制振性を阻害するおそれがある。しかしながら、熱可塑性プラスチックフィルムは一定の厚さを有しているので、上述したように外側に近い特定の層以外の層間に熱可塑性プラスチックフィルムを介在させることで、このような制振特性のばらつきをなくすことができる。すなわち、制振性産業用梁構造部材の外側の層においてはその各層間にセラミックスのパウダーを介在させたので剛性を保つことができ、制振性産業用梁構造部材の外周近傍における特定の層以外の各層間に間には厚さの一定した熱可塑性のプラスチックフィルムを介在させることによって均一な制振性を確保という各層での役割分担を果たしたコンポジットタイプの制振部材を実現できる。

なお、上述した圧電セラミックスのパウダーとしては、圧電セラミックス材料が、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、メタニオブ酸鉛（ＰｂＮｂ_２Ｏ_６）から選ばれる少なくとも一種のセラミックス材料からなるパウダー（粒子）が考えられる。

また、上述の熱可塑性プラスチックフィルムの代わりに熱硬化性プラスチックフィルムを適用しても同等の制振効果を得ることは可能である。すなわち、粘弾性プラスチックフィルムをプリプレグの各層間に介在させることで制振性に優れた制振性産業用梁構造部材を得ることが可能である。

本発明にかかる制振性産業用梁構造部材（以下、「本実施例」とする）と従来のプリプレグからなる産業用梁構造部材（以下、「本比較例」とする）について、制振特性の比較試験を行ったので、以下にこの比較試験の結果を説明する。

なお、本実施例は上述したＣＦＲＰのプリプレグの各層間にポリイミド（ＰＩ）のインターリーフからなる熱可塑性プラスチックフィルムを介在させたもの（本実施例１）、圧電セラミックスのパウダー（ＰＺＴ）のみを介在させたもの（本実施例２）、ＰＩのインターリーフと圧電セラミックスのパウダー（ＰＺＴ）をともに介在させたもの（本実施例３）の３パターンについて評価試験を行った。また、本比較例は上述したＣＦＲＰのプリプレグを積層しただけのものとした。

比較試験においては、図４に示すように、本実施例と本比較例を両持ち梁構造及び片持ち梁構造としてそれぞれ所定の振動を与えて振動特性を評価した。なお、本実施例及び本比較例共に両持ち梁構造においては、両端支持部を除いて長さ１４００ｍｍの梁構造部材を用い、片持ち梁構造においては、片端支持部を除いて長さ１５００ｍｍの梁構造部材を用いた。

また、本実施例にかかる制振性産業用梁構造部材の概略断面寸法は、幅４９ｍｍ×高さ１１ｍｍ×長さ１５００ｍｍであり、プリプレグの積層数は６層である。そして、プリプレグはＴ３００３Ｋ平織りクロスでＦ６３４３Ｂ−０５Ｐ、一方向材高弾性６５ｔｏｎＵＤ：三菱化学産資株式会社製の製品型番ＨｙｅＪ３４Ｍ６５Ｄ、インターリーフは宇部興産のユーピレックス（登録商標）２５μｍ、ＰＺＴは平均粒径６．５μｍのものを使用した。また、本比較例にかかる産業用梁構造部材は、本実施例にかかる制振性産業用梁構造部材と同等の概略断面寸法を有し、プリプレグのみを単に６層積層しただけで構成されたものを使用した。

そして、両持ち梁構造の評価試験においては、両端を鉄板で拘束して梁中央部にいわゆるピックアップと呼ばれ振動検知に適した圧電式加速度計を設置した。なお、圧電式加速度計には、電荷感度が８０Ｈｚで６．２３ｐＣ（ｍ／ｓ^２）、静電容量が７３５ｐＦの特性を有するものを用いた。また、この圧電式加速度計の両側近傍にそれぞれ重量２４００ｇ相当の重りを載置した。そして、図示しないハンマーによってこの重りの部分に衝撃荷重を加え、本実施例と本比較例にかかる部材を振動させた。なお、加速度計はアンプを介してコンピュータに接続され、コンピュータのディスプレイに振動特性が表示されるようにした。また、本実施例と本比較例の梁構造部材が振動し始めてから所定の振幅に減衰した時点を初期値とし（図５におけるカーソルＡ参照）、この初期値から振動がかなり減衰して振幅が所定値に達する（図５におけるカーソルＢ参照）までの時間を本実施例１〜本実施例３と本比較例のそれぞれについて測定した。

具体的には、同図に示す波形データにおいてカーソルＡを測定開始とし、加速度計からの増幅電圧を１.５Ｖとした。また、カーソルＢを振動停止と設定し、加速度計からの増幅電圧を７５０ｍＶとした。そして、カーソルＡからカーソルＢまでの時間を測定し、制振効果を比較した。

両持ち梁構造において本比較例での振動減衰特性を示したものが図６であり、本実施例３での振動減衰特性を示したものが図７である。また、本実施例１〜本実施例３と本比較例との評価試験結果を示したものが図８に示す一覧表である。

図８に示すように、制振システム無しの本比較例に比べて、インターリーフとＰＺＴの介在した本実施例３（制振効果５１％）、ＰＺＴの介在した本実施例２（制振効果２５％）、インターリーフの介在した本実施例１（制振効果１７％）の順に制振効果が得られた。そして、制振効果からインターリーフ、ＰＺＴの２つの組合せでの相乗効果を確認できた。

すなわち、両持ち梁構造における本実施例１〜３は本比較例に対して十分なる制振特性を有していることが分かった。

続いて、本実施例と本比較例を片持ち梁構造とした場合の振動特性についての比較試験を行った。この比較試験においては、梁構造部材の一端のみを鉄板で拘束し、その他端は自由端としてこの自由端近傍に負荷５００ｇ相当の重りを取り付けると共に、この重りの近傍に上述の比較試験と同様の圧電式加速度計を取り付けた。そして、上述の比較試験と同様に重りの部分にハンマーを用いて衝撃荷重を加え、振動が一定の振幅に減衰した初期値（図５におけるカーソルＡ参照）から振幅がかなり減衰して所定位置に達する（図５におけるカーソルＢ参照）までの時間を本実施例１〜３と本比較例のそれぞれについて測定した。具体的には、上述の両持ち梁構造の場合と同様に、同図に示す波形データにおいてカーソルＡを測定開始とし、加速度計の増幅電圧を１.５Ｖとした。また、カーソルＢを振動停止と設定し、加速度計の増幅電圧を７５０ｍＶとした。そして、カーソルＡからカーソルＢまでの時間を測定し、制振効果を比較した。

片持ち梁構造において本比較例での振動減衰特性を示したものが図９であり、本実施例３での振動減衰特性を示したものが図１０である。また、また、本実施例１〜本実施例３と本比較例との評価試験結果を示したものが図１１に示す一覧表である。図１１に示すように制振システム無しの本比較例に比べて、インターリーフとＰＺＴの介在した本実施例３（制振効果５６％）、インターリーフの介在した本実施例１（制振効果３０％）、ＰＺＴの介在した本実施例２（制振効果１８％）の順に制振効果が得られた。そして、インターリーフ、ＰＺＴ２つの組合せで十分の制振性を確認できた。

すなわち、片持ち梁構造における本実施例１〜本実施例３についても、本比較例に対して十分な制振特性を有していることが分かった。

以上より、本発明にかかる制振性産業用梁構造部材は、プリプレグの各層間に粘弾性プラスチックフィルム及び／又は圧電セラミックスのパウダーを介在させることで、いわゆる粘弾性による変形効果及び／又は圧電効果の少なくともいずれか一つの効果を奏することで、普通のＣＦＲＰの積層方向を変えた軽くて剛性が高いタイプの産業用梁構造部材の機能に加えて、制振性という重要な機能を更に付加することができた。

例えば、このようにスマートコンポジット（異種材料の組合せ）を可能としながら制振性に優れたロボットアームを作ることが可能である。

なお、ロボットは、タスク上の工程中、ハンドリングを２４時間中何サイクルも行っているが、このような制振性産業用梁構造部材をロボットのアームに適用することで、サイクル時間の短縮化を計り、生産能力の向上ができる。

続いて、以下に本実施形態にかかる制振性産業用梁構造部材の応用例について図面に基づいて説明する。図１２は、本実施形態にかかる制振性産業用梁構造部材を直交座標系ロボット１０の両持ち梁構造の支持フレームに適用した例を示した図である。ロボット１０の各支持フレーム１１〜１３の何れか又は全てに本実施形態にかかる制振性産業用梁構造部材を使用可能である。このようにロボット１０の支持フレームに本実施形態にかかる制振性産業用梁構造部材を適用することで、ロボットハンド１５の停止後、支持フレーム１１〜１３の振動を素早く制振させることができるので、ロボットハンド１５の動作速度を高めてリードタイムの短縮化を可能とする。

また、図１３に示すように片持ち梁構造の直交座標系ロボット２０の支持フレーム２１，２２に本実施形態にかかる制振性産業用梁構造部材を適用しても、同様の制振効果によりリードタイムの短縮化を図ることができる。すなわち、片持ち、両持ちの支持構造を有する直交構造式機械において本実施形態にかかる制振性産業用梁構造部材を使用した場合、振動低減効果によって構造体の位置精度の向上及びリード及びタスクタイム短縮による生産能力の向上に貢献するとともに、制振システムに対するメンテナンスフリーを実現できるようになる。

また、図１４は、本実施形態にかかる制振性産業用梁構造部材をローラ式搬送装置３０のローラ３１に使用した例を示している。本実施形態にかかる制振性産業用梁構造部材をこのようなローラ３１に適用することで、ローラ３１の回転に伴う振動を素早く抑えるので、産業用機械において搬送物の振動制止に基づく工程短縮によって搬送能力が向上し、搬送物が振動から受けるダメージを軽減する。なお、この場合の制振性産業用梁構造部材の断面形状は丸パイプであるのが好ましい。

また、図１５は回転式多関節型ロボット４０の支持部４１，４２に本実施形態にかかる制振性産業用梁構造部材を用いた例を示している。ロボット４０は片持ちハンドタイプのロボットで回転支柱部４１，４２と片持ちハンド部４３，４４との組合せ構造からなる。そして、回転支持部４１，４２に本実施形態にかかる制振性産業用梁構造部材を使用することで、ロボット４０が停止した後にハンド等の慣性重量で振動が生じても、振動を素早く抑えることができる。すなわち、多軸回転移動を行う装置上での振動低減効果により、構造体の位置精度の向上及びリードタイム及びタスクタイムを短縮し、生産能力の向上に貢献するとともに、制振システムに対するメンテナンスフリーを実現する。なお、本実施形態にかかる制振性産業用梁構造部材の断面形状は丸パイプ状又は角パイプ状であっても良く、断面の大きさが徐々に変化するようなものであっても良い。

このように、回転運動や直線運動を行う機械上で振動低減による効果により、構造体の位置精度の向上及びリードタイム及びタスクタイムの短縮による生産能力の向上を図ることができる。なお、支持部４１，４２は板状部材又はハニカム板でも構わない。

また、ロボット４０の片持ちハンド部４３，４４に本実施形態にかかる制振性産業用梁構造部材を用いても良い。これによって、制振効果による位置精度の向上を図ることができる。すなわち、片持式の搬送または計測用構造においても前述した機械との組合せによる制振を伴った移動を可能とし、又は制振を伴った単独での固定も可能とする。そして、振動低減による効果により構造体の位置精度の向上及びリードタイム及びタスクタイムの短縮による生産能力の向上に貢献するとともに、制振システムに対するメンテナンスフリーを可能とする。また、搬送用ではワークに対して、計測用では取付機器が振動から受けるダメージを軽減する。

以上、説明したように、本発明にかかる制振性産業用梁構造部材は、産業用機械全般に適用可能である。そして、ＰＡＮ系、ピッチ系及びこれらの複合したカーボン繊維強化スマートコンポジット化による制振構造システムを達成することができ、その適用範囲は稼動部への適用、固定部への適用の如何を問わない。

そして、本発明にかかる制振性産業用梁構造部材は、能動的要因、受動的要因の何れの要因によって発生した振動をも素早く制振し、この優れた制振特性によってリードタイム及びタスクタイムの短縮を図って生産能力の向上を可能とする。

また、能動的要因、受動的要因の何れの要因によって発生した振動をも素早く制振し、優れた制振特性によって固定部や固定物及び接触部や接触物への振動から受けるダメージの軽減を図ることができる。また、固定物や接触物のメンテナンス軽減あるいは歩留まりの向上も可能となる。

更には、スマートコンポジット化による制振システムのメンテナンスフリーを図ることで、ダンパーや防振ゴムなどの余分な制振デバイスを付加せずに済むので、コスト的に有利である。

なお、本発明にかかる制振性産業用梁構造部材は、本実施形態に示した断面形状に限定されず、サンドイッチ構造体でも良い。

ロボットや搬送装置のような産業用構造物に限らず、宇宙ロケットや人工衛星などの周囲に空気がなく一旦振動が生じると振動が収まりにくい環境で使用される構造部材としても適している。また、新幹線などの高速移動体の構造部材としても好適に使用される。

本発明の一実施形態にかかる制振性産業用梁構造部材をマンドレルとともに示す概略斜視図である。従来の産業用梁構造部材の断面図（図２（ａ））、及び本発明の一実施形態における制振性産業用梁構造部材の断面図（図２（ｂ））である。図２（ｂ）の別の実施形態にかかる断面図（図３（ａ））、及び更に別の実施形態にかかる断面図（図３（ｂ））である。実施例の評価試験における梁構造部材を両持ちばり構造及び片持ちばり構造で示した図である。図４に示した評価試験の制振効果を算出する方法を説明する図である。図４に示した両持ち梁構造の評価試験の結果、得られた本比較例の振動特性を示す図である。図４に示した両持ち梁構造の評価試験の結果、得られた本実施例３の振動特性を示す図である。図４に示した両持ち梁構造の評価試験の結果を示した一覧表である。図４に示した片持ち梁構造の評価試験の結果、得られた本比較例の振動特性を示す図である。図４に示した片持ち梁構造の評価試験の結果、得られた本実施例３の振動特性を示す図である。図４に示した両持ち梁構造の評価試験の結果を示した一覧表である。本発明にかかる制振性産業用梁構造部材を両持ち梁構造の直交座標系ロボットに適用した例を示した図である。本発明にかかる制振性産業用梁構造部材を片持ち梁構造の直交座標系ロボットに適用した例を示した図である。本発明にかかる制振性産業用梁構造部材を搬送装置のローラに適用した例を示した図である。本発明にかかる制振性産業用梁構造部材を回転式多関節型ロボットに適用した例を示す図である。

符号の説明

１〜３制振性産業用梁構造部材
１０ロボット
１１〜１３支持フレーム
１５ロボットハンド
３０ローラ式搬送装置
３１ローラ
４０ロボット
４１，４２回転支持部
４３，４４片持ちハンド部
Ｍマンドレル

Claims

多層構造からなる炭素繊維積層材を所定の断面形状にすることで形成された産業用梁構造部材において、当該炭素繊維積層材の各層間において少なくとも一部に粘弾性プラスチックフィルムを介在させたことを特徴とする制振性産業用梁構造部材。
前記粘弾性プラスチックフィルムの代わりに圧電セラミックスのパウダーを各層間において少なくとも一部に所定量介在させたことを特徴とする、請求項１に記載の制振性産業用梁構造部材。
前記粘弾性プラスチックフィルムのうち、特定の層間における粘弾性プラスチックフィルムに代えて圧電セラミックスのパウダーのみを介在させたことを特徴とする、請求項１に記載の制振性産業用梁構造部材。
前記特定の層間において粘弾性プラスチックフィルムと圧電セラミックスのパウダーをともに介在させたことを特徴とする、請求項１に記載の制振性産業用梁構造部材。
前記制振性産業用梁構造部材の外側に近い特定の層間において前記粘弾性プラスチックフィルムに代えて圧電セラミックスのパウダーのみを介在させたことを特徴とする、請求項１に記載の制振性産業用梁構造部材。