JP2001099728A - 軸力測定用ロードセル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定精度を低下させることなくロードセルの
小型化を図る。 【解決手段】 センターホール１１を有するロードセル
１０の片方の面に受圧用内リング２５及び受圧面２６を
形成するリング状の凸部１２を設ける。また、他方の面
には、内周部にリング状の段部１３、外周部に受圧用外
リング２０を設け、その間にリング状の凹部１４を形成
する。これにより前記受圧用内リング２５と受圧用外リ
ング２０によって受感部ダイヤフラム３０が形成され
る。そして、凹部１４上の最外周部及びその内側に歪ゲ
ージ３１及び３２を取り付け、前記両リング２５，２０
間のせん断力を測定する。このとき、凹部１４上の歪ゲ
ージ３１，３２は、一定条件を満たす所定の位置関係に
取り付けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アンカーの軸力測
定に用いるロードセルに関するもので、詳しくは、地下
発電所の建設や地下構造を有する建物の建設において、
地山の崩壊を防ぐアンカー工法で用いられる地山内にセ
ットしたアンカーに発生する荷重を監視測定するロード
セルに関する。

【０００２】

【従来の技術】地下に発電所を建設する場合や地下構造
を有する建物を建設する場合には、地下空間を造るため
に地中を掘りぬいて行く必要がある。この場合に掘りぬ
いた壁が崩れ落ちないようにするために、例えば、壁面
から地山内にボーリングしてアンカーをセットし、アン
カーにかかる荷重を考慮して壁が崩れないように保持す
るアンカー工法が行われている。この工法では、アンカ
ーにどの程度の軸力が発生しているのか常に監視する必
要があり、その監視にロードセルが使用されている。

【０００３】従来、荷重または加えられた力を検出する
ために使用されるロードセルの構造には、例えば、図６
に示すように、歪の起こる箇所にＲ１〜Ｒ４の歪ゲージ
を貼り付けて、歪ゲージの電気抵抗の変化を求める弾性
圧縮型の荷重計がある。この他、ビーム型（片持ち）荷
重計、両端固定ビーム型荷重計、パイプ状荷重計、シェ
アウェイブ型構造荷重計等（図示省略）が代表的なもの
として使用されているが、アンカーにかかる荷重、即
ち、アンカーの軸力を測定するロードセルとしては、図
７に示すような、中央部に孔４０、両端部にアンカープ
レート４３，４４、側面に歪ゲージＲを有するセンター
ホール型ロードセルが使用されている。

【０００４】図８は、従来のセンターホール型ロードセ
ルを使用してアンカーにかかる軸力を測定する形態を示
したものである。図に示すように、アンカー４１がロー
ドセル４２の中央部に設けられている孔４０（図７参
照）に通されている。アンカープレート４３，４４がロ
ードセル４２の上下面にそれぞれ設けられ、このアンカ
ープレート４３，４４とナット４６によってアンカー４
１がロードセル４２に固定されている。そして、アンカ
ープレート４４から外部に位置しているアンカー４１部
が土中４５に挿入されている。

【０００５】ところで、センターホール型ロードセルを
使用して、１００ｔ〜３００ｔのアンカー軸力を測定す
る場合には、ロードセルの大きさ（高さ）がセンターホ
ール（孔４０）の直径の３倍以上必要であるとされてい
る。即ち、１００ｔ〜３００ｔの荷重の測定では、セン
ターホールの直径が９０〜１００ｍｍ必要とされること
から、ロードセルの高さはかなり大型なものになってし
まう。そこで、ロードセルの高さを低くするために工夫
がなされているが、現状では、１００ｔの軸力を測定す
るのに最低でも６５ｍｍの高さが必要となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したようにロード
セル及びアンカーは、軸力を監視するために、常時、壁
面にセットされており、この状態ではセットされている
ロードセル及びアンカーの一部が壁面から飛び出した状
態となるため、狭い地下の空間で作業を行う大型重機が
接触してロードセル及びアンカーを損傷させてしまうお
それがある。このため、前記ロードセル及びアンカーの
大きさ（高さ）は、小さいことが望ましい。

【０００７】ロードセルの高さが高い場合には、それに
伴って設置した壁面あるいは地表面等から突出するロー
ドセルの部分も大きくなり、設置されている場所で作業
を行う大型重機がロードセルに接触する可能性が高くな
るという欠点がある。そこで、この接触を避けるために
大型重機の作業範囲を制限しているが、この場合には作
業能率が低下してしまうという欠点がある。

【０００８】本発明は上記課題に着目してなされたもの
であり、ロードセルの高さを低くして、設置した壁面、
地表面等から突き出したロードセルの部分を小さくし、
作業を行う大型重機との接触による破損を回避するとと
もに、ロードセルの高さを低くしたことによる測定精度
の低下のないロードセルを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】課題を解決するための手
段として、センターホールを有する円筒状リングの片方
の面に、受圧用内リングを形成するリング状の凸部を設
け、前記円筒状リングの他方の面の中心部に設けられた
リング状の段部と、外周部に設けられた受圧用外リング
との間にリング状の凹部とを形成し、前記受圧用内リン
グと前記受圧用外リングとにより受感部ダイヤフラムを
形成し、前記リング状の凹部の、最外周部上の少なくと
も１カ所に第１の歪ゲージを設けるとともに、該第１の
歪ゲージの内側の円周上の少なくとも１カ所に第２の歪
ゲージを設け、前記第１、第２の歪ゲージをホイトスト
ンブリッジ回路接続としたことを特徴とするものであ
る。

【００１０】請求項２の発明では、前記リング状の凹部
の内径をＲ２、前記リング状の凹部の外形をＲ３、第２
の歪ゲージが設けられるリング状の凹部の径をＲ４とし
たとき、 （Ｒ３−Ｒ４）：（Ｒ４−Ｒ２）＝１：（１．５〜１．
７） であることを特徴とするものである。

【００１１】請求項３の発明では、前記受圧用内リング
の外形をＲ５としたときに、 Ｒ５／Ｒ４＝１．０〜１．１ であることを特徴とするものである。

【００１２】請求項４の発明では、 （Ｒ３−Ｒ４）：（Ｒ４−Ｒ２）＝１：１．６１ であることを特徴とするものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る軸力測定用ロ
ードセルの実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る軸力測定用ロードセルの斜視図で
ある。図に示すように、ロードセル１０は、中央部に孔
（半径Ｒ１）を有するセンターホール型ロードセルであ
り、概略円筒リング形状をなしている。前記中央部の孔
にはアンカーが挿入され、このアンカーに発生する荷重
をロードセルによって測定監視する（以下、中央部の孔
をアンカー用ホール１１という）。また、アンカー用ホ
ール１１の外周部には、リング状凸部１２が設けられ受
圧用内リング（後述する）を形成している。また、ロー
ドセル１０の側面には取っ手１６，１６が設けられてい
る。

【００１４】図１に示すロードセル１０を裏面から見た
平面図である図２、及び、図２のＥ−Ｅ線による断面図
を示す図３により説明する。図に示すように、アンカー
用ホール１１の外周部には、リング状の段部１３が設け
られ、また、段部１３の外周部には、リング状の凹部１
４が設けられている。そして、リング状の凹部１４の外
周部には受圧用外リング２０が形成されている。ロード
セル１０の片方の面（図３において右側の面）に設けら
れたリング状凸部１２は、受圧用内リング２５を形成す
るとともに、その凸部の表面はロードセル１０の受圧面
２６を形成している。一方、ロードセル１０の他方の面
（図３において左側の面）には、前記図２の平面図にお
いて説明したように、段部１３、凹部１４、及び受圧用
外リング２０が設けられているが、この受圧用外リング
２０の表面は受圧面１５を形成している。そして、段部
１３の表面は受圧面１５よりも深い位置に形成され、凹
部１４の面は更に深い位置に形成されている。

【００１５】このように構成されるロードセル１０の受
圧用外リング２０と受圧用内リング２５とにより受感部
ダイヤフラム３０が形成されている。即ち、受圧用外リ
ング２０の受圧面２１と受圧用内リング２５の受圧面２
６にそれぞれ圧力がかかり、受圧用外リング２０と受圧
用内リング２５との間のせん断力が歪ゲージ３１，３２
によって測定される。この歪ゲージ３１，３２は、凹部
１４に取り付けられている。

【００１６】図４に示すように、この歪ゲージ３１，３
２は、凹部１４に取り付けられている。凹部１４は、内
周径をＲ２とし、外周径をＲ３とするリング状をしてお
り、第１の歪ゲージ３１は凹部１４の最外周部の少なく
とも１カ所以上に取り付けられ、第２の歪ゲージ３２は
凹部１４上であって、第１の歪ゲージ３１とアンカー用
ホール１１の中心とを結ぶ径上の半径Ｒ４の位置に少な
くとも１カ所以上取り付けられる。第２の歪ゲージの取
付位置は、 （Ｒ３−Ｒ４）：（Ｒ４−Ｒ２）＝１：（１．５〜１．
７） の関係を満たす位置、即ち、Ｒ３−Ｒ４＝ａ、Ｒ４−Ｒ
２＝ｂとすると、 ａ：ｂ＝１：（１．５〜１．７） となるように凹部１４を分割した位置に取り付けること
が望ましい。これは本発明に係る軸力測定用ロードセル
において、ロードセルの高さを低くしたときに、アンカ
ーにかかる軸力とロードセルの出力との関係が良好な直
線性を有すること、ロードセル出力にヒステリシスを有
しないこと、測定値のドリフトが少ないこと等を考慮し
て実験的に得られた値であり、特に、 ａ：ｂ＝１：１．６１ となる円周上に第２の歪ゲージを取り付けた場合に、前
記直線性、ヒステリシス、ドリフト等の特性が極めて良
好である。

【００１７】一般的には、第１の歪ゲージ３１及び第２
の歪ゲージ３２は、前記それぞれの所定の位置に等間隔
で８カ所ずつ取り付けられ（図２参照）、ホイストンブ
リッジ回路を構成する結線で、増幅器、検出器等を含む
外部の電気回路に接続される。

【００１８】また、リング状凸部１２の外周の半径をＲ
５とすると、リング状凸部１２の外周部の位置と凹部１
４上に取り付けられる第２の歪ゲージ３２の位置が一定
の位置関係、即ち、 Ｒ５／Ｒ４＝１．０〜１．１ の位置関係を満たす場合にも、前記直線性、ヒステリシ
ス、ドリフト等の特性を良好にすることができる。

【００１９】上述した軸力測定用ロードセルの実施の形
態では、アンカーの軸力を測定する場合について説明し
たが、これに限定されるものではなく、使用上において
高さに制限のロードセルに広く適用できるものである。

【００２０】図５は、本発明に係る軸力測定用のロード
セル１０をアンカー３５に取り付け土中３８にセットし
た状態を示している。ロードセル１０は、上下面をアン
カープレート３６，３７で挟まれ、ナット３９によりア
ンカー３５に取り付けられている。そして、センターホ
ールを通されたアンカー３５が土中３８に挿入されてい
る。

【００２１】従来技術による一般的センターホール型ロ
ードセルによって１００ｔの軸力を測定する場合には、
外形寸法が約１４０ｍｍ、高さ寸法が約１４０ｍｍの大
きさのロードセルが必要であった。これに対し、本発明
に係るロードセルの構成とすることにより、１００ｔの
軸力を測定する場合に、ロードセルの大きさを、外形寸
法を２６０ｍｍ、高さ寸法４０ｍｍとすることができ
た。そして、このときのロードセルの出力の直線性は
１．５％ＲＯ以下にすることができ、また、ヒステリシ
スも２．０％ＲＯ以下となる良好な性能を得ることがで
きた。

【００２２】

【発明の効果】以上のことから、本発明に係る軸力測定
用ロードセルにより、アンカーにかかる軸力とロードセ
ルの出力との関係を示す直線性、ロードセルの出力のヒ
ステリシス、及び、測定値のドリフト等の特性に関し、
従来と比べて性能を低減させることなく、軸力測定用ロ
ードセルの高さを大幅に減少させることができる。これ
により、地下工事等におけるアンカー工法の実用面にお
いて、ロードセルの設置面からの突出部の高さを低くす
ることができるので、大型重機が作業中に接触してロー
ドセルを破損させる確率が低くなり、大型重機の作業範
囲の制限が緩和されるので、大幅に作業効率を高めるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る軸力測定用ロードセルの斜視図で
ある。

【図２】図１に示すロードセルを裏面から見た平面図で
ある。

【図３】図２のＥ−Ｅ線による断面図である。

【図４】図３に示すロードセル断面図の部分拡大図であ
る。

【図５】本発明に係る軸力測定用ロードセルをアンカー
に取り付け土中にセットした状態を示す図である。

【図６】従来のロードセルの構造の一形態を示す図であ
る。

【図７】従来のセンターホール型ロードセルの構造を示
す図である。

【図８】従来のセンターホール型ロードセルを使用して
アンカーにかかる軸力を測定する状態を示す図である。

【符号の説明】

１０ ロードセル １１ アンカー用ホール １２ リング状凸部 １３ 段部 １４ 凹部 ２０ 受圧用外リング ２１ 受圧面 ２５ 受圧用内リング ２６ 受圧面 ３１，３２ 歪ゲージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新田 弘志 神奈川県横浜市戸塚区矢部町1146−208 (72)発明者 蓮井 昭則 茨城県つくば市春日３−３−６ユーシスつ くば208 (72)発明者 大石 富彦 大阪府箕面市粟生新家４−６−10−214 (72)発明者 袋井 肇 奈良県奈良市佐保台３−902−13 (72)発明者 瀬岡 正彦 大阪府堺市南島町５−157−403 Ｆターム(参考） 2F049 BA06 CA01 CA05 CA11 2F051 AA06 AB09 BA07

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 センターホールを有する円筒状リングの
   片方の面に、受圧用内リングを形成するリング状の凸部
   を設け、 前記円筒状リングの他方の面の中心部に設けられたリン
   グ状の段部と、外周部に設けられた受圧用外リングとの
   間にリング状の凹部とを形成し、 前記受圧用内リングと前記受圧用外リングとにより受感
   部ダイヤフラムを形成し、 前記リング状の凹部の、最外周部上の少なくとも１カ所
   に第１の歪ゲージを設けるとともに、該第１の歪ゲージ
   の内側の円周上の少なくとも１カ所に第２の歪ゲージを
   設け、 前記第１、第２の歪ゲージをホイトストンブリッジ回路
   接続としたことを特徴とする軸力測定用ロードセル。
2. 【請求項２】 前記リング状の凹部の内径をＲ２、 前記リング状の凹部の外形をＲ３、 第２の歪ゲージが設けられる前記リング状の凹部の径を
   Ｒ４としたとき、 （Ｒ３−Ｒ４）：（Ｒ４−Ｒ２）＝１：（１．５〜１．
   ７） であることを特徴とする請求項１に記載の軸力測定用ロ
   ードセル。
3. 【請求項３】 前記受圧用内リングの外形をＲ５とした
   ときに、 Ｒ５／Ｒ４＝１．０〜１．１ であることを特徴とする請求項１または２に記載の軸力
   測定用ロードセル。
4. 【請求項４】 （Ｒ３−Ｒ４）：（Ｒ４−Ｒ２）＝１：
   １．６１ であることを特徴とする請求項１、２または３のいずれ
   かに記載の軸力測定用ロードセル。