(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸に同体に回転し、半径方向に外側に位置する構造体とを含み、
前記構造体は、
前記構造体の外側端領域に配置される縦リブと、
前記構造体の外側端領域に配置される横リブとを含み、
前記縦リブは前記回転軸の回転軸心線の方向に延び、
前記横リブは前記構造体の回転方向に延びて前記縦リブに交叉し、
前記横リブの最外周端面の外径はＤで表され、前記縦リブの最外周面の外径はＤ’で表され、Ｄ＞Ｄ’である
遠心力実験装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記縦リブは板状部材が使用され、
前記横リブの最外端面は前記縦リブの最外端面よりも前記縦リブの板厚の３倍の距離以上の距離だけ外側にある
遠心力実験装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記横リブは板状部材が使用され、
前記板状部材の外側端面が前記回転軸に対して同心的である
遠心力実験装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記構造体は前記回転軸に対して振り上がり式に支持されている
遠心力実験装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記構造体は、更に、他のリブを備え、
前記他のリブは、前記構造体を振り上がり式に支持するピンから放射状に配置されている
遠心力実験装置。
【請求項６】
請求項３において、
前記構造体は、回転軸と一体に回転するアームに形成されている
遠心力実験装置。
【請求項７】
請求項３において、
前記外側端面に他の横リブが形成されている
遠心力実験装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記縦リブの外側端面が前記回転軸に対して同心的である
遠心力実験装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記縦リブは一体化されている
遠心力実験装置。
【請求項１０】
請求項１において、
前記横リブは一体化され、
前記横リブの周方向の端部である角部には風通し穴が開けられている
遠心力実験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心力実験装置の外端部分構造に関し、特に、風損を増加せることなくリブ構造の剛性を高めることができる遠心力実験装置の外端部分構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高層建築物のような地盤上構造物、トンネルのような地盤中構造物が地盤から受ける重力の圧力は複雑である。地盤の地震時の挙動のような現象は、前もってシミュレートされて調べられる必要がある。そのようにシミュレートするために、縮小模型が用いられる。遠心力実験装置上に震動台を設置する試験方法が知られている。遠心力を発生させて見かけの重力を生成する遠心力実験装置は、回転アームと、その回転アームの外側端部に吊される揺動・振り子式のバケットを備えている。そのバケットに、小型模型が搭載される。遠心力実験装置は、回転時に振り上がるバケットを回転アームに固定するロックアップ型と、遠心力の大きさに対応して振り上がる角度が異なるフリースイングアップ型とが知られている。縮小模型を用いることにより、短期間に、安価に、数多くの実験を多様に行うことができる。遠心力下での振動実験は、他に知られている大型振動台を用いる高精度の実験を補完する実験である。
【０００３】
主な実験対象は、海底軟弱地盤層の中のトンネル、ダム、埋め立て地盤上の高層ビルのような非常に大型で超々重量物体であり、実験精度の追求のためには、供試模型もある程度に適正に大きいことが求められる。大きい供試模型の遠心荷重を支持するために、バケットの底部、着座型（ロックアップ型）アームの外周部分はリブで補強される。そのようなリブは、アーム構造、バケット構造の全体の厚みを大きくし、更に、最外径Ｄを大きくする。風損は、その最外径Ｄの５乗に比例する。風損は、そのＤが１０％だけおおきくなっただけで、１．６倍に急増する。駆動動力のかなりの部分は風損に基づく動力損であるから、そのＤが大きくなれば、駆動電動機、減速歯車、回転軸のような回転機構部分などが大型化する。
【０００４】
図９と図１０は、大型化要請に応じる公知のフリースイングアップ型遠心力実験装置を示している。回転アーム１０１が、回転機構１０２に支持されている。回転アーム１０１は、左右のアーム箱１０３，１０４とで構成されている。左右のバケット１０５，１０６は、アーム箱１０３，１０４にそれぞれに重力と遠心力が合成される力の方向に揺動自在に吊り下げられている。このようなバケット１０５，１０６には、その遠心力は回転アームに半径方向に作用するだけでなく、水平面上で回転アームがハの字状に広がる方向にも作用する。アーム箱１０３，１０４には補強リブが形成されている。アーム箱１０３，１０４は、外板１０７と補強リブ１０８とで構成されている。このようなアーム箱１０３，１０４には、回転アームがハの字状に広がることがないように、更に、リブ１０９が外板１０７に溶接されて結合している。
【０００５】
公知のこのような装置では、バケット１０５，１０６のバケットベース１１０には、縦リブと横リブとから形成される格子状のリブ１１１が溶接される。あるいは、バケット１０５，１０６は、インゴットから削り出しにより製作される。慣性モーメントの増加を避け、外周部分の質量を軽減するために、縦リブ（回転軸心線方向に向くリブ）と横リブ（回転中の周方向に向くリブ）の板厚が薄く形成され、且つ、それらの幅Ｂが大きく形成される。これらの縦横のリブの幅Ｂ（遠心方向幅又は半径方向幅）は、バケットベース１１０の剛性をできるかぎり上げる必要があって、ほぼ同程度になるように設計されている。このような設計は、最外径Ｄを増加せることになる。この増加は、既述の通り風損を増大させる。
【０００６】
図１１は、ロックアップ型遠心力実験装置を示している。バケット１０５，１０６は、回転して振り上げられ、９０度ほど振り上がって、回転アーム１０１に形成されるバケット着座部分１１２，１１３に固定される。ロックアップ型遠心力実験装置は、バケット荷重とバケットに搭載される供試模型荷重をより高い遠心加速度の下で回転アームにより支持する構造を有し、フリースイングアップ型遠心力実験装置に比べて、バケットの強度は低く設計され得るが回転アームの先端部分の強度はより高くなるように設計される。
【０００７】
図１２は、そのようなバケット着座部分１１２，１１３の詳細を示している。バケット着座部分１１２は、横リブ１１２ｘと、縦リブ１１２ｙとから構成される格子状リブを備えている。図１３は、バケット着座部分１１２の格子部分を一体化してそれを被覆した鋼板１１４を示している。このような被覆構造によれば、全ての溶接作業をリブの内部からできないことが多く、図１４に示されるように、厚みｔを持つ横リブ１１２ｘの突出高さがｈになり、その溶接幅がＳになるように横リブ１１２ｘと鋼板１１４とが溶接により接合されることになる。
【０００８】
公知のこのようなロックアップ型遠心力実験装置のバケット着座部分１１２，１１３には、フリースイングアップ型遠心力実験装置のバケットと同様に、格子状溶接又はインゴット削り出しにより製作され、慣性モーメントの増加を避け、外周部分の質量を軽減するために、縦リブ１１２ｙと横リブ１１２ｘの板厚が薄く形成され、且つ、それらの幅が大きく形成される。これらの縦横のリブの幅（遠心方向高さ）は、バケットベースの剛性をできるかぎり上げる必要があって、ほぼ同程度になるように設計されている。このような設計は、最外径Ｄを増加させることになる。この増加は、既述の通り風損を増大させる。
【０００９】
このような大型化は、コストパフォーマンスの面で遠心力実験装置に問題を提起する。遠心力実験装置の大型化と搭載容量の増大化の要請に応じて、風損低減、更には、風損低減に実際的に対応することができる実際的解決策が求められている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、風損を低減し大型化と搭載容量の増大化を可能にする遠心力実験装置の外端部分構造を提供することにある。
本発明の他の課題は、風損を低減し、実際的にサイズを大型化し搭載容量を増大化することができる遠心力実験装置の外端部分構造を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数・形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【００１２】
本発明による遠心力実験装置の外端部分構造は、回転軸（４）と、回転軸（４）に同体に回転し半径方向に外側に位置する構造体（１５，９’）とを含み、構造体（１５，９’）は、構造体（１５，９’）の外側端領域に配置される縦リブ（２１ｙ，２１ｙ’）と、構造体（１５，９’）の外側端領域に配置される横リブ（２１ｘ，２１ｘ’）とを含み、縦リブ（２１ｙ，２１ｙ’）は前記回転軸の回転軸心線の方向に延び、横リブ（２１ｘ，２１ｘ’）は構造体の回転方向に延びて前記縦リブ（２１ｙ，２１ｙ’）に交叉し、横リブ（２１ｘ，２１ｘ’）の最外端面は、縦リブ（２１ｙ，２１ｙ’）の最外端面よりも外側にある。横リブの最外側面の回転半径は大きくなったとしても、風損に影響する縦リブの外径は小さく抑えられていて、風損低減効果があり、且つ、リブの格子構造の剛性は高く保持されている。
【００１３】
縦リブ（２１ｙ，２１ｙ’）は板状部材が使用され、横リブ（２１ｘ，２１ｘ’）の最外端面は縦リブの最外端面よりも縦リブ（２１ｙ，２１ｙ’）の板厚の３倍の距離以上の距離だけ外側にある。リブ構造部材としては薄い鋼板が使用されて質量の増大が抑えられており格子構造の剛性は高く保持され、板厚に関係する外径Ｒの適正化が図られている。横リブ（２１ｘ，２１ｘ’）は板状部材が使用され、板状部材の外側端面が回転軸に対して同心的であり、風損が低減化されている。
【００１４】
構造体は、回転軸に対して振り上がり式に支持されているバケット（１５，１５’）であり、又は、バケットの振り上がり位置でそれを固定化するアーム箱（９’）である。
【００１５】
構造体は、更に、他のリブ（２３ｙ）を備え、他のリブ（２３ｙ）は、構造体を振り上がり式に支持するピン（１７）から放射状に配置されている。外側端面には、他の横リブが形成されていることがある。
【００１６】
縦リブ（２１ｙ，２１ｙ’）の外側端面が回転軸に対して同心的であることは、風損の低減化のためにより効果的である。縦リブ（２１ｙ，２１ｙ’）は一体化されていることがある。横リブ（２１ｘ，２１ｘ’）も一体化され、横リブ（２１ｘ，２１ｘ’）の周方向の端部である角部には風通し穴２７が開けられていて、更に、強化構造と風損減少化のためにより効果的である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図に一致対応して、本発明による遠心力実験装置の外端部分構造の実施の形態は、回転アームがバケットとともに設けられている。その回転アーム１は、図１（ａ），（ｂ）に示されるように、電動機２により回転駆動される。電動機２は、基礎台３に固定されている。回転軸４は、減速機５を介して電動機２に連結されている。回転軸４は、軸受ユニットにより軸心線方向及び径方向にそれぞれに支持されている。軸受ユニットは、スラスト軸受６と、上部ラジアル軸受７と、下部ラジアル軸受８とを備えている。
【００１８】
１平面内で回転する回転アーム１は、回転軸４に固定されて支持されている。回転アーム１は、左右のアーム箱９を備えている。アーム箱９は、同図（ｂ）に示されるように、第１アーム構成要素と第２アーム構成要素とから形成されている。第１アーム構成要素は、回転軸心線に直交する水平線を含む鉛直面に平行に配置され互いに平行である第１アーム構成鋼板１１，１２を備えている。第２アーム構成要素は、回転軸心線に直交する水平線を含む鉛直面に平行に配置され互いに平行である第２アーム構成鋼板１３，１４を備えている。
【００１９】
左右のバケット１５は、左右のアーム箱９の両遠心端側端部にそれぞれに揺動自在に結合している。バケット１５は、両側の支柱形成体１６を備えている。支柱形成体１６の一方の片側部分は第１アーム構成鋼板１１，１２の間に配置され、支柱形成体１６の他の片側部分は第２アーム構成鋼板１３，１４の間に配置されている。バケット１５は、第１アーム構成鋼板１１，１２と第２アーム構成鋼板１３，１４を貫通するバケットピン１７を介してアーム箱９に揺動自在に支持されている。
【００２０】
図２は、バケット１５を詳細に示している。支柱形成体１６は、バケットピン１７を貫通させて支持する軸受部１８を形成している。支柱形成体１６は、回転軸心線Ｌの方向に離隔された２体の支柱形成鋼板１９，１９を備えている。両支柱形成鋼板１９，１９は、横リブ２１ｘと、縦リブ２１ｙとにより互いに結合している。ここで、縦リブとは、回転軸心線Ｌの方向に向いて延びるリブであり、横リブとは回転中の周方向ａに向くリブである。複数体の支柱形成体１６は、遠心方向に遠い遠心方向外周端部で横リブ２１ｘと縦リブ２１ｙとにより、横方向（周方向）と縦方向（回転軸心線方向）に互いに支持しあっている。
【００２１】
両支柱形成鋼板１９，１９は、更に、円筒面形状リブ２２ｘにより互いに結合している。円筒面形状リブ２２ｘは、１組の２体の支柱形成鋼板１９の両端に一体に結合して軸受部１８に挿入されるバケットピン１７のまわりを同心的に半周するリブである。２体の円筒面形状リブ２２ｘの間には、バケットピン１７の中心線から放射する放射線方向に延びる多数の半径方向リブ２３ｙが介設されている。２体の円筒面形状リブ２２ｘは、多数の半径方向リブ２３ｙにより互いに支持しあっている。このように、バケット１５の支柱形成体１６は、支柱形成体１６を強化する縦リブ２１ｘと、横リブ２１ｙ、円筒面形状リブ２２ｘ，半径方向リブ２３ｙとから構成される強化リブ構造により強固に構造化されている。
【００２２】
バケット１５とこれに搭載される模擬実験対象物（図示されず）に作用する遠心荷重は、縦リブ２１ｙで分散されて横リブ２１ｘに流れ、更に、支柱形成体１６の支柱形成鋼板１９に流れる。支柱形成鋼板１９に流れ込む遠心荷重は、更に、円筒面形状リブ２２ｘに流れ、次いで半径方向リブ２３ｙに流れてバケットピン１７に伝達される。このように荷重の流れを形成する格子構造は、適正に十分に剛性を有する強化構造を備えている。
【００２３】
周方向に延びる横リブは、図１（ａ）に示されるように、その幅（半径方向幅又は高さ幅）は大きいがその厚みは薄く風損の増大を適正に抑えており、縦リブの幅（半径方向幅又は高さ幅）は従来通りの幅で設計することができ、風損に影響する外径は、横リブ外周端までの外径Ｄでなく、縦リブ外周端までの従来通りの外径Ｄ’であり、風損を増大させることなく、剛性を高くすることができる。
【００２４】
横リブ２１ｘは、図２に示されるように、更に、横リブ２１ｘが延びる周方向に延び回転軸心線Ｌの方向に幅が狭い横リブ補強リブ２４により補強される。縦リブ２１ｙは、更に、縦リブ２１ｙが延びる回転軸心線Ｌの方向に延び周方向に幅が狭い縦リブ補強リブ２５により補強される。横リブ２１ｘの外周端面と横リブ補強リブ２４の外周面は、回転軸心線Ｌに対して同心的であり、円筒面的であることが風損削減のために有効である。
【００２５】
縦リブ２１ｙも、その延びる方向が回転軸心線Ｌに対して同心的であるように円筒面を形成することが好ましく、図３に示されるように、縦リブ補強リブ２５に一体化されることが、より有効な風損削減の点で好ましい。
【００２６】
図４は、本発明による遠心力実験装置の外端部分構造の実施の他の形態を示している。本実施の形態は、本発明がロックアップ型として適用されている。本実施の形態は、バケット１５’がアーム箱９’に９０度振り上げ位置でロックアップされる点と、既述の実施の形態のバケットの外周側端部の格子構造がアーム箱９’の外周側端部に形成されている点で、既述の実施の形態と異なっている。
【００２７】
アーム箱９’の外周側端部に、図５に示されるように、横リブ２１ｘに相当する横リブ２１ｘ’と、縦リブ２１ｙに相当すると縦リブ２１ｙ’とが形成されている。本実施の形態で、更に、円筒面形状リブ２２ｘに相当する円筒面形状リブ２２ｘ’（図示されず）、半径方向リブ２３ｙに相当する半径方向リブ２３ｙ’が形成される点も既述の実施の形態に同じである。風損削減のためのその他の微細リブ構造のためにも、既述の実施の形態の微細構造がそのまま適用され得る。両実施の形態で、風損削減効果と強化構造効果は全く同じである。本実施の形態では、バケットの構造を簡略化することができる。
【００２８】
図６は、本発明による実施の更に他の形態を示している。複数の縦リブ２１ｙの径方向に外側である部分（外径側）が回転軸心線に対して同心に配列されている。
【００２９】
図７は、本発明による実施の更に他の形態を示している。図２に示される横リブ補強リブ２４と縦リブ補強リブ２５とが、拡大延長されて１体の広い面積の縦横リブ２６に改変されている。
【００３０】
図８は、本発明による実施の更に他の形態を示している。横リブ２１ｘと縦リブ２１ｙとが個別に一体化され、円周上に配置された単独又は複数の中空の梁の前面と後面（径方向外側端部の外径端部であるコーナー部分）が開口され、風損の減少化が図られている。
【００３１】
実施の複数形態に示されるように、横リブの幅（高さ）を大きくすることにより、従来のほぼ同一幅の格子状のリブ構成のものと比較して、剛性を大きく設計することができ、外径Ｄ（横リブ先端までの径Ｒ）は増大するが、風損としては横リブ先端までの径Ｄ’となって、小さくすることができるので、径Ｄの約５乗に比例する風損を大幅に低下させる効果がある。図２と図３に示されるように、横リブ先端に更に小さい小リブを取り付けることにより、これら全体の剛性を上げて質量を低下させることにより、回転部分全体の慣性モーメントを低減し、電動機の動力を低減することができる。
【００３２】
横リブ２１ｘの外周を回転中心と同心状にすることにより、そのリブの強度が上がり、小リブ２４の強度を上げることができるとともに、その小リブ２４の風に対する重圧面積を低減して、動力を低減することができる。図６に示されるように、各縦リブの配置が全体として回転中心と同心状であるので、小リブ２５の風に対する重圧面積を低減して、動力を低減することができる。このような円周上配置の小リブ２１ｙ，２５を一体化して円筒面を形成する図３の実施の形態では、縦横のリブで構成される空間を塞ぐことにより、その付近で発生する流れの乱れを防止して、更に風損を減少させることができる。
【００３３】
横リブを板状に形成した実施の形態では、板状のバケット支柱、又は、アーム一体に配置することにより、極端な応力集中を招くことなくアームに流すことが容易になって、回転体の軽量化、高強度化が可能であり、結果的に風損低減をより効果的にする。バケットについても、その板状部材をバケットピンの周囲に回すことにより、このリブに均一に応力を集中する作用があり、更に放射状リブの追加により、既述の効果がより有効に奏することになる。図７と図８に示されるように、横リブの小リブの一部又は全部を同一に一体化して、横リブの面外の曲げを防止して、強度を増加し、且つ、風損の増加を防止することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明による遠心力実験装置の外端部分構造は、回転構造体の外側領域部分の風損低減と構造強化とを同時に達成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による遠心力実験装置の外端部分構造の実施の形態を示す断面図である。
【図２】図２は、図１の一部のリブ構造の実施の形態を示す射軸投影図である。
【図３】図３は、リブ構造の実施の他の形態を示す射軸投影図である。
【図４】図４は、本発明による遠心力実験装置の外端部分構造の実施の他の形態を示す断面図である。
【図５】図５は、リブ構造の実施の更に他の形態を示す射軸投影図である。
【図６】図６は、リブ構造の実施の更に他の形態を示す射軸投影図である。
【図７】図７は、リブ構造の実施の更に他の形態を示す射軸投影図である。
【図８】図８は、リブ構造の実施の更に他の形態を示す射軸投影図である。
【図９】図９は、公知装置を示す平面図である。
【図１０】図１０は、図９の正面図である。
【図１１】図１１は、他の公知装置を示す正面図である。
【図１２】図１２は、公知装置の一部を示す射軸投影図である。
【図１３】図１３は、図１２の一部を示す射軸投影図である。
【図１４】図１４は、図１３の一部を示す射軸投影図である。
【符号の説明】
４…回転軸
９’，１５…構造体
９’アーム箱
１５，１５’…バケット
２１ｙ，２１ｙ’…縦リブ
２３ｙ…他のリブ
２７…風通し穴
【図１】
0003649649.tif 000002
【図２】
0003649649.tif 000003
【図３】
0003649649.tif 000004
【図４】
0003649649.tif 000005
【図５】
0003649649.tif 000006
【図６】
0003649649.tif 000007
【図７】
0003649649.tif 000008
【図８】
0003649649.tif 000009
【図９】
0003649649.tif 000010
【図１０】
0003649649.tif 000011
【図１１】
0003649649.tif 000012
【図１２】
0003649649.tif 000013
【図１３】
0003649649.tif 000014
【図１４】
0003649649.tif 000015