JP4857144B2 - 鉄蓋類の開蓋操作力の測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、受枠に食い込んでいる鉄蓋類を、開蓋工具を用いて、梃子作用により受枠から取り外すときに必要となる操作力を測定するための装置に関するものである。

マンホール鉄蓋にはテーパー状に形成された外周面を有し、そのテーパー外周面を、受枠のテーパー内周面に嵌合させるようにした、いわゆる急勾配型のものがある。このような鉄蓋は、加工された急勾配のテーパー面により、ガタツキを封じ込めることができるという特徴を有するものであるが、近年車両の重量化が進み、受枠に鉄蓋が食い込み過ぎて開けにくいという問題を生じている。開蓋に必要な操作力が過大になると、肉体的負担が増し、かつまた、余分な時間を費やすことにもつながり、例えば消火栓蓋の場合には、それだけ消火活動にてこずることにもなる。このため、食い込んだ鉄蓋を開けるために必要な操作力がどの程度かということを、予め把握しておく必要が生じる。

しかしながら上記の目的に利用可能な測定装置は見当たらない。これに対して従来は、バールなどと通称される、棒状の開蓋工具を使用して開蓋作業を行なう際に、操作部にばねばかりを取り付けて計測するようなことも行なわれたが、数値がばらついて正確を期し難く、また、ばねばかりが外れたりすることもあるため、危険でもあった。このような事情のため、本発明者は、実際の開蓋作業と同様に、開蓋工具を使用して開蓋操作力の測定を行なうという意図の下に開発を行い、本発明を完成した。

実用新案登録第３１０９１０８号

本発明は前記の点に着目してなされたものであり、従ってその課題は、開蓋工具を使用する鉄蓋類の開蓋操作力の測定装置を提供することである。また本発明の他の課題は、実際に開蓋工具を使用して開蓋操作を行なうのと同じ要領で、開蓋操作力を測定できるようにすることである。

前記の課題を解決するため、本発明は、受枠に食い込んでいる鉄蓋類を、開蓋工具を用いて、梃子作用により受枠から取り外すときに必要となる操作力を測定するための装置として、基端部が操作力を加える力点となり、先端部が鉄蓋類に作用して鉄蓋類をこじ開ける作用点となり、作用点の近くにおいて受け枠に開蓋工具を支持させる支点となる、梃子要素を有する棒状の開蓋工具と、開蓋工具の上記の梃子要素を夫々の位置に配置し、力点に加えた操作力を作用点に作用させたときに、開蓋工具に生じる微少な変形量を検出するために、工具本体に取り付けたセンサーと、センサーの出力値に基づいて、開蓋操作により開蓋工具に生じた曲げ応力を演算し、上記の操作力を物理量として表示する表示部を具備して構成するという手段を講じたものである（請求項１に記載の発明）。

本発明に係る装置は、受枠に食い込んでいる鉄蓋類を、開蓋工具を用いて、梃子作用により受枠から取り外すときに必要となる操作力を測定するための装置である。この種の鉄蓋類を受枠に嵌め合わせる構造には、前述の鉄蓋類のテーパー外周面を、受枠のテーパー内周面に嵌合させるようにした、いわゆる急勾配型のものがあり、本発明をこの型における鉄蓋類の取り外し力を測定する場合に適用し得るのは勿論であるが、テーパー嵌合蓋に限られるわけではなく、あらゆる形式で受枠に嵌め込まれている鉄蓋類の開蓋操作力の測定に適用することができる。

本発明に係る装置には、まず、基端部が操作力を加える力点となり、先端部が鉄蓋類に作用して鉄蓋類をこじ開ける作用点となり、作用点の近くにおいて受け枠に開蓋工具を支持させる支点となる、梃子要素を有する棒状の開蓋工具が必要である。言うまでもないことであるが、力点は作業に携わる者が開蓋のために力を加える箇所であり、作用点は開蓋工具の開放力を鉄蓋類に及ぼす箇所である。

開蓋工具は、先端に係止部を有するとともに、基端部にはハンドルを有しており、先端の係止部周辺には、鉄蓋類の開放に必要となる、各様の突起部が設けられている。係止部は、鉄蓋類に開蓋工具を掛け止めてこじ開ける部分である。また、突起部は、受枠に接触して支点となるように後方に設けられた部分と、鉄蓋類の表面又は下面に接して安定を高めるように工具本体の左右へ延び出た部分を有しているものであることが望ましい（請求項２に記載の発明）。なお、開蓋工具に設けるハンドルには、ほぼＴ字のものや、ほぼ十字型になるものもあるが（図１、図２等）、本発明におけるハンドルは、どちらのものも含む。

上記の如く構成された開蓋工具を使用することにより、力点に加えた操作力を、常にほぼ一定の向きで開蓋に必要な作用力すなわち開放力として鉄蓋類に加えることができ、従って開蓋工具に取り付けたセンサーに加えられる力もほぼ一定になる。開蓋工具の上記の梃子要素を夫々の位置に配置し、力点に加えた操作力を作用点に作用させたときに、開蓋工具に生じる微少な変形量が最大になる箇所にセンサーを取り付けることは、梃子作用による開蓋操作を通じて、センサーに対する入力の方向が一定になるので、望ましい構成である。すなわち、開蓋工具による鉄蓋類に対する開放力はほぼ一定し、また、センサーに伝えられる変形量もほぼ一定のものとなる。

開蓋工具は、断面が円形の丸棒状のものである場合において、その梃子要素を夫々の位置に配置したときに、上面となる位置と下面となる位置のいずれか一方又は両方に平面を形成し、この平面にセンサーを取り付けた構成とすることができる（請求項３に記載の発明）。上面となる位置は上記の微少な変形量が引張力として最大になる箇所であり、下面となる位置は逆に微少な変形量が圧縮力として最大になる箇所である。なお、断面が例えば正方形のように、上面又は下面に平面が配置される開蓋工具である場合にはわざわざ平面を形成する必要性は少ないが、丸棒状のものである場合には削平して、センサーを取り付ける平面を設けるものとする。

センサーは工具本体に取り付けて、開蓋工具に生じる微少な変形量を検出するものである。より具体的にいえば、センサーは、開蓋工具の上記の梃子要素を夫々の位置に配置して、力点に加えた操作力を作用点に作用させたときに、棒状の開蓋工具の弾性変形の量を検出するためのものであり、例えばひずみセンサー（ひずみゲージとも称される。）などを使用することができる。ひずみセンサー（ひずみゲージ）は、開蓋時に開蓋工具の弾性変形によって生じる局部的な長さの変化を、ホイートストンブリッジを介して捕捉し、変形量を計測する目的で使用され、この変形量から応力、圧力、外力などの物理量に置き換えて表示することができる。

従って、センサーの出力値に基づいて、開蓋操作により開蓋工具に生じた曲げ応力を演算し、上記の操作力を物理量として表示するために、表示部が上記のセンサーに組み合わされる。表示部は、記憶装置、演算装置、表示装置などから構成されるが、さらに、ＰＣ（パーソナルコンピューター）に接続して、各種データ管理を行なうことも可能である。なお、表示部は、開蓋工具とは別に設けるものと、一体に設けるものに大別される。

本発明は以上のように構成されかつ作用するものであるから、開蓋工具を用いて、梃子作用により受枠から取り外すときに必要となる操作力を、実際に開蓋工具を使用して開蓋操作を行なうのと同じ要領で、実際の開蓋作業と同様に、直接に測定することができるという効果を奏する。また本発明によれば、緊急に蓋を開けなければならない状況にある、消火栓鉄蓋のような鉄蓋類の開放力を予め正確に知ることができるほか、例えば地方自治体等、地下構造物の管理者においても、地下構造物に使用されているマンホール蓋などの開蓋に必要な作用力を正確に把握することができる。

以下図示の実施形態を参照しつつ本発明をより詳細に説明する。図１は、受枠１１に食い込んでいる鉄蓋類１２を、開蓋工具１３を用いて、梃子作用により受枠１１から取り外すときに必要となる操作力を測定するための、本発明に係る鉄蓋類の開蓋操作力の測定装置１０の例を示すものである。図１Ａは、表示部１４を、開蓋工具１３とは別に設けるものの例を示しており、図１Ｂは、一体に設けるものの例を示している。表示部１４を別体に設けるか一体に設けるかの点を除けば、発明としての構成は同一であるので、以下、別体か一体かを特には区別せずに説明する。

図２、図３を参照して説明すると、開蓋工具１３は、基端部が操作力を加える力点１５となり、先端部が鉄蓋類１２に作用してこじ開ける作用点１７となり、作用点の近くにおいて受枠１１に開蓋工具１３を支持させる点が支点１６となる、梃子要素を有する棒状のものである。開蓋工具１３は、先端にフック型の係止部１８を有するとともに、基端部にはほぼ十字型を構成するハンドル１９を有している。また、ハンドルよりも突出した基端にはこじり部１８ａが形成されており、先端部の後ろ側には支持突起１８ｂが、左右側部には押圧突起１８ｃが夫々形成されている。上記の係止部１８は、鉄蓋類１２の所謂バール穴１２ａに差し込まれて係止状態になり、指示突起１８ｂは受け枠１１の上端に接触して支点になり、押圧突起１８ｃは鉄蓋類の上面に接触する。

図４は、他の例の開蓋工具１３′を示すもので、先端には、鉄蓋類１２の下面に接触するほぼＴ字型の係止部１８′を有しており、先端部の後ろ側には支持突起１８ｄを有している。上記ほぼＴ字型の係止部１８′は、ハンドル１９′と平行に形成されている。他の構成については、図２、図３と同じ符号を使用し、詳細な説明は省略する。図２、図３或いは、図４のいずれの例においても、支点１６から力点１５までの長さＡと、支点１６から作用点１７までの長さＢの比に応じて決まる梃子作用により開蓋作業を行なうことになる。

開蓋工具１３、１３′には、上記の梃子要素を夫々の位置に配置し、力点１５に加えた操作力を作用点１７に作用させたときに、開蓋工具１３、１３′に生じる微少な変形量を検出するために、ひずみセンサー２０を取り付けるものである（図２〜図７）。図示の例では、断面が円形の丸棒状である開蓋工具１３、１３′を夫々の位置に配置したときに、上面となる位置と下面となる位置の両方の対称位置に図５に示すように、平面２１、２２を形成し、この平面２１、２２に、図６に示すように、各２個ずつセンサー２０−１、２０−２、２０−３、２０−４を夫々取り付けている。上面のセンサー２０−１、２０−２のリード線は左右側方へ引き出され、下面のセンサー２０−３、２０−４のリード線は端子台２３に接続し、端子台２３から別のリード線を引き出している。なお、センサー２０−１・・・は、平面２１、２２に接着によって取り付けている。

各センサー部分は、図７に示すように例えば樹脂製のカバー２４を用いて覆うことによって保護し、コード２５により前記表示部１４に接続される。上記４個のひずみセンサー２０−１、２０−２、２０−３、２０−４は、図８に示されるようにホイートストンブリッジ回路２６を構成する抵抗として接続される。表示部１４は、センサー２０−１・・・の出力値に基づいて、開蓋操作により開蓋工具１３、１３′に生じた曲げ応力を演算し、上記の操作力を物理量として表示するものであり、これを開蓋工具１３、１３′と一体に設けるか或いは別体に設けるかについては、既に図１Ａ、Ｂに説明したように選択事項である。

表示部１４は、図１０に示すようにひずみセンサーに電圧を供給する電源回路、ホイートストンブリッジ回路２６から出力される差動電圧を増幅する増幅回路、ひずみセンサーからの出力信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換回路、デジタル信号を力量に変換（換算）する演算回路、演算結果を物理量として出力する表示回路によって構成されている。

このような構成において、受枠に食い込んでいる鉄蓋類を開放するには、鉄蓋類１２のいわゆるバール孔１２ａに、開蓋工具１３、１３′の先端を差し入れ、その係止部１８、１８′を上記バール孔１２ａの縁に近い蓋体裏面に掛け止めて安定させ、受け枠上端の角を支点、基端部を力点１５として操作力を加えることにより、こじ開けるようにする（図１、図３参照）。操作力に比例した開放力により鉄蓋類１２が開蓋され始めるのに応じて、開蓋工具１３、１３′の変形量が増大し、鉄蓋類１２が開放された瞬間、その変形量はひずみセンサー２０−１、２０−２、２０−３、２０−４に検出される。検出値はコード２５を介して表示部１４に出力され、ピーク値がホールドされ、開放に要した作用力は、例えばニュートン（Ｎ）を単位として、表示部１４に表示される。

鉄蓋類の一種であるマンホール鉄蓋を開放するための開蓋工具については、支点１６から力点１５までの長さＡとして、一般に８００ｍｍが採用されている。そこでこれを適用し、図９に示すようにして検査した、開蓋に必要な開放力について、次に説明する。

例として、φ５００用消火栓鉄蓋と、φ６００用消火栓鉄蓋を検査対象とし、これらを図１に示すように、検査に供した鉄蓋類１２を受枠１１に嵌合させ、さらに、荷重試験機を用いて、予め規定された試験荷重にて、食い込みを生じさせた。試験荷重は２１０ｋＮ（道路橋示方書に規定されているＴ−２５、車両総重量＝２５トン時）として、本発明に係る装置１０による開放力を測定した。その結果、
φ５００用消火栓鉄蓋の場合、
図１Ａに示す別体型の装置による開放力は、３９７Ｎ、のように表示される。
φ６００用消火栓鉄蓋の場合、
図１Ａに示す別体型の装置による開放力は、２９８Ｎ、のように表示される。

よって、φ５００用消火栓鉄蓋の場合は、およそ３９７Ｎつまり約４０．５ｋｇの開放力を、また、φ６００用消火栓鉄蓋の場合には、およそ２９８Ｎつまり約３０．４ｋｇの操作開放力を、必要とすることが分かる。なお、表示部１４に表示する数値は、前述したように応力、圧力、外力などの任意の物理量を選択することができる。

本発明に係る鉄蓋類の開蓋操作力の測定装置を示すもので、Ａは分離型表示部を有するもの、Ｂは一体型表示部を有するものの斜視図である。 一体型表示部を有する本発明に係る装置に用いる開蓋工具の例を示すもので、Ａは正面図、Ｂは側面図である。 同上の開蓋工具の使用状態を示すもので、Ａは梃子作用を示す断面説明図、Ｂは平面図である。 同様に開蓋工具の他の例を示すもので、Ａは正面図、Ｂは側面図である。 センサーの取り付け部を示すもので、Ａは側面図、Ｂは平面図、Ｃは横断面図である。 センサーの取り付け状態を示すもので、Ａは上面図、Ｂは側面図、Ｃは下面図である。 同じくセンサー取り付け状態を示す断面説明図である。 ホイートストンブリッジの回路説明図。 本発明に係る装置による開蓋操作に要する作用力の実験例を説明する全体の側面図である。 本発明に係る装置の電気的構成を示すもので、Ａは側面説明図、Ｂは回路図である。

符号の説明

１０ 鉄蓋類の開蓋操作力の測定装置
１１ 受枠
１２ 鉄蓋類
１３、１３′ 開蓋工具
１４ 表示部
１５ 力点
１６ 支点
１７ 作用点
１８、１８′ 係止部
１９、１９′ ハンドル
２０、２０−１〜２０−４ ひずみセンサー
２１ 平面
２２ 平面
２３ 端子台
２４ カバー
２５ コード
２６ ホイートストンブリッジ

Claims (3)

1. 受枠に食い込んでいる鉄蓋類を、開蓋工具を用いて、梃子作用により受枠から取り外すときに必要となる操作力を測定するための装置であって、
   基端部が操作力を加える力点となり、先端部が鉄蓋類に作用して鉄蓋類をこじ開ける作用点となり、作用点の近くにおいて受け枠に開蓋工具を支持させる支点となる、梃子要素を有する棒状の開蓋工具と、
   開蓋工具の上記の梃子要素を夫々の位置に配置し、力点に加えた操作力を作用点に作用させたときに、開蓋工具に生じる微少な変形量を検出するために、工具本体に取り付けたセンサーと、
   センサーの出力値に基づいて、開蓋操作により開蓋工具に生じた曲げ応力を演算し、上記の操作力を物理量として表示する表示部を具備して構成された
   鉄蓋類の開蓋操作力の測定装置。
2. 開蓋工具は、先端に係止部を有するとともに、基端部にはハンドルを有しており、先端の係止部周辺には、鉄蓋類の開放に必要となる、各様の突起部が設けられ、突起部は、受枠に接触して支点となるように後方に設けられた部分と、鉄蓋類の表面又は下面に接して安定を高めるように工具本体の左右へ延び出た部分を有している請求項１記載の鉄蓋類の開蓋操作力の測定装置。
3. 開蓋工具は、断面が円形の丸棒状のものであり、その梃子要素を夫々の位置に配置したときに、上面となる位置と下面となる位置のいずれか一方又は両方に平面を形成し、この平面にセンサーを取り付けた構成を有する請求項１又は２記載の鉄蓋類の開蓋操作力の測定装置。

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