(57)【要約】      （修正有）【課題】専門の技術者でなくても、地震時の多層構造物の最大変形を求め、多層構造物の損傷状況、及びその安全性を簡易に確認、判断する相対変位計測装置を提供する。【解決手段】多層構造物の外力による変形を計測するための、少なくとも２点の測定点１５ａ,１５ｂ間に設置され、測定点１５ａ,１５ｂ間の相対変位量を計測する相対変位計測装置であって、測定点の一方に固定される基台部１０と、２点の測定点の他方に固定されて２点の測定点１５ａ,１５ｂ間に張設されるワイヤ１５と、水平面内において回転可能に基台部１０上に保持され、ワイヤ１５の一端を把持する回転把持部１３とを備え、回転把持部１３は、他方の測定点側からの張力によって引っ張られたときに、張力に応じて不可逆的にワイヤ１５を一端側へ送り出す。【選択図】図１
2019207122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の外力による変形を計測するための、少なくとも２点の測定点間に設置され、前記測定点間の相対変位量を計測する相対変位計測装置であって、
前記測定点の一方に固定される基台部と、
前記２点の測定点の他方に固定されて、前記２点の測定点間に張設される測定部材と、
水平面内において回転可能に前記基台部上に保持され、前記測定部材の前記一端を把持する回転把持部と
を備え、
前記回転把持部は、前記他方の測定点側からの張力によって引っ張られたときに、前記張力に応じて不可逆的に前記測定部材を前記一端側へ送り出す
ことを特徴とする相対変位計測装置。
【請求項２】
前記回転把持部において送り出された前記測定部材の長さを表示する表示部をさらに備えることを特徴とする相対変位計測装置。
【請求項３】
前記表示部は、前記測定部材が挿通されて内部の測定部材の変位が視認可能な透明部分を有する筒状体を備え、
前記筒状体には、前記測定部材の変位を測定する目盛りが記されている
ことを特徴とする請求項２に記載の相対変位計測装置。
【請求項４】
前記測定部材はワイヤ部材であり、
前記回転把持部は、前記ワイヤ部材を把持する一対の回転体と、前記回転体の回転を一方向のみに規制する規制部材とを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の相対変位計測装置。
【請求項５】
構造物の外力による変形を計測するための、少なくとも２点の測定点間に設置され、前記測定点間の相対変位量を計測する相対変位計測方法であって、
前記測定点の一方に基台部を固定するとともに、前記基台部上の水平面内において回転可能に保持された回転把持部によって、測定部材の一端を把持する工程と、
前記測定部材の他端を、前記２点の測定点の他方に固定して、前記２点の測定点間に前記測定部材を張設する工程と、
前記回転把持部は、前記他方の測定点側からの張力によって引っ張られたときに、前記張力に応じて不可逆的に前記測定部材を前記一端側へ送り出し、一定期間におけるその送り出し量を測定することによって、前記測定点間の相対変位量を計測する工程と
を含むことを特徴とする相対変位計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の外力による変形を計測するための、少なくとも２点の測定点間に設置され、前記測定点間の相対変位量を計測する相対変位表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地震、台風の暴風や降雨また自動車の走行に伴う振動により道路、橋梁、山の斜面、家屋にストレスが加えられ、累積或いは瞬時ストレスがあるレベルを超えると崩壊するリスク（顕在化していない危険な可能性）を、これらの構造体は抱えている。このようなリスクは顕在化されることが少なく、リスクが顕在化して災害となって初めてリスクを事後的に確認されるケースが多く、このようなケースでは多くの被害が発生する可能性が高い。
【０００３】
ここで、過去の事例として地震により家屋が受けたストレスについて述べると、近年では、ある程度の震度までの耐震保証の家屋が増えてきているものの、１度目での地震に対して保証されるが、２度目以降の地震に対しては必ずしも保証されないのが現状である。これは、１度目の地震で受けたダメージ（釘の抜けな支持部の緩みなど）が顕在化してはいないがリスクとして残り保証できないからである。大地震に対して完全に構造的な対策を施すことはある程度であれば可能であろうが、極めて高コストな構造体となり現実的でない。むしろ一定震度以上の地震に対しては倒壊しない程度の強度で、部分的破断があるとしても地震後にそれを修復して家屋の健全性を維持するという考え方がコストパフォーマンス上では合理的であろう。地震発生時に家屋などの構造物は地震動により変形を受ける。最大変形時に構造物に最大のストレスが作用し、このとき構造体に部分的破断が起こる。
【０００４】
従前より、専門の技術者でなくても、地震時の多層構造物の最大変形を求め、多層構造物の損傷状況、及びその安全性を簡易に確認、判断できる装置が提案されている（例えば、特許文献１）。この特許文献１に開示された装置では、多層構造物が外力を受け、多層構造物の変形を計測するための所定の２点間の相対変位量が所定の値を超えたときに、所定の２点間で引張られる測定部材によりスイッチを作動して電源と発光装置とを電気的に接続し、発光装置を作動させて、当該相対変位量に応じた多層構造物の変形の程度を報知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−５３５０２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述したような不測の大きな惨事に発展する前に、潜在的なリスクを定量化し、これにより適切な手立てが求められている一方で、上述した特許文献１に開示された装置では、電源を必要とする仕組みであることから、電源の確保や、電気的機能を維持するための保守・管理が必要となる。このため、長期にわたりメンテナンスフリーで計測することができず、定期的なメンテナンスが必要となることから、計測者の負担が増大して永続的な計測が困難である。
【０００７】
詳述すると、大規模な地震発生頻度は低いため、計測者の負担を少なく永続的に計測するには、計測装置を設置した後そのまま２０年、３０年放置しておいても安定に正確に動作するものでなければならない。そのため、この装置は保守や電源などのエネルギー源を不要とし、必要なときには誰でもが簡単に最大変位と残留変位が確認でき、リセットが可能なものでなければならない。リセットした後で初期の状態と比べて０に戻らない場合は初期状態から残留変形を受けたことを示す。構造物を補修し、最大変位に伴い抜けた釘やボルトを元に戻し、残留変形をなくした後には、装置を容易にリセットでき、次の地震における最大変位を計測するスタンバイ状態にはいる機能を有することが望ましい。
【０００８】
そこで、本発明は、地震で受けた構造体の基本構造部の最大変形量、及び地震後に残った残留変形等の構造体のストレスを、メンテナンスフリーで永続的に計測し記憶しておき、構造体の安全レベルを確保し、その定量的情報によって個人や社会に対して完全性を担保していることを示し、安心感を与えられるシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、構造物の外力による変形を計測するための、少なくとも２点の測定点間に設置され、前記測定点間の相対変位量を計測する相対変位計測装置であって、
前記測定点の一方に固定される基台部と、
前記２点の測定点の他方に固定されて、前記２点の測定点間に張設される測定部材と、
水平面内において回転可能に前記基台部上に保持され、前記測定部材の前記一端を把持する回転把持部と
を備え、
前記回転把持部は、前記他方の測定点側からの張力によって引っ張られたときに、前記張力に応じて不可逆的に前記測定部材を前記一端側へ送り出す
ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、構造物の外力による変形を計測するための、少なくとも２点の測定点間に設置され、前記測定点間の相対変位量を計測する相対変位計測方法であって、
前記測定点の一方に基台部を固定するとともに、前記基台部上の水平面内において回転可能に保持された回転把持部によって、測定部材の一端を把持する工程と、
前記測定部材の他端を、前記２点の測定点の他方に固定して、前記２点の測定点間に前記測定部材を張設する工程と、
前記回転把持部は、前記他方の測定点側からの張力によって引っ張られたときに、前記張力に応じて不可逆的に前記測定部材を前記一端側へ送り出し、一定期間におけるその送り出し量を測定することによって、前記測定点間の相対変位量を計測する工程と
を含むことを特徴とする相対変位計測方法。
【００１１】
上記発明において、前記回転把持部において送り出された前記測定部材の長さを表示する表示部をさらに備えることが好ましい。
【００１２】
上記発明において,前記表示部は、前記測定部材が挿通されて内部の測定部材の変位が視認可能な透明部分を有する筒状体を備え、
前記筒状体には、前記測定部材の変位を測定する目盛りが記されている
ことが好ましい。
【００１３】
上記発明において、前記測定部材はワイヤ部材であり、
前記回転把持部は、前記ワイヤ部材を把持する一対の回転体と、前記回転体の回転を一方向のみに規制する規制部材とを有する
ことが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、リスクが大きな惨事に発展する前に定量化することができ、これにより適切な手立てを準備することができる。すなわち、地震で受けた構造体の基本構造部の最大変形量、及び地震後に残った残留変形等の構造体のストレスを、メンテナンスフリーで永続的に計測し記憶しておき、構造体の安全レベルを確保し、その定量的情報によって個人や社会に対して完全性を担保していることを示して、安心感が与えられる。本発明では、計測装置を設置した後そのまま２０年、３０年放置しておいても安定に正確に動作させることが可能であるため、計測者の負担をより少なくして永続的な計測を可能とする。
【００１５】
詳述すると、本発明では、保守や電源などのエネルギー源を不要とし、必要なときには誰でもが簡単に最大変位と残留変位が確認でき、リセットが可能となっており、リセットした後で初期の状態と比べて０に戻らない場合は初期状態から残留変形を受けたことを示す。
【００１６】
本発明による計測結果を用いて、構造物を補修し、最大変位に伴い抜けた釘やボルトを元に戻し、残留変形を解消し（許容できる範囲の場合にはそのままで）、構造物の補修後にはこの装置がリセットされ、次の地震における最大変位を計測するスタンバイ状態に設定することができる。
特に、本発明では、回転把持部が基台部に対して回転可能に取付けられているため、計測部材が回転把持部内に挿通される方向と、計測部材が計測点に向けて張設される張設方向とを一致させることができ、計測部材が構造物側に固定された端点から、回転把持部に対して真っ直ぐに張設されることとなり、不要なテンションが計測部材に作用するのを回避でき、記録されるデータの偏りをなくし、データの信頼度を高めることができる。また、回転把持部が自由に回転することから、装置本体の取り付け位置も自由度が増し、その取り付け作業を容易なものとしつつ、計測値の精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態における相対変位計測装置の構成及び動作を示す上面図である。
【図２】同装置を構造物に設置した状態を示す斜視図である。
【図３】同装置を構造物に設置した状態を示す斜視図である。
【図４】同装置のラッチ構造の例を示す断面図である。
【図５】同装置が適用される多層構造物（建物）の概略構成を示す概念図である。
【図６】同装置が適用される多層構造物（建物）の層間変位と多層構造物（建物）の変形の程度を示す概念図である。
【図７】同装置が適用される多層構造物（建物）の層間変位と多層構造物（建物）の変形の程度を示す側面図である。
【図８】同装置を用いた相対変位計測方法の手順を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（相対変位計測装置の全体構成）
以下に添付図面を参照して、本発明に係る相対変位計測装置の実施形態を詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る相対変位計測装置の全体構成を示す上面図である。なお、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置等を例示するものであって、この発明の技術的思想は、各構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１９】
図１及び図２に示すように、相対変位計測記録装置１は、多層構造物の外力による変形を計測するための所定の２点間１５ａ，１５ｂに設置され、この所定の２点間１５ａ，１５ｂの相対変位量を計測し、多層構造物の変形の状態を記録及び表示するもので、多層構造物Ｂｌｄの任意の位置（図示した例では、柱２及び梁３）に設置される。
【００２０】
この相対変位計測記録装置１は、測定点の一方（ここでは、測定点１５ｂ側）に固定される基台部１０と、２点の測定点の他方（ここでは、測定点１５ａ）に固定されて、２点の測定点１５ａ，１５ｂ間に張設されるワイヤ１５と、水平面内において回転可能に基台部１０上に保持され、ワイヤ１５の一端１５ｂ側を把持する回転把持部１３とを備えている。
【００２１】
回転把持部１３は、他方の測定点１５ａ側からの張力によってワイヤ１５が引っ張られたときに、張力に応じて不可逆的にワイヤ１５を一端１５ａ側へ送り出す機構を備えた回転把持部１３が設けられている。相対変位表示装置Ｍでは、多層構造物ｂｌｄが外力を受け、多層構造物ｂｌｄの変形を計測するための所定の２点間１５ａ、１５ｂが拡大するような相対変位量が生じたときに、所定の２点間で引張られるワイヤ１５が回転把持部１３から不可逆的に送り出される。
【００２２】
この回転把持部１３の不可逆機構としては、例えば図４（ａ）に示すように、楔形を連続させて連結させた楔部１３１と、内部に楔部１３１の楔形と合致する内部空間１３２ａが形成されたストッパー１３２とから構成することができる。楔部１３１はワイヤ１５に嵌合され、ワイヤ１５とともにストッパー１３２ａの内部空間１３２ａ内に挿通されており、連続された楔形が、内部空間１３２ａの楔形空間に引っかかるようになっており、図中矢印方向には容易に移動するが、矢印の反対方向に対しては、楔形一つずつに順次引っかかるため、ワイヤ１５が段階的に回転把持部１３内を不可逆的に移動するようになっている。
【００２３】
また、回転把持部１３の他の不可逆機構としては、例えば図４（ｂ）に示すように、テーパー型の内部空間１３３ａを内部に有し、その内部空間１３３ａ内に一対のボール体１３４を有したラッチ機構としてもよい。一対のボール体１３４はワイヤ１５を挟持するように内部空間１３３ａ内に配置され、ワイヤ１５が図中矢印方向に引っ張られると、一対のボール体１３４がテーパー部分から離されて、ワイヤ１５に対する挟持が緩むため容易に送り出される。逆に、図中矢印と反対の方向にワイヤ１５が引っ張られるとワイヤ１５とともに内部空間１３３ａ内を移動して、テーパー部分の先細部分に向けて押しつけられて内部空間１３３ａ内でワイヤ１５を強固に挟持するようになっている。この結果、矢印の反対方向に対しては、ボール体がワイヤ１５を挟持するため、その摩擦力によりワイヤ１５が回転把持部１３に不可逆的に固定されることとなる。
【００２４】
本実施形態において、ワイヤ１５は可撓性及びある一定の剛性を有するステンレス製のワイヤ部材であり、回転把持部１３は、ワイヤであるワイヤ１５を把持する一対の回転把持部１３と、回転把持部１３の回転を一方向のみに規制する規制部材（図示せず）とを有する。
【００２５】
回転把持部１３は、ワイヤの稼働に伴う静止摩擦力を調整する締め付け具であり、例えばホースクリップなどで実現することができる。この回転把持部１３の締め付け強さは、ワイヤ１５の引っ張り方向にかかる常時微動最大加速度と、ワイヤ１５の質量の積で与えられる常時微動により作用する力より強い静止摩擦力となるように、半固定される。
【００２６】
なお、基台部１０には、回転把持部において送り出されたワイヤ１５の長さを表示する表示部としてのチューブ型尺１４が備えられている。この前記チューブ型尺１４は、本実施形態では、ワイヤ１５が挿通され、内部のワイヤ１５の変位が外部から視認可能な透明部分を有するチューブ型尺１４で構成されている。
【００２７】
このチューブ型尺１４には、ワイヤ１５の変位を測定する最大変位計測尺１４ａの目盛りが記されているとともに、ワイヤ１５側にも目盛りとして残留変位計測尺１４ｂが付されており、設置当初は、最大変位計測尺１４ａの目盛りの原点（０点）と１４ｂの原点（０点）とを合致させ、これらの最大変位計測尺１４ａと残留変位計測尺１４ｂの相対的な変位によって、送り出されたワイヤ１５の送り出し量を測定する。具体的には、計測期間中にワイヤ１５が移動した最大変位と、原点マークよりワイヤ１５が内側にあることを計測する残留変位を計測することができる。
【００２８】
（相対変位計測装置の動作）
以上説明した相対変位計測装置を動作させることによって、本発明の相対変位計測方法を実施することができる。図７は、相対変位計測装置の動作を示すフロー図である。なお、以下で説明する処理手順は一例に過ぎず、各処理は可能な限り変更されてもよい。また、以下で説明する処理手順について、実施の形態に応じて、適宜、ステップの省略、置換及び追加が可能である。
【００２９】
同図に示すように、まず相対変位計測装置を所定の個所に設置し（ステップＳ１０１）、計測を開始する（Ｓ１０２）。計測が開始され、地震等の事象が発生し、多層構造物Ｂｌｄに変形が発生すると（Ｓ１０３）、構造物の変形に伴いワイヤ１５に張力が作用し、回転把持部１３から引き出される方向に引っ張られることとなる。このときの引張力が回転把持部１３のラッチ機構の許容範囲内であれば、測定部材の送り出しは行われず（ステップＳ１０４における「なし」）、引張力が回転把持部１３のラッチ機構の許容範囲を超えると、測定部材が送り出されることとなる（ステップＳ１０４における「あり」）。これらステップＳ１０３〜Ｓ１０５は計測期間中繰り返され（ステップＳ１０６における「Ｎ」）、計測期間が終了した際に（ステップＳ１０６における「Ｙ」）、最終的な累積変形量を読み取って確認する。
以下に各ステップにおける作業を詳述する。
【００３０】
（１）設置時の手順
上記ステップＳ１０１及びＳ１０２では、例えば、図５〜図７に示すような、多層構造の建物Ａ１にあっては、各階層の柱２や梁３等の構造材における各対角間を、建物Ａ１の変形を計測するための所定の２点間とし、各対角線に沿ってワイヤ１５が基台部１０とともに取り付けられる。このとき、計測したい部位２点に端点１５ａ及び１５ｂとでワイヤ１５を設置する際、回転把持部１３の締め付けを緩めて、ワイヤ端子１５ｂを引き、その後の回転把持部１３のラッチ機構１３１，１３２或いは１３３，１３４で締め付ける。その後、この状態のままで放置する。
【００３１】
このとき、ワイヤ１５は構造体の内部（家屋の場合には筋交い部）に設置し、容易にワイヤ１５が引っ張られないようにする。また基台部１０は、例えば予め設置した計測ボックス内に収納し、風雨に晒されないようにする。この計測ボックスには、必要に応じて鍵のある蓋が付き蓋内部に記録ステッカーを貼り付ける。なお、この計測ボックスとしては、例えば、電源コンセントを壁内に取付ける際に設置される配電ボックスとすることができる。この場合には、電源コンセントの保守管理の機構を、本発明の変位測定と合わせて行うことができる。
【００３２】
なお、例えば、図３に示すような、コンクリート製の土台と木材の柱の間の相対変位を計測する場合にも、本装置を用いることができる。例えば、ワイヤ１５の両端１５ａと１５ｂをそれぞれ、例えば土台と柱に設置固定する。直下型地震のように木材が土台から離れた場合、そのとき飛び跳ねた最大変位から少しズレとなった残留変位はワイヤ計測部の変化した長さから直接読み取ることができる。
【００３３】
（２）事象発生時における手順
そして、上記ステップＳ１０３〜Ｓ１０５のように、多層構造物ｂｌｄの変形により引っ張られ、送り出されたワイヤ１５は、回転把持部１３によって不可逆的に把持され、多層構造物ｂｌｄの変形が進行して、さらに送り出されることはあっても、多層構造物ｂｌｄの構造材の変形が戻され、２点間１５ａ、１５ｂの間隔が縮小されたときにも、ワイヤ１５は回転把持部１３内を逆方向に退行することはない。この構造材の変形が戻された場合、ワイヤ１５は、２点１５ａ、１５ｂ間で緩んだり弛んだりした状態となる。
【００３４】
詳述すると、地震等構造変形の原因となる事象が発生したとき、この振動による変形が所定量以上であれば、その変形により回転把持部１３で不可逆的に半固定されたワイヤ１５が、図１における端部１５ａ方向に滑り移動し、送り出される（Ｓ１０４における「Ｙ」）。このとき、逆方向（端部１５ｂ方向）にはワイヤが緩むのみで引張力が生じないため、ワイヤ１５の送り出し移動は生じない。
【００３５】
その後、この地震等の事象が止まり静止すると、ワイヤは滑って送り出された位置で保持されることとなる（Ｓ１０５）。次に再度事象が発生し、最初の事象より変形が大きければ再度ワイヤ１５は滑って送り出されて保持される。この再度の変形が、最初の変形より小さければ、ワイヤ１５は送り出されることなく以前の状態（目盛り位置）を保持する。このようにして、前回の計測から、今回のワイヤの移動を計測する間に受けた構造体の最大変形が計測され、記憶される。計測終了後は計測日、事象の原因と推定されること例えば地震などとその程度の情報を記載し、把持部の締め付けを緩めてワイヤ１５の端を引っ張ってリセットする。このとき、ワイヤ１５が元の位置に戻り原点（０点）マーカーが尺の０に戻れば、その構造体には残留変形はないことになる。もし引っ張ったワイヤが正の方向で止まる場合には、構造体２点間は拡大し、負の方向で止まる場合は、構造体の２点間は縮まったこととなる。残留変形を修復しないままの場合には、その位置をその日の原点として再度計測を始める。
【００３６】
（３）角度と変位の計測
各値の具体的な計測方法について説明する。図１に示すように、平常時から、水平方向の梁３に対して鉛直に立つ柱２の角度と鉛直構造体の上部の変位を計測する。Vは家屋の右端下端から上端の高さで上端のワイヤ１５を取り付け、そこから水平にHだけ左の場所に基台部１０を設置し計測を開始する。
【００３７】
その後、計測開始から次の計測までの間に地震が発生し図６及び図７に示すように、垂直柱が右に傾き、復元してほぼ元の状態に戻ったとする。地震による力は家屋の質量を考慮すると数ton・fになり相対変位表示装置Ｍの回転把持部１３の締め付けに伴う静止摩擦力より遙かに大きく、ワイヤは最大傾きの大きさに計測開始から次の計測までの間に地震が発生し図６及び図７に示すように、柱２が右に傾き、復元してほぼ元の状態に戻ったとする。地震による垂直場下の傾きに伴う力は家屋の質量を考慮すると数ton・fにおよび、回転把持部１３の締め付けに伴う静止摩擦力より遙かに大きく、ワイヤは最大傾きの大きさに相当する長さだけ滑りそこで保持される。この滑り保持されたワイヤ長さをＸとする。このときの最大傾き角度をθ、家屋上部の最大変位をLとする。
【００３８】
図６及び図７において底辺の長さがH、高さ方向の長さがVとこれらの辺のなす角90°＋θの三角形に余弦定理を適応する。斜辺の長さは元の直角三角形の斜辺の長さに伸びた部分の長さ?を足した長さであり、
【数１】
2019207122.tif 000003
となる。上式より、
【数２】
2019207122.tif 000004
となり、
【数３】
2019207122.tif 000005
となる。ここでステンレスワイヤの元の長さ
【数４】
2019207122.tif 000006
に比べ、滑り長さＬは十分短く、その半分はさらに短い、従って上式の右辺分子で近似できる。
【００３９】
またsinθもθがπ/4 (45度) 以下であればsinθがθと近似し、傾き角度θは次のようになる。
【数５】
2019207122.tif 000007
【００４０】
すなわち、ワイヤ１５を弛みなく張って、相対変位表示装置Ｍで計測・記憶された長さＬの計測値より、上式より傾き角度が計算できる。
【００４１】
また家屋上部の最大移動変位Lは、
【数６】
2019207122.tif 000008
となる。
【００４２】
長さｌについて、具体的に考えると、上式より、θが与えられときの緩み長さｌは、
【数７】
2019207122.tif 000009
【数８】
2019207122.tif 000010
である。
【００４３】
いま建物一層部と二層部の筋交いの近くにワイヤを設置するとして、
高さをV= 2.4m、半間分の水平長さをH=0.9mの場合を想定する。このとき上式は、国土交通省告示の新築傾斜許容範囲は3mm/1000mmであることから、
【数９】
2019207122.tif 000011
であり、この傾きを上式に代入すると、
【数１０】
2019207122.tif 000012
となる。
【００４４】
物理的限界も考慮しなければならない。広く使われるsus304のステンレスワイヤの熱膨張係数は16.0x10-6[1/℃]である。いまこのステンレスワイヤの置かれる環境温度の最大変化量を50℃、V= 2.4m、H=0.9mのステンレスワイヤ長さは2.56mであり、温度変化によりワイヤの伸びｌτは、
【数１１】
2019207122.tif 000013
【００４５】
である。従って、すなわちV= 2.4m、H=0.9mとなるようにステンレスワイヤを張ったとき、国土交通省告示から計測値2.5mm以下は許容範囲であり、sus304のステンレスワイヤを使いとして温度変化が50℃とすれば、熱膨張により2mmはワイヤの膨張によるものであり、2.5mm以下程度の計測値は許容範囲内である。残留傾き、すなわち地震が発生して静止した状態でθ=  20/1200以下、すなわち相対変位表示装置Ｍでl=0.843θ=13mm以下はAランクであり、θ=  (20~60)/1200の範囲、すなわち相対変位表示装置Ｍでl=13mm~39mmの範囲ではBランクとなる。また、θ=  60/1200以上、すなわち相対変位表示装置Ｍでl=39mm以上はCランクである。
【００４６】
これらの値は地震で被害を受け残留変形した家屋の値であるが最大変形はもっと大きな値になるであろう。V= 2.4m、H=0.9mにワイヤを設置したとき、残留変形においてBランクでl=0.843θ=39mm以上である。上記新築傾斜許容範囲及びsus304の熱膨張を考慮して、計測レンジは2.5mm~50mm(100mm)で十分であると考えられる。
【００４７】
本実施形態における方式は１方向の変形の最大値と残留値が計測できる。この装置を図５に示すように、ｘ−ｙ−ｚ方向の3次元方向に設置すればよい。
【００４８】
（実施例）
確実性の高い幾何学の応用あり、実験の検証は不要であるが、V=0.582m、H=0.28mで傾き角度1°としてｌを実測と計算を行った。計算では、
【数１２】
2019207122.tif 000014
となる。図５に示す模型で計測すると実測値で4.5mmである。
【００４９】
（作用・効果）
このように、本実施形態に係る相対変位表示装置Ｍでは、多層構造物（建物Ａ１）が外力を受けて、多層構造物（建物Ａ１）の変形を計測するための所定の２点間の距離が拡大するような変形が発生したときに、所定の２点間で引張られるワイヤ１５が不可逆的に回転把持部１３から送り出される。この送り出されたワイヤ１５の長さを計測することで、その計測期間に発生した変形の最大値が記録されたこととなる。この変形を測定することにより、専門の技術者でなくても、地震時の多層構造物（建物Ａ１）の最大変形（層間変位）量を求め、多層構造物（建物Ａ１）の損傷状況、及びその安全性を簡易に確認、判断することができる。
【００５０】
詳述すると、本実施形態の相対変位計測装置によれば、振動ストレスに晒される構造体において、ある期間中に発生した２点間の相対最大変位及び残留変位を計測記憶することで、所定の期間内に受けたストレスを評価するデータを供給することができる。
【００５１】
例えば、地震時において、この相対変位計測装置により
（１）地震時の家屋のある構造部間の最大変位及び残留変位が計測できると地震による潜在的或いは隠蔽されているダメージが評価でき、補修の要不要、要の場合その情報を知ることができる。
（２）これらの情報は必要とする者の間で共有できる。
（３）情報の共有及び、補修が必要な場合には補修することで関係者の信頼が形成され関係者に安心・安全を提供できる。また情報共有により安心安全を担保する新たな事業が展開できる。
例えば、道路、橋梁、ダムなど社会構造インフラの場合には、定期的な検査が可能となり、合理的な保守が行える。また、例えば、ビル建築或いは補修の足場などのような仮設的な構造体では、危険な最大変位が計測された時点でアラームを発生し安全性の確保ができる。
特に、本実施形態では、回転把持部１３が基台部１０に対して回転可能に取付けられているため、ワイヤ１５が回転把持部１３内に挿通される方向と、ワイヤ１５が計測点１５ａに向けて張設される張設方向とを一致させることができ、ワイヤ１５が多層構造物Ｂｌｄ側に固定された計測点１５ａから、回転把持部１３に対して真っ直ぐに張設されることとなり、不要なテンションがワイヤ１５に作用するのを回避でき、記録されるデータの偏りをなくし、データの信頼度を高めることができる。また、回転把持部１３が自由に回転することから、装置本体の取り付け位置も自由度が増し、その取り付け作業を容易なものとしつつ、計測値の精度を高めることができる。
【００５２】
（変形例１）
なお、以上説明した各実施形態の説明は、本発明の一例である。このため、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
【００５３】
例えば、上述した実施形態では、変位量を直接計測して目盛りで表示したが、変位量の長さを電気抵抗、静電容量或いは自己インダクタンスに変換して、出力するようにしてもよい。詳述すると、変位測定の動作原理は上述した実施形態に係る機械方式と同じであるが、変位を目盛りではなくスライドボリューム（線形ポテンショメータ）で電気抵抗の値として読み取り、変位の変換する方式である読み取る方式である。ワイヤ１５の移動変位をx、ボリュームの端子間抵抗をR、ボリューム長さをLとすれば、xの変位に伴う電気抵抗rは下式のようになる。この抵抗は電気テスターで容易に読み取ることができる。
【００５４】
r=(x/L)R
また、読み取った抵抗値より変位は次のように計測できる。
【００５５】
x=(x/L)L
目盛りを窮屈な姿勢で目視により変位を計測する方式に比べ、この電気方式は抵抗計測端にテスターのプローブを触れるだけで高精度に位置計測が可能となる利点がある。これにより、短いワイヤを張るだけで精度の良い計測ができる。一方家屋などの構造体で床0.9m、立て柱2.5mにワイヤを設置する場合にはセンチオーダーで変形し目視も可能であり、誰もが容易に変形を計測できる利点がある。
【００５６】
（変形例２）
さらに、本発明は、様々な物理量の量値を計測・記憶する装置への展開が可能である。例えば、温度、湿度等の物理量は、所定の変換部材を用いることで、本発明で計測可能な変位量に変換でき、種々の物理量の最大値の計測・記憶装置に応用することができる。
【００５７】
（１）温度
原理としては、バイメタルが温度により変形することを応用し、バイメタルと、本発明の変位量計測方法による最大変位計測の考え方を組み合わせて最大温度を機械的に記憶することができる。例えば、ワインや冷凍マグロは輸送中に規定温度を超えると品質に影響することから、輸送期間中に経験した最高温度を記憶することで、品質管理の制度を貯めることができる。
【００５８】
（２）湿度
原理としては、湿度で収縮する素材（ナイロン、毛髪等）と、本発明の変位量計測方法による最大変位計測の考え方を組み合わせて最大湿度を機械的に記憶することができる。例えば、大型で重い精密機械を船舶輸送中に赤道を通過するあたりで、大きな湿度ストレスがかかり錆などの原因となり品質に影響することから、輸送期間中に経験した湿度温度を記憶することで、品質管理の精度を高めることができる。
【００５９】
（３）力
原理としては、本発明の変位量計測方法による最大変位計測の考え方を元に、静止摩擦力以上の力が作用したとき保持体と可動体（ここではワイヤ）に相対変位が現れる。これを応用して、バネと組み合わせることで力の量が計測できる。
【００６０】
応用；破壊の原因を記録
（４）加速度
原理としては、質量を本発明の変位量計測方法による最大変位計測の可動部に取り付け、加速度×質量が静止摩擦力以上の力となったとき保持体と可動体（ここではワイヤ）に相対変位が現れる。これを応用して。バネと組み合わせることで加速度の量が計測でき、破壊の原因を記録するなどの応用が考えられる。
【符号の説明】
【００６１】
L…最大移動変位
r…電気抵抗
Ａ１…建物
Ｂｌｄ…多層構造物
Ｍ…相対変位表示装置
ｂｌｄ…多層構造物
１…相対変位計測記録装置
２…柱
３…梁
１０…基台部
１３…回転把持部
１４…チューブ型尺
１４ａ…最大変位計測尺
１４ｂ…残留変位計測尺
１５…ワイヤ
１５ａ,１５ｂ…端点
【図１】
2019207122.tif 000015
【図２】
2019207122.tif 000016
【図３】
2019207122.tif 000017
【図４】
2019207122.tif 000018
【図５】
2019207122.tif 000019
【図６】
2019207122.tif 000020
【図７】
2019207122.tif 000021
【図８】
2019207122.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月7日(2018.9.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の外力による変形を計測するための、少なくとも２点の測定点間に設置され、前記測定点間の相対変位量を計測する相対変位計測装置であって、
前記２点の測定点の一方において前記構造物に固定される基台部と、
前記２点の測定点の他方に固定されて、前記２点の測定点間に張設される測定部材であるワイヤ部材と、
水平面内において回転可能に前記基台部上に保持され、前記測定部材の一端を把持する回転把持部と
を備え、
前記回転把持部は、前記他方の測定点側からの張力によって引っ張られたときに、前記張力に応じて不可逆的に前記測定部材を前記一端側へ送り出す
ことを特徴とする相対変位計測装置。
【請求項２】
前記回転把持部において送り出された前記測定部材の長さを表示する表示部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の相対変位計測装置。
【請求項３】
前記表示部は、前記測定部材が挿通されて内部の測定部材の変位が視認可能な透明部分を有する筒状体を備え、
前記筒状体には、前記測定部材の変位を測定する目盛りが記されている
ことを特徴とする請求項２に記載の相対変位計測装置。
【請求項４】
前記回転把持部は、前記ワイヤ部材を把持する一対の回転体と、前記回転体の回転を一方向のみに規制する規制部材とを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の相対変位計測装置。
【請求項５】
構造物の外力による変形を計測するための、少なくとも２点の測定点間に設置され、前記測定点間の相対変位量を計測する相対変位計測方法であって、
前記２点の測定点の一方において前記構造物に基台部を固定するとともに、前記基台部上の水平面内において回転可能に保持された回転把持部によって、測定部材であるワイヤ部材の一端を把持する工程と、
前記測定部材の他端を、前記２点の測定点の他方に固定して、前記２点の測定点間に前記測定部材を張設する工程と、
前記回転把持部は、前記他方の測定点側からの張力によって引っ張られたときに、前記張力に応じて不可逆的に前記測定部材を前記一端側へ送り出し、一定期間におけるその送り出し量を測定することによって、前記測定点間の相対変位量を計測する工程と
を含むことを特徴とする相対変位計測方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、構造物の外力による変形を計測するための、少なくとも２点の測定点間に設置され、前記測定点間の相対変位量を計測する相対変位計測装置であって、
前記２点の測定点の一方において前記構造物に固定される基台部と、
前記２点の測定点の他方に固定されて、前記２点の測定点間に張設される測定部材であるワイヤ部材と、
水平面内において回転可能に前記基台部上に保持され、前記測定部の前記一端を把持する回転把持部と
を備え、
前記回転把持部は、前記他方の測定点側からの張力によって引っ張られたときに、前記張力に応じて不可逆的に前記測定部材を前記一端側へ送り出す
ことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、本発明は、構造物の外力による変形を計測するための、少なくとも２点の測定点間に設置され、前記測定点間の相対変位量を計測する相対変位計測方法であって、
前記２点の測定点の一方において前記構造物に基台部を固定するとともに、前記基台部上の水平面内において回転可能に保持された回転把持部によって、測定部材であるワイヤ部材の一端を把持する工程と、
前記測定部材の他端を、前記２点の測定点の他方に固定して、前記２点の測定点間に前記測定部材を張設する工程と、
前記回転把持部は、前記他方の測定点側からの張力によって引っ張られたときに、前記張力に応じて不可逆的に前記測定部材を前記一端側へ送り出し、一定期間におけるその送り出し量を測定することによって、前記測定点間の相対変位量を計測する工程と
を含むことを特徴とする相対変位計測方法。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
この相対変位計測記録装置１は、測定点の一方（ここでは、測定点１５ｂ側）に固定される基台部１０と、２点の測定点の他方（ここでは、測定点１５ａ）に固定されて、２点の測定点１５ａ，１５ｂ間に張設されるワイヤ１５と、水平面内において回転可能に基台部１０上に保持され、ワイヤ１５の一端（１５ｂ側）を把持する回転把持部１３とを備えている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
回転把持部１３は、他方の測定点１５ａ側からの張力によってワイヤ１５が引っ張られたときに、張力に応じて不可逆的にワイヤ１５を一端（測定点１５ａ側）へ送り出す機構を備えた回転把持部１３が設けられている。相対変位計測記録装置１では、多層構造物ｂｌｄが外力を受け、多層構造物ｂｌｄの変形を計測するための所定の２点間１５ａ、１５ｂが拡大するような相対変位量が生じたときに、所定の２点間で引張られるワイヤ１５が回転把持部１３から不可逆的に送り出される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
（１）設置時の手順
上記ステップＳ１０１及びＳ１０２では、例えば、図５〜図７に示すような、多層構造の建物Ａ１にあっては、各階層の柱２や梁３等の構造材における各対角間を、建物Ａ１の変形を計測するための所定の２点間とし、各対角線に沿ってワイヤ１５が基台部１０とともに取り付けられる。このとき、計測したい部位２点（測定点１５ａ及び１５ｂ）にワイヤ１５を設置する際、回転把持部１３の締め付けを緩めて、ワイヤ端（測定点１５ｂ側）を引き、その後の回転把持部１３のラッチ機構１３１，１３２或いは１３３，１３４で締め付ける。その後、この状態のままで放置する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
なお、例えば、図３に示すような、コンクリート製の土台と木材の柱の間の相対変位を計測する場合にも、本装置を用いることができる。例えば、ワイヤ１５の両端をそれぞれ、例えば土台と柱に設置固定する。直下型地震のように木材が土台から離れた場合、そのとき飛び跳ねた最大変位から少しズレとなった残留変位はワイヤ計測部の変化した長さから直接読み取ることができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
詳述すると、地震等構造変形の原因となる事象が発生したとき、この振動による変形が所定量以上であれば、その変形により回転把持部１３で不可逆的に半固定されたワイヤ１５が、図１における測定点１５ａ方向に滑り移動し、送り出される（Ｓ１０４における「Ｙ」）。このとき、逆方向（測定点１５ｂ方向）にはワイヤが緩むのみで引張力が生じないため、ワイヤ１５の送り出し移動は生じない。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
その後、計測開始から次の計測までの間に地震が発生し図６及び図７に示すように、垂直柱が右に傾き、復元してほぼ元の状態に戻ったとする。地震による力は家屋の質量を考慮すると数ton・fになり相対変位計測記録装置１の回転把持部１３の締め付けに伴う静止摩擦力より遙かに大きく、ワイヤは最大傾きの大きさに計測開始から次の計測までの間に地震が発生し図６及び図７に示すように、柱２が右に傾き、復元してほぼ元の状態に戻ったとする。地震による垂直場下の傾きに伴う力は家屋の質量を考慮すると数ton・fにおよび、回転把持部１３の締め付けに伴う静止摩擦力より遙かに大きく、ワイヤは最大傾きの大きさに相当する長さだけ滑りそこで保持される。この滑り保持されたワイヤ長さをＸとする。このときの最大傾き角度をθ、家屋上部の最大変位をLとする。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
すなわち、ワイヤ１５を弛みなく張って、相対変位計測記録装置１で計測・記憶された長さＬの計測値より、上式より傾き角度が計算できる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
である。従って、すなわちV= 2.4m、H=0.9mとなるようにステンレスワイヤを張ったとき、国土交通省告示から計測値2.5mm以下は許容範囲であり、sus304のステンレスワイヤを使いとして温度変化が50℃とすれば、熱膨張により2mmはワイヤの膨張によるものであり、2.5mm以下程度の計測値は許容範囲内である。残留傾き、すなわち地震が発生して静止した状態でθ=  20/1200以下、すなわち相対変位計測記録装置１でl=0.843θ=13mm以下はAランクであり、θ=  (20~60)/1200の範囲、すなわち相対変位計測記録装置１でl=13mm~39mmの範囲ではBランクとなる。また、θ=  60/1200以上、すなわち相対変位計測記録装置１でl=39mm以上はCランクである。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
（作用・効果）
このように、本実施形態に係る相対変位計測記録装置１では、多層構造物（建物Ａ１）が外力を受けて、多層構造物（建物Ａ１）の変形を計測するための所定の２点間の距離が拡大するような変形が発生したときに、所定の２点間で引張られるワイヤ１５が不可逆的に回転把持部１３から送り出される。この送り出されたワイヤ１５の長さを計測することで、その計測期間に発生した変形の最大値が記録されたこととなる。この変形を測定することにより、専門の技術者でなくても、地震時の多層構造物（建物Ａ１）の最大変形（層間変位）量を求め、多層構造物（建物Ａ１）の損傷状況、及びその安全性を簡易に確認、判断することができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
L…最大移動変位
r…電気抵抗
Ａ１…建物
Ｂｌｄ…多層構造物
ｂｌｄ…多層構造物
１…相対変位計測記録装置
２…柱
３…梁
１０…基台部
１３…回転把持部
１４…チューブ型尺
１４ａ…最大変位計測尺
１４ｂ…残留変位計測尺
１５…ワイヤ
１５ａ,１５ｂ…測定点
【手続補正１４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2019207122.tif 000023
【手続補正１５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2019207122.tif 000024
【手続補正１６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2019207122.tif 000025
【手続補正１７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2019207122.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月12日(2019.3.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の外力による変形を計測するための、少なくとも２点の測定点間に設置され、前記測定点間の相対変位量を計測する相対変位計測装置であって、
前記２点の測定点の一方において前記構造物に固定される基台部と、
前記２点の測定点の他方に固定されて、前記２点の測定点間に張設される測定部材であるワイヤ部材と、
水平面内において回転可能に前記基台部上に保持され、前記測定部材の一端を把持する回転把持部と、
前記基台部を収納するとともに、電源コンセントを建造物の壁内に取付けるための配電ボックスと
を備え、
前記回転把持部は、前記他方の測定点側からの張力によって引っ張られたときに、前記張力に応じて不可逆的に前記測定部材を前記一端側へ送り出す
ことを特徴とする相対変位計測装置。
【請求項２】
前記回転把持部において送り出された前記測定部材の長さを表示する表示部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の相対変位計測装置。
【請求項３】
前記表示部は、前記測定部材が挿通されて内部の測定部材の変位が視認可能な透明部分を有する筒状体を備え、
前記筒状体には、前記測定部材の変位を測定する目盛りが記されている
ことを特徴とする請求項２に記載の相対変位計測装置。
【請求項４】
前記回転把持部は、前記ワイヤ部材を把持する一対の回転体と、前記回転体の回転を一方向のみに規制する規制部材とを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の相対変位計測装置。
【請求項５】
構造物の外力による変形を計測するための、少なくとも２点の測定点間に設置され、前記測定点間の相対変位量を計測する相対変位計測方法であって、
前記２点の測定点の一方において前記構造物に基台部を固定するとともに、前記基台部上の水平面内において回転可能に保持された回転把持部によって、測定部材であるワイヤ部材の一端を把持する工程と、
前記測定部材の他端を、前記２点の測定点の他方に固定して、前記２点の測定点間に前記測定部材を張設する工程と、
前記回転把持部は、前記他方の測定点側からの張力によって引っ張られたときに、前記張力に応じて不可逆的に前記測定部材を前記一端側へ送り出し、一定期間におけるその送り出し量を測定することによって、前記測定点間の相対変位量を計測する工程と
を含み、
前記ワイヤ部材の一端を把持する工程において、基台部は電源コンセントを建造物の壁内に取付けるための配電ボックス内に収納される
ことを特徴とする相対変位計測方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、構造物の外力による変形を計測するための、少なくとも２点の測定点間に設置され、前記測定点間の相対変位量を計測する相対変位計測装置であって、
前記２点の測定点の一方において前記構造物に固定される基台部と、
前記２点の測定点の他方に固定されて、前記２点の測定点間に張設される測定部材であるワイヤ部材と、
水平面内において回転可能に前記基台部上に保持され、前記測定部の前記一端を把持する回転把持部と、
前記基台部を収納するとともに、電源コンセントを建造物の壁内に取付けるための配電ボックスと
を備え、
前記回転把持部は、前記他方の測定点側からの張力によって引っ張られたときに、前記張力に応じて不可逆的に前記測定部材を前記一端側へ送り出す
ことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、本発明は、構造物の外力による変形を計測するための、少なくとも２点の測定点間に設置され、前記測定点間の相対変位量を計測する相対変位計測方法であって、
前記２点の測定点の一方において前記構造物に基台部を固定するとともに、前記基台部上の水平面内において回転可能に保持された回転把持部によって、測定部材であるワイヤ部材の一端を把持する工程と、
前記測定部材の他端を、前記２点の測定点の他方に固定して、前記２点の測定点間に前記測定部材を張設する工程と、
前記回転把持部は、前記他方の測定点側からの張力によって引っ張られたときに、前記張力に応じて不可逆的に前記測定部材を前記一端側へ送り出し、一定期間におけるその送り出し量を測定することによって、前記測定点間の相対変位量を計測する工程と
を含み、前記ワイヤ部材の一端を把持する工程において、基台部は電源コンセントを建造物の壁内に取付けるための配電ボックス内に収納されることを特徴とする。