特許 7152878 ＰＣ構造物の劣化現象検査用の移動型ＡＥセンサ

(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】2022-10-04

(45)【発行日】2022-10-13

(54)【発明の名称】ＰＣ構造物の劣化現象検査用の移動型ＡＥセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/14 20060101AFI20221005BHJP

   G01N 29/24 20060101ALI20221005BHJP

【ＦＩ】

G01N29/14

G01N29/24

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2018099527

(22)【出願日】2018-05-24

(65)【公開番号】P2019203809

(43)【公開日】2019-11-28

【審査請求日】2021-05-06

(73)【特許権者】

【識別番号】391023518

【氏名又は名称】一般社団法人日本建設機械施工協会

(73)【特許権者】

【識別番号】507194017

【氏名又は名称】株式会社高速道路総合技術研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】505398941

【氏名又は名称】東日本高速道路株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】505398952

【氏名又は名称】中日本高速道路株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】505398963

【氏名又は名称】西日本高速道路株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001014

【氏名又は名称】弁理士法人東京アルパ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】榎園 正義

(72)【発明者】

【氏名】谷倉 泉

(72)【発明者】

【氏名】小野 秀一

(72)【発明者】

【氏名】豊田 雄介

(72)【発明者】

【氏名】萩原 直樹

【審査官】村田 顕一郎

(56)【参考文献】

【文献】特開平０４－０６２４６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５５－０７２１５９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平１１－１４２２１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／１３３３２０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００１－０４８６６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－０２７６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００９－５１７１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／０１１３６５４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】栗林 正己ほか，雨滴感知式間欠ワイパシステムについて，自動車技術，第39巻第2号，1985年，p.204-209

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２９／００－２９／５２

Ａ６１Ｂ ８／００－８／１５

Ｈ０４Ｒ ７／００－７／２６

Ｈ０４Ｒ １７／００－１７／１０

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円筒状を呈するケース本体の下端部側に厚さ０．２ｍｍのリン青銅板からなる摺動板が半田付けにより一体的に取り付けられ、
該摺動板に黄銅板とセラミック板とからなる振動子が取り付けられ、
前記黄銅板とケース本体との間に負極引き出し線を接続し、
前記セラミック板に正極引き出し線の一端部を取付け、該正極引き出し線の他端部はケース本体の側面に取付けたＢＮＣ接栓に接続され、
前記ケース本体の上端部には上蓋が気密状態に施蓋されて取り付けられた構成を有すること
を特徴とする移動型ＡＥセンサ。

【請求項2】

前記摺動板の直径は３７ｍｍであること
を特徴とする請求項１に記載の移動型ＡＥセンサ。

【請求項3】

前記黄銅板とセラミック板の厚さは、それぞれ１ｍｍであること
を特徴とする請求項１又は２に記載の移動型ＡＥセンサ。

【請求項4】

前記負極及び正極引き出し線は、それぞれ複数の細線を撚り合わせて外周を樹脂被膜で覆った線であること
を特徴とする請求項１又は２に記載の移動型ＡＥセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、道路橋や鉄道橋等のプレストレストコンクリート構造物（ＰＣ構造物）における劣化現象または現状況を検査するための移動型ＡＥセンサに関するものである。

【背景技術】

【0002】

この種のＰＣ構造物においては、長期間の使用によってコンクリートにひび割れが生じ、該ひび割れから雨水が内部に浸透して鉄筋、ＰＣ鋼棒やＰＣ鋼材が腐食して錆が発生し、錆の膨張によってコンクリートの一部が剥落したり、緊張力が損傷する恐れがあるので、一定の期間ごとにＰＣ構造物の状況を検査する装置（センサ）が複数提案されている。
その公知に係る第１の装置は、複数の素線集合体より成る抗張力線を埋設しているコンクリート構造物の疲労破壊を該素線の初断線を検知することによって予知する方法に直接使用する装置において、上記抗張力線を埋設しているコンクリート構造物表面部位に付設するたわみ形振動子（センサ）がフィルタに電気的に接続され、該フィルタは記録装置と経時計測装置とに接続される波形記録装置に電気的に接続されていることを特徴とするコンクリート構造物破壊予知装置、である（特許文献１）。

【0003】

そして、上記コンクリート構造物破壊予知装置については、たわみ形振動子が電気的にフィルタに接続されているため、外乱振動等を除去することが出来、初切断による弾性波のみを入力することが出来、更に、記録装置が設けられているためにその検査測定が目視出来、これによってもそのデータが他の検査測定に利用できる効果もあり、正確な対処ができるという効果も奏される、というものである。

【0004】

公知に係る第２の装置は、信号処理回路を組み込んだ検知器本体に、電気信号を機械的振動に変換して建築構造物に与えるための加振用接触子と、該建築構造物で発生する機械的振動を電気信号に変換するための受信用接触子とが設けられた建築構造物検査装置において、前記加振用接触子及び受信用接触子は、前記建築構造物に接触する部分に転動部材が設けられていることを特徴とする建築構造物検査装置、である（特許文献２）。

【0005】

上記建築構造物検査装置は、加振用及び受信用接触子に転動部材を設けたので、被検査壁面に接触子を接触させて移動させる場合、ボールが壁面で転動し、小さい摩擦力で軽快に動かせるため、作業性が向上すると共に、壁面に引っ掛かって壁面に傷を付けたり、不かいな摩擦音を発生することがなくなる。また、前記転動部材をボールとすることにより、ボールを被検査壁面に接触させたまま任意の方向に移動させて検査が可能となる、また、前記転動部材をローラとすることにより、壁面への接触面積が大きく取れるため、被検査壁面が大面積である場合、作業効率が向上する、というものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特公平５－６４２９９号の公報

【文献】特開２００２－２５０７１９号の公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

前記公知技術１の発明においては、ＡＥセンサであるたわみ形振動子は、圧電素子とコネクターとをケースによってユニット化したものであって、コンクリート構造物である橋桁の底面に、所要間隔をもって複数個のたわみ形振動子が添着固定されて使用されるものであるから、そのたわみ形振動子に繋がる波形記憶装置、記録装置および経時計測装置も、各橋桁毎に一旦設置すると実質的に移動させることが出来ない構成になっているので、コスト高になるという課題を有している。

【0008】

また、前記公知技術２の発明に係る建築構造物検査装置は、該検査装置の検知器本体に、信号処理回路を組み込むと共に、電気信号を機械的振動に変換して建築構造物に与えるための加振用接触子と、該建築構造物で発生する機械的振動を電気信号に変換するための受信用接触子とが設けられ、加振用接触子及び受信用接触子に転動部材を設けた構成であって、検知器本体は移動させることが出来る構成であるが、検知器本体から機械的振動を建築構造物に与えると同時に、建築構造物で発生する機械的振動を受けて電気信号に変換するとしているが、移動させながら機械的振動を近接した位置で発信と受信が同時に行われると、発信と受信の振動が混在するばかりでなく、建築構造物の表面状態や両接触子の接触状態によっても、正確な検査結果が得られるという保証はないのである。

【0009】

本発明は、前記課題を解決するために、移動が可能であって広帯域の周波数に感度を有し、且つピンポイントでも正確な検査結果が得られる移動型ＡＥセンサを提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は前述の課題を解決する具体的手段として、本発明は、円筒状を呈するケース本体の下端部側に厚さの薄いリン青銅板からなる摺動板が半田付けにより一体的に取り付けられ、該摺動板に黄銅板とセラミック板とからなる振動子が取り付けられ、前記黄銅板とケース本体との間に負極引き出し線を接続し、前記セラミック板に正極引き出し線の一端部を取付け、該正極引き出し線の他端部はケース本体の側面に取付けたＢＮＣ接栓に接続され、前記ケース本体の上端部には上蓋が気密状態に施蓋されて取り付けられた構成を有することを特徴とする移動型ＡＥセンサを提供するものである。

【0011】

上記発明において、前記摺動板の厚さは０．２ｍｍであること；前記黄銅板とセラミック板の厚さは、それぞれ１ｍｍ程度であること；および前記負極及び正極引き出し線は、それぞれ複数の細線を撚り合わせて外周を樹脂被膜で覆った線であること；を付加的要件として含むものである。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、ケース本体の下端部側に半田付けで取付けられた厚さの薄いリン青銅板からなる摺動板に振動子（圧電素子）が取り付けられている構成の移動型ＡＥセンサであるので、摺動板自体が低周波から高周波までの広い周波数帯域の感度を有しており、検査しようとするコンクリート構造物に移動型ＡＥセンサを固定しなくても、手に持ってピンポイントで複数個所に押し当てて検出することが出来、センサの数を減らすことが出来ると共に、作業性が良好で且つ正確に構造物内部の状態を検出できるばかりでなく、コスト削減につながる等の種々の優れた効果を奏するのである。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施の形態に係る移動型ＡＥセンサの縦断面図である。

【図2】同移動型ＡＥセンサと従来技術の固定型ＡＥセンサの取付状況を説明図するための試験用に形成されたコンクリート構造物を略示的に示した側面図である。

【図3】同移動型ＡＥセンサを使用した一例の計測システムを示した説明図である。

【図4】前記図３のコンクリート構造物に従来の固定型ＡＥセンサにおける振動子及び本願発明の移動型ＡＥセンサにおける摺動板を接着剤を使用して、各設置位置ａ～ｇに仮固定したＡ状態でそれぞれ設置した場合と、移動型ＡＥセンサを接着剤を使用しないで、手で持って各設置位置ａ～ｇの位置に軽く押圧して点接触（ピンポイント）させたＢ状態で設置した場合について、衝撃波を発生させて検出した結果の伝搬距離と伝搬時間の関係を示したグラフである。

【図5】上記図４と同様に、従来技術の固定型ＡＥセンサと本発明の移動型ＡＥセンサのＡ状態の固定と、Ｂ状態のピンポイントにおける伝搬距離と受信波形の最大振幅の関係（平均値）とを示したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明を図示の実施の形態に基づいて詳しく説明する。まず、図１に示した移動型ＡＥセンサ１は、例えば、直径が３７ｍｍ程度の円筒状を呈する金属製のケース本体２の下端部側に薄い厚さの摺動板３が半田付けにより一体的に取り付けられ、該摺動板３に黄銅板４とセラミック板５とからなる振動子（圧電素子）６が取り付けられ、黄銅板４とケース本体２との間に負極引き出し線７を接続し、セラミック板５に正極引き出し線８の一端部を取付け、該正極引き出し線８の他端部はケース本体２の側面に取付けたＢＮＣ接栓９に接続され、ケース本体２の上端部には上蓋１０が気密状態に施蓋されて取り付けられた構成を有するものである。

【0015】

上記移動型ＡＥセンサ１の製造に関しては、例えば、摺動板３については、なるべく薄いものが良いが、銅板や真鍮版は薄いと変形し易いし、厚くするとたわみ振動が阻害されるので、適合性に欠ける。そこで、種々検討し実験した結果、硬質でばね効果を保有し、広範囲のたわみ振動、つまり低周波数（数Ｈｚ～数十Ｈｚ）、中間周波数（数十Ｈｚ～数ｋＨｚ）、高周波数（数ｋＨｚ～数百ｋＨｚ）までの感度を有するように、それに適した薄い（略０．２ｍｍ厚さ）リン青銅板が好適であることが確認されたので、０．２ｍｍ程度の厚さのリン青銅板を使用する。

【0016】

リン青銅板からなる摺動板３は、ケース本体２の外形寸法よりも１０ｍｍ程度大きな円形状に切断し、ケース本体２の下端部の外周端部側をヤスリで一様に研磨して少し短くし、摺動板３を半田付けする際に、半田が外周縁端部と摺動板３との間に入り易く形成する。摺動板３を半田付けした後に、摺動板３の余剰な外周部分をカットすると共に、周縁部分をヤスリで研磨してケース本体２の外周縁部と一致させる。

【0017】

このように半田付けした摺動板３の上面に、振動子（圧電素子）６となる厚さが１ｍｍ程度の負極となる黄銅板４と、厚さが１ｍｍ程度の正極となるセラミック板５とがエポキシ樹脂系の接着剤を介して圧着状態に取り付けられる。この振動子（圧電素子）６の表面には銀膜が蒸着されている。また、前記負極引き出し線７と正極引き出し線８とは、複数本の細線を撚り合わせて外周部を樹脂被膜で覆ったリード線が使用され、両端部側の被膜を所要長さ除去して細線を露出させて、半田付けによりそれぞれ連結させるものである。

【0018】

また、ケース本体２については、下端部側２ａと上端部側２ｂとが分割されており、前記したように下端部側２ａに摺動板３を取り付けた後で、該摺動板３の上に黄銅板４とセラミック板５とを取り付ける作業と、負極引き出し線７と正極引き出し線８との連結作業とを容易に行うための分割であり、これらの作業終了後に、分割部分を半田付けして一体化するのである。そして、正極引き出し線８の他端部はケース本体２の解放された上端部側からＢＮＣ接栓９に接続してから、ケース本体２の上端部に上蓋１０を気密状態に取り付けるのである。

【0019】

このように構成された移動型ＡＥセンサ１について、衝撃弾性波法の受信センサとしての適用性を確認するため、従来の固定型ＡＥセンサと共に計測実験を行った。例えば、図２に示したように、橋桁の梁を見立てて形成した実験用の幅４００ｍｍ、高さ６００ｍｍ、長さ９０００ｍｍのコンクリート構造物１１に１本のＰＣ鋼棒１２（φ３２ｍｍ）を配置し、該コンクリート構造物１１の両端部を支持部材１３で支持して浮かせた状態に設置し、該コンクリート構造物１１の上面側の所要位置に超音波又は衝撃弾性波を発生させる部材１４を設置すると共に、予め、下面側にセンサの設置位置（配設位置）ａ～ｇを決めて、従来の固定型ＡＥセンサと本発明の移動型ＡＥセンサの適用性を確認した。

【0020】

また、計測装置（システム）としては、図３に示したように、従来から使用されているハイパスフィルタ１５と波形記録装置（メモリハイコーダ）１６が使用され、各センサで検知した信号（周波数）はハイパスフィルタ１５で着目する周波数をフィルタ処理（ノイズ除去）して波形記録装置１６に送信し、該波形記録装置１６においては、全チャンネルで閾値が設定されてトリガ待ち状態になっており、ハイパスフィルタ１５からの信号入力（トリガ）に基づいて、対応する所形の波形を記録するものである。

【0021】

まず、従来の固定型ＡＥセンサにおける振動子及び本願発明の移動型ＡＥセンサ１における摺動板３を接着剤を使用して、各設置位置ａ～ｇに仮固定したＡ状態でそれぞれ設置した場合と、移動型ＡＥセンサ１を接着剤を使用しないで、手で持って各設置位置ａ～ｇの位置に軽く押圧して点接触（ピンポイント）させたＢ状態で設置した場合について、衝撃波を発生させて検出した結果の伝搬距離と伝搬時間の関係を図４のグラフと、伝搬距離と受信波形の最大振幅の関係（平均値）とを図５のグラフにそれぞれ記載したものである。

【0022】

これらの表から明らかなように、振動子（圧電素子）をコンクリート構造物に直接固定した固定型ＡＥセンサと、リン青銅板からなる摺動板３をＡ状態に固定した移動型ＡＥセンサ１とＢ状態に押圧した移動型ＡＥセンサ１とでは、伝搬時間や伝搬距離及び最大振幅もほとんど差異はなく、最大振幅幅において、Ｂ状態（ピンポイント）に押圧した移動型ＡＥセンサ１だけが少し劣るけれども、押圧力を少し高めればバラツキの少ない計測が可能であることが確認されたのである。なお、ＰＣ鋼棒１２の破断又は劣化については、ａ又はｇの設置位置にセンサを設置すれば良いのである。

【0023】

いずれにしても、本発明に係る移動型ＡＥセンサ１は、厚さの薄いリン青銅板からなる摺動板３に振動子（圧電素子）６が取り付けられてケース本体２内に密封された状態になり、振動子（圧電素子）が露出していないので、塩害に強く劣化する心配がなく長期に使用できると共に、摺動板を０．２ｍｍ程度の薄いリン青銅板で形成したので強度的に優れ、超音波法であっても衝撃弾性波法であっても、低周波から高周波までの周波数帯域の振動伝達が良好であるから１個の移動型ＡＥセンサ１で複数個所をピンポイントで簡単に計測できるので、コンクリート構造物における広い範囲の内部状態を正確に計測でき、計測作業も効率よく行えるのである。

【産業上の利用可能性】

【0024】

本発明に係る移動型ＡＥセンサ１は、円筒状を呈するケース本体２の下端部側に厚さの薄いリン青銅板からなる摺動板３が半田付けにより一体的に取り付けられ、該摺動板３に黄銅板４とセラミック板５とからなる振動子（圧電素子）６が取り付けられ、前記黄銅板４とケース本体２との間に負極引き出し線７を接続し、前記セラミック板５に正極引き出し線８の一端部を取付け、該正極引き出し線８の他端部はケース本体２の側面に取付けたＢＮＣ接栓９に接続され、前記ケース本体の上端部には上蓋１０が気密状態に施蓋されて取り付けられた構成を有するものであり、従来例の固定型ＡＥセンサのように複数個所に固定して使用するものと違って、１個の移動型ＡＥセンサ１で複数個所をピンポイントで正確に且つ簡単に計測でき、作業性が良好であるので、従来使用されていた固定型ＡＥセンサに代わって、大幅なコストダウンが図れるので、この種の建築業界において広い範囲で使用可能である。

【符号の説明】

【0025】

１ 移動型ＡＥセンサ
２ ケース本体
３ 摺動板
４ 黄銅板
５ セラミック板
６ 振動子（圧電素子）
７ 振動子（圧電素子）
８ 正極引き出し線
９ ＢＮＣ接栓
１０ 上蓋
１１ ンクリート構造物
１２ ＰＣ鋼棒
１３ 支持部材
１４ 超音波又は衝撃弾性波を発生させる部材
１５ ハイパスフィルタ
１６ 波形記録装置（メモリハイコーダ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】