JP6348693B2 - 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、筒状の本体と、該本体の一端に固定された移動部材とを備える第１部材と、該第１部材の前記本体内を移動する軸を備える第２部材と、該第２部材の軸の外表面に摩擦力によって保持される第３部材と、
該第３部材の移動距離を測定する測定手段とを備え、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部材は前記第１部材の前記移動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、前記第３部材は前記摩擦力によって前記第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３部材の初期位置と、該第３部材の移動後の静止位置との間の距離を測定す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部材が移動し、測定手段によって第３部材の移動距離を測定することで、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、前記測定手段を、前記第１部材にその軸線方向に沿って設けられ、前記第３部材の初期位置に関連づけられた零点を有し、前記移動部材が固定される端部とは反対側の端部に向かう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部材の移動距離、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。

また、本発明は、変位測定装置であって、軸状の本体と、該本体の一端に固定された移動部材とを備える第１部材と、該第１部材の前記本体の軸線に平行な軸線を有し、該軸線方向に移動する軸を備える第２部材と、該第２部材の軸の外表面に摩擦力によって保持される第３部材と、該第３部材の移動距離を測定する測定手段とを備え、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部材は前記第１部材の前記移動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、前記第３部材は前記摩擦力によって前記第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３部材の初期位置と、該第３部材の移動後の静止位置との間の距離を測定することを特徴とする。

上記変位測定装置において、前記測定手段を、前記第２部材にその軸線方向に沿って設けられ、前記第３部材の初期位置に関連づけられた零点を有し、前記移動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部材の移動距離、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の実施形態を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は一部破断正面図である。 図１に示す変位測定装置の動作を説明するための一部破断正面図である。 図１に示す変位測定装置の動作後の状態を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は一部破断正面図である。 本発明に係る変位測定装置の第２の実施形態を示す図であって、（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３の実施形態を示す図であって、（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又はこれらを利用して配置し、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、免震装置の上側フランジプレート８と下側フランジプレート９との間に取付部材６、７を介して取り付けられ、互いに相対的に移動する第１部材２及び第２部材３と、第２部材３に移動可能に取り付けられる第３部材４と、第３部材４の移動距離を測定するための目盛り５とを備える。

第１部材２は、筒状の本体２ａと、本体２ａの上端を閉じる天井部２ｃと、本体２ａの下端において内側に突出して第３部材４を移動させる移動部材２ｂとを備える。

第２部材３は、横断面が円形の軸部３ａと、軸部３ａの上端部に固定され、軸部３ａが第１部材２の本体２ａ内を移動するのを案内する円板状の案内部３ｂを有する。

第３部材４は、リング状に形成され、第２部材３の外表面に摩擦力によって保持される。この第３部材４は、後述するように、第１部材２と第２部材３とが互いに離間する方向に移動した際に、第１部材２の移動部材２ｂに追従して移動する。尚、図１では、第３部材４は初期位置に位置している。

第１部材２の表面には、第３部材４の初期位置を零（０％）とし、上方に向かって値が１００％、２００％・・・と増加する目盛り５が設けられる。尚、目盛り５の値（１００％、２００％・・・）の間隔は、後述する理由により等間隔とはなっていない。また、第１部材２の表面には、第３部材４の移動を外部から視認できるように透明な部材からなる透過部２ｄが設けられる。

上記目盛り５は、免震装置に用いられる積層ゴム体のゴム層総厚さと、上側及び下側フランジプレート８、９間の相対変位の最大値との比を表しており、積層ゴム体の変形による上側フランジプレート８の沈み込みを考慮したものである。そのため、目盛り５の間隔が等間隔とはなっていない。例えば、第３部材４が２００％の位置で静止した場合には、両物体８、９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。

取付部材６、７は、第１及び第２部材２、３を支点６ａ、７ａ回りに回動可能に上側及び下側フランジプレート８、９の各々に取り付けるために設けられる。

次に、上記構成を有する変位測定装置１の動作について図１乃至図３を参照しながら説明する。

図１の状態から下側フランジプレート９が水平左方向に、上側フランジプレート８が水平右方向に互いに離間する方向に相対移動すると、図２に示すように、上側及び下側フランジプレート８、９の移動に伴い、第１部材２が移動及び傾斜し、第３部材４が第１部材２の移動部材２ｂの移動に追従して第２部材３の軸部３ａの外表面を移動する。また、第２部材３が第１部材２の本体２ａの内部を案内部３ｂを介して移動及び傾斜する。

上側及び下側フランジプレート８、９の互いに離間する方向への相対移動が終了し、次に、両者８、９が近接する方向に移動して元の状態に戻ると、図３に示す状態となる。この過程で、第３部材４は、摩擦力によって第２部材３に保持されているため、上側及び下側フランジプレート８、９が互いに離間する方向に移動した場合にのみ、第３部材４は第１部材２の移動部材２ｂによって第２部材３の軸部３ａの外周面を移動し、上側及び下側フランジプレート８、９が相対的に移動しない場合や、上側及び下側フランジプレート８、９が互いに近接する方向に移動した場合には、第３部材４は摩擦力によって軸部３ａに対して静止するか、静止した状態を維持する。そのため、上側及び下側フランジプレート８、９間の最大の相対変位により、第３部材４が図１に示す初期位置から図３に示す最終位置まで移動したことになる。

図３（ａ）に示すように、第３部材４は目盛り５の３５０％の位置で静止しているため、上側及び下側フランジプレート８、９間の相対変位の最大値は、積層ゴム体のゴム層総厚さを３．５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４を参照しながら説明する。

この変位測定装置１１は、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８、９間に取付部材６、７を介して取り付けられ、互いに相対的に移動する第１及び第２部材１２、１３と、第２部材１３に移動可能に取り付けられる第３部材１４と、第３部材１４の移動距離を測定するための目盛り１５とを備える。取付部材６、７は、上記第１の実施形態と同様に機能する。

第１部材１２は、横断面矩形状の軸状に形成された本体１２ａと、本体１２ａの一端に固定され、第３部材１４を移動させる移動部材１２ｂとを備える。

第２部材１３は、横断面矩形状の軸状に形成された本体１３ａと、本体１３ａの軸線方向に延設される案内部１３ｂと、表面に、第１の実施形態における第１部材２の目盛り５と同様の目盛り１５とを備える。案内部１３ｂは、溝や突条等を本体１３ａの軸線方向に設けたものである。目盛り１５は、上方に向かって値が増加する。この第２部材１３は、第１部材１２の本体１２ａの軸線に平行な軸線を有し、軸線方向に移動する。

第３部材１４は、第２部材１３の案内部１３ｂに係合して案内部１３ｂに沿って移動可能に構成されると共に、案内部１３ｂに摩擦力によって保持される。また、第１部材１２の移動部材１２ｂも、案内部１３ｂに係合して案内部１３ｂに沿って移動可能に構成される。

上記構成を有する変位測定装置１１は、図４（ａ）の状態から下側フランジプレート９が水平左方向に、上側フランジプレート８が水平右方向に互いに離間する方向に相対移動すると、図４（ｂ）に示すように、上側及び下側フランジプレート８、９の移動に伴い、第１部材１２及び第２部材１３が移動及び傾斜すると共に、第３部材１４が第１部材１２の移動部材１２ｂの移動に追従して第２部材１３の案内部１３ｂに案内されながら移動する。

上側及び下側フランジプレート８、９の互いに離間する方向への相対移動が終了した後、両者８、９が近接する方向に移動して元の状態に戻ると、図４（ｃ）に示す状態となる。この過程で、第３部材１４は、摩擦力によって案内部１３ｂに保持されているため、上側及び下側フランジプレート８、９が互いに離間する方向に移動した場合にのみ、第３部材１４は第１部材１２の移動部材１２ｂによって第２部材１３の案内部１３ｂに沿って移動し、上側及び下側フランジプレート８、９が相対的に移動しない場合や、上側及び下側フランジプレート８、９が互いに近接する方向に移動した場合には、第３部材１４は摩擦力によって案内部１３ｂに対して静止するか、静止した状態を維持する。そのため、上側及び下側フランジプレート８、９間の最大の相対変位により、第３部材１４が図４（ａ）に示す初期位置から図４（ｃ）に示す最終位置まで移動したことになる。

図４（ｃ）に示すように、第３部材１４は目盛り１５の３００％の位置で静止しているため、両物体８、９間の相対変位の最大値は、積層ゴム体のゴム層総厚さを３倍した値となる。

次に、本発明に係る変位測定装置の第３の実施形態について図５を参照しながら説明する。

この変位測定装置３１は、免震装置に用いられる積層ゴム体２０の上側フランジプレート３２ａと、上側フランジプレート３２ａに固定される移動部材３２ｂとからなる第１部材３２と、第２部材（下側フランジプレート）３３と、第２部材３３に摩擦案内部材３３ａ、３３ｂを介して移動可能に取り付けられ、目盛り３４ｃを有する長尺状の第３部材３４と、第３部材３４に設けられた目盛り３４ｃを読み取るための指示部３５とを備える。

第１部材３２の移動部材３２ｂは、上側フランジプレート３２ａの下面から垂下する板状に形成され、第３部材３４の左端面に当接した状態で設置される。

第２部材３３は、下側フランジプレートそのものであり、この第２部材３３の上面に、第３部材３４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３３ａ、３３ｂが固定される。

第３部材３４は、第１部材３２の移動部材３２ｂに当接する板状の当接部３４ａと、当接部３４ａから左方に延びる長尺状部３４ｂとで構成され、長尺状部３４ｂが摩擦案内部材３３ａ、３３ｂに摩擦力によって保持されながら案内され、第２部材３３の上面を摺動する。この第３部材３４は、第１及び第２部材３２、３３が互いに離間する方向に移動する際に、第１部材３２の移動部材３２ｂに追従して移動する。また、第３部材３４に一体化された目盛り３４ｃは、指示部３５の下方に零点（０％）を有し、移動部材３２ｂに近接する方向、すなわち左方に向かって値が１００％、２００％・・と増加する。

上記目盛り３４ｃは、積層ゴム体のゴム層総厚さと、上側及び下側フランジプレート３２ａ、３３間の相対変位の最大値との比を表しており、例えば、第３部材３４が、１００％の位置で静止した場合には、両物体３２ａ、３３間の相対変位の最大値は、積層ゴム体のゴム層総厚さと同じ値となることを示す。

上記構成を有する変位測定装置３１は、図５（ａ）の状態から下側フランジプレート（第２部材）３３が水平左方向に、上側フランジプレート３２ａが水平右方向に互いに離間する方向に相対移動すると、図５（ｂ）に示すように、上側及び下側フランジプレート３２ａ、３３の移動に伴い、第１部材３２の移動部材３２ｂが水平移動し、第３部材３４が移動部材３２ｂの移動に追従して第２部材３３の上面を摩擦案内部材３３ａ、３３ｂに案内されながら移動する。

上側及び下側フランジプレート３２ａ、３３の互いに離間する方向への相対移動が終了した後、両者３２ａ、３３が近接する方向に移動して元の状態に戻ると、図５（ｃ）に示す状態となる。この過程で、上側及び下側フランジプレート３２ａ、３３が互いに離間する方向に移動した場合にのみ、第３部材３４は第１部材３２の移動部材３２ｂによって第２部材３３上を移動し、上側及び下側フランジプレート３２ａ、３３が相対的に移動しない場合や、上側及び下側フランジプレート３２ａ、３３が互いに近接する方向に移動した場合には、第３部材３４は摩擦力によって第２部材３３に対して静止するか、静止した状態を維持する。そのため、上側及び下側フランジプレート３２ａ、３３間の最大の相対変位により、第３部材３４が図５（ａ）に示す初期位置から図５（ｃ）に示す最終位置まで移動したことになる。

図５（ｃ）において指示部３５の直下の目盛り３４ｃの値を見ると３００％となっているので、上側及び下側フランジプレート３２ａ、３３間の相対変位の最大値は、積層ゴム体のゴム層総厚さを３倍した値となる。

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に配置した場合や、上側及び下側フランジプレートを利用して構成した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等に配置したため、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、３４の移動量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等の移動方向と同方向に相対変位する場合には、第３部材４等の移動距離そのものが２物体の相対変位の最大値となる。

本説明では、目盛り５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５の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）

なお、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
２ａ 本体
２ｂ 移動部材
２ｃ 天井部
２ｄ 透過部
３ 第２部材
３ａ 軸部
３ｂ 案内部
４ 第３部材
５ 目盛り
６、７ 取付部材
６ａ、７ａ 支点
８ 上側フランジプレート
９ 下側フランジプレート
１１ 変位測定装置
１２ 第１部材
１２ａ 本体
１２ｂ 移動部材
１３ 第２部材
１３ａ 本体
１３ｂ 案内部
１４ 第３部材
１５ 目盛り
２０ 積層ゴム体
３１ 変位測定装置
３２ 第１部材
３２ａ 上側フランジプレート
３２ｂ 移動部材
３３ 第２部材（下側フランジプレート）
３３ａ、３３ｂ 案内部材
３４ 第３部材
３４ａ 当接部
３４ｂ 長尺状部
３４ｃ 目盛り
３５ 指示部

Claims (4)

1. 筒状の本体と、該本体の一端に固定された移動部材とを備える第１部材と、
   該第１部材の前記本体内を移動する軸を備える第２部材と、
   該第２部材の軸の外表面に摩擦力によって保持される第３部材と、
   該第３部材の移動距離を測定する測定手段とを備え、
   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部材は前記第１部材の前記移動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、前記第３部材は前記摩擦力によって前記第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３部材の初期位置と、該第３部材の移動後の静止位置との間の距離を測定することを特徴とする変位測定装置。
2. 前記測定手段は、前記第１部材にその軸線方向に沿って設けられ、前記第３部材の初期位置に関連づけられた零点を有し、前記移動部材が固定される端部とは反対側の端部に向かう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１に記載の変位測定装置。
3. 軸状の本体と、該本体の一端に固定された移動部材とを備える第１部材と、
   該第１部材の前記本体の軸線に平行な軸線を有し、該軸線方向に移動する軸を備える第２部材と、
   該第２部材の軸の外表面に摩擦力によって保持される第３部材と、
   該第３部材の移動距離を測定する測定手段とを備え、
   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部材は前記第１部材の前記移動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、前記第３部材は前記摩擦力によって前記第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３部材の初期位置と、該第３部材の移動後の静止位置との間の距離を測定することを特徴とする変位測定装置。
   
4. 前記測定手段は、前記第２部材にその軸線方向に沿って設けられ、前記第３部材の初期位置に関連づけられた零点を有し、前記移動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。