(57)【要約】【課題】停電に備えた給油設備を必要とせず、しかも小型の回転駆動手段で高速回転ができる遠心力載荷試験装置を提供する。【解決手段】供試体１３に遠心加速度を加えて、その挙動を試験する遠心力載荷試験装であって、円筒状のピット１の中央に垂直方向に設けられ、かつ上下端側が回転自在に支承された回転軸４と、中間部が回転軸４に固定された回転腕１０と、回転腕１０の両端側に揺動自在に支承され、かつ一方に供試体１３を収容する試料容器１４が搭載された揺動架台１２と、ピット１の底部に設置され、かつ回転軸４に直結されて回転軸４を高速回転させる回転駆動手段３とから構成したもので、減速機が不要となるため減速機への給油も不要になり、これによって停電等に備えて電力を必要としない給油手段等の補機を別に設置する必要がない。【選択図】        図１
2004205320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供試体に遠心加速度を加えて、その挙動を試験する遠心力載荷試験装であって、円筒状に形成されたピットと、前記ピットの中央に垂直方向に設けられ、かつ上下端側が軸受けに回転自在に支承された回転軸と、前記ピット内に水平方向に設けられ、かつ中間部が前記回転軸に固定された回転腕と、前記回転腕の両端側に揺動自在に支承され、かつ一方には供試体を収容する試料容器が、そして他方には前記試料容器と等価のバランスウエイトが搭載された揺動架台と、前記ピットの底部に設置され、かつ前記回転軸に直結されて前記回転軸を高速回転させる回転駆動手段とを具備したことを特徴とする遠心力載荷試験装置。
【請求項２】
前記回転駆動手段を、前記回転軸に中心部が固着され、かつ外周側に複数の超伝導磁石が等間隔に設置されたロータと、前記ロータの周囲に設置されたコイルとからなるリニアモータにより構成してなる請求項１に記載の遠心力載荷試験装置。
【請求項３】
前記軸受けに、給油が不要な軸受けを使用してなる請求項１または２に記載の遠心力載荷試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば地盤等の縮尺モデルの模型に対して遠心加速度を加え、その挙動を試験する遠心力載荷試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大深度地下空間の開発には、地盤特性を把握することが大切であるが、地盤の特性は作用する土圧力に大きく影響を受ける。
また遠心力載荷試験装置を使用して地震発生時の地盤の強度等を調べる際、縮尺モデルを作成して通常の重力場で試験を行うが、地中深くには大きな土圧がかかるために、そのような大きな応力を再現することは困難である。
このため従来の遠心力載荷試験装置では、回転腕の先端に地盤等の縮尺モデルを入れた試料容器を吊り下げ、回転腕を高速で回転させて供試体に大きな遠心加速度を与えることにより、１／Ｎの縮尺モデルに対してＮ倍の遠心力を与えるように構成しており、この種の遠心力載荷試験装置としては、例えば特許文献１や特許文献２、特許文献３に記載されたものが公知である。
【０００３】
【特許文献１】
実公昭６１−４６４３９号公報
【特許文献２】
特開平９−２１０８７１号公報、
【特許文献３】
特開平１０−３１８８８６号公報
【０００４】
前記特許文献１や２に記載された遠心力載荷試験装置は、垂直方向に回転自在に支承された回転軸に回転腕が水平方向に支持されていて、回転腕の先端側に揺動架台が揺動自在に枢着されており、揺動架台には構造物や地盤等の１／Ｎの縮小モデルが入った試料容器が取り付けられている。
回転軸には減速機を介して電動機が接続されていて、電動機により回転軸を高速回転することにより、揺動架台に取り付けられた試料容器内の試料に重力加速度のＮ倍の遠心力が与えられるよう構成されており、減速機や回転軸を支承する軸受けには、給油手段により潤滑及び冷却に必要な潤滑油が供給されている。
【０００５】
一方特許文献３に記載された遠心力載荷試験装置は、円筒状に掘削されたピットの中心に垂直方向に回転軸が回転自在に支承され、この回転軸に回転腕が水平方向に支持されていると共に、回転腕の先端部に回転車両が取り付けられていて、回転車両内に揺動架台が揺動自在に枢着されており、揺動架台には構造物や地盤等の１／Ｎの縮小モデルが入った供試体が収容されている。
またピットの内周壁と回転車両の間には、リニアモータが設けられていて、このリニアモータにより回転車両を高速回転させることにより、供試体に重力加速度のＮ倍の遠心力が与えられるよう構成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし前記特許文献１や２に記載された遠心力載荷試験装置では、試料容器に遠心加速度を与える実験を行っている途中に、何らかの原因により電動機への電力の供給が停止してしまうと、回転腕が回転したままのフリーラン状態となり、加減速ができない状態となると共に、電力の供給停止により給油手段が停止し、減速機や軸受に潤滑油が供給できなくなるため、減速機や軸受けが発熱したり、異常磨耗を起して減速機や軸受けの寿命が著しく低下したり、破損する等の問題が発生する。
【０００７】
かかる問題を解消するため、電力を必要としない給油手段等の補機を別に設置して、停電時に潤滑油を供給する方法が実施されているが、この方法では給油装置等の設備を設置したり、設備を維持管理するための経費が嵩む等の問題がある。
また前記特許文献３に記載された遠心力載荷試験装置では、ピットの内周面と、ピット内で高速回転する回転車両の間にリニアモータを設けているため、リニアモータ装置が大型となってリニアモータ装置自体が高価になると共に、リニアモータ装置を構成する部品の据付や調整個所が多くなるため、設置費用も嵩む等の問題もある。
【０００８】
本発明はかかる従来の問題を改善するためになされたもので、停電に備えた給油設備を必要とせず、しかも小型のリニアモータで高速回転ができる遠心力載荷試験装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明の遠心力載荷試験装置は、供試体に遠心加速度を加えて、その挙動を試験する遠心力載荷試験装であって、円筒状に形成されたピットと、ピットの中央に垂直方向に設けられ、かつ上下端側が軸受けに回転自在に支承された回転軸と、ピット内に水平方向に設けられ、かつ中間部が回転軸に固定された回転腕と、回転腕の両端側に揺動自在に支承され、かつ一方には供試体を収容する試料容器が、そして他方には試料容器と等価のバランスウエイトが搭載された揺動架台と、ピットの底部に設置され、かつ回転軸に直結されて回転軸を高速回転させる回転駆動手段とから構成したものである。
【００１０】
前記構成により、減速機が不要となるため伝動効率が向上する上、減速機への給油も不要になることから、停電等に備えて電力を必要としない給油手段等の補機を別に設置する必要がないため、設備費や維持管理費等の削減が図れる。
【００１１】
前記目的を達成するため本発明の遠心力載荷試験装置は、回転駆動手段を、回転軸に中心部が固着され、かつ外周側に複数の超伝導磁石が等間隔に設置されたロータと、ロータの周囲に設置されたコイルとからなるリニアモータにより構成したものである。
【００１２】
前記構成により、回転駆動手段が小型化できる上、ピット内での据付や調整作業が容易となるため、回転駆動手段が安価に得られるようになる。
【００１３】
前記目的を達成するため本発明の遠心力載荷試験装置は、軸受けに、給油が不要な軸受けを使用したものである。
【００１４】
前記構成により、試験中に停電して回転腕がフリーラン状態になっても、軸受けが焼き付いたり、軸受けが異常磨耗し、もしくは破損することがないため、装置の耐久性や信頼性が向上する上、停電等に備えて電力を必要としない給油手段等の補機を別に設置する必要がないため、設備費や維持管理費等の削減も図れる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照して詳述する。
図１は遠心力載荷試験装置の縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３ないし図５はリニアモータの作用説明図である。
図１に示すピット１は円筒状に形成されていて、中心部の底部に小型のリニアモータ２よりなる回転駆動手段３が設置されている。
回転駆動手段３は、ピット１の中心に垂直方向に設けられた回転軸４を高速回転させるもので、回転軸４の下端はピット１の底部に設置され、かつ給油手段を必要としない例えば油浴式の軸受け５に支承され、回転軸４の上端側は、ピット１の上面を覆うように設置された上部ピットカバー６に、給油手段を必要としない例えば油浴式の軸受け７を介して支承されている。
【００１６】
リニアモータ２は、筒状のケーシング２ａを有していて、ケーシング２ａの上面は下部ピットカバー８により覆われており、ケーシング２ａ内に、回転軸４に中心部が固定されたロータ２ｂが、そしてケーシング２ａの内周面には、ロータ２ｂの外周面と対向するように複数のコイル２ｃが環状に設置されている。
ロータ２ｂの外周部には図２に示すように、円周方向に等間隔に超伝導磁石２ｄが設置されていて、コイル２ｃ側に３相交流電流を流すことにより発生する移動磁界によって超伝導磁石２dとの間で吸引力及び反発力が発生し、後述する作用により回転軸４を高速回転させるようになっている。
回転軸４の上下方向のほぼ中間部には、水平方向に設けられた回転腕１０の中間部が固着されている。
【００１７】
回転腕１０は、高速回転に十分耐える剛性を有する構造体により構成されていて、全長がピット１の内径より小さくなっており、回転中心から先端部までのほぼ中間点に、回転腕１０の長手方向と直交する方向にピン１１が水平に設けられていて、これらピン１１に２台の揺動架台１２の上部が揺動自在に支承されている。
揺動架台１２の一方には、供試体１３を収容する試料容器１４が載置されており、揺動架台１２の他方には、試料容器１４と等価な質量のバランスウエイト１５が載置されている。
【００１８】
次に前記構成された遠心力載荷試験装置の作用を説明すると、地震の際の地盤強度等を把握するため地盤特性を試験するに当り、まず地盤等の１／Ｎの縮尺モデルよりなる供試体１３を入れた試料容器１４を一方の揺動架台１２内に収容したら、回転駆動手段３により回転軸４を高速で回転させて、回転腕１０に吊り下げられた揺動架台１２を図１の矢印Ｂ方向へ揺動させ、試料容器１４内に収容された供試体１３に大きな遠心加速度を加えて供試体１３の地盤特性試験を行うもので、試験データは有線または無線により図示しない情報収集手段へ取り込まれて、分析されると同時に記録される。
【００１９】
また回転駆動手段３を構成するリニアモータ２は次のように回転軸４を高速回転させる。
すなわちロータ２ｂの外周部に設置されたコイル２ｃに３相交流電流を流すことにより発生する移動磁界によって超伝導磁石２ｄとの間で吸引力及び反発力が発生してロータ２ｂが回転を開始し、図３の位置関係となったときにコイル２ｃの極性を変えることによって、図４に示すような吸引力および反発力が発生して、ロータ２ｂの回転が継続され、ロータ２ｂにより回転軸４が高速回転されるようになる。
【００２０】
一方試験が終了して、回転腕１０の回転を停止させる場合は、図５に示す位置となるように位相を制御すると、超伝導磁石２ｃには図２〜図４とは逆の方向に吸引力および反発力が発生するため、誘導磁界によりロータ２ｃが制動されて、回転腕１０を停止させる。
なお回転軸４の駆動開始時にコイル２ｃと超伝導磁石２ｄが図５に示す位置関係となるように制御することにより、図２ないし図４とは逆の方向の回転駆動力を得ることも可能であり、回転駆動源３にリニアモータ２を使用することにより、回転方向の変更が容易に行えると共に、コイル２ｃに供給する３相交流電流の周波数を制御することにより、回転数の制御も容易となる。
また前記実施の形態では、リニアモータ２のケーシング２ａ側にコイル２ｃを、そしてロータ２ｂ側に超伝導磁石２ｄを設けたが、ケーシング２ａ側に超伝導磁石２ｄを、そしてロータ２ｂ側にコイル２ｃを設けても勿論よい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は以上詳述したように、円筒状に形成されたピットと、ピットの中央に垂直方向に設けられ、かつ上下端側が軸受けに回転自在に支承された回転軸と、ピット内に水平方向に設けられ、かつ中間部が回転軸に固定された回転腕と、回転腕の両端側に揺動自在に支承され、かつ一方には供試体を収容する試料容器が、そして他方には試料容器と等価のバランスウエイトが搭載された揺動架台と、ピットの底部に設置され、かつ回転軸に直結されて回転軸を高速回転させる回転駆動手段とにより遠心力載荷試験装を構成したことから、減速機が不要になるため伝動効率が向上する上、減速機への給油も不要になることから、停電等に備えて電力を必要としない給油手段等の補機を別に設置する必要がないため、設備費や維持管理費等の削減が図れる。
【００２２】
また回転駆動手段を、回転軸に中心部が固着され、かつ外周側に複数の超伝導磁石が等間隔に設置されたロータと、ロータの周囲に設置されたコイルとからなるリニアモータにより構成したことから、回転駆動手段が小型化できる上、ピット内での据付や調整作業が容易となるため、回転駆動手段が安価に得られると共に、軸受けに給油が不要な軸受けを使用したことから、試験中に停電して回転腕がフリーラン状態になっても、軸受けが焼き付いたり、軸受けが異常磨耗し、もしくは破損することがないため、装置の耐久性や信頼性が向上する上、停電等に備えて電力を必要としない給油手段等の補機を別に設置する必要がないため、設備費や維持管理費等の削減も図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態になる遠心力載荷試験装置の縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】本発明の実施の形態になる遠心力載荷試験装置に設けられたリニアモータの作用説明図である。
【図４】本発明の実施の形態になる遠心力載荷試験装置に設けられたリニアモータの作用説明図である。
【図５】本発明の実施の形態になる遠心力載荷試験装置に設けられたリニアモータの作用説明図である。
【符号の説明】
１  ピット
２ リニアモータ
２ｂ ロータ
２ｃ コイル
２ｄ  超伝導磁石
３  回転駆動手段
４  回転軸
５、７  軸受け
１０  回転腕
１２  揺動架台
１３  供試体
１４  試料容器
１５  バランスウエイト
【図１】
2004205320.tif 000003
【図２】
2004205320.tif 000004
【図３】
2004205320.tif 000005
【図４】
2004205320.tif 000006
【図５】
2004205320.tif 000007