(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単且つ低コストで、地震波による振動を再現するのに有効である加振装置を提供する。【解決手段】加振装置１０は、振動抵抗対策の効果を視覚的に表す実験装置１において構造物に対し振動を付与する加振装置であって、振動台１１と電動スライダー１３とを備える。振動台１１は、一方の側に構造物の模型２を着脱可能である。電動スライダー１３は、振動台１１の他方の側において取り付けられ、振動台１１を一軸方向に直線摺動させる。【選択図】図１
0003208962.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
振動抵抗対策の効果を視覚的に表す実験装置において構造物に対し振動を付与する加振装置であって、
一方の側に前記構造物の模型を着脱可能な振動台と、
前記振動台の他方の側において取り付けられ、前記振動台を一軸方向に直線摺動させる電動スライダーと、
を備える、加振装置。
【請求項２】
二つの電動スライダーを含み、
前記二つの電動スライダーは、前記振動台の前記模型の着脱面に平行な面上において交差する二軸方向に取り付けられた、
請求項１に記載の加振装置。
【請求項３】
前記電動スライダーは、ステッピングモーターと、前記ステッピングモーターの回転に応じて回転し前記電動スライダーを直線摺動させるボールねじと、を有する、
請求項１又は２に記載の加振装置。
【請求項４】
前記電動スライダーの駆動回路を含む駆動装置、
を備える、加振装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の加振装置と、
前記電動スライダーを駆動するためのパルス信号を生成する回路を含む制御装置と、
備える、加振システム。
【請求項６】
前記制御装置は、地震の観測データから取得された所定の時間ステップにおける変位データに基づき、前記パルス信号を生成する、
請求項５に記載の加振システム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、構造物の振動抵抗対策の効果を視覚的に表す模型振動実験装置に用いられる加振装置及び加振システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地震による振動を再現することにより建物と耐震性の関係をわかりやすく理解させる模型振動実験装置が知られている。例えば、ある模型振動実験装置は、複数の構造物の模型と、振動台と、加振構造とを備え、外部から振動が与えられた際に、構造物に発生する振動と振動抵抗対策の効果を視覚的に再現する。複数の構造物の模型は、それぞれ高さが異なっている。振動台には、複数の構造物の模型を並列にかつ着脱可能に載置される。加振構造は、振動台に取り付けられ、構造物模型に振動を与える（例えば、特許文献１参照。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実用新案登録第３１０６６１８号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記例による模型振動実験装置では、手動により振動数を変化させるため、加振できる振動に制限があった。
【０００５】
本考案の目的は、模型振動実験装置において、簡単且つ低コストで、地震波による振動を再現するのに有効な加振装置及び加振システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本考案の第１の観点に係る加振装置は、振動抵抗対策の効果を視覚的に表す実験装置において構造物に対し振動を付与する加振装置であって、振動台と電動スライダーとを備える。振動台は、一方の側に構造物の模型を着脱可能である。電動スライダーは、振動台の他方の側において取り付けられ、振動台を一軸方向に直線摺動させる。
【０００７】
この加振装置においては、振動台は位置決めや制御が容易な電動スライダーによって振動させることができるため、簡単且つ低コストで複雑な地震波による振動を再現することができる。
【０００８】
本考案の第２の観点に係る加振装置は、二つの電動スライダーを含み、同二つの電動スライダーは、振動台の模型の着脱面に平行な面上において交差する二軸方向に取り付けられている。この加振装置においては、二つの電動スライダーが二軸方向に移動可能であるため、二次元の地震動が再現できるようになった。
【０００９】
本考案の第３の観点に係る加振装置は、電動スライダーは、ステッピングモーターと、ステッピングモーターの回転に応じて回転し電動スライダーを直線摺動させるボールねじと、を有する。この加振装置においては、ステッピングモーターの回転制御により地震波による振動を再現することができため、地震波を再現するのに有効である。
【００１０】
本考案の第４の観点に係る加振装置は、電動スライダーの駆動回路を含む駆動装置を備える。この加振装置においては、電動スライダーの駆動を容易に実行することができる。
【００１１】
本考案の第５の観点に係る加振システムは、上記の加振装置と、電動スライダーを駆動するためのパルス信号を生成する回路を含む制御装置と備える。この加振システムにおいては、電動スライダーの複雑な制御を実行することができる。
【００１２】
本考案の第６の観点に係る加振システムは、制御装置は、地震の観測データから取得された所定の時間ステップにおける変位データに基づき、パルス信号を生成する。この加振システムにおいては、ランダムな波形を入力することが可能であり、多様な地震波の再現に対応することができる。
【考案の効果】
【００１３】
本考案の加振装置及び加振システムは、簡単且つ低コストで、地震波による振動を再現するのに有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１による加振装置を含む模型振動実験装置の全体構成図。
【図２】実施の形態１における加振装置の斜視図。
【図３】電動スライダーの内部構成を一部省略して示した図。
【図４】実施の形態１における加振システムの構成図。
【図５】電動スライダーを駆動するためのパルス信号を説明するための図。
【図６】地震動を再現するために入力するデータを説明するためのグラフ。
【図７】実施の形態２における加振装置の斜視図。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施の形態１）
［１−１  構造］
［１−１−１  模型振動実験装置］
図１は本考案の一実施形態に係る加振装置１０を含む模型振動実験装置１の全体構成を概略的に示した図である。
【００１６】
模型振動実験装置１は、模型構造物群２と、加振システム３とを備える。加振システム３は、模型構造物群２を支持する加振装置１０（加振装置の一例）と、制御システム１００とを備える。制御システム１００は、ケーブル４を介してモータードライバー５０（駆動装置の一例）に接続され、モータードライバー５０を制御する制御装置３０（制御装置の一例）と、制御装置３０に接続されるＰＣ２０とを備える。
【００１７】
［１−１−２  加振装置］
図２に示すように、加振装置１０は、振動台１１と、振動台１１の下方に取り付けられた電動スライダー１３と、電動スライダー１３を駆動するモータードライバー５０（図１）とを備える。
【００１８】
＜振動台＞
振動台１１は、長方形の透明アクリルやアルミ等の板状材料により構成される。振動台１１の一方の側（図１では上方）の載置面には模型構造物群２が着脱可能に取り付けられる。振動台１１の他方の側（図１では下方）には、振動台１１と共に一軸方向（図中の矢印）に直線摺動可能な電動スライダー１３が取り付けられる。
【００１９】
なお、模型構造物群２は、バネ鋼や透明アクリル板等により構成される。模型構造物群２は、図１に示すようにフレームを組み立てて高さの異なる構造物の模型により構成することができる。
【００２０】
＜電動スライダー＞
図３は、電動スライダー１３の内部を一部省略して示す。電動スライダー１３は、外部フレーム（図示省略）によって支持されたステッピングモーター１３１、ガイドレール１３２、ガイドブロック１３３、ナット部１３４、ボールねじ１３５、テーブル１３６を備える。電動スライダー１３は、公知のものを用いることができる。ステッピングモーター１３１の回転に応じてボールねじ１３５が回転することにより、図３の矢印で示すように、ナット部１３４に固定されたテーブル１３６がガイドブロック１３３と共にガイドレール１３２上を直線運動する。テーブル１３６上には振動台１１が固定されるため、振動台１１もこの直線運動に応じて移動する。
【００２１】
ステッピングモーター１３１の回転量は，入力パルス数によって正確に制御することができる。
【００２２】
＜モータードライバー＞
モータードライバー５０（図１）は、電動スライダー１３の駆動回路を含み、制御装置３０からスライダー制御信号を受信し、同スライダー制御信号に応じて電動スライダー１３のステッピングモーター１３１を駆動する。
【００２３】
なお、本実施の形態においては、モータードライバー５０は、加振装置１０に含まれるものとしているが、制御システム１００の一部に含まれる構成としてもよい。
【００２４】
［１−１−３  制御システム］
図４に示すように、加振装置１０を制御する制御システム１００は、ＰＣ２０と、制御装置３０とを備える。
【００２５】
＜ＰＣ＞
ＰＣ２０は、ＣＰＵ等により構成される制御部２１と、メモリ２３とを備えるパーソナルコンピュータである。
【００２６】
制御部２１は、メモリ２３に記憶される所定のプログラム（数値解析ソフトウエア等）に従って、次のような処理を実行する。例えば、時間ステップ１０ｍｓｅｃの時系列で与えられる位置データを外部ｃｓｖファイルから読み込み，変位データ（移動量）に変換する。この移動量はステッピングモーター１３１の仕様に従ってパルス数に変換され、ＵＳＢポート（図示省略）を介して制御装置３０に送信される。
【００２７】
振動の位置データを外部ｃｓｖファイルで指定することにより、各種地震波や正弦波を含む任意波形に対応することができる。
【００２８】
＜制御装置＞
制御装置３０は、時間ステップ１０ｍｓｅｃごとに指定された数のパルスを発生させ、モータードライバー５０を駆動する。図４に示すように、制御装置３０は、ＵＳＢコントローラ３１と、パルス発生回路３５と、スライダー制御回路３６とを備える。本実施の形態においては、地震動の変位データのようにランダムな多量のデータで動作させるため、マイコンを使用して常時信号を送り続けられるように制御回路を別途設けている。
【００２９】
ＵＳＢコントローラ３１は、ＰＣとの処理速度の差を吸収するため、ハードウェアフロー制御と１ＫＢの容量を持つリングバッファを備える。
【００３０】
パルス発生回路３５は、プロセッサを含み、１０ｍｓｅｃの時間計測、パルス波形の出力、パルス数のカウント、ＵＳＢデータの受信のプロセスを並行して行う。図５は、これらの処理を時系列に沿って示した例を示す。１０ｍｓｅｃの時間計測は，内蔵タイマを使用する。パルス波形の発生は，内蔵タイマを使用する。出力されたパルス波は別のタイマによってカウントする。カウント値が規定値に達したら割り込み処理によりパルス波の出力を停止する。ＰＣ２０からＵＳＢを介して受信したデータは，割り込み処理によって随時受信する。パルス波の出力とカウントを高機能タイマによって各々独立に実行させるため，プロセッサの負荷が大幅に軽減され，割り込み処理による複数プロセスの並列化を実現でき、高速処理が可能となる。
【００３１】
なお、１０ｍｓｅｃの時間ステップ内に，必要な数のパルスを出力する方法として，ＰＦＭ（パルス周波数変調）方式とＰＷＭ（パルス幅変調）方式等を用いることができる。
【００３２】
スライダー制御回路３６は、パルス発生回路３５により出力されたパルス波形に基づきスライダー制御信号を生成し、モータードライバー５０に出力する。スライダー制御回路３６はまた、スライダー制御スイッチ３７とスライダー状態表示部３８とを含む。スライダー制御スイッチ３７は、操作により電動スライダー１３の動作を制御するためのスイッチである。入力された制御信号はパルス発生回路３５を介してモータードライバー５０に送信され、電動スライダー１３の動作を制御する。スライダー状態表示部３８は、スライダー制御スイッチ３７による操作の有無やその他スライダーの状態等の情報を示す。情報の示し方は、ランプの点灯、音声、ディスプレイ表示等いずれの態様であってもよい。
【００３３】
［１−２  動作］
以下、本実施形態に係る加振装置１０を含む加振システム３の動作について説明する。
【００３４】
一般に地震動は３次元（南北方向，東西方向，上下方向）の変動としてとらえられる。本実施の形態においては、一軸方向（例えば、南北方向）の動きの再現を考える。このとき、地震による位置の変化は固定サンプリング周期の離散値として与えられるものとする。図６は、離散化された位置データと時間の関係を示す。隣り合う位置データの差分を計算することにより時間ステップごとに必要な移動量を求めることができる。
【００３５】
本実施の形態では、制御装置３０は，電動スライダー１３に対して，時間ステップｔｉごとに移動量δｉを連続的に与えることにより地震動を再現する。時間ステップが十分小さくスライダーの応答性が高いほど、よい近似で振動が得られると考えられる。
なお、本実施の形態では、時間ステップは，一般的な地震波の観測データにあわせて１０ｍｓｅｃとしている。
【００３６】
ＰＣ２０の制御部２１により、位置データ（離散値）を含む外部ｃｓｖファイルが読み込まれ、変位データ（移動量）が計算される。移動量は、モーター仕様にしたがってパルス数に変換され、制御装置３０に送信される。制御装置３０により、時間ステップ１０ｍｓｅｃごとに指定された数のパルス数を発生させる。発生されたパルス波形はスライダー制御回路３６によりスライダー制御信号に変換され、モータードライバー５０に送信される。モータードライバー５０では、スライダー制御信号により電動スライダー１３のステッピングモーター１３１が回転する。ステッピングモーター１３１の回転に伴い電動スライダー１３のボールねじが回転し、ナット部１３４とこれにテーブル１３６を介して固定された振動台１１が直線移動する。スライダー制御信号は時間ステップ１０ｍｓｅｃごとに送信されるため、この直線移動は繰り返され、この結果振動台１１が振動する。
【００３７】
本実施の形態においては、加振機構として電動スライダー１３を用い、マイコンを利用した制御回路を別に設けることにより、ランダムな波形入力が可能となる。
【００３８】
［１−３  効果等］
本実施の形態に係る加振装置１０においては、一方の側に模型構造物群２の模型を着脱可能な振動台１１と、振動台１１の他方の側において取り付けられ、振動台１１を一軸方向に直線摺動させる電動スライダー１３とを備える。
【００３９】
このため、振動台１１は位置決めや制御が容易な電動スライダー１３によって振動させることができるため、簡単且つ低コストで複雑な地震波による振動を再現することができる。
【００４０】
また、電動スライダー１３は可搬質量が大きいため，振動台１１の上に複数の構造模型を載置させることができる。
【００４１】
更に、電動スライダー１３は、ステッピングモーター１３１と、ステッピングモーター１３１の回転に応じて回転し電動スライダー１３を直線摺動させるボールねじ１３５とを備えるため、ステッピングモーター１３１の回転制御により地震波による振動を再現することができる。このため、地震波を再現するのに有効である。
【００４２】
加振装置１０は、電動スライダー１３の駆動回路を含むモータードライバー５０を備えるため、電動スライダー１３の駆動を容易に実行することができる。
【００４３】
また、加振システム３は、電動スライダーを駆動するためのパルス信号を生成する回路を含む制御装置３０を更に備え、制御装置３０は、地震の観測データから取得された所定の時間ステップにおける変位データに基づきパルス信号を生成する。このため、ランダムな波形を入力することが可能であり、多様な地震波の再現に対応することができる。
【００４４】
（実施の形態２）
図７は、実施の形態２に係る加振装置２１０の構成を示す。加振装置２１０は、二軸方向に取り付けられた電動スライダー２１３ａ、２１３ｂを備えている点において、実施の形態１とは異なる。
【００４５】
加振装置２１０は、振動台２１１と、振動台２１１の下部に二軸方向に取り付けられた二つの電動スライダー２１３ａ、２１３ｂとを備える。電動スライダー２１３ａ、２１３ｂは、振動台２１１の模型載置面に平行な面上において交差するように配置される。電動スライダー２１３ａ、２１３ｂは、実施の形態１と同様にそれぞれのモータードライバー（図示省略）にケーブル４ａ、４ｂを介して接続される。制御装置（図示省略）からのスライダー制御信号に応じて、電動スライダー２１３ａがＸ方向、電動スライダー２１３ｂがＹ方向に直線駆動する。これにより、振動台２１１は二軸方向に移動することが可能となる。
【００４６】
なお、電動スライダー２１３ａ、２１３ｂの内部構成については、実施の形態１と同様である。
【００４７】
制御システム１００においては、実施の形態１と同様に、ＰＣは電動スライダー２１３ａ、２１３ｂそれぞれの移動量を入力し、当該移動量に応じたパルス数を出力し、制御装置においては電動スライダー２１３ａ、２１３ｂそれぞれのパルス発生回路によりパルス信号を生成し、それぞれのスライダー制御回路によってスライダー制御信号に変換される。スライダー制御信号は各モータードライバーに入力され、電動スライダー２１３ａ、２１３ｂがそれぞれ駆動される。
【００４８】
本実施の形態においては、実施の形態１の効果に加え、電動スライダー２１３ａ、２１３ｂが二軸方向に移動可能であるため、二次元の地震動が再現できる。
【００４９】
（その他実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１〜２を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態１〜２で説明した各構成要素及び機能を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
【００５０】
例えば、振動台１１、電動スライダー１３、制御装置３０は上記実施の形態２で説明され図示された形状や構成に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本考案は、構造物の振動抵抗対策の効果を視覚的に表す模型振動実験装置に用いられる加振装置として利用可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１        ：模型振動実験装置
２        ：模型構造物群
３        ：加振システム
４        ：ケーブル
４ａ      ：ケーブル
４ｂ      ：ケーブル
１０      ：加振装置
１１      ：振動台
１３      ：電動スライダー
２０      ：ＰＣ
２１      ：制御部
２３      ：メモリ
３０      ：制御装置
３１      ：ＵＳＢコントローラ
３５      ：パルス発生回路
３６      ：スライダー制御回路
３７      ：スライダー制御スイッチ
３８      ：スライダー状態表示部
５０      ：モータードライバー
１００    ：制御システム
１３１    ：ステッピングモーター
１３２    ：ガイドレール
１３３    ：ガイドブロック
１３４    ：ナット部
１３５    ：ボールねじ
１３６    ：テーブル
２１０    ：加振装置
２１１    ：振動台
２１３ａ  ：電動スライダー
２１３ｂ  ：電動スライダー
【図１】
0003208962.tif 000003
【図２】
0003208962.tif 000004
【図３】
0003208962.tif 000005
【図４】
0003208962.tif 000006
【図５】
0003208962.tif 000007
【図６】
0003208962.tif 000008
【図７】
0003208962.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月22日(2016.11.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
振動抵抗対策の効果を視覚的に表す実験装置において構造物に対し振動を付与する加振装置であって、
一方の側に前記構造物の模型を着脱可能な振動台と、
前記振動台の他方の側において取り付けられ、前記振動台を一軸方向に直線摺動させる電動スライダーと、
を備える、加振装置。
【請求項２】
二つの電動スライダーを含み、
前記二つの電動スライダーは、前記振動台の前記模型の着脱面に平行な面上において交差する二軸方向に取り付けられた、
請求項１に記載の加振装置。
【請求項３】
前記電動スライダーは、ステッピングモーターと、前記ステッピングモーターの回転に応じて回転し前記電動スライダーを直線摺動させるボールねじと、を有する、
請求項１又は２に記載の加振装置。
【請求項４】
前記電動スライダーの駆動回路を含む駆動装置、
を備える、請求項１から３のいずれかに記載の加振装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の加振装置と、
前記電動スライダーを駆動するためのパルス信号を生成する回路を含む制御装置と、
備える、加振システム。
【請求項６】
前記制御装置は、地震の観測データから取得された所定の時間ステップにおける変位データに基づき、前記パルス信号を生成する、
請求項５に記載の加振システム。