JP3611294B2 - 遠心力実験装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心力実験装置に関し、特に、開放型であるがより安全に設計される蓋を備えた遠心力実験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地盤の物理的性質を実験室系で知るために、擬似的に大きい重力を発生させる遠心力実験装置が用いられる。地盤模型等が、回転するバケットに搭載される。遠心力実験装置は、図１１と図１２に示されるように、回転器械１０１と防護壁１０２とから構成されている。回転器械１０１は、回転軸１０３と、回転軸１０３に結合して回転軸１０３と同体に回転する回転腕１０４と、回転腕１０４の両外側端部に揺動自在に支持されるバケット１０５を備えている。安全のために設けられる防護壁１０２は、床壁１０６と円筒状外周壁１０７とを備えている。図１２に示される地下型防護壁１０２は、ピットと呼ばれる地盤構成体そのものである。このような外周壁はコンクリートで形成されるが、ピットもコンクリートでその地盤内周域が補強されている。防護壁は、地上形式のもの、地下形式（ピット形式）のもの、蓋がないもの、蓋があるもの、これらの自由な組合せによるもの（ピット形成で蓋がないものなど）が多様に提供されている。
【０００３】
図１１に示される防護壁は天井壁を有していないが、図１２に示される防護壁は円板状の天井壁１０８を備えている。天井壁１０８は、図１３に示されるように、部分的に開口された開口を１０９を有し、その開口１０９から地盤模型のような実験対象の載荷物体１１１が防護壁内に搬入され、バケット１０５に載荷される。開口１０９がより外側よりに設けられている場合には、径方向で求心方向に載荷物体１１１をバケットに搭載することができる搬入経路が存在する。開口１０９が外側よりに設けられていない場合には、載荷物体１１１をバケットに搭載することができる搬入経路は円周方向にしか存在しない。
【０００４】
遠心実験装置に用いられる器械部分、搭載物（載荷物）が設置場所周辺に万一に飛散しても危険がなくて回転の状況を観察する必要があったり、その実験中に爆薬を用いる必要がある場合には（例示：搭載される地盤模型の表面で小型爆薬を爆発させてクレータの発生状況を見るような場合）、蓋がない開放型が選定される。回転による危険性が小さくピット径が大きいような場合にも、経済的理由により開放型が選定される。
【０００５】
開口の広狭や蓋の有無による多様性には、下記するように一長一短がある。
（１）遠心力実験に用いられる回転器械装置は、回転エネルギーを持っていて、破損・脱落したものが概ね接線方向に飛散し、まず防護壁に当たり、その向きを変え、再び防護壁に当たって跳びはねを繰り返しつつ回転し、次第にその回転速度を失うとともに遠心力効果がなくなってついには下方に向いて床壁上に落下する。しかし、多少とも回転軸方向の速度成分を持っているので、一部は飛散し防護壁からの跳ね返りを繰り返すうちに、防護壁の上方から飛び出す恐れがある。
（２）蓋がある場合、経済的に不利である。特に、ピット径が大きい場合などに、内側に柱を立てることができないので、蓋自身の強度が必要になって設備コストがより高くなる。
（３）蓋がある場合、蓋に搬入口を設けたり、内部観察用の開口部などが必要になってコストがより高くなる。
（４）蓋がある場合、その面積が大きいので、内部の圧力が高くなると、強度上不利になる。
（５）蓋がある場合、防護壁内の作業性が悪い。天井クレーン等があっても、限られた場所でしか利用できない。
（６）蓋がある場合、遠心力実験に用いられる装置を据え付ける前に蓋をすると、その据え付けができないか、又は、据え付けに手間取ることになる。
（７）蓋がない場合、回転体の破壊や脱落によって、外部に飛散する恐れがある。蓋がない場合、回転物からの飛散に対する安全性が低下して、設置場所周辺の安全対策が必要になる。具体的には、周辺に広いスペースをとったり、強固な建屋で覆ったりすることになって不経済である。また、その飛散を押さえることができない。
（８）蓋がない場合、搭載物や遠心力実験に用いられる装置からどうしても微細なもの、土砂、油、グリース、ボルトやナットが防護壁から飛散して、危険であり、建屋内の汚損の原因になる。
（９）蓋がない場合、蓋の上を備品、保管や作業スペースとして利用できない。
【０００６】
蓋の有無には、このように一長一短がある。蓋の開口度合いの適正化が望まれる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、蓋の開口度合いが適正化され得る遠心力実験装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数・形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【０００９】
本発明による遠心力実験装置は、回転器械部分（１）と、回転器械部分（１）が回転する領域である周域を覆う防護壁（５）とを含み、回転器械部分（１）は、回転軸（２）と、回転軸（２）に結合する回転腕（３）と、回転腕（３）の径方向に外側に揺動自在に遠心力と重力を受けて吊り下げられるバケット（４）とを備え、防護壁（５）は、その周域より鉛直方向に上方に配置される蓋（８）を備え、蓋（８）の最小内径と回転軸の回転軸心線との間の距離がｒで表され、回転器械部分（１）の回転時の最大外径と回転軸心線との間の距離がＲ１で表され、回転器械部分（１）の静止時の最大外径と回転軸心線との間の距離がＲ２で表され、下記条件：Ｒ２＜ｒ＜Ｒ１、又は、Ｒ２＝ｒ＜Ｒ１が満たされている。
【００１０】
このような関係によれば、開口の利用性が高く、且つ、飛散を効果的に防止することができる。
【００１１】
環状のＬ型鋼で形成されている蓋（８）は、その取り付けが容易である。蓋の下側面は、内側がより高い位置にある斜面（１１）に形成されていることが好ましい。飛散する物体の外部への飛散を効果的に防止することができる。バケット（４）に載荷される載荷物体（Ｍ）が静止中のバケット（４）の側に吊り降ろされる際の載荷物体（Ｍ）の半径方向の最大幅がＷで表され、条件：Ｒ２＋Ｗ＜ｒが更に満たされていることがより効果的である。この条件が満たされていれば、載荷物体（Ｍ）が回転的に吊り降ろされても余裕を持ってバケット（４）に載荷物体（Ｍ）を搭載することができる。
【００１２】
バケット（４）は、回転軸心線に関して軸対称に２つが配置され、この場合、２・Ｒ２＜２・ｒ＜２・Ｒ１、又は、２・Ｒ２＝２・ｒ＜２・Ｒ１である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図に一致対応して、本発明による遠心力実験装置の実施の形態は、回転器械装置が防護壁とともに設けられている。その回転器械１は、図１に示されるように、回転軸２と、回転軸２に結合して回転軸２と同体に回転する回転腕３と、回転腕３の両外側端部に揺動自在に支持されるバケット４を備えている。回転軸は、強固な軸受装置に支持されている。片側にしかバケットがないタイプの回転器械装置も、知られている。
【００１４】
安全のために設けられる防護壁５は、床壁６と円筒状の外周壁７とを備えている。床壁６は、地面上に支持されている。床壁６と外周壁７は、コンクリート（鉄筋入り）で製作されている。天井壁７に一体に庇状に、天井壁としての蓋８がコンクリートで形成されている。蓋８は、環状・リング状に形成されている。蓋８は、開口９を有している。蓋８の最小内径は、開口９の最小半径としてｒで示されている。開口の断面形状は、円に限られず、多角形、楕円であることができる。開口の断面形状が円であれば、蓋８の最小直径は２ｒである。
【００１５】
図１は、回転軸１が概ね最高角速度で回転してバケット４が振り上がって概ね水平向きになった回転状態を示している。図２は、回転軸１が静止してバケット４が回転腕３から垂れ下がって鉛直向きになって吊り下げられている静止状態を示している。図３は、回転状態の回転器械１の最大直径を示している。その最大直径は、２Ｒ１で示されている。図４は、静止状態の回転器械１の最大直径を示している。その最大直径は、２Ｒ２で示されている。この場合、最大直径２Ｒ１，２Ｒ２はバケット４に関する最大直径に一致している。回転器械は多様であり、静止時には最大直径を持つ機械部分はバケットに限られない。
【００１６】
このようなｒとＲ１とＲ２との間には、次式の関係が与えられている。
Ｒ２＜ｒ＜Ｒ１、又は、Ｒ２＝ｒ＜Ｒ１・・・（１）
このような関係があれば、回転時にはバケット４は概ね蓋８で覆われており安全であり、図２に示されるように、載荷物体Ｍの搬入とバケット４への載荷には、支障がない。
【００１７】
図５は、本発明による遠心力実験装置の実施の他の形態を示している。図５に示される蓋８は、図１に示される既述の蓋８と、その下面の形状の点で異なっている。この蓋８は、それの下側面は、内側がより高い位置にある斜面１１に形成されている。蓋８の下側面が連続面として形成されている場合には、斜面１１は円錐面に一致している。蓋８は、図１のものも図５のものも、完全にソリッドである必要はなく、網の目状、多穴状に形成され得て、鋼製網が用いられ得る。
【００１８】
図６は、本発明による遠心力実験装置の実施の更に他の形態を示している。図６に示される防護壁７は、図５に示される既述の外周壁７と同様に、地盤中に埋められて形成されている。このような外周壁７は、ピットといわれる。図５と図６に示される蓋８は、地面ＧＳよりやや高く盛り上がって外周壁７と一体に形成されている。
【００１９】
図７と図８は、本発明による遠心力実験装置の実施の更に他の形態を示している。図７は回転時を示し、図８は静止時を示している。これらの図で、ｒ、Ｒ１、Ｒ２は、既述のそれらの定義により規定されている。式（１）の関係は変わらないが、図７のｒは図１，５，６のｒよりも大きい。この実施の形態では、載荷物体Ｍがより大径側のルートで外周壁７の中へ搬入され、図１０に示されるように、その載荷物体Ｍは１半径上で外側から内側に向かうルートでバケット４の中に搭載・載荷され得る。この実施の形態では、搬入性・搬出性がよい。搬入物の半径方向幅（最大）がＷで表され、下記条件：Ｒ２＋Ｗ＜ｒが満たされれば、搬入ルートが拡大する。
【００２０】
図９は、本発明による遠心力実験装置の実施の更に他の形態を示している。この実施の形態の蓋８には、リング状の鋼製Ｌ型アングル材が用いられている。蓋８は、回転器械室内で飛散する飛散物体の外部への飛散を防止し、且つ、地面ＧＳ上の物体が回転器械室に侵入することを防止している。鋼製アングル材は、外周壁７に取り付け易く、且つ、取り外し易い。
【００２１】
本発明による遠心力実験装置は、実施の形態に示されるように、下記作用・効果がある。
（１）回転体から飛散したものの大部分は、接線方向に飛散し、垂直上方への速度成分は回転面（水平面）内の速度成分に比べて小さいので、万一防護壁から飛び出そうとするものも、環状鍔部の蓋に衝突した後に防護壁に向かって跳ね返る。
（２）全面蓋と比較して防護壁上部付近だけに設けられているの蓋は、質量が小さくて自重が小さいので、強度上も小さくてよく、コストが低減される。
（３）ｒ＞Ｒ２であるから、回転器械全体の開口部からそのまま搬入することができ、据え付けも容易である。
（４）ｒ＞Ｒ２であるから、内部の爆発等による圧力変動を開放することができる。
（５）ｒ＞Ｒ２であるから、回転器械の状況を外部から確認することができる。運転状況に異常がないか、回転体の運転準備ができているかどうか、異音がしていないかどうか、内部に人がいるかどうかの確認が容易である。万一中に人がいる場合、声を出せば聞こえることは安全対策上無視してはならない重要な点である。
（６）Ｒ１＞ｒであるから、回転器械の最外周と防護壁の隙間から飛散して外部に飛び出すことを防止することができる。
（７）安全を重視しなければならない装置では、図１に示されるように、できるだけ、開口を小さく設定し、回転体の搭載物を見たい時は、図７に示されるように、開口を大きくすればよい。
（８）上方の開口が広くて搭載物の搭載作業が容易である。
（９）遠心機が静止しているときには、環状蓋の上部を通路として用いることができ、スペースを有効に使用することができる。
（１０）図９に示されるように、通常の防護壁に後から追加工事により蓋を容易に取り付けることができる。
（１１）防護壁の安全性が高くなるので、周辺の緩衝スペースを小さくすることができる。
（１２）遠心機の能力アップの改造を実行するとき、防護壁を壊して作り直す必要がない。
（１３）追設工事が容易でありコストが低く、工事期間が短く、メインテナンスが容易であり、実用性が高い工法が提供され得る。
【００２２】
【発明の効果】
本発明による遠心力実験装置は、蓋の開口の度合いが適正であり安全性を確保した上で開口の利用性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による遠心力実験装置の実施の形態を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明による遠心力実験装置の実施の他の形態を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明による遠心力実験装置の実施の更に他の形態を示す平面図である。
【図４】図４は、本発明による遠心力実験装置の実施の更に他の形態を示す平面図である。
【図５】図５は、本発明による遠心力実験装置の実施の更に他の形態を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明による遠心力実験装置の実施の更に他の形態を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明による遠心力実験装置の実施の他の形態を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明による遠心力実験装置の実施の更に他の形態を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明による遠心力実験装置の実施の更に他の形態を示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明による遠心力実験装置の実施の更に他の形態を示す断面図である。
【図１１】図１１は、公知装置を示す断面図である。
【図１２】図１２は、他の公知装置を示す断面図である。
【図１３】図１３は、更に他の公知装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１…回転器械部分
２…回転軸
３…回転腕
４…バケット
５…防護壁
８…蓋
９…開口
１１…斜面

Claims (5)

1. 回転器械部分と、
   前記回転器械部分が回転する領域である周域を覆う防護壁とを含み、
   前記回転器械部分は、
   回転軸と、
   前記回転軸に結合する回転腕と、
   前記回転腕の径方向に外側に揺動自在に遠心力と重力を受けて吊り下げられるバケットとを備え、
   前記防護壁は、前記周域より鉛直方向に上方に配置される蓋を備え、
   前記蓋の最小内径と前記回転軸の回転軸心線との間の距離がｒで表され、
   前記回転器械部分の回転時の最大外径と前記回転軸心線との間の距離がＲ１で表され、
   前記回転器械部分の静止時の最大外径と前記回転軸心線との間の距離がＲ２で表され、下記条件：Ｒ２＜ｒ＜Ｒ１、又は、Ｒ２＝ｒ＜Ｒ１
   が満たされている
   遠心力実験装置。
2. 請求項１において、
   前記蓋は、環状のＬ型鋼で形成されている
   遠心力実験装置。
3. 請求項１において、
   前記蓋の下側面は、内側が外側より高い位置にある斜面に形成されている
   遠心力実験装置。
4. 請求項１において、
   前記バケットに載荷される載荷物体が静止中の前記バケットの側に吊り降ろされる際の前記載荷物体の半径方向の最大幅がＷで表され、
   下記条件：Ｒ２＋Ｗ＜ｒ
   が更に満たされている
   遠心力実験装置。
5. 請求項４において、
   前記バケットは、前記回転軸心線に関して軸対称に２つが配置され、
   下記条件：２・Ｒ２＜２・ｒ＜２・Ｒ１、又は、２・Ｒ２＝２・ｒ＜２・Ｒ１
   が更に満たされている
   遠心力実験装置。

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