特許 7381359 せん断力計

(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】2023-11-07

(45)【発行日】2023-11-15

(54)【発明の名称】せん断力計

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/12 20060101AFI20231108BHJP

   E21D 9/093 20060101ALI20231108BHJP

   E21D 9/087 20060101ALN20231108BHJP

【ＦＩ】

E21D9/12 Z

E21D9/093 E

E21D9/087 Z

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020021465

(22)【出願日】2020-02-12

(65)【公開番号】P2021127578

(43)【公開日】2021-09-02

【審査請求日】2023-01-20

(73)【特許権者】

【識別番号】303057365

【氏名又は名称】株式会社安藤・間

(73)【特許権者】

【識別番号】391005950

【氏名又は名称】株式会社東横エルメス

(74)【代理人】

【識別番号】110001564

【氏名又は名称】フェリシテ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】粥川 幸司

(72)【発明者】

【氏名】岡本 會里

(72)【発明者】

【氏名】小林 敏之

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 敦

(72)【発明者】

【氏名】樋川 健次

(72)【発明者】

【氏名】高野 晶平

【審査官】五十幡 直子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１６２９４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１０１４３６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ １／００－９／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

先端に開口を有する略筒状のケースと、前記ケースの開口面内に配置され、せん断力を受ける受圧部と、前記ケース内に設置されて前記受圧部を支持し、前記受圧部が前記せん断力を受けて前記受圧部を前記ケースの開口面内で揺動可能に歪み変形して、前記せん断力による歪み量を電気抵抗の変化として検出する感度部とを備え、土砂その他の流体からせん断力を受ける機械・器具又は構造物に設置され、前記流体から受けるせん断力を測定するせん断力計において、
前記感度部は、円筒形の起歪体が周方向に等間隔に軸方向に延びる一定のスリットを形成され、同じ大きさ、形状の複数の板状に分割されて円筒状に配列され、前記受圧部で受ける前記せん断力のせん断方向に応じて歪み変形する複数のせん断方向別感度部からなる感度部本体と、前記感度部本体の前記各せん断方向別感度部の歪みの発生位置にそれぞれ、前記受圧部で受ける前記せん断力を測定する複数のせん断力測定用歪みゲージとを備え、
前記感度部により前記受圧部で受ける土砂その他の流体によるせん断力の方向と大きさを測定する、
ことを特徴とするせん断力計。

【請求項2】

感度部本体は偶数のせん断方向別感度部からなり、相互に対向される各せん断方向別感度部を対にして、受圧部で受けるせん断力の方向と大きさを測定する請求項１に記載のせん断力計。

【請求項3】

先端に開口を有する略筒状のケースと、前記ケースの開口面内に配置され、圧力及びせん断力を受ける受圧部と、前記ケース内に設置されて前記受圧部を支持し、前記受圧部で前記圧力を受けて進退可能に歪み変形し、かつ前記受圧部が前記せん断力を受けて前記受圧部を前記ケースの開口面内で揺動可能に歪み変形して、前記圧力による歪み量及び前記せん断力による歪み量を電気抵抗の変化として検出する感度部とを備え、土砂その他の流体から土水圧力及びせん断力を受ける機械・器具又は構造物に設置され、前記流体から受ける土水圧力及びせん断力を測定するせん断力計において、
前記感度部は、円筒形の起歪体の基端側に当該円筒形の状態で形成され、前記受圧部で受ける前記圧力に応じて歪み変形する圧力感度部、及び前記円筒形の起歪体の先端側が周方向に等間隔に軸方向に延びる一定のスリットを形成され、同じ大きさ、形状の複数の板状に分割されて円筒状に配列され、前記受圧部で受ける前記せん断力のせん断方向に応じて歪み変形する複数のせん断方向別感度部を有する感度部本体と、前記感度部本体の前記圧力感度部の歪みの発生位置及び前記各せん断方向別感度部の歪みの発生位置にそれぞれ、前記受圧部で受ける前記圧力を測定する複数の圧力測定用歪みゲージ及び前記受圧部で受ける前記せん断力を測定する複数のせん断力測定用歪みゲージとを備え、
前記感度部により前記受圧部で受ける土砂その他の流体による土水圧力とせん断力の方向及び大きさを測定する、
ことを特徴とするせん断力計。

【請求項4】

感度部本体は偶数のせん断力感度部を有し、相互に対向される各せん断力感度部を対にして、受圧部で受けるせん断力の方向と大きさを測定する請求項３に記載のせん断力計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、土砂その他の流体からせん断力を受ける機械・器具又は構造物に設置され、土砂その他の流体から受けるせん断力を測定するせん断力計に関する。

【背景技術】

【0002】

本願発明者らは、各種のシールド工法に使用する各種のシールド掘進機や各種の推進工法に使用する各種の推進機のカッターヘッドの面盤（チャンバー側の面、地山側の面）、カッタースポーク（チャンバー側の面、地山側の面、側面）、チャンバーのバルクヘッド（隔壁）、バルクヘッドに配設されるスクリューコンベア、カッターヘッドの背面に配設される撹拌翼やバルクヘッドに配設される固定翼などに設置され、カッターヘッドを回転し地山を掘削するときの地山とカッターヘッドとの間の土水圧力、せん断力の測定、地山を掘削する間の掘削土砂や泥土がチャンバーやスクリューコンベアに及ぼす土水圧力、せん断力の測定など、土中の土砂その他の流体から受ける土水圧力及びせん断力の測定に使用するせん断力計、土水圧力・せん断力測定センサを特許文献１、２により提案している。

【0003】

特許文献１のせん断力計は、一端に開口を有するケースと、一端が受圧面としてケースの開口に臨み、他端をケースの内部に固定されて、ケースの内部に揺動可能に配置され、流体のせん断力を受ける受圧部と、ケース内に設置され、受圧部で受ける流体のせん断力を測定し、電気的信号を発生する測定部とを備え、土中の土砂その他の流体のせん断力を測定するものである。このせん断力計では、特に、受圧部が、ケースの開口に揺動可能に所定の可動代を介して配置され、外面を受圧面とする受圧板と、受圧板の中心からケースの内部に延び、その端部をケースの内部に固定されて、受圧板を揺動可能に支持する受圧軸とからなり、測定部が、ケースの内部で受圧軸の固定部側の変形量を計測可能に配設されて、受圧部のせん断力の測定に必要な可動域を小さくすることによりケースの開口における受圧板の可動代を小さくし、ケースの開口における受圧板の可動代及びケースの内部で可動代に連通する隙間に、受圧板を揺動可能に保持して可動代及び隙間を填塞する高弾性又は高粘性又はその両方を有する充填材が充填されて、ケースの内部への土粒子、水を含む流体の侵入を阻止するようになっている。

【0004】

このようにすることで、土中の土砂その他の流体のせん断力の測定の際に、ケースの開口における受圧板の可動代及びこの可動代に連通するケースの内部の隙間に土中の土砂その他の流体の侵入を阻止してケース内部の各部を保護し、このせん断力計のメンテナンスフリーでの連続使用、繰返し使用を可能とし、土中の土砂その他の流体のせん断力を確実に測定することができる。

【0005】

特許文献２の土水圧力・せん断力測定センサは、各種の掘進機による地山の掘削に際し、地山の切羽又は掘削土砂による土水圧力及びせん断力が作用する掘進機の各部に設置され、掘進機の各部に作用する土水圧力及びせん断力を測定するものである。この土水圧力・せん断力測定センサでは、特に、先端に開口を有する略筒状のケースと、ケースの開口面内に配置され、土水圧力及びせん断力を受ける受圧部と、ケース内に設置されて受圧部を支持し、受圧部が土水圧力を受けて受圧部をケースの軸心方向に進退可能に歪み変形し、かつ受圧部がせん断力を受けて受圧部をケースの軸心を中心に揺動可能に歪み変形して、土水圧力による歪み量及びせん断力による歪み量を電気抵抗の変化として検出する感度部と、を備え、地山の切羽又は掘削土砂による土水圧力及びせん断力を同時に測定するようになっている。

【0006】

このようにすることで、各種のシールド工法に使用する中小口径以上の各種のシールド掘進機や各種の推進工法に使用する各種の推進機のカッターヘッドの面盤、カッタースポーク、チャンバーのバルクヘッド、バルクヘッドに配設されるスクリューコンベア、カッターヘッドの背面に配設される撹拌翼やバルクヘッドに配設される固定翼など、２種類の測定器（土圧計やせん断力計）では略同一の位置になるように設置することが困難な狭隘な設置個所や空間にも設置可能で、全体として多くの設置個所や空間に設置して、土水圧力とせん断力とを同時に測定することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１６－１３０４０６号公報

【文献】特開２０１７－１０１４３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところで、従来のせん断力計は受圧部の揺動方向が一方向のみで、せん断力の測定方向が固定であるため、受圧部に接する土砂などの流体が受圧部に対して受圧部の揺動方向と平行に移動して、せん断力計のせん断力を検知できる方向と一致している場合は、その測定値はせん断力計と土砂などの流体との摩擦力を表し、せん断力とみなすことができる。しかしながら、土砂などの流体が受圧部に対して移動方向を種々に変え、受圧部の揺動方向と平行に移動せず、せん断力計のせん断力を検知できる方向と一致しない場合は、その測定値は土砂その他の流体のせん断力を表していない可能性がある。このように土砂その他の流体の移動方向が種々に変化したり移動方向が明確でなかったりする場合は、従来のせん断力計では、土砂その他の流体のせん断方向やせん断力を適切に測定することができない、という問題がある。

【0009】

本発明は、上記従来の問題を解決するものであり、この種のせん断力計において、土砂その他の流体の移動方向が種々に変化する場合や移動方向が明確でない場合でも、土砂その他の流体のせん断方向及びせん断力を適切に測定できるようにすること、を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するために、本発明（１）は、
先端に開口を有する略筒状のケースと、前記ケースの開口面内に配置され、せん断力を受ける受圧部と、前記ケース内に設置されて前記受圧部を支持し、前記受圧部が前記せん断力を受けて前記受圧部を前記ケースの開口面内で揺動可能に歪み変形して、前記せん断力による歪み量を電気抵抗の変化として検出する感度部とを備え、土砂その他の流体からせん断力を受ける機械・器具又は構造物に設置され、前記流体から受けるせん断力を測定するせん断力計において、
前記感度部は、円筒形の起歪体が周方向に等間隔に軸方向に延びる一定のスリットを形成され、同じ大きさ、形状の複数の板状に分割されて円筒状に配列され、前記受圧部で受ける前記せん断力のせん断方向に応じて歪み変形する複数のせん断方向別感度部からなる感度部本体と、前記感度部本体の前記各せん断方向別感度部の歪みの発生位置にそれぞれ、前記受圧部で受ける前記せん断力を測定する複数のせん断力測定用歪みゲージとを備え、
前記感度部により前記受圧部で受ける土砂その他の流体によるせん断力の方向と大きさを測定する、
ことを要旨とする。
この場合、感度部本体は偶数のせん断方向別感度部からなり、相互に対向される各せん断方向別感度部を対にして、受圧部で受けるせん断力の方向と大きさを測定することが好ましい。

【0011】

また、本発明（２）は、
先端に開口を有する略筒状のケースと、前記ケースの開口面内に配置され、圧力及びせん断力を受ける受圧部と、前記ケース内に設置されて前記受圧部を支持し、前記受圧部で前記圧力を受けて進退可能に歪み変形し、かつ前記受圧部が前記せん断力を受けて前記受圧部を前記ケースの開口面内で揺動可能に歪み変形して、前記圧力による歪み量及び前記せん断力による歪み量を電気抵抗の変化として検出する感度部とを備え、土砂その他の流体から土水圧力及びせん断力を受ける機械・器具又は構造物に設置され、前記流体から受ける土水圧力及びせん断力を測定するせん断力計において、
前記感度部は、円筒形の起歪体の基端側に当該円筒形の状態で形成され、前記受圧部で受ける前記圧力に応じて歪み変形する圧力感度部、及び前記円筒形の起歪体の先端側が周方向に等間隔に軸方向に延びる一定のスリットを形成され、同じ大きさ、形状の複数の板状に分割されて円筒状に配列され、前記受圧部で受ける前記せん断力のせん断方向に応じて歪み変形する複数のせん断方向別感度部を有する感度部本体と、前記感度部本体の前記圧力感度部の歪みの発生位置及び前記各せん断方向別感度部の歪みの発生位置にそれぞれ、前記受圧部で受ける前記圧力を測定する複数の圧力測定用歪みゲージ及び前記受圧部で受ける前記せん断力を測定する複数のせん断力測定用歪みゲージとを備え、
前記感度部により前記受圧部で受ける土砂その他の流体による土水圧力とせん断力の方向及び大きさを測定する、
ことを要旨とする。
この場合、感度部本体は偶数のせん断方向別感度部を有し、相互に対向される各せん断方向別感度部を対にして、受圧部で受けるせん断力の方向と大きさを測定することが好ましい。

【発明の効果】

【0012】

本発明（１）のせん断力計によれば、上記構成により、感度部で、受圧部で受ける機械・器具又は構造物に受ける土砂その他の流体によるせん断力の方向と大きさを測定するので、土砂その他の流体の移動方向が種々に変化する場合や移動方向が明確でない場合でも、土砂その他の流体のせん断方向及びせん断力を適切に測定することができる、という本発明（１）独自の格別な効果を奏する。
本発明（２）のせん断力計によれば、上記構成により、感度部で、受圧部で受ける機械・器具又は構造物に受ける土砂その他の流体による土水圧力とせん断力の方向及び大きさを測定するので、土砂その他の流体の移動方向が種々に変化する場合や移動方向が明確でない場合でも、土砂その他の流体の土水圧力やせん断方向及びせん断力を適切に測定することができる、という本発明（２）独自の格別な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施の形態におけるせん断力計の構成を示す図（（ａ）は側面断面図（ｂ）は正面断面図（（ａ）のＡ－Ａ線断面図））

【図2】同せん断力計の特に感度部の構成を示す図（（ａ）は背面図（ｂ）は側面図（ｃ）は正面図）

【図3】同せん断力計の実験用の試作器の構成を示す図（（ａ）は正面図（ｂ）は側面図）

【図4】同せん断力計の実験用の試作器を用いた試験方法を示す図（（ａ）は側面図（ｂ）は正面図）

【図5】同せん断力計の実験用の試作器を用いた試験方法の試験結果を示す図

【図6】同せん断力計がシールド工法に使用する泥土圧式のシールド掘進機のチャンバー他各部に設置され、カッターヘッドを回転し地山を掘削するときの地山とカッターヘッドとの間の土水圧力、せん断力や、地山を掘削する間の掘削土砂や泥土がチャンバーやスクリューコンベアに及ぼす土水圧力、せん断力を測定する状態を示す図

【発明を実施するための形態】

【0014】

次に、この発明を実施するための形態について図を用いて説明する。図１にせん断力計を示している。

【0015】

このせん断力計Ｍは、各種のシールド工法に使用する各種のシールド掘進機や各種の推進工法に使用する各種の推進機のカッターヘッドの面盤（チャンバー側の面、地山側の面）、カッタースポーク（チャンバー側の面、地山側の面、側面）、チャンバーのバルクヘッド（隔壁）、バルクヘッドに配設されるスクリューコンベア、カッターヘッドの背面に配設される撹拌翼やバルクヘッドに配設される固定翼など、土中の土砂その他の流体から土水圧力やせん断力を受ける機械・器具、又は構造物に設置され、カッターヘッドを回転し地山を掘削するときの地山とカッターヘッドとの間の土水圧力やせん断力の測定、地山を掘削する間の掘削土砂や泥土がチャンバーやスクリューコンベアに及ぼす土水圧力やせん断力の測定など、流体から受ける圧力やせん断力の測定に使用される。

【0016】

図１に示すように、せん断力計Ｍは、土圧計の機能を併せ持ち、先端に開口３０を有する略筒状のケース３と、ケース３の開口３０面内に配置され、土水圧力及びせん断力を受ける受圧部４と、ケース３内に設置されて受圧部４を支持し、受圧部４が土水圧力を受けて受圧部４をケース３の開口３０面内で（ケース３の軸心方向に）進退可能に歪み変形し、かつせん断力を受けて受圧部４をケース３の開口３０面内で（ケース４の軸心を中心に）揺動可能に歪み変形して、土水圧力による歪み量及びせん断力による歪み量を電気抵抗の変化として検出する感度部５とを備えて構成される。

【0017】

せん断力計Ｍのケース３は、先端に受圧部４を配置可能な開口３０を有し、後端に感度部５のための取付部３３を有する有底円筒状のケース本体３１と、ケース本体３１の周面部３１０の後端にケース本体３１の軸方向に対して略直角に外側に向けて円形に張り出され、その内周と外周との中間に取付ねじのための取付穴３４を有する取付フランジ３２とからなる。

【0018】

ケース本体３１の周面部３１０の内周面は、先端開口３０の内周縁部に大径で軸方向の長さが短い断面略Ｌ字形に形成される浅い円形の溝３０１と、この溝３０１に（先端開口３０とは反対側に）隣接して溝３０１よりも少し小さい大径で軸方向の長さが溝３０１よりも少し長い断面略Ｌ字形に形成される円形の凹段部３０２と、この凹段部３０２に（溝３０１とは反対側に）隣接して周面部３１０の内周面の中間部に断面略Ｌ字形に形成され、先端開口３０側の凹段部３０２よりも少し小さい大径で軸方向の長さが先端開口３０側の溝３０１や凹段部３０２よりも長い円形の凹段部３０３と、この凹段部３０３に（先端開口３０側の凹段部３０２とは反対側に）隣接して周面部３１０の内周面の後端側に中間部の凹段部３０３よりも小さい中径で軸方向の長さが中間部の凹段部３０３よりも少し短い断面コ字形に形成される円形の凹部３０４とからなる。そして、先端の溝３０１の底部に等間隔に複数のボルトのためのねじ孔３０１ｓが形成され、後端の凹部３０４の底部の周縁に沿って等間隔に複数のボルト挿通部３０４ｈが形成される。また、取付フランジ３２の後端面を含むケース本体３１の後端面には、周面部３１０と略同径で軸方向の長さが短い浅い円形の溝３２１が形成され、この溝３２１に後端の凹部３０４底部の各ボルト挿通部３０４ｈが開口される。さらに、この溝３２の底部中央で各ボルト挿通部３０４ｈの内側に小径で軸方向の長さが短い浅い円形の溝３２２が形成される。このようにしてケース本体３１の周面部３１０の先端開口３０の溝３０１に円形のリング部材からなる土砂浸入防止リング３１１が配置され、この土砂浸入防止リング３１１に複数のボルト（図示省略）が通されて溝３０１の各ねじ孔３０１ｓに締結されて固定され、先端の溝３０１に一体的に環装される。この土砂浸入防止リング３１１によりケース本体３１の先端開口３０と受圧部４との間の隙間が塞がれ、この隙間から土砂が侵入するのを防止する。また、ケース本体３１の後端面の各溝３２１、３２２に測定ケーブルチャンバー６が防水Ｏリング６０を介して嵌め込まれ、複数のボルト（図示省略）により取り付けられる。この測定ケーブルチャンバー６に測定ケーブル（図示省略）が通され、ケース本体３１の端子部（図示省略）に電気的に接続される。

【0019】

受圧部４は、ケース３の先端開口３０内に配置される受圧部本体４１と、受圧部本体４１に連結されてケース３の内周面中間部に配置され、受圧部本体４１を後述する感度部５に取り付けるための受圧部取付ベース４２とを備える。

【0020】

受圧部本体４１は、ケース３の先端開口３０面内に配置される円形の受圧板４１１と、受圧板４１１の後端面中央から突出される円柱形の支持部４１２とからなる。受圧板４１１の外周面部の先端側には全周に亘って断面Ｌ字形に浅い溝４１１ａが形成される。この溝４１１ａは、受圧部４がケース本体３１の先端開口３０面内に配置された取り付け状態で、ケース本体３１の先端開口３０縁部の溝３０１に対向される。受圧板４１１の外周面部の後端側には全周に亘って断面逆Ｌ字形に浅い溝４１１ｂが形成される。この溝４１１ｂは、受圧部４がケース本体３１の先端開口３０面内に配置された取り付け状態で、ケース本体３１の先端開口３０側の凹段部３０２に対向される。なお、この溝４１１ｂの（受圧板４１１の）外周面部側の端部にケース本体３１の後端方向に僅かに突出する凸状部が設けられる。また、受圧板４１１の先端面には、外周面部の各溝４１１ａ、４１１ｂの内側に沿って受圧板４１１の先端面、後端面間を貫通して複数のボルト挿通部４１１ｃが設けられる。これらのボルト挿通部４１１ｃは後述する受圧部取付ベース４２の各ねじ孔４２２に連通される。

【0021】

受圧部取付ベース４２は全体が円板状に形成される。受圧部取付ベース４２の先端面中央に受圧部本体４１の支持部４１２が嵌合可能に円形の凹部４２０が設けられる。受圧部取付ベース４２の先端面にはまた、中央の凹部４２０の周囲に沿って受圧部取付ベース４２の先端面、後端面間を貫通して複数のボルト挿通部４２１が形成される。これらのボルト挿通部４２１は後述する感度部５に設けられる各受圧部受けフランジ５０１の各ねじ孔５０１ｓに連通される。受圧部取付ベース４２の先端面にはさらに、外周面部に沿って複数のねじ孔４２２が形成される。これらのねじ孔４２２は受圧部本体４１の各ボルト挿通部４１１ｃに連通される。また、受圧部取付ベース４２の先端面には複数のボルト挿通部４２１と複数のねじ孔４２２との間にＯリングのための溝４２３が形成される。受圧部取付ベース４２の後端面で先端面の凹部４２０の周囲には感度部５の各受圧部受けフランジ５０１が嵌合可能に円環状の凹部４２４が形成される。先端面の各ボルト挿通部４２１はこの凹部４２４に開口される。受圧部取付ベース４２の外周面の後端面側には全周に亘ってＯリングのための断面コ字形の溝４２５が形成される。この溝４２５は、受圧部４が受圧部取付ベース４２を介してケース本体３１の先端開口３０面内に配置された取り付け状態で、ケース本体３１の内周面の中間部に対向される。

【0022】

感度部５は、円筒形の起歪体を基材とし、起歪体の基端側にこの円筒形のままの状態で形成され、受圧部４で受ける土砂その他の流体の圧力に応じて歪み変形する圧力感度部５１、及び円筒形の起歪体の先端側が周方向に等間隔に軸方向に延びる一定のスリット５２１を形成され、同じ大きさ、形状の複数の板状に分割されて円筒状に配列され、受圧部４で受ける土砂その他の流体のせん断力のせん断方向に応じて歪み変形する複数のせん断方向別感度部５２を有する感度部本体５０と、感度部本体５０の圧力感度部５１の歪みの発生位置及び各せん断方向別感度部５２の歪みの発生位置にそれぞれ、受圧部４で受ける圧力を測定する複数の圧力測定用歪みゲージ（図示省略）及び受圧部４で受けるせん断力を測定する複数のせん断力測定用歪みゲージ５４とを備える。

【0023】

感度部本体５０は偶数のせん断方向別感度部５２を有し、相互に対向される各せん断方向別感度部５２を対にして、受圧部４で受けるせん断力の方向と大きさが測定されることが好ましい。この場合、図２に示すように、感度部本体５０の先端側が周方向に１６分割（等分）され、対をなすせん断方向別の感度部５２が８組設けられる。つまり、せん断方向別感度部５２は、図１（ｂ）に示すように、感度部本体５０の軸心を中心にして３６０°全方向を８分割された８方向の一対のせん断方向別感度部５２で構成される。また、感度部本体５０の外周面の先端、中間、後端にそれぞれ、受圧部受けフランジ５０１、反力フランジ５０２、取付フランジ５０３が設けられる。先端の受圧部受けフランジ５０１はせん断方向別感度部５２毎に分割されて各せん断方向別感度部５２の外面先端に感度部５の軸方向に対して略直角に外側に向けて固定され、全体として略円形に張り出される。この場合、これらの受圧部受けフランジ５０１は、感度部本体５０の外周面に外嵌可能なリング状のブロックが１６分割されたもので、それぞれ、先端面の中央には後端面に向けてねじ孔５０１ｓが設けられる。これらの受圧部受け部フランジ５０１はそれぞれ、各せん断方向別感度部５２の外面先端にその先端よりも先方に突出されて一体的に固定される。これら受圧部受けフランジ５０１は受圧部本体４１の円環状の凹部４２４に嵌合可能で、各受圧部受けフランジ５０１の各ねじ孔５０１ｓは受圧部本体４１の各ボルト挿通部４２１に連通される。中間の反力フランジ５０２は感度部本体５０の周面部の中間に感度部本体５０の軸方向に対して略直角に外側に向けて円形に張り出される。この場合、反力フランジ５０２は、感度部本体５０の外周面に外嵌可能なリング状のプレートで、感度部本体５０の外周面で各せん断方向別感度部５２の下部（言い換えれば、圧力感度部５１の上部）に一体的に固定される。この反力フランジ５０２の外周部はケース本体３１の凹部３０４の先端側の内周面に係合される。後端の取付フランジ５０３は感度部本体５０の周面部の後端に感度部本体５０の軸方向に対して略直角に外側に向けて円形に張り出される。この取付フランジ５０３は内周と外周との中間に複数の取付ねじのための複数のねじ孔５０３ｓが設けられる。これらの取付孔５０３ｓはケース本体３１の凹部３０４底面の各ボルト挿通部３０４ｈに連通される。

【0024】

この感度部本体５０は圧力感度部５１及び各せん断方向別感度部５２それぞれ適宜の位置に歪み部を有し、この圧力感度部５１及び各せん断方向別感度部５２の各歪み部に土水圧力測定用、せん断力測定用の各歪みゲージが貼着される。

【0025】

このようにして受圧部本体４１は受圧部取付ベース４２を介して感度部５に取り付けられ、この感度部５がケース３内に取り付けられて、受圧部４がケース３の先端開口３０面内に配置される。この場合、受圧部取付ベース４２と感度部５は、受圧部取付ベース４２が後端面の円環状の凹部４２４に感度部５先端の各受圧部受けフランジ５０１を嵌め込まれて、受圧部取付ベース４２の後端面中央が感度部５の先端面に当接される。そして、受圧部取付ベース４２の各ボルト挿通部４２１からボルト（図示省略）が通され感度部５の各受圧部受けフランジ５０１の各ねじ孔５０１ｓに締結されて、受圧部取付ベース４２が感度部５の先端に取り付けられる。受圧部本体４１と受圧部取付ベース４２は、受圧部取付ベース４２先端面の溝４２３にＯリングＲ１が嵌め込まれ、受圧部本体４１後端面の支持部４１２が受圧部取付ベース４２先端面の凹部４２０に嵌め込まれて、受圧部本体４１の後端面と受圧部取付ベース４２の先端面が当接される。そして、受圧部本体４１の各ボルト挿通部４１１ｃにボルト（図示省略）が通され受圧部取付ベース４２のねじ孔４２２に締結されて、受圧部本体４１と受圧部取付ベース４２が受圧部４として構成される。かくして受圧部４と感度部５が一体的に組み立てられる。また、受圧部本体４１と受圧部取付ベース４２との間でＯリングＲ１が圧縮されて、このＯリングＲ１により受圧部本体４１と受圧部取付ベース４２との間が水密に密閉される。感度部５は、受圧部取付ベース４２、受圧板４１の各外周面部の各溝４２５、４１１ｂにＯリングＲ２、Ｒ３を嵌着されて、ケース３内の凹部３０４に配置される。ケース３後端面の各ボルト挿通孔３０４ｈからボルト（図示省略）が通され感度部５後端の取付フランジ５０３の各取付穴５０３ｓに締結されて、感度部５がケース３内に固定される。このようにして受圧部４（受圧板４１１）が感度部５に支持されて、ケース３先端の開口３０面内に配置される。この感度部５及び受圧部４がケース３へ組み込まれることにより、ケース３の先端開口３０の溝３０１に固定された土砂浸入防止リング３１１が受圧板４１１の外周面部の溝４１１ａに架け渡されて密着され、この土砂浸入防止リング３１１によりケース３の先端開口３０と受圧部４の受圧板４１１との間が水密に密閉される。ケース３の先端開口３０縁部側の溝３０２と受圧板４１１の外周面部の溝４１１ｂとの間でＯリングＲ３が圧縮され、ケース３の内周面中間部の凹段部３０３と受圧部取付ベース４２の外周面部の溝４２５との間でＯリングＲ２が圧縮されて、これらＯリングＲ３、Ｒ２によりケース３の先端開口３０側の内周面と受圧部４の受圧部本体４１、受圧部取付ベース４２の各外周面部との間が水密に密閉される。なお、圧力測定用歪みゲージ、せん断力測定用の歪みゲージはそれぞれ、ブリッジ回路（図示省略）に接続されて、土水圧力測定用ブリッジ回路（図示省略）、せん断力測定用ブリッジ回路（図示省略）が構成され、これらのブリッジ回路の入力端及び出力端がそれぞれ、ケース３内に設けられる端子部（図示省略）に電気的に接続されて、各ブリッジ回路から得られる電気信号が測定ケーブル（図示省略）により外部に導出される。

【0026】

このようにしてせん断力計Ｍは、土砂その他の流体からせん断力を受ける機械・器具又は構造物に設置され、機械・器具又は構造物で受ける土砂その他の流体による圧力とせん断力の方向及び大きさを同時に測定できるようになっている。

【0027】

本願発明者らは、図３に示すように、このせん断力計を試作し、特にせん断方向の特定に係る試験を次のような試験方法で実施し、次のとおりの試験結果を得た。
（１）試験設備
図３において、ａは検定枠、ｂは検定用ロードセル、ｂ１はロードボタン、ｃはガイド筒、ｄは感度部（せん断方向別感度部）、ｅはスリット、ｆはひずみゲージ、ｇは載荷板であり、ガイド筒ｃ、感度部ｄ、スリットｅ、ひずみゲージｆ、載荷板ｇによりせん断力計が構成される。
（２）試験方法
図３に示すように、検定枠ａの上部に検定用ロードセルｂを垂直下方に向けて固定し、検定枠ａの側部にガイド筒ｃを介して先端に載荷板ｇを固定した感度部ｄを水平方向に向けて取り付ける。そして、図４に示すように、載荷板ｇに測点１～９の方向にロードセルｂにより荷重を作用させ、感度部ｄで測定される各出力値（ひずみ単位μ）を確認する。
（３）試験結果
図５に試験結果を荷重－ひずみ曲線で示す。図５には、実際の出力値（ひずみ）と測点１～９の方向における理論値（載荷方向の出力値×ｃｏｓ（載荷方向からの角度））を示す。図５に示すように、載荷板の載荷方向（せん断方向１－９）で最大値を示しており、載荷板に作用するせん断力の方向を特定できることを確認した。なお、せん断方向５－８については理論値と若干のずれを生じているが、荷重載荷方法（実際のせん断力の測定ではこの試験のような点荷重ではなく面で載荷を受ける）、及びひずみゲージ貼り付け位置の誤差などに起因すると考えられ、調整修正は可能である。

【0028】

図６に、このせん断力計Ｍがシールド工法に使用する泥土圧式のシールド掘進機１のカッターヘッド１０の面盤（チャンバー１２側の面、地山側の面）、カッタースポーク（チャンバー１２側の面、地山側の面、側面）、チャンバー１２のバルクヘッド（隔壁）１２１、バルクヘッド１２１に配設されるスクリューコンベア１４、カッターヘッド１１の背面に配設される撹拌翼１３１やバルクヘッド１２１に配設される固定翼１３２などに（受圧部４を表面にして）埋め込み設置され、カッターヘッド１０を回転し地山Ｇを掘削するときの地山Ｇとカッターヘッド１０との間の土水圧力、せん断力や、地山Ｇを掘削する間の掘削土砂や泥土がチャンバー１２やスクリューコンベア１４に及ぼす土水圧力、せん断力を測定する具体例を示している。

【0029】

図６に示すように、シールド掘進機１の各部に埋設された各センサＭは、受圧部４が土水圧力（受圧部４の受圧面に対して略垂直の圧力）を受けると、（図１参照）受圧部４は圧力感度部５１の歪み変形によりケース３の開口３０面内の定位置からケース３の後端側に後退し、このときの圧力感度部５１の歪み量が土水圧力測定用の歪みゲージの抵抗変化により電気信号として測定される。なお、受圧部４が土水圧力を受けない状態では、圧力感度部５１の弾性復帰により受圧部４がケース３の開口３０面内の定位置に戻される。また、受圧部４がせん断力（受圧部４の受圧面に対して略平行の力）を受けると、そのせん断力のせん断方向に応じて、感度部本体５０の軸心を中心にして３６０°全方向を８分割された８方向の一対のせん断方向別感度部５２のいずれかの組みが歪み変形して、受圧部４がケース３の開口３０面内でせん断力のせん断方向に揺動し、このときの２つのせん断方向別感度部５２の歪み量がせん断力測定用の歪みゲージ５３の抵抗変化により電気信号として測定される。なお、受圧部４がせん断力を受けない状態では、各せん断方向別感度部５２の弾性復帰により受圧部４がケース３の開口３０面内の定位置に戻される。そして、これらの電気信号は測定ケーブルにより外部に出力され、土水圧力の測定値、各せん断方向のせん断力の測定値が測定ケーブルに接続された表示器（図示省略）などに表示される。特に多方向に移動される掘削土砂や泥土によるせん断力の測定値については、各測定値のうち、絶対値の最も大きい測定値（この場合、測定値は掘削土砂や泥土の移動方向によって正負の値を持つ。）を示した方向が掘削土砂や泥土の受圧部４に対する主たる移動方向とみなすことができ、その方向の測定値をせん断力とみなすことができる。

【0030】

このようにしてシールド工法に使用するシールド掘進機１の各部に埋め込み設置された各せん断力計Ｍで、地山Ｇの切羽又は掘削土砂による土水圧力の大きさとせん断力のせん断方向及び大きさを同時に測定することができる。特に、泥土圧式のシールド掘進機１では、チャンバー１２内の土砂がカッターヘッド１１の回転により撹拌力と重力を受けて、その移動方向が決まり、一概に円周方向に移動するとは限らないところ、チャンバー１２のバルクヘッド１２１など任意の位置にせん断力計Ｍを設置したことで、せん断力計Ｍの各設置位置での土砂の移動方向とそのせん断力を適切に測定することができる。

【0031】

なお、ここでは、シールド工法に使用する泥土圧式のシールド掘進機の各部にこのせん断力計を適用した場合について例示したが、泥水式など他の形式のシールド掘進機や推進工法に使用する各種の推進機のカッターヘッドの、面盤（チャンバー側の面、地山側の面）、カッタースポーク（チャンバー側の面、地山側の面、側面）、チャンバーのバルクヘッド（隔壁）、バルクヘッドに配設されるスクリューコンベア、カッターヘッドの背面に配設される撹拌翼やバルクヘッドに配設される固定翼などにセンサーが設置され、カッターヘッドを回転し地山を掘削するときの地山とカッターヘッドとの間の土水圧力やせん断力、地山を掘削する間の掘削土砂や泥土がチャンバーやスクリューコンベアに及ぼす土水圧力やせん断力を測定する場合にも、センサーにこのせん断力計を適用することで、同様の作用効果を得ることができる。

【0032】

以上説明したように、このせん断力計Ｍでは、感度部５は、感度部本体５０が圧力感度部５１及び複数のせん断方向別感度部５２からなり、圧力感度部５１及び各せん断方向別感度部５２の歪みの発生位置に複数の圧力測定用歪みゲージ及びせん断力測定用歪みゲージが貼着されて構成され、また、特に感度部本体５０は偶数のせん断方向別感度部５２を有し、相互に対向される各せん断方向別感度部５２を対とする。このようにして圧力感度部５１で受圧部４で受ける圧力を測定し、複数のせん断方向別感度５２で受圧部４で受けるせん断力の方向と大きさを測定するようにしたので、受圧部４で受ける圧力及びせん断力を同時に測定することができ、特に、せん断力にあっては受圧部４に接する土砂その他の流体の移動方向が種々に変化して一定でない場合や移動方向が明確でない場合でも、このせん断力計Ｍで土砂その他の流体のせん断方向（移動方向）とせん断力を特定することができ、土砂その他の流体のせん断方向とせん断力を適切に測定することができる。

【0033】

なお、この実施の形態では、せん断力計として、土圧計の機能を併せ持つせん断力計を例示したが、土圧計の機能のないせん断力計とすることもできる。
この場合、せん断力計は、感度部が、円筒形の起歪体が周方向に等間隔に軸方向に延びる一定のスリットを形成され、同じ大きさ、形状の複数の板状に分割されて円筒状に配列され、受圧部で受ける土砂その他の流体のせん断力のせん断方向に応じて歪み変形する複数のせん断方向別感度部からなる感度部本体と、感度部本体の各せん断方向別感度部の歪みの発生位置にそれぞれ、受圧部で受けるせん断力を測定する複数のせん断力測定用歪みゲージとを備えて構成される。この場合も、感度部本体は偶数のせん断方向別感度部からなり、相互に対向される各せん断方向別感度部を対にして、受圧部で受けるせん断力の方向と大きさを測定することが好ましい。
このようにしても上記実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

【0034】

また、このせん断力計の受圧部及び感度部は、背景技術の欄に例示した本願発明者らにより提案された特許文献１のせん断力計、特許文献２の土水圧力・せん断力測定センサにも同様に適用することができる。このせん断力計の受圧部及び感度部を適用することで、特許文献１のせん断力計、特許文献２の土水圧力・せん断力測定センサに本来有する作用効果にさらにこの受圧部及び感度部の持つ作用効果を追加することができる。

【0035】

さらに、このせん断力計は、受圧部に平行に移動する土砂その他の流体の種々に変化する移動方向や明確でない移動方向に対して適切にその方向（せん断方向）と大きさ（せん断力）を測定できるので、シールド掘進機や推進機などの機械の他、このような流体の移動を受ける各種の器具又は構造物などで、その流体の移動方向と大きさを測定する場合にも、幅広く利用することができる。

【符号の説明】

【0036】

１ 泥土圧式のシールド掘進機
１０ シールドスキンプレート
１１ カッターヘッド
１１０ カッターモーター
１２ チャンバー
１２１ バルクヘッド（隔壁）
１３１ 撹拌翼
１３２ 固定翼
１４ スクリューコンベア（排土装置）
１５ シールドジャッキ
Ｇ 地山
Ｍ せん断力計
３ ケース
３０ 開口
３０１ 溝
３０１ｓ ねじ孔
３０２ 凹段部
３０３ 凹段部
３０４ 凹部
３０４ｈ ボルト挿通部
３１ ケース本体
３１０ 周面部
３１１ 土砂浸入防止リング
３２ 取付フランジ
３２１ 溝
３２２ 溝
３３ 取付部
３４ 取付穴
４ 受圧部
４１ 受圧部本体
４１１ 受圧板
４１１ａ 溝
４１ｂ 溝
４１１ｃ ボルト挿通部
４１２ 支持部
４２ 受圧部取付ベース
４２０ 凹部
４２１ ボルト挿通部
４２２ ねじ孔
４２３ 溝
４２４ 凹部
４２５ 溝
５ 感度部
５０ 感度部本体
５０１ 受圧部受けフランジ
５０１ｓ ねじ孔
５０２ 反力フランジ
５０３ 取付フランジ
５０３ｓ ねじ孔
５１ 圧力感度部
５２ せん断方向別感度部
５２１ スリット
５４ せん断力測定用歪みゲージ
６ 測定ケーブルチャンバー
６０ 防水Ｏリング
Ｒ１ Ｏリング
Ｒ２ Ｏリング
Ｒ３ Ｏリング

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】