JP6226131B2

JP6226131B2 - Ｐｃ鋼材の張力測定装置

Info

Publication number: JP6226131B2
Application number: JP2014031580A
Authority: JP
Inventors: 晋志中上; 及川　雅司; 雅司及川
Original assignee: Sumitomo SEI Steel Wire Corp
Current assignee: Sumitomo SEI Steel Wire Corp
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2017-11-08
Anticipated expiration: 2034-02-21
Also published as: JP2015155867A

Description

この発明は、ＰＣ鋼線、ＰＣ鋼棒又はＰＣ鋼より線等からなるＰＣ鋼材などの長尺の磁性体に作用する張力を測定する装置に関するものである。

長尺の磁性体、例えば、ＰＣ鋼材は、橋梁、電柱、コンクリートパイル、建設部材、建築物の梁、スラブ等における各種のコンクリート構造物におけるプレストレスト・コンクリート（ＰＣ）に緊張を与える緊張材として（構造物に組み込まれて）使用されたり、地山やその法面、炭坑、トンネル等の坑周壁及び各種構造物の補強用として使用されたりしている。
これらの既設、新設の何れのＰＣ鋼材においても、風雨や地震などによる橋梁、電柱等の前記構造物や地山、トンネル、炭坑等の坑周壁（以下、これらを含めて「構造物等」と言う）への外的負荷によって、経年に伴いその荷重（緊張力）が変化する。

その変化を測定する器具として、図８に示すように、長尺の磁性体であるＰＣ鋼材Ｐの一部を囲むように配された磁化器１と、この磁化器１とＰＣ鋼材Ｐとの間に挿入される樹脂製スペーサ２と、磁化器１の磁化区間内に配されてＰＣ鋼材表面の空間磁界強度を検出する磁気センサ３とからなり、その磁気センサ３で検出した空間磁界強度に基づいてＰＣ鋼材Ｐに作用する張力を増幅器４等を介して測定する張力測定器Ａ’が発明されている（特許文献１請求項１等参照）。その磁化器１は、円筒状の鋼製ヨーク５の内面両端に永久磁石６を設けたものが一般的である（特許文献１段落００２０、図２参照）。同図中、７はカバーである。

特開２００９−２６５００３号公報

前記従来の張力測定器Ａ’は、長尺磁性体（ＰＣ鋼材）Ｐに作用する張力（応力）とその張力による磁場の変化とを可逆的でほぼ線形な関係とするために、磁化器１によって長尺磁性体Ｐを飽和漸近磁化範囲まで強く磁化する。このため、その磁化器１は、前記飽和漸近磁化範囲まで強く磁化することが可能な強磁場ａを発生するものである必要がある。
このように、強磁場（強磁界）ａが発生されると、図８に示すように、長尺磁性体Ｐ側に磁場ａが発生するのみならず、その反対側、すなわちヨーク５の外側にも漏洩磁場ａ’が発生する。このとき、同図鎖線で示すように、磁化器１の周囲にＰＣ鋼材等の強磁性体Ｐ’が存在すると、前記漏洩磁場ａ’によってその強磁性体Ｐ’を磁化することとなって磁場環境が変化してしまうことがある。この磁場環境変化が長尺磁性体Ｐ表面の空間磁界強度を変化させて磁気センサ３による測定値に影響を与えて誤差が生じたり、又は測定値が大きくなってしまったりする恐れがある。

例えば、図９に示すように、橋梁の主桁断面外に配設されて、プレストレスを主桁に導入してその主桁を補強する外ケーブル構造においては、複数本の鋼線製ストランドＰ、Ｐ’・・を束ねた状態で、そのストランドの１本Ｐに磁化器１を取付枠Ｈでもって設置した際、その設置されたストランドＰに隣接する強磁性体のストランドＰ’が磁化されて前記誤差等が生じる可能性が高い。

この発明は、以上の実状の下、前記磁化器傍らの磁性体への磁化を抑制して測定精度を担保することを課題とする。

前記課題を達成するために、この発明は、長尺の磁性体の一部を囲むように配され、その磁性体をその全周に亘って長手方向に飽和漸近磁化範囲まで直流磁化する磁化器と、前記磁性体の磁化区間内に配され、磁性体表面近傍の空間磁界強度を検出する磁気センサと、前記磁化器の周面を被うように配された磁性体からなる遮蔽壁とを備え、前記磁気センサで検出される空間磁界強度に基づいて前記長尺の磁性体に作用する張力を測定するようにした構成としたのである。

この発明は、以上のように構成し、遮蔽壁によって、磁化器からの漏洩磁場を遮蔽するようにしたので、磁化器の傍らに強磁性体が位置しても、その磁性体の磁化を抑制することができる。このため、磁気センサによる測定値に誤差が生じにくいものとなって、測定精度を担保し得る。

この発明の一実施形態の縦断正面図である。同他の同実施形態の縦断正面図である。同他の同実施形態の縦断正面図である。同他の同実施形態の縦断正面図である。同他の同実施形態を示し、（ａ）は縦断正面図、（ｂ）は切断側面図である。一参考例の縦断正面図である。他の参考例の縦断正面図である。従来例の縦断正面図である。同従来例の取付説明図であり、（ａ）は概略正面図、（ｂ）は切断側面図である。

この発明に係る張力測定装置の実施形態としては、長尺の磁性体の一部を囲むように配され、その磁性体をその全周に亘って長手方向に飽和漸近磁化範囲まで直流磁化する磁化器と、前記磁性体の磁化区間内に配され、磁性体表面近傍の空間磁界強度を検出する磁気センサと、前記磁化器の周面を被うように配された磁性体からなる遮蔽壁とを備え、前記磁気センサで検出される空間磁界強度に基づいて前記長尺の磁性体に作用する張力を測定するようにした構成を採用することができる。

この構成であると、遮蔽壁を磁化器傍らの強磁性体側に位置させると（遮蔽壁を磁化器とその強磁性体との間に介在させると）、その強磁性体側に漏れる磁場はその遮蔽壁によって遮蔽されるので、磁化器傍らに強磁性体が位置しても、その強磁性体の磁化を抑制することができる。このため、磁気センサによる測定値に誤差が生じにくいものとなる。
このとき、遮蔽壁の存在によって、磁化器周囲の磁場環境が一様とならずに偏倚する恐れがあるが、その偏倚は実験等によって予測できるため、その予測値でもって測定値を補正する。しかし、遮蔽壁を筒状としてその中に被測定体である長尺磁性体を貫通させると、遮蔽壁による磁化器周囲の磁場偏倚が生じ難いため、その補正は必ずしも必要はない。

この構成において、前記遮蔽壁の両端に前記磁化器の側面を被う磁性体からなる遮蔽蓋を設ければ、前記磁化器及び前記遮蔽壁の端（側面）からの漏洩磁場も遮断するため、磁化器傍らの磁性体の磁化をより抑制し得る。遮蔽壁が筒状であれば、その両端開口を遮蔽蓋によって被うこととなる。

以上のように、磁化器の周りに磁場の漏れが生じる場合、その周りに遮蔽壁を設ければ、その漏れに基づく不具合を解消することができる。しかし、遮蔽壁を設けると、磁場環境に変化が生じて磁気センサによる張力検知の感度が低下する場合、例えば、張力に対する磁場変化が少なくなる場合がある。この低下を抑制する手段として、ヨークの厚みや遮蔽壁の厚みを調整してその低下を招かないようにすることができるが、遮蔽壁を、磁化器に間隙を持って配することによっても抑制できた。遮蔽壁と磁化器の間に間隙があると、遮蔽壁と磁化器を接合した場合に比べ（本願図２、図４参照）、張力変化に対する磁束密度の変化が大きくなって、長尺磁性体に加わる張力に対する磁気センサの感度が高いものとなったからである。

これらの構成の張力測定装置は、種々の従来周知の態様のＰＣ鋼材等の長尺磁性体の一部に取付ける（付設する）ことができる。例えば、橋梁、電柱、コンクリートパイル、建設部材、建築物の梁、スラブ等における各種のコンクリート構造物等におけるプレストレスト・コンクリート（ＰＣ）に緊張を与える緊張材として既に使用されているＰＣ鋼材であったり、それらにおける新設のＰＣ鋼材であったり、また、それらの各種構造物や地山等の補強用として使用されているＰＣ鋼材であったりとすることができる。
そのＰＣ鋼材の場合、そのＰＣ鋼材が複数のストランドからなるケーブルの場合、図９に示すように、その１本のストランドにこの張力測定装置を取り付けることができる。このとき、この張力測定装置を取り付けるストランド数は１本に限らず、２本、３本等と任意である。

「実施例」
一実施例を図１に示し、この実施例の張力測定装置器Ａ_１は、従来と同様に、同図に示すように、ＰＣ鋼より線等の長尺の磁性体Ｐの一部を囲むように筒状樹脂製スペーサ２を介して配され、その磁性体Ｐを長手方向に飽和漸近磁化範囲まで直流磁化する筒状の磁化器１と、前記磁性体Ｐの磁化区間内に配され、磁性体表面近傍の空間磁界強度を検出する磁気センサとなるホール素子３と、前記磁化器１を囲むように配される強磁性体からなる遮蔽筒１０とを備える。
その磁化器１は、円筒形の鋼製ヨーク５の内周両端部に、円筒の一部をなす形状（弧状）の４個の永久磁石６をそれぞれ接着剤で周囲等間隔に固定したものである。

ヨーク５は、例えばＳＳ４００や純鉄等の強磁性体からなって、２つの半円筒形のヨーク片に分割されて、例えば、その一つの分割面から両ヨーク片に差し込まれる複数のピンと、一方のヨーク片の外側から他方のヨーク片にねじ込まれる複数のボルトとによって一体化されている（特許文献１段落００２０、図２（ｂ）参照）。
永久磁石６は、各ヨーク片に一対ずつ被測定物である磁性体Ｐの長手方向に間隔をおいて互いに異なる磁極で対向する姿勢で配されており、磁性体Ｐを長手方向に短い範囲で飽和漸近磁化範囲まで直流磁化するものとなっている。永久磁石６の数は任意であり、その任意数の永久磁石６をヨーク５の内周に等間隔に固定する。

スペーサ２は、例えば、非磁性のＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合合成樹脂）等からなって、磁化器１と同様に周方向に２分割されており、各永久磁石６の内周側に接着固定されて、永久磁石６と磁性体Ｐとの接触を防止している。スペーサ２の外周面のヨーク５内周面と対向する位置に、前記ホール素子３が複数取り付けられている。
ホール素子３は、磁化器２内周側の一対の永久磁石６の中間点、すなわち磁性体Ｐの磁化区間の長手方向中央部の近傍に周方向に等間隔で配されている。このホール素子３の設置数も測定精度を考慮して、実施例の４個以外に、２個、３個、５個・・と任意であり、その数のホール素子３をヨーク５の内面周方向に等間隔に配する（以上の構成は従来と同様であり、特許文献１段落００１９〜同００２３参照）。

なお、スペーサ２は省略し得るが、その場合は、磁気センサ（ホール素子）３及び増幅器４等の電子部品はヨーク５の内面又はヨーク５内に接着又は嵌め込み等によって磁性体Ｐから離して固定する。

遮蔽壁（遮蔽筒）１０は、例えばＳＳ４００等の強磁性体からなり、磁化器１の全周囲を被う筒状部１１とその両側縁の鍔状遮蔽蓋１２とからなる。筒状部１１と遮蔽蓋１２の厚みｔ_１、ｔ_２、遮蔽蓋１２の長さｌは、所要の遮蔽効果が得られるように実験等によって適宜に設定する。この遮蔽筒１０も、ヨーク５と同様に、２つの半円筒形部材をビス等によって一体化した筒状のものであり、その周囲をボルト１３によってヨーク５に対し所要の間隙（間隔）１４をもって固定する。ボルト１３はヨーク５にねじ込んでも良いが、その複数のボルト１３の先端をヨーク５の表面に圧接してもよい。このボルト止めは、ヨーク５の周囲等間隔とするのが好ましい。間隙１４は、空隙でも良いが、非磁性の各種の樹脂を介在することもできる。

この実施形態の張力測定器Ａ_１は以上の構成であり、例えば図９に示す張力測定器Ａ’と同様に、外ケーブルの一のストランド（ＰＣ鋼より線）Ｐに装着する。この状態において、ケーブルに緊張力が付与されると、ストランドＰにもその緊張力が加わり、それに基づく磁界ａの磁束密度変化が生じ、その磁束変化をホール素子３によって検出し、その検出値を増幅器４等を介して外部の制御器に送って前記張力（緊張力）を測定する。
このとき、遮蔽筒１０によって磁化器１（ヨーク５）の外側に漏れた磁場ａ’がその遮蔽筒１０の周り（外側）に漏れることが防止される（遮蔽される）。このため、同図に示すように、磁化器１（張力測定器Ａ）の近くに強磁性体であるＰＣ鋼より線（ストランド）Ｐ’等があっても、その強磁性体が磁化されて磁化器１の磁場環境が変化してしまうことはなく、正確な張力の測定を行うことができる。

なお、この図９に示すような張力測定器Ａ’（Ａ_１）の装着態様の場合、磁化器１は、ケーブル（ストランドＰ）の１００ｍ程の一部（１０ｃｍ程）に設置されるため、ストランドＰが他のストランドＰ’から離されても、ストランドＰに加わる応力測定でもってケーブル全体に加わる応力（張力）を正確に測定し得る。

前記実施形態の張力測定器Ａ_１は、遮蔽筒１０と磁化器１（ヨーク５）との間に間隙１４を設けたが、図２に示すように、両者１０、１（５）を接合（接着）させることもできる。その接合は、ビス止めであったり、接着剤を使用したりする。
この図２の張力測定器Ａ_２と前記図１の張力測定器Ａ_１とを間隙１４を有する以外は同一構成とし、図９に示す同一の態様で設置したところ、ＰＣ鋼より線Ｐの張力変化において、後者は前者に対し、応力に対する空間磁界強度変化の検出度合が約１．５倍（約１５０％）であった。このことから、間隙１４が存在すると、測定感度が優れたものとなることが理解できる。

図３、図４に示すように、図１の実施形態の張力測定器Ａ_１、図２の同張力測定器Ａ_２において、測定精度に支障がでない限りにおいて、遮蔽蓋１２を省略したものとすることができる。
また、図１〜図４に示す実施形態において、磁化器１の傍らに位置する磁性体側のみに遮蔽壁１０を設けることができる。例えば、図１の実施形態であれば、図５に示すように、半割状円筒の遮蔽壁１０とすることができる。このとき、その遮蔽壁１０の磁化器１を被う度合：θは、図５に示す１８０度（半割）であったり、１２０度であったり、１５０度であったり、２７０度であったりと、遮蔽効果を得られる限りにおいて、実験等によって適宜に決定する。この遮蔽壁１０が円筒でない場合、磁化器１の周り全周の磁場環境が均一にならない恐れがあるが、その偏向度合いは実験などによって得られるため、その度合いを測定値に対して補正する。例えば、前記４点のホール素子３における測定値をその度合いに基づいて補正すればよい。

なお、ヨーク５の厚み（径方向）が増せば、その外周面から漏れる磁場ａ’が減少するため、前記各実施例において、ヨーク５に遮蔽壁（遮蔽筒）１０や遮蔽筒状部１１を一体にしたもの（一体物）が考え得る。例えば、図１の実施形態の張力測定器Ａ_１、図２の同張力測定器Ａ_２においては、図６、図７に示す態様とし得る。この場合、そのヨーク５の厚みや前記遮蔽蓋１２に相当する部分の長さｌ、厚みｔ_１、ｔ_２（図１参照）は、遮蔽効果に応じて実験等によって適宜に決定する。この場合、ヨーク５の磁場ａが通る断面積は、前記各実施例においてのヨーク５及び遮蔽壁１０の同断面積と同じとすることができる。

以上の各張力測定器Ａ（Ａ_１〜Ａ_７）において、その張力測定器Ａをケーシング内に組み込むとともに、そのケーシング表面に張力測定器Ａからの信号によって被測定物にかかっている張力を表示する表示器を備えたものとすることができる（特願２０１３−１７１６、特許請求の範囲、図１、２等参照）。

前記各実施例（張力測定器Ａ）においては、遮蔽壁１０は、全面に亘って孔のない物としたが、遮蔽効果に支障がない限りにおいて、適宜に孔を形成することによって軽量化を図ることができる。孔を形成しても、遮蔽壁１０の全ての部分がつながっておれば、磁場ａはその遮蔽壁１０内を流れて遮蔽効果を発揮するからである。
また、被測定物（長尺磁性体）がＰＣ鋼より線Ｐであったが、ＰＣ鋼線、ＰＣ鋼棒等の他のＰＣ鋼材のみならず、磁性体で形成された全ての棒状、単線状、ストランド（単より線）状、ロープ（複より線）状等の種々の長尺部材の張力測定にこの発明は採用し得ることは勿論である。
このように、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

「付記」
前記特許文献１に記載の磁化器１、及びその磁化器１に前記遮蔽壁１０を設けた各機器は、前記ＰＣ鋼材等の長尺磁性体にかかる張力を測定できるのみならず、車軸やモータの駆動軸等にかかる軸力（張力又は圧縮力）やトルクを測定する測定器として採用することができる。この場合、軸力又はトルクがかかる軸（磁性材料）にその機器を図１等に示すように、その一部の周りを囲むように配置し、軸力又はトルクに基づき、磁気センサで検出される空間磁界強度によってその軸に作用する軸力又はトルクを測定する構成となる。

Ａ、Ａ’、Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３、Ａ_４、Ａ_５、Ａ_６、Ａ_７張力測定器
Ｐ、Ｐ’ 長尺磁性体（ＰＣ鋼より線、ＰＣ鋼材）
１磁化器
２スペーサ
３磁気センサ（ホール素子）
４増幅器
５ヨーク
６永久磁石
７カバー
１０遮蔽壁
１１遮蔽壁の筒状部
１２遮蔽壁の遮蔽蓋
１３取付ボルト

Claims

コンクリート構造物の緊張材としての長尺のＰＣ鋼材の一部を囲むように配され、そのＰＣ鋼材をその全周に亘って長手方向に飽和漸近磁化範囲まで直流磁化する磁化器と、前記ＰＣ鋼材の磁化区間内に配され、ＰＣ鋼材表面近傍の空間磁界強度を検出する磁気センサと、前記磁化器からの磁場漏洩を遮蔽するために前記磁化器の周面を被うように配された磁性体からなる遮蔽壁とを備え、前記磁気センサで検出される空間磁界強度に基づいて前記長尺のＰＣ鋼材に作用する張力を測定するようにしたＰＣ鋼材の張力測定装置。
前記遮蔽壁は、前記磁化器に間隙を持って配されている請求項１に記載のＰＣ鋼材の張力測定装置。
前記遮蔽壁の両端に前記磁化器の側面を被う磁性体からなる遮蔽蓋を設けた請求項１又は請求項２に記載のＰＣ鋼材の張力測定装置。
前記遮蔽壁が、前記磁化器の全周を囲む筒体からなる請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のＰＣ鋼材の張力測定装置。
前記長尺のＰＣ鋼材が、複数のストランドからなるケーブルの前記１本のストランドである請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のＰＣ鋼材の張力測定装置。