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【発明の名称】 物理探査のための代替震源
【発明者】 【氏名】出雲谷 聡

【要約】 【課題】地震探査は、その有効性から多くの現場に実施計画があるが、人口密集地、僻地などでの探査の必要性が増えるに従い、安全で効率的な震源の開発が望まれるところである。一方、搭乗者の命を守るインフレータを用いたエアバックが開発されすべての車に取り付けが義務化された。そこで廃車する場合には、インフレータを予め取り外し解体作業を行う必要がある。

【解決手段】自動車用エアバックのインフレータ1を一又は複数用いて、そのまま震源とした物理探査のための代替震源。
【特許請求の範囲】
【請求項1】 電気信号により少量の火薬に点火し推薬によりガスが発生するか、或いは高圧圧縮ガスを電気信号により開放するようにした自動車用エアバックのインフレータをそのまま震源としたことを特徴とする物理探査のための代替震源。
【請求項2】 地表に浅い穴を掘削してその中で、或いは穴を埋め戻し地中でインフレータのガスを膨張させるようにしたことを特徴とする請求項1記載の物理探査のための代替震源。
【請求項3】 請求項1又は請求項2記載の物理探査のための代替震源であって、複数のインフレータを用いるようにしたもの。
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、自動車の廃棄解体時に生じるエアバックのインフレータを、物理探査のひとつの手法である地震探査の有用な震源装置として利用するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、地質、地下、人工構造物の調査における物理探査のひとつの手段として地震探査がある。震源装置から発生する弾性波を探査対象面(すなわち、地表面、地下の坑井内壁、人工構造物)より内部に伝播し、地下地層、構造物から反射あるいは屈折して戻ってくる波を測定し、地下や構造物探査を行うのが地震探査法である。地震探査は、地下深部までの地質構造情報を高精度で取得することができるため多く用いられている。
【0003】地震探査でのエネルギー源である震源は、大まかにはダイナマイトが多く用いられる爆薬震源と爆薬を用いない非爆薬震源に分けられる。非爆薬震源は機械的震源、電気放電震源、熱力学的震源 空気放出震源 微量爆薬使用震源などに分類される。機械的震源には、一定時間、周期波形を送り対象物を振動させる機械的振動装置、重錘落下法や板たたき法などのように対象物に物理的衝撃を与え、震源とするものがある。電気放電震源には、電気的にスパークを発生し震源とするものがあり、熱力学的震源にはプロパン ブタンなどのガスと酸素の混合物を爆発させ震源とするものがある。空気放出震源は、圧縮空気を密閉した装置内に送り、ピストンの作用によって圧縮空気を水中で放出し、この時の空気バブルの膨張を震源とする。微量爆薬使用震源には、水中で小型爆薬を爆発させ地震パルスを発生する震源などがある。
【0004】ここで、従来の震源装置の具体例について説明すると次の通りである。
1.ダイナマイト地表探査において、地表に孔を堀り、この中にダイナマイトを設置し、火薬を爆破することによって震源とな2.人工振動装置(バイブレータ)
地表に人工的に強制振動を周波数を変えながら与え、発射した波形と受信器で記録した波形を解析することによって、地下から反射した波を抽出できる。陸上での探査に用いられる。装置が大掛かりであり、これまでは主に石油探査などの地下深部を対象として陸上探査で用いられてきた。
3.圧縮空気(エアガン)
エアガンは高圧の空気を開放することで生じるエネルギーを震源とし、海上地震探査で多く用いられている。陸上においては、水を充満させたプールを用意して実施される。
4.機械式錘を自由落下させたり 人がハンマーを打ち下ろしたり(錘落下法、板たたき法)して、衝撃エネルギーを発生させこれを震源とする。また、圧縮空気を密閉装置に貯え、この空気を開放させ、ピストンを急激に移動させ震源とするものもある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ダイナマイトによる爆薬震源の長所は、出力エネルギーが高いことである。短所は安全面への配慮が不可欠で取り扱いが面倒であり、人家近くでは使用が制限されることである。非爆薬震源は、出力エネルギーは高くないが、経済性、取り扱いの安全性など長所を備えている。短所としては、振動装置が大型になる或いは特別なデータ処理が必要となるなどがある。圧縮空気を用いたエアガン震源では装置が大型となり、運搬が面倒となる。機械式板たたき法は、軽便であるが、発生するエネルギーが小さくまた、一定とならないし、 錘落下法では装置の移動などが面倒となる。人が打つ場合は、装置は簡便ではあるがエネルギーが小さく、また、震源として一定しないといった欠点を持つ。地震探査は、その有効性から多くの現場に実施計画があるが、人口密集地、僻地などでの探査の必要性が増えるに従い、安全で効率的な震源の開発が望まれるところである。
【0006】新たな震源装置に望まれる要素として挙げられるのは次の通りである。
1.低コスト:探査費が安くできること。
2.携帯性:簡単に移動設置ができること。
3.高エネルギー:深部までエネルギーが到達する。
4.再現性:場所、時間が違っても震源のエネルギー値が安定していること。
5.安全性:危険性が低く、人工密集地、大型機器の搬入及び使用が難しい山岳地帯のような僻地での作業が可能となること。
6.環境保全:環境保全に貢献する。
【0007】他方、自動車業界では、搭乗者の命を守るために、インフレータを用いたエアバックが開発され、現在ではすべての車に取り付けが義務化された。エアバック付きの車を廃車にし、解体する場合には、解体作業中に突発的に、インフレータからガスが発生することを避けるため、インフレータを予め取り外し解体作業を行う必要がある。インフレータにはメーカーにより、ガス発生剤によってガスを発生させるもの、高圧圧縮ガスを用いるものなど各種あり、またガス発生剤にも種々の種類がある。ガス発生剤を用いたインフレータは、車の衝突時に、急激にガスを発生させ、エアバックを膨張させる装置で、衝突をセンサで感知すると電気信号によってインフレータ中の点火剤を反応させ、ペレット状に配置されているガス発生剤のガスを急激に発生させるものである。高圧圧縮ガスを用いるものは、衝突をセンサで感知すると信号によってインフレータ中の高圧ガスを急激に開放する。
【0008】いずれにしても、膨張したガスは50リットルから300リットルの容積のバックを膨張させ、バック内の最大圧は180気圧、バック先端は180から370km/hの速さで膨らみ、大きな弾性波エネルギーを生成する。すなわち、インフレータはどれも急激に高圧のガスを発生させる点で共通である。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明はこの点に注目し、大量生産されるインフレータ(急激に高圧のガスを発生させる装置)を従来の探査用の爆薬震源、機械式震源の代替震源として用いるようにしたものである。しかも本発明は、現在、自動車の廃棄解体に伴い生じる廃棄物としてのインフレータの再利用を可能とし、物理探査、地震探査のための震源として利用することで有効利用が図れ、環境保全に貢献する技術であるといえる。エアバックは、センサー、インフレータ、ガスバックから構成されているものであるが、本発明ではインフレータ及びセンサーとの接続ケーブルのみを用い、接続ケーブルから電気を流すようにするものである。
【0010】請求項1の発明は、電気信号により少量の火薬に点火し推薬によりガスが発生するか、或いは高圧圧縮ガスを電気信号により開放するようにした自動車用エアバックのインフレータをそのまま震源とした代替震源である。請求項2の発明は、最も簡易な構成を採用するもので、地表に浅い穴を掘削してその中で、或いは穴を埋め戻し地中でインフレータのガスを膨張させるようにした代替震源である。請求項3の発明は、複数のインフレ―タを用いるようにした代替震源である。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、図面に示す本発明の実施の形態に即して説明する。本発明に係る震源装置は、エアバックを構成するセンサー、インフレータ、ガスバックの内、インフレータ及びセンサーとの接続ケーブルのみを用いるものである。震源であるインフレータ1、インフレータ1の接続ケーブル2に繋ぐインフレータ1の起動手段(詳細な図示は省略する)を必須の構成要素とし、必要に応じてインフレータ1で発生したガスをエネルギー源として地表、構造物等の探査対象面に伝播するための耐圧容器3と、耐圧容器3の固定手段4等からなる。
【0012】インフレータ1はガスを急激に発生する装置であり、通常鉄製の容器中でガスを発生する。自動車用のエアバッグでは発生した高圧ガスを急速にバック中に発散させバックを膨張させる。この推進力を、地表などの探査対象面に向け発射することで震源とする。インフレータ1によって発生するガス量は同じ規格であれば、一定であることから、震源としてのエネルギー値を一定に保て、繰り返しや位置を移動しての調査において、整合性のあるデータを取得することができる。また、震源のエネルギー量は、インフレータ1の数を増やすことで対応できるため、対象深度が深い場合にも用いることができ、対象面に適した探査用の震源となる。ガス発生は瞬時であることから、パルス状に近い震源となり、解析に適した波形を出力するので探査精度が向上する。高圧ガスの探査対象面、例えば、地表への入射方向をかえれば、P波、S波震源となり、応用範囲が広がる。ガスの発生は、電気信号によるため、複数のインフレータを用いても簡単に同期でき受振器と連動させやすく、解析効率が向上する。インフレータ1の起動手段は、接続ケーブル2に繋ぎ、インフレータ1の着火剤に電流を流しショートさせガス発生剤(推薬)に点火するか、あるいは高圧ガスを用いたインフレータ1ではインフレータ1のガスを薬剤にて開放するものである。
【0013】インフレータ1は耐圧容器3内に設置され、膨張したガスによって、耐圧容器3内の圧力は増加する。このエネルギーをピストン5などから構成される伝播装置で急激に移動させ探査対象面に衝突させ弾性波エネルギーとする。耐圧容器3は一般的には金属製とすることが望ましいが、ガス膨張に耐え得ればプラスチック製、複合材料或いは木製であってもよい。探査対象面にエネルギーを伝播できれば足りるものといえる。耐圧容器3の固定手段4は、膨張したガスの反力を押え探査対象面にエネルギーを集中させるために、必要に応じて用いることになる。
【0014】弾性波特性の制御に関しては次の通りである。耐圧容器3内のインフレータ1から発射、膨張するガスを探査対象面にほぼ直角方向に与えることによって縦波が発生するので、縦波(P波)震源となる。ガス量は急激に増大するため、対象面に衝撃的に伝わり、震源の波形はスパイクに近くなり、良好な波形を対象面に伝播できる。耐圧容器3内のインフレータ1より発射、膨張するガスによりエネルギーをピストンなどの伝播手段を介して探査対象面と平行に弾性を発生させることによって横波(S波)を発生させる。これが横波(S波)震源となる。また、探査対象面に対して傾斜させて伝播装置を介して衝撃を与えれば、縦波と横波が同時に発生することになる。
【0015】震源エネルギー量を制御するのは、簡単である。すなわち、ひとつのインフレータから発生するガス量は、同一規格であれば同量であり、エネルギー再現性を有する。複数のインフレータを探査対象面に配置することで発生するガスは線形的に増大する。本格的な探査前に用いるインフレータの数を変えて試験することで、最適なインフレータの数を決定することが簡単にできることになる。すなわち、同一耐圧容器内に入れるインフレータの数を複数にしてエネルギーを増大させることができる。また、意図的に複数箇所で同時に作動させノイズを取り除く場合が考えられる。同じ場所で複数回作動させ、同じ記録を複数収録して波形を際立たせることもできる。
【0016】ここで、図面に示す実施態様に即して説明する。図1は、発生したガスをエネルギーとして直接伝達するのでダイナマイトの代替震源といえる。そこで耐圧容器3は不要である。すなわち、地表に浅い穴Hを掘削して、その中にインフレータ1を設置し、インフレータ1より導出した接続ケーブル2より通電してインフレータ1内のガスを穴H内に瞬時に充満させるものである。接続ケーブル2にて吊り下げるか或いは別途ワイヤ等で吊り下げるようにする。この実施態様では360度エネルギーが拡散するが、所定の方向のエネルギーだけを取り出し測定することになる。必要に応じて穴Hを埋め戻してからガスを充満させるようにしてもよい。図示しないが、浅い穴Hならば底にインフレータ1を設置するようにしてもよい。
【0017】図2は、耐圧容器3を用いて直接ガスのエネルギーを探査対象面としての地表面に伝達するものである。耐圧容器3は一方向を開放した開口部31を設け、この開口部31と反対位置にインフレータ1を設置し、開口部31を平坦地である探査対象面に押し当てると共にワイヤを固定手段4として反力を押え衝撃の探査対象面に集中させるようにしてある。この例では探査対象面と直角方向にエネルギーを伝播するので縦波(P波)を発生させることになる。なお図示しないが、地表面側の開口部31をエアバッグのバックと同一素材や柔軟性のあるゴム膜をもって塞ぎ地表の凹凸に影響されず衝撃を探査対象面に集中させるようにしてもよい。
【0018】図3も地表探査の例を示すもので、頑丈な密封した耐圧容器3内にインフレータ1を設置し、耐圧容器3内から下方にT形のピストン5を引き出すようにし、探査対象面である地表におかれた打点盤6上にピストン5の先端をあてがうように垂直方向に配置するようにしたものである。接続ケーブルからインフレータの起動手段によりガスを急激に発生させ、探査対象面である地表面に垂直方向にエネルギーを伝播するので縦波(P波)震源となる。固定手段4は支柱としてある。ガス量は急激に増大するため、探査対象面には衝撃的に伝わり、震源の波形はスパイクに近い良好な波形を伝播できることになる。
【0019】図4及び図5は従来板たたき法として実施されていた横波(S波)震源の代替震源といい得るものである。密封した耐圧容器3内に、インフレータ1のガス膨張により探査対象面としての地表と平行移動するピストン5を設け、このピストン5に耐圧容器3の外をスライドする打点盤6を一体に備えるようにしてなるものである。図4では打点盤6が地表に設置した重い平板7上をスライドし、剪断力を起し震源となる。8は耐圧容器3の架台である。図5の実施態様では、打点盤6を探査対象面である直接地表に設置して、地表との間で剪断力を起して震源とする。これらは接地面に横方向の弾性波を発生させることによって、横波(S波)を発生させるものといえる。
【0020】図6及び図7も横波(S波)震源の代替震源である。これは、図3に示すものと基本的構成をおなじくし、図3に示すものを倒したものである。図6は、地表に置かれた重量のある打点盤6の側面を押圧するように耐圧容器3から外出するピストン5を配置したものである。8は耐圧容器3の架台で、4は固定手段としてのワイヤである。図7は、地表に平板7をおきこの受けに打点盤6を乗せるようにしたもので、打点盤6が平板7上をスライドすることになる。
【0021】なお、これまでは探査対象面である地表に直角方向に(縦波探査震源)、或いは平行方向(横波震源)にエネルギーを作用させたものとして示したが、詳細な図示は省略するが、探査対象面である地表に斜めにエネルギーを伝播させることで縦波震源と横波震源を同時に発生させることもできる。
【0022】次に地表ではなく坑井S内における震源装置に関して説明する。図8に示すものは、上下を塞いだ筒状の耐圧容器3内にインフレータ1を内装設置すると共に、インフレータ1を囲む縦割筒体10からなる伝播装置が探査対象面である坑井Sの坑壁S1と垂直方向に急激に移動するように配置したものである。耐圧容器3を坑井S内に降下させるにはワイヤを用いてなすか、インフレータ1からの接続ケーブル2によってなす。坑井S内で固定してから、地表から接続ケーブル2を介して電気信号を与えインフレータ1を発火させることによってガスが発生し、伝播装置としての縦割筒体10が分離して耐圧容器3の坑壁S1側に一斉に衝突することで弾性波が伝播する。この時は縦波(P波)が発生する(図9)。
【0023】図10に示すように、縦割筒体10に代えてゴム筒11にてインフレータ1を囲み、このゴム筒11を介して坑壁S1に衝突させるようにしてもよい。ゴム筒11に代えて可撓性を備えたプラスチックや複合部材を用いても良い。さらには、図11に示すように単純に耐圧容器3内にインフレータ1を設置し、周縁に衝撃を伝播するようにすることもできる。
【0024】図12及び図14は、坑井S内で横波(S波)震源を発生させるものである。この実施態様では、密封した耐圧容器3内にインフレータ1を設置すると共に、耐圧容器3内からのピストン5を探査対象面である坑井Sの坑壁S1と平行方向すなわち下方に急激に移動するように配置するものである。ピストン5は戻せるように複数の保持線12で内部に繋がれている。耐圧容器3は、坑井Sより一回り径を小さくして、降下させ易くなっており、耐圧容器3の外側には開閉式の固定アーム13を取り付け所定の箇所で開いて一端部を坑壁S1に押し付けて固定できるようになっている。(図13)耐圧容器3内にはピストン5の仮止めピン14を配置してある。耐圧容器3を坑井S内に降下させるにはインフレータ1からの接続ケーブル2でなすか或いは別途ケーブルを用いるようにする。或いは耐圧容器3を吊り下げるケーブル内の多芯ケーブルにインフレータ1からの接続ケーブル2を結線し地表で操作できるようにする。地表から接続ケーブル2を介して電子信号を与え、ガスを発火させ耐圧容器3内で膨張させると、ピストン5を急激に下方に推進させ、この時耐圧容器3との接触面で剪断力を与え横波(S波)が発生することになる。ピストン5が下方に移動するとき、仮止めピン14は開放されるが、ピストン5は保持線12、12によって耐圧容器3から飛び出し落下することなく、次の使用時にはピストン5を耐圧容器3内に戻し仮止めピン14を用いてピストン5を上部に納めることになる。地表より、電気信号を与え、坑井S内のインフレータ1を発火させることによって、ガスが発生し、ピストン5を坑壁S1と平行方向に急激に移動させ、坑壁S1に衝撃させることによって、弾性波が伝播される。この時横波(S波)が発生する。
【0025】これまでの説明では、地表及び坑井内で用いる実施態様を説明したが、コンクリート構造物の探査や、側溝に設置して用いたり、トンネル内に設置して用いることもできる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、従来の爆薬震源、機械式震源の代替震源として好適なものといえる。そしてこの発明の効用として挙げられるのは次のことである。
1.新品のインフレータを用いてもよいが、廃車より回収するインフレータを転用することで安価にインフレータを調達でき、社会的には、廃棄物のリサイクル利用と評価され、資源の有効利用、環境保全に役立つ。
2.インフレータを用いることによって、ガス圧縮用コンプレッサー、振動装置などが不要となり、装置を小型化できる。
3.板たたき法などの機械式震源にくらべ、より高エネルギーかつエネルギーが安定した震源となる。
4.同時に用いるインフレータの量を増減することによって、簡単に震源のエネルギーを制御できる。
資源、土木、環境および関連地表地震探査、坑井内物理探査における、主にダイナマイト、機械式震源の代替震源として利用でき、特に、これまで、人間の力によって震源を得ていた簡易型探査に有効である。
【出願人】 【識別番号】500038477
【氏名又は名称】出雲谷 聡
【出願日】 平成12年1月27日(2000.1.27)
【代理人】 【識別番号】100077126
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 盛夫 (外1名)
【公開番号】 特開2003−215261(P2003−215261A)
【公開日】 平成15年7月30日(2003.7.30)
【出願番号】 特願2003−5273(P2003−5273)