(57)【要約】【課題】最大変位又は歪みを記憶し、必要時に簡易に最大変位又は歪みを取得できる最大変位記憶装置を提供する。【解決手段】最大変位記憶装置２０を、変位が生じたときに引張り歪が生じるようにセンシング部位に保持される弾性変形体２と、弾性変形体２の引張り歪発生部位に固定され、導電性粒子のパーコレーション構造又は連続する導電性繊維による導電経路を備え、前記導電経路は、前記導電経路に作用した歪に対して導電率の変化を示すとともに前記歪が最大値に対応して変化した導電率を保持するのに有効な残留抵抗現象を示すセンサ１０ａ，１０ｂと、を備えるようにする。【００００】。【選択図】    図１
2006308414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最大変位記憶装置であって、
変位が生じたときに引張り歪が生じるようにセンシング部位に保持される弾性変形体と、
該弾性変形体の引張り歪発生部位に固定されるセンサであって、導電性粒子のパーコレーション構造又は連続する導電性繊維による導電経路と、該導電経路を保持する有機質相とを備え、前記導電経路は前記センサに作用した歪に対して導電性が変化可能であるとともに、前記センサに作用した歪が最大であるとき、この歪に対応して変化した導電性の当該変化量の少なくとも一部を保持するのに有効な残留抵抗現象を示す、歪センサと、
を備える装置。
【請求項２】
前記弾性変形体は、片持ち梁型で支持される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記弾性変形体は、両端固定梁型で支持される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記弾性変形体は、アーチ状に支持される、請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記弾性変形体は、板ばねである、請求項１〜４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
２部位間での最大相対変位を検出するための請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
２部位間における１方向又は２方向以上の最大変位を検出するための、請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記歪センサは
前記導電経路に沿う絶縁性繊維と、
該絶縁性繊維に沿う、有機高分子材料を熱処理して得られる有機質相と、
を備える、請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
災害時における健全性判定用である、請求項１〜８のいずれかに記載の最大変位記憶装置。
【請求項１０】
最大変位計測装置であって、
変位が生じたときに引張り歪が生じるようにセンシング部位に保持される弾性変形体と、
前記弾性変形体の引張り歪発生部位に固定される歪センサであって、導電性粒子のパーコレーション構造又は連続する導電性繊維による導電経路と、該導電経路を保持する有機質相とを備え、前記導電経路は前記センサに作用した歪に対して導電性が変化可能であるとともに、前記センサに作用した歪が最大であるとき、この歪に対応して変化した導電性の当該変化量の少なくとも一部を保持するのに有効な残留抵抗現象を示す、歪センサと、
を備える最大変位記憶装置と、
該最大変位記憶装置の前記センサの前記導電経路に通電して前記導電経路の導通時における導電性データを取得するとともに、該取得した導電性データに基づいて前記装置の前記センシング部位における最大変位又は歪みを検出する最大変位計測手段と、
を備える装置。
【請求項１１】
最大変位計測システムであって、
１又は複数の機器と、
該機器のセンシング部位に装着され、変位が生じたときに引張り歪が生じるように保持される弾性変形体と、該弾性変形体の引張り歪発生部位に固定される歪センサであって、導電性粒子のパーコレーション構造又は連続する導電性繊維による導電経路と、該導電経路を保持する有機質相とを備え、この導電経路は前記センサに作用した歪に対して導電性が変化可能であるとともに、前記センサに作用した歪が最大であるとき、この歪に対応して変化した導電性の当該変化量の少なくとも一部を保持するのに有効な残留抵抗現象を示す、歪センサと、を備える最大記憶歪装置と、
該最大変位記憶装置の前記センサの前記導電経路に通電して前記導電経路の導通時における導電性データを取得するとともに、該取得した導電性データに基づいて前記変位センシング部位における最大変位又は歪みを検出する最大変位計測手段と、
を備える、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、最大どの程度変位したかを記憶する装置に関し、地震などの不測の事態発生後において、該事態により生じた変位を簡易に検出できる最大変位記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地震などの動的な不測事態の発生後には、各所において迅速に発生前の機能が復旧される必要がある。こうした場合、災害を受けた機器や部材が破損していないかどうか、本来の機能を発揮できるかどうかを確認する必要がある。しかし、不測の事態による過大な変位や歪は、機器や部材自体の復元力により外形的には変位前の状態に戻ってしまう場合や、外部から確認できない場合がほとんどである。このような状態を検知することなくそのまま作動を開始すれば、これらの機器等を破損するなど意図しない事態が生じるおそれがある。
【０００３】
従来からの変位計あるいは歪ゲージなどの変位検出装置は、いずれも、測定した時点における変位を検出するものである。したがって、このような変位検出装置は、常時変動する物体や変動が始まる原因が別途検出できる場合（例えば列車が接近することを検出して橋桁の振動測定を開始するなど）を対象とし、連続的な時系列データとして変位を検出している。また、従来、例えば、地震などの動的な不測の事態が生じた際の変位を検出するには、地震動による地面・構造物等の揺れを常時モニタリングする装置（トリガー）を用意し、トリガーの指令によって変位検出装置および記録装置を始動させて変位等のデータ検出および記録を開始する必要があった（特許文献１）。さらに、地震のように動的な事態が急激に生じる場合には、初期データの欠損を防止するために、常に数秒間のデータを計測・保存し続ける「遅延装置」が必要であった。
【特許文献１】特開２００２−５６４６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、トリガーとなる常時モニタリング装置、・記録装置および遅延装置は技術的に高度なシステムでしかも高価である。さらに、従来型の変位計等でこうした最大変位を検出しようとするには、記録された膨大な時系列データを検索し、最大変位あるいは歪みの値を求めなければならない。
【０００５】
そこで、本発明では、最大変位又は歪みを記憶し、必要時に簡易に最大変位又は歪みを取得できる最大変位記憶装置を提供することを一つの目的とする。また、本発明では、そうした最大変位記憶装置を備える機器及びそのような最大変位記憶装置を備える機器の変位計測システムを提供することを他の一つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記した課題の少なくとも一つを解決するためのものとして、以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の一つの態様である最大変位記憶装置は、
変位が生じたときに引張り歪が生じるようにセンシング部位に保持される弾性変形体と、
該弾性変形体の引張り歪発生部位に固定されるセンサであって、導電性粒子のパーコレーション構造又は連続する導電性繊維による導電経路と、該導電経路を保持する有機質相とを備え、この導電経路は前記センサに作用した歪に対して導電性が変化可能であるとともに、前記センサに作用した歪が最大であるとき、この歪に対応して変化した導電性の当該変化量の少なくとも一部を保持するのに有効な残留抵抗現象を示す、歪センサと、
を備えることを要旨とする。
【０００８】
この最大変位記憶装置によれば、前記センサは、センサが受けた歪によって導電性が変化可能であって、センサに作用した前記歪がこれまで受けた歪のうち最大であった場合には、この歪に対応して変化した導電性の変化量の少なくとも一部を保持するように残留抵抗現象を示す導電経路を有している。このため、歪除去後に導電経路が有する導電性はこれまでにセンサが受けた歪の最大値に対応付けすることができる。すなわち、このセンサは最大歪を導電経路の導電性として記憶することができる。したがって、予め歪センサに負荷した歪と変位との関係及び歪と導電性との関係を取得しておくことで、歪センサに作用した最大変位や最大歪を知ることができる。よって、必要時にこの導電経路に通電することにより、作用した歪みの最大値に対応する導電性についてのデータを得ることができる。この結果、必要時にそれまでの最大歪や該歪による最大変位を検知することができる。また、トリガーとなる常時モニタリング装置や変位計、時系列データの記録装置、遅延装置および最大値検索用のシステムなどを要することなく最大変位や歪みを容易に検出できる。
【０００９】
この最大変位記憶装置においては、前記弾性変形体は、片持ち梁型で支持されることができる。こうした形態によれば、変位や歪みを感度よく検出することができる。また、前記弾性変形体を両端固定梁型で支持されることもできる。こうすることで、変位や歪を感度よく検出することができる。さらに、前記弾性変形体は少なくとも一部にアーチ状部を有して支持されることが好ましい。こうすることで、アーチ状部の外側と内側とで異なる方向の変位を検出できる。また、２点間の相対距離の変位を感度よく検出することができる。これらの最大変位記憶装置においては、前記弾性変形体の材質や形態は特に限定しないが、板ばねとすることができる。板ばねであれば、簡易にかつ精度よく最大変位又は歪みを検出することができる。
【００１０】
こうした最大変位記憶装置においては、２つの部位間での最大相対変位を検出するのに用いられるのが好ましい。こうした最大相対変位は、機器内又は部材間において検出する必要性の高い変位であるからである。また、こうした最大変位記憶装置は、２つの部位間における２方向以上の最大相対変位を検出するために用いられるのが好ましい。こうした最大相対変位は、不測の事態において機器内や部材間において生じやすい変位であるからである。
【００１１】
このような最大変位記憶装置は、地震などの災害時のインフラストラクチャーの構造体の健全性判定用に用いることができる。災害時におけるインフラストラクチャーの復旧にはその健全性を迅速にまた的確に判定する必要があり、このような健全性判断に本最変位記憶装置が好ましいからである。ここで、インフラストラクチャーとは、道路、鉄道、港湾、ダム、橋梁、エネルギープラントなどの産業基盤の社会資本のほか、学校、病院、公園、社会福祉施設、及び災害対策施設（防災センター、緊急指定病院、避難所など）などの生活関連の社会資本を含む概念である。また、インフラストラクチャーの構造体とは、こうしたインフラストラクチャーを構成する構造体又はその一部分である。インフラストラクチャーは、地震などにより変位を生じた後であっても、迅速な判断により使用が再開されることが要請されるからである。また、健全性の判定とは、判定対象が本来の機能に支障を及ぼす異常や欠陥のないことを判定することを意味する。
【００１２】
本発明の最大変位記憶装置を健全性判定用に用いる場合、あらかじめ記憶装置の設置対象部位（複数も可）ごとに健全性を保持できる最大変位を定めておくことにより、必要時にそれまでに装置設置対象部位に生じた最大変位又は歪みを検知することができる。このため、不測の事態などであろうと必要時には速やかにしかも確実に装置設置対象部位の健全性を判定できる。また、トリガーとなる常時モニタリング装置や変位計、時系列データの記録装置、遅延装置および最大値検索用のシステムなどを要することなく最大変位や歪みを容易に検出できる。
【００１３】
さらに、本発明の他の一つの態様である最大変位計測装置は、
変位が生じたときに引張り歪が生じるようにセンシング部位に保持される弾性変形体と、
該弾性変形体の引張り歪発生部位に固定されるセンサであって、導電性粒子のパーコレーション構造又は連続する導電性繊維による導体相と、該導体相を保持する有機質相と、前記導体相を含む導電経路とを備え、この導電経路は前記センサに作用した歪に対して導電性が変化可能であるとともに、前記センサに作用した歪が最大であるとき、この歪に対応して変化した導電性の当該変化量の少なくとも一部を保持するのに有効な残留抵抗現象を示す、歪センサと、を備える最大変位記憶装置と、
該最大変位記憶装置の前記センサの前記導電経路に通電して前記導電経路の導通時における導電性データを取得するとともに、該取得した導電性データに基づいて前記装置における前記センシング部位における最大変位又は歪みを検出する最大変位計測手段と、
を備えることを要旨とする。
【００１４】
この最大変位測定装置によれば、必要時にこの導電経路に通電することにより、作用した歪みの最大値に対応する導電性についてのデータを得ることができる。したがって、必要時にそれまでにその装置設置対象物のセンシング部位に生じた最大変位又は歪みを検知することができるので、不測の事態などであろうと必要時には速やかにしかも確実に装置設置対象部位の健全性を判定できる。また、トリガーとなる常時モニタリング装置や変位計、時系列データの記録装置、遅延装置および最大値検索用のシステムなどを要することなく最大変位や歪みを容易に検出できる。
【００１５】
本発明のさらに他の一つの態様である最大変位計測システムは、
１又は複数の機器と、
該機器のセンシング部位に装着され、変位が生じたときに引張り歪が生じるように保持される弾性変形体と、該弾性変形体の引張り歪発生部位に固定されるセンサであって、導電性粒子のパーコレーション構造又は連続する導電性繊維による導体相と、該導体相を保持する有機質相と、前記導体相を含む導電経路とを備え、この導電経路は前記センサに作用した歪に対して導電性が変化可能であるとともに、前記センサに作用した歪が最大であるとき、この歪に対応して変化した導電性の当該変化量の少なくとも一部を保持するのに有効な残留抵抗現象を示す、歪センサと、を備える最大変位記憶装置と、
該最大変位記憶装置の前記センサの前記導電経路に通電して前記導電経路の導通時における導電性データを取得するとともに、該取得した導電性データに基づいて前記変位センシング部位における最大変位又は歪みを検出する最大変位計測手段と、
を備えることを要旨とする。
【００１６】
本発明の最大変位計測システムによれば、必要時にこの導電経路に導通させることにより、作用した歪みの最大値に対応する導電性についてのデータを得ることができる。したがって、必要時にはそれまでに装置設置対象部位に生じた最大変位又は歪みを検知することができるので、不測の事態などであろうと必要時に速やかにしかも確実に装置設置対象部位の健全性を判定できる。また、トリガーとなる常時モニタリング装置や変位計、時系列データの記録装置、遅延装置および最大値検索用のシステムなどを要することなく最大変位や歪みを容易に検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の実施の形態について実施例を挙げて説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、最大変位計測システム１における最大変位記憶装置２０を示す図であり、図２は、最大変位計測システム１の一例を示す図であり、図３は、最大変位記憶装置２０における歪センサの最大変位（歪）記憶機能を説明する図であり、図４は、最大変位記憶装置２０を機器１００の変位センシング部位に装着した状態を示す図である。本実施例の最大変位計測システム１は、機器１００と、機器１００に備えられた最大変位記憶装置２０と、最大変位計測装置２００とを備えている。
【００１９】
最大変位記憶装置２０は、機器１００のセンシング部位に変位が生じたときに引張り歪が生じるように保持される板ばね２と、最大歪を記憶できる歪センサ１０とを備えている。板ばね２は、長尺状体であってその一端が片持ち梁型に板ばね2を保持するための固定部４となっており、機器１００の所定の変位センシング部位に取り付け可能にするためのねじなどが取り付け可能に形成されている。また、板ばね2の自由端となる他端の両面にはそれぞれ凸状の接触部６ａ、６ｂを有している。接触部６ａ、６ｂは、機器１００のセンシング部位が変位したときに当該センシング部位が当接して、板ばね2を変形させることができるようになっている。
【００２０】
板ばね２の中央部分の引張り歪み発生部位である両面には、それぞれシート状の歪センサ１０ａ、１０ｂを備えている。歪センサ１０ａ、１０ｂは、引張り力に基づく歪（変位）を検出するとともに電気抵抗変化の残留現象によりその歪を記憶することができる。板ばね２では、屈曲した方向と反対側の面に引張り力が作用して引張り歪が生じる。したがって、板ばね２の両面に歪センサ１０ａ、１０ｂを備えることで、板ばね２に生じる二つの屈曲方向への変位（歪）の最大値を記憶できる。
【００２１】
歪センサ１０ａ、１０ｂは、板ばね２に対して接着剤により固定されている。なお、板ばね２に生じた変形が歪センサ１０ａ、１０ｂに確実に伝達するには、接着剤及び／又はボルト・ナットあるいは溶接等による物理的固定手段を好ましく用いることができる。
【００２２】
この歪センサ１０ａ、１０ｂは、導電性粒子のパーコレーション構造又は連続する導電性繊維による導電経路を備え、前記導電経路は、前記導電経路に作用した歪に対して導電率の変化を示すとともにその歪の最大値に対応して変化した導電率を保持するのに有効な残留抵抗現象を示すことができる。この結果、引張り歪を受けた後に外力が解除されても一端受けた最大歪を記憶することができる。こうした、歪センサ１０ａ、１０ｂの導電経路に作用した歪の最大値に対応した導電率変化を保持するのに有効な残留抵抗現象の残留
率（残留保持する導電性変化量の比率）は６０％以上であることが好ましく、より好ましくは、８０％以上であり、さらに好ましくは９０％以上であり、最も好ましくは９５％以上である。
【００２３】
ここで、歪センサ１０ａ、１０ｂにおける最大変位又は歪の検出機構について説明する。図３には、歪センサ１０ａ、１０ｂに引張り力と圧縮力とを交互に付加したときに計測される引張り歪との関係を示すグラフ図を示す。なお、以下の説明では導電性の指標として電気抵抗値を用いて説明する。図３に示すように、歪センサ１０ａ、１０ｂに引張り力と圧縮力とを交互に付加する。１回目の外力として引張り力を付加していくと歪センサに引張り歪が生じ、グラフのａ点まで電気抵抗値は変化する。次に２回目として反対方向に圧縮力が付加されても、電気抵抗値は減少せず、ａ点での電気抵抗値を維持する。その後、３回目として再び引張り力を付加していくと、１回目の最大引張り歪以下の範囲では電気抵抗値は変化しないが、１回目の最大引張り歪を超えると電気抵抗値が増大しはじめ、付加を停止したときｂ点に到達する。このように、歪センサ１０ａ、１０ｂにおいては、一旦付加された引張り歪よりも大きな引張り歪が加わらないと電気抵抗値が更新されず、逆にいえば、より大きな引張り歪が作用するまで過去に受けた最大の歪を電気抵抗値として保持（記憶）することができる。なお、導電性の指標として導電率を用いることもできる。
【００２４】
歪センサ１０ａ、１０ｂにおいて検知される電気抵抗値の変化量と変位や歪との関係を予め得ておくことで、検出した電気抵抗値からセンシング部位に生じた変位や歪を知ることができる。
【００２５】
こうしたセンサ１０ａ、１０ｂとしては、例えば、特開２００４−２６４１５９に記載される歪みセンサを用いることができる。この歪センサは、最大歪に対して不可逆的な破壊挙動を示すような導電経路を備えているとともに、残留抵抗現象の残留率が向上され且つその発現歪が低減されており、もって高い精度で最大歪がモニタリング・記憶されるものである。かかる導電経路の１つの形態は、絶縁性繊維により強化されたマトリックスに導電性粒子の連続接触構造により形成された導電経路である。この導電経路においては、粒子形状及び／又は粒子の対有機質相に対する体積割合が調整されることにより、残留抵抗現象の残留率が向上され且つ発現する歪域が低減され、記憶される最大歪精度が向上される。また、他の１つの形態は、ガラス繊維により強化された樹脂マトリックス中に導電性繊維により形成された導電経路である。この導電経路においては、導電性繊維に張力を負荷した状態とすることで、残留抵抗現象の残留率が向上され且つ発現歪が低減され、記憶される最大歪精度が向上されている。
【００２６】
導電性粒子の連続的な接触構造により導電経路が形成される場合には、導電経路はそのまま、好ましくは有機質相に保持されて高分子材料成形体というセンシング材料形態を有している。導電性粒子としては、導電性を有する材料であれば特に限定しないで使用できる。例えば、カーボンブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、グラファイト、活性炭、炭素短繊維、フラーレン、カーボンウィスカー、カーボンナノチューブ、金属紛、窒化・炭化・酸化チタニウム等の導電性セラミックス粒子等が選択される。導電性粒子は１種あるいは２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００２７】
導電性粒子の形態は特に限定しない。例えば、ストラクチャー（凝集体）状、球状、繊維状、棒状、不定形状、薄片状等各種形状のものを１種あるいは２種以上組み合わせて用いることができる。好ましくは、ストラクチャー（凝集体）状の形態を用いることができ、そのストラクチャーを形成する粒子１つ１つの粒子サイズも特に限定しないが、例えば、１０ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましい。より好ましくは、２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の粒子から構成されるストラクチャー（凝集体）状の形態を用いることである。さらに、このストラクチャー（凝集）の程度を示す指標であるＤＢＰ（ＤｉｂｕｔｙｌＰｈｔｈａｌａｔｅ）吸収量（ＪＩＳ Ｋ６２１７）は、好ましくは１０〜１０００ｃｍ３／１００ｇである。より好ましくは、１００〜５００ｃｍ３／１００ｇである。また、球状もしくは薄片状の粒子として、好ましくは１μｍ〜１００μｍの球状もしくは薄片状の粒子を用いることができる。このような凝集体は、一般に、カーボンブラック粒子において形成されることが多い。具体的には、ブドウ状の凝集体形態を採っている。
【００２８】
また、導電経路が導電性繊維である場合も、有機質相に保持されて高分子材料成形体という複合材料の形態を採っていることが好ましい。ここで導電性繊維としては、導電性を有する繊維であれば特に限定しないが、例えば、ピッチ系・ＰＡＮ系・気相成長系炭素繊維、ＳｉＣ等のセラミックス繊維およびその表面に導電性膜を形成した繊維、金属繊維等が選択される。導電性繊維としては各種の導電性繊維を１種あるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。導電性繊維はモノフィラメントであってもよいし、マルチフィラメントであってもよい。その径も特に限定しないが、例えば、１μｍ〜１００μｍであることが好ましい。より好ましくは、２μｍ以上１０μｍ以下である。
【００２９】
こうした歪センサ１０ａ、１０ｂのマトリックスである有機質相は、例えば、ポリエステル、ポリプロピレン、アクリル、ナイロン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリスルホン、ポリアセタール、ポリウレタン、ポリホマール、ポリブチラール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリ酢酸ビニル、上記ポリマー２種以上の共重合体、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂が使用できる。これらを１種あるいは２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００３０】
さらに、これらの有機質相を熱処理した状態にて使用することもできる。具体的には、不活性雰囲気中にてこれらの有機質相を加熱し、炭化、グラフト、環化、芳香族化、縮合、重合等させることである。この熱処理においては、有機質相の導電性を調整することができる。有機質相において炭素化もしくは黒鉛化の進行を促進すれば、有機質相を導体化させることができ、黒鉛化の進行を抑制することで導体化を抑制し絶縁性を維持することができる。また、有機質相は不活性雰囲気中で熱処理されることによって残留応力が発生する。この残留応力により高い残留率で残留抵抗現象を発現させることができるとともに、低歪であってもその最大値を記憶させることができるようになる。
【００３１】
導電性粒子による導電経路を有効に機能させるには、有機質相の抵抗性が高いこと、すなわち、絶縁性であることが好ましい。このための熱処理条件は、使用する有機高分子材料により異なるが、熱処理温度を２０００℃以下とすることが好ましく、より好ましくは１０００℃以下であり、さらに好ましくは６００℃以下である。一方、有機質相を導体化するには、同様に使用する高分子材料によって異なるが、熱処理温度を６００℃以上とすることが好ましく、より好ましくは１０００℃以上であり、さらに好ましくは２０００℃以上である。
【００３２】
また、有機質相には、繊維材料を含めることができる。当該繊維材料としては、例えば、ガラス繊維、ビニロン繊維、アラミド繊維、炭化珪素繊維、アルミナ繊維等の１種あるいは２種以上が使用できる。ここで、導電性粒子の接触構造もしくは導電性繊維を導電経路としてセンシング機能を発現させるため、これらの繊維には電気的絶縁性が必要である。さらに、これらの繊維の方向性は、一方向として本歪センサによる導電率の計測方向もしくは適用構造体に作用する歪方向に対して、平行方向もしくは垂直方向とすることができる。一方向性の場合、同方向を指向する繊維を束ねた繊維束を使用することもできる。計測しようとする歪方向に平行及び垂直方向を指向する繊維を組み合わせたクロス材を用いることもできる。具体的には導電経路に沿って備えられていることが好ましい。
【００３３】
これらの歪センサ１０ａ、１０ｂの導電率もしくは抵抗率を計測する手法としては特に限定しないが、二端子法もしくは四端子法が採用されることが好ましい。こうした導電経路の抵抗率はその材質により様々であるが、導電性粒子による導電経路では比較的高抵抗率となり、二端子法での計測が可能となる。一方、導電性繊維による導電経路では比較的低抵抗率となり、四端子法での計測が必要とされる場合もある。また、その導電率の計測方向としては、機器１００のセンシング部位に作用する歪の方向性に留意し、歪の作用する方向に一致させることが好ましい。
【００３４】
歪センサ１０ａ、１０ｂにおける導電経路の両端には図示しない電極を備えており、この電極には、リード線１２が接続される。
【００３５】
図２に示すように、測定装置２００は、測定対象部位１００に生じた最大変位又は歪を計測し管理する装置である。最も基本的な測定装置２００はディジタル式電気抵抗値測定器で、測定点数が少ない場合には、最大変位記憶装置２０のリード線１２をリード線端子１４を介して測定装置２００に直結して測定を行うことができる。
【００３６】
測定装置２００はディジタル式電気抵抗値測定器にＣＰＵやＲＡＭ，ＲＯＭ等を中心としたマイクロプロセッサを付加して構成されてもよい。このように構成された測定装置２００では、複数の最大変位記憶装置２０の初期値および換算値（電気抵抗値の変化量を変位あるいは歪へ換算するための係数）さらに最大歪記憶装置２０ごとの境界値（その測定部位が健全であるかどうかを判断するための変位あるいは歪の値）などのデータを記憶格納し、また複数の最大変位記憶装置２０の測定を行うスキャン機能を備えることができる。これらにより、歪センサ１０ａ、１０ｂにおける電気抵抗値をリード線１２、端子１４、端子ボックス１６を介して取得して、これに基づいて歪センサ１０ａ、１０ｂにおいて発生した最大変位又は歪を算出し、さらに測定部位が健全であるかどうかの判定もできる。測定装置２００は、地震時などの不測の事態の時に使用されるため、電池あるいは充電式バッテリなどで作動するものとすることが好ましい。
【００３７】
このような最大変位記憶装置２０は、図４に示す状態で機器１００のセンシング部位に装着される。本実施例の最大変位記憶装置２０は、機器１００の部材Ａと部材Ｂとの相対変位を検出するものである。図４には、特に、部材Ｂにおいて変位が想定される場合の設置形態の一例を示している。この例では、部材Ｂからブラケット１１０、１１２を突出させ、このブラケット１１０、１１２間に接触部６ａ、６ｂが介在されるように、板ばね２が部材Ａに固定されている。なお、この例では、部材Ａは変位しない固定点あるいは比較的剛な部品・部材であり、部材Ｂとの相対変位は、図４の紙面内で上下方向に生じることを想定している。
【００３８】
次に、この最大変位計測システム１において、地震などにより機器１００に大きな変位や歪が生じたことが推定されるときに機器１００における最大変位を計測するときの動作について説明する。図５には、最大変位計測システム１において最大変位を計測するときのフローの一例を示す。なお、歪センサ１０ａ、１０ｂの電気抵抗の初期値および電気抵抗の変化値から変位または歪への換算値はあらかじめ測定装置の記憶装置に格納されているものとする。
【００３９】
図５に示すように、複数の計測点に対して回路を切り替え順次電気抵抗値を計測し、初期値との差から変化値を求め、換算値によって最大歪あるいは変位を求め、場合よっては境界値との比較により健全性の判定をすることを測定点の数だけ繰り返す。図５に示すように、測定点が１点である場合には、ディジタル式電気抵抗値測定器をリード線端子に直結し電気抵抗値を読み取ることも可能である。この場合には、初期値との差の算出、換算値による歪あるいは変位への換算、境界値との比較はマニュアルで行う。
【００４０】
以上説明した実施例の最大変位計測システム１によれば、歪センサ１０ａ、１０ｂには、歪みの最大値に対応した導電性を保持するのに有効な抵抗現象が残留する。このため、必要時にこの導電経路に導通させることにより、作用した歪みの最大値に対応する導電性についてのデータを得ることができる。したがって、必要時にそれまでの最大変位又は歪みを検知することができる。また、トリガーとなる常時モニタリング装置や変位計、時系列データの記録装置、遅延装置および最大値検索用のシステムなどを要することなく最大変位や歪みを容易に検出できる。したがって、地震などによって大きな変位が機器１００に想定されるときに、ただちに機器１００に生じた最大変位(歪)量を計測することができる。このため、機器１００の健全性を迅速にかつ的確に評価して、機器１００について作動する又は修理するなどの判断を行うことができる。
【００４１】
また、本実施例のシステム１によれば、最大変位記憶装置２０の歪センサ１０ａ、１０ｂの支持体として弾性変形体を用いているため、機器１００において生じた外力を感度よく検出できるとともに、機器１００における変形部位が復元することを妨げない。このため、最大変位記憶装置２０を装着することによる機器１００の動作への影響が回避又は抑制されている。
【００４２】
また、本実施例のシステム１によれば、最大変位記憶装置２０が片持ち梁型で機器１００の歪センシング部位に支持されているので、機器１００における変位や歪みを感度よく検出することができる。また、歪センサ１０ａ、１０ｂにおいては、板ばね２を弾性変形体として用いているため、簡易にかつ精度よく最大変位又は歪みを検出することができる。また、その両面を利用して、二方向の変位を容易に検出することができるようになっている。
【００４３】
また、本実施例のシステム１によれば、電源装置として電池あるいは充電式バッテリを用いているので、地震などの緊急時においても確実に最大変位（歪）量の計測が可能となっている。
【００４４】
ここで、本実施例においては、板ばね２が本発明の最大変位記憶装置の弾性変形体に相当し、歪センサ１０ａ、１０ｂがセンサに相当する。また、測定装置２００が本発明の最大変位計測手段に相当する。
【００４５】
なお、本実施例のシステム１においては、弾性変形体として板ばね２を用いたが、これに限定するものではなく、従来公知の各種の弾性変形体を用いることができる。例えば、弾性変形体としては、通常のらせん状のばねや棒状のばね、など構造的に弾性変形を示す各種のバネのほか、材質的に弾性変形する材料を用いて三次元形状を備えるゴムやプラスチックを用いることもできる。好ましくは、構造的及び／又は化学的に安定であって、その弾性変形性能を安定して維持できる構造及び材質を用いることが好ましい。
【００４６】
また、本実施例のシステム１においては、弾性変形体は初期において曲げや変形などがない状態で装着するものとしたが、予め屈曲部や湾曲部を有する形態でセンシング部位に装着してもよい。弾性変形体の採り得る形態は、最大変位記憶装置２０の装着形態や検出しようとする歪の方向等によって適宜に変更することができる。
【００４７】
また、本実施例のシステム１においては、シート状の歪センサ１０ａ、１０ｂを用いるものとしたが、歪センサ１０ａ、１０ｂの形態はこれに限定するものではなく、棒状であってもよい。歪センサ１０ａ、１０ｂの形態は、導電性経路の形態や、用いる弾性変形体によっても異なる。
【００４８】
本実施例のシステム１においては、板ばね２の両面に歪センサ１０ａ、１０ｂを備えるようにして２方向変位検出型としたが、図６に示すように、板ばね２の片面にのみ歪センサを装着すれば、１方向変位検出型としても用いることができる。
【００４９】
また、本実施例のシステム１によれば、機器１００のＡ部材の所定面（最大変位記憶装置２０の装着面）に対してＢ部材が垂直に相対移動することが想定されるセンシング部位に最大変位記憶装置２０を固定したが、これに限定するものではなく、想定される変位により板ばね２などの弾性変形体に引張り力が作用する（又は作用しやすい）形態であればよい。このため、センシング部位の形態や想定される変位の方向等により各種の装着形態が可能である。例えば、図７に示すように、交差する部材Ａと部材Ｂとにおいて、部材Ａの所定面（最大変位記憶装置２０の装着面）に対して平行又はある軌道を描いて変位するような場合には、部材Ａに垂直に最大変位記憶装置２０を固定するとともに、接触部６ａ、６ｂを部材Ｂから下方に伸びた支持体から側方に突出するブラケット１２０，１２２で挟むようになっている。
【００５０】
また、他の例として図８を挙げることができる。図８は、交差する部材Ａと部材Ｂとにおいて、部材Ａに対し部材Ｂが垂直移動する場合の装着形態の一例である。この形態においては、接触部６ａ、６ｂを部材Ａから側方に伸びた支持体から上方に突出するブラケット１２０，１２２で挟むようになっている。このように、変位する部材Ｂに最大変位記憶装置２０を固定することもできるが、変位しないあるいは変位しにくい部材Ａに最大変位記憶装置２０を固定することもできる。変位により歪センサ１０ａ、１０ｂに感度よく引張り力が作用する形態であればいずれであってもよい。
【実施例２】
【００５１】
次に、本発明の最大変位計測システム１の他の実施例について説明する。本実施例は、両端固定梁型の最大変位記憶装置４２０を用いる以外は、実施例１と同様の構成を備えている。図９には、本実施例の最大変位記憶装置４２０の構造の概略を示すとともに、図１０には、機器１００への装着形態を示す。以下、実施例２の説明では、実施例１と同様の構成についてはその説明を省略し、実施例１で記載した部材名等とそれに対応する符号をそのまま用いることができるものについては、それを用いて説明する。
【００５２】
図９に示すように、最大変位記憶装置４２０は、アーチ状部を有する板ばね４０２と、歪センサ４１０ａ、４１０ｂとを備えている。板ばね４０２は、長尺の板状体であってアーチ状に変形されており、その両端に機器１００のセンシング部位に板ばね４０２を装着可能な固定部４０４ａ，４０４ｂを有している。この固定部４０４ａ，４０４ｂは、同時に、機器１００のセンシング部位における変位の伝達部分であり、両端の固定部４０４ａ、４０４ｂ間に生じる変位を検出可能となっている。
【００５３】
この最大変位記憶装置４２０においては、板ばね４０２のアーチ状部位に歪センサ４１０ａ、４１０ｂが固定されている。アーチ状部位の外表面は、アーチの間隔が狭まるような変形が生じたときに引張り力が作用する部位であり、アーチ状部位の内表面は、アーチの間隔が広がるような変形が生じたときに引張り力が作用する部位である。したがって、本実施例の歪センサ４１０ａ、４１０ｂによれば、２部位間の区間長さの変位（最小値、最大値）を検出するのに有効である。歪センサ４１０ａ、４１０ｂは、実施例１と同様、導電性粒子による導電経路を備えている。
【００５４】
このような最大変位記憶装置４２０は、図１０に示す状態で機器１００のセンシング部位に装着される。図１０に示す形態は、特に、部材Ａと部材Ｂとの相対距離の計測に適した装着形態である。すなわち、相対距離の最小値をアーチ状部の外表面に固定した歪センサ４１０ａで計測でき、相対距離の最大値をアーチ状部の内表面に固定した歪センサ４１０ｂで計測できる。
【００５５】
こうした実施例２のシステム１によれば、実施例１と同様にして適時に歪センサ４１０ａ、４１０ｂに通電し（ステップＳ１００）、電気抵抗値を取得して（ステップＳ２００）、最大変位（歪）の計測が可能である。
【００５６】
以上説明した実施例２の最大変位計測システム１によれば、実施例１と同様の作用効果を奏することができるほか、最大変位記憶装置４２０がアーチ状の板ばね４０２を有しているため、相対距離の変化に類される変位（歪）を記憶し、計測することができる。したがって、こうした変位を生じやすい機器１００やこうした変位の生じる可能性のあるセンシング部位に適用するのに有効なシステム１が提供される。特に、アーチ状部を有する板ばね４０２を利用し、その外表面と内表面とで異なる方向性の変位（外表面では距離の縮小、内表面では拡大）を検出できるため、センシング部位の変位について多くの情報が得られるため、機器１００の健全性等についてより正確な判断が可能となる。
【００５７】
また、本実施例のシステム１によれば、アーチ状の板ばね４０２を利用しているため、機器１００へのセンシング部位への装着形態の自由度が向上されるとともに、装着の際にブラケットの使用を減少させて装着形態を簡素化することができる。
【００５８】
なお、実施例１において既に記載した変形例は、実施例２においても適用できるほか、以下の変形が可能である。本実施例においては、Ｕ字状のアーチ型板ばね４０２を用いるものとしたがアーチ型は、Ｕ字状に限定するものではなく、円弧状であってもよいし、複数のアーチ状部を有するものであってもよい。また、アーチ状部を有していれば、リングあるいはリング状のバネを用いることもできるし、断面半円状あるいは全円に近い断面の筒体等も用いることができる。また、実施例１と同様に、本実施例のアーチ型板ばね４０２もアーチ状部を有する弾性変形体であれば、板ばね以外のものを用いることができる。さらに、アーチ状部を有する弾性変形体としては、アーチ状部としてその外表面又は内表面に相当する部位のみを有するような形態の弾性変形体を用いることもできる。
【００５９】
また、本実施例においては、スライド的な移動による相対距離の変位の計測に適した装着形態としたが、最大変位記憶装置４２０の装着形態はこれに限定するものではなく任意である。例えば、図１１に示すように、相対回転変位が想定される２部材間に装着する形態を採用することもできる。なお、この形態では、固定部を予め部材Ａと部材Ｂとに適合する形態に作製し、その形態で、予め導電性変化と角度変化又は歪変化とのキャリブレーションを得ておくようにすることができる。
【００６０】
また、本実施例では、アーチ型板ばね４０２は、その両端を固定部４０４ａ，４０４ｂとして機器１００のセンシング部位に固定するものとしたが、これに限定するものではない。アーチ型板ばね４０２を利用する場合であっても、片持ち梁型の固定も可能であるほか、センシング部位によっては、こうしたアーチ型板ばね４０２を固定することなく２部材間に介在させて保持させることもできる。
【００６１】
以上説明した実施例１及び２では、本発明を、最大変位計測システムとして説明したが、加えて、ＬＡＮやインターネットあるいは専用回線などのネットワークを介して接続された複数の機器に備えた最大変位記憶装置と管理装置とからなる最大変位計測システムの形態を採ることもできる。
【００６２】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】最大変位計測システムにおける最大変位記憶装置を示す図。
【図２】本発明の最大変位計測システムの一例を示す図。
【図３】最大変位記憶装置における歪センサの最大変位（歪）記憶機能を説明する図。
【図４】最大変位記憶装置を機器のセンシング部位に装着した状態を示す図。
【図５】最大変位計測システムにおいて最大変位を計測するときのフローの一例を示す図。
【図６】１方向変位検出型としての変形例を示す図。
【図７】最大変位記憶装置の装着形態の他の一例を示す図。
【図８】最大変位記憶装置の装着形態の他の一例を示す図。
【図９】実施例２の最大変位記憶装置を示す図。
【図１０】最大変位記憶装置の機器のセンシング部位への装着状態を示す図。
【図１１】相対回転変位が想定される２部材間への装着形態を示す図。
【符号の説明】
【００６４】
１  最大変位計測システム、２，４０２、板ばね、４，４０４ａ，４０４ｂ  固定部、  ６ａ，６ｂ  接触部、１０ａ，１０ｂ，４１０ａ，４１０ｂ  歪センサ、２０，４２０  最大変位記憶装置、１２  リード線、１４  端子、１６  端子ボックス、１００  機器、１１０、１１２  ブラケット、２００  管理装置、３００  電源装置、３１０，３２０  電気抵抗検出回路。
【図１】
2006308414.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006308414.tif 000009
【図８】
2006308414.tif 000010
【図９】
2006308414.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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