JP4552130B2

JP4552130B2 - 変位計および累積変位量測定機構

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Publication number: JP4552130B2
Application number: JP2005024892A
Authority: JP
Inventors: 敬一岡田
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2005-02-01
Filing date: 2005-02-01
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2025-02-01
Also published as: JP2006214738A

Description

本発明は、最大変位量および累積変位量をそれぞれ測定・記憶する変位計、および累積変位量を測定・記憶する累積変位量測定機構に関する。

現在、建築構造物の地震・風応答の揺れを低減するべく、構造物の架構内に制震ダンパーが設置された構造物が多く見受けられる。制震ダンパーには、鋼材を塑性化させることで地震等のエネルギーを吸収するものがあり、このような制震ダンパーにおいては、その制震ダンパーの健全性（許容変形、累積疲労）を確保するべく、最大変形量や累積変形量をセンサ（変位計）で実際に測定し、その測定値から制震ダンパーの健全性を確かめる必要がある。

従来、制震ダンパーの健全性を確かめる手段として、変位計や歪み計等の計測器によって鋼材の歪み（変位量）を常時計測し、その計測値を収録装置によって時系列的に記憶する手段がある。この手段によれば、制震ダンパーの健全性を常時監視することができるが、装置が非常に高価であることに加え、観測に電源が必要であり、装置の保守点検等のランニングコストもかかるという問題がある。

また、近年では、制震ダンパーの最大変位量を測定するとともに、その測定値を記憶することができる最大値記憶型の変位計が提案されている。この変位計は、複数の導電体と、これらが接続されるプリント基板と、複数の導電体の導電性要素を段階的に切断する切断手段と、切断手段を導電体に対して相対的に移動させるスライダと、これらを収納するケースと、スライダに付設されてケースの外に突出されているロッド部材とから構成されている。ロッド部材の先端は固定体であるガセットプレート等に取り付けられ、スライダ等を収納したケースは被測定対象である制震ダンパーに取り付けられる。この変位計によれば、制震ダンパーの被測定箇所に変位が生じると、スライダが移動し、この移動量に応じて切断手段が導電体の導電性要素を順次切断する。導電性要素が切断されていくと、出力電圧は徐々に小さくなるため、電圧値を測ることで過去に生じた最大変形量の程度を知ることができる（例えば、特許文献１参照。）。

また、制震ダンパーの累積変位量を測定するとともに、その測定値を記憶することができる累積変位量記憶型の変位計が提案されている。この変位計は、直線的に往復移動するロッド部材と、ロッド部材の直線運動を回転運動に変換するラック・ピニオン機構と、ラック・ピニオン機構によってロッド部材の移動に応じて軸回転する出力回転軸と、出力回転軸の回転を一方向のみに回転させるラチェットと、出力回転軸の回転を計測するカウンタとから構成されている。この変位計によれば、制震ダンパーの被測定箇所に変位が生じると、ロッド部材が移動し、この移動量に応じて出力回転軸が回転する。この出力軸の回転に対するロッド部材の変位量を予め算出しておき、カウンタで計測された出力軸の回転量に基づいて、累積変形量を測定することができる（例えば、特許文献２参照。）。
特開平９−９６５７６号公報特開平１１−１２５５０１号公報

しかしながら、上記した従来の変位計では、最大変位量および累積変位量をそれぞれ測定・記憶する場合、最大値記憶型および累積変位量記憶型の各変位計をそれぞれ設置しなければならないため、設置には相当の手間がかかり、コストが増大するとともに、スペースが限られた中で変位計を２つ設置するスペースを確保しなければならないという問題が存在する。
また、上記した累積変位量記憶型の変位計では、機械的に複雑な機構によるガタツキや、振動を受けた場合のガタツキによって、測定される累積変位量に誤差が生じる虞があるという問題が存在する。

本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、１台で最大変位量および累積変位量をそれぞれ測定・記憶することができ、機器の設置作業を簡略化し、設置のコスト及びスペースの低減を図ることができる変位計を提供することを目的としている。
また、ガタツキの生じ難い構成とし、測定値の誤差を低減させることができる変位計および累積変位量測定機構を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、被測定箇所または固定体のうちの何れか一方に設置される測定部によって、測定部に対して軸方向に移動可能に設けられているとともに被測定箇所または固定体のうちの何れか他方に取り付けられる可動ロッドの移動量を計測し、該移動量に基づいて被測定箇所の変位量を測定する変位計において、前記測定部には、可動ロッドの最大移動量を計測することで被測定箇所の最大変位量を測定・記憶する最大変位量測定部と、可動ロッドの累積移動量を計測することで被測定箇所の累積変位量を測定・記憶する累積変位量測定部とが備えられ、前記累積変位量測定部には、外周面に形成された溝内に可動ロッドを嵌合させたプーリーと、プーリーを可動ロッドに押し付ける付勢手段と、プーリーの回転量を計測する回転量計測手段と、プーリーの回転のうち、一定方向の回転力のみを回転量計測手段に伝達する一方向クラッチとが備えられていることを特徴としている。

このような特徴により、被測定箇所に変位が生じると、可動ロッドが移動し、可動ロッドの移動量は測定部によって測定される。このとき、最大変位量測定部によって、被測定箇所の最大変位量が測定・記録されるとともに、累積変位量測定部によって、被測定箇所の累積変位量が測定・記録される。
また、被測定箇所に変位が生じて可動ロッドが移動すると、付勢手段によって可動ロッドに押し付けられたプーリーは回転する。プーリーの回転量は回転量計測手段によって計測される。このとき、一方向クラッチによって、プーリーは一定方向へのみ回転させられるため、回転量計測手段では一方向の回転量のみが計測され、この回転量に基づいて被測定箇所の累積変位量が測定される。

請求項２記載の発明は、被測定箇所または固定体のうちの何れか一方に設置された累積変位量測定部と、該累積変位量測定部に対して軸方向に移動可能に設けられているとともに被測定箇所または固定体のうちの何れか他方に取り付けられる可動ロッドと、を備え、前記累積変位量測定部によって前記可動ロッドの累積移動量を計測することで被測定箇所の累積変位量を測定・記憶する累積変位量測定機構において、前記累積変位量測定部には、外周面に形成された溝内に可動ロッドを嵌合させたプーリーと、プーリーを可動ロッドに押し付ける付勢手段と、プーリーの回転量を計測する回転量計測手段と、プーリーの回転のうち、一定方向の回転力のみを回転量計測手段に伝達する一方向クラッチとが備えられていることを特徴としている。

このような特徴により、被測定箇所に変位が生じて可動ロッドが移動すると、付勢手段によって可動ロッドに押し付けられたプーリーは回転する。プーリーの回転量は回転量計測手段によって計測される。このとき、一方向クラッチによって、プーリーは一定方向へのみ回転させられるため、回転量計測手段では一方向の回転量のみが計測され、この回転量に基づいて被測定箇所の累積変位量が測定される。

請求項１記載の変位計によれば、変位計の測定部には、最大変位量測定部と累積変位量測定部とが備えられているため、１台で最大変位量および累積変位量をそれぞれ測定・記憶することができ、機器の設置作業を簡略化することができるとともに、設置にかかるコスト及び設置スペースの低減を図ることができる。
また、請求項１記載の変位計および請求項２記載の累積変位量測定機構によれば、累積変位量測定部が、プーリーと付勢手段と一方向クラッチと回転量計測手段とから構成されているため、ガタツキの生じ難い構成となり、測定される累積変位量値の誤差を低減させることができる。

以下、本発明に係る変位計および累積変位量測定機構の実施の形態について、図面に基いて説明する。

図１は変位計１の設置状況を表す図である。変位計１は、例えば、図１に示すように、鋼構造体５０の架構５１内に設置された制震ダンパー５２に取り付けられて、当該制震ダンパー５２の最大変位量および累積変位量をそれぞれ測定し、制震ダンパー５２の健全性を検査するものである。

図２は変位計１を表す図である。図１，図２に示すように、変位計１は、被測定箇所である制震ダンパー５２に設置された測定部２と、固定体であるガセットプレート５３に取り付けられた可動ロッド３とから構成されている。
可動ロッド３は、一端がガセットプレート５３に固定された棒状の部材であり、測定部２に貫設されており、測定部２に対して軸方向に移動可能に設けられている。

測定部２は、可動ロッド３の最大移動量を計測することで制震ダンパー５２の最大変位量を測定・記憶する最大変位量測定部４と、可動ロッド３の累積移動量を計測することで制震ダンパー５２の累積変位量を測定・記憶する累積変位量測定部５とから構成されている。

最大変位量測定部４は、周知の最大変位記録センサと同様な構成からなるものであり、例えば、図示せぬ直線ポテンショメータを利用した構成からなるものであり、可動ロッド３の移動方向（軸方向）に沿って表記された目盛り６と、制震ダンパー５２の現在の変位量（現在値）を示す第１の受動部７と、伸側（図２における右側）への最大変位量（伸び最大値）を示す第２の受動部８と、縮側（図２における左側）への最大変位量（縮み最大値）を示す第３の受動部９とが備えられた構成からなっている。第１の受動部７は、制震ダンパー５２が変形し、最大変位量測定部４と可動ロッド３との相対的な位置関係に変位が生じると、可動ロッド３に従動して目盛り６に沿って動き、現在値を示す。また、第２の受動部８は、制震ダンパー５２が変形して可動ロッド３が最大変位量測定部４に対して相対的に伸側に最大に移動すると、可動ロッド３に従動して目盛り６に沿って動き、伸び最大値を示すとともに、当該伸び最大値の位置で記憶保持される。また、第３の受動部９は、制震ダンパー５２が変形して可動ロッド３が最大変位量測定部４に対して相対的に縮側に最大に移動すると、可動ロッド３に従動して目盛り６に沿って動き、縮み最大値を示すとともに、当該縮み最大値のところで記憶保持される。

図３は累積変位量測定部５の断面を表す図である。図２，図３に示すように、累積変位量測定部５は、制震ダンパー５２の伸側への累積変位量（伸び累積値）を測定する第１の累積変位量測定部５ａと、縮側への累積変位量（縮み累積値）を測定する第２の累積変位量測定部５ｂとから構成されており、第１，第２の累積変位量測定部５ａ，５ｂは、外周面に形成された溝１６ａ，１６ｂ内に可動ロッド３を嵌合させたプーリー１０ａ，１０ｂと、プーリー１０ａ，１０ｂを可動ロッド３に押し付ける付勢手段である板バネ１１ａ，１１ｂと、プーリー１０ａ，１０ｂの回転量を計測する回転量計測手段である回転ポテンショメータ１２ａ，１２ｂと、一定方向の回転力のみを回転ポテンショメータ１２ａ，１２ｂに伝達する一方向クラッチ１３ａ，１３ｂとからそれぞれ構成されている。

２つのプーリー１０ａ，１０ｂは可動ロッド３を挟んで横並びに配設されており、可動ロッド３を２つのプーリー１０ａ，１０ｂで両側から挟持する構成となっている。プーリー１０ａ，１０ｂを可動ロッド３に押し付ける板バネ１１ａ，１１ｂは、回転ポテンショメータ１２ａ，１２ｂの側方にそれぞれ配置されており、一体に組み立てられたプーリー１０ａ，１０ｂと一方向クラッチ１３ａ，１３ｂと回転ポテンショメータ１２ａ，１２ｂとの全体を付勢するものである。この板バネ１１ａ，１１ｂによって押し付けられることで、測定部２と可動ロッド３とが相対的に移動したときに、プーリー１０ａ，１０ｂの溝１６ａ，１６ｂの内面と可動ロッド３の外周面との間に摩擦力が生じ、プーリー１０ａ，１０ｂが回転する。

プーリー１０ａ，１０ｂの中央部には、プーリー回転軸１４ａ，１４ｂがそれぞれ垂直に設けられており、このプーリー回転軸１４ａ，１４ｂは一方向クラッチ１３ａ，１３ｂを介して一方向回転軸１５ａ，１５ｂに接続されている。２つの一方向クラッチ１３ａ，１３ｂは、プーリー回転軸１４ａ，１４ｂの回転のうち、互いに反対の方向への回転のみを一方向回転軸１５ａ，１５ｂに伝達するものである。つまり、伸側の一方向クラッチ１３ａは、可動ロッド３が伸側に移動したときに連動して回転する伸側回転方向（図２における反時計周り方向、図３における左側）への回転のみを許容し、伸側回転方向と反対側（図２における時計周り方向、図３における右側）への回転を規制するものである。一方、縮側の一方向クラッチ１３ｂは、可動ロッド３が縮側に移動したときに連動して回転する縮側回転方向（図２における時計周り方向、図３における右側）への回転のみを許容し、縮側回転方向と反対側（図２における反時計周り方向、図３における左側）への回転を規制するものである。

図４は回転ポテンショメータ１２ａ，１２ｂの電気回路図である。図３，図４に示すように、回転ポテンショメータ１２ａ，１２ｂは、回転角度を抵抗値（電圧）変化のアナログ量で検出する可変抵抗器であり、回転ポテンショメータ１２ａ，１２ｂによって一方向回転軸１５ａ，１５ｂの回転に比例する電圧が出力される。また、回転ポテンショメータ１２ａ，１２ｂは、板バネ１１ａ，１１ｂによる押し付けを解除することで、一方向回転軸１５ａ，１５ｂが逆回転され、初期位置に戻される。これによって、累積変位のリセットが行われる。

次に、上記した構成からなる変位計１の使用方法について説明する。

まず、図１に示すように、変位計１を所定位置に設置する。このとき、測定部２を制震ダンパー５２に取り付けるとともに、可動ロッド３の先端をガセットプレート５３に取り付ける。このとき、地震エネルギーなどによって制震ダンパー５２が伸縮（変形）すると予想される方向（制震ダンパー５２の変位方向）に沿って可動ロッド３が延在するように変位計１を配置する。

次に、最大変位量測定部４によって、制震ダンパー５２の変位量を継続的に測定し、測定期間における伸側および縮側への最大変位量をそれぞれ記録するとともに、累積変位量測定部５によって、制震ダンパー５２の変位量を継続的に測定し、測定期間における制震ダンパー５２の伸側および縮側への累積変位量をそれぞれ記録する。

具体的には、最大変位量測定部４においては、予め、制震ダンパー５２に変位が生じていない状態における第１の受動部７が指す基準値を目盛り６から読み取っておく。そして、制震ダンパー５２の健全性の検査時に、第１の受動部７が指す値を目盛り６から読み取って、その値と前記基準値とを比較して現在値を検出する。また、現在値の検出と同様に、第２，第３の受動部８．９が指す値をそれぞれ読み取って、その値と前記基準値とを比較して伸び最大値および縮み最大値をそれぞれ検出する。なお、最大変位量測定部４は図示せぬ直線ポテンショメータを利用しているため、電圧値による現在値、最大値、最小値をそれぞれ読み取り、現在値、伸び最大値および縮み最大値にそれぞれ換算することもできる。

また、累積変位量測定部５においては、予め、２つの回転ポテンショメータ１２ａ，１２ｂによって出力された電圧値を変位量にそれぞれ換算する換算係数をそれぞれ求めておく。そして、伸側および縮側の回転ポテンショメータ１２ａ，１２ｂからそれぞれ出力された電圧値をそれぞれ読み取り、これらの電圧値と上記した換算係数とによって伸側および縮側の累積変位量をそれぞれ算定する。

図５（ａ）は制震ダンパー５２の現在値変化の例を時系列的に示した表である。図５（ａ）において、右上がり部分が、制震ダンパー５２が伸側に変位していることを表しており、右下がりの部分が、制震ダンパー５２が縮側に変位していることを表している。また、山部分の頂点が、制震ダンパー５２の伸び最大値を表しており、谷部分の底点が、制震ダンパー５２の縮み最大値を表している。

図５（ｂ）は図５（ａ）に示すような状況における最大変位量測定部４から出力された出力値を示した表であり、図５（ｃ）は図５（ａ）に示すような状況における累積変位量測定部５から出力された出力値を示した表である。
最大変位量測定部４によって測定・記憶される伸び最大値および縮み最大値は図５（ｂ）に示すような記録値としてそれぞれ保持される。また、累積変位量測定部５によって測定・記憶される伸び累積値および縮み累積値は図５（ｃ）に示すような記録値としてそれぞれ保持される。
上記した記録値に基づいて、制震ダンパーの健全性を推定し、制震ダンパー５２の交換時期等を検討する。

上記した構成からなる変位計１によれば、制震ダンパー５２に変位が生じ、可動ロッド３が最大変位量測定部４に対して相対的に一方（伸側或いは縮側）に移動すると、累積変位量測定部５の２つのプーリー１０ａ，１０ｂがそれぞれ回転し、このうち可動ロッド３の移動方向に相当する一方のプーリー１０ａ，１０ｂの回転力のみがプーリー回転軸１４ａ，１４ｂ、一方向クラッチ１３ａ，１３ｂおよび一方向回転軸１５ａ，１５ｂを介して回転ポテンショメータ１２ａ，１２ｂに伝達される。また、可動ロッド３が伸側或いは縮側に最大に移動すると、最大変位量測定部４の第２の受動部８或いは第３の受動部９が目盛り６に沿って伸側或いは縮側に動き、所定位置で記憶保持される。そして、検査時に、２つの回転ポテンショメータ１２ａ，１２ｂからそれぞれ出力された電圧値に基づいて、伸び累積値および縮み累積値がそれぞれ算定されるとともに、第２の受動部８及び第３の受動部９が示す値から、伸び最大値および縮み最大値がそれぞれ検出される。このように、１台で最大変位量および累積変位量をそれぞれ測定・記憶することができ、機器の設置作業を簡略化することができるとともに、設置にかかるコスト及び設置スペースの低減を図ることができる。

また、上記した構成からなる変位計１によれば、板バネ１１ａ，１１ｂによってそれぞれ押し付けられたプーリー１０ａ，１０ｂが直接可動ロッド３に接しているため、ガタツキの生じ難い構成となり、測定される累積変位量値の誤差を低減させることができる。

以上、本発明に係る変位計の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の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、上記した実施の形態では、制震ダンパー５２の最大変位量および累積変位量を測定・記録するために変位計１を使用しているが、本発明に係る変位計は、その他の用途にも使用することができ、例えば、地震や風などによる柱や梁の変位量を測定する場合や、橋桁の移動量、構造物の継ぎ目などの変形を計測管理する場合にも使用することができる。

また、上記した実施の形態では、目盛り６を読み取る方式の最大変位量測定部４が使用されているが、本発明は、最大変位量を電圧値等として出力し、この電圧値に基づいて最大変位量を算定する最大変位量測定部でもよい。

また、上記した実施の形態では、回転量計測手段として回転ポテンショメータ１２ａ，１２ｂが使用されているが、本発明は、回転量計測手段として計数カウンタを使用してもよく、回転量を計測できる手段であれば如何なる機器でもよい。

また、上記した実施の形態では、付勢部材として板バネ１１ａ，１１ｂが使用されているが、本発明は、付勢部材としてスプリングを使用してもよく、如何なる付勢部材でもよい。

本発明に係る変位計の実施の形態を説明するための変位計の設置状況を表す図である。本発明に係る変位計の実施の形態を説明するための変位計を表す図である。本発明に係る変位計の実施の形態を説明するための累積変位量測定部の断面を表す図である。本発明に係る変位計の実施の形態を説明するための累積変位量測定部の変形記憶回路を表す図である。（ａ）は本発明に係る変位計の実施の形態を説明するための変位量の時系列的変化に示した表であり、（ｂ）は本発明に係る変位計の実施の形態を説明するための最大変位量の時系列的変化に示した表であり、（ｃ）は本発明に係る変位計の実施の形態を説明するための累積変位量の時系列的変化に示した表である。

符号の説明

１変位計
２測定部
３可動ロッド
４最大変位量測定部
５累積変位量測定部
１６ａ，１６ｂ溝
１０ａ，１０ｂプーリー
１１ａ，１１ｂ板バネ（付勢手段）
１２ａ，１２ｂ回転ポテンショメータ（回転量計測手段）
１３ａ，１３ｂ一方向クラッチ
５２制震ダンパー（被測定箇所）
５３ガセットプレート（固定体）

Claims

被測定箇所または固定体のうちの何れか一方に設置される測定部によって、測定部に対して軸方向に移動可能に設けられているとともに被測定箇所または固定体のうちの何れか他方に取り付けられる可動ロッドの移動量を計測し、該移動量に基づいて被測定箇所の変位量を測定する変位計において、
前記測定部には、可動ロッドの最大移動量を計測することで被測定箇所の最大変位量を測定・記憶する最大変位量測定部と、可動ロッドの累積移動量を計測することで被測定箇所の累積変位量を測定・記憶する累積変位量測定部とが備えられ、
前記累積変位量測定部には、外周面に形成された溝内に可動ロッドを嵌合させたプーリーと、プーリーを可動ロッドに押し付ける付勢手段と、プーリーの回転量を計測する回転量計測手段と、プーリーの回転のうち、一定方向の回転力のみを回転量計測手段に伝達する一方向クラッチとが備えられていることを特徴とする変位計。
被測定箇所または固定体のうちの何れか一方に設置された累積変位量測定部と、
該累積変位量測定部に対して軸方向に移動可能に設けられているとともに被測定箇所または固定体のうちの何れか他方に取り付けられる可動ロッドと、を備え、
前記累積変位量測定部によって前記可動ロッドの累積移動量を計測することで被測定箇所の累積変位量を測定・記憶する累積変位量測定機構において、
前記累積変位量測定部には、外周面に形成された溝内に可動ロッドを嵌合させたプーリーと、プーリーを可動ロッドに押し付ける付勢手段と、プーリーの回転量を計測する回転量計測手段と、プーリーの回転のうち、一定方向の回転力のみを回転量計測手段に伝達する一方向クラッチとが備えられていることを特徴とする累積変位量測定機構。