JP2012118383A - 地震動発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】床面から浮上させた移動体に人工的な振動を発生させることにより、装置の軽量化を図りつつ、容易に所望の地震動を再現することができる地震動発生装置を提供する。
【解決手段】平坦な床面上に配され、底面から前記床面に向けて圧搾空気を噴出することにより前記床面から浮上される移動体と、前記移動体の複数の異なる箇所にそれぞれの一端が固定された複数のワイヤ部材と、前記複数のワイヤ部材の各他端をそれぞれ牽引する前記床面の周囲に配された複数の牽引手段と、前記複数の牽引手段のそれぞれの駆動を制御する駆動制御手段とを備え、前記駆動制御手段が前記複数の牽引手段の牽引動作を協働的に制御することにより、前記移動体に所望の地震動を発生される。
【選択図】図１

Description

本発明は、地震動発生装置に関し、より詳細には、床面から浮上させた移動体に人工的な振動を発生させて地震による地面または床面の揺れを再現することができる地震発動装置に関する。

従来より、この種の地震体験装置としては、起振車タイプのものが一般的に採用されていた。この起振車タイプの装置では、モデルルームなどを構築して振動させることはできるが、その再現できる振動は短周期の振動のみである。したがって、例えば、遠隔地で発生した巨大地震が関東平野などに伝播したときに励起される長周期地震動や、その長周期地震動により高層ビルの上層階で発生し得る振幅数ｍの横揺れなどを再現することができないという欠点があった。さらに、このような起振車タイプでは、地震動を発生するための手段が主に油圧シリンダにより構成されているため、装置の大型化を避けることができず、運搬や設置の面で優れていないという問題があった。

そこで、装置の小型化を図り、容易に運搬・設置することを可能にした自走式振動装置が、例えば特許文献１に開示されている。この特許文献１の振動装置では、床板の裏面側に取り付けられたオムニホイルなどの車輪機構をモータによって駆動させ、設置面上を走行させることにより、床板に振動を発生させる構造になっている。

特開２００８−１１６５６７号公報

一般的に、走行用の駆動モジュールの受圧部品は、所定方向に走行する際に荷重のみを受けながら自由に回転する受動部品と、動力伝達機構に接続されて回転することで設置面との間に摩擦力を生成する能動部品とに大別されるが、上記特許文献１に開示される振動装置では、能動部品である車輪機構が床面との唯一の接触部になっている。すなわち、この振動装置の車輪機構では、床板に搭載された被振動対象の荷重を受けた状態で駆動力を発生させる構造になっている。しかしながら、この車輪機構の床面接地面積は、装置面積に対して比率が非常に小さくなっているため、荷重が車輪機構に集中して床面との接触部における面圧が高くなり、床面を損傷してしまう虞があった。これにより、この従来の振動装置では、被振動対象の許容重量を装置全体の大きさに対して相対的に小さくせざるを得ない、という問題があった。

また、この従来の振動装置の車輪機構は、床面との摩擦により推進力を発生させるようになっているが、この車輪機構の部品として用いられるオムニホイル等は、その受圧面積が小さいものである。したがって、このような部品を車輪機構として適用した振動装置では、車輪機構の部品と床面との滑りや床面に対する損傷を回避するために平面方向に発生される推進力が制限されるため、高速度または高加速度の振動を発生させることができない、という問題があった。

さらに、上記特許文献１では、複数の振動装置ユニットを連結して床板全体の面積を調整することにより、搭載される被振動対象の大きさに適応した例が開示されているが、各振動装置ユニットの連結機構として機能する部分は、搭載された被振動対象の荷重を受けること、あるいは平面方向推力を発生させることなどに寄与しないため、単なる不要な荷重を生じる部材となり、装置重量と推力の比をさらに低下させてしまう一因となっていた。

一方で、他の自走式振動装置としては、ボールねじや油圧シリンダにより振動台が駆動される装置や、振動台の裏側に配設された３つ以上の特殊な全方向クローラなどからなる車輪機構を介して設置面上を走行する装置などがある。

しかしながら、この種の自走式振動装置で振動台の大型化を図ると、駆動機構が大規模になってしまい、さらに構造上、駆動すべき質量の割合として駆動機構が含まれることが避けられないという問題があった。そのため、この駆動系を強力にしようとすると、ますます駆動すべき質量が増大してしまうというジレンマが生じてしまい、それを実現するのは著しく困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、床面から浮上させた移動体に人工的な振動を発生させることにより、装置の軽量化を図りつつ、容易に所望の地震動を再現することができる地震動発生装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、平坦な床面上に配され、底面から前記床面に向けて圧搾空気を噴出することにより前記床面から浮上される移動体と、前記移動体の複数の異なる箇所にそれぞれの一端が固定された複数のワイヤ部材と、前記複数のワイヤ部材の各他端をそれぞれ牽引する前記床面の周囲に配された複数の牽引手段と、前記複数の牽引手段のそれぞれの駆動を制御する駆動制御手段とを備え、前記駆動制御手段が前記複数の牽引手段の牽引動作を協働的に制御することにより、前記移動体に所望の地震動を発生されることを特徴とする地震動発生装置により、達成される。

また、本発明の上記目的は、前記圧搾空気を噴出する複数の浮上用空気ユニットが、前記移動体の底面に設けられていることにより、効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記複数の浮上用空気ユニットは、それぞれ独立して前記圧搾空気を噴出することにより、効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記複数のワイヤ部材の各引張力を検出し、その検出された情報を前記駆動制御手段に出力する引張力検出部と、前記移動体の前記床面上における二次元位置を検出し、その検出された情報を前記駆動制御手段に出力する位置検出部と
をさらに備え、前記駆動制御手段が、前記引張力検出部および前記位置検出部からの検出情報に基づいて、前記複数の牽引手段のそれぞれの駆動を制御することにより、効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記複数のワイヤ部材のうち少なくとも１つが、その一部にスプリング要素を有していることにより、効果的に達成される。

さらに、本発明の上記目的は、前記複数のワイヤ部材のうち対向する位置に張設された対のワイヤ部材が、それぞれの他端が前記牽引手段によって牽引されるとともに、その他端同士が回転部材を介して相互連結されていることにより、効果的に達成される。

本発明に係る地震動発生装置によれば、平坦な床面上に浮遊させた移動体が、複数のワイヤ部材を介して他方向に牽引移動可能に構成されている。これにより、移動体を水平方向に移動させる際の摩擦特性を小さくすることができるので、少ない駆動エネルギで振動を発生することができ、かつ、車輪などを用いずに移動体を駆動させるので、騒音や上下方向の微小振動の発生を抑制することができる。

また、本発明の地震動発生装置では、移動体の質量と該移動体に振動を発生させるための駆動系の質量とが分離された構成になっている。したがって、駆動系の強力化を図ったとしても、駆動対象である移動体の質量は増大しないので、再現可能な地震動の幅を広げることができる。

また、本発明に係る地震動発生装置では、移動体の面積を増大させても、その増大に伴って必要となる牽引力は殆ど同じであることから、移動体上に載置可能な許容荷重の増大化を容易に図ることができる。その結果、例えば、この移動体上に設置された部屋自体を地震動発生対象とすることも可能である。

（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る地震動発生装置の上面図であり、（Ｂ）は（Ａ）中のI−I線に沿った断面矢視図である。 （Ａ）は地震動発生装置の浮動体の概略構成を示す側面図であり、（Ｂ）はその底面図である。 （Ａ）は本発明の第２実施形態に係る地震動発生装置の上面図であり、（Ｂ）は（Ａ）中のIII−III線に沿った断面矢視図である。 （Ａ）は本発明の第３実施形態に係る地震動発生装置の上面図であり、（Ｂ）は（Ａ）中のIV−IV線に沿った断面矢視図である。

以下、図面を参照にしながら本発明の実施形態について説明する。

図１（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る地震動発生装置の上面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）中のI−I線に沿った断面矢視図である。また、図２（Ａ）は、地震動発生装置の浮動体の概略構成を示す側面図であり、図２（Ｂ）はその底面図である。

本発明の第１実施形態に係る地震動発生装置１は、四方を側壁２ａによって囲繞された正方形状で平坦な床面２と、該床面２上に配され、底面から床面２に向けて圧搾空気を噴出することにより床面２から所定の隙間高さで浮上可能に構成された正方形状の移動体３を備え、該移動体３の四隅にそれぞれ一端が固定された４本のワイヤ部材４と、正方形状の床面２の四隅外側に配設され、４本のワイヤ部材４の各他端を牽引するモータ５ａを有する４つの牽引部５と、該４つの牽引部５のそれぞれの駆動を制御する駆動制御部６とを備えている。

各ワイヤ部材４の他端は、図１（Ｂ）に示すように、側壁２ａの四隅に配されたローラ２ｂを介して各牽引部５のモータ５ａの出力軸に連結されたリール５ｂに固定され、駆動制御部６が、この４つの牽引部５の各モータ５ａの牽引動作を協働的に制御することにより、移動体３に所望の地震動を発生させるようになっている。また、図示されていないが、各牽引部５には、各ワイヤ部材の引張力を検出し、その検出された引張力情報を駆動制御部６に出力する引張力検出部が設けられ、かつ、床面２の周囲には、移動体３の床面２上における二次元位置を検出し、その位置情報を駆動制御部６に出力する位置検出部が設けられている。そして、駆動制御部６は、引張力検出部から出力された各ワイヤ部材４の引張力情報および位置検出部から出力された移動体４の位置情報に基づいて、各牽引部５の駆動をそれぞれ個別に制御し、各牽引部５による協働的な牽引動作を実現している。

図２に示すように、移動体３の底面には、床面２に向けて圧搾空気を噴出する４つの浮上用空気ユニット７が、四分割された領域の中心にそれぞれ設けられ、このように複数の浮上用空気ユニット７の配置により、移動体３の傾きが抑えられている。この浮上用空気ユニット７は、気泡性スポンジなどから材質で覆われた円形部の中心から圧搾空気を噴出するものであり、各円形部は、それぞれ可撓性パイプ８を介して圧搾空気を供給するポンプ９に接続されている。

この浮上用空気ユニット７が作動されると、移動体３が床面２から浮上させられると同時に、移動体３が上方に引き剥がされそうになる場合がある。そして、そのような場合には、ベルヌーイの定理により、この引き剥がしに抵抗する力が生成されるようになっている。したがって、所定の重量を有する物（人など）が載置された移動体３を水平方向に移動させる際には、浮上用空気ユニット７から床面２に向けて噴出される圧搾空気による浮き上がり力と、床面２と移動体３の底面の間の狭い隙間Ｓを高速で流れる圧搾空気により生み出される引き付け力との両方によって、移動体３が支持される。これにより、移動体３は、床面２から一定の高さで浮き上がった状態を維持する安定した浮遊支持が実現される。

なお、図２では、１つのポンプ９で４個の浮上空気ユニット７に圧搾空気を送出する構成になっているが、１つの浮上空気ユニット７に１つのポンプ９を接続するようにして、各浮上空気ユニット７の浮上動作を独立制御することにより、移動体３をより水平に保てるようにしてもよい。

以上のように構成された本実施形態に係る地震動発生装置１によれば、床面２上で移動体３を浮遊させるとともに、該移動体３の四隅に固定されたワイヤ部材４を各牽引部５によって協働的に牽引することによって、移動体３に対して所望の振動運動を容易に発生させることができる。

また、この地震動発生装置１では、移動体３の面積を増大させても、その増大に伴って必要となる牽引力は殆ど同じであることから、牽引部５のモータ５ａを大型化することなく、移動体３上に載置可能な許容荷重の増大化を容易に図ることができる。

図３（Ａ）は本発明の第２実施形態に係る地震動発生装置の上面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）中のIII−III線に沿った断面矢視図である。なお、同図において、上述した実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して、ここではその説明を省略する。

同図に示されるように、本発明の第２実施形態に係る地震動発生装置１Ａでは、移動体３の四隅に一端が固定されたワイヤ部材のうち、対向する位置に張設された対のワイヤ部材４Ａｘおよびワイヤ部材４Ａｙの他端同士が、牽引部５Ａ（２），５Ａ（４）および牽引部５Ａ（１），５Ａ（３）のモータ５Ａａの駆動に伴って回転する駆動プーリ５Ａｃによって牽引されるとともに、その他端同士が各牽引部５Ａ（１）〜（４）に配設された自由回転プーリ（自由回転部材）５Ａｄを介して相互連結されている。すなわち、１本のワイヤ部材４Ａｘは、移動体３の左下角から床面２の左下ローラ２ｂ、牽引部５Ａ（４）の駆動プーリ５Ａｃ、牽引部５Ａ（１）の自由回転プーリ５Ａｄ、牽引部５Ａ（２）の駆動プーリ５Ａｃ、床面２の右上のローラ２ｂを介して移動体３の右上角に繋がっている。一方、もう１本のワイヤ部材４Ａｙは、移動体３の左上角から床面２の左上ローラ２ｂ、牽引部５Ａ（１）の駆動プーリ５Ａｃ、牽引部５Ａ（２）の自由回転プーリ５Ａｄ、牽引部５Ａ（３）の駆動プーリ５Ａｃ、床面２の右下のローラ２ｂを介して移動体３の右下角に繋がっている。

また、ワイヤ部材４Ａｘ，４Ａｙは、いずれも途中にスプリング要素１０Ａｘ，１０Ａｙが介在されている。このスプリング要素１０Ａｘ，１０Ａｙは、その弾性力により中心部への力を付与するとともに、移動体３が初期位置である床面２上の中心から移動することによるワイヤー部材４Ａｘ，４Ａｙの長さ調整を行う。したがって、スプリング要素１０Ａｘ，１０Ａｙは、常にある程度の延びた状態になっており、ワイヤ部材４Ａｘ，４Ａｙには所定の引張力が付与されている。

以上のように構成された本実施形態に係る地震動発生装置１Ａによれば、上述した第１実施形態と同様の作用効果を奏することはもとより、移動体３の対角に固定されたワイヤ部材を接続して２本のワイヤ部材４Ａｘ，４Ａｙで移動体３を移動させるようになっているので、各牽引部５Ａによる牽引動作をより協働的に制御することができ、その結果、実現可能な地震動の範囲を広げることができる。

図４（Ａ）は本発明の第３実施形態に係る地震動発生装置の上面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）中のIII−III線に沿った断面矢視図である。なお、同図において、上述した実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して、ここではその説明を省略する。

同図に示されるように、本発明の第３実施形態に係る地震動発生装置１Ｂでは、移動体３の四隅に一端が固定されたワイヤ部材のうち、対向する位置に張設された対のワイヤ部材４Ｂｘおよびワイヤ部材４Ｂｙの他端同士が、牽引部５Ｂ（１），５Ｂ（３）および牽引部５Ｂ（２），５Ｂ（４）のモータ５Ｂａの駆動に伴って回転する駆動プーリ５Ｂｅによって牽引されるとともに、その他端同士が各牽引部５Ｂ（１）〜（４）に配設された自由回転プーリ（自由回転部材）５Ｂｆ，５Ｂｇを介して、複数の支柱２Ｂｃにより高床式になっている床面２Ｂの下方で相互連結されている。すなわち、１本のワイヤ部材４Ｂｘは、移動体３の左上角から床面２Ｂの左上ローラ２Ｂｂ、牽引部５Ａ（１）の上側自由回転プーリ５Ｂｆ、駆動プーリ５Ｂｅ、下側自由回転プーリ５Ｂｇを通ったのちに、牽引部５Ａ（３）の下側自由回転プーリ５Ｂｇ、駆動プーリ５Ｂｅ、上側自由回転プーリ５Ｂｆ、床面２Ｂの右下ローラ２Ｂｂを通って移動体３の右下角に繋がっている。一方、もう１本のワイヤ部材４Ｂｙは、移動体３の右上角から床面２Ｂの右上ローラ２Ｂｂ、牽引部５Ａ（２）の上側自由回転プーリ５Ｂｆ、駆動プーリ５Ｂｅ、下側自由回転プーリ５Ｂｇを通ったのちに、牽引部５Ａ（４）の下側自由回転プーリ５Ｂｇ、駆動プーリ５Ｂｅ、上側自由回転プーリ５Ｂｆ、床面２Ｂの左下ローラ２Ｂｂを通って移動体３の左下角に繋がっている。

また、ワイヤ部材４Ｂｘ，４Ｂｙは、いずれも途中にスプリング要素１０Ｂｘ，１０Ｂｙが介在されている。このスプリング要素１０Ｂｘ，１０Ｂｙの作用は、上述した第２実施形態と同様であり、ワイヤ部材４Ｂｘ，４Ｂｙに対して所定の引張力を付与している。

以上のように構成された本実施形態に係る地震動発生装置２Ａによれば、上述した第１実施形態および第２実施形態と同様の作用効果を奏することはもとより、移動体３の対角に固定されたワイヤ部材を接続している２本のワイヤ部材４Ｂｘ，４Ｂｙが床面２Ｂの下側に通されているので、ワイヤ部材４Ｂｘ，４Ｂｙの長さを第２実施形態のものよりも短くすることができ、引張力の低下を抑制することができる。その結果、実現可能な地震動の範囲をさらに広げることができる。

以上、本発明の実施形態について具体的に説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１，１Ａ，１Ｂ・・・地震体験装置
２，２Ｂ・・・床面
３・・・移動体
４，４Ａｘ，４Ａｙ，４Ｂｘ，４Ｂｙ・・・ワイヤ部材
５，５Ａ，５Ｂ・・・牽引部
５Ａｄ，５Ｂｆ，５Ｂｇ・・・自由回転プーリ
６・・・駆動制御部
７・・・浮上用空気ユニット
１０Ａｘ，１０Ａｙ，１０Ｂｘ，１０Ｂｙ・・・スプリング要素

Claims (6)

1. 平坦な床面上に配され、底面から前記床面に向けて圧搾空気を噴出することにより前記床面から浮上される移動体と、
   前記移動体の複数の異なる箇所にそれぞれの一端が固定された複数のワイヤ部材と、
   前記複数のワイヤ部材の各他端をそれぞれ牽引する前記床面の周囲に配された複数の牽引手段と、
   前記複数の牽引手段のそれぞれの駆動を制御する駆動制御手段と
   を備え、
   前記駆動制御手段が前記複数の牽引手段の牽引動作を協働的に制御することにより、前記移動体に所望の地震動を発生されることを特徴とする地震動発生装置。
2. 前記圧搾空気を噴出する複数の浮上用空気ユニットが、前記移動体の底面に設けられている請求項１に記載の地震動発生装置。
3. 前記複数の浮上用空気ユニットは、それぞれ独立して前記圧搾空気を噴出する請求項２に記載の地震動発生装置。
4. 前記複数のワイヤ部材の各引張力を検出し、その検出された情報を前記駆動制御手段に出力する引張力検出部と、
   前記移動体の前記床面上における二次元位置を検出し、その検出された情報を前記駆動制御手段に出力する位置検出部と
   をさらに備え、
   前記駆動制御手段は、前記引張力検出部および前記位置検出部からの検出情報に基づいて、前記複数の牽引手段のそれぞれの駆動を制御する請求項１ないし３のいずれかに記載の地震動発生装置。
5. 前記複数のワイヤ部材のうち少なくとも１つは、その一部にスプリング要素を有している請求項１ないし４のいずれかに記載の地震動発生装置。
6. 前記複数のワイヤ部材のうち対向する位置に張設された対のワイヤ部材は、それぞれの他端が前記牽引手段によって牽引されるとともに、その他端同士が回転部材を介して相互連結されている請求項１ないし５のいずれかに記載の地震動発生装置。

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