光学式空中浮遊プラットフォームの概要:構造、測定、振動絶縁

1. 光学プラットフォームの構造構成

高性能光学定盤は、超精密測定、検査、そして実験室環境の要求を満たすように設計されています。その構造的完全性は、安定した動作の基盤となります。主要コンポーネントは以下のとおりです。

  1. 完全に鋼鉄製のプラットフォーム
    高品質な光学定盤は通常、5mm厚の天板と底板、そして0.25mm厚の精密溶接鋼製ハニカムコアを組み合わせたオールスチール構造です。コアは高精度のプレス金型を用いて製造され、均一な幾何学的間隔を維持するために溶接スペーサーが使用されています。

  2. 寸法安定性のための熱対称性
    プラットフォーム構造は3軸すべてにおいて対称的であり、温度変化に対する均一な膨張と収縮を実現します。この対称性により、熱応力下でも優れた平坦性を維持できます。

  3. コア内部にプラスチックやアルミニウムは使用していません
    ハニカムコアは、プラスチックやアルミニウムのインサートを一切使用せず、上部から下部の鋼板表面まで完全に伸びています。これにより、剛性の低下や大きな熱膨張率の発生を回避しています。また、湿度による変形からプラットフォームを保護するため、鋼板製のサイドパネルが採用されています。

  4. 高度な表面加工
    テーブル表面は、自動マット研磨システムを用いて精密に仕上げられています。従来の表面処理に比べて、より滑らかで均一な表面を実現しています。表面最適化により、平面度は1平方メートルあたり1μm以内に維持され、精密な機器の取り付けに最適です。

2. 光学プラットフォームの試験および測定方法

品質と性能を保証するために、各光学プラットフォームは詳細な機械テストを受けます。

  1. モーダルハンマー試験
    校正済みのインパルスハンマーを用いて、既知の外力を表面に加えます。振動センサーを表面に取り付けて応答データを取得し、専用の機器で分析することで周波数応答スペクトルを生成します。

  2. 曲げコンプライアンス測定
    研究開発段階では、テーブル表面の複数のポイントでコンプライアンスを測定します。一般的に、四隅の柔軟性が最も高くなります。一貫性を保つため、報告される曲げデータのほとんどは、平面に取り付けられたセンサーを用いてこれらのコーナーポイントから収集されます。

  3. 独立試験報告書
    各プラットフォームは個別にテストされ、測定されたコンプライアンス曲線を含む詳細なレポートが付属しています。これにより、一般的なサイズベースの標準曲線よりも正確なパフォーマンス評価が可能になります。

  4. 主要パフォーマンス指標
    曲げ曲線と周波数応答データは、動的負荷下(特に理想的とは言えない状況下)でのプラットフォームの動作を反映する重要なベンチマークであり、ユーザーに分離性能に関する現実的な期待を提供します。

3. 光学式防振システムの機能

精密プラットフォームでは、外部と内部の両方の振動源から振動を分離する必要があります。

  • 外部からの振動には、床の動き、足音、ドアの閉め忘れ、壁への衝撃などが含まれます。これらの振動は通常、テーブル脚に組み込まれた空気圧式または機械式の振動絶縁装置によって吸収されます。

  • 内部振動は、機器のモーター、空気の流れ、循環する冷却液などの部品によって発生します。これらの振動は、テーブルトップ自体の内部減衰層によって減衰されます。

振動が軽減されない場合、機器のパフォーマンスに重大な影響を及ぼし、測定エラー、不安定性、実験の中断につながる可能性があります。

4. 固有振動数の理解

システムの固有振動数とは、外部からの力の影響を受けていない状態での振動速度です。これは数値的には共振周波数に等しくなります。

固有周波数を決定する主な要因は 2 つあります。

  • 可動部品の質量

  • 支持構造の剛性(バネ定数)

質量またはバネの剛性を小さくすると周波数は上昇し、質量またはバネの剛性を強くすると周波数は低下します。最適な固有周波数を維持することは、共振の問題を防ぎ、正確な測定値を維持するために不可欠です。

花崗岩の機械部品

5. 空中浮遊式免震プラットフォームのコンポーネント

エアフローティングプラットフォームは、エアベアリングと電子制御システムを用いて、極めてスムーズで非接触な動作を実現します。これらは通常、以下の3つに分類されます。

  • XYZリニアエアベアリングステージ

  • 回転エアベアリングテーブル

エアベアリングシステムには以下が含まれます。

  • 平面エアパッド(エアフローテーションモジュール)

  • リニアエアトラック(エアガイドレール)

  • 回転エアスピンドル

6. 産業用途における空気浮上

空気浮上技術は、廃水処理システムにも広く採用されています。これらの機械は、様々な種類の産業廃水や都市廃水から、浮遊物質、油分、コロイド状物質を除去するように設計されています。

一般的なタイプの一つに、渦流式空気浮上装置があります。この装置は高速インペラを用いて微細気泡を水中に導入します。これらの微細気泡は粒子に付着し、浮上させてシステムから除去します。インペラは通常2900rpmで回転し、複数のブレードシステムによる繰り返しのせん断によって気泡生成が促進されます。

アプリケーションには以下が含まれます:

  • 精製および石油化学プラント

  • 化学処理産業

  • 食品および飲料の製造

  • 屠殺場の廃棄物処理

  • 繊維染色とプリント

  • 電気めっきと金属仕上げ

まとめ

光学エアフローティングプラットフォームは、精密構造、アクティブ振動分離、高度な表面エンジニアリングを組み合わせ、ハイエンドの研究、検査、産業用途に比類のない安定性を提供します。

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投稿日時: 2025年7月30日