JP2003262554A

JP2003262554A - 構造物外力検知装置、及び構造物の外力検知方法

Info

Publication number: JP2003262554A
Application number: JP2002064149A
Authority: JP
Inventors: Masato Saito; 正人齊藤; Kenji Watanabe; 健治渡辺
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2003-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】実施方法が容易で、かつ構造物の損傷の箇所
等の検知が可能な構造物外力検知装置、及び構造物の外
力検知方法を提供する。【解決手段】可撓性材料からなり第１液１３が封入さ
れた第１容器１１と、脆性材料からなり第１液１３と反
応して化学発光を生じる第２液１４が封入され第１容器
１１に収容される第２容器１２を有し、杭の外力検知箇
所に配置される発光体１と、一端が第１液１３の内部に
挿入された光ファイバー２２と、光ファイバー２２の他
端に取り付けられる光検出器を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、構造物の外力が作
用した場合に発光させて検知する構造物外力検知装置
と、その装置を用いて構造物の外力を検知する方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、構造物に外力が作用した場合に、
損傷を生じたか否かを検知するための方法としては、破
壊試験（破壊検査）と、非破壊試験（非破壊検査）とが
ある。破壊試験（破壊検査）は、実際の材料を用いて作
製した供試体に荷重を加えて破壊し、供試体における損
傷の箇所やその状況等を観察又は計測し、実際の構造物
の場合に当てはめて判定する方法であり、直接的な方法
ということができる。

【０００３】一方、非破壊試験（非破壊検査）は、構造
物や供試体等を破壊せず、何らかの物理量を利用して構
造物等の内部の状況を推定しようとする方法であり、破
壊試験に比べると間接的な方法といえる。非破壊試験に
おいて利用する物理量としては、超音波、放射線、磁
気、材料破壊時に内部で発生する音（ＡＥ：Ａｃｏｕｓ
ｔｉｃＥｍｉｓｓｉｏｎ）などがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の方法においては、以下に述べるような各種の問
題点があった。

【０００５】破壊試験（破壊検査）の場合は、構造物ご
とに供試体作製とその破壊試験を行うとすると、そのた
めの時間、供試体作製の手間、費用がかかり、効率的で
はない、という問題がある。また、破壊は、作製された
供試体の形状、あるいはその寸法の影響が大きく、供試
体の形状等が異なると、破壊時の挙動も異なってくる。
このため、実際の構造物の場合に当てはめる場合には、
破壊試験結果に人間の判断や考察等を加えることにな
る。このことから、実際の構造物の損傷の状況等を精度
よく判定することは困難で、かつ熟練を要する、という
問題もあった。

【０００６】また、非破壊試験（非破壊検査）の場合
は、構造物の内部で何らかの破壊が発生した事実、ある
いは構造物の内部に何らかの損傷が存在する事実まで
は、検出できること多いが、その損傷の具体的な箇所、
損傷の形状や寸法の明確な把握は困難であることが多
い、という問題があった。

【０００７】また、場所打ちコンクリート杭のような地
下構造物は、地中に構築されるため、地震等の外力によ
り地下構造物の内部で何らかの破壊が発生、又は何らか
の損傷が存在する事実は、人間の目視による直接的な確
認が非常に困難である。このため、構造物の検査は容易
ではない、という問題があった。このような地下構造物
の検査については、行った例はあるが、この場合には、
場所打ちコンクリート杭等の地下構造物の周囲の掘り返
し作業等が伴うため、多大な費用等がかかる、という問
題もあった。

【０００８】本発明は上記の問題を解決するためになさ
れたものであり、本発明の解決しようとする課題は、実
施方法が容易で、かつ構造物の損傷の箇所等の検知が可
能な構造物外力検知装置、及び構造物の外力検知方法を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る構造物外力検知装置は、可撓性材料か
らなり第１液が封入された第１容器と、脆性材料からな
り前記第１液と反応して化学発光を生じる第２液が封入
され前記第１容器に収容される第２容器を有し、構造物
の外力検知箇所に配置される外力応答手段と、一端が前
記第１液の内部に挿入された光ファイバーと、前記光フ
ァイバーの他端に取り付けられるとともに光を検出する
光検出手段を備え、前記構造物の外力検知箇所に所定値
を越える外力が付加された場合には、前記第２容器が破
断して前記第２液が前記第１液内に漏出し、前記第２液
と前記第１液が反応して化学発光が発生し、発生した光
が前記光ファイバーを経て前記光検出手段により検出さ
れ、前記構造物の外力検知箇所に所定外力値を越える外
力が作用した旨を検知することを特徴とする。

【００１０】上記の構造物外力検知装置において、好ま
しくは、前記可撓性材料は、合成樹脂材料を含む。

【００１１】また、上記の構造物外力検知装置におい
て、好ましくは、前記脆性材料は、ガラス、又は陶磁材
料、若しくはセラミックス系材料を含む。

【００１２】また、上記の構造物外力検知装置におい
て、好ましくは、前記光検出手段は、受光することによ
り化学的変化を生じて可視物質を生成する感光部材であ
る。

【００１３】また、上記の構造物外力検知装置におい
て、好ましくは、前記光検出手段は光センサである。

【００１４】また、上記の構造物外力検知装置におい
て、好ましくは、前記構造物は基礎構造物である。

【００１５】また、本発明に係る構造物の外力検知方法
は、可撓性材料からなり第１液が封入された第１容器
と、脆性材料からなり前記第１液と反応して化学発光を
生じる第２液が封入され前記第１容器に収容される第２
容器を有し、構造物の外力検知箇所に配置される外力応
答手段と、一端が前記第１液の内部に挿入された光ファ
イバーと、前記光ファイバーの他端に取り付けられると
ともに光を検出する光検出手段を用い、前記構造物の外
力検知箇所に所定値を越える外力が付加された場合に
は、前記第２容器が破断して前記第２液が前記第１液内
に漏出し、前記第２液と前記第１液が反応して化学発光
が発生し、発生した光が前記光ファイバーを経て前記光
検出手段により検出され、前記構造物の外力検知箇所に
所定外力値を越える外力が作用した旨を検知することを
特徴とする。

【００１６】また、上記の構造物の外力検知方法におい
て、好ましくは、前記第２容器の強度が所定強度値に設
定されることにより前記構造物の所定外力値が定量的に
算定可能である。

【００１７】また、上記の構造物の外力検知方法におい
て、好ましくは、前記外力応答手段の外力検知箇所の配
置状態により前記構造物の所定外力値が定量的に算定可
能である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００１９】（１）第１実施形態図１は、本発明の第１実施形態である構造物損傷検出シ
ステムの構成を示す図である。また、図２は、図１に示
す構造物損傷検出システムにおける発光体のさらに詳細
な構成を示す断面図である。

【００２０】図１（Ａ）に示すように、この構造物損傷
検出システム１０１は、鉄道線路３００を支持する高架
橋２００の基礎である場所打ちコンクリート杭２０３の
コンクリート内部に設置されている発光体１と、接続部
材２と、光検出・送信部４と、通信ケーブル５と、構造
物管理部６を備えて構成されている。

【００２１】接続部材２は、その一部が場所打ちコンク
リート杭２０３のコンクリート内部や、高架橋２００の
フーチング２０２等の内部に設置され、その残部が高架
橋２００の外部に配置されている。また、図２（Ｂ）に
示すように、接続部材２は、その内部に光ファイバー２
２を有しており、光ファイバー２２の外側が保護部材２
１によって包囲された構造となっている。光ファイバー
２２の一端は、発光体１に接続し、また、光ファイバー
２２の他端は、光検出・送信部４に接続している。ま
た、光検出・送信部４と構造物管理部６は、通信ケーブ
ル５によって接続されている。なお、発光体１と、接続
部材２の一部は、場所打ちコンクリート杭２０３やフー
チング２０２のコンクリート打設前に所定箇所に配置さ
れ、コンクリート中に埋設されて設置される。

【００２２】次に、上記した発光体１のさらに詳細な構
成について、図２を参照しながら説明する。図２（Ａ）
に示すように、発光体１は、第１容器１１と、第２容器
１２と、第１液１３と、第２液１４を有して構成されて
いる。

【００２３】第１容器１１は、プラスチックス系材料や
ゴム系材料などの可撓性を有する材料（以下、「可撓性
材料」という。）からなり、内部が中空状となった円筒
形状に形成されている。また、第１容器１１の下端と上
端は、それぞれ円板状の部材により閉塞されている。第
１容器１１の略円筒状の外側部には、外側部を環状に取
り巻く溝状の凹部１１ｅが複数形成されている。これら
の複数の環状凹部１１ｅにより、場所打ちコンクリート
杭２０３の内部に埋設される発光体１の表面部に凹凸が
形成され、コンクリートに対する発光体１の付着性を向
上させ、杭内の応力が発光体１に伝達される性能を向上
させる効果を有している。なお、第１容器１１の上端と
なる円板には、後述する光ファイバー２２を挿通するた
めの挿通孔１１ａが開設されている。この第１容器１１
の内部には、第１液１３が封入されるとともに、第２容
器１２が収容されている。

【００２４】ここに、プラスチックス系材料としては、
いわゆる合成樹脂材料のほか、ＦＲＰ（ＦｉｂｅｒＲ
ｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ：繊維強化プラ
スチックス）等のプラスチックを用いた複合材料を含
む。また、ゴム系材料としては、天然ゴム、人造ゴムの
ほか、ゴムを用いた複合材料も含む。

【００２５】また、第２容器１２は、ガラス系材料や陶
磁材料やセラミックス系材料などの脆性を有する材料
（以下、「脆性材料」という。）からなり、内部が中空
状となった円筒形状に形成されている。また、第２容器
１２の下端と上端は、それぞれ円板状の部材により閉塞
されている。この第２容器１２の内部には、第２液１４
が封入されている。

【００２６】ここに、ガラス系材料としては、いわゆる
ガラスのほか、ガラスを用いた複合材料を含む。また、
陶磁材料としては、陶器、磁器のほか、これらを用いた
複合材料を含む。また、セラミックス系材料としては、
いわゆるセラミックスのほか、これらを用いた複合材料
も含む。

【００２７】また、第１容器１１の上端の円板に設けら
れた挿通孔１１ａには、環状の固定部材１５が嵌め込ま
れている。この固定部材１５は、プラスチックス系材料
やゴム系材料などの可撓性を有する材料から形成されて
おり、中央部に円柱状の開口部を有し、この開口部に後
述する光ファイバー２２が挿通されている。光ファイバ
ー２２の外径は、固定部材１５の開口部の内径よりもわ
ずかに大きな値となっており、光ファイバー２２を固定
部材１５の開口部に押し込むことにより、固定部材１５
の可撓性を利用して光ファイバー２２が嵌め込まれ、光
ファイバー２２の光入射端面２２ｃが第１容器１１内の
第１液１３の中に差し込まれた状態となっている。

【００２８】また、第１液１３としては、シュウ酸ビス
２，４，６−トリクロロフェニルというシュウ酸エステ
ルと、色素であるアントラセンと、サリチル酸ナトリウ
ムとを含む溶液が用いられている。また、第２液１４と
しては、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）の希釈水溶液が用いられ
ている。

【００２９】次に、上記した場所打ちコンクリート杭２
０３に、大きな外力、例えば地震動による力が作用し、
場所打ちコンクリート杭２０３の内部にき裂等の損傷が
発生した場合を例にとって、この第１実施形態の構造物
損傷検出システム１０１の詳細な構成とその作用を説明
する。

【００３０】上記のように、場所打ちコンクリート杭２
０３の内部にき裂等の損傷が発生するような大きな外力
が場所打ちコンクリート杭２０３に作用すると、そのコ
ンクリートの内部のいずれかの箇所に埋設されている発
光体１の第１容器１１は、可撓性材料により形成されて
いるため、例えば、弓状に曲がるように変形する。一
方、第１容器１１の内部に収容されている第２容器１２
は、脆性材料で形成されているため、ある程度以上の変
形には耐えられず、破断する。

【００３１】この結果、第２容器１２の内部に収容され
ていた希釈過酸化水素水溶液からなる第２液１４が、シ
ュウ酸エステルとアントラセンとサリチル酸ナトリウム
とを含む溶液である第１液１３の中に漏出し、第１液１
３と第２液１４の両者が互いに混合し、化学反応を起こ
す。

【００３２】まず、シュウ酸エステルと過酸化水素が反
応し、中間体が生成される。この中間体は、酸化物を経
て環状酸化物となる。この中間体が分解するときに、化
学エネルギーを色素アントラセンに付与し、色素アント
ラセンは、エネルギーが基底状態の場合より高い状態で
ある励起状態となる。励起されたアントラセンは、エネ
ルギーが最低で最も安定した状態である基底状態に戻る
ときに、エネルギーを光として放出するため、可視光が
放射される。この発光（以下、「化学発光」という。）
は、数十秒から数分程度持続する。この場合、サリチル
酸ナトリウムは、上記の化学発光反応の触媒として作用
する。

【００３３】第１容器１１内で生じた化学発光の光は、
図２（Ｄ）に示すように、第１容器１１の内部に差し込
まれた光ファイバー２２の光入射端面２２ｃから、光フ
ァイバー２２の内部に入射する。光ファイバー２２は、
図２（Ｄ）に示すように、例えば、鉛筆に類似した構成
を有しており、鉛筆の中心部の黒鉛芯に相当する部分２
２ａは、「コア」と呼ばれる。また、鉛筆の黒鉛芯の周
囲を取り巻いている木材の部分に相当する部分２２ｂ
は、「クラッド」と呼ばれる。

【００３４】コア２２ａとクラッド２２ｂは、それぞ
れ、ガラス系材料や透明プラスチックス材料等の透明材
料により形成されている。この場合、コア２２ａを形成
する材料中には、微量な物質が添加され、コア２２ａの
屈折率がクラッド２２ｂの屈折率よりも０．１〜３％程
度だけ高くなるように設定されている。

【００３５】このような構成により、光ファイバー２２
のコア２２ａに入射した化学発光の光線Ｌは、図２
（Ｄ）に示すように、コア２２ａとクラッド２２ｂとの
境界面２２ｄで全反射しながら、コア２２ａの中を伝搬
し、光ファイバー２２の他端にある光検出・送信部４へ
到達する。

【００３６】図３は、図１に示す構造物損傷検出システ
ムにおける光検出・送信部４のさらに詳細な構成を示す
ブロック図である。

【００３７】図３に示すように、光検出・送信部４は、
きょう体４０と、光検出器４１と、増幅器４２と、Ａ／
Ｄコンバータ４３と、入出力インタフェース４４ａ及び
４４ｂと、ＣＰＵ４５と、ＲＯＭ４６と、ＲＡＭ４７
と、送信機４９を有して構成されている。また、きょう
体４０は、例えば、図１（Ａ）に示すように、高架橋２
００の柱２０１に取り付けられている。

【００３８】発光体１から光ファイバー２２中を伝達さ
れてきた光線Ｌは、光検出器４１によって検出され、電
気量、例えば電流に変換されて出力される。光検出器４
１としては、例えば、フォト・ダイオード、フォト・ト
ランジスタ等の光センサが用いられる。フォト・ダイオ
ードとしては、ＰＮフォト・ダイオード、又はＰＩＮフ
ォト・ダイオード、あるいはアバランシェ・フォト・ダ
イオード等が含まれる。光検出器４１から出力された電
流は、増幅器４２により増幅される。増幅後の電流は、
Ａ／Ｄコンバータ４３により、アナログ量からディジタ
ル量に変換され、入出力インタフェース４４ａを経てＣ
ＰＵ４５に送られる。

【００３９】ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓ
ｉｎｇＵｎｉｔ：中央演算処理装置）４５は、図示は
していないが、ＣＰＵ４５の内部での電流（信号）の授
受を行うための信号線である内部バスを有しており、こ
の内部バスに、演算部と、レジスタと、クロック生成部
と、命令処理部等を有している。ＣＰＵ４５内の演算部
は、一般に、レジスタに記憶されている各種データに対
して、四則演算（加算、減算、乗算、及び除算）を行
い、又は論理演算（論理積、論理和、否定、排他的論理
和など）を行い、又はデータ比較、若しくはデータシフ
トなどの処理を実行する部分である。処理の結果は、レ
ジスタに格納されるのが一般的である。

【００４０】レジスタは、一般に、１語のデータを記憶
する部分である。通常、ＣＰＵ４５内には、複数のレジ
スタが設けられている。クロック生成部は、ＣＰＵ４５
の各部分の時間の同期をとるための刻時信号（クロック
信号）を生成する部分である。ＣＰＵ４５は、このクロ
ック信号に基づいて動作する。命令処理部は、演算部等
が実行すべき命令の取り出し、その解読、及びその実行
などを制御し処理する部分である。

【００４１】ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒ
ｙ：読出し専用メモリ）４６は、ＣＰＵを制御するため
の制御プログラムや、ＣＰＵが用いる各種データ等を格
納している部分である。ＲＯＭとしては、半導体チップ
により構成されるものと、ハードディスク装置等が用い
られる。ハードディスク装置は、図示はしていないが、
その内部に、円盤状の磁気ディスクを有しており、この
磁気ディスクをディスク駆動機構により回転駆動し、磁
気ヘッドをヘッド駆動機構によって磁気ディスクの任意
位置に移動させ、磁気ディスク表面の磁性膜を磁気ヘッ
ドからの書込電流によって磁化することによりデータを
記録し、磁化された磁性膜の上を磁気ヘッドが移動する
際に磁気ヘッドのコイル等に流れる電流を検出すること
により記録データを読み出す装置である。

【００４２】上記した制御プログラムは、ＯＳ（Ｏｐｅ
ｒａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）等のＣＰＵ４５の基本ソ
フトウェアのほか、各種の処理や分析演算等をＣＰＵ４
５に実行させるための命令等の処理手順が、所定のプロ
グラム用言語で記述された文字や記号の集合である。

【００４３】また、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓ
ｓＭｅｍｏｒｙ：随時書込み読出しメモリ）４７は、
ＣＰＵ４５により演算された途中のデータ等を一時記憶
する部分である。ＲＡＭは、半導体チップにより構成さ
れるものが主である。

【００４４】上記のような構成により、ＣＰＵ４５は、
光検出器４１からの電気出力を検出すると、「検出した
光を発生した発光体１の箇所の杭コンクリートに損傷が
発生した」と判断し、「杭に損傷発生」を表現するフラ
グ等のデータに、杭の位置等を特定するための情報（例
えば、杭の位置の位置座標等のデータ）を付加して出力
信号を生成する。

【００４５】ＣＰＵ４５によって生成されたディジタル
電気信号は、入出力インタフェース４４ｂを経て送信機
４９に送られる。送信機４９は、ディジタル電気信号を
そのまま、または他の信号形態（例えば光信号）に変換
し、通信ケーブル５によって構造物管理部６へ送信す
る。通信ケーブル５としては、電流を導通させる導線、
光ファイバー等が用いられる。

【００４６】構造物管理部６は、図１（Ａ）に示すよう
な構成を有している。すなわち、構造物管理部６は、あ
る鉄道線区（例えば、「山手線」や「埼京線」等。）の
鉄道線路に関連する構造物を統括して管理する施設であ
り、中央コンピュータ６１と、構造物状態表示盤６２
と、記憶・出力装置６３を有して構成されている。

【００４７】中央コンピュータ６１には、この線区の各
構造物、例えば高架橋の各杭の光検出・送信部からの通
信ケーブル５ａ〜５ｄなどが接続しており、その構造物
からのデータが集中するようになっている。構造物状態
表示盤６２は、図１（Ｂ）に示すように、表示パネル部
６２ａと、操作卓６２ｂを有している。表示パネル部６
２ａには、この線区全体が表示され、杭等の構造物がラ
ンプ等によって表現されている。このような構成によ
り、損傷が発生した箇所は、図１（Ｂ）において６２ｃ
で図示されるように、操作者（構造物管理者）が視認で
きる状態、例えばランプの点灯や点滅の状態となる。記
憶・出力装置６３は、損傷の履歴等を記録媒体に記憶さ
せたり、印字等を行う装置である。

【００４８】上記した第１実施形態の構造物損傷検出シ
ステム１０１によれば、以下のような利点がある。

【００４９】ａ）鉄道の構造物等に大きな外力（例えば
地震動等）が付加されて損傷が発生した場合に、損傷し
た部分の位置等を、容易に、かつリアルタイムで検出す
ることができる。

【００５０】ｂ）杭等の地下構造物のように、地盤Ｇの
内部に構築されているため、そのままでは目視が不可能
な箇所の損傷についても、支障なく検出することができ
る。

【００５１】ｃ）鉄道や道路のように、線状に長い範囲
にわたる施設において、各構造物の損傷の有無を集中的
に監視することができる。

【００５２】上記した第１実施形態において、構造物外
力検知システム１０１は、特許請求の範囲における構造
物外力検知装置に相当している。また、発光体１は、特
許請求の範囲における外力応答手段に相当している。ま
た、光検出・送信部４の光検出器４１とＣＰＵ４５は、
特許請求の範囲における光検出手段に相当している。

【００５３】なお、上記した第２容器１２の破断強度を
調整して所定強度値に設定することにより、発光体１の
発光が生じた場合には、ＣＰＵ４５が、「場所打ちコン
クリート杭２０３の当該発光体設置箇所に所定外力値が
付加された」と定量的に算定し、その旨を構造物管理部
６に送信するように構成することもできる。

【００５４】また、発光体１の配置状態を適宜に工夫す
ることにより、例えば、杭２０３における鉛直方向の高
さ位置が異なる複数の位置に発光体１を配置したり、杭
の中心付近とその周囲の異なる位置に発光体１を配置す
ることにより、杭２０３の内部の損傷状態から逆算する
ことにより、ＣＰＵ４５が、杭２０３に作用した所定外
力値を定量的に算定することも可能である。

【００５５】（２）第２実施形態本発明は、上記した第１実施形態以外の構成によっても
実現可能である。図４は、本発明の第２実施形態である
構造物損傷検出システムの構成を示す図である。また、
図５は、図４に示す構造物損傷検出システムにおける構
造物内挿入部材のさらに詳細な構成を示す断面図であ
る。

【００５６】図４（Ａ）に示すように、第２実施形態の
構造物損傷検出システム１０２は、鉄道線路３００を支
持する高架橋２００の基礎である場所打ちコンクリート
杭２０３のコンクリート内部に設置された構造物内挿入
部材３と、この構造物内挿入部材３の内部に設置されて
いる発光体１Ａと、接続部材２と、光検出・送信部４
と、通信ケーブル５と、構造物管理部６を備えて構成さ
れている。

【００５７】この第２実施形態の構造物損傷検出システ
ム１０２が、第１実施形態の構造物損傷検出システム１
０１と異なる点は、場所打ちコンクリート杭２０３のコ
ンクリート内部に外部から構造物内挿入部材３が挿入さ
れ、この構造物内挿入部材３の内部に発光体１Ａが配置
されている点である。したがって、第２実施形態の構造
物損傷検出システム１０２は、すでに構築されている場
所打ちコンクリート杭２０３の内部に、後から発光体１
Ａを設置する場合に好適である。なお、接続部材２と、
光検出・送信部４と、通信ケーブル５と、構造物管理部
６の構成と作用については、第１実施形態の場合と同様
であるので、その説明は省略する。

【００５８】次に、第２実施形態の場合の、構造物内挿
入部材３と、発光体１Ａの設置方法について、図４及び
図５を参照しつつ詳細に説明する。

【００５９】まず、削孔機等（図示せず）により、地上
から場所打ちコンクリート杭２０３に向けて、削孔を行
い、円柱状の挿入孔２０４を形成する。次に、挿入孔２
０４の中に挿入管３１を挿入する。挿入管３１は、プラ
スチックス系材料やゴム系材料などの可撓性を有する可
撓性材料からなり、内部が中空状となった円筒形状に形
成されている。これは、場所打ちコンクリート杭２０３
に大きな外力が付加されても、挿入管３１を形成する材
料の強度や剛性が大きいと、挿入管３１の内部の発光体
１Ａに作用する力が減殺され、発光体１Ａ内部の第２容
器１２が破断せず、発光が生じないか、光検出器での検
出感度以下の微弱な発光となる場合があるからである。

【００６０】また、挿入管３１の外径は挿入孔２０４の
内径よりもわずかに小さい値に設定されている。この場
合、挿入孔２０４と挿入管３１とを接着剤等により接着
すれば、挿入孔２０４と挿入管３１との間で「滑り」が
生じることが防止され、場所打ちコンクリート杭２０３
に加わった外力に応じた変形が支障なく挿入管３１に作
用する。

【００６１】次に、挿入管３１の内部における発光体１
Ａの位置を所定箇所に設定するため、挿入管３１の内部
の空洞部に、位置決め部材３２ａを挿入し、先端までの
長さがあらかじめ計測された所定長さの棒状の定規部材
等（図示せず）によって背後から押し込む等の方法で所
定箇所まで挿入し、その後、接着剤等により挿入管３１
の内部に固定する。位置決め部材３２ａは、挿入管３１
の強度や剛性をあまり増加させない材料、例えば、発泡
性合成樹脂材料などが用いられる。

【００６２】次に、発光体１Ａを地上の外部から挿入管
３１内に挿入し、棒状部材等（図示せず）により背後か
ら押し込むことにより、あらかじめ位置決め部材３２ａ
が設置された箇所まで移動させる。その後、接着剤等に
より、発光体１Ａを挿入管３１の内部に固定する。次
に、挿入管３１内の発光体１Ａの背後に、上記と同様に
して、他の位置決め部材３２ｂを挿入する。この場合、
発光体１Ａの外表面には、発光体１に設けられていたよ
うな環状凹部（１１ｅ）は設けられていない。これは、
第２実施形態においては、発光体１Ａの外表面には、杭
のコンクリートとの付着性は必要ないからである。な
お、発光体１Ａの背後（地上に近い方）の位置決め部材
３２ｂについては、後述するように、現存の発光体を引
き抜いて新たな発光体と交換し、再度挿入する作業が予
想されるため、接着剤等による挿入管３１への固定は行
わない。これにより、発光体１Ａが挿入管３１の内部の
所定箇所に位置決めされて設置される。

【００６３】第２実施形態の構造物損傷検出システム１
０２によれば、上記した第１実施形態の場合と同様の利
点に加え、以下のような利点がある。

【００６４】ｄ）すでに構築された構造物の内部に、外
部（例えば地上）から発光体１Ａを設置し、その後に構
造物に大きな外力（例えば地震動等）が付加されて損傷
が発生した場合に、損傷した部分の位置等を、容易に、
かつリアルタイムで検出することができる。

【００６５】ｅ）発光体１Ａが使用されて化学発光が済
んでしまった場合や、発光体１Ａの設置後に発光せずに
長期間が経過し発光体１Ａの性能劣化が予想される場合
などに、発光体１Ａの新品との交換を容易に行うことが
可能である。

【００６６】なお、挿入管３１内の既存の発光体１Ａを
新品と交換する時には、既存の発光体１Ａに取り付けら
れている接続部材２を引っ張って地上まで引き上げるこ
とになる。このため、接続部材２のうち、光ファイバー
２２の外側に配置される保護部材２１としては、アラミ
ド樹脂（例えばケブラー繊維）等の引張り強度の高い材
料を用いることが望ましい。また、図２（Ｃ）に示すよ
うに、接続部材２の保護部材２１の端部は、接着剤等の
接合部材１６によって、発光体１Ａの固定部材１５と接
合している。このため、この接合部材１６も、引張り強
度の高い材料を用いることが望ましい。

【００６７】また、挿入管３１の内部の空洞は、外力、
変形、挿入管自体の経年変化等により、当初の大きさよ
りも縮小する可能性がある。このように、挿入管３１の
内部の空洞が縮小すると、接続部材２の保護部材２１を
引っ張っても、発光体１Ａを外部に引き出すことができ
なくなるおそれがある。このため、図５に示すように、
挿入管３１の内部空洞に、内部空洞保持部材３３を挿入
し、内部空洞のつぶれを防止する。

【００６８】内部空洞保持部材３３の材料としては、プ
ラスチックス系材料やゴム系材料などの可撓性を有する
可撓性材料が望ましい。また、挿入管３１内の既存の発
光体１Ａを新品と交換する時には、まず内部空洞保持部
材３３を引き出す必要があるから、内部空洞保持部材３
３と挿入管３１との間の摩擦は小さいことが望ましい。
このため、挿入管３１と内部空洞保持部材３３との間に
は、油脂やグリース等の潤滑材を配置するとよい。

【００６９】上記した第２実施形態において、構造物外
力検知システム１０２は、特許請求の範囲における構造
物外力検知装置に相当している。

【００７０】（３）第３実施形態本発明は、上記した各実施形態以外の構成によっても実
現可能である。図６は、本発明の第３実施形態である構
造物損傷検出システムの構成を示す図である。また、図
７は、図６に示す構造物損傷検出システムにおける光検
出部のさらに詳細な構成を示す図である。

【００７１】図６に示すように、第３実施形態の構造物
損傷検出システム１０３は、鉄道線路３００を支持する
高架橋２００の基礎である場所打ちコンクリート杭２０
３のコンクリート内部に設置されている発光体１と、接
続部材２と、光検出部７を備えて構成されている。

【００７２】この第３実施形態の構造物損傷検出システ
ム１０３が、第１実施形態の構造物損傷検出システム１
０１と異なる点は、光検出・送信部４のかわりに光検出
部７が設けられ、通信ケーブル５及び構造物管理部６は
設けられていない点である。したがって、第３実施形態
の構造物損傷検出システム１０３は、杭等の構造物の集
中監視は行わず、各構造物ごとに損傷の有無等を検出す
るシステムである。なお、発光体１と、接続部材２の構
成と作用については、第１実施形態の場合と同様である
ので、その説明は省略する。

【００７３】次に、第３実施形態の場合の、光検出部７
のさらに詳細な構成とその作用について、図６及び図７
を参照しつつ詳細に説明する。

【００７４】図７（Ａ）、図７（Ｂ）、及び図７（Ｃ）
に示すように、光検出部７は、接続部材２の他端（発光
体１が取り付けられている端部とは反対側の端部）に設
置されており、銀塩写真機に類似した構成を有してお
り、きょう体７０と、きょう体７０に設けられたフィル
ム装着部７１と、きょう体７０に設けられたフィルム巻
取部７２と、きょう体７０の内部に設けられた光像生成
部７３を有して構成されている。きょう体７０は、例え
ば、図６に示すように、高架橋２００の柱２０１に取り
付けられている。また、光像生成部７３は、図７（Ｃ）
及び図７（Ｄ）に示すように、接続部材２の光ファイバ
ー２２の他端（発光体１が取り付けられている端部とは
反対側の端部）に設置されている。

【００７５】また、図７（Ｄ）に示すように、発光体１
から光ファイバー２２中を伝達されてきた光線Ｌは、光
像生成部７３の第１レンズ７３ａと第２レンズ７３ｂに
よって拡大され、開口板７３ｃの開口７３ｄを通って、
開口板７３ｃの背後に設置されている感光フィルム８１
の感光面８１ａに結像する。この場合、感光フィルム８
１は、感光面８１ａとその背後の面を、フィルム押え部
７０ｄ及び７０ｅによって挟まれ、感光面８１ａが開口
板７３ｃに密着するように押さえられている。

【００７６】開口板７３ｃに形成された開口７３ｄは、
例えば、「＋」等の形状となっており、感光フィルム８
１の感光面８１ａには、図７（Ｆ）に示すように、開口
７３ｄの形状と相似な形状の感光像８２が形成される。

【００７７】また、感光フィルム８１は、帯状のシート
状部材であり、その一面には、感光部材、例えば銀系の
塩等が塗布されており、受光することにより化学的変化
を生じて可視物質を生成することができる。この面は、
感光面８１ａを形成している。感光フィルム８１は、当
初は、ケース８０の内部のフィルム軸８３に巻き取られ
た状態となっており、全体として感光媒体８を構成して
いる。フィルム装着部７１は、装着軸７１ｂを有してお
り、この装着軸７１ｂがフィルム軸８３と嵌合するよう
になっている。

【００７８】また、フィルム巻取部７２は、巻取ツマミ
７２ａと巻取軸７２ｂと巻取ドラム７２ｃを有してお
り、引き出された感光フィルム８１の端部が、巻取ドラ
ム７２ｃに固定可能となっている。また、巻取ツマミ７
２ａを回動することにより、巻取軸７２ｂと、巻取ドラ
ム７２ｃを回転させ、感光フィルム８１を巻き出すこと
ができるようになっている。

【００７９】また、フィルム装着部７１の装着軸７１ｂ
には、巻戻ツマミ７１ａが設けられており、巻戻ツマミ
７１ａを回動することにより、装着軸７１ｂを回転さ
せ、感光した感光フィルム８１を巻き戻し、ケース８０
内に再び収納することができるようになっている。

【００８０】また、きょう体７０には、蝶番７０ｂによ
り蓋７０ａが取り付けられており、開閉レバー７０ｃを
操作することにより開閉可能な構成となっている。この
ような構成により、構造物の検査者は、地震等が発生し
た後、内部の感光フィルム８１をケース８０内に巻き戻
し、蓋７０ａを開けて回収し、通常の銀塩写真の場合と
同様な方法で現像し、写真を得ることができる。その結
果、上記したような感光像８２が形成された写真であっ
た場合には、検査者は、場所打ちコンクリート杭２０３
の発光体１の位置に、所定値以上の外力が作用し、損傷
が発生した事実を知ることができる。

【００８１】第３実施形態の構造物損傷検出システム１
０３によれば、上記した第１、２実施形態の場合と同様
の利点に加え、以下のような利点がある。

【００８２】ｆ）発光体１の発光の検出を感光フィルム
８１で行い、光検出器等の電気的機器を用いないため、
光検出器等を駆動するための電力が不要で、システムの
維持コストが低廉である。

【００８３】上記した第３実施形態において、構造物外
力検知システム１０３は、特許請求の範囲における構造
物外力検知装置に相当している。また、光検出部７の感
光フィルム８１は、特許請求の範囲における光検出手段
に相当している。

【００８４】なお、本発明は、上記した各実施形態に限
定されるものではない。上記各実施形態は、例示であ
り、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と
実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するも
のは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包
含される。

【００８５】例えば、上記各実施形態においては、第１
液としてシュウ酸エステルとアントラセンとサリチル酸
ナトリウムを含む溶液を用い、第２液として過酸化水素
希釈水溶液を用いる例について説明したが、本発明はこ
れには限定されず、他の構成、例えば、第１液と第２液
を逆にしてもよい。

【００８６】また、化学発光は、他の物質の組み合わせ
によっても可能である。例えば、上記した色素アントラ
センのかわりに、クレシルバイオレットアセテート、１
３，１３´−ジベンズアントロニル、９，１０−ジフェ
ニルアントラセン、エオシンＹ、フルオレセイン二ナト
リウム塩、イソビオラントロン、フェナントレンキノ
ン、ローダミンＢ、ローダミン６Ｇ、ローダミン１１
０、ルブレン（９，１０，１１，１２−テトラフェニル
ナフタセン）、テトラセン（２，３−ベンズアントラセ
ン）、ビオラントロン、ルミノール（３−アミノフタル
ヒドラジド）、ルミノールとヘモグロビンの混合物、ル
シゲニン（硝酸ビス−Ｎ−メチルアクリジニウム）、ア
ントラセンの混合物、塩化トリス（２，２´−ビピリジ
ル）ルテニウム（ＩＩ）六水和物などを用いてもよい。

【００８７】また、過酸化水素水溶液のかわりに、過酸
化水素水とアルカリ（例えば水酸化ナトリウム等）を混
合したアルカリ性過酸化水素水溶液、フタル酸エステル
を溶媒として過酸化水素を溶解させた溶液、過酸化水素
水とジクロロメタンの混合溶液、ジメチルスルホキシ
ド、その他の無機酸、有機酸（例えば酢酸）などを用い
てもよい。

【００８８】また、これらの過酸化水素等と反応して化
学エネルギーを持つ中間体を生成するための物質とし
て、シュウ酸エステルのかわりに、他の有機エステル、
ジクロロメタン（ＣＨ₂Ｃｌ₂）中の塩素ガス（Ｃ
ｌ₂）、ジクロロメタン中の臭素（Ｂｒ₂）、ジクロロメ
タン中のヨウ素（Ｉ₂）、次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）、次
亜塩素酸塩水溶液（例えば、次亜塩素酸ナトリウム：Ｎ
ａＣｌＯの水溶液など）、塩化オキサリル（Ｃｌ₂Ｃ₂Ｏ
₂）とジクロロメタンの混合溶液などを用いてもよい。

【００８９】また、化学発光反応の触媒としては、サリ
チル酸ナトリウムのかわりに、他のサリチル酸塩、水酸
化ナトリウム、水酸化ホウ素ナトリウム、炭酸ナトリウ
ム、炭酸水素ナトリウム、炭酸アンモニウム、ホウ酸ナ
トリウム、リン酸ナトリウム、硫酸銅、酸化銅、二酸化
鉛などの各種の塩（化合物）などを用いてもよい。

【００９０】なお、第１液と第２液は、化学エネルギー
を有し色素にエネルギーを付与する中間体を生成する化
学反応が開始しない状態であれば、上記した各物質をど
のように振り分けてもよい。

【００９１】また、第１容器、第２容器の形状は、上記
した円筒形状には限定されず、他の形状、例えば、楕円
断面の筒状、多角形断面の筒状などであってもよい。ま
た、第１容器の外表面に形成される凹凸の形状は、環状
凹部以外に、環状凸部、螺旋状の凸部又は凹部、多数の
イボ状の凸部、多数の穴状の凹部等であってもよい。

【００９２】また、光ファイバーを第１容器に挿入する
箇所の構成は、図２（Ｃ）に図示した構成に限定され
ず、他の構成でもよい。要は、光ファイバーが第１液の
中に差し込まれて化学発光の光が光ファイバーの内部に
入射可能であり、かつ第１液が漏出しないような構成で
あれば、どのような構成であってもよいのである。さら
に、光ファイバーは、第２容器内の第２液の中に挿入さ
れるように構成されてもよく、光ファイバーが第２液の
中に差し込まれて化学発光の光が光ファイバーの内部に
入射可能であり、かつ第２液が漏出しないような構成で
あれば、どのような構成であってもよい。

【００９３】また、第１容器の可撓性の程度、第２容器
の脆性の程度は、適宜に設定可能である。これらの値を
どのように設定するかにより、検出しようとする構造物
の外力、損傷の程度を調整することができる。また、第
２容器の外径を第１容器の内径よりもわずかに小さく設
定しておけば、小さい外力でも容易に第２容器を破断さ
せることができる。

【００９４】また、第１容器の内面や外面にメッキ等を
ほどこしたり、第１容器の内面や外面を黒色にしたり、
第１容器を黒色の材料で形成してもよい。このようにす
れば、第１容器内で発生した光を外部に漏らさず、光フ
ァイバーへ入射させることに役立つ。すなわち、光ファ
イバーに入射する光の量を増加させることができ、光検
出の感度を向上させることができる。

【００９５】また、第２容器を透明材料で作製してもよ
い。このようにすると、光ファイバーから遠い側で発生
した光を第２容器内を透過させて光ファイバーの方へ導
くことができるため、光ファイバーへ入射する光量を増
加させる効果がある。

【００９６】また、光センサは、上記したもののほか
に、光電管、光電子増倍管等も含む。

【００９７】また、外力を検出する対象である構造物
は、杭に限定されず、他の基礎構造物であってもよい。
あるいは基礎構造物以外の構造物であってもよい。

【００９８】また、外力応答手段である発光体の配置位
置、配置状態は、上記した第１、第３実施形態の例、す
なわち発光体の長手方向が鉛直上下方向に平行となる状
態、あるいは、第２実施形態の例、すなわち発光体の長
手方向が鉛直上下方向に対して傾斜した状態には限定さ
れない。その他の状態、例えば、発光体の長手方向が水
平方向に平行となる状態、あるいは発光体の長手方向が
杭の断面における円の接線の方向となる状態などであっ
てもよい。

【００９９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
可撓性材料からなり第１液が封入された第１容器と、脆
性材料からなり第１液と反応して化学発光を生じる第２
液が封入され第１容器に収容される第２容器を有し、構
造物の外力検知箇所に配置される外力応答手段と、一端
が第１容器の内部に挿入された光ファイバーと、光ファ
イバーの他端に取り付けられる光検出手段を備えるよう
に構成したので、構造物の外力検知箇所に所定値を越え
る外力が付加された場合には、第２容器が破断して前記
第２液が第１液内に漏出し、第２液と第１液が反応して
化学発光が発生し、発生した光が光ファイバーを経て光
検出手段により検出され、構造物の外力検知箇所に所定
外力値を越える外力が作用した旨を容易に検知すること
ができる、という利点を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態である構造物損傷検出シ
ステムの構成を示す図である。

【図２】図１に示す構造物損傷検出システムにおける発
光体のさらに詳細な構成を示す断面図である。

【図３】図１に示す構造物損傷検出システムにおける光
検出・送信部のさらに詳細な構成を示すブロック図であ
る。

【図４】本発明の第２実施形態である構造物損傷検出シ
ステムの構成を示す図である。

【図５】図４に示す構造物損傷検出システムにおける構
造物内挿入部材のさらに詳細な構成を示す断面図であ
る。

【図６】本発明の第３実施形態である構造物損傷検出シ
ステムの構成を示す図である。

【図７】図６に示す構造物損傷検出システムにおける光
検出部のさらに詳細な構成を示す図である。

【符号の説明】

１、１Ａ発光体２接続部材３構造物内挿入部材４光検出・送信部５〜５ｄ通信ケーブル６構造物管理部７光検出部８感光媒体１１第１容器１１ａ挿通孔１１ｅ環状凹部１２第２容器１３第１液１４第２液１５固定部材１６接合部材２１保護部材２２光ファイバー２２ａコア２２ｂクラッド２２ｃ光入射端面２２ｄコア・クラッド境界面３１挿入管３２ａ、３２ｂ位置決め部材３３内部空洞保持部材４０きょう体４１光検出器４２増幅器４３Ａ／Ｄコンバータ４４ａ、４４ｂ入出力インタフェース４５ＣＰＵ４６ＲＯＭ４７ＲＡＭ４９送信機６１中央コンピュータ６２構造物状態表示盤６２ａ表示パネル部６２ｂ操作卓６２ｃ損傷発生箇所６３記憶・出力装置７０きょう体７０ａ蓋７０ｂ蝶番７０ｃ開閉レバー７０ｄ、７０ｅフィルム押え部７１フィルム装着部７１ａ巻戻ツマミ７１ｂ装着軸７２フィルム巻取部７２ａ巻取ツマミ７２ｂ巻取軸７２ｃ巻取ドラム７３光像生成部７３ａ第１レンズ７３ｂ第２レンズ７３ｃ開口板７３ｄ開口８０ケース８１感光フィルム８１ａ感光面８２感光像８３フィルム軸１０１〜１０３構造物損傷検出システム２００高架橋２０１柱２０２フーチング２０３場所打ちコンクリート杭２０４挿入孔３００鉄道線路Ｇ地盤Ｌ光線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】可撓性材料からなり第１液が封入された
第１容器と、脆性材料からなり前記第１液と反応して化
学発光を生じる第２液が封入され前記第１容器に収容さ
れる第２容器を有し、構造物の外力検知箇所に配置され
る外力応答手段と、一端が前記第１液又は第２液の内部に挿入された光ファ
イバーと、前記光ファイバーの他端に取り付けられるとともに光を
検出する光検出手段を備え、前記構造物の外力検知箇所に所定値を越える外力が付加
された場合には、前記第２容器が破断して前記第２液が
前記第１液内に漏出し、前記第２液と前記第１液が反応
して化学発光が発生し、発生した光が前記光ファイバー
を経て前記光検出手段により検出され、前記構造物の外
力検知箇所に所定外力値を越える外力が作用した旨を検
知することを特徴とする構造物外力検知装置。
【請求項２】請求項１記載の構造物外力検知装置にお
いて、前記可撓性材料は、合成樹脂材料を含むことを特徴とす
る構造物外力検知装置。
【請求項３】請求項１記載の構造物外力検知装置にお
いて、前記脆性材料は、ガラス、又は陶磁材料、若しくはセラ
ミックス系材料を含むことを特徴とする構造物外力検知
装置。
【請求項４】請求項１記載の構造物外力検知装置にお
いて、前記光検出手段は、受光することにより化学的変化を生
じて可視物質を生成する感光部材であることを特徴とす
る構造物外力検知装置。
【請求項５】請求項１記載の構造物外力検知装置にお
いて、前記光検出手段は光センサであることを特徴とする構造
物外力検知装置。
【請求項６】請求項１記載の構造物外力検知装置にお
いて、前記構造物は基礎構造物であることを特徴とする構造物
外力検知装置。
【請求項７】可撓性材料からなり第１液が封入された
第１容器と、脆性材料からなり前記第１液と反応して化
学発光を生じる第２液が封入され前記第１容器に収容さ
れる第２容器を有し、構造物の外力検知箇所に配置され
る外力応答手段と、一端が前記第１液又は第２液の内部に挿入された光ファ
イバーと、前記光ファイバーの他端に取り付けられるとともに光を
検出する光検出手段を用い、前記構造物の外力検知箇所に所定値を越える外力が付加
された場合には、前記第２容器が破断して前記第２液が
前記第１液内に漏出し、前記第２液と前記第１液が反応
して化学発光が発生し、発生した光が前記光ファイバー
を経て前記光検出手段により検出され、前記構造物の外
力検知箇所に所定外力値を越える外力が作用した旨を検
知することを特徴とする構造物の外力検知方法。
【請求項８】請求項７記載の構造物の外力検知方法に
おいて、前記第２容器の強度が所定強度値に設定されることによ
り前記構造物の所定外力値が定量的に算定可能であるこ
とを特徴とする構造物の外力検知方法。
【請求項９】請求項７記載の構造物の外力検知方法に
おいて、前記外力応答手段の外力検知箇所の配置状態により前記
構造物の所定外力値が定量的に算定可能であることを特
徴とする構造物の外力検知方法。