JP2001208508A

JP2001208508A - 変位履歴確認センサ

Info

Publication number: JP2001208508A
Application number: JP2000022063A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Tsuji; 靖彦辻
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2000-01-31
Filing date: 2000-01-31
Publication date: 2001-08-03
Anticipated expiration: 2020-01-31
Also published as: JP3622618B2

Abstract

(57)【要約】【課題】繰り返して変形する部材の損傷状態を、この
部材が外部から見えない場所に設置された場合にも常時
確認することが可能な変位履歴確認センサを提供する。【解決手段】リンク材１４のせん断変形に応じて往復
動するラック２４に第１歯車２６を噛合させ、第１歯車
２６の内側に第２歯車２８を収容する。第１歯車２６
に、第２歯車２８と噛み合って、両歯車の一方向の相対
回転のみを許容するラチェット３０を設ける。第２歯車
２８に固定された巻取りローラ３２にテープ３４の一端
部を巻きつける。テープ３４は、その表面に露出する抵
抗体を有しており、ローラ対３５により抵抗体が短絡さ
れる。抵抗体の抵抗値を抵抗検出器４８により検出す
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、変位履歴確認セン
サに係り、特に、被評価部材の累積変形量に基づいてそ
の損傷状態を確認するうえで好適な変位履歴確認センサ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、地震時に建物の揺れを抑える
装置として、鋼材の塑性変形を利用したダンパー装置が
知られている。このダンパー装置は、建物の架構または
架構に組み込まれる耐震要素の一部に低降伏点鋼からな
る部材（リンク材）を設け、建物が揺れた際に、その揺
れに応じてリンク材を降伏させることにより、地震のエ
ネルギーを吸収するものである。このようにリンク材は
建物の揺れに応じて繰り返し塑性変形するため、リンク
材の損傷状態を適切に評価して、破損が起きる前に交換
等の措置を講ずることが必要である。

【０００３】リンク材の損傷状態を評価する手法とし
て、リンク材の累積変形量が所定値に達するとリンク材
が破損するという知見に基づき、累積変位メータと称さ
れる変位メータを用いてリンク材の累積変形量を検出す
る方法が知られている。累積変位メータは、リンク材の
変形に応じて回転できるように構成された回転部と、こ
の回転部の回転を一方向に規制する爪部とを供えてお
り、回転部はリンク材の一の向きの変形量に応じた角度
だけ回転する。従って、累積変位メータによれば、回転
部の回転角を目視で読み取ることにより、リンク材の累
積変形量を検出することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ダンパ
ー装置は建物の架構に組み込まれるものであるため、通
常は、壁内部のように外部から見えない場所に設置され
る。一方、上記の如く、累積変位メータを用いる方法で
は、リンク材の累積変形量を累積変位メータから目視で
読み取る必要がある。このため、累積変位メータを用い
る方法では、リンク材の損傷状態を常時監視することは
困難である。

【０００５】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
であり、繰り返して変形する部材の損傷状態を、この部
材が外部から見えない場所に設置された場合にも常時確
認するのを可能とする変位履歴確認センサを提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、請求項１
に記載する如く、被評価部材の一方向への変形にのみ応
答して駆動される変位累積機構と、該変位累積機構の駆
動量に応じた電気抵抗値を示す抵抗変化手段と、該抵抗
変化手段の電気抵抗値を検出する抵抗検出手段とを備え
る変位履歴確認センサにより達成される。

【０００７】請求項１記載の発明によれば、変位累積機
構は、被評価部材の一方向への変形にのみ応答して駆動
されるため、その駆動量は、被評価部材の当該一方向へ
の累積変位量に応じた大きさとなる。また、抵抗変化手
段は、この変位累積機構の駆動量に応じた電気抵抗値を
示す。したがって、抵抗変化手段で検出した抵抗変化手
段の電気抵抗値に基づいて、被評価部材の累積変形量を
電気的に監視できる。このため、本発明によれば、被評
価部材が外部から見えない場合にも、その損傷状態を常
時確認することができる。

【０００８】また、請求項２に記載する如く、請求項１
記載の変位履歴確認センサにおいて、前記変位累積機構
は被評価部材の一方向への変形にのみ応答して回転する
回転体であり、前記抵抗変化手段は、前記回転体の回転
に応じて巻き取られるように配設された線状の抵抗体
と、固定位置において前記抵抗体の２点間を短絡させる
短絡部材とを含むこととしてもよい。

【０００９】請求項２記載の発明において、線状の抵抗
体が、被評価部材の一方向への変形にのみ応答して回転
する回転体の回転に応じて巻き取られる。このため、抵
抗体の巻取り量は、被評価部材の累積変形量に応じた値
となる。また、抵抗体の２点間が固定位置にて短絡させ
られるので、抵抗体が巻き取られると、その巻取り量に
応じて抵抗体の電気抵抗値が変化する。したがって、抵
抗体の電気抵抗値は被評価部材の累積変形量に応じた値
となる。このため、抵抗体の電気抵抗値に基づいて被評
価部材の損傷状態を電気的に検出することができる。

【００１０】また、請求項３に記載する如く、請求項１
記載の変位履歴確認センサにおいて、前記変位累積機構
は被評価部材の一方向への変形にのみ応答して回転する
回転体であり、前記抵抗変化手段は、前記回転体の回転
に応じて巻き取られる線状の抵抗体と、固定位置におい
て前記抵抗体に電気的に接触する電極とを含むことを特
徴とする。

【００１１】請求項３記載の発明において、請求項２の
場合と同様に、抵抗体の巻取り量は、被評価部材の累積
変形量に応じた値となる。また、電極は、固定位置にお
いて線状の抵抗体に電気的に接触する。このため、抵抗
体が巻き取られると、その巻取り量に応じて、電極と、
抵抗体の一端との間の抵抗値が変化する。したがって、
電極と抵抗体の一端との間の抵抗値に基づいて被評価部
材の損傷状態を電気的に検出することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態について説明する。本実施形態では、変位履歴
確認センサによって、建物の揺れを抑えるダンパー装置
のリンク材の損傷状態を検出する。

【００１３】図１は、ダンパー装置１０が組み込まれた
建物（例えば共同住宅）の平面図である。図１に示す如
く、本実施形態において、ダンパー装置１０は住戸間を
仕切る壁１２の内部に組み込まれている。図２は、ダン
パー装置１０を表す立面図である。図２に示す如く、ダ
ンパー装置１０は、リンク材１４と、一対のブレース１
６とを備えている。リンク材１４は、建物の架構やブレ
ース１６に比べて低い降伏点を有する材料（例えば低降
伏点鋼）よりなる板状の部材である。リンク材１４の一
端は下部の梁１８に連結されており、また、他端は各ブ
レース１６の下端部に連結されている。ブレース１６は
斜め上方へ互いに対称に伸び、それらの他端において上
部の梁２０の両脇部に連結されている。このように、ダ
ンパー装置１０はＹ型のブレースダンパとして構成され
ている。リンク材１４には、変位履歴確認センサ２２が
取り付けられている。

【００１４】上記したダンパー装置１０によれば、地震
によって建物が揺れると、リンク材１４に繰り返し横方
向の塑性変形が生ずることで、地震のエネルギーが吸収
される。なお、リンク材１４およびブレース１６の配置
は図２に示すものに限らず、例えば、図２に示す配置を
上下反転させてもよい。

【００１５】本実施形態では、リンク材１４の損傷状態
を検知すべく、変位履歴確認センサ２２によりリンク材
１４の累積塑性変形量を検出する。ここで、リンク材１
４の累積塑性変形量とは、左右各方向へのせん断塑性変
形量の総和を意味する。すなわち、例えば、リンク材１
４の変形挙動が図３に示す変位―荷重曲線で表されると
する。この場合、図４に示す如く、累積塑性変形量は各
方向の塑性変形（図３および図４に点線矢印〜で示
す）の変形量の絶対値の累積値δ1となる。一般に、累
積変形量δ1と弾性限界δ0との比率δ1／δ0と部材の損
傷状態との間に相関があることが知られており、この知
見に基づいて、リンク材１４の累積変形量よりその損傷
状態を評価することができるのである。

【００１６】なお、本実施形態では、構成を簡易にする
ため、リンク材１４の左右へのせん断変形の累積量は互
いに等しいとみなして一方向の累積変形量のみ（つま
り、実際の累積変形量の半分）を検出するものとする。
また、変形方向が反転する際には弾性挙動が現れるが、
弾性変形量は塑性変形量に比べて極く小さいため、本実
施形態では、弾性変形量を含めた変形量を累積してリン
ク材１４の累積変形量を求めるものとする。以下、本実
施形態の変位履歴確認センサ２２について詳細に説明す
る。

【００１７】図５は、変位履歴確認センサ２２の概略構
成図である。図５に示す如く、変位履歴確認センサ２２
はラック２４を備えている。ラック２４は図示しないガ
イド部材により、図５中左右方向に変位可能に保持され
ている。ラック２４の一端（図５における右端）はリン
ク材１４の上端部に連結されている。

【００１８】ラック２４には、第１歯車２６が噛合して
いる。第１歯車２６の内側には第２歯車２８が配設され
ている。第１歯車２６には、第２歯車２８に噛合するラ
ッチェット機構３０が取り付けられている。ラチェット
機構３０は、第１歯車２６の第２歯車２８に対する一方
向（図５における反時計回り方向）の相対回転を許容
し、他方向（図５における時計回り方向）の相対回転を
阻止するように構成されている。このため、第１歯車２
６が時計回り方向に回転した場合には、第２歯車２８は
第１歯車２６と共に回転し、一方、第１歯車２６が反時
計周り方向に回転した場合には、この回転は第２歯車２
８に伝達されない。したがって、リンク材１４が図５中
左向きにせん断変形して、ラック２４が左向きに変位す
ると、その変位量に応じた角度だけ第１歯車２６および
第２歯車２８が共に時計回り方向に回転する。一方、リ
ンク材１４が図５中右向きにせん断変形して、ラック２
４が右向きに変位すると、その変位量に応じた角度だけ
第１歯車２６のみが時計回り方向に回転し、第２歯車２
８は回転しない。その結果、第２歯車２８は、リンク材
１４の図５中左向きのせん断変形の累積量に応じた角度
だけ回転することになる。

【００１９】第２歯車２８には、巻取りローラ３２が同
軸に固定されている。巻取りローラ３２には、テープ３
４の一端部（図５における右端部）が巻き付けられてい
る。テープ３４は、巻取りローラ３２から図５中左向き
に伸び、ローラ対３５の間を下向きに通過した後、再び
上向きに通過し、左端部において固定部４１に固定され
ている。

【００２０】図６は、テープ３４の拡大断面図である。
図６に示す如く、テープ３４は、絶縁体３６と、２本の
抵抗体３８，４０とにより構成されている。抵抗体３
８，４０は、何れも単位長さ当たり所定の電気抵抗値ｒ
を有している。抵抗体３８は絶縁体３６により完全に覆
われており、一方、抵抗体４０はテープ３４の表面に露
出している。

【００２１】図７は、ローラ対３５の近傍におけるテー
プ３４を拡大して示す図である。図７に示す如く、テー
プ３４の表面に露出した抵抗体４０がローラ対３５の通
過部分において短絡される。なお、ローラ対３５におけ
る短絡状態が確実に維持されるように、ローラ対３５を
互いに押圧するバネ等の付勢手段を設けてもよい。

【００２２】抵抗体３８および４０の両端部には、それ
ぞれ、配線４２および４４を介して抵抗検出器４８が接
続されている。抵抗検出器４８は、抵抗体３８，４０に
それぞれ定電流を供給した際に現れる電圧値に基づい
て、抵抗体３８，４０の各電気抵抗値を検出し、その検
出結果を表示する。

【００２３】上述の如く、第２歯車２８は、リンク材１
４の累積変形量に比例した角度だけ回転する。したがっ
て、テープ３４は、リンク材１４の累積変形量に比例し
た長さだけ巻取りローラ３２に巻き取られることにな
る。テープ３４が巻取りローラ３２に巻き取られると、
その巻き取られた長さだけ、ローラ対３５から垂れ下が
る部分の長さ（つまり、抵抗体４０が短絡された２点間
の長さ；以下、短絡長さｘと称す）は短くなる。

【００２４】ここで、テープ３４の全長をＬとすると、
抵抗体３８，４０の単位長さ当たりの抵抗値はｒである
から、抵抗体３８の抵抗値Ｒ0および抵抗体４０の抵抗
値Ｒ１は、それぞれ次のように表される。Ｒ0＝ｒ・ＬＲ1＝ｒ（Ｌ−ｘ）したがって、ｘ＝Ｌ・（１−Ｒ1／Ｒ0）が成り立つ。

【００２５】上記したように、短絡長さｘは、リンク材
１４の累積変形量に比例した長さだけ短くなる。このた
め、抵抗体３８および４０の抵抗値の比Ｒ1／Ｒ0に基づ
いてリンク材１４の累積変形量を検出することができる
のである。なお、抵抗体の抵抗値は温度に依存して変化
するが、２本の抵抗体３８，４０の抵抗値の比Ｒ1／Ｒ0
を用いることで、抵抗値の温度変化を補償することが可
能となっている。

【００２６】より具体的には、初期状態（リンク材１４
の累積変形量がゼロの状態）での短絡長さｘ、および抵
抗体４０の抵抗値Ｒ１の値を、それぞれ、ｘ0およびＲ
1,0とすると、ｘ0＝Ｌ・（１−Ｒ1,0／Ｒ0）が成り立つから、初期状態からのテープ３４の巻き取り
長さはｘ−ｘ0＝Ｌ（Ｒ1,0／Ｒ0−Ｒ1／Ｒ0）となる。この巻取り長さ（ｘ−ｘ0）がリンク材１４の
累積変形量に比例するので、初期状態での抵抗体４０の
抵抗値Ｒ1,0を予め求めておくことにより、抵抗体４０
の抵抗値Ｒ１からリンク材１４の累積変形量を求めるこ
とができる。

【００２７】なお、抵抗検出手段４８により上記の計算
を行ってリンク材１４の累積変形量を直接表示すること
としてもよい。あるいは、計算された累積変形量からリ
ンク材１４の損傷状態をレベル分けしてその損傷レベル
を表示することとしてもよく、また、累積変形量が所定
値を超えた場合に、例えばランプを点灯すること等によ
り警報を発することとしてもよい。

【００２８】上述の如く、本実施形態では、リンク材１
４の累積変形量に応じて抵抗体４０の抵抗値が変化し、
この抵抗値変化を抵抗検出器４８により電気的に検出す
る構成となっている。このため、抵抗検出器４８を配線
４２，４４によって壁の外部に引き出すことで、リンク
材１４の損傷状態を常時監視することが可能となる。

【００２９】また、上記実施形態では、２本の抵抗体３
８および４０を１本のテープ３４に一体化したうえで一
方の抵抗体４０のみをローラ対３５で短絡させることと
した。しかしながら、本発明はこれに限定されるもので
はなく、２本の抵抗体を別体とし、一方の抵抗体のみを
ローラ対３５に通して短絡させることとしてもよい。ま
た、抵抗値の温度変化がさほど問題にならないような場
合は、１本の抵抗体のみを用いてローラ対３５で短絡さ
せ、この抵抗体の抵抗値自体からリンク材１４の累積変
形量を求めることとしてもよい。

【００３０】更に、上記実施形態では、リンク材１４の
左右へのせん断変形の累積量が互いに等しいとみなし
て、片方へのせん断変形の累積量のみを検出したが、図
８に示すように、第１歯車２６および第２歯車２８とは
ラチェットの方向を逆向きにした第１歯車２６ａおよび
第２歯車２８ａを設け、テープ３４の両端が第２歯車２
８、２８ａの回転に応じてそれぞれ巻き取られるように
構成することにより、両方向へのせん断変形の累積量を
検出することができる。

【００３１】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。図９は、本実施形態の変位履歴確認センサ１２
２の構成図である。なお、図９において、上記図５と同
様の構成部分については同一の符号を付してその説明を
省略する。図９に示す如く、本実施形態において、履歴
確認センサ１２２はテープ１３４を備えている。図１０
はテープ１３４の拡大断面図である。図１０に示す如
く、テープ１３４は、絶縁体１３６と、絶縁体１３６の
上面に設けられた抵抗体１３８とにより構成されてい
る。

【００３２】図９に示す如く、テープ１３４の一端部
は、巻取りローラ３２に巻き付けられている。一方、テ
ープ１３４の他端部は、回転可能に支持された補助ロー
ラ１００に巻き付けられている。テープ１３４の、巻取
りローラ３２と補助ローラ１００との中間部分の上面
（すなわち抵抗体１３８）には電極１０２が接触してい
る。電極１０２とテープ１３４を隔てて対向する部位に
はパッド１０４が設けられており、このパッド１０４を
バネ等の付勢手段で付勢してテープ１３４を電極１０２
へ向けて押圧することにより、抵抗体１３８と電極１０
２との接触状態が確保されるようになっている。

【００３３】抵抗検出器４８には、配線１４２を介して
抵抗体１３８の両端が接続されていると共に、配線１０
６を介して電極１０２が接続されている。本実施形態に
おいて、抵抗検出器４８は、抵抗体１３８に定電流を供
給した際に現れる電圧値に基づいて、抵抗体１３８の両
端間の抵抗値、および、電極１０２と抵抗体１３８の一
端（例えば、巻取りローラ３２側の端部）との間の抵抗
値を検出する。

【００３４】第１の実施形態で説明したように、テープ
１３４は、リンク材１４の累積変形量に比例した長さだ
け巻取りローラ３２に巻き取られる。そして、その巻取
られた長さだけ、抵抗体１３８の、電極１０２と巻取り
ローラ３２側の端部との間の長さは大きくなる。すなわ
ち、テープ１３４の全長をＬ、抵抗体１３８の単位長さ
当たりの抵抗値をｒ、テープ１３４の巻取りローラ３２
への巻取り長さをｙとすると、抵抗体１３８の両端間の
抵抗値Ｒ0、および電極１０２と巻取りローラ３２側の
端部との間の抵抗値Ｒ1は、それぞれ、次のように表さ
れる。

【００３５】Ｒ0＝ｒ・ＬＲ1＝ｒ・ｙこれらの関係より、ｙ＝Ｌ・（Ｒ1／Ｒ0）が成り立つ。

【００３６】したがって、抵抗検出器４８により検出さ
れる抵抗値Ｒ0およびＲ1の比Ｒ1／Ｒ0に基づいて巻取り
長さｙを求め、この巻取り長さｙよりリンク材１４の累
積変形量を検出することができる。なお、第１の実施形
態の場合と同様に、抵抗値の比Ｒ1／Ｒ0を用いること
で、抵抗値の温度変化を補償することが可能となってい
る。

【００３７】上記の如く、本実施形態でも、リンク材１
４の累積変形量を電気的に検出する構成となっているた
め、抵抗検出器４８を配線１４２、１０６によって壁の
外部に引き出すことで、リンク材１４の損傷状態を常時
監視することが可能となる。また、本実施形態では、テ
ープ１３４に単一の抵抗体１３８を設ければ足りるの
で、上記第１の実施形態のテープ３４に比べてテープ１
３４の構成が簡単になる。更に、本実施形態では、テー
プ１３４の両端がローラに巻き取られる構成である（つ
まり、テープを外部に固定する部分がない）ので、巻取
りローラ３２、補助ローラ１００、およびテープ１３４
をカセットテープのようにユニット化することが可能と
なり、これにより、変位履歴確認センサ１２２のコンパ
クト化を図れると共に、交換を容易に行うことができ
る。

【００３８】なお、上記第１および第２の実施形態で
は、本発明がＹ型のダンパー装置に適用された場合につ
いて説明したが、これに限らず、例えば、図１１に示す
ように、２本の間柱の間にリンク材１１４を設けてなる
ダンパー装置の場合にも、変位履歴確認センサ２２（又
は１２２）をラック２４がリンク材１１４のせん断変形
に応じて変位するように構成すればよい。また、図１２
に示すように、上下の梁の間に斜めに架け渡した部材の
一部をリンク材２１４とした場合は、リンク材２１４が
伸縮変形することになるが、この場合にも同図中に示す
ように、リンク材２１４の伸縮変形に応じてラック２４
が変位するように構成すればよい。

【００３９】ところで、上述の如く、厳密には、リンク
材１４の損傷状態は累積塑性変形量に依存する。このた
め、リンク材１４の損傷状態をより正確に評価するうえ
では、リンク材１４の弾性変形分を累積変形量に含めな
いことが好ましい。図１３および図１４は、リンク材１
４の弾性変形分を累積変形量から除外することが可能な
構成の側面図および平面図を示す。図１３および図１４
に示す構成では、リンク材１４とラック２４との間に結
合部材５０および５２を介在させている。ラック２４側
に連結された結合部材５０には、先端面が互いに離間し
て対向するネジ部材５４，５６が設けられている。そし
て、リンク材１４側に連結された結合部材５２は、リン
ク材１４に変形が生じていない状態で、その当接部５２
ａがネジ部材５４，５６の先端から弾性限度δ0に相当
する隙間を隔てるように配置されている。かかる構成に
よれば、リンク材１４の変形量が弾性限度δ0に達する
までは、当接部５２ａとネジ部材５４，５６とは当接し
ないため、リンク材１４の変形はラック２４に伝達され
ない。すなわち、ラック２４には、リンク材１４の弾性
変形分を除いた塑性変形のみが伝達されることになる。
なお、当接部５２ａとネジ部材５４，５６との間の隙間
は、ネジ部材５４，５６で調整することができる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被評価部材の累積変形量を電気的に検出することができ
るため、被評価部材が外部から見えない場合にも、その
損傷状態を常時確認することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の変位履歴確認センサが適用されるダン
パー装置が組み込まれた建物の平面図である。

【図２】ダンパー装置を表す立面図である

【図３】リンク材の変形挙動を表す変位―荷重曲線の一
例である。

【図４】リンク材の累積変形量を説明するための図であ
る。

【図５】変位履歴確認センサの概略構成図である。

【図６】テープの拡大断面図である。

【図７】ローラ対の近傍におけるテープを拡大して示す
図である。

【図８】リンク材の両方向へのせん断変形の累積量を検
出可能な構成を示す図である。

【図９】本発明の第２の実施形態である変位履歴センサ
の概略構成図である。

【図１０】本実施形態におけるテープの拡大断面図であ
る。

【図１１】本発明の変位履歴確認センサが異なる構成の
ダンパー装置に適用された場合の構成を示す図である。

【図１２】本発明の変位履歴確認センサが更に異なる構
成のダンパー装置に適用された場合の構成を示す図であ
る。

【図１３】リンク材の弾性変形分を累積変形量から除外
することが可能な構成の側面図である。

【図１４】図１３に示す構成の平面図である。

【符号の説明】

１４リンク材２２変位履歴確認センサ２４ラック２６第１歯車２８第２歯車３０ラチェット３４テープ３８，４０，１３８抵抗体４８抵抗検出器１０２電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被評価部材の一方向への変形にのみ応答
して駆動される変位累積機構と、該変位累積機構の駆動
量に応じた電気抵抗値を示す抵抗変化手段と、該抵抗変
化手段の電気抵抗値を検出する抵抗検出手段とを備える
ことを特徴とする変位履歴確認センサ。
【請求項２】前記変位累積機構は被評価部材の一方向
への変形にのみ応答して回転する回転体であり、前記抵
抗変化手段は、前記回転体の回転に応じて巻き取られる
線状の抵抗体と、固定位置において前記抵抗体の２点間
を短絡させる短絡部材とを含むことを特徴とする請求項
１記載の変位履歴確認センサ。
【請求項３】前記変位累積機構は被評価部材の一方向
への変形にのみ応答して回転する回転体であり、前記抵
抗変化手段は、前記回転体の回転に応じて巻き取られる
線状の抵抗体と、固定位置において前記抵抗体に電気的
に接触する電極とを含むことを特徴とする請求項１記載
の変位履歴確認センサ。