物理

固有振動数と共振 ー 明細書を読む

固有振動数と共振について、特許明細書を何件か読みました。

いろいろ紹介したいものばかりなのですが、こちらの特許を少しだけ取り上げてみたいと思います。自由端や固定端なども登場し、図も豊富だったので学習素材として最適でした。

【公開番号】特開2013-26150(P2013-26150A)
【発明の名称】荷電粒子装置
【出願人】株式会社日立ハイテクノロジーズ

要約部分を引用します。

(57)【要約】
【課題】鏡筒自身の重量を増加させることなく、鏡筒を高剛性化し、鏡筒へ作用する振動を低減させる荷電粒子装置を提供する。
【解決手段】荷電粒子装置は、筒形の鏡筒と、該鏡筒の内部に設けられた荷電粒子線光学系と、該鏡筒に設けられた試料ステージと、前記鏡筒を支持する支持装置と、を有し、前記支持装置は、前記鏡筒の軸線方向に沿って設定された複数の支持点にて前記鏡筒を単純支持する単純支持構造を有し、前記鏡筒の支持点は、前記鏡筒を両端が自由端である梁と看做したときの梁の振動の節の位置に対応する位置に設けられている。

ノートに明細書の本文と図を切り貼りして理解しながら進めました。最後まできっちりできていないのと、わからないこともやはりいろいろと出てきて、保留にしている部分もあります。

 

まず、荷電粒子装置ですが、この明細書では透過型電子顕微鏡(TEM)を例として説明しています。今回は振動を抑える原理が明細書でどうつかわれているかを抑えることが目的なので、TEMの原理はきっちり調べていませんが、分析装置なのであとで絶対に出てきますよね。

周辺機器を含めた装置全体は下のノートの図の通りです。(これは従来型のTEMの一般的な構造になります)

 

今回の特許は、鏡筒の振動をいかにして抑えるかについてです。

鏡筒は、上の図の真ん中の直立部分です。今回の特許の鏡筒の構造が下の図になります。

従来型は荷重板(はじめの図の黄色マーカー部分)に固定されているので、固定端ー自由端の片持ちで支持されている形になっていました。

今回の特許では、鏡筒の四方を上図のようにいくつかの支持部材で支持していて、鏡筒は自由端ー自由端の構造になっているとみなせます。この違いが振動の低減につながります。

鏡筒は突起状のもの(上でいうとオレンジ色部分)で支えられているのですが、この位置関係を次の図でさらに説明しています。

鏡筒の両端を自由端とみなして、その振動の節の位置に(振動が起こらない位置)に鏡筒と支持部材とつなげる突起を設置することで、床からの振動によって共振が起こることがない、という仕組みです。

また、従来の固定端―自由端の片持ち構造と比較すると固有振動数が高くなるので共振を抑制できる・・・という説明がこの後続きます。

この先が一番大事で自分でも図を書いてみたりしてなんとなく理解はできたのですが、曖昧なところも多いです。

1次モード、2次モードという振動モードが出てくるんですが、1次モード=基本振動、2次モード=倍振動と考えて良いのかなどです。

 

ばっちりわかった!とまではいってないのですが、この特許明細書から、自由端・固定端の概念が実際に振動の抑制にどのように使われているのが確認できました。

同じような振動を嫌う装置が出てきたら、「あれ、このパーツがここについているのはもしかして振動の節になるからかな?」と、ちょっとフックがかかるのではないかと思います。

積み残した課題については、昼間時間がある時にちょこちょこ調べておきたいと思います。

 


6/20(水)の学習記録

項目: 橋元の物理(68)途中から(71)途中まで
目標: 6h40m         実績: 6h45m

6/21(木)の学習計画

項目: 橋元の物理(71)途中から
目標: 7h 

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