JPH0429362Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 (a) 技術分野 本考案は、膜ひずみ検出器に関し、より具体的
には、膜を展張して形成される大型膜構造物の前
記膜に生ずる膜ひずみを検出して電気量に変換す
る膜ひずみ検出器に関するものである。

(b) 従来技術 近年、全天候型スタジアム、大規模貯蔵庫、淡
水化プラント等の建造物として、天井膜に化学合
成繊維やガラス繊維、さらにはステンレス鋼薄板
等を使用したエアドーム型建造物の需要が増大し
つつある。このエアドーム型建造物は、例えば天
井膜を軽量な材料で構成し、建造物内に空気を送
入し、建造物内（膜内部）の気圧を建造物外の外
気圧（一般には大気圧）よりも僅かに高くするこ
とにより、この天井膜を上方に膨出するように展
張させた状態で支持するように構成されている。

ところで、天井膜は、建造物内の空気圧により
展張されたときの形状が所定の形状となつていな
い場合には、天井膜の一部分に天井膜の自重や空
気圧等によつて許容値以上の負荷がかかり、天井
膜が裂けてしまつたり、補強のために天井膜に沿
つて縦横に張り渡した天井膜保持ケーブルが切断
される等の重大な事故を引き起す虞れがある。従
つて、このようなエアドーム型建造物において
は、安全管理上、建造物の施工中および施工後に
おいて天井膜の状態を常時監視することが必要で
ある。

このような天井膜の状態を監視する１つの方法
としては、基準位置から天井の各所定の測定位置
までの高さをそれぞれ測定し、これらの高さのデ
ータから天井膜の形状を求め、あるいはこれらの
高さのデータの位置から天井膜の変状を求めれば
よいと考えられる。その高さを測定する手段とし
ては、天井膜に沿つて変位測定管を配設し、この
変位測定管の各測定部位毎に電気式圧力変換器を
連通配設し、基準部位に設けた電気式圧力変換器
の出力に対する上記各測定部位の圧力変換器の出
力に基づき各測定部位の基準部位に対する水頭
（高さ）を求めるという方法が考えられる。

また、天井膜の状況を監視する他の方法とし
て、風等に対する安全性の保持、および天井膜の
張り具合または弛み具合の規制等のために、天井
膜に沿つて縦横に張り渡された天井膜保持ケーブ
ルに作用する張力を測定する方法がある。

しかしながら、上述のいずれの方法も天井膜自
体の変形（ひずみ）を直接検出するものではない
から、天井膜に部分的に生ずるひずみ、特に事故
を引起す原因となる過大ひずみを検出することは
できない。

そこで、本願考案者等は、上述した天井膜のよ
うな大型膜構造物の膜に生ずるひずみを直接的に
検出するために、参考例として第３図に示すよう
な膜ひずみ検出器を案出し、その実用性につき検
討を試みた。

即ち、第３図ＡおよびＢは、その参考例として
の膜ひずみ検出器の原理的構成を示す正面断面図
および部分断面側面図である。

同図において、１は軽量な合成繊維やガラス繊
維に例えばテフロン膜が被着されてなる大型膜の
一部（以下単に「膜」という）であり、この膜１
の一方の面側には、所定距離Ｄを離隔させて２つ
のゴム製パツド２が接着剤により接着されてい
る。３は、弾性を有する帯状薄板を湾曲させて略
Ｕ字状に形成された起歪部材であり、その両端部
は、ピン連結手段４としての挟持板５ａ，５ｂ、
ボルト６およびナツト７によつてピン８と連結さ
れている。即ち、起歪部材３の両端部の一方の面
には挟持板５ａが、他方の面にはピン８が固設さ
れた挟持板５ｂがそれぞれあてがわれた状態で、
これらにボルト６が挿通され且つナツト７で強く
緊締されており、これによつてピン８が起歪部材
３の各端部に連結されている。そして、ピン８
は、ゴム製パツド２に差込まれて止着されてい
る。

このように構成された参考例の膜ひずみ検出器
の作用につき説明すると、例えば膜１の張力が増
大した場合、膜１は伸長しピン８，８間の距離Ｄ
が増大するため、起歪部材３の湾曲部の曲率が小
さくなり湾曲部に接着されたひずみゲージSG１，
SG２のうち、内側のひずみゲージSG１は伸び、
外側のひずみゲージSG２は縮む。これらひずみ
ゲージSG１，SG２を含めてホイートストンブリ
ツジを構成すれば、ホイートストンブリツジの出
力端から、上記距離Ｄの変化に対応したひずみ出
力（電圧信号または電流信号）が得られる。この
ようにして膜１のひずみをひずみゲージSG１，
SG２によつて電気量として検出することができ
るのである。

しかしながら、上記参考例に示す膜ひずみ検出
器は、ゴム製パツド２を膜１の表面に接着剤で接
着しているため、この接着剤の保持力の限界を越
えるひずみが上記膜１に生じたときには、膜１に
生じる大ひずみがゴム製バツド２、ピン連結手段
４等を介して起歪部材３に忠実に伝達されないと
いう難点がある。また、膜１は、外方または内方
に膨出しその外表面の曲率半径を変化させる。こ
のように曲率半径が絶えず変化するので、ピン８
を膜１に剛に固定すると、ひずみ検出出力の中に
膜面の曲率半径の変化による検出出力が混入し、
正確なひずみ検出を行なうことができない。その
ため、第３図に示すように、ゴム製パツド２の上
面は球面状に形成されており、曲率半径の変化を
その球状面にて極力吸収するようにしているが、
ゴムによる支持は不安定で、ゴム製パツド２の上
面（円球面）の曲率の影響は大きく、膜ひずみと
ひずみ検出出力との間の相関性が崩れがちとな
り、所望の精度を得ることができなかつた。

(c) 目的 本考案は、上記事情に鑑みなされたもので、そ
の目的は、構成が簡素で、膜への取付が容易で、
しかも従来、測定が困難であつた大ひずみや曲面
変形を伴なう膜ひずみを精度良く検出し得る大型
膜構造物の膜ひずみ検出器を提供することにあ
る。

(d) 構成 上記目的を達成させるため、本考案は、膜を展
張して形成される大型膜構造物の前記膜に生ずる
膜ひずみを検出して電気量に変換する膜ひずみ検
出器において、弾性を有する帯状の薄板を湾曲さ
せて略Ｕ字状に形成された起歪部材と、先端が尖
つたピンを有しこのピンを前記起歪部材の各端部
の延長線に略沿う方向に延設させるべく当該端部
に連結されたピン連結手段と、前記ピンを受け入
ける開口を有しこの開口内における前記ピンの挿
入方向への移動は許容し離脱方向への移動は解除
部材を操作することによつてのみ許容して該開口
からの離脱を可能にする緊締手段と、前記起歪部
材の湾曲部に添着されその曲率に応じた抵抗値変
化を示すひずみゲージとを備え、前記膜のひずみ
検出部位の一面側から他面側に前記各ピンを挿通
し且つ前記膜の他面側の前記緊締手段の前記開口
に挿入して前記膜に点支持の状態で固定せしめ、
前記膜に生じたひずみを前記ひずみゲージによつ
て検出し得るように構成したことを特徴とするも
のである。

以下、本考案の実施例を添付図面に基づき詳細
に説明する。

第１図ＡおよびＢは、本考案の一実施例の概略
構成を示す正面図および側面図である。同図にお
いて、第３図Ａ，Ｂと共通ないしは同様の部材に
は同一の符号を付してある。

同図において、起歪部材３、ピン連結手段４、
ピン８およびひずみゲージSG１，SG２は、第３
図Ａ，Ｂに示した参考例に係る膜ひずみ検出器の
それぞれ対応する部材と同様のものである。

即ち、起歪部材３は、弾性を有する帯状薄板を
もつて略Ｕ字状に曲成され、その円弧状部の内面
側および外面側にひずみゲージSG１およびSG２
が接着または蒸着、スパツタリングその他適宜の
手段により添着されている。この起歪部材３の各
端部は、ピン８を有するピン連結手段４が連結
（連接）されており、より具体的には、ピン８を
有する挟持板５ｂと５ａとで起歪部材３の端部両
面を挟持し、これらをボルト６とナツト７とで緊
締することにより、ピン連結手段４を起歪部材３
に固定している。換言すれば、これによつて、ピ
ン８が起歪部材３の各端部に取付けられることに
なる。

９は、ピン８を受け入れる開口を有し、この開
口内におけるピン８の挿入方向への移動は許容し
離脱方向への移動は阻止し、解除手段たるつまみ
を操作することによつてピン８の離脱方向への移
動を許容し開口からの離脱を可能にする緊締手段
である。この緊締手段９の具体的構成は、第２図
Ａ，Ｂに示す通りである。

第２図Ａにおいて、１０は緊締手段９の本体部
であり、頂部は球面部１０ａが形成され、軸方向
中心部には、頂部にピン８を受け入れる円錘状の
開口１０ｂが穿設され、この開口１０ｂから軸方
向中心部に至る迄の部位に、開口１０ｂより大径
で、他端側（図においては下方）に至るに従つて
徐々に内径が増大するテーパ壁１０ｃが形成さ
れ、このテーパ壁１０ｃから他端近傍に至る迄の
部位に、上記テーパ壁１０ｃの最大内径と同径の
丸穴１０ｄが穿設されている。上記本体部１０に
穿設された内空部には、ボール受座１１、ボール
１２、ボール保持部１３ａを有する解除部材１
３、ばね１４が順次挿入されており、ばね１４の
一端は、本体部１０の他端部を折曲されてなるば
ね支持部１０ｅにより抜け出さないように支持さ
れている。上記解除部材１３は、一端部（図にお
いては上端部）が鍔状に形成されており、その一
端面がボール１２と当接するボール保持部１３ａ
とされ、鍔状をなす部分の他面側がばね１４と当
接するばね支持部１３ｂとされ、他端側に鍔状つ
まみ部１３ｃと球状つまみ部１３ｄが形成されて
おり、さらに、一端から中間部にかけて丸穴１３
ｅが穿設されている。尚、ボール１２の表面は、
摩擦抵抗を大きくするため、阻面とされている。

次に、このように構成された本実施例の動作に
つき説明する。

先ず、例えばエアドーム型建造物のような大型
膜構造物における膜１の被測定対象部位に、起歪
部材３両端側に連結された各ピン８，８を、一面
側から他面側に挿通する。そして、膜１の他面側
に突出したピン８，８に、緊締手段９の開口１０
ｂを合致させ、その開口１０ｂにピン８，８を挿
入する。２個のボール１２，１２は、ピン８が挿
入される前の段階では、ばね１４の弾性力で内方
向に付勢されているボール保持部１３ａによつて
ボール受座１１に当接する部位まで押し上げられ
ているため、内径の挟められたテーパ壁１０ｃに
よつて互いに接近する方向に偏位されている。こ
のときの２つのボール１２，１２間の対向距離
は、ピン８の外径よりも挟い。しかしながら、ピ
ン８を内方（図においては下方）に向けて挿入す
るときは、ボール１２，１２は、下方、即ち、テ
ーパ壁１０ｃの内径が広がる方向に移動するた
め、２つのボール１２，１２間の対向距離はピン
８の外径よりも大きくなるので、ピン８は、第２
図Ａに示すように、膜１を挟持板５ｂと本体部１
０の球面部１０ａとで強く挟持する深さまで挿入
することができる。一方、一旦挿入されたピン８
を引き抜こうとしても２個のボール１２，１２は
ばね付勢力を受けるばね保持部１３ａでテーパ壁
１０ｃの上方の小径部位に押圧されてピン８を挟
んだ状態となつているから、ピン８を引き抜こう
とすればする程、ボール８，８によつて一層強く
挟圧され、引き抜くことはできない。特にボール
１２の表面は、摩擦抵抗が大きくなるように阻面
とされているため、不用意にピン８から緊締手段
９が離脱することはない。

上述のようにして起歪部材３の両端が膜１の被
測定対象部位に取付けられた状態において、膜１
が伸張し、または定常状態まで収縮したりする
と、２本のピン８，８間の距離が増減する。この
とき、ピン連結手段４とピン８と緊締手段９とに
よつて、起歪部材３の両端は、ほぼ点支持状態を
確保されているので、例えば、膜１が曲面状に変
形しても、その変形の影響を受けることが殆んど
ない。

即ち、第２図Ａを参照して、このことをもう少
し詳しく説明すると、膜１が部分的に曲面状に変
形した場合、その膜１の変形は、挟持板５ｂの球
面部と本体部１０の球面部１０ａとで形成される
間隙内または、両球面部に沿つて行われる（吸収
される）から、ピン連結手段４、ピン８、挟持板
５ａ，５ｂおよび緊締手段９を傾動させる力とし
て殆んど作用しない。このことは、第１図に示す
ように、緊締手段９の上部を小径に形成して膜１
に接する面積が充分に小さくなるようにして、起
歪部材３を実質的に膜１に対して点支持状に取付
けた場合にも、同様な作用が行われる。

従つて、起歪部材３の両端は、例えば、膜１が
曲面状に変形してもその変形の影響を受けること
なく、膜１のひずみ（伸びまたは縮み）のみに応
じてその間隔が変化し、起歪部材３のひずみゲー
ジSG１，SG２が添着された湾曲部の曲率を変化
させるので、ひずみゲージSG１とSG２は、相反
的にその抵抗値を増減する。このようなひずみゲ
ージSG１，SG２の抵抗値の変化は、ホイートス
トンブリツジ回路（図示せず）によつて電圧信号
または電流信号に変化せしめられるので、この信
号を別途用意されるひずみ測定器によつて適宜、
増幅、Ａ／Ｄ変換、演算処理して、ひずみ値が求
められ、そのひずみ値は表示器に表示されあるい
は記録器に記録される。

一方、測定が終了した被測定対象部位に取付け
られた膜ひずみ検出器は、次のようにして簡単に
取外すことができる。即ち、緊締手段９からピン
８（ひいてはピン連結手段４）を離脱させるに
は、解除部材１３としての鍔状つまみ部１３ｃま
たは球状つまみ部１３ｄをつまんでばね１４のば
ね力に抗して図において下方側に引けばよい。す
ると、ボール１２，１２は、テーパ壁１０ｃのよ
り大径の部位へ移動するので、２つのボール１
２，１２間距離も大きくなり、第２図Ｂに示すよ
うに、ピン８との間に隙間が形成される。このた
め、ピン８は、離脱方向へ移動させること、即
ち、開口１０ｂより離脱させることができる。

このように構成され且つ動作する本実施例に
は、次のような利点がある。

第１に、基本的な構成として起歪部材３、ひず
みゲージSG１，SG２、ピン連結手段４、ピン
８、緊締手段９よりなる簡素な構成であるため、
製作、加工、組立が容易であり、安価にしかも大
量に供給することができる。

第２に、接着剤を用いて接着したり、溶接によ
り溶着したりする必要がなく、単にピン８，８を
膜１に挿通し、反対側の緊締手段９の開口１０ｂ
に合せて挿入するだけの操作で取付けができ、ま
た、解除部材１３を単に引くだけの操作でピン８
を緊締手段９から離脱させることができる。要す
るに、この膜ひずみ検出器は、新規に取付けた
り、あるいは移設したりする作業を頗る簡単に行
なうことができる。

第３に、ピン８を有するピン連結手段４と緊締
手段９とで、膜１を挟圧せしめることによつて起
歪部材３を膜１に取付けており、且つピン連結手
段４（挟持板５ｂ）と、緊締手段９の膜１に接す
る部分は、球面状に形成してあり、実質上、点支
持の状態で膜１に取付けられることになるので、
膜１が曲面状に変形しても、その変形による影響
を殆んど受けず、膜１のひずみ（伸び、縮み）を
精度良く検出することができる。しかも、取付状
態が、既述したゴム製パツドを用いた場合のよう
に不安定さがなく、長期に亘つて安定した性能を
維持する。

第４に、起歪部材３の膜１への取付けに接着剤
を用いていないから接着剤による粘着力の制約を
受けず、従つて、いかなる大きなひずみを生ずる
大型膜１であつても、起歪部材３の湾曲部の曲率
半径あるいは直線部の長さを適宜変更することで
対応することができる。

第５に、本実施例のものは、上述するように膜
１のひずみを精度良く安定して検出することがで
きるので、エアドーム型建造物における天井膜の
ような大型膜の状態を常時監視するための膜ひず
み検出器として好適である。

尚、本考案は、上述し且つ図面に示した実施例
のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲内において種々の変形実施が可能であ
る。

例えば、第２図に示す実施例においては、ピン
連結部材を構成する挟持板５ｂの下面と、緊締手
段を構成する本体部１０の上面とをそれぞれ凸球
面状に形成したが、挟持板５ｂの下面を平面とし
てその代りに挟持板５ｂと膜１との間にビーズの
ようなピン挿通孔が穿設された球状のスペーサを
挿入してもよいし、本体部１０の上部を第１図に
示すように、小径に形成して膜１に接する面積が
充分に小さくなるようにしてもよく、要は、起歪
部材３が実質的に膜１に対して点支持状に安定し
て取付けられればよい。

(e) 効果 以上詳しく説明したところより明らかなように
本考案によれば、構成が簡素で、安価に製作で
き、大型膜への取付および取外しが頗る容易で、
しかも接着剤の接着力限界をはるかに超える大ひ
ずみや曲面変形を伴なうひずみを精度良く検出し
得る大型膜構造物の膜ひずみ検出器を提供するこ
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概略
構成を示す正面図および側面図、第２図Ａは、第
１図に示す緊締手段の具体例を示す拡大断面図、
第２図Ｂは、同緊締手段を解除操作したときの状
態を示す拡大断面図、第３図ＡおよびＢは、参考
例としての膜ひずみ検出器の原理的構成をそれぞ
れ示す正面断面図および側面部分断面図である。 １……大型膜、３……起歪部材、４……ピン連
結手段、５ａ，５ｂ……挟持板、６……ボルト、
７……ナツト、８……ピン、９……緊締手段、１
０……本体部、１０ｂ……開口、１０ｃ……テー
パ部、１２……ボール、１３……解除部材、１３
ａ……ボール支持部、１３ｃ，１３ｄ……つまみ
部、１４……ばね、SG１，SG２……ひずみゲー
ジ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 膜を展張して形成される大型膜構造物の前記膜
   に生ずる膜ひずみを検出して電気量に変換する膜
   ひずみ検出器において、弾性を有する帯状の薄板
   を湾曲させて略Ｕ字状に形成された起歪部材と、
   先端が尖つたピンを有しこのピンを前記起歪部材
   の各端部の延長線に略沿う方向に延設させるべく
   当該端部に連結されたピン連結手段と、前記ピン
   を受け入れる開口を有しこの開口内における前記
   ピンの挿入方向への移動は許容し離脱方向への移
   動は解除部材を操作することによつてのみ許容し
   て該開口からの離脱を可能にする緊締手段と、前
   記起歪部材の湾曲部に添着されその曲率に応じた
   抵抗値変化を示すひずみゲージとを備え、前記膜
   のひずみ検出部位の一面側から他面側に前記各ピ
   ンを挿通し且つ前記膜の他面側の前記緊締手段の
   前記開口に挿入して前記膜に点支持の状態で固定
   せしめ、前記膜に生じたひずみを前記ひずみゲー
   ジによつて検出し得るように構成したことを特徴
   とする大型膜構造物の膜ひずみ検出器。