JP5483601B2 - 膜張力測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、膜体を音波によって振動させることにより、当該膜体に付与されている張力を測定するための膜張力測定装置に関する。

膜構造を有する建築物には、例えば、野球場、体育館、パビリオンなどが挙げられる。ここで、上記膜構造の主体となる膜体は、その自由状態で可撓性を有している。このため、この建築物の竣工時には、その膜構造における膜体に対し面方向に沿って一様な張力（Ｎ／ｃｍ）が初期荷重として付与され、これにより、膜体は所定形状に保持（保形）されると共に、風や雪などの負荷によって容易に変形しないようにするための剛性が与えられる。

ところで、建築物の竣工後の時間経過に伴い、上記膜体には、通常、その面方向に緩みが生じがちとなる。この緩みにより、上記張力により膜体に生じていた内部応力が低下し、つまり、上記張力が低下することとなる。そして、この張力の低下により、上記膜体に過度な緩みが生じると、フラッタリングやポンディングという不都合が生じる虞があり、好ましくない。

このため、建築物の竣工後、所定時間の経過毎に膜体に付与されている張力を知ることは、長期間にわたって膜体を適性に維持管理する上で重要である。そこで、上記張力を測定可能とする膜張力測定装置が、下記特許文献１に示されるように従来より知られている。

上記特許文献１によれば、膜張力測定装置は、一様な張力が付与された膜体の膜面に当接する矩形枠体と、この枠体によって囲まれた上記膜体の一部分に向かって音波を発する音波発生装置と、上記音波により上記膜体の一部分に生じる振動を検出する振動検出装置と、この振動検出装置が検出する振動データに基づいて上記張力を演算する演算装置とを備えている。

上記膜張力測定装置を用いて膜体の張力を測定する作業を行う場合には、まず、上記膜体の膜面に枠体を当接させる。次に、上記枠体で囲まれた膜体の一部分に向かって上記音波発生装置により音波を発生させる。すると、この音波により上記膜体の一部分が振動し、この振動が上記振動検出装置により検出される。そして、この振動検出装置が検出する振動検出データに基づいて、上記演算装置により上記膜体の一部分の共振（固有）振動数が特定され、この共振振動数により、上記張力が演算されて出力される。この結果、上記張力を知ることができ、これにより、上記膜体の適正な維持管理ができることとなる。

ところで、上記特許文献１の膜張力測定装置では、枠体、音波発生装置、振動検出装置および演算装置が互いに個別に設けられている。このため、上記膜張力測定装置により張力の測定作業をしようとすると、測定者は上記各構成部品をそれぞれ個別に支持する必要がある。しかし、これでは、特に建築物など高所や足場の悪いところでの測定作業が煩雑になるおそれがあり、この点、改善の余地が残されている。

特開２００２−９０２３８号公報

本発明の目的は、膜体の張力測定の作業が容易な膜張力測定装置を提供することである。

本発明の一局面による膜張力測定装置は、張力が付与された膜体の膜面に当接可能な矩形枠体と、上記枠体によって囲まれた上記膜体の一部分に向かって音波を発する音波発生装置と、上記音波により上記膜体の一部分に生じる振動を検出する振動検出装置と、上記振動検出装置が検出する振動データに基づいて上記張力を演算する演算装置と、を備え、上記音波発生装置、振動検出装置および演算装置がそれぞれ上記枠体に取り付けられている。

本発明の実施形態による膜張力測定装置の平面図である。 上記膜張力測定装置の正面図である。 上記膜張力測定装置の側面図である。 上記膜張力測定装置の電気ブロック図である。 上記膜張力測定装置による制御のフローチャートを示す図である。 上記膜張力測定装置による張力の測定作業のタイムチャート図である。

本発明を実施するための形態としての膜張力測定装置は、均一な張力が付与された膜体の膜面に当接可能な矩形枠体と、この枠体によって囲まれた上記膜体の一部分に向かって音波を発する音波発生装置と、上記音波により上記膜体の一部分に生じる振動を検出する振動検出装置と、この振動検出装置が検出する振動データに基づいて上記張力を演算する演算装置とを備える。上記音波発生装置、振動検出装置および演算装置は、それぞれ上記枠体に取り付けられている。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１〜３において、符号１は膜構造を有する建築物１である。この建築物１の膜構造（テント）における膜体２は水平方向に延びている。

本実施形態の膜張力測定装置の測定対象となり得る膜体２は、特に限定されるものではないが、樹脂又はゴムからなるフィルム又はシート状のものであれば、本装置によって測定することができる。フィルム又はシートは、織物又は編物からなる基材に樹脂又はゴムを被覆したものであっても良い。

上記樹脂は、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリウレタン、フッ素樹脂、ポリスチレン、アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリアミド、アクリル樹脂、ポリカーボネート、メチルペンテン樹脂の何れかまたはこれらの混合物であるのがよい。また、上記ゴムは、クロロプレンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴムの何れかであるのがよい。

上記織物又は編物は、ケナフ、ジュートその他の天然繊維や、ポリアミド系繊維、ポリアラミド系繊維、ポリエステル系繊維、ポリ塩化ビニル系繊維、ポリ塩化ビニリデン系繊維、アクリル系繊維、ポリビニルアルコール系繊維、ポリプロピレン系繊維、ポリエチレン系繊維などの合成繊維や、ガラス繊維、シリカ繊維、バサルト繊維などの無機繊維の何れかまたはこれらの混合による織物又は編物であるのがよい。

膜体が透明または半透明の場合には、後述の振動検出装置２４が照射するレーザ光線が膜体を透過してしまい、反射光を検出できない場合がある。このような場合には、膜面においてレーザ光線が照射される位置に不透明のテープ等の部材を貼り付けるようにしてもよい。そうすれば、反射光を検出する事ができ、張力測定が可能となる。

上記膜体２には、その面方向で、直交する２方向（ｘ，ｙ方向）にそれぞれ一様な張力Ｔｘ，Ｔｙ（Ｎ／ｃｍ）が付与されている。上記膜体２に対する張力Ｔｘ，Ｔｙの付与により、この膜体２は、所定形状に保持されると共に、風や雪などの負荷に対抗するための剛性が与えられている。

膜体２に付与されている張力Ｔｘ，Ｔｙを測定するための膜張力測定装置３は、上記膜体２の膜面４である上面に当接可能な矩形の枠体５を備えている。この枠体５は、上記膜体２に直交するよう鉛直方向に延びる軸心６を有する短尺の角筒形状とされている。上記膜張力測定装置３の平面視で、上記枠体５は、短辺がｘ方向に延びる長方形とされている。上記枠体５を構成する４枚の壁板７は、透明のアクリル製樹脂板により形成されている。上記膜張力測定装置３の平面視で、上記枠体５のｘ方向の内幅寸法は２０ｃｍ、ｙ方向の内幅寸法は３０ｃｍ、枠体５の高さは１０ｃｍである。

枠体５は、その下端面が膜面４と当接するように膜体２上に設置される。上記膜張力測定装置３は、水平に延びて上記枠体５の上端部（即ち、対向する一対の壁板の上端部）に架設されると共に、この上端部に締結具１０により固着される平板状のブラケット１１を備えている。なお、図１は、ブラケット１１がｙ方向に延びるようにセットされる例を示している。

また、上記膜張力測定装置３は、ブラケット１１の上面から上方に向かって突設される門型の把手１２を備えている。この把手１２は、上記膜張力測定装置３を用いて上記張力Ｔｘ，Ｔｙの測定作業をしようとする測定者１３によって把持可能とされる。上記ブラケット１１と把手１２とは共に黒アルマイト製とされる。

上記膜張力測定装置３には、上記ブラケット１１を介して枠体５に取り付けられる音波発生装置１７が設けられている。音波発生装置１７は、枠体５によって囲まれた上記膜体２の矩形の一部分２ａに向かって音波１６を発するものであり、本実施形態では、音波発生装置１７はフラットパネルスピーカとされている。この音波発生装置１７は、上記ブラケット１１に支持されて上記枠体５の内部空間１８の上端に沿って延び、その下方の上記膜体２の一部分２ａに向かって開口するハウジング１９と、このハウジング１９の開口を閉じるようこのハウジング１９に取り付けられる矩形のフラットパネル２０と、上記ハウジング１９内で、上記フラットパネル２０の上面側に設置される振動素子２１とを備えている。

上記膜張力測定装置３の平面視で、上記フラットパネル２０は長方形をなして上記膜張力測定装置３の内部空間１８の中央部に位置している。上記フラットパネル２０の短辺と長辺とは、上記枠体５の内側寸法の短辺と長辺とに対しそれぞれ平行に延びている。また、上記フラットパネル２０は、枠体７の下端部（壁板７の下端部）と平行になっている。すなわち、フラットパネル２０は上記膜体２の一部分２ａと平行に延びるように設けられている。フラットパネル２０はアクリルなどの樹脂板製や板金製などとされる。

上記振動素子２１は、外部からの電気信号により振動し、この振動は上記フラットパネル２０に伝達され、これにより、このフラットパネル２０が音波１６を発する。この音波１６のエネルギーにより、上記膜体２の一部分２ａが振動する。すなわち、フラットパネル２０と膜体２の一部分２ａとは非接触で音波が伝わる。

上記膜張力測定装置３には、図２〜４に示すように、上記音波１６により上記膜体２の一部分２ａに生じる固有振動を検出する振動検出装置２４が設けられる。この振動検出装置２４は、レーザドップラ振動計であり、上記膜体２の一部分２ａの振動を非接触で検出する。振動検出装置２４は、上記ブラケット１１に支持されて上記枠体５の内部空間１８に配置されている。振動検出装置２４は、上記膜体２の一部分２ａの上方近傍に配置されるとともに、上記軸心６上で、上記膜体２の一部分２ａと音波発生装置１７との間に配置されるセンサヘッド２５と、このセンサヘッド２５と電気的に接続されるアンプユニット２６とを備えている。

上記膜張力測定装置３には、上記振動検出装置２４が検出する振動検出データに基づいて上記張力Ｔｘ，Ｔｙを電子的に演算する演算装置２９が設けられている。この演算装置２９は、上記枠体５の上端部に架設されると共に、この上端部に締結具３０により固着されるハウジング３１を備えている。なお、図１は、ハウジング３１が上記ブラケット１１の上方近傍をｘ方向に延びるように設置される例を示している。

上記演算装置２９は、図４に示すように、上記ハウジング３１の内部に下記構成部品を備えている。即ち、演算装置２９には、記憶装置などを有する中央制御装置３３、この中央制御装置３３に接続される時計３４、電源となるリチウム電池３５、上記中央制御装置３３への電池３５からの電力供給をオン・オフする電源スイッチ３６、上記音波発生装置１７と中央制御装置３３とを接続して上記音波発生装置１７に電池３５からの電力供給を可能とするパワーアンプ３７およびＤ／Ａ変換器３８、上記振動検出装置２４のアンプユニット２６と中央制御装置３３に内有されるＡ／Ｄ変換器３９とを接続するバッファアンプ４０およびローパスフィルタ４１、断接スイッチ４２を介して上記振動検出装置２４のアンプユニット２６と接続される安定化電源４３、およびこの安定化電源４３に切換スイッチ４４を介して接続され、充電可能なニッケル水素バッテリである二次電池４５が設けられている。

上記安定化電源４３は、上記切換スイッチ４４とＡＣアダプタ４８とを介し、商用の交流（１００Ｖ）の外部電源４９に断接可能とされている。上記中央制御装置３３にスタートスイッチ５２が電線５１を介して接続されている。スタートスイッチ５２は、上記ハウジング３１の外部に設けられており、中央制御装置３３を作動開始させるためのスイッチである。また、上記ハウジング３１の上面には液晶表示部等の表示部５３が設けられている。表示部５３は、演算装置２９による演算結果などの測定データが測定者１３により視認できるよう表示する。

上記演算装置２９による演算結果などの測定データは、この演算装置２９から離れたところに位置する端末パーソナルコンピュータである受信装置５６に無線で送信できる。具体的には、上記演算装置２９のハウジング３１の内部に上記中央制御装置３３に接続される無線モジュール（通信モジュール）５７が設けられ、また、上記受信装置５６に接続される送受信ユニット５８がハウジング３１の外部に設けられている。上記受信装置５６は、受信した上記測定データを視認できるよう表示する液晶表示部等の表示部５９を備えている。なお、上記演算装置２９と受信装置５６とは電線６０によって送受信するようにしてもよい。すなわち、演算装置２９と受信装置５６とは有線接続してもよい。

ここで、上記膜体２の単位面積当たりの質量ρ_ｋ（ｋｇ／ｍ^２）の値は、測定対象となる膜体２の種類（Ａ〜Ｃ種など）によって互いに相違する。そこで、上記測定対象となる膜体２の種類と、その各ρ_ｋの値は、初期条件として、予め演算装置２９に蓄積されている。そして、膜張力測定装置３において、測定対象となる膜体２の種類と、この種類に合致するρ_ｋの値とは、任意に選択可能とされている。なお、上記膜体２の種類に合致するよう、ρ_ｋの値が、その都度、測定者１３によって演算装置２９に入力されるようにしてもよい。

次に、図５，６を参照しながら、測定者１３が、上記膜張力測定装置３を用いて膜体２の張力Ｔｘ，Ｔｙを測定する際の作業の手順について説明する。図５は、膜張力測定装置３の演算装置２９による制御フローを示し、図中Ｓはプログラムの各ステップを示している。また、図６は、上記図５のフローチャートに沿ったタイムチャートを示している。

まず、図１〜３中実線で示すように、上記膜体２の膜面４の上面に枠体５の下端部を当接させる一方、上記電源スイッチ３６をオンする（図５中のステップＳ１、図６中の時間ａ）。次に、スタートスイッチ５２をオンする（図５中のステップＳ２、図６中の時間ｂ）。これにより、上記膜張力測定装置３の表示部５３に、測定準備のための表示がなされる（図５中のステップＳ３）。例えば、この表示は、測定作業の整理番号、日時、測定対象となる膜体２の種類（Ａ〜Ｃ種など）、枠体５の姿勢などである。この枠体５の姿勢とは、例えば、膜体２の膜面４に沿った方向のある一方向をｘ方向とした場合において、このｘ方向に上記枠体５の短辺を平行にさせた場合の姿勢（図１〜３中実線の「第１姿勢」）等を意味する。

そして、上記したようにスタートスイッチ５２をオンすれば、このスタートスイッチ５２のオンから所定時間Ｔ１の経過後（図５中のステップＳ４）に音波発生装置１７が自動的に作動を開始（オン）する（図５中のステップＳ５、図６中の時間ｃ）。

つまり、上記音波発生装置１７の振動素子２１が中央制御装置３３からの所定の電気信号により振動を開始して、この振動が上記フラットパネル２０に伝達される。そして、これにより、フラットパネル２０が５００Ｈｚ以下の所定周波数域でホワイトノイズである音波１６を発する。すると、この音波１６を受けて上記膜体２の一部分２ａが振動する。この場合、初期条件として、上記音波１６により振動する上記膜体２の「振動範囲」は、上記「第１姿勢」の枠体５により区画された膜体２の一部分２ａに相当し、図例では、この一部分２ａの短辺の長さはａ_１であり、長辺の長さはｂ_１である。

また、上記音波発生装置１７のオンから所定時間Ｔ２の経過後に（図５中のステップＳ６）、振動検出装置２４が自動的に作動を開始（オン）する（図５中のステップＳ７、図６中の時間ｄ）。すなわち、上記振動検出装置２４は、上記中央制御装置３３からの制御信号により、上記電池４５を電源として、レーザ光線を上記膜体２の一部分２ａに照射開始する。このレーザ光線は、振動する膜体２の一部分２ａで反射し、その反射光は上記センサヘッド２５に入力される。センサヘッド２５は、ドップラ効果に基づく上記反射光の波長の変化を検出すると共に、上記音波発生装置１７のフラットパネル２０が発する音波１６の所定周波数域（０〜５００Ｈｚ）において、上記膜体２の一部分２ａに生じる固有振動を検出する。

このとき、上記振動検出装置２４は、上記音波発生装置１７の作動中にのみ作動している。すなわち、振動検出装置２４は、音波発生装置１７が作動中であることを条件として作動する。なお、上記振動検出装置２４の作動の開始は、上記音波発生装置１７の作動の開始（図５中のステップＳ５、図６中の時間ｃ）と同時であってもよい。

次に、上記振動検出装置２４が検出した上記膜体２の一部分２ａの固有振動を内容とする振動データは、上記演算装置２９に入力され、この演算装置２９の作動が自動的に開始（オン）される（図５中のステップＳ７、図６中の時間ｄ）。振動検出装置２４の振動データが演算装置２９に入力される際には、上記固有振動のうち、当該測定作業における測定者１３の手ぶれに起因すると考えられる所定の下限振動数（２０Ｈｚ）以下の振動についての振動データは、前記ローパスフィルタ４１によりフィルタリング（除去）される。

そして、上記下限振動数を越えている上記固有振動の各振動数毎に、スペクトルとして具現可能な振動の強度（ｄＢ）が、上記演算装置２９によりＦＦＴ（高速フーリエ変換）を用いて演算される。上記振動の強度は、上記固有振動での異なる値の振動数で極大値を複数点採ることがあるが、これらの極大値を取る振動数のうち、最大値に対応する振動数が共振（固有）振動数として選択される。そして、この振動数が演算結果としての共振（固有）振動の基本振動数ｆ_１とされて記憶される。

上記振動検出装置２４と演算装置２９とは所定時間Ｔ３だけ作動して（図５中のステップＳ８）、オフする（図５中のステップＳ９、図６中の時間ｅ）。次に、これら振動検出装置２４と演算装置２９との作動のオフから０．５秒程度の所定時間Ｔ４の経過後に（図５中のステップＳ１０）、上記音波発生装置１７がオフする（図５中のステップＳ１１、図６中の時間ｆ）。なお、上記各所定時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は、その合計時間が１０秒以下の範囲で、それぞれ任意に設定可能とされる。

次に、図１中に一点鎖線で示すように、上記枠体５を、その軸心６回りに９０°回転変位させて「第２姿勢」とする。この状態で、枠体５を膜体２の膜面４の上面に当接させる一方、上記スタートスイッチ５２をオンする（図５中のステップＳ２、図６中の時間ｂ´）。そして、上記同様に、演算装置２９による自動制御により、音波発生装置１７、振動検出装置２４、および演算装置２９が順次作動（オン）する。

上記の場合、初期条件として、上記音波１６により振動する上記膜体２の「振動範囲」は、上記「第２姿勢」の枠体５により区画された膜体２の他の一部分に相当し、図例では、この「他の一部分」の長辺の長さはａ_２であり、短片の長さはｂ_２である。そして、上記同様に、演算装置２９により、固有振動のうち、振動の強度が最大値となる振動数が選択されて、この振動数が演算結果としての他の共振（固有）振動の基本振動数ｆ_２とされて記憶される。

上記した初期条件と演算結果とを整理すると、次の如くである。

ρ_ｋ（ｋｇ／ｍ^２）：測定対象となる膜体の単位面積当たりの質量
ａ_１（ｃｍ）：共振振動の基本振動数ｆ_１の「振動範囲」の短辺の長さ
ｂ_１（ｃｍ）：共振振動の基本振動数ｆ_１の「振動範囲」の長辺の長さ
ａ_２（ｃｍ）：共振振動の基本振動数ｆ_２の「振動範囲」の長辺の長さ
ｂ_２（ｃｍ）：共振振動の基本振動数ｆ_２の「振動範囲」の短辺の長さ
ｆ_１（Ｈｚ）：ａ_１，ｂ_１の時（図１〜３中実線図示）に測定された膜体の共振振動の基本振動数
ｆ_２（Ｈｚ）：ａ_２，ｂ_２の時（図１中一点鎖線図示）に測定された膜体の共振振動の基本振動数

そして、上記初期条件と演算結果とに基づき、上記演算装置２９により、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を用いて下記張力Ｔｘ，Ｔｙを演算するが、その算定式として下記式（１）（２）が用いられ、かつ、この式（１）を展開した式（３）（４）が用いられる。

張力Ｔｘ（Ｎ／ｃｍ）：ｘ方向の単位長さ当たりの張力
張力Ｔｙ（Ｎ／ｃｍ）：ｙ方向の単位長さ当たりの張力

上記演算装置２９による張力Ｔｘ，Ｔｙの演算が終了したとき、演算結果、初期条件等を含む測定データが上記演算装置２９に保存されると共に、この演算装置２９の表示部５３に聴覚的、視覚的に表示可能とされる。また、上記測定データは上記無線モジュール５７および送受信ユニット５８により受信装置５６に送信されて、受信装置５６に保存されると共に、この受信装置５６の表示部５９に聴覚的、視覚的に表示可能とされる。そして、上記張力Ｔｘ，Ｔｙの値などの測定結果は、建築物１における膜体２の適正な維持管理のために供される。

本実施形態の膜張力測定装置３では、音波発生装置１７、振動検出装置２４、および演算装置２９がそれぞれ枠体５に取り付けられている。

このため、膜張力測定装置３により膜体２の張力Ｔｘ，Ｔｙの測定作業を行う場合には、測定者１３は膜張力測定装置３のいずれかの部位を支持して作業をすれば足りる。つまり、測定作業時に膜張力測定装置３の各構成部品をそれぞれ個別に支持することは不要である。したがって、上記測定作業における膜張力測定装置３の取り扱いが容易となり、この測定作業を容易に行うことができる。

また本実施形態では、音波発生装置１７が、膜体２の一部分２ａに対し平行に延び、電気信号に基づいて上記音波１６を発するフラットパネル２０を備えたフラットパネルスピーカとされている。

ここで、膜体２の一部分２ａを音波発生装置１７により振動させようとする場合には、膜体２の一部分２ａの全体にわたってその各部をより均一に振動させることが好ましい。一方、音波発生装置１７のフラットパネル２０は、音波が放射状に広がるコーン型スピーカなどに比べ、より広い面積の音源で平面波の音波１６を発することができる。

したがって、上記測定作業において、フラットパネル２０を膜体２の一部分２ａにある程度近づけて配置したとしても、フラットパネル２０の広い面積の音源で発せられる音波１６により、膜体２の一部分２ａをその全体にわたってより均一に振動させることができる。このため、フラットパネル２０を膜体２の一部分２ａにより接近させることができる分、膜張力測定装置３を小型かつ軽量にでき、これにより、膜張力測定装置３による測定作業をより容易に行うことができる。

また本実施形態では、フラットパネル２０の短辺と長辺とが、上記枠体５の内側寸法の短辺と長辺とに対し平行になるようにしている。

このため、フラットパネル２０を膜体２の一部分２ａにより近づけて配置したとしても、フラットパネル２０により、膜体２の一部分２ａを全体にわたって均一に振動させることができる。したがって、フラットパネル２０を膜体２に近づけられる分、膜張力測定装置３をより小型かつ軽量に構成することができる。

また本実施形態では、音波発生装置１７をオン操作すれば、音波発生装置１７が作動開始して音波１６を発し、この音波１６により膜体２の一部分２ａに生じる振動を振動検出装置２４が自動検出する。そして、演算装置２９は、振動検出装置２４が検出した振動データに基づいて上記張力Ｔｘ，Ｔｙを自動演算すると共に、上記振動データと演算結果とを含む測定結果を自動記憶し、かつ、この測定結果を表示部５３で任意に表示する。

このため、膜張力測定装置３を用いて測定作業をする際には、まず、膜体２の膜面４に枠体５を当接させ、次に、音波発生装置１７をオンさせるだけでよい。これにより、測定作業による測定結果が膜張力測定装置３に自動記憶され、かつ、この測定結果を表示することができる。これにより、記憶された内容を任意に知ることができる。

よって、測定者１３は、測定作業時に測定結果を記憶したり、メモしたりしないで足りる。このため、測定作業の現場が高所であるとしても、測定作業を容易に行うことができる。また、上記測定結果の内容は、第１に、測定作業の現場から離れた作業上都合のよい事務所などで、膜張力測定装置３に表示させることができる。また、第２に、パーソナルコンピュータなどの端末機に膜張力測定装置３を接続してデータをアップロードすることによりテキストファイルで得ることも可能となる。このため、上記測定作業後に、その測定結果を知ることが容易にできる。

また本実施形態では、音波発生装置１７が発する音波１６の出力（ｄＢ）の大きさを調整できる。

ここで、膜張力測定装置３において音波発生装置１７の消費電力は、他の振動検出装置２４や演算装置２９の消費電力に比べて大きい。したがって、音波発生装置１７が発する音波１６の出力（ｄＢ）の大きさを、膜体２の単位面積当りの質量ρ_ｋ（ｋｇ／ｍ^２）の値の大きさに相応するよう必要最小限にすることが可能である。これにより、無用な電力消費を防止することができる。よって、膜張力測定装置３の消費電力を抑制することができる。また、これにより、膜張力測定装置３における各装置１７，２４，２９の電源を商用などの外部電源４９によらずに電池３５，４５にする可能性を高めることができ、電源選択の自由度を向上することができる。

また本実施形態では、音波発生装置１７の作動中にのみ、上記振動検出装置２４が作動する。

このため、音波発生装置１７が作動していないときに振動検出装置２４が作動する、という無用な電力消費を防止することができる。よって、膜張力測定装置３の消費電力を抑制することができる。

また本実施形態では、上記演算装置２９は、音波発生装置１７の作動開始（図６ｃ）から所定時間Ｔ２経過後に作動開始（図６ｄ）する。

測定者１３が膜張力測定装置３を用いて測定作業をする場合において、膜体２の膜面４に枠体５を当接させるとき、当接した当初は、測定者１３には手ぶれが生じ易い。特に、図２，３中に一点鎖線で示すように、膜体２の膜面４における下面に枠体５を当接させる場合には、手ぶれが顕著に生じるおそれがある。

そこで、音波発生装置１７の作動開始（図６ｃ）から所定時間Ｔ２経過後に、演算装置２９が作動開始（図６ｄ）することにより、手ぶれによる振動が含まれた振動データに基づいて張力が演算されてしまうことを防止でき、より精度の高い測定を行うことができる。したがって、この測定作業において、膜体２の膜面４に枠体５を当接させる際の手ぶれの影響を余り考慮しないで済むため、その分、測定を更に容易にかつ精度よく行うことができる。

また本実施形態では、膜張力測定装置３の各装置１７，２４，２９の電源が電池３５，４５となっている。

仮に、膜張力測定装置３が電線によって商用などの外部電源４９に接続されている場合には、この電線を介し膜張力測定装置３に無用な外力が付与されるおそれがあるが、上記したように電源を電池３５，４５としたため、このような膜張力測定装置３への外力の付与を防止することができる。よって、膜張力測定装置３の取り扱いをより容易にかつ精度よくすることができる。

また、仮に、上記電源として商用など交流の外部電源４９が用いられる場合には、膜体２の共振（固有）振動とは何ら関係のない交流電源周波数（５０Ｈｚや６０Ｈｚ）が、振動検出装置２４の出力をＦＦＴ処理した結果のスペクトルの一つとして現われるおそれがある。これは、膜張力測定装置３による測定の測定結果を阻害するものであって好ましくないため、各装置１７，２４，２９の電源が直流電源である電池３５，４５である場合には、上記した交流電源を用いることによる不都合の発生をも防止することができる。

また、音波発生装置１７はフラットパネルスピーカであって、このスピーカはコーン型スピーカに比べて少ない消費電力で効率よく振動するものである。このため、外部電源４９から膜張力測定装置３に多量に電力を供給することが不要となり、電池３５，４５からの電力供給で足りるようになる。よって、音波発生装置１７をフラットパネルスピーカにしたことにより、外部電源４９からの電力供給のための電線を不要にでき、しかも、膜張力測定装置３の取り扱いがより容易になり、かつ精度を向上することもできる。

また本実施形態では、演算装置２９は、振動検出装置２４が検出する振動のうち、所定値以下の低周波振動がフィルタリングされた振動データに基づいて、上記張力Ｔｘ，Ｔｙを演算する。

ここで、測定者１３が膜張力測定装置３を用いて測定作業をする場合において、膜体２の膜面４に枠体５を当接させるとき、当接した当初は、測定者１３には低周波振動の手ぶれが生じがちとなる。

そこで、演算装置２９が、所定値以下の低周波振動がフィルタリングされた振動データに基づいて上記張力Ｔｘ，Ｔｙを演算することにより、手ぶれによる振動が含まれた振動データに基づいて張力を演算することを防止でき、より精度のよい測定を行うことができる。したがって、この測定作業において、膜体２の膜面４に枠体５を当接させる際の手ぶれの影響を余り考慮しなくてよいため、その分、この測定を更に容易にかつ精度よく行うことができる。

また本実施形態では、演算装置２９による演算結果を含む測定データを、演算装置２９から離れたところに位置する受信装置５６に無線送信できるようにし、この受信装置５６が、上記測定データを表示する表示部５９を備えている。

このため、膜張力測定装置３を用いて建築物１など高所や足場の悪い現場で測定作業をする場合でも、受信装置５６の表示部５９によって、足場の良いところなど所望位置で膜張力測定装置３による測定結果をリアルタイムでモニタリングすることができる。よって、現場での測定作業の負担が軽減されて、この測定作業がより容易に円滑にできる。

また本実施形態では、電源スイッチ３６をオンした後、所定時間以内にスタートスイッチ５２をオンしない場合には、膜張力測定装置３が自動的にオフする。これにより、無用な電力消費が防止される。

なお、以上は図示の例によるが、上記膜体２の一部分２ａは鉛直方向に延びていてもよく、あるいは傾斜していてもよい。また、上記枠体５は正方形であってもよい。また、上記枠体５への音波発生装置１７等の取り付けは、直接及び間接のいずれであってもよい。また、上記音波発生装置１７はコーン型スピーカであってもよい。また、演算装置２９におけるスタートスイッチ５２は、ハウジング３１に直接取り付けられていてもよい。また、上記各共振振動数ｆ_１，ｆ_２に基づく張力Ｔｘ，Ｔｙの演算は、予め演算装置２９に格納してあるｆ_１，ｆ_２とＴｘ，Ｔｙとに関するマップに基づいて行うようにしてもよい。

［実施の形態の概要］
前記実施形態の概要は、以下の通りである。

(1) 上記実施形態の膜張力測定装置は、張力Ｔｘ，Ｔｙが付与された膜体２の膜面４に当接可能な矩形枠体５と、この枠体５によって囲まれた上記膜体２の一部分２ａに向かって音波１６を発する音波発生装置１７と、上記音波１６により上記膜体２の一部分２ａに生じる振動を検出する振動検出装置２４と、この振動検出装置２４が検出する振動データに基づいて上記張力Ｔｘ，Ｔｙを演算する演算装置２９とを備えている。そして、上記音波発生装置１７、振動検出装置２４、および演算装置２９がそれぞれ上記枠体５に取り付けられている。

このため、膜体に付与されている張力の測定作業を行う場合には、測定者は膜張力測定装置のいずれかの部位を支持して作業をすれば足りる。つまり、膜張力測定装置の各構成部品をそれぞれ個別に支持することは不要である。したがって、上記測定作業における膜張力測定装置の取り扱いが容易となり、この測定作業を容易に行うことができる。

(2) 上記音波発生装置１７は、上記膜体２の一部分２ａに対して平行になるように設けられ、電気信号に基づいて上記音波１６を発するフラットパネル２０を備えたフラットパネルスピーカであってもよい。

上記膜体の一部分を音波発生装置により振動させようとする場合には、上記膜体の一部分の全体にわたってその各部をより均一に振動させることが好ましい。一方、上記音波発生装置のフラットパネルは、音波が放射状に広がるコーン型スピーカなどに比べ、より広い面積の音源で平面波の音波を発することができる。

したがって、上記測定作業において、フラットパネルを上記膜体の一部分にある程度近づけて配置したとしても、フラットパネルの広い面積の音源で発せられる音波により、上記膜体の一部分をその全体にわたってより均一に振動させることができる。このため、上記フラットパネルを膜体の一部分により接近させることができる分、上記膜張力測定装置を小型かつ軽量にでき、これにより、膜張力測定装置による測定作業をより容易に行うことができる。

(3) 上記音波発生装置１７をオン操作に応じて、上記音波発生装置１７が作動開始して音波１６を発し、上記振動検出装置２４が上記音波１６により上記膜体２の一部分２ａに生じる振動を自動検出し、当該振動検出装置２４によって検出された振動データに基づいて上記演算装置２９が上記張力Ｔｘ，Ｔｙを自動演算すると共に、上記振動データと演算結果とを含む測定結果を自動記憶し、かつ、この測定結果を表示部５３で表示するように構成されていてもよい。

上記膜張力測定装置を用いて測定作業をする際には、まず、膜体の膜面に枠体を当接させ、次に、上記音波発生装置をオンさせるだけで、上記測定作業による測定結果が上記膜張力測定装置に自動記憶され、かつ、この測定結果を表示することができる。これにより、記憶された内容を任意に知ることができる。

よって、測定者は、上記測定作業時に測定結果を記憶したり、メモしたりしないで済む。このため、測定作業の現場が高所であるとしても、測定作業を容易に行うことができる。また、上記測定結果の内容は、第１に、測定作業の現場から離れた作業上都合のよい事務所などで、膜張力測定装置に表示させることができる。また、第２に、パーソナルコンピュータなどの端末機に膜張力測定装置を接続してデータをアップロードすることによりテキストファイルで得ることも可能となる。このため、上記測定作業後に、測定結果を知ることが容易にできる。

(4) 上記膜張力測定装置は、上記音波発生装置１７が発する音波１６の出力（ｄＢ）の大きさを調整可能であってもよい。

上記膜張力測定装置において、上記音波発生装置の消費電力は、他の振動検出装置や演算装置の消費電力に比べて大きい。したがって、音波発生装置が発する音波の出力の大きさを調整できる場合には、上記音波発生装置が発する音波の出力の大きさを、膜体の単位面積当りの質量の値の大きさに相応するよう必要最小限にすることが可能となる。これにより、無用な電力消費を防止することができる。よって、膜張力測定装置の消費電力を抑制することができる。また、これにより、膜張力測定装置における各装置の電源を商用などの外部電源によらずに電池にする可能性を高めることができ、電源選択の自由度を向上することができる。

(5) 上記振動検出装置２４は、上記音波発生装置１７が作動中であることを条件として作動するように構成されていてもよい。

この構成では、上記音波発生装置が作動していないときに上記振動検出装置が作動する、という無用な電力消費を防止することができる。よって、膜張力測定装置の消費電力を抑制することができる。

(6) 上記演算装置２９は、上記音波発生装置１７の作動開始（図６ｃ）から所定時間Ｔ２経過後に作動開始（図６ｄ）するよう構成されていてもよい。

測定者が上記膜張力測定装置を用いて測定作業をする場合において、膜体の膜面に枠体を当接させるとき、当接した当初は、測定者には手ぶれが生じ易い。特に、膜体の膜面における下面に枠体を当接させる場合には、手ぶれが顕著に生じるおそれがある。

そこで、上記音波発生装置の作動開始から所定時間経過後に、自動的に上記演算装置が作動開始する構成の場合には、手ぶれによる振動が含まれた振動データに基づいて張力が演算されてしまうことを防止でき、より精度の高い測定を行うことができる。したがって、この測定作業において、膜体の膜面に枠体を当接させる際の手ぶれの影響を余り考慮しないでいいため、その分、測定を更に容易にかつ精度よく行うことができる。

(7) 上記各装置１７，２４，２９の電源が電池３５，４５であってもよい。

仮に、上記膜張力測定装置が電線によって外部電源に接続されている場合には、この電線を介し膜張力測定装置に無用な外力が付与されるおそれがあるが、上記したように電源が電池である場合には、このような膜張力測定装置への外力の付与を防止することができる。よって、膜張力測定装置の取り扱いをより容易にかつ精度よくすることができる。

また、仮に、上記各装置の電源として商用などの交流の外部電源が用いられる場合には、膜体の共振（固有）振動とは何ら関係のない交流電源周波数が、上記振動検出装置の出力をＦＦＴ処理した結果のスペクトルの一つとして現われるおそれがある。これは、膜張力測定装置による測定の測定結果を阻害するものであって好ましくないため、各装置の電源が直流電源である電池の場合には、交流電源を用いることによる不都合の発生をも防止することができる。

(8) 上記演算装置２９は、上記振動検出装置２４が検出する振動のうち、所定値以下の低周波振動がフィルタリングされた振動データに基づいて、上記張力Ｔｘ，Ｔｙを演算してもよい。

測定者が上記膜張力測定装置を用いて測定作業をする場合において、膜体の膜面に枠体を当接させるとき、当接した当初は、測定者には低周波振動の手ぶれが生じがちとなる。

そこで、上記演算装置が、所定値以下の低周波振動がフィルタリングされた振動データに基づいて上記張力を演算する構成の場合には、手ぶれによる振動が含まれた振動データに基づいて張力を演算することを防止でき、より精度のよい測定を行うことができる。したがって、この測定作業において、膜体の膜面に枠体を当接させる際の手ぶれの影響を余り考慮しなくてよいため、その分、測定を更に容易かつ精度よく行うことができる。

(9) 膜張力測定装置は、上記演算装置２９による演算結果を含む測定データを無線送信可能な無線モジュール５７と、上記演算装置２９から離れたところに位置し、上記無線モジュール５７から送信された測定データを受信する受信装置５６と、を備える場合には、上記受信装置５６が、上記測定データを表示する表示部５９を備えていてもよい。

この態様では、上記膜張力測定装置を用いて建築物など高所や足場の悪い現場で測定作業をする場合でも、上記受信装置の表示部によって、足場の良いところなど所望位置で上記膜張力測定装置による測定結果をリアルタイムでモニタリングすることができる。よって、現場での測定作業の負担が軽減されて、この測定作業がより容易に円滑にできる。

なお、上記各用語に付記した符号や図面番号は、参考用に付したものであり、本発明の技術的範囲を実施形態の説明内容や図面の内容に限定する意図ではない。

本発明は、建築物の他、屋外ステージの天蓋やモニュメントなどに設けられる膜体の張力を測定する装置としても適用可能である。

Claims (10)

1. 張力が付与された膜体の膜面に当接可能な矩形枠体と、
   上記枠体によって囲まれた上記膜体の一部分に向かって音波を発する音波発生装置と、
   上記音波により上記膜体の一部分に生じる振動を検出する振動検出装置と、
   上記振動検出装置が検出する振動データに基づいて上記張力を演算する演算装置と、を備え、
   上記音波発生装置、振動検出装置および演算装置がそれぞれ上記枠体に取り付けられ、
   上記音波発生装置が、上記膜体の一部分に対して平行になるように設けられ、電気信号に基づいて上記音波を発するフラットパネルを備えたフラットパネルスピーカである膜張力測定装置。
2. 請求項１に記載の膜張力測定装置において、
   上記フラットパネルの短辺が上記矩形枠体の短辺に平行であり、上記フラットパネルの長辺が上記矩形枠体の長辺に平行である膜張力測定装置。
3. 請求項１又は２に記載の膜張力測定装置において、
   上記音波発生装置のオン操作に応じて、上記音波発生装置が作動開始して音波を発し、上記音波により上記膜体の一部分に生じる振動を上記振動検出装置によって自動検出し、当該振動検出装置によって検出された振動データに基づいて上記演算装置が上記張力を自動演算すると共に、上記振動データと演算結果とを含む測定結果を自動記憶し、かつ、この測定結果を表示部で表示するように構成されている膜張力測定装置。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載の膜張力測定装置において、
   上記音波発生装置が発する音波の出力の大きさを調整可能である膜張力測定装置。
5. 請求項１から４の何れか１項に記載の膜張力測定装置において、
   上記振動検出装置は、上記音波発生装置が作動中であることを条件として作動するように構成されている膜張力測定装置。
6. 請求項１から５の何れか１項に記載の膜張力測定装置において、
   上記演算装置は、上記音波発生装置の作動開始から所定時間経過後に作動開始するように構成されている膜張力測定装置。
7. 請求項１から６の何れか１項に記載の膜張力測定装置において、
   上記各装置の電源が電池である膜張力測定装置。
8. 請求項１から７の何れか１項に記載の膜張力測定装置において、
   上記演算装置は、上記振動検出装置が検出する振動のうち所定値以下の低周波振動がフィルタリングされた振動データに基づいて、上記張力を演算する膜張力測定装置。
9. 請求項１から８の何れか１項に記載の膜張力測定装置において、
   上記演算装置による演算結果を含む測定データを無線送信可能な無線モジュールと、
   上記演算装置から離れたところに位置し、上記無線モジュールから送信された測定データを受信する受信装置と、を備え、
   上記受信装置が、受信した上記測定データを表示する表示部を備えている膜張力測定装置。
10. 請求項１から９の何れか１項に記載の膜張力測定装置において、
    上記振動検出装置が、上記矩形枠体によって囲まれた上記膜体と上記音波発生装置との間に配置されるセンサヘッドを備えている膜張力測定装置。

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