JPH0422255Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、擁壁や建造物等の構築物や地中に設
置してこれらの変状を高感度に測定するためのひ
ずみゲージ式傾斜計に関するものである。

これらの変状を傾斜角の変化により監視するこ
とは、工事施工中は施工管理上、施工後は安全管
理上極めて重要なことで、そのため、傾斜角の微
小な変化を長期にわたり精度よく測定し得る傾斜
計の出現が望まれている。

このような微小な傾斜角を検出する方式として
は、ひずみゲージ式、差動トランス式、サーボ
式、電磁センサ式等様々な方式があり、これらの
方式を用いた各種装置が従来から提案され且つ実
用に供されている。しかしながら、これらの方式
には、それぞれ一長一短があり、温度特性、直線
性、長期安定性、応答性等の点で優れているひず
みゲージ式も、過傾斜（ロードセル等のオーバー
ロードに相当）により起歪部が破壊しやすいこと
や出力が他の方式に比べて微弱なことなど、大き
な欠点を有していた。

従来のひずみゲージ式傾斜計の検出部の一般的
な構造は、例えば特公昭44−20200号公報に開示
されているように、上端を固定部（被測定対象物
側）に固定し、下端にウエイトを固定した片持梁
（いわゆるカンチレバー）状の起歪板の固定部の
近傍にひずみゲージを添着し、固定部が傾斜して
ある傾斜角が生じたときにウエイトの分力によつ
て起歪板に曲げモーメントが発生し、この曲げモ
ーメントによつて起歪板に生じた表面のひずみの
変化をひずみゲージで検出するように構成されて
いる。

このように構成された従来のひずみゲージ式傾
斜計は、微小傾斜を高感度に検出しようとすれば
する程、上記起歪板をますます長く、厚さもかな
り薄いものにし、ウエイトの重量も大きくしなけ
ればならないため、起歪板が非常に壊れ易いとい
う欠点があつた。そこで、過傾斜に対して壊れな
いようにするため、ストツパを設け、過傾斜に対
してストツパが働くような構造にしたものもあ
る。

また、片持梁状の起歪板による傾斜計を改良し
たものが特公昭54−4870号公報に開示されてい
る。この従来の傾斜計は、外部電源の開閉に連動
して動作する電熱線または電磁石と、ばねの弾力
との組合わせにより、起歪板に取付けた回転自在
の回転体（歯車）と該ばねにより支持された固定
部とを嵌合する機構部とを有し、傾斜計の埋設姿
勢に無関係にその姿勢を基点として傾斜計と鉛直
とのなす角よりも小さな傾斜角を高感度で検出で
きるようにしたものである。

しかしながら、この後者の傾斜計は、前者と同
様な問題があるほか、上述のような電磁石、歯車
その他の機械的な機構が必要とされ構造が複雑化
し高価となりがちであるばかりでなくヒステリシ
ス、直線性等の点で満足すべき性能が得られない
ものであつた。

そして、上述のいずれの従来例も、ウエイトを
起歪板で吊るす方式であるため、起歪部が弱く、
特に大きな欠点として、傾斜計を上下逆にしたと
き、起歪部が座屈してしまうことが多く、例えば
挿入式傾斜計のように可搬型のものや、固定式の
ものでも設置の際などに誤まつて逆にして壊して
しまうことが多く、起歪部の軸方向変位が小さい
ことから軸方向のストツパを設けてこれを解決す
ることは非常に困難であつた。さらに傾斜計の製
作過程において起歪部にウエイトを吊るす場合に
注意を要し、使用中は常に起歪部にウエイトによ
る張力が発生し、この張力によつて起歪部の撓み
特性が変化し易いとともに耐久性に限界があるた
め長期使用に適さないものであつた。

一方、上述のウエイトを起歪部で吊す方式の傾
斜計のもつ欠点に対処すべくなされたものとし
て、特公昭57−56005号公報にて提案された地下
堀削機用傾斜計がある。

この地下堀削機用傾斜計は、円筒形筐体の内部
に、剛性アームの下端に重錘を取付けた振子の上
端を軸受によつて、揺動自在に支承し、この振子
の上部に対して、軸受部より上位にあるように検
出板の下部を取りつけ、この検出板の側面にひず
みゲージを貼着し、一方、検出板の上部一方の側
面に対向して支持腕に押ピンをねじ込み、その先
端で検出板を圧接し予め検出板に撓みを生じさせ
た状態（指針が０位置のとき）に設定した構成と
なつている。

このような構成とすることによつて検出板に
は、直接、重錘等の大きな重量を負荷させずに済
むため、起歪板の撓み特性がある程度長期にわた
り安定で、また検出板を薄くすることができ、感
度も比較的良好な傾斜計とすることができる。

しかしながら、上述の地下堀削機用傾斜計に
は、次のような問題がある。

第１には、検出板が固定部に取付けられている
のではなく、振子の上端に直接取付けられて揺動
するようになつている関係で、検出板を振子の軸
受部に極力近づけて設ける必要がある。そのた
め、検出板が取付けにくく、また強固に固着しに
くいという問題がある。この場合、検出板を振子
の軸受部に近づけて設けなければならない理由
は、微小傾斜角を高感度で検出するために、振子
の長さに対して該振子部の軸支点か検出部の先端
（押ピンの接触点）までの長さを十分短くする必
要があるからである。

第２には、検出板と接触して該検出板に撓みを
生じさせるための押ピンが強く圧接された状態で
すべり接触をするようになつているため、大きな
ヒステリシスを生じ、また傾斜角−出力電圧特性
の非直線性が大きいという問題がある。

第３には、検出板に撓みを生じさせるための押
しピンが、検出板の片面側にしか設けられておら
ず、０度の角度位置に対し＋、−両方向の傾斜角
を検出するには０度の角度位置でも、予め初期ひ
ずみ（バイアス）を加えておく必要がある。その
ため、＋側の定格角度一杯に傾斜したときの検出
板に加わる応力が大きくなりすぎ、またこの応力
が小さくなるようにするには、定格容量を小さい
ものとするか、角度検出精度を低下させればよい
が、これは傾斜計の性能低下につながるので好ま
しいことではない。

本考案は、これらの欠点に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、第１に、起歪部の
撓み特性が長期にわたり安定で耐久性に富んだ傾
斜計を提供すること、第２に、微小傾斜角を高感
度に検出できる傾斜計を提供すること、第３に、
構造が簡単で製造が容易な傾斜計を提供するこ
と、第４に必要な測定範囲のものが容易に設計で
きる傾斜計を提供すること、第５に、ヒステリシ
スが極めて小さく傾斜角−出力電圧特性の直線性
が極めて良好な傾斜計を提供することにある。

本考案は、上記の目的を達成させるため、構築
物や地中等に設置してそれらの変状を測定するた
めの傾斜計において、前記構築物や地中等の被測
定対象と一体的に傾斜する固定部と、この固定部
に一端側が揺動自在に軸支され常時鉛直方向を維
持する振子部と、ひずみゲージが両面に添着され
一端が前記固定部に固定された起歪板と、前記振
子部から一体に延び前記起歪板の他端の両側を挟
み込むようにして配設された二又状部とこの二又
状部にそれぞれ前記起歪板の板面に直交する方向
にねじ込まれた２本の押しねじとこの各押しねじ
の先端部と前記起歪板との間に微小の間隙を存し
て介挿された鋼球またはボールベアリングとから
なる挟持部と、を備え、前記被測定対象の傾斜を
前記ひずみゲージによつて検出するように構成し
たものである。

以下、添付図面に基づき本考案の実施例を詳細
に説明する。

第１図ＡおよびＢは、本考案の一実施例の主要
部の縦断正面図および縦断側面図である。

同図における傾斜計は、構築物や地中等の被測
定対象と一体的となつて傾斜する固定部１と前記
固定部１に一端側が軸支され常時鉛直方向を維持
する振子部２とに大別される。

固定部１としての起歪板ホルダ３と中間ホルダ
４とはネジにより結合されており、傾斜計全体
は、二点鎖線で示す円筒状のケース５内に収納さ
れ中間ホルダ４がケース５に固定される。前記起
歪板ホルダ３は、被測定対象の傾斜を検出するた
めの起歪板６を保持するためのもので、フランジ
状部と突出部とを有しその突出部に板状の起歪板
６を保持している。起歪板６の表裏両面には、ひ
ずみゲージ７が添着され、図示は省略したが、ひ
ずみゲージ７に接続されたリード線は、起歪板ホ
ルダ３に設けられた気密端子に接続され、その出
力信号は、気密端子を介して外部に導出される。
尚起歪板ホルダ３と中間ホルダ４の間および中間
ホルダ４とケース５との間には、それぞれシーリ
ング用のＯリング８および９，１０が介挿されて
いる。そして、中間ホルダ４内およびケース５内
の中空部１１には、シリコンオイル等のダンピン
グ材が充填される。

振子部２は、前記中間ホルダ４の中空部１１の
他端側より挿入された円柱状のウエイトホルダ１
２とウエイト１３とより成る。前記ウエイトホル
ダ１２は、前記中間ホルダ４の他端側に嵌入され
た平行ピン１４によりベアリング１５を介して軸
支されており、一端は前記ウエイト１３を嵌合す
るネジ部１６が形成され、他端は二又状に形成さ
れており挟持部１７を形成している。この挟持部
１７の二又状部の中間には、起歪板ホルダ３に一
端を固定された起歪板６の他端が、接触すること
なく嵌入されており、第３図Ａに拡大して詳しく
示されているように、起歪板６の他端は、二又状
部に起歪板６の板面に対し直交する方向に両側か
らねじ込まれた挟持部１７を構成する２本の押し
ネジ１８，１８と２つの鋼球２４とをもつて微小
な間隙を存して挟持されている。

ここで前記中間ホルダ４には起歪板６の挟持状
態をチエツクするための点検穴１９および押しネ
ジ１８を例えばドライバ状の器具で回動し起歪板
６との関係位置を調整するための調整穴２０が設
けられている。また、前記平行ピン１４はスナツ
プリング２１により中間ホルダ４に固定され、さ
らに、スペーサ２２は前記ベアリング１５のイン
ナーレースと中間ホルダ４の下部内壁との間に介
挿されておりベアリング１５の平行ピン１４に沿
つた移動を規制する役目を担うものである。

次に、このように構成された傾斜計の動作を説
明するに、被測定対象がある傾斜角θだけ傾斜し
た場合、この被測定対象に配置された固定部１が
共に傾斜角θと同じ角度傾き、一方、前記固定部
１に軸支された振子部２は、ウエイト１３により
鉛直方向を維持するように働くので、起歪板ホル
ダ３に一端を固定された起歪板６は、振子部２か
ら上方に延びた挟持部１７の二又状をなす部分に
ねじ込まれた一方の押しネジ１８の先端に介挿さ
れた鋼球２４により押し曲げられて撓む。この起
歪板６に生じたひずみは、そこに添着されたひず
みゲージ７の抵抗値を変化させるので、そのひず
みゲージ７をもつて例えば、ホイートストンブリ
ツジを構成すれば、傾斜角θに対応した電気信号
を得ることができる。

第２図Ａは、本考案を完成させる過程で実験を
試みた実験例としての挟持部１７の断面を拡大し
て示す断面図であり、同図Ｂは、同実験例におけ
る被測定対象の傾斜角θとひずみゲージ７よりの
出力電圧e₀との関係を示すグラフである。同図Ｂ
から理解されるように、この参考例の場合、比較
的大きなヒステリシスが表われている。これは、
押しネジ１８先端と起歪板６との間に摩擦が生じ
前記起歪板６に曲げの他に引張りまたは圧縮の応
力が働くためである。ここで、２３は押しネジ１
８を調整後、固定（ロツク）するためのナツトを
示す。

第３図Ａは、本考案に係る傾斜計の上記挟持部
の具体的構成を拡大して示す断面図である。同図
Ａにおいて、押しネジ１８は先端断面がＶ字状と
なつており、この押しネジ１８と起歪板６との間
に鋼球２４が微小間隙を設けて挟み込まれてい
る。鋼球２４は起歪板６の動きに伴つて回動する
ので、摺動に比べ極めて摩擦の小さい状態となつ
ている。同図Ｂは、この実施例における被測定対
象の傾斜角θとひずみゲージよりの出力電圧e₀と
の関係を示す特性図である。前記起歪板６を挟持
する挟持部１７を同図Ａのような摩擦部分の少な
い構造とすることにより、起歪板６には摩擦によ
る引張り、圧縮の応力が殆んど生ぜずヒステリシ
スを殆どなくすことができる。更に、第３図Ａの
鋼球２４を用いて起歪板６と点接触するようにす
ると、例えばウエイトホルダ１２と平行ピン１４
の機械加工が粗であつたとしても、傾斜時に起歪
板６が捩られるのを殆んど無くすことができ、極
めて安定した直線性をもつ傾斜計とすることがで
きる。

上記の実施例のごとく構成したひずみゲージ式
傾斜計は、構造が簡単であり且つ固定部１として
の中間ホルダ４内に起歪板６およびウエイト１３
の傾斜分力を該起歪板６に伝達するための挟持部
１７を収納した形式としたため、傾斜計自体の外
径を細くすることができ、従つて例えば挿入型傾
斜計のように地中等に埋設するガイド管内にその
傾斜計を挿入し多数区間毎の傾斜角を測定する場
合に甚だ好都合である。

尚、本考案は、上述の実施例に限定されるもの
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変
形実施が可能である。

例えば、実施例においては、挟持部１７を、振
子部２のウエイト１３と反対側に延設した例を示
したが、ウエイト１３の下端側（図において）に
設け、固定部１を延設するか固定部１と一体的な
ケース５に起歪板の一端を固定し、起歪板の他端
を前記挟持部の二又状部に挿入する如くに構成し
てもよい。

また、挟持部１７の二又状部に鋼球２４の代り
に２つのボールベアリングを取付け、それらのボ
ールベアリングにより起歪板６の両面を挟むよう
に構成してもよい。

また、傾斜計の過傾斜を阻止するストツパ手段
として、ケース５側から内方に向けて進退調整可
能なるようなストツパネジを設けるか、所定の口
径を有する円筒状の捩れ量制限部材をケース５内
に軸方向移動可能なるように嵌装してもよいし、
そのような手段を用いて、運搬時にはウエイト１
３を押え付けて固定するようにしてもよい。

以上詳述したように本考案によれば、従来のひ
ずみゲージ式傾斜計に比べ以下に述べる数々の利
点を有する傾斜計を提供することができる。

第１に、被測定対象の傾斜を感知する起歪板に
は、直接、振子やウエイトの重量を負荷させない
ため、起歪板の撓み特性が長期にわたり安定で、
耐久性に優れ、また起歪板を薄くすることがで
き、高感度な傾斜計とすることができる。

また、起歪板に対し両面側から挟持部で微小の
間隙を存して挟持し、片面側のみならず両面側に
起歪板を撓ませるように構成したから、従来例の
ように起歪板の片面側のみに撓ませて傾斜を測定
するものに比べ、起歪板に発生する応力が小さい
（約半分である）ので、この面でも耐久性が増大
し、換言すれば、より大きな定格容量のものや、
より高分解能のものを製作することができる。

第２に、振子部の長さに比べて、該振子部の枢
支点と挟持部までの長さを十分短くでき、且つ起
歪板も固定部に固定する形式であり、特別の制約
を受けることなく長短任意に設定できるので、被
測定対象の傾斜角を起歪板に拡大して伝達するこ
とができ、被測定対象の微小角度を高感度に検出
することができると共に、起歪板と振子部および
振子部の枢支点からの挟持部の各長さを変えるこ
とにより広汎な測定範囲のものが容易に設計、製
作することができる。

第３に、構成が簡素で部材も少ないので、安価
に製造することができる。特に、起歪板は、従来
例のように取付が厄介で確実性に乏しい振子部の
軸受近傍に取付けるものではなく、取付に制約を
受けない固定部に取付けるように構成したので、
この面でも製造コストを低減させることができ、
信頼性も併せて向上させることができる。

第４に、振子部の傾動を起歪板に伝達する挟持
部を、振子部から一体に延び起歪板の他端の両側
を挟み込むようにして配設された二又状部と、こ
の二又状部にそれぞれ起歪板の板面に直交する方
向にねじ込まれた２本の押しねじと、この押しね
じの先端部と起歪板との間に微小の間隙を存して
介挿された鋼球またはボールベアリングとをもつ
て構成したから、挟持部と起歪板との間に生じる
摩擦力が極めて小さく、従つて、ヒステリシスは
極めて小さく且つ傾斜角−出力電圧特性の直線性
も良好な傾斜計を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ＡおよびＢは本考案の一実施例の構成を
示す縦断正面図および縦断側面図、第２図Ａは、
本考案を完成させる過程で実験を試みた実験例と
しての挟持部の断面を拡大して示す断面図、同図
Ｂは、同図Ａに示す実験例における傾斜角−出力
電圧特性図、第３図Ａは、本考案に係る傾斜計の
上記挟持部の具体的構成を拡大して示す断面図、
同図Ｂは、同図Ａに示す実施例における傾斜角−
出力電圧特性図である。 １……固定部、２……振子部、３……起歪板ホ
ルダ、４……中間ホルダ、５……ケース、６……
起歪板、７……ひずみゲージ、８〜１０……Ｏリ
ング、１２……ウエイトホルダ、１３……ウエイ
ト、１７……挟持部、１８……押しネジ、２４…
…鋼球。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 構築物や地中等に設置してそれらの変状を測定
   するための傾斜計において、前記構築物や地中等
   の被測定対象と一体的に傾斜する固定部と、この
   固定部に一端側が揺動自在に軸支され常時鉛直方
   向を維持する振子部と、ひずみゲージが両面に添
   着され一端が前記固定部に固定された起歪板と、
   前記振子部から一体に延び前記起歪板の他端の両
   側を挟み込むようにして配設された二又状部とこ
   の二又状部にそれぞれ前記起歪板の板面に直交す
   る方向にねじ込まれた２本の押しねじとこの各押
   しねじの先端部と前記起歪板との間に微小の間隔
   を存して介挿された鋼球またはボールベアリング
   とからなる挟持部と、を備え、前記被測定対象の
   傾斜を前記ひずみゲージによつて検出するように
   構成したことを特徴とするひずみゲージ式傾斜
   計。