(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出部に取り付けられる支持部材と、この支持部材に、当該支持部材がその形状を保持している状態において変形不能に、かつ当該支持部材が破損した際に変形可能に取り付けられた圧電素子とを備えてなり、
上記支持部材は、予め設定した荷重以上の荷重が上記被検出部から作用した際に上記破損を生じる強度を有する管状に形成され、その両端部に上記被検出部への取付部が形成されるとともに、上記圧電素子は、上記支持部材内において軸線方向に配設されて一端部が当該支持部材に固定され、他端部が引っ張りばねの一端部に固定されるとともに、当該引っ張りばねの他端部が上記支持部材に固定されていることを特徴とするリミット型変位検出器。
【請求項２】
予め設定した荷重以上の荷重が被検出部から作用した際に破損を生じる強度に形成された管状の支持部材と、この支持部材の内部に、当該支持部材がその形状を保持している状態において変形不能に、かつ当該支持部材が破損した際に変形可能に取り付けられた圧電素子と、上記支持部材が挿入されて上記被検出部に形成した孔部に打ち込まれる金属管とを備えてなり、
上記金属管は、その先端部外周に、当該金属管を上記孔部に打ち込む際に縮径して上記支持部材に密着させるためのスリットが形成されていることを特徴とするリミット型変位検出器。
【請求項３】
上記支持部材の内部には、着色剤が封入されていることを特徴とする請求項１または２に記載のリミット型変位検出器。
【請求項４】
上記支持部材は、ガラスまたはプラスチックからなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のリミット型変位検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物や当該構造物への固定部材における異常な変位を検知することにより、大きな破損や事故を未然に防ぐことを可能にするリミット型変位検出器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高度経済成長期に建設された多数の建物・橋梁・トンネル等の各種構造物の耐用年数が近づくにつれて、それらの安全性に懸念が生じている。また、上記構造物の劣化や腐食に伴って、当該構造物に固定したジェットファンや大型照明器具等の機器類の固定状況に対しても、その点検や必要な修理等が強く要請されている。さらには、甚大化している自然災害に対する防災対策として、崩壊や落石の恐れのある岩等に対するきめ細かな監視対策も必要となってきている。
【０００３】
一方、これまで上記構造物の劣化や機器類における締結部の緩み等を検知する場合には、もっぱら目視や打音検査等の人的検知に依存しているのが実情である。しかしながら、この種の人的検知による検査方法にあっては、経験による判断となるために、検知結果に個人差によるバラつきが出易く、異常個所の検出漏れを生じるおそれがあった。加えて、検査を必要とする構造物や機器類の数が膨大であるために、限られた数の検査官によっては、検査対象となる構造物の範囲や、その点検スパンにも制約があった。
【０００４】
そこで従来、光ファイバーやレーザー変位計等を用いた計測システムにより、構造物の変状をモニタリングするシステムが導入されている。
しかしながら、上記システムにあっては、システム全体が複雑かつ高価であるとともに、光ファイバー中に光を伝搬させるための電源設備も必要とするため、運用のための費用も高く、特に比較的小規模な構造物に対するモニタリングに対しては、システム自体が大き過ぎ、しかも経費が嵩んで経済的にも合致し得ないという問題点があった。
【０００５】
このような問題点を解決すべく、本発明者等は、先に下記特許文献１において、頭部と軸部を備え軸方向に貫通する軸孔が形成されている頭部側部材と、軸部のみからなり基端から先端に向かう軸孔が形成されている先端側部材とが、軸方向で間隔をあけた状態で配置され、それら頭部側部材と先端側部材の軸孔にピエゾケーブルを内蔵するセンサロッドが挿通され、前記頭部側部材と前記先端側部材とが前記センサロッドの両端部で結合されて、全体がボルト形状に一体化されており、前記ピエゾケーブルのリード部を頭部側から外部へ引き出すようにしたボルト型歪み検出器を提案した。
【０００６】
上記ボルト型歪み検出器は、既存の構造物のボルト挿入孔を利用して、容易に且つ長期間にわたって安定的に取り付けることができ、かつ頭部側部材と先端側部材とが離間し、中間部にはセンサロッドが存在するだけの構造なので変形しやすく、構造物の撓みや捩れなどの変形を高感度で検出することができるとともに、ピエゾケーブルを用いた簡単な構造なので、安価でありセンサ電源を必要としないことから、容易に多点に設置でき、長期間にわたって安定的に測定し続けることができることと相俟って、各種土木・建築構造物のヘルスモニタリングシステムに好適なものとなる。
【０００７】
ところが、上記ボルト型歪み検出器は、構造物の動的な変動を検出するものであるために、当該構造物に小さな撓みや捩れ等の変形が生じた場合にも、ピエゾケーブルからは対応した電圧が出力されてくる。このため、上記ボルト型歪み検出器を構造物の広い範囲に数多く設置した場合に、本来異常とまでは言えない変形のデータが数多く出力されることになり、上記データ中から異常個所を抽出するために手間を要する。
【０００８】
また、構造物のボルト挿入孔を利用するものであるために、例えばトンネル内壁や岩盤の崩壊予知等の用途には用いることは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１３−１８１８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、安価かつ簡易な構造で、各種土木・建築構造物等の様々な検査対象に用いることができ、しかも異常な荷重が作用した際に初めて動的な変化を出力することにより、異常個所のみを即座に客観的に把握することができるリミット型変位検出器を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、被検出部に取り付けられる支持部材と、この支持部材に、当該支持部材がその形状を保持している状態において変形不能に、かつ当該支持部材が破損した際に変形可能に取り付けられた圧電素子とを備えてなり、上記支持部材は、予め設定した荷重以上の荷重が上記被検出部から作用した際に上記破損を生じる強度を有する管状に形成され、その両端部に上記被検出部への取付部が形成されるとともに、上記圧電素子は、上記支持部材内において軸線方向に配設されて一端部が当該支持部材に固定され、他端部が引っ張りばねの一端部に固定されるとともに、当該引っ張りばねの他端部が上記支持部材に固定されていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、予め設定した荷重以上の荷重が被検出部から作用した際に破損を生じる強度に形成された管状の支持部材と、この支持部材の内部に、当該支持部材がその形状を保持している状態において変形不能に、かつ当該支持部材が破損した際に変形可能に取り付けられた圧電素子と、上記支持部材が挿入されて上記被検出部に形成した孔部に打ち込まれる金属管とを備えてなり、上記金属管は、その先端部外周に、当該金属管を上記孔部に打ち込む際に縮径して上記支持部材に密着させるためのスリットが形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記支持部材の内部には、着色剤が封入されていることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、上記支持部材は、ガラスまたはプラスチックからなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１〜４のいずれかに記載の発明においては、先ず支持部材を形成するに際して、このリミット型変位検出器を取り付ける被検出部において検出すべき異常な変位が生じた際に、当該変位によって上記支持部材にどの程度の荷重が作用するかを算出して、上記支持部材の強度を、算出された荷重が作用した際に破損する強度に形成しておく。
【００１９】
そして、上記圧電素子を備えた支持部材を被検出部に取り付けておくと、被検出部に平常時に生じる歪みや変位に対しては、支持部材は十分な強度を有しているために、破損することなく、当該支持部材に取り付けた圧電素子に変形が生じない。このため、圧電素子においても出力を生じることがない。これに対して、上記被検出部に、異常を示す大きな歪みや変位が生じて、これに起因する荷重が支持部材に作用すると、当該支持部材の強度がこれに耐えられなくなり破損する。これにより、圧電素子に変形が与えられて電圧を出力することにより、上記被検出部に異常変位を生じたことが検知される。
【００２０】
以上のように、上記リミット型変位検出器によれば、簡易な構造であるとともに、支持部材を、被検出部に取り付け可能な適宜の形状に形成することにより、各種土木・建築構造物等の様々な検査対象に用いることができ、しかも異常な荷重が作用した際に初めて動的な変化を出力することにより、異常個所のみを即座に客観的に把握することができる。
【００２１】
ここで、圧電素子としては、圧電効果を有するものであれば様々な形態のものを用いることができるが、特にプラスチックPVDFからなるピエゾフィルムは、優れた柔軟性、耐衝撃性、耐水性および化学的安定性を有し、かつ薄肉化により曲げた際に大きな出力を生じるものであり、また圧電セラミックスは、特性の安定性に優れ、しかも特性や形状の自由度が高く加工性良いことなどから、本発明において用いる上記圧電素子として好適である。また、支持部材としては、請求項４に記載の発明のように、汎用のガラスまたはプラスチックが好適である。これらの汎用材料を用いることにより、製造コストの低減も図ることができる。
【００２２】
さらに、上記ガラスやプラスチックからなる支持部材は、その形状、材質、厚さ（断面積）を変更したり、あるいは外面に応力集中用の溝等を加工したりすることにより、容易に上述した設定荷重において破損するように形成することが可能である。
【００２３】
また、請求項１または２に記載の発明のように、支持部材を管状に形成するとともに、この支持部材の内部に圧電素子を配置すれば、直接風雨等に晒される屋外に設置された場合においても、上記支持部材によって内部の圧電素子を保護することにより、長期にわたり安定した性能を保持して検知を行うことができる。
【００２４】
このように、支持部材として管状のものを用いた場合には、請求項３に記載の発明のように、内部に着色剤を封入しておけば、異常変位発生時に支持部材が破損した際に、上記着色剤が周囲に飛散することにより、上記事象の発生を容易に目視によって知らせることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の縦断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す斜視図である。
【図４】図３の縦断面図である。
【図５】図３の左側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
（第１の実施形態）
図１および図２は、本発明に係るリミット型変位検出器の第１の実施形態を示すもので、このリミット型変位検出器は、構造物等における２点間や構造物とこれに取り付けられた機器類との間における異常な変位をモニタリングするためのものである。
このリミット型変位検出器においては、支持部材１０が、ガラス管からなる円筒部１１と、この円筒部１１の両端部に取り付けられてその開口を塞ぐステンレス鋼等の金属製の蓋部１２ａ、１２ｂとから構成されている。
【００３２】
この支持部材１０における円筒部１１は、蓋体１２ａ、１２ｂ間に、被検出部において平常時に生じる歪みや変位が作用した際には破損しない強度であって、かつ上記被検出部において平常時には通常観測されない程の歪みや変位が生じた際には、破損する強度に設定されている。
【００３３】
そして、この支持部材１０内に、ピエゾフィルム（圧電素子）１３が軸線方向に沿って収納され、その一端部１３ａが一方の蓋体１２ａに固定されている。また、このピエゾフィルム１３の他端部１３ｂは、引っ張りばね１４の一端部に固定されるとともに、引っ張りばね１４の他端部が他方の蓋部１２ｂに固定されている。
【００３４】
他方、蓋体１２ａ、１２ｂの外端面には、それぞれ取付部材（取付部）１５が設けられている。この取付部材１５は、ステンレス鋼等の金属によって形成されたもので、蓋体１２ａ、１２ｂの外端面にボルト１６によって固定される壁部１７と、この壁部１７の端部が９０°屈曲されて被検出部に取り付けられる基台部１８とからなるＬ字状に形成されたものである。そして、このリミット型変位検出器においても、ピエゾフィルム１３の一端部１３ａに接続された出力用ケーブル（図示を略す。）が、支持部材１０の外部に引き出されている。
【００３５】
以上の構成からなる第１の実施形態に示したリミット型変位検出器は、２点間（被検出部）における異常な変位、例えばトンネル内壁におけるコンクリートのひび割れの成長や、上述した機器類の固定状況をモニタリングするために、一方の取付部材１５を、上記ひび割れを跨いだ一方の側または構造物に固定した機器類に固定するとともに、他方の取付部材１５を、上記ひび割れを跨いだ他方の側または上記構造物側に固定しておく。
【００３６】
すると、周囲からの振動の伝搬等に起因してコンクリートや機器類から両取付部材１５間に生じる平常時の相対変位に対しては、支持部材１０が十分な強度を有しているために、破損することがない。したがって、支持部材１０に取り付けたピエゾフィルム１３から電圧が出力されることもない。
【００３７】
これに対して、例えば上記ひび割れが急速に成長したり、機器類の固定部が緩んで構造物との間に大きな隙間が生じたりすることにより、取付部材１５間に異常を示す大きな相対変位が生じると、これに起因する引っ張り荷重が支持部材１０に作用する。この結果、支持部材１０の強度がこれに耐えられなくなって破損し、ピエゾフィルム１３が、単なる両端支持に状態になって変形自在となった中央部分に変形が与えられ、電圧を出力することにより、上記２点間に異常変位を生じたことが検知される。
【００３８】
以上のように、上記第１の実施形態に示したリミット型変位検出器によれば、簡易な構造であるとともに、取付部材１５の形状を、相対変位をモニタリングすべき箇所（被検出部）の形状に合わせて取り付け可能に形成することにより、各種土木・建築構造物等の様々な検査対象に用いることができる。
【００３９】
しかも、平常時においては、何らの出力データも蓄積されずに、異常な荷重が作用した際に初めて動的な変化を出力するために、モニタリング中における出力データの取り扱いが簡易であるとともに、異常発生時に、当該個所のみを即座に、かつ客観的に把握することができる。
【００４０】
加えて、第１の実施形態に示したリミット型変位検出器にあっては、支持部材１０を管状に形成して、その内部にピエゾフィルム１３を配置しているために、直接風雨等に晒される屋外に設置された場合においても、支持部材１０によって内部のピエゾフィルム１３を保護することにより、長期にわたり安定した性能を保持して検知を行うことができる。
【００４１】
しかも、支持部材１０の内部に着色剤を封入しておけば、異常変位発生時に支持部材１０のガラス管からなる円筒部１１が破損した際に、上記着色剤が周囲に飛散することにより、上記異常変位の発生を容易に目視によって知らせることもできる。
【００４２】
（第２の実施形態）
図３〜図５は、本発明に係るリミット型変位検出器の第２の実施形態を示すものである。このリミット型変位検出器は、木造の建物における柱、梁、桁等の仕口に形成されたドリフトピンの打ち込み孔と同様の孔部に、上記ドリフトピンと同様にして打ち込まれて建物の健全性をモニタリングする際に用いられるものであり、図中符号２０が支持部材である。
【００４３】
この支持部材２０は、ガラス管を試験管状に形成したもので、内部にピエゾフィルム（圧電素子）２１が全長にわたって配置されている。そして、このピエゾフィルム２１は、支持部材２０の内部に、当該支持部材２０と密着または接触した状態で保持されている。また、ピエゾフィルム２１の一端部２１ａには、出力用ケーブル（図示を略す。）が接続され、支持部材２０の開口部から外部に引き出されている。
【００４４】
そして、この支持部材２０は、ドリフトピンを模した形状の打ち込み金属管２３の内部に、ほぼ密着状態で挿入されている。ここで、打ち込み金属管２３の先端部外周には、この金属管２３を上記仕口に形成された孔部２４に打ち込む際に、縮径して支持部材２０に密着させるためのスリット２５が形成されている。
【００４５】
そして、このリミット型変位検出器において、支持部材２０は、図４に示すように柱２６および梁２７の仕口に形成した孔部２４に打ち込んだ状態において、平常時に建物に近隣振動や風等による僅かな変形が生じて、これが金属管２３に作用しても破損することがない強度であって、かつ地震等の災害によって上記建物の架構が大きく変形して柱２６および梁２７間に損傷となる大きな変形が生じた際に、金属管２３の変形によって破損する強度に設定されている。
【００４６】
したがって、上記構成からなるリミット型変位検出器によっても、第１の実施形態に示したものと同様の作用効果を得ることができる。
加えて、通常、地震等の災害によって建物が被害を受けても、近年の建物においては構造軸組が露出していないために、柱梁架構の仕口部分が補修を必要とするほどの損傷を受けているか否かを判定することができないのに対して、上記リミット型変位検出器を上記仕口に挿入しておくことにより、地震等の災害を受けた際にも、建物の安全性を容易に確認することが可能になる。
【符号の説明】
【００６０】
１０、２０  支持部材
１５  取付部材（取付部）
１３、２１  ピエゾフィルム（圧電素子）
１１  円筒部
１４  引っ張りばね
２２  充填材
２３  金属管
【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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