JP3604507B2

JP3604507B2 - 変動周期型振動計

Info

Publication number: JP3604507B2
Application number: JP16382996A
Authority: JP
Inventors: 英昭鹿熊; 義彦高木; 昌彦中山
Original assignee: 株式会社アカシ
Priority date: 1996-06-04
Filing date: 1996-06-04
Publication date: 2004-12-22
Anticipated expiration: 2016-06-04
Also published as: JPH09325067A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動電型振動計（地震計）に関し、特に同振動計の固有振動数を機械的強度を落とすことなく低下させることができるようにした、変動周期型振動計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微小地震や地盤の常時微動を観測するための動電型振動計（地震計）において、振動子の固有振動数を下げることが低振動数領域の振動や地震を精度良く観測するために有効であることは知られている。
しかし、振動子の固有振動数を１Ｈｚ以下に低下させることは、振動子支持バネのバネ定数の低下を招き、機械的強度を低下させるため、携帯用として野外や悪環境での使用には多くの困難が伴っている。
これを克服するために、従来よりさまざまな工夫がなされ、例えば非線形バネの使用，重力の加速度を利用した倒立振り子の使用，フィードバック回路の併用等が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、非線形バネを用いたものでは、バネの加工が難しく、振動子の固有振動数を１Ｈｚよりも大幅に低下させることは実用上不可能である。
また、重力の加速度を利用した倒立振り子は上下動成分には利用できず、またフィードバック回路を併用するものは複雑な電子回路を必要とするなどの問題点がある。
本発明は、このような問題点の解決をはかろうとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
倒立振り子に代表される重力の加速度を利用した従来の振り子式の場合、振り子(錘)に加わる重力の加速度が振り子を支持している機械的バネの復元力を打ち消す方向に力を及ぼす一種の負のバネとして作用するように構成されているのに対して、本発明は上記の重力の加速度による負の復元力に相当する力を、磁石の漏洩磁束により強磁性体に生じる力で得られるようにしたものである。
【０００５】
すなわち、本発明は、非磁性材製の筒型のケースと、同ケースの内部に同ケースの中心軸と同心状に配設される支持バネにより上記中心軸方向に移動可能に支持されるとともに上記中心軸を軸とする回転体形状に形成された非磁性材製の振動子と、同振動子に上記ケースの中心軸と同心状に取り付けられ互いに直列接続された一対のコイルと、上記振動子の移動時に上記各コイルに起電力を発生させるべく上記ケースに取り付けられた一対の磁石とをそなえた動電型振動計において、上記振動子の両端部で上記各磁石の各漏洩磁束が到達する位置に一対の強磁性体を取り付け、同一対の強磁性体に及ぼす上記各磁石の漏洩磁束による磁力が均等となるように上記各強磁性体の取付け位置を設定して課題解決の手段としている。
【０００６】
また、上記各強磁性体の外周にネジを刻設して同強磁性体を上記振動子に螺合し、上記ケースの外部から上記各強磁性体を回転操作して同各強磁性体と上記各磁石との間の間隔調節を行なうように、上記ケースにねじ込み用工具の挿入穴を形成して課題解決の手段としている。
【０００７】
さらに、上記ケースの一部が、上記各磁石の各漏洩磁束の各通路部としてそれぞれ磁性体部で構成するとともに、同各磁性体部を上記各磁石に密接し、上記各強磁性体に対向して可動磁石を上記ケースの上記各磁性体部にそれぞれ取り付けて課題解決の手段としている。
【０００８】
さらにまた、上記各可動磁石の外周にネジを刻設するとともに、同可動磁石を上記ケースの各磁性体部に螺合し、上記ケースの外部から上記各可動磁石を回転操作して同各可動磁石と上記各強磁性体との間の間隔調節を行なうようにして課題解決の手段としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施形態について説明すると、図１はその第１実施形態としての変動周期型振動計の縦断面図、図２はその支持バネのバネ特性図、図３はその強磁性体の磁気力特性図、図４はその合成バネ特性図、図５はその第２実施形態としての変動周期型振動計の縦断面図である。なお、図１と図５とにおいて同じ符号はほぼ同一の部材を示している。
【００１０】
まず、図１〜４により第１実施形態について説明する。
符号１は円筒体からなるケースを示しており、このケース１は非磁性材で造られ、内部に非磁性材製の振動子２が支持バネ３を介してケース１の中心軸Ｚ−Ｚの方向に移動可能に配設されている。
【００１１】
振動子２は、ケース１の中心軸Ｚ−Ｚを軸とする回転体形状に形成され、その断面は上部フランジ部２ａ，下部フランジ部２ｂおよび両フランジ部を接続する中心柱状部２ｃとで左右ならびに上下対称のＩ型形状をもち、上部フランジ部２ａおよび下部フランジ部２ｂの各外周面で上下一対のドーナツ状の支持バネ３によりケース１に可動的に支持される。支持バネ３は非磁性材製で各フランジ部２ａ，２ｂの外周面に取り付けられており、振動子２は支持バネ３によりケース１に同心状に取り付けられている。
【００１２】
ケース１の内面に、一対の同一磁力を有するリング状の上部磁石５ａおよびリング状の下部磁石５ｂが取り付けられ、上部磁石５ａおよび下部磁石５ｂにそれぞれ磁性部材が取り付けられ、これらにより上部磁極６ａおよび下部磁極６ｂが構成されている。
【００１３】
さらに、ケース１の内面に上下一対のヨーク７ａ，７ｂが突設され、ヨーク７ａ，７ｂの各折曲先端部７ａ−１および７ｂ−１と上部磁極６ａおよび下部磁極６ｂとの間に形成される空隙に、コイル４ａ，４ｂが配設されている。
コイル４ａおよび４ｂは、振動子２の上部フランジ部２ａおよび下部フランジ部２ｂの各対向内面に、振動子２と同心状に取り付けられており、コイル４ａとコイル４ｂとは直列に接続されている。符号８ａ，８ｂは直列接続されたコイル４ａ，４ｂ（以下「コイル４」という）の端子を示している。
【００１４】
振動子２の中心軸線上の両端部すなわち振動子２の上部フランジ部２ａおよび下部フランジ部２ｂの中心部に、棒状の強磁性体９ａ，９ｂが取り付けられている。
強磁性体９ａ，９ｂの外周にはネジが形成されていて、上部フランジ部２ａおよび下部フランジ部２ｂに形成されたネジ穴に、外方からねじ込まれるようになっている。符号１ａ，１ｂはケース１に形成されたねじ込み用工具の挿入穴を示している。
【００１５】
この強磁性体９ａ，９ｂは、磁石５ａ，５ｂの静磁界の漏洩磁束が過るとともにコイルの可動軸線（Ｚ−Ｚ線）上に位置し、かつ両強磁性体９ａ，９ｂに及ぼす磁石５ａ，５ｂの漏洩磁束による磁力が均等となるように、取り付けられている。
【００１６】
すなわちこの実施形態の場合、同一素材および同一寸法の強磁性体９ａ，９ｂが、両方のフランジ部２ａ，２ｂ上に、磁石５ａ，５ｂからそれぞれ等距離の位置に取り付けられていて、上記各部材により構成された動電型振動子は、Ｚ−Ｚ軸に対称に形成されるとともに、Ｚ−Ｚ軸と直交するＸ−Ｘ軸に関しても対称形に形成されている。
【００１７】
上述の構成において、ケース１が建造物等に固着された状態で、この建造物にＺ−Ｚ軸方向に地震等の振動が発生すると、ケース１と振動子２との間の相対変位が生じ、コイル４に起電力が生じる。この起電力を計測して振動の検出・解析が行なわれる。
【００１８】
振動子２は支持バネ３で支持されており、この支持バネのバネ特性は図２に曲線Ａで示すとおりであり、従来のもの（強磁性体９ａ，９ｂを具備しないもの）では振動計の固有振動数は専ら支持バネ３のバネ定数で定まる。
【００１９】
一方、振動子２の振動時、強磁性体９ａ，９ｂも振動子と共にＺ−Ｚ軸方向に振動する。したがって、強磁性体９ａ，９ｂと磁石５ａ，５ｂとの距離も、振動子２の振動に伴って変動する。
【００２０】
ここで、強磁性体９ａ，９ｂが磁石５ａ，５ｂから受ける磁力は、両者間の距離の２乗に反比例して変わることから、強磁性体の磁気力特性（強磁性体に対する磁石による作用力）は、図３（振動子２のニュートラル位置からの変位：横軸，強磁性体に作用する力：縦軸）に曲線Ｂで示すとおりとなる。
【００２１】
そして、振動子２には、支持バネのバネ力と強磁性体に対する磁力とが同時に作用していることから、振動子２は、上記両方の力が合成された合成バネ特性（図４に曲線Ｃで示す）のもとで振動することとなる。
【００２２】
このように、この実施形態の場合、強磁性体を振動子に取り付け、磁石５ａ，５ｂの漏洩磁束により強磁性体９ａ，９ｂに生じる力を支持バネ３，３に負の復元力として利用することにより、支持バネ３，３のバネ力を見かけ上調整することができ、支持バネ３の機械的強度を低下させることなく、振動子２の固有振動数を下げることが可能となる。
【００２３】
なお、強磁性体９ａ，９ｂに対する磁石５ａ，５ｂによる作用力は、強磁性体９ａ，９ｂの取付け位置を、挿入穴１ａ，１ｂを通じ工具によって強磁性体９ａ，９ｂをねじ込んだり緩めたりすることで調節することにより調整することができる（図３の曲線Ｂの形状を変更できる）。したがって強磁性体９ａ，９ｂの位置をケース１の外部から調節することにより、振動子の固有振動数の微調整を組立て後にケースの外部から行なうことができる。また強磁性体９ａ，９ｂの寸法（直径，長さ）および材質の選定により、所望の磁気特性の強磁性体を振動子に取り付けることができる。
【００２４】
次に、図５により第２実施形態について説明する。
この実施形態の振動計も、円筒体からなるケース１と、ケース１内に支持バネ３を介してケース１の中心軸Ｚ−Ｚの方向に移動可能に配設されるとともにＺ−Ｚ軸を軸とする回転体形状に形成された振動子２と、一対のコイル４ａ，４ｂと、上部磁石５ａおよび下部磁石５ｂと、上部磁極６ａおよび下部磁極６ｂと、ヨーク７ａ，７ｂと、強磁性体９ａ，９ｂとをそなえた基本構成は第１実施形態の振動計と異ならない。
【００２５】
ただ、ケース１の、磁石５ａ，５ｂの漏洩磁束の通路となる部分が磁性体で形成されて上部磁性体部１Ａおよび下部磁性体部１Ｂを構成するとともに、磁性体部１Ａ，１Ｂを上部磁極６ａおよび下部磁極６ｂにそれぞれ密着させてケース１の磁性体部１Ａ，１Ｂも磁極を構成するようになっている。
【００２６】
さらに、振動子２の両端部に強磁性体９ａ，９ｂが固着されるとともに、各強磁性体９ａ，９ｂと対向するように、外周部にネジを刻設された可動磁石１０ａ，１０ｂが磁性体部１Ａ，１Ｂに螺合されている。可動磁石１０ａ，１０ｂの各外面に工具（例えばドライバー）の係合溝が形成されていて、可動磁石１０ａ，１０ｂの取付け位置を外部から調節できるようになっている。
【００２７】
なお、強磁性体９ａ，９ｂおよび可動磁石１０ａ，１０ｂが、振動子２すなわちコイル４の可動軸上でかつ磁石５ａ，５ｂの各静磁界の漏洩磁束が過る位置に設けられ、しかも両強磁性体９ａ，９ｂに及ぼす磁石５ａ，５ｂの漏洩磁束の磁気力が同じ量となるように設定されている点は、第１実施形態の場合と同様である。
【００２８】
ケース１の磁石５ａ，５ｂの漏洩磁束の通路となる部分を磁性体（１Ａ，１Ｂ）製とすることおよび同磁性体部１Ａ，１Ｂに可動磁石１０ａ，１０ｂを設けることにより、漏洩磁束の集中をはかることができ、これにより強磁性体９ａ，９ｂの設置効果の向上を図ることができる。
【００２９】
そして、この実施形態の場合も、可動磁石１０ａ，１０ｂと強磁性体９ａ，９ｂを取り付けることにより、上述の第１実施形態の場合と同様に、振動時に振動子により作用するバネ特性を合成バネ特性（図４に曲線Ｃで示す）にすることができ、また可動磁石１０ａ，１０ｂの取付け位置を調節することにより、合成バネ特性を調節することができる。このようにして、この第２実施形態の場合のものにおいても支持バネ３の機械的強度を低下させることなく振動子の固有振動数を下げることが可能となる。
【００３０】
また固有振動数の調整を振動計の組み立て後にケース１の外部から行なえる点も第１実施形態と同様である。
なお上記の第１および第２実施形態の説明では、振動子２の移動方向がいずれもＺ−Ｚ軸方向（鉛直方向）としているが、振動計を図１あるいは図５に示した姿勢から90° 転向して、振動子２の移動方向がＸ−Ｘ軸方向（水平方向）あるいはＹ−Ｙ軸方向（Ｘ−Ｘ軸と直交する水平方向）となるような使用も可能であることはいうまでもない。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の変動周期型振動計によれば、次のような効果ないし利点が得られる。
(1) 動電型振動子において、振動子を支持する支持バネの機械的強度を低下させることなく、同振動子の固有振動数の低下、特に固有振動数を１Ｈｚ以下に低下させることが可能となる。
(2) 振動子の固有振動数の調整を、ケース外から簡単な操作により行なうことができる。
(3) 上記(1), (2)により、低振動数領域での微小地震や地盤の常時微動を精度良く観測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態としての変動周期型振動計の縦断面図。
【図２】同支持バネのバネ特性図。
【図３】同強磁性体の磁気力特性図。
【図４】同合成バネ特性図。
【図５】同第２実施形態としての変動周期型振動計の縦断面図。
【符号の説明】
１ケース
１Ａ上部磁性体部
１Ｂ下部磁性体部
２振動子
２ａ上部フランジ部
２ｂ下部フランジ部
３支持バネ
４，４ａ，４ｂコイル
５ａ上部磁石
５ｂ下部磁石
６ａ上部磁極
６ｂ下部磁極
７ａ，７ｂヨーク
９ａ，９ｂ強磁性体
１０ａ，１０ｂ可動磁石

Claims

動電型振動計において、非磁性材製の筒型のケースと、同ケースの内部に同ケースの中心軸と同心状に配設される支持バネにより上記中心軸方向に移動可能に支持されるとともに上記中心軸を軸とする回転体形状に形成された非磁性材製の振動子と、同振動子に上記ケースの中心軸と同心状に取り付けられ互いに直列接続された一対のコイルと、上記振動子の移動時に上記各コイルに起電力を発生させるべく上記ケースに取り付けられた一対の磁石とをそなえ、上記振動子の両端部で上記各磁石の各漏洩磁束が到達する位置に一対の強磁性体が取り付けられ、同一対の強磁性体に及ぼす上記各磁石の漏洩磁束による磁力が均等となるように上記各強磁性体の取付け位置が設定されていることを特徴とする、変動周期型振動計。
上記各強磁性体の外周にネジが刻設されて同強磁性体が上記振動子に螺合され、上記ケースの外部からの上記各強磁性体の回転操作により、同各強磁性体と上記各磁石との間の間隔調節が行なえるように、上記ケースにねじ込み用工具の挿入穴が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の変動周期型振動計。
上記ケースの一部が、上記各磁石の各漏洩磁束の各通路部としてそれぞれ磁性体部で構成されるとともに、同各磁性体部が上記各磁石に密接され、上記各強磁性体に対向して可動磁石が上記ケースの上記各磁性体部にそれぞれ取り付けられていることを特徴とする、請求項１に記載の変動周期型振動計。
上記各可動磁石の外周にネジが刻設されるとともに、同可動磁石は、上記ケースの各磁性体部に螺合され、上記ケースの外部からの上記各可動磁石の回転操作により同各可動磁石と上記各強磁性体との間の間隔調節が行なえるようにしたことを特徴とする、請求項３に記載の変動周期型振動計。