JPS6251402B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、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、工事施行中は、施行管理上、施行後は、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、第
３図ａおよびｂに開示されているように、上端を
固定部に固定し、下端に重錘を固定した片持梁
（いわゆるカンチレバー）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
が生じたときに重錘の分力によつて片持梁に曲げ
モーメントが発生し、この曲げモーメントによつ
て片持梁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、上記片持梁をますます長く、厚さもかな
り薄いものにし、重錘の重量も大きくしなければ
ならないため、起歪部にあたる片持梁が非常に壊
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、カンチレバー式の傾斜計を改良したもの
が特公昭54−4870号に開示されている。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、片持梁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接合す
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線とのなす角
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、重錘を片持
梁、すなわち起歪部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。

本発明は、これらの欠点に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、第１に、微少傾斜
角を高感度に検出できる傾斜計を提供すること、
第２に、機械的接触箇所や摩擦箇所がなく、した
がつて直線性、ヒステリシスおよび繰返し性のよ
い傾斜計を提供すること、第３に、必要な測定範
囲のものが容易に設計製作できる傾斜計を提供す
ること、第４に構造が比較的簡単で、安価に大量
に供給できる傾斜計を提供すること、第５に種々
の使用条件に対して壊れにくい傾斜計を提供する
ことにある。

以下、添付図面に基づき本発明の実施例を詳細
に説明する。

第１図、第２図および第３図は、本発明の異な
る実施例の構成を模式的に示すそれぞれ概略構成
図である。

第１図の実施例における傾斜計は、構築物や地
中等の測定対象物と一体になつて傾斜する固定部
１と、その固定部１に取付けられて一定方向の傾
斜（傾斜角θ）に応じて振ねる梁部２およびこの
梁部２の他端（図においては下端）に取付けられ
た重錘３を有する振子４と、固定部１ら振子４の
重錘３付近まで延設され固定部１と実質的に一体
をなす固定片５と、振子４の重錘３付近にあつて
一端６を固定部１と一体になつた固定片５に固定
され他端７を軸方向変位吸収ばね８を介して重錘
３に結合され振子４より十分に短かい片持梁９
と、この片持梁９上のひずみを検出し得る位置に
接着等の手段により添着されたひずみゲージ１０
とから構成されている。

なお、振子４の梁部４は、上下を逆にしたとき
でも座屈しない長さと断面形状（厚さ、幅など）
をしており、軸方向変位吸収ばね８は、振子４の
動きを片持梁９に摩擦なく伝達するとともに振子
４と片持梁９の軸方向の長さすなわち揺動半径の
相違に基づく重錘３に対する相対的な位置のずれ
すなわち片持梁９に生ずる引張力を吸収するよう
に構成されている。

このように構成された傾斜計の動作につき説明
するに、測定対象物がある傾斜角θだけ傾斜する
と、この測定対象物に設置された固定部１および
固定片５がともに傾斜角θと同じ角度（この場
合、傾斜計の主軸線１１と鉛直線１２とのなす
角）傾き、これにより振子４（梁部２と重錘３）
が振れ、この振子４の振れが軸方向変位吸収ばね
８を介して片持梁９に伝達され、片持梁９を撓ま
せる。この片持梁９に生じたひずみを、そこに添
着されたひずみゲージ１０で検出する。このひず
みゲージ１０の出力は、測定対象物の傾斜（傾斜
角θ）に対して高感度で応答し、しかも正確に対
応する。

第２図は、他の実施例の構成を示しており、第
１図示のものとの相違点は、第１図示のものが振
子４の梁部２に弾性梁を用い且つその上端が固定
部１に固定されているのに対し、本実施例のもの
は、梁部２′に剛体梁を用い且つその上端をヒン
ジ１３を介して固定部１に取付けた点にある。

このように構成された本実施例のものは、他の
条件を同じとすると第１図示のものに比べヒンジ
１３の精度への影響が場合によつては多少生ずる
虞れはあるが、傾斜計としての感度が高くなると
いう利点がある。

第３図は、さらに他の実施例の構成を示してお
り、傾斜を検知する片持梁の一端を、固定片５側
ではなく、重錘３側に固定したものである。

すなわち、同図において、片持梁９′は、一端
６′を重錘３に固定され、他端７′は軸方向変位吸
収ばね８′を介して固定片５に結合されており、
片持梁９′上の所定の場所にひずみゲージ１０が
添着（例えば接着）されている。

このように構成した場合でも、第１図および第
２図に示した実施例のものと同様の効果を得るこ
とができる。

第４図は、第１図に示した本発明の実施例を具
体化したさらに他の実施例の構成を示す斜視図で
ある。なお、第４図において第１図と対応する部
分については同一符号を付しその説明を省略す
る。

同図において、固定片５は固定部１から重錘３
に形成された角穴１４内まで延設されており、し
たがつて、重錘３の振れ角は、角穴１４で規制さ
れる。すなわち、固定片５の角穴１４に対向する
部分１５は振子４の過傾斜に対するストツパとし
ての機能を有している。固定部１の上端には構築
物や地中等の測定対象物と一体となつて傾斜する
外部保護ケース（図示せず）等に固定するための
ねじ孔１６が設けられている。

第５図ａ〜ｆは、本発明の要部である軸方向変
位吸収ばねの各種変形例をその取付態様とともに
示すそれぞれ模式的構成図である。なお、第５図
において、第１図と共通の部材（または部分）に
は同一の符号を付してある。また、軸方向変位吸
収ばね８については、それぞれの構成を異にして
いるが同一の符中を付してある。

第５図ａ〜ｆにおいて、軸方向変位吸収ばね８
は、それぞれ薄板ばね材からなりその形状はａ図
の場合は、略かぶり笠状、ｂ図の場合は、略疲走
線状、ｃ図の場合、長円形状、ｄ図の場合、円形
状、ｅ図の場合、ハート形状、ｆ図の場合、変形
ハート形状に形成され、いずれもその一端（図に
おいては上端）を鋲１７をもつて片持梁９に連結
され、その他端を重錘３に取付けられている。同
図ｄ，ｅにおいて、軸方向変位吸収ばね８はＲ面
付き座金１８が該ばね８の内側から当てられ、ボ
ルト１９をもつて重錘３に取付けられている。

このような軸方向変位吸収ばね８を用いる必要
性について第１図を参照して説明するに、傾斜時
の、振子４による重錘３の軌跡と片持梁９の他端
７の軌跡ま同じではないので、もし片持梁９の他
端７を直接重錘３に結合（固定）させると、傾斜
により片持梁９に過大な引張力が作用し、片持梁
９を破壊させてしまうことになる。それを避ける
べく重錘３にローラ等を組み込んでそのローラで
片持梁９上を滑らせて片持梁９に過大な引張力が
作用しないようにする方法が考えられるが、機械
的なローラを組み込むことによつてその摩擦やガ
タの影響でヒステリシスや繰り返し性が悪くなり
高感度、高精度が望めなくなる。そこで、上述の
実施例の如き軸方向変位吸収ばね８，８′を片持
梁９と重錘３との間または片持梁９と固定片５と
の間に介在させると、機械的接触箇所や摩擦箇所
が無くなりまた軸方向変位吸収ばね８は、一定範
囲内では弾性体と考えてよいので精度に悪影響を
及ぼすことはない。

なお、本発明は、上述した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、
種々の変更、組合わせ、置換等が可能であること
は勿論である。

例えば、第２図に於いて振子４の梁部２′の上
端を固定部１へ取付ける手段としては、第２図に
示されるもののほか柔軟な帯状片からなるヒンジ
を介して梁部２′の上端を固定部１に取付けるよ
うにしてもよい。このようにすることによつて、
機械的摩擦部分を無くしヒンジによる精度への悪
影響を無くすことができるとともに第１図示のも
ののような弾性梁を用いたものに比べ傾斜計とし
ての感度を高くすることができる。

また、第３図に示す梁部２を、剛体梁とし、上
端および下端をヒンジを介してそれぞれ固定部１
および重錘３に取付けるようにしてもよい。

また、軸方向変位吸収ばね８の片持梁９への取
付け手段についても鋲１７を用いず、点溶接やロ
ー付けによつてもよい。

また、傾斜計をケースに収容しその内部にシリ
コンオイル等のダンピング材を充填して高周波振
動等によるノイズ成分の軽減を計るようにしても
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、固定片５で重錘３の振れ方向の限界を規
制するように構成した例（第４図）を示したが、
例えば、傾斜計を収容するケースにストツパ部分
を設けるようにしてもよい。さらには運搬時に
は、ストツパねじ等で振子４または重錘３をケー
スもしくは固定片５等に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発明によれば、従来の傾
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、片持梁の長さに比べて振子（梁および
重錘）の長さの方が十分に長いので、片持梁と梁
部の材質、断面形状をそれぞれ別個に適宜定める
ことにより傾斜計の傾斜に対して高感度に応答す
る。換言すれば、本発明の傾斜計は、測定対象物
の微小傾斜角を高感度に検出することができる。

第２に、本発明の傾斜計は、機械的接触箇所や
摩擦箇所が無いため、直線性、ヒステリシスおよ
び繰返し性が極めて良好である。

第３に、本発明の傾斜計は、梁部の長さを適当
に変えることにより必要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４に、本発明の傾斜計は、上述した特公昭44
−20200号公報に開示される傾斜計の構造に比べ
ると、梁部と軸方向変位吸収ばねの分だけ複雑に
なつてはいるが、これらはいずれも安価な部材で
あり、その他の部材も種々の測定範囲（すなわち
容量）の傾斜計に共通使用し得るものが多く、ま
た傾斜計全体の構成も比較的簡単で大量生産に適
しており安価に大量に供給可能である。

第５に、本発明の傾斜計は、ひずみゲージが添
着された片持梁では重錘を支えず、振子の梁部で
これを支えるように構成してあるため、高感度で
ありながら堅牢である。例えば、梁部を座屈しな
い長さと断面形状とし過傾斜を阻止するストツパ
手段を設けることにより、過傾斜に対しても、ま
た上下逆にしても壊れない傾斜計とすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は本発明のそれぞ
れ異なる実施例の構成を模式的に示すそれぞれ概
略構成図、第４図は第１図に示す実施例を具体化
したさらに他の構成を示す斜視図、第５図ａ〜ｆ
は本発明の要部である軸方向変位吸収ばねの各種
変形例をその取付態様とともに示すそれぞれ模式
的構成図である。 １……固定部、２，２′……梁部、３……重
錘、４……振子、５……固定片、８……軸方向変
位吸収ばね、９……片持梁、１０……ひずみゲー
ジ、θ……傾斜角。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   等の測定対象物と一体になつて傾斜する固定部
   と、この固定部に一端が取付けられた梁部の他端
   に重錘を有し一定方向の傾斜に応じて振れる振子
   と、前記固定部から前記振子の重錘付近まで延設
   され前記固定部と実質的に一体をなす固定片と、
   前記振子より十分に短かく一端を前記固定片また
   は前記重錘に固定され他端を軸方向変位吸収ばね
   を介して前記重錘または前記固定片に結合された
   片持梁と、この片持梁に添着されたひずみゲージ
   とから成り前記測定対象物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。 ２ 前記軸方向変位吸収ばねは、前記振子と前記
   片持梁の軸方向の長さの相違に基づき前記片持梁
   に生ずる引張力を吸収するように構成されている
   特許請求の範囲第１項記載のひずみゲージ式傾斜
   計。 ３ 前記振子は、上下を逆にしたときでもその梁
   部が座屈しない長さと断面形状とされている特許
   請求の範囲第１項記載のひずみゲージ式傾斜計。 ４ 前記固定片が、前記重錘の振れ方向の限界を
   規制するように前記重錘と対向する位置まで延設
   されている特許請求の範囲第１項記載のひずみゲ
   ージ式傾斜計。