JP2018024986A - 負圧波発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負圧波発生時間を長くすることにより、トンネル微気圧波を十分に低減することができる負圧波発生装置を提供する。【解決手段】トンネル１００の出口１０２から外部に向けてパルス状に放射されるトンネル微気圧波Ｗ２に対して、パルス状に発生させた負圧波Ｗ３を干渉させることにより、正のパルス波となるトンネル微気圧波Ｗ２を負のパルス波となる負圧波Ｗ３によって相殺する負圧波発生装置１であって、内部を真空状態に維持することが可能となる真空容器１１と、真空容器１１に開口する開口部２３と、真空容器１１の内側に向けて開くように、開口部２３を開閉する弁体１２と、弁体１２の開速度を制御するサーボモータ１６とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、トンネルの坑口から外部に向けて放射されるトンネル微気圧波を低減するための負圧波発生装置に関する。

トンネル微気圧波とは、列車のトンネルへの突入によって生じた空気の圧縮波が、トンネル内を音速で伝播し、パルス状の圧力波となって、反対側の坑口から外部に向けて放射される空気力学的現象である。

具体的には、列車が高速でトンネルに突入すると、その列車前方の空気が圧縮されて、その圧力が上昇し、これが圧縮波となって、トンネル内を出口に向けてほぼ音速で伝播する。そして、その圧縮波がトンネルの出口に到達すると、その大部分は、反射してトンネルの入口側に向けて戻る一方、その一部分は、パルス状の圧力波となって、トンネルの出口から外部に向けて放射される。一般的に、このような、パルス状の圧力波は、トンネル微気圧波と呼ばれている。

また、トンネル微気圧波が放射された場合には、その圧力が解放されて低下し、空気が急激に膨張するため、トンネルの出口周辺に、大きな空気圧音（破裂音、発破音）が発生することがある。このような、トンネル微気圧波に起因する空気圧音は、列車のトンネル突入速度が高くなる程、大きくなる傾向にあり、空気圧音の大きさによっては、近隣家屋に振動騒音を与えることになり、沿線の環境問題を引き起こすおそれがある。

そこで、従来から、トンネル微気圧波を低減させるための装置が、種々提供されている。この装置においては、トンネル微気圧波がトンネルの出口から放射されると同時に、パルス状の負圧波を発生させて、トンネル微気圧波に干渉させるようにしている。つまり、正のパルス波となるトンネル微気圧波を、負のパルス波となる負圧波によって相殺するようにしている。

そして、上述したような、従来の負圧波発生装置としては、例えば、特許文献１に開示されている

実開平７−１７８９９号公報

ここで、上記従来の負圧波発生装置においては、真空容器に開口された開口部を、弁体によって開閉可能としている。そして、弁体に作用する内外圧力差と、ばねの付勢力とによって、弁体を開けることにより、外気を開口部から真空容器内に吸い込んで、負圧波を発生させるようにしている。

しかしながら、上記従来の負圧波発生装置においては、ばねの付勢力を利用して、弁体を開けるようにしているため、ばねの付勢力の大きさによっては、弁体が急速に開いてしまう。この結果、真空容器内が外気によって直ぐに満たされてしまうため、負圧波発生時間が短くなってしまい、トンネル微気圧波を十分に低減させることができないおそれがある。

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、負圧波発生時間を長くすることにより、トンネル微気圧波を十分に低減することができる負圧波発生装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る負圧波発生装置は、
トンネルの坑口から外部に向けてパルス状に放射されるトンネル微気圧波に対して、パルス状に発生させた負圧波を干渉させることにより、正のパルス波となるトンネル微気圧波を負のパルス波となる負圧波によって相殺する負圧波発生装置であって、
内部を真空状態に維持することが可能となる真空容器と、
前記真空容器に開口する開口部と、
前記真空容器の内側に向けて開くように、前記開口部を開閉する弁体と、
前記弁体の開速度を制御する速度制御手段とを備える
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る負圧波発生装置は、
前記速度制御手段は、
前記真空容器に固定される固定部材と、
前記固定部材に対して弁開閉方向に移動可能に支持され、前記弁体が設けられる可動部材と、
前記固定部材に支持され、前記可動体の移動速度を制御するサーボモータと、
前記可動部材に設けられるボールナットと、
前記ボールナット内に噛み合うと共に、前記モータの回転軸と接続するボールねじとを有する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る負圧波発生装置は、
前記回転軸及び前記ボールねじは、前記固定部材の内部において接続する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る負圧波発生装置は、
前記弁体及び前記可動部材は、前記固定部材の径方向外側に配置される
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第５の発明に係る負圧波発生装置は、
前記速度制御手段は、
前記真空容器に固定される固定台と、
前記固定台に対して弁開閉方向に移動可能に支持され、前記弁体が設けられる可動体と、
前記固定台と前記可動体との間に設けられ、前記可動体の移動速度を制御するリニアサーボモータとを有する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第６の発明に係る負圧波発生装置は、
前記弁体は、筒状をなしており、
前記固定台及び前記可動体は、前記弁体の内部に配置される
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第７の発明に係る負圧波発生装置は、
前記速度制御手段は、前記開口部の径方向内側を貫通して配置される
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第８の発明に係る負圧波発生装置は、
前記速度制御手段は、
弁開閉方向に伸縮するロッドの先端が前記弁体に接続し、前記ロッドの伸縮速度を制御する油圧ダンパを有する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第９の発明に係る負圧波発生装置は、
前記開口部の周縁における上流側端部は、所定の曲率半径を有するＲ形状となり、前記開口部の周縁における前記上流側端部よりも下流側の部位は、凹凸が無い平坦となると共に、
前記弁体の周縁における上流側端部は、所定の曲率半径を有するＲ形状となり、前記弁体の周縁における前記上流側端部よりも下流側の部位は、凹凸が無い平坦となる
ことを特徴とする。

従って、本発明に係る負圧波発生装置によれば、弁体の開速度を制御する速度制御手段を備えることにより、弁体の開速度を低速に設定することができる。これにより、負圧波発生時間を長くすることができるので、トンネル微気圧波を十分に低減させることができる。

第１実施例に係る負圧波発生装置の縦断面図である。 図１の要部拡大図である。 第２実施例に係る負圧波発生装置の縦断面図である。 第３実施例に係る負圧波発生装置の縦断面図である。 本発明に係る負圧波発生装置によって発生された負圧波がトンネル微気圧波と干渉する様子を示した図である。

以下、本発明に係る負圧波発生装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、図１乃至図４においては、実線の矢印を、部材の移動方向として示すと共に、白抜きの矢印を、外気の吸引流れ方向として示している。

先ず、第１実施例に係る負圧波発生装置１について、図１，図２，図５を用いて詳細に説明する。

図５に示すように、トンネル１００には、列車２００が、入口（坑口）１０１から高速で突入し、その反対側となる出口（坑口）１０２から退出する。このように、列車２００が高速でトンネル１００内に突入した際には、パルス状の圧力波となるトンネル微気圧波Ｗ２が、出口１０２から外部に向けて放射されるときがある。そこで、本発明に係る負圧波発生装置１は、例えば、トンネル１００の出口１０２付近に設けられており、上記トンネル微気圧波Ｗ２に対して、負圧波Ｗ３を発生させることにより、そのトンネル微気圧波Ｗ２を低減可能となっている。

図１に示すように、負圧波発生装置１は、円筒状をなす真空容器１１を有している。この真空容器１１の前端部１１ａには、円形をなす開口部１１ｂが開口されている。また、真空容器１１内には、環状をなす弁体１２が、開口部１１ｂに対して進退可能に支持されている。即ち、弁体１２は、開口部１１ｂと同軸状に配置されており、弁体１２の開閉方向は、当該弁体１２の軸方向、及び、開口部１１ｂの中心軸方向と一致している。

なお、真空容器１１には、ポンプ接続口１１ｃが形成されており、このポンプ接続口１１ｃには、真空ポンプ２４が接続されている。これにより、真空ポンプ２４を駆動させることにより、真空容器１１内を所定の圧力（真空状態）に維持することができる。但し、真空状態とは、真空容器１１内に気体が無い状態、あるいは、あっても極めて僅かな状態のことであって、言い換えれば、大気圧よりも低い圧力状態のことである。

そして、弁体１２の後面には、可動部材１３が設けられている。この可動部材１３は、左右一対のフレーム部１３ａと、連結部１３ｂとから構成されている。フレーム部１３ａの前端は、弁体１２と接続されており、フレーム部１３ａの後端間は、連結部１３ｂによって連結されている。

また、真空容器１１の開口部１１ｂ内には、モータ収納部材１４が、当該開口部１１ｂの中心を貫通するように配置されている。これに対応して、前端部１１ａの前面には、複数の支持部材１５が固定されており、これらの支持部材１５の先端は、モータ収納部材１４を支持している。

モータ収納部材１４は、真空容器１１の内側に向けて開口しており、その内部には、サーボモータ１６が収納されている。このサーボモータ１６は、回転軸１６ａの回転数が可変となっており、その回転軸１６ａは、弁体１２と同軸状に配置されている。

更に、真空容器１１内には、円筒状をなす固定部材１７が、弁体１２と同軸状に配置されており、この固定部材１７は、その周囲が弁体１２及び可動部材１３によって囲まれるように、それらの内側に設けられている。固定部材１７の径方向外側には、弁体１２及びフレーム部１３ａが配置されており、固定部材１７の軸方向後方側には、連結部１３ｂが配置されている。即ち、弁体１２及び可動部材１３は、固定部材１７の径方向外側に配置されている。

固定部材１７は、フランジ部１７ａ、張出部１７ｂ、及び、収納部１７ｃを有している。フランジ１７ａは、固定部材１７の前端に形成されており、開口部１１ｂ及び弁体１２よりも径方向内側に配置されている。張出部１７ｂは、固定部材１７の後端において、その後端から径方向外側に向けて張り出すように形成されている。収納部１７ｃは、固定部材１７の内部に形成された収納空間となっており、固定部材１７の軸方向中央部において、当該固定部材１７を径方向に貫通している。

そして、フランジ部１７ａの前面には、モータ収納部材１４及びサーボモータ１６が支持されている。つまり、固定部材１７は、モータ収納部材１４及び支持部材１５を介して、真空容器１１の前端部１１ａに固定されており、サーボモータ１６の回転軸１６ａと同軸状に配置されている。このとき、サーボモータ１６の回転軸１６ａは、フランジ部１７ａの中心を貫通すると共に、当該フランジ部１７ａ内において回転可能に支持されており、その回転軸１６ａの先端は、収納部１７ｃ内に到達している。

これに対して、連結部１３ｂの長手中央部には、ボールナット１８が設けられており、このボールナット１８内には、ボールねじ１９が噛み合っている。このボールねじ１９は、固定部材１７の中心を貫通して、当該固体部材１７における張出部１７ｂと対向した位置において回転可能に支持されており、そのボールねじ１９の先端は、収納部１７ｃ内に到達している。そして、収納部１７ｃ内には、カップリング（軸継手）２０が収納されており、回転軸１６ａの先端とボールねじ１９の先端とは、カップリング２０によって機械的に連結されている。

また、各張出部１７ｂの先端には、案内ブロック２１が設けられており、これらの案内ブロック２１には、案内溝が軸方向に沿って形成されている。一方、各フレーム１３ａの内面には、レール２２が軸方向に沿って延設されており、これらのレール２２は、案内ブロック２１の案内溝内を軸方向に向けて摺動可能となっている。即ち、案内ブロック２１とレール２２とは、リニアガイドを構成している。

そして、上述したように、フランジ部１７ａが開口部１１ｂの径方向内側に配置されることにより、開口部１１ｂとフランジ部１７ａとの間には、環状をなす開口部２３が形成されることになり、弁体１２は、その開口部２３を開閉可能となっている。即ち、開口部２３は、開口部１１ｂの内周縁とフランジ部１７ａの外周縁とから構成されており、真空容器１１の外部からその内部に向けて、外気（大気）を吸引するための通気口（吸引口）となっている。

言い換えれば、図２に示すように、開口部１１ｂの内周縁は、開口部２３の外周縁２３ａを形成するものであって、弁体１２の外周縁１２ａが着座可能となっている。一方、フランジ部１７ａの外周縁は、開口部２３の内周縁２３ｂを形成するものであって、弁体１２の内周縁１２ｂが着座可能となっている。

このように、弁体１２を環状にすることにより、当該弁体１２における真空容器１１の内圧及び外圧が作用する表面積を小さくすることができる。これにより、弁体１２が受ける内外圧力差の影響を、円板状をなす弁体を設けた際のそれと比べて、抑制することができる。

また、弁体１２及び開口部２３を環状にすることにより、弁体１２と開口部２３とが接触する接触長さを、弁体１２における外周長と内周長との和とすることができるため、円板状をなす弁体を設けた際のそれと比べて、上記内周長の分だけ長くすることができる。これにより、弁体１２の開状態における当該弁体１２と開口部２３との間の開口量（開口面積）を、上記接触長さが長くなった分だけ多く（広く）することができる。よって、環状をなす弁体１２を開けることにより、大量の外気を開口部２３を介して円滑に吸引することができるので、大きな負圧波Ｗ３を発生させることができる。

更に、図２に示すように、弁体１２の外周縁１２ａにおける上流側端部（上流側角部）は、所定の曲率半径を有するＲ形状をなしており、その外周縁１２ａにおける上流側端部よりも下流側の部位は、凹凸（段差）が無い平坦をなしている。これに対して、開口部２３の外周縁２３ａにおける上流側端部（上流側角部）は、所定の曲率半径を有するＲ形状をなしており、その外周縁２３ａにおける上流側端部よりも下流側の部位は、凹凸（段差）が無い平坦をなしている。一方、開口部２３の内周縁２３ｂにおける上流側端部（上流側角部）よりも下流側の部位は、凹凸（段差）が無い平坦をなしている。

このような、弁形状（バルブ形状）及び通気口形状（ポート形状）を採用することにより、外気が弁体１２と開口部２３との間の開口を通過する際の縮流を抑えることができる。これにより、負圧波Ｗ３の圧力レベルが小さくなることを抑制することができる。

よって、図１の破線で示すように、サーボモータ１６を正転側に回転駆動させることにより、その回転軸１６ａと共にボールねじ１９を回転させることができる。これにより、ボールねじ１９の回転に伴って、ボールナット１８が、開口部２３から離間する方向に向けて移動すると共に、レール２２が、案内ブロック２１によって、真空容器１１の後端部側に向けて案内される。この結果、可動部材１３を軸方向に沿って後退させることができるので、弁体１２を開けることができる。

一方、図１の実線で示すように、サーボモータ１６を逆転側に回転駆動させることにより、その回転軸１６ａと共にボールねじ１９を回転させることができる。これにより、ボールねじ１９の回転に伴って、ボールナット１８が、開口部２３に接近する方向に向けて移動すると共に、レール２２が、案内ブロック２１によって、真空容器１１の前端部１１ａ側に向けて案内される。この結果、可動部材１３を軸方向に沿って前進させることができるので、弁体１２を閉めることができる。

ここで、弁体１２は、サーボモータ１６の駆動によって開閉することになる。つまり、弁体１２は、サーボモータ１６の駆動力と真空容器１１の内外圧力差とを利用することによって開くことになるが、このときの弁体１２の開速度は、サーボモータ１６の回転数に基づいて制御されている。即ち、サーボモータ１６は、弁体１２を開閉させるための開閉手段となると共に、弁体１２の開速度を制御するための速度制御手段となっており、回転軸１６ａの回転数を制御することにより、弁体１２の開速度（可動部材１３の移動速度）を容易に調整することができる。これにより、トンネル微気圧波Ｗ２の波形に応じて、負圧波Ｗ３の波形を設定することができる。

詳細には、サーボモータ１６の回転数を制御することにより、弁体１２の開速度を低速に設定して、当該弁体１２をゆっくりと開けるようにしている。これにより、全閉状態の弁体１２を開け始めてから真空容器１１内が外気で満たされるまでの期間を長くすることができるので、負圧波発生時間の延長化を図ることができる。よって、負圧波Ｗ３が発生する時間幅を十分に確保することができるので、トンネル微気圧波Ｗ２を十分に低減させることができる。

以上より、図５に示すように、列車２００が高速でトンネル１００の入口１０１に突入すると、当該トンネル１００内における入口１０１側において、列車２００の前方に圧縮波Ｗ１が発生する。この圧縮波Ｗ１は、発生後直ちに、トンネル１００内を出口１０２に向けて音速で伝播した後、その圧縮波Ｗ１の一部が、パルス状の圧力波となるトンネル微気圧波Ｗ２として、出口１０２から外部に向けて放射される。

これと同時に、負圧波発生装置１を駆動させて、パルス状の負圧波Ｗ３を発生させる。これにより、正のパルス波となるトンネル微気圧波Ｗ２に対して、負のパルス波となる負圧波Ｗ３を干渉させることができるため、当該トンネル微気圧波Ｗ２が低減される。

具体的には、トンネル微気圧波Ｗ２が放射されると、サーボモータ１６を正転側に回転駆動させる。これにより、真空容器１１内は、真空ポンプ２４の駆動によって予め真空状態に維持されているため、全閉状態の弁体１２は、真空容器１１の内外圧力差、及び、サーボモータ１６の駆動力によって開き始める。

このとき、サーボモータ１６の回転数を制御しているため、弁体１２はゆっくりと全開状態に移行していく。これにより、負圧波発生時間が長くなり、負圧波Ｗ３が発生する時間幅が十分に確保される。また、弁体１２と開口部２３との間の開口を通過する外気の流れに、縮流が生じることがないため、負圧波Ｗ３の圧力レベルが小さくなることが抑制されている。この結果、トンネル微気圧波Ｗ２が十分に低減される。

次いで、真空容器１１内が外気によって満たされ、負圧波Ｗ３の発生が終了すると、サーボモータ１６を逆転側に回転駆動させて、弁体１２を閉め始める。そして、弁体１２が開口部２３に着座して、当該弁体１２が全閉状態になると、真空ポンプ２４を駆動させて、真空容器１１内を真空状態に維持する。これにより、負圧波発生装置１は、次回放射されるトンネル微気圧波Ｗ２に対して、待機状態となる。

従って、本発明に係る負圧波発生装置１によれば、サーボモータ１６の回転数を制御することにより、弁体１２の開速度を低速に設定することができる。これにより、負圧波発生時間を長くすることができるので、トンネル微気圧波Ｗ２を十分に低減させることができる。

また、弁体１２の開閉動作を、サーボモータ１６、ボールナット１８、ボールねじ１９、案内ブロック２１、及び、レール２２を用いて行うことにより、弁体１２の停止時（全開時及び全閉時）において、それらの部材１６，１８，１９，２１，２２が他の部材と接触することが無いため、破損の防止及び可聴音の低減を図ることができる。

次に、第２実施例に係る負圧波発生装置２について、図３を用いて詳細に説明する。なお、下記に記載した負圧波発生装置２を構成する部材において、上記負圧波発生装置１を構成する部材と同一部材となるものについては、その部材の符号と同じ符号を付して、その説明を省略している。

図３に示すように、真空容器１１内には、円筒状をなす弁体３１が、開口部１１ｂに対して、進退可能に支持されている。この弁体３１は、開口部１１ｂと同軸状に配置されており、当該開口部１１ｂを開閉可能となっている。即ち、弁体３１の開閉方向は、当該弁体３１の軸方向、及び、開口部１１ｂの中心軸方向と一致している。

また、前端部１１ａの前面には、支持部材３２が固定されている。支持部材３２は、開口部１１ｂを跨ぐように配置されており、その支持部材３２の長手方向中間部には、固定台３３が固定されている。固定台３３は、開口部１１ｂを貫通するように設けられており、この固定台３３の上面には、可動体３４が軸方向に移動可能に支持されている。そして、固定台３３の上面と可動体３４の下面との間には、リニアサーボモータ３５が設けられている。

リニアサーボモータ３５は、固定子３５ａと可動子３５ｂとから構成されている。固定子３５ａは、固定台３３の上面における幅方向中央部において軸方向に沿って延設されている。一方、可動子３５ｂは、可動体３４の底面における幅方向中央部において軸方向に沿って延設されており、固定子３５ａ上を軸方向に向けてスライド可能となっている。即ち、リニアサーボモータ３５は、可動子３５ｂの移動速度（可動体３４の移動速度）が可変となっている。

また、固定台３３の上面における幅方向両側部には、案内レール３６が軸方向に沿って延設されている。一方、可動体３４の底面における幅方向両側部には、ブロック３７が設けられており、これらのブロック３７は、案内レール３６上を軸方向に向けて摺動可能となっている。

更に、可動体３４の側面には、弁支持部材３８が支持されており、これらの弁支持部材３８は、可動体３４の側面から外側に向けて延びるように設けられている。そして、弁支持部材３８の先端は、固定台３３の側面よりも外側に位置しており、弁体３１の内面に接続されている。つまり、円筒状をなす弁体３１の内部には、固定台３３及び可動体３４が配置されており、弁体３１は、可動体３６と共に移動する際に、固定台３３の周囲を取り囲んだ状態で移動する。

なお、固定台３３の側面には、フランジ部材３９が支持されており、このフランジ部材３９には、弁体３１の内面が、真空容器１１の後端部側から当接可能となっている。つまり、弁体３１は、開口部１１ｂに着座すると共に、フランジ部材３９に当接することによって、全閉状態となり、真空容器１１内を真空状態に維持することができる。

よって、図３の破線で示すように、リニアサーボモータ３５を駆動させることにより、可動子３５ｂを、開口部１１ｂから離間する方向に向けて、移動させることができる。これにより、可動体３４を軸方向に沿って後退させることができるので、弁体３１を開けることができる。

一方、図３の実線で示すように、リニアサーボモータ３５を駆動させることにより、可動子３５ｂを、開口部１１ｂに接近する方向に向けて、移動させることができる。これにより、可動体３４を軸方向に沿って前進させることができるので、弁体３１を閉めることができる。

ここで、弁体３１は、リニアサーボモータ３５の駆動のみによって開閉することになる。つまり、弁体３１は、真空容器１１の内外圧力差を利用することなく、リニアサーボモータ３５の駆動力のみによって開くことになるが、このときの弁体３１の開速度は、リニアサーボモータ３５の移動速度に基づいて制御されている。即ち、リニアサーボモータ３５は、弁体３１を開閉させるための開閉手段となると共に、弁体３１の開速度を制御するための速度制御手段となっており、可動子３５ｂの移動速度を制御することにより、弁体３１の開速度（可動体３４の移動速度）を容易に調整することができる。これにより、トンネル微気圧波Ｗ２の波形に応じて、負圧波Ｗ３の波形を設定することができる。

詳細には、リニアサーボモータ３５の移動速度を制御することにより、弁体３１の開速度を低速に設定して、当該弁体３１をゆっくりと開けるようにしている。これにより、全閉状態の弁体３１を開け始めてから真空容器１１内が外気で満たされるまでの期間を長くすることができるので、負圧波発生時間の延長化を図ることができる。よって、負圧波Ｗ３が発生する時間幅を十分に確保することができるので、トンネル微気圧波Ｗ２を十分に低減させることができる。

従って、本発明に係る負圧波発生装置２によれば、リニアサーボモータ３５の移動速度を制御することにより、弁体３１の開速度を低速に設定することができる。これにより、負圧波発生時間を長くすることができるので、トンネル微気圧波Ｗ２を十分に低減させることができる。

また、弁体３１の開閉動作を、リニアサーボモータ３５、案内レール３６、及び、ブロック３７を用いて行うことにより、弁体３１の停止時（全開時及び全閉時）において、それらの部材３５〜３７が他の部材と接触することが無いため、破損の防止及び可聴音の低減を図ることができる。

次に、第３実施例に係る負圧波発生装置３について、図４を用いて詳細に説明する。なお、下記に記載した負圧波発生装置３を構成する部材において、上記負圧波発生装置１を構成する部材と同一部材となるものについては、その部材の符号と同じ符号を付して、その説明を省略している。

図４に示すように、真空容器１１内には、円盤状をなす弁体５１が、開口部１１ｂに対して、進退可能に支持されている。この弁体５１は、開口部１１ｂと同軸状に配置されており、当該開口部１１ｂを開閉可能となっている。

弁体５１の中心部には、弁軸５２の前端が嵌入されており、この弁軸５２の後端には、保持板５３が嵌入されている。そして、真空容器１１の内周面には、複数の支持フレーム５９が、その中心部に向けて延びるように支持されており、それらの支持フレーム５９の先端は、弁軸５２を軸方向に摺動可能に支持している。即ち、弁体５１の開閉方向は、弁軸５２の中心軸方向、及び、開口部１１ｂの中心軸方向と一致している。

また、支持フレーム５９の前面には、複数の油圧ダンパ５４が支持されている。これらの油圧ダンパ５４は、弁軸５２の径方向外側で、且つ、弁軸５２の周方向に所定の間隔で配置されており、それらのロッド５４ａの先端は、弁体５１の後面に接続されている。そして、油圧ダンパ５４は、ロッド５４ａを軸方向に伸縮可能としており、その伸縮速度が可変となっている。

一方、支持フレーム５９の後面には、環状をなす磁石収納部材５５が、弁軸５２を中心として支持されている。この磁石収納部材５５内には、複数の電磁石５６が、弁軸５２の径方向外側で、且つ、弁軸５２の周方向に所定の間隔で収納されている。これらの電磁石５６は、保持板５３と軸方向において対向しており、その内部に励磁電流が流されると、保持板５３を吸着可能となっている。そして、磁石収納部材５６には、保持板５３が電磁石５６を軸方向外側から覆うように当接可能となっている。

更に、真空容器１１の内周面には、複数の支持フレーム６０が、その中心部に向けて延びるように支持されており、それらの支持フレーム６０の先端間には、油圧シリンダ５７が固定されている。油圧シリンダ５７は、弁軸５２と同軸状に配置されており、ピストンロッド５７ａを軸方向に伸縮可能としている。つまり、油圧シリンダ５７のピストンロッド５７ａは、弁軸５２の後端面を押圧可能となっている。

そして、支持フレーム６０の前面には、複数のショックアブソーバ（緩衝器）５８設けられている。これらのショックアブソーバ５８は、弁軸５２の径方向外側で、且つ、弁軸５２の周方向に所定の間隔で配置されており、それらのロッド５８ａの先端は、保持板５３と軸方向において対向している。つまり、ショックアブソーバ５８は、ロッド５８ａを軸方向に伸縮可能としており、そのロッド５８ａに当接した保持板５３のそれ以上の後退を規制すると共に、その当接時における衝撃を吸収可能となっている。

よって、図４の破線で示すように、電磁石５６への通電を停止することにより、当該電磁石５６による保持板５３への吸着力を解放することができる。即ち、弁体５１の全閉状態を解除することができる。そして、油圧ダンパ５４のロッド５４ａを短縮することにより、弁体５１を開けることができる。また、弁体５１の開動作に伴って、弁軸５２と共に後退した保持板５３は、ショックアブソーバ５８のロッド５８ａに当接した後、そのロッド５８ａを押し込むことにより停止する。これにより、弁体５１が全開状態となると共に、油圧ダンパ５４による弁体５１の開動作に伴って発生する衝撃を、ショックアブソーバ５８によって吸収することができる。

一方、図４の実線で示すように、油圧シリンダ５７のピストンロッド５７ａを伸長させて、弁軸５２の後端面をそのピストンロッド５７ａによって押圧することにより、当該弁軸５２を軸方向に前進させることができる。これと同時に、油圧ダンパ５４のロッド５４ａを伸長させる。これにより、弁体５１を閉めることができる。また、弁体５１の閉動作に伴って、弁軸５２と共に前進した保持板５３は、ショックアブソーバ５８のロッド５８ａから離脱して、磁石収納部材５５に当接した後、電磁石５６に吸着される。これにより、弁軸５２の軸方向への移動が規制されるため、弁体５１の全閉状態を保持することができる。

ここで、弁体５１は、電磁石５６による保持板５３への吸着力を解放した後には、真空容器１１の内外圧力差のみによって開くことになるが、このときの弁体５１の開速度は、油圧ダンパ５４におけるロッド５４ａの短縮速度に基づいて制御されている。即ち、油圧ダンパ５４は、あくまでも、弁体５１の開速度を制御するための速度制御手段となっており、ロッド５４ａの短縮速度を制御することにより、弁体５１の開速度を容易に調整することができる。これにより、トンネル微気圧波Ｗ２の波形に応じて、負圧波Ｗ３の波形を設定することができる。

詳細には、油圧ダンパ５４の短縮速度を制御することにより、弁体５１の開速度を低速に設定して、当該弁体５１をゆっくりと開けるようにしている。これにより、全閉状態の弁体５１を開け始めてから真空容器１１内が外気で満たされるまでの期間を長くすることができるので、負圧波発生時間の延長化を図ることができる。よって、負圧波Ｗ３が発生する時間幅を十分に確保することができるので、トンネル微気圧波Ｗ２を十分に低減させることができる。

従って、本発明に係る負圧波発生装置３によれば、油圧ダンパ５４の短縮速度を制御することにより、弁体５１の開速度を低速に設定することができる。これにより、負圧波発生時間を長くすることができるので、トンネル微気圧波Ｗ２を十分に低減させることができる。

なお、上述した実施形態においては、真空容器１１の形状を円筒状としているが、この他、球状や立方体としたり、それらを２つ以上組み合わせた形状としたりしても構わない。つまり、真空容器１１の形状については、負圧波Ｗ３を発生させるために弁体１２の開速度を制御して外気（大気）を吸引している間に、真空容器１１内の圧力が大気圧以下を維持することができるだけの十分な容積があれば、どのような形状であっても構わない。

また、第１実施例における弁体１２の弁形状及び開口部２３の通気口形状を、第２，３実施例における弁体３１，５１の弁形状及び開口部１１ｂの通気口形状に適用することも可能である。

１〜３ 負圧波発生装置
１１ 真空容器
１１ａ 開口部
１２ 弁体
１３ 可動部材
１６ サーボモータ
１７ 固定部材
１８ ボールナット
１９ ボールねじ
２３ 開口部
２４ 真空ポンプ
３１ 弁体
３３ 固定台
３４ 可動体
３５ リニアサーボモータ
５１ 弁体
５４ 油圧ダンパ
１００ トンネル
Ｗ２ トンネル微気圧波
Ｗ３ 負圧波

Claims (9)

1. トンネルの坑口から外部に向けてパルス状に放射されるトンネル微気圧波に対して、パルス状に発生させた負圧波を干渉させることにより、正のパルス波となるトンネル微気圧波を負のパルス波となる負圧波によって相殺する負圧波発生装置であって、
   内部を真空状態に維持することが可能となる真空容器と、
   前記真空容器に開口する開口部と、
   前記真空容器の内側に向けて開くように、前記開口部を開閉する弁体と、
   前記弁体の開速度を制御する速度制御手段とを備える
   ことを特徴とする負圧波発生装置。
2. 請求項１に記載の負圧波発生装置において、
   前記速度制御手段は、
   前記真空容器に固定される固定部材と、
   前記固定部材に対して弁開閉方向に移動可能に支持され、前記弁体が設けられる可動部材と、
   前記固定部材に支持され、前記可動体の移動速度を制御するサーボモータと、
   前記可動部材に設けられるボールナットと、
   前記ボールナット内に噛み合うと共に、前記モータの回転軸と接続するボールねじとを有する
   ことを特徴とする負圧波発生装置。
3. 請求項２に記載の負圧波発生装置において、
   前記回転軸及び前記ボールねじは、前記固定部材の内部において接続する
   ことを特徴とする負圧波発生装置。
4. 請求項２または３に記載の負圧波発生装置において、
   前記弁体及び前記可動部材は、前記固定部材の径方向外側に配置される
   ことを特徴とする負圧波発生装置。
5. 請求項１に記載の負圧波発生装置において、
   前記速度制御手段は、
   前記真空容器に固定される固定台と、
   前記固定台に対して弁開閉方向に移動可能に支持され、前記弁体が設けられる可動体と、
   前記固定台と前記可動体との間に設けられ、前記可動体の移動速度を制御するリニアサーボモータとを有する
   ことを特徴とする負圧波発生装置。
6. 請求項５に記載の負圧波発生装置において、
   前記弁体は、筒状をなしており、
   前記固定台及び前記可動体は、前記弁体の内部に配置される
   ことを特徴とする負圧波発生装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の負圧波発生装置において、
   前記速度制御手段は、前記開口部の径方向内側を貫通して配置される
   ことを特徴とする負圧波発生装置。
8. 請求項１に記載の負圧波発生装置において、
   前記速度制御手段は、
   弁開閉方向に伸縮するロッドの先端が前記弁体に接続し、前記ロッドの伸縮速度を制御する油圧ダンパを有する
   ことを特徴とする負圧波発生装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の負圧波発生装置において、
   前記開口部の周縁における上流側端部は、所定の曲率半径を有するＲ形状となり、前記開口部の周縁における前記上流側端部よりも下流側の部位は、凹凸が無い平坦となると共に、
   前記弁体の周縁における上流側端部は、所定の曲率半径を有するＲ形状となり、前記弁体の周縁における前記上流側端部よりも下流側の部位は、凹凸が無い平坦となる
   ことを特徴とする負圧波発生装置。

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