JP3721663B2

JP3721663B2 - 回転震源装置

Info

Publication number: JP3721663B2
Application number: JP29665696A
Authority: JP
Inventors: 吉二長谷; 義則小金井; 秀昭長浜
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1996-11-08
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2016-11-08
Also published as: JPH10142344A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地質構造探査を目的として、地面に設置し地震波に相当する微弱な振動を連続して発生させる回転震源装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
従来、人工的に発生させた地震波の伝搬を観測して地質構造を探査する地質構造探査システムでは、人工地震を発生させるための方法として、ダイナマイト等の爆薬を地中で爆発させて、単発的な地震波を発生することがある。しかしながら、爆薬を用いた方法では、得られる地震波が単発でしかも全方向の振動であるため、広範囲の地質構造の変化を長期間連続的にモニタするシステムには不適当であった。そこで、連続的に地震波を発生する方法として、油圧や空圧または電磁力を用いて錘を機械的に往復運動させることにより連続的に微弱な地震波を発生する方法が提案されている。しかしながら、これらの機械的な振動発生方法についても、連続した地震波を得ることができるものの、その加振力と周波数を任意に設定してその振動を高精度に連続再現することができなかった。また、機械的に振動を発生させる場合、騒音がともなうため、設置位置に制限を受けるという問題があった。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
そこで上記課題を解決するために、請求項１の発明は、互いに偏心量が等しい１対の偏心ロータを回転軸を平行にして軸支するとともに、両偏心ロータの偏心部の位置が互いに対称となるように位相を合わせて両偏心ロータを反対方向同一回転速度で駆動することにより、１軸方向に往復する地震波を連続して発生させる。
【０００４】
また、請求項１の発明では、前記偏心ロータを、偏心ロータ本体と偏心錘との分割構造ににして、偏心ロータ本体の半径方向に偏心錘を移動自在に支持することにより、偏心ロータの偏心量の調整を可能にする。
【０００５】
更に、請求項１の発明では、偏心ロータ本体の半径方向に雌ねじ孔を形成するとともに偏心錘の外周に雄ねじ部を形成してこれらの雌ねじ孔及び雄ねじ部を螺着することにより、偏心錘の偏心位置の調整を可能にする。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に係る発明の偏心錘をねじ軸方向に２分割した構造とし、両者を相対的に当接方向に回転可能にすることにより偏心錘の緩み止めとする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の実施形態の一部を破断して内部構造を示した平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線断面図である。これらの図において、１，２は偏心ロータであるところの回転体であり、軸受け３〜６を介してケーシング７内に、互いに平行に支持されている。回転体１，２の中間部には、大径部が形成され、その大径部を半径方向に貫通して雌ねじ孔８，９が形成されている。雌ねじ孔８，９内には、外周部に雄ねじ部を形成した偏心錘１１，１２と偏心錘１３，１４がそれぞれ螺着されている。
【０００８】
回転体１，２の右端は、箱形のカップリングケース１５内に突設され、カップリング１６，１７を介して、ギヤボックス１８の出力軸１９，２０に接続されている。ギヤボックス１８の上部の左側面に、カップリングケース１５を貫通して回転体１と平行となる位置関係でサーボモータ１０が取り付けられ、サーボモータ１０の出力軸（図示せず）がギヤボックス１８内の駆動軸（図示せず）に接続されている。ギヤボックス１８内には、図２に示されるように、サーボモータ１０により駆動される大歯車２１と、この大歯車２１に噛合されて反対方向に駆動される大歯車２２が配設され、さらに大歯車２１，２２に、その半分の歯数の小歯車２３，２４が噛合されている。
【０００９】
この小歯車２３，２４はそれぞれ出力軸１９，２０に接続されている。すなわち、このギヤボックス１８は、入力されたサーボモータ１０の回転を、回転方向を互いに反対にして２系統に分割するとともに、半分の回転速度に減速し出力軸１９，２０に出力する。出力軸１９，２０の回転は、カップリング１６，１７を介して回転体１，２に伝えられる。さらに、ギヤボックス１８の側面には、サーボモータ１０と平行に、振動方向を変更する場合のカプラー２６への取付のためダミーブロック２５が設置されている。また、ケーシング７およびギヤボックス１８は、箱形をしたカプラー２６に複数のＬ金具２７により一体的に固定されている。このカプラー２６を地面に取り付けることにより、発生した振動が地面に伝達される。
【００１０】
図４は、図１の回転体１の大径部を拡大して示した外観図であり、図５は図４のＣ−Ｃ線断面図である。図示されるように、回転体１の大径部の雌ねじ孔８が形成された部分の一端側が切除され、回転体１自体が偏心されている。また、雌ねじ孔８内には、内側に偏心錘１１が、外側に偏心錘１２がともに緩まないように互いに当接された状態で支持されている。偏心錘１１の中心部の外側面には、六角レンチを差し込むための六角穴１１ａが形成され、また、偏心錘１２の中心部には、六角穴１１ａよりも大径の透孔１２ａが形成され、さらにその透孔１２ａの両外側に２本爪の専用スパナを差し込むための透孔１２ｂ，１２ｃが形成されている。
【００１１】
すなわち、回転体１の偏心量を調整する場合は、透孔１２ａを介して、偏心錘１１の六角穴１１ａに六角レンチを差し込んで回転させて偏心錘１１の半径方向の位置調整をするとともに、偏心錘１２の透孔１２ｂ，１２ｃに、専用スパナを差し込んで、偏心錘１２の半径方向の位置調整をする。両者の位置調整がすんだら、互いが押圧される方向に強制的に回転させてロックする。それにより、回転体１の回転中に偏心錘１１，１２が緩まないように支持される。このようにして偏心錘の調整は、比較的簡単に調整することが可能となる。
【００１２】
また、回転体２についても、その雌ねじ孔９の部分は、同じ構造に形成されている。なお、回転体１の回転軸に対する偏心錘１１，１２の位置（偏心位置）は、もう一方の回転体２の偏心錘１３，１４の偏心位置と一致させておくものとする。また、回転体１，２をカップリング１６，１７を介してギヤボックス１８に接続する際は、回転体１の雌ねじ孔８と、回転体２の雌ねじ孔９との回転方向の位置すなわち両者の偏心錘の位相が、互いに対称となるようにしておく。
【００１３】
次に、このようにして組立てられた回転体１，２より発生する振動について説明する。図６のように、回転体１，２の切除部の分を含んだそれぞれの偏心錘の総質量をともにｍとし、そのｍの回転軸からの偏心距離すなわち回転半径をともにｒとし、回転体１の回転角速度をωとし、回転体２の回転角速度を−ωとし、回転体１，２を座標軸上に水平に配設して互いの位相が対称となるようにして回転駆動すると、回転体１，２を支持しているケーシング７に加振力Ｆが発生するが、その１軸分の成分、ここではＸ軸方向については、回転体１，２の振動が互いに相殺されてＸ軸方向成分Ｆｘが０となる。それに対してＹ軸方向については、回転体１，２の振動が加算され、Ｙ軸方向成分Ｆｙは次式のようになる。
【００１４】
【数１】
Ｆｙ＝２・ｍ・ｒ・ω²・ｓｉｎ（ωｔ）
【００１５】
その結果、この振動は、Ｙ軸方向にのみ往復する振動となる。また、この実施形態の回転震源装置を実際の地質構造探査システムに設置する場合は、図のＹ軸方向を地盤に加える振動方向となるように配置すればよい。
また、数式１からわかるように、発生する振動の大きさは、偏心錘の総質量ｍとその回転半径ｒの積ｍｒに比例する。このｍｒを以下偏心量と称すると、実施形態の回転体１，２の間では、互いの偏心錘の質量ｍの値に違いがあっても、回転半径ｒを変えることで両者の偏心量を一致させることができる。なお、当然ながら、回転体１，２の偏心量が互いに異なる場合は、Ｘ軸の振動成分Ｆｘが完全に相殺されずに残り、２軸分の成分を有する楕円振動となる。
【００１６】
図７は、図１の実施形態から、説明のためカプラー２６を除去した状態の外観斜視図である。この図では、回転体１，２を収納しているケーシング７の部分から上下方向の振動が発生するため、ケーシング７の下面にカプラー２６を取り付けることで、地面に対して垂直方向の振動を加えることができる。また、地面に対して水平方向の振動を加えたい場合は、図中の右方からケーシング７の右端面およびダミーブロック２５の右端面に、Ｌ金具２７を用いてカプラー２６を取り付けることで、地面すなわちカプラー２６と平行な振動を得ることができる。
【００１７】
このように、カプラー２６を着脱構造としておくとともに、ケーシング７およびダミーブロック２５にＬ金具２７の取り付け穴を備えておくことで、振動方向の変更が可能になる。また、この実施形態では、回転体１，２を駆動するためにサーボモータ１０を用いたので、回転体１，２の回転速度を任意に設定することができるとともに、周波数変動のない高品質の振動を得ることができる。その結果、この回転震源装置を用いた地質構造探査システムの観測精度を向上させることができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の回転震源装置によれば、平行に軸支した１対の偏心ロータを偏心部の位置が互いに対称となるように位相を合わせして両偏心ロータを反対方向同一回転速度で駆動することにより、１軸方向に往復する地震波を連続発生することが可能となる。その結果、この発明の回転震源装置を、地質構造の変化を長期間連続的にモニタするシステムに用いた場合、地震波に設定した加振力、振動数が高精度でしかも連続して保持されるため、システムの観測精度を飛躍的に向上することが可能となる。
【００１９】
また、偏心ロータを、偏心ロータ本体と偏心錘との分割構造にして、偏心ロータ本体に半径方向に雌ねじ孔を形成するとともに、偏心錘の外周に雄ねじ部を形成し、両者を螺着することにより、偏心錘の半径方向移動が可能となり、偏心ロータの偏心量の調整が可能になる。
さらに、偏心錘をねじ軸方向に２分割した構造とし、両者を相対的に当接方向に回転可能にして偏心錘の緩み止めとすることにより、偏心量の調整操作が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の一部を破断して内部構造を示した平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図１の回転体の大径部を拡大して示した外観図である。
【図５】図４のＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】実施形態における振動の発生を説明する図である。
【図７】図１の実施形態からカプラーを除去した状態の外観斜視図である。
【符号の説明】
１，２回転体
３〜６軸受け
７ケーシング
８，９雌ねじ孔
１０サーボモータ
１１偏心錘
１１ａ六角穴
１２偏心錘
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ透孔
１３，１４偏心錘
１５カップリングケース
１６，１７カップリング
１８ギヤボックス
１９，２０出力軸
２１，２２大歯車
２３，２４小歯車
２５ダミーブロック
２６カプラー
２７Ｌ金具

Claims

互いに回転軸を平行にして軸支されるとともに偏心量が等しい１対の偏心ロータと、この両偏心ロータの偏心部の位置が互いに対称となるように位相を合わせて両偏心ロータを反対方向同一回転速度で駆動する偏心ロータ駆動手段と、を備え、
偏心ロータ本体と偏心錘とを分割構造にし、かつ、偏心ロータ本体の半径方向に雌ねじ孔を形成するとともに偏心錘の外周に雄ねじ部を形成してこれらの雌ねじ孔及び雄ねじ部を螺着し、偏心ロータ本体の半径方向に偏心錘を移動自在に支持したことを特徴とする回転震源装置。
請求項１記載の回転震源装置において、
偏心錘をねじ軸方向に２分割した構造とし、両者を相対的に当接方向に回転可能にして偏心錘の緩み止め手段としたことを特徴とする回転震源装置。