JP3721664B2 - Rotating epicenter device - Google Patents
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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させることがある。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のパルス的振動であるため、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、設置できる場所が人家から離れた場所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、本体を地中に埋設するとともに、本体に形成された内側中空部に偏心ロータを軸支しこの偏心ロータにサーボモータを接続して設定された回転速度で回転駆動する。それにより、任意の周波数の地震波を連続して発生させることが可能になる。
【0004】
また、請求項1の発明では、前記偏心ロータを、軸方向に分割した2以上の偏心錘により構成し、各偏心錘の回転中心部に共通する回転軸を貫通してそれぞれを連結するとともに、各偏心軸の軸方向両端をそれぞれ軸受けを介して本体に支持することにより、偏心錘の取り付け数、および偏心錘の質量の大小により発生振動の強度の調整が可能になるとともに、各偏心錘で発生した加振力がそれぞれの軸受けを介して本体に伝えられる。
【0005】
更に、請求項1の発明では、各偏心錘の間に弾性材からなる緩衝板を挟圧して偏心錘の軸方向の位置決めをする組立構造としたことにより、各偏心錘に軸方向の変位が発生しても、緩衝板により吸収されて他の偏心錘に干渉することが防がれる。
【0006】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、各偏心錘と回転軸との嵌合部にそれぞれキー溝を形成してキーを嵌着することにより各偏心錘と回転軸とを連結し、各偏心錘の軸孔を回転軸よりも大径にして、回転軸に対し各偏心錘がキーの高さ方向へ相対移動可能にしたことにより、回転軸と各偏心錘とは、一定の範囲以下ではあるが、半径方向にフリーとなり、回転軸への荷重負担が軽減される。
【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内部構造を示す縦断面図であり、図2は図1の要部の横断面図である。図1において、1は回転軸であり、上端がカップリング2を介してサーボモータ3の出力軸4に接続されている。回転軸1は、組立の作業性を良くするため、下部を大径にし上部を小径にしてあり、下部の大径部に偏心錘5が、上部の小径部には偏心錘6が嵌合されている。偏心錘5,6は、全体が円柱の形状をして上下端の周面に軸受け嵌合部が形成されるとともに、上下の軸受け嵌合部の間となる部分の一方の側面が切除され偏心部5bが形成されている。偏心錘5は、上下の軸受け嵌合部が軸受け7,8を介して、本体であるところのケーシング9に支持されている。同様に、偏心錘6は、上下の軸受け嵌合部が軸受け11,12を介して、ケーシング9に支持されている。
【0008】
また、偏心錘5は、図2に示されるように、回転軸1と嵌合する中心部に、回転軸1よりもやや大きい軸孔が形成され、さらに、回転軸1および偏心錘5の偏心部5bの反対側位置にそれぞれキー溝1a,5aが形成されて、キー13の一面側が回転軸1のキー溝1aに圧入固定され、キー13の他面側がキー溝5a内に高さ方向摺動自在に嵌合されている。この状態で、回転軸1が回転駆動されると、キー13を介して偏心錘5が回転される。
ここで、偏心錘5の偏心部5bの質量をmとし、その質量mの回転半径をrとし、回転角速度をωとすると、偏心錘5には次式に示す加振力Fが発生する。
【0009】
【数1】
F=m・r・ω2
【0010】
このようにして、回転駆動されて偏心錘5に発生した加振力Fは、軸受け7,8を介してケーシング9に伝えられる。またこのとき、偏心錘5は軸受け7,8により支持されているものの、取り付け隙間や加振力Fによる全体の弾性変形等のため、偏心錘5がキー溝5aの高さ寸法を狭める方向に移動させられる。そのため、予め、偏心錘5に発生する変位の最大値よりも、回転軸1と偏心錘5の軸孔との間の隙間の方が大きくなるようにしておく。その結果、偏心錘5が、その回転数に応じた加振力により中心軸からずれてしまう場合でも、その変位が回転軸1に伝えられることがない。
【0011】
すなわち、回転軸1は偏心錘5を回転駆動して加振力を発生させるものの、その加振力は、すべて、軸受け7,8を介してケーシング9に伝えられるため、回転軸1が偏心錘5から半径方向の力すなわち曲げ荷重を受けることはない。また、回転軸1と偏心錘6についても同様なキー構造により接続されており、偏心錘6の回転により発生した加振力は、回転軸1には全く伝えられることなく、軸受け11,12を介してケーシング9に伝えられる。その結果、ケーシング9では、偏心錘5,6からそれぞれ伝えられた同一位相の加振力が加算されてより大きな振動となり、周囲の地盤に地震波として伝搬される。
【0012】
また、図1において、偏心錘5と偏心錘6の間には、緩衝板であるところのゴムパッキン14が挟圧支持されている。これは、回転軸1に対して、偏心錘5、偏心錘6を挿入して組み立てる際に、偏心錘5に対する偏心錘6の軸方向の位置決めをするために組みこまれたものである。ゴムパッキン14の厚みは、回転軸1の上下端に組み込まれた押さえ板15,16の内側面間寸法と、偏心錘5および偏心錘6の軸方向寸法とから算出される値であり、装置の停止時、すなわち組み立て時は、偏心錘5、偏心錘6が軸方向に隙間なく支持される。
【0013】
しかしながら、運転時は、偏心錘5、偏心錘6に加振力が発生して、それらが、軸受け7,8および軸受け11,12を介して、ケーシング9に伝えられるわけであるが、ここで偏心錘5、偏心錘6は軸方向の長さが違う分、偏心質量が異なり、発生する加振力が異なる。また、軸受け7,8および軸受け11,12についても、許容荷重がそれぞれ異なり、さらには、ケーシング9に接する地盤各部の剛性の違い等により、各部に加振力の軸方向成分が発生することがある。その結果、本来は分離された状態で保持されている偏心錘5、偏心錘6間に、互いに干渉する方向の変位が発生することがある。
【0014】
そのため、本来予期していない応力が、変位による干渉部に発生して、各部の強度に悪影響を及ぼすことになる。しかしながら、本発明の実施形態では、偏心錘5と偏心錘6との間にゴムパッキン14を挟圧しておいたことにより、偏心錘5と偏心錘6との間に互いに干渉する方向の変位が発生しても、ゴムパッキン14が弾性変形してその変位を吸収する。その結果、偏心錘5、偏心錘6およびそれらを支持する各部に関しては、これら予期せぬ軸方向の応力を考慮した設計をする必要がなくなる。
【0015】
なお、図1において、17〜19は軸受けを軸方向に位置決めするためのスペーサであり、20はサーボモータ3をケーシング9に固定するためのカップリングケースであり、21は給油孔である。この給油孔21には、図示しないが給油用のホースまたはパイプが接続されており、地上から潤滑油を内部に圧送することができる。
また、図示しないがサーボモータ3には、インバータが接続されており、必要な地震波の周波数に応じて回転数が精密に制御される。
さらに、この実施形態では、回転軸1に対して2個の偏心錘5,6を取り付けたが、3個以上の偏心錘を取り付けることも可能である。
【0016】
またさらに、回転軸1と偏心錘5,6との接続に、軸と軸受け部の半径方向の隙間を大きくしたスプライン継ぎ手を用いることも可能である。
また、この実施形態は、図1に示されるように、回転軸1を垂直方向にして本体部を地中に埋設しているが、この設置形態以外にも、回転軸1を水平方向にして地中に埋設することが可能である。その場合は、ケーシング9の一方の側面が地表部近くなるようにして地中に埋設し、サーボモータ3およびカップリングケース20は埋設しないで露出させる。具体的には、設置位置の地面に溝等を形成しておき、サーボモータ3およびカップリングケース20がその溝内に露出するようにして、ケーシング9の部分のみを地中に埋設する構造とする。
【0017】
【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、本体を地中に埋設するとともに、本体に形成された内側中空部に偏心ロータを軸支しこの偏心ロータにサーボモータを接続して設定された回転速度で回転駆動することにより、任意の周波数の地震波を連続して発生させることが可能になる。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。特に、この装置は、流体圧や電磁力を用いていないので騒音がほとんど発生しないため、人家に近いところに設置して使用することが可能になる。
【0018】
また、偏心ロータを、軸方向に分割した2以上の偏心錘により構成し、各偏心錘の回転中心部に共通する回転軸を貫通してそれぞれを連結するとともに、各偏心錘の軸方向両端をそれぞれ軸受けを介して本体に支持することにより、偏心錘の取り付け数、および偏心錘の質量の大小により発生振動の強度の調整が可能になる。また、各偏心錘で発生した加振力がそれぞれの軸受けを介して本体に伝えられることにより、回転軸への荷重負担が軽減される。
【0019】
さらに、各偏心錘と回転軸との嵌合部にそれぞれキー溝を形成してキーを嵌着することにより各偏心錘と回転軸とを連結するとともに、各偏心錘の軸孔を回転軸よりも大径にして、回転軸に対して各偏心錘がキーの高さ方向へ相対移動することを可能にする。それにより、回転軸と各偏心錘とは、一定の範囲内ではあるが、半径方向にフリーとなり、回転軸への荷重負担が軽減される。
【0020】
また、各偏心錘の間に弾性材からなる緩衝板を挟圧して偏心錘の軸方向の位置決めをする組立構造としたことにより、各偏心錘に軸方向の変位が発生しても、緩衝板により吸収されて他の偏心錘に干渉することが防がれて、動作の安定性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の内部構造を示した縦断面図である。
【図2】図1の要部の横断面図である。
【符号の説明】
1 回転軸
1a キー溝
2 カップリング
3 サーボモータ
4 出力軸
5 偏心錘
5a キー溝
5b 偏心部
6 偏心錘
7,8 軸受け
9 ケーシング
11,12 軸受け
13 キー
14 ゴムパッキン
15,16 押さえ板
17〜19 スペーサ
20 カップリングケース
21 給油孔[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotary seismic source device that is installed on the ground and continuously generates weak vibrations corresponding to seismic waves for the purpose of exploring geological structures.
[0002]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, in geological structure exploration systems that explore the geological structure by observing the propagation of artificially generated seismic waves, dynamite and other explosives are exploding in the ground as a method for generating artificial earthquakes. May generate seismic waves. However, the method using explosives is not suitable for a system that continuously monitors changes in a wide range of geological structures over a long period of time because the obtained seismic wave is a single pulse-like vibration. Therefore, as a method for generating seismic waves continuously, a method for generating weak seismic waves continuously by mechanically reciprocating a weight using hydraulic pressure, pneumatic pressure or electromagnetic force has been proposed. However, even with these mechanical vibration generation methods, although continuous seismic waves can be obtained, the vibration force and frequency can be arbitrarily set and the vibration cannot be reproduced continuously with high accuracy. In addition, when mechanical vibration is generated, there is a problem that noise can be generated, so that a place where it can be installed is limited to a place away from a house.
[0003]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the invention of
[0004]
Further, in the invention of
[0005]
Further, in the first aspect of the present invention, the eccentric weight is axially positioned by sandwiching the buffer plate made of an elastic material between the eccentric weights, so that the eccentric weight is displaced in the axial direction. Even if it occurs, it is prevented from being absorbed by the buffer plate and interfering with other eccentric weights .
[0006]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention , the eccentric weight and the rotary shaft are connected by forming a key groove in the fitting portion between each eccentric weight and the rotary shaft and fitting the key. The shaft hole of each eccentric weight is made larger than the rotation axis, and each eccentric weight can be moved relative to the rotation axis in the key height direction. Although it is below the range, it becomes free in the radial direction, and the load on the rotating shaft is reduced .
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an internal structure of an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a transverse sectional view of a main part of FIG. In FIG. 1,
[0008]
Further, as shown in FIG. 2, the
Here, if the mass of the eccentric portion 5b of the
[0009]
[Expression 1]
F = m · r · ω 2
[0010]
Thus, the excitation force F generated in the
[0011]
That is, although the
[0012]
In FIG. 1, a
[0013]
However, during operation, an excitation force is generated in the
[0014]
For this reason, an unexpected stress is generated in the interference portion due to the displacement, and adversely affects the strength of each portion. However, in the embodiment of the present invention, since the rubber packing 14 is sandwiched between the
[0015]
In FIG. 1, 17-19 are spacers for positioning the bearings in the axial direction, 20 is a coupling case for fixing the
Although not shown, an inverter is connected to the
Furthermore, in this embodiment, the two
[0016]
Furthermore, it is also possible to use a spline joint having a large radial gap between the shaft and the bearing portion for connecting the
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 1, the
[0017]
【The invention's effect】
As described above, according to the rotary seismic source device of the present invention, the main body is embedded in the ground, and the eccentric rotor is pivotally supported in the inner hollow portion formed in the main body, and the servo motor is connected to the eccentric rotor. It is possible to continuously generate seismic waves having an arbitrary frequency by rotationally driving at the rotation speed thus set. As a result, when the rotary seismic source device of the present invention is used in a system that continuously monitors changes in geological structure for a long period of time, the excitation force and frequency set for the seismic wave are maintained with high accuracy and continuously. Therefore, the observation accuracy of the system can be dramatically improved. In particular, since this apparatus does not use fluid pressure or electromagnetic force, it hardly generates noise, so that it can be installed and used near a house.
[0018]
In addition, the eccentric rotor is constituted by two or more eccentric weights divided in the axial direction, and each of the eccentric weights is connected to each other through a rotation shaft common to the rotation center portion of each eccentric weight. By supporting the main body via the bearings, it is possible to adjust the strength of the generated vibration depending on the number of eccentric weights attached and the mass of the eccentric weight. In addition, the load applied to the rotating shaft is reduced by transmitting the excitation force generated by each eccentric weight to the main body via the respective bearings.
[0019]
Furthermore, each eccentric weight and the rotation shaft are connected by forming a key groove in the fitting portion between each eccentric weight and the rotation shaft and fitting the key, and the shaft hole of each eccentric weight is connected to the rotation shaft. Also, the eccentric weight can be moved relative to the rotation axis in the height direction of the key. As a result, the rotating shaft and each eccentric weight are free in the radial direction, although within a certain range, and the load on the rotating shaft is reduced.
[0020]
In addition, the shock absorber plate made of an elastic material is sandwiched between the eccentric weights so that the eccentric weight is positioned in the axial direction, so that even if an axial displacement occurs in each eccentric weight, the shock absorber plate Is prevented from interfering with other eccentric weights, and the operational stability is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an internal structure of an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of the main part of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
偏心ロータを軸方向に分割した2以上の偏心錘により構成し、各偏心錘の回転中心部に共通する回転軸を貫通してそれぞれを連結するとともに、各偏心軸の軸方向両端をそれぞれ軸受けを介して本体に支持し、
各偏心錘の間に弾性材からなる緩衝板を挟圧して偏心錘の軸方向の位置決めをする組立構造としたことを特徴とする回転震源装置。An eccentric rotor, a main body that pivotally supports the eccentric rotor in the inner hollow portion and embedded in the ground, and a servo motor that is connected to the eccentric rotor and rotationally drives the eccentric rotor at a set rotational speed ,
The eccentric rotor is composed of two or more eccentric weights divided in the axial direction, and each of the eccentric shafts is connected to each other through a rotation shaft common to the rotation center of each eccentric weight. Through the body,
A rotary seismic source device characterized by having an assembly structure in which a buffer plate made of an elastic material is sandwiched between the eccentric weights to position the eccentric weight in the axial direction .
各偏心錘と回転軸との嵌合部にそれぞれキー溝を形成してキーを嵌着することにより各偏心錘と回転軸とを連結し、各偏心錘の軸孔を回転軸よりも大径にして、回転軸に対し各偏心錘がキーの高さ方向へ相対移動可能にしたことを特徴とする回転震源装置。The rotary source device according to claim 1,
A key groove is formed in the fitting part between each eccentric weight and the rotation shaft, and the key is fitted to connect each eccentric weight and the rotation shaft. The shaft hole of each eccentric weight has a larger diameter than the rotation shaft. Thus, the rotary hypocenter device characterized in that each eccentric weight is movable relative to the rotation axis in the key height direction .
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP29665796A JP3721664B2 (en) | 1996-11-08 | 1996-11-08 | Rotating epicenter device |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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| JPH10142345A JPH10142345A (en) | 1998-05-29 |
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ID=17836392
Family Applications (1)
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1996
- 1996-11-08 JP JP29665796A patent/JP3721664B2/en not_active Expired - Fee Related
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