JP5952983B1 - 軽量定盤 - Google Patents

Abstract

必要な性能を十分確保しつつ出来る限り低コストで製造できる軽量定盤を開発することを目的とする。軽量定盤Ａは、上板１０、下板２０及び中間構造体３０とで構成される。中間構造体３０は、板材３１を２回毎に反対側に折り曲げてコ字状部分３２と逆コ字状部分３３が連続した折り曲げ板材３４を、コ字状部分３２又は逆コ字状部分３３が互いに反対側に位置するように平行に配置して形成される。隣接して配置された折り曲げ板材３４は、そのコ字状部分３２又は逆コ字状部分３３の接触面３５が固着されている。

Description

本発明は、精密天秤、光学機器あるいは計測機器などの精密機器類を載せるための軽量定盤に関するものである。

近年、計測技術の急速な進歩に伴い、半導体産業やナノテクノロジーの分野を始めとし、あらゆる製造現場における周囲環境の製造装置への影響が無視できない段階に達している。例えば、床を伝わってくる振動、周辺の装置の発生する振動、空気から伝播する音響などは、防振台や作業台上に設置された測定機器の分解能、データの再現性に問題を来すことが指摘されている。

そのような外乱のある中で上記精密機器の性能を発揮させるためには、これら精密機器類を搭載する軽量定盤に高防振性（防振モード）、高共振抑制性、耐高曲げモード、耐高ねじれモードを付与することが重要となる。そこで、特許文献１に記載のハニカム定盤は、上板と下板との間に設けられる中間構造体をハニカム構造体とし、振動による軽量定盤の変位の大きい箇所のハニカム空間内に粘弾性体を収納し、この粘弾性体にて振動エネルギーを消耗させることでこの問題を解消しようとした(特許文献１参照)。

特開２００５−１９５１５４号公報

ハニカム構造は、材料力学的に非常に優れた構造であるが、これをアルミニウムの押し出し成形品で構成しようとすると金型にコストがかかり大量生産しなければ採算は取れないという問題があるし、大型のものは出来ない。そこでコア部分を、例えば、鋼板材に一定間隔で切れ目を入れ、交差する鋼板材の反対側に切られた切れ目をこの切れ目に差し込んで組み合わせ、差し込み部を溶接で接合してハニカム構造を形成して行くような方法もあるが、この方法では少量生産に適用可能であるが非常に手間が掛かりコスト高になるという問題がある。その他、精密機器の載置台として使用する場合、上板に一定間隔で多数の雌ネジ孔を穿設して行かなければならないが、この雌ネジ孔加工は一つ一つを孔明け加工した後、タップ切り加工をしなければならず、この面でも相当なコスト高になるという問題があった。

本発明は、このような従来の問題を解決すべくなされたもので、必要な性能を十分確保しつつ出来る限り低コストで製造できる軽量定盤を開発することを目的とする。

請求項１に記載した発明は、荷重Ｗが設置される上板１０、床面５０に設置される下板２０及び上板１０と下板２０との間に設置される中間構造体３０とで構成された軽量定盤Ａであって、
中間構造体３０は、板材３１を２回毎に反対側に折り曲げてコ字状部分３２と逆コ字状部分３３が連続した折り曲げ板材３４を、コ字状部分３２又は逆コ字状部分３３が互いに反対側に位置するように平行に配置して形成されており、
隣接して配置された折り曲げ板材３４のコ字状部分３２又は逆コ字状部分３３の接触面３５が固着されている、ことを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の軽量定盤Ａにおいて、
上板１０が、上面板部１１、中間板部１２及び下面板部１３の３層構造で構成されており、上面板部１１には一定間隔で締結ネジ挿通孔１１ａが穿設され、下面板部１３には締結ネジ挿通孔１１ａに一致して係止孔１３ａが穿設されており、
中間板部１２は樹脂製で、中間板部１２の下面には係止孔１３ａに挿通される係止突起１２ａが突設され、且つ中間板部１２の上面から係止突起１２ａに至る雌ネジ孔１２ｂが穿設されており、
締結ネジ挿通孔１１ａから螺入された締結ネジ４０によって拡開されて係止孔１３ａの孔縁が係止突起１２ａの外周面に食い込んで係止されるように、雌ネジ孔１２ｂは締結ネジ４０より細く形成されている、ことを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、請求項１に記載の軽量定盤Ａにおいて、
上板１０が、上面板部１１、インサート下板部１４の２層構造で構成されており、
上面板部１１には一定間隔で締結ネジ挿通孔１１ａが穿設されており、
インサート下板部１４は樹脂製で、締結ネジ挿通孔１１ａに合わせて通孔１４ｂが穿設され、且つ、挿通孔１１ａから螺入された締結ネジ４０が螺合するナット部材１４ａが雌ネジ孔１２ｂに合致してインサートされている、ことを特徴とする。

請求項４に記載した発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の軽量定盤Ａにおいて、
荷重Ｗを受けた時に軽量定盤Ａが最も撓む、中間構造体３０の中央部分Ｔの空間Ｋにコア材３６が配設されている、ことを特徴とする。

請求項５に記載した発明は、請求項４に記載の軽量定盤Ａにおいて、
上板１０の下面に接触する粘弾性材３７がコア材３６に取り付けられている、ことを特徴とする。

本発明によれば、中間構造体３０が折り曲げ板材３４とそれらの接合（接着又は溶接）で構成されているので、中間構造体３０の製造は単なる板金作業で済み、非常に安価に軽量定盤Ａを製造することができる。しかもこの隣接して配置された折り曲げ板材３４は、互いに接触面３５で接着又は溶接などの方法で固着されているので、この固着部分の厚みは板厚の２倍となり、これにより中間構造体３０の機械的強度が大幅に向上する。

そして、鋼板製の従来の上板に直接、螺設されていた雌ネジ孔に代えて、射出成形のような方法で形成される樹脂製の中間板部１２に雌ネジ孔１２ｂを形成することができ、或いは同じく射出成形のような方法で既設のナット部材１４ａを樹脂製のインサート下板部１４にインサートすることができるので、雌ネジ孔加工を省略することができ、加工コストを大幅に削減することができる。しかも、上板１０の構成部材として樹脂板を採用しているため、この部分で伝達されてきた振動のある程度の部分を熱に変換吸収して内部減衰させることができる。

なお、軽量定盤Ａは、１次の固有周波数を可能な限り高い領域に追いやるほど性能が高いと評価される。固有周波数の計算式は分子に剛性を、分母に質量を持つため、剛性を高くするほど或いは質量を軽くするほど固有周波数は高くなるので、荷重Ｗを受けた時、最も大きく撓む中間構造体３０の中央部分Ｔの空間Ｋ内にブロック状のコア材３６を予め配置することにより、軽量定盤Ａの質量をほとんど増やすことなく剛性を高めることができ、軽量定盤Ａの固有周波数分を要求周波数まで高くすることができる。なお、コア材３６に、上板１０の下面に接触する粘弾性材３７を取り付けておけば、上板１０の伝わってきた振動を粘弾性材３７によって効果的に熱に変換することができ、高い防振性を得ることができる。

本発明の実施例１の平面図である。 図１の側面図である。 本発明に用いられる中間構造体の平面図である。 中間構造体を構成する折り曲げ板材の斜視図である。 本発明の実施例１の部分拡大断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は図５の組み立て手順の断面図である。 本発明の実施例２の部分拡大断面斜視図である。 コア材の斜視図である。

以下、本発明を図示実施例に従って説明する。軽量定盤Ａは、上板１０、下板２０及び上板１０と下板２０との間に設置される中間構造体３０、更には必要に応じて設けられる側面板２６とで構成される。

上板１０の実施例１は、図６に示すように、上面板部１１、中間板部１２及び下面板部１３の３層構造で構成されている。上面板部１１は鋼板製又は石板製で、その上面は要求される平面度、平面粗さに仕上げられている。鋼板製の場合は、一定間隔で縦横に締結ネジ挿通孔１１ａが穿設されている。

中間板部１２は、硬質の樹脂板製で、締結ネジ挿通孔１１ａに合わせてその下面に係止突起１２ａが突設されている。係止突起１２ａは先端部分が基部に比べてやや太く、後述する下面板部１３に穿設されている係止孔１３ａに挿通可能な直径となっている。そして、中間板部１２の上面から係止突起１２ａの先端に至る雌ネジ孔１２ｂが穿設されている。雌ネジ孔１２ｂは、締結ネジ挿通孔１１ａから螺入された締結ネジ４０によって拡開され、係止孔１３ａの孔縁が係止突起１２ａの基部の外周面に食い込んで係止されるように、雌ネジ孔１２ｂの内径の全体、或いは係止突起１２ａ部分の雌ネジ孔１２ｂの内径が締結ネジ４０の外形より若干細く形成されている。この雌ネジ孔１２ｂは最初から雌ねじが刻設されている必要がなく、単なる丸孔で、例えばタッピングねじのような締結ネジ４０をねじ込むことで、締結ネジ４０の雄ねじによって刻設するようにしてもよい。

下面板部１３は、係止突起１２ａが圧入にて貫通されて下面に突出する程度の単なる薄い鋼板で、締結ネジ挿通孔１１ａに合わせて一定間隔で縦横に係止孔１３ａが穿設されている。そして、これらは図６に示すように３層に積層され、接着固定される。

中間構造体３０は、複数の折り曲げ板材３４で構成されている。折り曲げ板材３４は、板材３１を２回毎に反対側に折り曲げてコ字状部分３２と逆コ字状部分３３が連続したジグザグ形状である。コ字状部分３２又は逆コ字状部分３３が互いに反対側に位置するようにしてこの折り曲げ板材３４を平行に配置し、隣接して配置された折り曲げ板材３４のコ字状部分３２又は逆コ字状部分３３の接触面３５を接着又は溶接により一体化する。この時、コ字状部分３２又は逆コ字状部分の接触面３５の長さは、接触面３５に直交する面と同じ長さとしてもよいし、いずれか一方をいずれか他方より長くすることも可能である。同じ長さの場合は中間構造体３０の平面形状は正方形の格子状となる。異なる長さの場合は長方形となる。接触面３５の長さを接触面３５に直交する面より長くすると、固着により二重となった接触面３５の部分が多くなり、剛性が高まる。また、折り曲げ板材３４の折り曲げ長さは、締結ネジ挿通孔１１ａに干渉しない長さが選定される。

コア材３６は必要に応じて使用されるもので、格子状の中間構造体３０の空間Ｋに収納される大きさに合わせて形成される。軽量定盤Ａの剛性を高めるものであるから、鋼製の板を折り曲げて４片で構成された四角の枠状、或いは６片で構成された中空の四角のボックス状に形成される。

また、粘弾性体３７も必要に応じて使用される。粘弾性体３７は例えばブチルゴムのような部材で、コア材３６の外周面に付着して設けられたり、或いはコア材３６に内蔵され、一部がコア材３６から露出するように設けられる。そして、この粘弾性体３７は上板１０の下面に接触するように取り付けられる。

そして、下板２０の上に中間構造体３０が設置され、両者の接触部分が接着され、強固に一体化される。続いて中間構造体３０上に一体化された上板１０が載置され、下面板部１３と中間構造体３０との接触部分が接着され、強固に一体化される。なお、中間構造体３０の周囲には例えば木製の側面板２６が取り付けられ、上板１０及び側面板２６を貫通して挿通された締結ボルト４５が下板２０に螺着され、全体が一体化される。

クリーンルームの床材として使用されるような場合に、載置される荷重Ｗの大きさが予め分かっており、軽量定盤Ａの強度を補強しておかなければならないような場合には、軽量定盤Ａが最も撓む場所、一般的には中央部分Ｔに必要数のコア材３６を中間構造体３０の四角形の空間Ｋにはめ込み、軽量定盤Ａの強度を高めるようにしておく。

また、軽量定盤Ａの外乱による振動を嫌う場合には、粘弾性体３７を装備したコア材３６を使用する。この時、粘弾性体３７が上板１０の下面に接触していることが好ましい。

このようにして構成された軽量定盤Ａは、前述のようにクリーンルームの床材として使用される。負荷Ｗの足６０は、図６に示すように締結ネジ４０によって上板１０に固着される。この時、前述のように締結ネジ４０は締結ネジ挿通孔１１ａを通って雌ネジ孔１２ｂにねじ込まれ、これを拡開して係止突起１２ａを係止孔１３ａに係合する。これにより負荷Ｗを上板１０に確実に固定できる。

軽量定盤Ａの実施例２は、図７に示すようなものでこの場合は、上板１０は上面板部１１と、インサート下板部１４の２層構造である。上面板部１１は実施例１と同様で、一定間隔で縦横に締結ネジ挿通孔１１ａが多数穿設されている。

インサート下板部１４は、樹脂製で上面板部１１の締結ネジ挿通孔１１ａに合わせて通孔１４ｂが穿設されており、通孔１４ｂにナット部材１４ａがインサートされている。図の実施例では、上面板部１１の締結ネジ挿通孔１１ａは実施例１に比べてその内径が大きく、インサート下板部１４の上面から突設された円筒部１４ｃが下から挿通されている。ナット部材１４ａのインサート位置は図の実施例に限られず、締結ネジ４０による締め付けが可能な位置でインサート成形が可能な位置であればどの部分でもよい。インサート下板部１４は上面板部１１に例えば接着或いはねじ止めのような手段で一体化される。それ以外の部分は実施例１と同様である。

Ａ：軽量定盤、Ｔ：中央部分、Ｋ：空間、Ｗ：荷重（負荷）、１０：上板、１１：上面板部、１１ａ：締結ネジ挿通孔、１２：中間板部、１２ａ：係止突起、１２ｂ：雌ネジ孔、１３：下面板部、１３ａ：係止孔、１４：インサート下板部、１４ａ：ナット部材、１４ｂ：通孔、１４ｃ：円筒部、２０：下板、２６：側面板、３０：中間構造体、３１：板材、３２：コ字状部分、３３：逆コ字状部分、３４：折り曲げ板材、３５：接触面、３６：コア材、３７：粘弾性材、４０：締結ネジ、４５：締結ボルト、５０：床面、６０：足。

Claims (4)

1. 荷重が設置される上板、床面に設置される下板及び上板と下板との間に設置される中間構造体とで構成された軽量定盤であって、
   中間構造体は、板材を２回毎に反対側に折り曲げてコ字状部分と逆コ字状部分が連続した折り曲げ板材を、コ字状部分又は逆コ字状部分が互いに反対側に位置するように平行に配置して形成されており、
   隣接して配置された折り曲げ板材のコ字状部分又は逆コ字状部分の接触面が固着され、
   上板が、上面板部、中間板部及び下面板部の三層構造で構成されており、上面板部には一定間隔で締結ネジ挿通孔が穿設され、下面板部には締結ネジ挿通孔に一致して係止孔が穿設されており、
   中間板部は樹脂製で、中間板部の下面には係止孔に挿通される係止突起が突設され、且つ中間板部の上面から係止突起に至る雌ネジ孔が穿設されており、
   締結ネジ挿通孔から螺入された締結ネジによって拡開されて係止孔の孔縁が係止突起の外周面に食い込んで係止されるように、雌ネジ孔は締結ネジより細く形成されていることを特徴とする軽量定盤。
2. 上板が、上面板部、インサート下板部の２層構造で構成されており、
   上面板部には一定間隔で締結ネジ挿通孔が穿設されており、
   インサート下板部は樹脂製で、締結ネジ挿通孔に合わせて通孔が穿設され、且つ、挿通孔から螺入された締結ネジが螺合するナット部材が雌ネジ孔に合致してインサートされていることを特徴とする請求項１に記載の軽量定盤。
3. 請求項１又は２に記載の軽量定盤において、荷重を受けた時に軽量定盤が最も撓む、中間構造体の中央部分の空間にコア材が配設されていることを特徴とする軽量定盤。
4. 請求項３に記載の軽量定盤において、上板１０の下面に接触する粘弾性材がコア材に取り付けられていることを特徴とする軽量定盤。

Images