JP2019064225A - 支持部材 - Google Patents
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Abstract
【課題】振動を抑制することができる支持部材を提供する。【解決手段】支持部材１０の振動時には空間２１内で、制振部材３０が固定部材３１を基準として移動し、当該移動に伴って管壁部２０と衝突を繰り返すことによって、支持部材１０の振動を減衰させることができる。ここで、制振部材３０の弾性率は、１．５〜７００００ＭＰａであり、制振部材３０の振動数は、１．８３Ｈｚ以上であり、制振部材３０の重量は、１．５〜７６．３ｇ／ｍである。このように、制振部材３０の各種パラメータを適切な範囲に設定することで、制振部材３０が管壁部２０の空間２１内で十分に管壁部２０と衝突し、当該衝突による衝撃を吸収することができる。また、前述のように制振部材３０の各種パラメータを適切な範囲に設定することで、振動時に十分な制振部材３０の運動エネルギーを得ることができる。【選択図】図４
Description
本発明の一形態は、物品を支持する支持部材に関する。
物品を支持する支持部材として、特許文献１に記載されたものが知られている。この支持部材は、基端を固定端とし、且つ、先端を自由端として長手方向に延びた状態で物品を支持する。支持部材は、強化繊維複合繊維材料を含んで構成されており、内部に空間が形成されている。
ところで、上述のように基端を固定端とし、且つ、先端を自由端として物品を支持する支持部材においては、使用時において、物品の設置時や撤去時に振動が発生する場合がある。従って、支持部材に発生する振動を抑制することが要請されている。
そこで、本発明は、振動を抑制することができる支持部材を提供することを目的とする。
本発明の一形態に係る支持部材は、基端を固定端とし、且つ、先端を自由端として長手方向に延びた状態で物品を支持する支持部材であって、強化繊維複合樹脂材料を含んで構成され、内部に空間が形成された管壁部を備え、空間内には、一部が管壁部に固定された制振部材が配置されており、制振部材の弾性率は、１．５〜７００００ＭＰａであり、制振部材の振動数は、１．８３Ｈｚ以上であり、制振部材の重量は、１．５〜７６．３ｇ／ｍである。
支持部材において、管壁部の空間内には、制振部材が配置されている。この制振部材は、空間内において一部が管壁部に固定されている。従って、支持部材の振動時には空間内で、制振部材が固定部を基準として移動し、当該移動に伴って管壁部と衝突を繰り返すことによって、支持部材の振動を減衰させることができる。ここで、制振部材の弾性率は、１．５〜７００００ＭＰａであり、制振部材の振動数は、１．８３Ｈｚ以上であり、制振部材の重量は、１．５〜７６．３ｇ／ｍである。このように、制振部材の各種パラメータを適切な範囲に設定することで、制振部材が管壁部の空間内で十分に管壁部と衝突し、当該衝突による衝撃を吸収することができる。また、本発明者らは、振動時における制振部材の運動エネルギーを大きくすることで、制振部材が管壁部と衝突したときに吸収できる振動エネルギーを大きくできることを見出した。これに対し、前述のように制振部材の各種パラメータを適切な範囲に設定することで、振動時に十分な制振部材の運動エネルギーを得ることができる。以上により、支持部材の振動を抑制することができる。
制振部材は、先端側の位置で管壁部に固定されてよい。支持部材の振動は先端側の方が振幅が大きいため、当該先端側の位置で制振部材が管壁部に固定されることで、効率よく振動を減衰させることができる。
制振部材を空間内で長手方向に延ばした場合、制振部材の管壁部に対する長手方向における長さの比率は、２．７％以上であってよい。これにより、制振部材は、空間内で長手方向における十分な範囲で管壁部の振動エネルギーを吸収することができる。これにより、支持部材の振動を効率よく減衰させることができる。
制振部材は、基端側の位置で管壁部に固定されていてよい。
制振部材を空間内で長手方向に延ばした場合、制振部材の管壁部に対する長手方向における長さの比率は、２０％以上であってよい。これにより、制振部材は、空間内で長手方向における十分な範囲で管壁部の振動エネルギーを吸収することができる。これにより、支持部材の振動を効率よく減衰させることができる。
本発明の一形態によれば、支持部材の振動を抑制することができる。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
支持部材１０は、物品を支持するための部材である。本実施形態においては、支持部材１０を基板収納カセットのサポートバーとして用いる場合の例について説明する。なお、支持部材１０はあらゆる用途に用いることができ、例えばロボットハンド、ロボットアーム、自動倉庫用リフター、物品搬送用フォーク、フォークリフトの爪等に適用することができる。
図１に示されるように、基板収納カセット１は、基板Ｓを収容するための直方体箱状の筐体２を備えている。筐体２の一側壁には、筐体２内に対する基板Ｓの搬入及び搬出を行うための開口２ａが形成されている。筐体２内には、複数段（例えば２０〜３０段）の収納部３が設けられている。この基板収納カセット１は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の製造工程において使用され、基板Ｓとしてガラス基板がロボットハンドによって各収納部３に一時的に収納される。
各収納部３には、複数本（例えば３本）のサポートバーとして機能する支持部材１０、複数本（例えば３本）のサイドバー４及び複数本（例えば３本）のサイドバー５が設置されている。これにより、各収納部３においては、複数本の支持部材１０、複数本のサイドバー４及び複数本のサイドバー５によって１枚の基板Ｓが水平に支持される。
支持部材１０は、開口２ａに対向する筐体２の背面に片持ち状態で固定され、水平方向に延在している。すなわち、支持部材１０は、基端１０ａを固定端とし且つ先端１０ｂを自由端として水平方向に延在した状態で基板Ｓを支持する。支持部材１０の先端１０ｂは、開口２ａの近傍に至っている。
サイドバー４は、開口２ａに対向する背面に垂直な筐体２の一方の側面に片持ち状態で固定され、水平方向に延在している。すなわち、サイドバー４は、基端４ａを固定端とし且つ先端４ｂを自由端として水平方向に延在した状態で基板Ｓの一方の縁部を支持する。サイドバー４の先端４ｂは、一方の支持部材１０の近傍に至っている。
サイドバー５は、開口２ａに対向する背面に垂直な筐体２の他方の側面に片持ち状態で固定され、水平方向に延在している。すなわち、サイドバー５は、基端５ａを固定端とし且つ先端５ｂを自由端として水平方向に延在した状態で基板Ｓの他方の縁部を支持する。サイドバー５の先端５ｂは、他方の支持部材１０の近傍に至っている。
上述した支持部材１０の構成について、より詳細に説明する。なお、サイドバー４，５についても、支持部材１０と同様の構成を採用することができる。
図２に示されるように、支持部材１０は、先端１０ｂに向かって先細りとなるテーパ形状の中空パイプとなっている。これにより、基板Ｓが載置されて支持部材１０の先端１０ｂが下方に若干たわんだとしても、上下方向にて隣り合う収納部３間において支持部材１０の先端１０ｂの間隔が十分に維持される。なお、図１には示されていないが、開口２ａに対向する筐体２の背面には、後述のアルミ部材１５に該当する円柱状の突起部材が立設されており、その突起部材が支持部材１０の基端１０ａ側の端部に挿入され、接着等によって互いに固定される。なお、アルミ部材１５は、筐体２にボルト等によって固定されるベース部と、支持部材１０に挿入される棒状部を備えている。より具体的には、支持部材１０は、強化繊維複合樹脂材料を含んで構成され、内部に空間２１（図２参照）が形成された管壁部２０を備えている。支持部材１０は、基端１０ａ側に、真っ直ぐに延びるストレート部１０Ａを有し、先端１０ｂ側に、先端１０ｂへ向かって先細りとなるテーパ部１０Ｂを有している。また、ストレート部１０Ａのうち、基端１０ａから所定寸法の領域には、前述のアルミ部材１５が挿入されている。アルミ部材１５は、中実又は中空の棒状部材であり、中空な管壁部２０の内部の空間２１を埋めるように設けられている。
図３に示されるように、管壁部２０は、基端１０ａから先端１０ｂに渡って延在する円管状（換言すれば、円筒状）の内側層１１を備えている。更に、内側層１１の上側及び下側は、基端１０ａから先端１０ｂに渡って延在する断面円弧状の外側層１４によって覆われている。なお、円弧状の外側層１４の断面円周方向の長さは、円周のおおむね１／４に相当する長さ、すなわち角度ではおおむね９０°に相当する長さとなっていてよい。また、外側層１４を省略してもよい。
内側層１１及び外側層１３，１４は、強化繊維複合樹脂材料を含んで構成されている。強化繊維複合樹脂材料として、ガラス繊維強化樹脂（ＧＦＲＰ：glass fiber reinforced plastics）や炭素繊維強化樹脂(ＣＦＲＰ：carbon fiber reinforced plastics）等の繊維強化プラスチックが挙げられる。内側層１１及び外側層１３，１４は、１枚又は複数枚のプリプレグが積層されることにより構成されている。
炭素繊維強化樹脂の繊維は、ＰＡＮ系炭素繊維（引張弾性率：２３０〜６００ＧＰａ）又はピッチ系炭素繊維（引張弾性率：６００〜９００ＧＰａ）であってよい。炭素繊維強化樹脂シートを構成するプリプレグとしては、一方向プリプレグ、織物プリプレグ等が使用される。一方向プリプレグは、繊維が一方向のみに配向されたプリプレグであり、強度及び剛性を得たい部位に使用されてよい。織物プリプレグは、平織り、綾織り等されたプリプレグであり、円管状の支持部材に対して半径方向荷重を負荷した場合の割れの発生の防止、基板を受け持つための受けゴマ取り付け用の穴等の機械加工部位でのバリ発生の防止のために使用されてよい。炭素繊維強化樹脂シートに含浸される樹脂として、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂等の熱硬化性樹脂が採用されてよく、ポリエチレン、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂が採用されてよい。炭素繊維強化樹脂シートの繊維目付は、２５〜５００ｇ／ｍ２に設定されてよい。炭素繊維強化樹脂シートの樹脂含有率は、１８〜５０ｗｔ％に設定されてよい。炭素繊維強化樹脂シートの厚さは、０．０３〜０．５ｍｍに設定されてよい。
ガラス繊維強化樹脂を構成するプリプレグとしては、一方向プリプレグ、織物プリプレグ等が使用される。ガラス繊維強化樹脂に含浸される樹脂として、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂等の熱硬化性樹脂が採用されてよく、ポリエチレン、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂が採用されてよい。ガラス繊維強化樹脂の繊維目付は、２５〜５００ｇ／ｍ２に設定されてよい。ガラス繊維強化樹脂の樹脂含有率は、１８〜５０ｗｔ％に設定されてよい。ガラス繊維強化樹脂の厚さは、０．０３〜０．５ｍｍに設定されてよく、０．１ｍｍ以上に設定されてよい。
図４に示すように、空間２１内には、当該空間２１内において少なくとも一部分が移動可能な制振部材３０が配置されている。制振部材３０は、支持部材１０の振動に伴って空間２１内で移動することによって、管壁部２０と衝突を繰り返し、支持部材１０の振動を減衰させるための部材である。例えば、図４に示すように、制振部材３０は、支持部材１０の振動に伴い、実線で示すように管壁部２０の下端側に衝突し、仮想線で示すように管壁部２０の上端側に衝突する。また、制振部材３０は、管壁部２０の横方向の端部側に衝突してもよい。
制振部材３０は、空間２１内にて管壁部２０の長手方向に延びてよい。例えば、図４に示すように、制振部材３０は、紐状、棒状、の長尺な形状を有していてよい。制振部材３０の横断面形状は、円形、角形、星形、異形等いずれの形状であってもよく、中実でも中空でもいずれの形状であってもよい。また、制振部材３０は、一本の紐体であってもよく、複数の紐体で構成されてもよく、繊維状のものを編んだものであってもよい。また、制振部材３０は、長尺な形状を管壁部２０の長手方向に沿って延ばした状態で、空間２１内に配置されてよい。ただし、紐状の制振部材３０を折り畳んで空間２１内に配置してもよい。
制振部材３０は、管壁部２０に固定されていてよい。例えば、図４に示すように、制振部材３０は、固定部材３１を介して管壁部２０に固定されてよい。固定部材３１は、管壁部２０の内面に固定されており、制振部材３０は当該固定部材３１に固定されている。固定部材３１は、管壁部２０の内径以上の寸法に構成されることで、管壁部２０との摩擦力によって固定されてもよい。あるいは、固定部材３１は、接着剤等を用いて管壁部２０に固定されてもよい。固定部材３１の材質は特に限定されず、発泡スチロール（ポリスチレン）、発泡ポリエチレン、ウレタンフォーム等によって構成されてよい。なお、制振部材３０の固定方法は特に限定されず、管壁部２０の空間２１内に制振部材３０を係合させるような係合部を設け、当該係合部に制振部材３０を係合させることで固定してもよい。また、制振部材３０を接着剤等で管壁部２０に固定してもよい。なお、制振部材３０を管壁部２０に固定する場合は、制振部材３０全体を管壁部２０に固定するのではなく、少なくとも制振部材３０の一部分が管壁部２０に対して移動可能となるように、制振部材３０の一部を管壁部２０に固定する。
制振部材３０は、空間２１内において、先端１０ｂ側の位置に配置されていてもよい。すなわち、図４、図５（ａ）に示すように、制振部材３０が、空間２１における、先端１０ｂ付近の領域に配置されてよい。
制振部材３０は、先端１０ｂ側の位置で管壁部２０に固定されていてよい。すなわち、制振部材３０は、長手方向に沿って長尺な形状を有しているため、固定部材３１を長手方向に沿ったどの位置に配置してもよい。本実施形態では図４に示すように、固定部材３１は、制振部材３０のうち、最も先端１０ｂ側の端部と対応する位置に配置されている。このような構成により、制振部材３０のうち、先端１０ｂ側の端部付近の部分は、支持部材１０の振動に伴って空間２１内を移動可能である。ただし、制振部材３０をどの部分で固定するかは特に限定されず、制振部材３０の先端１０ｂ側の位置のうち、どの位置で固定してもよい。
制振部材３０は、空間２１内において、基端１０a側の位置に配置されていてもよい。すなわち、図５（ｂ）に示すように、制振部材３０が、空間２１における、基端１０ａ付近の領域に配置されてよい。
制振部材３０は、基端１０ａ側の位置で管壁部２０に固定されていてよい。図５（ｂ）に示すように、固定部材３１は、制振部材３０のうち、最も基端１０ａ側の端部と対応する位置に配置されている。このような構成により、制振部材３０のうち、基端１０ａ側の端部付近の部分は、支持部材１０の振動に伴って空間２１内を移動可能である。ただし、制振部材３０をどの部分で固定するかは特に限定されず、制振部材３０の基端１０ａ側の位置のうち、どの位置で固定してもよい。
なお、制振部材３０の空間２１内における位置は特に限定されず、固定部材３１の位置も特に限定されない。例えば、制振部材３０が空間２１のうち、支持部材１０の長手方向における中央位置付近に固定部材３１が配置され、当該固定部材３１に制振部材３０が固定されてもよい。
制振部材３０の寸法について説明する。まず、制振部材３０が、先端１０ｂ側の位置で管壁部２０に固定されている場合について説明する。制振部材３０を空間２１内で長手方向に延ばした場合、制振部材３０の管壁部２０に対する長手方向における長さの比率は、２．７％以上であってよく、５．４％以上であってよい。制振部材３０の長さには、固定部材３１で固定されている部分の長さは含まれない。なお、制振部材３０の管壁部２０に対する長手方向における長さの比率は特に限定されず、１００％であってもよい。次に、制振部材３０が、基端１０ａ側の位置で管壁部２０に固定されている場合について説明する。制振部材３０を空間２１内で長手方向に延ばした場合、制振部材３０の管壁部２０に対する長手方向における長さの比率は、２０％以上であってよく、２７％以上であってよい。なお、制振部材３０の管壁部２０に対する長手方向における長さの比率は特に限定されず、１００％であってもよい。
また、制振部材３０の横断面の直径（円以外の形状である場合は平均径）は、１．５ｍｍ以上であってよく、２ｍｍ以上であってよい。制振部材３０の直径あるいは垂直方向の高さは、支持部材１０の内側寸法に対して、８．０％以上であってよく、９４％以下であってよい。このような直径に設定することで、制振部材３０は十分に振動を抑制することができる。また、制振部材３０の直径の上限値は、少なくとも管壁部２０内で制振部材３０が移動できるように、管壁部２０の内径以下の寸法であってよい。
ここで、鋭意研究の結果、本発明者らは、振動時における制振部材３０の運動エネルギーを大きくすることで、制振部材３０が管壁部２０と衝突したときに吸収できる振動エネルギーを大きくできることを見出した。以下、振動時における制振部材３０の運動エネルギーの算出方法について説明する。
まず、制振部材３０の単振動時の振動数を算出する。制振部材３０の単振動時の振動数ｆ（Ｈｚ）は、以下の式（１）によって求められる。なお、「λ=振動数係数」、「l=長さ（ｍｍ）」、「E=縦弾性係数（ｋｇｆ／ｍｍ２）」、「I=断面二次モーメント（ｍｍ４）」、「ｇ＝重力加速度（＝９８０７ｍｍ／ｓｅｃ２）、「ρ=密度（ｋｇ／ｍｍ３）」、「A=断面積（ｍｍ２）」である。
ここで、振動数係数λは、制振部材３０の振動モードによって固有の値となっている。各振動モードにおける振動数係数を図６に示す。また、各振動モードにおける制振部材３０の振動態様を図７に示す。図７に示すように、制振部材３０は、固定部材３１を基準として振動する。例えば、制振部材３０が比較的弾性率の高い（＝硬い）材質の場合は１次の振動モード、比較的弾性率の低い（＝柔らかい）材質の場合は３次の振動モードで振動していると仮定することができる。
次に、内径Ｄの管壁部２０内での制振部材３０の単振動時の最大振動速度Ｖを算出する。最大振動速度Ｖは、以下の式（２）によって求められる。なお、「角速度：ω＝２πｆ」である。すなわち、式（１）によって求められた振動数ｆから、最大振動速度Ｖを求めることができる。なお、「Ｖ＝速度（ｍｍ／ｓｅｃ）」、「Ｄ＝素管内径（ｍｍ）」、「ω＝角速度（ｒａｄ／ｓｅｃ）」である。
次に、管壁部２０内での制振部材３０の単振動時の最大運動エネルギーＫ（103 g・mm2/s2）を算出する。運動エネルギー（最大運動エネルギ）は、以下の式（３）によって求められる。式（３）の最大振動速度Ｖには、式（２）によって求められた値を代入する。なお重量ｍ（ｇ）は、制振部材３０の全長の重量である（ただし、固定部材３１で固定された部分の長さは除く）。
なお、式（１）〜（３）に示すように、運動エネルギーは、制振部材３０の部材自体の特性を示すパラメータと、管壁部２０の内径Ｄによって定められる値である。従って、制振部材３０を先端１０ｂ側に固定した場合も、基端１０ａ側に固定した場合も、運動エネルギー自体は同じとなる。ただし、制振部材３０を先端１０ｂ側に固定した場合は、基端１０ａ側に固定した場合よりも、制振部材３０周辺の管壁部２０の動きが大きくなる。その結果、制振部材３０を先端１０ｂ側に固定した場合は、基端１０ａ側に固定した場合よりも、管壁部２０に対する制振部材３０の衝突が強くなり、当該制振部材３０が吸収する振動エネルギーも大きくなる。
次に、制振部材３０の材質について説明する。制振部材３０の弾性率は、１．５〜７００００ＭＰａであってよい。制振部材３０の弾性率が、１．５ＭＰａ以上であることにより、運動エネルギーが小さくなりすぎることを抑制できる。制振部材３０の弾性率は、３．９ＭＰａ以上であってもよく、４．６ＭＰａ以上であってもよい。制振部材３０の弾性率が、７００００ＭＰａ以下であることにより、管壁部２０との衝突時に、衝撃吸収材としての機能を発揮することができる。例えば、弾性率が高すぎる場合、制振部材３０と管壁部２０とが衝突しても、制振部材３０が衝撃を十分に吸収することができない。
制振部材３０の振動数は、１．８３Ｈｚ以上であってよい。制振部材３０の振動数が、１．８３ＭＰａ以上であることにより、運動エネルギーが小さくなりすぎることを抑制できる。例えば、振動数が小さくなりすぎた場合は、振動時の制振部材３０の動きが遅くなりすぎることで、管壁部２０との衝突回数が少なくなる。制振部材３０の振動数は、１．８９Ｈｚ以上であってもよく、２．５５Ｈｚ以上であってもよい。
制振部材３０の重量は、１．５〜７６．３ｇ／ｍであってよい。制振部材３０の重量が、１．５ｇ／ｍ以上であることにより、運動エネルギーが小さくなりすぎることを抑制できる。制振部材３０の重量は、４ｇ／ｍ以上であってもよい。制振部材３０の重量が、７６．３ｇ／ｍ以下であることにより、制振部材３０が重すぎることにより、管壁部２０内で十分に動かなくなることを抑制できる。制振部材３０の重量は、３０ｇ／ｍ以下であってもよい。
制振部材３０のかさ密度は、０．０２ｇ／ｃｍ３以上であってよく、０．０３ｇ／ｃｍ３以上であってよい。なお、制振部材３０のかさ密度の上限値は特に限定されないが、２．７ｇ／ｃｍ３以下であってよい。
例えば、制振部材３０は、強化繊維複合材料に比して変形し易い易変形材料によって構成されてよい。易変形材料とは、金属等のように高い剛性を有する材料ではなく、所定の力で押圧されることで変形する程度に低い剛性を有する材料である。例えば、易変形材料として、樹脂材料、弾性材料、発泡材料等が挙げられる。樹脂材料として、ビニール、ポリエステル、ポリスチレン、ウレタン等が挙げられる。弾性材料として、ゴム、シリコンゴム等が挙げられる。発泡材料として、ポリスチレン、ウレタン等が挙げられる。
また、制振部材３０は、易変形材料によって構成されていなくともよい。上述の弾性率の上限値以下の部材であれば、押圧しても変形しない部材を採用してもよい。例えば、剛性を有する制振部材３０の材料として、アルミ、マグネシウム合金などが挙げられる。これらの部材の弾性率は、７００００ＭＰａ以下であるため、管壁部２０と衝突したとき、振動エネルギーを吸収することができる。
次に、本実施形態に係る支持部材１０の作用・効果について説明する。
本実施形態に係る支持部材１０において、管壁部２０の空間２１内には、制振部材３０が配置されている。この制振部材３０は、空間２１内において一部が管壁部２０に固定されている。従って、支持部材１０の振動時には空間２１内で、制振部材３０が固定部材３１を基準として移動し、当該移動に伴って管壁部２０と衝突を繰り返すことによって、支持部材１０の振動を減衰させることができる。ここで、制振部材３０の弾性率は、１．５〜７００００ＭＰａであり、制振部材３０の振動数は、１．８３Ｈｚ以上であり、制振部材３０の重量は、１．５〜７６．３ｇ／ｍである。このように、制振部材３０の各種パラメータを適切な範囲に設定することで、制振部材３０が管壁部２０の空間２１内で十分に管壁部２０と衝突し、当該衝突による衝撃を吸収することができる。また、前述のように制振部材３０の各種パラメータを適切な範囲に設定することで、振動時に十分な制振部材３０の運動エネルギーを得ることができる。以上により、支持部材１０の振動を抑制することができる。
制振部材３０は、先端１０ｂ側の位置で管壁部２０に固定されてよい。支持部材１０の振動は先端１０ｂ側の方が振幅が大きいため、当該先端１０ｂ側の位置で制振部材３０が管壁部２０に固定されることで、効率よく振動を減衰させることができる。
先端１０ｂ側の位置で管壁部２０に固定されている制振部材３０を空間２１内で長手方向に延ばした場合、制振部材３０の管壁部２０に対する長手方向における長さの比率は、２．７％以上であってよい。これにより、制振部材３０は、空間２１内で長手方向における十分な範囲で管壁部２０の振動エネルギーを吸収することができる。これにより、支持部材１０の振動を効率よく減衰させることができる。
先端１０ｂ側の位置で管壁部２０に固定されている制振部材３０は、基端１０ａ側の位置で管壁部２０に固定されていてよい。
基端１０ａ側の位置で管壁部２０に固定されている制振部材３０を空間２１内で長手方向に延ばした場合、制振部材３０の管壁部２０に対する長手方向における長さの比率は、２０％以上であってよい。これにより、制振部材３０は、空間２１内で長手方向における十分な範囲で管壁部２０の振動エネルギーを吸収することができる。これにより、支持部材１０の振動を効率よく減衰させることができる。
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、制振部材の形状や大きさや配置は、支持部材の減衰を低減することができるものであれば、どのような構成を採用してもよい。
[実施例]
次に、支持部材の実施例について説明を行う。ただし、支持部材は以下の実施例に限定されるものではない。
次に、支持部材の実施例について説明を行う。ただし、支持部材は以下の実施例に限定されるものではない。
（支持部材の構成）
支持部材の全長を１８５０ｍｍ（図２の「サポートバー全長」の寸法）とし、このうちストレート部を３１０ｍｍ（図２の「手元ストレート長さ」の寸法）とした。また、基端側のストレート部の長径（垂直方向の直径）を２２ｍｍとし、先端の長径（垂直方向の直径）を１５ｍｍとした。テーパ部については、先端に向かって２２ｍｍから１５ｍｍに直径が一定の割合で減少するように傾斜させた。アルミ部材の挿入長さについては２８２ｍｍ、２００ｍｍ、１５０ｍｍ（図２の「アルミ挿入長さ」の寸法）の３タイプの長さを準備した。
支持部材の全長を１８５０ｍｍ（図２の「サポートバー全長」の寸法）とし、このうちストレート部を３１０ｍｍ（図２の「手元ストレート長さ」の寸法）とした。また、基端側のストレート部の長径（垂直方向の直径）を２２ｍｍとし、先端の長径（垂直方向の直径）を１５ｍｍとした。テーパ部については、先端に向かって２２ｍｍから１５ｍｍに直径が一定の割合で減少するように傾斜させた。アルミ部材の挿入長さについては２８２ｍｍ、２００ｍｍ、１５０ｍｍ（図２の「アルミ挿入長さ」の寸法）の３タイプの長さを準備した。
支持部材の管壁部をＣＦＲＰのシートを複数積層することで構成した。径方向における内側から外側へ向かって各層にＮｏ１〜Ｎｏ５と番号を付し、各層における条件を図１０に示した。なお、図１０の表における「積層角度」は、支持部材の軸方向に対する繊維の角度である。「ＰＰＧ」は、プリプレグの型番を示している。「ＭＰＴ」は、プリプレグ一枚当たりの成形後の厚さを示している。「ＰＬＹ数」は、プリプレグの積層枚の数を示している。「積層位置」は、シートの取付け状況を示しており、シートを全周にわたって巻き付けているか（図３の内側層１１に対応）、上下の端部のみ巻き付けているか（図３の外側層１４に対応）を示している。図１１は、各プリプレグの仕様の詳細を示している。図１１の「ＡＦＷ」とは強化繊維の単位面積当たりの重量を示し、「ＲＣ」とはプリプレグに含まれるマトリックス樹脂の重量比率を示し、「ＧＦ」とはガラスファイバーの状態を示している。
（剛性及び重量）
上述の製造条件にて、アルミ部材の挿入長さを２８２ｍｍ、２００ｍｍ、１５０ｍｍとして支持部材を３つ準備した。これらの支持部材の先端に３００ｇｆの負荷を付与し、撓みを測定した。「荷重撓み」が６ｍｍ以下という条件を満たすことが、サポートバーとしてより好ましい。図１２（ａ）に示すように、いずれのアルミ挿入長さの支持部材についても、撓みが６ｍｍとなり、「荷重撓み±６ｍｍ」という条件を満たした。一方、重量については、４５０ｇ以下であることがサポートバーとしてはより好ましいが、図１２（ａ）に示すように、アルミ挿入長さ１５０ｍｍの場合に、重量を４５０ｇ以下とすることができた。なお、アルミ挿入長さ２００ｍｍの重量は４５０ｇであったが、制振部材を挿入する場合は、４５０ｇより大きくなる。従って、以下の各実験では、アルミ挿入長さを１５０ｍｍとした。
上述の製造条件にて、アルミ部材の挿入長さを２８２ｍｍ、２００ｍｍ、１５０ｍｍとして支持部材を３つ準備した。これらの支持部材の先端に３００ｇｆの負荷を付与し、撓みを測定した。「荷重撓み」が６ｍｍ以下という条件を満たすことが、サポートバーとしてより好ましい。図１２（ａ）に示すように、いずれのアルミ挿入長さの支持部材についても、撓みが６ｍｍとなり、「荷重撓み±６ｍｍ」という条件を満たした。一方、重量については、４５０ｇ以下であることがサポートバーとしてはより好ましいが、図１２（ａ）に示すように、アルミ挿入長さ１５０ｍｍの場合に、重量を４５０ｇ以下とすることができた。なお、アルミ挿入長さ２００ｍｍの重量は４５０ｇであったが、制振部材を挿入する場合は、４５０ｇより大きくなる。従って、以下の各実験では、アルミ挿入長さを１５０ｍｍとした。
（比較例及び実施例）
各種条件に係る制振部材を配置したものを実施例及び比較例とした。具体的には、図８に示すような条件に係る制振部材を有する支持部材として、実施例１〜５、比較例１を準備した。「制振部材」の項目では、採用した制振部材の品名を示している。各品名の仕様も、図８に示されている。実施例１〜５、比較例１では、制振部材の長さはいずれも８００ｍｍとし、先端にて制振部材を固定した。また、制振部材の振動時の挙動を観察するために、管壁部内に感圧紙を設置した。感圧紙は、１４００ｍｍのものを採用し、管壁部の先端に感圧紙の端部を合わせて配置した。また、「振動数」の項目では、各制振部材の振動数及び振動モードを示した。また、「運動エネルギー」の項目では、各種条件から算出した運動エネルギーを示した。運動エネルギーの算出では、素管内径Ｄを２０ｍｍとしている。なお、サポートバーは先端ほど先細りになるため素管内径Ｄは長さ方向の位置によって変化するものであるが、ここでは、比較のために素管内径Ｄは２０ｍｍで一定であるものと仮定して演算を行っている。
各種条件に係る制振部材を配置したものを実施例及び比較例とした。具体的には、図８に示すような条件に係る制振部材を有する支持部材として、実施例１〜５、比較例１を準備した。「制振部材」の項目では、採用した制振部材の品名を示している。各品名の仕様も、図８に示されている。実施例１〜５、比較例１では、制振部材の長さはいずれも８００ｍｍとし、先端にて制振部材を固定した。また、制振部材の振動時の挙動を観察するために、管壁部内に感圧紙を設置した。感圧紙は、１４００ｍｍのものを採用し、管壁部の先端に感圧紙の端部を合わせて配置した。また、「振動数」の項目では、各制振部材の振動数及び振動モードを示した。また、「運動エネルギー」の項目では、各種条件から算出した運動エネルギーを示した。運動エネルギーの算出では、素管内径Ｄを２０ｍｍとしている。なお、サポートバーは先端ほど先細りになるため素管内径Ｄは長さ方向の位置によって変化するものであるが、ここでは、比較のために素管内径Ｄは２０ｍｍで一定であるものと仮定して演算を行っている。
（振動減衰特性）
曲げ振動減衰特性評価装置を用いて、振動減衰特性を測定した。この装置では、支持部材の基端を固定することで片持ち固定状態とした。レーザ変位計で振動時の支持部材の変位を測定した。測定のサンプリング間隔を１ｍｓｅｃとし、サンプリングポイント数を４００００ポイントに設定し、測定時間を４０ｓｅｃに設定した。当該設定条件にて、支持部材の先端に９００ｇｆの負荷（初期撓みは約１８ｍｍ）を付与し、当該負荷を解除した後、支持部材の先端の振幅が±７．５ｍｍとなった状態から振幅が±１．５ｍｍ以下となるまでに要する時間を振動抑制スペックとして測定した。測定結果の一例を図１３に示す。図１３（ａ）に制振部材を省略した場合の比較例（後述の比較例２）の減衰の様子が示され、図１３（ｂ）に実施例の減衰の様子が示される。図１３（ａ）に示すように、比較例では撓みの減衰する速度が遅く、図１３（ｂ）に示すように、実施例では速やかに撓みが小さくなっている。
曲げ振動減衰特性評価装置を用いて、振動減衰特性を測定した。この装置では、支持部材の基端を固定することで片持ち固定状態とした。レーザ変位計で振動時の支持部材の変位を測定した。測定のサンプリング間隔を１ｍｓｅｃとし、サンプリングポイント数を４００００ポイントに設定し、測定時間を４０ｓｅｃに設定した。当該設定条件にて、支持部材の先端に９００ｇｆの負荷（初期撓みは約１８ｍｍ）を付与し、当該負荷を解除した後、支持部材の先端の振幅が±７．５ｍｍとなった状態から振幅が±１．５ｍｍ以下となるまでに要する時間を振動抑制スペックとして測定した。測定結果の一例を図１３に示す。図１３（ａ）に制振部材を省略した場合の比較例（後述の比較例２）の減衰の様子が示され、図１３（ｂ）に実施例の減衰の様子が示される。図１３（ａ）に示すように、比較例では撓みの減衰する速度が遅く、図１３（ｂ）に示すように、実施例では速やかに撓みが小さくなっている。
（制振部材の挙動）
各実施例の測定後の感圧紙を観察した。各実施例では、感圧紙全体にわたって、制振部材の衝突痕が残っており、支持部材の振動に伴って制振部材は管壁部の内面に衝突していることが示唆された。感圧紙の濃淡が幅方向に対して縞模様となっており、制振部材が管壁部内で縦方向に規則的に振動していることが推察された。また先端ほど濃い色をしており、制振部材は自由端に近いほど強く管壁部の内面に衝突していることが分った。
各実施例の測定後の感圧紙を観察した。各実施例では、感圧紙全体にわたって、制振部材の衝突痕が残っており、支持部材の振動に伴って制振部材は管壁部の内面に衝突していることが示唆された。感圧紙の濃淡が幅方向に対して縞模様となっており、制振部材が管壁部内で縦方向に規則的に振動していることが推察された。また先端ほど濃い色をしており、制振部材は自由端に近いほど強く管壁部の内面に衝突していることが分った。
（各パラメータと振動減衰特性の関係）
実施例１〜４の重量に対する振動減衰時間の関係を図９（ａ）に示す。実施例１〜４の弾性率に対する振動減衰時間の関係を図９（ｂ）に示す。実施例１〜４の運動エネルギーに対する振動減衰時間の関係を図９（ａ）に示す。図９（ａ）より、重量の大きい制振部材の方が制振性能が高いことが理解された。図９（ｂ）の実施例２である「ＡＢＳ」と実施例３である「シリコンチューブ（軽）」の結果を比較すると、両者は同程度の重量であるが、弾性率の低いＡＢＳの方が制振性能が高かった。よって、同程度の重量の場合は、弾性率の低い制振部材の方が制振性能が高かった。
実施例１〜４の重量に対する振動減衰時間の関係を図９（ａ）に示す。実施例１〜４の弾性率に対する振動減衰時間の関係を図９（ｂ）に示す。実施例１〜４の運動エネルギーに対する振動減衰時間の関係を図９（ａ）に示す。図９（ａ）より、重量の大きい制振部材の方が制振性能が高いことが理解された。図９（ｂ）の実施例２である「ＡＢＳ」と実施例３である「シリコンチューブ（軽）」の結果を比較すると、両者は同程度の重量であるが、弾性率の低いＡＢＳの方が制振性能が高かった。よって、同程度の重量の場合は、弾性率の低い制振部材の方が制振性能が高かった。
運動エネルギーは、前述のように、重量と弾性率をパラメータとして含む。従って、振動時の制振部材の運動エネルギーで比較すると、図９（ｃ）に示すように、運動エネルギーが大きいほど、制振性能が高いことが理解された。このことより、運動エネルギーと制振性能に一定の関係性が見られ、制振部材が管壁部の内面へ衝突するときは、大きい運動エネルギーで衝突した方が、制振部材の振動エネルギーの吸収が大きいことが理解された。
また、図８の実施例５の結果を参照するに、実施例５の制振部材は、シリコンチューブと同等の制振性能が得られていた。すなわち、アルミを制振部材として用いた場合、アルミの弾性率が７００００ＭＰａであり重量が７６．３ｇ／ｍであるため、衝撃吸収性能を発揮し、運動エネルギーも十分に得られていることが理解された。一方、比較例１を参照するに、制振性能が得られていないことが理解された。
（その他の制振部材）
上述の実施例１〜５とは異なる制振部材を用いた実施例を準備した。また、制振部材を省略した支持部材を比較例２とした。図１４に示すような条件に係る制振部材を有する支持部材として、実施例６〜１４を準備した。実施例６〜８では、制振部材として「透明チューブ」を採用した。「透明チューブ」の仕様は図１２（ｂ）に示されている。実施例９〜１４では、制振部材として「ポリロープ」を採用した。「ポリロープ」の仕様は図１２（ｂ）に示されている。
上述の実施例１〜５とは異なる制振部材を用いた実施例を準備した。また、制振部材を省略した支持部材を比較例２とした。図１４に示すような条件に係る制振部材を有する支持部材として、実施例６〜１４を準備した。実施例６〜８では、制振部材として「透明チューブ」を採用した。「透明チューブ」の仕様は図１２（ｂ）に示されている。実施例９〜１４では、制振部材として「ポリロープ」を採用した。「ポリロープ」の仕様は図１２（ｂ）に示されている。
「挿入位置」の項目が「先端」の場合は、支持部材の先端と制振部材の先端が一致するように配置していることを示している。「挿入長さ」の項目では、制振部材を支持部材内で延ばしたときの全長の寸法を示している。「固定」の項目が「先端固定」の場合は、支持部材の基端の位置に固定部材を配置した状態で制振部材を固定していることを示す。固定部材の具体的な構成に関し、透明チューブを用いた場合は、直径１３ｍｍの円柱形発泡スチロールに直径７ｍｍの円形くぼみをつけ、そこに透明チューブを差し込むことで固定した。ポリロープを用いた場合は、直径１３ｍｍの円柱形発泡スチロールを支持部材の先端部に押し込み、その際にポリロープごと同時に挟み込むことで固定した。「コスト」の項目では、制振部材に係るコストを示している。「総重量」の項目では、制振部材を含めた支持部材の合計の重量を示している。
更に、図１５に示すような条件に係る制振部材を有する支持部材として、実施例１９〜２３を準備した。実施例１９〜２３では、制振部材として「シリコンチューブ」を採用した。「シリコンチューブ」の仕様は図１２（ｂ）に示されている。「挿入位置」はいずれも「奥」、すなわち支持部材の基端であった。「奥」の場合は、支持部材の基端と制振部材の基端側の端部とが一致するように配置した。「固定」に示すように、制振部材は、支持部材の基端側に設けられているアルミ部材に固定された。その他の条件は、他の実施例と同様とした。
図１４及び図１５では、「振動抑制スペック」の項目に測定結果を示している。また、「評価」の項目では、振動抑制スペックが５秒以下であるものが、振動抑制効果が特に大きいものとして「○」と評価した。また、振動抑制スペックが５秒より大きいが、少なくとも比較例より小さいものを「△（減衰）」と評価した。図１４及び図１５から理解されるように、制振部材を支持部材の内部の空間に配置することにより少なくとも比較例よりは振動抑制スペックが向上している。このことより、制振部材を用いることで、支持部材の振動を抑制できることが理解される。
（制振部材の長さ）
実施例６〜８、実施例９〜１４、及び実施例１９〜２３について評価を行うことにより、より好適な制振部材の長さについて検討した。実施例６〜８は、透明チューブを採用し、制振部材の挿入長さのみを変化させている。実施例９〜１４は、ポリロープを採用し、制振部材の挿入長さのみを変化させている。実施例１９〜２３は、シリコンチューブを採用し、制振部材の挿入長さのみを変化させている。各実施例では、制振部材の長さを長くすればするほど、振動抑制スペックが上昇している。
実施例６〜８、実施例９〜１４、及び実施例１９〜２３について評価を行うことにより、より好適な制振部材の長さについて検討した。実施例６〜８は、透明チューブを採用し、制振部材の挿入長さのみを変化させている。実施例９〜１４は、ポリロープを採用し、制振部材の挿入長さのみを変化させている。実施例１９〜２３は、シリコンチューブを採用し、制振部材の挿入長さのみを変化させている。各実施例では、制振部材の長さを長くすればするほど、振動抑制スペックが上昇している。
（最終評価）
上述の評価及び検討から、サポートバーに対する制振部材として好適な条件を設定した実施例１５を最終評価用のサンプルとして作成した。実施例１５では制振部材として６００ｍｍのポリロープを採用し、固定部材としてポリエチレン材に穴をあけてポリロープに差し込み、支持部材の先端に接着剤を用いて固定した。なお、実施例１５では、図１６（ｂ）に示すように、図１０で示す層構成に対し、Ｎｏ４の「ＰＬＹ数」を４とした点以外は同様の条件とした。実施例１５として３つのサンプルを準備して実施例１５−１、１５−２、１５−３とした。これらの撓み、総重量、及び振動抑制スペックの測定結果を図１６（ａ）に示す。「総重量（支持部材＋制振部材）」とは、支持部材全体の総重量を示し、「総重量（支持部材のみ）」とは、支持部材から制振部材の重量を除いた重量を示す。図１６（ａ）に示す結果から、いずれの最終サンプルでも、剛性、総重量、振動抑制性能においていずれも良好な評価が得られた。
上述の評価及び検討から、サポートバーに対する制振部材として好適な条件を設定した実施例１５を最終評価用のサンプルとして作成した。実施例１５では制振部材として６００ｍｍのポリロープを採用し、固定部材としてポリエチレン材に穴をあけてポリロープに差し込み、支持部材の先端に接着剤を用いて固定した。なお、実施例１５では、図１６（ｂ）に示すように、図１０で示す層構成に対し、Ｎｏ４の「ＰＬＹ数」を４とした点以外は同様の条件とした。実施例１５として３つのサンプルを準備して実施例１５−１、１５−２、１５−３とした。これらの撓み、総重量、及び振動抑制スペックの測定結果を図１６（ａ）に示す。「総重量（支持部材＋制振部材）」とは、支持部材全体の総重量を示し、「総重量（支持部材のみ）」とは、支持部材から制振部材の重量を除いた重量を示す。図１６（ａ）に示す結果から、いずれの最終サンプルでも、剛性、総重量、振動抑制性能においていずれも良好な評価が得られた。
（制振部材の質量変化及びかさ密度）
実施例１５の制振部材は３ツ打ちの紐状であり、これを軸方向から見て２/３に分割（３ツ打ちのうちの２本分）したものを実施例１６とした。実施例１６の制振部材を軸方向から見て１/３に分割したもの（３ツ打ちのうちの１本分）を実施例１７とした。また、実施例１６の制振部材をバックアップ材にしたものを実施例１８とした。ポリロープの具体的な仕様については図１８に示す。各実施例の測定結果を図１７に示す。実施例１６〜１８の測定結果より、長さ当たりの質量が大きいほど、振動抑制効果が高くなることが理解される。また、ポリロープ３ツ打ちのうちの１本分とした場合のかさ密度は、０．８３ｇ／ｃｍ３であり、バックアップ材のかさ密度は、０．０２ｇ／ｃｍ３であるが、実施例１７と実施例１８の比較より、制振部材が同じ重さであっても、かさ密度が高いポリロープの方が振動抑制効果が高くなることが理解される。
実施例１５の制振部材は３ツ打ちの紐状であり、これを軸方向から見て２/３に分割（３ツ打ちのうちの２本分）したものを実施例１６とした。実施例１６の制振部材を軸方向から見て１/３に分割したもの（３ツ打ちのうちの１本分）を実施例１７とした。また、実施例１６の制振部材をバックアップ材にしたものを実施例１８とした。ポリロープの具体的な仕様については図１８に示す。各実施例の測定結果を図１７に示す。実施例１６〜１８の測定結果より、長さ当たりの質量が大きいほど、振動抑制効果が高くなることが理解される。また、ポリロープ３ツ打ちのうちの１本分とした場合のかさ密度は、０．８３ｇ／ｃｍ３であり、バックアップ材のかさ密度は、０．０２ｇ／ｃｍ３であるが、実施例１７と実施例１８の比較より、制振部材が同じ重さであっても、かさ密度が高いポリロープの方が振動抑制効果が高くなることが理解される。
（基端側への制振部材の配置）
図１５の実施例１９〜２３に示すように、制振部材を支持部材の基端側に配置した場合も、「評価」が比較例よりも良好な「○」か「△」になっていた。「挿入長さ」が７５０ｍｍ以上である実施例１９〜２１では、「評価」が「○」となった。「挿入長さ」が５００ｍｍである実施例２２では、減衰性能の点から、「評価」が「△」となった。「挿入長さ」が３７０ｍｍである実施例２３では、減衰性能の点から、「評価」が「△」となった。この点より、制振部材を支持部材の基端側に配置した場合、制振部材の十分な挿入長さを確保することで、振動抑制効果を向上できることが理解される。シリコンチューブを用いた制振部材を支持部材の基端側に配置した場合、挿入長さを７５０ｍｍ以上とすることで、振動抑制効果を向上できることが理解される。
図１５の実施例１９〜２３に示すように、制振部材を支持部材の基端側に配置した場合も、「評価」が比較例よりも良好な「○」か「△」になっていた。「挿入長さ」が７５０ｍｍ以上である実施例１９〜２１では、「評価」が「○」となった。「挿入長さ」が５００ｍｍである実施例２２では、減衰性能の点から、「評価」が「△」となった。「挿入長さ」が３７０ｍｍである実施例２３では、減衰性能の点から、「評価」が「△」となった。この点より、制振部材を支持部材の基端側に配置した場合、制振部材の十分な挿入長さを確保することで、振動抑制効果を向上できることが理解される。シリコンチューブを用いた制振部材を支持部材の基端側に配置した場合、挿入長さを７５０ｍｍ以上とすることで、振動抑制効果を向上できることが理解される。
１０…支持部材、２０…管壁部、２１…空間、３０…制振部材、３１…固定部材。
（各パラメータと振動減衰特性の関係）
実施例１〜４の重量に対する振動減衰時間の関係を図９（ａ）に示す。実施例１〜４の弾性率に対する振動減衰時間の関係を図９（ｂ）に示す。実施例１〜４の運動エネルギーに対する振動減衰時間の関係を図９（ａ）に示す。図９（ａ）より、重量の大きい制振部材の方が制振性能が高いことが理解された。図９（ｂ）の実施例２である「ＡＢＳ」と実施例３である「シリコンチューブ（軽）」の結果を比較すると、両者は同程度の重量であるが、弾性率の低いシリコンチューブ（軽）の方が制振性能が高かった。よって、同程度の重量の場合は、弾性率の低い制振部材の方が制振性能が高かった。
実施例１〜４の重量に対する振動減衰時間の関係を図９（ａ）に示す。実施例１〜４の弾性率に対する振動減衰時間の関係を図９（ｂ）に示す。実施例１〜４の運動エネルギーに対する振動減衰時間の関係を図９（ａ）に示す。図９（ａ）より、重量の大きい制振部材の方が制振性能が高いことが理解された。図９（ｂ）の実施例２である「ＡＢＳ」と実施例３である「シリコンチューブ（軽）」の結果を比較すると、両者は同程度の重量であるが、弾性率の低いシリコンチューブ（軽）の方が制振性能が高かった。よって、同程度の重量の場合は、弾性率の低い制振部材の方が制振性能が高かった。
Claims (5)
- 基端を固定端とし、且つ、先端を自由端として長手方向に延びた状態で物品を支持する支持部材であって、
強化繊維複合樹脂材料を含んで構成され、内部に空間が形成された管壁部を備え、
前記空間内には、一部が前記管壁部に固定された制振部材が配置されており、
前記制振部材の弾性率は、１．５〜７００００ＭＰａであり、
前記制振部材の振動数は、１．８３Ｈｚ以上であり、
前記制振部材の重量は、１．５〜７６．３ｇ／ｍである、支持部材。 - 前記制振部材は、前記先端側の位置で前記管壁部に固定されている、請求項１に記載の支持部材。
- 前記制振部材を前記空間内で前記長手方向に延ばした場合、前記制振部材の前記管壁部に対する前記長手方向における長さの比率は、２．７％以上である、請求項２に記載の支持部材。
- 前記制振部材は、前記基端側の位置で前記管壁部に固定されている、請求項１に記載の支持部材。
- 前記制振部材を前記空間内で前記長手方向に延ばした場合、前記制振部材の前記管壁部に対する前記長手方向における長さの比率は、２０％以上である、請求項２に記載の支持部材。
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