(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の超電導コイルを内部に固定した状態で収納し、前記第１の超電導コイルを冷却して超電導状態に維持させるための冷媒を貯蔵する第１の収納容器と、
前記第１の収納容器を収納する第１の断熱容器と、
第２の超電導コイルを内部に固定した状態で収納し、前記第２の超電導コイルを冷却して超電導状態に維持させるための冷媒を貯蔵する第２の収納容器と、
前記第２の収納容器を収納する第２の断熱容器と、
前記第１及び第２の超電導コイルを対向させると共に、前記第２の断熱容器の上に前記第１の断熱容器を配置させた状態で、前記第１及び第２の断熱容器を上下方向にスライド可能に構成したスライド機構と、
前記第１及び第２の超電導コイルに対して、互いに反発する所定の電磁力が生じるような電流を供給する電流供給手段と、
前記第１の断熱容器の上部に配置され、前記第１の断熱容器の下部方向に振動荷重に応じた反力を付与する反力付与手段と、
前記第２の断熱容器の下部に設けられ、対象物に振動を伝達する振動伝達部と、
を備えた振動発生装置。
【請求項２】
超電導コイルを内部に固定した状態で収納し、前記超電導コイルを冷却して超電導状態に維持させるための冷媒を貯蔵する収納容器と、
前記収納容器を収納する断熱容器と、
磁力を発生する磁力発生体と、
前記超電導コイルと磁力発生体とを対向させると共に、前記磁力発生体の上又は下に前記断熱容器を配置させた状態で、前記断熱容器と前記磁力発生体とを上下方向にスライド可能に構成したスライド機構と、
前記超電導コイルに対して、前記磁力発生体と反発する所定の電磁力が生じるような電流を供給する電流供給手段と、
前記断熱容器又は前記磁力発生体の上部に配置され、前記断熱容器の下部方向に振動荷重に応じた反力を付与する反力付与手段と、
前記磁力発生体又は前記断熱容器の下部に設けられ、対象物に振動を伝達する振動伝達部と、
を備えた振動発生装置。
【請求項３】
第１及び第２の超電導コイルを内部に収納し、前記第１及び第２の超電導コイルを冷却して超電導状態に維持させるための冷媒を貯蔵する収納容器と、
前記収納容器を収納する断熱容器と、
前記収納容器内で、前記第１の超電導コイルに対向させた状態で前記第２の超電導コイルを上下方向にスライド可能に構成したスライド機構と、
前記第１及び第２の超電導コイルに対して、互いに反発する所定の電磁力が生じるような電流を供給する電流供給手段と、
前記断熱容器の上部に配置され、前記断熱容器の下部方向に振動荷重に応じた反力を付与する反力付与手段と、
前記スライド機構の下部に設けられ、対象物に振動を伝達する振動伝達部と、
を備えた振動発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導コイルを用いた振動発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気抵抗をゼロにして大電流を流せる超電導コイルを利用して高磁場を発生させ、高磁場の反発力あるいは吸引力を交互に発生させて人工振動を発生する技術が開示されている（特許文献１、非特許文献１を参照）。
【０００３】
特許文献１及び非特許文献１に記載された技術は、超電導コイルで発生する電磁力の振動を地盤面に伝達するものである。よって、この技術は、油圧バイブレータ方式に比べて、震源波形の制御を可能にし、震源波形の再現性を向上させ、更に、時間的遅れがなく、かつ応答性の向上が期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２０９３９１号公報
【非特許文献１】岡野眞、外４名、「超伝導コイルで発生する電磁力を利用した人工震源」、日本機械学会、平成２２年５月、第２２回「電磁力ダイナミクス」シンポジウム
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び非特許文献１により人工振動を発生させるためには、超電導コイルを冷媒（例えば液体窒素）で冷却させながら、超電導コイルに発生する電磁力を地盤面に伝達させる必要がある。
【０００６】
しかし、特許文献１及び非特許文献１には、超電導コイルをどのように冷却し、超電導コイルに発生する電磁力をどのようにして地盤面に伝達するかについて具体的に記載されていない。
【０００７】
本発明は、このような実情を鑑みて提案されたものであり、超電導コイルを冷却させながら、当該超電導コイルに発生する電磁力を設置面に確実に伝達させることができる振動発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る振動発生装置は、第１の超電導コイルを内部に固定した状態で収納し、前記第１の超電導コイルを冷却して超電導状態に維持させるための冷媒を貯蔵する第１の収納容器と、前記第１の収納容器を収納する第１の断熱容器と、第２の超電導コイルを内部に固定した状態で収納し、前記第２の超電導コイルを冷却して超電導状態に維持させるための冷媒を貯蔵する第２の収納容器と、前記第２の収納容器を収納する第２の断熱容器と、前記第１及び第２の超電導コイルを対向させると共に、前記第２の断熱容器の上に前記第１の断熱容器を配置させた状態で、前記第１及び第２の断熱容器を上下方向にスライド可能に構成したスライド機構と、前記第１及び第２の超電導コイルに対して、互いに反発する所定の電磁力が生じるような電流を供給する電流供給手段と、前記第１の断熱容器の上部に配置され、前記第１の断熱容器の下部方向に振動荷重に応じた反力を付与する反力付与手段と、前記第２の断熱容器の下部に設けられ、対象物に振動を伝達する振動伝達部と、を備えている。
【０００９】
本発明に係る振動発生装置は、超電導コイルを内部に固定した状態で収納し、前記超電導コイルを冷却して超電導状態に維持させるための冷媒を貯蔵する収納容器と、前記収納容器を収納する断熱容器と、磁力を発生する磁力発生体と、前記超電導コイルと磁力発生体とを対向させると共に、前記磁力発生体の上又は下に前記断熱容器を配置させた状態で、前記断熱容器と前記磁力発生体とを上下方向にスライド可能に構成したスライド機構と、前記超電導コイルに対して、前記磁力発生体と反発する所定の電磁力が生じるような電流を供給する電流供給手段と、前記断熱容器又は前記磁力発生体の上部に配置され、前記断熱容器の下部方向に振動荷重に応じた反力を付与する反力付与手段と、前記磁力発生体又は前記断熱容器の下部に設けられ、対象物に振動を伝達する振動伝達部と、を備えている。
【００１０】
本発明に係る振動発生装置は、第１及び第２の超電導コイルを内部に収納し、前記第１及び第２の超電導コイルを冷却して超電導状態に維持させるための冷媒を貯蔵する収納容器と、前記収納容器を収納する断熱容器と、前記収納容器内で、前記第１の超電導コイルに対向させた状態で前記第２の超電導コイルを上下方向にスライド可能に構成したスライド機構と、前記第１及び第２の超電導コイルに対して、互いに反発する所定の電磁力が生じるような電流を供給する電流供給手段と、前記断熱容器の上部に配置され、前記断熱容器の下部方向に振動荷重に応じた反力を付与する反力付与手段と、前記スライド機構の下部に設けられ、対象物に振動を伝達する振動伝達部と、を備えている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る振動発生装置は、超電導コイルに発生する電磁力による振動を効率よく設置面に伝達させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る振動発生装置のＸＺ平面における構成を示す図である。
【図２】振動発生装置のＹＺ平面における構成を示す図である。
【図３】電源装置が出力する電流波形の一形態を示す図である。
【図４】高温超電導コイルの電流と起震力の関係を示す図である。
【図５】直列に接続された高温超電導コイルを示す図である。
【図６】振動発生装置の他の構成を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る振動発生装置の構成を示す図である。
【図８】振動発生装置に設けられた立ち上がりパイプ周辺の要部構成図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る振動発生装置の構成を示す図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る振動発生装置の構成を示す図である。
【図１１】コイル押え板を示す図である。
【図１２】コイル押え板取り付け用突起部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１４】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る振動発生装置のＸＺ平面における構成を示す図である。図２は、上記振動発生装置のＹＺ平面における構成を示す図である。
【００１５】
振動発生装置は、高温超電導コイルＣ１を内部に収納する収納容器１０と、収納容器１０を真空内部に収納する断熱容器２０と、高温超電導コイルＣ２を内部に収納する収納容器３０と、収納容器３０を真空内部に収納する断熱容器４０と、を備えている。さらに、振動発生装置は、断熱容器２０の上部から振動荷重に応じた反力を付与するカウンターウエイト６１と、カウンターウエイト６１を支持する弾性支持機構６２と、断熱容器４０の下部に設けられた振動伝達部７０と、を備えている。
【００１６】
高温超電導コイルＣ１，Ｃ２は、渦巻き状（いわゆるパンケーキ巻き）又はソレノイド巻きで構成されており、マイナス１９６℃（７７［Ｋ］）で電気抵抗がゼロの超電導状態になる。
【００１７】
収納容器１０は、高温超電導コイルＣ１を収納できるように、上面１１及び下面１２が共に円形である円柱状に形成されている。収納容器１０には例えばマイナス１９６℃の液体窒素が封入されており、高温超電導コイルＣ１はこの液体窒素により冷却されて、超電導状態になる。収納容器１０内の下面１２には図１２に示す突起２００が円周上に配置され、コイルＣ１と下面１２間に絶縁シートと高熱伝導であるポリエチレン繊維（ダイニーマ（登録商標））を下敷きとし、コイルＣ１上面にも絶縁シート或いはポリエチレン繊維を挿み図１１に示す空間部の多い図１１に示す押え板２０１を前記突起２００にボルトで締付け、高温超電導コイルＣ１が固定されている。高温超電導コイルＣ１の下側コイル面にあるポリエチレン繊維の大きさは、高温超電導コイルＣ１の径よりも大きいのが好ましい。ポリエチレン繊維は、クッション材として機能し、絶縁性を有すると共に熱伝導率が高く、熱伝導に依りコイル下面からも効率よく冷却される。
【００１８】
さらに、高温超電導コイルＣ１上面には、ポリエチレン繊維に代えて、絶縁性を有すると共に熱伝導率が高いて窒化アルミ材を用いてもよい。これにより、高温超電導コイルＣ１の冷却性能を向上させることができる。
【００１９】
図１に示すように、収納容器１０には、高温超電導コイルＣ１の一方のリード線２ａを外部に引き出すためのリード線引出し管１３と、他方のリード線２ｂを外部に引き出すためのリード線引出し管１４が設けられている。
【００２０】
リード線２ａは、リード線引出し管１３を貫通する電流リード２に接続されている。リード線引出し管１３の外部の端子は、別置き外部の電源装置に接続されている。リード線２ｂは、リード線引出し管１４を貫通する電流リード２に接続されている。リード線引出し管１４の外部の端子は図２に示すリード線２ｄに接続されている。
【００２１】
図１、図２に示すように、リード線引出し管１３、１４は、２重管で外側が真空で熱絶縁されている。リード線引出し管１３、１４の内側管内に挿入された電流リード２の先端には、リード線２ａ，２ｂが接続されている。収納容器１０からリード線引出し管１３，１４への貫通部にはシール２０２が挿入され、シール２０２によって収納容器１０からリード線引出し管１３，１４への液体窒素の侵入が防止される。リード線引出し管１３の内側管内には、導管２０３より収納容器１０の上部の蒸発ガスが導かれている。リード線引出し管１３、１４の端部には、ガス排気管１３ａ、１４ａが設けられている。電流リード２を冷却した収納容器１０本体の蒸発ガスは、ガス排気管１３ａ、１４ａから外部へ排気される。よって、外端部が常温であっても、電流リード２への熱侵入が抑制される。
【００２２】
さらに、収納容器１０には、図２に示すように、液体窒素を当該収納容器１０内へ供給する液体窒素供給管１５と、図１に示すように、バイヨネット挿入管である蒸発窒素ガス排気管１６と、が設けられている。
【００２３】
液体窒素供給管１５は、収納容器３０から排出されて液体窒素流路１９を通った液体窒素を、収納容器１０内へ供給する。そして、収納容器１０に貯蔵された液体窒素は、発熱した高温超電導コイルＣ１を冷却し又は熱侵入を抑制して、蒸発窒素ガス排出管１６を通って外部へ排出される。
【００２４】
断熱容器２０は、真空内部に収納容器１０を収納できる大きさで、上面２１及び下面２２が円形である円柱状に形成され、内部が真空状態になっている。断熱容器２０は、収納容器１０本体部と共に、リード線引出し管１３，１４、液体窒素供給管１５、蒸発窒素ガス排出管１６、液体窒素ガス供給管３６を覆うように形成され、収納容器１０と大気と断熱している。
【００２５】
断熱容器２０内の下面２２には収納容器１０の下面１２が一体化されており、収納容器１０が断熱容器２０の内部で固定されている。断熱容器２０の外周部には、環状のフランジ２５が設けられている。
【００２６】
断熱容器２０の上面２１と収納容器１０の上面１１との隙間（真空層）には、複数の断熱支持部材２３が設けられている。断熱支持部材２３は、収納容器１０と断熱容器２０との間に生じる圧縮力を支持するものであり、収納容器１０の上面１１と断熱容器２０の上面２１の間にそれぞれ挿入されている。
【００２７】
また、断熱支持部材２３は、剛性の異なる２つの低熱伝導率材（例えば、ガラスエポキシ成型材（ＦＲＰ）とテフロン（登録商標）（ＰＴＦＥ）を組み合わせたもの）が直列に接続されたものである。断熱支持部材２３は、断熱容器２０の上面２１と収納容器１０の上面との間の寸法のばらつきを吸収し圧縮荷重を均一に受けて、断熱容器２０から収納容器１０への熱侵入を防止している。
【００２８】
収納容器３０は、高温超電導コイルＣ２を収納できるように、上面３１及び下面３２が共に円形である円柱状に形成されている。収納容器３０内の上面３１には、高温超電導コイルＣ１と同じように押え板２０１を突起２００にボルトで締付け高温超電導コイルＣ２が固定されている。そして、収納容器３０には例えばマイナス１９６℃の液体窒素が封入されており、高温超電導コイルＣ２はこの液体窒素により冷却されて、超電導状態になる。
【００２９】
収納容器３０には、高温超電導コイルＣ２の一方のリード線２ｃを外部に引き出すための管である図１に示すリード線引出し管３３と、他方のリード線２ｄを外部に引き出すための管である図２に示すリード線引出し管３４と、が設けられている。
【００３０】
リード線２ｃは、リード線引出し管３３を貫通する電流リード２に接続されている。リード線引出し管３３の外部の端子は、上記電源装置に接続されている。リード線２ｂは、リード線引出し管３４を貫通する電流リード２に接続されている。リード線引出し管１４の外部の端子は、図２に示す２リード線ｄに接続されている。そして、電源装置は、電流リード２、リード線２ａ，２ｃを介し、高温超電導コイルＣ１、Ｃ２に電流を供給する。
【００３１】
図１、図２に示すように、リード線引出し管１３，１４、３３、３４は、２重管で外側が真空で熱絶縁されている。リード線引出し管１３，１４、３３、３４の内側管内に挿入された電流リード２の先端には、リード線２ａ、２ｂ、２ｃ，２ｄが接続されている。収納容器３０からリード線引出し管３３，３４への貫通部にはシール２０２が挿入され、シール２０２によって収納容器３０からリード線引出し管３３，３４への液体窒素の侵入が防止される。リード線引出し管３３，３４の内側管内には、導管２０３より収納容器３０の上部の蒸発ガスが導かれている。リード線引出し管３３、３４の端部には、ガス排気管３３ａ、３４ａが設けられている。電流リード２を冷却した収納容器１０本体の蒸発ガスは、ガス排気管３３ａ、３４ａから外部へ排気される。よって、外端部が常温であっても、電流リード２への熱侵入が抑制される。
【００３２】
さらに、収納容器３０には、図１に示すように、バイヨネット挿入管である液体窒素供給管３６と、図２に示すように、液体窒素を収納容器１０内へ排出するための液体窒素排出管３７と、が設けられている。また、図２に示すように、収納容器３０内の液体窒素排出管３７の入口には、当該入口に接続されていると共に開口部が収納容器３０の上面３１に向けられているガス抜きエルボ３７ａが設けられている。
【００３３】
液体窒素供給管３６は、外部の液体窒素ボンベからの液体窒素を収納容器３０内へ供給する。収納容器３０に貯蔵された液体窒素は、高温超電導コイルＣ２を冷却する。図２に示す液体窒素排出管３７は、収納容器３０内の液体窒素を排出して、液体窒素流路１９を通った液体窒素を収納容器１０内へ供給する。
【００３４】
また、熱侵入や高温超電導コイルＣ２の発熱によって窒素ガスが収納容器３０内に発生すると、窒素ガスは収納容器３０の上面３１に溜まる。そして、窒素ガスは、ガス抜きエルボ３７ａの内側に溜まり、液体窒素排出管３７、液体窒素流路１９を通って、収納容器１０へ貯蔵され、最終的には、蒸発窒素ガス排出管１６を通って外部へ排気される。
【００３５】
断熱容器４０は、真空内部に収納容器３０を収納できる大きさで、上面４１及び下面４２が円形である円柱状に形成され、内部が真空状態になっている。断熱容器４０は、収納容器３０本体部と共に、リード線引出し管３３，３４、液体窒素供給管３６、液体窒素排出管３７を覆うように形成され、収納容器３０と大気とを断熱している。
【００３６】
断熱容器４０内の上面４１には収納容器３０の上面３１が一体化されており、収納容器３０が断熱容器４０の内部で固定されている。断熱容器４０の外周部には、フランジ４５が設けられている。
【００３７】
断熱容器４０の下面４２と収納容器３０の下面３２との隙間（真空層）には、複数の断熱支持部材４３が設けられている。断熱支持部材４３は、収納容器３０と断熱容器４０との間に生じる圧縮力を支持するものであり、収納容器３０の下面３２と断熱容器４０の下面４２の間に挿入されている。なお、断熱支持部材４３は、断熱支持部材２３と同一の材質で構成されている。
【００３８】
断熱容器２０のフランジ２５及び断熱容器４０のフランジ４５には、上下スライド機構が設けられている。これにより、断熱容器２０及び断熱容器４０は、相対的に横方向への移動が禁止されるものの、上下方向への移動が可能になっている。
【００３９】
例えば、断熱容器２０のフランジ２５と断熱容器４０のフランジ４５には、それぞれ複数（例えば、３個又は４個）の当て板２５ａ，４５ａが設けられ、当て板４５ａには筒状部材であるスリーブ５０が設けられている。当て板２５ａ，４５ａには鉛直方向にシャフト５１が取り付けられ、スリーブ５０の内周にはボールベアリングが組み込まれている。
【００４０】
そして、当て板４５ａのスリーブ５０にシャフト５１が貫通するように、断熱容器２０及び断熱容器４０が組み合わされる。このため、断熱容器２０及び断熱容器４０は、相対的に横方向へ移動できないものの、上下方向へ移動できるようになっている。また、フランジ２５，４５には、断熱容器２０と断熱容器４０の隙間の範囲を規制するストッパ機構５６が設けられている。
【００４１】
断熱容器２０のフランジ２５と断熱容器４０のフランジ４５には、断熱容器２０と断熱容器４０の隙間を密封するための環状の密封機構（溶接ベロー）５２が設けられている。密封機構５２は、上下方向のみ伸縮可能な蛇腹状に形成されている。これにより、断熱容器２０及び断熱容器４０が上下方向移動しても、断熱容器２０と断熱容器４０の隙間は常に密封されている。
【００４２】
断熱容器２０と断熱容器４０の隙間には、ヘリウムガスが封入されている。なお、封入されるガスは、ヘリウムガスに限らず、高温超電導コイルを冷却する冷媒（液体窒素）より凝固点の低いガスであればよい。これにより、断熱容器２０と断熱容器４０の隙間から大気が取り除かれるので、大気中の湿気が凍結することを防止できる。
【００４３】
また、ヘリウムガスの圧力は、大気圧より高く、かつ、数ｋＰａ以下であればよい（例えば、０．１〜２ｋＰａ）。これにより、密封機構５２からヘリウムガスの漏れが生じたとしても、大気の混入を防止できる。また、ヘリウムガスがこの程度の気圧であれば、起震荷重に対しても影響が少ない。
【００４４】
断熱容器２０と断熱容器４０の間にはガス管５３の一方の口が設けられ、ガス管の他方の口は外部のガスバック５４に接続されている。そして、断熱容器２０と断熱容器４０が上下方向のみスライドすると、断熱容器２０と断熱容器４０の間の容積が変化する。
【００４５】
断熱容器２０と断熱容器４０の間の容積が小さくなると、断熱容器２０と断熱容器４０の間にあるヘリウムガスがガスバック５４へ押し出され、その容積が大きくなると、断熱容器２０と断熱容器４０の間には、ガスバック５４のヘリウムガスが流れ込む。つまり、ガスバック５４は、断熱容器２０と断熱容器４０の間の容積の変化に応じて伸張又は収縮する。したがって、断熱容器２０と断熱容器４０が上下方向にスライドしても、断熱容器２０と断熱容器４０の間には常にヘリウムガスが充満しており、断熱容器２０と断熱容器４０の隙間の凍結を防止できる。
【００４６】
対象物に振動荷重を負荷する為の反力としてカウンターウェイト６１の質量重量と上下の振動加速度の積で反力（Ｆ＝ｍα）が生じ、加速度は振動周波数と変位で定まるので、変位は最低加振周波数でも１ｍｍ程度以下（１００Ｈｚでは変位は数μｍ）になるように決められている。カウンターウエイト６１は、複数の弾性支持機構６２により支持されている。
【００４７】
弾性支持機構６２は、ネジジャッキ６７と空気ばね６８とを上下に組み合わせることで、カウンターウエイト６１の高さを調整する。具体的には、弾性支持機構６２は、受け台６１ａ上に設置されたカウンターウエイト６１を支持する複数の支柱６６と、各支柱６６に直列に取り付けられたネジジャッキ６７と、各ネジジャッキ６７に直列に取り付けられた空気ばね６８と、を備えている。
【００４８】
ネジジャッキ６７は、ジャッキナットが回されると高さを調整する。空気ばね６８は、外部から空気又はガスが注入されると、自身のストロークが変化する。これにより、空気ばね６８の高さが代わるが、空気ばね６８の固有振動数はほぼ一定になる特性を有している。なお、支柱６２、ネジジャッキ６３、空気ばね６４の組み立ての順序は、この構成に限定されるものではない。
【００４９】
振動伝達部７０は、本装置の設置面の傾きに応じて同芯で自在に球面上をスライドできる球面座７１（凸型球面座７１ａ、凹型球面座７１ｂ）と、振動圧力を計測するロードセル７２と、上記設置面に圧力を加える加圧プレート７３と、を備えている。
【００５０】
以上のように構成された振動発生装置において、電源装置は、高温超電導コイルＣ１，Ｃ２に対して、次のような電流を供給する。
【００５１】
図３は、電源装置が出力する電流波形の一形態を示す図である。電源装置は、高温超電導コイルＣ１，Ｃ２に発生する電磁力を変動させるために、高温超電導コイルＣ１，Ｃ２に疑似ランダム波などの変動電流を出力する。
【００５２】
この場合、高温超電導コイルＣ１，Ｃ２の間に吸引力が作用すると、高温超電導コイルＣ１，Ｃ２が変動電流に応じて正確に振動しなくなる。
【００５３】
そこで、電源装置は、両方の高温超電導コイルＣ１，Ｃ２に直流電流を供給して一定のバイアス反発電磁力を常に作用させておき、その直流電流に変動電流を重畳することにより、電磁振動を発生させる。この場合、コイル間に常に反発力が働くようにするため、重畳された電流も常に正の値になるように、変動電流の変動範囲は直流電流より小さな値とする。
【００５４】
図４は、高温超電導コイルの電流と起震力の関係を示す図である。ここでは、正弦波の電磁振動を発生させる場合を示している。高温超電導コイルの電流は、高温超電導コイルに発生する電磁力の平方根に比例する性質を有する。以下、この性質について説明する。
【００５５】
対向する高温超電導コイルにより発生する電磁力Ｆは、一方の高温超電導コイルの導体に流れている変動電流ｉと、当該高温超電導コイルの導体部分において他方の高温超電導コイルに流れる変動電流によって発生する磁束密度Ｂと、の積に比例する。つまり、次の式が成り立つ。
Ｆ＝ｋ・ｉ・Ｂ  （ｋ：比例定数）
【００５６】
また、高温超電導コイルに発生する磁束密度Ｂは、高温超電導コイルの電流ｉに比例する。よって、次の式が成り立つ。
Ｂ＝ｈ・ｉ    （ｈ：比例定数）
【００５７】
したがって、直列接続されている高温超電導コイルにより発生する電磁力Ｆは、高温超電導コイルの電流ｉの２乗に比例する。すなわち、上記２つの式からＢを消去すると、次の式が成り立つ。
Ｆ＝ｋ・ｈ・ｉ２
【００５８】
物理探査においては、最初に、起震力をどのような波形にするかが問われ、それを満足するように高温超電導コイルに通電しなければならない。従って、上式から明らかなように、起震力を発生させる電流ｉは次式で与えられる。
ｉ＝（Ｆ／ｋ・ｈ）１／２
【００５９】
上記の電流が高温超電導コイルＣ１，Ｃ２に流れると、高温超電導コイルＣ１，Ｃ２には、正弦波状に変化し互いに反発する起震力が発生する。
【００６０】
ここで、カウンターウエイト６１は、断熱容器２０に荷重をかけながら、空気ばね６８を含む複数の弾性支持機構６２に支持されている。そして、高温超電導コイルＣ１に正弦波状に変化する反発電磁力が発生すると、その反発は、収納容器１０、複数の断熱支持部材２３、断熱容器２０を介して、カウンターウエイト６１に伝達される。カウンターウエイト６１は、高温超電導コイルＣ１の反発電磁力（ここでは上向きの力）に対し反力（ここでは下向きの力）として作用する。
【００６１】
また、高温超電導コイルＣ２に発生する正弦波状の反発電磁力は、収納容器３０、断熱支持部材４３、断熱容器４０、振動伝達部７０を介して、本装置の設置面（例えば地盤面）に与えられる。
【００６２】
以上のように、第１の実施形態に係る振動発生装置は、上下方向のみ独立して移動可能な収納容器１０，３０において高温超電導コイルＣ１，Ｃ２をそれぞれ冷却すると共に、高温超電導コイルＣ１，Ｃ２に生じる起震力をそれぞれ収納容器１０，３０に伝達する。そして、上記振動発生装置は、収納容器１０，３０に伝達された起震力を、カウンターウエイト６１の反力により、振動伝達部７０を用いて、本装置の設置面に伝達することができる。この結果、コイルの反発電磁力で生じる振動が上部のカウンター力で下に押されるので、下部の地面にコイルの振動電磁力を伝えることができる。
【００６３】
なお、本実施形態では、電源装置は４本のリード線を介して、高温超電導コイルＣ１の巻き終わりと高温超電導コイルＣ２の巻き始めが直列に接続された高温超電導コイルＣ１，Ｃ２に対して、２本のリード線で電流を供給している。
【００６４】
図５は、直列に接続された高温超電導コイルＣ１，Ｃ２を示す図である。同図に示すように、通電時に高温超電導コイルＣ１，Ｃ２に互いに反発する所定の電磁力が発生するように、高温超電導コイルＣ１，Ｃ２の片側を裏表に反転させて組み立てられている。
【００６５】
なお、高温超電導コイルＣ１，Ｃ２を液体窒素に浸し易くするために、収納容器１０の下面１２に凹面及び収納容器３０の上面３１に凸面を形成してもよい。
【００６６】
図６は、振動発生装置の他の構成を示す図である。この振動発生装置は、図１に示す振動発生装置と比べて、収納容器１０の下面１２に凹面部を設け、収納容器３０の上面３１に蒸発ガス溜まり用の凸面部３１ａが形成されている点が異なっている。
【００６７】
具体的には、収納容器１０の下面１２では、高温超電導コイルＣ１が設置されている部分に一段低い凹面部が形成されている。なお、断熱容器２０の下面２２でも、収納容器１０の下面１２に合うように、一段低い凹面部が形成されている。
【００６８】
また、収納容器３０の上面３１では、高温超電導コイルＣ１に対向する高温超電導コイルＣ２が設置されている部分の側に一段高い凸面部が形成されている。なお、断熱容器４０の上面４１でも、収納容器２０の上面３１に合うように、一段高い凸面部が形成されている。
【００６９】
これにより、収納容器３０内に窒素ガスが発生すると、窒素ガスは、収納容器３０の上面３１のうち、高温超電導コイルＣ２の外周部にある凸面部（ガス溜め）３１ａに溜まる。よって、高温超電導コイルＣ２は、液体窒素により常に冷却されるようになる。
【００７０】
［第２の実施形態］
つぎに、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７１】
図７は、第２の実施形態に係る振動発生装置の構成を示す図である。この振動発生装置は、第１の実施形態の振動発生装置と比べて、収納容器３０から収納容器１０に貫通する内側立ち上りパイプ４８と収納容器１０の下面１２から立上る外側立ち上りパイプ２８を有する点が異なる。
【００７２】
具体的には、図８に示すように、収納容器３０の上面３１には、収納容器１０の下面１２を貫く内側立ち上りパイプ４８が設けられている。
【００７３】
一方、収納容器１０の下面１２には内側立ち上りパイプ４８の外側に外側パイプ２８が設けられている。
【００７４】
外側パイプ２８と内側パイプ４８の間は、収納容器１０の下面１２と収納容器３０の上面３１の間と同じ空間であり、その空間にはヘリウムガスが充満している。したがって、外側立ち上りパイプ２８と内側立ち上りパイプ４８の間のヘリウムガスが、収納容器１０の内部に漏れないようにする必要がある。
【００７５】
そこで、図８に示すように、内側パイプ４８の開口部には、ドーナツ型の蓋部材９１が設けられている。蓋部材９１の中心部は円形の穴が形成されており、蓋部材９１の穴から内側立ち上りパイプ４８の内部が現れている。蓋部材９１の円周部には、密閉機構９２が設けられている。密閉機構９２は円筒状に形成され、筒の高さ方向が蛇腹状に構成されている。密閉機構９２の一方の円筒開口部は蓋部材９１の円周部に取り付けられ、他方の円筒開口部は外側立ち上りパイプ２８の開口部に取り付けられている。蓋部材９１の高さは収納容器１０の液面近傍或いは飛び出させ、収納容器３０の液体窒素と共に蒸発ガスが抜け易くしている。
【００７６】
このため、収納容器１０と収納容器３０が縦方向に振動しても、密閉機構９２が伸縮するので、外側立ち上りパイプ２８と内側立ち上りパイプ４８の間のヘリウムガスは収納容器１０内に漏れないようになっている。
したがって、第２の実施形態に係る振動発生装置は、収納容器３０内に窒素ガスが発生した場合でも、立ち上りパイプ４８を通って収納容器１０に直接供給して、蒸発窒素ガス排出管１６から外部へ排気することができる。
【００７７】
［第３の実施形態］
つぎに、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、上述した実施形態と同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７８】
図９は、第３の実施形態に係る振動発生装置の構成を示す図である。本実施形態に係る振動発生装置は、第１の実施形態の高温超電導コイルＣ２の代わりに、永久磁石ＰＭを用いたものである。
【００７９】
振動発生装置は、高温超電導コイルＣ１を内部に収納する収納容器１０と、収納容器１０を真空内部に収納する断熱容器２０と、永久磁石ＰＭと、カウンターウエイト６１と、弾性支持機構６２ａと、永久磁石ＰＭの下部に設けられた振動伝達部７０と、を備えている。なお、弾性支持機構６２ａは、図１の弾性支持機構６２から支柱６６を除いたものであるが、弾性支持機構６２であってもよい。
【００８０】
収納容器１０は、高温超電導コイルＣ１を収納できるように、上面１１及び下面１２が共に円形である円柱状に形成されている。なお、収納容器１０及び断熱容器２０の詳細な構成は、第１の実施形態と同様である。
【００８１】
永久磁石ＰＭは、高温超電導コイルＣ１とほぼ同じ大きさで、環状に形成されている。また、永久磁石ＰＭは、断熱容器２０の下面２２とほぼ同じ大きさの円形板４１ａの下側に取り付けられる。また、円形板４１ａの外周部には、環状のフランジ５８が設けられている。
【００８２】
断熱容器２０のフランジ２５及び永久磁石ＰＭのフランジ５８には、上下スライド機構が設けられている。そして、永久磁石ＰＭは、高温超電導コイルＣ１と対向するように配置される。これにより、断熱容器２０及び永久磁石ＰＭは、相対的に横方向への移動が禁止されるものの、上下方向への移動が可能になっている。
【００８３】
なお、フランジ５８は、第１の実施形態のフランジ４５とほぼ同じ形状、同じ位置に配置されている。よって、図９に示すフランジ５８と、シャフト５１、密封機構５２、ガス管５３、ガスバック５４等との関係は、図１に示すフランジ４５と、シャフト５１、密封機構５２、ガス管５３、ガスバック５４等との関係と同じである。
【００８４】
また、永久磁石ＰＭの下部（高温超電導コイルＣ１に対向する面と異なる面）には、設置板５９を挟んで振動伝達部７０が設けられている。
【００８５】
そして、高温超電導コイルＣ１に図３に示すような正弦波状の電流が流れると、高温超電導コイルＣ１及び永久磁石ＰＭには、正弦波状に変化し互いに反発する起震力が発生する。
【００８６】
ここで、カウンターウエイト６１は、断熱容器２０に荷重をかけながら、空気ばね６８を含む複数の弾性支持機構６２ａに支持されている。そして、高温超電導コイルＣ１に正弦波状に変化する起震力が発生すると、その起震力は、収納容器１０、複数の断熱支持部材２３、断熱容器２０を介して、カウンターウエイト６１に伝達される。カウンターウエイト６１は、高温超電導コイルＣ１の起震力に対し反力として作用する。
【００８７】
また、永久磁石ＰＭに発生する正弦波状の起震力は、振動伝達部７０を介して、本装置の設置面（例えば地盤面）に与えられる。
【００８８】
以上のように、第３の実施形態に係る振動発生装置は、収納容器１０において高温超電導コイルＣ１を冷却すると共に、収納容器１０と永久磁石ＰＭとを上下方向に独立して移動可能にしている。これにより、上記振動発生装置は、高温超電導コイルＣ１に生じる起震力を収納容器１０に伝達し、収納容器１０及び永久磁石ＰＭに生じる起震力を、カウンターウエイト６１の反力により、振動伝達部７０を用いて、本装置の設置面に伝達することができる。
【００８９】
なお、本実施形態では永久磁石ＰＭの上に高温超電導コイルＣ１が配置されているが、永久磁石ＰＭ及び支持構成部材一式と高温超電導コイルＣ１及び断熱容器周り一式の配置を上下逆にしてもよい。
【００９０】
［第４の実施形態］
つぎに、本発明の第４の実施形態について説明する。なお、上述した実施形態と同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００９１】
図１０は、第４の実施形態に係る振動発生装置の構成を示す図である。本実施形態に係る振動発生装置は、高温超電導コイルＣ１，Ｃ２を１つの収納容器１８０で冷却するものである。
【００９２】
振動発生装置は、高温超電導コイルＣ１，Ｃ２を内部に収納する収納容器１８０と、収納容器１８０を真空内部に収納する断熱容器１００と、カウンターウエイト６１と、弾性支持機構６２と、断熱容器１００の下部に設けられた振動伝達部７０と、を備えている。
【００９３】
収納容器１８０は、高温超電導コイルＣ１，Ｃ２を収納して液体窒素で同時に冷却できるように、上面１８１及び下面１８２が共に円形である円柱状に形成されている。高温超電導コイルＣ１は、高温超電導コイルＣ１の直径とほぼ同じ直径の円形中板１８３の上面に固定されている。この円形中板１８３は上面１８１と下面１８２の中間付近に配置され、円形中板１８３の外縁は収納容器１８０の内周部に固定されている。なお、高温超電導コイルＣ１の位置が固定されれば、円形中板１８３の形状は限定されるものではない。また、円形中板１８３には複数の穴が形成され、断熱容器１００内の液体窒素が円形中板１８３の両面側に充たされている。
【００９４】
また、高温超電導コイルＣ２は、円形中板１８３の下面側に配置され、高温超電導コイルＣ２の直径とほぼ同じ直径の円形板１８５に固定されている。円形板１８５の下面（高温超電導コイルＣ２のある面と反対側の面）の中心部には、コイル支持軸１８６の一方の端部が固定されている。そして、コイル支持軸１８６は収納容器１８０の下面１８２、断熱容器１０２を貫通しており、コイル支持軸１８６の他方の端部は受け台１８９、球面座受け板７５を介して、凸型球面座７１ａに固定されている。なお、コイル支持軸１８６の全部又は一部が熱伝導率の低い材料、例えばＧ１０製としている。このため、コイル支持軸１８６を経由して、外部の熱はほとんど収納容器１８０内に侵入しないようになっている。またコイル支持軸１８６と断熱容器１０２の貫通部は、前記スリーブ５０にシャフト５１と同じようなスライド機構を有し(図示しない)、横方向へ移動できないものの、上下方向へ移動できるようにしている。    
【００９５】
コイル支持軸１８６は、収納容器１８０の下面１８２、断熱容器１００の下面１０２を貫通した状態で、上下方向のみスライド可能に構成されている。また、収納容器１８０の内部の下面１８２の貫通部分とコイル支持軸１８６との隙間が密封機構１８７によって覆われている。さらに、断熱容器１００の外部の下面１０２の貫通部分とコイル支持軸１８６との隙間が密封機構１８８によって覆われている。
【００９６】
密封機構１８７，１８８は円筒状に形成され、筒の高さ方向が蛇腹状に構成されている。密閉機構１８７の一方の円筒開口部は、コイル支持軸１８６の上部のコイル支持部材１９０外周部に取り付けられている。密封機構１８７の他方の円筒開口部は、収納容器１８０の内側の下面１８２の貫通部分（開口部）の外周部に取り付けられている。密閉機構１８８の一方の円筒開口部は、断熱容器１００の外部の下面１０２貫通部分（開口部）に取り付けられている。密封機構１８７の他方の円筒開口部は、コイル支持軸１８６の下部のコイル支持部材１８９に取り付けられている。
【００９７】
密封機構１８７，１８８の内部には、断熱容器１００と収納容器１８０に囲まれた真空状態となっている。
【００９８】
高温超電導コイルＣ１，Ｃ２は、リード線２ｅによって直列に接続されている。なお、リード線２ｅの一端は高温超電導コイルＣ１の巻き終わりに接続され、リード線２ｅの他端は高温超電導コイルＣ２の巻き始めに接続されている。なお、高温超電導コイルＣ１の巻き始めは、リード線２ａを介して電源装置に接続されている。高温超電導コイルＣ２の巻き終わりは、リード線２ｃを介して電源装置に接続されている。
【００９９】
なお、収納容器１８０には、リード線２ａ，２ｃをそれぞれ外部へ引き出すためのリード線引出し管１３，３３と、液体窒素ボンベから液体窒素が供給される液体窒素供給管３６と、液体窒素と窒素ガスが排出される液体窒素・蒸発ガス排気口１６と、が設けられている。
【０１００】
液体窒素は、液体窒素ボンベから液体窒素供給管３６を通って収納容器１８０に供給される。高温超電導コイルＣ２はこの液体窒素によって冷却され、また高温超電導コイルＣ１は円形中板１８３の穴を通過した液体窒素によって冷却され、それぞれ超電導状態になる。そして、液体窒素及び収納容器１８０で発生した窒素ガスは、液体窒素・蒸発ガス排気口１６を通って外部へ排出される。
【０１０１】
断熱容器１００は、真空内部に収納容器１８０を収納できる大きさで、上面１０１及び下面１０２が円形である円柱状に形成され、内部が真空状態になっている。断熱容器１００は、収納容器１８０本体、リード線引出し管１３，３３、液体窒素・蒸発ガス排気口１６、液体窒素供給管３６をそれぞれを覆うように形成され、収納容器１８０と大気とを断熱している。
【０１０２】
断熱容器１００の上面１０１と収納容器１８０の上面１８１との隙間（真空層）には、複数の断熱支持部材２３が設けられている。また、断熱容器１００の下面１０２と収納容器１８０の下面１８２との隙間（真空層）には、複数の断熱支持部材４３が設けられている。
【０１０３】
そして、直列に接続された高温超電導コイルＣ１，Ｃ２に図２に示すような正弦波の平方根の電流が流れると、高温超電導コイルＣ１，Ｃ２には、正弦波状に変化し互いに反発する起震力が発生する。
【０１０４】
ここで、カウンターウエイト６１は、空気ばね６８を含む複数の弾性支持機構６２に支持され、上下方向の変位は最低加振周波数でも１ｍｍ以下になるような荷重を有している。そして、高温超電導コイルＣ１，Ｃ２に互いに反発する起震力が発生すると、その起震力は、コイル支持軸１８６、振動伝達部７０を介して、本装置の設置面（例えば地盤面）に与えられる。
【０１０５】
以上のように、第４の実施形態に係る振動発生装置は、収納容器１８０において高温超電導コイルＣ１，Ｃ２を冷却すると共に、高温超電導コイルＣ１と高温超電導コイルＣ２とが上下方向のみ移動可能になっている。これにより、上記振動発生装置は、高温超電導コイルＣ１，Ｃ２に生じる起震力を、振動伝達部７０を用いて、本装置の設置面に伝達することができる。
【０１０６】
なお、上述した実施形態は一例に過ぎず、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば向き合った高温超電導コイルＣ１，Ｃ２は複数個に限定されるものではなく、複数個のコイル群でも可能である。また、高温超電導コイルの一方を第２の実施形態のように永久磁石にしてもよいし、または超電導バルク体で構成してもよい。
【０１０７】
さらに、高温超電導コイルの代わりに、冷却された低温超電導コイルを用いてもよい。この場合、液体窒素の代わりに、例えば液体ヘリウムを用いるとよい。
【符号の説明】
【０１０８】
１０，３０  収納容器
２０，４０  断熱容器
５１  シャフト
６１  カウンターウエイト
６２  弾性支持機構
７０  振動伝達部
Ｃ１，Ｃ２  高温超電導コイル
ＰＭ  永久磁石
【図１】
0005223043.tif 000002
【図２】
0005223043.tif 000003
【図３】
0005223043.tif 000004
【図４】
0005223043.tif 000005
【図５】
0005223043.tif 000006
【図６】
0005223043.tif 000007
【図７】
0005223043.tif 000008
【図８】
0005223043.tif 000009
【図９】
0005223043.tif 000010
【図１０】
0005223043.tif 000011
【図１１】
0005223043.tif 000012
【図１２】
0005223043.tif 000013