セミナー「回転軸運動の力学と動力費削減技術(特許)」

セミナー概要

回転駆振動問題は自動車の駆動系、電動機の主軸、動力伝達の歯車、プーリーなどでエネルギー損失、位置決め精度問題、騒音、安全性など現代の産業界での永遠の課題です。回転軸振動の運動をスポーツ・格闘技の力学を二―トン力学で解説し特許技術の軸ブレ低下の原理を解説します。

特徴

周波数領域での検討は振動の力学的挙動がブラックボックスとなりやすいですが、本セミナーでは高校物理で学ぶニュートン力学での思考実験で理解を深めます。原理を理解した上でものづくり企業での設備や製品に応用し動力費削減、製品加工精度向上、騒音防止などを目的に特許ライセンスを含む共同開発の機会が得られます。

 

セミナーの特徴

回転軸運動方程式とシミュレーションで理解する

振動とは反復する変位の変動であり、変位は速度により速度は加速度により加速度は力によって生じます。つまり回転軸の振動の元は偏心による遠心力と摩擦や衝突による回転抵抗である力であることを理解します。

変位に比例して元に戻そうとする弾性力、速度に比例して動きを抑える粘性力、作用する力に対してその場に留まる慣性力が釣りあう作用反作用の方程式が運動方程式です。

基準条件に対して弾性係数、粘性係数、質量(慣性モーメント)のパラメーターの変化が振動の大きさに与える影響をシミレーションしました。

様々な軸ブレ抑制装置試作品に対してボール盤や研磨盤での実験データの分析で実証します。

 

特許取得

一般的には機械振動制御の従来特許は周波数領域で共振しない自律振動周波数(固有振動)を回避するのがほとんどです。運動の原理をニュートン力学までさかのぼり原理を解明し、独自の構造で特許取得しました。構造が似ているということで10件以上の先行特許を特許庁から指摘されましたが、それぞれの作用原理と構造の違いや実験結果を提示して1年以上かけて特許に至りました。

原理

ニュートンのゆりかごという玩具をご覧ください。両端の球が衝突しても中の球が動かないのは何故か?ぶつかった衝撃力に対して反対側の球が作用反作用の同じ大きさで逆方向の力が作用していることによります。これと同じ原理で転がり抵抗を相殺する画期的な発明と言えます。

回転軸振動制御技術で従来あるのはダイナミックダンパー(遠心振子)で外力と共振しないようにすることとバランサーによって回転中心と重心(慣性モーメント線)が離れる偏心を抑え遠心力を相殺する技術です。しかしバランサーはアイドル運転では有効ですが回転抵抗のある実運転では無効です。ジャイロも慣性力を利用する重要な技術ですが、それに加えて外力である回転抵抗そのものを抑える技術は従来ありませんでした。本特許技術はバランサーの持つ限界を突破し、芯出し(バランス取り)の時間を節約し稼働時間を増やします。

セミナー内容

1.プロジェクトアプローチ

先ず初めに特許取得するまでの背景や動機、研究開発プロジェクトのアプローチについて述べます。そして回転軸振動問題について電動機、生産加工、自動車、電車等の産業界での現状の対策についてニュートン力学的、振動工学的視点から問題を整理します。
 
2.機械振動の力学 続いて自励振動や共振など基本的な振動の種類と振動の原因となる様々な力と振動のメカニズムについて力学的考察し運動方程式をシュミレーション通して質量、粘性、弾性の意味を解釈し、既存の振動抑制技術について整理します。

3.慣性力衝突による力の相殺

本特許技術のコアである慣性力衝突の現象を幅広い事例から力学的考察を紹介し、特許審査の意見書で述べ本特許技術の狙いを従来の専門別に分類された振動技術と対比しその違い紹介します。
4.実験,CAE解析,理論化,試作実験 回転体の振動抑制は回転中心と重心が離れている偏心を無くすバランサーが使われていますが、本特許の研究に参考にした2つバランサーと称する制振技術の比較を品質工学的実験とCAE解析により一つの仮説的発見を紹介します。その仮説理論に基づきボール盤での制振コア試作実験を経て回転抵抗相殺振動抑制の技術を確立しました。アイドル運転では効果が見られないが捩じり振動を含むあらゆる方向の複雑な振動を抑えることを説明します。
5.特許技術の総括と応用 そして最後に本技術の潜在的ポテンシャルを概観します。動力費を低減する回転摩擦によるエネルギーロスの削減だけではなく生産加工精度の向上、騒音防止など現代産業のものづくりの問題を解決する技術であることを紹介します。
 

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