JP5348775B2

JP5348775B2 - 孔内固着装置

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Publication number: JP5348775B2
Application number: JP2009241430A
Authority: JP
Inventors: 洋光中村; 卓 ▲功▼刀; 一郎松尾; 透梶原; 博幸飯沼
Original assignee: Oyo Corp
Current assignee: Oyo Corp
Priority date: 2009-10-20
Filing date: 2009-10-20
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2029-10-20
Also published as: JP2011089790A

Description

本発明は、各種センサを内蔵した観測機器本体を孔内（ボアホール）に設置するための孔内固着装置に関し、更に詳しく述べると、観測機器本体の上部と下部に、外方向に突出可能な圧着体を備えた固着機構を設け、ワイヤで孔内に吊り降ろされ、孔底にて前記各圧着体の突出動作により観測機器本体を固着する孔内固着装置に関するものである。この技術は、特に限定されるものではないが、例えばセンサとして３成分加速度計を組み込んだ地中強震計に好適である。

地震瞬時速報のための観測には、断層近傍でも振り切らずに強震波形を記録できる強震計が必要となる。最近の例（平成２０年６月１４日に発生した岩手・宮城内陸地震）では４Ｇを超える大きな加速度が観測されていることから、直下地震の震源極近傍では、それと同等、あるいはそれを上回る強い震動になる可能性があり、そのような強震動を確実に観測できるように、８Ｇ程度まで記録できる強震計の開発が求められている。また、観測の信頼性を高めるためには、同一地点において、地上と地中の２箇所で観測を行い、相互に比較することが有効である。そこで、地上のほか、地中数十ｍ程度の深さにも強震計を設置し長期観測を行う計画がある。

このような強震観測では、高精度の強震計の開発のみならず、強震計自体をいかに強固に孔底に設置し、いかにしてノイズの少ない正確な強震波形を記録するかという、孔内固着技術が極めて重要となる。地震計を内蔵した観測機器を孔内に設置する従来技術は、埋設による方法と固着機構による方法とに大別される。

埋設による方法は、観測機器を孔内に挿入した後、セメントを注入してグラウトする方法、あるいはガラスビーズや珪砂を充填して固定する方法である。セメントによるグラウトは、構造が簡単で確実に固定できる反面、設置が面倒で観測機器を回収できない欠点がある。ガラスビーズと珪砂による固定は、構造が単純で設置が容易である反面、観測機器の回収は容易でなく、しかも上下方向の固着力は小さい（２Ｇ程度まで）という欠点がある。

固着機構による方法は、観測機器本体の上下あるいは側面に固着のための機構部を設けて固定する方法であり、観測機器本体の上下で３本のアームを均等に押し出す方式、あるいは観測機器本体の側面で２本のアームを突っ張って観測機器本体を孔壁に押しつける方式などがある。いずれにしても、アームの開閉には、電気モータによる駆動機構や流体圧力を使用する駆動機構が用いられている（例えば、特許文献１参照）。これらは設置回収が比較的容易であるが、高価となる欠点がある。特に２本のアームによる固定は、比較的固着力が強いものの、小口径ボアホールには適さない。また、長期間にわたる観測を安定的に行うという点でも問題がある。

このように、従来技術では、設置回収の容易さと強固な固着力という要求が相反し、それらを両立させることは困難であった。

特開平８−３１３６４３号公報

本発明が解決しようとする課題は、孔底への設置及び回収を容易に行うことができ、しかも固着力が極めて高く長期観測が可能であって、小口径ボアホールに適した構造とし、且つ価格を抑えることができるようにすることである。

本発明は、各種センサを内蔵する観測機器本体の上部と下部に、外方向に突出可能な圧着体を備えた固着機構をそれぞれ設け、全体がワイヤで吊り下げられ、孔底にて前記圧着体の突出動作により観測機器本体を固定する孔内固着装置において、上部固着機構は、テーパー構造を利用してバネの弾撥力と機器の自重による鉛直方向の力を水平方向の力に変換し、その水平方向の力で圧着プレートを拡開して孔壁に圧着させる機構であり、下部固着機構は、テーパー構造を利用して機器の自重による鉛直方向の力を水平方向の力に変換して、圧着ボールを突出させることで孔壁に圧着させる機構であって、前記上部固着機構には前記圧着プレートの開閉の応答を遅らせる液体ダンパー機構が組み込まれていることを特徴とする孔内固着装置である。

ここで上部固着機構は、観測機器本体に対して軸方向に相対移動可能な上部ブロック内に位置するテーパー部材とボールの組み合わせを利用して、バネの弾撥力と上部ブロック関連機器の自重による鉛直方向の力を水平方向の力に変換してボールを突出させ、垂下している圧着プレートを拡開して、該圧着プレートの外面を孔壁に圧着させる機構であり、下部固着機構は、観測機器本体に対して軸方向に相対移動可能な下部ブロック内に位置するテーパー部材と圧着ボールの組み合わせを利用し、観測機器本体及び上部ブロック関連機器の自重による鉛直方向の力を水平方向の力に変換して圧着ボールを突出させることで孔壁に圧着させる機構であって、前記バネがコイルバネ、液体ダンパー機構が水ダンパー機構であって、該コイルバネが水ダンパー機構に組み込まれている構造とするのが好ましい。

例えば、上部固着機構及び下部固着機構は、いずれも周囲３箇所で孔壁に圧着する形式とし、上部固着機構による圧着は、３箇所全てが圧着プレートの拡開による可動方式であるのに対して、下部固着機構による圧着は、１箇所のみが圧着ボールの出没による可動方式、残りの２箇所は突設した背板による固定方式とする。その際、上部固着機構は、３個の圧着プレートが同一円周上に配置されているのに対して、下部固着機構は、１個の圧着ボールと２個の背板が同一円周上ではなく軸方向の異なる位置に配置され、且つ背板のうちの１個が観測機器本体に取り付けられている構成が好ましい。

また、上部固着機構の圧着プレートを鉤型とし、その上端曲部が上部ブロック外周の凹部に係合すると共に上部でヒンジにより揺動可能に保持され、垂下部のほぼ下半分は上側が厚肉で下側が薄肉の楔形で且つ外面が孔壁の曲率に合致した曲面となっており、圧着プレート拡開時に少なくともその楔部の上端エッジが孔壁に圧着するように構成するのが好ましい。

典型的な適用例としては、観測機器本体に内蔵するセンサが３成分加速度計であり、全体がワイヤで孔内に吊り下げられ、上記の孔内固着装置によって孔底に設置される地中強震計がある。

本発明に係る孔内固着装置は、センサを内蔵する観測機器本体の上部と下部に、外方向に突出可能な圧着体を備えた固着機構をそれぞれ設け、各圧着体の突出動作にテーパー構造を利用しているので、モータなどの電気的な機構あるいは液圧や空気圧を利用する機構などによらず、バネの弾撥力や機器の自重による機械的な作用のみで固着でき、そのため小口径ボアホールに対応でき、且つ安価に製作できる。しかも、上部固着機構の開閉応答を遅らせる液体ダンパー機構が組み込まれているので、観測機器を孔底に降ろした時に、先ず下部固着機構が機能して固着され、次いで上部固着機構が機能して固着されることになり、宙づりの不安定な状態で固着される恐れが無く、確実に孔底に設置できる。

下部固着機構の３箇所の圧着箇所を、１箇所のみが圧着ボールの出没による可動方式、残りの２箇所は突設した背板による固定方式とし、圧着ボールと２個の背板を同一円周上ではなく軸方向の異なる位置に配置し、且つ１個の背板を観測機器本体に取り付けると、孔内での下部の固着をより強固に安定に且つ迅速に行うことができる。

更に、上部固着機構は、３箇所の圧着箇所全てを同一円周上に配置した圧着プレートの拡開による可動方式とし、各圧着プレートを鉤型とし、その上端曲部が上部ブロック外周の凹部に係合すると共に上部で揺動可能に保持され、垂下部のほぼ下半分は上側が厚肉で下側が薄肉の楔形で且つ外面が孔壁の曲率に合致した曲面となっており、圧着プレート拡開時に少なくともその楔部の上端エッジが孔壁に線で圧着するように構成すると、上向きの瞬間的な力に対して楔部の上端エッジが孔壁に食い込むように作用するため、観測機器本体を孔底に押さえ込む効果が生じる。

観測機器本体を含めた機器全体はワイヤで孔内に吊り下げられるが、孔底に達するまで吊り降ろすだけで機器の自重やバネの弾撥力により固着動作が行われ容易に孔底に設置できるし、またワイヤを引き上げるだけで固着が解除され容易に回収できる。

本発明は、観測機器本体に３成分加速度計を内蔵させて強震計を構成するのに適したものであるが、その際、前記液体ダンパー機構は高速の地震動には応答せず、上部固着機構と下部固着機構による強固な固着を維持することができ、そのため地震動を正確に３成分加速度計に伝達でき、安定した信頼性の高い強震観測を実施することができる。

本発明に係る孔内固着装置の一例を示す概略構成図。上部固着機構の一実施例を示す説明図。下部固着機構の一実施例を示す説明図。

図１は、本発明に係る孔内固着装置の一例を示す概略構成図であり、観測機器を孔底に設置した状態を示している。この例では観測機器は地中強震計であり、観測機器本体１０にセンサとして３成分加速度計（図示せず）が内蔵されている。観測機器はワイヤ１２で孔内１４に吊り降ろされる。観測機器を設置する孔（ボアホール）は、例えば地表にハンドホール１６を形成し、該ハンドホール１６から所定口径で所定深度のボーリング掘削を行い、孔底部分に金属製で有底円管状の設置ケース１８を挿入固定し、その上部に塩化ビニル製のケーシングパイプ２０を挿入して地表付近まで立ち上げることで形成する。前記観測機器は、この孔内１４にワイヤ１２で孔底まで吊り降ろされ、観測機器本体１０の上部に位置している上部固着機構２２と観測機器本体１０の下部に位置している下部固着機構２４とによって設置ケース１８内にて固着されることになる。

上部固着機構２２は、観測機器本体１０に対して軸方向に相対移動可能な上部ブロック２６内に、テーパー部材２８とボール３０の組み合わせを配置し、バネ３２の弾撥力と上部ブロック２６などの自重による鉛直方向の力を水平方向の力に変換してボール３０を外方向に突出させ、垂下している圧着プレート３４を拡開して、該圧着プレート３４の外面を孔壁に圧着させる機構である。上部固着機構２２における圧着箇所は３箇所であり、その全てが圧着プレート３４の拡開による可動方式である。これら３個の圧着プレート３４は、同一円周上に１２０度の等角度間隔で配置されている（Ａ−Ａ矢視参照）。

更に、上部ブロック２６には水ダンパー機構３６が組み込まれている。この水ダンパー機構３６は、圧着プレート３４の開閉の応答を遅らせる機能を果たすものである。なお、前記バネ３２は水ダンパー機構３６に組み込まれている。このバネ３２は、その弾撥力によって上部ブロック２６を押し下げ、ボール３０の突出力を増強し、圧着プレート３４の拡開力、ひいては孔壁への固着力の増大に寄与するものである。

下部固着機構２４は、観測機器本体１０に対して軸方向に相対移動可能な下部ブロック４０内に、テーパー部材（図示せず）と圧着ボール４２の組み合わせを配置し、観測機器本体１０及び上部ブロック２６などの自重による鉛直方向の力を水平方向の力に変換して該圧着ボール４２を外方向に突出させることで孔壁に圧着させる機構である。下部固着機構２４においても圧着箇所は３箇所であるが、１箇所のみが圧着ボール４２の出没による可動方式、残りの２箇所は突設した背板４４，４５による固定方式である。圧着ボール４２と２個の背板４４，４５は同一円周上に配置されておらず、高さ位置（軸方向の位置）が異なるように配置され、且つ１個の背板４４は観測機器本体１０に、別の背板４５は下部ブロック４０に取り付けられている。ここでも、圧着ボール４２と２個の背板４４，４５は、軸方向に見たときに１２０度の等角度間隔で配置されている（Ｂ−Ｂ矢視参照）。

吊り具４６に接続したケーブル１２で観測機器を吊り下げ、孔内１４に挿入する。下部ブロック４０が孔底（設置ケース１８の底部）まで達すると、観測機器本体１０及び上部ブロック２６などの自重によって観測機器本体１０が更に下がり、テーパー構造により下部固着機構２４の圧着ボール４２が突出し、２個の背板４４，４５と圧着ボール４２によって下部での固着が行われる。次いで、バネ３２の弾撥力と上部ブロック２６の自重によって上部ブロック２６が下がり、テーパー構造によって上部固着機構２２のボール３０が突出し、圧着プレート３４が拡開して上部での固着が行われる。その際、水ダンパー機構３６によって上部固着機構２２における圧着プレート３４の拡開動作に遅れが生じる。そのため、下部固着機構２４が作動した後に上部固着機構２２が作動し、観測機器は宙づり状態になることなく孔底に確実に設置される。なお、符号４８は信号ケーブルであり、観測機器本体１０から上部ブロック２６の内部を通って地表へと引き出され、信号の送受などが行われる。

観測機器を回収するには、単にワイヤをゆっくりと引き上げればよい。ゆっくりした動きに対しては水ダンパー機構３６は、その動きを阻害しないので、上部ブロック２６が上昇するにつれて上部固着機構２２の圧着プレート３４が閉じ、更に観測機器本体１０も上昇すると、下部固着機構２４の圧着ボール４２が下部ブロック４０内に没入するため、そのまま引き上げることで容易に回収できる。

地中強震計の場合、例えば５０〜１００ｍ程度の深さの孔内に、５〜１０年間程度の長期間にわたって設置することが想定されている。ダンパー機構に用いる液体は、機能上は水以外でもよいが、水が好ましい。孔内は水で満たされていることから、水ダンパー機構であれば、通常のＯリングによるシールでよく、長期間にわたる使用中に漏洩が生じたとしても特に支障が生じない。

このようにして、観測機器の孔底への設置及び孔底からの回収を容易に行うことができる。しかも機器の自重とバネのみで動作するので細径化でき、小口径ボアホールに適し、その際、孔壁とのクリアランスが小さいため上記の固着機構で極めて強固な固着力が得られ、且つ長期観測が可能となり、価格（観測機器のみならずボーリング掘削などの作業も含めて）を抑えることができる。

上部固着機構と下部固着機構の一実施例を図２及び図３に示す。いずれもＡは吊り下げ状態（非固着時の状態）を示し、Ｂは孔底における固着状態を示している。なお、説明を簡略化すると共に観測機器全体との関係を分かり易くするため、図１と同じ部材については同一符号を付す。観測機器の全体構成は、基本的に図１と同様である。

観測機器本体１０の上部に位置している上部固着機構２２は、図２に示すように、観測機器本体に対して軸方向に相対移動可能な上部ブロック２６内に、テーパー部材２８とボール（鋼球）３０を組み込み、コイルバネ３２の弾撥力と上部ブロック２６などの自重による鉛直方向の力を水平方向の力に変換してボール３０を外方向に突出させ、ヒンジ５０により垂れ下がった圧着プレート３４を拡開して、該圧着プレート３４の外面を孔壁（設置ケース１８）に圧着させる機構である。観測機器本体１０の上端部から一体的に立ち上がっている上部管状部材５２の下部外周にテーパー部材２８が固定されており、上部管状部材５２あるいはテーパー部材２８の外側に位置するボール３０が上部ブロック２６に遊嵌し、上部ブロック２６に対して出没自在に保持されている。

図２では圧着プレートが左右対称に描かれているが、実際には、上部固着機構２２における圧着箇所は３箇所ある。それらの圧着箇所の全ては圧着プレート３４の拡開による可動方式であって、３個の圧着プレート３４が同一円周上に１２０度の等角度間隔で配置されている（図１のＡ−Ａ矢視も参照）。

各圧着プレート３４は鉤型であって、その上端曲部３４ａが上部ブロック２６外周の凹部５４に係合すると共に上部でヒンジ５０によって揺動可能に保持され、その垂下部のほぼ下半分は上側が厚肉で下側が薄肉の楔形で且つ外面が孔壁の曲率に合致した曲面の楔部３４ｂとなっている。従って、圧着プレート３４が拡開した固着状態では、その楔部３４ｂの上端エッジが孔壁に線圧着する。その際に、圧着プレート３４の上端曲部３４ａが上部ブロック２６の凹部５４に嵌り込むことで、圧着プレート３４が突っ張りとなり、ヒンジ５０におけるガタ（遊び）を無くしている。震動などで観測機器に上向きの力が印加されたときには、拡開した圧着プレート３４の外面における楔部３４ｂの上端エッジが孔壁（設置ケース１８）に食い込むため、観測機器を孔底方向に抑え込む作用が生じ、特に震動に対して強固な固着力が発現する。

なお、構造上重要なテーパー部材２８と圧着プレート３４には焼き入れを施した硬い材料を使用することで、変形による固着力の低下を防ぐことができる。

更に、上部ブロック２６には水ダンパー機構３６が組み込まれている。水ダンパー機構３６は、連通孔５６を有するピストン５８に対してシリンダ６０が摺動し、シリンダ６０内に満たされている水が、前記連通孔５６を通って上室６０ａと下室６０ｂの間を往き来する構造である。なお、ピストン５８は上部管状部材５２と一体となっている。シリンダ６０を構成する接触部分（ピストン５６や上部筒状部材５２と上部ブロック２６との接触部分）はＯリング（黒丸で示す）でシールする。水ダンパー機構３６の第１の機能は、圧着プレート３４の開閉の応答を遅らせることである。なお、圧着プレート３４の拡開動作に寄与するコイルバネ３２は、シリンダ６０の下室６０ｂに内蔵されている。

観測機器を吊り下げている未固着の状態（図２のＡ参照）では、上部ブロック２６がワイヤ（図示せず）で直接支えられているのに対して、観測機器本体以下は自重で吊り下がっている。従って、シリンダ６０（上部ブロック側となる）内におけるピストン５８（観測機器本体側）の位置は相対的に下がり、コイルバネ３２は圧縮した状態であり、ボール３０はテーパー部材２８の上方（テーパー部材２８から離れた位置）にある。従って、ボール３０は上部ブロック２６に没入し、各圧着プレート３４は閉じた（ほぼ真下に垂れ下がった）状態となる。そのため、孔壁に引っ掛かることなく円滑に孔内に挿入できる。ここでは、全ての圧着プレート３４がふらつかずに閉じた状態を維持できるように、各圧着プレート３４の下端外周部に溝３４ｃを設け、該溝３４ｃに弾性の弱いゴムリング６２を嵌めて押さえている。

観測機器が孔底に達した時（固着状態：図２のＢ参照）には、上部ブロック２６の自重とコイルバネ３２の弾撥力（伸長力）によって上部ブロック２６が降下する。上部ブロック２６が降下する際には、シリンダ６０の上室６０ａの水が連通孔５６を通って下室６０ｂに流入しなければならないため、上部ブロック２６の降下は緩やかな動作（遅れ）となる。上部ブロック２６と共にボール３０も降下し、テーパー部材２８の表面に沿って動くため、該ボール３０は外方向に押し出され、圧着プレート３４の背面を押して該圧着プレート３４を拡開させる。これによって、圧着プレート３４の楔部３４ｂの上端エッジが設置ケース１８に圧着し、上部での固着が行われる。

上部固着機構２２に組み込まれているコイルバネ３２は、その弾撥力によって上部ブロック２６を押し下げ、ボール３０の突出力を増強し、圧着プレート３４の拡開力、ひいては孔壁への固着力の増大に寄与する。機器軽量化のため、上部ブロック２６も軽量化されており、水ダンパー機構３６が組み込まれていることもあって、上部ブロック２６の自重のみで該上部ブロック２６が降下し固着プレートを拡開させることは難しい。主としてコイルバネ３２の弾撥力によって上部ブロック２６を押し下げ、固着プレート３４を拡開させている。但し、コイルバネの弾撥力が強すぎると圧着プレートによる固着力は増大するが、観測機器を吊り下げた状態で上部ブロック２６などの自重によりコイルバネ３２を押し縮めることができなくなり、圧着プレート３４を閉じた状態で保持できず孔内に吊り降ろし難くなるし、また孔底に設置できたとしても、引き上げる際に圧着プレートが閉じ難くなるため観測機器の回収が困難となる。逆に、コイルバネが弱いと、観測機器の回収は容易となるが、地盤の強震動に対して圧着プレートも震動し、固着力が不足する恐れがある。水ダンパー機構３６の第２の機能は、その問題を解決することである。水ダンパー機構３６は、震動を抑える（急激な動きには応答しない）機能を有するため、コイルバネが弱くても圧着プレートが震動に対して過敏に応答せず、強固な一定の固着状態を維持できる。従って、コイルバネは過度に強すぎなければよい。なお、コイルバネの強さは、長さを変えたり、初期の圧縮量を変えたりすることで調整できる。

このように、水ダンパー機構３６は、上部ブロック２６における圧着プレート３４の開閉動作の遅れと震動抑制による固着性能維持の両方の機能を有し、水ダンパー機構が組み込まれている点は、本発明の一つの大きな特徴である。なお、それらの機能は、ピストン５８に形成する連通孔５６の数と孔径とで調整できる。

観測機器本体の下部に位置している下部固着機構は、図３に示すように、観測機器本体１０に対して軸方向に相対移動可能な下部ブロック４０内に、テーパー部材７０と圧着ボール４２を組み込み、観測機器本体１０などの自重による鉛直方向の力を水平方向の力に変換して圧着ボール４２を突出させることで孔壁（設置ケース１８）に圧着させる機構である。観測機器本体１０の下端部から一体的に下方に延設されている下部柱状部材７２の外周にテーパー部材７０が固定されており、下部柱状部材７２あるいはテーパー部材７０の外側に位置する圧着ボール４２は、下部ブロック４０のボール受け７４に遊嵌し、下部ブロック４０に対して出没自在に保持されている。

下部固着機構も圧着箇所は３箇所であるが、１箇所のみが圧着ボール４２の出没による可動方式、残りの２箇所は突設した背板４４，４５による固定方式である。図３では背板と圧着ボールが左右に描かれているが、実際には、圧着ボールと２個の背板は、軸方向に見たときに１２０度の等角度間隔で配置されている（図１のＢ−Ｂ矢視も参照）。それら圧着ボール４２と２個の背板４４，４５は同一円周上に配置されておらず、高さ位置（軸方向の位置）が異なるように配置され、且つ１個の背板４４は観測機器本体１０に取り付けられている。突出したまま固定されている背板は、観測機器を孔内に挿入する際の障害とならないように、下端を傾斜面とする。また、背板４４，４５の外側面（孔壁：設置ケースに圧着する面）は、滑らないように粗面あるいは微小な凹凸面とするのが好ましい。

機器軽量化のため、下部ブロック４０は中空構造とするが、孔内に挿入したときに充満している水による浮力が働かないように、側壁に水の流通孔７６を形成し、孔内の水が下部ブロック４０の空洞部７８にも流入できるようにしておく。また、下部ブロック４０に対して観測機器本体１０の下部柱状部材７２が摺動し易くするため、互いの接触箇所には潤滑性に優れたポリアセタール樹脂などによる軸受８０を装着しておく。

観測機器を吊り下げている状態（図３のＡ参照）では、観測機器本体１０が上部ブロックを介してワイヤで支えられているのに対して、下部ブロック４０はその自重で吊り下がっている。従って、圧着ボール４２はテーパー部材７０の下方（テーパー部材７０から離れた位置）にあり、圧着ボール４２は下部ブロック４０のボール受け７４に没入した状態となる。そのため、孔壁に引っ掛かることなく円滑に観測機器を孔内に挿入できる。

下部ブロック４０が孔底に達した時（固着時：図３のＢ参照）には、下部ブロック４０が支持された状態となるため、観測機器本体１０及び上部ブロック関連機器の自重によって観測機器本体１０が下がる。観測機器本体１０の下部柱状部材７２に固定されているテーパー部材７０も降下し、圧着ボール４２がテーパー部材７０の表面に沿って動くため、該圧着ボール４２は外方向に押し出され、設置ケース１８に圧着する。２個の背板４４，４５は突出しているので、それら２個の背板４４，４５と１個の圧着ボール４２によって下部での固着が行われる。

前述のように、水ダンパー機構３６は、上部固着機構における圧着プレート３４の拡開動作に遅れを生じさせるので、観測機器を孔底に設置する際には、まず下部固着機構が動作して下部が固着され、遅れて上部固着機構が動作して上部が固着されるという順序になる。そのため、観測機器が孔底から浮いた不安定な状態で固着されることがなく、確実に孔底に設置され、全体が孔底と上部、下部とで強固に固着されることになる。観測機器を回収する際には、ワイヤで緩やかに引き上げるだけで、水ダンパー機構が存在しても上部ブロックは徐々に上昇し、まず上部固着機構における固着プレートが閉じて上部の固着が解除され、次いで観測機器本体も徐々に上昇し、下部固着機構における固着ボールが没入して下部の固着も解除されるため、そのまま容易に地表へと引き上げることができる。

本発明の孔内固着装置は、基本的に機器の自重とバネの弾撥力を利用して固着させる方式であり、電気モータなどを組み込む必要がないので、容易に細径化できる。試作品（観測機器本体に３成分加速度計を組み込んだ地中強震計）は、孔内挿入時の最大径が約６３ｍｍであり、内径６６ｍｍの設置ケースに挿入し固着することができた。試作品を設置ケース内に固着し、実験室の震動台に取り付けて加震しながら加速度計からの出力波形を測定したところ、８Ｇの強震動状態でも崩れのない波形が出力し、８Ｇに耐える強固な固着力が得られていることが確認できた。なお、機器を細径化でき小口径ボアホールに設置できることは、ボーリング掘削も含めて設置作業の大幅なコスト削減にも寄与しうることになる。

１０観測機器本体
１２ワイヤ
１４孔内
１８設置ケース
２２上部固着機構
２８テーパー部材
３０ボール
２４下部固着機構
３２バネ
３４圧着プレート
３６水ダンパー機構
４２圧着ボール
４４，４５背板

Claims

センサを内蔵する観測機器本体の上部と下部に、外方向に突出可能な圧着体を備えた固着機構をそれぞれ設け、全体がワイヤで吊り下げられ、孔底にて前記圧着体の突出動作により観測機器本体を固定する孔内固着装置において、
上部固着機構は、テーパー構造を利用してバネの弾撥力と機器の自重による鉛直方向の力を水平方向の力に変換し、その水平方向の力で圧着プレートを拡開して孔壁に圧着させる機構であり、下部固着機構は、テーパー構造を利用して機器の自重による鉛直方向の力を水平方向の力に変換して、圧着ボールを突出させることで孔壁に圧着させる機構であって、前記上部固着機構には前記圧着プレートの開閉の応答を遅らせる液体ダンパー機構が組み込まれていることを特徴とする孔内固着装置。
上部固着機構は、観測機器本体に対して軸方向に相対移動可能な上部ブロック内に位置するテーパー部材とボールの組み合わせを利用して、バネの弾撥力と上部ブロック関連機器の自重による鉛直方向の力を水平方向の力に変換してボールを突出させ、垂下している圧着プレートを拡開して、該圧着プレートの外面を孔壁に圧着させる機構であり、下部固着機構は、観測機器本体に対して軸方向に相対移動可能な下部ブロック内に位置するテーパー部材と圧着ボールの組み合わせを利用し、観測機器本体及び上部ブロック関連機器の自重による鉛直方向の力を水平方向の力に変換して圧着ボールを突出させることで孔壁に圧着させる機構であって、前記バネがコイルバネであり、液体ダンパー機構が水ダンパー機構であって、該コイルバネが水ダンパー機構に組み込まれている請求項１記載の孔内固着装置。
上部固着機構及び下部固着機構は、いずれも周囲３箇所で孔壁に圧着する形式とし、上部固着機構による圧着は、３箇所全てが圧着プレートの拡開による可動方式であるのに対して、下部固着機構による圧着は、１箇所のみが圧着ボールの出没による可動方式、残りの２箇所は突設した背板による固定方式とした請求項２記載の孔内固着装置。
上部固着機構は、３個の圧着プレートが同一円周上に配置されているのに対して、下部固着機構は、１個の圧着ボールと２個の背板が同一円周上ではなく軸方向の異なる位置に配置され、且つ背板のうちの１個が観測機器本体に取り付けられている請求項３記載の孔内固着装置。
上部固着機構の圧着プレートは鉤型であって、その上端曲部が上部ブロック外周の凹部に係合すると共に上部でヒンジにより揺動可能に保持され、垂下部のほぼ下半分は上側が厚肉で下側が薄肉の楔形で且つ外面が孔壁の曲率に合致した曲面となっており、圧着プレート拡開時に少なくともその楔部の上端エッジが孔壁に圧着するようにした請求項３又は４記載の孔内固着装置。
観測機器本体に内蔵するセンサが３成分加速度計であり、全体がワイヤで孔内に吊り下げられ、請求項１乃至５のいずれかに記載の孔内固着装置によって孔底に設置される地中強震計。