JP2012141163A - 球体を利用した変位測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】支持体が支持部の上部側に移動したときに支持体との摩擦力によって振り子運動が停止してしまうことを防止できて、支持体と支持部とがスムーズに相対変位できる変位測定装置を提供する
【解決手段】構造物に固定され凹状の湾曲面が形成された支持部２と、湾曲面に沿って振り子運動可能に支持された支持体３および球体４と、構造物又は支持部２と、支持体３との相対変位量を測定し、構造物の絶対変位量を算出する絶対変位算出部５とを備える。支持体３は、球体４を支持可能な開口部３１ａが形成された支持板部３１と、該支持板部３１に設けられ湾曲面に当接された車輪（移動輪）３２と、を備える。開口部３１ａに球体４を配置したときに、球体４は開口部３１ａ内を移動可能に構成されているとともに、球体４は湾曲面に当接されており、球体４と湾曲面との間の摩擦係数は、移動輪３２と湾曲面との間の摩擦係数よりも小さくなるように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、構造物の変位量を測定するための球体を利用した変位測定装置に関する。

従来より、建物など構造物の変位量を測定する種々の変位測定装置が利用されている。
例えば、特許文献１には、構造物に取り付けられた支持部と、該支持部に水平方向へ移動可能に支持された支持体と、支持体と構造物又は支持部に設けられ構造物の水平方向の絶対変位量を算出する絶対変位算出部と、を備える変位測定装置が開示されている。
この変位測定装置では、構造物が地震などで水平方向へ振動すると、支持部も構造物とともに水平方向へ振動する。このとき、支持体は、支持部に水平方向へ移動可能に支持されていて、支持部の水平方向の振動がほとんど伝達されないため、水平方向へ移動せずに一点に留まることになる。
そして、支持部と支持体との相対変位量を測定することで、構造物の絶対変位量を算出することができる。

また、特許文献１には、支持部に下方に湾曲するレールなどを用いて、支持体がこのレール上を移動する変位測定装置も開示されている。
この変位測定装置では、支持体がレール上を振り子運動可能であるため、支持部と支持体とがスムーズに相対変位でき、構造物の絶対変位量を高精度に算出することができる。

特開２０１０−１９７４８号公報

レールなどの湾曲面に沿って振り子運動をする支持体は、支持部の下部側から上部側へ移動するに従って減速されるため、支持部の上部側に移動したときに支持体との摩擦力によって振り子運動が停止してしまうことがある。そして、支持部の振り子運動が停止してしまうと、支持体は支持部とともに移動してしまうため、構造物の絶対変位量を算出できないという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、支持体が支持部の上部側に移動したときに支持体との摩擦力によって振り子運動が停止してしまうことを防止できて、支持体と支持部とがスムーズに相対変位できる球体を利用した変位測定装置を提供することにある。

上記課題を達成するため、本発明に係る球体を利用した変位測定装置は、構造物に設けられて、該構造物の変位量を測定する変位測定装置であって、前記構造物に固定され凹状の湾曲面が形成された支持部と、前記湾曲面に沿って振り子運動可能に支持された支持体および球体と、前記構造物又は前記支持部と、前記支持体との相対変位量を測定し、前記構造物の絶対変位量を算出する絶対変位算出部とを備え、前記支持体は、前記球体を支持可能な開口部が形成された支持板部と、該支持板部に設けられ前記湾曲面に当接された移動輪と、を備え、前記開口部に前記球体を配置したときに、前記球体は前記開口部内を移動可能に構成されているとともに、前記球体は前記湾曲面に当接されており、前記球体と前記湾曲面との間の摩擦係数は、前記移動輪と前記湾曲面との間の摩擦係数よりも小さいことを特徴とする。

本発明では、支持体は、球体を支持可能な開口部が形成された支持板部と、該支持板部に設けられ湾曲面に当接された移動輪と、を備え、開口部に球体を配置したときに、球体は開口部内を移動可能に構成されているとともに、球体は湾曲面に当接されており、球体と湾曲面との間の摩擦係数は、移動輪と湾曲面との間の摩擦係数よりも小さいことにより、支持体が湾曲面の下部側から上部側へ移動して、移動輪と湾曲面との間の摩擦によって停止した場合にも、球体は停止せずに湾曲面上を振り子運動し、支持体の開口部内を移動しての支持体と当接して支持体を押すため、支持体の振り子運動を再開させることができる。

また、本発明に係る球体を利用した変位測定装置では、前記支持部は、筒状に形成されていて、内部に前記支持体、前記球体および前記絶対変位算出部が配されていてもよい。
このように、支持部は、筒状に形成されていて、内部に支持体、球体および絶対変位算出部が配されていることにより、支持部から支持体、球体および絶対変位算出部が外れることを防止することができるとともに、支持体、球体および絶対変位算出部などに異物がぶつかったり埃などがかかったりすることを防止することができる。これにより、構造物の変位を高精度に測定することができるとともに変位測定装置のメンテナンスを容易にすることができる。

また、本発明に係る球体を利用した変位測定装置では、前記支持部は、塩化ビニル管で構成されていてもよい。
このように、支持部は、塩化ビニル管で構成されていることにより、塩化ビニル管は、加工が容易であるとともに材料コストを抑えることができるため、変位測定装置の製造にかかるコストを削減させることができる。

また、本発明に係る球体を利用した変位測定装置では、前記支持体は、前記支持部の内部上面と所定の間隔をあけるように設けられたローラを備えていてもよい。
このように、支持体は、支持部の内部上面と所定の間隔をあけるように設けられたローラを備えていることにより、支持部の内部において、支持体が上方へ変位した場合にも、ローラと支持部の内部上面とが当接するため、支持体が支持部内で大きく跳ね上がることを防止することができる。

また、本発明に係る球体を利用した変位測定装置では、前記湾曲面は、下方に湾曲する部分球面状に形成されていてもよい。
このように、湾曲面は、下方に湾曲する部分球面状に形成されていることにより、支持体は湾曲面に沿って多方向へ移動することができるため、構造物の変位を高精度に測定することができる。

また、本発明に係る球体を利用した変位測定装置では、前記支持体は、前記球体が当接することで前記絶対変位算出部を駆動させるスイッチを備えていてもよい。
このように、支持体は、球体が当接することで絶対変位算出部を駆動させるスイッチを備えていることにより、構造物が振動したときに絶対変位算出部を駆動させることができる。

本発明によれば、支持体が湾曲面の下部側から上部側へ移動して、移動輪と湾曲面との間の摩擦によって停止した場合にも、球体は停止せずに湾曲面上を振り子運動し、支持体の開口部内を移動しての支持体と当接して支持体を押して支持体の振り子運動を再開させることができるため、高精度に構造物の変位を測定することができる。

本発明の第１実施形態による変位測定装置の建物に取り付けられている様子の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態による変位測定装置の一例を示す斜視図である。 （ａ）は図２のＡ方向矢視図、（ｂ）は図２のＢ方向矢視図である。 建物の天井面に取り付けられている変位測定装置を示す図である。 （ａ）は本発明の第１実施形態による変位測定装置の支持体と球体を説明する斜視図、（ｂ）は（ａ）の上面図である。 （ａ）は本発明の第２実施形態による変位測定装置を示す図、（ｂ）は（ａ）の支持体および球体を説明する図である。 第１実施形態による変位測定装置の変形例を示す図である。 第１実施形態による変位測定装置の他の変形例を示す図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態による球体を利用した変位測定装置について、図１乃至図６に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施形態による変位測定装置（球体を利用した変位測定装置）１は、建物（構造物）Ｋに複数取り付けられて、地震や風などによって生じる建物Ｋの変位量をそれぞれ測定するものである。本実施形態では、変位測定装置１は、建物ＫのスラブＳ下およびグランドレベル（ＧＬ）に取り付けられている。
図２および図３に示すように、変位測定装置１は、円筒状に形成され建物Ｋ（図１参照）に固定された支持部２と、該支持部２の内部に配されて該支持部２の軸方向（図４の矢Ｃの方向）へ移動可能な支持体３および球体４と、支持部２と支持体３との水平方向の相対変位量を測定し建物Ｋの水平方向の絶対変位を算出する絶対変位算出部５と、支持部２と支持体３との相対変位を検出する動作検出部（スイッチ）６（図３（ａ）参照）と、該動作検出部６と接続されて絶対変位算出部５の駆動を制御する制御部（不図示）と、を備えている。

図４に示すように、支持部２は、中心軸が円弧状に湾曲していて、軸方向の両端部２ａ，２ａが軸方向の中央部２ｂよりも上方となる向きで、建物ＫのスラブＳの下面に固定されている。本実施形態では、支持部２に塩化ビニル管を使用し、支持部２の軸方向の両端部２ａ，２ａをスラブＳの下面にそれぞれ固定具２１で固定するとともに、軸方向の中央部２ｂとスラブＳとの間にスペーサ２２を設けて、支持部２を下側へ湾曲させている。
。
支持部２は下方に湾曲しているため、建物Ｋが振動していない通常時には、支持部２内に配された支持体３（図２参照）は、支持部２の軸方向の中央部２ｂに位置している。
この支持部２の内部下面２ａが本発明の湾曲面に相当している。

図２および図３に示すように、支持体３は、絶対変位算出部５の後述するセンサー５ａ（図３（ａ）参照）が取り付けられる支持板部３１と、支持板部３１に設置されて支持部２の内部下面２ｃに沿って支持部２の軸方向へ走行可能な複数の車輪（移動輪）３２と、支持板部３１の上方に固定された保持板部３３に回転可能に保持されたローラ３４と、を備えている。

支持板部３１は、板状の部材で、支持体３が支持部２の軸方向の中央部２ｂ（図４参照）に位置しているときに、その面方向が略水平となるように設置されている。そして、支持板部３１は、走行方向の中央部にセンサー５ａが取り付けられていて、走行方向の両端部側に球体４が挿通される開口部３１ａ，３１ａが形成されている。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、開口部３１ａは、挿通された球体４の表面との間に隙間ｄ１ができる大きさに形成されている。

図２および図３に示すように、車輪３２は、支持板部３１の走行方向の両側部にそれぞれ２つずつ取り付けられている。図３（ｂ）に示すように、車輪３２は、支持部２の内部下面２ｃに沿って転動可能に構成されている。本実施形態では、支持部２が円筒状に形成されているため、車輪３２は、円弧面状の支持部２の内部下面２ｃに沿って転動可能となるように、支持板部３１に対して傾斜して取り付けられている。
なお、車輪３２の個数は上記以外の数でもよく、車輪３２に代わってベアリングなどを取り付けてもよい。
図３に示すように、ローラ３４は、その上端部と支持部２の内部上面２ｄとの間に所定の間隔ｄ２があくように保持板部３３に取り付けられている。そして、支持体３が支持部２の内部で上方へ変位したときに、ローラ３４は支持部２の内部上面２ｄと当接し、支持部２の内部上面２ｄに沿って支持部２の軸方向へ移動可能に構成されている。

球体４は、例えば鉄球などで、開口部３１ａに挿通された状態で支持部２の内部下面２ｃに沿って支持部２の軸方向へ転がることが可能に構成されている。
また、開口部３１ａが挿通された球体４の表面との間に隙間ｄができる大きさに形成されているため、球体４は、開口部３１ａの内部でこの隙間ｄの範囲で移動することができる。
また、球体４は、支持部２の内部下面２ｃとの間の摩擦係数が、支持体３の車輪３２と支持部２の内部下面２ｃとの間の摩擦係数よりも小さくなるように構成されている。

絶対変位算出部５は、支持体３と支持部２との相対変位を測定するセンサー５ａと、支持部２と支持体３との相対変位から建物Ｋ（図１参照）の絶対変位量を算出する算出部（不図示）と、を備えている。算出部から算出された建物Ｋの絶対変位量のデータは、通信部（不図示）を介して外部機器に出力されている。
センサー５ａとしては、例えば、アノトペンを採用し、支持部２にアノトパターンが印刷された基準板（不図示）を設けて、アノトペンがアノトパターンのドットを読み取ることで、支持部２と支持体３との相対変位が測定される構成としてもよい。また、センサー５ａに、バーコードリーダーや光の透過・反射を利用した光学式の読取部、光学式マウス、差動トランスを用いた変位量の検出方法などを採用してもよい。

図３（ａ）および図５に示すように、動作検出部６は、例えば、機械式スイッチなどからなり、支持部２と支持体３とが支持部２の軸方向へ相対変位したときに、球体４が支持体３の開口部３１ａの内周面と当接すると、スイッチがオン状態となり、駆動信号を制御部（不図示）に出力するように構成されている。
本実施形態では、開口部３１ａの内周面に板状の部材が取り付けられていて、この板状の部材に球体４が当接するとスイッチがオン状態となるように構成されている。
なお、動作検出部６は、上述した構成に限られることはなく、支持部２と支持体３とが支持部２の軸方向へ相対変位すると、スイッチがオン状態となり、駆動信号を制御部（不図示）に出力するように構成されていればよい。
制御部は、絶対変位算出部５および動作検出部６に接続されていて、動作検出部６から出力された駆動信号を受けて、絶対変位算出部５のセンサー５ａおよび算出部を駆動させている。
なお、本実施の形態では制御部を設けているが、制御部を設けずに、動作検出部６から出力された駆動信号が直接絶対変位算出部５に伝達される構成としてもよい。

次に、上述した実施形態の変位測定装置１の動作について説明する。
地震などにより、建物Ｋに振動が生じると、支持部２は建物Ｋに固定されているため建物Ｋと同様に振動する。これに対し、支持体３は、支持部２の軸方向へ支持部２と相対移動可能に構成され、この方向の振動が支持部２からほとんど伝達されないため、ほとんど振動せずに一点に留まることになる。
このとき、支持体３は、その車輪３２が支持部２の振動にあわせて支持部２の内部下面２ｃに沿って転動している。
また、球体４も支持部２の軸方向へ支持部２と相対移動可能に構成されているため、支持部２の振動にあわせて転がり、一点に留まることになる。

そして、支持部２と支持体３とが相対変位することから、この相対変位を動作検出部６が検出して制御部へ伝達する。これにより制御部から絶対変位算出部５の駆動信号が出力され、センサー５ａが駆動する。
そして、センサー５ａは、支持部２と支持体３との相対変位量を測定する。そして、基準板５２の変位量をもとに、算出部によって建物Ｋの絶対変位量が算出される。この算出部から算出されたのデータは、通信部（不図示）を介して外部機器に出力される。

このとき、支持体３および球体４は、支持部２を基準とすると、湾曲した支持部２の内部下面２ｃに沿って支持部２の軸方向の振り子運動することになる。
ここで、支持体３が支持部２内で振り子運動する場合、支持体３が振り上がって支持部２の端部側へ移動すると、支持体３の変位速度が減速し、支持体３の車輪３２と支持部２との間の摩擦によって、支持体３が停まってしまうことがある。

本実施形態では、球体４が支持体３とともに支持部２内で振り子運動しており、球体４と支持部２との間の摩擦係数が支持体３の車輪３２と支持部２との間の摩擦係数よりも小さいため、支持体３が停止した場合でも球体４は振り子運動することになる。
そして、支持体３が停止しているときに球体４が変位すると、球体４は、支持体３の支持板部３１に形成された開口部３１ａ内で変位するため、開口部３１ａの内周面に当接して支持板部３１を押すことになる。これにより支持体３は動き出し振り子運度が再開される。

また、建物Ｋの振動が治まると、支持体３は支持部２の中央部２ｂへ向かって変位し、支持部２の中央部２ｂで停止する。すなわち、建物Ｋに振動が生じていない場合、支持体３は、常に支持部２の中央部２ｂに自重により保持される。
また、支持体３には上方にローラ３４が設けられていることにより、支持部２が上下方向へ移動した場合には、支持体３のローラ３４と支持部２の内部上面２ｄとが当接するため、支持体３が大きく飛び上がることがなく、支持部２内をその軸方向へスムーズに移動することができる。

次に、上述した変位測定装置１の効果について図面を用いて説明する。
本実施形態による変位測定装置１によれば、球体４を備えていることにより、支持部２内における支持体３の振り子運動が停止することがなく、支持体３と支持部２とは効率よく相対変位することができるため、支持体３自体を、一点に留めることができ、建物Ｋの変位を高精度に測定することができる。

また、建物Ｋに振動が生じていない場合に、支持体３を自重により支持部２の中央部２ｂの位置に保持させることができるため、振動の後に支持体３の位置を戻す作業を不要とすることができる。
また、支持部２がスラブＳの下面に取り付けられるようになっていることから、建物Ｋ内の人間の生活空間や仕事空間などに影響されない位置に変位測定装置１を取り付けることができる。そのため、変位測定装置１を各階に複数設置することができ、測定精度をさらに向上させることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第１実施形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第１実施形態と異なる構成について説明する。
図６に示すように、第２実施形態による変位測定装置５１は、支持部５２が下方に湾曲する部分球面状に形成されている。支持体５３は、支持部５２上を移動可能に構成されている。
本実施形態では、３つの球体５４が設けられていて、平面視における支持体５３の図心を中心に、等間隔に配設されている。そして、支持体５３には、この球体５４が挿通される３つの開口部５３ａが形成されている。

第１実施形態と同様に、開口部５３ａは、挿通された球体５４との間に隙間ｄ１があくように形成されている。また、球体５４は、支持部５２との間の摩擦係数が、支持体５３の車輪３２と支持部５２との間の摩擦係数よりも小さくなるように構成されている。
このため、第２実施形態による変位測定装置５１は、第１実施形態と同様の効果を奏する。
また、第２実施形態による変位測定装置５１によれば、支持体５３が部分球面状の支持部５２上を移動することができるため、水平方向全ての変位を測定することができる。

以上、本発明による変位測定装置１，５１の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した第１実施形態による変位測定装置１は、２つの球体４を備えているが、球体４は、支持体３に対して１つ以上設けられていればよい。球体４は、例えば、図７に示すように１つ設けられていてもよいし、図８に示すように６つ設けられていてもよい。

また、上述した実施形態では、変位測定装置１，５１がスラブＳの下面に設けられるとしたが、スラブＳの上面に設けてもよい。
また、上述した第１実施形態では、支持部２は、円筒状に形成されているが、角筒状に形成されていてもよい。また、支持部２は、筒状でなくてもよく、下方へ湾曲するレールとし、このレールの上部に支持体３を設置してもよい。
また、上述した実施形態では、支持体３にローラ３４が設けられているが、支持体３にローラ３４が設けられていなくてもよく、ローラ３４に代わってストッパーなどが設けられていてもよい。

また、上述した実施形態では、動作検出部６が機械式スイッチからなるものとしたが、これに限ることはなく、電磁気式スイッチや光学式スイッチなどのように適宜変更可能である。
また、上述した実施形態では、動作検出部６の駆動信号によりセンサー５ａを駆動するものとしたが、これに限ることはなく、センサー５ａを常時駆動しておいてもよい。

１，５１ 変位測定装置（球体を利用した変位測定装置）
２，５２ 支持部
３，５３ 支持体
４，５４ 球体
６ 動作検出部（スイッチ）
３１ 支持板部
３１ａ 開口部
３２ 車輪（移動輪）
３４ ローラ
Ｋ 建物（構造物）

Claims (6)

1. 構造物に設けられて、該構造物の変位量を測定する変位測定装置であって、
   前記構造物に固定され凹状の湾曲面が形成された支持部と、
   前記湾曲面に沿って振り子運動可能に支持された支持体および球体と、
   前記構造物又は前記支持部と、前記支持体との相対変位量を測定し、前記構造物の絶対変位量を算出する絶対変位算出部とを備え、
   前記支持体は、前記球体を支持可能な開口部が形成された支持板部と、該支持板部に設けられ前記湾曲面に当接された移動輪と、を備え、
   前記開口部に前記球体を配置したときに、前記球体は前記開口部内を移動可能に構成されているとともに、前記球体は前記湾曲面に当接されており、
   前記球体と前記湾曲面との間の摩擦係数は、前記移動輪と前記湾曲面との間の摩擦係数よりも小さいことを特徴とする球体を利用した変位測定装置。
2. 前記支持部は、筒状に形成されていて、内部に前記支持体、前記球体および前記絶対変位算出部が配されていることを特徴とする請求項１に記載の球体を利用した変位測定装置。
3. 前記支持部は、塩化ビニル管で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の球体を利用した変位測定装置。
4. 前記支持体は、前記支持部の内部上面と所定の間隔をあけるように設けられたローラを備えていることを特徴とする請求項２または３に記載の球体を利用した変位測定装置。
5. 前記湾曲面は、下方に湾曲する部分球面状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の球体を利用した変位測定装置。
6. 前記支持体は、前記球体が当接することで前記絶対変位算出部を駆動させるスイッチを備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の球体を利用した変位測定装置。
   

Images