國立交通大學應用藝術研究所
碩 士 論 文
榔頭振動特性對使用影響之分析
The Evaluation of the Effects of Vibration on the Use of Hammers
研 究 生：吳庭毓
指導教授：莊明振
謝誌
感謝指導教授莊明振老師，在學業上細心指導尊重學生的選擇也給予最大支 持。口試委員鄧怡莘老師與許尚華老師對本論文細心斧正提供寶貴意見，使本論 文更加完備。 感謝台中縣鋐基工業股份有限公司陳總經理、紀副理以及 cherry 妹協助實驗 與提供榔頭樣本及寶貴經驗。 感謝機械所的紀學長，最有文藝氣息的機械準博士，有耐心人親切，您的意 見總是切中要害，您的提醒總是讓我忙個三天兩夜；感謝生資所黃少偉，在程式 運用上大力支持，還有遠在天邊的林重甫學長、電控所的阿剛同學、資工所的博 今、電子所景小 B 等人，此篇論文能完成，你們功不可沒，讓我對你們敬上最 大的謝意! 苦悶的研究之路感謝陶藝社白老大等人，一起創作一起參展一起吃喝玩樂的 歡樂回憶。 感謝 iaa93 的各位寶貝兒們，生活上的熱心"照顧"出血出汗! 還有參加人因 實驗的 32 位受測者，實驗中的專注讓我甚為感動。 謝謝吳小旬搔不到癢處的精神喊話，還是能溫暖我的心，不時寄來遊玩明信 片讓我既羨慕又忌妒同時也燃起心中焚燒論文的熊熊烈火。 最後要感謝爸爸媽媽和家人們，支持我做自己喜歡的事；以及黃小修在我放 鬆的時候對我恐嚇加威脅使我絲毫不敢鬆懈能專注於論文，也會在我忐忑不安的 時候適時的給予支持與安慰。 揮別硬硬所慈祥和藹的老師們和氣氛和樂的同學們，心中縱然有千百個不願 意與不捨，但我還是要大聲的說:畢業囉! 畢業快樂! 吳庭毓 謹致於 國立交通大學應用藝術研究所 中華民國九十五年八月十八日星期五榔頭振動特性對使用影響之分析
摘 要
消 費 者 在 選 購 榔 頭 時 ， 以 外 形 、 手 握 感 覺 及 價 錢 等 為 購 買 的 考 量 因 素 ； 然 而 榔 頭 是 作 業 用 的 手 工 具 敲 擊 時 整 體 的 感 覺 才 是 決 定 榔 頭 好 壞 的 關 鍵 ， 因 在 購 買 時 無 法 即 刻 體 會 ， 因 此 常 被 忽 略 。 本 研 究 以 此 為 動 機 ， 進 行 榔 頭 操 作 之 探 討 。 振 動 議 題 在 聲 學 、 環 境 學 、 機 械 力 學 等 被 廣 泛 的 探 討 與 應 用 ， 在 榔 頭 作 業 中 ， 以 手 部 所 感 知 的 衝 擊 力 及 細 振 感 為 研 究 對 象 ， 進 行 受 測 者 敲 擊 實 驗 ， 用 以 收 集 榔 頭 振 動 特 性 與 操 作 之 主 觀 偏 好 ， 經 由 迴 歸 分 析 中 可 得 知 ， 主 觀 舒 適 度 、 振 動 特 性 及 設 計 特 徵 等 對 應 關 係 ， 並 將 其 歸 納 如 下 ： 1. 阻 尼 指 數 影 響 主 觀 舒 適 度 ， 阻 尼 指 數 越 高 振 動 越 小 ， 舒 適 度 較 高 。 2. 輕 巧 短 小 之 榔 頭 與 拔 釘 彎 曲 之 榔 頭 其 主 觀 舒 適 度 較 高 。 3. 重 量 重 與 長 度 長 之 平 均 能 量 高 ， 且 榔 頭 振 動 會 越 嚴 重 。 關 鍵 詞 ： 阻 尼 指 數 、 主 觀 偏 好 、 人 因 設 計 、 振 動The Evaluation of the Effects of Vibration on the Use of Hammers ABSTRACT
The major considerations on buying a DIY hammer by consumers are the form of a hammer, feelings of the handle, and price. However, the key factor to determine a suitable hammer for DIY users is the degree of uncomfortable feeling caused by vibration while using hammers. Because of the lack of chance for consumers to actually test hammers in a real purchase circumstance, the feeling of vibration on using a hammer has always been neglected. Due to this reason, this research attempted to investigate the feeling of vibration while using hammers.
The issue of vibration o has been wildly discussed from in various fields, such as acoustics, environment technology, and dynamics, from different aspects. In this study, 18 hammers with different design features were operated to hit nails by 30 subjects. From this hitting experiment, both data of vibration characteristics generated from the 18 hammers and of the subjective vibration feeling of the 30 subjects to the 18 hammers were gather. Then, by using regression analysis, the corresponding relationships among the design features of
hammers, the physical characteristics of vibration and the subjective evaluations on vibration were clarified. The design guidelines for comfortable hammers then were proposed, accordingly, at the end of this research.
The main results found in this research included:
1. The damping exponent coefficient of a vibration will influence the users’ subjective feeling on it; the higher the damping exponent coefficient a vibration has, the lighter the vibration and less uncomfortable will be felt.
2. A lighter and smaller hammer with curved claw will be more satisfied in subjective feeling on vibration and comfort.
3. On contrary, a heavier and longer hammer will cause vibration, with higher magnitude, to be significantly felt.
Keywords: damping exponent, subjective evaluations, human factors design of hammer, vibrations
論 文 目 錄
摘 要 I 英文摘要 II 論文目錄 III 圖目錄 VI 表目錄 VII 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究問題與目的 2 1.3 研究範圍 3 1.4 論文架構 3 第二章 文獻探討 4 2.1 榔頭的基礎探討 4 2.1.1 榔頭的種類 4 2.1.2 羊角鎚 5 2.2 振動學基礎探討 6 2.2.1 簡諧振動 7 2.2.2 阻尼振動 10 2.2.3 快速傅力葉轉換 11 2.3 振動的知覺生理 12 2.3.1 舒適度 12 2.3.2 兩點閾 12 2.3.3 韋伯定律 13 2.3.4 感覺閾 13 2.3.5 振動覺 142.4.1 榔頭設計相關研究 15 2.4.2 手工具設計 18 2.4.3 人因改善手工具案例 20 第三章 研究方法 21 3.1 實驗目的 21 3.2 實驗設備 21 3.2.1 衝擊記錄器 21 3.3 實驗變項 26 3.3.1 獨立變項 26 3.3.2 相依變項 27 3.4 受測者敲擊實驗 31 3.4.1 受測者 31 3.4.2 實驗環境 31 3.4.3 實驗程序步驟 32 3.5 小結 32 第四章 研究結果 33 4.1 資料整理 34 4.1.1 振動特性 34 4.1.2 設計特徵 36 4.1.3 主觀問卷 39 4.2 變項間關係之分析 41 4.2.1 振動特性與主觀評量關係之分析 41 4.2.2 榔頭設計特徵與振動特性關係之分析 43 4.2.3 榔頭設計特徵與主觀評估之關係分析 46 4.3 小結 47 第五章 結論 48 5.1 研究結果 48 5.2 研究貢獻 49 5.3 研究不足 50 5.4 後續研究建議 51
參考文獻 52 參考文獻 52 網路資料 54 附錄 55 附錄一 實驗榔頭樣本基本資料 55 附錄二 主觀評量調查問卷 56 附錄三 阻尼指數擷取程式 58 附錄四 傅力葉轉換及圖示輸出程式 59 附錄五 成對樣本 T 檢定排序表 60
圖 目 錄
圖 2.1 羊角鎚部位名稱說明圖 5 圖 2.2 時間與位置關係圖 8 圖 2.3 高頻與低頻示意圖 9 圖 2.4 振幅關係圖 9 圖 2.5 頻譜圖(對稱型) 10 圖 2.6 逐漸停止的振動 11 圖 2.7 振幅與時間波形圖(圖片來源：力勝科技有限公司) 11 圖 3.1 實驗儀器架構圖 22 圖 3.2 力量規敲擊台面 22 圖 3.3 加速規固定位置示意 23 圖 3.4 擷取盒 23 圖 3.5 擷取盒設定流程 24 圖 3.6 報表程式 25 圖 3.7 資料擷取處理程序 25 圖 3.8 安全防護眼罩及耳塞 26 圖 3.9 實驗用榔頭樣本 27 圖 3.10 手部細振部位對照 30 圖 3.11 受測者敲擊實驗場地規劃 31 圖 4.1 分析流程關係 33 圖 4.2 數據擷取流程 35 圖 4.3 設計特徵定義 37表 目 錄
表 2.1 身體各部位閾值 12 表 2.2 感覺閾的心理層次 14 表 2.3 我國榔頭人因設計之相關分析研究 15 表 2.4 榔頭設計文獻分析 18 表 2.5 我國榔頭人因設計分析 20 表 4.1 各榔頭產生之振動特性 35 表 4.2 榔頭振動相關係數分析 36 表 4.3 榔頭設計物理屬性 37 表 4.4 榔頭設計外觀特徵 38 表 4.5 樣本設計特徵關聯性歸納表 38 表 4.6 因子分析所得各主觀問卷與兩因子之關係 39 表 4.7 舒適度因子T檢定 40 表 4.8 振動覺因子T檢定 40 表 4.9 振動特性影響舒適性因子之迴歸分析結果 42 表 4.10 振動特性影響振動覺因子之迴歸分析結果 42 表 4.11 影響振動特性與主觀評量之分析 43 表 4.12 榔頭設計特徵影響阻尼指數的迴歸分析結果 44 表 4.13 榔頭設計特徵影響主頻率之迴歸分析結果 44 表 4.14 榔頭設計特徵影響平均能量之迴歸分析結果 44 表 4.15 影響振動特性與設計特徵 45 表 4.16 設計特徵影響舒適性因子之迴歸分析結果 46 表 4.17 設計特徵影響振動覺因子之迴歸分析結果 46 表 4.18 主觀偏好與榔頭設計特徵 47第 一 章 緒 論
1.1 研 究 背 景 與 動 機 消 費 者 在 選 購 榔 頭 時 ， 以 外 形 、 手 握 感 覺 及 價 錢 等 為 購 買 的 考 量 因 素 。 然 而 榔 頭 是 作 業 用 的 手 工 具 ， 敲 擊 時 整 體 的 感 覺 才 是 決 定 榔 頭 好 壞 的 關 鍵 ， 但 在 購 買 時 無 法 即 刻 體 會 ， 因 此 常 被 忽 略 。 手 掌 是 人 體 表 面 神 經 密 集 的 區 域 ， 對 於 壓 、痛 覺 十 分 敏 感 ，使 用 握 把 設 計 不 良 的 手 工 具 時 ， 便 會 產 生 明 顯 的 不 適(侯 宇 晟 ， 2002)。 榔 頭 操 作 時 會 因 力 量 回 傳 ， 而 產 生 回 授 振 動 力 ， 導 致 手 局 部 麻 感 ， 影 響 操 作 者 手 部 疲 勞 感 及 操 作 舒 適 性 ， 亦 直 接 影 響 榔 頭 之 主 觀 評 價 。 何 先 聰(1996)在 生 理 機 能 研 究 上 指 出 ， 振 動 會 導 致 末 稍 循 環 障 礙 、 感 覺 機 能 降 低 及 神 經 傳 導 速 度 減 慢 ， 因 此 操 作 者 必 須 施 更 大 的 力 量 ， 維 持 手 工 具 振 動 的 平 衡 與 握 持 ， 工 作 績 效 相 對 降 低(林 合 懿 ， 2001)振 動 頻 率 由 零 增 加 為 40hz時 ， 平 均 所 施 握 力 要 增 加 27%(Armstrong、 Radwin & Chaffin， 1987)。
榔 頭 打 擊 作 業 時 普 遍 有 手 部 過 度 施 力 ， 疲 勞 疼 痛 感 ， 顯 示 振 動 與 握 柄 亦 是 影 響 打 擊 工 作 施 力 改 變 之 變 因（ 林 和 懿 ，2001）。因 此 振 動 不 但 會 造 成 生 理 、 心 理 上 的 不 舒 適 ， 更 直 接 影 響 作 業 績 效 。 透 過 敲 擊 實 驗 所 得 振 動 數 據，是 系 統 結 構 所 傳 達 的 信 息，能 讓 設 計 者 瞭 解 各 榔 頭 結 構 之 間 的 振 動 差 異 與 振 動 特 性 ， 進 而 比 較 榔 頭 的 結 構 或 材 質 對 敲 擊 作 業 產 生 振 動 的 影 響 。 然 而 所 產 生 的 振 動 又 如 何 影 響 操 作 者 之
主 觀 感 受 也 是 設 計 者 應 當 要 關 注 的 ， 雖 然 不 舒 適 性 的 操 作 ， 若 不 經 長 期 時 間 的 累 積 ， 可 能 不 足 以 產 生 對 生 理 的 影 響 ， 但 心 理 上 的 主 觀 感 受 卻 仍 會 受 影 響 。 因 此 探 討 榔 頭 的 設 計 如 何 影 響 其 振 動 特 性 ， 進 而 影 響 到 操 作 者 的 主 觀 感 受 是 相 當 重 要 的 課 題 ， 但 目 前 仍 缺 乏 相 關 的 探 討 ， 因 而 引 發 本 研 究 之 動 機 。 1.2 研 究 問 題 與 目 的 操 作 榔 頭 所 引 發 的 振 動，在 一 定 程 度 上 影 響 了 操 作 者 的 心 理 感 受，若 超 過 一 定 的 不 舒 適 閾 或 長 期 累 積 ， 更 會 影 響 操 作 者 之 生 理 健 康 ， 本 研 究 以 振 動 的 角 度 切 入 ， 探 討 榔 頭 設 計 因 素 如 何 影 響 產 生 振 動 ， 並 進 而 探 討 其 對 主 觀 偏 好 之 影 響 ， 同 時 也 比 較 客 觀 的 振 動 特 性 與 主 觀 評 量 兩 者 之 間 的 關 連 性 ， 以 此 提 供 設 計 榔 頭 時 ， 最 直 接 有 利 之 參 考 原 則 。 本 研 究 之 目 的 有 三 ： 1. 探 討 榔 頭 設 計 特 徵 與 振 動 特 性 之 間 的 關 係 。 2. 探 討 振 動 特 性 與 榔 頭 作 業 舒 適 度 之 關 係 。 3. 探 討 榔 頭 設 計 特 徵 與 榔 頭 作 業 舒 適 度 之 關 係，以 提 出 提 升 榔 頭 作 業 舒 適 性 之 設 計 準 則 。
1.3 研 究 範 圍 榔 頭 之 種 類 繁 多，本 研 究 以 羊 角 鎚 為 研 究 對 像，原 因 是 羊 角 鎚 為 國 人 較 常 使 用 之 榔 頭 形 式 之 一 ， 並 且 為 合 作 廠 商 主 力 生 產 之 榔 頭 。 在 DIY 風 氣 盛 行 ， 榔 頭 使 用 者 除 了 模 版 工 與 木 工 師 等 專 業 使 用 者 之 外 ， 其 使 用 族 群 亦 擴 散 到 各 年 齡 層 。 因 此 ， 本 研 究 之 受 測 對 象 將 不 限 制 其 職 業 。 一 般 討 論 振 動 多 為 持 續 性 振 動，本 研 究 所 討 論 之 振 動，僅 規 範 於 短 暫 衝 擊 力 產 生 之 振 動 ， 引 發 之 細 部 振 動(麻 )感 覺 。 1.4 論 文 架 構 本 研 究 論 文 架 構 分 為 五 個 章 節 ， 各 章 節 內 容 如 下 敘 述 ： 第 一 章 緒 論：介 紹 研 究 背 景、目 的、範 圍，界 定 論 文 架 構 與 流 程 。 第 二 章 文 獻 探 討：包 括 榔 頭 設 計 基 礎 討 論、振 動 學、知 覺 生 理 學、 手 工 具 振 動 之 相 關 人 因 研 究 。 第 三 章 研 究 方 法：介 紹 實 驗 目 的、實 驗 設 備 之 設 置 及 進 行 流 程 。 第 四 章 實 驗 結 果：整 理 實 驗 數 據 之 過 程 與 結 果，交 叉 分 析 榔 頭 設 計 特 徵 、 主 觀 舒 適 性 及 振 動 特 性 之 關 係 。 第 五 章 結 論：彙 整 研 究 之 結 果，檢 討 研 究 不 足 與 侷 限 之 處，建 議 後 續 研 究 。
第 二 章 文 獻 探 討
榔 頭 敲 擊 作 業 中，回 授 振 力 往 往 會 造 成 使 用 者 的 手 部 疲 勞 感 或 不 舒 適 感 ， 因 此 在 本 章 文 獻 探 討 中 ， 先 針 對 榔 頭 的 基 本 屬 性 加 以 探 討 ， 再 進 一 步 探 討 振 動 學 及 知 覺 生 理 ； 最 後 分 析 目 前 手 工 具 振 動 相 關 研 究 之 文 獻 。 2.1 榔 頭 的 基 礎 探 討 本 研 究 所 採 用 之 榔 頭 樣 本 為 鋐 基(原 烸 崴 )公 司 所 生 產 之 榔 頭 ， 榔 頭 或 稱 鐵 鎚 ， 依 其 使 用 目 的 不 同 樣 式 亦 不 相 同 ， 因 此 在 此 對 實 驗 之 主 體 作 一 介 紹 。 2.1.1 榔 頭 的 種 類 榔 頭 又 稱 為 鎚 子 或 鐵 鎚，是 人 類 最 早 開 始 使 用 的 工 具 之 一，早 在 石 器 時 代 ， 人 類 就 開 始 使 用 『 鎚 』 這 樣 的 工 具 ， 主 要 用 來 敲 打 、 敲 開 、 移 動 物 體 。 經 過 了 數 萬 年 的 演 進 ， 榔 頭 外 形 並 沒 有 太 大 的 改 變 ， 原 理 依 然 一 樣，均 為 利 用 一 長 柄 以 及 尾 端 的 鎚 頭，延 伸、擴 大 人 類 手 臂 敲 擊 的 力 量 ， 並 避 免 敲 擊 時 ， 手 部 直 接 與 敲 擊 面 碰 撞 ， 減 少 傷 害 。 而 由 於 人 類 使 用 材 料 技 術 的 進 步 ， 以 及 工 作 模 式 的 多 樣 化 ， 近 來 發 展 出 為 因 應 各 種 不 同 工 作 需 求 的 榔 頭 。 美 國 手 工 具 知 名 廠 牌 Stanley 公 司，將 一 般 市 面 上 常 見 之 榔 頭，依 類 形 特 徵 與 功 能 歸 納 為 ：1.羊 角 鎚 ； 2.農 務 鎚 ； 3.鐵 匠 鎚 ； 4.球 頭 鎚 ； 5.鑿 工 鎚 ；6.大 鎚 ； 7.軟 面 鎚 ； 8.圖 釘 鎚 ； 9.砌 磚 鎚 等 。 本 研 究 以 日 常 生 活 中 使 用 最 廣 之 建 築 用 羊 角 鎚 為 探 討 對 象 ， 因 此 在 下 節 進 一 步 介 紹 羊 角 鎚 。2.1.2 羊 角 鎚
羊 角 鎚(claw nail hammer) 如 圖 2-1 所 示，在 榔 頭 的 後 方 有 彎 曲 的 雙
爪 ， 狀 似 羊 角 而 得 名 ， 可 用 於 木 工 拔 釘 之 用 。 依 鎚 頭 之 重 量 可 分 為 16、 20、 22 及 28 盎 司 等 四 種 規 格 ， 其 適 合 單 手 操 作 。 榔 頭 結 構 主 要 分 為 兩 類：一 體 成 形 與 多 件 組 合。一 體 成 形 指 鎚 頭、柄 身 及 握 持 處 為 一 體 結 構 ， 製 造 時 以 鑄 造 方 式 一 體 完 成 ； 多 件 組 合 則 將 鎚 頭 、 柄 身 及 握 持 處 ， 分 別 製 造 後 組 合 而 成 。 外 型 雖 有 多 種 變 化 ， 但 其 結 構 與 部 位 大 致 相 同 ， 圖 2.1 為 一 體 成 形 之 榔 頭 ， 與 多 件 組 合 不 同 之 處 在 於 ， 多 件 組 合 之 鎚 頭 與 頸 部 為 分 開 兩 件 之 結 構 。 除 此 之 外 ， 整 體 的 構 造 並 無 多 大 差 別 。 圖 2. 1 羊角鎚部位名稱說明圖 圖 2.1 說 明 其 各 部 名 稱 ， 以 下 並 分 別 介 紹 其 功 能 。 敲 擊 面(Face)： 榔 頭 執 行 敲 擊 工 作 時 ， 與 被 敲 擊 物 體 之 接 觸 面 。 頸 部(Neck)： 自 敲 擊 面 內 縮 的 形 狀 ， 可 以 將 施 力 集 中 ， 並 傳 至 敲 擊 面 。
鐘(Bell poll)： 敲 擊 碰 撞 的 部 份 ， 承 受 敲 擊 面 所 遭 受 之 撞 擊 。 爪(Claw)： 為 拔 釘 的 結 構 ， V 形 導 勾 可 以 將 釘 子 牢 固 夾 住 ， 並 以 拔 除 。 握 柄/把 (Handle/Grip)： 使 用 者 手 握 持 的 位 置 ， 是 榔 頭 使 用 時 唯 一 與 人 體 接 觸 之 部 分 ， 提 供 使 用 者 施 力 點 。 其 材 質 與 形 狀 在 人 因 工 程 有 很 大 的 意 義 ， 與 施 力 效 率 、 減 振 、 保 護 使 用 者 的 手 有 直 接 關 係 。 本 研 究 以 羊 角 鎚 為 對 象 ， 主 因 有 二 ： 1. 其 為 DIY 族 群 或 專 業 人 最 經 常 使 用 之 榔 頭 。 2. 本 研 究 使 用 之 榔 頭 樣 本 ， 為 國 內 製 造 羊 角 鎚 著 名 廠 商 所 提 供 。 2.2 振 動 學 基 礎 探 討 振 動 是 一 種 週 而 復 始，相 對 於 一 個 參 考 點 往 復 來 回 的 運 動 模 式，振 動 亦 可 說 明 是 系 統 內 在 力 量 的 傳 遞 ， 也 是 能 量 的 發 散 ； 在 力 學 系 統 或 聲 學 系 統 中 ， 則 稱 為 機 械 振 動 ， 或 稱 振 動 。 可 將 振 動 想 像 為 抖 動 的 繩 子 ， 傳 一 次 的 能 量 代 表 一 個 振 動 波，其 為 自 然 界 中 最 普 遍 的 物 理 現 象；包 括 聲 、 光 、 熱 等 都 包 含 振 動 。 人 們 生 活 中 也 離 不 開 振 動 ， 心 臟 的 搏 動 ､ 耳 膜 和 聲 帶 的 振 動 ， 都 是 人 體 不 可 缺 少 的 功 能 。 振 動 的 研 究 早 期 是 應 用 於 樂 器 的 製 作；東 漢 張 衡 發 明 的 地 動 儀 更 是 振 動 對 生 活 上 實 質 的 應 用 。 振 動 研 究 的 現 代 科 學 基 礎 則 是 由 伽 利 略 奠 定 的 ， 其 對 單 擺 作 了 系 統 的 觀 測 ， 討 論 了 共 振 現 象 ， 並 提 出 頻 率(單 位 時 間 的 振 動 數)的 概 念 。 而 另 一 方 面 ， 振 動 也 成 為 當 今 嚴 重 的 環 境 問 題 ， 例 如 噪 音 與 高 速 火 車 行 駛 時 ， 所 造 成 的 細 微 振 動 ， 影 響 精 密 工 業 的 作 業 。 在
此 振 動 對 人 危 害 ； 使 建 築 物 受 損(地 震 )；使 機 器 設 備 的 準 確 程 度 降 低，壽 命 縮 短 ， 甚 至 失 效 或 疲 勞 破 壞 。 在 許 多 情 況 之 下 ， 振 動 被 視 為 一 消 極 因 素 。 例 如 地 震 所 造 成 的 危 害 ， 以 及 在 乘 車 時 交 通 工 具 所 造 成 的 不 舒 適 感 。 在 機 械 運 轉 中 不 良 的 振 動 代 表 設 備 的 異 常 ； 但 振 動 也 有 其 正 面 的 功 能 ， 訊 號 傳 遞 廣 泛 的 使 用 振 動 原 理 ， 例 如 我 們 仰 賴 聲 音 的 振 動 ， 才 能 聽 到 美 妙 的 聲 音 ， 經 由 光 波 的 傳 遞 才 能 欣 賞 美 麗 的 風 景 與 色 彩 。 以 下 探 討 振 動 的 基 礎 概 念 。 2.2.1 簡 諧 振 動 簡 諧 振 動 是 振 動 分 析 的 基 礎 ， 因 此 本 節 對 簡 諧 振 動 進 行 一 簡 單 之 瞭 解 。 以 ｘ 表 示 位 移 ， ｔ 表 示 時 間 ， 簡 諧 振 動 的 數 學 表 達 式 為 ﹕ ｘ ＝Αsin(ωt+φ) ｘ 代 表 質 點 對 原 點 的 位 移，ω 表 示 每 秒 中 的 振 動 的 角 頻 率 ﹔ φ 為 質 點 在 t=0 的 相 位（ 初 相 位 ）， Α 為 位 移 ｘ 的 最 大 值 ， 稱 為 振 幅 ( amplitude)， 它 表 示 振 動 的 強 度 ﹔ 以 ｆ ＝ω 表 示 每 秒 中 振 動 的 次 數 ， 稱 為 頻 率 （frequency） ﹔ 它 的 倒 數 ， T=1/ｆ ， 表 示 振 動 一 次 所 需 的 時 間 ， 稱 為 週 期(period)。 振 幅 Α、 頻 率 ｆ (或 角 頻 率 ω)、 初 相 位 φ， 稱 為 簡 諧 振 動 三 要 素 。 振 動 的 物 理 量 有 兩 類 ﹕ 一 類 是 描 述 振 動 的 幅 度 即 振 幅，用 以 表 示 振 動 的 強 度 ﹔ 另 一 類 是 描 述 振 動 的 變 化 率 的 量 ， 有 週 期 、 頻 率 或 頻 譜 。 以 下 針 對 週 期 、 振 幅 、 頻 率 與 頻 譜 分 別 介 紹 。
1. 週 期 在 T 時 間 內 質 點 回 到 原 來 的 位 置，這 時 間 就 是 簡 諧 運 動 的 週 期 T，週 期 可 說 是 一 次 完 全 振 動 所 需 的 時 間(如 圖 2.2 所 示 )。 圖 2. 2 時間與位置關係圖 2. 頻 率 單 位 時 間 內 運 動 之 週 數 或 次 數，稱 為 頻 率。每 單 位 時 間 內 的 振 動 數 及 簡 諧 運 動 的 頻 率 f。 頻 率 f 或 角 頻 率 ω 的 倒 數 ， 即 ： f = 1/T 特 定 的 時 間 單 位 內 所 發 生 的 振 動 週 期 數 ， 稱 之 為 頻 率 ， 是 故 ， 頻 率 的
最 基 本 單 位 有 CPM(cycle per minute)及 Hz 二 種 ， CPM 是 指 每 分 鐘 所 發
生 的 振 動 次 數 或 週 期 數；則 Hz 是 指 每 秒 鐘 所 發 生 的 振 動 次 數 或 週 期 數 。
角 頻 率 ω 與 彈 簧 常 數 k 及 其 質 量 m 有 關 ， 其 相 關 方 程 式 為 ：
相 同 時 間 單 位 內 所 發 生 的 振 動 次 數 高 者 稱 為 高 頻；低 者 為 低 頻，如 圖 2.3。 圖 2. 3 高頻與低頻示意圖 3. 振 幅 振 動 幅 度 簡 稱 振 幅，代 表 振 動 的 大 小 或 強 度。振 幅 強 度 可 用 三 種 物 理 量 來 表 示 ， 有 位 移 、 速 度 及 加 速 度 三 種 ， 此 外 ， 振 幅 大 小 則 因 為 描 述 的 方 式 不 同，而 有 幾 種 較 常 用 的 表 示 方 式，如 peak to peak 值 (簡 稱 p-p 值 )、 peak 值 (簡 稱 p 值 )、 RMS 值 等 ， 若 以 正 弦 波 來 表 示 的 話 (如 圖 2.4)， 其 關 係 式 如 下 ： p-p 值= 2× p 值 RMS 值= 1.414 ×p 值 圖 2. 4 振幅關係圖 4. 頻 譜 探 討 振 動 的 三 大 要 素 時，所 提 到 的 正 弦 波 都 屬 於 振 動 訊 號 的 時 間 波 形 中 的 一 種。時 間 波 形 由 時 間 與 振 幅 為 座 標(時 域 圖 )，可 以 說 是 最 原 始 的 振 動 訊 號 。 高頻率 低頻率
簡 諧 振 動 只 有 一 個 頻 率 ， 數 值 等 於 週 期 的 倒 數 ， =1/T。 非 簡 諧 的 週 期 運 動 ， 稱 為 諧 振 動 ， 按 傅 力 葉 定 律 ， 其 振 動 可 以 分 解 為 許 多 不 同 頻 率 簡 諧 振 動 的 分 量 組 合 ， 最 低 的 頻 率 稱 為 基 頻 ， 基 頻 2 倍 的 稱 二 次 諧 波 ， 3 倍 的 稱 三 次 諧 波，依 此 類 推。亦 即 其 可 分 解 為 傅 力 葉 級 數 的 形 式 來 描 述 。 因 此 ， 非 簡 諧 振 動 具 有 很 多 個 頻 率 ， 週 期 只 是 基 頻 的 倒 數 。 這 些 頻 率 分 量 的 振 幅 作 為 頻 率 的 函 數 以 圖 形 表 示 ， 就 稱 為 頻 譜(spectum)如 圖 2.5 所 示 之 例 。 在 頻 譜 圖 中 ， 可 讀 出 該 振 動 的 主 頻 率(基 頻 )。 圖 2. 5 頻譜圖(對稱型) 2.2.2 阻 尼 振 動 物 體 振 動 時 受 阻 力 作 用，形 成 能 量 損 失，而 使 系 統 的 振 動 幅 值 逐 漸 減 小 ， 即 稱 為 阻 尼 振 動 。 阻 尼 振 動 是 由 於 存 在 阻 尼 力 ， 它 通 常 是 速 度 的 函 數，振 幅 隨 著 時 間 的 增 加 而 減 少 的 情 況 如 圖 2.6，振 動 看 似 簡 諧 振 動 之 波 形 但 振 幅 隨 著 時 間 減 少 ， 此 振 動 存 在 一 指 數 e- a t 的 衰 減 。
圖 2. 6 逐漸停止的振動
2.2.3 快 速 傅 力 葉 轉 換
快 速 傅 力 葉 轉 換( Fast Fourier Transform， FFT )演 算 法 可 將 原 始 時
域 波 形 轉 成 頻 譜 圖 ， 在 實 際 問 題 中 已 廣 泛 應 用 ， 如 光 譜 、 聲 譜 、 地 震 譜 分 析 、 濾 波 、 數 字 信 號 處 理 、 圖 像 資 訊 處 理 ， 以 及 醫 療 衛 生 上 的 心 電 圖 等 。 傅 力 葉 轉 換 將 系 統 中 複 雜 的 時 間 波 形 振 動 模 式 ， 分 解 成 多 不 同 頻 率 與 振 幅 的 正 弦 波 組 成 的 訊 號 。 時 間 波 的 複 雜 波 形 經 過 轉 換 後 ， 產 生 無 數 個 正 弦 波 ， 以 此 計 算 出 各 正 弦 波 的 頻 率 及 振 幅 。 圖 2.7 是 由 四 個 正 弦 波 結 合 而 成 的 一 個 時 間 波 形 訊 號，經 由 轉 換 後 時 間 波 形 分 解 為 頻 譜 的 過 程 。 圖 2. 7 振幅與時間波形圖(圖片來源：力勝科技有限公司) ↙，
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-at2.3 振 動 的 知 覺 生 理 透 過 皮 膚 的 觸 覺，振 動 引 起 生 理 和 心 理 反 應。振 動 對 人 體 並 非 都 是 有 害 的 ， 但 過 量 的 振 動 對 人 體 的 生 理 和 心 理 ， 會 產 生 程 度 不 同 的 影 響 。 2.3.1 舒 適 度 振 動 研 究 中，常 以 舒 適 度 作 為 評 鑑 效 標，因 為 舒 適 度 乃 是 一 種 主 觀 感 受 ， 依 個 人 經 驗 而 定 。 由 於 研 究 者 無 法 以 儀 器 量 測 或 以 觀 察 法 來 了 解 人 的 舒 適 水 準 ， 所 以 唯 有 靠 受 試 者 以 自 陳 法 表 達 。 研 究 者 為 了 將 此 舒 適 度 量 化 ， 常 以 振 動 的 物 理 特 性 （ 例 如 加 速 度 和 頻 率 的 組 合 ） 與 主 觀 舒 適 度 的 評 價 作 成「 等 舒 適 曲 線 」（equal-comfort contours）。(人 因 工 程，1996) 2.3.2 兩 點 閾 兩 點 閾(tow-point threshold)是 能 分 辨 皮 膚 上 兩 點 觸 壓 點 為 分 離 的 最 小 距 離 ， 也 就 是 對 觸 覺 敏 感 程 度 ， 閾 值 越 大 越 不 敏 感 ， 身 體 各 部 位 的 兩 點 閾 值 都 不 相 同 ， 如 表 2.1 顯 示 ， 由 手 掌 到 指 尖 的 敏 銳 度 逐 漸 增 加 ， 也 因 此 需 要 運 用 精 確 的 辨 別 能 力 的 觸 覺 顯 示 器 ， 及 要 求 較 敏 銳 的 觸 覺 信 號 接 收 時 ， 都 採 用 指 尖 來 接 受 訊 息 的 設 計 。 本 研 究 之 手 部 細 振 會 因 手 部 觸 覺 敏 感 度 的 差 異 ， 倒 致 細 振 感 受 的 差 異 。 表 2. 1 身體各部位閾值 部位 兩點閾值(mm) 部位 兩點閾值(mm) 部位 兩點閾值(mm) 中指 2.5 上臂 44.5 手掌 7.7 上唇 5.5 腳底 22.5 胸部 33.0 肩部 41.0 拇指 3.5 小指 4.5 面頰 7.0 背部 44.0 小腿 47.0
2.3.3 韋 伯 定 律 韋 伯(Weber)發 現 重 量 的 最 小 可 察 覺 差 ， 與 作 為 比 較 之 參 考 重 物 之 重 的 比 值 為 一 常 數 ， 此 即 知 名 的 韋 伯 常 數(weber ’s constant)或 韋 伯 定 律 ， 其 公 式 為 K =△ I /I 。式 中 I 為 強 度 ﹔ △ I 為 差 別 閾 限 ﹔ K 為 小 於 1 的 常 數，即 韋 伯 常 數。此 定 律 可 推 廣 到 其 他 感 覺 刺 激，如 皮 膚 上 的 兩 點 閾 限 、 線 的 長 短 和 音 的 高 低 感 覺 。 2.3.4 感 覺 閾 振 動 的「 感 覺 閾 」指 正 好 能 感 受 到 的 振 動 量 。 人 們 對 剛 超 過 感 覺 閾 的 振 動 ， 一 般 並 不 覺 得 不 舒 適 ， 即 多 數 人 覺 得 這 種 振 動 是 可 容 忍 的 。 當 振 動 的 振 幅 持 續 加 大 到 一 定 程 度，人 就 開 始 感 覺 到 不 舒 適，或 者 作 出“討 厭 ”的 反 應 ， 這 就 是 「 不 舒 適 閾 」。 “不 舒 適 ”是 一 種 心 理 反 應 ， 是 大 腦 對 振 動 資 訊 的 一 種 判 斷 ， 並 沒 有 產 生 生 理 的 影 響 。 振 動 振 幅 若 進 一 步 增 加，達 到 某 程 度，人 對 振 動 的 感 覺 由「 不 舒 適 閾 」 進 到 「 疲 勞 閾 」。 此 時 不 僅 有 心 理 反 應 ， 而 且 出 現 生 理 反 應 。 振 動 刺 激 影 響 感 受 器 官 和 神 經 系 統 的 功 能 ， 並 通 過 神 經 系 統 對 人 體 的 其 他 功 能 產 生 影 響 ， 如 注 意 力 的 轉 移 、 工 作 效 率 降 低 。 剛 超 過“疲 勞 閾 ”的 振 動 ， 在 振 動 停 止 後 ， 生 理 影 響 是 可 以 恢 復 的 。 當 振 動 強 度 持 續 增 加 ， 便 會 抵 達 「 危 險 閾 」。 超 過 危 險 閾 時 ， 振 動 對 人 不 僅 有 心 理、生 理 的 影 響，還 會 產 生 病 理 性 損 傷(實 驗 心 理 學，1983)。 這 種 振 動 將 使 感 受 器 官 和 神 經 系 統 產 生 永 久 性 病 變 ， 在 振 動 停 止 後 也 不
這 些 不 同 感 覺 閾 心 理 層 次 可 整 理 如 表 2.2。 表 2. 2 感覺閾的心理層次 2.3.5 振 動 覺 振 動 物 體 接 觸 身 體 時 ， 人 所 產 生 的 感 覺 即 為 振 動 覺 。 它 是 觸 覺 的 一 種 ， 是 反 覆 啟 動 觸 壓 覺 而 產 生 的 。 振 動 感 受 性 有 一 定 的 頻 率 極 限 ， 振 動 刺 激 低 於 或 高 於 一 定 頻 率 ， 將 不 引 起 振 動 覺 ， 其 下 限 為 10～ 18hz， 上 限 在 650～ 8000hz 之 間。振 動 覺 的 強 度 絕 對 閾，會 隨 不 同 振 動 頻 率 而 改 變。 人 體 是 一 個 彈 性 體 ， 骨 骼 接 近 一 般 固 體 ， 肌 肉 則 接 近 於 水 。 人 體 內 有 不 少 空 腔 和 彈 性 系 統，其 共 振 主 頻 率 在 3hz 到 40hz 不 等，亦 會 隨 著 人 的 運 動 動 作 而 有 不 同 的 影 響 。 在 直 立 或 正 坐 時 ， 對 4～ 8Hz 的 縱 向 (上 下 )振 動 最 靈 敏 。 每 日 八 小 時 的 疲 勞 標 準 為 振 動 加 速 度 有 效 值 0.315m/s ； 8Hz 以 上 的 值 與 頻 率 成 正 比 ；4Hz 以 下 與 頻 率 的 二 次 方 根 成 反 比 。 加 速 度 若 超 此 值 ， 人 就 感 覺 疲 勞 ， 工 作 效 率 降 低 。 2.4 手 工 具 之 相 關 研 究 由 榔 頭 相 關 文 獻 及 相 關 研 究 可 以 看 出，過 去 最 常 被 分 析 的 因 素 是 工 作 績 效 和 期 望 意 象 （ 造 形 ）， 如 表 2.3 所 示 ； 握 把 的 材 質 與 減 振 設 計 較 少 被 探 討 。 另 一 方 面 ， 榔 頭 研 究 中 最 常 被 測 量 作 業 指 標 是 肌 電 圖 感覺閾 正好能感受到振動的資訊 不舒適閾 開始感覺到不舒適， 疲勞閾 造成生理的影響 危險閾 造成病理性的傷害
工 學 。 本 研 究 進 行 榔 頭 振 動 影 響 的 評 估 時 ， 將 參 考 這 些 相 關 研 究 結 果 。 表 2. 3 我國榔頭人因設計之相關分析研究 2.4.1 榔 頭 設 計 相 關 研 究 近 幾 年 來 交 通 大 學 應 用 藝 術 研 究 所 人 因 實 驗 室 與 鋐 基 公 司(原 烸 崴 ) 產 學 合 作 之 下，對 榔 頭 之 人 因(作 業 績 效、重 心 角 度 及 生 理 變 數 )、造 形 (產 品 意 象)、 物 理 屬 性 (聲 音 )， 進 而 整 體 產 品 識 別 ， 要 進 行 多 面 向 之 榔 頭 的 研 究 成 果 已 日 趨 完 整 ， 以 下 便 針 對 鋐 基 公 司 之 建 教 合 作 案 所 完 成 之 研 究 作 一 系 列 之 探 討 。 一 、 陳 建 志(2002)， 鐵 鎚 的 人 因 設 計 初 探 － 羊 角 鎚 的 分 析 此 研 究 以 兩 種 握 柄 的 斷 面 形 狀 和 握 持 位 置，比 較 手 掌 接 觸 面 積、施 力 小 、 敲 擊 準 確 度 和 失 誤 率 等 敲 擊 績 效 等 。 實 驗 結 果 顯 示 ， 握 柄 上 凸 起 的 斷 面 形 狀 與 手 掌 的 接 觸 面 積 比 凹 入 的 形 狀 者 大 ； 握 在 握 柄 末 端 的 力 臂 較 研究者 測量項目 實驗方式 探討項目 研究類別 陳建志 敲擊績效 沾墨實驗 擊釘實驗 接觸面積 握力 準確度 人因設計 林合懿 EMG 主觀評比 打擊鐵 30 分鐘，紀錄 EMG 指 數 操作模式、績效 工作時間、休息時間 人因設計 侯宇晟 EMG 舒適度 工作效率 7 種*握柄角度 3 種*重心配置 角度 重心 主觀偏好 設計實務 王廣松 握力 主觀偏好 男：10 支 1.5 吋釘、女：5 支 1.5 吋，釘完全釘入作業木條。 作業績效（握力衰 退、作業時間） 生理變數 人因設計 林芳如 主觀感受 產品意象 20 把樣式不同之榔頭分析消費 者期望意象 感性意象 感性工學 李思葶 主觀感受 產品意象 聲音意象 40 個聲音樣本 10 個形容詞 感性意象 感性工學 林清雲 主觀感受 產品意象 5 家五家手工具品牌 企業之分析比較 產品識別 感性工學
長 ， 所 產 出 的 力 矩 較 大 ， 但 準 確 度 會 降 低 ， 失 誤 率 也 會 提 高 。 二 、 林 合 懿(2002) 透 過 人 機 介 面 探 討 榔 頭 工 作 模 式 與 績 效 之 關 係 此 研 究 透 過 榔 頭 之 打 擊 作 業 實 驗 ， 應 用 EMG 儀 器 量 測 ， 了 解 手 部 肌 肉 參 與 工 作 之 狀 態 ， 藉 此 防 止 過 度 肌 力 負 荷 ， 以 達 到 預 防 或 降 低 累 積 性 傷 害 。 研 究 結 果 顯 示 ， 榔 頭 打 擊 工 作 效 率 以 1.5 吋 釘 為 例 ， 約 每 分 鐘 打 擊 6 支 最 適 當 ， 榔 頭 打 擊 過 程 ， 肱 二 頭 肌 有 較 明 顯 之 收 縮 ， 容 易 產 生 疲 勞 ， 在 連 續 工 作 8-14 分 鐘 左 右 ， 應 自 發 性 休 息 。 此 研 究 也 提 及 打 擊 時 普 遍 有 手 部 過 度 施 力 ， 疲 勞 疼 痛 感 ， 顯 示 振 動 與 握 柄 亦 是 影 響 打 擊 工 作 施 力 改 變 之 變 因 。 三 、 王 廣 松 (2003)人 體 計 測 變 數 對 選 用 榔 頭 之 影 響 此 研 究 提 出 ， 生 理 尺 寸 對 合 適 榔 頭 的 選 用 ， 有 其 相 關 性 ， 如 有 前 臂 圍 與 體 脂 量 、 身 高 與 手 掌 長 等 ， 但 並 不 是 絕 對 的 相 關 。 因 此 ， 每 個 人 所 適 用 的 榔 頭 都 不 相 同 。 研 究 中 指 出 ， 所 有 女 性 受 測 者 中 ， 使 用 上 最 佳 效 能
的 榔 頭 為 20oz 與 22oz； 而 省 力 的 績 效 部 分 則 是 16oz 與 20oz 為 主 。 此
研 究 規 範 出 適 合 用 來 判 斷 選 用 榔 頭 之 人 體 生 理 變 數 ， 藉 由 人 體 生 理 變 數 ， 可 以 建 立 一 個 提 供 使 用 者 判 斷 之 生 理 量 表 ， 以 及 一 套 公 式 以 調 查 符 合 使 用 者 生 理 變 數 之 榔 頭 。 四 、 侯 宇 晟(2002) 建 築 用 榔 頭 之 人 因 設 計 因 素 此 研 究 以 改 變 榔 頭 重 心 與 角 度 兩 個 設 計 因 素，探 討 其 對 使 用 者 工 作 時 的 舒 適 度 、 使 用 績 效 及 擊 釘 姿 勢 矯 正 之 影 響 。 研 究 結 果 為 ， 舒 適 度 與 專 業 的 姿 勢 傾 向 效 果 而 言 ， 重 心 位 置 距 離 鎚 頭(head)18 公 分 、 握 柄 角 度 -5 度 的 榔 頭 ， 具 有 最 佳 效 果 。 以 績 效 而 言 ， 重 心 位 置 距 離 鎚 頭 14 公 分 、 握
柄 角 度-5 度 的 榔 頭 具 有 最 佳 效 果 。 五 、 林 芳 如(2003) DIY 族 群 對 榔 頭 期 望 意 象 與 造 形 元 素 之 對 應 關 係 此 研 究 以 感 性 工 學 的 方 法 ， 探 討 榔 頭 產 品 期 望 意 象 與 造 形 呈 現 之 關 係 ， 以 DIY 族 群 與 專 業 使 用 者 分 別 探 討 。 所 得 結 果 為 ， DIY 族 群 對 於 榔 頭 之 期 望 意 象 前 五 名 大 排 名 為 「 堅 固 耐 用 」、「 實 用 」、「 安 全 」、「 省 力 」、 「 專 業 」； 而 由 專 家 訪 談 中 整 理 出 專 業 人 士 對 榔 頭 之 前 五 大 排 名 為 「 堅 固 」、「 耐 用 」、「 安 全 」、「 省 力 」、「 輕 便 」。DIY 族 群 以 擁 有 專 業 意 象 的 榔 頭 來 滿 足 心 理 層 面 之 需 求 ， 因 此 造 形 設 計 上 是 重 要 之 因 素 。 五 、 李 思 葶(2004) 金 屬 手 工 具 撞 擊 聲 對 消 費 者 感 性 意 象 之 研 究 針 對 金 屬 手 工 具 之 榔 頭 撞 擊 時，所 產 生 出 來 的 聲 音，做 物 理 性 與 心 理 性 的 調 查 與 分 析 ， 尋 求 符 合 產 品 意 象 的 聲 響 。 六 、 林 清 雲(2004)品 牌 意 象 與 產 品 識 別 之 一 致 性 研 究
此 研 究 選 擇 Stanley、 Bosch、 Victorinox、 Makita 等 四 家 手 工 具 製 造
商，探 討 品 牌 形 象 與 產 品 識 別，並 藉 著 分 析 Stanley 公 司 的 品 牌 形 象 與 產
品 識 別 ， 比 較 與 Heavy Hitter 之 間 的 差 異 。 研 究 指 出 在 情 緒 性 因 子 、 評
價 性 因 子 及 機 能 性 因 子 等 三 個 向 度 的 設 計 因 素 ， 作 為 設 計 師 產 品 設 計 時 之 參 考 。
表 2. 4 榔頭設計文獻分析 經 由 表 2.4 之 歸 納，發 現 主 觀 評 價 與 設 計 特 徵 為 最 多 研 究 所 探 討 之 指 標 ； 榔 頭 之 物 理 特 性 在 近 年 來 ， 亦 有 關 於 聲 音 探 討 的 論 文 ， 因 此 本 研 究 將 主 觀 偏 好 與 設 計 特 徵 列 為 主 要 探 究 之 對 象 並 以 榔 頭 之 物 理 特 性 為 主 體 作 為 研 究 之 主 要 探 討 方 向 。 2.4.2 手 工 具 設 計 近 來 已 有 多 方 文 獻 證 實 手 工 具 設 計 會 影 響 使 用 者 操 作，進 而 危 害 操 作 人 員 身 體 健 康 。 而 手 工 具 乃 是 延 伸 手 的 能 力 ， 本 節 針 對 手 部 生 理 學 有 關 之 設 計 原 則 整 理 如 下 ： 1. 保 持 手 腕 正 直 ， 避 免 尺 偏 手 部 彎 曲 不 當 的 潛 在 後 果 會 造 成 累 積 性 的 傷 害 ， 例 如 腕 道 症 候 群 (carpal tunnel syndrome )、 腱 鞘 炎 (tenosynovitis)、 板 機 指 等 。 在 榔 頭 敲 擊 的 過 程 中 ， 操 作 者 的 手 部 容 易 形 成 尺 偏 ， 並 且 接 受 強 大 的 衝 擊 力 ， 而 導 致 累 積 疲 勞 發 生 ， 造 成 工 作 傷 害 。 因 此 在 握 把 設 計 上 應 避 免 尺 偏 ， 研 究 結 果 發 現，使 用 握 把 彎 曲 20O或 40O的 鐵 鎚，能 有 效 降 低 因 尺 偏 所 產 生 手 臂 、 腕 部 累 積 性 疲 勞 傷 害 ， 並 且 在 滿 意 度 上 能 有 效 提 高 研究者 生理績效 作業績效 主觀評量 人體計測 物理特性 設計特徵 其他 陳建志 (2002) 無 準確度、失 誤率 主觀量表 無 無 握柄斷面 無 林合懿 (2002) EMG 值 無 主觀量表 無 無 無 作業姿勢 侯宇晟 (2002) EMG 值 敲擊時間 主觀量表 無 無 重心、角度 作業姿勢 王廣松 (2003) EMG 值 敲擊時間 主觀量表 生理尺寸 無 重量、長度 無 林芳如 (2003) 無 無 期望意象 無 無 造形形態 無 李思葶 (2004) 無 無 期望意象 無 聲音表現 無 無 林清雲 (2004) 無 無 期望意象 無 無 產品識別 無
( Schoenmarklin & Marras,1989)。 2. 避 免 組 織 受 到 壓 迫 操 作 手 工 具 時 手 部 需 施 以 相 當 大 的 力 量，並 且 也 直 接 承 受 反 作 用 力 的 衝 擊 。 而 手 掌 心 是 重 要 的 血 管 與 神 經 所 在 ， 對 壓 力 特 別 的 敏 感 。 強 大 的 衝 擊 力 與 壓 縮 力 ， 容 易 阻 礙 血 液 之 流 經 尺 動 脈 ， 而 造 成 局 部 的 缺 血 或 絕 血 ， 導 致 手 指 麻 痺 和 刺 痛 。 因 此 在 設 計 榔 頭 時 ， 應 減 輕 手 掌 心 之 壓 迫 ， 將 力 量 分 散 至 手 指 關 節 處 或 拇 指 弧 口，以 有 效 施 力 並 且 降 低 掌 心 壓 迫 力 。 3. 適 切 的 工 作 速 率 與 工 作 負 荷 不 當 的 體 力 工 作 負 荷，不 僅 無 法 有 效 增 進 績 效，反 而 可 能 因 長 時 間 過 度 體 力 負 荷 ， 導 致 累 積 疲 勞 發 生 ， 造 成 工 作 傷 害 。 在 最 佳 工 作 條 件 下 ， 人 體 勞 動 效 率 也 只 有 30%， 其 餘 70%的 能 量 ， 皆 在 應 付 沒 有 效 率 的 工 具 設 備 或 工 作 方 法 。 因 此 進 行 長 時 間 工 作 時 ， 必 須 有 規 律 的 休 息 ， 並 且 在 工 作 之 前 ， 須 有 精 確 且 周 延 計 劃 之 工 作 方 式 。 4. 降 低 回 振 力 回 振 力 影 響 多 出 現 在 動 力 手 工 具 所 誘 發 手 臂 或 手 掌 等 部 位 的 振 動。在 榔 頭 敲 擊 過 程 中 ， 強 勁 的 衝 擊 力 會 導 致 手 掌 與 手 指 部 位 產 生 發 麻 的 感 覺 。 短 時 間 的 敲 擊 並 不 會 造 成 操 作 人 員 不 舒 適 感 覺 ， 但 在 長 時 間 的 使 用 下 ， 手 部 振 動 敏 感 度 降 低 ， 不 自 覺 的 操 作 容 易 導 致 手 指 麻 痺 和 刺 痛 。 本 研 究 探 討 由 敲 擊 所 產 生 之 衝 擊 性 的 回 振 力 ， 最 終 目 的 亦 為 減 輕 或 避 免 此 一 現 象 。
2.4.3 人 因 改 善 手 工 具 案 例 我 國 勞 工 研 究(1997)根 據 相 關 研 究，提 出 有 關 於 榔 頭 設 計 相 關 人 因 分 析 ， 如 表 2.5 所 示 。 整 體 而 言 ， 對 於 工 具 握 把 之 改 善 建 議 圍 繞 在 彎 柄 式 設 計 ， 可 見 尺 偏 問 題 嚴 重 影 響 操 作 者 之 健 康 。 而 羊 角 鎚 之 改 善 案 例 中 ， 使 用 軟 性 橡 膠 及 減 少 握 把 紋 路 之 建 議 ， 便 是 以 提 升 使 用 舒 適 性 為 目 的 。 本 研 究 亦 將 舒 適 性 納 入 研 究 重 點 。 表 2. 5 我國榔頭人因設計分析 分析工具 待改善問題 改善建議 羊角鐵鎚 直握柄，手腕尺偏 握把硬質塑膠包覆層太硬。 握把紋路太寬且過深。 彎柄式設計 握柄使用軟性橡膠包覆層 紋路設計，深度不超過 3.2 分釐（mm） 直頭形、 球形鐵鎚 過重 直握柄，手腕尺偏 直徑太大，握持不易 鐵鎚與木柄容易脫落 工具重量不超過 2.3 公斤。 彎柄式設計。 握柄直徑不超過 6 公分。 鎚頭木柄間嵌入一金屬尖片固定。 木槌、 橡膠鎚 直握柄，造成尺偏 小角度彎柄式設計，約 5～10 度
第 三 章 研 究 方 法
本 研 究 的 實 驗 分 成 兩 個 部 分 ： 受 測 者 敲 擊 實 驗 及 操 作 主 觀 舒 適 度 量 表 。 主 觀 量 表 內 容 包 含 兩 部 份 ， 一 為 手 指/掌 部 為 麻 （ 振 動 ） 程 度 感 覺 ， 二 為 回 振 力 、 疲 勞 程 度 、 握 把 舒 適 度 及 整 體 滿 意 度 等 。 3.1 實 驗 目 的 本 實 驗 由 收 集 敲 擊 榔 頭 時 之 振 動 特 性 與 操 作 者 之 主 觀 舒 適 度 感 受 為 基 礎 ， 以 歸 納 影 響 榔 頭 振 動 之 設 計 要 素 、 回 振 力 、 感 受 疲 勞 程 度 （ 省 力 ） 與 主 觀 的 滿 意 度 等 評 量 ， 分 析 榔 頭 設 計 之 差 異 ， 以 提 供 設 計 榔 頭 設 計 之 參 考 。 3.2 實 驗 設 備 3.2.1 衝 擊 記 錄 器 本 研 究 透 過 衝 擊 紀 錄 器，量 取 榔 頭 敲 擊 時 之 相 關 振 動 資 訊，其 分 為 四 個 部 分 1.加 速 規 2.力 量 規 3.報 表 程 式 4.擷 取 盒 。 此 系 統 擷 取 並 顯 示 衝 擊 波 形 ， 以 加 速 度(g)及 力 量 (kg)為 顯 示 單 位 。 加 速 規 為 輸 出 和 振 動 加 速 度 成 比 例 的 換 能 器 ， 其 為 由 壓 電 片 、 簧 片 和 重 塊 組 成 的 壓 電 加 速 度 計 ， 加 速 規 之 規 格 為 1g(加 速 度 單 位 )產 生 0.228mv(毫 電 壓 )， 力 量 規 之 規 格 為 1kg 力 產 生 103.2mv(毫 電 壓 )。 透 過 擷 取 盒 以 擷 取 加 速 度 及 力 量 的 變 化 情 形，轉 入 報 表 程 式，紀 錄 衝擊 力 量 之 最 大 值 與 時 域 圖 ， 回 傳 至 電 腦 。 圖 3.1 為 儀 器 架 構 圖 。 以 下 再 進 一 步 說 明 各 部 之 設 置 要 點 。 本 實 驗 之 設 備 為 確 保 所 得 數 據 之 精 準 度，於 正 式 實 驗 前 均 已 送 往 儀 器 廠 商 進 行 儀 器 校 準 。 圖 3. 1 實驗儀器架構圖 1. 力 量 規 力 量 規 固 定 於 一 高 85cm 之 三 角 鐵 架 敲 擊 檯 (圖 3.2)， 此 高 度 與 實 際 工 作 台 面 之 高 度 相 仿 ， 以 利 受 測 者 敲 擊 工 作 之 用 。 圖 3. 2 力量規敲擊台面
2. 加 速 規 經 由 與 榔 頭 專 家 討 論 過 後，因 敲 擊 作 業 為 垂 直 方 向 力 量 傳 輸，因 此 加 速 規 以 束 線 帶 固 定 於 榔 頭 握 把 垂 直 面 中 心 線 尾 端 約 1.5mm 處，束 線 端 避 開 手 部 握 持 部 位 ， 如 圖 3.3 所 示 。 圖 3. 3 加速規固定位置示意 3. 擷 取 盒 加 速 規 及 力 量 規 所 接 受 之 衝 擊 力 量 訊 號 傳 至 擷 取 盒(圖 3.4)， 由 擷 取 盒 回 傳 至 報 表 程 式 。 加 速 規 與 力 量 之 設 定 皆 由 擷 取 盒 控 制 ， 擷 取 盒 設 定 流 程 如 圖 3.5 所 示 。 圖 3. 4 擷取盒
圖 3. 5 擷取盒設定流程 註: CH0 為加速規 CH1 為力量規
4.報 表 程 式 量測輸出的報表程式如圖 3.6，上部圖形為加速規所產生之時域波形，可初步判 別波形的正確性，並且可判讀出此把榔頭之加速度峰值與出現峰值之位置；下半部 為衝擊力時時域波形，亦可判讀衝擊力之峰值，與出現峰值之位置。報表程式可將 資料輸出成.csv 檔，以利傳輸分析之用，資料之擷取處理程序如圖 3.7 所示。 圖 3. 6 報表程式 .CSV .XLS MATLAB 時域圖 頻譜圖 圖 3. 7 資料擷取處理程序 加速度時域波形 衝擊力時域波形
(一) 安全設備 實 驗 過 程 中 ， 受 測 者 必 須 用 力 敲 擊 力 量 規 ， 敲 擊 過 程 中 ， 敲 擊 台 上 可 能 會 有 塵 削 飛 出 、 榔 頭 飛 脫 等 危 險 ， 並 會 伴 隨 刺 耳 的 噪 音 ， 容 易 造 成 眼 部 或 聽 力 的 傷 害 。 因 此 在 敲 擊 實 驗 過 程 中 ， 受 測 者 需 戴 上 安 全 防 護 眼 罩 與 耳 塞(圖 3.8)， 以 達 到 保 護 效 果 。 圖 3. 8 安全防護眼罩及耳塞 3.3 實 驗 變 項 本 實 驗 依 主 觀 量 表 資 料、量 測 之 榔 頭 振 動 特 性 與 榔 頭 之 設 計 特 徵 等 資 料 ， 在 迴 歸 分 析 中 進 行 變 項 分 析 ， 以 下 分 別 說 明 實 驗 之 變 項 ： 3.3.1 獨 立 變 項 本 研 究 為 確 保 實 驗 用 樣 本 為 市 面 普 遍 販 售 之 榔 頭，因 此 收 集 包 含 市 面
上 已 有 之 三 大 主 要 品 牌(Plumb、 Stanly 及 Estwing )之 榔 頭 ， 也 包 含 三 種
常 用 之 重 量(16、 20 及 22oz)、 兩 種 結 構 (一 體 成 形 及 多 件 組 合 )之 羊 角 鎚
圖 3. 9 實驗用榔頭樣本 3.3.2 相 依 變 項 本 研 究 主 要 有 兩 種 評 量 指 標，一 為 儀 器 所 量 測 之 振 動 特 性，二 為 榔 頭 敲 擊 實 驗 後 的 主 觀 舒 適 度 ， 作 為 分 析 榔 頭 設 計 特 徵 之 相 依 變 項(DV)。 但 在 分 析 振 動 特 性 與 主 觀 舒 適 度 之 關 係 時 ， 振 動 特 性 被 當 成 是 獨 立 變 項 (IV)。 以 下 說 明 這 些 變 項 。 編 號 榔頭樣本 編 號 榔頭樣本 編 號 榔頭樣本 H01 H02 H03 H04 H05 H06 H07 H08 H09 H10 H11 H12 H13 H14 H15 H16 H17 H18
1. 振動特性 本 研 究 根 據(王 栢 村、黃 瑞 光，2000)及 機 械 專 家 之 建 議 萃 取 出 阻 尼 指 數 、 主 頻 率 、 共 振 點 數 、 平 均 能 量 等 ， 作 為 振 動 特 性 指 標 ， 以 下 分 別 說 明 ： A. 阻 尼 指 數 (exponential damping) 阻 尼 振 動 看 似 簡 諧 振 子 的 sin(ω t ﹢ φ )，但 其 振 幅 卻 隨 時 間 增 加 而 減 少，此 振 動 存 在 著 一 個 指 數 e- a t， 關 係 衰 減。阻 尼 指 數 a 為 一 時 間 常 數 (time constant)，阻 尼 振 子 代 表 榔 頭 振 動 衰 退 的 速 率，可 視 為 振 動 持 續 的 時 間 ， 相 對 於 為 榔 頭 之 吸 振 狀 態 。 B. 主 頻 率 (resonant frequency ) 振 動 的 時 域 波 形 經 快 速 傅 力 葉 分 析，可 以 分 解 不 同 頻 率 組 成 的 波 形 ， 並 做 出 高 低 排 列 。 這 種 頻 率 的 排 列 ， 就 是 所 謂 的 頻 率 分 析 。 在 頻 譜 圖 中 能 量 最 高 ， 共 振 時 間 最 長 者 ， 則 定 義 為 〝 主 頻 率 〞， 其 單 位 為 Hz。 由 此 頻 率 可 知 道 此 把 榔 頭 振 動 時 的 能 量 傳 遞 ， 高 頻 的 榔 頭 振 動 的 能 量 較 多 。 C. 共 振 點 數 (peaks) 由 頻 譜 圖 可 看 出，某 些 振 動 除 主 頻 率 外，仍 有 某 些 次 頻 率 相 較 地 突 出 (形 成 波 峰 )。因 此 可 依 據 波 峰 的 數 量 計 算 共 振 點 數，代 表 物 件 產 生 振 動 部 位 的 多 寡 ， 本 實 驗 以 眾 數 平 均 數 ， 計 算 共 振 點 數 的 多 寡 。
D. 平 均 能 量 (magnitude) 頻 譜 圖 中 主 頻 率 之 鋒 值 點(peak 值 )，顯 示 榔 頭 振 動 的 能 量 大 小。本 研 究 經 30 位 受 測 者 所 敲 擊 同 一 把 榔 頭 的 振 動 波 峰 值 之 能 量 總 平 均 值，作 此 榔 頭 振 動 的 平 均 能 量 。 2. 主觀舒適度評量 本 研 究 之 主 觀 問 卷 為 參 考 陳 建 志(2002)所 發 表 之 期 刊 文 章 及 清 華 大 學 錡 信 堯 (2003)年 所 發 表 之 論 文 所 提 出 之 主 觀 舒 適 量 表，加 以 修 整 而 成 。 主 觀 問 卷 分 為 兩 個 部 份 ： 1. 手 部 細 振 感 覺 程 度 ， 包 含 手 指 部 位 與 手 掌 部 位 之 細 振 感 覺 ， 如 圖 3.10。 2. 主 觀 舒 適 度 包 括 ： a.回 振 力 之 嚴 重 程 度 、 b.疲 勞 感 之 嚴 重 程 度 、 c.握 把 舒 適 性 及 d.整 體 滿 意 度 。 為 幫 助 受 測 者 能 專 注 感 受 手 部 各 部 位 振 動 的 程 度 ， 因 此 在 實 驗 開 始 前 ， 先 請 受 測 者 閱 讀 手 部 區 域 圖 片 說 明 ， 以 幫 助 受 測 者 確 定 並 記 憶 問 卷 所 指 之 手 部 及 局 部 區 域 ， 問 卷 內 容 於 附 錄 二 。 為 避 免 受 測 者 的 適 應 情 況 與 榔 頭 偏 好 主 觀 影 響，樣 本 的 敲 擊 順 序 採 隨 機 順 序 進 行 。
3.4 受 測 者 敲 擊 實 驗 本 實 驗 目 的 包 括 擷 取 榔 頭 振 動 值 與 操 作 後 主 觀 舒 適 度 評 量。受 測 者 以 榔 頭 敲 擊 力 量 規 五 次 後 填 寫 主 觀 問 卷 ， 計 完 成 一 把 榔 頭 之 敲 擊 。 實 驗 進 行 中 每 敲 擊 5 把 榔 頭 休 息 1 分 鐘，須 完 成 18 把 榔 頭 之 敲 擊，總 計 實 驗 時 間 為 1.5~2 小 時 左 右 。 3.4.1 受 測 者 受 測 者 以 一 般 DIY 族 群 為 對 象，考 慮 受 測 者 之 年 齡 與 個 人 能 力 差 異 之 狀 況 ， 以 建 立 正 確 有 效 之 評 量 ， 因 此 本 實 驗 以 交 通 大 學 學 生 30 人 為 主 ， 年 齡 介 於 25 歲 左 右 。 3.4.2 實 驗 環 境 本 研 究 實 驗 場 地 配 置 如 圖 3.11 所 示 ， 再 一 獨 立 的 實 驗 室 進 行 ， 其 敲 擊 實 驗 區 置 於 實 驗 空 間 的 中 央 ， 以 便 於 敲 擊 作 業 。 敲 擊 作 業 結 束 後 ， 受 測 者 移 往 前 方 之 工 作 桌 進 行 填 寫 問 卷 表 格 及 休 息 ， 右 邊 則 為 實 驗 者 操 作 作 業 區 。 圖 3. 11 受測者敲擊實驗場地規劃 休息 區 填寫 問卷 區 敲 擊實驗 區 作業 區
3.4.3 實 驗 程 序 步 驟 本 實 驗 分 為 七 步 驟 ， 實 驗 流 程 如 圖 3.12 所 示 ： 1. 準 備 作 業：確 認 報 表 與 擷 取 盒 連 線 成 功，黏 置 加 速 規 於 榔 頭 握 把 處 。 2. 實 驗 說 明 ： 向 受 測 者 說 明 整 個 實 驗 目 的 與 流 程 。 3. 受 測 者 閱 讀 注 意 事 項：內 容 包 括 敲 擊 次 數 與 休 息 時 間，及 手 部 知 覺 圖 片 ， 如 附 錄 二 。 4. 練 習 敲 擊 ： 請 受 測 者 練 習 敲 擊 力 量 規 ， 並 調 整 敲 擊 姿 勢 與 力 道 。 5. 正 式 敲 擊：請 受 測 者 握 持 榔 頭 敲 擊 力 量 規，實 驗 者 擷 取 敲 擊 資 料，間 隔 5 秒 後 敲 擊 一 次，此 動 作 重 複 5 次。在 連 續 敲 擊 5 把 榔 頭 後 休 息 1 分 鐘 。 6. 填 寫 主 觀 問 卷 ： 填 寫 一 份 對 於 該 榔 頭 操 作 之 主 觀 評 量 (附 錄 二 )。 7. 資 料 擷 取 ： 重 複 步 驟 4~5 進 行 其 他 樣 本 榔 頭 敲 擊 作 業 。 3.5 小 結 本 研 究 依 照 上 述 實 驗 設 計，進 行 受 測 者 敲 擊 實 驗 及 主 觀 舒 適 度 問 卷 調 查 ， 所 得 數 據 於 下 一 章 節 進 行 整 理 ， 並 分 析 受 測 者 主 觀 舒 適 度 評 量 、 榔 頭 振 動 特 性 及 榔 頭 設 計 特 徵 之 間 的 關 係 。
第 四 章 研 究 結 果
實 驗 結 果 整 理 分 析 分 為 兩 個 階 段，第 一 階 段 針 對 主 觀 偏 好、振 動 特 性 及 設 計 特 徵 之 各 組 資 料 分 別 進 行 初 步 分 析 ， 以 了 解 各 變 項 之 相 間 的 關 係 ， 後 並 針 對 問 卷 進 行 因 子 分 析 ， 以 縮 減 依 變 項 之 因 子 。 第 二 階 段 針 對 主 觀 偏 好 、 振 動 特 性 及 設 計 特 徵 進 行 迴 歸 分 析 ， 比 對 之 間 的 關 係 ， 分 析 流 程 圖 如 圖 4.1 所 示 。 圖 4. 1 分析流程關係4.1 資 料 整 理 此 階 段 實 驗 資 料 整 理 共 分 為 三 個 部 份 ： 振 動 特 性 ： 敘 述 振 動 特 性 之 資 料 收 集 及 處 理 過 程 ， 比 較 其 相 關 性 。 設 計 特 徵 ： 榔 頭 之 設 計 特 徵 分 門 別 類 ， 並 且 進 行 相 關 性 分 析 。 主 觀 問 卷：進 行 成 對 t 檢 定 以 觀 察 各 問 卷 中 各 把 榔 頭 之 表 現，並 進 行 因 子 分 析 縮 減 問 卷 內 容 ， 以 利 迴 歸 分 析 之 用 。 以 下 便 針 對 第 一 階 段 分 別 分 析 討 論 。 4.1.1 振 動 特 性 由 擷 取 盒 中 所 獲 得 加 速 規 之 資 料 數 為 每 1ms(毫 秒 )擷 取 25 次 數 值 ， 共 擷 取 430ms， 一 次 振 動 可 收 集 10750 筆 ， 為 了 精 減 數 據 數 據 ， 本 實 驗 剔 除 趨 近 於 零 點 之 振 動 數 值。而 實 驗 樣 本 所 產 生 之 振 動 於 50ms 過 後 逐 漸 趨 近 於 零 ， 因 此 實 驗 數 據 取 前 50ms (約 1250 筆 資 料 )以 利 分 析 。 力 量 規 所 得 數 據 為 敲 擊 之 衝 擊 力 道 ， 目 的 僅 為 確 認 受 測 者 之 敲 擊 力 道 並 無 特 異 之 偏 差 。 在 收 集 實 驗 數 據 同 時 ， 無 可 避 免 也 會 摻 雜 收 到 環 境 所 造 成 之 雜 訊 干 擾 。 為 消 去 此 干 擾 ， 所 獲 得 數 據 須 經 過 濾 波 器(Filter)以 過 濾 高 頻 雜 訊 。 數 值 擷 取 流 程 如 圖 4.2，每 把 榔 頭 所 擷 取 之 振 動 時 域 圖，透 過 低 通 濾 波 器
(low pass filter)將 高 頻 雜 訊 過 濾，後 導 正 偏 差 (DC bisc)，並 取 其 絕 對 值 ，
繪 出 嵌 合 曲 線(curve fitting)以 取 得 振 動 阻 尼 指 數 。 其 他 之 振 動 特 性 ， 則
透 過 MATLAB 軟 體 指 令 的 快 速 傅 力 葉 (FFT)將 時 域 圖 轉 換 成 頻 譜 圖，以 觀
圖 4. 2 數據擷取流程 每 把 榔 頭 皆 由 30 位 受 測 者 進 行 5 次 敲 擊 ， 並 取 3 筆 敲 擊 力 道 較 相 近 之 數 據 ， 經 由 上 述 流 程(圖 4.2)處 理 。 共 振 點 數 採 眾 數 平 均 數 為 該 把 榔 頭 之 代 表；平 均 能 量、主 頻 率 及 組 尼 指 數 則 皆 為 30 位 受 測 者 之 3 筆 資 料 所 得 之 平 均 數 ， 這 些 振 動 特 性 整 理 如 下 表 4.1。 表 4. 1 各榔頭產生之振動特性 這 些 振 動 特 性 間 的 相 關 性 分 析 如 下 表 4.2， 可 以 得 知 主 頻 率 與 共 振 點 數 呈 顯 著 負 相 關 ， 也 就 是 主 頻 率(基 頻 )高 之 振 動，共 振 點 數 少。阻 尼 指 數 與 平 均 能 量 也 是 顯 著 負 相 關 ， 代 表 在 阻 尼 指 數 高 的 榔 頭 特 徵 下 ， 平 均 能 榔頭編號 H01 H02 H03 H04 H05 H06 H07 H08 H09 共振點數(個) 1 1 2 1 1 2 2 2 2 平均能量 3668.00 4850.50 4124.50 4004.30 4627.18 1503.71 1902.20 1404.11 1588.57 主頻率(hz) 17.56 20.00 16.83 17.57 14.59 15.68 16.09 17.13 14.29 阻尼指數(a*104 ) 41.70 32.18 32.18 32.18 24.13 32.54 43.78 60.22 49.28 榔頭編號 H10 H11 H12 H13 H14 H15 H16 H17 H18 共振點數(個) 2 2 2 2 3 3 3 3 3 平均能量 2905.16 1880.64 1932.48 2835.82 6561.88 2633.47 3165.21 3321.26 3100.76 主頻率(hz) 16.14 18.07 10.40 12.80 12.80 17.45 16.26 11.20 11.20 阻尼指數(a*104 ) 24.46 54.22 24.34 21.76 22.93 37.17 29.12 24.10 21.64 註：經由 fft 所轉換之能量值為表示主頻率之強度。
量 都 會 相 對 的 減 少 。 阻 尼 指 數 則 與 共 振 頻 率 呈 正 相 關 ， 意 指 阻 尼 指 數 高 之 共 振 頻 率 亦 高 。 雖 然 有 以 上 的 顯 著 相 關 ， 但 其 相 關 係 數 中 並 不 高 ， 因 此 在 後 續 之 分 析 中 ， 各 指 標 應 分 別 討 論 。 表 4. 2 榔頭振動相關係數分析 4.1.2 設 計 特 徵 經 與 榔 頭 設 計 專 家(鋐 基 公 司 )討 論 ， 初 步 認 為 會 可 能 會 影 響 振 動 與 敲 擊 舒 適 性 的 設 計 特 徵 分 為 如 下 之 類 目 如 圖 4.3， 包 括 ： 鎚 頭 重 量 (g)、 總 長(cm)、 總 重 量 (g)、 重 心 距 離 榔 頭 位 置 之 百 分 比 、 握 柄 斷 面 形 狀 (扁 薄 、 多 邊、圓 桿、方 形)、握 柄 直 徑、結 構 (一 體 成 形、多 件 組 合 )、羊 角 弧 度 (拔 釘 直 角 或 拔 釘 彎 角)、 柄 身 材 質 (金 屬 、 木 質 、 玻 璃 纖 維 )、 握 持 處 材 質 (木 質 、 塑 膠)等 。 依 此 類 目 將 受 測 18 把 榔 頭 之 設 計 特 徵 加 以 量 測 分 析 ， 製 成 如 表 4.3 榔 頭 設 計 物 理 屬 性 ， 及 表 4.4 榔 頭 設 計 外 觀 特 徵 ： 1.000 -.088 -.484* -.201 . .730 .042 .425 18 18 18 18 -.088 1.000 .020 -.531* .730 . .938 .023 18 18 18 18 -.484* .020 1.000 .549* .042 .938 . .018 18 18 18 18 -.201 -.531* .549* 1.000 .425 .023 .018 . 18 18 18 18 Pearson 相關 顯著性 (雙尾) 個數 Pearson 相關 顯著性 (雙尾) 個數 Pearson 相關 顯著性 (雙尾) 個數 Pearson 相關 顯著性 (雙尾) 個數 PEAKS 平均能量 共振頻率 阻尼指數 PEAKS 平均能量 共振頻率 阻尼指數 在顯著水準為0.05 時 (雙尾)，相關顯著。 *. 共振點數
圖 4. 3 設計特徵定義 表 4. 3 榔頭設計物理屬性 鎚頭重量(g) 總長 (cm) 總重量(g) 重心 (百分比) 握柄直徑(cm) H01 450.0 33.0 700 27.88 4.8 H02 450.0 33.0 760 26.67 4.8 H03 562.5 34.5 820 26.67 4.8 H04 562.5 34.5 840 27.54 4.8 H05 618.8 40.5 940 27.16 4.8 H06 450.0 33.0 640 20.61 7.8 H07 562.5 33.0 750 19.09 8.0 H08 562.5 35.0 740 18.57 7.8 H09 450.0 33.0 640 19.09 6.8 H10 450.0 33.0 650 20.61 7.8 H11 450.0 33.0 660 19.70 7.8 H12 450.0 33.0 720 24.24 7.8 H13 450.0 42.5 780 20.24 7.8 H14 590.6 35.0 1000 25.71 10.8 H15 450.0 34.0 820 30.00 4.8 H16 562.5 35.0 850 30.29 48.0 H17 562.5 35.0 830 21.43 8.3 H18 562.5 34.0 830 20.00 7.8
表 4. 4 榔頭設計外觀特徵 樣 本 受 限 於 整 體 結 構 強 度 與 製 造 加 工 之 因 素，一 體 成 形 之 榔 頭 所 對 應 之 柄 身 材 質 皆 為 金 屬 類 ， 並 配 合 塑 膠 材 質 之 握 柄 。 多 件 組 合 之 榔 頭 結 構 為 木 柄 材 質 與 玻 璃 纖 維 材 質 ， 如 表 4.5 所 示 。 表 4. 5 樣本設計特徵關聯性歸納表 結構 柄身 握把材質 斷面形狀 一體成形 金屬 塑膠 扁薄形 木質 木質 多邊形 圓桿 多件組合 玻璃纖維 塑膠 圓桿 方 握柄斷面形狀 結構 羊角弧度 柄身材質 握持處材質 H01 扁薄 一體成形 彎 金屬 塑膠 H02 扁薄 一體成形 直 金屬 塑膠 H03 扁薄 一體成形 直 金屬 塑膠 H04 扁薄 一體成形 彎 金屬 塑膠 H05 扁薄 一體成形 直 金屬 塑膠 H06 多邊 多件組合 彎 木質 木質 H07 多邊 多件組合 直 木質 木質 H08 圓桿 多件組合 直 木質 木質 H09 圓桿 多件組合 直 木質 木質 H10 多邊 多件組合 彎 木質 木質 H11 多邊 多件組合 直 木質 木質 H12 方 多件組合 直 玻璃纖維 塑膠 H13 圓桿 多件組合 直 木質 塑膠 H14 方 多件組合 直 玻璃纖維 塑膠 H15 扁薄 一體成形 彎 金屬 塑膠 H16 扁薄 一體成形 彎 金屬 塑膠 H17 圓桿 多件組合 直 玻璃纖維 塑膠 H18 圓桿 多件組合 直 玻璃纖維 塑膠
.873 .387 .870 .386 .816 .214 .809 .440 .796 .165 .723 .546 .718 .637 .703 .634 .630 .238 .925 .459 .852 .488 .700 .527 .665 中指 食指 上側肌 回振力 魚際 疲勞度 無名指 下側肌 大姆指 舒適度 滿意度 掌心 小姆指 1 2 成份 萃取方法：主成分分析。 4.1.3 主 觀 問 卷 本 實 驗 共 有 30 位 受 測 者 ， 分 別 敲 擊 18 把 榔 頭 ， 針 對 每 把 榔 頭 分 別 給 予 手 部 細 振 與 主 觀 舒 適 度 之 評 價 。 為 了 解 各 榔 頭 所 造 成 手 部 各 區 域 細 振 之 差 異，先 進 行 成 對 樣 本 t 檢 定，接 著 進 行 問 卷 進 行 因 子 分 析，以 萃 取 之 因 子 進 行 分 析 。 1. 主 觀 問 卷 指 標 因 子 擷 取 在 主 觀 問 卷 調 查 中 之 題 目 有 相 關 性 的 存 在，在 問 卷 分 析 過 程 中 為 了 解 其 問 題 之 指 標 有 無 程 度 上 之 相 關 ， 因 此 以 統 計 軟 體 進 行 因 子 分 析 ， 以 特 徵 值(eigenvalue)大 於 1 為 擷 取 因 子 之 根 據。由 此 可 得 兩 因 子，因 子 軸 經 最 大 變 異 數 旋 轉 後 ， 各 主 觀 評 量 與 因 子 之 相 關 係 數 如 表 4.6 所 示 ， 此 二 因 子 可 解 釋 的 變 異 量 分 別 為 47.16%及 32.63%。 第 一 因 子 包 含 的 大 都 為 振 動 感 覺 因 此 可 看 為 振 動 覺 因 子 ， 振 動 覺 因 子 得 分 高 時 ， 代 表 振 動 程 度 不 嚴 重 不 明 顯 ， 反 之 振 動 覺 因 子 得 分 低 則 表 示 振 動 感 越 嚴 重 明 顯 ； 第 二 因 子 包 含 舒 適 度 與 整 體 滿 意 度 ， 因 此 應 可 看 為 舒 適 性 因 子 。 表 4. 6 因子分析所得各主觀問卷與兩因子之關係
2. 成 對 樣 本 T 檢 定 經 由 統 計 軟 體 進 行 成 對 樣 本 t 檢 定，以 了 解 樣 本 群 中 各 把 榔 頭 在 各 主 觀 評 量 得 分 之 差 異 ， 詳 細 結 果 如 附 錄 五 。 在 此 顯 示 各 榔 頭 之 因 子 得 分 差 異 t 檢 定 ， 如 表 4.7 為 舒 適 度 因 子 t 檢 定 之 結 果 ； 表 4.8 為 振 動 覺 因 子 之 t 檢 定 結 果 。 舒 適 度 因 子 t 檢 定 中 ， 18 把 榔 頭 在 舒 適 度 因 子 得 分 較 高 排 名 前 3 把 榔 頭 分 別 為 H11、H09、H12 與 其 他 把 榔 頭 有 顯 著 差 異 較 明 顯；得 分 較 低 之 後 3 把 榔 頭 則 為 H14、 H05、 H13。 表 4. 7 舒適度因子 t 檢定 舒適度因子 H11> H09> H12> H08> H01> H02> H06 H12> H08> H01> H02> H06> H10 H08> H01> H02> H06> H10> H17> H15> H03 H06> H10> H17> H15> H03> H18> H07> H04 H15> H03> H18> H07> H04> H16> H13 H18> H07> H04> H16> H13> H05> H14 振 動 覺 因 子 t 檢 定 中 ， 18 把 榔 頭 在 舒 適 度 因 子 得 分 較 高 排 名 前 3 把 榔 頭 分 別 為 H09、H06、H08 與 其 他 把 榔 頭 有 顯 著 差 異 較 明 顯；得 分 較 低 之 後 3 把 榔 頭 為 H13、 H14、 H04， 如 表 4.8 所 示 。 表 4. 8 振動覺因子 t 檢定 振動覺因子 H09> H06> H08> H15> H12> H11> H07> H01> H10> H05> H02> H03> H18> H15> H12> H11> H07> H01> H10> H05> H02> H03> H18> H17> H16> H02> H03> H18> H17> H16> H04> H03> H18> H17> H16> H04> H14>
4.2 變 項 間 關 係 之 分 析
本 研 究 接 著 以 統 計 軟 體 進 行 迴 歸 分 析，嘗 試 以「enter」、「stepwise」、
「remove」、「 forward」、「 backward」 等 五 種 迴 歸 模 式 進 行 分 析 ， 由 於
前 四 項 分 析 模 式 所 得 結 果 較 不 理 想 ， 因 此 最 後 決 定 以「backward」(向 後 式)之 迴 歸 分 析 模 式 做 複 線 性 迴 歸 分 析 。 該 模 式 會 將 資 料 作 進 一 步 的 篩 選 ， 由 關 連 性 最 低 的 因 變 項 逐 次 剔 除 ， 進 而 保 留 關 連 性 較 高 的 因 變 項 ， 最 後 達 到 顯 著 性(<0.05)的 項 目 選 出 ， 構 成 特 定 意 象 的 迴 歸 方 程 式 。 迴 歸 分 析 中 的 標 準 化 係 數 Beta 值 ， 可 以 表 達 因 變 項 的 重 要 影 響 程 度 ， 正 值 表 示 會 增 強 依 變 項 ， 負 值 則 顯 示 應 用 其 對 應 之 設 計 特 徵 會 減 弱 該 依 變 項 ， 絕 對 值 越 大 則 影 響 越 大 。 本 研 究 針 對 以 下 三 個 部 份 進 行 迴 歸 分 析 ： 第 一 部 份 振 動 特 性 與 主 觀 評 估 關 係 之 分 析 。 第 二 部 份 榔 頭 設 計 特 徵 與 振 動 特 性 關 係 之 分 析 。 第 三 部 份 榔 頭 設 計 特 徵 與 主 觀 評 估 之 關 係 分 析 。 第 一 部 份 迴 歸 分 析 中 ， 振 動 特 性 為 因 變 項(IV)， 主 觀 評 估 為 依 變 項 (DV)；第 二 部 份 迴 歸 分 析 中，榔 頭 設 計 特 徵 為 為 因 變 項 (IV)，振 動 特 性 為 依 變 項(DV)；第 三 部 份 迴 歸 分 析 中，榔 頭 設 計 特 徵 為 為 因 變 項 (IV)，主 觀 評 估 為 依 變 項(DV)。 4.2.1 振 動 特 性 與 主 觀 評 量 關 係 之 分 析 振 動 特 性 與 主 觀 評 估 關 係 之 分 析 中 ， 振 動 特 性 為 因 變 項(IV)而 舒 適 度 評 估 為 依 變 項(DV)， 舒 適 度 評 估 將 以 兩 因 子 進 行 迴 歸 分 析 。 由 迴 歸 分 析 的 標 準 化 係 數 權 重 值 ， 可 以 分 辨 出 主 觀 因 子 對 該 振 動 特 性 的 重 要 影 響 程
3.067 .199 15.384 .000 -6.956E-05 .000 -.454 -2.196 .044 6.885E-03 .004 .384 1.858 .083 (常數) 平均能量 阻尼指數 4 依變數\：振動因子 a. 常數 模式 B 之估計值 標準誤 未標準化係數 Beta 分配 標準化係 數 t 顯著性 度 。 如 表 4.9 所 示 ， 分 析 結 果 中 的 未 標 準 化 係 數 B(unstandardized coefficients)，可 以 看 出 舒 適 度 因 子 與 阻 尼 指 數 的 關 係，其 迴 歸 方 程 式 為： 舒 適 性 因 子=1.462+0.02(阻 尼 指 數, a*104) 表 4. 9 振動特性影響舒適性因子之迴歸分析結果 表 4.10 結 果 顯 示 另 一 迴 歸 分 析 ， 平 均 能 量 及 阻 尼 指 數 與 振 動 覺 有 較 高 的 關 連 性 。 分 析 結 果 中 的 未 標 準 化 係 數 B， 可 以 看 出 振 動 因 子 與 阻 尼 指 數 、 平 均 能 量 的 關 係 ， 其 迴 歸 方 程 式 為 ： 振 動 覺 因 子=3.067-0.00007(平 均 能 量)+0.0069(阻 尼 指 數 a*104) 表 4. 10 振動特性影響振動覺因子之迴歸分析結果 影 響 振 動 特 性 與 主 觀 評 量 之 迴 歸 分 析 可 歸 納 如 表 4.11，其 結 合 各 振 動 特 性 對 主 觀 評 估 的 影 響 ， 其 中 舒 適 性 因 子 與 阻 尼 指 數 有 正 相 關 。 阻 尼 指 數 代 表 榔 頭 的 吸 振 程 度 ， 所 以 ， 吸 振 程 度 高 的 榔 頭 ， 相 對 會 有 較 高 的 整 體 滿 意 度 評 價 ； 整 體 滿 意 度 則 與 平 均 能 量 、 主 頻 率 及 共 振 點 數 無 明 顯 的 常數 模式 B 之估計值 標準誤 未標準化係數 Beta 分配 標準化係 數 t 顯著性 1.462 .219 6.669 .000 2.026E-02 .006 .636 3.295 .005 (常數) 阻尼指數 5 依變數\：舒適因子 a.
相 關 。 振 動 覺 因 子 與 阻 尼 指 數 也 成 正 相 關 ， 阻 尼 指 數 高 ， 振 動 較 不 明 顯 。 振 動 覺 因 子 與 平 均 能 量 呈 負 相 關 ， 但 與 主 頻 率 及 共 振 點 數 無 顯 著 相 關 。 平 均 能 量 代 表 振 動 之 能 量 大 小(回 振 力 )， 回 振 力 越 大 感 受 振 動 越 明 顯 。 表 4. 11 影響振動特性與主觀評量之分析 4.2.2 榔 頭 設 計 特 徵 與 振 動 特 性 關 係 之 分 析 由 上 述 分 析 中，舒 適 性 因 子 與 振 動 覺 因 子 有 顯 著 影 響 關 係 的 振 動 因 素 為 阻 尼 指 數 及 平 均 能 量 ， 而 與 主 頻 率 及 共 振 點 數 無 顯 著 相 關 。 人 體 所 能 感 受 到 之 振 動 頻 率 下 限 為 10～ 18hz 之 間，而 本 實 驗 樣 本 中 的 振 動 頻 率 皆 大 於 10~18hz， 因 此 以 下 仍 保 留 主 頻 率 ， 剔 除 和 舒 適 度 因 子 及 振 動 覺 因 子 無 關 之 共 振 點 數 。 表 4.12 針 對 榔 頭 設 計 特 徵 與 阻 尼 指 數 之 回 歸 分 析 結 果 中 ， 由 未 標 準 化 係 數 B 可 看 出 阻 尼 指 數 (DV)與 榔 頭 設 計 特 徵 (IV)之 關 係，其 迴 歸 方 程 式 為 ： 阻 尼 指 數=126.89 -2.688(總 長 度,cm)+15.88(圓 桿 斷 面,斷 面 形 狀)-11.567 (方 斷 面,斷 面 形 狀) 舒適性因子 振動覺因子 阻尼指數 + + 平均能量 X – 主頻率 X X 共振點數 X X “+”代表正向影響；”–”代表負向影響；”X”代表無顯著關係
(常數) 模式 1 B 之估計值 標準誤 未標準化係數 Beta 分配 標準化係 數 t 顯著性 -4921.129 1711.997 -2.874 .011 10.350 2.188 .764 4.730 .000 (常數) 總重量 10 依變數\：平均能量 a. 28.175 3.691 7.634 .000 -.560 .126 -.548 -4.440 .001 1.026E-02 .004 .384 2.895 .012 -6.270 .741 -.992 -8.467 .000 (常數) 總長 總重量 方斷面 7 依變數\：主頻率 a. 常數 模式 B 之估計值 標準誤 未標準化係數 Beta 分配 標準化係 數 t 顯著性 126.890 26.367 4.812 .000 -2.688 .767 -.607 -3.503 .004 15.883 5.431 .520 2.924 .011 -11.567 4.527 -.422 -2.555 .023 (常數) 總長 圓桿斷面 方斷面 7 依變數\：阻尼指數 a. (常數) 模式 1 B 之估計值 標準誤 未標準化係數 Beta 分配 標準化係 數 t 顯著性 表 4. 12 榔頭設計特徵影響阻尼指數的迴歸分析結果 阻 尼 指 數 與 榔 頭 之 總 長 度、方 形 斷 面 有 顯 著 負 相 關，與 圓 桿 斷 面 正 相 關 。 榔 頭 設 計 特 徵 與 主 頻 率 迴 歸 分 析 結 果 如 表 4.13 所 示 ， 由 表 中 的 未 標 準 化 係 數 B 可 看 出 主 頻 率 與 設 計 特 徵 之 關 係 ， 其 迴 歸 方 程 式 為 ： 主 頻 率=28.18-0.56(總 長,cm)+0.0102(總 重 量,g)-6.27(方 斷 面) 表 4. 13 榔頭設計特徵影響主頻率之迴歸分析結果 榔 頭 設 計 特 徵 與 平 均 能 量 進 行 迴 歸 分 析 之 結 果 如 表 4.14， 由 分 析 結 果 中 未 標 準 化 係 數 B 可 看 出 平 均 能 量 與 總 重 量 的 關 係，其 迴 歸 方 程 式 為： 平 均 能 量=-4921+10.35(總 重 量,g) 表 4. 14 榔頭設計特徵影響平均能量之迴歸分析結果
