JP3911638B2

JP3911638B2 - 傾斜計

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Publication number: JP3911638B2
Application number: JP2005189549A
Authority: JP
Inventors: 茂治郎清水; 常生山内
Original assignee: Nagoya University NUC; Tokai National Higher Education and Research System NUC
Current assignee: Nagoya University NUC; Tokai National Higher Education and Research System NUC
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2025-06-29
Also published as: JP2007010402A

Description

本発明は傾斜計に関する。例えば、振子型傾斜計のように地中の岩盤の傾斜を検出するのに好適な傾斜計に関するものである。

地中の岩盤の傾斜度合いを測定する手法として、地中深くボアホールと呼ばれる孔を掘削し、ボアホールの壁に傾斜計を固定し、傾斜に基づく信号より傾斜度合いを検出する手法が広く用いられている（例えば、特許文献１乃至５参照）。この傾斜計の例として、鉛直振子型の傾斜計が知られている。この傾斜計は、振子を吊り下げた状態での振子の鉛直方向からずれ変位を測定し、ずれ変位よりボアホールの傾斜を検出するものである。

また、フィードバック型と呼ばれる傾斜計は、電気的な力を振子に加えて、振子を基準の位置に戻すために必要な電気力を測定し、この電気力よりボアホールの傾斜度合いを検出するものである。
特開２００５−３０７９６号公報特開平８−１８４４０４号公報特開平８−１１０２２５号公報特開２０００−２３０９３５号公報特開２０００−２８３７６２号公報

上述した傾斜計はいずれも、ボアホールに固定される基部と、振子運動を行う質量体と、固定端側で基部に接続され、自由端側で質量体に接続され、両者を連結する連結部よりなるものである。このような従来の傾斜計では、基部、連結部および質量体が別部材により形成された後、機械的に組付けられるため、構造が複雑となる問題があった。これは、特に、深さ１０００メートルを越えるようなボアホールを形成する場合、小さなボアホール径（直径０．１から０．１５メートル）内に傾斜計を固定する際に顕著な問題となる。また、機械的に組付けられる構造のため、機械的組付部分の摩擦状態の変化により傾斜計の検出精度が悪化するという問題もあった。

そこで、本発明の目的は、傾斜計の基部、腕部および振子部を一枚の板状体から形成することにより、簡易な構造の傾斜計を実現し、検出精度の高い傾斜計を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１に係る発明は、基部と、
前記基部の下方に位置し、前記基部に対して振子運動を行う質量体と、
前記基部と前記質量体を連結し、かつ前記基部に対する前記質量体の振子運動を所定の一方向に規制する連結部と、
前記基部に固定され、前記質量体の一方向への変位に基づく量を検出する変位量検出手段と、
前記変位量検出手段の検出信号より基部の傾斜を特定する傾斜計であって、
前記基部、前記質量体および前記連結部は、一枚の板状体から打ち抜き成形されるものであることを特徴とする傾斜計によって構成される。

上記の構成によれば、基部、連結部および質量体は一枚の板状体から打ち抜き成形され、連結部によって基部と質量体は連結された状態となる。この状態で岩盤の傾斜が変化すると、その傾斜が基部に伝えられる。基部に対して振子運動を行う質量体は常に鉛直下方向（重力の方向）に垂下されているので、基部が傾斜すると、基部に対する相対的な位置が変位することとなる。この変位が変位量検出手段によって検出され、当該変位量検出手段の検出結果が検出信号として出力され、この検出信号より岩盤の傾斜度合いが検出されるものである。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の傾斜計において、前記連結部は、板状に形成されることを特徴とする傾斜計によって構成される。これにより、基部に対する質量体の振子運動がより確実に一方向へ規制されることとなる。

また、請求項３に係る発明は、請求項１ないし２に記載の傾斜計において、前記質量体の変位量を拡大して出力する変位量拡大手段をさらに備え、
前記変位量検出手段は、前記変位量拡大手段によって拡大された変位量を検出するものである傾斜計によって構成される。
これにより、傾斜計の感度が増大することとなる。

また、請求項４に係る発明は、請求項３に記載の傾斜計において、
前記変位量増大手段は、梃子の作用により前記質量体の変位量を拡大するものであることを特徴とする傾斜計によって構成される。
これにより、簡易な構成で変位量を拡大し、傾斜計の感度を増大することができる。

請求項５に記載の発明では、前記変位量拡大手段は、前記質量体から膨出し前記基部側へ延びるアームと、該アームにおいて中心よりも前記質量体側の部分を支持するヒンジであって、前記基部に固定されるヒンジとを備え、前記質量体の変位が前記ヒンジを支点とした前記アームの自由端側の変位に拡大されるように構成される。
このように構成された傾斜計によれば、変位量拡大手段を構成するアームが質量体から基部側へ伸びて両者の間に収納されているので、傾斜計をコンパクトに維持したまま、その感度を向上させることができる。また、アームは梃子の作用をするようにヒンジで支持されているので、その自由端の変位方向は質量体の変位方向と逆方向になる。よって、ボアホールなど幅の制限された空間に配置される傾斜計においてより広いダイナミックレンジを確保できることとなる。
即ち、基部に対して振子運動するように連結された質量体においてそのダイナミックレンジは振子の振り幅によって制限されることとなる。当該振り幅と基部の傾斜との関係は基部から検出対象となる質量体までの距離に比例する。これに対し、質量体から基部側へ梃子式にアームを伸ばし、当該アームの自由端の変位を検出するようにすれば、基部から検出対象（アームの自由端）までの距離をより長くすることが出来るからである。

請求項６に係る発明は、基部と、前記基部の下方に位置し、前記基部に対して振子運動を行う質量体と、前記基部と前記質量体を連結し、かつ前記基部に対する前記質量体の振子運動を所定の一方向に規制する連結部と、前記質量体の変位量を拡大して出力する変位量拡大手段と、前記基部に固定され、前記変位量増大手段によって増大された変位量を検出する変位検出手段と、前記変位検出手段の検出信号より前記基部の傾斜を検出する傾斜計によって構成される。

上記において、振子運動とは、基部に対して質量体が常に鉛直下方（重力方向）へ垂下されている状態をいう。これにより、基部が傾斜した場合、基部と質量体との相対的な位置関係は振子運動のように変動することとなる。

本発明の傾斜計によれば、基部、連結部および質量体が一枚の板状体から形成されるものであるため、簡易な構造の傾斜計を得ることができ、傾斜計を安価に構成することができる。また、一枚の板状体から傾斜計が形成されるため、基部、連結部および質量体は機械的な摩擦部分が無く、検出精度の良い傾斜計を得ることができる。

本発明を実施するための第一の実施の形態を以下に詳細に説明する。図１は、第一実施形態の傾斜計２の設置状態を説明する概略図であり、傾斜計２は地中深く掘削されたボアホール４の底部に固定されている。一般的なボアホール４は、直径が０．１メートル程度、深さが１０００メートル程度である。なお、本実施形態では、傾斜計２がボアホール４に固定された例を開示するが、傾斜計２はボアホール４に限られず、地盤調査等に用いられるボーリング孔の傾斜度合いを測定する場合にも用いることができる。

図２は、傾斜計２の全体構成図であり、傾斜計２を分かり易く説明するための断面図である。傾斜計２は、ボアホール４に固定される図示しないハウジングを備えている。ハウジングは、後述するベース部６を内部に収容し、ベース部６とボルトで固定されるものである。

ベース部６の図中左側壁には、ボルト８によってセンサケース１０が固定されている。センサケース１０は、ベース部６に対して図２の左方に延出し、空間を形成している。空間が形成されたセンサケース１０の内壁には回転角検出用センサ１２が固定されている。回転角検出用センサ１２は、対向する位置にある回転体の回転角度を検出するものであり、回転体が回転により発生する磁気の変化を検出信号として出力するものである。回転角検出用センサ１２の検出信号は、センサ入出力線１４を介してセンサケース１０の外部に導出され、ボアホール４の上の地表まで送られる。

ベース部６の下部には、図２の左右方向に貫通する穴が設けられており、当該穴の外径側の壁にベアリング１６のアウターレースが固定されている。また、ベアリング１６のインナーレースには中空状のシャフト１８が固定されており、シャフト１８はベース部６に対して相対回転可能とされている。

シャフト１８の左端には回転角検出用発磁体２０が固定されており、シャフト１８の回転に同期して回転角検出用発磁体２０も回転する。この回転角検出用発磁体２０は、回転角検出用センサ１２に対向する位置に配置されており、回転角検出用センサ１２は、シャフト１８の回転角に基づく検出信号を出力する。

ベース部６に対して相対回転可能とされたシャフト１８には、傾斜計設置部２２が固定されており、この結果、傾斜計設置部２２はベース部６に対して揺動可能とされている。また、傾斜計設置部２２には後述する傾斜計本体部５０が設置されている。

ベース部６の右側壁には、ボルト２４によってモータ支持部材２６が固定されている。モータ支持部材２６は、ベース部材６に対して右方に延出したのち、下方でモータ固定ネジ２８を介してモータ３０を支持するものであり、これにより、モータ３０はベース部６に固定支持されることになる。

モータ３０の回転軸にはボス３２が固定されている。ボス３２の先端には、凸状の凸部３４が設けられており、この凸部３４は、ボス３２の軸線上に対向する位置に配置された傾斜計固定用ネジ３６の先端部の凹部３８に係合している。

傾斜計固定用ネジ３６は、ベース部６に設けられたベース部孔４０を図２の左右方向に貫通している。さらに傾斜計固定用ネジ３６は、傾斜計設置部２２に設けられた設置部孔４２をも図２中左右方向に貫通するものである。ベース部孔４０の図中左部分の内壁には、傾斜計固定用ネジ３６のネジ部と螺合する螺合溝４４が形成されている。また、ベース部６の螺合溝４４の上方はヒンジ部４６とされており、螺合溝４４の下方はベース部の押え部４８が形成されている。この構成により、傾斜計固定用ネジ３６が回転するとヒンジ部４６を支点として押え部４８が傾斜計設置部２２と当接し、傾斜計設置部２２はベース部６に所定の揺動位置において固定されることになる。

次に図２の３−３´線に沿って見た断面図を図３に示し、図３を用いてベース部６と傾斜計設置部２２の相対位置関係について説明する。図３にあるように、傾斜計設置部２２の設置部孔４２は傾斜計固定用ネジ３６の外径よりも大きく、かつ、傾斜計設置部２２がベース部６に対して揺動可能とされるように長孔とされている。これにより、設置部孔４２に対して固定用ネジ３６がフリーの状態では傾斜計設置部２２が自動的に鉛直下向きとなる。この状態でモータ３０を駆動させることより、押え部４８が傾斜系設置部２２と当接して傾斜計設置部２２を鉛直下向きとなった状態に維持する。

次に図４を用いて傾斜計本体部５０の構造について詳細に説明する。図４は傾斜計本体部５０の正面図である。なお、図４の上下方向は略鉛直方向を示すものとし、本実施形態の傾斜計本体部５０は、鉛直方向に後述する基部５２、質量体６０およびアーム６６が並んで配置されるものとする。傾斜計本体部５０は、傾斜計設置部２２に固定される基部５２と、基部５２から可撓ヒンジ５４を介して連結される連結部としての腕部５６と、腕部５６から可撓ヒンジ５８を介して連結される質量体６０より構成される。傾斜計本体部５０は、板状の弾性体で構成されるブロック材をワイヤー放電加工、レーザ加工等の手法によりカットされて形成されるものである。なお、本実施形態の傾斜計本体部５０は、板状の弾性体より構成されるものであるが、傾斜計本体部５０は、図４の紙面に垂直な方向へ撓むことがない程度の板厚を有しており、これにより、各ヒンジ部は、紙面に垂直な方向に向く一本の軸として作用することになる。したがって、腕部５６および質量体６０等は、各ヒンジ部により、図４の紙面に平行な向きへ変位するように、変位の方向が規制される。

質量体６０には磁力線を発生する低感度用センサ発磁体６２が設けられ、これと対向する位置の基部５２に低感度用センサ６４が配置されている。低感度用センサ６４は傾斜計本体部５０が検出する傾斜度合いのうち、大きい傾斜度合いを検出するのに用いられ、比較的大きな傾斜度合いに対応した測定レンジが設定されている。

また、質量体６０と基部５２より形成される空間には、変位量拡大手段としてのアーム６６が設けられている。アーム６６は、質量体６０から質量体側ヒンジ６８を介して上方へ延びるように一体的に延設されている。また、アーム６６と基部５２の間には基部側ヒンジ７０が設けられている。この基部側ヒンジ７０はアーム６６において中心より質量体６０側に配置されている。よって、質量体６０の変位が、梃子の作用により、アームの自由端の変位に拡大される。

アーム６６の自由端には高感度用センサ発磁体７２が設けられており、これに対向する位置の基部５２に高感度用センサ７４が配置されている。高感度用センサは、傾斜計本体部５０が検出する傾斜度合いのうち、小さい傾斜度合いを検出するのに用いられ、小さな傾斜度合いに対応した測定レンジが設定されている。

なお、以上説明した傾斜計本体部５０の基部５２、可撓ヒンジ５４、腕部５６、可撓ヒンジ５８、質量体６０、アーム６６、質量体側ヒンジ６８および基部側ヒンジ７０はいずれも一枚の板状の材料から形成された一体的なものであり、一枚の材料から例えば、ワイヤー放電加工などの手法を用いて製作されるものである。

ここで、図５を用いてアーム６６の構成について詳しく説明する。図５はアーム６６と各ヒンジとの接続部の位置関係を示す図である。図５にあるように、質量体側ヒンジ６８から基部側ヒンジ７０までの距離はＬ１とされており、基部側ヒンジ７０からアーム６６の自由端である先端部までの距離はＬ２とされている。Ｌ１とＬ２の長さの関係はＬ１＜Ｌ２とされており、好ましくは、Ｌ２はＬ１の数倍から数十倍程度の長さとされる。

アーム６６は、基部側ヒンジ７０の付近で図５中右方に湾曲部７６が形成されており、さらに、この湾曲部７６と図中左方の基部５２の間にアーム支持部７８が形成されている。アーム支持部７８は、アーム６６の左右方向の移動を左右方向から支えるものであり、これにより、質量体６０の左方への変位がＬ２／Ｌ１倍されて高感度用センサ発磁体７２の右方への変位となる。同様に、質量体６０の右方への変位は、Ｌ２／Ｌ１倍されて高感度用センサ発磁体７２の左方への変位となり、これらの変位は高感度用センサ７２によって検出される。

次に、第一の実施形態の作用について説明する。図１にあるように、ボアホール４が地中深く形成された後、傾斜計２は、地表よりボアホール４に挿入され、底部でボアホール４の内壁に固定される。実際には、傾斜計２のハウジングがボアホール４の内壁に固定され、傾斜計２が地中の岩盤に固定されることになる。

ハウジングがボアホール４の内壁に固定された状態では、ベース部６と傾斜計設置部２２は相対的に揺動可能な状態とされている。したがって、ハウジングをボアホール４の内壁に固定した後、一定期間放置し、回転角検出用センサ１２の値を参照し、当該センサの値が一定値に収束することを確認し、傾斜計設置部２２が鉛直方向に沿うように設置するものである。これは、高精度の鉛直振子型の傾斜計は概ね水平に近い状態になるよう設置することが好ましく、これによりより精密に傾斜の観測ができるからである。

第一の実施形態の傾斜計４は、ハウジングがボアホール４の内壁に固定された状態では、ベース部６の押え部４８は傾斜計設置部２２に当接しておらず、シャフト１８がベアリング１６でベース部６に対して回転することにより、重力の力で傾斜計設置部２２は鉛直方向に沿って静止することとなる。傾斜計設置部２２が鉛直方向に沿って静止したか否かは、回転角検出用センサ１２の値が一定値に収束することで確認され、回転角検出用センサ１２の値はボアホール４の鉛直方向からの傾斜角に応じた値となる。

回転角検出用センサ１２の値が一定値に収束した後、傾斜計設置部２２を鉛直方向に保持するための作動が行われる。まず、モータ３０に電流が流され、モータ３０の回転軸に固定されるボス３２の凸部３４と凹部３８が係合し、傾斜計固定用ネジ３６が一方向に回転させられる。傾斜計固定用ネジ３６が一方向に回転させられると、ネジ作用により押え部４８が図中右方に移動し、ベース部６のヒンジ部４６が撓み、押え部４８が傾斜計設置部２２に当接させられ、傾斜計設置部２２はベース部６に固定されることになる。なお、押え部４８が傾斜計設置部２２に当接した後はモータ３０に流す電流は速やかにゼロとされる。

したがって、傾斜計設置部２２は鉛直方向を向いた状態でベース部６に固定されることになり、ボアホール４の傾斜角度によらず、傾斜計設置部２２を鉛直方向に向けた状態とすることができる。なお、ボス３２の凸部３４と傾斜計固定用ネジ３６の凹部３８は互いに係合するものであるが、隙間無く係合するものではなく、ある程度両者の間に遊びが設けられている。これは、モータ３０を所定角度正回転させて傾斜計設置部２２と押え部４８とを当接固定した後、小角度逆回転させてモータ３０を停止させたとき、固定用ネジ３６が戻らないようにするためである。このように、固定用ネジ３６の締結制御がモータ３０の回転角度の簡単な制御のみにより実行可能になる。

傾斜計設置部２２が鉛直方向に固定された後、傾斜計本体部５０を用いた傾斜の測定が行われる。傾斜計本体部５０は、基部５２はボアホール４に固定された状態のため、地殻変動等により岩盤が変動した場合は、基部５２が質量体６０に対して相対的に変位することになる。すなわち、質量体６０は慣性力により鉛直方向に向いた方向に留まっていようとするため、質量体６０と基部５２の間に変位が生じることとなる。この変位を低感度用センサ６４と高感度用センサ７４によって検出する。この変位を電子回路により微分して速度型の地震計の出力とし、さらに、その出力を微分して加速度計の出力とする。

低感度用センサ６４は磁気センサであり、低感度用センサ発磁体６２の発生する磁力の大きさの変化を、基部５２に対する質量体６０の図４中左右方向の変位として検出するものである。したがって、低感度用センサ６４の検出信号より、傾斜計本体部５０の傾斜度合いを検出することができる。なお、本実施形態では、基部５２に対する質量体６０の変位を磁気センサーを用いて検出したが、これに限らず、ドップラーセンサのように直接変位を測定しても良いし、電流を流して電界の変化により変位を検出するようにしても良い。

一方、高感度用センサ７４は、基部５２に対する質量体６０の変位を、図５にある構成を持って、Ｌ２／Ｌ１倍したものとして検出するものである。すなわち、傾斜計本体部５０が傾斜した場合、可撓ヒンジ５８の作用により、基部５２に対して腕部５６が変位し、さらに質量体６０が変位する。質量体６０が基部５２に対して変位すると、この変位は質量体側ヒンジ６８を介してアーム６６に伝達される。アーム６６に伝達された変位は、梃子の作用により、基部側ヒンジ７０で撓み、質量体６０の変位をＬ２／Ｌ１倍に拡大して、アーム６６の先端部にある高感度用センサ発磁体７２に伝達される。高感度用センサ７４は、高感度用センサ発磁体７２の磁力の変化を変位として検出し、検出された信号を傾斜計２の出力として地表に送出するものである。

したがって、高感度用センサの検出信号より、傾斜計本体部５０の微小な傾斜度合いを検出することができる。第一の実施形態では、アーム６６を用いているため、質量体６０の変位をＬ２／Ｌ１倍することができ、感度の良く傾斜度合いを検出することができる。

また、質量体６０の上部にアーム６６を形成しているため、質量体６０の下部にアーム６６を形成する場合に比べて、図４の上下方向（実際にはボアホール深さ方向）の傾斜計２の寸法を小さくすることができる。なお、一般的に、振子型傾斜計は、上部の基部と下部の振子である質量体の間に、質量体を吊り下げるための腕部が必要とされるが、第一の実施形態においては、アーム６６が腕部５６の間に形成されているため、図４の上下方向の空間をより有効に利用することができ、図４上下方向の傾斜計２の寸法を小さくすることができる。

また、第一の実施形態は、コンパクトに傾斜計２を構成することができるため、設置費用を安価にすることができる。すなわち、第一の実施形態の傾斜計２が用いられるボーリング孔で地球物理学的な総合観測をする場合、傾斜計、歪計、速度型地震計、加速度計、磁力計、温度計等が観測目的に応じて組み込まれる。これらの観測機器を組み込むには、それぞれの観測機器用のスペースが必要で、総合観測距離が長くなり、ボーリング孔への設置が難しくなり、高額の設置費用が必要になる。第一の実施形態の傾斜計２によれば、傾斜計と速度地震計、加速度計が併用できるため、総合観測装置を小型化することができ、設置経費を安くすることができる。

さらに、第一の実施形態の傾斜計本体部５０は、傾斜計本体部５０の基部５２、可撓ヒンジ５４、腕部５６、可撓ヒンジ５８、質量体６０、アーム６６、質量体側ヒンジ６８および基部側ヒンジ７０はいずれも一枚の材料から形成された一体的なものより構成されるため、各構成部分相互間の機械的な摩擦がなく、検出誤差の少ない傾斜計を実現することができる。また、第一の実施形態の傾斜計本体部５０は、一枚の板状の弾性材料からワイヤーカット加工で製作されるため、各構成部分が別々に製作される従来の傾斜計に比べ、製作を容易に行うことができる効果もある。

さらに、第一の実施形態の傾斜計２は、ベース部６に対して傾斜計設置部２２が揺動可能とされた後、固定される構造のため、ボアホール４が鉛直方向から傾斜している状態でも傾斜の測定が可能となる。一般的に、傾斜計２の設置には、ボアホール４の傾斜角度を、鉛直方向からプラスマイナス３°とすることが要求される。しかしながら、直径０．１メートル、深さ１０００メートル程度のボアホール４を上記の精度で掘削するには非常にコストがかかってしまう。本実施例の傾斜計２によれば、傾斜計２の傾斜角度の調整が可能であるため、ボアホール４を安価に掘削することができ、さらに、従来では傾斜が大きく、ボアホールとして利用できないようなボーリング孔もボアホールとして利用することができる。

また、第一の実施形態の傾斜計２は、従来傾斜計として用いられていたフィードバック型傾斜計に対して以下の利点がある。従来のフィードバック型傾斜計は、振子を所定の位置に戻すために電気力を用い、振子を所定位置に戻した後に測定を開始している。しかしながら、この傾斜計では、電流を消費することによる発熱の岩盤に与える影響を考慮する必要があった。すなわち、ボアホール内と周りの岩盤の熱平衡状態を待って測定を行う必要があったのである。これに対し、第一の実施形態の傾斜計２は、モータ３０を回転させるのに必要な電力を消費するだけであるので、電気力で振子を所定位置に戻す従来の傾斜計に対して発熱量が少なく、速やかに傾斜の測定を開始することができるという利点がある。

また、本実施態様の傾斜計２は、モータ３０の回転により、ベース部６に対する傾斜計設置部２２の相対的な揺動を可能とする構成であるため、測定中に大きく地盤が傾いた場合には、一旦、ベース部６に対して傾斜計設置部２２をフリーの状態、すなわち、揺動可能な状態にさせて傾斜計２を鉛直方向に沿う方向に向けた後、再度、モータを回転させて傾斜計設置部２２をベース部６に固定させることができる。これにより、地盤の変動が大きい場合でも、継続して傾斜度合いの測定を継続することができる。

また、第一の実施形態の傾斜計本体部５０の質量体変位量拡大部６６には、湾曲部７６が設けられており、その結果、質量体側ヒンジ６８と基部側ヒンジ７０が図４の上下方向の略一直線上に配置されるよう構成されている。これは、アーム６６は、質量体６０の変位量を梃子の原理を用いて拡大するものであるため、質量体側ヒンジ６８と基部側ヒンジ７０が略一直線上に配置されない場合に比べて、質量体６０の小さな変位量から大きな変位量までを所定の倍率（Ｌ２／Ｌ１）で正確に拡大することができるようになる。これにより、傾斜度合いを精度良く検出することができる。

また、第一の実施形態の傾斜計２は、ベース部６に対して傾斜計設置部２２が揺動可能とされる構成であるため、傾斜計２の内部の部材が経時劣化によって傾斜計の精度に影響を与えるようになった場合でも、ベース部６に対する傾斜計設置部２２の揺動位置を変化させることにより、傾斜計２の精度を良好に保つことができる。

次に、本発明の第二の実施形態について説明する。図６は第二の実施形態を説明するための図であり、第一の実施形態の図４に対応する図である。第二の実施形態の構成の多くの部分は第一の実施形態の図１乃至図３、および図５と同様であるため、第一の実施形態と同じ構成は、第一の実施形態と同じ図番を用いて詳細な説明は省略する。図６において、傾斜計本体部５０は、アーム６６の上端部に、アーム６６の変位を検出するための変位センサ用発磁体８０と変位センサ８２を備えるものである。第一の実施形態では２つの変位センサ、すなわち低感度センサ６４と高感度センサ７４を備える傾斜計本体部５０について説明したが、第二の実施形態においては、質量体６０の変位を検出するためのセンサを省略し、アーム６６の変位を検出する変位センサ８２のみが設けられている。したがって、第二の実施形態においても、変位センサ８２の検出値より傾斜計本体部５０の傾斜度合いを測定することができる。また、第二の実施形態においては、第一の実施形態よりもセンサの数を１つ減らすことができるため、コストを低減することができるという効果がある。

次に、第三の実施形態について図７を参照して説明する。図７は第三の実施形態を説明するための図であり、第一の実施形態の図４に対応する図である。第三の実施形態の構成の多くの部分は第一の実施形態の図１乃至図３と同様であるため、第一の実施形態と同じ構成は、第一の実施形態と同じ図番を用いて詳細な説明は省略し、異なる構成について説明する。

図７において、傾斜計本体部５０の基部５２は、基部５２から左方に延びる基部側ヒンジ８４を介してアーム６６を支持している。基部側ヒンジ８４の上方には、アーム６６と質量体６０を接続する質量体側ヒンジ８６がアーム作用部８８を介して配置されている。アーム６６の上端には第一の実施の形態と同様に高感度センサ用発磁体７２が設けられており、これに対向する位置の基部５２に高感度用センサ７４が固定されている。

次に、図８を用いて、第三の実施形態のアーム６６の構成について詳細に説明する。図８はアーム６６と各ヒンジとの接続部の位置関係を示す図である。図８にあるように、基部側ヒンジ８４から質量体側ヒンジ８６までの距離はＬ３とされており、質量体側ヒンジ８６からアーム６６の自由端である先端部までの距離はＬ４とされている。Ｌ３とＬ４の長さの関係はＬ３＜Ｌ４とされており、好ましくは、Ｌ４はＬ３の数倍から数十倍程度の長さとされる。

第三の実施形態においては、質量体６０と接続する質量体側ヒンジ８６がアーム６６の下端ではなく中央部側でアーム６６と接続されている点で、質量体側ヒンジ６８がアーム６６の下端に接続される第一の実施形態と異なっている。すなわち、第三の実施形態では、アーム６６を梃子に例えると、支点が基部側ヒンジ８４であり、質量体６０からアーム６６に及ぼされる力が作用する点（力点）が質量体側ヒンジ８６の部分であり、力点が支点よりもアーム６６の中央部側にある。一方、第一の実施形態では、図５において、支点は基部側ヒンジ７０であり、力点は質量体側ヒンジ６８であり、支点が力点よりもアーム６６の中央部側にある。

第三の実施形態においては、質量体６０が基部５２に対して左方に変位した場合、基部側ヒンジ８４を支点としてアーム６６が左方に変位し、高感度用センサ７４の出力より傾斜度合いを検出する。本実施形態では、図８にあるように、アーム６６に接続される各ヒンジの位置関係より、質量体６０の変位をＬ４／Ｌ３倍に拡大してアーム６６に出力するものである。これにより、傾斜計本体部５０の微小な傾斜度合いの変化を精度良く検出することができる。

また、第三の実施形態のアーム６６は、力点が支点よりもアーム６６の中央部側にあるため、第一の実施形態に比べて、質量体６０の変位をより大きく拡大することができる。例えば、第一の実施形態と第三の実施形態のアーム６６の長さをともに５とし、支点から力点までの長さをともに１とする。これによれば、第一の実施形態では、Ｌ１＋Ｌ２＝５であるため、Ｌ１＝１、Ｌ２＝４となる。一方、第三の実施形態では、Ｌ３＝１、Ｌ４＝５となる。この場合、第一の実施形態では、質量体６０の変位量の拡大倍率は、Ｌ２／Ｌ１＝４となるが、第三の実施形態では、Ｌ４／Ｌ３＝５となり、質量体の変位をより大きく拡大することができる。

また、第三の実施形態では、質量体６０が動く方向とアーム６６が動く方向が同じ方向であるため、第一および第二の実施形態に比べて、急激に傾斜度合いが変化するような場合でも、精度良く傾斜変化を検出することができる。急激に傾斜の向きが変わるような地殻変動の場合、アーム６６にも地殻変動の影響が及ぼされ、アーム６６にも慣性力が働く。第一および第二実施形態では、質量体６０の向きとアーム６６の向きが逆方向であるため、アーム６６は本来アーム６６に及ぼされる慣性力と逆の方向に動くことになり、高い周波数の傾斜度合いの変動に追従し難くなる場合がある。これに対し、第三の実施形態（および後述する第四の実施形態）では、質量体６０が動く方向とアーム６６が動く方向が同じ方向であるため、アーム６６は傾斜度合いの高周波変動に追従することができ、精度良く傾斜度合いの変化を検出することができる。

次に、第四の実施形態について説明する。図９は第四の実施形態を説明するための図であり、第一の実施形態の図４に対応する図である。第四の実施形態の構成の多くの部分は第三の実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。図９において、傾斜計本体部５０は、アーム６６の上端部に、アーム６６の変位を検出するための変位センサ用発磁体８０と変位センサ８２を備えるものである。したがって、第四の実施形態においては、第三の実施形態よりもセンサの数を１つ減らすことができるため、第三の実施形態よりもコストを低減することができるという効果がある。

なお、上述の第一乃至第四の実施形態においては、傾斜計本体部５０は鉛直方向と平行な方向、すなわち、図４の紙面に平行な線を鉛直方向とすると、板状の傾斜計本体部５０の板状面を図４の紙面に平行な面となるように説明したが、傾斜計本体部５０が配置される板状面はこれに限らず、図４の紙面に対して非平行な面に平行に配置することも可能である。すなわち、図４の質量体６０側が紙面より手前側に、基部５２側が紙面により奥側に配置されるようにすることも可能である。このような配置にした場合、傾斜計本体部５０を鉛直方向に平行に配置する場合に比べて、感度良く傾斜の変化度合いを検出することができる。なお、傾斜計本体部５０を図４の紙面に対して非平行な面に配置する場合、鉛直方向に対して傾斜計本体部５０の板状面が垂直に近いほど、感度良く傾斜変化を検出することができる。

なお、本実施形態では、ボアホール４内に固定された傾斜計２に本発明が適用された例について説明したが、これに限らず、基部とこれに対して変位する変位部を用いて測定されるすべての検出装置に本発明を適用することができる。例えば、速度型地震計、加速度計に本発明を適用しても良いことはいうまでもない。

本発明に係る傾斜計の本実施形態における設置状態を示す概念図である。本発明に係る傾斜計の本実施形態における全体構成図である。本発明に係る傾斜計の本実施形態における断面を示す図である。本発明に係る傾斜計の要部を示す構成図である。本発明の傾斜計の要部構成図の長さ関係を示す概略図である。本発明に係る傾斜計の第二の実施形態の要部を示す構成図である。本発明に係る傾斜計の第三の実施形態の要部を示す構成図である。本発明の傾斜計の要部構成図の長さ関係を示す概略図である。本発明に係る傾斜計の第四の実施形態の要部を示す構成図である。

符号の説明

２傾斜計
４ボアホール
６ベース部
１０センサケース
１８シャフト
２２傾斜計設置部
２６モータ支持部材
３０モータ
４８押え部
５０傾斜計本体部
５２基部
５４可撓ヒンジ
５６腕部
５８可撓ヒンジ
６０質量体
６６アーム
７６湾曲部

Claims

基部と、
前記基部の下方に位置し、前記基部に対して振子運動を行う質量体と、
前記基部と前記質量体を連結し、かつ前記基部に対する前記質量体の振子運動を所定の一方向に規制する連結部と、
前記基部に固定され、前記質量体の一方向への変位に基づく量を検出する変位量検出手段と、
前記変位量検出手段の検出信号より前記基部の傾斜を特定する傾斜計であって、
前記基部、前記質量体および前記連結部は、一枚の板状体からカットされて形成されるものであることを特徴とする傾斜計。
前記連結部は、板状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の傾斜計。
前記質量体の変位量を拡大して出力する変位量拡大手段をさらに備え、
前記変位量検出手段は、前記変位量拡大手段によって拡大された変位量を検出するものである請求項１又は２に記載の傾斜計。
前記変位量拡大手段は、梃子の作用により前記質量体の変位量を拡大するものであることを特徴とする請求項３に記載の傾斜計。
前記変位量拡大手段は、前記質量体から膨出して前記基部側へ延びるアームと、該アームにおいて中心よりも前記質量体側の部分を支持するヒンジであって、前記基部に固定されるヒンジを備え、前記質量体の変位が前記ヒンジを支点とした前記アームの自由端側の変位に拡大される、ことを特徴とする請求項３に記載の傾斜計。