JP3001577B2 - 荷重計、圧力センサおよび圧力センサの較正装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建造物の荷重を測
定する荷重計、および粒状体や粉体等の圧力を計測する
圧力センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】（荷重計について）現在の橋梁等の建造
物は構造が複雑化しているため、建造物の支点部分にか
かる応力も複雑な挙動を示すことが多い。このため、建
設中の建造物においては、建造物の支点部分にかかる荷
重を測定しつつ建設を行うことが、構造をチェックする
面から望ましいことである。また、維持管理においても
支点部分にかかる荷重を把握することは重要である。

【０００３】（圧力センサについて）圧力センサの従来
例としての土圧計を図２１および図２２に示す。図２１
に示す土圧計１０は、一方の端部側が閉塞して形成され
た円筒状のケース１２の他方の端部側にダイヤフラム１
３が設けられたダイヤフラム型の土圧計である。ダイヤ
フラム１３は、ケース１２の内部に形成された空洞部１
１を覆って形成され、ダイヤフラム１３の空洞部１１側
の面には、ダイヤフラム１３のひずみを測定するひずみ
ゲージ１４が取り付けられている。ひずみゲージ１４
は、ダイヤフラム１３が土圧（図２１の矢印）によって
破線の位置まで変形した場合に、この変形を抵抗値の変
化として測定することができる。しかし、図２１に示す
ような土圧計１０を用いると、ダイヤフラム１３の変形
によって、ダイヤフラム１３の近傍に存する土の粒子の
状態が乱れ、その結果、正確な土圧が測定できなかった
ため、現在では、ダイヤフラム１３の剛性を上げること
で土圧の測定精度を向上させるようにした、図２２に示
すような間接作動型の土圧計が用いられている。

【０００４】間接作動型の土圧計２０では、土に接する
１次受圧板２２と、１次受圧板２２の変形を拡大して取
り出すダイヤフラム２４と、ダイヤフラム２４の変形を
測定する変位測定部２５が設けられている。１次受圧板
２２とダイヤフラム２４との間には水銀または油等の流
体が充填される空洞部２３が形成されている。空洞部２
３は大径部２３ａと小径部２３ｂとから成り、大径部２
３ａの開口側に１次受圧板２２が設けられ、小径部２３
ｂの開口側にダイヤフラム２４が設けられている。この
ような土圧計２０においては、土と接する１次受圧板２
２の剛性が大きいので、土圧による１次受圧板２２の変
形はごくわずかである。しかし、１次受圧板２２が土圧
によって変形すると、小径部２３ｂの流体２３がダイヤ
フラム２４を１次受圧板２２が受けた圧力よりも大きな
圧力で押圧する。このため、剛性の大きな１次受圧板２
２を用いても、土圧による１次受圧板２２の変形を拡大
させたダイヤフラム２４の変形により土圧の測定が可能
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】（荷重計について）上
記したように、建造物の支点部分にかかる荷重を測定す
ることは重要である。しかし、建造物の支点部分の荷重
を測定するには、支点部分にロードセルを取り付け、荷
重の測定後にロードセルを取り外さなければならず、実
際に建造物にそのようなことを行うには手間がかかりす
ぎることや建造物の構造自体を変更することになるので
建造物の支点部分の荷重測定は殆ど行われていないとい
った課題があった。

【０００６】（圧力センサについて）また、圧力計に関
しては、従来のダイヤフラム型の土圧計では、土と接す
る部位の剛性を大きくして測定精度を向上させるように
してきた。しかしながら、土圧計は被測定物である土中
に埋設させて測定を行うものであって、あまりに剛性の
大きい土圧計を用いると、土圧計の弾性と被測定物であ
る土の弾性とが乖離することとなり粒子の状態の乱れを
招くので真の土圧を測定することにはならない。すなわ
ち、剛性の大きい土圧計を用いると、土圧計の周りに応
力集中が起きてしまい、正確な土圧を測定することがで
きないといった課題があった。

【０００７】また、ダイヤフラム型以外の土圧計の例と
して、図２３に示すようなピストン型の土圧計１５が知
られている。土圧計１５において、土に接する受圧板１
６は、土圧（図２３の矢印）では変形しにくい剛性を有
しており、土圧によって矢印方向に押圧される。１８
は、一方の端部側が閉塞され、内部に空洞部１７が設け
られた円筒状のケースである。ケース１８の他方の端部
側は開口されており、この開口部分に前記受圧板１６が
空洞部１７を覆うように設けられている。また、空洞部
１７の閉塞部分１８ａと受圧板１６との間には、受圧板
１６が空洞部１７内に押圧されて移動してきた際に（図
２３の破線）、受圧板１６の変位を測定する変位測定部
１９が設けられている。このような、ピストン型の土力
計１５では、土に接する受圧板１６の剛性が大きいので
土圧では変形しにくく、土圧で受圧板１６を押圧したと
しても、受圧板１６は全体が移動するので受圧板１６の
近傍に存する土の粒子には乱れがない。しかし、受圧板
１６全体を土圧によって移動させるためには、受圧板１
６の移動をガイドするために受圧板１６の外周を覆う空
洞部１７を有するケース１８が必要である。しかし、ケ
ース１８が設けられていると、受圧板１６全体が土圧に
よって押圧されて移動し、ケース１８の空洞部内に進入
した際に、ケース１８の剛性によって受圧板１６外周付
近に存する土の粒子の状態が乱れ、正確な土圧の測定が
できないといった課題があった。

【０００８】そこで、本発明は上記問題点を解決すべく
なされ、その目的とするところは、建造物の荷重を測定
する際に、荷重計を現在支承として一般的に用いられて
いるものと同一の積層構造にして支承として用いること
ができ、建造物の構造を変更することがないばかりか建
設完了後も取り外すことなく支承として用いられると共
に荷重計として使用することができる荷重計を提供する
にある。

【０００９】また、圧力センサにおいて、被測定物に接
して圧力を伝達する部位の剛性を大きくして、この部位
が変形することによる被測定物の乱れをなくし、且つ該
被測定物に接して圧力を伝達する部位の外周を覆わない
ように構成すると共に、被測定物の弾性とセンサ全体の
見かけ上の弾性とが等しくなるようにして、正確な圧力
を測定することができる圧力センサを提供するにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため次の構成を備える。すなわち、本発明に係る荷
重計によれば、一方の面において被測定物に接し、他方
の面同士が平行となるように向かい合って設けられる、
剛性を有する２枚の円板状の剛性板と、該各剛性板の他
方の面に一方の面が固着される、合成ゴム等の弾性体か
ら成る複数の円板状の弾性部材と、該各弾性部材の他方
の面の間に挟まれて固着される、円板状の受圧板と、該
受圧板に固定されたひずみゲージとを具備することを特
徴としている。この構成を有する荷重計を建造物の支承
として用いれば、構造形式を変更したり建造物の分解等
を行わずに建造物の支承にかかる荷重を測定することが
できる。また、対をなすひずみゲージが、前記受圧板の
中心に対して点対称の位置に固定され、前記対をなすひ
ずみゲージと直交する方向にもう一対のひずみゲージが
前記受圧板の中心に対して点対称の位置に固定されてい
るので、荷重計の積層面に回転力を受けたり積層面に平
行な方向に力が働いて偶力モーメントが生じた場合であ
っても、対をなすひずみゲージ間でこれらの力を相殺
し、積層面に対して垂直な方向の荷重を測定することが
できる。さらに、前記各弾性部材の中央部に設けられた
透孔により前記剛性板によって挟まれた空室が形成さ
れ、該空室内に位置する前記受圧板の部位が、基部側に
おいて前記両弾性部材に挟まれる部位の受圧板に接続さ
れ、他端側がフリー端部に設けられたフリー舌片部に形
成され、該フリー舌片部に第２のひずみゲージが固定さ
れていることにより、荷重によるひずみを受けない第２
のひずみゲージは、温度による受圧板のひずみのみを測
定することができ、荷重によるひずみから第２のひずみ
ゲージで測定されたひずみを差し引けば荷重を正確に測
定することができる。

【００１１】なお、本発明に係る圧力センサによれば、
一方の面において被測定物に接し、他方の面同士が平行
となるように向かい合って設けられる、剛性を有する２
枚の円板状の剛性板と、該各剛性板の他方の面に一方の
面が固着される、合成ゴム等の弾性体から成る複数の円
板状の弾性部材と、該各弾性部材の他方の面の間に挟ま
れて固着される、円板状の受圧板と、該受圧板に固定さ
れたひずみゲージと、前記各弾性部材のそれぞれ外側に
位置して、弾性部材とは空間を存して前記両剛性板の間
に固着された、前記弾性体よりもポアソン比の小さい弾
性体から成るリング状の第２の弾性部材とを具備するこ
とを特徴としている。この構成を採用することによっ
て、被測定物に接する剛性板全体が弾性部材を押圧して
移動するので剛性板付近に存する被測定物の粒子の状態
が乱れることがなく、また、この剛性板全体が移動する
際に外周を覆う構造を必要としないので外周付近に存す
る被測定物の粒子の状態が乱れることがなく、さらに第
２の弾性部材が、側方に存する被測定物からの圧力に対
し積層面に対して垂直な方向への変形を起こさないた
め、側方に存する被測定物からの圧力が積層面に対して
垂直な方向の圧力による受圧板のひずみに与える影響が
なく、被測定物の圧力を正確に測定することができる。
また、対をなすひずみゲージが、前記受圧板の中心に対
して点対称の位置に固定され、前記対をなすひずみゲー
ジと直交する方向にもう一対のひずみゲージが前記受圧
板の中心に対して点対称の位置に固定されているので、
圧力センサの積層面に平行な方向にはたらく被測定物に
よる摩擦力等の力がかかることにより、積層板に偶力モ
ーメントが生じたとしても、対をなすひずみゲージ間で
この力を相殺し、積層面に対して垂直な方向の圧力のみ
を測定することができる。

【００１２】さらに、前記各弾性部材の中央部に設けら
れた透孔により前記剛性板によって挟まれた空室が形成
され、該空室内に位置する前記受圧板の部位が、基部側
において前記両弾性部材に挟まれる部位の受圧板に接続
され、他端側がフリー端部に設けられたフリー舌片部に
形成され、該フリー舌片部に第２のひずみゲージが固定
されていることによって、被測定物の圧力によるひずみ
を受けない第２のひずみゲージは、温度による受圧板の
ひずみのみを測定することができ、被測定物の圧力によ
るひずみから第２のひずみゲージで測定されたひずみを
差し引けば被測定物の圧力を正確に測定することができ
る。なお、前記第２のひずみゲージは、前記フリー舌片
部の一方および他方の両面に固定されていることによっ
て、フリー舌片部が自重等の原因でたわんだ場合であっ
ても、一方の面で引っ張られて生じたひずみと他方の面
で圧縮されて生じたひずみとを足し合わせ、たわみによ
るひずみを相殺し、積層面に対して垂直な方向の圧力の
みを測定することができる。さらに、前記第２の弾性部
材は複数設けられ、該各第２の弾性部材の間に挟まれて
リング状の第２の受圧板が固着され、該第２の受圧板に
第３のひずみゲージが固定されていることによって、側
方から当該圧力センサの中心方向に向かう圧力（側圧）
も測定が可能である。

【００１３】ここで、対をなす前記第３のひずみゲージ
が、前記第２の受圧板の中心に対して点対称の位置に固
定され、前記対をなす第３のひずみゲージと直交する方
向にもう一対の第３のひずみゲージが、前記第２の受圧
板の中心に対して点対称の位置に固定されていることに
より、圧力センサの積層面に平行な方向にはたらく被測
定物による摩擦力等の力による偶力モーメントがかかっ
たとしても、対をなすひずみゲージ間でこの力を相殺
し、側方から当該圧力センサの中心方向に向かう圧力
（側圧）のみを測定することができる。また、前記第２
の受圧板は、前記弾性部材と前記第２の弾性部材との間
の空間内に延出する第２のフリー舌片部を有し、該第２
のフリー舌片部に固定された第４のひずみゲージを有す
るので、側方からの圧力によるひずみを受けない第４の
ひずみゲージは、温度による第２の受圧板のひずみのみ
を測定することができ、側方からの圧力によるひずみか
ら第４のひずみゲージで測定されたひずみを差し引けば
側方からの圧力を正確に測定することができる。さら
に、前記第４のひずみゲージは、前記第２のフリー舌片
部の一方および他方の両面に固定されていることによ
り、第２のフリー舌片部が自重等の原因でたわんだ場合
であっても一方の面で引っ張られて生じたひずみと他方
の面で圧縮されて生じたひずみとを足し合わせ、たわみ
によるひずみを相殺することができる。

【００１４】また、本発明は、側方からの圧力を測定可
能な圧力センサの各受圧板のひずみ量を較正する較正装
置であって、内部に前記圧力センサが収納されると共
に、内部の圧力を任意に設定することによって前記第２
の弾性部材を任意の圧力で押圧可能な第１の圧力室と、
該第１の圧力室内に設けられると共に、内部の圧力を任
意に設定することにより第１の圧力室内部で膨張し、前
記圧力センサの剛性板を任意の圧力で押圧可能な第２の
圧力室とを具備することを特徴としている。この構成を
採用することで、互いに大きさが異なる、剛性板に垂直
方向にかかる圧力と側圧とを同時に荷重計にかけること
ができるので、受圧板のひずみ量に対応する実際の圧力
の測定を正確に行える。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。まず、建造物に
用いる荷重計について説明する。図１〜図３に、橋梁等
の建造物の支承として用いられる荷重計４１を示す（第
１の実施例）。図１に示すように、橋梁３９は、その幅
方向の両端の下面に取り付けられた荷重計４１を介して
橋脚４７上に設置される。４０ａおよび４０ｂは、円形
に形成されたステンレス鋼等から成る剛性板である。剛
性板４０ａ、４０ｂの一方の面は、橋梁３９側に接する
面であり、また各他方の面には、弾性部材４２ａ、４２
ｂが貼り付けられて固着されている。弾性部材の一例と
して本実施例では合成ゴムを用いている。弾性部材４２
ａ、４２ｂは円柱状に形成され、各一方の面が剛性板４
０ａ、４０ｂに貼り付けられて固着されている。また、
弾性部材４２ａ、４２ｂの径は、剛性板４０ａ、４０ｂ
と同じ径となるように形成されている。４４は受圧板で
あり、弾性部材４２ａ、４２ｂの各他方の面の間に挟ま
れ、両弾性部材４２ａ、４２ｂに貼り付けられて固着さ
れている。本実施例では受圧板４４は、厚さ２ｍｍ程度
の鋼板が用いられている。すなわち、剛性板４０ａ、弾
性部材４２ａ、受圧板４４、弾性部材４２ｂおよび剛性
板４０ｂは、同型の円板状に形成され、軸線を一致して
この順に積層され固着されている。弾性部材４２ａ、４
２ｂと受圧板４４との間の貼り付け、および弾性部材４
２ａ、４２ｂと剛性板４０ａ、４０ｂとの間の貼り付け
は、接着剤を用いるか、または弾性部材４２ａを加硫す
る際の固着力によって行われる。

【００１６】弾性部材４２ａ、４２ｂは、橋梁３９の荷
重によって受圧板４４方向に押圧された際には受圧板４
４と剛性板４０ａ、４０ｂとの間に挟まれて積層面に対
して垂直方向に加圧される。弾性部材としての合成ゴム
のポアソン比は約０．５であるため、ほぼ垂直方向に縮
小された分だけ横方向（径方向）に膨出する。しかし、
この変形が受圧板４４によって拘束されるため、受圧板
４４と合成ゴム４２ａ、４２ｂとの接触面に剪断力が生
じ、受圧板４４にはラジアル方向に応力が加わる。

【００１７】受圧板４４には、ひずみゲージ４６が設け
られている。図４に示すひずみゲージ４６は、絶縁物か
ら成る絶縁板４８上に、金属線４９が曲折されて貼り付
けられて形成されている。このように構成されているひ
ずみゲージ４６を、ひずみを測定すべき物体に、ひずむ
方向と金属線の長さ方向とを合わせて貼り付けて固定す
るようにする。測定すべき物体のひずみは、ひずみによ
って金属線が伸びた際の抵抗値の変化により、測定が行
われる。したがって、荷重計４１にかかる荷重は、ひず
みゲージ４６によるひずみを測定することによって基本
的には測定することができる。

【００１８】ところで、図５に示すように、橋梁３９に
は自重や荷重の載荷によって、たわみが生じることがあ
る。この橋梁３９のたわみによって、荷重計４１には上
面側の剛性板４０a が下面側の剛性板４０b に対して傾
斜するような変形が生じる。この、荷重計４１の変形に
ついて、図 6に基づいて説明する。このように、積層さ
れた構成部材の平行な位置関係が乱された変形は、反時
計回り（図６）の回転力Ｆによって生じる。また、回転
力Ｆが上方へ向かう側（図 6の右側）の受圧板４４に
は、矢印Ｇに示すように受圧板４４の右側に面内方向の
圧縮応力が発生する。一方、回転力Ｆが下方へ向かう側
（図 6の左側）の受圧板４４には、矢印Ｈに示すように
受圧板４４の左側に面内方向の引っ張り応力が発生す
る。

【００１９】図５、図 6に示したように、荷重計４１に
回転力Ｆがかかり、曲げモーメントが発生すると、1 枚
の受圧板４４の上に場所によって異なる向きの応力Ｇ，
Ｈが生じてしまう。つまり、回転により積層面に曲げモ
ーメントがかかると、橋梁４３の支承として荷重計４１
を用いた場合には、受圧板４４上に異なる応力が生じて
正確な荷重の測定が行われなくなってしまう。そこで、
回転による曲げモーメントを補償するために、図７に示
すような配列でひずみゲージ４６を受圧板４４に取り付
けるとよい。なお、図７では、軸線Ｄを中心として回転
力Ｆがかかるものとしている。

【００２０】すなわち、回転による曲げモーメントの補
償を行うために、一対のひずみゲージ４６ａ、４６ｂを
受圧板４４の中心Ｏに対して点対称となる位置に取り付
け、このひずみゲージ４６ａ、４６ｂと直交する方向に
もう一対のひずみゲージ４６ｃ、４６ｄが受圧板４４の
中心に対して点対称となる位置に取り付けるのである。
このようにしてひずみゲージ４６を受圧板４４に取り付
けると、回転による曲げモーメントの影響を測定しない
ようにすることができる。

【００２１】つまり、図７の場合では、受圧板４４の中
心に対して互いに点対称の位置にある対向するひずみゲ
ージ４６同士により測定されたひずみ量の差から回転力
Ｆによるひずみ量を相殺し、積層面に対して垂直方向に
かかっている荷重のみを算出するのである。すなわち、
荷重による受圧板４４のひずみの大きさをｘとすると、
ｘは受圧板４４の円の中心Ｏからラジアル方向に同じ大
きさでひずみゲージ４６ａ、４６ｂにかかる。これに対
して、回転力Ｆによる受圧板４４のひずみは、回転力Ｆ
が上向きにかかる側が圧縮され、下向きにかかる側が引
っ張られる（図６、図７）。ここでは圧縮される側のひ
ずみの大きさを−ｙ、引っ張られる側のひずみの大きさ
をｙとする。すると、ひずみゲージ４６ａにより測定さ
れるひずみ量はｘ−ｙであり、ひずみゲージ４６ｂによ
り測定されるひずみ量はｘ＋ｙである。

【００２２】このとき、ひずみゲージ４６ａ、４６ｂ、
４６ｃ、４６ｄを図８に示すような周知のブリッジ４３
に構成することによって、回転力Ｆによるひずみ量ｙが
相殺される。ブリッジ４３は、円の中心に対して対称の
位置にあるひずみゲージ４６ａとひずみゲージ４６ｂと
を直列に接続したものと、同じく円の中心Ｏに対して対
称の位置にあるひずみゲージ４６ｃとひずみゲージ４６
ｄとを直列に接続したものとを並列に接続して形成され
る。直列に接続されたひずみゲージ同士の抵抗値が足し
合わされるため、抵抗値の変化分としてのひずみ量の値
ｘ−ｙとｘ＋ｙが足し合わされｙの値が相殺される。ま
た、荷重によるひずみの大きさは、端子１、端子２間に
生じる電圧ｅを測定することで測定される。つまり、剛
性板４０ａに荷重がかかっていれば、この荷重に比例し
た大きさのひずみが受圧板４４にあらわれ、端子１、端
子２間にそのひずみに比例した大きさの電圧が測定され
るのである。また、端子３、端子４間には直流電源Ｅが
接続されている。なお、上述した例では回転力Ｆが、一
対のひずみゲージに沿った向きを軸線としてかかる場合
について述べた。しかし、回転力Ｆは、この軸線を中心
として回転する場合だけでなく、一対のひずみゲージの
位置と無関係な向きの軸線を中心として回転する場合で
あっても、回転力によって生じる受圧板４４のひずみは
中心Ｏに対して点対称である。上述したようなひずみゲ
ージの配置によってどんな向きにかかる回転力でも相殺
することができる。

【００２３】また、橋梁３９は温度伸縮や乾燥収縮によ
って桁が伸縮する。このため、橋梁４３の支承として荷
重計４１を用いた場合には、積層板の上下面に水平方向
にはたらく水平力が生じる場合がある (図１の矢印Ａ方
向、図７の矢印Ｃ方向）。しかし、この水平力により剪
断変形が生じたとしてもこの変形のみでは受圧板４４に
鉛直荷重の測定を阻害する応力は生じない。ただし、水
平力による変形であっても、どちらか一方の剛性版４０
が固定されていないような場合であったら、偶力モーメ
ントによる回転を伴うような剪断変形となり、受圧板４
４には鉛直方向にかかる荷重の測定を阻害する応力が生
じる。この場合には上述した回転力を補償する構成を用
いることにより、剪断変形下でも正確な測定が可能であ
る。

【００２４】なお、上述してきたように本発明にかかる
荷重計４１は、受圧板４４の両面に弾性部材４２ａ、４
２ｂが固着されて積層構造に形成されているので、受圧
板４４の表面に生じるひずみが両面に生じて正確にひず
みの大きさを測定することができるのである。すなわ
ち、剛性板４０および弾性部材４２が受圧板４４の片面
にしか固着されていないとすると、受圧板４４のもう一
方の面に作用する被測定物との摩擦力で拘束されて正確
な測定ができなくなる。しかし、受圧板４４の両面に弾
性部材４２と剛性板４０を設けたので受圧板４４に生じ
るひずみは、受圧板４４の両面にある弾性部材の水平方
向の膨出のみに支配され正確な荷重の測定ができる。

【００２５】また、受圧板４４に設けられた複数個のひ
ずみゲージ４６同士の配線は、受圧板４４上に形成した
プリント配線によって行われるとよい（後述する圧力セ
ンサにおいて図示する）。この場合には、まず、受圧板
４４の表面上にエポキシ樹脂をコーティングし、このエ
ポキシ樹脂上に配線パターンを形成してひずみゲージま
で配線する。

【００２６】図９〜図１１に、温度による受圧板のひず
みによる誤差を取り除いて正確な荷重のみを測定するこ
とができる荷重計の第２の実施例を示す。本実施例にお
いては、上述した第１の実施例と同じ構成要素のものに
対しては同じ符号を付し詳細な説明は省略する。また、
本実施例においても荷重計５２は、橋梁の支承として用
いるものを例として挙げている。荷重計５２は、上述し
た荷重計４１と同様の積層構造を有しており、全体が円
柱状に形成されている。本実施例においては、２つの弾
性部材５０ａ、５０ｂの中央部に円形の透孔５４ａ、５
４ｂが形成されている。透孔５４ａ、５４ｂは、２個の
弾性部材５０ａ、５０ｂが剛性板４０ａ、４０ｂ間に挟
まれて固着されることで空室５３を形成する。

【００２７】弾性部材５０ａ、５０ｂに挟まれて固着さ
れる受圧板５６には、空室５３内に位置する部位にフリ
ー舌片部５８が形成されている。フリー舌片部５８は、
所望の幅を有し、ほぼＴ字状に形成されている。すなわ
ち、フリー舌片部５８は、幅狭部５５の基部で両弾性部
材５０ａ、５０ｂで挟まれている受圧板５６の部位に接
続しており、幅狭部５５および幅広部５７が空室５３内
でフリー状態（片持支持）で位置している。また、幅狭
部５５は、弾性部材５０ａ、５０ｂに貼り付けられてい
る周囲の部位からのひずみの影響を受けないようになる
べく小さく設けるとよい。フリー舌片部５８には、一方
の面側にひずみゲージ４６ｅ、４６ｆが取り付けられ、
他方の面側にもひずみゲージ４６ｇ、４６ｈが取り付け
られている。すなわち、ひずみゲージ４６ｇの取り付け
位置は、ひずみゲージ４６ｅの真裏であり、ひずみゲー
ジ４６ｈの取り付け位置は、ひずみゲージ４６ｆの真裏
である。このように、フリー舌片部５８が弾性部材５０
ａ、５０ｂに接触せず、また合成ゴム５０ａ、５０ｂに
貼り付けられている周囲の部分とは幅狭部５５のみで接
続しているので、フリー舌片部５８に取り付けられたひ
ずみゲージ４６ｅ、４６ｆ、４６ｇ、４６ｈは荷重によ
るひずみの影響を受けず、温度によるひずみのみを測定
することとなる。

【００２８】図１２に、受圧板５６に取り付けられた複
数個のひずみゲージの接続回路について示す。受圧板５
６には、前記点対称位置に設けたひずみゲージ４６ａ、
４６ｂ、４６ｃ、４６ｄと合わせて合計８個のひずみゲ
ージが取り付けられている。これらのひずみゲージを図
１２に示したような公知のホイーストンブリッジに構成
すると、上記したような回転力を相殺して測定可能とな
ることに加えて、温度補償をも行うことができる。すな
わち、点対称の位置に設けられたひずみゲージ４６ａ、
４６ｂを直列に接続し、このひずみゲージ４６ａ、４６
ｂに直交する方向に設けられたひずみゲージ４６ｃ、４
６ｄを直列に接続する。これにより、上述したように積
層面に対して垂直方向にかかる荷重以外の回転力を相殺
することができる。また、フリー舌片部５８に取り付け
られているひずみゲージについては、受圧板５６の面に
対して（表裏）対称なもの同士のひずみゲージ４６ｅ、
４６ｇが直列に接続され、同じく受圧板５６の面に対し
て（表裏）対称なひずみゲージ４６ｆ、４６ｈが直列に
接続されている。このため、フリー舌片部５８が自重等
の原因でたわんだ場合であっても、一方の面側で引っ張
られたひずみゲージの値と、他方の面側で圧縮されたひ
ずみゲージの値との絶対値が等しくなるのでたわみによ
るひずみを相殺することができる。

【００２９】次いで、ひずみゲージ４６ａ、４６ｂと、
ひずみゲージ４６ｆ、４６ｈとを直列に接続する。これ
らを接続した接続点が端子１である。また、ひずみゲー
ジ４６ｃ、４６ｄと、ひずみゲージ４６ｅ、４６ｇとを
直列に接続する。これらを接続した接続点が端子２であ
る。さらに、これら直列に接続した各４個ずつのひずみ
ゲージを直流電源Ｅに対して並列に接続する。このよう
にして形成されたブリッジによれば、ひずみ量は、端子
１、端子２間にかかっている電圧を測定することで行わ
れる。つまり、剛性板４０ａに荷重がかかっていれば、
この荷重に比例した大きさのひずみが受圧板５６に現
れ、そのひずみに比例した大きさの電圧が測定される。
さらに、このブリッジによれば温度変化により生じたひ
ずみは相殺されるので、荷重のみを測定することができ
る。

【００３０】次いで、本発明にかかる圧力センサについ
ての好適な実施の形態の一例として、図１３〜図１８に
示すような土圧計について説明する。なお、本実施例で
は、部分的に、上述した荷重計の構成要素と構造的に同
一であって、且つ規模（大きさ）が異なる構成要素によ
り構成されている。このため、このような構成要素に関
しては、上記荷重計の第１または第２の実施例と同じ符
号を付し詳細な説明を省略している。本実施例における
圧力センサ６２は、荷重計の第２の実施例において、両
弾性部材５０ａ、５０ｂの外方に、両弾性部材５０ａ、
５０ｂよりもポアソン比の小さい弾性体から成るリング
状の弾性部材７０ａ、７０ｂが、両剛性板４０ａ、４０
ｂの間に挟まれて固着されたものと同様の構造を有す
る。弾性部材５０ａ、５０ｂと、弾性部材７０ａ、７０
ｂとの間には空間７５が形成されている。すなわち、両
弾性部材５０ａ、５０ｂの外径が、両弾性部材７０ａ、
７０ｂのリング状の内径よりも小径に設けられており、
その間に空間７５が形成されるのである。６４は、受圧
板である。受圧板６４は、厚さ０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ
程度のアルミニウムの薄板から成り、弾性部材５０ａ、
５０ｂの各他方の面に挟まれて両弾性部材５０ａ、５０
ｂに貼り付けられて固着されている。なお、受圧板６４
と受圧板５６とは材質および規模が異なるのみであって
形状は同一である。

【００３１】弾性部材７０ａ、７０ｂは、ポアソン比が
０．１〜０．３程度の高分子系の弾性体を用いると好適
である。弾性部材７０ａ、７０ｂは、上述してきた弾性
部材５０ａ、５０ｂと比較してポアソン比が小さいの
で、ある方向から押圧されると押圧方向に加圧されて
も、押圧方向に対してラジアル方向にはほとんど膨出し
ないような材質である。このように、弾性部材５０ａ、
５０ｂの外方に、弾性部材５０ａ、５０ｂよりもポアソ
ン比が小さい弾性部材７０ａ、７０ｂが設けられている
ので、弾性部材５０ａ、５０ｂの側方に土が直接接する
ことがなく、弾性部材５０ａ、５０ｂを側方から押圧し
て土圧によるひずみの測定に誤差を生じさせないように
することができる。また、土が弾性部材７０ａ、７０ｂ
を側方から押圧しても弾性部材７０ａ、７０ｂは土圧計
６２の中心に向かう方向に縮小されるのみであって、積
層面に対して垂直方向には膨出しないので、積層面に対
して垂直方向の土圧の測定に誤差を生じさせない。ま
た、両弾性部材５０ａ、５０ｂと両弾性部材７０ａ、７
０ｂとの間に空間７５を形成したことによって、剛性板
に対して垂直方向の土圧がかかって両弾性部材５０ａ、
５０ｂがラジアル方向に膨出して変形しても両弾性部材
７０ａ、７０ｂに接触しないので、積層面に対して垂直
方向にかかる土圧の測定に誤差を生じさせないようにす
ることができる。

【００３２】受圧板７２は、リング状に形成された部材
であって、弾性部材７０ａ、７０ｂの他方の面の間に挟
まれ、両弾性部材７０ａ、７０ｂに貼り付けられて固着
されている。この受圧板７２も厚さ０．１ｍｍ〜０．２
ｍｍ程度のアルミニウムの薄板が用いられる。受圧板７
２の一方の面の、弾性部材７０ａに接する部位には、受
圧板７２のひずみを測定するひずみゲージ８８ａ、８８
ｂ、８８ｃ、８８ｄが取り付けられている。ひずみゲー
ジ８８ａ、８８ｂ、８８ｃ、８８ｄは、図４に示したも
のと同様の構造を有しており、受圧板７２が弾性部材７
０ａ、７０ｂの変形によって加えられた応力によるひず
みを測定することができる。このようなひずみゲージ８
８ａ、８８ｂ、８８ｃ、８８ｄは、積層面に対して垂直
方向にかかる土圧を測定するように受圧板５６に設けら
れているひずみゲージとは違い、その金属線の長さ方向
が円の接線方向となるように設けられている。これは、
リング状の弾性部材７０ａ、７０ｂに側方から中心方向
に向かう土圧（以下、側圧という）がかかると、第２の
弾性部材７０ａ、７０ｂは円の中心方向に圧縮される
が、その応力が円の中心方向に向かうものよりも接線方
向に向かうものの方が大きくなり、接線方向のひずみを
測定した方が測定精度が上がるためである。

【００３３】また、受圧板７２の一方の面に設けられて
いるひずみゲージ８８ａ、８８ｂ、８８ｃ、８８ｄは、
一対のひずみゲージ８８ａ、８８ｂとがリングの中心に
対して点対称の位置に取り付けられ、このひずみゲージ
８８ａ、８８ｂと直交する方向にもう一対のひずみゲー
ジ８８ｃ、８８ｄがリングの中心に対して点対称となる
位置に取り付けられている。このようにひずみゲージ８
８を取り付けると、積層面に対して平行な方向にかかる
力、例えば剛性板４０の表面にはたらく土の摩擦力等に
より積層面に生じる偶力モーメントによる影響を、リン
グの中心に対して点対称の位置にある対になったひずみ
ゲージ同士により測定されたひずみ量の差から相殺し、
側圧のみを測定することができる。なお、ここでいう側
圧も積層面に対して平行な方向であるが、圧力センサの
中心に向かって等方にかかるものであり、いわゆる積層
面をある方向にずらすようにはたらく平行な力とは異な
るものである。

【００３４】また、受圧板７２には、空間７５内に突出
して設けられたフリー舌片部８６ａ、８６ｂが形成され
ている。図６５に示すようにフリー舌片部８６ａ、８６
ｂは、ほぼ長方形状に設けられており、その一方の長辺
の一部分である接続部８５ａ、８５ｂのみで両弾性部材
７０ａ、７０ｂに挟まれた受圧板７２の部位に接続して
いる。このため、フリー舌片部８６ａ、８６ｂは空間７
５内でフリー状態で位置する。フリー舌片部８６ａには
図１５および図１６に示すように、一方の面側にひずみ
ゲージ８８ｅが、他方の面側にひずみゲージ８８ｇが取
り付けられている。また、フリー舌片部８６ｂには一方
の面側にひずみゲージ８８ｆが、他方の面側にひずみゲ
ージ８８ｈが取り付けられている。このように、フリー
舌片部８６ａ、８６ｂが弾性部材７０ａ、７０ｂに接触
せず、また弾性部材７０ａ、７０ｂに貼り付けられてい
る周囲の部分とは接続部８５ａ、８５ｂのみで接続して
いるので、フリー舌片部８６ａ、８６ｂに取り付けられ
たひずみゲージ８８ｅ、８８ｆ、８８ｇ、８８ｈは弾性
部材５０や弾性部材７０からの土圧によるひずみの影響
を受けず、温度によるひずみのみを測定することができ
る。

【００３５】このように受圧板７２には、前記点対称位
置に設けたひずみゲージ８８ａ、８８ｂ、８８ｃ、８８
ｄと合わせて合計８個のひずみゲージが取り付けられて
いる。これらのひずみゲージは図１２に示したものと同
じホイーストンブリッジに形成するとよい。このように
して形成されたブリッジによれば、弾性部材７０ａ、７
０ｂに側圧がかかっていれば、この側圧に比例した大き
さのひずみが受圧板７２に現れ、そのひずみに比例した
大きさの電圧が測定される。さらに、このブリッジによ
れば温度により生じたひずみは相殺され、側圧のみを測
定することができる。ただし、弾性部材７０ａ、７０ｂ
には積層面に対して垂直方向からの土圧もかかっている
ので厳密な側圧がひずみゲージ８８によって測定できる
わけではない。そこで、正確な側圧を測定するには、予
め側圧がかかっていない状態で垂直方向の圧力による受
圧板７２のひずみの大きさを調べておき、実際に地中で
測定中のひずみの値から受圧板６４で得られた、積層面
に対して垂直方向にかかる圧力に相当するひずみの値を
差し引く必要がある。

【００３６】また、８２は、受圧板７２に取り付けられ
た各ひずみゲージを外部へ接続するためのケーブル（図
示せず）と、ひずみゲージ同士を接続しているプリント
配線とを接続させるための部位のターミナルである。本
実施例においては、ターミナル８２は、弾性部材７０
ａ、７０ｂと接することがない空間７５内に突出するよ
うに形成された長方形の部位である。さらに、受圧板６
４においても、各ひずみゲージを外部へ接続するための
ケーブル（図示せず）と、ひずみゲージ同士を接続して
いるプリント配線とを接続させるための部位のターミナ
ル８０を設けてもよい。ターミナル８０は、空間７５内
に突出して設けられた長方形の部材である。

【００３７】図１８に、受圧板６４および受圧板７２の
一方の面側に形成されたプリント配線について示してい
る。このようなプリント配線は、複数個のひずみゲージ
の配線をするために形成されている。受圧板６４におい
ては、プリント配線９０が各ひずみゲージ間を図１１に
示した回路通りに配線している。同様に、受圧板７２に
おいても、プリント配線９１が各ひずみゲージ間を図１
２に示した回路通りに配線している。なお、受圧板６４
および受圧板７２の他方の面側にもプリント配線は形成
されているが省略する。一方の面側のプリント配線９
０、９１と他方の面側のプリント配線との接続は、受圧
板５６および受圧板７２の一方の面と他方の面とを貫通
するスルーホール（図示せず）によって行うとよい。

【００３８】なお、圧力センサの実施例においては、第
２の弾性部材の他方の面の間に第２の受圧板を設けて側
圧も測定可能にしたが、第２の弾性部材には受圧板を設
けず、１個の第２の弾性部材を剛性板の他方の面の間に
挟んで固着してもよい（図示せず）。このような構成を
採用すれば、第２の弾性部材が側面に存する土と接触す
るので、弾性部材には側方からの土圧によって弾性部材
は押圧されず、第２の弾性部材によって側圧が吸収され
るので受圧板に現れるひずみに側圧による影響を与える
ことがなく、被測定物の正確な圧力を測定することがで
きる。

【００３９】上述してきた各実施例においては、各弾性
部材は２個ずつ設け、その間に受圧板を挟んで固着する
場合についてのみ説明してきた。しかし、弾性部材と受
圧板の数はこれに限られることはなく、弾性部材と受圧
板とを何層にも積層させて設けてもよい（図示せず）。
第２の弾性部材と第２の受圧板の場合も、同様に何層に
も積層させて設けてもよい。このように、圧力センサの
積層数を増減変更することによって、圧力センサ全体の
見かけの弾性を被測定物である土の弾性と同じ値とする
ことができ、土圧の応力集中を軽減し、測定精度の向上
を図ることができる。

【００４０】なお、本発明にかかる圧力センサは、地中
に埋設して土圧を測定する土圧計以外にも、壁面に取り
付けて土圧を測定する土圧計や、粉体内に埋設して粉体
の圧力を測定する圧力計に用いても好適である。さら
に、本発明にかかる圧力センサは、第１および第２の実
施例で説明した荷重計に用いても好適である。

【００４１】本発明にかかる圧力センサは、受圧板のひ
ずみ量を圧力に換算することで圧力の測定が行われるわ
けである。しかし、実際に受圧板のひずみ量がどれだけ
の圧力に対応しているかは較正装置を用いて、決められ
た圧力を圧力センサにかけ、そこで現れる受圧板のひず
みを測定し、ひずみ量と圧力との関係を前もって換算し
ておかなくてはならない。しかし、従来の圧力センサの
較正装置は、１軸方向（積層面に対して垂直方向）にし
か圧力をかけることができないか、または３軸方向に等
圧な圧力しかかけることができなかった。特に、本発明
にかかる圧力センサは、同一地点でも鉛直方向と水平方
向との圧力が異なる土等の粒状物や粉状物を測定可能と
するものであるので、鉛直方向と水平方向では異なる圧
力をかけることができる圧力センサの較正装置が望まれ
る。そこで、以下に、積層面に対して垂直方向からの圧
力と側圧との値がそれぞれ異なるように圧力をかけるこ
とができ、側圧を測定可能な圧力センサを較正するため
の圧力センサの較正装置について説明する。

【００４２】図１９および図２０に圧力センサの較正装
置１００を示す。圧力センサの較正装置１００は、圧力
センサ６２に、積層面に対して垂直方向の圧力、および
側圧と２つの異なる方向からの異なる大きさの圧力を同
時にかけることができる装置である。１０１は、第１の
圧力室１０２を形成するためのアクリル製の筒体であ
る。この筒体１０１の両端部が密閉されることで、筒体
１０１の内部が第１の圧力室１０２として用いられる。
筒体１０１の両端部は、上蓋１０６と下蓋１０８によっ
て閉塞される。この上蓋１０６と下蓋１０８の、互いに
向かい合う面には筒体１０１の両端部を嵌入可能な溝１
０６ａ、１０８ａが凹設されている。筒体１０１の両端
部が上蓋１０６と下蓋１０８の溝１０６ａ、１０８ａに
嵌入することで、筒体１０１の両端部が閉塞されて内部
に第１の圧力室１０２が形成される。また、溝１０６
ａ、１０８ａ内にはＯリング１２７、１２７が嵌入さ
れ、筒体１０１の両端部が溝１０６ａ、１０８ａに嵌入
された際の筒体１０１内に形成される第１の圧力室１０
２内の密閉を確実にしている。上蓋１０６と下蓋１０８
との間は、複数組の固定ボルト１１０およびナット１１
１によって固定される。これにより、上蓋１０６と下蓋
１０８とは離間しないように設けられ、筒体１０１内に
形成される第１の圧力室１０２内の密閉を一層強固にす
ることができる。

【００４３】第１の圧力室１０２内部には、伸縮自在の
薄ゴム引布製の瓶状部材１０５から成る第２の圧力室１
０４が収納されている。第２の圧力室１０４の底面は平
面になるように形成され、圧力センサ６２の剛性板４０
ａまたは４０ｂを押圧可能になっている。１１２は、リ
ング状に形成されたゴム製のパッドであって、第２の圧
力室１０４を保持するために設けられている。このパッ
ド１１２は、上蓋１０６の下面に取り付けられ、第２の
圧力室１０４の上端部に接触している。また、パッド１
１２の中央に形成されている貫通孔１１６内には、第２
の圧力室１０４の上端に形成されているエア供給部１０
４ａが収納される。第２の圧力室１０４のエア供給部１
０４ａには、エアコンプレッサー１２０との間に接続さ
れ、第２の圧力室１０４内にエアを供給するエアチュー
ブ１２２が取り付けられている。エアチューブ１２２
は、上蓋１０６に穿設された供給穴１０６ｂから第１の
圧力室１０２内に進入する。

【００４４】筒体１０１内の下蓋１０８上には、圧力セ
ンサ６２を設置するための台座１１４が設けられてい
る。圧力センサ６２は台座１１４の上面に設置され、さ
らにその上方には第２の圧力室１０４が位置する。台座
１１４に設置された圧力センサ６２は、第２の圧力室１
０４の底面によって上面を押圧され、積層面に対して垂
直方向の圧力がかけられる。また、台座１１４の上面に
は、圧力センサ６２の周囲に位置するようにリング状に
形成されたスペーサリング１２６が設置されている。ス
ペーサリング１２６は、圧力センサ６２と同一の積層構
造から形成されており、剛性板、弾性部材、受圧板、弾
性部材、剛性板の順で積層されて形成され、当然にスペ
ーサリング１２６の上面と圧力センサ６２の上面とは同
一平面となるように同じ高さに形成されている。このよ
うに、台座１１４に設置された圧力センサ６２の周囲に
スペーサリング１２６を設けたので、圧力センサ６２を
第２の圧力室１０４で押圧する際に、第２の圧力室１０
４が圧力センサ６２の側面に垂れ下がって側面を押圧
し、誤った側圧を測定してしまうことを防ぐことができ
る。また、圧力センサ６２と同じ構造にしたので第２の
圧力室１０４によって圧力がかけられても圧力センサ６
２と同じ距離だけ沈み込み、圧力センサ６２の圧力測定
の際の誤差を防ぐことができる。

【００４５】また、スペーサリング１２６のリングの内
径と圧力センサ６２の外径との間には空間１２９が形成
されている。さらに、スペーサリング１２６には、空間
１２９とスペーサリング１２６の外方である第１の圧力
室１０２とを連通させる連通孔１３４が設けられてい
る。このため、第１の圧力室１０２の圧力と等しい圧力
により圧力センサ６２の側面が押圧されることになる。
圧力センサ６２の上面とスペーサリング１２６の上面に
は、シート１２８が設けられている。シート１２８は、
よくすべるような摩擦が小さいテフロン製等のものであ
って、第２の圧力室１０４の底面が圧力センサ６２との
間で面に対して平行な方向へのずれた場合でも、圧力セ
ンサ６２に積層面に対して平行な方向の力が生じないよ
うに設けられている。

【００４６】台座１１４の下部は下蓋１０８に取り付け
られて固定される。台座１１４の内部には、下蓋１０８
に穿設されている供給穴１０８ｂと第１の圧力室１０２
とを繋ぐ連通空間１３６が形成されている。供給穴１０
８ｂには、エアコンプレッサー１２０との間に接続さ
れ、第１の圧力室１０２内にエアを供給するエアチュー
ブ１３８が取り付けられている。すなわち、エアコンプ
レッサー１２０から供給されたエアは、エアチューブ１
３８から連通空間１３６を通って第１の圧力室１０２へ
供給される。また、１４０は、圧力センサ６２からのデ
ータを送るケーブルである。ケーブル１４０は、圧力セ
ンサ６２から出て、連通空間１３６を通ってエアチュー
ブ１３８内に進入し、エアチューブ１３８を通って較正
装置１００の外部へ導出され、さらにエアチューブ１３
８の中途部１４２からエアチューブ１３８の外部へ導出
される。ケーブル１４０の終端は、データロガー１４６
に接続されている。

【００４７】なお、エアチューブ１２２、１３８には、
レギュレータ１４４が設けられている。レギュレータ１
４４を操作することによって、第１の圧力室１０２およ
び第２の圧力室１０４内の圧力を調整することができ
る。なお、両レギュレータ１４４には真空計１４５が取
り付けられている。

【００４８】上述してきた圧力センサの較正装置１００
を用いると、第１の圧力室１０２と第２の圧力室１０４
とでは違う大きさの圧力を同時に圧力センサ６２にかけ
ることができる。すなわち、圧力センサ６２に、積層面
に対して垂直方向の圧力と同時に側方からの圧力をかけ
ることができるので、受圧板６６および受圧板７２に発
生するひずみ量に対する実際の圧力値を測定することが
できる。

【００４９】以上本発明につき好適な実施例を挙げて種
々説明したが、本発明はこの実施例に限定されるもので
はなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を
施し得るのはもちろんである。

【００５０】

【発明の効果】本発明に係る荷重計によれば、荷重計を
建造物の支承として用いれば、構造形式を変更したり建
造物の分解等を行わずに建造物の支承にかかる荷重を測
定することができる。また、対をなすひずみゲージを、
受圧板の中心に対して点対称の位置に固定し、対をなす
ひずみゲージと直交する方向にもう一対のひずみゲージ
が受圧板の中心に対して点対称の位置に固定すれば、支
承の回転による曲げモーメントや荷重計の積層面に平行
な方向な力による偶力モーメントが働いた場合であって
も、対をなすひずみゲージ間でこの力を相殺し、積層面
に対して垂直な方向の荷重を測定することができる。さ
らに、各弾性部材の中央部に設けられた透孔により剛性
板によって挟まれた空室を形成し、空室内に位置する前
記受圧板の部位を、基部側において両弾性部材に挟まれ
る部位の受圧板に接続され、他端側がフリー端部に設け
られたフリー舌片部に形成し、フリー舌片部に第２のひ
ずみゲージが固定することにより、荷重によるひずみを
受けない第２のひずみゲージは、温度による受圧板のひ
ずみのみを測定することができ、荷重によるひずみから
第２のひずみゲージで測定されたひずみを差し引けば荷
重を正確に測定することができる。

【００５１】本発明に係る圧力センサによれば、被測定
物に接する剛性板全体が弾性部材を押圧して移動するの
で剛性板付近に存する被測定物の粒子の状態が乱れるこ
とがなく、また、この剛性板全体が移動する際に外周を
覆う構造を必要としないので外周付近に存する被測定物
の粒子の状態が乱れることがなく、さらに第２の弾性部
材が、側方に存する被測定物からの圧力に対し積層面に
対して垂直な方向への変形を起こさないため、被測定物
の圧力を正確に測定することができる。また、対をなす
ひずみゲージを、受圧板の中心に対して点対称の位置に
固定し、対をなすひずみゲージと直交する方向にもう一
対のひずみゲージを受圧板の中心に対して点対称の位置
に固定したので、圧力センサの積層面に平行な方向には
たらく被測定物による摩擦力等の力による偶力モーメン
トがかかったとしても、対をなすひずみゲージ間でこの
力を相殺し、積層面に対して垂直な方向の圧力のみを測
定することができる。

【００５２】さらに、各弾性部材の中央部に設けられた
透孔により剛性板によって挟まれた空室が形成され、空
室内に位置する受圧板の部位が、基部側において両弾性
部材に挟まれる部位の受圧板に接続され、他端側がフリ
ー端部に設けられたフリー舌片部に形成され、フリー舌
片部に第２のひずみゲージが固定されていることによっ
て、被測定物の圧力によるひずみを受けない第２のひず
みゲージは、温度による受圧板のひずみのみを測定する
ことができ、被測定物の圧力によるひずみから第２のひ
ずみゲージで測定されたひずみを差し引けば被測定物の
圧力を正確に測定することができる。なお、第２のひず
みゲージは、フリー舌片部の一方および他方の両面に固
定されていることによって、フリー舌片部が自重等の原
因でたわんだ場合であっても、一方の面で引っ張られて
生じたひずみと他方の面で圧縮されて生じたひずみとを
足し合わせ、たわみによるひずみを相殺し、積層面に対
して垂直な方向の圧力を正確に測定することができる。
さらに、第２の弾性部材は複数設けられ、各第２の弾性
部材の間に挟まれてリング状の第２の受圧板が固着さ
れ、第２の受圧板に第３のひずみゲージが固定されてい
ることによって、側方から当該圧力センサの中心方向に
向かう圧力（側圧）も測定が可能である。

【００５３】ここで、対をなす第３のひずみゲージが、
第２の受圧板の中心に対して点対称の位置に固定され、
対をなす第３のひずみゲージと直交する方向にもう一対
の第３のひずみゲージが、第２の受圧板の中心に対して
点対称の位置に固定されていることにより、圧力センサ
の積層面に平行な方向にはたらく被測定物による摩擦力
等の力による偶力モーメントがかかったとしても、対を
なすひずみゲージ間でこの力を相殺し、側方から当該圧
力センサの中心方向に向かう圧力（側圧）のみを測定す
ることができる。また、第２の受圧板は、弾性部材と第
２の弾性部材との間の空間内に延出する第２のフリー舌
片部を有し、第２のフリー舌片部に固定された第４のひ
ずみゲージを有するので、側方からの圧力によるひずみ
を受けない第４のひずみゲージは、温度による第２の受
圧板のひずみのみを測定することができ、側方からの圧
力によるひずみから第４のひずみゲージで測定されたひ
ずみを差し引けば側方からの圧力を正確に測定すること
ができる。さらに、第４のひずみゲージは、第２のフリ
ー舌片部の一方および他方の両面に固定されていること
により、フリー舌片部が自重等の原因でたわんだ場合で
あっても一方の面で引っ張られて生じたひずみと他方の
面で圧縮されて生じたひずみとを足し合わせ、たわみに
よるひずみを相殺することができる。

【００５４】また、本発明にかかる圧力センサの較正装
置によれば、互いに大きさが異なる剛性板に垂直方向に
かかる圧力と側圧とを同時に荷重計にかけることができ
るので、受圧板のひずみ量に対応する実際の圧力の測定
を正確に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】荷重計を橋梁の支承として用いた場合を示す説
明図である。

【図２】荷重計の第１の実施例を示す斜視図である

【図３】図２に示した荷重計の断面斜視図である。

【図４】ひずみゲージを示す平面図である。

【図５】図１の橋梁がたわんで図２の荷重計に回転力が
かかったところを示す説明図である。

【図６】図５の回転力によって受圧板に生じるひずみを
説明する説明図である。

【図７】積層面に平行な方向の力を相殺するためにひず
みゲージを取り付けた受圧板の平面図である。

【図８】図７に示したひずみゲージの接続回路図であ
る。

【図９】荷重計の第２の実施例を示す断面斜視図であ
る。

【図１０】図９に示した荷重計の分解斜視図である。

【図１１】図９に示した荷重計においてひずみゲージを
取り付けた受圧板の平面図である。

【図１２】図１１に示したひずみゲージの接続回路図で
ある。

【図１３】本発明にかかる圧力センサの実施例を示す断
面斜視図である。

【図１４】図１３に示した圧力センサの分解斜視図であ
る。

【図１５】図１３に示した圧力センサにおいてひずみゲ
ージを取り付けた受圧板の平面図である。

【図１６】図１５に示した受圧板を他方の面から見た場
合の平面図である。

【図１７】フリー舌片部を拡大して示した説明図であ
る。

【図１８】ひずみゲージ同士を接続するプリント配線を
示す説明図である。

【図１９】本発明に係る圧力センサの較正装置を示す断
面図である。

【図２０】圧力センサが載置される台座の上部を拡大し
て示した断面図である。

【図２１】従来のダイヤフラム型の土圧計を示す断面図
である。

【図２２】間接作動型の土圧計を示す断面図である。

【図２３】従来のピストン型の土圧計を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

３９ 橋梁 ４０ 剛性板 ４１ 荷重計 ４２ 弾性部材 ４４ 受圧板 ４６ ひずみゲージ ４７ 橋脚 ４８ 絶縁板 ４９ 金属線 ５２ 荷重計 ５０ 弾性部材 ５３ 空室 ５４ 透孔 ５５ 幅狭部 ５６ 受圧板 ５８ フリー舌片部 ６２ 圧力センサ ６４ 受圧板 ７０ 弾性部材 ７２ 受圧板 ７５ 空間 ８０ ターミナル ８２ ターミナル ８５ 接続部 ８６ フリー舌片部 ８８ ひずみゲージ ９０ プリント配線 ９１ プリント配線 １００ 圧力センサの較正装置 １０１ 筒体 １０２ 第１の圧力室 １０４ 第２の圧力室 １０５ 瓶状部材 １０６ 上蓋 １０８ 下蓋 １１０ 固定ボルト １１１ ナット １１２ パッド １１４ 台座 １１６ 貫通孔 １２０ エアコンプレッサー １２２ エアチューブ １２６ スペーサリング １２７ Ｏリング １２８ シート １３６ 連通空間 １３８ エアチューブ １４０ ケーブル １４４ レギュレータ １４６ データロガー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01L 1/22 G01L 5/00 G01L 5/16 G01L 25/00

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の面において被測定物に接し、他方
   の面同士が平行となるように向かい合って設けられる、
   剛性を有する２枚の円板状の剛性板と、 該各剛性板の他方の面に一方の面が固着される、合成ゴ
   ム等の弾性体から成る複数の円板状の弾性部材と、 該各弾性部材の他方の面の間に挟まれて固着される、円
   板状の受圧板と、 該受圧板に固定されたひずみゲージとを具備することを
   特徴とする荷重計。
2. 【請求項２】 対をなすひずみゲージが、前記受圧板の
   中心に対して点対称の位置に固定され、 前記対をなすひずみゲージと直交する方向にもう一対の
   ひずみゲージが前記受圧板の中心に対して点対称の位置
   に固定されていることを特徴とする請求項１記載の荷重
   計。
3. 【請求項３】 前記各弾性部材の中央部に設けられた透
   孔により前記剛性板によって挟まれた空室が形成され、 該空室内に位置する前記受圧板の部位が、基部側におい
   て前記両弾性部材に挟まれる部位の受圧板に接続され、
   他端側がフリー端部に設けられたフリー舌片部に形成さ
   れ、 該フリー舌片部に第２のひずみゲージが固定されている
   ことを特徴とする請求項１または２記載の荷重計。
4. 【請求項４】 一方の面において被測定物に接し、他方
   の面同士が平行となるように向かい合って設けられる、
   剛性を有する２枚の円板状の剛性板と、 該各剛性板の他方の面に一方の面が固着される、合成ゴ
   ム等の弾性体から成る複数の円板状の弾性部材と、 該各弾性部材の他方の面の間に挟まれて固着される、円
   板状の受圧板と、 該受圧板に固定されたひずみゲージと、 前記各弾性部材のそれぞれ外側に位置して、弾性部材と
   は空間を存して前記両剛性板の間に固着された、前記弾
   性体よりもポアソン比の小さい弾性体から成るリング状
   の第２の弾性部材とを具備することを特徴とする圧力セ
   ンサ。
5. 【請求項５】 対をなすひずみゲージが、前記受圧板の
   中心に対して点対称の位置に固定され、 前記対をなすひずみゲージと直交する方向にもう一対の
   ひずみゲージが前記受圧板の中心に対して点対称の位置
   に固定されていることを特徴とする請求項４記載の圧力
   センサ。
6. 【請求項６】 前記各弾性部材の中央部に設けられた透
   孔により前記剛性板によって挟まれた空室が形成され、 該空室内に位置する前記受圧板の部位が、基部側におい
   て前記両弾性部材に挟まれる部位の受圧板に接続され、
   他端側がフリー端部に設けられたフリー舌片部に形成さ
   れ、 該フリー舌片部に第２のひずみゲージが固定されている
   ことを特徴とする請求項５記載の圧力センサ。
7. 【請求項７】 前記第２のひずみゲージは、前記フリー
   舌片部の一方および他方の両面に固定されていることを
   特徴とする請求項６記載の圧力センサ。
8. 【請求項８】 前記第２の弾性部材は複数設けられ、 該各第２の弾性部材の間に挟まれてリング状の第２の受
   圧板が固着され、 該第２の受圧板に第３のひずみゲージが固定されている
   ことを特徴とする請求項４、５、６または７記載の圧力
   センサ。
9. 【請求項９】 対をなす前記第３のひずみゲージが、前
   記第２の受圧板の中心に対して点対称の位置に固定さ
   れ、 前記対をなす第３のひずみゲージと直交する方向にもう
   一対の第３のひずみゲージが、前記第２の受圧板の中心
   に対して点対称の位置に固定されていることを特徴とす
   る請求項８記載の圧力センサ。
10. 【請求項１０】 前記第２の受圧板は、前記弾性部材と
    前記第２の弾性部材との間の空間内に延出する第２のフ
    リー舌片部を有し、 該第２のフリー舌片部に固定された第４のひずみゲージ
    を有することを特徴とする請求項９または１０記載の圧
    力センサ。
11. 【請求項１１】 前記第４のひずみゲージは、前記第２
    のフリー舌片部の一方および他方の両面に固定されてい
    ることを特徴とする請求項１０記載の圧力センサ。
12. 【請求項１２】 請求項８、請求項９、請求項１０また
    は請求項１１記載の圧力センサの各受圧板のひずみ量を
    較正する較正装置であって、 内部に前記圧力センサが収納されると共に、内部の圧力
    を任意に設定することによって前記第２の弾性部材を任
    意の圧力で押圧可能な第１の圧力室と、 該第１の圧力室内に設けられると共に、内部の圧力を任
    意に設定することにより第１の圧力室内部で膨張し、前
    記圧力センサの剛性板を任意の圧力で押圧可能な第２の
    圧力室とを具備することを特徴とする圧力センサの較正
    装置。