特許 7113451 防振構造、計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-28

(45)【発行日】2022-08-05

(54)【発明の名称】防振構造、計測装置

(51)【国際特許分類】

   F16F 15/04 20060101AFI20220729BHJP

   F16F 7/00 20060101ALI20220729BHJP

   F16M 7/00 20060101ALI20220729BHJP

   G01D 11/30 20060101ALI20220729BHJP

【ＦＩ】

F16F15/04 F

F16F7/00 G

F16M7/00 C

G01D11/30 B

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2018122842

(22)【出願日】2018-06-28

(65)【公開番号】P2020003008

(43)【公開日】2020-01-09

【審査請求日】2021-06-16

(73)【特許権者】

【識別番号】511018321

【氏名又は名称】株式会社ユニロック

(73)【特許権者】

【識別番号】000196587

【氏名又は名称】西日本旅客鉄道株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100096091

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 誠一

(72)【発明者】

【氏名】江本 茂夫

(72)【発明者】

【氏名】御▲崎▼ 哲一

(72)【発明者】

【氏名】高山 宜久

(72)【発明者】

【氏名】曽我 寿孝

【審査官】杉山 豊博

(56)【参考文献】

【文献】特表２００１－５００２３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３２８４４２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００９／０８４１９９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０３－０３３５３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６０－１３９９３７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００６－１６２０３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１７２０１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１６３４２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｆ １５／０４

Ｆ１６Ｆ ７／００

Ｆ１６Ｍ ７／００

Ｇ０１Ｄ １１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

防振構造であって、
本体と、
前記本体に設けられるフレームと、
前記フレームに弾性部材を介して吊り下げられ、機器が搭載される定盤と、
前記定盤の外側面に設けられる防振材と、
を具備し、
前記防振材は、帯状であり、張力が付与された状態で配置され、前記定盤のそれぞれの側面において、各側面と対向する前記本体の固定部に前記防振材の両端部近傍が接合され、前記防振材の略中央が前記定盤の側面と接合されることを特徴とする防振構造。

【請求項2】

前記定盤の各側面および下面に、前記本体側の対向面との間に隙間をあけて、ストッパが配置され、
前記ストッパの端面には、緩衝部材が設けられることを特徴とする請求項１記載の防振構造。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の防振構造を具備し、
前記定盤の上方に測定機器が搭載され、
前記本体の下部に走行装置が設けられることを特徴とする計測装置。

【請求項4】

前記本体の幅方向の断面において、前記本体の上面が円弧状の凹形状であることを特徴とする請求項３記載の計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば高精度な光学系の計測器等を搭載することが可能な防振構造等に関するものである。

【背景技術】

【0002】

トンネルなどのコンクリート構造体の検査方法として、検査対象部の固有振動数を計測することで、検査対象部の健全度を評価する方法が提案されている。この際、検査対象部に振動を加える方法として、例えば、レーザー、超音波、電磁波、光音響等を用い、検査対象部の内部欠陥を非接触で検査を行う検査方法がある（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００５－１４７８１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のような非接触による振動測定方法によれば、効率良くコンクリート構造体の健全度を測定することができる。しかしながら、このような非接触による検査対象部の振動測定においては、検査対象部のわずかな振動を検出する必要があるため、周囲からのノイズの影響が極めて大きい。

【0005】

このため、精度よく検査対象部の振動測定を行うためには、防振構造が必要となる。このような、防振構造としては、各種の構造が提案されているが、簡易な構造としては、弾性部材を介して防振対象物を吊り下げる方法がある。例えば、車両本体からバネによって光学計測装置を吊り下げた防振構造がある。

【0006】

しかし、吊り下げバネのみでは、減衰機構を有さないため、例えば車両が揺れることにより共振を起こし、車体内で光学装置と車両がぶつかり合うなどによって、光学装置が破壊するおそれがある。しかし、複雑な減衰機構や高価な制震装置を用いたのでは、コスト増となる。

【0007】

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、簡易な構造であり、周囲の振動の影響を低減することが可能な防振構造等を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前述した目的を達成するため、第１の発明は、防振構造であって、本体と、前記本体に設けられるフレームと、前記フレームに弾性部材を介して吊り下げられ、機器が搭載される定盤と、前記定盤の外側面に設けられる防振材と、を具備し、前記防振材は、帯状であり、張力が付与された状態で配置され、前記定盤のそれぞれの側面において、各側面と対向する前記本体の固定部に前記防振材の両端部近傍が接合され、前記防振材の略中央が前記定盤の側面と接合されることを特徴とする防振構造である。

【0009】

前記定盤の各側面および下面に、前記本体側の対向面との間に隙間をあけて、ストッパが配置され、前記ストッパの端面には、緩衝部材が設けられることが望ましい。

【0010】

第１の発明によれば、本体のフレームに弾性部材を介して定盤が吊り下げられるため、振り子の原理やばねの原理によって、効率よく水平方向および鉛直方向の揺れを低周波数にすることができる。また、略Ｖ字状の帯状の防振材が、定盤の各側面と本体との間に接合されるため、上下左右の揺れに対して減衰力を発揮させることができる。

【0011】

また、定盤の各側面および下面に、本体側の対向面との間に隙間をあけて、緩衝部材が設けられるストッパが配置されるため、大きな変位に対して、ショックアブソーバーとして機能させることができる。

【0012】

第２の発明は、第１の発明にかかる防振構造を具備し、前記定盤の上方に測定機器が搭載され、前記本体の下部に走行装置が設けられることを特徴とする計測装置である。

【0013】

前記本体の幅方向の断面において、前記本体の上面が円弧状の凹形状であってもよい。

【0014】

第２の発明によれば、本体の下部の走行装置からの振動が、定盤に搭載される計測機器に伝わることを防止することができる。このため、計測機器の破損やねじなどの緩みに伴う光軸ずれなどを防止することができる。

【0015】

また、本体の上面を円弧状の凹形状とすることで、軌道にカントと呼ばれる傾きが形成される場合であっても、定盤と本体との干渉を避けることができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、簡易な構造であり、周囲の振動の影響を低減することが可能な防振構造等を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】防振構造１を示す概略平面図。

【図2】防振構造１を示す概略側面図。

【図3】図１のＡ－Ａ線断面図。

【図4】図３のＢ部拡大図。

【図5】図３のＣ部拡大図。

【図6】防振構造１を示す概略断面図。

【図7】計測装置３０を示す概略断面図。

【図8】防振構造１の効果を示す図。

【図9】防振構造１の効果を示す図。

【図10】防振構造１の効果を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、防振構造１を示す概略平面図であり、図２は概略側面図である。防振構造１は、主に、本体３、定盤５、フレーム７、弾性部材１１、防振材１３ａ、１３ｂ等から構成される。

【0019】

図１に示すように、本体３は、例えば平面視が略長方形であり、本体３の互いに対向する短辺側の端部近傍には、それぞれフレーム７が設けられる。フレーム７は、略コの字状であり、両側の脚部と、脚部にまたがる梁部とを有する。本体３とフレーム７は、鋼製であり、所定の剛性を有する。なお、本体３およびフレーム７の形状は図示した例には限られない。

【0020】

図２に示すように、フレーム７の梁部の下方には複数の弾性部材１１が吊り下げられる。弾性部材１１は、例えばコイルばねである。弾性部材１１の下端は、定盤５に接続される。すなわち、定盤５は、複数の弾性部材１１によって、フレーム７に吊り下げられる。この際、定盤５の下面と本体３の上面との間には隙間が形成される。

【0021】

また、定盤５の角部にはフレーム７との干渉を避ける切欠きが設けられ、定盤５の長辺側の側面５ｂ（切欠き部の側面）とフレーム７との間にも隙間が形成される。したがって、定盤５と本体３およびフレーム７とは直接接触しない。なお、定盤５はいわゆる光学定盤であり、上部に光学系の計測機器を搭載可能である。

【0022】

定盤５の外側面には、防振材１３ａ、１３ｂが配置される。防振材１３ａは、定盤５の短辺側の側面５ａの両端部近傍にそれぞれ設けられ、防振材１３ｂは、定盤５の長辺側の側面５ｂの端部近傍にそれぞれ設けられる。すなわち、防振材１３ａ、１３ｂは、定盤５の四隅近傍に計８カ所に設けられる。防振材１３ａ、１３ｂは、帯状の弾性体であり、例えば樹脂製である。

【0023】

図２に示すように、フレーム７の外面（本体３の短辺側の側面）には、フレーム７の両側の脚部にわたって一対の固定部１９が固定される。一対の固定部１９は、上下に離間して配置される。

【0024】

図３は、図１のＡ－Ａ線断面図であり、図４は、図３のＢ部拡大図である。図４に示すように、防振材１３ａの両端部は、上下の一対の固定部１９に接合される。また、防振材１３ａの中央部近傍が、定盤５の短辺側の側面５ａに接合される。すなわち、防振材１３ａは、略Ｖ字状にそれぞれの部位に固定される。なお、防振材１３ａには、それぞれの固定部間において所定の張力が付与される。

【0025】

同様に、防振材１３ｂの両端部は、フレーム７の内側面（固定部）に接合される。また、防振材１３ｂの中央部近傍が、定盤５の長辺側の側面５ｂ（切欠き部の側面）に接合される。すなわち、防振材１３ｂも、略Ｖ字状にそれぞれの部位に固定され、それぞれの固定部間において所定の張力が付与される。

【0026】

図１および図２に示すように、本体３の短辺側の端部近傍には、壁部１７が起立する。図示した例では、それぞれの辺に２カ所ずつ壁部１７が設けられる。また、定盤５の側面５ａにおける壁部１７との対向部には、それぞれストッパ１５ａが設けられる。なお、ストッパ１５ａの先端と壁部１７との間には所定の隙間が形成される。

【0027】

同様に、本体３の長辺側の端部近傍には、壁部１７が起立する。図示した例では、それぞれの辺に２カ所ずつ壁部１７が設けられる。また、定盤５の側面５ｂにおける壁部１７との対向部には、それぞれストッパ１５ｂが設けられる。また、ストッパ１５ｂの先端と壁部１７との間には所定の隙間が形成される。

【0028】

また、図３に示すように、定盤５の下面５ｃには、複数のストッパ１５ｃが設けられる。ストッパ１５ｃの先端と本体３との間には所定の隙間が形成される。すなわち、定盤５の各側面５ａ、５ｂおよび下面５ｃに、本体３側の各対向面との間に隙間をあけて、それぞれストッパ１５ａ、１５ｂ、１５ｃが配置される。

【0029】

図５は、図３のＣ部拡大図である。ストッパ１５ｃは、主に弾性部材２３と緩衝部材２１から構成される。定盤５との接続部側にはコイルばねからなる弾性部材２３が配置され、弾性部材２３の先端には緩衝部材２１が設けられる。すなわち、ストッパ１５ｃの端面には、緩衝部材２１が設けられる。緩衝部材２１は、例えば樹脂製である。ストッパ１５ｃは、弾性部材２３と緩衝部材２１によって、ショックアブソーバーとしての機能を発揮する。

【0030】

なお、ストッパ１５ａ、１５ｂもストッパ１５ｃと同様の構成である。すなわち、定盤５との接続部側にはコイルばねからなる弾性部材２３が配置され、弾性部材２３の先端には緩衝部材２１が設けられる。

【0031】

次に、防振構造１の機能について説明する。定盤５は、本体３に対して弾性部材１１により吊り下げられた吊り下げ構造となる。このため、本体３の振動に対して、振り子の原理で水平方向の定盤５の揺れを低周波数にすることができる。また、同様に、本体３の振動に対して、バネの効果で鉛直方向の定盤５の揺れを低周波数にすることができる。

【0032】

また、Ｖ字状に張力が付された防振材１３ａ、１３ｂによって、定盤５は、各側面５ａ、５ｂにおいてそれぞれ斜め方向に力が加わる。したがって、定盤５は、水平方向および鉛直方向の成分の力で釣り合った状態で維持される。この状態から定盤５が振動すると、それぞれの防振材１３ａ、１３ｂによって減衰力が働く。このため、弾性部材１１とともに、本体３の振動が定盤５に伝達することを抑制することができる。

【0033】

ここで、定盤５に大きな変位が生じると、防振材１３ａ、１３ｂが破損するか、または、定盤５が本体３やフレーム７に接触して定盤５に大きな衝撃が付与されるおそれがある。しかし、定盤５の各側面５ａ、５ｂおよび下面５ｃには、ストッパ１５ａ、１５ｂ、１５ｃが配置されるため、定盤５に大きな変位が生じた際には、ストッパ１５ａ、１５ｂ、１５ｃが本体３（壁部１７）と接触して、衝撃を吸収することができる。したがって、定盤５への衝撃を緩和することができる。

【0034】

なお、図６に示すように、本体３の幅方向（進行方向に対して垂直な方向）の断面に、本体３の上面を円弧状の凹形状としてもよい。防振構造１は、後述するように軌道上を走行する場合があるが、軌道にはカントと呼ばれる傾きが形成される場合がある。この場合でも、防振構造１は、吊り下げ式であるため、定盤５は概ね水平を保つことができる。この際、凹形状とすることで、定盤５と本体３との干渉を避けることができる。

【0035】

次に、防振構造１を用いた計測装置について説明する。図７は、計測装置３０を示す断面図（図３に対応）である。計測装置３０は、防振構造１の本体３の下部に、走行装置３３が設けられる。計測装置３０は、走行装置３３によって、地面や軌道上を走行可能である。なお、走行装置３３は、必ずしも動力源を有していなくてもよく、他の車両の牽引によって走行してもよい。

【0036】

定盤５の上方には、計測機器３５が設けられる。計測機器３５は、例えば、レーザー、超音波、電磁波等を検査対象の表面に発信（発振）するとともに、反射したレーザー、超音波、電磁波等を受信（受振）して、検査対象の内部欠陥を検出することが可能である。例えば、トンネル内の中央通路に計測装置３０を走行させて、トンネルのコンクリート壁の内部欠陥を検出することができる。このような計測機器３５としては、例えば特許文献１に記載の方法を適用可能である。

【0037】

防振構造１は、本体３の走行時の振動や、駆動源等による振動が定盤５に伝達されることを抑制することができる。ここで、例えば、計測装置３０をトンネル内で使用する場合には、振動成分は４Ｈｚ以下の低周波数成分であり振動量は小さい。したがって計測時の外乱振動はほとんどない。この場合、防振構造１は、車両の走行時における、本体３と中央通路壁面との衝撃等による高周波数振動を抑えることができる。このように、高周波数振動を抑制することで、ネジの緩みなどを抑制することができる。この結果、計測機器３５の光学回路等の光路ズレを防ぐことができる。

【0038】

以上説明したように、本発明実施形態による防振構造１は、吊り下げ式の制震構造において、防振材１３ａ、１３ｂによって、効率よく振動の伝達を抑制することができる。このため、複雑な構造の制振装置などが不要であり、極めて簡易な構造で効率よく振動を抑制することができる。

【0039】

また、ストッパ１５ａ、１５ｂ、１５ｃによって、大変位における定盤５への衝撃等を抑制することができる。なお、大変位が生じない場合には、ストッパ１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、必ずしも必要ではない。

【0040】

また、このような防振構造１を用いた計測装置３０によって、例えば、トンネル内の欠陥を精度よく測定することができる。

【実施例】

【0041】

本発明にかかる防振構造について、その効果を評価した。図８は、吊り下げ式の防振構造において、防振材１３ａ、１３ｂの有無による防振効果の差を評価したものである。図中Ｌは、防振材なしの水平方向の振動を示し、図中Ｍは、防振材なしの鉛直方向の振動を示す。また、図中Ｎは、防振材１３ａ、１３ｂを配置した水平方向の振動を示し、図中Ｏは、防振材１３ａ、１３ｂを配置した鉛直方向の振動を示す。

【0042】

吊り下げバネ（弾性部材１１）のみの場合では、固有振動数が低周波数になり除振効果が上がるが、共振倍率が高いため、計測装置３０の走行時の定盤５上の揺れが大きくなる。また、防振材がないと、揺れは単純な並進運動にならず、多くの振動モードが発生する。

【0043】

これに対して、防振材１３ａ、１３ｂを配置することで、この揺れを抑制すると共に、防振材１３ａ、１３ｂが定盤５の４隅近傍に８箇所設けられているため、定盤５の回転モードが抑制され、単一のモードに集約される。したがって、定盤５上の計測機器３５への影響を抑制することができる。

【0044】

次に、計測装置３０を走行させた際の防振構造１について、鉛直方向の防振効果を評価した。計測装置３０をアスファルト製の直線コースを走行させ、その際の本体３の鉛直方向の振動と、定盤５の鉛直方向の振動を加速度センサによって検出した。センサ感度は、３ｍ／ｓ^２＝１Ｖとした。

【0045】

図９（ａ）は、各部の鉛直方向の振動の測定結果である。図９（ａ）の上段（図中Ｄ）は、本体３の下部における振動の測定結果を示し、図９（ａ）の中段（図中Ｅ）は、フレーム７上部における振動の測定結果を示し、図９（ａ）の下段（図中Ｆ）は、定盤５の上部の振動の測定結果を示す。

【0046】

本体３の下部の振動（図中Ｄ）に比べて、定盤５を吊り下げているバネ上（フレーム７）の振動（図中Ｅ）が大きいのは、本体３の傾きなどが働いたためである。これに対して、フレーム７に吊り下げられた定盤５の振動（図中Ｆ）では、特に、本体３の下部および上部に発生していた小刻みな振動が抑制された。すなわち、高い周波数の振動に対して、振動抑制効果が得られた。

【0047】

図９（ｂ）は、本体３の下部の振動に対する定盤５の上部の振動の比率から計算された振動伝達率を示す図であり、横軸は周波数である。図より、約５～６Ｈｚ（図中Ｇ）に共振周波数が見られるが、高周波数になればなるほど防振効果が向上していることが分かる。すなわち、定盤５上の計測機器３５におけるネジの緩みやレンズのずれなどの要因となる、振動の高周波成分を効率よく抑制することができた。

【0048】

同様に、計測装置３０を走行させた際の防振構造１について、水平方向の防振効果を評価した。計測装置３０を草地に走行させた際の、本体３の水平方向の振動と、定盤５の水平方向の振動を加速度センサによって検出した。センサ感度は、３ｍ／ｓ^２＝１Ｖとした。

【0049】

図１０（ａ）は、各部の水平方向の振動の測定結果である。図１０（ａ）の上段（図中Ｈ）は、本体３の下部における振動の測定結果を示し、図１０（ａ）の中段（図中Ｉ）は、フレーム７上部における振動の測定結果を示し、図１０（ａ）の下段（図中Ｊ）は、定盤５の上部の振動の測定結果を示す。

【0050】

鉛直方向の振動と同様に、本体３の下部の振動および、定盤５を吊り下げているバネ上（フレーム７）の振動に対して、小刻みな高い周波数の振動が抑制された。すなわち、水平方向に対しても、高い周波数の振動に対して、振動抑制効果が得られた。

【0051】

図１０（ｂ）は、本体３の下部の振動に対する定盤５の上部の振動の比率から計算された振動伝達率を示す図であり、横軸は周波数である。図より、約３Ｈｚ（図中Ｋ）に共振周波数が見られるが、共振倍率は小さく、５Ｈｚ以上の振動が防振されていることが分かる。すなわち、水平方向に対しても、定盤５上の計測機器３５におけるネジの緩みやレンズのずれなどの要因となる、振動の高周波成分を効率よく抑制することができた。このように、走行試験においても、防振構造１によって、定盤５上の計測機器３５への影響を抑制することが可能であるという効果を確認することができた。

【0052】

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【符号の説明】

【0053】

１………防振構造
３………本体
５………定盤
５ａ、５ｂ………側面
５ｃ………下面
７………フレーム
１１………弾性部材
１３ａ、１３ｂ………防振材
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ………ストッパ
１７………壁部
１９………固定部
２１………緩衝部材
２３………弾性部材
３０………計測装置
３３………走行装置
３５………計測機器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】