(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏心ロータと、内側中空部に偏心ロータを軸支するとともに地中に埋設される本体と、偏心ロータに接続されて偏心ロータを設定された回転速度で回転駆動するサーボモータと、を備え、
偏心ロータを軸方向に分割した２以上の偏心錘により構成し、各偏心錘の回転中心部に共通する回転軸を貫通してそれぞれを連結するとともに、各偏心軸の軸方向両端をそれぞれ軸受けを介して本体に支持し、
各偏心錘の間に弾性材からなる緩衝板を挟圧して偏心錘の軸方向の位置決めをする組立構造としたことを特徴とする回転震源装置。
【請求項２】
請求項１記載の回転震源装置において、
各偏心錘と回転軸との嵌合部にそれぞれキー溝を形成してキーを嵌着することにより各偏心錘と回転軸とを連結し、各偏心錘の軸孔を回転軸よりも大径にして、回転軸に対し各偏心錘がキーの高さ方向へ相対移動可能にしたことを特徴とする回転震源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地質構造探査を目的として、地面に設置し地震波に相当する微弱な振動を連続して発生させる回転震源装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
従来、人工的に発生させた地震波の伝搬を観測して地質構造を探査する地質構造探査システムでは、人工地震を発生させるための方法として、ダイナマイト等の爆薬を地中で爆発させて、単発的な地震波を発生させることがある。しかしながら、爆薬を用いた方法では、得られる地震波が単発のパルス的振動であるため、広範囲の地質構造の変化を長期間連続的にモニタするシステムには不適当であった。そこで、連続的に地震波を発生する方法として、油圧や空圧または電磁力を用いて錘を機械的に往復運動させることにより連続的に微弱な地震波を発生する方法が提案されている。しかしながら、これらの機械的な振動発生方法についても、連続した地震波を得ることができるものの、その加振力と周波数を任意に設定してその振動を高精度に連続再現することができなかった。また、機械的に振動を発生させる場合、騒音がともなうため、設置できる場所が人家から離れた場所に制限を受けるという問題があった。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
そこで上記課題を解決するために、請求項１の発明は、本体を地中に埋設するとともに、本体に形成された内側中空部に偏心ロータを軸支しこの偏心ロータにサーボモータを接続して設定された回転速度で回転駆動する。それにより、任意の周波数の地震波を連続して発生させることが可能になる。
【０００４】
また、請求項１の発明では、前記偏心ロータを、軸方向に分割した２以上の偏心錘により構成し、各偏心錘の回転中心部に共通する回転軸を貫通してそれぞれを連結するとともに、各偏心軸の軸方向両端をそれぞれ軸受けを介して本体に支持することにより、偏心錘の取り付け数、および偏心錘の質量の大小により発生振動の強度の調整が可能になるとともに、各偏心錘で発生した加振力がそれぞれの軸受けを介して本体に伝えられる。
【０００５】
更に、請求項１の発明では、各偏心錘の間に弾性材からなる緩衝板を挟圧して偏心錘の軸方向の位置決めをする組立構造としたことにより、各偏心錘に軸方向の変位が発生しても、緩衝板により吸収されて他の偏心錘に干渉することが防がれる。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、各偏心錘と回転軸との嵌合部にそれぞれキー溝を形成してキーを嵌着することにより各偏心錘と回転軸とを連結し、各偏心錘の軸孔を回転軸よりも大径にして、回転軸に対し各偏心錘がキーの高さ方向へ相対移動可能にしたことにより、回転軸と各偏心錘とは、一定の範囲以下ではあるが、半径方向にフリーとなり、回転軸への荷重負担が軽減される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の実施形態の内部構造を示す縦断面図であり、図２は図１の要部の横断面図である。図１において、１は回転軸であり、上端がカップリング２を介してサーボモータ３の出力軸４に接続されている。回転軸１は、組立の作業性を良くするため、下部を大径にし上部を小径にしてあり、下部の大径部に偏心錘５が、上部の小径部には偏心錘６が嵌合されている。偏心錘５，６は、全体が円柱の形状をして上下端の周面に軸受け嵌合部が形成されるとともに、上下の軸受け嵌合部の間となる部分の一方の側面が切除され偏心部５ｂが形成されている。偏心錘５は、上下の軸受け嵌合部が軸受け７，８を介して、本体であるところのケーシング９に支持されている。同様に、偏心錘６は、上下の軸受け嵌合部が軸受け１１，１２を介して、ケーシング９に支持されている。
【０００８】
また、偏心錘５は、図２に示されるように、回転軸１と嵌合する中心部に、回転軸１よりもやや大きい軸孔が形成され、さらに、回転軸１および偏心錘５の偏心部５ｂの反対側位置にそれぞれキー溝１ａ，５ａが形成されて、キー１３の一面側が回転軸１のキー溝１ａに圧入固定され、キー１３の他面側がキー溝５ａ内に高さ方向摺動自在に嵌合されている。この状態で、回転軸１が回転駆動されると、キー１３を介して偏心錘５が回転される。
ここで、偏心錘５の偏心部５ｂの質量をｍとし、その質量ｍの回転半径をｒとし、回転角速度をωとすると、偏心錘５には次式に示す加振力Ｆが発生する。
【０００９】
【数１】
Ｆ＝ｍ・ｒ・ω2
【００１０】
このようにして、回転駆動されて偏心錘５に発生した加振力Ｆは、軸受け７，８を介してケーシング９に伝えられる。またこのとき、偏心錘５は軸受け７，８により支持されているものの、取り付け隙間や加振力Ｆによる全体の弾性変形等のため、偏心錘５がキー溝５ａの高さ寸法を狭める方向に移動させられる。そのため、予め、偏心錘５に発生する変位の最大値よりも、回転軸１と偏心錘５の軸孔との間の隙間の方が大きくなるようにしておく。その結果、偏心錘５が、その回転数に応じた加振力により中心軸からずれてしまう場合でも、その変位が回転軸１に伝えられることがない。
【００１１】
すなわち、回転軸１は偏心錘５を回転駆動して加振力を発生させるものの、その加振力は、すべて、軸受け７，８を介してケーシング９に伝えられるため、回転軸１が偏心錘５から半径方向の力すなわち曲げ荷重を受けることはない。また、回転軸１と偏心錘６についても同様なキー構造により接続されており、偏心錘６の回転により発生した加振力は、回転軸１には全く伝えられることなく、軸受け１１，１２を介してケーシング９に伝えられる。その結果、ケーシング９では、偏心錘５，６からそれぞれ伝えられた同一位相の加振力が加算されてより大きな振動となり、周囲の地盤に地震波として伝搬される。
【００１２】
また、図１において、偏心錘５と偏心錘６の間には、緩衝板であるところのゴムパッキン１４が挟圧支持されている。これは、回転軸１に対して、偏心錘５、偏心錘６を挿入して組み立てる際に、偏心錘５に対する偏心錘６の軸方向の位置決めをするために組みこまれたものである。ゴムパッキン１４の厚みは、回転軸１の上下端に組み込まれた押さえ板１５，１６の内側面間寸法と、偏心錘５および偏心錘６の軸方向寸法とから算出される値であり、装置の停止時、すなわち組み立て時は、偏心錘５、偏心錘６が軸方向に隙間なく支持される。
【００１３】
しかしながら、運転時は、偏心錘５、偏心錘６に加振力が発生して、それらが、軸受け７，８および軸受け１１，１２を介して、ケーシング９に伝えられるわけであるが、ここで偏心錘５、偏心錘６は軸方向の長さが違う分、偏心質量が異なり、発生する加振力が異なる。また、軸受け７，８および軸受け１１，１２についても、許容荷重がそれぞれ異なり、さらには、ケーシング９に接する地盤各部の剛性の違い等により、各部に加振力の軸方向成分が発生することがある。その結果、本来は分離された状態で保持されている偏心錘５、偏心錘６間に、互いに干渉する方向の変位が発生することがある。
【００１４】
そのため、本来予期していない応力が、変位による干渉部に発生して、各部の強度に悪影響を及ぼすことになる。しかしながら、本発明の実施形態では、偏心錘５と偏心錘６との間にゴムパッキン１４を挟圧しておいたことにより、偏心錘５と偏心錘６との間に互いに干渉する方向の変位が発生しても、ゴムパッキン１４が弾性変形してその変位を吸収する。その結果、偏心錘５、偏心錘６およびそれらを支持する各部に関しては、これら予期せぬ軸方向の応力を考慮した設計をする必要がなくなる。
【００１５】
なお、図１において、１７〜１９は軸受けを軸方向に位置決めするためのスペーサであり、２０はサーボモータ３をケーシング９に固定するためのカップリングケースであり、２１は給油孔である。この給油孔２１には、図示しないが給油用のホースまたはパイプが接続されており、地上から潤滑油を内部に圧送することができる。
また、図示しないがサーボモータ３には、インバータが接続されており、必要な地震波の周波数に応じて回転数が精密に制御される。
さらに、この実施形態では、回転軸１に対して２個の偏心錘５，６を取り付けたが、３個以上の偏心錘を取り付けることも可能である。
【００１６】
またさらに、回転軸１と偏心錘５，６との接続に、軸と軸受け部の半径方向の隙間を大きくしたスプライン継ぎ手を用いることも可能である。
また、この実施形態は、図１に示されるように、回転軸１を垂直方向にして本体部を地中に埋設しているが、この設置形態以外にも、回転軸１を水平方向にして地中に埋設することが可能である。その場合は、ケーシング９の一方の側面が地表部近くなるようにして地中に埋設し、サーボモータ３およびカップリングケース２０は埋設しないで露出させる。具体的には、設置位置の地面に溝等を形成しておき、サーボモータ３およびカップリングケース２０がその溝内に露出するようにして、ケーシング９の部分のみを地中に埋設する構造とする。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の回転震源装置によれば、本体を地中に埋設するとともに、本体に形成された内側中空部に偏心ロータを軸支しこの偏心ロータにサーボモータを接続して設定された回転速度で回転駆動することにより、任意の周波数の地震波を連続して発生させることが可能になる。その結果、この発明の回転震源装置を、地質構造の変化を長期間連続的にモニタするシステムに用いた場合、地震波に設定した加振力、振動数が高精度でしかも連続して保持されるため、システムの観測精度を飛躍的に向上することが可能となる。特に、この装置は、流体圧や電磁力を用いていないので騒音がほとんど発生しないため、人家に近いところに設置して使用することが可能になる。
【００１８】
また、偏心ロータを、軸方向に分割した２以上の偏心錘により構成し、各偏心錘の回転中心部に共通する回転軸を貫通してそれぞれを連結するとともに、各偏心錘の軸方向両端をそれぞれ軸受けを介して本体に支持することにより、偏心錘の取り付け数、および偏心錘の質量の大小により発生振動の強度の調整が可能になる。また、各偏心錘で発生した加振力がそれぞれの軸受けを介して本体に伝えられることにより、回転軸への荷重負担が軽減される。
【００１９】
さらに、各偏心錘と回転軸との嵌合部にそれぞれキー溝を形成してキーを嵌着することにより各偏心錘と回転軸とを連結するとともに、各偏心錘の軸孔を回転軸よりも大径にして、回転軸に対して各偏心錘がキーの高さ方向へ相対移動することを可能にする。それにより、回転軸と各偏心錘とは、一定の範囲内ではあるが、半径方向にフリーとなり、回転軸への荷重負担が軽減される。
【００２０】
また、各偏心錘の間に弾性材からなる緩衝板を挟圧して偏心錘の軸方向の位置決めをする組立構造としたことにより、各偏心錘に軸方向の変位が発生しても、緩衝板により吸収されて他の偏心錘に干渉することが防がれて、動作の安定性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の内部構造を示した縦断面図である。
【図２】図１の要部の横断面図である。
【符号の説明】
１  回転軸
１ａ  キー溝
２  カップリング
３  サーボモータ
４  出力軸
５  偏心錘
５ａ  キー溝
５ｂ  偏心部
６  偏心錘
７，８  軸受け
９  ケーシング
１１，１２  軸受け
１３  キー
１４  ゴムパッキン
１５，１６  押さえ板
１７〜１９  スペーサ
２０  カップリングケース
２１  給油孔
【図１】
0003721664.tif 000002
【図２】
0003721664.tif 000003