JPH0396499A

JPH0396499A - 試料保護方法及びその装置

Info

Publication number: JPH0396499A
Application number: JP23493089A
Authority: JP
Inventors: Jun Inagaki; 純稲垣; Sumiyasu Shimizu; 清水　純康
Original assignee: NEC Ameniplantex Ltd
Current assignee: NEC Ameniplantex Ltd
Priority date: 1989-09-11
Filing date: 1989-09-11
Publication date: 1991-04-22
Anticipated expiration: 2017-02-12
Also published as: JP3256700B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は航空機，ロケット，スペースシャトル，人工衛
星などの無人宇宙飛翔体，宇宙ステーションなどの飛行
体による弾道飛行中の無重力環境あるいは軌道上で行う
宇宙実験において、飛行体又は走行体の発射，発進時，
離陸及び帰還時あるいは停止時の激しい振動，衝撃から
飛行体又は走行体に搭載した試料を有効に保護する方法
と、この方法に用いる保護装置に関する。

〔従来の技術〕

航空機あるいはロケットの弾道卯飛行を利用した無重力
環境や軌道上での宇宙模擬環境を利用して種々の新しい
科学実験が行われるようになってきた。ところで、航空
機，ロケット，スペースシャトル，人工衛星などの無人
宇宙飛翔体，宇宙ステーションのような高速の飛行体で
はその発射時，帰還時に強大な衝撃，振動を生じ、これ
ら強大な衝撃や振動を受ける環境の下では例えば生物試
料では正常な生存が阻害されることがある。これは生物
試料に限るものではない。装置，機器類にあっては破損
，故障を生ずるおそれがある。

従来、上述のような環境の下で使用される試料を保護す
る方法として弾性体を用い、第３図に示すように防振し
たい周波数域の１／ｖ’丁以下に防振機構系の基本振動
周波数を下げ、防振したい周波数域を防振領域に移行さ
せることが行われてきた。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、このような方法によるときには低い周波
数に対応させようとすると、基本振動周波数を極端に低
く設定することになるため、防振機構のバネ定数が非常
に小さくなり、弾性体による支持が困難となり、また、
系の振幅が大きくなるため、防振機構の収納空間を大き
く確保しなければならないため、試料保護装置の大型化
は避けられないといった欠点がある。

本発明の目的は航空機，ロケットあるいはスペースシャ
トル内のような限られたスペースへの積載を可能ならし
め、しかも、発射時，帰還時に生ずる激しい衝撃，振動
から試料を有効に保護しつる方法及びこの方法に使用す
る装置を提供することにある。

【問題点を解決するための手段〕

上記目的を達威するため、本発明による試料保護方法に
おいては、試料収納部を３軸方向に支持する防振機構の
共振周波数を、防振すべき試料にいずれも有害な比較的
低い周波数のピーク値とさらに低い周波数値との中間の
値に設定するとともに前記防振機構にさらに粘弾性体に
よるダンピングを付与して前記試料に有害な振動を減衰
させるものである。

また、上記方法を実現する好ましい試料保護装置におい
ては、試料容器を格納する内枠と、該内枠を内装する外
枠と、弾性体及び粘弾性体の組合せからなり、前記内枠
を外枠内に３軸方向に個別に保持させる複合防振機構と
、外枠の一部を着脱し、一軸の複合防振機構を介して取
付けられた内枠の蓋部を開放する脱着機構とを有するも
のである。

〔原理・作用］一般に航空機，ロケット，スペースシャトルなどの発射
，離陸又は着陸時に生ずる振動は種々の正弦波振動が重
ね合わされたものと考えられる。

これら飛行体に生物試料を搭載したときに、その生物試
料の生存は比較的低い周波数域（１０〜３０Ｈｚ付近）
での正弦波に鋭敏に左右される可能性が高いことが知ら
れている。また、これらの正弦波振動は通常ジェットあ
るいはロケットエンジンの振動などによる特性的なピー
クが存在し、各々のピークが分離していることが知られ
ている。

本発明においては、主としてこのような比較的低い周波
数域の正弦波振動の防振をしようとするもので、防振す
べき試料に有害な、比較的低い周波数のピークと、別に
設定したさらに低い周波数値との中間の周波数に防振機
構の弾性体の共振周波数（ｆ．）を設定し、また、粘弾
性体による適正なダンピングを付与し、試料にとって有
害な振動を減衰させるものである。本発明において、複
合防振機構は上記条件を満たす弾性体と粘弾性体との組
合せを意味する。

第４図はあるロケットの発射時の振動の加速度と周波数
との関係、第５図は本発明による複合防振機構の伝達率
と周波数との関係、第６図はある生物試料の生存領域を
示している。

このロケットの発射時の振動加速度中、第４図に示すよ
うに５Ｈｚ付近の特性的なＩＧの振動加速度は本発明で
は第５図のように２倍に増幅され、その値は２Ｇになる
が、第６図に示すように生物試料の生存限界は５Ｈｚで
約３Ｇであるため、このロケットによる５Ｈｚの下で生
ずる振動加速度は生物試料の生存の許容値以下に収める
ことができる。

さらに第４図において、１５Ｈｚ付近のロケット発射時
の３Ｇ程度の振動加速度は本発明によれば１／３に減衰
されて１Ｇになるため、同様に１５Ｈｚでの生物試料の
生存限界を下まわっている。

このように本発明によれば、試料にとって有害な振動の
谷間に防振機構の共振周波数を設定し、これに粘弾性体
による適正なダンピングを付与することにより共振点で
の振動加速度の増幅を低減し、生物試料を含めて試料に
有害とされる振動の影響を制限することができる。

第７図に粘弾性体の付与量と振動伝達率との関係を示す
。図に明らかなとおり、粘弾性体の付与量に比例してダ
ンピングの値（％）が増大し、共振周波数（ｆ．）での
伝達率を大きく減衰できることが分かる。本発明におい
て、防振機構に用いる弾性体には、炭素鋼，合金鋼（ス
テンレス鋼など）、黄銅，洋白，りん素銅，ベリリウム
鋼などによるコイルばね，板ばね，ねじりばねなどフッ
クの法則にしたがう単体，組立体を使用できる。弾性体
のばね定数は、そのばね力をもって、構造物を支持する
のに充分な大きさをもつものとする。

粘弾性体はある種の高分子物質にみられる弾性と粘性と
が組合さった性質を有するものであり、ばね定数ｋｄは
複素数でｋｄ＝ｋｄ，　＋ｉｋｄ，　（ｋｇｆ／ｃｍ）　　　　
　・＝（１）とあらわせる。

ここでｋｄ，は貯蔵ばね定数とよばれ、粘弾性体のばね
力に関係する項、ｋｄ，は損失ばね定数とよばれ減衰力
に関係する項である。粘弾性体の減衰性を評価する数値
としては一般に［ｔａｎδ］　＝　ｋｄ，　／ｋｄが用
いられる。

粘弾性体は一定応力に対してはクリープを示し、クリー
プが進行すればするほど貯蔵ばね定数ｋｄが増加し、損
失ばね定数ｋｃ！，が低下する。また、振動を加えると
、ばね定数ｋｄ，や滅衰性［ｔａｎδ］が周波数に関係
するなどの特性を有している。

したがって粘弾性体単体だけで構造物を支持すると荷重
応力，加振周波数により固有振動数が大きく、減衰性が
小さくなり、防振の機能を果たさない。

一方、粘弾性体に加えた外力を急に除くと弾性余効現象
が現われる。また変形を一定に保っておくと応力が時間
とともに減少する応力緩和現象があらわれる。

弾性体と粘弾性体を並列に組合せた場合、弾性体のばね
定数（滅衰性は小さいものとして無視する）をｋｃとす
れば、組合せた複合機構のばね定数は（１）よりｋ＝ｋ
ｃ，　＋ｋｄ＝ｋｃ．　＋ｋｄ，　＋　ｉｋｄ．　（ｋ
ｇｆ／ｃｍ）弾性力に関係する貯蔵ばね定数はｋ，　＝ｋｃ，　＋ｋｄ，　（ｋｇｆ／ｃｍ）であるか
ら防振機構の固有振動数ｆ。（Ｈｚ）は防振支持する機
械の重量をＭ　（ｋｇ）とするとｆ。・±Ｉ１１１（Ｈ７）　　　　・・・（２）２π　
　　Ｍ装置の減衰性を示す［ｔａｎδ］は［ｔａｎδ］一一］虹−　　　　　　　・・・（３）ｋ
ｃ，　＋ｋｄ，となる。弾性体のばね定数ｋｃ，は構造物を支持するの
に充分な大きさを選択し、粘弾性体のばね定数は防振機
構に要求される固有振動数■式や減衰性の大きさ■式よ
り決定される。

粘弾性体の材料としてはエポキシ，ウレタン樹脂，ポリ
エステル等の熱硬化樹脂，スチレン，ブタジエン，エチ
レン，プロピレンなどの熱可辺性樹脂，ボリブタジエン
などの各種ゴム，シリコン樹脂あるいはそのゲルがあり
、その固形体を用いるが、温度条件，設置条件に適した
材料及び形状を選択する（特願昭６１−１７２３９０号
参照）。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を図によって説明する。

第１図は本発明装置の基本的構成を示す図である。

図において、本発明装置は試料容器ｌを格納する内枠２
と、該内枠２を収納する外枠３と、前記内枠２を外枠３
内に３軸方向に個別に保持させる複合防振機構４との組
合せからなっているものである。

内枠２は要するに試料５をスポンジ６などを介装して緩
衝的に装てんする試料容器ｌの格納用箱体であり、上蓋
開閉式の箱を使用するのが好ましい。

外枠３は前記複合防振機構４を取付けて前記内枠２の上
下面及び各側面を個別に支持できる構造のものであれば
必ずしも箱型であることを要しない。複合防振機構４は
弾性体７と粘弾性体８との組合せからなるものである。

実施例においては、コイルばねによる弾性体７と柱状の
粘弾性体８とを交互に配列して内枠２と外枠３との間の
各面間に１列又は２列に取付けた例を示している。

具体例を第２図に示す。本実施例では外枠３を上部枠３
ａと下部枠３ｂとに２分割し、また内枠２を蓋板２ａと
内箱２ｂとに２分割して内箱２ｂの四周面及び底面をそ
れぞれ複合防振機構４で支えて下部枠３ｂ内に設置する
とともに蓋板２ａを複合防振機構４で上部枠３ａの下面
に吊下げて取付けたものである。

なお、上部枠３ａには下部枠３ｂに固定するクランプ９
を取付け、蓋板２ａには内箱２ｂに結合するクランプ１
０をそれぞれ取付けている。

本実施例によれば、内箱２ｂ内に試料容器１を格納し、
上部枠３ａを下部枠３ｂに重ねて各々のクランプ１０を
内箱２ｂに結合すれば、内箱２ｂは蓋板２ａで施蓋され
、試料容器１は３軸方向に配された複合防振機構４によ
って外枠３内に安定に保持されることになる。試料容器
１を脱着する際にはクランプ９及びｌＯを取外し、上部
枠３ａと下部枠３ｂとを上下に分離することにより試料
容器１を簡単に迅速に取外すことができる。また、生物
試料を搭載する場合のように酸素，外気の供給が必要な
ときには試料容器の外板と内枠の内箱に通気孔を開口す
ればよい。

勿論、試料容器内には生物試料を収納する場合に限らず
、各種実験器具を収納することもできる。

例えば、試料容器内に加速度センサーを格納してこれを
本発明装置に搭載し、前記飛行体又は高速走行体の発進
から停止に到る加速度の変化を測定，記録すれば、本発
明装置を用いた場合に試料に加えられる全工程の加速度
の履歴を知ることができ、そのデータの集積により各種
試料についての実験の信頼性を高めることができる。

以上実施例において、３軸方向の複合防振機構に用いた
弾性体及び粘弾性体の組合せ並びに各々のばね常数やダ
ンピングを各方向について異ならせることにより、３軸
方向の各方向毎に異なる振動環境にも対応できる。

［発明の効果］以上のように本発明によるときには弾性体と粘弾性体と
の組合せによる複合防振機構の特性を有効に利用して防
振機構の過小なばね常数の弾性体を用いることなく、試
料容器を安定に支持し、しかも、加振時の系の振幅が過
大となることがないため、小型化が可能となり、航空機
，ロケット，スペースシャトルなどの限られた空間内に
無理なく搭載できる効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の基本的構成を示す略示図、第２図
は本発明装置の一実施例を示す分解斜視図、第３図は防
振機構の振動周波数と伝達率との関係を示す図、第４図
はロケット発射時の加速度と周波数との関係を示す図、
第５図は本発明による複合防振機構の周波数と振動伝達
率との関係を示す図、第６図は振動周波数に対するある
生物試料の生存領域を示す図、第７図は粘弾性体の付与
量と振動伝達率との関係を示す図である。１・・・試料容器　　　　　２・・・内枠２ａ・・・蓋
板　　　　　　　２ｂ・・・内箱３・・・外枠　　　　
　　　３ａ・・・上部枠３ｂ・・・下部枠　　　　　　
４・・・複合防振機構５・・・試料　　　　　　　７・
・・弾性体８　・粘弾性体　　　　　９，ｌＯ・・・ク
ランブ第１　図第２図第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）試料収納部を３軸方向に支持する防振機構の共振
周波数を、防振すべき試料にいずれも有害な比較的低い
周波数のピーク値とさらに低い周波数値との中間の値に
設定するとともに前記防振機構にさらに粘弾性体による
ダンピングを付与して前記試料に有害な振動を減衰させ
ることを特徴とする試料保護方法。
（２）試料容器を格納する内枠と、該内枠を内装する外
枠と、弾性体及び粘弾性体の組合せからなり、前記内枠
を外枠内に３軸方向に個別に保持させる複合防振機構と
、外枠の一部を着脱し、一軸の複合防振機構を介して取
付けられた内枠の蓋部を開放する脱着機構とを有するこ
とを特徴とする試料保護装置。