2015 Fiscal Year Research-status Report
手腕振動障害の発症率ゼロに挑む手持ち振動工具の実用化
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15K05868
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| Research Institution | University of Miyazaki |
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Principal Investigator |
盆子原 康博 宮崎大学, 工学部, 准教授 (10294886)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
近藤 孝広 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80136522)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 非線形振動 / 自励振動 / 自己同期現象 / 振動制御 / 建設機械 / 衝突振動 / シューティング法 / 安定判別 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，手持ち振動工具への応用に向けた同期振動発生機構の最適設計法を確立するとともに，実用的な性能を達成した実規模モデルを開発することを目的とする．本年度は，先行研究において開発した同期振動発生機構を搭載した電動ハンマと振動ランマの試作機をそれぞれ開発するとともに，その性能について実験と数値計算の両面から検証を行った．
まず，電動ハンマへの応用に向けて開発した同期振動発生機構に基づいて，手持ち型試作機の開発を行った．設計にあたっては，詳細な数値計算を実施して系パラメータの最適化を図るとともに，打撃されるロッド部分の機構を工夫した．また，試作機の性能を調べるために，日振動ばく露量と打撃力の測定するための実験システムを構築した．検証実験を行った結果，先行研究の基本モデルで確認した最適な同期振動パターンが，手持ち型試作機においても発生することを確認した．一方，振動子に使用したDCモータの出力が小さかったため，打撃力については実用的なレベルを達成していなかったものの，日振動ばく露量については対策値以下に抑制することができた．
次に，振動ランマに対しては，実機と同等レベルの打撃性能の達成を目指して，大型の試作機を開発した．基本的な機構は，昨年度の試作機と同様であるが，加振力を増すため振動子に従来の4倍の出力（60 W）のDCモータを使用した．電動ハンマと同様の実験システムを用いて砂の締め固め試験による性能検証を実施した．その結果，把持部の振動加速度を十分に抑制しつつ，5.0 kN以上の打撃力を達成することができた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
電動ハンマへの応用に向けた同期振動発生機構に関する検討では，手持ち型試作機を設計するために，定常周期解（自己同期解）を求める数値解析プログラムを開発するなど，高精度な解析が実施できる環境を整備した．そして，詳細な数値計算結果に基づいて手持ち型試作機を開発することに成功した．検証実験の結果，最適な同期振動パターンの発生や，日振動ばく露量が対策値以下に抑えられることが確認されたことは，今後の研究に繋がる大きな成果である．
一方，振動ランマに関する研究では，実用的なレベルの性能を達成するために，次年度予定していた新たな試作機の開発を先行して実施した．新たに製作した試作機では，昨年度よりも大きな加振力を発生できる振動子を搭載しており，打撃力を大幅に増大させることに成功した．さらに，日振ばく露量についても昨年度の試作機よりも小さく押さえられることが確認された．ただし，最適な運動状態を安定的に維持することができなかった．この点については今後の課題である．
なお，本年度「音響振動解析システム」を導入して計測チャンネル数を拡張したことにより，日振動ばく露量と打撃力とを同時に計測できるようになり，試作機の定量的な性能評価が可能な状況にある．
以上の理由により，本研究はほぼ当初の計画通り進展しているものと判断する．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２８年度では，本年度までに達成できなかった研究項目を継続的に実施し，目標が達成された研究項目についてはより一層深化させて同期振動発生機構の実用性と信頼性の向上に努める．具体的な実施内容は次の通りである．
まず，電動ハンマに関する研究では，開発した試作機の性能向上を図る．とくに，使用者が工具を押しつけるときの力の大きさが同期振動の安定性に影響していたことから，実際の使用状況を考慮した最適設計法について検討する．また，装置全体が横揺れる振動が発生したことから，これを防止するために打撃ブロックの形状やオフセットを調整するなど，機構を変更することも含めて検討する．そして，十分な性能が達成された段階で，試作機によりはつり試験を実施する．
次に，振動ランマに関する研究では，新たに開発した試作機の信頼性と完成度を高めるために，実際の使用状況を考慮した条件下で地面の締め固め試験を実施する．とくに，打撃対象である地面の突発的な状態変化に対して最適な運動状態が安定して持続するかどうか検証を行い，問題が生じた場合には改良を試みる．
以上の２種類のモデルに対する検討を通して，自己同期現象の特性を最大限活用した同期振動発生機構の合理的な最適設計法の確立を目指す．
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| Causes of Carryover |
実験装置製作のための材料費等の購入にあたり未使用額が発生した．製作した実験装置は次年度に改良を行う予定であるため，本予算は繰り越すことが望ましいと判断した．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
未使用額については，平成28年度予算と合わせて実験装置の改良を行うための費用に充当する予定である．
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