(57)【要約】      （修正有）【課題】回転アーム長が短く、狭いスペースに設置可能で、実験資料に対して大きな遠心力を負荷することができる遠心力載荷装置を開発する。【解決手段】回転アームの一端側に、水平ビーム間４1 ，４2 に揺動自在に吊り下がる動的・静的両実験用プラットホーム７を設けるとともに、遠心力にて水平に振り上げられた状態の上記プラットホーム７の外面底部を着座させて試料加振時の反力による振動を防止するバックプレート１０を設ける。回転アームの他端側に、前記対の水平ビーム４1 ，４2 間に揺動自在に吊り下がるバックプレート機構のない静的実験専用プラットホーム１２を設けるとともに、対の水平ビームの上記静的実験専用プラットホーム吊り下げ位置外方に、それぞれバランスウェイト１４，１４をその中心軸が上記バランスウェイトの中心Ｑと回転軸１中心Ｓとを結ぶ直線Ｐ上に位置するフレーム体１６，１６で支持するように設ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力にて回転駆動される垂直な回転軸に支持され、該回転軸を挟んで両側に対峙する対の水平ビームよりなる回転アームの一端側に、上記水平ビーム間に揺動自在に吊り下がる動的・静的両実験用プラットホームを設けるとともに、遠心力にて水平に振り上げられた状態の上記動的・静的両実験用プラットホームの外面底部を着座させて試料加振時の反力による振動を防止するバックプレートを設け、前記回転アームの他端側に、前記対の水平ビーム間に揺動自在に吊り下がるバックプレート機構のない静的実験専用プラットホームを設けるとともに、対の水平ビームの上記静的実験専用プラットホーム吊り下げ位置外方に、それぞれバランスウェイトを設けて、これらの各バランスウェイトを、対応する各水平ビームの外側面部より外方へ突出し、その中心軸が上記バランスウェイトの中心と回転軸中心とを結ぶ直線上に位置するフレーム体で支持するように構成したことを特徴とする遠心力載荷装置。
【請求項２】
バランスウェイトは、その中央部にピンを通して複数個を積み重ねた重量調整可能な構造である請求項１に記載の遠心力載荷装置。
【請求項３】
バランスウェイトを支持するフレーム体は、その軸方向に伸縮可能である請求項１又は２に記載の遠心力載荷装置。
【請求項４】
回転アームは、回転軸を中心として、その一端側または他端側へと一定量水平移動するバランス微調整機能を備えている請求項１又は２、３に記載の遠心力載荷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、盛土や地盤等の強度実験等を、これらの縮尺模型を使用し、その縮尺度に応じた遠心力を付与することにより、上記盛土や地盤等の実物大の重さを再現して行なう遠心力載荷装置の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の遠心力載荷装置としては、図６に示すような構造のものが、一般的に知られている。すなわち、遠心基台２にて垂直に支持された回転軸１と、該回転軸１に取り付けられ、回転軸１を中心に水平回転する回転アーム４と、回転アーム４両端の回転軸１から等距離の位置に、該回転アーム４と直角な水平軸８で揺動自在に吊り下げられた一対のプラットホーム１７，１７とを備えており、一方のプラットホーム１７に試料の縮尺模型９を載せ、他方のプラットホーム１７にダミーのウエイト１８を載せて、回転軸１に回転を付与し、回転アーム４を高速回転させると、一対のプラットホーム１７，７が回転アーム４と平行な位置まで振り上げられ、試料の縮尺模型９に遠心力が負荷される仕組みのものである。
【０００３】
ところで、このような遠心力載荷装置を用いて行なう実験には、静的実験と動的実験とがある。静的実験とは、例えば、大深度地下の掘削や建物の不同沈下などの地盤安定化に関する実験で、試料の縮尺模型９に対して単に回転アーム４の高速回転による遠心力のみを長時間負荷して行なうような実験である。また動的実験とは、例えば、地震時における地盤と構造物の挙動を予測する実験で、試料の縮尺模型９に対して回転アーム４の高速回転による遠心力を負荷するとともに、振動等の加力を付与するような実験である。
【０００４】
しかし、前記図６に示した構造の遠心力載荷装置では、静的実験はできても、動的実験を正確に行なうことはできなかった。すなわち、回転アーム４が高速回転する遠心力場において、水平に振り上げられたプラットホーム１７に搭載されている試料の縮尺模型９に対して振動台等で振動を付与すると、その反力によりプラットホーム１７全体が振動し、振動台が停止するなどの悪影響が生じて、上記縮尺模型９に加振すべき地震波の正確な再現ができなくなるのである。
【０００５】
このため、最近の遠心力載荷装置では、動的実験における上記のような反力を負担する対策として、図７に示すように、回転アーム４の両端部を延長して、遠心力にて水平に振り上げられた状態のプラットホーム１７底部が着座し、反力による振動等の動きが吸収されるようにしたプラットホーム１７のバックプレート１０，１０が設けられている。これにより、静的実験のみならず動的実験においても地震波等の正確な再現が可能となった。（特許文献１参照）
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３５７５１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このようなバックプレート１０，１０付きの遠心力載荷装置は、回転アーム４の全長Ｌがほぼ同じで着座部の無い従来の同規模の遠心力載荷装置に比べると、バックプレート１０を設けた分だけ有効半径Ｒ’（回転軸１中心Ｓから遠心力にて水平に振り上げられた状態のプラットホームの試料載置面までの距離）が短くなり、プラットホーム１７に載せた資料の縮尺模型９に対して負荷される遠心力が小さくなる。したがって、同程度の性能で比べると、新たにバックプレート１０付きの遠心力載荷装置を導入する場合には、バックプレートの無い従来の遠心力載荷装置よりも、必然的に回転アーム４の全長Ｌが長く、規模的に大きなものとなるために、従来の設置スペースをそのまま利用することができず、設置スペースの拡張工事や、別の広い設置スペースを用意する必要等が生じて、導入に支障をきたす場合が多々あった。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、回転アームにプラットホームのバックプレートを備える動的実験が可能な構造でありながら、回転アーム長さが短く、狭いスペースに設置することが可能で、しかも静的実験時には、プラットホームに載せた資料の縮尺模型に対して大きな遠心力を負荷することができる遠心力載荷装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する本発明の遠心力載荷装置は、動力にて回転駆動される垂直な回転軸に支持され、該回転軸を挟んで両側に対峙する対の水平ビームよりなる回転アームの一端側に、上記水平ビーム間に揺動自在に吊り下がる動的・静的両実験用プラットホームを設けるとともに、遠心力にて水平に振り上げられた状態の上記動的・静的両実験用プラットホームの外面底部を着座させて試料加振時の反力による振動を防止するバックプレートを設け、前記回転アームの他端側に、前記対の水平ビーム間に揺動自在に吊り下がるバックプレート機構のない静的実験専用プラットホームを設けるとともに、対の水平ビームの上記静的実験専用プラットホーム吊り下げ位置外方に、それぞれバランスウェイトを設けて、これらの各バランスウェイトを、対応する各水平ビームの外側面より外方へ突出し、その中心軸が上記バランスウェイトの中心と回転軸中心とを結ぶ直線上に位置する伸縮可能なフレーム体で支持するように構成したことを特徴とする。
【００１０】
この場合、バランスウェイトは、その中央部にピンを通して複数個を積み重ねた重量調整可能な構造に設けておくのが良く、バランスウェイトを支持するフレーム体は、軸方向に伸縮可能な構造であるのが望ましい。また、回転アームは、回転軸を中心として、その一端側または他端側へ一定量水平移動するバランス微調整機能を備えておくのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成よりなる本発明の遠心力載荷装置によれば、回転アームの一端側がバックプレートを有する動的・静的両実験用のプラットホームを備え、その他端側がバックプレートのない静的実験専用のプラットホームを備えた構造となっている。したがって、回転アームの全長は、回転アームの両端にバックプレートを備えたものに比べて短く、狭いスペースへの設置が可能である。しかも、動的、静的の両実験が可能であり、特に静的実験においては、大きな有効半径が確保でき、実験試料に対して大きな遠心力を負荷することができる。
【００１２】
また、回転アームの一端側と他端側の構造的相違による重量のアンバランスが、回転アームの他端側に設けたバランスウェイトの重量を調整することにより解消されるから、回転アームは常にスムーズに回転し、実験に支障をきたすことがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１〜図３は、本発明に係る遠心力載荷装置を地下ピットに設置した一例であり、１は回転軸、４は回転アーム、７は動的・静的両実験用プラットホーム、１０はバックプレート、１２は静的実験専用プラットホーム、１４，１４はバランスウェイトを示している。
【００１５】
すなわち、回転軸１は、ピット内のほぼ中央部に遠心基台２により垂直に支持され、動力Ｍにて回転駆動されるようになっている。また、回転軸１の頂部には、スリップリング３が設けてあり、これを介して装置内に取り付けられた各種計測器からの情報が外部へ取り出せるようになっている。
【００１６】
回転アーム４は、上記回転軸１の中央部に取り付けてあり、回転軸１の回転に伴って水平回転する。この回転アーム４は、図４に示すように、回転軸１を挟んで両側に対峙する対の水平ビーム４1 ，４2 よりなり、これらの水平ビーム４1 ，４2 の中央部が、回転軸１周囲に固定された計測器搭載用の上下の板状フレーム５ａ，５ｂ間に挟持される形で取り付けられている。なお、図示例では、水平ビーム４1 ，４2 を取り付ける上下の板状フレーム５ａ，５ｂ間に、バランス微調整用の油圧シリンダ６，６が組み込みんであり、これらの油圧シリンダ６，６を同期的に伸縮させると、その量に応じて回転アーム４全体が、その一端側４’方向または他端側４”方向へと上記板状フレーム５ａ，５ｂ間を摺動するようになっている。
【００１７】
回転アーム４の一端側４’には、動的・静的両実験用のプラットホーム７と、そのバックプレート１０とが設けてある。対の水平ビーム４1 ，４2 間に吊り下げられた動的・静的両実験用のプラットホーム７は、溝形の枠体形状をなし、その平坦な試料搭載面７ａ両側の側壁面７ｂ，７ｂ上端部が、それぞれ対応する水平ビーム４1 ，４2 に軸８，８にて可回転に取り付けられている。そして、回転アーム４が回転し、遠心力がかかると、実験試料の縮尺模型９またはカウンターウェイトを搭載する試料搭載面７ａが、水平ビーム４1 ，４2 と平行に揺動するようになっている。また、このプラットホーム７は、その外面底部７ｃを円弧面に形成して、後述するバックプレート１０に着座しやすくしている。
【００１８】
バックプレート１０は、回転アーム４他端側４’の対の水平ビーム４1 ，４2 を所要長さ延長して、その両延長部４1 ’，４2 ’間に設けられている。バックプレート１０の内面側には、前記プラットホーム７の外面底部７ｃと密に嵌合する円弧面状の着座デッキ１１が取り付けてある。この着座デッキ１１は、上記プラットホーム７が遠心力により対の水平ビーム４1 ，４2 と平行に振り上げられた際に、プラットホーム７の外面底部７ｃを、そのデッキ面に密に嵌合させ、着座させることにより、動的実験時の各種加力の反力でプラットホーム７に伝播する振動等の動きを吸収するものである。
【００１９】
ちなみに、図示例の遠心力載荷装置は、回転アーム４の全長Ｌが５３５５ｍｍであり、その一端側４’における回転軸１中心Ｓから端部までの長さＬ1 は２７５０ｍｍ、有効半  径Ｒ’は２２００ｍｍとなっている。また、プラットホーム７は、これを吊り下げる軸８中心から外部底面７ｃまでの高さＴが１０００ｍｍで、試料搭載面７ａが９５０ｍｍ×１１００ｍｍの大きさとなっている。
【００２０】
回転アーム４の他端側４”には、静的実験専用のプラットホーム１２と、バランスウェイト１４，１４とが設けてあり、前記のようなバックプレートは設けられていない。静的実験専用のプラットホーム１２は、前記した一端側４’のプラットホーム７とほぼ同様の溝形の枠体形状をなしているが、その平坦な試料搭載面１２ａは前記した一端側４’のプラットホームよりも一回り大きく形成してあり、より大きな実験試料の縮尺模型９またはカウンターウェイトが搭載できるようになっている。このプラットホーム１２は、その試料搭載面１２ａ両側の側壁面１２ｂ，１２ｂ上端部が、それぞれ対応する水平ビーム４1 ，４2 の端部に軸１３，１３にて可回転に吊り下げてある。そして、回転アーム４が回転し、遠心力がかかると、実験試料の縮尺模型９またはカウンターウェイトを搭載した試料搭載面１２ａが、水平ビーム４1 ，４2 と平行に揺動するようになっている。プラットホーム１２の外面底部１２Ｃは平坦面に形成してある。
【００２１】
バランスウェイト１４，１４は、図５に示すように、いずれも複数個の金属ウェイト１４’（図示例では円盤状）を、これらの中心部にピン１５を通して複数段に積み重ねてなる（総重量５００ｋｇ）ものである。したがって、積み重ねる金属ウェイト１４’の個数を調節することにより、重量調整が可能となっている。これらのバランスウェイト１４，１４は、いずれも対応する対の水平ビーム４1 ，４2 のプラットホーム１２吊り下げ部（軸１３取り付け位置）外方に位置するように、水平ビーム４1 ，４2 の外側面同位置より突出する支持フレーム１６，１６にて支持されている。各支持フレーム１６，１６は、所要長さのアーム状をなし、その中心軸が、支持するバランスウェイト１４の中心Ｑと回転軸１の中心Ｓとを結ぶ直線Ｐ上に位置するように配置してある。図示例の各支持フレーム１６，１６は、一定長さに固定したものであるが、支持フレーム全体を油圧シリンダ等で形成し、その伸縮操作により各バランスウェイト１４，１４の位置を上記直線Ｐに沿って移動調整できるようにしておいてもよい。
【００２２】
ちなみに、回転アーム４の他端側４”における回転軸１中心Ｓから端部までの長さＬ2 は２６０５ｍｍ、有効半径Ｒ’は２３８０ｍｍとなっている。また、プラットホーム１２は、これを吊り下げる軸１３中心から外部底面１２ｃまでの高さＴが１０８０ｍｍで、試料搭載面１２ａが９５０ｍｍ×１５００ｍｍの大きさとなっている。
【００２３】
上記構成よりなる本発明の遠心力載荷装置を使用するには、まず、行なおうとする実験が動的実験であるか、静的実験であるかを見極める。そして動的実験である場合には、回転アーム４の一端側４’に吊り下げられた動的・静的両実験用プラットホーム７に実験試料の縮尺模型９を搭載し、他端側４”のプラットホーム１２には、上記縮尺模型に見合う重量のカウンターウェイトを搭載する。また、実験内容が静的実験である場合には、その規模により、比較的大きな遠心力を必要とする場合に、回転アーム４他端側４”の静的実験専用プラットホーム１２に実験試料の縮尺模型９を搭載し、他端側４”のプラットホーム１２には、上記縮尺模型に見合う重量のカウンターウェイトを搭載する。さほど大きな遠心力を必要としない静的実験では、上記一端側４’のプラットホーム７に実験試料の縮尺模型９を搭載する。
【００２４】
そして、動的、静的のいずれの実験を行なう場合でも、バックプレート１０を備える回転アーム４の一端側４’は、バックプレートのない他端側４”よりも重く、両側で重量のアンバランスを生じているから、これを遠心力の負荷時において、バランスするように事前に調節しておく。表１は、その一例である。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
すなわち、まず、「停止時アンバランス量」として、実験開始前の回転アーム４両側４’，４”の各プラットホーム７，１２が吊り下がった状態（図１に実線で示す状態）における、回転軸１を中心とする回転アーム４の一端側４’（動的・静的両実験用プラットホーム７側）に掛かる総重量（４９１０ｋｇｍ）と、同じく回転軸１を中心とする回転アーム４の他端側４”（静的実験専用プラットホーム１２側）に掛かる総重量（２９９８ｋｇｍ）とを、それぞれ算出する。
【００２７】
次いで、「回転時アンバランス量」として、上記の各算出値をもとに、回転アーム４が回転し、その両側４’，４”の各プラットホーム７，１２が遠心力にて水平に振り上げられた状態（図１に想像線で示す状態）における、前記回転アーム４の一端側４’（動的・静的両実験用プラットホーム７側）の総重量（５３８４ｋｇｍ）と、同じく他端側４”（静的実験専用プラットホーム１２側）の総重量（４０００ｋｇｍ）とを、それぞれ予測算出する。
【００２８】
そうして、上記他端側４”（静的実験専用プラットホーム１２側）の予測値（４０００ｋｇｍ）が、一端側４’（動的・静的両実験用プラットホーム７側）の予測値（５３８４ｋｇｍ）に限りなく近づくように、バランス微調整用の油圧シリンダ６，６を作動させるとともに、回転アーム他端側４”にある両バランスウェイト１４，１４の重量を調整するのである。
【００２９】
表１の例では、上記の「バランスウェイト調整量」が「３４４ｋｇ×２×１．６ｍ＝１３８５．６ｋｇｍ」となっており、この調整によって、回転アーム４の一端側４’と他端側４”の「アンバランス量」が、回転アーム４の停止時には５２６．４ｋｇｍであっても、遠心力のかかる回転時には僅か１．６ｋｇｍとなっており、重量バランスの均衡したスムーズな回転運動が実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る遠心力載荷装置の一例を示す正面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】図４のＣ−Ｃ断面拡大図である。
【図６】従来の遠心力載荷装置の一例を説明する正面図である。
【図７】従来の他の遠心力載荷装置の一例を説明する正面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  回転軸
４  回転アーム
４1 ，４2   対の水平ビーム
６  バランス微調整用油圧シリンダ
７  動的・静的両実験用プラットホーム
９  実験試料の縮尺模型
１０  バックプレート
１１  着座デッキ
１２  静的実験専用プラットホーム
１４  バランスウェイト
１６  支持フレーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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