JP6157272B2 - 変位測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、変位測定装置に関し、特に、２つの物体間に取り付けられ、該２物体間の相対変位の最大値を測定する装置に関する。

上部構造物と下部構造物との間に取り付けられる免震装置において、免震装置に設けられる積層ゴム体が経験した上部及び下部構造物間の相対変位の最大値を目視によって確認することは困難である。また、この相対変位による積層ゴム体の損傷の有無も外見から判断することは困難である。

そこで、特許文献１には、上部構造物と下部構造物とを繋ぐ接続線を有し、上部及び下部構造物間の相対変位が限界値を超えた場合に接続線が破断するようにした支承用損傷判定装置が記載されている。また、特許文献２には、積層ゴム体の側部にゴム片を有し、上部及び下部構造物間の相対変位が限界値を超えた場合にゴム片が破断するようにした支承用損傷判定装置が記載されている。

また、３次元空間のＸＹＺ成分を測定するセンサーを備えた地震計や、けがき針式の変位記録計等を用いて上部構造物と下部構造物との相対変位の最大値を測定することもできる。

特開２００９−７７９７号公報 特開２０１１−１０６６２４号公報

しかし、上記特許文献に記載の技術では、接続線やゴム片が破断することで、上部及び下部構造物間の相対変位が所定値を超えたことを検知することができるものの、正確に両物体間の相対変位の最大値を測定することは困難であった。また、一度接続線等が破断してしまうと交換する必要がある。

一方、地震計や、変位記録計等は、構造が複雑で高価であると共に、定期的なメンテナンスが必要であり、慎重に取り扱う必要がある。

そこで、本発明は上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、低コストでかつ簡便に２物体間の相対変位の最大値を測定することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、変位測定装置であって、互いに相対的に移動する第１及び第２部材と、該第１及び第２部材の間に介在する長尺状の第３部材とを備え、前記第１及び第２部材が互いに離間する方向に移動した際に、前記第３部材の前記第１及び第２部材間の長さが伸長し、前記第１及び第２部材が相対的に移動しない場合、又は該両部材が互いに近接する方向に移動した際に、前記第３部材は前記伸長した状態を維持し、さらに、前記第３部材の伸長した長さを測定する測定手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、第１及び第２部材が互いに離間する方向に移動した際にのみ第３部材が伸長し、測定手段によって第３部材の伸長長さを測定することで、第１部材と第２部材との相対変位の最大値を低コストでかつ簡便に得ることができる。また、第３部材は破断しないため、交換する必要もない。

上記変位測定装置において、前記第１及び第２部材は相対向するように配置され、前記第３部材は、一端が前記第１部材の前記第２部材との対向面に固定され、該変位測定装置にさらに、前記第２部材の前記第１部材との対向面に固定され、前記第３部材の一端と他端の間の一部を支持する支持部材を設け、前記第３部材の他端は、前記第１及び第２部材が互いに離間する方向に移動した際に、前記第１部材に追従しながら前記第２部材と相対的に移動し、前記第１及び第２部材が相対的に移動しない場合、又は該両部材が互いに近接する方向に移動した際に、前記第２部材に対して静止するか、静止した状態を維持し、前記第３部材の伸長長さは、前記第１部材に固定された一端と前記支持部材との間で測定されるように構成することができる。

上記変位測定装置において、前記第３部材を紐状に形成し、該変位測定装置にさらに、前記第３部材の他端に連結され、前記第２部材の前記第１部材との対向面に摩擦力によって保持される第４部材を設け、前記第１及び第２部材が互いに離間する方向に移動した際に、前記第４部材が前記第１部材に追従して移動すると共に、前記第１及び第２部材が相対的に移動しない場合、又は該両部材が互いに近接する方向に移動した際に、前記第４部材は前記第２部材に対して静止するか、静止した状態を維持し、前記測定手段は、前記第４部材の移動距離を、前記第３部材の伸長長さとして測定することができる。

上記変位測定装置において、前記測定手段は、前記第４部材に固定され、該第４部材の初期位置に関連づけられた零点を有し、前記支持部材から離間する方向に値が増加する目盛りとすることができる。これにより、目視により容易に第３部材の伸長長さ、すなわち第１部材と第２部材との相対変位の最大値を測定することができる。

上記変位測定装置において、前記第１及び第２部材は相対向するように配置され、前記第３部材は、一端が前記第１部材の前記第２部材との対向面に固定され、該変位測定装置にさらに、前記第２部材の前記第１部材との対向面に固定され、前記第３部材の他端を含む部分を支持する支持部材を設け、前記第３部材の他端は、前記第１及び第２部材が互いに離間する方向に移動した際に、前記第１部材に追従して移動し、前記第１及び第２部材が相対的に移動しない場合、又は該両部材が互いに近接する方向に移動した際に、前記支持部材に対して静止するか、静止した状態を維持し、前記第３部材の伸長長さは、前記第１部材に固定された一端と前記支持部材との間で測定されるように構成することができる。

上記変位測定装置において、前記第３部材を紐状に形成し、前記支持部材は、前記第３部材の他端を含む部分を巻回するリールであって、前記第１及び第２部材が互いに離間する方向に移動した際に、前記リールが回転して前記第３部材の他端が前記第１部材に追従して移動し、前記第１及び第２部材が相対的に移動しない場合、又は該両部材が互いに近接する方向に移動した際に、前記リール及び前記第３部材の他端は、前記支持部材に対して静止するか、静止した状態を維持し、前記測定手段は、前記第３部材の他端の移動距離を前記伸長長さとして測定することができる。

上記変位測定装置において、前記測定手段は、前記第３部材に設けられ、該第３部材の初期位置に関連づけられた零点を有し、該第３部材の前記一端から離間する方向に値が増加する目盛りとすることができる。これにより、目視により容易に第３部材の伸長長さ、すなわち第１部材と第２部材との相対変位の最大値を測定することができる。

以上のように、本発明によれば、低コストでかつ簡便に２物体間の相対変位の最大値を測定することができる。

本発明に係る変位測定装置の第１の実施形態を示し、（ａ）は変位測定装置の動作前、（ｂ）は動作時、（ｃ）は動作後の状態を各々示す正面図である。 本発明に係る変位測定装置の第２の実施形態を示し、（ａ）は変位測定装置の動作前、（ｂ）は動作時、（ｃ）は動作後の状態を各々示す正面図である。

次に、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。尚、以下の説明においては、本発明に係る変位測定装置を免震装置に用いられる積層ゴム体の上側及び下側フランジプレート間の相対変位の最大値を測定する場合を例にとって説明する。

図１は、本発明に係る変位測定装置の第１の実施形態を示し、この変位測定装置１は、、互いに相対的に移動する積層ゴム体９の上側及び下側フランジプレートからなる第１及び第２部材２、３と、両部材２、３間に介在する第３部材４と、第３部材４に連結される長尺状の第４部材７とで構成される。

第１部材２は、上側フランジプレートそのものであり、この第１部材２の下面に、取付部材５を介して第３部材４の一端が固定される。

第２部材３は、下側フランジプレートそのものであり、この第２部材３の上面に、第４部材７に摩擦力を付与しつつ移動可能に案内する摩擦案内部材３ａ、３ｂが固定され、摩擦案内部材３ａに指示部３ｃが設けられる。

第３部材４は、紐状に形成されると共に、一部が取付部材５に固定され、他端には第４部材７が連結される。この第３部材４は、第１及び第２部材２、３が互いに離間する方向に移動する際に第１部材２に追従して移動し、両部材２、３間の第３部材４の長さが伸長する。尚、ここで「第３部材４の長さが伸長する」とは、第３部材４の長さが第３部材４の弾性により長くなることを意味するのではなく、弾性を有さない第３部材４の他端が第４部材７を移動させ、それにより第３部材４の第１及び第２部材２、３間の長さが長くなることをいう。

第４部材７は棒状に形成され、目盛り７ａを有し、摩擦案内部材３ａ、３ｂに摩擦力によって保持されながら案内され、第２部材３の上面を摺動する。この第４部材７は、第１及び第２部材２、３が互いに離間する方向に移動する際に、第３部材４を介して第１部材２に追従して移動する。

第４部材７に一体化された目盛り７ａは、指示部３ｃの下方に零点（０％）を有し、支持部材６から離間する方向、すなわち左方に向かって値が１００％、２００％・・と増加する。また、この目盛り７ａは、免震装置に用いられる積層ゴム体のゴム層総厚さと、第１及び第２部材２、３間の相対変位の最大値との比を表しており、図１（ｂ）に示す積層ゴム体９の変形による第１部材２の沈み込みを考慮したものである。そのため、目盛り７ａの間隔が等間隔とはなっていない。例えば、第４部材７が２００％の位置で静止した場合には、両部材２、３間の相対変位の最大値は、積層ゴム体のゴム層総厚さを２倍した値となることを示す。尚、図１（ａ）では、第４部材７は初期位置に位置している。

上記構成を有する変位測定装置１は、図１（ａ）の状態から第１部材２が水平右方向に、第２部材３が水平左方向に互いに離間する方向に相対移動すると、図１（ｂ）に示すように、第１及び第２部材２、３の移動に伴い、第３部材４が第１部材２に追従して移動して第１及び第２部材２、３間の第３部材４の長さが伸長する。これに伴って、第３部材４に連結された第４部材７が第２部材３の上面を移動する。

第１及び第２部材２、３の互いに離間する方向への相対移動が終了した後、両部材２、３が近接する方向に移動して元の状態に戻ると、図１（ｃ）に示す状態となる。この過程で、第４部材７は、案内部材３ａ、３ｂを介して摩擦力によって第２部材３に保持されているため、第１及び第２部材２、３が互いに離間する方向に移動した場合にのみ、第４部材７は、第１部材２及び第３部材４によって第２部材３上を移動し、第３部材４の第１及び第２部材２、３間の長さが伸長する。第１及び第２部材２、３が相対的に移動しない場合や、第１及び第２部材２、３が互いに近接する方向に移動した場合には、第４部材７は、摩擦力によって、第３部材４の伸長長さを維持しながら第２部材３に対して静止するか、静止した状態を維持する。そのため、第１及び第２部材２、３間の最大の相対変位により、第４部材７が図１（ａ）に示す初期位置から図１（ｃ）に示す最終位置まで移動したことになる。

図１（ｃ）において指示部３ｃの直下の目盛り７ａの値を見ると２００％となっているので、第１及び第２部材２、３間の相対変位の最大値は、積層ゴム体のゴム層総厚さを２倍した値となる。

次に、本発明に係る変位測定装置の第２の実施形態について図２を参照しながら説明する。

この変位測定装置１１は、互いに相対的に移動する積層ゴム体９の上側及び下側フランジプレートからなる第１及び第２部材１２、１３と、両部材１２、１３間に介在する第３部材１４と、第２部材１３に固定され、第３部材１４の一部を巻回するリール１６（支持部材）等で構成される。

第３部材１４は紐状に形成され、一端が取付部材１５を介して第１部材１２に固定され、他端を含む部分がリール１６に巻回される。このリール１６は、第１部材１２と第２部材１３とが互いに離間する方向に移動した際に、第１及び第２部材１２、１３間の第３部材１４の長さが伸長する方向にのみ、すなわち一方向にのみ回転する。尚、図２（ａ）では、第３部材１４は初期位置に位置している。

第３部材１４の表面には、第３部材１４の初期位置を零（０％）とし、第３部材１４の他端（リール１６に巻回されている部分の第３部材１４の端）に向かって値が１００％、２００％・・・と増加する目盛り（不図示）が設けられ、また、リール１６には、目盛りを読み取るための指示部（不図示）が設けられる。尚、目盛りの値（１００％、２００％・・・）の間隔は、上記と同様の理由により等間隔とはなっていない。

上記構成を有する変位測定装置１１は、図２（ａ）の状態から、第１部材１２が水平右方向に、第２部材１３が水平左方向に互いに離間する方向に相対移動すると、図２（ｂ）に示すように、第１及び第２部材１２、１３の移動に伴い、第３部材１４が第１部材１２の移動に追従して移動し、リール１６が回転して第１及び第２部材１２、１３間の第３部材１４の長さが伸長する。

第１及び第２部材１２、１３の互いに離間する方向への相対移動が終了した後、両部材１２、１３が近接する方向に移動して元の状態に戻ると、図２（ｃ）に示す状態となる。この過程で、リール１６は、一方向にしか回転しないため、第１及び第２部材１２、１３が互いに離間する方向に移動した場合にのみ、第１及び第２部材１２、１３間の第３部材１４の長さが伸長し、第１及び第２部材１２、１３が相対的に移動しない場合や、第１及び第２部材１２、１３が互いに近接する方向に移動した場合には、第３部材１４の伸長長さを維持しながらリール１６は静止するか、静止した状態を維持する。そのため、第１及び第２部材２、３間の最大の相対変位により、第３部材１４が図２（ａ）に示す初期状態から図２（ｃ）に示す最終状態まで伸長したことになる。

図２（ｃ）における目盛りを指示部を介して読み取り、積層ゴム体のゴム層総厚さに読み取った値を乗算することにより、第１及び第２部材１２、１３間の相対変位の最大値を得ることができる。

尚、上記実施の形態において、本発明に係る変位測定装置によって、免震装置に用いられる積層ゴム体の上側及び下側フランジプレート間の変位を測定する場合について説明したが、これに限らず、変位を測定したい様々な２物体の間に取り付けて利用することができる。

また、上記実施の形態では、本発明に係る変位測定装置を積層ゴム体の上側及び下側フランジプレート間に配置したため、上側フランジプレートの沈み込みを考慮する必要があり、第３部材４、１４の伸長長さが上側及び下側フランジプレート間の相対変位の最大値を示していなかったが、変位を測定したい２物体が第３部材４等の伸長方向と同方向に相対変位する場合には、第３部材４等の伸長長さそのものが２物体の相対変位の最大値となる。

本説明では、実施例１において目盛り７ａを、実施例２において第３部材１４の表面に設けられる目盛りを、積層ゴム体のゴム層総厚さに対するせん断歪み量（％）としたが、積層ゴム体のゴム層総厚さや変位測定装置の取付高さが取り付ける建物によって異なるときは、目盛り表示をその都度変更する必要があるため、実寸のスケール表示、例えばｃｍ単位等としても良く、その場合積層ゴム体の最大経験歪み量（％）は、以下のように求めることができる。
積層ゴム体の最大経験歪み量（％）＝Ｄ/Σｔｅ×１００
Ｄ：免震層の相対水平変位（ｃｍ）
Σｔｅ：積層ゴム体のゴム層総厚さ（ｃｍ）
尚、免震層の相対水平変位Ｄは、
Ｄ＝√（（ｈ＋Ｌ）²−ｈ²）
ｈ：変位測定装置の取付位置高さ（ｃｍ）
Ｌ：変位測定装置の指示目盛り（ｃｍ）

１ 変位測定装置
２ 第１部材
３ 第２部材
３ａ、３ｂ 案内部材
３ｃ 指示部
４ 第３部材
５ 取付部材
６ 支持部材
７ 第４部材
７ａ 目盛り
９ 積層ゴム体
１１ 変位測定装置
１２ 第１部材
１３ 第２部材
１４ 第３部材
１５ 取付部材
１６ リール

Claims (7)

1. 互いに相対的に移動する第１及び第２部材と、
   該第１及び第２部材の間に介在する長尺状の第３部材とを備え、
   前記第１及び第２部材が互いに離間する方向に移動した際に、前記第３部材の前記第１及び第２部材間の長さが伸長し、前記第１及び第２部材が相対的に移動しない場合、又は該両部材が互いに近接する方向に移動した際に、前記第３部材は前記伸長した状態を維持し、
   さらに、前記第３部材の伸長した長さを測定する測定手段を備えることを特徴とする変位測定装置。
2. 前記第１及び第２部材は相対向するように配置され、
   前記第３部材は、一端が前記第１部材の前記第２部材との対向面に固定され、
   該変位測定装置にさらに、前記第２部材の前記第１部材との対向面に固定され、前記第３部材の一端と他端の間の一部を支持する支持部材を設け、
   前記第３部材の他端は、前記第１及び第２部材が互いに離間する方向に移動した際に、前記第１部材に追従しながら前記第２部材と相対的に移動し、前記第１及び第２部材が相対的に移動しない場合、又は該両部材が互いに近接する方向に移動した際に、前記第２部材に対して静止するか、静止した状態を維持し、
   前記第３部材の伸長長さは、前記第１部材に固定された一端と前記支持部材との間で測定されることを特徴とする請求項１に記載の変位測定装置。
3. 前記第３部材は紐状に形成され、
   該変位測定装置にさらに、前記第３部材の他端に連結され、前記第２部材の前記第１部材との対向面に摩擦力によって保持される第４部材を設け、
   前記第１及び第２部材が互いに離間する方向に移動した際に、前記第４部材が前記第１部材に追従して移動すると共に、前記第１及び第２部材が相対的に移動しない場合、又は該両部材が互いに近接する方向に移動した際に、前記第４部材は前記第２部材に対して静止するか、静止した状態を維持し、
   前記測定手段は、前記第４部材の移動距離を、前記第３部材の伸長長さとして測定することを特徴とする請求項２に記載の変位測定装置。
4. 前記測定手段は、前記第４部材に固定され、該第４部材の初期位置に関連づけられた零点を有し、前記支持部材から離間する方向に値が増加する目盛りであることを特徴とする請求項３に記載の変位測定装置。
5. 前記第１及び第２部材は相対向するように配置され、
   前記第３部材は、一端が前記第１部材の前記第２部材との対向面に固定され、
   該変位測定装置にさらに、前記第２部材の前記第１部材との対向面に固定され、前記第３部材の他端を含む部分を支持する支持部材を設け、
   前記第３部材の他端は、前記第１及び第２部材が互いに離間する方向に移動した際に、前記第１部材に追従して移動し、前記第１及び第２部材が相対的に移動しない場合、又は該両部材が互いに近接する方向に移動した際に、前記支持部材に対して静止するか、静止した状態を維持し、
   前記第３部材の伸長長さは、前記第１部材に固定された一端と前記支持部材との間で測定されることを特徴とする請求項１に記載の変位測定装置。
6. 前記第３部材は紐状に形成され、
   前記支持部材は、前記第３部材の他端を含む部分を巻回するリールであって、
   前記第１及び第２部材が互いに離間する方向に移動した際に、前記リールが回転して前記第３部材の他端が前記第１部材に追従して移動し、前記第１及び第２部材が相対的に移動しない場合、又は該両部材が互いに近接する方向に移動した際に、前記リール及び前記第３部材の他端は、前記支持部材に対して静止するか、静止した状態を維持し、
   前記測定手段は、前記第３部材の他端の移動距離を前記伸長長さとして測定することを特徴とする請求項５に記載の変位測定装置。
7. 前記測定手段は、前記第３部材に設けられ、該第３部材の初期位置に関連づけられた零点を有し、該第３部材の前記一端から離間する方向に値が増加する目盛りであることを特徴とする請求項６に記載の変位測定装置。

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