JP2000227379A - 遠心載荷装置のバケット振上角度調整装置及びその調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】振上角度の適正化により、より高精度な載荷試
験を行う。重量物体の追加なしにそのための装置を形成
する。 【解決手段】１００Ｇを生成する回転台６に揺動自在に
支持され試験体１６を載置するための試験体用バケット
７に外力を及ぼしてその振上角度を規制するための外力
装置１４，９が装備される。外力装置１４は、回転台６
上に固定され試験体用バケット７の振り上がり運動をそ
の振り上がり運動中に制止させて理論位置に停止させる
ためのストッパである。又は、外力装置は、バケット７
を偏心した揺動軸で吊り下げる偏心機構である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、遠心載荷装置のバ
ケット振上角度調整装置及びその調整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ビルのような構築物は、地盤上に建設さ
れる。その地盤の実物試験は、その構築物が完成した後
でなければ行うことができない。巨大な重力が作用する
地盤のような試験体の事前の試験を行うために、大きい
重力場を仮想的に生成する遠心載荷装置が用いられてい
る。その遠心載荷装置には、試験体を載荷するためのバ
ケットとバランスウエイトを載置するためのバケット
が、回転台の回転軸心線に対称に配置され揺動自在に吊
り下げられている。

【０００３】このような遠心載荷装置は、静的載荷実験
と併行して動的載荷実験が行われる。動的載荷実験は、
バケットに載荷される試験体に振動のような動的な力を
作用させてその試験体の物理的性質を知るための動載荷
実験である。この動載荷実験では、振り上げられたバケ
ットを回転台上に固定する必要があり、その固定のため
の着座手段が回転台上に設けられている。

【０００４】着座装置が持つ偏心機構に用いられる偏心
軸受に作用する遠心力は、バケットをより振り上げる方
向にそのバケットに作用する。この作用のために、バケ
ットは理論値よりも大きい振上角度位置より更に高く振
り上げられる。着座手段は、望まれる精度範囲を越えて
バケットを過角度位置へ持ち上げる。

【０００５】補正をしない出来高角度による低精度の実
験装置を改良した装置が知られている。理論値に一致す
る振上角度を実現するために、バケットに対して強制的
にその回転台上から与える動力機構が用いられる。その
ような動力機構は、装置費用が極めて高いものになる。

【０００６】遠心載荷装置のバケットの振上角度の異常
は、揺動自在に吊り下げるための軸受によってももたら
される。遠心力により振り上がるバケットと軸受との間
に摩擦抵抗が存在するため、そのバケットの振り上げ角
度は摩擦がないものとして計算される振上角度と異な
る。計画される強さの重力場中でその振上角度を望まれ
る精度範囲に入れることが好ましい。

【０００７】摩擦抵抗が小さいころがり軸受は、巨大な
遠心力を受けるバケットを支持するためには、大きな軸
受にならざるをえず、できるだけ小さいスケールで設計
される回転台上の配置用スペースの狭小化を招く。摩擦
係数は大きいが小さいスケールのものでよい滑り軸受を
用いて理論値と異なる振上角度（出来高角度）で実験し
た場合は、当然にその精度が悪い。

【０００８】要求される精度の範囲で理論値に一致する
振上角度をバケットに与えるための遠心載荷装置のバケ
ット振上角度調整装置の装置費用の低減化が望まれてい
る。特に、着座装置を備える装置の装置費用の低減化が
望まれている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、振上
角度の適正化により、より高精度な載荷試験を行うこと
ができる遠心載荷装置のバケット振上角度調整装置及び
その調整方法を提供することにある。本発明の他の課題
は、スケールを小さくすることができるが摩擦抵抗が大
きい軸受を用いたとしても、振上角度の適正化により、
より高精度の実験を行うことができる遠心載荷装置のバ
ケット振上角度調整装置及びその調整方法を提供するこ
とにある。本発明の更に他の課題は、振上角度の適正化
により、振上角度の理論値と実際値を一致させて、より
高精度な試験を高信頼度で行うことができる遠心載荷装
置のバケット振上角度調整装置及びその調整方法を提供
することにある。本発明の更に他の課題は、振上角度の
適正化により、要求される精度の範囲で理論値に一致す
る振上角度をバケットに与え、より高精度な試験を高信
頼度で行う装置の装置費用を低減化することができる遠
心載荷装置のバケット振上角度調整装置及びその調整方
法を提供することにある。本発明の更に他の課題は、振
上角度の適正化により、要求される精度の範囲で理論値
に一致する振上角度をバケットに与え、着座装置を備え
てより高精度な試験を高信頼度で行う装置の装置費用を
低減化することができる遠心載荷装置のバケット振上角
度調整装置及びその調整方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】その課題を解決するため
の手段が請求項に対応して表現される次の記載中に現れ
る（）つきの数字は、請求項の記載事項が詳しく後述さ
れる実施の複数の形態のうちの少なくとも１つの形態の
部材、工程、動作に対応することを示すが、本発明の解
決手段がそれらの数字が示す実施の形態の部材に限定し
て解釈されるためのものではなく、その対応関係を明白
にするためのものである。

【００１１】本発明による遠心載荷装置のバケット振上
角度調整装置は、回転駆動機構（５）と、回転駆動機構
（５）により駆動される回転軸（２）と同体に回転する
回転台（６）と、回転台（６）に揺動自在に支持され試
験体（１６）を載置するための試験体用バケット（７）
と、回転台に揺動自在に支持されバランスウエイト（１
７）を載置するためのバランスウエイト用バケット
（８）と、回転台（６）に支持され試験体用バケット
（７）に外力を及ぼしてその振上角度を規制するための
外力装置（１４，９）とからなる。

【００１２】外力装置（１４，９）は、回転台（６）上
に固定され試験体用バケット（７）の振り上がり運動を
その振り上がり運動中に制止させて理論位置に停止させ
るための制止装置（１４）と、遠心力により振り上げら
れた試験体用バケット（７）をその制止位置で固定する
ための着座装置（１１）とからなる。

【００１３】制止装置（１４）は、理論位置を可変にす
るための可変装置を備えていることが特に好ましい。着
座装置（１１）は、試験体用バケット側幾何学的構造
と、回転台側着座構造とを備え、回転台側着座構造は、
偏心体（図４のＥ）とその偏心体（Ｅ）に圧接して直線
運動する運動体である揺動軸（９）とを持ち、試験体用
バケット側幾何学的構造は、試験体用バケット（７）の
揺動の揺動軸心線から等距離にある試験体用バケット側
曲面（１２）を有し、運動体（９）は、揺動軸心線から
等距離にある運動体側曲面（１３）を有し、試験体用バ
ケット側曲面（１２）は相対的に運動体側曲面（１３）
に平行に運動する。

【００１４】ここで運動体は、試験体用バケット（７）
と同体に遠心方向に直線運動する揺動軸と同一であり、
且つ、その揺動軸と遠心方向に同体に運動する試験体用
バケット（７）に一致する。このような一致は、軽量で
確実な動作をする着座機構とその幾何学的構造を有して
いる。

【００１５】本発明による遠心載荷装置のバケット振上
角度調整方法は、回転駆動機構（５）と、回転駆動機構
（５）により駆動される回転軸（２）と同体に回転する
回転台（６）と、回転台（６）に揺動自在に支持され試
験体（１６）を載置するための試験体用バケット（７）
と、回転台（６）に揺動自在に支持されバランスウエイ
ト（１７）を載置するためのバランスウエイト用バケッ
ト（８）とからなる遠心載荷装置のバケットの振上角度
を調整するための遠心載荷装置のバケット振上角度調整
方法であり、理論値の振上角度よりも大きい角度で試験
体用バケット（７）を振り上げる遠心力を試験体用バケ
ット（７）に作用させるための過回転速度を回転台
（６）に与えるためのステップと、試験体用バケット
（７）を理論値に対応する振上角度の位置で回転台
（６）に設けたストッパ（１４）で強制的に制止させる
ためのステップとからなり、その過回転速度に対応する
対応理論値の振上角度とその理論値との差は許容範囲に
ある。

【００１６】重力と遠心力の合成により得られる疑似重
力場の方向は、載置面に対して常時に厳密に直交させる
ことは不可能であるが、許容範囲の振上角度位置には、
強制的に制止させることができる。許容範囲で高精度の
実験が可能である。重量物体の追加をしないで、許容範
囲の高精度の実験装置を提供することができる。

【００１７】外力装置は、幾何学的構造を有し、その幾
何学的構造は、回転台（６）が静止している時の試験体
用バケット（７）の重心点と、重心点を通る鉛直線を通
りその鉛直線に直交してバケット（７）を揺動自在に仮
想的に支持するための仮想的揺動軸心線と、その鉛直線
と揺動軸心線を含む鉛直面から離隔しその鉛直面に平行
な離隔鉛直面と、その離隔鉛直面に含まれその揺動軸心
線に平行であり試験体用バケット（７）を揺動自在に現
実に支持するための現実的揺動軸心線とからなる。

【００１８】バケット（７）は、このような幾何学的構
造を与えられて偏心しており、摩擦抵抗を受けながらも
その振上角度が許容範囲内で理論値に近づくことができ
る。重量物体の追加なしに高精度な実験装置を提供する
ことができる。偏心機構を構成する偏心体は、バケット
を吊り下げる偏心した揺動軸で兼用することができる。

【００１９】回転台（６）の静止時に、仮想的揺動軸心
線と現実的揺動軸心線とは１水平面上に含まれることが
好ましい。仮想的揺動軸心線と現実的揺動軸心線との間
の離隔距離を偏心距離ｅで表せば、 α・ｓｉｎ（θ）−ｃｏｓ（θ）＝μ”０”√（１＋α
・α）Ｒ／√（Ｌ・Ｌ＋ｅ・ｅ）， ｔａｎ（θ”１”）＝ｅ／Ｌ， ｔａｎ（θ”０”）＝１／α， Δθ＝θ−θ”１” （Δθ−Δθ”０”）の絶対値＜＝角度精度上の設計値 α：遠心加速度／重力加速度 Ｌ：前記仮想的揺動軸心線と前記重心点との間の距離 θ：前記現実的揺動軸心線と前記重心点とを含む面と水
平面との間の角度の前記５式を満たすように前記偏心距
離ｅが与えられている。このような条件を満たすことに
より、許容範囲で高精度な振上角度を実現することがで
きる。

【００２０】本発明による遠心載荷装置のバケット振上
角度調整装置は、試験体を載荷するバケット（７）を偏
心させて吊り下げるための偏心機構（９）と、バケット
（７）の振り上げ運動を強制的に制止させるための制止
手段（１４）とからなる。この場合、外力装置は、偏心
機構（９）と制止手段（１４）との合成である。この合
成は、実験精度を更に高くすることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図に一致対応して、本発明による
遠心載荷装置のバケット振上角度調整装置の実施の形態
は、回転駆動機構が設けられている。その回転駆動機構
は、基台１を備えている。回転軸２が基台１に回転自在
に支持されている。回転軸２の回転軸心線３は、地面１
ＦＬに一致する水平面に直交している。回転軸２は、減
速用ギアボックス４、軸継手を介して主電動機５に結合
している。回転台６が、キーを介して回転軸２に結合し
ている。回転台６は左右の両腕から形成され、設計上は
概ね回転軸心線３に対して対称な構造を有している。

【００２２】試験体用保持器７とバランスウエイト用保
持器８とが、回転軸心線３に対して対称に配置され、回
転台６に支持されて揺動可能に吊り下げられている。試
験体用保持器７とバランスウエイト用保持器８は、回転
軸心線３に対して設計上は概ね互いに対称である構造を
有している。試験体用保持器７とバランスウエイト用保
持器８は、それぞれに吊下用軸９，９’により回転自在
・揺動自在に支持されている。吊下用軸９，９’は、そ
れぞれに水平に向いて平行であり、回転台６に固定され
ている。

【００２３】図２は、図１の背面図の右端部分を示し、
振り上がった状態の試験体用保持器７と回転台６のその
右端部分を示している。回転台６の右端には、着座装置
の一部である着座１１が示されている。着座１１は、遠
心力により振り上げられた試験体用バケット７をその振
上位置で着座させて固定するための慣用手段である。着
座１１は、試験体用保持器７に対して相対的に直線運動
する。実施の形態では、着座１１は回転台に固定されて
いて、後述する偏心回転機構により試験体用バケット７
が着座１１に対して直線往復運動する。

【００２４】慣用の着座装置は、試験体用バケット側幾
何学的構造と回転台側着座構造とを備えている。試験体
用バケット側幾何学的構造は、試験体用バケット７それ
自体と、後述する偏心回転体機構とから構成されてい
る。試験体用バケット７は、それ自体が、揺動の揺動軸
心線Ｌから等距離にある試験体用バケット側曲面１２を
有している。試験体用バケット側曲面１２としては、揺
動軸心線Ｌを中心線とする円筒面であることが好ましい
が、それを揺動軸心線Ｌ上の１点を中心とする球面に形
成することができる。

【００２５】回転台側着座構造は、既述の着座である。
着座１１は、揺動軸心線Ｌから等距離にある着座側曲面
１３を有する。着座側曲面１３としては、揺動軸心線Ｌ
を中心線とする円筒面であることが好ましいが、それを
揺動軸心線Ｌ上の１点を中心とする球面に形成すること
ができる。試験体用バケット側曲面１２と着座側曲面１
３の曲率は同じであるか、概ね等しい。着座１１が相対
的に直線運動する時、試験体用バケット側曲面１２と着
座側曲面１３は常時に平行である。参考のために設計寸
法を単位ｍｍで示している。

【００２６】制止装置が回転台６上に固定され設けられ
ている。制止装置は、試験体用バケット７の振上運動を
その振り上がり運動中に制止させて理論位置に停止させ
るためのストッパ１４である。ストッパ１４は、回転台
６の構造体側に強固に固着され取り付けられている。試
験体用保持器７は、その側面（振上がり時には上面）１
５がストッパ１４に追突して、その振り上がりが制止さ
れる。

【００２７】ストッパ１４は、その取り付け位置が可変
にされることができる。試験体１６は、試験体用保持器
７に形成されているプラットフォームに載荷される。バ
ランスウエイト１７は、バランスウエイト用保持器８に
形成されているプラットフォームに載置される。

【００２８】図３は、既述の試験体用バケット側幾何学
的構造の偏心回転体機構１８を示している。揺動軸９で
ある偏心回転体は、円柱体である。その円柱体の中心線
から距離ａだけ離れた線を回転軸心線として回転する。
図４は、偏心回転体９が回転した時の変位量の計算を示
している。その偏心円をＣで表し、その中心点をＯで表
し、その半径をＲで表している。偏心点は、相対的にＥ
で示されている。

【００２９】偏心点Ｅを通る水平線３１と円Ｃとが交わ
る交点はＵで示されている。偏心円Ｃが角度θだけ偏心
点Ｅの回りに反時計方向に回転して移動した回転変位円
Ｃ’と水平線３１が交わる点は、Ｋで示されている。水
平線３１が偏心点Ｅの回りに時計方向に角度θだけ回転
した回転変位線３２と偏心円Ｃが交わる交点は、Ｑで示
されている。線３１に直交し中心Ｏを通る鉛直線３３が
偏心円Ｃと交わる点は、Ｔで示されている。点Ｑを線Ｏ
Ｔ上へ直角投影した点は、Ｓで示されている。

【００３０】ＥＱ＝Ｘ、ＱＳ＝Ｙ、ＥＳ＝Ｚ、で表し、
偏心量ＥＯをａ又はｅで表すと、 Ｘ・Ｘ＝Ｚ・Ｚ＋Ｙ・Ｙ， （Ｘ−ｅ）・（Ｘ−ｅ）＋Ｙ・Ｙ＝ＱＯ・ＱＯ＝Ｒ・
Ｒ， Ｚ＝ｃｏｓ（θ）Ｘ． これら３式から、 Ｘ＝ｅ・ｓｉｎ（θ）＋√｛Ｒ・Ｒ−（ｅ・ｃｏｓ
（θ））（ｅ・ｃｏｓ（θ））｝． ここで、√は、｛｝に作用する平方根記号である。

【００３１】ｅがＲに比べて十分に小さい場合は、次の
近似式が得られる。 Ｘ＝ｅ・ｓｉｎ（θ）＋Ｒ（１−（１／２））（ｅ・ｃ
ｏｓ（θ））（ｅ・ｃｏｓ（θ））／Ｒ・Ｒ． 更に、近似化されて、 Ｘ＝ｅ・ｓｉｎ（θ）＋Ｒ 求める対象の長さであるＫＵは、よい近似で次式で表さ
れる。 ＫＵ＝ＫＯ−Ｒ＝Ｘ−Ｒ＝ｅ・ｓｉｎ（θ）．

【００３２】点Ｋは、回転変位円Ｃ’の点のうち鉛直線
３３からもっとも遠い点であるとみなすことは、十分に
よい近似である。鉛直線３３に平行であり回転変位偏心
円Ｃ’に近似的に点Ｋで接する接線３４は、鉛直線３３
に平行であり回転偏心円Ｃに点Ｕで近似的に接する接線
から、ｅ・ｓｉｎ（θ）だけ水平方向に移動したことに
なる。偏心量が３０ｍｍでありθが６０゜であれば、そ
の移動量は概ね２５ｍｍである。

【００３３】この設計定数によれば、試験体用保持器７
は鉛直方向から水平方向に振り上がったとき、偏心回転
円の既述の点のＱの６０゜の回転変位による水平方向変
位２５ｍｍだけ、試験体用保持器７は遠心方向に変位す
ることになる。そのようになる直線運動機構を構成する
ことができる。この直線運動は、試験体用保持器７の振
り上がり運動中に可能である。

【００３４】図５は、本発明による遠心載荷装置のバケ
ット振上角度調整装置の他の実施の形態を示している。
そのバケット７は、バケット本体２１を備えている。バ
ケット本体２１と吊下用軸９との間には、円筒状の摺動
軸受２２が介設されている。その軸受としては、あえて
ボールベアリング（ころがり軸受）が用いられていな
い。摺動軸受２２は、ころがり軸受よりも摩擦係数が大
きいことが前提とされている。

【００３５】図５は、設計図面であり、重力場中で実際
に吊り下げられた状態を示してはいない。バケット７の
重心点を仮想的にＧで表す。試験体が載荷された状態で
の重心がＧであれば、そのＧは現実の重心点である。試
験体の質量によりその重心点は異なる。以下、試験中の
現実の重心点がＧであるとして、以下の数学上の表現は
その一般性を失わない。

【００３６】バケット７は、重心点Ｇを通る面に対して
鏡面対称に形成されている。その鏡面である対称基準面
２３に直交する直交面２４とが交わる直線は、仮想的揺
動軸心線Ｌ（Ｐ）として定義される。その直線上の１点
をＰで表す。点Ｐを仮想的回転中心という。鏡面２３に
平行である偏心面（図示せず）と直交面２４とが交わる
線（現実的揺動軸心線ＥＬという）上に点Ｐから直角に
投影した点をＥＰ（図示せず）で表す。

【００３７】この点ＥＰは、後述するように偏心点ＥＰ
と言われる。バケット７の長軸方向の長さは、３ｍ強で
あり、偏心点ＥＰと仮想中心点Ｐとの間の距離は、概
ね、２ｃｍであるから、点Ｐと点Ｅを図５中に同時に描
くことは不可能である。図６は、その偏心距離を誇張し
て大きくしたバケット７又はバケット本体２１の概念図
である。以下、点ＰはＬ（Ｐ）で表し、点ＥＰはＥ
（Ｐ）で表す。

【００３８】点Ｌ（Ｐ）と点Ｅ（Ｐ）との間の距離＝
ｅ， 点Ｌ（Ｐ）と点Ｇとの間の距離＝Ｌ， 摺動軸受２２又は吊下用軸９の半径＝Ｒ．・・・（１） 摺動軸受２２が回転する場合は、Ｒは摺動軸受２２の半
径である。

【００３９】重力場中で、偏心点でバケット７を吊す
と、下記式が近似的に成立する。 Ｔ＝ｅ・Ｗ．・・・（２） Ｔ：バケット７の偏心点Ｅ（Ｐ）の回りの偏心モーメン
ト 更に、次式が成立する。実例値を代入すれば、 Ｔ＝（０．０２ｍ）（１５ｔ）＝０．３ｔ・ｍ． ｔはトンである。

【００４０】Ｑ＝μ”ｓ”・Ｒ・Ｗ．・・・（３） Ｑ：軸摩擦抵抗モーメント（反時計まわり） Ｗ：重心Ｇに作用する重力（単位１Ｇ） μ”ｓ”：最大静止摩擦係数（＝３μ”０”） μ”０”：動摩擦係数 ここで、””は、その中間の文字・記号等が添字である
ことを示す。実例値を代入すれば、 Ｑ＝（３／０．０８）（１５ｔ）（０．２４５ｍ） ＝０．８８２ｔ／ｍ．

【００４１】Ｑ＞＝Ｔであれば（この場合、式（２）は
近似式ではない）、点Ｌ（Ｐ）と点Ｇを結ぶ直線は鉛直
に向くので、バケット７に設定されている載荷面は、設
計の通りに水平保持可能である。その載荷面が水平でな
い場合は、バケット７を水平方向に押す力Ｆは、次式で
示される。 Ｆ＝（μ”ｓ”・Ｒ＋ｅ）Ｗ／Ｌ． 実例値を代入すれば、 Ｆ＝｛（３・０．０８）（０．１４５ｍ）＋０．０２０
ｍ｝・１５ｔ／２．５７ ５ｍ＝０．４５９ｔｏｎ． このような力で押す又は引くことにより、その載荷面を
水平にすることができる。

【００４２】図７は、回転台６が回転している時の釣り
合いを示している。軸回りの時計方向のモーメントＭ”
Ｒ”は、 Ｍ”Ｒ”＝Ｑ＋μ”０”＋Ｗ√（Ｌ・Ｌ＋ｅ・ｅ）ｃｏｓ（θ） （Ｑ＝μ”０”（√（１＋α・α））・Ｗ・Ｒ，であるので ＝μ”０”（√（１＋α・α））・Ｗ・Ｒ ＋Ｗ√（Ｌ・Ｌ＋ｅ・ｅ）ｃｏｓ（θ）．・・・（４） √の後の（）は、それに√が作用していることを示す。
ここで、 α：遠心加速度／重力加速度 Ｌ：前記仮想的揺動軸心線と前記重心点との間の距離 θ：前記現実的揺動軸心線と前記重心点とを含む面と水
平面との間の角度

【００４３】軸の反時計方向のモーメントＭ”Ｌ”は、
次式で表される。 Ｍ”Ｌ”＝αＷ√（Ｌ・Ｌ＋ｅ・ｅ）・ｓｉｎ（θ）．・・・（５） 釣り合いが取れている場合、Ｍ”１”＝Ｍ”２”である
から、 μ”０”（√（１＋α・α））・Ｗ・Ｒ＋Ｗ√（Ｌ・Ｌ＋ｅ・ｅ）ｃｏｓ（θ） ＝αＷ√（Ｌ・Ｌ＋ｅ・ｅ）・ｓｉｎ（θ）．・・・（６） 式（６）より、 α・ｓｉｎ（θ）−ｃｏｓ（θ） ＝μ”０”√（１＋α・α）Ｒ／√（Ｌ・Ｌ＋ｅ・ｅ）．・・・（７）

【００４４】 ｔａｎ（θ”１”）＝ｅ／Ｌ， ｔａｎ（θ”０”）＝１／α．・・・（８） 式（８）で表されるθ”１”とθ”０”とを用いれば、
次式（９）が成立するように、偏心量ｅが設計される。 Δθ＝θ−θ”１”， （Δθ−Δθ”０”）の絶対値＜＝角度精度上の設計値．・・・（９）

【００４５】

【実施例】

α＝１００Ｇ， ｅ＝０．０２ｍ， Ｌ＝２．５７５ｍ， μ”０”＝０．０８， Ｒ＝０．７４５ｍ． このような現実的な設計によれば、 θ＝１．００９゜，Δθ＝０．５６４゜． 式（９）は、 Δθ”０”−Δθ＝０．５７３−０．５６４＝０．００
９＜０．１゜ この値は、精度として満足できる０．１゜よりも小さ
い。

【００４６】図８（ａ），（ｂ），（ｃ）〜１２
（ａ），（ｂ），（ｃ）は、試験体用保持器７の振上げ
と着座、試験体用保持器７の着座解消と振下げのステッ
プスを示している。着座装置は、図３，４で解説した偏
心回転機構１８であり、その偏心回転の駆動装置が図８
（ａ）に模式的に示されている。偏心駆動手段４１は、
２体の油圧シリンダ装置であり、回転台６に設けられて
いる。２体の油圧シリンダ装置の出力部であるそれぞれ
のピストンロッドの逆方向の運動により、偏心円を形成
する偏心回転体４２を介して試験体用保持器７を遠心・
求心方向に線形移動させることができる。

【００４７】図８は、試験体用保持器７が重力のみで吊
下軸９から吊り下がっている静止時を示している。偏心
回転体４２は、初期回転位置にあり偏心回転体４２の中
心は、概ね偏心点の真下にある。試験体用保持器７が偏
心して吊下用軸９に吊り下げられていて、軸受の摩擦係
数の大小によっては、対称基準面２３は鉛直面より僅か
に傾斜していることがあるが、既述の通り概ね鉛直であ
る。

【００４８】回転台６が回転駆動され規定の回転数に達
すると、図９（ａ），（ｂ），（ｃ）に示されるよう
に、試験体用保持器７の対称基準面２３は、概ね水平方
向に向く。この状態では、偏心駆動手段４１は動作して
おらず、偏心円Ｃは初期角度位置にあり、試験体用保持
器７と着座１１は離隔している。この水平方向が許容範
囲の精度で理論値の方向になるように制御される方法
は、既述の２つの方法Ｍ１とＭ２とがある。

【００４９】Ｍ１：規定回転数以上の回転数で回転台６
を回転させ、図２に示されるストッパ１４で理論角度位
置に試験体用保持器７を強制的に制止させる方法。 Ｍ２：図４に示される偏心量ａを適正にすることによ
り、理想的角度位置に対して許容範囲の精度で試験体用
保持器７の振り上がり位置を調整する。

【００５０】更には、方法Ｍ１と方法Ｍ２を合成する方
法Ｍ３である。 Ｍ３：適正な偏心量ａ（又はｅ）を与えるとともに、回
転数を偏心量ａに従属させた値に設定して、方法Ｍ１、
方法Ｍ２のそれぞれの単独の方法によるよりも理論値に
更に高精度に近い振り上げ角度位置で試験体用保持器７
を制止させる。このことにより重力ベクトルと遠心力ベ
クトルの合成ベクトルの方向とその絶対値をより理論値
に近いものにすることができる。

【００５１】図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）は、試験体
用保持器７の載荷面の近傍が０Ｇから１００Ｇまで上昇
し、偏心駆動手段４１が動作して、偏心円Ｃが６０度回
転し、式（９）で示される角度位置に振り上がった試験
体用保持器７をその位置に止めながら、着座１１に対し
て試験体用保持器７が遠心方向に移動して、試験体用保
持器７の試験体用バケット側曲面１２が着座１１の着座
側曲面１３に圧接した状態を示している。この圧接によ
る着座により、理論値に対して許容範囲にある試験体用
保持器７の振り上げ角度位置が固定されることになる。
この状態で、地盤のような試験体の物性実験が行われ
る。

【００５２】図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）は、着座状
態を維持しながら、回転台６の回転数をゆっくり下げ、
遠心加速度を１００Ｇから５０Ｇまで降下させる実験終
了過程を示している。図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）
は、遠心加速度が５０Ｇになったところで、偏心駆動手
段４１を逆起動して、偏心円Ｃをもとの非回転角度位置
に戻して、試験体用保持器７を着座１１から離隔し、０
Ｇで試験体用保持器７がもとの静止位置に戻った状態を
示している。

【００５３】

【発明の効果】本発明による遠心載荷装置のバケット振
上角度調整装置及びその調整方法は、理論値に対して許
容範囲の高精度な遠心載荷実験を実行することができ
る。特に、偏心機構による角度調整、制止手段による角
度調整は、巨大な遠心力を受ける重量物体の質量増大を
招かない。偏心機構と制止手段の組合せによる振上角度
の調整は、実験精度を更に高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明による遠心載荷装置のバケット
振上角度調整装置の実施の形態を示す断面図である。

【図２】図２は、その着座装置を示す正面図である。

【図３】図３は、着座装置の理論解析のための正面図で
ある。

【図４】図４は、その理論解析のための幾何学図であ
る。

【図５】図５は、偏心機構を示す正面設計図である。

【図６】図６は、その偏心機構の理論解析のための正面
図である。

【図７】図７は、その理論解析のための幾何学図であ
る。

【図８】図８（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明による
遠心載荷装置のバケット振上角度調整方法のステップを
示すそれぞれの正面図である。

【図９】図９（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明による
遠心載荷装置のバケット振上角度調整方法の他のステッ
プを示すそれぞれの正面図である。

【図１０】図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明に
よる遠心載荷装置のバケット振上角度調整方法の更に他
のステップを示すそれぞれの正面図である。

【図１１】図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明に
よる遠心載荷装置のバケット振上角度調整方法の更に他
のステップを示すそれぞれの正面図である。

【図１２】図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明に
よる遠心載荷装置のバケット振上角度調整方法の更に他
のステップを示すそれぞれの正面図である。

【符号の説明】 ２…回転軸 ５…回転駆動機構 ６…回転台 ７…試験体用バケット ８…バランスウエイト用バケット ９…吊下用軸（揺動軸、偏心回転体、外力装置） １１…着座装置 １２…試験体用バケット側曲面 １３…運動体側曲面 １４…ストッパ（外力装置） １６…試験体 １７…バランスウエイト Ｅ…（図４のＥ（Ｃ）又はＥ）偏心体又は偏心点

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転駆動機構と、 前記回転駆動機構により駆動される回転軸と同体に回転
   する回転台と、 前記回転台に揺動自在に支持され試験体を載置するため
   の試験体用バケットと、 前記回転台に揺動自在に支持されバランスウエイトを載
   置するためのバランスウエイト用バケットと、 前記回転台に支持され前記試験体用バケットに外力を及
   ぼしてその振上角度を規制するための外力装置とからな
   る遠心載荷装置のバケット振上角度調整装置。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記外力装置は、 前記回転台上に固定され試験体用バケットの振り上がり
   運動をその振り上がり運動中に制止させて理論位置に停
   止させるための制止装置と、 遠心力により振り上げられた試験体用バケットをその制
   止位置で固定するための着座装置とを備えることを特徴
   とする遠心載荷装置のバケット振上角度調整装置。
3. 【請求項３】請求項２において、 前記制止装置は、前記理論位置を可変にするための可変
   装置を備えていることを特徴とする遠心載荷装置のバケ
   ット振上角度調整装置。
4. 【請求項４】請求項３において、 前記着座装置は、 試験体用バケット側幾何学的構造と、回転台側着座構造
   とを備え、 前記回転台側着座構造は、 偏心体と前記偏心体に圧接して直線運動する運動体であ
   る揺動軸とを持ち、 試験体用バケット側幾何学的構造は、 試験体用バケットの揺動の揺動軸心線から等距離にある
   試験体用バケット側曲面を有し、前記運動体は、揺動軸
   心線から等距離にある運動体側曲面を有し、試験体用バ
   ケット側曲面は相対的に運動体側曲面に平行に運動する
   ことを特徴とする遠心載荷装置のバケット振上角度調整
   装置。
5. 【請求項５】請求項１において、 前記外力装置は、幾何学的構造を有し、 前記幾何学的構造は、 前記回転台が静止している時の前記試験体用バケットの
   重心点と、 前記重心点を通る鉛直線を通り前記鉛直線に直交して前
   記バケットを揺動自在に仮想的に支持するための仮想的
   揺動軸心線と、 前記鉛直線と前記揺動軸心線を含む鉛直面から離隔し前
   記鉛直面に平行な離隔鉛直面と、 前記離隔鉛直面に含まれ前記揺動軸心線に平行であり前
   記試験体用バケットを揺動自在に現実に支持するための
   現実的揺動軸心線とからなることを特徴とする遠心載荷
   装置のバケット振上角度調整装置。
6. 【請求項６】請求項５において、 前記回転台の静止時に、前記仮想的揺動軸心線と前記現
   実的揺動軸心線とは１水平面上に含まれることを特徴と
   する遠心載荷装置のバケット振上角度調整装置。
7. 【請求項７】請求項６において、 前記仮想的揺動軸心線と前記現実的揺動軸心線との間の
   離隔距離を偏心距離ｅで表せば、 α・ｓｉｎ（θ）−ｃｏｓ（θ）＝μ”０”√（１＋α
   ・α）Ｒ／√（Ｌ・Ｌ＋ｅ・ｅ）， ｔａｎ（θ”１”）＝ｅ／Ｌ， ｔａｎ（θ”０”）＝１／α， Δθ＝θ−θ”１” （Δθ−Δθ”０”）の絶対値＜＝角度精度上の設計値 α：遠心加速度／重力加速度 Ｌ：前記仮想的揺動軸心線と前記重心点との間の距離 θ：前記現実的揺動軸心線と前記重心点とを含む面と水
   平面との間の角度の前記５式を満たすように前記偏心距
   離ｅが与えられていることを特徴とする遠心載荷装置の
   バケット振上角度調整装置。
8. 【請求項８】遠心力を受けて試験体を載荷するバケット
   を偏心させて吊り下げるための偏心機構と、 前記バケットの振り上げ運動を強制的に制止させるため
   の制止手段とからなる遠心載荷装置のバケット振上角度
   調整装置。
9. 【請求項９】回転駆動機構と、前記回転駆動機構により
   駆動される回転軸と同体に回転する回転台と、前記回転
   台に揺動自在に支持され試験体を載置するための試験体
   用バケットと、前記回転台に揺動自在に支持されバラン
   スウエイトを載置するためのバランスウエイト用バケッ
   トとからなる遠心載荷装置の前記バケットの振上角度を
   調整するための遠心載荷装置のバケット振上角度調整方
   法であり、 理論値の振上角度よりも大きい角度で前記試験体用バケ
   ットを振り上げる遠心力を前記試験体用バケットに作用
   させるための過回転速度を前記回転台に与えるためのス
   テップと、 前記試験体用バケットを前記理論値に対応する振上角度
   の位置で前記回転台に設けたストッパで強制的に制止さ
   せるためのステップとからなり、 前記過回転速度に対応する対応理論値の振上角度と前記
   理論値との差は許容範囲にあることを特徴とする遠心載
   荷装置のバケット振上角度調整方法。