WO1993009448A1

WO1993009448A1 - Weight dropping type vibration source in hole

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Publication number: WO1993009448A1
Application number: PCT/JP1992/001418
Authority: WO
Inventors: Kimio Ogura
Original assignee: Oyo Corporation
Priority date: 1991-11-08
Filing date: 1992-11-02
Publication date: 1993-05-13
Also published as: EP0566742B1; US5416281A; US5534668A; DE69219757D1; DE69219757T2; EP0566742A1; EP0566742A4

Description

明細重錘落下式孔内振源技術分野本発明は.、重錘落下方式の孔内振源に関し、更に詳しくは、多数の弾性部材と板材とを交互に積層した積層体に、情報から重錘を落下させ、弾性部材の変形により孔壁に弾性波を発生させる高出力の孔内振源に関するものである。この孔内振源は、孔内水を有する孔内での速度検層システ -ムの他、広範囲にわたる地盤の振動特性を立体的に解析するトモグラフィ一などに有効な装置である。

背景技術

地盤の振動特性は、各種の建築構造物および土木構造物の耐震設計上の重要な基礎データとなっている。地下地盤の弾性的性質等を調査するには、地盤中に掘削したボーリング孔内出の弾性波（ P波や S波）伝播速度を直接測定する P S速度検層システムが用いられている。この速度検層は、振源から受振器に到る弾性波の到達時間を波形記録から求める技術である。

孔内振源は、従来から種々開発されている。代表的な例としては、特公昭 58— 52 1 9 1号、特公昭 6 1 — 4 3 669号、特公昭 62 - 14 7 9 1号、特公昭 62 】 4 792号の公報、アメリカ特許第 4 38359 1号明細書に記載されている装置がある。いづれも、基本的には孔軸に直交する方向に移動自在の可動体（ハンマ）と、その可動体を駆動する駆動機構を備えた構造である。この振源を、孔内水を有するポーリング孔内に設置し、可動体を瞬間的に駆動することによって孔軸に直交する一方向の孔壁面に加振力を作用させる。駆動機構としては、通常電磁ソレノィドが用い.られている。

しかし、この種の従来の電磁ハンマ方式の孔内振源は、電磁ソレノィドによる駆動であり、一般にボーリング孔径は比較的小さく、振源の外径を大きくできないため加振力に限界があり、適用範囲が限られている。例えば、振源と受振器を一連のプローブに組み込み、このプローブを孔壁に固着させることなくボーリング孔内に挿入して、各深度で P S検曆を行うような場合は有効である。しかし、二つのボーリング孔を使用する孔間速度測定のような場合には、振動の伝播範囲が狭く適用し難い。

近年、二つのボーリング孔間での弾性波速度を測定し、コンピュータによるデータ処理を駆使して地下地盤の広い範囲にわたって振動特性を立体的に表現する（断層映像化する）トモグラフィーの技法が導入されつつさる。その場合、まず一方のボーリング孔を起振孔、他方のボーリング孔を受振孔とし、起振孔に振源を設置し、受振孔に多連式の受振器を挿入して、振源の設置位置（深度）を変えながら、起振孔と受振孔を交換して、弾性波速度の測定を行うところが、上記のような従来の電磁ハンマ方式の孔内振源では、ボーリング孔間距離が 1 0 m程度以内の場合しか信号が到達し得ないため、多数のボ一リング孔を掘削する必要が生じ、実用に供し得ない。

加振力の大きな従来公知の振源としては火薬がある。火薬を使用すると、ボーリング孔間距離が数百メ一トル程度でも弾性波は到達する。しかし火薬の使用はボーリング孔壁の崩壊を招く問題がある。ボーリング孔深部から浅部へ向かって起振点を順次移動させていくことで実施し得たとしても、起振孔と受振孔を交換して測定を行う場合、すでに起振孔が崩壌しているため、それを受振孔としては使用出来ず、結局、必要な測定は実施不可能である。また、火薬はそれ自体使用上の制約が多く、特に都市部では火薬の使用はほとんど不可能である。

発明の開示

本発明の主たる目的は、上記のような従来技術の欠点を解消した改良された孔内振源を提供することである。

本発明の別の目的は、小さなボーリング口径でも大きな起振力が得られ、高周波成分を含むため分解能が高く、安全で且つ使い易い孔内振源を提供することである。

本発明の更に別の目的は、 P波の輻射を抑制して S波を効果的に幅射できる S波用孔内振源を提供することである。本発明に係る重錘落下方式の孔内振源は、弾性部材と板材とを交互に多数積層して積層体とし、その積層体の上方に位置し該積層体に向かって落下する重錘とを具備している本発明の別の態様としては、上記積層体を筒状ケーシングの下方に設け、この積層体の上部に位置させて上記筒状ケーシング内を上下動自在のビストン部材を設け、上記重錘を上記ビストン部材に向かって筒状ケーシング内を上下動可能とする構成とすることが出来る。

本発明の更に別の態様において、環状板材と弾性部材とを交互に多数積層するとともに、各板材同士の間に揺動支点部材を同一方向を向くように介在させた構造とすることが出来る。

本発明の更に別の態様としては、積層体を取り囲むように配置され且つ水密性で膨出可能な覆体を設け、この覆体の内部に液体を供耠する液体供給手段を設けた構造である。図面の簡単な説明

第 1 A図および第 1 B図は本発明の重錘落下式孔内振源の概略構成を示す説明図。

第 2図は本発明の第 1実施例による孔内振源の具体的な構成を示す一部破断の側面図。

第 2 A図は第 2図の示したピストンの好適な構成例を示す断面図。

第 3図は第 2図に示したケーシングの一部を省略した斜視図。

第 4図は第 2図に図示した波座金と環状板材の積層状態を示す分解斜視図。

第 5図は本発明の孔内振源の使用状態の一例を示す説明第 6 A図と第 6 B図は本発明の第 2実施例による孔内振源の構成を示す一部破断の側面図。

第 7 A図と第 7 B図は本発明の第 3実施例による孔内振源の積層体の構成を示す斜視図。

第 8 A図と第 8 B図は本発明の第 4実施例による孔内振源の概略構成を示す説明図。

第 9図は第 8 A図と第 8 B図に示す構成の更に具体的な構造を示す一部破断の側面図。

第 1 0図は波座金と環状板材と揺動支点部材と積層状態を示す分解斜視図。

第 1 1 A図と第 1 1 B図は第 9図の実施例のケ一シングの構成例を示す図。

第 1 2 A図、第 1 2 B図および第 1 2 C図は重錘の構成例を示す図。

第 1 3 A図から第 1 3 E図は重錘落下機構の一例の動作説明図である。

第 1 4 A図、第 14 B図および第 1 4 C図は本発明の更に別の実施例による、孔内水の無い孔内での速度検層に有効なタイプの振源の概略構成と、その動作説明図。

第 1 5図は第 1 4 A図乃至第 1 4 C図に示した構成の更に具体的な構成例を示す図。

第 1 6 A図と第 1 6 B図は、第 1 4 A図乃至第 1 4 C図に示した構成の変形例とその動作説明図である。

発明を実施するための最良の形態第 1 A図と第 1 B図に概略構成を示すように、筒状ケーシング 1 0と、弾性部材 1 4と板材 1 6を交互に多数積層して筒状ケーシング 1 0の下方に設けた積層体 1 8の上部に位置し筒状ケ一シング 1 0内を上下動自在のピストン部材 2 0と、筒状ケーシング 1 0内で上方からピストン部材 2 0に向かって落下する重錘 2 2とを具備している。筒状ケ一シング.1 0の下方を延長して、その周壁面に例えば軸方向に細長いスリッ卜状などの形状の開口部 1 2を設けて積層体 1 8を保持してもよいし、筒状ケーシングの下方に複数本のガイドロッドを設け、板材に形成した穴に遊嵌させて各板材の面内の動きを規制する構造でもよい。

弾性部材は、例えばバネ性を有する波座金（ウェーブ ·. ヮッシャ）やゴム状物質からなるリング（例えば 0 リングやゴムブッシュ）などからなり、該弾性部材と金属製環状扳材とを交互に約 1 0〜 6 0枚程度積層した構造とする。筒伏ケーシング内の上端部には、重錘に引上げ保持 ·解放機構を設ける。自然落下を利用した方式でもよいが、重錘に下向きの弾撥力を付与するスプリング機構を組み込んで強制落下させると、より一層起振力が高くなり好ましい。重錘は、直接ビストン部材の上面に直接落下するように構成しても良いが、ビストン部材の上部に液体溜まりを設け、その液体を介して重錘の落下衝撃力をピストン部材に伝達するように構成してもよい。その場合、重錘の落下はスプリングゃゴム膜などで受けるのが良い。

第 1 A図に示す状態から重錘 2 2がビス卜ン部材 2 0上に落下すると、第 I B図に示すように、その衝撃力で弾性部材 1 4が急激に変形し、弾性部材 1 4 と板材 1 6からなる積層体 1 8は軸方向に収縮する。これによつて板材 1 6 間の孔内水が開口部 1 2を通って外向き（矢印方向）に押し出され、孔壁（図示せず）に弾性波が発生する。

特に重錘をスプリング力で下向きに付勢すると、それが自然落下の力に加わるため、ピストン部材に当たる衝撃力がー層強力になり、起振力も増大するため好ましい。更に本発明装置では、筒状ケーシングに形成する開口部の位置を、相対抗する 2方向にしたり、 1方向のみにすると、鋭い指向性を有する振動が発生する。また、ピストン部材の上部に液体溜まりを設けて、その液体を介して重錘の落下力をピストン部材に伝達するように構成すると、重錘が直接ピストンに衝突せず、その変形などの発生を防止できる _t 第 1 A図と第 I B図の概略構成を具体的に示した第 2図において、円筒状のケーシング 3 0の下部周壁部には蚰方向に延びるスリツ卜 3 2を、第 3図の通り複数本形成してある。ケ一シング 3 0 の中心には案内棒 3 4が位置し下端で固定され、ケーシング 3 0 の下端は端栓 3 6で封止する ₍ ケーシング 3 0内の下部端栓 3 6上にパネ部材として機能する波座金 3 8と金属製の環状板材 4 0 とを交互に多数

( 1 0 〜 5 0枚）積層して収容する。これら波座金 3 8と環状板材 4 0との積層状態の詳細を第 4図に示している。図示のとおり、波座金 3 8は、弾性薄肉環状板材に波を付けた形状とし、軸方向加重を円周で平均に受けるため小さいスペースの緩街用として有効な機構部品であり、一般にスぺーサ用バネとして広く利用されているものである。この実施例では市販品をそのまま使用している。前記スリット 3 2の軸方向の形成範囲はほぼこの積層体の収容位置 (高さ）に対応している。案内棒 3 4は、波座金 3 8と環状板材 4 0の中止孔を貫通し、それらの円周方向の位置決めと変位の.際の案内の機能を果たす。積層体の上部にビストン 4 2を設置する。このピストン 4 2は周囲に 0リングシール 4 4を備え、ケーシング 3 0内で軸方向に搢動自在である。

ケ一シング 3 0の上端部にはモータ等を備えた巻き上げ機構 4 6が設けてある。この巻き上げ機構 4 6からは、下端部に開閉自在のフック 4 8を取り付けたワイヤ 5 0を下ろし、そのフック 4 8で重錘 5 2の上端把持部 5 4を掴み離し可能にしている。重錘 5 2は中心の縦貫口 5 6を振れ止め輪 5 8によ.つて上下方向の移動の際に案内される。振れ止め軸 5 8の上方寄り位置にはフック 4 8開放用の突起 6 0を設け、また周囲には重錘 5 2に下向きの弾撥力を付与するためのコイルスプリング 6 2を設けている。

次に本装置の動作について説明する。フック 4 8で重錘

5 2の上端把持部 5 4を掴み、巻き上げ機構 4 6を駆動してワイヤ 5 0を巻き上げる。重錘 5 2は振れ止め軸 5 8に案内されて上昇し、やがて重錘 5 2はコイルスプリング 6 2の下端部に達する。更に巻き上げ動作が継続すると、重錘 5 2は上記コイルスプリング 6 2の弾撥力に杭して上昇する。フック 4 8の上部がフック開放用の突起 6 0にまで達した後、更に上昇しょうとすると、上記突起 6 0とフック 4 8とのカム作用によってフック 4 8の下端部が開く。これによつて重錘 5 2はフック 4 8から開放され、コイルスプリング 6 2の弾撥力と自重でピストン 4 2に落下する。その衝撃で積層されている各波座金 3 8は偏平に変形し、積層体は軸方向に収縮する。その際、環状板材 4 0の間に存在していた孔内水は、スリット 3 2を通って外向きに放出され、周囲の孔壁に大きな加振力を与える。

試作品を用いて行った予備実験の結果によれば、波座金と環状板材を交互に 6 0枚積層し、重さ 1 . 2 k gの重錘を l mの高さから自然落下させたところ、約 1 2 J の加振エネルギーが観測された。しかも、振動波形には従来の電磁ハンマ方式の振源に比べて高周波成分が多く含まれていることも分かった。周波数が高いことは分解能が向上することを意味している。孔間速度測定では、約 3 m離れた二つの孔について、起振孔の深度 5 mの位置に本装置を設置し、受振孔の深度 3 5 mの位置に受振器を設置して観測を行った結果、充分良好な信号を検出できることが確認された。因みに、従来の電磁ハンマ方式の振源では、同じ条件では利得を最大にしても信号は検出出来なかった。更にスプリングカを加味した強制落下の場台は約 6 0 0 J の加振エネルギーが発生した。上記の予備実験から勘案すると、孔間距離が数十〜数百メートルあっても、充分、孔間速度測定が可能であると推定される。第 2 A図は、第 2図のピストン（第 1 A図と第 1 B図では符号 2 0で示すビストン）の好ましい構成例を示している。この構成は、深度の大きな（地下地盤の深い）位置での検層を行う場合に特に有効な構成として具体化したものであり、地下地盤の深い位置での検層では深い位置ほど必然的に高くなる孔内水の水圧に対応させるように設計されたもので、ピストン 4 2を取り巻く周辺空間の圧力差をバランスさせることで、深度によつて打撃効率の変化が生ぜず、常に同じ起振力を発生できて良好な検層が達成出来るようにしたものである。

図示の通り、重錘 5 2を移動可能に有するケ一シング 3 0に、中心孔 3 0 aを有するピストン案内扳 3 0 bを一体の形成し重錘落下空間とピストン室とを仕切る。ピストン 4 2は所望のパッキングを介して上記中心孔 3 0 aを上下に摺動可能な中心突起 4 2 aを基部 4 2 cの上方に設けてあり、基部の下方には基部 4 2 c外径より小径であつて環状に等間隔で配置した複数の棒状脚部 4 2 aを突出させて、重錘落下空間内の重錘 5 2がビス卜ンの上記中心突起 4 2 aに落下する構成とする。ピストン 4 2の上記複数の脚部 4 2 aはケーシングの張り出し部 3 0 dの位置を更に下方に延びて、環状板材 4 0と波座金 3 8との積層体の最上部に当接した状態を保っている。かくて、重錘 5 2の落下によりピストン 4 2の棒状の脚部 4 2 aが上記積層体に衝撃を加えて必要な起振を達成出来ることになるが、この場合、ピストン 4 2を取り囲む空間（ピストンの内外及び上下の空間）の圧力がバランスされているため、深度によって打撃効率の変化が生ぜず、常に同じ起振力を発生でき、適切な起振、および検層を成し得るものとなる。

また、ピストン 4 2を取り囲む空間には振源を孔内に揷入するとき封じ込められた空気が圧縮されて存在するが、空気は圧縮性であるため、打撃時にピストン 4 2の動き力;' 規制される.ことがない。

第 5.図は、 2本のボーリング孔間の弾性波速度を測定し、広い地下地盤にわたって振動特性を立体的に表現する（断層映像化する）トモグラフィーの説明図である。一方のボ一リング孔 7 0を起振孔、他方のボーリング孔 7 2を受振孔とし、起振孔に本発明の孔内振源 7 4を挿入し、受振孔に多連式の受振器 7 6を挿入する。地表起振制御装置 7 7 で孔内振源 7 4の動作を制御して起振すると、弾性波は破線で示すように伝播し各受振器 7 6に達する。受振測定装置 7 8で各受振器 7 6からの信号を記録する。起振孔での振源位置（深度）を順次移動させて起振し、受振孔で弾性波を観測する。次いで起振孔と受振孔とを交換して、同様の測定を行う。この観測結果をコンピュータ処理することにより、立体的に地盤の振動特性を解析する。上記のように本発明の孔内振源では、ボーリング孔間距離が数十〜数百メートル程度でも弾性波が到達するため、少数のボーリング孔で広い地盤の振動特性を把握出来ることになる。

第 6 A図と第 6 B図は本発明の他の実施例（第 2実施例とその変形例）を示す構成概略図である。この実施例ではピストン部材の上部に液体溜まりを設け、その液体を介して重錘の落下衝撃力をビス卜ン部材に伝達する構成である。これによつて重錘が直接ビストン部材に街突せず、ピストン部材の変形を防止し、ケ一シング内でのビストン部材の措動に悪影響が及ばないようにしている。スリットを有するケーシング内に波座金と環状板材との積層体を収容する点は、前記.の実施例と同様である。

第 6 A図の構成ではケーシング 8 0内に多数の波座金 8

1 と環状扳材 8 2との積層体を収容し、下端部に下部液体溜め 8 3と気体室 8 4を設け、ピストン部材 8 5の上部に上部液体溜め 8 6を設ける。ピストン部材 8 5の中央を貫通するように案内棒 8 7を設け、その鍔部にスプリング 8 8を取り付けて重錘 8 9を受けるようにする。落下してきた重錘 8 9は、上部液体溜め 8 6の液体（例えば水）に銜撃を与える。液体は非圧縮性であるため、その落下衝撃力は液体を介してビストン部材 8 5に伝達され、そのビストン部材 8 5を押し下げる。これによつて波座金 8 1が偏平に変形し、内部の孔内水を外部に放出させ、孔壁に弾性波を発生させる。この点は前記実施例の場合と同様である。重錘 8 9の落下の際の落下街撃力は案内棒 8 7とケーシング 8 0で受け、その後の重錘 8 9の降下によってビストン部材 8 5に当たらないようにスプリング 8 8で受けることになる。気体室 8 4中の気体（例えば空気）は、その圧縮によりピストン部材 8 5の降下を吸収する機能を果たすものである。第 6 B図の変形例では、ケーシング 9 0内に多数の波座金 9 1 と環状板材 9 2との積層体を収容し、下端部に下部液体溜め 9 3と気体室 9 4を設け、ピストン部材 9 5の上部に上部液体溜め 9 6を設ける構成である。上部液体溜め 9 6の上面はゴム膜 9 7で覆い、それで重錘 9 9を受けるようにする。落下してきた重錘 9 9は、ゴム膜 9 7を介して上部液体.溜め 9 6の液体（例えば水）に衝撃を与える。その落下衝撃力はピストン部材 9 5に伝達され、そのビストン部材 9 5を押し下げ、波座金 8 1が偏平に変形し、内部の孔内水を外部に放出させる。

第 7 A図と第 7 B図は本発明の振源に用いる積層体の構造に関する更に別の実施例（第 3実施例）とその変形例である。このうち、第 7 A図の実施例では、開口部を有するケーシングに代えて、各環状板材（符号 4 1で示す）の周辺位置に複数（図示例では 3個）の穴 4 3を穿設して、その穴 4 3に、その穴径よりも遥かに小径のガイドロット 3 3を揷通する構成としている。これによつて各環状板材 4 1をその面内での移動が規制されるように保持する。

これとは別に、第 7 B図のように波座金に代えてゴム状物質からなるリング 3 9を用いてもよい。このリング 3 9 は、 0 リングのように断面円形でもよいし、ゴムブッシュのように断面矩形でもよい。重錘落下の衝撃によって収縮変形し、その後元の形状に復帰し得るような材料であれば使用可能である。このようなリング 3 9は、全周にわたつて高さが一定であるから、波座金の場台のような開口部を有するケ一シングゃガイドロッドは必ずしも設けなくてもよい。周囲に小孔を持たない単なる環状板材 4 0を用い、中央部を貫通する案内棒（第 2図符号 3 4参照）のみでも綺麗な積層状態を維持出来る。

弾性部材として上記波座金やゴム製リングに代えて板ばね等適宜所望の弾性体を採用できる。また、ケーシングの周壁面に形成する開口部の形状やその位置についても、発生させる振動の指向性などに応じて適宜変更してよい。案内棒の有無やその形状、ピストン部材の形状も、装置機構に応じて適宜変更できるし、重錘の掴み離し機構、引上げ保持 ·解放機構、重錘に下向きの弾撥力を付与するスプリング機構も、必要に応じて適宜変更可能である。

上記の各実施例では、多数の板材と弾性部材とを交互に積層し、重錘を落下させて衝突させ、弾性部材の変形により扳材間の孔内水を外方向に放出させ振動を発生させるよう構成したから、重錘重量は落下速度を大きくしたり、振動を発生させるよう構成したから、重錘重量や落下距離を大きくしたりスプリングなどで駆動することで落下エネルギーを大きくでき、その結果、小さなケ一シング口径でも大きな起振力を発生させることができる。また、発生する振動は高周波成分を多く含むため、分解能が向上する。それ故、孔間速度測定などを行う場合、孔間距離を大きくとることができ、少数のボーリング孔掘削するだけで、広い地盤に渡っての地盤振動特性を正確に把握することが可能となる。また、火薬を使用しないため、安全で使い易く、孔壁を破壊する虞も無く、例えばトモグラフィーの技法には最適の孔内振源である。

この発明の前記第 3番目の目的を達成する重錘落下式の S波用孔内振源は第 8 A図と第 8 B図に概略構成を示すように、板材 1 6と弾性部材 1 4 とを交互に積層すると共に、各板材 1 6同士の間に揺動支点部材〗 1が同一方向を向くように介在させて積層体 1 8とし、重錘 2 2の落下によつて上記積層体 1 8の支点を挟んで相対する片側上部を強打する重錘落下式機構を備えている。

上記揺動支点部材 1 1 は、円柱状或いは三角（楔形）柱状などであり、前記板材 1 6の直径方向に設ける。この揺動支点部材 1 1 は板材 1 6同士のスぺーサを兼ねており、各板材 1 6は一定間隔（揺動支点部材 1 1 の太さ）で支持され、且つ弾性部材 1 4によって水平（平行）に支持されている。

重錘落下機構は、例えば重錘と、重錘の引上げ保持 * 解放機構と、重錘に下向きの弾撥力を付与するスプリング機構からなり、積層体の上方に 2組併設する。或いは下面片側に突起を有する重錘と、該重錘の半回転引上げ保持 · 解放機構と、重錘に下向きの弾撥力を付与するスプリング機構からなる構成でもよい。その場台には 1組のみでよい。これらにおいて、重錘の自然落下を利用した方式でも良い力、上記のように重錘に下向きの弾撥力を付与するスプリング機構を組み込んで強制落下させると、より一層起振力が高くなり好ましい。

一】 5 — 前記積層体 1 8を、周壁面に開口部 1 2を有する筒状ケ一シング 1 0内の下部に収容し、上方に重錘落下機構を配置する構成でもよい。開口部 1 2は筒状ケ一シング 1 0の積層体収容部近傍の周壁面に形成され、例えば軸方向に細長い形状とする。あるいは積層体近傍では筒状ケーシングとせずに、扳材の周縁部に穴を設け、それに位置規制用のシャフトを.揷通するような構成でもよい。ゴム製のリングなどを用いる場合は、中央の案内棒のみで保持する構成でもよい。

第 8 A図に示す状態では、各板材 1 6は、揺動支点部材

1 1と弾性部材 1 4によつて水平に支持されている。そして各扳材 1 6の間などは孔内水で満たされている。この状態で上方から重錘 2 2が落下すると。第 8 B図に示すように、その銜撃力で弾性部材 1 4が急激に変形する。その際、板材 1 6と弾性部材 1 4からなる積層体 1 8は、揺動支点部材 1 1が介在する（スぺーサとして機能する）ために中央の高さ寸法は変わらず、強打した方（第 8 B図では右側）では弾性部材 1 4の弾撥力に杭して板材 1 6同士の間隔が狭まり、逆にその分だけ反対側では間隔は広がる。このような状態が水中で生じるから、白抜き矢印で示すように、間隔の狭まつた方からは水が急激に押し出され、反対に間隔の広がった方には孔内水が外部から流入する。その衝撃で孔壁に弾性波（S波）が発生する。

揺動支点部材 1 1が環状板材 1 6の直径方向に設けられていると、流出する水量と流入する水量とは等しく、振源全体としては水の体積変化が無いことになり、理想的なダィポール振源となる。また、重錘落下機構において、重錘 2 2をスプリング力で下向きに付勢するように構成すると、それが自然落下の力に加わるために積層体の上面に当たる衝撃力が一層強力になり、起振力も増大するため好ましい。第 8 A図と第 8 B図に示した本発明の第 4実施例のより具体的構成.例を示した第 9図において、ケーシング 3 0の下部両側には軸方向に延びる大きな開口 3 2を形成してある。ケーシング 3 0の下部中心には案内棒 3 4が位置し、その下端部はケーシング 3 0 の下部端栓 3 6に固定される。ケーシング 3 0内の下部端栓 3 6上に、弾性部材として機能するパネ性を有する波座金 3 8と金属製の環状板材 4 0 とを、交互に多数枚（約 1 0 ~ 5 ◦枚程度）積層して収容する。更に、全ての環状板材 4 0同士の間には、円柱状の揺動支点部材（第 8 A図と第 8 B図の符号 1 1、および第 1 0図の符号 4 2 ) を介装する。前記開口 3 2の軸方向の形成範囲は、ほぼこの積層体の収容位置（高さ）に対応している。また、案内棒 3 4は、波座金 3 8と環状板材 4 〇の中心孔を貫通しており、それらの円周方向の大凡の位置決めの機能を果たすこと前記実施例と同様である。

第 1 0図において、各揺動支点部材 4 2は、全て同一方向を向くように配置する。ここでは環状板材 4 CJの片面の、直径方向に沿った 2か所に溶接により固定している。円柱状の代わりに三角（楔形）柱状等であってよい。図示の如く、波座金 3 8は、弾性薄肉環状板材に波を付けた構成を有し、一般にスぺ一サ用バネとして広く利用されているものであり、この実施例では市販品をそのまま使用したものである。

ケ一シング 3 0の上端部には 2組の重錘落下機構を併設する。重錘落下機構は、第 2図の実施例同様であり、モ一夕などを備えた巻き上げ機構 4 6を有する。この巻き上げ機構 4 6か.らは、下端部に開閉自在のフック 4 8を取り付けたワイヤ 5 0を下ろし、そのフック 4 8で重錘 5 2の上端把持部 5 4を掴み離し可能としている。重錘 5 2は、その中心の縱貫孔 5 6を貫通する振れ止め軸 5 8によって上下方向の移動の際に案内される。振れ止め軸 5 8の上方寄位置にはフック解放用の突起 6 0を設け、また周囲には重錘 5 2に下向きの弾撥力を付与するためのコィルスプリング 6 2を設けている点も第 2図の実施例と同様である。この実施例の装置の動作は、前記第 2図について説明したところと大同小異であるが、次の通りである。

いづれか一方の重錘落下機構を選択的に駆動する。フック 4 8で重錘 5 2の上端把持部 5 4を掴み、巻き上げ機構 4 6を駆動してワイヤ 5 0を巻き上げる。重錘 5 2は振れ止め軸 5 8に案内されて上昇し、やがて重錘 5 2はコイルスプリング 6 2の下端部に達する。更に巻き上げ動作が継铳すると、重錘 5 2はコイルスプリング 6 2の弾撥力に抗して上昇する。フック 4 8の上部がフック開放用の突起 6 0にまで達した後に、更に上昇しょうとするとく上記突起 6 0とフック 4 8とのカム作用によってフック 4 8の下端部が開く。これにより、重錘 5 2はフック 4 8から解放され、コイルスプリング 6 2の弾撥力と自重で積層体の片側に落下すし、その衝撃により積層された各波座金 3 8は変形する。その際、この実施例では積層体全体としては揺動支点部材 1 4が介在するため、中央の高さ寸法は変らないが、重錘が落下した方では環状板材 4 0同士の間隔が狭まり、反対側は環状板材 4 0同士の間隔は広がるように傾く。これによつて環状板材 4 0の間に存在していた孔内水は、間隔の狭まつた方から開口を通って急激に外向きに放出され、反対に間隔の広がった方には孔内水が外部から急激に流入する。その衝撃で孔壁に大きな加振力が与えられる o

第 1 1 A図、第 1 1 B図および第 1 2 A図乃至第 1 2 C 図までの図面は、第 9図の実施例による構成の他の変形例を示している。この変形例では、下面片側に突起を設けた重錘と、この重錘の半回転引上げ保持 · 解放機構とを用いることで、重錘やその引上げ機構などを 1組のみで済ますように工夫したものである。重錘の引上げ保持 · 解放機構ゃスプリング機構は前記実施例と同様であってよい。

第 1 1 A図と第 1 1 B図に示すように、ケ一シング 8 0 内の壁面の積層体挿入位置よりもやや上方に、軸方向に延びる 1本の案内用突条 8 1を設けるとともに、この案内用突条 8 1 の上端から重錘高さよりやや短い距離だけ離れた上方に重錘半回転用の突起 8 2を設ける。ケーシング 8 0 の中央には重錘移動のための案内用シャフト 8 3を吊設する。次に第 1 2 A図（平面図）、第 1 2 B図（正面図）および第 1 2 C図（側面図）に示すように、重錘 8 5は円柱状であり、中央に前記案内用シャフト 8 3が貫通する縦貫通孔 8 6を備え、下面片側に突起 8 7を有する。そして外周面の 1 8 0度対称位置に縱溝 8 9 a , 8 9 bを形成すると共に、両縱溝 8 9 a , 8 9 b間にわたつて同一向きに半周する螺旋溝 9 0 a , 9 0 bを形成する。更に、上部で縱溝と螺旋溝とが交差する部分に逆止弁のように開閉する切り換え機構 9 1を設ける。

この重錘落下機構の動作を第 1 3 A図から第 1 3 E図を用いて説明する。

まず、第 1 3 A図に示すように重錘 8 5の一方の縦溝 8 9 aに案内用突条 8 1が嵌合しているとする。このとき重錘 8 5の下面の突起 8 7は図の右側に位置している。そのまま重錘 8 5を引き上げると、重錘 8 5は回転することなく上昇し、上部が突起 8 2の近傍に達する（第 1 3 B図）。更に引き上げると、突起 8 2が切り換え機構 9 1 の作用により縱溝 8 9 aから螺旋溝 9 0 aに導かれ、第 1 3 C図に示す通り、重錘 8 5は回転し、第 1 3 D図の状態まで半回転する。重錘 8 5の下面の突起 8 7は図の左側に移動する。ここで重錘 8 5を解放すれば、他方の縱溝 8 9 bが案内用突条 8 1に嵌合するように落下し、積層体の左側の上方を強打できる。つまり重錘 8 5を引き上げて落下させる毎に、積層体の右側と左側に交互に街撃を作用させることが可能となる。上記のように第 9図に示すこの発明の実施例では、多数の板材と弾性部材とを交互に積層し、各板材同士の間に揺動支点部材が同一方向を向くように介在させて積層体とし、この積層体の前記支点を挟んで相対する片側上部を重錘落下により強打するように構成したから、強打した方では板材同士の間隔が狭まり、反対側では間隔は広がるため、間隔の狭まっ方からは水が外向きに急激に押し出され、反対に間隔の広がつた方には水が外部から急激に流入し、それによって孔壁に弾性波（ S波）を発生させることができる。

第 1 4 A図乃至と第 1 4 C図は、この発明の更に別の実施例を示すものであり、孔内水の無い孔内での検層に有効な構造例を示している。

この実施例の振源は、構造的には、積層体 1 8を取り囲むように筒状ケ一シング 1 ◦に取り付けた覆体としてのゴムチューブ 2 4 と、このゴムチューブ 2 4内に地上から水を充満できる注水管 2 5と排気管とを備えている他は、前記実施例（特に第 1 A図および第 1 B図の実施例とその具体的構成例を示す第 2図の構成）と同様と考えてよい。

この実施例の振源の使用方法と動作について簡単に説明する。第 1 4 A図に示すように、ボーリング孔内に振源を挿入する。ボーリング孔は、極浅い孔などに多く見られるように孔内水が無くてもよい。所定の位置に降ろした後、注水管 2 5を通して地上からゴムチューブ 2 4内に水を供給し、同時に排気管 2 6から内部の空気を排出する。そしてゴムチューブ 2 4が孔壁 2 8に密着するまで水の供給を続ける（第 1 4 B図）。ゴムチューブ 2 4が膨脹した状態で、重錘 2 2をビス卜ン部材 2 0の上に落下させると、その衝撃力で弾性部材 1 4が急激に変形し、弾性部材 1 4と板材 1 6からなる積層体 1 8は軸方向に収縮する（第 1 4 C図）。これによつて扳材 1 6間の水が外向き（白抜き矢印方向）に押し出され、ゴムチューブ 2 4の水およびゴムチューブ 2 4を介して孔壁 2 8に弾性波を発生させることが出来る。この場合、ゴムは水と同じように非圧縮性であることから、ゴムチューブ 2 4の存在は特に障害とはならない。このようにして、孔内水が無くても孔壁 2 8に効率良く振動を与えることができる。

上記構成による無水孔用振源の具体的構成例を示す第 1 5図において、第 2図の実施例同様ケーシング 3 0の下部周壁面において軸方向に複数本スリット 3 2を形成してある他、このスリット 3 2を覆うようにゴムチューブ 4 5を被せ、その両端を固定している。その他の構成は第 2図の場合と同様であるので詳細な説明は省略する。

第 1 6 A図と第 1 6 B図は上記無水孔用振源の変形例を示している。この構成は S波用振源であり、弾性部材 1 4 と扳材 1 6とを交互に積層し、各扳材 1 6同士の間に揺動支点部材 7 7が同一方向を向くように介在させて積層体とし、重錘 2 2の落下によって積層体の支点を挟んで相対する片側上部を強打する重錘落下機構を具備している。更に、前記実施例同様、積層体を取り囲むように配置した覆体としてのゴムチューブ 2 4 と、このゴムチューブ 2 4内に地上から水を充満できる注水管 2 5と排気管 2 6 とを備えている。

この無水孔用振源をボーリング孔内に挿入し、注水管 2 5を通して地上から水を注入しゴムチューブ 2 4内の空気を排気管 2 6から排出して、上記ゴムチューブ 2 4が孔壁 2 8に密着するように水を充満させる（第 1 6 A図）。その時各板材 1 6は、揺動支点部材 1 7と弾性部材 1 4によつて水平に支持されている。この状態で上方から重錘 2 2 が落下すると、第 1 6 B図のように、その衝撃力で弾性部材 1 4が急激に変形する。その際、板材 1 6と弾性部材 1 4からなる積層体は、揺動支点部材 7 7が介在してスぺーサとして機能しているため、中央の高さ寸法は変わらず、強打した方（第 1 6 B図の右側）では弾性部材 1 4の弾撥力に杭して板材 1 6同士の間隔が狭まり、逆にその分だけ反対側では間隔は広がる。この状態が水中で生じるから、第 1 6 B図の矢印のように、間隔の狭まった方から水が外向きに急激に押し出され、反対に間隔の広がった方には水が急激に流入する。その衝撃で孔壁 2 8に弾性波（ S波）が発生する。

上記覆体としてのゴムチューブ 2 4は、それ自体が膨脹する材質でなくても、袋状に折り畳まれていて、液体注入により膨らんで孔壁に密着するような構造でもよい。

以上本発明の特に好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでなく、請求の範囲の項に記載の範囲内で種々変更が可能である

Claims

請求の範囲

1 . 弾性部材と板材とを交互に複数積層した積層体と、該積層体の上方に位置し上記積層体に向かって落下する重錘とを有する重錘落下式孔内振源。

2 . 筒状ケーシングと、弾性部材と板材とを交互に多数積層して上記筒状ケーシング下方に設けた積層体と、上記積層体の上部に位置し上記筒状ケーシング内を上下動自在としたピストン部材と、上記筒状ケ一シング内で上方から上記ピストン部材に向かって落下する重錘とを有する重錘落下式孔内振源。

3 . 上記筒状ケーシングは、その周壁面下部に開口部を有する請求項 2の振源。

4 . 上記弾性部材はパネ性を有する波座金であり、上記板材は金属製の環状板材である請求項 2の振源。

5 . 上記弾性部材はゴム状物質より成るリング状体であり上記板材は金属製の環状板材である請求項 2の振源。

6 . 上記筒状ケ一シング内の上端に、上記重錘の引上げ保持♦解放機構と、上記重錘に下向きの弾撥力を付与するスプリング機構を設けた請求項 2 の振源。

7 . 上記ピストン部材の上部に液体溜まりを設け、その液体を介して上記重錘の落下街撃力を上記ビス卜ン部材に伝達する請求項 3の振源。

8 . 板材と弾性部材とを交互に複数積層するとともに、各扳材同士の間に揺動支点部材を同一方向を向くように介在させた積層体と、上記積層体の上方に位置し上記揺動支点部材を挟んで相対する片側上部を強打する重錘落下機構とを有する重綞落下式 S波用孔内振源。

9 . 上記揺動支点部材は柱状を有し、上記板材は金属製環状体であり、上記弾性部材は弾性を有する環状体であり、上記揺動支点部材は柱状を有して上記環状の扳材の直径方向に設けられている請求項 8の振源。

1 0 . 上記重錘落下機構は、上記積層体の上方に、第 1の重錘引上げ保持 ·解放機構と、重錘に下向きの弾撥力を付与する第 1のスプリング機構よりなる第 1の重錘落下手段と、第 2の重錘引上げ保持 ·解放機構と、重錘に下向きの弾撥力を付与する第 2のスプリング機構とよりなる第 2の重錘落下手段とを併設させてなる、請求項 8の振源。

1 1 . 上記重錘は下面片側に突起を有し、上記重錘落下機構は、上記突起を有する上記重錘と、上記重錘の半回転引上げ保持 ·解放機構と、上記重錘に下向きの弾撥力を付与するスプリング機構とを有し、上記積層体の上方に設置されている請求項 8の振源。

1 2 . 弾性部材と板材とを交互に複数積層した積層体と、上記積層体の上方に位置し上記積層体に向かって落下する重錘と、上記積層体を取り囲んで配置された水密性で膨出可能な覆体と、上記覆体の内部に液体を供給する液体供給手段を有する重錘落下式の無水孔用振源。

1 3 . 筒状ケーシングと、弾性部材と板材とを交互に複数積層して上記ケーシング下方に設けた積層体と、上記積層体の上部に位置し上記筒状ケ一シング内を上下動自在のピストン部材と、上記筒状ケーシング内で上方から上記ビストン部材に向かって落下する重錘と、上記積層体を取り囲んで配置したゴム状物質のチューブと、上記チューブ内に水を供給する注水手段を有する重錘落下式の無水孔用振源

1 4 . 板材と弾性部材とを交互に複数積層すると共に、各板材同士の間で揺動支点部材が同一方向を向くように介在させた積層体と、上記積層体の上方に位置し、上記積層体の揺動支点部材を挟んで相対する片側上部を強打する重錘落下機構と、上記積層体を取り囲むゴム状物質のチューブと、上記チューブ内に水を供給する注水手段を有する重水落下式の無水用振源。

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