特許 6277527 遠心力載荷装置用３次元６自由度振動台装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6277527

(24)【登録日】2018年1月26日

(45)【発行日】2018年2月14日

(54)【発明の名称】遠心力載荷装置用３次元６自由度振動台装置

(51)【国際特許分類】

   G01M 7/02 20060101AFI20180205BHJP

   G01M 7/06 20060101ALI20180205BHJP

【ＦＩ】

   G01M7/02 B

   G01M7/06

【請求項の数】3

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-121537(P2015-121537)

(22)【出願日】2015年6月16日

(65)【公開番号】特開2017-9295(P2017-9295A)

(43)【公開日】2017年1月12日

【審査請求日】2016年12月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000173809

【氏名又は名称】一般財団法人電力中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100101236

【弁理士】

【氏名又は名称】栗原 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100166914

【弁理士】

【氏名又は名称】山▲崎▼ 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】西本 壮志

(72)【発明者】

【氏名】岡田 哲実

(72)【発明者】

【氏名】青木 保夫

【審査官】 東松 修太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−１９５３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０１４０１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３２７８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０８７７１０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０３０８２９６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｍ ７／００− ７／０８

Ｇ０１Ｍ １３／００−１３／０４

Ｇ０１Ｍ ９９／００

Ｇ０１Ｈ １／００−１７／００

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

縮小模型を用いて地盤や構造物の地震時の挙動を再現実験するための遠心力載荷装置に搭載される遠心力載荷装置用３次元６自由度振動台装置であって、
前記縮小模型が載置される振動台と、
前記振動台の下面側に配置され、前記振動台を６自由度で振動させるアクチュエータと、
遠心加速度場にて発生するコリオリ力を予測し、前記コリオリ力に起因して生じる影響加振加速度を計算し、前記影響加振加速度を相殺した目標駆動波形で前記アクチュエータを動作させる制御装置と、を備える
ことを特徴とする遠心力載荷装置用３次元６自由度振動台装置。

【請求項2】

請求項１に記載する遠心力載荷装置用３次元６自由度振動台装置において、
前記振動台を支持する弾性体を備える
ことを特徴とする遠心力載荷装置用３次元６自由度振動台装置。

【請求項3】

請求項２に記載する遠心力載荷装置用３次元６自由度振動台装置において、
６つの前記アクチュエータは、それぞれの軸方向が正六角形の各辺上に位置するように配置され、
前記弾性体は、６つの前記アクチュエータの内側に配置されている
ことを特徴とする遠心力載荷装置用３次元６自由度振動台装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、遠心力載荷装置に搭載され、３次元６自由度の振動台装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、地盤や構造物の地震時の挙動を再現実験するための振動台装置が知られている。振動台装置の一例としては、ＸＹ平面に沿う振動台と、振動台からＸ軸方向に平行に延びるＸ軸加振機と、を具備し、振動台をＸ軸方向に振動させる型（いわゆる水平１軸型）の装置がある。

【0003】

また、ＸＹ平面に沿う振動台と、振動台からＸ軸方向に平行に延びるＸ軸加振機と、振動台からＹ軸方向に延びるＹ軸加振機と、を具備し、振動台をＸ軸方向及びＹ軸方向に振動させる型（いわゆる水平２軸型）の装置がある。

【0004】

更に、ＸＹ平面に沿う振動台と、振動台からＸ軸方向に延び、かつＺ軸方向に立ち下がる第１ＸＺ軸加振機と、振動台の第１ＸＺ軸加振機とは反対側に設けられた第２ＸＺ軸加振機と、を具備し、振動台をＸ軸方向及びＺ軸方向に振動させる型（いわゆる水平上下２軸型）の装置がある。

【0005】

一方、現実の地震は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に加振力が発生する。従って、これまでの水平１軸型、水平２軸型及び水平上下２軸型の装置では、地震の挙動を相似性よく再現するのには限界があった。

【0006】

そこで、直交三方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向）に加振方向を持たせた３次元振動台装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の振動台装置は、振動テーブル（ＸＹ平面に沿う振動台）と、振動テーブルからＸ軸方向に延びるＸ軸加振機と、振動テーブルからＹ軸方向に延びるＹ軸加振機と、振動テーブルからＺ軸方向に延びるＺ軸加振機と、を具備し、振動台を直交三方向に振動させる。

【0007】

このような振動台装置は、遠心力載荷装置に設置して用いられる場合がある。遠心力載荷装置は、鉛直な回転軸を中心に水平回転する回転体と、回転体の端部に吊り下げられたプラットフォームとを備えており、振動台装置はプラットフォームに設置される。

【0008】

遠心力載荷装置の回転体を回転させることで、数十Ｇの遠心加速度場における振動台装置による加振実験を行うことができる。遠心加速度の大きさをｎＧとすれば、供試体を実物の１／ｎの大きさの縮小模型とすることができ、振動を与える時間も実際の１／ｎですむ。このように、振動台装置による加振実験を遠心加速度場において行うことで、縮小模型の大きさを小型化し、また、実験に要する時間を短縮することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００２−２２５９５号公報（段落［０００９］等）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、特許文献１の振動台装置は、振動台から直交三方向にそれぞれ加振機が延びているため、例えば振動台装置を載置したときに装置全体のＸ軸方向及びＹ軸方向の幅が大きくなり、コンパクト化や省スペース化を実現できない。このため、振動台装置が設置される遠心力載荷装置のプラットフォームも必然的に大型化してしまう。

【0011】

本発明は、縮小模型を用いて、地震等で加振された地盤や構造物挙動を相似性よく再現することができ、かつ、コンパクト化や省スペース化も実現できる遠心力載荷装置用３次元６自由度振動台装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、縮小模型を用いて地盤や構造物の地震時の挙動を再現実験するための遠心力載荷装置に搭載される遠心力載荷装置用３次元６自由度振動台装置であって、前記縮小模型が載置される振動台と、前記振動台の下面側に配置され、前記振動台を６自由度で振動させるアクチュエータと、遠心加速度場にて発生するコリオリ力を予測し、前記コリオリ力に起因して生じる影響加振加速度を計算し、前記影響加振加速度を相殺した目標駆動波形で前記アクチュエータを動作させる制御装置と、を備えることを特徴とする遠心力載荷装置用３次元６自由度振動台装置にある。

【0013】

第１の態様によれば、遠心力載荷装置による遠心加速度場に設置されるので、実物よりも小さな縮小模型を用いることができるとともに、短時間で地震等の揺れによる挙動を測定することができる。振動台を動作させるアクチュエータが、振動台の下面側に配置されている。したがって、遠心力載荷装置用３次元６自由度振動台装置が水平方向に占める大きさを小型化することができる。
さらに、遠心加速度場において縮小模型を振動させる際に生じるコリオリ力の影響を排することができる。これにより、遠心加速度場において縮小模型に所望の目標加振加速度を付与し、地盤や構造物の地震時の挙動をより正確に再現できる。

【0014】

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する遠心力載荷装置用３次元６自由度振動台装置において、前記振動台を支持する弾性体を備えることを特徴とする遠心力載荷装置用３次元６自由度振動台装置にある。

【0015】

第２の態様によれば、振動台や縮小模型の重量がアクチュエータに掛かることを回避することができる。

【0016】

本発明の第３の態様は、第２の態様に記載する遠心力載荷装置用３次元６自由度振動台装置において、６つの前記アクチュエータは、それぞれの軸方向が正六角形の各辺上に位置するように配置され、前記弾性体は、６つの前記アクチュエータの内側に配置されていることを特徴とする遠心力載荷装置用３次元６自由度振動台装置にある。

【0017】

第３の態様によれば、アクチュエータの内側の領域を弾性体の設置場所として有効利用することができる。これにより、振動台装置の水平方向の大きさを小型化することができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明の遠心力載荷装置用３次元６自由度振動台装置によれば、地震の挙動を相似性よく再現できる上、コンパクト化や省スペース化も実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】遠心力載荷装置の概略構成図である。

【図2】遠心力載荷装置のプラットフォームの側面図である。

【図3】実施形態１に係る振動台装置の構成例及び使用例を示す図。

【図4】実施形態１に係る振動台装置の構成例及び使用例を示す図。

【図5】実施形態１に係る振動台装置の構成例及び使用例を示す図。

【図6】実施形態１に係る振動台装置の制御例を説明する模式図。

【図7】実施形態２に係る振動台装置及び遠心力載荷装置の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明は、本発明の一態様を示すものであって、本発明の範囲内で任意に変更可能である。各図において同じ符号を付したものは、同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。

【0023】

（実施形態１）
（遠心力載荷装置）
本発明の遠心力載荷装置用３次元６自由度振動台装置（以下、振動台装置と称する）１０は、地盤や構造物の地震時の挙動を再現実験するための装置であり、遠心力載荷装置に搭載される。まず、遠心力載荷装置について説明する。図１は遠心力載荷装置の概略構成図であり、図２は遠心力載荷装置のプラットフォームの側面図である。

【0024】

図１及び図２に示すように、遠心力載荷装置１は、中心軸２、中心軸２を中心に回転する水平アーム３、水平アーム３の両端に設けられたプラットフォーム４、駆動モータ５、中心軸２と駆動モータ５の間に設けられた減速機６及び駆動軸７等で構成されている。プラットフォーム４（揺動架台）は、水平アーム３に揺動可能に吊り下げられている。

【0025】

遠心載荷を行う際には、遠心力載荷装置１の一方のプラットフォーム４に、縮小模型Ｍを載せた振動台装置１０を設定し、他方のプラットフォーム４に錘を設置する。そして、駆動モータ５を駆動させ、駆動軸７、減速機６を介して中心軸２を回転させる。中心軸２が回転すると、水平アーム３の回転に伴ってプラットフォーム４が振り上がり、プラットフォーム４に載置された振動台装置１０及び縮小模型Ｍに遠心加速度が作用する。

【0026】

縮小模型Ｍとは、加振による挙動を実験する対象となる地盤や構造物などの模型である。縮小模型Ｍの縮尺は、遠心力載荷装置１がプラットフォーム４に載置された振動台装置１０及び縮小模型Ｍに与えることができる遠心加速度に応じて定める。縮小模型Ｍの縮尺が１／ｎの場合、遠心加速度は、ｎ×Ｇ（重力加速度）となる。

【0027】

（振動台装置の概略構成）
図３は、本実施形態に係る振動台装置の構成例及び使用例を示す斜視図である。図４は、図３を上方から見た平面図であり、図５は、図３を側方から見た側面図である。各図において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は互いに直交している。なお、遠心力載荷装置１が回転していない状態において、プラットフォーム４に振動台装置１０が載置された状態では、図１〜２の各軸と、図３〜図５の各軸とは一致する。遠心力載荷装置１が回転し、プラットフォーム４が外側に振り上げられた状態においては、図３〜図５のＺ軸は中心軸２に向かう方向に一致する。

【0028】

振動台装置１０は、第１基板１１と、第２基板１２（請求項の「振動台」に該当する部材）と、６つの油圧シリンダ１３ａ〜１３ｆ（６つのアクチュエータ）と、空気ばね２１と、を具備して構成されている。

【0029】

第１基板１１は、ＸＹ平面に沿っている。第１基板１１により、振動台装置１０の最下面が構成されている。第２基板１２は、第１基板１１のＺ軸方向の上方に配されている。第２基板１２の上面には、縮小模型Ｍが載置される。第１基板１１及び第２基板１２は、平板状の金属から構成されている。

【0030】

油圧シリンダ１３ａ〜１３ｆは、第２基板１２の下面側に配置され、軸芯方向Ｌ（請求項の「アクチュエータの軸方向」に該当する方向）に駆動するピストンロッド１４（軸部材）を具備して構成されている。更に、油圧シリンダ１３ａ〜１３ｆは、キャップカバー１５と、ロッドカバー１６と、シリンダ本体１７と、を具備して構成されている。

【0031】

シリンダ本体１７の端部には、キャップカバー１５が設けられている。キャップカバー１５には、第１基板側アーム１８の一端が接続されている。第１基板側アーム１８の他端は、第１基板１１に設けられた第１取付部３１に接続されている。第１取付部３１は、第１基板１１の表面（第２基板１２側の面）に設けられた凸状の部位である。一つの第１取付部３１には、斜面が形成されており、その斜面にキャップカバー１５が取り付けられる。本実施形態では、一つの第１取付部３１に二つの斜面が形成され、二つの斜面のそれぞれに二つの油圧シリンダのキャップカバー１５が取り付けられている。

【0032】

シリンダ本体１７の反対側の端部には、ロッドカバー１６が設けられている。ロッドカバー１６には、ロッド孔が形成されている。ロッド孔に、上記ピストンロッド１４が摺動自在に保持されている。ピストンロッド１４のロッドカバー１６側の端部に、第２基板側アーム１９の一端が接続されている。第２基板側アーム１９の他端は、第２基板１２に設けられた第２取付部３２に接続されている。第２取付部３２は、第２基板１２の表面（第１基板１１側の面）に設けられた凸状の部位である。一つの第２取付部３２には、斜面が形成されており、その斜面にロッドカバー１６が取り付けられる。本実施形態では、一つの第２取付部３２に二つの斜面が形成され、二つの斜面のそれぞれに二つの油圧シリンダのロッドカバー１６が取り付けられている。

【0033】

キャップカバー１５及びロッドカバー１６は、取付面の向きを任意の角度に調整することが可能である。この取付面の角度を調整しても、それらを直接第１基板１１及び第２基板１２に取り付けられない場合は、本実施形態のようにキャップカバー１５を、第１取付部３１を介して第１基板１１に取り付け、ロッドカバー１６を、第２取付部３２を介して第２基板１２に取り付けることが好ましい。一方、キャップカバー１５及びロッドカバー１６の取付面の角度を調整し、それらを第１基板１１及び第２基板１２に直接取り付けることが可能な場合、第１取付部３１及び第２取付部３２を設けなくてよい。

【0034】

このように、油圧シリンダ１３ａ〜１３ｆは、軸芯方向Ｌのキャップカバー１５側（固定端側１５ａ）で第１基板１１の第１取付部３１に接続され、軸芯方向Ｌのロッドカバー１６側（自由端側１６ａ）で第２基板１２の第２取付部３２に接続されている。

【0035】

キャップカバー１５及びロッドカバー１６には、シリンダ本体１７内に連通するポート（図示せず）が設けられている。ポートを通じて供給される油の受圧面積に応じて、ピストンロッド１４が軸芯方向Ｌに駆動する。ピストンロッド１４は、軸芯の方向に沿って前後駆動するので、上記の軸芯方向Ｌは、ピストンロッド１４が前後駆動する方向でもある。

【0036】

（油圧シリンダの配置）
油圧シリンダ１３ａ〜１３ｆは、Ｚ軸方向に見たときに、シリンダ本体１７の軸芯が正六角形の各辺上に位置するように配されている。

【0037】

従って、Ｚ軸方向に見たときに、隣り合う油圧シリンダのピストンロッド１４の軸芯方向Ｌは、１２０度の角度を成している。Ｚ軸方向に見たときに、対向する油圧シリンダのピストンロッド１４の軸芯方向Ｌは、平行である。Ｚ軸方向に見たときに、軸芯方向Ｌを延長させたときの交点は、正六角形の各頂点に位置している。

【0038】

ピストンロッド１４の軸芯方向Ｌは、ＸＹ平面に対し、固定端側１５ａから自由端側１６ａに、所定の角度を成してＺ軸方向に立ち上がっている。逆に言えば、ピストンロッド１４の軸芯方向Ｌは、ＸＹ平面に対し、自由端側１６ａから固定端側１５ａに、所定の角度を成してＺ軸方向に立ち下がっている。これらの角度は、約３０〜約４０度の範囲であると、ピストンロッド１４の動作が効率よく第２基板１２に伝わりやすい。

【0039】

そして、油圧シリンダ１３ａ〜１３ｆは、隣り合う油圧シリンダとの間で、固定端側１５ａ同士又は自由端側１６ａ同士が対になるように配されている。隣り合う油圧シリンダのキャップカバー１５同士が近い位置にあり、その反対側で隣り合う油圧シリンダのロッドカバー１６同士が近い位置にある。言い換えれば、油圧シリンダ１３ａ〜１３ｆは、隣り合う油圧シリンダとの間で、固定端側１５ａ同士が近い位となるように配され、その反対側で隣り合う油圧シリンダとの間で、自由端側１６ａ同士が近い位置となるように配されている。

【0040】

以上、油圧シリンダ１３ａ〜１３ｆの配置をまとめると、下記のようになる。便宜上、油圧シリンダ１３ａ〜１３ｆを、周方向に沿って順番に、第１油圧シリンダ１３ａ、第２油圧シリンダ１３ｂ、第３油圧シリンダ１３ｃ、第４油圧シリンダ１３ｄ、第５油圧シリンダ１３ｅ及び第６油圧シリンダ１３ｆと称する。

【0041】

第１油圧シリンダ１３ａは、キャップカバー１５側（固定端側１５ａ）で第１基板１１の第１取付部３１に接続され、ロッドカバー１６側（自由端側１６ａ）で第２基板１２の第２取付部３２に接続されている。ピストンロッド１４の軸芯方向Ｌは、ＸＹ平面に対し、固定端側１５ａから自由端側１６ａに所定の角度でＺ軸方向に立ち上がっている。第１油圧シリンダ１３ａの自由端側１６ａに、第２油圧シリンダ１３ｂが配されている。

【0042】

第２油圧シリンダ１３ｂは、第１油圧シリンダ１３ａの自由端側１６ａに配されている。第２油圧シリンダ１３ｂは、Ｚ軸方向に見たときに、第１油圧シリンダ１３ａとの間で、ピストンロッド１４の軸芯方向Ｌが１２０度の角度を成している。第２油圧シリンダ１３ｂは、第１油圧シリンダ１３ａとの間で、自由端側１６ａ同士が対になるように配されている。第２油圧シリンダ１３ｂのピストンロッド１４の軸芯方向Ｌは、ＸＹ平面に対し、自由端側１６ａから固定端側１５ａに、所定の角度でＺ軸方向に立ち下がっている。第２油圧シリンダ１３ｂの固定端側１５ａに、第３油圧シリンダ１３ｃが配されている。

【0043】

第３油圧シリンダ１３ｃは、第２油圧シリンダ１３ｂの固定端側１５ａに配されている。第３油圧シリンダ１３ｃは、Ｚ軸方向に見たときに、第２油圧シリンダ１３ｂとの間で、ピストンロッド１４の軸芯方向Ｌが１２０度の角度を成している。第３油圧シリンダ１３ｃは、第２油圧シリンダ１３ｂとの間で、固定端側１５ａ同士が対になるように配されている。第３油圧シリンダ１３ｃのピストンロッド１４の軸芯方向Ｌは、ＸＹ平面に対し、固定端側１５ａから自由端側１６ａに、所定の角度でＺ軸方向に立ち下がっている。第３油圧シリンダ１３ｃの自由端側１６ａに、第４油圧シリンダ１３ｄが配されている。

【0044】

以下、同様の趣旨に基づいて、第４油圧シリンダ１３ｄ、第５油圧シリンダ１３ｅ及び第６油圧シリンダ１３ｆが配されている。

【0045】

（空気ばね）
上記の通り、油圧シリンダ１３ａ〜１３ｆは、Ｚ軸方向に見たときに、ピストンロッド１４の軸芯が、正六角形の各辺上に位置するように配されている。ゆえに、Ｚ軸方向に見たときに、６つのピストンロッド１４の軸芯方向Ｌによって領域２０が画成されている。

【0046】

振動台装置１０は、領域２０の内側に、第２基板１２を支持可能な空気ばね２１（請求項の「弾性体」に該当する装置）を備えている。空気ばね２１は、圧縮空気の弾力性を利用したばね装置である。このため、バネ定数を非常に小さく調整することが容易である。よって、空気ばね２１がＺ軸方向に伸張したり、第２基板１２がＺ軸方向に下降したりして、空気ばね２１によって第２基板１２が支持されたとしても、振動台装置１０の加振性能に大きな悪影響は生じない。

【0047】

なお、空気ばね２１は一つに限らず、複数個用いてもよい。また、弾性体は空気ばね２１である必要はない。振動台装置１０の加振性能に大きな影響を与えず、縮小模型Ｍを支持できる程度のばねであれば、その構造は特に限定されない。

【0048】

（振動台装置の制御）
図６は、振動台装置１０の制御例を説明するための模式図である。

【0049】

振動台装置１０は、制御装置（図示せず）を備えており、制御装置からの制御信号により、油圧シリンダ１３ａ〜１３ｆの動作を独立に制御し、６自由度で第２基板１２の動作を制御することができる（いわゆるパラレルモーション方式）。

【0050】

６自由度の動作とは、第２基板１２をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿って振動させる動作、Ｘ軸周りに回転させるピッチ動作、Ｙ軸周りに回転させるヨー動作及びＺ軸周りに回転させるロール動作である。振動台装置１０は、油圧シリンダ１３ａ〜１３ｆを動作させることで、第２基板１２に載置された縮小模型Ｍに対し、所望の加速度を６自由度で付与できる。以後、振動台装置１０の第２基板１２の動作により縮小模型Ｍに付与される加速度を加振加速度と称する。

【0051】

振動台装置１０（制御装置）は、再現しようとする地震等による揺れを表す情報が入力されると、その揺れに対応した加振加速度を求める。このような地震等の揺れを表す情報から加振加速度を求める演算は公知の方法により行うことができる。このように振動台装置１０に設定される加振加速度を目標加振加速度と称する。目標加振加速度は、６自由度であるので、振動台装置１０は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、ピッチ角（Ｐｉｔｃｈ）、ヨー角（Ｙａｗ）及びロール角（Ｒｏｌｌ）のそれぞれについて目標加振加速度をそれぞれ求める。

【0052】

そして、目標加振加速度を得るための目標駆動波形を作成する。目標駆動波形とは、油圧シリンダ１３ａ〜１３ｆに与えられる制御信号であり、この目標駆動波形に基づいて油圧シリンダ１３ａ〜１３ｆが伸縮などの動作をする。表１のように、６自由度ごとに、目標駆動波形及び目標加振加速度が作成される。目標駆動波形は、目標加振加速度に基づいて公知の方法により作成することができる。

【0053】

【表1】

【0054】

振動台装置１０は、作成した目標駆動波形を油圧シリンダ１３ａ〜１３ｆに与える。これにより、油圧シリンダ１３ａ〜１３ｆは、個別又は全体で伸縮し、第２基板１２を６自由度で動作させることができる。このような制御を行うことで、振動台装置１０は、再現しようとする地震等による揺れを、６自由度の加振加速度として、縮小模型Ｍに付与することができる。

【0055】

（遠心力載荷装置に設置された振動台装置）
振動台装置１０は、遠心力載荷装置１のプラットフォーム４に載置される。遠心力載荷装置１を動作させることで、プラットフォーム４上に載置された振動台装置１０及び振動台装置１０に載置された縮小模型Ｍには遠心加速度が付与される。さらに、振動台装置１０を動作させることで、縮小模型Ｍには遠心加速度の下で、振動台装置１０により加振加速度が付与される。

【0056】

表２は、遠心加速度を負荷した加振実験、いわゆる遠心動的場で成立する相似則である。

【0057】

【表2】

【0058】

遠心加速度がｎ×Ｇの遠心加速度場においては、縮小模型Ｍの大きさは実物の１／ｎとなり、縮小模型Ｍの周波数、遠心加速度及び加振加速度は実物のｎ倍となり、縮小模型Ｍの変位は実物の１／ｎとなる。また、遠心加速度がｎ×Ｇの遠心加速度場に縮小模型Ｍを置いた時間は、１×Ｇの重力場に実物を置いた時間の１／ｎに相当する。

【0059】

このような相似則によれば、遠心力載荷装置１が振動台装置１０及び縮小模型Ｍに対してｎ×Ｇ（重力加速度）の遠心加速度を付与する場合、縮小模型Ｍは実物の１／ｎの大きさとすることができる。つまり、実物の大きさ（縮小模型Ｍのｎ倍の大きさ）の供試体と同じ応力状態を、大きさが１／ｎの縮小模型Ｍで再現することができる。

【0060】

また、応力状態だけではなく、実際の地震動と同じ振動を大きさが１／ｎの縮小模型Ｍで再現することができる。

【0061】

具体的には、実際の地震動の周波数をｆとする場合、振動台装置１０は、ｆ×ｎの周波数の波形に基づいて縮小模型Ｍを加振する。これにより、振動台装置１０は、遠心加速度場において、実物と同じ応力状態にある縮小模型Ｍに対して、地震等の揺れを模した加振加速度を与えることができる。そして、振動台装置１０が縮小模型Ｍに加振加速度を与える時間は、実際の地震等による揺れる時間の１／ｎに短縮することができる。

【0062】

ちなみに、遠心力載荷装置１を用いない場合、すなわち重力場にて、振動台装置１０を単体で用いて地震時の挙動を再現しようとすると、縮小模型Ｍの規模は実物大としなければならず、また、所要時間も実際に装置される揺れの時間と同じ時間を要してしまう。

【0063】

以上に説明した振動台装置１０によれば、遠心力載荷装置１に設置されるので、実物よりも小さな縮小模型Ｍを用いることができるとともに、実際の揺れに掛かる時間よりも短時間で、地震等の揺れによる挙動を測定することができる。

【0064】

また、振動台装置１０は、第２基板１２を動作させる油圧シリンダ１３ａ〜１３ｆが、第２基板１２の下面側に配置されている。つまり、第２基板１２の周囲に油圧シリンダ１３ａ〜１３ｆが配置されていない。したがって、振動台装置１０が水平方向に占める大きさを小型化することができ、さらに、この振動台装置１０が載置されるプラットフォーム４の水平方向の大きさも小型化することができる。

【0065】

このように、本発明の振動台装置１０によれば、縮小模型Ｍを用いて、地震等で加振された地盤や構造物挙動を相似性よく再現することができ、かつ、コンパクト化や省スペース化も実現することができる。

【0066】

また、振動台装置１０は、空気ばね２１を備えており、空気ばね２１により、縮小模型Ｍが載置された第２基板１２を支持している。これにより、第２基板１２や縮小模型Ｍの重量が油圧シリンダ１３ａ〜１３ｆに掛かることを回避することができる。すなわち、油圧シリンダ１３ａ〜１３ｆに、遠心加速度場における過大な重量が掛からない。この結果、油圧シリンダ１３ａ〜１３ｆとしては、過大な重量に耐えられる特別なものを用いる必要がなく、通常の１Ｇの重力場で利用が想定される油圧シリンダを利用することができる。

【0067】

なお、振動台装置１０は、必ずしも空気ばね２１を備えていなくてもよい。この場合、付与される遠心加速度下における縮小模型Ｍの重量を支持できるだけの剛性を持った油圧シリンダ１３ａ〜１３ｆを用いる。

【0068】

さらに、振動台装置１０は、油圧シリンダ１３ａ〜１３ｆの軸芯方向Ｌによって形成される領域２０の内側に空気ばね２１が設けられている。領域２０は、油圧シリンダ１３ａ〜１３ｆの構成により定まるものであるが、その領域２０を空気ばね２１の設置場所として有効利用することができる。このように、領域２０に油圧シリンダ１３ａ〜１３ｆを設置したので、振動台装置１０の水平方向の大きさを小型化することができる。

【0069】

なお、空気ばね２１のような弾性体を、油圧シリンダ１３ａ〜１３ｆの外側に配置してもよい。この場合、空気ばね２１の設置スペースが領域２０よりも外側に必要となるため、振動台装置１０は水平方向の大きさが大型化してしまう。ただし、上述したように、油圧シリンダ１３ａ〜１３ｆは、第２基板１２の下面側に配置されているので、従来の振動台装置よりも、水平方向に小型化された振動台装置１０とすることができる。

【0070】

（実施形態２）
本発明の実施形態２に係る振動台装置について説明する。実施形態１と同一の部分は適宜省略し、異なる部分を中心に説明する。

【0071】

（概略構成）
本実施形態に係る振動台装置１０Ａは、基本的には、実施形態１の振動台装置１０と同様の構成を有している。振動台装置１０Ａは、制御装置による制御が実施形態１と異なる。

【0072】

（振動台装置の制御）
振動台装置１０Ａは、遠心加速度場にて発生するコリオリ力を予測し、予測したコリオリ力に起因して生じる影響加振加速度を考慮して、目標駆動波形を作成する。影響加振加速度とは、遠心加速度場において発生したコリオリ力に起因して縮小模型Ｍに作用する加速度をいう。

【0073】

（コリオリ力を考慮した駆動波形の補正）
縮小模型Ｍは、振動台装置１０Ａにより６自由度で加振されて振動するとともに、遠心力載荷装置１により回転運動される。このような運動をする縮小模型Ｍは、振動方向及び回転軸方向の双方に直交する方向に作用するコリオリ力を受ける。回転運動の角速度をω、縮小模型Ｍの質量をｍ、縮小模型Ｍの速度ベクトルをｖとすると、縮小模型Ｍの質点には、２・ｍ・ω×ｖに則ったコリオリ力が働く。

【0074】

図７は、コリオリ力を説明するための振動台装置１０Ａ及び遠心力載荷装置１の概略図である。遠心力載荷装置１の各軸は実線で示し、振動台装置１０の各軸は点線で示してある。

【0075】

図示するように、遠心力載荷装置１が回転している状態では、振動台装置１０ＡのＺ軸方向（図３参照）は、遠心力載荷装置１の中心軸２に向かう方向（図１のＸＹ平面に平行で中心軸２を通る方向）に一致する。

【0076】

例えば、振動台装置１０Ａにより縮小模型ＭがＸ軸方向（図７点線のＸ軸、実線のＹ軸）に振動し、かつ、遠心力載荷装置１により縮小模型ＭがＹ軸（図７点線のＹ軸、実線のＺ軸）まわりに角速度ωｙで回転すると、Ｚ軸方向（図７点線のＺ軸、実線のＸ軸）にコリオリ力Ｆｚが作用する。

【0077】

コリオリ力Ｆｚの向きは、縮小模型Ｍの振動方向に応じて反転する。例えば、縮小模型ＭがＸ軸正方向へ移動しているとき、Ｚ軸正方向にコリオリ力が作用し、縮小模型ＭがＸ軸負方向へ移動しているときには、Ｚ軸負方向にコリオリ力が作用する。

【0078】

一方、縮小模型ＭがＸ軸正方向へ振動しているとき、Ｚ軸負方向にコリオリ力が作用し、縮小模型ＭがＸ軸負方向へ振動しているときに、Ｚ軸正方向にコリオリ力が作用する場合もある。

【0079】

何れの現象が起こるかは、作用したＹ軸まわりの角速度ωｙの回転方向（右まわりか左まわりか）に依存する。

【0080】

以降に言及する各軸は、図７の実線で示した遠心力載荷装置１の各軸のこととする。

【0081】

コリオリ力は、縮小模型Ｍが回転軸Ｚと同じ方向に振動している場合には発生しない。つまり、縮小模型Ｍが振動台装置１０Ａにより図７の実線で示すＺ方向に振動させられている場合ではコリオリ力は考慮しなくてよい。したがって、コリオリ力に起因して生じる影響加振加速度は、Ｘ軸方向とＹ軸方向だけである。

【0082】

まず、振動台装置１０Ａ（制御装置）は、実施形態１と同様に、再現しようとする地震等による揺れを表す情報が入力されると、その揺れに対応した６自由度それぞれについての目標加振加速度を求める。６自由度の目標加振加速度のうち、Ｘ軸とＹ軸のそれぞれについて、Ｘ軸目標加振加速度、Ｙ軸目標加振加速度と称する。

【0083】

次に、コリオリ力に起因してＸ軸とＹ軸にて生じるＸ軸影響加振加速度及びＹ軸影響加振加速度を計算する（表３の１行目）。これらの影響加振加速度は、上述したように、縮小模型Ｍの角速度、縮小模型Ｍの質量、縮小模型Ｍの速度ベクトルから求めることができる。

【0084】

表３の２行目に示すように、Ｘ軸影響加振加速度はＹ軸目標加振加速度に影響を与え、Ｙ軸影響加振加速度はＸ軸影響加振加速度に影響を与える。このため、縮小模型Ｍに付与される加振加速度は、所望の目標影響加振加速度とはならず、影響加振加速度だけ誤差を含んでしまう。

【0085】

このため、表３の３行目に示すように、Ｙ軸影響加振加速度が相殺されるようにＸ軸目標加振加速度を補正する。具体的には、Ｘ軸目標加振加速度に対して、Ｙ軸影響加振加速度の符号を反転させた値を加算する。この結果、コリオリ力に起因して生じるＹ軸影響加振加速度が相殺される。そして、この補正後のＸ軸目標加振加速度に基づいて、Ｘ軸目標駆動波形を作成する。

【0086】

同様に、Ｘ軸影響加振加速度が相殺されるようにＹ軸目標加振加速度を補正し、Ｙ軸目標駆動波形を作成する。

【0087】

そして、このような補正を行って得られたＸ軸目標駆動波形及びＹ軸目標駆動波形を油圧シリンダ１３ａ〜１３ｆに与えることで、コリオリ力により生じる影響加振加速度の影響を排して、所望の目標加振加速度を縮小模型Ｍに付与することができる。

【0088】

【表3】

【0089】

以上に説明した振動台装置１０Ａによれば、遠心加速度場において縮小模型Ｍを振動させる際に生じるコリオリ力の影響を排することができる。これにより、遠心加速度場において縮小模型Ｍに所望の目標加振加速度を付与し地盤や構造物の地震時の挙動をより正確に再現できる。

【0090】

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を説明した。しかし、本発明の基本的構成は上記の態様に限定されない。

【0091】

例えば、アクチュエータは、本発明の範囲で、油圧ピストンに限定されない。アクチュエータは、油圧以外の駆動系を有するピストンであってもよく、またピストンにも限定されない。

【0092】

図面において示す構成要素、すなわち基板等の厚さ、アクチュエータの大きさ、各部の相対的な位置関係等は、本発明を説明する上で、誇張して示されている場合がある。

【0093】

また、本明細書の「間」という用語は、構成要素の位置関係が「接触」していることを限定するものではない。例えば、「空気ばねを第１基板及び第２基板の間に設ける」という表現は、空気ばね及び第１基板の間や、第２基板及び空気ばねの間に、他の構成要素を含むものを除外しない。

【0094】

同様に、本明細書の「側」という用語は、構成要素の位置関係が「接触」していることを限定するものではない。例えば、「軸芯方向のキャップカバー側（固定端側）で第１基板に接続され」という表現は、キャップカバー及び第１基板の間に、他の構成要素を含むものを除外しない。また、「軸芯方向のロッドカバー側（自由端側）で第２基板に接続され」という表現は、ロッドカバー及び第２基板の間に、他の構成要素を含むものを除外しない。

【符号の説明】

【0095】

１ 遠心力載荷装置、 １０ 振動台装置、 １１ 第１基板、 １２ 第２基板（振動台）、 １３ａ〜１３ｆ 第１〜第６油圧シリンダ（アクチュエータ）、 １４ ピストンロッド（軸部材）、 １５ キャップカバー、 １５ａ 固定端側、 １６ ロッドカバー、 １６ａ 自由端側、 １７ シリンダ本体、 １８ 第１基板側アーム、 １９ 第２基板側アーム、 ２０ 領域、 ２１ 空気ばね（弾性体）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】