JP4018270B2

JP4018270B2 - 振動計

Info

Publication number: JP4018270B2
Application number: JP33591398A
Authority: JP
Inventors: 英昭鹿熊; 幸司野村; 昌史矢野
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 1998-11-26
Filing date: 1998-11-26
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2018-11-26
Also published as: JP2000162031A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震等による上下振動を計測する振動計に関し、特に、高温環境下で使用される振動計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地震計、或いは感震計（総称して振動計）として、例えば、特開平６−２３５６５６号公報に示した可動コイル型の地震計が知られている。
その地震計１００は、図３に示すように、有底円筒形状のケース１０１中に、永久磁石１０２とヨーク１０３とで構成した磁気回路を備え、この磁気回路中に磁力線が横切る環状ギャップ１０４が形成されるとともに、振動子１０５がケース１０１の軸線に沿って所定の固有振動数で振動するように支持ばね部材１０６で支持され、この振動子１０５にコイル１０７が上記環状ギャップ１０４に位置するように取り付られ、更にこのコイル１０７の両端に、外部の解析手段（図示省略）と接続されるリード線１０８が取り付けられている。また、この例では、永久磁石１０２とヨーク１０３とで構成した電気回路は２つを１組としてスペーサ１０９を介して対称に設けるものとしている。
そして、この地震計１００が所定の場所に設置された状態で、地震計１００が振動すると、振動子１０５はケース１０１に対して軸方向に相対的に振動して、この振動子１０５に設けたコイル１０７は環状ギャップ１０４の磁力線を横切り、起電力が発生する。これにより、振動に応じた電気信号を得ることができ、地震波を計測することが出来るようになっている。
【０００３】
ところで、上記地震計１００では、重力加速度の影響を受けて振動子１０５が常に下方に引かれる。例えば、線形なばねにより振動子１０５を支持した場合、原理的に１Ｇの重力加速度が加わる地上では、静たわみは、以下の式によって計算出来る。
【数１】

【数２】

ここで、ｆｎ；振動数（Ｈｚ）、ｍ；振動子の質量（Ｋｇ）、ｋ；ばね定数（Ｎ／ｃｍ）、ｇ；重力による加速度（ｃｍ／ｓ²）、ｘ；静たわみ量（ｃｍ）
（１）式および（２）式より、
【数３】

【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように振動子１０５を支持する支持ばねには、例えば、図４に示すように、常に重力による負荷応力が働き、静たわみ（ｄｘ）が生じ、この負荷応力が支持ばね１１０のクリープ等の原因となっている。特に、高温環境下で使用される地震計の場合には、この影響が大きく、長時間、同じばね特性を維持させることが困難であるという問題点があった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、重力によるばね特性の劣化を防止して、特に高温環境下においても耐久性に優れた振動計を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、
請求項１記載の発明は、上下方向に振動する振動子（３４）によって上下振動を計測する振動計（１）において、
前記振動子が収納され、該振動子が所定の振幅で上下動可能なスペースを有する収納部（３）と、
一方の端部が前記収納部の内壁に固定され、もう一方の端部が前記振動子を上下動可能に支持する支持部材（例えば、支持バネ部材３５）と、
を備え、
前記収納部に、少なくとも振動中の前記振動子が埋没出来る量の流動性液状物（例えば、シリコンオイルＳ）が注入され、
前記振動子は、中空構造となっていることを特徴としている。
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、収納部内に固定された支持部材に上下動可能に支持された振動子が流動性液状物の中に埋没されているので、流動性液状物により振動子に浮力が作用することによって振動子に作用する重力に対して抗することが出来る。
従って、重力の影響による振動子の振動特性の劣化を防止することが出来、耐久性のよい振動計とすることが出来る。
即ち、振動子に作用する重力の一部が浮力によって減殺されるので、静たわみ量を小さくさせることが出来ることとなって、例えば、支持部材としてバネ材を使用した場合に、支持部材の負担が軽減され、その結果、バネ特性が劣化しにくくなる。
特に、高温環境下で使用される振動計の場合、高温による支持部材のクリープなどの発生を起きにくくさせることが出来る。
【０００８】
ここで、振動計は、地震計、感震計、或いは加震計等において、上下方向に振動する上下振動系を含むものであればよい。
支持部材としては、例えば、所定のばね係数を有するばね材を使用するが、振動子３４を上下動可能に支持出来るものであればよい。
収納部の大きさは、特に限定するものではないが、振動子が上下動したとき、収納部の上下端部に接触しないように形成されている。
流動性液状物としては、例えば、水等の液体そのもののみならず、流動性を有するものであれば、ある程度の粘性があるものであってもよい。
また、流動性液状物は、必ずしも収納部に充満させることは要しないが、少なくとも振動中の前記振動子が埋没出来る量が注入されていることを要する。このような要件としたのは、もし振動子が振動した場合にその一部が界面より上に出るような場合だと浮力が変動するので、振動特性も変動して正確な計測結果が得られない場合があるからである。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の振動計において、
少なくとも一部が前記収納部の上端部よりも上方に位置し、前記収納部と連通して前記流動性液状物を流入させる液状物流入部（４）を備え、
前記液状物流入部内であって、前記収納部の上端部よりも上方に、前記流動性液状物の熱膨張による体積増加分を吸収可能な空気貯留部（４２）を設けたことを特徴としている。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、特に、少なくとも一部が前記収納部の上端部よりも上方に位置した液状物流入部に前記収納部から前記流動性液状物が流入するともに、液状物流入部内であって、収納部の上端部よりも上方に設けられた空気貯留部により流動性液状物の温度が上昇した際の流動性液状物の熱膨張による体積増加分が吸収されるので、温度の変化が大きい場合でも常に収納部内に流動性液状物を充填することが出来る。特に、高温環境下での使用にも十分耐えうるものとすることができる。
より具体的にいうと、振動子が振動した場合に振動子が流動性液状物の界面よりも上に出てしまうことを防止するには、収納部内に流動性液状物が充満されていることが望ましい。しかし、そうすると高温環境下では、流動性液状物が熱膨張して体積が増加してしまった場合に装置の保全が保たれなくなる可能性がある。そこで、本発明の空気貯留部を設けることにより、熱膨張時の体積増加分が吸収されるので、地震計の測定の正確性と地震計の保全性を担保することが出来る。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の振動計において、
前記流動性液状物として、シリコンオイルを用いたことを特徴としている。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、特に、流動性液状物として、シリコンオイルを用いているので、更に熱安定性に優れたものとなって、高温環境下でも十分使用することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明に係る振動計の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る地震計の構成を模式的に示した断面図である。
図２は、この地震計により計測されたデータの処理を行うシステム構成を簡略的に示したブロック図である。
図１に示す地震計１には、非磁性体であるアルミニウム、チタン等の金属で形成されたケース２の内部に収納部３が設けられている。
【００１４】
この収納部３内には、その底部に固定された円筒状コイル３１と、この円筒状コイル３１と環状ギャップ３２を形成しつつ円筒状コイル３１を覆う永久磁石３３と、この永久磁石３３の上面に取り付けられた振動子３４と、一方の端部が前記収納部３の内壁３ａに固定され他方の端部が前記振動子３４を支持する支持部材としての支持バネ部材３５、３５と、を備えており、収納部３内は流動性液状物としてのシリコンオイルＳで満たされている。収納部３の大きさは、計測許容範囲内の前記振動子３４の上下動に対応した大きさとなっていて、振動子３４が上端部にぶつかることがないようにされている。
また、前記ケース２内であって、前記収納部３の上方には、液状物流入部４が設けられ、前記収納部３と前記液状物流入部４とは、連通口４１によって連通されている。
【００１５】
前記振動子３４は、ケース２と同様にアルミニウム、チタン等の金属で形成された容器であって、その内部には空気、或いはアルゴンガスが封入されている。
前記支持バネ部材３５、３５は、円板状のダイアフラムスプリングスからなり、前記振動子３４の上端、下端の２ヶ所を支持しており、前記振動子３４が所定の固有振動数で振動するようになっている。
そして、振動子３４はケース２に対して軸方向に相対的に振動して、この振動子３４に取り付けられた永久磁石３２がコイル３１との間の環状ギャップ３２の磁力線を横切ることにより起電力が発生する。この起電力による電気信号に基づいて振動が計測される。
【００１６】
前記収納部３内はシリコンオイルＳで満たされているので、この前記振動子３４には、重力に抗する浮力が常に作用するようになっている。
そして、振動子３４に浮力が作用する場合の静たわみ量（ｘ’）は、
【数４】

ここで、α；浮力による加速度（ｃｍ／ｓ²）
（１）式および（４）式より、
【数５】

従って、浮力により、静たわみ量は減少するが、（１）式に示した通り、振動数ｆｎに対しては重力、浮力による影響はない。
【００１７】
前記液状物流入部４には、前記収納部３から溢れたシリコンオイルＳが連通口４１を介して流入されているとともに、その上方には、空気貯留部４２が設けられている。
前記空気貯留部４２は、収納部３のシリコンオイルＳが高温環境下に晒された場合の熱膨張による体積増加分を吸収するためのものであり、一部に空気逃がし口４３が設けられている。
【００１８】
前記地震計１は、図２に示すように、前記環状ギャップ３２に発生した起電力に基づく電気信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器５と接続され、このＡ／Ｄ変換器５によりデジタル化された電気信号は、パーソナルコンピュータ６、或いはテレメータ７に出力され、解析データとして利用されるようになっている。
【００１９】
以上説明した本発明に係る地震計１によれば、収納部３に一方の端部が固定された支持バネ部材３５に上下動可能に支持された振動子３４がシリコンオイルＳの中に埋没されているので、シリコンオイルＳにより振動子３４に浮力が作用することによって振動子３４に作用する重力に対して抗することが出来る。
従って、重力の影響による支持バネ部材３５の負荷が軽減されることにより、振動子３４の振動特性の劣化を防止することが出来、耐久性のよい振動計１とすることが出来る。
特に、高温環境下で使用される振動計の場合、高温による支持部材のクリープなどの発生を起きにくくさせることが出来る。
【００２０】
また、収納部４内にシリコンオイルＳが充満されているので、振動子３４が振動した場合に振動子３４がシリコンオイルＳの界面よりも上に出てしまうことを確実に防止することが出来ることとなって、浮力が変動することがなく正確な計測結果を得ることが出来る。
更に、例えば、高温環境下では、シリコンオイルＳが熱膨張して体積が増加してしまう場合があるが、そのような場合でも空気貯留部４２により熱膨張時の体積増加分が吸収されるので、高温環境下においても地震計１の測定の正確性と地震計１の保全性を担保することが出来る。
加えて、流動性液状物として熱安定性に優れたシリコンオイルＳを用いているので、なお一層高温環境下での地震計１の測定の正確性と地震計の保全性に優れたものとなる。
【００２１】
なお、上記実施の形態においては、流動性液状物としてシリコンオイルを使用したが、水等の液体を使用してもよい。但し、高温環境下で使用する場合には、熱安定性の高いものを使用することが望ましい。
また、支持部材としてダイヤフラムスプリングスを使用したが振動子３４を下方より支持する場合には、弦巻バネを使用してもよい。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、収納部内に固定された支持部材に上下動可能に支持された振動子が流動性液状物の中に埋没されているので、流動性液状物により振動子に浮力が作用することによって振動子に作用する重力に対して抗することが出来る。
従って、重力の影響による振動子の振動特性の劣化を防止することが出来、耐久性のよい振動計とすることが出来る。
特に、高温環境下で使用される振動計の場合、高温による支持部材のクリープなどの発生を起きにくくさせることが出来る。
【００２３】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、特に、少なくとも一部が前記収納部の上端部よりも上方に位置した液状物流入部に前記収納部から前記流動性液状物が流入するともに、収納部の上端部よりも上方に設けられた空気貯留部により流動性液状物の温度が上昇した際の流動性液状物の熱膨張による体積増加分が吸収されるので、温度の変化が大きい場合でも常に収納部内に流動性液状物を充填することが出来る。特に、高温環境下での使用にも十分耐えうるものとすることができる。
【００２４】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、特に、流動性液状物として、シリコンオイルを用いているので、更に熱安定性に優れたものとなって、高温環境下でも十分に耐えうるものになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る地震計の構成を模式的に示した断面図である。
【図２】この地震計により計測されたデータの処理を行うシステム構成を簡略的に示したブロック図である。
【図３】従来の地震計の構成を模式的に示した断面図である。
【図４】従来の地震計の振動子に作用する重力の影響を模式的に示した図である。
【符号の説明】
１地震計
２ケース
３収納部
４流体物流入部
３１コイル（地震感知手段）
３３永久磁石（地震感知手段）
３４振動子
３５支持バネ部材（支持部材）
４２空気貯留部
Ｓシリコンオイル

Claims

上下方向に振動する振動子によって上下振動を計測する振動計において、
前記振動子が収納され、該振動子が所定の振幅で上下動可能なスペースを有する収納部と、
一方の端部が前記収納部の内壁に固定され、もう一方の端部が前記振動子を上下動可能に支持する支持部材と、
を備え、
前記収納部に、少なくとも振動中の前記振動子が埋没出来る量の流動性液状物が注入され、
前記振動子は、中空構造となっていることを特徴とする振動計。
少なくとも一部が前記収納部の上端部よりも上方に位置し、前記収納部と連通して前記流動性液状物を流入させる液状物流入部を備え、
前記液状物流入部内であって、前記収納部の上端部よりも上方に、前記流動性液状物の熱膨張による体積増加分を吸収可能な空気貯留部を設けたことを特徴とする請求項１記載の振動計。
前記流動性液状物として、シリコンオイルを用いたことを特徴とする請求項１又は２に記載の振動計。