JP3815789B1 - 変位伝達装置 - Google Patents
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Abstract
【目的】 ボーリング孔へ挿入されるケースの内蔵用として好適な変位伝達装置を提案する。
【構成】 ケースの軸方向に配置された変位伝達用の第1の軸と、該第1の軸に取り付けられて該第1の軸とともに回転する第1の入力部であって、該第1の入力部の第1の入力作用点にケースの半径方向の変位が入力され、第1の軸の回転中心と第1の入力作用点との距離をL1とする第1の入力部と、第1の軸に取り付けられて該第1の軸とともに回転する第1の出力部であって、該第1の出力部の第1の出力作用点の変位が直接的に又は間接的に前記変位センサにより検出され、第1の軸の回転中心と第1の出力作用点との距離をL2とする第1の出力部と、を備え、第1の軸の回転中心と第1の入力作用点との距離L1より第1の軸の回転中心と第1の出力作用点との距離L2が長くする。
【選択図】図1
【構成】 ケースの軸方向に配置された変位伝達用の第1の軸と、該第1の軸に取り付けられて該第1の軸とともに回転する第1の入力部であって、該第1の入力部の第1の入力作用点にケースの半径方向の変位が入力され、第1の軸の回転中心と第1の入力作用点との距離をL1とする第1の入力部と、第1の軸に取り付けられて該第1の軸とともに回転する第1の出力部であって、該第1の出力部の第1の出力作用点の変位が直接的に又は間接的に前記変位センサにより検出され、第1の軸の回転中心と第1の出力作用点との距離をL2とする第1の出力部と、を備え、第1の軸の回転中心と第1の入力作用点との距離L1より第1の軸の回転中心と第1の出力作用点との距離L2が長くする。
【選択図】図1
Description
本発明は変位伝達装置に関する。本発明の変位伝達装置はボーリング孔へ挿入するケース内へ好適に配置される。
ボーリング孔へ挿入されるケースには、地盤状態の観察のため、磁力計、温度計などとともに地盤の変位を測定するための変位センサが内蔵される。
地盤の変位はケースの変位として現れ、当該ケースの変位を変位センサで検出することとなる。地盤の変位は微小であるため、当該変位を拡大して変位センサへ伝達する必要がある。そのため、従来では、特許文献1で提案される変位伝達装置(歪み拡大装置)が使用されている。
この変位伝達装置では、金属板を溝削りして3つの梃子を組合わせ、金属板両端に加わった変位を拡大する。この技術では、金属板から3つの梃子を溝削りする際に、一部の幅を細くして、支点、力点、作用点を構成している。この支点は柔らかいばねになっており、金属板の復元力をこのバネから得ている。
特公平08−12067号公報
地盤の変位はケースの変位として現れ、当該ケースの変位を変位センサで検出することとなる。地盤の変位は微小であるため、当該変位を拡大して変位センサへ伝達する必要がある。そのため、従来では、特許文献1で提案される変位伝達装置(歪み拡大装置)が使用されている。
この変位伝達装置では、金属板を溝削りして3つの梃子を組合わせ、金属板両端に加わった変位を拡大する。この技術では、金属板から3つの梃子を溝削りする際に、一部の幅を細くして、支点、力点、作用点を構成している。この支点は柔らかいばねになっており、金属板の復元力をこのバネから得ている。
上記の従来技術では梃子の支点は細く削り残されてバネとなっているが、このバネの弾性定数は測定する変位に直接影響する定数である。この技術では、測定間の距離が大きくなると細く削り残されたバネの部分に応力が集中し、バネの変形割合が大きくなり塑性変形をしてしまう。その結果、バネの物理状態(形状や弾性係数)が変化し、拡大倍率など変位伝達特性に変化を生じさせかねない。更には大きな衝撃をあたえるとこのバネ部分が破損するおそれがある。
この変位伝達装置は金属板を溝削りしたものであるため、各梃子は1つの平面上に配置される。その結果、ボーリング孔へ挿入される小径のケースへこれを内蔵させた場合、梃子の長さが制限される。よって、変位の拡大率(ダイナミックレンジ)も制限されることとなる。更には、岩盤の変位が入力される部分と拡大されたその変位を出力する部分が同一平面上にあるため、変位センサの配置自由度が制限される。これはまた、ケース内における他の測定装置の配置自由度に影響を与えることとなる。
この変位伝達装置は金属板を溝削りしたものであるため、各梃子は1つの平面上に配置される。その結果、ボーリング孔へ挿入される小径のケースへこれを内蔵させた場合、梃子の長さが制限される。よって、変位の拡大率(ダイナミックレンジ)も制限されることとなる。更には、岩盤の変位が入力される部分と拡大されたその変位を出力する部分が同一平面上にあるため、変位センサの配置自由度が制限される。これはまた、ケース内における他の測定装置の配置自由度に影響を与えることとなる。
この発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、その第1の局面は次の構成を採用する。即ち、
ボーリング孔へ挿入されるケースに内蔵され、該ケースの変位を拡大して変位センサへ伝達する変位伝達装置であって、
前記ケースの軸方向に配置された変位伝達用の第1の軸と、
該第1の軸に取り付けられて該第1の軸とともに回転する第1の入力部であって、該第1の入力部の第1の入力作用点に前記ケースの半径方向の変位が入力され、前記第1の軸の回転中心と前記第1の入力作用点との距離をL1とする第1の入力部と、
前記第1の軸に取り付けられて該第1の軸とともに回転する第1の出力部であって、該第1の出力部の第1の出力作用点の変位が直接的に又は間接的に前記変位センサにより検出され、前記第1の軸の回転中心と前記第1の出力作用点との距離をL2とする第1の出力部と、を備え、
前記第1の軸の回転中心と前記第1の入力作用点との距離L1より前記第1の軸の回転中心と前記第1の出力作用点との距離L2が長いこと、
を特徴とする変位伝達装置。
ボーリング孔へ挿入されるケースに内蔵され、該ケースの変位を拡大して変位センサへ伝達する変位伝達装置であって、
前記ケースの軸方向に配置された変位伝達用の第1の軸と、
該第1の軸に取り付けられて該第1の軸とともに回転する第1の入力部であって、該第1の入力部の第1の入力作用点に前記ケースの半径方向の変位が入力され、前記第1の軸の回転中心と前記第1の入力作用点との距離をL1とする第1の入力部と、
前記第1の軸に取り付けられて該第1の軸とともに回転する第1の出力部であって、該第1の出力部の第1の出力作用点の変位が直接的に又は間接的に前記変位センサにより検出され、前記第1の軸の回転中心と前記第1の出力作用点との距離をL2とする第1の出力部と、を備え、
前記第1の軸の回転中心と前記第1の入力作用点との距離L1より前記第1の軸の回転中心と前記第1の出力作用点との距離L2が長いこと、
を特徴とする変位伝達装置。
このように構成された第1の局面の発明によれば、第1の入力部、第1の軸及び第1の出力部の間にバネなどの機械的に脆弱な要素が何ら介在されない。したがって、安定した変位伝達特性を維持できるとともに、その耐久性が向上する。また、距離L1と距離L2の比を調節することにより変位の拡大率を任意に調整可能となり、広いダイナミックレンジを実現できる。更には、第1の入力部と第1の出力部はケース軸方向の第1の軸に取り付けられるので、当該第1の入力部と第1の出力部とをケース内において第1の軸の軸方向に離して配置可能となる。これにより、変位センサの配置自由度が向上し、ひいてはケース内の他の測定装置の配置自由度も向上する。
この発明の第2の局面は次の構成を採用する。
前記第1の軸は、該第1の軸と軸心を一致させたトーションバーを介して、前
記ケースに固定されている。
これにより、ケース内において第1の軸の姿勢が安定し、もって変位の伝達特性が向上する。また、入力された変位が解放されたとき、トーションバーの採用により第1の軸は初期の状態に戻される。これにより、繰り返し測定に好適なものとなる。
前記第1の軸は、該第1の軸と軸心を一致させたトーションバーを介して、前
記ケースに固定されている。
これにより、ケース内において第1の軸の姿勢が安定し、もって変位の伝達特性が向上する。また、入力された変位が解放されたとき、トーションバーの採用により第1の軸は初期の状態に戻される。これにより、繰り返し測定に好適なものとなる。
この発明の第3の局面は次の構成を採用する。
前記第1の出力部において前記第1の軸を中心とした点対称の位置に発磁体が取り付けられ、前記変位センサは該一対の発磁体の位置を検出可能な一対の磁気センサからなる。
このように第1の出力部へ一対の発磁体を取り付けてその変位を測定することにより、振動や地磁気の影響をキャンセルすることができる。よって、より正確な変位測定が可能となる。
前記第1の出力部において前記第1の軸を中心とした点対称の位置に発磁体が取り付けられ、前記変位センサは該一対の発磁体の位置を検出可能な一対の磁気センサからなる。
このように第1の出力部へ一対の発磁体を取り付けてその変位を測定することにより、振動や地磁気の影響をキャンセルすることができる。よって、より正確な変位測定が可能となる。
この発明の第4の局面は次の構成を採用する。即ち、
前記ケースの軸方向に配置された変位伝達用の第2の軸と、
該第2の軸に取り付けられて該第2の軸とともに回転する第2の入力部であって、該第2の入力部の第2の入力作用点に前記第1の出力部の変位が入力され、前記第2の軸の回転中心と前記第2の入力作用点との距離をL3とする第2の入力部と、
前記第2の軸に取り付けられて該第2の軸とともに回転する第2の出力部であって、該第2の出力部の第2の出力作用点の変位が直接的に又は間接的に前記変位センサにより検出され、前記第2の軸の回転中心と前記第2の出力作用点との距離をL4とする第2の出力部と、を更に備え、
前記第2の軸の回転中心と前記第2の入力作用点との距離L3より前記第2の軸の回転中心と前記第2の出力作用点との距離L4が長いこと、
を特徴とする。
このように第2の入力部、第2の軸及び第2の出力部を設けることにより、その距離L3及びL4の比に基づき、変位の拡大率を更に大きくすることができる。また、第2の出力部の位置を調整することにより、変位センサの配置自由度が更に向上し、ひいてはケース内の他の測定装置の配置自由度も更に向上する。
前記ケースの軸方向に配置された変位伝達用の第2の軸と、
該第2の軸に取り付けられて該第2の軸とともに回転する第2の入力部であって、該第2の入力部の第2の入力作用点に前記第1の出力部の変位が入力され、前記第2の軸の回転中心と前記第2の入力作用点との距離をL3とする第2の入力部と、
前記第2の軸に取り付けられて該第2の軸とともに回転する第2の出力部であって、該第2の出力部の第2の出力作用点の変位が直接的に又は間接的に前記変位センサにより検出され、前記第2の軸の回転中心と前記第2の出力作用点との距離をL4とする第2の出力部と、を更に備え、
前記第2の軸の回転中心と前記第2の入力作用点との距離L3より前記第2の軸の回転中心と前記第2の出力作用点との距離L4が長いこと、
を特徴とする。
このように第2の入力部、第2の軸及び第2の出力部を設けることにより、その距離L3及びL4の比に基づき、変位の拡大率を更に大きくすることができる。また、第2の出力部の位置を調整することにより、変位センサの配置自由度が更に向上し、ひいてはケース内の他の測定装置の配置自由度も更に向上する。
この発明の第5の局面は次の構成を採用する。
前記第2の軸は、該第2の軸と軸心を一致させたトーションバーを介して、前記ケースに固定されている。
これにより、ケース内において第2の軸の姿勢が安定し、もって変位の伝達特性が向上する。また、入力された変位が解放されたとき、トーションバーの採用により第2の軸は初期の状態に戻される。これにより、繰り返し測定に好適なものとなる。
前記第2の軸は、該第2の軸と軸心を一致させたトーションバーを介して、前記ケースに固定されている。
これにより、ケース内において第2の軸の姿勢が安定し、もって変位の伝達特性が向上する。また、入力された変位が解放されたとき、トーションバーの採用により第2の軸は初期の状態に戻される。これにより、繰り返し測定に好適なものとなる。
この発明の第6の局面は次の構成を採用する。
変位伝達用の第1の軸と、
該第1の軸に取り付けられて該第1の軸とともに回転する第1の入力部であって、該第1の入力部の第1の入力作用点に外部からの変位が入力され、前記第1の軸の回転中心と前記第1の入力作用点との距離をL1とする第1の入力部と、
前記第1の軸に取り付けられて該第1の軸とともに回転する第1の出力部であって、該第1の出力部の第1の出力作用点の変位が直接的に又は間接的に前記変位センサにより検出され、前記第1の軸の回転中心と前記第1の出力作用点との距離をL2とする第1の出力部と、を備え、
前記第1の軸の回転中心と前記第1の入力作用点との距離L1より前記第1の軸の回転中心と前記第1の出力作用点との距離L2が長いこと、
を特徴とする変位伝達装置。
このように構成された変位伝達装置よれば、第1の入力部、第1の軸及び第1の出力部の間にバネなどの機械的に脆弱な要素が何ら介在されない。したがって、安定した変位伝達特性を維持できるとともに、その耐久性が向上する。また、距離L1と距離L2の比を調節することにより変位の拡大率を任意に調整可能となり、広いダイナミックレンジを実現できる。
変位伝達用の第1の軸と、
該第1の軸に取り付けられて該第1の軸とともに回転する第1の入力部であって、該第1の入力部の第1の入力作用点に外部からの変位が入力され、前記第1の軸の回転中心と前記第1の入力作用点との距離をL1とする第1の入力部と、
前記第1の軸に取り付けられて該第1の軸とともに回転する第1の出力部であって、該第1の出力部の第1の出力作用点の変位が直接的に又は間接的に前記変位センサにより検出され、前記第1の軸の回転中心と前記第1の出力作用点との距離をL2とする第1の出力部と、を備え、
前記第1の軸の回転中心と前記第1の入力作用点との距離L1より前記第1の軸の回転中心と前記第1の出力作用点との距離L2が長いこと、
を特徴とする変位伝達装置。
このように構成された変位伝達装置よれば、第1の入力部、第1の軸及び第1の出力部の間にバネなどの機械的に脆弱な要素が何ら介在されない。したがって、安定した変位伝達特性を維持できるとともに、その耐久性が向上する。また、距離L1と距離L2の比を調節することにより変位の拡大率を任意に調整可能となり、広いダイナミックレンジを実現できる。
この発明の第7の局面は次の構成を採用する。
前記第1の軸は、該第1の軸と軸心を一致させたトーションバーを介して、ケースに固定されている。
これにより、第1の軸の姿勢が安定し、もって変位の伝達特性が向上する。また、入力された変位が解放されたとき、トーションバーの採用により第1の軸は初期の状態に戻される。これにより、繰り返し測定に好適なものとなる。
前記第1の軸は、該第1の軸と軸心を一致させたトーションバーを介して、ケースに固定されている。
これにより、第1の軸の姿勢が安定し、もって変位の伝達特性が向上する。また、入力された変位が解放されたとき、トーションバーの採用により第1の軸は初期の状態に戻される。これにより、繰り返し測定に好適なものとなる。
ボーリング孔へ挿入されるケースは一般的に円筒形である。地盤の変位はケースを介して、即ちケースの変形として入力される。そのため、ケースは地盤へモルタル等で固着されることが好ましい。
第1の軸はケースの軸方向に配置される。これは、第1の入力部と第1の出力部とを軸方向に分離して第1の入力部と第1の出力部とを独立分離し、もってそれぞれに高い設計自由度を与えるためである。第1の軸はケースの軸と一致する必要はなく、ケース内において任意の位置に配置可能である。
この第1の軸はケースへ回転自在に取り付けられる。これにより、第1の入力部へ入力された変位が、第1の軸の回転をともない第1の出力部へ伝達される。ケースに対する第1の軸の取付け態様として、当該第1の軸と同軸のトーションバーを介してケースへ第1の軸を取付けることが好ましい。
第1の軸はケースの軸方向に配置される。これは、第1の入力部と第1の出力部とを軸方向に分離して第1の入力部と第1の出力部とを独立分離し、もってそれぞれに高い設計自由度を与えるためである。第1の軸はケースの軸と一致する必要はなく、ケース内において任意の位置に配置可能である。
この第1の軸はケースへ回転自在に取り付けられる。これにより、第1の入力部へ入力された変位が、第1の軸の回転をともない第1の出力部へ伝達される。ケースに対する第1の軸の取付け態様として、当該第1の軸と同軸のトーションバーを介してケースへ第1の軸を取付けることが好ましい。
岩盤の変位にともなうケースの変位(ケース半径方向)が第1の入力部により第1の軸の回転運動に変換される。かかる作用を奏するものであれば第1の入力部の構造は何ら制限されるものではない。ケースの変位は半径方向の直線運動であるのでこれを第1の軸の回転運動に変換するため実施例では第1の軸に取付けられた第1の入力回転アームの自由端(第1の入力作用点)とケースからの変位伝導アームとをヒンジ結合している。
第1の入力部の回転に伴い第1の軸が回転すると、当該回転にともない第1の出力部が回転する。この第1の出力部の先端を第1の出力作用点としてその変位量を変位センサで検出する。
ここに第1の入力作用点と第1の軸の中心までの距離をL1とし、第1の出力作用点と第1の軸の中心までの距離をL2としたとき、L2/L1の比率が変位伝達倍率となる。換言すればL2/L1の比率を調整することにより、変位伝達装置における伝達倍率を任意に調整可能となる。
ここに第1の入力作用点と第1の軸の中心までの距離をL1とし、第1の出力作用点と第1の軸の中心までの距離をL2としたとき、L2/L1の比率が変位伝達倍率となる。換言すればL2/L1の比率を調整することにより、変位伝達装置における伝達倍率を任意に調整可能となる。
上記と同じ構成の軸及び入出力部のユニットを更に設けることにより、伝達倍率を更に増大させることができる(本発明の第4の局面参照)。このような軸及び入出力部のユニットを2以上設けることもできる。このとき、第2の軸は任意の方向へ配置することができる。
変位センサには任意の方式を選択することができる。実施例では磁気センサを用いているが、その他に差動トランス、渦電流、超音波、容量変化型、光の干渉等を用いる非接触型のセンサ等を用いることができる。
変位センサにより検出された結果は、アナログ信号として地上のデータ処理装置へ接続したり、ボーリングに挿入したケース内にてデジタル化し、有線若しくは無線により地上のデータ処理装置へ送信することができる。また、変位センサの検出結果及び/又はその処理結果をケース内のメモリに一旦保存し、オーバーコアリング等の手法でケースを取り出した後にメモリ内のデータを利用するようにしてもよい。
変位センサにより検出された結果は、アナログ信号として地上のデータ処理装置へ接続したり、ボーリングに挿入したケース内にてデジタル化し、有線若しくは無線により地上のデータ処理装置へ送信することができる。また、変位センサの検出結果及び/又はその処理結果をケース内のメモリに一旦保存し、オーバーコアリング等の手法でケースを取り出した後にメモリ内のデータを利用するようにしてもよい。
以下、この発明を実施例に基づき更に詳細に説明する。
図1は実施例の変位伝達装置1を示す。この変位伝達装置1はボーリング孔内へ挿入されるケース2内に収められる。
変位伝達装置1は第1の軸5、第1の入力部10、第1の出力部20及び変位センサ30から大略構成される。
図1は実施例の変位伝達装置1を示す。この変位伝達装置1はボーリング孔内へ挿入されるケース2内に収められる。
変位伝達装置1は第1の軸5、第1の入力部10、第1の出力部20及び変位センサ30から大略構成される。
第1の軸5はケース2の軸上に配置されることが好適である。第1の軸5の下端はトーションバー6を介してリテーナ7に固定されている。リテーナ7はケース2の内面に懸架されている。第1の軸5の上端も、図面上は省略されているが、トーションバーを介してリテーナに固定されている。これにより、第1の軸5はその姿勢を安定させた状態で矢印Aで示す方向に回転可能となる。
この実施例では第1の軸5をケース2の孔軸方向の中心軸上に配置したが、ケース2において第1の軸5を偏在させることもできる。この場合においても第1の軸5はケース2の軸と平行であることが好適である。
この実施例では第1の軸5をケース2の孔軸方向の中心軸上に配置したが、ケース2において第1の軸5を偏在させることもできる。この場合においても第1の軸5はケース2の軸と平行であることが好適である。
第1の入力部10は第1の軸5の上端側に外挿される入力回転アーム11と、該入力回転アーム11の先端にヒンジ部12,12を介して連結される伝導アーム14、14と伝導アーム14、14の他端にヒンジ部15、15を介して連結される固定部16、16を備えてなる。かかる構成の第1の入力部10によれば、地盤の変位に基づくケース2の変位が固定部16、16及び伝導アーム14、14を矢印Bに示す方向へ直線的に変動させる。
伝導アーム14、14の直線移動により入力回転アーム11が揺動し、その回転運動が生じることとなる。なお、ヒンジ部12、15が存在しないと伝導アーム14の変動が入力回転アーム11に対してせん断力として作用するので好ましくない。
伝導アーム14、14の直線移動により入力回転アーム11が揺動し、その回転運動が生じることとなる。なお、ヒンジ部12、15が存在しないと伝導アーム14の変動が入力回転アーム11に対してせん断力として作用するので好ましくない。
入力回転アーム11と伝導アーム14,14との連結点、即ちヒンジ部12、12が入力回転アーム11に対する変位の入力作用点となる。当該入力作用点と第1の軸の中心との距離をL1とする。
この実施例では入力回転アーム11の両端にケース2の変位が入力されるように一対の伝導アーム14、14が備えられている。入力回転アーム11の一端のみへケース2の変位が入力される構成でもよい。
また、入力回転アーム11と伝導アーム14とにピン(軸)を通して当該ピンを中心に入力回転アーム11と伝導アーム14とを回転可能に軸着することもできる。伝導アーム14と固定部16とを同様に軸着結合することもできる。
また、入力回転アーム11と伝導アーム14とにピン(軸)を通して当該ピンを中心に入力回転アーム11と伝導アーム14とを回転可能に軸着することもできる。伝導アーム14と固定部16とを同様に軸着結合することもできる。
第1の出力部20は第1の軸5の下端側に外挿される出力回転アーム21と、その両端に取付けられた発磁体22、22とから構成される。発磁体22が出力作用点となり、当該発磁体22と第1の軸5の中心までの距離はL2である。
出力回転アーム21は第1の軸5の回転に伴い揺動し(矢印C参照)、その先端に取り付けられた発磁体22の位置を変位させる。
出力回転アーム21の代用として、L2>L1となることを条件に、円板やロッドを用いることもできる。これらの場合もその先端に発磁体が取付けられる。
出力回転アーム21は第1の軸5の回転に伴い揺動し(矢印C参照)、その先端に取り付けられた発磁体22の位置を変位させる。
出力回転アーム21の代用として、L2>L1となることを条件に、円板やロッドを用いることもできる。これらの場合もその先端に発磁体が取付けられる。
出力回転アーム21の両端に発磁体22を取り付け、相対向する位置に配置された一対の変位センサ(磁気センサ)30、30でその変位を測定する。この実施例のように一対の変位センサを用いることにより、地磁気の影響や振動の影響をキャンセルすることができる。
このように構成された実施例の変位伝達装置1は次のように作用する。
地盤の変位に従いケース2が変位すると、その半径方向の変位成分が図中矢印Bの動きとなって伝導アーム14、14を直線的に変動させる。伝導アーム14,14が変動することに伴い、入力回転アーム12が揺動し、もって第1の軸5が図中矢印Aで示す方向に回転する。第1の軸5の回転に伴い出力回転アーム21が図中に矢印Cで示すように揺動し、発磁体22の位置を変位させる。この発磁体22の変位を磁気センサ30で検出する。
地盤の変位に従いケース2が変位すると、その半径方向の変位成分が図中矢印Bの動きとなって伝導アーム14、14を直線的に変動させる。伝導アーム14,14が変動することに伴い、入力回転アーム12が揺動し、もって第1の軸5が図中矢印Aで示す方向に回転する。第1の軸5の回転に伴い出力回転アーム21が図中に矢印Cで示すように揺動し、発磁体22の位置を変位させる。この発磁体22の変位を磁気センサ30で検出する。
この実施例の変位伝達装置1によれば、ケース2の半径方向の変位は、第1の入力部10、第1の軸5及び第1の出力部20を介して最終的に発磁体22の変位へと変換される。ここに、第1の軸5中心から第1の入力部10における入力作用点までの距離L1と第1の軸5中心から第1の出力部20における出力作用点までの距離L2との比(即ち、L2/L1)に比例してケース2の半径方向の変位が発磁体22の変位へと拡大される。当該比はケース2の内径による制限の他は、任意に選択することができる。
この実施例の変位伝達装置1では第1の入力部10と第2の出力部20との間に間隔をとり、両者の間に空間を設けた。この空間へ他の測定装置、メモリ装置、演算装置、バッテリなどを備え付けることが出来る。
この実施例の変位伝達装置1では第1の入力部10と第2の出力部20との間に間隔をとり、両者の間に空間を設けた。この空間へ他の測定装置、メモリ装置、演算装置、バッテリなどを備え付けることが出来る。
図2には他の実施例の変位伝達装置40を示す。なお、図1の例と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この実施例の変位伝達装置40は図1の変位伝達装置ユニット1へこれと実質的に同じ構成の変位伝達装置ユニット41を付加し、両者を梃子部50で連結したものである。
第1の出力部20における出力回転アーム20の両端にはヒンジ部51、51を介して伝導アーム52,52の一端が連結され、当該伝導アーム52、52の他端は梃子部50へ連結される。符号55は梃子部50のリテーナでありケースに固定されている。
この実施例の変位伝達装置40は図1の変位伝達装置ユニット1へこれと実質的に同じ構成の変位伝達装置ユニット41を付加し、両者を梃子部50で連結したものである。
第1の出力部20における出力回転アーム20の両端にはヒンジ部51、51を介して伝導アーム52,52の一端が連結され、当該伝導アーム52、52の他端は梃子部50へ連結される。符号55は梃子部50のリテーナでありケースに固定されている。
梃子部50は平行四辺形の梃子の原理を用いたものであり、伝導アーム52、52の変動が1つの辺56へ加わると、当該辺56における連結位置の比(L6/L5)に応じて当該辺56に交差する辺57が変位する。
梃子部50における辺57の変位は、ヒンジ部58、58を介して第2の入力部としての第2の入力回転アーム70を揺動させる。第2の入力回転アーム70における当該ヒンジ部58の位置が第2の入力作用点となり、第2の軸65から当該第2の入力作用点までの距離がL3となる。第2の入力回転アーム70は第2の軸65の下端側に外挿されている。
第2の軸65は第1の軸5と平行に配置され、トーションバー66を介してリテーナ67へ固定される。これにより、第2の軸65の姿勢が安定するとともに変位が解放されたとき初期状態に戻ることができる。
第2の軸65の上端側には第2の出力部としての第2の出力回転アーム80が外挿されている。第2の出力回転アーム80の先端には発磁体82が取り付けられ、当該発磁体82に変位センサとしての磁気センサ90、90が対向して配置されている。
第2の軸65は第1の軸5と平行に配置され、トーションバー66を介してリテーナ67へ固定される。これにより、第2の軸65の姿勢が安定するとともに変位が解放されたとき初期状態に戻ることができる。
第2の軸65の上端側には第2の出力部としての第2の出力回転アーム80が外挿されている。第2の出力回転アーム80の先端には発磁体82が取り付けられ、当該発磁体82に変位センサとしての磁気センサ90、90が対向して配置されている。
このように構成された変位伝達装置40は次のように動作する。
ケース2の半径方向の変位は、第1の入力部10、第1の軸5及び第1の出力部20を介して出力回転アーム21の先端の変位に変換される。この出力回転アーム21の変位は伝導アーム52を介して梃子部50へ入力され、辺57の変位へと変換される。この辺57の変位は第2の入力回転アーム70、第2の軸65及び第2の出力回転アーム80を介して最終的に発磁体82の変位へと変換される。ここに、ケース2の変位は次の倍率で発磁体83の変位へと拡大されいてる。
倍率: (L2/L1)×(L4/L3)×(L6/L5)
各距離L1〜L6は任意に設定することができる。
ケース2の半径方向の変位は、第1の入力部10、第1の軸5及び第1の出力部20を介して出力回転アーム21の先端の変位に変換される。この出力回転アーム21の変位は伝導アーム52を介して梃子部50へ入力され、辺57の変位へと変換される。この辺57の変位は第2の入力回転アーム70、第2の軸65及び第2の出力回転アーム80を介して最終的に発磁体82の変位へと変換される。ここに、ケース2の変位は次の倍率で発磁体83の変位へと拡大されいてる。
倍率: (L2/L1)×(L4/L3)×(L6/L5)
各距離L1〜L6は任意に設定することができる。
この実施例のように複数の軸を組み合わせることにより、変位量拡大のダイナミックレンジを広くすることができる。
この実施例では2つの変位伝達装置ユニットの間に梃子部を介在させているが、当該梃子部を省略することもできる。
この実施例では2つの変位伝達装置ユニットの間に梃子部を介在させているが、当該梃子部を省略することもできる。
また、2つの変位伝達装置ユニットにおいて、それぞれの軸の方向を図3に示すように異ならせることもできる。なお、図3において図2と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。図3の構成では、第1の軸5に対して第2の軸105は直交状態に配置される。第2の軸105には第1の入力回転アーム111と第2の出力回転アーム113が取り付けられている。第2の出力回転アーム113の先端には発磁体115が配置され、その変位量が磁気センサ117で測定される。
第2の軸を第1の軸と異なる方向に配置することにより、磁気センサ11の配置自由度が更に向上する。
図3の構成の変位伝達装置は、ケースなどのスペース規制要素のないところに適用することが好ましい。その場合、第2の軸105にもその少なくとも一端に軸心を同一にしたトーションバーを配置して、これをケースや基台などへ取付けることにより第2の軸を保持することが好ましい。これにより、第2の軸105の姿勢が安定し、もって変位伝達機能が安定するとともに、入力変位が解放されたときに初期状態に戻る。よって、繰返しての使用が可能になる。
第2の軸を第1の軸と異なる方向に配置することにより、磁気センサ11の配置自由度が更に向上する。
図3の構成の変位伝達装置は、ケースなどのスペース規制要素のないところに適用することが好ましい。その場合、第2の軸105にもその少なくとも一端に軸心を同一にしたトーションバーを配置して、これをケースや基台などへ取付けることにより第2の軸を保持することが好ましい。これにより、第2の軸105の姿勢が安定し、もって変位伝達機能が安定するとともに、入力変位が解放されたときに初期状態に戻る。よって、繰返しての使用が可能になる。
図4には他の例の変位伝達装置201を示す。図4において図1と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
図4の変位伝達装置201では、回転軸5がケース2の孔軸方向の中心軸からケース2の壁面側へ偏移している。回転軸5とケース2の中心軸とは平行である。その結果、入力部210における一方の伝導アーム214は短く、他方の伝導アーム215は長く形成されている。更には、伝導アーム215を例えばアーチ型に屈曲して形成することにより、伝導アーム215はケース2の中心軸部分を迂回して配置されそこにスペースが得られる。これにより、ケース2内における他の部材の配置が容易になる。
また、出力部220おける出力回転アーム222も例えばアーチ型に屈曲して形成することにより、ケース2の中心部分を迂回して配置されそこにスペースが形成される。
この出力回転アーム221にはその上面に発磁体222が取付けられ、その上側に磁気センサ30が配設される。このように、発磁体222と磁気センサ30とをケース2の軸方向へ配置することにより、出力回転アーム221において出来る限り外側に発磁体222を配置可能となり、距離L2を極大化できる。
図4の変位伝達装置201では、回転軸5がケース2の孔軸方向の中心軸からケース2の壁面側へ偏移している。回転軸5とケース2の中心軸とは平行である。その結果、入力部210における一方の伝導アーム214は短く、他方の伝導アーム215は長く形成されている。更には、伝導アーム215を例えばアーチ型に屈曲して形成することにより、伝導アーム215はケース2の中心軸部分を迂回して配置されそこにスペースが得られる。これにより、ケース2内における他の部材の配置が容易になる。
また、出力部220おける出力回転アーム222も例えばアーチ型に屈曲して形成することにより、ケース2の中心部分を迂回して配置されそこにスペースが形成される。
この出力回転アーム221にはその上面に発磁体222が取付けられ、その上側に磁気センサ30が配設される。このように、発磁体222と磁気センサ30とをケース2の軸方向へ配置することにより、出力回転アーム221において出来る限り外側に発磁体222を配置可能となり、距離L2を極大化できる。
この発明は上記発明の実施の態様及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
Claims (9)
- ボーリング孔へ挿入されるケースに内蔵され、該ケースの変位を拡大して変位センサへ伝達する変位伝達装置であって、
前記ケースの軸方向に配置された変位伝達用の第1の軸と、
該第1の軸に取り付けられて該第1の軸とともに回転する第1の入力部であって、該第1の入力部の第1の入力作用点に前記ケースの半径方向の変位が入力され、前記第1の軸の回転中心と前記第1の入力作用点との距離をL1とする第1の入力部と、
前記第1の軸に取り付けられて該第1の軸とともに回転する第1の出力部であって、該第1の出力部の第1の出力作用点の変位が直接的に又は間接的に前記変位センサにより検出され、前記第1の軸の回転中心と前記第1の出力作用点との距離をL2とする第1の出力部と、を備え、
前記第1の軸の回転中心と前記第1の入力作用点との距離L1より前記第1の軸の回転中心と前記第1の出力作用点との距離L2が長いこと、
を特徴とする変位伝達装置。 - 前記第1の軸は、該第1の軸と軸心を一致させたトーションバーを介して、前
記ケースに固定されている、ことを特徴とする請求項1に記載の変位伝達装置。 - 前記第1の出力部において前記第1の軸を中心とした点対称の位置に発磁体が取り付けられ、前記変位センサは該一対の発磁体の位置を検出可能な一対の磁気センサからなる、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の変位伝達装置。
- 前記ケースの軸方向に配置された変位伝達用の第2の軸と、
該第2の軸に取り付けられて該第2の軸とともに回転する第2の入力部であって、該第2の入力部の第2の入力作用点に前記第1の出力部の変位が入力され、前記第2の軸の回転中心と前記第2の入力作用点との距離をL3とする第2の入力部と、
前記第2の軸に取り付けられて該第2の軸とともに回転する第2の出力部であって、該第2の出力部の第2の出力作用点の変位が直接的に又は間接的に前記変位センサにより検出され、前記第2の軸の回転中心と前記第2の出力作用点との距離をL4とする第2の出力部と、を更に備え、
前記第2の軸の回転中心と前記第2の入力作用点との距離L3より前記第2の軸の回転中心と前記第2の出力作用点との距離L4が長いこと、
を特徴とする請求項1に記載の変位伝達装置。 - 前記第2の軸は、該第2の軸と軸心を一致させたトーションバーを介して、前記ケースに固定されている、ことを特徴とする請求項4に記載の変位伝達装置。
- 変位伝達用の第1の軸と、
該第1の軸に取り付けられて該第1の軸とともに回転する第1の入力部であって、該第1の入力部の第1の入力作用点に外部からの変位が入力され、前記第1の軸の回転中心と前記第1の入力作用点との距離をL1とする第1の入力部と、
前記第1の軸に取り付けられて該第1の軸とともに回転する第1の出力部であって、該第1の出力部の第1の出力作用点の変位が直接的に又は間接的に前記変位センサにより検出され、前記第1の軸の回転中心と前記第1の出力作用点との距離をL2とする第1の出力部と、を備え、
前記第1の軸の回転中心と前記第1の入力作用点との距離L1より前記第1の軸の回転中心と前記第1の出力作用点との距離L2が長いこと、
を特徴とする変位伝達装置。 - 前記第1の軸は、該第1の軸と軸心を一致させたトーションバーを介して保持されている、ことを特徴とする請求項6に記載の変位伝達装置。
- 前記第1の軸は前記ケースの中心軸からその壁面側に偏在している、ことを特徴とする請求項1に記載の変位伝達装置。
- 前記第1の入力部及び前記第2の入力部は、前記ケースの中心軸を迂回して配置されている、ことを特徴とする請求項8に記載の変位伝達装置。
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