(57)【要約】【課題】遠心模型実験装置の回転アームに対して簡易且つ安価に動力を供給する。【解決手段】遠心模型実験装置は、鉛直方向に立設される中心軸１１と、中心軸１１から水平方向且つ直線状に延びて形成される回転アーム２１と、回転アーム２１に傾動自在に設置され、回転アーム２１が回転運動したときに重力加速度と遠心加速度の合成加速度の方向に振り上がるように構成されるプラットホーム３１と、中心軸１１に対して回転駆動力を及ぼす回転駆動源４１とを備える。また、遠心模型実験装置は、オイルポンプ、ピニオンギア及びラックギアとから成る油圧発生機構５１を備えており、回転アーム２１に油圧を供給することができるようになっている。なお、オイルポンプを発電機や圧縮空気発生ポンプとすることによって、電力や圧縮空気を得ることもできる。【選択図】図１
2008185410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向に立設されるとともに軸心を回転中心として回転駆動自在に設置される中心軸と、
前記中心軸から水平方向且つ直線状に延びて形成されるとともに前記中心軸の回転駆動に従って回転運動する回転アームと、
前記回転アームに傾動自在に設置され、前記回転アームが回転運動したときに重力加速度と遠心加速度の合成加速度の方向に振り上がるように構成されるプラットホームと、
前記中心軸に対して回転駆動力を及ぼす回転駆動源と、
を備える遠心模型実験装置であって、
前記回転駆動源による前記中心軸の回転運動にともなって前記回転アームが回転運動したときに、この回転運動を利用して動力を発生させる動力発生手段を備えることを特徴とする遠心模型実験装置。
【請求項２】
請求項１に記載の遠心模型実験装置において、
前記動力発生手段が発生させる動力は、少なくとも油圧、電力又は圧縮空気であることを特徴とする遠心模型実験装置。
【請求項３】
鉛直方向に立設されるとともに軸心を回転中心として回転駆動自在に設置される中心軸と、
前記中心軸から水平方向且つ直線状に延びて形成されるとともに前記中心軸の回転駆動に従って回転運動する回転アームと、
前記回転アームに傾動自在に設置され、前記回転アームが回転運動したときに重力加速度と遠心加速度の合成加速度の方向に振り上がるように構成されるプラットホームと、
前記中心軸に対して回転駆動力を及ぼす回転駆動源と、
を備える遠心模型実験装置であって、
油圧を発生するオイルポンプと、
前記オイルポンプに設置されるピニオンギアと、
前記ピニオンギアと噛合する円環状のラックギアと、
を備え、
前記ラックギアの円環状の円中心と前記中心軸の軸心が合致するように構成されることにより、前記回転アームが回転運動したときに前記ピニオンギアが前記ラックギア上を回転して前記オイルポンプを駆動させることを特徴とする遠心模型実験装置。
【請求項４】
請求項３に記載の遠心模型実験装置において、
前記オイルポンプは前記回転アームに設置され、
前記ラックギアは不動状態となるように設置されることにより、
前記回転アームが回転運動したときに前記ピニオンギアが前記ラックギア上を自転しながら公転するように構成されていることを特徴とする遠心模型実験装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の遠心模型実験装置において、
前記合成加速度が略水平方向に働くことによって前記プラットホームが振り上がったときに、該プラットホームを前記回転アームに対して固定保持する固定手段を備え、
前記固定手段は、前記オイルポンプによって発生する油圧を用いて駆動されることを特徴とする遠心模型実験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、実物の１／Ｎに縮小した小型模型に重力加速度のＮ倍の遠心加速度を与えることで小型模型に実物の応力状態を再現し、このとき小型模型に生じる静的あるいは動的な挙動を観察することによって、精度よく現場の挙動を把握することができる遠心模型実験装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、土質工学や地盤工学等の分野では、遠心模型実験装置を用いることによって、地盤の挙動を正確に予測しようとする試みが行われている。この遠心模型実験装置の概略構成は、図１３に示すように、回転アーム２０１の両端に試料容器２０２を吊り下げて回転させるものであり、回転アーム２０１を高速（例えば、毎分２０回転から１５０回転程度）で回転させることによって、地球の重力加速度と遠心加速度の合成加速度の方向に試料容器２０２が振り上がるようになっている。このとき、重力は遠心力よりも十分に小さいので、上記合成加速度はほぼ水平方向に働くことになり、回転アーム２０１が高速回転したときには、試料容器２０２の水平状態が維持されることとなる。そして、試料容器２０２の中に小型模型地盤を前もって作成しておけば、小型模型地盤の鉛直下向きに遠心力が作用することになり、実物の１／Ｎに縮小した小型模型地盤に重力加速度のＮ倍の遠心加速度を与えることで小型模型地盤に実物の応力状態を再現することができる。このときに小型模型地盤に生じる静的あるいは動的な挙動を観察することによって、精度よく現場の挙動を把握することが可能となる。
【０００３】
上記のような遠心模型実験装置を用いた模型実験は、屋内で行うことができ、しかも現場での実験よりも安価で頻繁に行うことができるという利点を備えているので、例えば、支持力・安定問題、沈下問題、地震時挙動の解明などの多種多様な研究に用いられており、さらに近年では、波浪と構造物の相互作用、汚染物質の拡散問題、プレートテクトニクスなどの研究にも使用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上述した従来の遠心模型実験装置は、高速回転する回転アーム２０１に対して、小型模型地盤中のミクロ的な挙動を測定する際に用いられるひずみゲージ等のセンサを動作させるための電力を供給したり、回転アーム２０１で消費される作動油を供給したり、さらにはセンサ等から得られたデータを外部に取り出して記録保持したりしなければならないという構造的な課題を有するものであった。
【０００５】
そして従来、回転系の内と外の電力や情報のやりとりは、回転軸に取り付けてあるスリップリングを通して行われており、スリップリングは回転軸に取り付けられているリングの外側にブラシを接触させることによって結線し、回転系の内と外に電流や電気信号等を流す仕組みが採用されていた。
【０００６】
しかしながら、外部から電力供給するためのスリップリングは高価であり、また、金属の滑動により電力を伝達する構造であるが故に、正常に動作させるための管理が大変であるという問題を有していた。さらに、スリップリングには、電流の流量の面での制約が存在していた。
【０００７】
一方、回転アーム２０１で消費する油圧については、ロータリージョイントを介して外部から供給される方式が採用されていた。しかしながら、ロータリージョイントは、高圧の作動油を流す際に流量の面で制約があり、従来技術に係る遠心模型実験装置にあっては、外部の油圧源から回転アーム２０１に対する作動油の供給は、少量ずつしか行うことができないという問題があった。また、ロータリージョイントは、シール部を滑動させてシールする構造なので、維持管理が非常に面倒であるという問題点を有していた。
【０００８】
このようなロータリージョイントの問題点を解消する方法として、従来技術では、回転アーム２０１にアキュムレータを用意し、このアキュムレータをチャージして瞬間的に大量の作動油を消費することが考えられるが、アキュムレータの設置は部品点数の増加によるコストアップを招くものであり、好ましくない。
【０００９】
さらに別の対策として、回転アーム２０１に電動機とオイルポンプを設置し、回転系の内側だけで油圧の供給を実現することも考えられるが、この方式では電動機が遠心加速度に耐えられないという問題がある。
【００１０】
本発明は、高速回転する回転アームで消費する動力を外部から供給することは非常に困難で制約をともなうものであるという上述した従来技術での課題の存在に鑑みて成されたものであって、その目的は、回転運動する回転アームの動力を利用することによって回転体で消費するための動力を得るという、まったく新しい遠心模型実験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る遠心模型実験装置は、鉛直方向に立設されるとともに軸心を回転中心として回転駆動自在に設置される中心軸と、前記中心軸から水平方向且つ直線状に延びて形成されるとともに前記中心軸の回転駆動に従って回転運動する回転アームと、前記回転アームに傾動自在に設置され、前記回転アームが回転運動したときに重力加速度と遠心加速度の合成加速度の方向に振り上がるように構成されるプラットホームと、前記中心軸に対して回転駆動力を及ぼす回転駆動源と、を備える遠心模型実験装置であって、前記回転駆動源による前記中心軸の回転運動にともなって前記回転アームが回転運動したときに、この回転運動を利用して動力を発生させる動力発生手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る遠心模型実験装置において、前記動力発生手段が発生させる動力は、少なくとも油圧、電力又は圧縮空気であることとすることができる。
【００１３】
本発明に係る他の遠心模型実験装置は、鉛直方向に立設されるとともに軸心を回転中心として回転駆動自在に設置される中心軸と、前記中心軸から水平方向且つ直線状に延びて形成されるとともに前記中心軸の回転駆動に従って回転運動する回転アームと、前記回転アームに傾動自在に設置され、前記回転アームが回転運動したときに重力加速度と遠心加速度の合成加速度の方向に振り上がるように構成されるプラットホームと、前記中心軸に対して回転駆動力を及ぼす回転駆動源と、を備える遠心模型実験装置であって、油圧を発生するオイルポンプと、前記オイルポンプに設置されるピニオンギアと、前記ピニオンギアと噛合する円環状のラックギアと、を備え、前記ラックギアの円環状の円中心と前記中心軸の軸心が合致するように構成されることにより、前記回転アームが回転運動したときに前記ピニオンギアが前記ラックギア上を回転して前記オイルポンプを駆動させることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る他の遠心模型実験装置において、前記オイルポンプは前記回転アームに設置され、前記ラックギアは不動状態となるように設置されることにより、前記回転アームが回転運動したときに前記ピニオンギアが前記ラックギア上を自転しながら公転するように構成することが好適である。
【００１５】
また、本発明に係る他の遠心模型実験装置は、前記合成加速度が略水平方向に働くことによって前記プラットホームが振り上がったときに、該プラットホームを前記回転アームに対して固定保持する固定手段を備え、前記固定手段は、前記オイルポンプによって発生する油圧を用いて駆動されることとすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高速回転する回転アームに対して簡易且つ安価な構成で内部消費動力を供給することが可能な、従来にない新たな遠心模型実験装置を提供することが可能である。この動力は、回転アームの回転運動を利用して得られるものであるために非常に効率が良い。また、得られる動力の種類は、油圧、電力、圧縮空気の少なくとも一つとすることができ、特に、油圧については、従来技術では実現困難であった大流量の作動油を供給することができるので、回転体である回転アームに対して所望の油圧供給を実現することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の各実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、各実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１８】
なお、以下で説明する各実施形態では、回転駆動源としてのモータによる中心軸の回転運動にともなって回転アームが回転運動したときに、この回転運動を利用して動力を発生させる動力発生手段が、オイルポンプ、ピニオンギア及びラックギアから成る油圧発生機構として構成される場合を例示して説明を行う。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る遠心模型実験装置の概略構成を例示する正面図であり、特に回転アームが回転していない状態を示している。一方、図２は、第１の実施形態に係る遠心模型実験装置の概略構成を例示する正面図であり、特に回転アームが高速回転することによってプラットホームが略水平方向に振り上がっている状態を示している。
【００２０】
図１及び図２に示されるように、第１の実施形態に係る遠心模型実験装置は、その主要な構成部材として、中心軸１１と回転アーム２１、及び回転アーム２１に傾動自在に設置されるプラットホーム３１と中心軸１１に対して回転駆動力を及ぼす回転駆動源としてのモータ４１とを備えている。
【００２１】
中心軸１１は、鉛直方向に立設されるとともに軸心を回転中心として回転駆動自在に設置される部材であり、その回転駆動力は、減速器４２を介して接続されるモータ４１によって付与される。中心軸１１の上方及び下方の軸端は、多数の軸受によって軸支されており、これらの軸受によって安定且つ確実な中心軸１１の回転運動が実現されている。
【００２２】
また、中心軸１１の上方の軸端には、スリップリング１２が設置されている。このスリップリング１２は、回転体である回転アーム２１に取り付けられたセンサやデバイスとの通信や、高速回転している回転アーム２１への電力供給などを可能にする部材であり、中心軸１１に取り付けてあるリングの外側にブラシを接触させることによって結線し、回転アーム２１等の回転系の内と外の電気信号や電流等のやりとりを行うことができるようになっている。
【００２３】
回転アーム２１は、中心軸１１から水平方向且つ直線状に延びて形成される部材であり、中心軸１１の回転駆動に従って回転運動することができるようになっている。この回転運動は、非常に高速で行われるので、回転アーム２１は大きな遠心力を十分に受容できるような剛性を備える構造体として構成されている。
【００２４】
また、回転アーム２１は、その両側に傾動自在に設置される一対のプラットホーム３１ａ，３１ｂを備えている。これらプラットホーム３１ａ，３１ｂは、回転アーム２１が回転運動したときに重力加速度と遠心加速度の合成加速度の方向に振り上がるように構成される部材である。なお、重力は遠心力よりも十分に小さいので、上記合成加速度は略水平方向に働くことになる。したがって、回転アーム２１が高速回転したときには、一対のプラットホーム３１ａ，３１ｂはいずれも図２において示すような水平状態を維持するように振り上がることとなる。
【００２５】
そして、一方のプラットホーム３１ａには試料容器３２が設置できるようになっており、このプラットホーム３１ａの水平状態が維持されることによって、試料容器３２の中に形成される小型模型地盤の鉛直下向きに遠心力が作用することになり、例えば実物の１／Ｎに縮小した小型模型地盤に重力加速度のＮ倍の遠心加速度を与えることで、小型模型地盤に実物の応力状態を再現することが可能となる。
【００２６】
また、他方のプラットホーム３１ｂにはカウンターウエイト３３が設置できるようになっており、高速回転する回転アーム２１の重量バランスの均衡状態が維持できるようになっている。
【００２７】
第１の実施形態に係る遠心模型実験装置は、以上説明したような概略構成を備えるものであるが、さらなる好適な特徴事項として、油圧発生機構５１を備えている。この油圧発生機構５１は、図１及び図２において例示するように、例えば回転アーム２１の下方側に設置することが可能であり、この油圧発生機構５１を用いることによって、高速回転する回転アーム２１に対して簡易且つ安価な構成で大流量の作動油を供給し、所望の油圧供給を実現することができる。そこで、この油圧発生機構５１の具体的な構成について、図３及び図４を用いて説明を行う。ここで、図３は、第１の実施形態に係る油圧発生機構の構成部材と作動原理を説明するための概念図であり、また、図４は、第１の実施形態に係る遠心模型実験装置に対する油圧発生機構の設置方法を例示する図である。
【００２８】
図３及び図４においてより詳細に示すように、第１の実施形態に係る油圧発生機構５１は、油圧を発生するためのオイルポンプ５２と、このオイルポンプ５２に設置されるピニオンギア５３と、ピニオンギア５３と噛合する円環状のラックギア５４と、によって構成されている。
【００２９】
オイルポンプ５２は、高速回転する回転アーム２１に設置され、回転アーム２１の回転運動にともなって中心軸１１の軸心を回転中心としてその周りを周回するように構成されている。また、オイルポンプ５２にはピニオンギア５３が回転自在な状態で設置されており、このピニオンギア５３の回転運動にともなってオイルポンプ５２が作動し、圧を持った作動油の流れが作られることになる。
【００３０】
一方、円環状のラックギア５４は、不動状態となるように固定設置される部材であり、例えば、中心軸１１の下方の軸端を軸支する軸受箱等の安定したベース部分５５に固定設置されることが好適である。また、ラックギア５４は、その円環状の円中心と中心軸１１の軸心とが合致するような位置関係で設置されている。このような構成を有することによって、回転アーム２１が回転運動したとき、オイルポンプ５２に接続されるピニオンギア５３は、ラックギア５４上を自転しながら公転することになる。すなわち、回転アーム２１が回転運動すると、ピニオンギア５３はラックギア５４上を回転してオイルポンプ５２を駆動させることになるので、油圧発生機構５１は、回転アーム２１の回転運動を利用するという非常に効率的な方式によって所望の油圧供給を実現することが可能となっている。
【００３１】
なお、第１の実施形態に係る遠心模型実験装置では、合成加速度が略水平方向に働くことによってプラットホーム３１が振り上がったときに、このプラットホーム３１を回転アーム２１に対して固定保持するための固定手段２２を備えている。この固定手段２２には、例えば油圧によって駆動し、プラットホーム３１を回転中心方向に向かって押しつける押圧機構や、プラットホーム３１を機械的に掴むチャック機構等を採用することが好適である。そして、この油圧駆動される固定手段２２に対しては、上述したオイルポンプ５２によって供給される作動油を用いることが好適である。このような機構の採用は、高速回転する回転アーム２１に対して大流量の作動油を供給することができる油圧発生機構５１の採用によって初めて実現可能となったものであり、プラットホーム３１という大きな遠心加速度が加わる重量物を固定保持することは、ロータリージョイントを用いた従来の油圧供給機構では、非常に困難なことであったのである。
【００３２】
以上、第１の実施形態に係る遠心模型実験装置の具体的な構成について説明した。次に、第１の実施形態に係る遠心模型実験装置を用いた小型模型地盤の観測方法について説明を行う。
【００３３】
第１の実施形態に係る遠心模型実験装置は、図１及び図２において示すように、回転アーム２１の回転半径とほぼ同じか僅かに大きい円柱形状の空間内に設置されており、この円柱形状の空間の側壁には、外部から観察するための図示しない小窓が設けられている。回転する試料容器３２のマクロ的な挙動は、この小窓からカメラを用いて撮影することによって観察することができる。
【００３４】
回転数が大きい場合には、カメラを回転アーム２１に載置して、カメラと小型模型地盤を同時に回転させて撮影することも可能である。ただし、回転数が大きい場合にはカメラにも遠心力が働くので、遠心力が小さくて済む小型カメラを設置することが好適である。
【００３５】
一方、小型模型のミクロ的な挙動を測定するためには、ひずみゲージ等のセンサを用いればよい。この場合は、小型模型に電流を流したとき、小型模型にひずみが生じると電気抵抗が変化し、それにともなって電圧が変化することになる。このときの電圧の変化を調べることによって、ひずみ、すなわち小型模型内の変形を間接的に測定することができる。したがって、第１の実施形態に係る遠心模型実験装置によれば、小型模型に生じる挙動を安定して観察することができるので、精度よく現場の挙動を把握することが可能である。
【００３６】
（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態では、土質工学や地盤工学等の分野の模型実験で用いられている一般的な遠心模型実験装置を改良したものについて説明した。次に説明する第２の実施形態では、プラットホームが略水平方向に振り上がったときに模型水路部が完成し、この模型水路部を用いて地震に起因する津波の影響等を模擬的に観察することができる地震津波実験装置として構成される遠心模型実験装置について説明を行う。なお、第１の実施形態で説明した部材と同一又は類似する部材については、同一符号を付して説明を省略する場合がある。
【００３７】
ここで、図５は、第２の実施形態に係る遠心模型実験装置の回転前の状態を示す正面図であり、また、図６は、第２の実施形態に係る遠心模型実験装置の回転前の状態を示す上面図である。
【００３８】
図５及び図６に示されるように、第２の実施形態に係る遠心模型実験装置は、固定床７０上に設置されており、モータ６１と、中心軸６２と、回転アーム６３と、模型水路部６４と、プラットホーム６５と、模擬陸域部６６とを備えている。
【００３９】
モータ６１には、図示しない電源が接続されており、モータ軸６１ａを回転駆動することができるようになっている。モータ軸６１ａは、減速機６９に接続しており、中心軸６２を回転中心線Ａ１周りに回転させる。なお、回転中心線Ａ１は、図５における鉛直方向の仮想直線である。
【００４０】
中心軸６２には、回転アーム６３が取り付けられている。回転アーム６３は、中心軸６２により回転駆動される。回転アーム６３の中央部には、略円盤形状をして中心軸６２に取り付けられる中央支持部６３ａが設置されている。中央支持部６３ａの外周部からは、外側に向けて放射状に突出するように放射腕部６３ｂ１〜６３ｂ８が取り付けられている。なお、放射腕部の個数については、図６においては８個であるが、個数は限定されるものではなく、何個であってもよい。また、隣接する放射腕部同士を連結するようにして、略環状の支持リング部６３ｃが設けられている。
【００４１】
回転アーム６３の外周部には、模型水路部６４が取り付けられている。模型水路部６４は、全体として略円環状に形成されている。また、模型水路部６４の円対称中心線と、中心軸６２の回転中心線Ａ１は、一致するように設置されている。
【００４２】
模型水路部６４は、底板部６４ａと、一対の側板部６４ｂ，６４ｃを有して構成されている。このような構成によって、底板部６４ａが下底部となるように見ると、断面形状が略樋状を成しており、内部に凹部６４ｄが形成されている。
【００４３】
なお、プラットホーム６５に対応する箇所の模型水路部６４においては、模型水路部６４の上側の側板部６４ｅの部分は側板部６４ｂと同様に設けられているが、模型水路部６４の下側の側板部６４ｆの部分は、図示しない駆動機構によりスライド移動等により開閉可能な構成となっており、地震津波実験装置として構成される第２の実施形態に係る遠心模型実験装置の回転前の状態では、例えば図５における紙面手前側又は紙面奥側へスライド移動により引き込まれており、開口が形成され、その箇所の模型水路部の凹部は、陸域部収納空間６８となっている。
【００４４】
また、プラットホーム６５は、板状の台板部６５ａの例えば左右両側、又は四隅を吊下部材６５ｂによって吊り下げ支持し、吊下部材６５ｂの上端が、回動ヒンジ部６７によって回転アーム６３、例えば支持リング部６３ｃなどに、回動可能な状態で取り付けられている。回動ヒンジ部６７は、例えば支持リング部６３ｃの側に、円柱状の部材６７ｂが固定され、部材６７ｂに嵌合して回動可能となるように円筒状部材６７ａが取り付けられるなどして構成され、円筒状部材６７ａに吊下部材６５ｂの上端が固定されるなどして構成される。なお、回動ヒンジ部６７の構成は、上記と逆（回動する部分が中央の円柱部となる構成）であってもよい。
【００４５】
このような構成により、プラットホーム６５は、回動ヒンジ部６７の回動中心線（図５における回動ヒンジ部６７の中心点を通り、図５の紙面手前から紙面奥へ向かって延びる仮想直線）の周りに回動可能となっている。
【００４６】
また、プラットホーム６５の台板部６５ａの上には、模擬陸域部６６が設置されている。模擬陸域部６６は、例えば、図１０中の（Ａ）のような構成を有している。すなわち、土又は砂若しくはこれらの混合物が収容されて構成される模擬地盤部１０６を有し、模擬地盤部１０６の上に、防波堤模型１００、岸壁模型１０１、家屋模型１０４、ビルディング模型１０５、あるいはこれらの適宜の組み合わせから成る構造物模型が配置されている。
【００４７】
以上のような構成を有する第２の実施形態に係る遠心模型実験装置に対しても、第１の実施形態で説明したようなオイルポンプ５２と、ピニオンギア５３と、ラックギア５４とから構成される油圧発生機構５１を設けることが好適である。詳細な構成や作動原理については、図３及び図４等を用いて説明した第１の実施形態の場合と同様であるので再度の説明は省略するが、第２の実施形態に係る遠心模型実験装置においても、例えば図５において例示するように、回転アーム６３の下方の位置に油圧発生機構５１を設けることにより、非常に効率よく回転アーム６３上の機器に対する所望の油圧供給を実現することが可能となる。
【００４８】
なお、第２の実施形態に係る遠心模型実験装置は地震津波実験装置として機能するので、模擬水路部６４には後に詳述する造波装置が設けられることになる。そして、この造波装置についてもその動力源として油圧を用いることができるので、油圧発生機構５１が効果的な油圧供給源としての機能を発揮することになる。特に、油圧発生機構５１によれば、大流量の作動油を供給することができるので、例えばこれを造波装置に用いることによって、従来では不可能であった実験条件を実現することができ、試験装置としての能力の向上を図ることが可能となる。
【００４９】
次に、第２の実施形態に係る遠心模型実験装置を用いて行う地震津波実験について説明する。
【００５０】
まず、モータ６１に電力を供給し、回転駆動させる。これにより、中心軸６２が、例えば図７における回転中心線Ａ１の周りにＲ１の方向に回転する。この回転により、中心軸６２は、図８においてはＲ２の方向に回転する。この中心軸６２の運動にともない、回転アーム６３及び模型水路部６４も、中心軸６２と同じ回転方向に回転する。
【００５１】
この回転により、模型水路部６４には、水平方向の遠心加速度が作用する。すなわち、図７においては、図７の紙面右端の模型水路部６４には、図７における紙面左側から紙面右側に向かう方向の遠心加速度が作用し、図７の紙面左端の模型水路部６４には、図７における紙面右側から紙面左側に向かう方向の遠心加速度が作用する。
【００５２】
したがって、図７における紙面右端の模型水路部６４において、底板部６４ａが下底部となるように見ると、模型水路部６４に作用する遠心加速度（図７の紙面右端における紙面左側から紙面右側に向かう方向の遠心加速度）は、模型水路部６４の底板部６４ａの上から下に向かう重力加速度に相当していることになる。また、底板部６４ｇが下底部となるように見ると、模型水路部６４に作用する遠心加速度（図７の紙面左端における紙面右側から紙面左側に向かう方向の遠心加速度）は、模型水路部６４の底板部６４ｇの上から下に向かう重力加速度に相当していることになる。
【００５３】
また、回転アーム６３の回転にともなう遠心力により、プラットホーム６５は、回動ヒンジ部６７を回動中心として図７におけるＤ１の方向に回動する。これにより、台板部６５ａ上の模擬陸域部６６もともに回動し、プラットホーム６５の全体が略水平状態になったときに、台板部６５ａと模擬陸域部６６は、陸域部収容空間６８の中に収容される。この場合には、例えば、陸域部収容空間６８の一方の端部６８ａの側に、模擬地盤部１０６（図１０参照）の一方の端部１０６ａが対向し、陸域部収容空間６８の他方の端部６８ｂの側に、模擬地盤部１０６の他方の端部１０６ｂが対向するような状態となる。
【００５４】
この際、模型水路部６４の下側の側板部６４ｆの部分は、図示しない駆動機構によりスライド移動等により開閉可能な構成となっており、遠心模型実験装置の回転が行われ、模擬陸域部６６が陸域部収容空間６８の中に収容された後の状態では、例えば図７における紙面手前側又は奥側へスライド移動により移動して開口が閉塞される。
【００５５】
また、例えば回転アーム６３の内部には、給水装置７４と給水管７５が設けられている。給水装置７４には、図示しない水を収容するタンクと、ポンプが内蔵されている。給水管７５は、一端がポンプに接続されるとともに、他端が模型水路部６４の凹部６４ａの付近に位置するように設置されている。このような構成により、遠心模型実験装置が回転し、所定の回転速度に達した後には、給水装置７４と給水管７５により、模型水路部６４の略樋状の凹部６４ａに、水が供給される。
【００５６】
この場合、模型水路部６４には、上述したような遠心加速度が作用していることから、凹部６４ａに供給された水は、図７において符号７６で示すように、凹部６４ａに密着する。これにより、遠心模型実験装置が所定速度で回転しているときには、図７の紙面右端の模型水路部６４においては、底板部６４ａが下底部となり、その上に水７６が存在し、あたかも水平遠心加速度が重力加速度に相当するような状態が形成される。この水７６は、模型水路部６４の凹部６４ａのうち、上記した模型陸域部６６以外の部分に溜まることとなる。
【００５７】
また、例えば模型水路部６４には、造波装置が設けられており、遠心模型実験装置が回転して所定の回転速度に達した後に、地震による津波を模擬する波を、上記の模擬水域部の水７６に発生させることができるようになっている。
【００５８】
図９中の（Ａ）は、造波装置の一構成例を示す図である。図９中の（Ａ）で示される造波装置の場合、造波装置７２Ａは、駆動機構８５と、移動板８６を有している。駆動機構８５としては、直線状の往復運動を行う機構、例えばシリンダとピストンを有し、油圧や空気圧等で直線状の往復運動を行う機構、回転駆動源とクランクとスライダを有する「スライダ・クランク機構」その他の公知の機構を使用することが可能である。
【００５９】
このような構成により、移動板８６は、図９中（Ａ）の方向Ｄ２に移動可能となっている。これにより、造波装置７２Ａは、模擬水域部７６Ａの円の接線方向に水を複数回押圧し、地震津波を模擬した波を発生させることができる。
【００６０】
また、別形態の造波装置として、図９中（Ｂ）に示すような構成のものを使用することも可能である。図９中（Ｂ）に示す造波装置７２Ｂは、模型水路部６４ａに設けられた収納ボックス９１と、駆動機構９２と、移動板９３を有している。駆動機構９２としては、直線状の往復運動を行う機構、例えばシリンダとピストンを有し、油圧や空気圧等で直線状の往復運動を行う機構、回転駆動源とクランクとスライダを有する「スライダ・クランク機構」その他の公知の機構を使用することが可能である。
【００６１】
このような構成により、移動板９３は、図９中（Ｂ）の方向Ｄ３に移動可能となっている。これにより、造波装置７２Ｂは、模擬水域部７６Ｂの水底付近の陥没を模擬することにより、地震津波を模擬した波を発生させることができる。
【００６２】
上記のようにして、地震による津波を模擬した波を、模擬水域部７６Ａ，７６Ｂに発生させる。図１０中（Ｂ）に示すように、この模擬津波１１１は、模擬陸域部６６に到達し、模擬陸域部６６に設けられた構造物模型、例えば、防波堤模型１００、岸壁模型１０１、家屋模型１０４、ビルディング模型１０５、模擬地盤部１０６などに、模擬津波１１１による種々の作用を及ぼす。
【００６３】
なお、図６及び図７に示すように、第２の実施形態に係る遠心模型実験装置には、ビデオカメラ８１と、計測・記録部８２が設けられている。計測・記録部８２には、図示しない画像記録装置などが内蔵されている。このような構成によって、模擬津波１１１が襲来したときの模擬陸域部６６の被害状況を観察することができ、また、画像情報として記録し、その後に解析を行うこともできる。
【００６４】
また、図１０に示す模擬陸域部６６の構造物模型などには、ひずみゲージなどの種々の検出器類を設置しておくことが可能であり、模擬津波１１１が構造物模型に与える衝撃力などを検出することが可能である。
【００６５】
上述した第２の実施形態に係る遠心模型実験装置は、模型水路部６４が円環状に連続した構成となっている。したがって、発生する模擬津波１１１は、実際の津波をより忠実に再現した波となっている。このため、構造物模型に与える影響等についても、より実際の状況に近いものとなっており、地震津波が来襲した際の地盤や構造物の挙動をより詳細に解明することができる。
【００６６】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記各実施形態に記載の範囲には限定されない。上記各実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。
【００６７】
例えば、第２の実施形態に係る遠心模型実験装置において、模型水路部６４については、プラットホーム６５が略水平方向に振り上げられ、模擬陸域部６６が模型水路部６４中にセットされて初めて実験可能となるが、この模型水路部６４とプラットホーム６５とは、遠心加速度を受ける状態において確実に連結され、しかも実験終了後には、確実に連結を解除する構成が求められる。
【００６８】
そこで、図１１中の（Ａ）において示すように、プラットホーム６５の先端形状を先細の楔形状となるように角度を付けた傾斜面とし、しかもその傾斜面上に水を確実にシールする目的でパッキン１２１を設置する構成を採用する。一方、プラットホーム６５の全体が略水平状態になったときに上記傾斜面と対向する回転アーム６３側の面についても、パッキン１２２を設置しておく。そして、プラットホーム６５の全体が略水平状態になったとき、図示しない油圧シリンダ等の押圧機構を用いることによってプラットホーム６５を外周方向に押し出し、パッキン１２１，１２２同士のしっかりとした押し合いと、プラットホーム６５の楔形状の効果とによって、水の確実なシールが実現する。
【００６９】
実験は、上述したシール状態が成ったときに水を注入して行われ、また、実験終了後には、パッキン１２１，１２２同士の押し合いに用いた押圧機構を逆に作動させてパッキン１２１，１２２同士を引き離し、遠心模型実験装置の回転数を下げることによってプラットホーム６５の傾動角度を下げ、最終的に遠心模型実験装置を停止させればよい。
【００７０】
また、第２の実施形態に係る遠心模型実験装置では、図９を用いて造波装置に適用可能な種々の構成例を説明した。しかし、本発明の適用範囲は、上述したものには限られない。例えば、図１２において示すような造波装置を適用することも可能である。すなわち、図１２において例示する造波装置７２Ｃは、水路１３０の上部にリニアガイドレール１２７とラック１２９を並列に配置する一方、この水路１３０に設置される造波板１２６には、リニアガイドレール１２７上を往復直線運動自在とされる図示しないガイドブロックと、ラック１２９に噛み合う歯車１２８を設置する構成とした。なお、造波板１２６に対するガイドブロック（不図示）の取り付けは、ボルト等の締結手段により行われており、歯車１２８の取り付けについては、造波板１２６上に設置されるオイルモータ１２５を介して行われている。
【００７１】
したがって、図１２において例示する造波装置７２Ｃは、リニアガイドレール１２７とガイドブロック（不図示）とによって構成されるリニアガイド装置によって造波の際のモーメント反力を受け、ラック１２９とそれに噛合する歯車１２８とによって確実な駆動力の伝達が行われることになる。このような構成の造波装置７２Ｃは、大きな遠心加速度を受けながらも正常に動作する必要のある造波装置にとって好適な構成であり、造波装置７２Ｃの自重と水から受けることになる反力を水路１３０の上部でしっかり受けることができ、しかもスムーズな動作を実現可能としている。
【００７２】
なお、図１２において例示する造波装置７２Ｃの駆動源となるオイルモータ１２５に関しても、上述した油圧発生機構５１を用いて作動油を供給することが好適であり、大きな抵抗を受ける造波板１２６を駆動させて波を発生させるに十分な油圧を供給することができる。
【００７３】
また、上述した第１及び第２の実施形態に係る遠心模型実験装置では、動力発生手段が、オイルポンプ５２、ピニオンギア５３及びラックギア５４から成る油圧発生機構５１として構成される場合を例示して説明を行ったが、本発明に係る動力発生手段の適用範囲は上述した油圧発生機構５１に限られるものではない。
【００７４】
例えば、上記オイルポンプ５２を発電機に取り換えることによって、回転アーム２１，６３の回転運動から得られる回転動力をこの発電機を利用して電力に変換し、回転アーム２１，６３で利用することができる。また、上記オイルポンプ５２を圧縮空気発生ポンプに取り換えることによって、回転アーム２１，６３の回転運動から得られる回転動力をこの圧縮空気発生ポンプを利用して圧縮空気に変換し、回転アーム２１，６３で利用することができる。なお、これらオイルポンプ５２、発電機、圧縮空気発生ポンプについては、これらを単独で、あるいは組み合わせて用いることも可能である。そして、以上の様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】第１の実施形態に係る遠心模型実験装置の概略構成を例示する正面図であり、特に回転アームが回転していない状態を示している。
【図２】第１の実施形態に係る遠心模型実験装置の概略構成を例示する正面図であり、特に回転アームが高速回転することによってプラットホームが略水平方向に振り上がっている状態を示している。
【図３】第１の実施形態に係る油圧発生機構の構成部材と作動原理を説明するための概念図である。
【図４】第１の実施形態に係る遠心模型実験装置に対する油圧発生機構の設置方法を例示する図である。
【図５】第２の実施形態に係る遠心模型実験装置の回転前の状態を示す正面図である。
【図６】第２の実施形態に係る遠心模型実験装置の回転前の状態を示す上面図である。
【図７】第２の実施形態に係る遠心模型実験装置の回転中の状態を示す正面図である。
【図８】第２の実施形態に係る遠心模型実験装置の回転中の状態を示す上面図である。
【図９】第２の実施形態に係る遠心模型実験装置に適用可能な造波装置の構成例を示す図である。
【図１０】第２の実施形態に係る遠心模型実験装置に適用可能な模擬陸域部の構成例を示す図であり、また、第２の実施形態に係る遠心模型実験装置の作用を説明するための図である。
【図１１】本発明に適用可能なプラットホームの別の構成例を示す図である。
【図１２】本発明に適用可能な造波装置の別の構成例を示す図である。
【図１３】従来の遠心模型実験装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１１  中心軸、１２  スリップリング、２１  回転アーム、２２  固定手段、３１  プラットホーム、３１ａ  一方のプラットホーム、３１ｂ  他方のプラットホーム、３２  試料容器、３３  カウンターウエイト、４１  モータ、４２  減速器、５１  油圧発生機構、５２  オイルポンプ、５３  ピニオンギア、５４  ラックギア、５５  ベース部分、６１  モータ、６１ａ  モータ軸、６２  中心軸、６３  回転アーム、６３ａ  中央支持部、６３ｂ１〜６３ｂ８  放射腕部、６３ｃ  支持リング部、６４  模型水路部、６４ａ  底板部、６４ｂ，６４ｃ  側板部、６４ｄ  凹部、６４ｅ  上側の側板部、６４ｆ  下側の側板部、６４ｇ  底板部、６５  プラットホーム、６５ａ  台板部、６５ｂ  吊下部材、６６  模擬陸域部、６７  回動ヒンジ部、６７ａ  円筒状部材、６７ｂ  部材、６８  陸域部収納空間、６８ａ  （陸域部収容空間の）一方の端部、６８ｂ  （陸域部収容空間の）他方の端部、６９  減速機、７０  固定床、７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ  造波装置、７４  給水装置、７５  給水管、７６  水、７６Ａ，７６Ｂ  模擬水域部、８１  ビデオカメラ、８２  計測・記録部、８５  駆動機構、８６  移動板、９１  収納ボックス、９２  駆動機構、９３  移動板、１００  防波堤模型、１０１  岸壁模型、１０４  家屋模型、１０５  ビルディング模型、１０６  模擬地盤部、１０６ａ  （模擬地盤部の）一方の端部、１０６ｂ  （模擬地盤部の）他方の端部、１１１  模擬津波、１２１，１２２  パッキン、１２５  オイルモータ、１２６  造波板、１２７  リニアガイドレール、１２８  歯車、１２９  ラック、１３０  水路、２０１  回転アーム、２０２  試料容器。
【図１】
2008185410.tif 000003
【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】
2008185410.tif 000009
【図８】
2008185410.tif 000010
【図９】
2008185410.tif 000011
【図１０】
2008185410.tif 000012
【図１１】
2008185410.tif 000013
【図１２】
2008185410.tif 000014
【図１３】
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