(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
概ね鉛直方向の回転軸心線を有し外形輪郭が概ね直方体状に形
成された回転ビームと、
前記回転ビームに形成される上流側整流体とからなり、
前記上流側整流体は、それの上流側がそれの中心側に向く流線を形成し、
且つ、前記回転ビームが受ける気流に関して上流側に形成されている
遠心式加速度場発生構造体の基本形状類型。
【請求項２】
請求項１において、
更に、前記回転ビームに形成される下流側整流体とからなり、
前記下流側整流体は、前記回転ビームが受ける気流に関してそれの下流側が前記中心側に向く流線を形成し、且つ、前記回転ビームが受ける気流に関して下流側に形成されている
ことを特徴とする遠心式加速度場発生構造体の基本形状類型。
【請求項３】
請求項１において、
前記上流側整流体は、前記回転ビームの上縁側に形成されている
ことを特徴とする遠心式加速度場発生構造体の基本形状類型。
【請求項４】
請求項１において、
前記上流側整流体は、前記回転ビームの上縁側及び下縁側に形成されている
ことを特徴とする遠心式加速度場発生構造体の基本形状類型。
【請求項５】
請求項３又は４において、
前記上流側整流体は、前記回転ビームの遠心側に形成されている
ことを特徴とする遠心式加速度場発生構造体の基本形状類型。
【請求項６】
請求項１において、
前記上流側整流体は、上縁側から下縁側へ連続に続く曲面で形成されている
ことを特徴とする遠心式加速度場発生構造体の基本形状類型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心式加速度場発生構造体の基本形状類型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビルのような構築物は、地盤上に建設される。その地盤の実物試験は、その構築物が完成した後でなければ行うことができない。巨大な重力が作用する地盤のような試験体の事前の試験を行うために、大きい重力場を仮想的に生成する遠心載荷装置が用いられている。その遠心載荷装置は、軸対称な回転アームを備えている。その回転アームには、試験体を載荷するためのバケットとバランスウエイトを載置するためのバケットが、軸対称に配置され揺動自在に吊り下げられている。
【０００３】
１００Ｇ相当の遠心力が試験体に付与される。回転アーム、両バケット、試験体の試験に必要な振動付与装置、その他の附属構造物とからなる全体の重量は巨大である。そのような巨大な回転体を支持する軸受を含む支持構造物が受ける負担が可能な限り小さくなるように配慮される。
【０００４】
その負担の減少のための１つの手段は、風損低減手段である。水車、風車、船舶の推進回転翼、タービン羽根のような回転体は、その推力の増進のための研究がなされてきたが、遠心載荷装置のような回転体の風損低減は、その研究が実質的にはなされていない。
【０００５】
遠心載荷装置では、その風損低減が緊要である。更には、騒音発生の抑制が望まれる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、風損低減が有効に実現される遠心式加速度場発生構造体の基本形状類型を提供することにある。
本発明の他の課題は、騒音抑制が有効である遠心式加速度場発生構造体の基本形状類型を提供することにある。
【０００７】
【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。その表現中の請求項対応の技術的事項には、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、請求項対応の技術的事項と実施の複数・形態のうちの少なくとも１つの形態の技術的事項との一致・対応関係を明白にしているが、その請求項対応の技術的事項が実施の形態の技術的事項に限定されることを示すためのものではない。
【０００８】
本発明による遠心式加速度場発生構造体の基本形状類型は、概ね鉛直方向の回転軸心線（３）を有し外形輪郭が概ね直方体状に形成された回転ビーム（６，図３のビームＩ型）と、その回転ビームに形成される上流側整流体（２６，２７）とからなり、上流側整流体（２６，２７）は、上方側で上方に向き下方側で下方に向く流線を形成し、且つ、回転ビーム（６）が受ける気流に関して上流側に形成されている。
【０００９】
直接に風圧を受ける上流側の整流体は、回転ビームが回転して占める空間（円盤上空間）から空気を排除する時の風圧抵抗が、基準体（図３のビームＩ型）のそれよりも小さく、それだけ、風損が少ない。
【００１０】
更に、回転ビーム（６）に形成される下流側整流体（２４，２５）とからなり、下側整流体（２４，２５）は、回転ビーム（６）が受ける気流に関して上方側で下方に向き下方側で上方に向く流線を形成し、且つ、回転ビーム（６）が受ける気流に関して下流側に形成されていることが好ましい。上流側整流体（２６，２７）と下流側整流体（２５，２６）は、軸対称に配置されることは静的にも動的にも流体力学上、更に好ましい。上流側と下流側の風圧が概ね均等化され、それだけ風損が少なくなる。
【００１１】
回転ビーム（６）の端部に付加物を取り付けることによる風損低減効果は期待できない（プレート丸１型、丸２型、丸３型、丸４型及び図５参照）。
【００１２】
上流側整流体（２６，２７）は、回転ビーム（６）の遠心側にあることが、求心側にあることよりもその低減効果が大きい。求心側（中心側）の整流翼はむしろない方がよいと推定される。
【００１３】
上流側整流体（２６，２７）は、上縁側から下縁側へ連続に続く曲面で形成されることも効果がある（ビームＩＩ型）。このような上流側整流体（２６，２７）と同形のものが下流側に設けられなくてもその効果がある（図３のビームＩＩ−１，２型、図５の表）。
【００１４】
本発明による遠心式加速度場発生構造体の基本形状類型は、概ね鉛直方向の回転軸心線（３）を有し外形輪郭が概ね直方体状に形成された回転ビーム（６）と、回転ビーム（６）に形成される整流体（２４，２５，２６又は２７）とからなり、整流体（２４，２５，２６又は２７）は、上方側及び下方側に配置され、回転軸心線（３）に直交する平面上で回転ビーム（６）よりも上流側及び下流側に延長される薄い平面状の翼板（図３のディスクＩ型）で形成され、回転軸心線（３）に対して概ね対称に形成されていることは、特に優れている（図５の表）。
【００１５】
その翼板は、回転軸心線上の点を中心とする円板であることは特に好ましい（ディスクＩ型）。翼板の外形線上の任意の点と前記回転軸心線上の点との間のその平面上での距離をＲで示し、任意の点と回転軸心線（３）上の点とを結ぶ直線と回転ビーム（６）の半径方向線との間の角度をθ（＜９０度）で表せば、その翼板のその外形線がθが大きくなればＲは小さくなる形状線で形成されていることは、実験結果から推奨されることである（ディスクＩ−１，２型、図５の表）。このことは、整流作用面積は大きい方が優れていることを示している。
【００１６】
本発明による遠心式加速度場発生構造体の基本形状類型は、概ね鉛直方向の回転軸心線を有し外形輪郭が概ね直方体状に形成された回転ビーム（６）と、回転ビーム（６）に形成される上流側整流体とからなり、上流側整流体は、遠心側に配置され、上流側で遠心方向に向き、下流側で求心方向に向く流線を形成する。このようなもの（図３のバケット型）も、風損低減効果が認められる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図に一致対応して、本発明による遠心式加速度場発生構造体の基本形状類型の実施の形態は、回転駆動機構が設けられている。その回転駆動機構は、図１に示されるように、基台１を備えている。回転軸２が基台１に回転自在に支持されている。回転軸２の回転軸心線３は、地面１ＦＬに一致する水平面に直交している。回転軸２は、減速用ギアボックス、軸継手を介して主電動機５に結合している。回転台（回転アーム）６が、キーを介して回転軸２に結合している。回転台６は左右の両腕から形成され、設計上は概ね回転軸心線３に対して対称な構造を有している。
【００１８】
試験体用保持器７とバランスウエイト用保持器８とが、回転軸心線３に対して対称に配置され、回転台６に支持されて揺動可能に吊り下げられている。試験体用保持器７とバランスウエイト用保持器８は、回転軸心線３に対して設計上は概ね互いに対称である構造を有している。試験体用保持器７とバランスウエイト用保持器８は、それぞれに吊下用軸９，１１により回転自在・揺動自在に支持されている。吊下用軸９，１１は、それぞれに水平に向いて平行であり、回転台６に固定されている。
【００１９】
回転台６、試験体用保持器７、バランスウエイト用保持器８とから形成される遠心回転機構部分は、１階フローア１ＦＬと地下１階フローアＢ１Ｆとの間に配置されている。回転台６の下面と地下１階フローアＢ１Ｆとの間には、作業員が自由に歩くことができる高さのスペースが設けられている。１階フローア１ＦＬと地下１階フローアＢ１Ｆとの間のスペースに風の流れが生じ、騒音が発生する。
【００２０】
図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、４つの角度方向から回転台６を見たそれぞれの射軸投影図である。回転台６は、図２（ａ）に示されるように、概ね、６面体構造であり、６面壁から形成され、１軸方向に長い直方体構造である。その６面は、回転軸心線に直交する面である水平面に平行な上下面と、円周方向に直交する前後面と、半径方向に直交する両側面から形成されている。
【００２１】
円周方向に直交する前後面のうち、直接に風圧を受け回転方向に前方に位置する前方面２１は、概ね、閉じられている。円周方向に直交する前後面のうち、直接に風圧を受けず回転方向に後方に位置する後方面２２は、所々で開かれ、複数の窓２３が開けられている。このような窓は、バケットの振り上げ、試験体の運動を観測するために開けられている。このように、回転台６は、風圧抵抗に関しては、即ち、流体力学上は、必ずしも軸対称には形成されていない。
【００２２】
周方向前方側（上流側）上縁部位、周方向前方側（上流側）下縁部位、周方向後方側（下流側）上縁部位、周方向後方側（下流側）下縁部位の４部位に、軸対称に、且つ、回転軸心線３を含みこれら４部位が対向する方向に直交する面に対して鏡面対称に、第１回転翼２４（図２（ａ））、第２回転翼２５（図２（ａ））、第３回転翼２６（図２（ａ））、第４回転翼２７（図２（ｂ））が、着脱自在に取り付けられている。第１回転翼２４と第２回転翼２５とは、水平面（回転軸心線３に直交する面）に対して、鏡面対称に配置され形状化されている。第３回転翼２６と第４回転翼２７とは、その同一水平面に対して、鏡面対称に配置され形状化されている。第１回転翼２４、第２回転翼２５、第３回転翼２６、第４回転翼２７は、それぞれにそれら自体が、軸対称に配置され形状化されている。
【００２３】
第１回転翼２４、第２回転翼２５、第３回転翼２６、第４回転翼２７とは、それぞれに、４分の１円筒面に形成されている。第１回転翼２４の４分の１円筒面は、その下流側が中心側（水平面である対称基準鏡面に向かう側）に向いている。第２回転翼２５の４分の１円筒面は、その下流側がその中心側に向いている。第３回転翼２６の４分の１円筒面は、その上流側がその中心側に向いている。第４回転翼２７の４分の１円筒面は、その上流側がその中心側に向いている。
【００２４】
第１回転翼２４と第２回転翼２５との間は、軸方向に大きくスペースが開けられている。言い換えれば、第１回転翼２４と第２回転翼２５との間の離隔距離は、それらの４分の１円筒面の半径よりも十分に大きい。第３回転翼２６と第４回転翼２７との間は、軸方向に大きくスペースが開けられている。言い換えれば、第３回転翼２６と第４回転翼２７との間の離隔距離は、それらの４分の１円筒面の半径よりも十分に大きい。
【００２５】
更に言い換えれば、第１回転翼２４と第２回転翼２５の４分の１円筒面は、第１回転翼２４と第２回転翼２５を互いに近づけさせることにより、２分の１円筒面に合成され、第３回転翼２６と第４回転翼２７の４分の１円筒面は、第３回転翼２６と第４回転翼２７を互いに近づけさせることにより、２分の１円筒面に合成される。このようなスペースがない場合には、そのスペースがある場合に比べて、風圧・風損が大きくなる。
【００２６】
第１回転翼２４、第２回転翼２５、第３回転翼２６、第４回転翼２７のそれぞれの４分の１円筒面は、回転台６の既述の実質上の上下面に概ね滑らかに接続している。この滑らかな接続は、流体力学上、当然に好ましい。
【００２７】
下流側回転翼２４，２５は、吐出流線を互いに近づける方向に滑らかに形成され、上流側回転翼２６，２７は、吸込流線を互いに遠ざける方向に滑らかに形成されている。回転翼は、上下縁の近傍にのみ設けられることが好ましい。大きい面積を持つ回転翼は、逆に、大きく流線をそらすのでよくない。
【００２８】
図３は、「高遠心加速度場下の振動試験装置の開発」の低風損・低騒音回転台の研究開発のために作成した試験用フローチャートである。試験対象の回転台は、基本的に、４タイプに分けられる。これらの４タイプは、本発明を分類したものではなく、一般的な試験研究のための分類型である。
【００２９】
第１タイプであるビームＩ型は、四角柱であり、丸みは設けられていない。第２タイプであるビームＩＩ型は、概ね四角柱であるが、上流側と下流側に全体的に丸みが設けられている（これは、図２に示した実施の形態とは異なる）。第３タイプであるディスク型は、円盤形状（扁平な円柱）である。第４タイプであるバケット型は、遠心端部に試験体及びバランスウエイトを載置するためのバケットを設けたものである。
【００３０】
ビームＩ型は、ビームＩ−１と、プレート型と、ビームＩ−２型の３タイプに分類される。ビームＩ−１型は、側方角部分を除く４つの角部分である上流側・下流側の上方側・下方側角部分に小さい曲率の４分の１円筒面を形成したものであり、図２の実施の形態に類似している。ビームＩ−２型は、丸みを考慮せず、台長を基準長（ビームＩ型のアーム長を基準長とする）の０．９８０倍にしたものである。
【００３１】
プレート型は、更に、４タイプに分類される。プレート丸１型は、既述の４角部分の外側寄りの部分に風切り板を取り付けた翼型である。プレート丸２型は、既述の４角部分のうちの下側角部分の外側寄りの部分に風切り板を取り付けた翼型である。プレート丸３型は、プレート丸１型では風切り板が上下面になく前後面に配置されているのに対して、風切り板が上下面に配置されている。プレート丸４型は、上下面の全体に風切り板を設けたものである。
【００３２】
ビームＩＩ型は、ビームＩＩ−１型とビームＩＩ−２型に分類される。ビームＩＩ−１型は、前方後方の丸みの曲率（半径）を大きくしたものである。ビームＩＩ−２型は、丸みを半径部分に限定して形成したものである。
【００３３】
ディスク型Ｉは、ビームＩ型のビームに円形の屋根板と床板を取り付けたものである。ディスク型は、ディスクＩ型とディスクＩＩ型に分類される。ディスクＩ型は、ディスクＩ−１，２型とディスクＩＩ型に分類される。ディスクＩ−１，２型とディスクＩＩ型は、屋根板と床板の円周方向の分布形状が変形されている。ディスクＩ−１型とディスクＩ−２型とでは、ビームの直径が異なる。ディスクＩＩ型は、円形屋根板・床板をある角度範囲で欠落させたものである。
【００３４】
このような分類型について、同じ条件（回転数、載荷質量）で試験を行った。図４は、基本形状に関する分類型であるビームＩ型、ビームＩＩ型、ディスク型、バケット型の基本形に関する比較実験による結果を示している。バケット型を除き、風損に関しては、直観的に自明な結果が得られている。図５は、ビームＩ型の基本形を基準として、そのデータが記載されている。
【００３５】
但し、図５のデータに関する上欄は、ディスク型との比較値である。ビーム型では、ビームＩ−Ｉ型即ち図２の実施の形態のものが優れている。ディスク型を除けば、ビームＩ型の基本形に対する比較で分かるように、ビームＩ−Ｉ型が圧倒的に優れていることが分かる。全てについて言えることは、丸みがついていないものに対して、丸みがついていることが優れているための十分条件である。
【００３６】
このような表から、単純にどれが発明として優れているかについて、判定することはできない。ディスク型は他の型に対して優れているが、面積の増大、重量の増大を招く難点がある。プレート型の４タイプは、概ね同じであるが、改善効果は期待できない。ビームＩＩ型の基本形は、ビームＩＩ−１，２型よりも優れている。このような分析は可能であるが、実用性が重視される発明としては、各タイプについて優れているものが優れている。
【００３７】
総合的な結論は、風圧を受ける面積が相対的に少なく（アスペクト比が大）前後縁（辺）に極力大きな丸みを設けることが優れているための十分条件である。
【００３８】
整流体は、基本ビームに着脱自在であることが製作・メインテナンス上好ましい。図２に示される整流体２４，２５，２６，２７は軽量で、且つ、有効な風損低減効果がある。
【００３９】
【発明の効果】
本発明による遠心式加速度場発生構造体の基本形状類型は、風損低減効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による名称の実施の形態を示す正面図である。
【図２】図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、本発明による名称の実施の回転台を４つの異なる角度からそれぞれに見た射軸投影図である。
【図３】図３は、回転台の基本構造である基本ビームとの比較で風損試験を行うための基本類型を示す試験フローチャートである。
【図４】図４は、試験結果を示す表である。
【図５】図５は、試験結果を示す他の表である。
【符号の説明】
３…回転軸心線
６…回転ビーム（回転台、ビームＩ型）
２４，２５…下流側整流体
２６，２７…上流側整流体
【図１】
0003546149.tif 000002
【図２】
0003546149.tif 000003
【図３】
0003546149.tif 000004
【図４】
0003546149.tif 000005
【図５】
0003546149.tif 000006