(57)【要約】【目的】光ファイバ式荷重計における測定精度の向上が可能で、しかも、グランドアンカー等の大規模環境に利用するのに適した剪断拘束型環状弾性体を提供する。【構成】外周に光ファイバが巻き付けられる面を有する弾性変形部と、この弾性変形部を挟んで配設された一対の荷重作用部を備え、前記弾性変形部と一対の荷重作用部の中心部にこれを貫通する内孔を設けた環状弾性体において、前記弾性変形部の剪断方向への変形を拘束する拘束部材を有するものである。これにより、環状弾性体に剪断方向の力が作用しても、拘束部材によって弾性変形部の剪断方向への変形を拘束し、弾性変形部の外周側へのはみ出しを均一にすることができる。【選択図】　　　図１
2004037311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に光ファイバが巻き付けられる面を有する弾性変形部と、この弾性変形部を挟んで配設された一対の荷重作用部を備え、前記弾性変形部と一対の荷重作用部の中心部にこれを貫通する内孔を設けた環状弾性体において、
前記弾性変形部の剪断方向への変形を拘束する拘束部材を有することを特徴とする剪断拘束型環状弾性体。
【請求項２】
前記拘束部材を、内部拘束部材として前記内孔に配設したことを特徴とする請求項１に記載の剪断拘束型環状弾性体。
【請求項３】
前記拘束部材を、外部拘束部材として前記弾性変形部の周囲に配設したことを特徴とする請求項１に記載の剪断拘束型環状弾性体。
【請求項４】
前記拘束部材を、内部拘束部材として前記内孔に配設するとともに、外部拘束部材として前記弾性変形部の周囲に配設したことを特徴とする請求項１に記載の剪断拘束型環状弾性体。
【請求項５】
前記内部拘束部材は、前記内孔に嵌挿され、その一端部が一方の荷重作用部に固定されるとともに、他端部が他方の荷重作用部に摺動可能に接続されることを特徴とする請求項２または４に記載の剪断拘束型環状弾性体。
【請求項６】
前記内部拘束部材の外周に、前記内孔に嵌挿させた状態で前記弾性変形部と対向させて小径部を設け、内部拘束部材の外周と弾性変形部の内周の間に前記小径部によって隙間を形成したことを特徴とする請求項５に記載の剪断拘束型環状弾性体。
【請求項７】
前記荷重作用部のそれぞれの外面に当該荷重作用部より大きな連結板をそれぞれ固定させ、前記弾性変形部の外周で、かつ、前記連結板間に前記外部拘束部材を配設させたことを特徴とする請求項３または４に記載の剪断拘束型環状弾性体。
【請求項８】
前記外部拘束部材は、その一端部が一方の連結板に固定されるとともに、他端部が他方の連結板に摺動可能に接続されることを特徴とする請求項７に記載の剪断拘束型環状弾性体。
【請求項９】
前記外部拘束部材の他端部を、連結板にゴム部材を介在して摺動可能に接続させたことを特徴とする請求項８に記載の剪断拘束型環状弾性体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばグランドアンカーのアンカーケーブルに作用する張力を測定するのに利用される光ファイバ式荷重計に用いる剪断拘束型環状弾性体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
法面等の傾斜した地盤に対し、地滑りや崩落等の発生を防止するために、グランドアンカーが従来から広く使用されている。グランドアンカーは、地盤表面のコンクリート層と土中深部の地下岩盤（地盤表面から２０〜３０ｍ程度の深さ）との間にアンカーケーブルを接続し、このアンカーケーブルを緊張して表面コンクリート層に地下岩盤側への張力を付与させることで、地盤の地滑り、崩落等の発生を防止する。
【０００３】
グランドアンカーでは、地盤の状況により適切な引張強度のアンカーケーブルが使用されるが、グランドアンカーには地震や集中豪雨等により予測を超える外力が作用し、アンカーケーブルが破断したり、地下岩盤に固定したアンカーケーブル先端部で岩盤がゆるみ張力を失ったりして、地滑りや地盤崩落等に至る危険性がある。そのため、グランドアンカーのアンカーケーブルに作用する張力を測定して地盤の状況を観測し、危険が予想される場合には、適切な対応を実施する必要がある。
【０００４】
グランドアンカーのアンカーケーブルに作用する張力を測定する方法として、ロードセルや電磁式検知器等を用いた荷重計が知られている。しかし、ロードセルや電磁式検知装置等は、外部から常に通電しておかなければならず、道路等の広大な法面を監視するには構成が大規模となり、配線等の都合で遠隔地より監視することが困難であった。
【０００５】
そこで、ロードセルや電磁式検知装置等を用いた荷重計の代わりとして、光ファイバを用いた荷重計が知られている。
【０００６】
光ファイバを用いた荷重計の原理は、光ファイバ中で発生する後方散乱光のうち、ブリルアン散乱光の周波数が光ファイバの長さ方向に生じた歪みに比例して変化する性質に着目したものである。尚、後方散乱光の周波数分布は、図４に示すように、後方散乱光の最大の強度を有するレーリー光１００と、レーリー光１００の両側に強度がレーリー光１００の約一億分の一のピーク（１０１，１０２）がそれぞれ２つ現れる。その内の１つが光ファイバの歪みに依存して発生周波数がシフトするブリルアン散乱光１０１である。図４中、１０２はラマン光である。
【０００７】
光ファイバを用いた荷重測定装置１１０は、図５に示すように、光ファイバ１１１と、歪み測定器１１２と、演算表示装置１１３で構成されている。
【０００８】
光ファイバ１１１は、歪み検出センサ部１１１ａとダミーファイバ部１１１ｂ，１１１ｂ´がある。歪み検出センサ部１１１ａは被検出部に取付けられて、被検出部から引張荷重を受けて光ファイバ１１１が伸縮する部分であり、ダミーファイバ部１１１ｂ，１１１ｂ´は引張荷重を受けず、光ファイバ１１１が伸縮しない部分である。
【０００９】
歪み測定器１１２は、光ファイバ１１１の一端を接続するもので、光ファイバ１１１に光パルス１１４を注入するとともに、後方散乱光１１５を受光するものであり、後方散乱光１１５に基づいて光ファイバ１１１に生じた歪みを測定するものである。
【００１０】
演算表示装置１１３は、歪み測定器１１２で測定された光ファイバ１１１の歪みを荷重に変換して測定結果を表示するものである。
【００１１】
上記の荷重測定装置１１０は、歪み測定器１１２から光ファイバ１１１に光パルス１１４を注入し、光ファイバ１１１から帰ってくる後方散乱光１１５を歪み測定ユニット１１２で受光する。そして、歪み測定ユニット１１２で所定の演算処理を行い、受光した後方散乱光１１５からブリルアン散乱光の周波数シフト（図４に示すレーリー光１００の周波数のピーク（λＰ０）とブリルアン散乱光１０１の周波数のピーク（λＰ１）との周波数差（λＢ）の変化）を測定することにより、光ファイバ１１１に加わっている歪みを評価するようになっている。
【００１２】
上記の光ファイバ１１１を用いた荷重測定装置１１０は、橋・トンネル・管路等の長尺の構造物・設備に光ファイバ１１１を取付けるとよいので、長尺の構造物・設備の歪みを測定する用途に適している。
【００１３】
上記の光ファイバ１１１を用いた荷重測定装置１１０は、遠隔地において各荷重計の測定情報を光信号で得ることができ、荷重計の測定情報を遠隔地で集中管理することができるというメリットがある。従って、グランドアンカー等の広汎な用途に使えるようにすれば、高速道路や主要国道等に敷設された大容量の光ファイバケーブル網を介して遠隔地において各荷重計の測定情報を得て、荷重計の測定情報を集中管理するシステムを構築できるようになる。
【００１４】
グランドアンカーでは、アンカーケーブルに直接光ファイバを貼り付けてその伸びを測定することも可能であるが、この場合、アンカーケーブルの歪み率が小さいため、張力を正確に検出することが困難である。また、アンカーケーブルに光ファイバを長期間確実に固定しておくことも困難であった。
【００１５】
グランドアンカーの張力を測定するのに、好適な光ファイバ式荷重計として、図６に示すように、外周に光ファイバ２０１が巻き付けられる面２０２を有する弾性変形部２０３と、前記弾性変形部２０３を挟んで配設された一対の荷重作用部２０４，２０５を備え、弾性変形部２０３と一対の荷重作用部２０４，２０５の中心部に内孔２０６を貫通形成した環状弾性体２００を用い、この環状弾性体２００の弾性変形部２０３の外周に光ファイバ２０１を巻き付けた光ファイバ式荷重計２０７が提案されている。この環状弾性体２００を用いて提供されている光ファイバ式荷重計２０７の光ファイバ２０１の一端は歪み測定ユニット２０８に接続されている。この状態において、光ファイバ２０１の弾性変形部２０３に巻かれている部分２０１ａは歪み検出センサ部となり、残りの部分２０１ｂ，２０１ｂ´はダミーファイバ部となっている。
【００１６】
この光ファイバ式荷重計２０７は、環状弾性体２００の荷重作用部２０４，２０５に荷重Ｐが作用すると、環状弾性体２００の弾性変形部２０３が外周側にはみ出し、その外周の弾性的な変化により弾性変形部２０３の外周に巻き付けられた光ファイバ２０１が伸長するようになっている。そして、歪み測定ユニット２０８から光ファイバ２０１に光パルス２０９を注入し、その後方散乱光２１０を受光し、歪み測定ユニット２０８において、所定の演算処置を施すことにより、光ファイバ２０１に生じた歪みおよび環状弾性体２００の荷重作用部２０４，２０５に作用した荷重Ｐを算出することができるようになっている。
【００１７】
図７は、環状弾性体２００を用いて提供される光ファイバ式荷重計２０７を、地滑り防止工事が施された法面等の傾斜した地盤２２０に設置されたグランドアンカー２３０のアンカーケーブル２３１の張力を測定する用途に利用した状態を示す図である。
【００１８】
地滑り防止工事が施された地盤２２０は、表面のコンクリート層２２１と、中間地盤２２２と、地下岩盤２２３とからなる。地盤２２０には、所定間隔で複数箇所にグランドアンカー２３０を設置するためのケーブル配設孔２２４が表面コンクリート層２２１から地下岩盤２２３に至るように形成されている。グランドアンカー２３０は、アンカーケーブル２３１と、鞘管２３２と、地盤２２０の表面において設置される荷重計２０７にアンカーケーブル２３１を設置するためのケーブル繋止部２３３とを備えている。
【００１９】
アンカーケーブル２３１は、地盤２２０のケーブル配設孔２２４に挿入固定された鞘管２３２の内部に挿入されている。アンカーケーブル２３１の下端は、アンカー固定用に充填されたモルタル（樹脂モルタルまたはセメントモルタル）２３４で地盤２２０の地下岩盤２２３に固定されている。
【００２０】
この光ファイバ式荷重計２０７は、環状弾性体２００の内孔２０６にアンカーケーブル２３１を挿通させて表面コンクリート層２２１上に設置しており、光ファイバ式荷重計２０７の上部にスペーサ２３５とケーブル繋止部２３３を取付け、アンカーケーブル２３１とケーブル繋止部２３３を締結することにより、アンカーケーブル２３１に取付けている。このように光ファイバ式荷重計２０７を取付けた状態で、予めロードセルでアンカーケーブル２３１に張力０の基準点を設定しておき、その後にアンカーケーブル２３１に所定の張力を加えて設置する。
【００２１】
地盤２２０の表面コンクリート層２２１や中間地盤２２２に何らかの変化があった場合には、アンカーケーブル２３１の張力が変化する。アンカーケーブル２３１の張力が大きくなると、環状弾性体２００の荷重作用部２０４，２０５に作用する荷重Ｐが大きくなり、弾性変形部２０３がより大きくはみ出すように変形する。そして、この弾性変形部２０３の変形を受けて、弾性変形部２０３の外周に巻き付けられている光ファイバ２０１が延伸することになる。そして、この光ファイバ２０１に生じる後方散乱光（ブリルアン散乱光）の周波数の変化を歪み測定ユニット（図示省略）で検出することにより、アンカーケーブル２３１の張力を測定することができる。
【００２２】
尚、地盤２２０の中間地盤２２２の変化は、地盤２２０に設置された複数のグランドアンカー２３０からアンカーケーブル２３１の張力の情報を収集し、総合的に考慮して判断される。また、地盤２２０の複数のグランドアンカー２３０に取付けられた光ファイバ式荷重計２０７の光ファイバ２０１を、高速道路等に沿って配設された大容量の光ファイバ網を介して遠隔地に設置した歪み測定ユニット（図示省略）に接続することにより、地盤２２０の中間地盤２２２の状態を遠隔地で監視できるシステムを構築することができる。
【００２３】
尚、光ファイバ式荷重計２０７は、環状弾性体２００の弾性変形部２０３の外周に光ファイバ２０１が巻き付けられており、荷重作用部２０４，２０５に作用する荷重Ｐの情報を増幅して取り出すことができるので、従来の光ファイバ式荷重計よりも広汎な用途に利用することができる。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、実際にグランドアンカー２３０を地盤２２０に設置する場合、グランドアンカー２３０のグランドケーブル２３１が、地表面の固定金具に対して常にオンセンターに設置されるとは限らず、オフセンターに設置されて「くの字」に変形していることが多い。この場合、アンカーケーブル２３１に張力を加えると、アンカーケーブル２３１が真っ直ぐになろうとして環状弾性体２００に剪断方向の力が作用し、環状弾性体２００の弾性変形部２０３が剪断方向に変形する。これにより、環状弾性体２００の弾性変形部２０３の外周側へのはみ出しが不均一となり、光ファイバ式荷重計２０７における測定結果に誤差を生じさせる等の問題を発生させることがあった。
【００２５】
また、グランドアンカー２３０を地盤２２０に設置した後、雨水等により地盤２２０がゆるみ、地盤の地滑りしようとする力によってアンカーケーブル２３１に偏った力が加わった場合、環状弾性体２００に剪断方向の力が作用し、環状弾性体２００の弾性変形部２０３を剪断方向に変形させて光ファイバ式荷重計２０７における適正な測定を阻害させる危険性があった。
【００２６】
そこで、本発明は、光ファイバ式荷重計の測定精度を向上させることが可能な剪断拘束型環状弾性体を提供することを目的としている。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の剪断拘束型環状弾性体は、外周に光ファイバが巻き付けられる面を有する弾性変形部と、この弾性変形部を挟んで配設された一対の荷重作用部を備え、前記弾性変形部と一対の荷重作用部の中心部にこれを貫通する内孔を設けた環状弾性体において、前記弾性変形部の剪断方向への変形を拘束する拘束部材を有することを特徴としている。この剪断拘束型環状弾性体によれば、剪断拘束型環状弾性体に剪断方向の力が作用しても、拘束部材によって弾性変形部の剪断方向への変形を拘束し、弾性変形部の外周側へのはみ出しを均一にすることができる。これにより、光ファイバ式荷重計における測定精度を向上することができる。
【００２８】
請求項２に記載の剪断拘束型環状弾性体は、請求項１に記載の剪断拘束型環状弾性体において、前記拘束部材を、内部拘束部材として内孔に配設したことを特徴としている。この剪断拘束型環状弾性体によれば、剪断拘束型環状弾性体に剪断方向の力が作用しても、内孔に配設した内部拘束部材によって、弾性変形部の剪断方向への変形を拘束することができる。
【００２９】
請求項３に記載の剪断拘束型環状弾性体は、請求項１に記載の剪断拘束型環状弾性体において、前記拘束部材を、外部拘束部材として弾性変形部の周囲に配設したことを特徴としている。この剪断拘束型環状弾性体によれば、剪断拘束型環状弾性体に剪断方向の力が作用しても、弾性変形部の周囲に配設した外部拘束部材によって、弾性変形部の剪断方向への変形を拘束することができる。
【００３０】
請求項４に記載の剪断拘束型環状弾性体は、請求項１に記載の剪断拘束型環状弾性体において、前記拘束部材を、内部拘束部材として内孔に配設するとともに、外部拘束部材として弾性変形部の周囲に配設したことを特徴としている。この剪断拘束型環状弾性体によれば、剪断拘束型環状弾性体に剪断方向の力が作用しても、内孔および弾性変形部の周囲に配設した内部拘束部材および外部拘束部材によって、弾性変形部の剪断方向への変形を拘束することができる。
【００３１】
請求項５に記載の剪断拘束型環状弾性体は、請求項２または４に記載の剪断拘束型環状弾性体において、内部拘束部材を、内孔に嵌挿させ、その一端部を一方の荷重作用部に固定させるとともに、他端部を他方の荷重作用部に摺動可能に接続させたことを特徴としている。この剪断拘束型環状弾性体によれば、荷重方向に作用する力に対しては弾性変形部を荷重方向に自由に弾性変形させることができ、剪断方向に作用する力に対しては弾性変形部の剪断方向への変形を拘束することができる。
【００３２】
請求項６に記載の剪断拘束型環状弾性体は、請求項５に記載の剪断拘束型環状弾性体において、内部拘束部材の外周に、内孔に嵌挿させた状態で弾性変形部と対向して小径部を設け、内部拘束部材の外周と弾性変形部の内周の間に小径部によって隙間を形成したことを特徴としている。この剪断拘束型環状弾性体によれば、弾性変形部が荷重方向に弾性変形する際に、内部拘束部材と弾性変形部の間に形成した隙間によって、内部拘束部材による弾性変形部への摩擦抵抗等がなくなり、弾性変形部の荷重方向への弾性変形を妨げることがない。
【００３３】
請求項７に記載の剪断拘束型環状弾性体は、請求項３または４に記載の剪断拘束型環状弾性体において、荷重作用部のそれぞれの外面に当該荷重作用部より大きな連結板をそれぞれ固定させ、弾性変形部の外周で、かつ、連結板間に外部拘束部材を配設したことを特徴としている。この剪断拘束型環状弾性体によれば、剪断拘束型環状弾性体に剪断方向の力が作用しても、弾性変形部の外周で、かつ、連結板間に配設した外部拘束部材によって、弾性変形部の剪断方向への変形を拘束することができる。
【００３４】
請求項８に記載の剪断拘束型環状弾性体は、請求項７に記載の剪断拘束型環状弾性体において、外部拘束部材を、その一端部を一方の連結板に固定させるとともに、他端部を他方の連結板に摺動可能に接続させたことを特徴としている。この剪断拘束型環状弾性体によれば、荷重方向に作用する力に対しては弾性変形部を荷重方向に自由に弾性変形させることができ、剪断方向に作用する力に対しては弾性変形部の剪断方向への変形を拘束することができる。
【００３５】
請求項９に記載の剪断拘束型環状弾性体は、請求項８に記載の剪断拘束型環状弾性体において、外部拘束部材の他端部を、連結板にゴム部材を介在して摺動可能に接続させたことを特徴としている。この剪断拘束型環状弾性体によれば、連結板に対して拘束部材が摺動する際に、連結板による拘束部材への摺動抵抗をゴム部材によって極力低減させることができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る剪断拘束型環状弾性体の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３７】
図１は、本発明の第１の実施形態による剪断拘束型環状弾性体１０を示す。この剪断拘束型環状弾性体１０は、外周に光ファイバ１１が巻き付けられる面１２を有する弾性変形部１３と、弾性変形部１３を上下方向から挟んで配設された荷重作用部としての一対の硬質板１４，１５を備え、弾性変形部１３と硬質板１４，１５の中心部に上下方向に貫通する内孔１６が設けられており、この内孔１６に弾性変形部１３の剪断方向への変形を拘束する内部拘束部材１７を配設している。
【００３８】
弾性変形部１３は、本実施形態では複数のゴム状弾性板１８と複数の補強板１９を交互に積層して一体成形された積層体で構成されている。ここで、弾性変形部１３を構成するゴム状弾性板１８としては、各種のゴム材料を用いることができるが、機械的強度、弾性率の長期安定性、変形能力の長期安定性、耐クリープ性等に優れていることが必要であり、例えば天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）等を用いる。また、補強板１９としては、金属、合成樹脂等の所定の剛性を有する各種の硬質材料を用いる。
【００３９】
硬質板１４，１５は、金属、合成樹脂等の所定の剛性を有する各種の硬質材料から構成されており、弾性変形部１３の上下面に積層して一体に固着されている。
【００４０】
内孔１６は、剪断拘束型環状弾性体１０を用いて提供される光ファイバ式荷重計を、グランドアンカーに取付ける際に、グランドアンカーのアンカーケーブルを挿通させるために利用される。
【００４１】
内部拘束部材１７は、金属、合成樹脂等の所定の剛性を有する各種の硬質材料により円筒形状に形成され、その外周面に内孔１６に嵌挿させた状態で弾性変形部１３と対向させて小径部２０を設けている。内部拘束部材１７は、小径部２０によって弾性変形部１３との間に隙間Ｈを設けて内孔１６に嵌挿され、上端部を上側に配設される硬質板１４に摺動可能に接続させるとともに、下端部を下側に配設される硬質板１５に接着により固定させる。内部拘束部材１７は、剪断拘束型環状弾性体１０に荷重が作用したときの変形を考慮して、上側に配設される硬質板１４の上面より若干（例えば１〜２ｍｍ程度）低い目に高さが設定されている。
【００４２】
また、内部拘束部材１７の上端をシリコンシーライト等のコーキング材２１によってシールし、剪断拘束型環状弾性体１０の内孔１６に挿通させるグランドアンカーのアンカーケーブルを防錆させるために内孔１６に充填されるグリス等の油脂が、内部拘束部材１７の外周面と内孔１６の内周面との間に侵入するのをコーキング材２１によって防止する。これにより、剪断拘束型環状弾性体１０の弾性変形部１３を構成するゴム状弾性板１８の油脂による膨潤を防ぐことができ、長期に亘り安定した性能を確保することができる。
【００４３】
以上のように構成された剪断拘束型環状弾性体１０は、弾性変形部１３と一対の硬質板１４，１５の中心部を上下方向に貫通する内孔１６に内部拘束部材１７を嵌挿させ、この内部拘束部材１７の上端部を上側に配設される硬質板１４に摺動可能に接続させるとともに、内部拘束部材１７の下端部を下側に配設される硬質板１５に固定させているので、荷重方向（図中上下方向）に作用する力に対しては弾性変形部１３を荷重方向に自由に弾性変形させることができ、荷重方向と直角方向の剪断方向（図中左右方向）に作用する力に対しては内部拘束部材１７によって弾性変形部１３の剪断方向への変形を拘束させることができる。
【００４４】
また、剪断拘束型環状弾性体１０は、弾性変形部１３と内部拘束部材１７の間に隙間Ｈを設けたことにより、内部拘束部材１７による弾性変形部１３への摩擦抵抗等がなくなり、弾性変形部１３の荷重方向への弾性変形が妨げられず直線性の高い高精度の荷重測定が可能である。
【００４５】
従って、実際にグランドアンカーに設置する場合、グランドアンカーのアンカーケーブルが地表面の固定金具に対してオフセンターに設置されている場合でも、上記剪断拘束型環状弾性体１０によれば、内部拘束部材１７によって弾性変形部１３の剪断方向への変形を拘束させることができるので、アンカーケーブルの張力を受けて弾性変形部１３が剪断方向へ変形するのを防止させることができる。これにより、剪断拘束型環状弾性体１０の弾性変形部１３の外周側へのはみ出しが均一となり、光ファイバ式荷重計における測定精度を向上することができる。
【００４６】
また、雨水等による地盤のゆるみ等により設置したグランドアンカーのアンカーケーブルに偏った力が働いた場合でも、上記剪断拘束型環状弾性体１０によれば、内部拘束部材１７によって弾性変形部１３の剪断方向への変形を拘束させることができるので、数１０ｋｍ離れた監視所より１本の光ファイバで、多数（例えば数１０ヶ所から数１００ヶ所）の光ファイバ式荷重計に加わる荷重を所定時間毎に長期に亘り測定しても、安心して地盤の状況を監視することが可能である。
【００４７】
図２は剪断拘束型環状弾性体１０の変形例を示し、図１に示す剪断拘束型環状弾性体１０と以下の点で相違する。即ち、図１に示す剪断拘束型環状弾性体１０では、内部拘束部材１７の下端部を下側に配設される硬質板１５に接着により固定させているが、図２に示す剪断拘束型環状弾性体１０では、内部拘束部材１７の下端部にフランジ１７ａを一体に形成し、このフランジ１７ａを下側に配設される硬質板１５にボルト２２を介して締結することにより、内部拘束部材１７の下端部を下側に配設される硬質板１５に固定させている。
【００４８】
図３は、本発明の第２の実施形態による剪断拘束型環状弾性体３０を示す。図３においては、図１および図２に示す剪断拘束型環状弾性体１０と同じ構成部材については同じ符号を付しており、その重複する説明を省略する。
【００４９】
この剪断拘束型環状弾性体３０は、外周に光ファイバ１１が巻き付けられる面１２を有する弾性変形部１３と、弾性変形部１３を上下方向から挟んで配設された荷重作用部としての一対の硬質板１４，１５と、硬質板１４，１５のそれぞれに固定されて配設された硬質板１４，１５より大きな一対の連結板３１，３２を備え、弾性変形部１３、硬質板１４，１５および連結板３１，３２の中心部に上下方向に貫通する内孔３３を設けるとともに、連結板３１，３２間に弾性変形部１３および硬質板１４，１５の外側を囲むように弾性変形部１３の剪断方向への変形を拘束する複数（例えば２個）の外部拘束部材３４を配設している。
【００５０】
連結板３１，３２は、金属、合成樹脂等の所定の剛性を有する各種の硬質材料により硬質板１４，１５より大きな四角形状に形成され、複数のボルト３５により硬質板１４，１５にそれぞれ固定されている。
【００５１】
内孔３３は、剪断拘束型環状弾性体３０を用いて提供される光ファイバ式荷重計を、グランドアンカーに取付ける際に、グランドアンカーのアンカーケーブルを挿通させるために利用される。
【００５２】
外部拘束部材３４は、金属、プラスチック等の所定の剛性を有する各種の硬質材料から構成され、上端部にねじ部３４ａを形成し、このねじ部３４ａを上側に配設される連結板３１に穿設された貫通孔３１ａに貫通させて上部に突出させるとともに、その突出部にナット３６を締付けて上側に配設される連結板３１に上端部を固定させている。外部拘束部材３４は、下端部にゴム部材３７および硬質ブッシュ３８を固着するとともに、このゴム部材３７および硬質ブッシュ３８を介して下側に配設される連結板３２に穿設された嵌挿孔３２ａに下端部を摺動可能に嵌挿させている。
【００５３】
以上のように構成された剪断拘束型環状弾性体３０は、弾性変形部１３を上下方向から挟んで配設された硬質板１４，１５のそれぞれの外面に硬質板１４，１５より大きな連結板３１，３２をそれぞれ固定し、この連結板３１，３２間に弾性変形部１３および硬質部材１４，１５の外側を取り囲むように複数（例えば２個）の外部拘束部材３４を、その上端部を上側に配設される連結板３１に固定させるとともに、下端部を下側に配設される連結板３２に穿設された嵌挿孔３２ａに摺動可能に嵌挿させて配設させているので、荷重方向に作用する力に対しては弾性変形部１３を荷重方向に自由に変形させることができ、荷重方向と直角方向の剪断方向に作用する力に対しては外部拘束部材３４によって弾性変形部１３の剪断方向への変形を拘束させることができる。
【００５４】
また、剪断拘束型環状弾性体３０は、外部拘束部材３４の下端部をゴム部材３７および硬質ブッシュ３８を介して下側に配設される連結板３２に穿設された嵌挿孔３２ａに嵌挿させたことにより、連結板３２による外部拘束部材３４への摺動抵抗をゴム部材３７および硬質ブッシュ３８によって極力低減させることができ、弾性変形部１３の荷重方向への弾性変形が妨げられず直線性の高い高精度の荷重測定が可能である。
【００５５】
尚、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、種々の変更を加えることが可能である。例えば、上述した実施形態では、複数のゴム状弾性板１８と複数の補強板１９を交互に積層して一体成形された積層体の弾性変形部１３を用いているが、弾性変形部１３はゴム状弾性板１８だけでも構わない。
【００５６】
また、弾性変形部１３の形状は、円形の他、四角形や六角形の多角形を採用することができ、中央部に形成される内孔１６の形状も円形または多角形を採用することができる。また、内部拘束部材１７の形状は、内孔１６の形状に合わせるとよい。
【００５７】
更に、第１および第２の実施形態のように内部拘束部材１７と外部拘束部材３４のどちらか一方のみを用いてもよいが、内部拘束部材１７と外部拘束部材３４の両方を用いてもよい。
【００５８】
【発明の効果】
請求項１に記載の剪断拘束型環状弾性体は、弾性変形部の剪断方向への変形を拘束する拘束部材を有するので、剪断拘束型環状弾性体に剪断方向の力が作用しても、拘束部材によって弾性変形部の剪断方向への変形を拘束し、弾性変形部の外周側へのはみ出しを均一にすることができる。これにより、光ファイバ式荷重計における測定精度を向上することができる。
【００５９】
請求項２に記載の剪断拘束型環状弾性体は、弾性変形部の剪断方向への変形を拘束する拘束部材を、内部拘束材として内孔に配設したので、剪断拘束型環状弾性体に剪断方向の力が作用しても、内孔に配設した内部拘束部材によって、弾性変形部の剪断方向への変形を拘束することができる。
【００６０】
請求項３に記載の剪断拘束型環状弾性体は、弾性変形部の剪断方向への変形を拘束する拘束部材を、外部拘束部材として弾性部材の周囲に配設したので、剪断拘束型環状弾性体に剪断方向の力が作用しても、弾性変形部の周囲に配設した外部拘束部材によって、弾性変形部の剪断方向への変形を拘束することができる。
【００６１】
請求項４に記載の剪断拘束型環状弾性体は、弾性変形部の剪断方向への変形を拘束する拘束部材を、内部拘束部材として内孔に配設するとともに、外部拘束部材として弾性変形部の周囲に配設したので、剪断拘束型環状弾性体に剪断方向の力が作用しても、内孔および弾性変形部の周囲に配設した内部拘束部材および外部拘束部材によって、弾性変形部の剪断方向への変形を拘束することができる。
【００６２】
請求項５に記載の剪断拘束型環状弾性体は、内部拘束部材を、内孔に嵌挿させ、その一端部を一方の荷重作用部に固定させるとともに、他端部を他方の荷重作用部に摺動可能に接続させたので、荷重方向に作用する力に対しては弾性変形部を荷重方向に自由に弾性変形させることができ、剪断方向に作用する力に対しては弾性変形部の剪断方向への変形を拘束することができる。
【００６３】
請求項６に記載の剪断拘束型環状弾性体は、内部拘束部材の外周に、内孔に嵌挿させた状態で弾性変形部と対向して小径部を設け、内部拘束部材の外周と弾性変形部の内周の間に小径部によって隙間を形成したので、弾性変形部が荷重方向に弾性変形する際に、内部拘束部材と弾性変形部に形成した隙間によって、内部拘束部材による弾性変形部への摩擦抵抗等がなくなり、弾性変形部の荷重方向への弾性変形が妨げられず直線性の高い高精度の荷重測定が可能である。
【００６４】
請求項７に記載の剪断拘束型環状弾性体は、荷重作用部のそれぞれの外面に当該荷重作用部よりも大きな連結板をそれぞれ固定させ、弾性変形部の外周で、かつ、連結板間に外部拘束部材を配設したので、環状弾性体に剪断方向の力が作用しても、弾性変形部の外周で、かつ、連結板間に配設した外部拘束部材によって、弾性変形部の剪断方向への変形を拘束することができる。
【００６５】
請求項８に記載の剪断拘束型環状弾性体は、外部拘束部材を、その一端部を一方の連結板に固定させるとともに、他端部を他方の連結板に摺動可能に接続させたので、荷重方向に作用する力に対しては弾性変形部を荷重方向に自由に弾性変形させることができ、剪断方向に作用する力に対しては弾性変形部の剪断方向への変形を拘束することができる。
【００６６】
請求項９に記載の剪断拘束型環状弾性体は、外部拘束部材の他端部を、連結板にゴム部材を介在して摺動可能に接続させたので、連結板に対して外部拘束部材が摺動する際に、連結板による外部拘束部材への摺動抵抗をゴム部材によって極力低減させることができ、直線性の高い高精度の荷重測定が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による剪断拘束型環状弾性体を示す断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態による剪断拘束型環状弾性体の変形例を示す断面図。
【図３】本発明の第２の実施形態による剪断拘束型環状弾性体を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は一部を破断した正面図。
【図４】後方散乱光の周波数分布を示す図。
【図５】光ファイバを用いた荷重測定装置の構成例を示す図。
【図６】従来の環状弾性体を用いて適用される光ファイバ式荷重計および荷重測定装置を示す図。
【図７】光ファイバ式荷重計の使用状態を示す図。
【符号の説明】
１０　剪断拘束型環状弾性体
１１　光ファイバ
１２　光ファイバが巻き付けられる面
１３　弾性変形部
１４　硬質板
１５　硬質板
１６　内孔
１７　内部拘束部材
１８　ゴム状弾性板
１９　補強板
２０　小径部
Ｈ　　隙間
２１　コーキング材
３０　剪断拘束型環状弾性体
３１　連結板
３２　連結板
３３　内孔
３４　外部拘束部材
３７　ゴム部材
３８　硬質ブッシュ
【図１】
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【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】
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