JP2000065508A - 歪み・変位検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造物、住宅、建築物等に生ずる歪み・変位
量の計測精度を向上させる。 【解決手段】 建築物や構造物の機械的歪みや変位を測
定する変位検出装置である。この変位検出装置は、前記
建築物や構造物等の構造部材Ｋに取り付け、当該構造部
材Ｋに発生する歪みや変位量を変倍するテコ機構１０
と、当該テコ機構１０により拡大もしくは縮小された変
位量を検出する変位検出器７とで構成される。構造物が
変形すると、その変位がテコ機構１０により拡大もしく
は縮小され、各々変位検出器７の性能（分解能、測定可
能範囲）に見合った好適な変位量として変換され、精度
良く検知できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、歪み・変位検出装
置の内、特に構造物・住宅・建築物等に作用する歪み・
応力・変位量等を計測する検出装置に関し、さらに詳し
くは、計測精度の向上を図り、構造的に単純・安価なセ
ンサ・スイッチ類の使用を可能とした歪み・変位検出機
構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】建築物や橋梁等の構造物の健全性、安全
性の評価には、地震や重力等の自然力、あるいは機械的
振動の力によって過去に生じた歪み・応力・変位量（特
に最大値）を計測しておくことが重要である。従来よ
り、歪みや変位の計測手段として歪みセンサ（変位検出
器）が知られており、これには抵抗式（または半導体
式）ストレインゲージや差動変圧器等がある。

【０００３】前記歪みセンサで得られたデータは、外力
の経時的負荷により構成部材に生じている強度変化を非
破壊的に検知可能とし、これにより構造物破壊の可能性
を診断・予知することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、特に構造物
・住宅・建築物等に生じる歪み・応力・変位の計測分野
において、検知素子やそれを含む計測機構自体が十分な
分解能・測定可能範囲・再現性等の測定精度を持ち合わ
せていない場合は安全性、健全性の評価に支障を来すこ
ととなるが、高精度計測が可能なものは構造が複雑で、
且つ装置の規模も大きくなり高価なものが多かった。

【０００５】また、歪み・応力・変位の計測において、
構造的に単純、且つ安価なセンサ・スイッチ類やその計
測機構等が存在するものの、その測定精度の限界により
構造物・住宅・建築物等における歪み・変位計測用とし
てあまり普及されていないのが実状である。

【０００６】本発明は、上記問題に鑑みて成されたもの
であって、構造物、住宅、建築物等に生ずる歪みや変位
量を任意に変倍して検知することにより、歪み・変位量
の計測精度を向上させると共に、安価なセンサ・スイッ
チ類の使用を可能とした歪み・変位検出装置を提供する
ことを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１に記
載の本発明では、構造部材の機械的歪みや変位を測定す
る変位検出装置であって、前記構造部材に取り付け、当
該構造部材に発生する歪みや変位量を変倍する変倍機構
と、当該変倍機構により拡大もしくは縮小された変位量
を検出する変位検出器とで構成されることを特徴として
いる。

【０００８】また、請求項２に記載の本発明では、前記
変倍機構は、前記構造部材上の任意の２点に設定された
標点Ａと標点Ｂと、前記標点Ａに付設され、当該標点Ａ
と前記標点Ｂとを結ぶ線方向の変位を伝達する第１の伝
達機構と、当該第１の伝達機構に設けたテコ機構と、当
該テコ機構による変位を前記変位検出器の一端に伝達す
る第２の伝達機構と、前記第１の伝達機構に付設され、
当該第１の伝達機構の変位を前記変位検知器の他端に伝
達する第３の伝達機構と、前記標点Ｂに支持され、前記
テコ機構の支点を固定する支持体とで構成されることを
特徴としている。

【０００９】また、請求項３に記載の本発明では、前記
変倍機構は、前記構造部材上の任意の２点に設定された
標点Ａと標点Ｂと、前記標点Ａに付設され、当該標点Ａ
と前記標点Ｂとを結ぶ線方向の変位を伝達する第１の伝
達機構と、当該第１の伝達機構に設けたテコ機構と、当
該テコ機構による変位を前記変位検出器の一端に伝達す
る第２の伝達機構と、前記標点Ｂに支持され、前記テコ
機構の支点を固定する支持体と、前記変位検出器の他端
を当該支持体に固定する固定手段とで構成されることを
特徴としている。

【００１０】また、請求項４に記載の本発明では、前記
テコ機構の支点が、前記変位検出器と前記標点Ｂとの
間、もしくは前記標点Ａと前記変位検出器との間に位置
して成ることを特徴としている。

【００１１】また、請求項５に記載の本発明では、前記
変倍機構は、前記構造部材上の任意の２点に設定された
標点Ａと標点Ｂと、前記標点Ａに付設され、当該標点Ａ
と前記標点Ｂを結ぶ線方向の変位を伝達する第１の伝達
機構と、当該第１の伝達機構に設けたギア機構と、当該
ギア機構による変位を前記変位検出器の一端に伝達する
第２伝達機構と、前記第１の伝達機構に付設され、当該
第１の伝達機構の変位を前記変位検出器の他端に伝達す
る第３の伝達機構と、前記標点Ｂに支持され、前記ギヤ
機構の支点を固定する支持体とで構成されることを特徴
としている。

【００１２】また、請求項６に記載の本発明では、前記
ギア機構は、各々径の異なる前記第１の伝達機構が咬み
合う源動ギアと前記第２の伝達機構が咬み合う従動ギア
を有して成ることを特徴としている。

【００１３】また、請求項７に記載の本発明では、前記
ギヤ機構の支点が前記変位検出器と前記標点Ｂとの間、
もしくは前記標点Ａと前記変位検出器との間に位置する
ことを特徴としている。

【００１４】さらに、請求項８に記載の本発明では、前
記変倍機構は、前記構造部材上の任意の２点に設定され
た標点Ａと標点Ｂと、前記標点Ａに付設され、当該標点
Ａと前記標点Ｂを結ぶ線方向の変位を前記変位検出器の
一端に伝達する第１の伝達機構と、当該第１の伝達機構
に設けた滑車機構と、当該滑車機構による変位を前記変
位検出器の一端に伝達する第２伝達機構と、前記第１の
伝達機構に付設され、当該第１の伝達機構の変位を前記
変位検出器の他端に伝達する第３の伝達機構と、前記標
点Ｂに支持され、前記滑車機構の支点を固定する支持体
とで構成されることを特徴としている。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図５により、本発明
に係る歪み・変位検出装置の一実施形態を説明する。

【００１６】図１は、本発明の第１実施形態を示す歪み
・変位検出装置の概略構成図である。図１のＫは構造駆
体等の測定対象物であって、例えば、構造物・住宅・建
築物の柱・壁・梁・ブレース等、またはそれらの複合物
である。この測定対象物Ｋの任意の２点に固定部材Ｋ１
および固定部材Ｋ２が配設されており、固定部材Ｋ１に
標点Ａが、また固定部材Ｋ２に標点Ｂがそれぞれ設定さ
れている。

【００１７】１は、この固定部材Ｋ１の標点Ａに固定、
または任意の関節機構により標点Ａを中心に回動自在に
取り付けられ、標点Ａにおける左右方向の応力を伝達す
るための第１の伝達機構としての外部第１ロッド１（棒
体）であって、標点Ａより標点Ｂを結ぶ線上に配置され
ている。

【００１８】９は前記固定部材Ｋ２の標点Ｂに固定、ま
たは任意の関節機構により標点Ｂを中心に回動自在に取
り付けられた外部第２ロッド（棒体）であって、その左
端に筐体１１が固定、または回動自在に支持されてい
る。前記筐体１１は変位検出器７を収納すると共に、後
述する変位の変倍機構としてのテコ機構１０の支点３を
固定するための支持体として機能するものである。

【００１９】２はリンクアームである。このリンクアー
ム２は支点３（回転軸）により前記筐体１１に回動自在
に支持されて前記したテコ機構１０を構成している。こ
のテコ機構１０の力点４に前記外部第１ロッド１の右端
が関節機構によって回動自在に連結されていると共に、
前記支点３を間に対向する作用点５と前記変位検出器７
の右端（変位検出器７における標点Ｂ１）が第２の伝達
機構としての内部第１ロッド６（棒体）を介して固定、
または回動自在に連結されている。

【００２０】この変位検出器７は、標点Ａおよび標点Ｂ
間の左右方向の任意の歪み・変位・応力（圧縮応力また
は引っ張り応力）等を検出するものであって、周知の歪
みセンサの他、マイクロスイッチ等のスイッチ類を使用
することができる。

【００２１】また、変位検知器７の左端（変器検出器７
における標点Ａ１）は第３の伝達機構としての内部第２
ロッド８（棒体）を介して前記外部第１ロッド１に固
定、または回動自在に連結されている。

【００２２】次に本第１実施形態の動作を説明する。

【００２３】上記構成において、測定対象物Ｋが地震等
の外力を受け、その際の応力によって圧縮または引っ張
り方向に歪み・変形すると、標点Ａと標点Ｂ間の測定対
象物Ｋに変位を生じる。この変位は標点Ａより外部第１
ロット１を介しテコ機構１０の力点４に作用し、筐体１
１と力点４との相対的な変位量としてリンクアーム２に
伝達されると共に、支点３と力点４の間の距離ａおよび
支点３と作用点５の間の距離ｂの比に応じて拡大（もし
くは縮小）された変位として作用点５に発生し、さらに
内部第１ロッド６を介して前記変位検出器７の右端（標
点Ｂ１）に伝達される。

【００２４】また、外部第１ロット１の変位は、内部第
２ロッド８を介して変位検出器７の左端（標点Ａ１）に
も伝達される。

【００２５】従って、測定対象物Ｋの変位は変位検知器
７における標点Ａ１および標点Ｂ１間に拡大（または縮
小）された変位量として伝達される。

【００２６】例えば、第１実施形態において、支点３と
力点４間および支点３と作用点５間の距離の比（ａ：
ｂ）を１：１に設定すると略２倍の拡大変位を得ること
ができる。係るテコ機構１０における拡大（または縮
小）の度合いは、前記リンクアーム２における力点４・
支点３・作用点５間の相対的な距離の比を可変すること
により任意に調整できるものである。また、支点３の位
置は上記のように力点４と作用点５間に配置する以外
に、力点４と作用点５を結ぶ延長線上の任意の位置に配
置することも勿論可能である。

【００２７】上記テコ機構１０により拡大（または縮
小）された変位量が変位検出器７によって検出されるた
め、僅かな変位は拡大することにより、また過大な変位
が生ずる測定対象物Ｋにおいては、変位縮小することに
より、各々変位検出器７の性能（分解能、測定可能範
囲）に見合った好適な変位量として変換され、精度良く
検知できるものである。

【００２８】また、本第１実施形態では、標点Ａの変位
を内部第２ロッド８を介して変位検知器７の左端（標点
Ａ１）に伝達する構成としたが、図２に示す第２実施形
態のように変位検知器７の左端を固定材１２（固定手
段）により筐体１１に固定した構成としても構わない。
但し、この場合、標点Ａ１には標点Ａの変位が伝達され
ないから、上記第１実施形態のように略２倍の拡大変位
を得るには支点３と力点４間および支点３と作用点５間
の距離の比（ａ：ｂ）を１：２に設定する必要がある。

【００２９】また、前記第１実施形態および第２実施形
態では、前記テコ機構１０の支点３を変位検知器７と標
点Ｂとの間に位置させることにより、圧縮応力を圧縮応
力として（あるいは、引っ張り応力を引っ張り応力とし
て）検知する構成としたが、図６、図７に示すように、
前記支点３が標点Ａと変位検出器７との間に位置するよ
うにテコ機構１０を配置させることにより、圧縮応力を
引っ張り応力として（また引っ張り応力を圧縮応力とし
て）検知することが可能となる。すなわち、標点Ａと標
点Ｂ間の変位の方向を反転した形で検知することが可能
となる。

【００３０】このように、テコ機構１０の配置を適宜設
定することで変位検知器７として引っ張り型、あるは圧
縮型の何れもが適用可能となる。

【００３１】図３は、本発明の第３実施形態を示す歪み
・変位検出装置の概略構成図である。

【００３２】既述した図１，図２が変位量の変倍機構と
してリンクアーム２によるテコ機構１０を用いたのに対
し、本第３実施形態はギア機構２０を用いた点のみが相
違し、その他の構成は同一または等価である。本図にお
いて、図１、図２に示す部分と同一または等価な部分に
は同一符号が付してある。

【００３３】図３の２１は平形のギアである。このギア
２１は支点３（回転軸）により筐体１１に回転自在に支
持されて前記ギア機構２０を構成している。

【００３４】このギア機構２０は、外部第１ロッド１
（第１の伝達機構）との接触部を力点４とし、また内部
第１ロッド６（第２の伝達機構）との接触部を作用点５
として、各々接触部に形成した歯形（図中の破線部）と
前記ギア２１の歯形（図中の破線部）との咬み合いによ
り外部第１ロッド１の変位を内部第１ロッド６に伝達す
る構成である。

【００３５】ここで、本第３実施形態の動作を説明すれ
ば、前記実施形態と同様、標点Ａおよび標点Ｂ間の測定
対象物Ｋに変位が生じると、この変位は外部第１ロット
１を介して前記ギヤ機構２０の力点４に伝達され、筐体
１１と力点４との相対的な変位量が回転量としてギヤ機
構２０に伝えられると共に、ギヤ機構２０における支点
３と力点４間の距離ａ、および支点３と作用点５間の距
離ｂの比に応じて拡大（もしくは縮小）され、その変位
は内部第１ロッド６を介して変位検出器７の右端（標点
Ｂ１）に伝達される。

【００３６】また、外部第１ロッド１の変位は、内部第
２ロッド８（第３の伝達機構）を介し変位検知器７の左
端（標点Ａ１）へも伝達される。

【００３７】従って、測定対象物Ｋの変位は変位検知器
７における標点Ａ１および標点Ｂ１間に拡大（または縮
小）された変位量として伝達される。

【００３８】例えば、第３実施形態では力点４と作用点
５が同一のギア２１の周上に存在し、支点３と力点４間
および支点３と作用点５間の距離の比（ａ：ｂ）が１：
１となる構成であるから、変位検出器７の標点Ａ１と標
点Ｂ１において２倍の拡大変位を得ることができる。

【００３９】また、図４に示す第４実施形態は、外部第
１ロッド１（第１の伝達機構）が咬み合う源動ギア２２
と内部第１ロッド６（第２の伝達機構）が咬み合う従動
ギア２３を同一回転軸上に固定したギア機構２０であ
る。これら源動ギア２２と従動ギア２３の径を違えてギ
ア機構２０における力点４・支点３・作用点５間の相対
的な距離ａ、ｂを変化させることにより拡大（または縮
小）の度合いを任意に調整できる機構である。

【００４０】例えば、本図４で源動ギア２２と従動ギア
２３の径の比（ａ：ｂ）を１：２に設定することにより
３倍の拡大変位を得ることができる。

【００４１】また、本構成では、支点３の位置は力点４
と作用点５の間に配置する以外に、力点４と作用点５を
結ぶ延長線上等の任意の位置に配置することも勿論可能
である。

【００４２】また、前記第１実施形態および第２実施形
態の場合と同様に、本第３実施形態および第４実施形態
においても、ギヤ機構２０の支点３を変位検知器７と支
点Ｂとの間に位置させることにより、標点Ａと標点Ｂ間
の変位の方向を反転した形で検知することが可能とな
る。

【００４３】図５は、本発明の第５実施形態を示す歪み
・変位検出装置の概略構成図である。

【００４４】既述した図４，図５が変位量の変倍機構と
して歯形の咬み合いのよるギア機構２０を用いたのに対
し、本実施形態は滑車機構３０を用いた点のみが相違
し、その他の構成は同一または等価である。本図におい
て、図１〜図４に示す部分と同一または等価な部分には
同一符号が付してある。

【００４５】図５の３１は滑車であって、この滑車３１
が支点３（回転軸）により筐体１１に回動自在に支持さ
れると共に、滑車３１を介しベルト３２にて外部第１ロ
ッド１（第１の伝達機構）と内部第１ロッド６（第２の
伝達機構）が連結されて前記した滑車機構３０を構成し
ている。この滑車機構３０は外部第１ロッド１側におけ
る前記ベルト３２との接触部を力点４とし、また内部第
１ロッド６側におけるベルト３２との接触部を作用点５
として構成されており、ベルト３２と滑車３１との接触
摩擦（あるいは、歯形の咬み合い）により外部第１ロッ
ド１の変位を内部第１ロッド６に伝達するものである。

【００４６】次に、本第５実施形態の動作を説明すれ
ば、標点Ａおよび標点Ｂ間の測定対象物Ｋに変位が生じ
ると、この変位は外部第１ロット１を介し滑車機構３０
の力点４に伝達され、筐体１１と力点４との相対的な変
位量が回転量として滑車機構３０に伝えられと共に、内
部ロッド６を介して変位検出器７の右端（標点Ｂ１）に
伝達される。

【００４７】また、外部第１ロッド１の変位は、内部第
２ロッド８（第３の伝達機構）を介して変位検知器７の
左端（標点Ａ１）にも伝達されるから、測定対象物Ｋの
変位に対し、標点Ａ１および標点Ｂ１において２倍の拡
大変位を得ることができる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の歪み・変
位検出装置は、建築物や構造物等の構造部材に取り付
け、当該構造部材に発生する歪みや変位量を変倍する変
倍機構と、当該変倍機構により拡大もしくは縮小された
変位量を検出する変位検出器とで構成したから、構造部
材に生じた変位は任意の拡大率（もしくは、縮小率）に
変換できるため、各々使用する変位検出器が単純・安価
なものであっても、その性能（分解能、測定可能範囲
等）に見合った好適な変位量として伝達することがで
き、よって、高精度な歪み・変位計測が可能となる。

【００４９】また、前記変倍機構をテコ機構やギア機構
や滑車機構等を用いて構成し、その支点と前記変位検出
器との位置関係を変えることにより、構造部材に生じた
変位の方向を反転した形でも検知できるため、変位検知
器としては引っ張り型、あるいは圧縮型の何れもが使用
できるようになり、変位検知器の適用範囲が拡大され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の歪み・変位検出装置の第１実施形態を
示す概略構成図である。

【図２】本発明の歪み・変位検出装置の第２実施形態を
示す概略構成図である。

【図３】本発明の歪み・変位検出装置の第３実施形態を
示す概略構成図である。

【図４】本発明の歪み・変位検出装置の第４実施形態を
示す概略構成図である。

【図５】本発明の歪み・変位検出装置の第５実施形態を
示す概略構成図である。

【図６】図１の歪み・変位検出装置の応用例を示す概略
構成図である。

【図７】図２の歪み・変位検出装置の応用例を示す概略
構成図である。

【符号の説明】

１ 第１の伝達機構（外部第１ロッド） ３ 支点 ６ 第２の伝達機構（内部第１ロッド） ７ 変位検出器 ８ 第３の伝達機構（内部第２ロッド） １０ テコ機構 １１ 支持体（筐体） １２ 固定手段（固定材） ２０ ギア機構 ２２ 源動ギア ２３ 従動ギア ３０ 滑車機構 Ｋ 構造部材（測定対象物） Ａ、Ｂ 標点

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 構造部材の機械的歪みや変位を測定する
   変位検出装置であって、 前記構造部材に取り付け、当該構造部材に発生する歪み
   や変位量を変倍する変倍機構と、当該変倍機構により拡
   大もしくは縮小された変位量を検出する変位検出器とで
   構成されることを特徴とする歪み・変位検出装置。
2. 【請求項２】 前記変倍機構は、 前記構造部材上の任意の２点に設定された標点Ａと標点
   Ｂと、 前記標点Ａに付設され、当該標点Ａと前記標点Ｂとを結
   ぶ線方向の変位を伝達する第１の伝達機構と、 当該第１の伝達機構に設けたテコ機構と、 当該テコ機構による変位を前記変位検出器の一端に伝達
   する第２の伝達機構と、 前記第１の伝達機構に付設され、当該第１の伝達機構の
   変位を前記変位検知器の他端に伝達する第３の伝達機構
   と、 前記標点Ｂに支持され、前記テコ機構の支点を固定する
   支持体とで構成されることを特徴とする請求項１に記載
   の歪み・変位検出装置。
3. 【請求項３】 前記変倍機構は、 前記構造部材上の任意の２点に設定された標点Ａと標点
   Ｂと、 前記標点Ａに付設され、当該標点Ａと前記標点Ｂとを結
   ぶ線方向の変位を伝達する第１の伝達機構と、 当該第１の伝達機構に設けたテコ機構と、 当該テコ機構による変位を前記変位検出器の一端に伝達
   する第２の伝達機構と、 前記標点Ｂに支持され、前記テコ機構の支点を固定する
   支持体と、 前記変位検出器の他端を当該支持体に固定する固定手段
   とで構成されることを特徴とする請求項１に記載の歪み
   ・変位検出装置。
4. 【請求項４】 前記テコ機構の支点が、前記変位検出器
   と前記標点Ｂとの間、もしくは前記標点Ａと前記変位検
   出器との間に位置して成ることを特徴とする請求項２ま
   たは請求項３に記載の歪み・変位検出装置。
5. 【請求項５】 前記変倍機構は、 前記構造部材上の任意の２点に設定された標点Ａと標点
   Ｂと、 前記標点Ａに付設され、当該標点Ａと前記標点Ｂを結ぶ
   線方向の変位を伝達する第１の伝達機構と、 当該第１の伝達機構に設けたギア機構と、 当該ギア機構による変位を前記変位検出器の一端に伝達
   する第２伝達機構と、 前記第１の伝達機構に付設され、当該第１の伝達機構の
   変位を前記変位検出器の他端に伝達する第３の伝達機構
   と、 前記標点Ｂに支持され、前記ギヤ機構の支点を固定する
   支持体とで構成されることを特徴とする請求項１に記載
   の歪み・変位検出装置。
6. 【請求項６】 前記ギア機構は、 各々径の異なる前記第１の伝達機構が咬み合う源動ギア
   と前記第２の伝達機構が咬み合う従動ギアを有して成る
   ことを特徴とする請求項５に記載の歪み・変位検出装
   置。
7. 【請求項７】 前記ギヤ機構の支点が前記変位検出器と
   前記標点Ｂとの間、もしくは前記標点Ａと前記変位検出
   器との間に位置することを特徴とする請求項５または請
   求項６に記載の歪み・変位検出装置。
8. 【請求項８】 前記変倍機構は、 前記構造部材上の任意の２点に設定された標点Ａと標点
   Ｂと、 前記標点Ａに付設され、当該標点Ａと前記標点Ｂを結ぶ
   線方向の変位を前記変位検出器の一端に伝達する第１の
   伝達機構と、 当該第１の伝達機構に設けた滑車機構と、 当該滑車機構による変位を前記変位検出器の一端に伝達
   する第２伝達機構と、 前記第１の伝達機構に付設され、当該第１の伝達機構の
   変位を前記変位検出器の他端に伝達する第３の伝達機構
   と、 前記標点Ｂに支持され、前記滑車機構の支点を固定する
   支持体とで構成されることを特徴とする請求項１に記載
   の歪み・変位検出装置。