特許 7021777 圧力計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-02-08

(45)【発行日】2022-02-17

(54)【発明の名称】圧力計

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/00 20060101AFI20220209BHJP

【ＦＩ】

G01L5/00 A

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018140032

(22)【出願日】2018-07-26

(65)【公開番号】P2020016558

(43)【公開日】2020-01-30

【審査請求日】2021-01-25

(73)【特許権者】

【識別番号】508012611

【氏名又は名称】株式会社ＪＵＳＴ．ＷＩＬＬ

(74)【代理人】

【識別番号】100114627

【弁理士】

【氏名又は名称】有吉 修一朗

(74)【代理人】

【識別番号】230110397

【弁護士】

【氏名又は名称】田中 雅敏

(74)【代理人】

【識別番号】100182501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 靖之

(74)【代理人】

【識別番号】100175271

【弁理士】

【氏名又は名称】筒井 宣圭

(74)【代理人】

【識別番号】100190975

【弁理士】

【氏名又は名称】遠藤 聡子

(74)【代理人】

【識別番号】100194984

【弁理士】

【氏名又は名称】梶原 圭太

(72)【発明者】

【氏名】早崎 昌宏

(72)【発明者】

【氏名】西島 茂行

(72)【発明者】

【氏名】山本 秀之

【審査官】森 雅之

(56)【参考文献】

【文献】特公平７－９７０５５（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】実公昭６１－８３４８（ＪＰ，Ｙ２）

【文献】特開平７－２０９１２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第５９３２５９４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特許第６２５２８３７（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】中国特許出願公開第１０４４８３０６１（ＣＮ，Ａ）

【文献】特許第６１４３２２５（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特許第３２５４６１１（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一方の型枠と他方の型枠とに包囲される空間内に充填される被充填物に接して前記充填物の圧力を計測し、
前記他方の型枠には、前記被充填物に接触しない非接触面から前記被充填物に接触する接触面に至るまで、板厚方向に前記他方の型枠を貫通する貫通孔が開設されており、しかも、
前記貫通孔に装着されて、前記圧力を計測する圧力計であって、
頂面が前記圧力を受け、側面の一部が前記貫通孔に密着するように、前記貫通孔に嵌入され、且つ、弾性体により形成された断面略コの字状のヘッド部と、
前記ヘッド部の前記側面の端部に連設され、前記他方の型枠に固定され、且つ、内部空間を有するハウジングと、
前記ヘッド部の前記頂面の反対側に密接し、前記頂面が圧力を受けることで前記他方の型枠の非接触面側に向けて凸となるように湾曲する受圧板と、
前記内部空間内に支持される変位センサと、
上端部が前記受圧板に接し、下端部が前記変位センサに接し、前記下端部が、前記上端部よりも細く形成されることにより、前記頂面が受けた前記圧力による分布荷重を前記変位センサが受ける集中加重に変換するフォロワとを備えることを特徴とする圧力計。

【請求項2】

前記フォロワの変位方向を上下方向に拘束するリニアガイドを更に備える請求項１記載の圧力計。

【請求項3】

前記変位センサは、歪みゲージを内蔵するロードセルである請求項１記載の圧力計。

【請求項4】

前記ロードセルの基端部が前記ハウジングに固定され、且つ、前記ロードセルの先端部が自由端であって、前記フォロワの前記下端部に接する請求項３記載の圧力計。

【請求項5】

前記一方の型枠は、岩盤と、前記岩盤に吹き付けられるモルタルと、前記モルタルに貼着される防水シートとを有し、
前記他方の型枠は、覆工コンクリート用型枠であり、
前記被充填物は、骨材を含む打設コンクリートである請求項１記載の圧力計。

【請求項6】

前記弾性体は、ゴム、ウレタン樹脂又はこれらのブレンドからなる請求項１記載の圧力計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一方の型枠と他方の型枠とに包囲される空間内に充填される被充填物に接して充填物の圧力を計測する圧力計に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一方の型枠と他方の型枠を組み上げ、これらの間に形成される空間に被充填物を充填し、所定時間養生を行った後で、型枠を除去する処理がなされている。本発明の圧力計は、圧力が数～２００ｋＰａ程度、温度が２５～１００℃程度を前提とするものである。典型的には、被充填物は、打設コンクリートであるが、条件さえあえば、樹脂等にも応用することが可能である。

【0003】

さて、打設コンクリートの管理において、圧力を計測することは重要なポイントの１つである。これは、次の理由による。即ち、圧力が高すぎると、型枠あるいはその支持構造を破損する事故に至ることがあり得る。一方、圧力が低すぎると、コンクリートの粗密状態が十分に飽和せず、典型的には、空間の一部に巣ができてしまうことがあり得る。こうなると、構築されるコンクリートの強度不足など著しい品質劣化を招くことになる。

【0004】

圧力計には、様々な方式によるものがあるが、打設コンクリートの圧力を計測するには、ピストン型土圧計又はダイアフラム型土圧計が、一般に使用されている。これらのいずれもが、電気抵抗線を備える歪みゲージを内蔵しており、歪みの測定値から圧力を換算する方式によっている。

【0005】

本来計測すべきであるのは、打設コンクリートの静水圧とも言うべき圧力であって、物体の衝突そのほかによる動圧力ではない。しかしながら、実際のコンクリートには、骨材のような他の成分と比べて非常に堅く、しかも高い運動エネルギを有する成分も含まれている。

【0006】

実際、覆工コンクリートの打設時に使用される、圧力計には、累積使用回数が指定されており、指定の範囲を超える使用は禁止されている。これは、次の事情による。即ち、一度コンクリートが打設されると、骨材、その他の堅い成分が繰り返し圧力計を打撃し続ける結果となる。このような繰り返し生ずる打撃により、圧力計そのものが損傷を受け、いずれ使用不能となるのを前提としているためである。

【0007】

さらに、打撃の結果、歪みゲージが機能不全に至り、計測値自体の信頼性が著しく低下するものである。こうなると、管理すべき圧力を正確に知ること自体できなくなり、上述したように、型枠あるいはその支持構造の破損や、コンクリート内に形成される巣による品質劣化を招くおそれを生ずる。

【文献】特開２０１５－４５８５号公報

【文献】特開平４－５２５１４号公報

【文献】特開平６－２４９７２４号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

以上の点に鑑み、本発明は、骨材などの堅い成分を含む被充填物についても、繰り返し使用可能であり、計測値の信頼性が高い圧力計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】

第１の発明に係る圧力計は、一方の型枠と他方の型枠とに包囲される空間内に充填される被充填物に接して充填物の圧力を計測し、他方の型枠には、被充填物に接触しない非接触面から被充填物に接触する接触面に至るまで、板厚方向に他方の型枠を貫通する貫通孔が開設されており、しかも、貫通孔に装着されて、圧力を計測する圧力計であって、頂面が圧力を受け、側面が貫通孔に密着するように、貫通孔に嵌入され、且つ、弾性体により形成されるヘッド部と、ヘッド部に連設され、他方の型枠に固定され、且つ、内部空間を有するハウジングと、ヘッド部の頂面の反対側に密接する受圧板と、内部空間内に支持される変位センサと、上端部が受圧板に接し、下端部が変位センサに接し、下端部が、上端部よりも細く形成されることにより、頂面が受けた圧力による分布荷重を変位センサが受ける集中加重に変換するフォロワとを備える。

【0010】

この構成において、被充填物の圧力は、ヘッド部の頂面に直接作用する。もし、骨材のような堅い成分の動的エネルギが作用しても、弾性体からなるヘッド部が弾性変形し歪みエネルギに変換することにより、その作用は緩和されるし、センサそのものに直接的に打撃が作用することにはならない。

【0011】

その結果、センサ自体を損傷から有意に保護し、繰り返し使用を可能とし、また計測値の信頼性を向上できる。

【0012】

また、ヘッド部は、他方の型枠の貫通孔に拘束されているため、頂面に圧力が加わると、ヘッド部の側面は、半径方向外側に向けて膨張し、充填物の液密性が向上する。

【0013】

頂面に加わった分布加重が、ヘッド部、受圧板、フォロワの上端部及びフォロワの下端部の順に伝達され、集中荷重となって、変位センサに受けられる。その結果、分布荷重は、集中荷重として効率よく変位センサに伝達され、変位センサは、分布荷重の変化、即ち、充填物の圧力の変化を、先鋭に捕捉できる。その結果、好ましい圧力制御が可能となる。

【0014】

好ましくは、圧力計は、更に、フォロワの変位方向を上下方向に拘束するリニアガイドを備える。

【0015】

この構成により、フォロワの動作を安定させることができる。

【0016】

好ましくは、受圧板は、ヘッド部が圧力を受けると下に凸となるように湾曲する。

【0017】

この構成により、受圧板が、例えて言えば圧力レンズのように、ヘッド部が受けた分布荷重を、集約して、フォロワの上端部へ伝達することになり、一層、変位センサが、検出精度良好に、分布荷重の変化を計測できる結果となる。

【0018】

好ましくは、変位センサは、歪みゲージを内蔵するロードセルである。

【0019】

この構成により、安価で精度の高い計測が可能となる。

【0020】

更に好ましくは、ロードセルの基端部がハウジングに固定され、且つ、ロードセルの先端部が自由端であって、フォロワの下端部に接する。

【0021】

この構成により、ロードセルが片持ち梁状に支持されることになり、ロードセルが鋭敏に変位し、一層、変位センサが、検出精度良好に、分布荷重の変化を計測できる結果となる。

【0022】

好ましくは、一方の型枠は、岩盤と、岩盤に吹き付けられるモルタルと、モルタルに貼着される防水シートとを有し、他方の型枠は、覆工コンクリート用型枠であり、被充填物は、骨材を含む打設コンクリートである。

【0023】

この構成により、トンネルの二次覆工コンクリートの打設工事に円滑に対応できる。

【0024】

好ましくは、弾性体は、ゴム、ウレタン樹脂又はこれらのブレンドからなる。

【0025】

この構成により、ヘッド部を安価で容易に形成できる。

【発明の効果】

【0026】

本発明によれば、骨材のような堅い成分の動的エネルギが作用しても、センサを直接的な打撃から保護でき、繰り返し使用を可能とし、且つ、計測値の信頼性を向上できる。また、頂面に加わった分布加重が、集中荷重となって、変位センサに受けられるため、充填物の圧力の変化を的確に捕捉できる。このように、本発明によれば、骨材などの堅い成分を含む被充填物についても、繰り返し使用可能であり、計測値の信頼性が高い圧力計が得られる。

【発明を実施するための最良の形態】

【0027】

図１は、本発明に係る圧力計の設置状態を示す断面図、図２は、図１の要部拡大図である。

【0028】

（発明の概要）
まず、図１～図２を参照しながら、本発明に係る圧力計の概要を説明する。なお以下、トンネルの二次覆工コンクリートの打設工事における例を説明するが、既に、「背景技術」の項で述べたように、被充填物は、打設コンクリートに限定されるものではなく、条件さえ適合すれば、樹脂その他の被充填物にも応用可能であって、そのようにしても本発明の保護範囲に包含される。

【0029】

例えば、樹脂を射出成型する場合には、型枠は、金型となるものであり、この文脈において、本明細書にいう「型枠」なる概念は、一般のものよりも広義であることが、理解されねばならない。

【0030】

また、以下の説明から明らかなように、本発明の圧力計は、トンネルの二次覆工コンクリートの打設工事以外の、コンクリート打設工事（例えば、橋脚、基礎、港湾等の構造体を構築する土木工事、或いは、コンクリート製の建物を構築する建設工事、或いはこれらに類する工事を含む。）にも好適に適用可能であることは、言うまでもない。

【0031】

さて、トンネルの二次覆工コンクリートの打設工事では、非常に曲率半径が大きい（半径約５．５ｍ程度）セントル型枠と呼ばれる、湾曲した特殊な型枠が使用される。

【0032】

曲率半径が非常に大きいので、型枠に近づいて観察すると、目視では、曲面があたかも平面であるかのように見えるものである。

【0033】

このため、図１以下では、トンネルを構成する線（正確には、円弧）を直線で表示しているが、これは表示の便宜によるものである。

【0034】

トンネルの二次覆工コンクリートの打設工事が検討される時点では、既に、次の一次覆工が完成しており、（一方の）型枠４は、構築済みとなっている。一方の型枠４は、簡単に言えば、次のように構築される。

【0035】

即ち、まず、トンネルを開けるべき岩盤１が掘削されて、工事用の空間が確保される。次に、露出した岩盤１にモルタル２を吹き付けて、表面を滑らかにする。更に、モルタル２に防水シート３を貼着し、一次覆工を仕上げる。

【0036】

以上が完成してから、二次覆工コンクリートの打設工事が着手される。即ち、図示していないが、セントル型枠を支持する支持機構を組み上げつつ、支持機構に（他方の）型枠５を取り付ける。

【0037】

型枠５は、打設コンクリート３０に接触しない非接触面５ｂと、打設コンクリート３０に接触する接触面５ａを有する板状の部材であり、通常その厚さは、６～９ｍｍ程度である。

【0038】

しかしながら、板厚は、本発明の本質に関係するものではなく、本発明の圧力計は、例えば、ヘッド部１２の高さを変更することにより、種々の板厚に対応できる。

【0039】

なお、両型枠４、５の間には、空間Ｓが存在し、骨材３１を含む打設コンクリート３０がこの空間Ｓを満たすことになる。この際、堅い骨材３１等により、打撃を受けても、上述したように、変位センサ１６は保護され、直接的な損傷を受けることはない。

【0040】

また、型枠５の非接触面５ａから所定のピッチで、スタッド５ｃが内向き（図１では下向き）に突設されており、一対のスタッド群５ｃ、５ｃの間において、型枠５の板厚方向に型枠５を貫通する貫通孔５ｄが開設されている。

【0041】

本発明の圧力計１０は、そのヘッド部１２が貫通孔５ｄに装着されて、圧力を計測するものである。

【0042】

図２に拡大して示すように、本発明の圧力計１０は、ヘッド部１２と、ハウジング１１とを備える。

【0043】

ヘッド部１２の頂面１２ａは、打設コンクリート３０からの圧力による、分布荷重２０を受け、ヘッド部１２の側面１２ｂは、貫通孔５ｄに密着するように、貫通孔５ｄに嵌入されものである。

【0044】

本例では、ヘッド部１２の全部が、弾性体により形成される。弾性体は、ゴム、ウレタン樹脂又はこれらのブレンドからなることが好ましい。

【0045】

なお、ヘッド部１２の頂面１２ａから受圧板１３までの領域を弾性体とし、その他の部分を弾性体でないもの（例えば、剛体等）で構成することも可能である。

【0046】

ハウジング１１は、ヘッド部１２の下方に連設され、型枠５に固定される部材である。

【0047】

なお、図１に示すように、本例では、型枠５のスタッド５ｃの下端部に、固定ネジ７を用いて、蓋板６が固定され、更に、蓋板５の中央部を上下に貫通する一対の支持ボルト群８、８の先端部により、ハウジング１１の底部を支持する構造としている。

【0048】

ここで、ヘッド部１２の頂面１２ａは、型枠５の接触面５ａと面一であることが好ましく、そのような位置関係になるように、支持ボルト群８、８のねじ込み具合を調整する。

【0049】

但し、頂面１２ａと接触面５ａとの間に若干の高低差があっても事実上大きな問題とはならない。即ち、頂面１２ａが接触面５ａに比べて若干高い場合や低い場合であっても、本願発明の保護範囲に包含されるものである。

【0050】

図２に示すように、ハウジング１１は、内部空間１１ａを有する箱状の部材である。

【0051】

本例の変位センサ１６は、歪みゲージを内蔵するロードセルである。これによれば、安価で精度の高い計測が可能となる。

【0052】

しかしながら、これに代えて、静電容量式のセンサ、感圧導電性ゴムセンサ（例えば、イナバゴム株式会社製の「イナストマー（商標）ＳＦＲタイプ」等）を使用することも可能であり、このようにしても本発明の保護範囲に含まれる。

【0053】

本例では、変位センサ１６の撓み代を確保するため、ハウジング１１の内部空間１１ａの底部から、やや高く上向きに盛り上げられた設置座１１ｂが形成されている。

【0054】

この設置座１１ｂには、変位センサ１６の基端部１６ａが載置されると共に、この基端部１６ａは、固定ビス群１７、１７により、設置座１１ｂに固定される。一方、変位センサ１６の先端部１６ｂは、自由端となっており、後述するフォロワ１５の下端部１５ｂが先端部１６ｂに押当する。

【0055】

つまり、変位センサ１６は、片持ち梁状に支持されている。このようにすると、フォロワ１５の上下方向の変位に対し、変位センサ１６の変形を円滑に追随させることができ、好ましい。

【0056】

しかしながら、変位センサ１６の支持構造は、これに限定されるものではなく、両持ち梁など、周知の他の支持構造を採用しても良い。

【0057】

図２に示すように、ヘッド部１２の頂面１２ａの反対側（裏側）には、受圧板１３が配設され、これらの部材１２、１３は、常時、密着する状態にある。

【0058】

図２にはあらわれていないが、受圧板１３は、頂面１２ａが圧力を受けると下に凸となるように湾曲するのが好ましい。このようにすると、受圧板１３が、ヘッド部１２が受けた分布荷重１２ａを、集約して、フォロワ１５の上端部１５ａへ伝達することになるためである。

【0059】

また、ヘッド部１２の内側で、受圧板１３の下方には、リニアガイド１４が装着され、リニアガイド１４内には、上端部１５ａが受圧板１３に接し、下端部１５ｂが変位センサ１６の先端部１６ｂに接する、フォロワ１５が装着される。

【0060】

フォロワ１５の下端部１５ｂは、その上端部１５ａよりも細く形成されており、フォロワ１５は、ヘッド部１２の頂面１２ａが受けた圧力による分布荷重２０を変位センサ１６の先端部１６ｂが受ける集中加重に変換する。

【0061】

（実施の形態１）
本発明の概要は、以上のとおりであるが、次に図３～図５を参照しながら、より具体的な実施の形態を説明する。

【0062】

ここで、図３は、本発明の一実施の形態における圧力計の斜視図、図４は、同圧力計の断面図、図５は、図４の要部拡大図である。

【0063】

図１、図２に示した概要に対し、本形態では、次の点が変更されている。

【0064】

大きな変更点は、図５に拡大して示すように、フォロワ１５の形状である。本形態では、フォロワ１５の外形が、キノコ状となっている。即ち、上端部１５ａは、キノコの傘のように、上方が円弧状に形成されると共に、幅広となっている。また下端部１５ｂは、丸みを帯びて先細状に形成され、上端部１５ａと下端部１５ｂとの間の中間部は、寸胴状となっている。

【0065】

さらに、図５では読み取りがたいかもしれないが、受圧板１３が下に凸の形状に形成され、ヘッド部１２の頂面１２ａの裏側の部分も、この凸の形状に合うように加工されている。

【0066】

これらの点により、ヘッド部が受けた分布荷重を、集約して、フォロワの上端部へ伝達する機能が、上記概要よりも一層強化されている。

【0067】

また、細かな変更点としては、固定ビス群１７の配置が、上記概要に比べて上下反転されている。この他、強度上の問題から、補強材等が追加されているが、これらは本発明の本質とは、無関係であることが理解されよう。

【0068】

その余の点は、概要と同様である。

【図面の簡単な説明】

【0069】

【図1】本発明に係る圧力計の設置状態を示す断面図

【図2】図１の要部拡大図

【図3】本発明の一実施の形態における圧力計の斜視図

【図4】本発明の一実施の形態における圧力計の断面図

【図5】図４の要部拡大図

【符号の説明】

【0070】

１ 岩盤
２ モルタル
３ 防水シート
４ （一方の）型枠
５ （他方の）型枠
５ａ 接触面
５ｂ 非接触面
５ｃ スタッド
５ｄ 貫通孔
６ 蓋板
７ 固定ネジ
８ 支持ボルト
１０ 圧力計
１１ ハウジング
１１ａ 内部空間
１１ｂ 設置座
１２ ヘッド部
１３ 受圧板
１４ リニアガイド
１５ フォロワ
１５ａ 上端部
１５ｂ 下端部
１６ 変位センサ
１６ａ 基端部
１６ｂ 先端部
１７ 固定ビス
２０ 分布荷重
３０ 打設コンクリート
３１ 骨材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】