JP2009103632A - 線状検出具 - Google Patents

Abstract

【課題】密着性のよい線状検出具を提供すること。
【解決手段】被検出物に発生する疲労亀裂を検出するための検出線１１，１１と、帯状のフィルム１２とが一体に重ねられ、被検出物に対して接着剤２０によって接着するようにしたものであって、フィルム１２の幅方向端部には長手方向に沿って複数の固定孔１５が形成された線状検出具１０。
【選択図】 図３

Description

本発明は、鋼橋などの構造物について疲労亀裂をモニタリングする疲労亀裂検出システムを構成する線状検出具に関する。

鋼橋などの構造物は、長期にわたって繰り返し振動を受け金属疲労による疲労亀裂が発生することがある。そのため、安全管理と効率的な維持管理の観点から早期発見とその対策が必要であり、下記特許文献１には、それに対応した疲労亀裂検出システムが提案されている。
図６は、従来の疲労亀裂検出システムが適用された鋼橋の全体図である。疲労亀裂検出システム１００は、被検出物である鋼橋１５０の疲労亀裂を検出するためのシステムであって、鋼橋１５０の表面に沿って並べられた２本の検出線１１１と、亀裂場所特定装置１２０とを備えている。

そして、検出線１１１には亀裂場所特定装置１２０からマイクロパルスが間欠的に発信され、断線箇所で反射するマイクロパルスを受信して往復時間を計測することで、発信点から破断点までの距離を計測して亀裂発生箇所を特定する。従って、２本の検出線１１１は、鋼橋１５０の亀裂想定箇所を通るようにして貼り付けられる。その際、図７に示すように、２本の検出線１１１は、上下一対のフィルム１１２に挟み込んで一体にした線状検出具１１０として形成され、それが鋼橋１５０に対して硬めの接着剤１１８によって接着される。
特開２００５−１５６５５２号公報

前述した疲労亀裂検出システムなどでは、検出線１１１が硬めの接着剤によって被検出物に接着されるため、その箇所に疲労亀裂が発生した場合に接着剤が割れ、一体に接着されている線状検出具１１０のフィルム１１２及び検出線１１１が切れる。このような現象は、疲労亀裂の幅が１０マイクロメートル程度で生じるため、線状検出具１１０の接着が剥がれるなどして浮いた状態になっていると、当該部分で疲労亀裂が生じてもその変化を浮いた部分が吸収してしまい、検出線１１１が切れずに疲労亀裂の検出性能を低下させてしまう。従って、線状検出具１１０は、そのフィルム１１２が接着剤１１８によって被検出物表面に密着していることが重要である。

一般に亀裂の変形様式は３つの独立した形式に分類できる。前述した疲労亀裂の変形様式は、開口型（モード１）と呼ばれる（図８（ａ））。この開口型以外の２つの変形様式では（図８（ｂ）（ｃ））、線状検出具が亀裂部分で面内または面外に剥がれ、亀裂の検出性能を低下させてしまう。従って、線状検出具１１０は、そのフィルム１１２が接着剤１１８によって被検出物表面に密着していることが重要である。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、密着性のよい線状検出具を提供することを目的とする。

本発明に係る線状検出具は、疲労亀裂を検出するための検出線と帯状のフィルムとが一体に重ねられ、被検出物に対して接着剤によって接着するようにしたものであって、前記フィルムの幅方向端部には長手方向に沿って複数の孔が形成されたものであることを特徴とする。
また、本発明に係る線状検出具は、フィルムに形成された前記孔が角部をもった形状の孔であることが好ましい。
また、本発明に係る線状検出具は、前記孔が、前記フィルムの幅方向の両端部に形成され、両端部の孔の位置が長手方向に見てずれるように形成されたものであることが好ましい。

よって、本発明によれば、線状検出具を被検出物に接着させる際、接着剤が孔を通って固まることによりアンカー効果を発揮し、フィルムの縁が剥がれて浮いてしまうことを防止し、密着性の良いものとすることができる。そのため、線状検出具は常に被検出物に貼りついて、発生する疲労亀裂によって検出線が応答性良く切れる。従って、疲労亀裂に対する感度アップにより検知能力の向上が可能となる。また、孔形状を例えば長方形など、角部を有する切れやすい形状にすることにより、被検出物に変形が生じた場合に、フィルムの縁が引っ張られて積極的に切れることによって、剥がれて浮いてしまうことを防止している。更に、孔は少なくとも亀裂発生側に形成されていれば良いが、幅方向両端部にあけられ、しかも互いにずれた位置に形成することで、よりアンカー効果を高めることができる。

次に、本発明に係る線状検出具の一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態の線状検出具は、前記従来例と同様に鋼橋を被検出物として構成された疲労亀裂検出システムを構成するものである。図１は、疲労亀裂検出システムの一例について概念的に示した図であり、図２は、そのシステムを構成する亀裂検出装置の具体的な設置状態を示した図である。

本システムでは、鋼橋１５０に存在する複数の亀裂想定箇所毎に疲労亀裂検出装置１（１ａ〜１ｄ）が設置されている。従って、従来例の検出線１１０のように鋼橋側面に長い距離に渡って張り巡らせるようにしたものではなく、鋼橋１５０の複数の亀裂想定箇所に必要な長さの検出線が貼り付けられている。

鋼橋１５０は、幅方向に複数並べられた主桁１５１が長手方向に配置され、隣り合う主桁１５１同士が横桁１５２によって連結されている。図２は、そうした主桁１５１のウェブ（腹板）２０１に対して横桁１５２が直交方向から突き当てられるようにして接続された箇所を示している。疲労亀裂検出装置１は、こうした応力が集中しやすい桁１５１のウェブ２０１に検出線１１が接着される。検出線１１は、横桁１５２の下フランジ３０１に沿うようにして配置され、主桁１５１のウェブ２０１に対して接着剤によって貼り付けられている。その検出線１１は、従来例と同様にフィルム１２によって挟み込まれた線状検出具１０として構成されている。

そして、この検出線１１には、下フランジ３０１の下面に固定された検出装置本体２が接続されている。検出装置本体２内には電源の他、検出線１１の切断を検出して情報を伝達するための構成が設けられている。例えば、疲労亀裂の発生を管理人に対して目視で確認できるようにＬＥＤを発光させるようにする他、ＩＣタグを内蔵するなどして管理人が亀裂情報を受信できるような構成がとられている。

続いて、本実施形態の線状検出具１０について詳しく説明する。図３は、線状検出具１０を接着剤で接着した状態を示した平面図であり、図４は、そのＡ−Ａ断面を示した図である。なお、図４の断面図は、その構造が分かりやすいように厚さ方向の倍率を大きくして表現している。
線状検出具１０は、図４に示すように、平行に配置された２本の検出線１１，１１が一対のフィルム１２，１２の間に接着剤１３とともに挟み込まれ、一本のテープのように形成されている。検出線１１は、断面が扁平形状の線であって、フィルム１２は、２本の検出線１２，１２が並んで配置されるよりも幅広で形成された帯状のものである。

更に、その線状検出具１０は、図３に示すように、幅方向（図面上下方向）の両端部に複数の微小な固定孔１５があけられている。このフィルム１２を貫通した固定孔１５は、レーザ加工機を使用し、線状検出具１０の長手方向に一定の間隔で規則正しく形成されている。固定孔１５は、幅Ｉが６．８ｍｍのフィルム１２に対して次のような寸法で形成されている。すなわち、固定孔１５は、長手方向の寸法ａが１．０ｍｍ、幅方向の寸法ｂが０．３ｍｍの大きさで形成された長方形状の孔である。そして、長手方向に一直線に並んだ固定孔１５同士の距離ｃは１．０ｍｍであり、線状検出具１０の縁ｅ１，ｅ２からの距離ｄが０．３ｍｍである。

この固定孔１５は、線状検出具１０の縁ｅ１，ｅ２に沿って同じサイズのものが同じ間隔で形成されているが、縁ｅ１側と縁ｅ２側とで位置がずれるように配置されている。すなわち、本実施形態では、固定孔１５の寸法ａと、固定孔１５同士の距離ｃとがともに同じ１．０ｍｍで形成されているため、例えば図３に示すｔ１からｔ２の位置では、縁ｅ１側には固定孔１５があけられ、縁ｅ２側には固定孔１５が存在せず、交互に形成されている。

そして、こうした線状検出具１０は、被検出物の設置面Ｇに塗布した接着剤２０の上に配置され、更にその上から押し付けられ、下の接着剤２０がのばされた状態で接着される。その際、本実施形態の線状検出具１０によれば、接着面Ｇと線状検出具１０との間に挟まれた接着剤２０は、押圧によって線状検出具１０の縁ｅ１，ｅ２からはみ出して広がるとともに、固定孔１５からも噴き出すようにして表面側にはみ出す。そのため、線状検出具１０は、接着層２１側の面でのみ接着して固定されるのではなく、固定孔１５部分に流れ込んだ接着剤によっても固定されている。

本実施形態では特に、固定孔１５は、線状検出具１０の縁ｅ１，ｅ２から極めて近い位置に形成されているため、押し付けられた接着剤２０は、縁ｅ１，ｅ２からはみ出したものと、固定孔１５から出たものとがつながることによって、図４に示すように縁ｅ１，ｅ２を包むようにして固まる。こうして、線状検出具１０の縁ｅ１，ｅ２が剥がれて浮いてしまうことを防止している。なお、縁ｅ１，ｅ２を包むような状態にならない場合でも、固定孔１５部分に流れ込んだ接着剤によってアンカー効果を発揮し、縁ｅ１，ｅ２が剥がれて浮いてしまうことを十分に防止できる。

ところで、こうした接着剤２０を使用した線状検出具１０の接着は、線状検出具１０と接着面Ｇとの間の接着剤２０の接着層２１が、薄く均一な厚さであって、且つ空気の入らないようにすることが必要である。この線状検出具１０は、接着面Ｇに疲労亀裂が生じた場合に、それに伴って検出線１１も切れることによって疲労亀裂を検出するものだからである。そのため、接着面Ｇの疲労亀裂にともない接着層２１が割れ、線状検出具１０のフィルム１２と検出線１１が切れるといった現象が同時に起きることが好ましい。

しかし、疲労亀裂による亀裂幅が１０マイクロメートル程度と、極めて微小な変化であるため、接着条件によっては当該変化が吸収されてしまい、検出線１１の切断に至らないことがある。すなわち、接着層２１の厚みが厚い場合や、接着層２１内に空気が含まれていると、その位置で生じた疲労亀裂による接着層２１の割れが吸収されてしまい、検出線１１の切断に至らないからである。そこで、線状検出具１０を接着させるため、従来からローラが使用されていた。すなわち、ローラを線状検出具１０に押し当てて転がすことにより、その下に挟まれた接着剤２０を薄く広げ、接着層２１が薄く均一な厚さで空気を含まないようにしていた。

しかし、ローラを使用した線状検出具１０の接着方法は、手間がかかるだけでなく、作業者の力感覚によって行うことになるため、個人差が生じ易く、接着層２１が十分な仕上がりにならないといった問題があった。つまり、接着層２１の厚さにバラツキが生じてしまったり、また十分にのばされない部分に空気を含んでしまうこともあった。そこで、本実施形態では、更にこうした問題を解決するための施工方法を提案する。ここで、図５は、施工方法の一例を示した斜視図である。

図５に示す施工は、線状検出具１０を被検出物に対して横から接着させる場合を示している。線状検出具１０の接着箇所は、被検出物によってはこうした横向きや下向きに接着させなければならない場所も存在するため、そうした箇所では接着剤２０が固まるまでの間に線状検出具１０がずれたり、浮いたりしやすい。本実施形態の接着方法は、そうした接着箇所であっても適切な施工が可能なものであり、具体的には従来のローラに代えて接着用プレート３０を使用した接着方法である。

接着用プレート３０は、線状検出具１０の横幅よりも多少広い短冊状のマグネットプレートに、接着剤２０との剥離性が良いようにフッ素樹脂シートによって包んだ構成となっている。そして、その長手方向端部には、作業者が扱いやすいようにフッ素樹脂シートだけの摘み部分３１が形成されている。本実施形態では、被検出物として鋼橋１５０を例に挙げているが、疲労亀裂検出装置１が検査対象とするのは、金属疲労によって亀裂が発生し得るものであり、鉄塔やジェットコースターなどの構造物である。従って、マグネットによる吸着が可能なものが対象となっている。

ところで、本実施形態で使用する接着剤２０は、例えば硬化時に縦弾性係数が３００ＭＰａ以上の材料からなるものが使用され、フィルム１２と検出線１１とを一体にする接着剤１３にも同様のものが使用される。そして、線状検出具１０を構成するフィルム１２も３００ＭＰａ以上の縦弾性係数を有する。

線状検出具１０を接着させるには、接着面に適量の接着剤２０を塗布して線状検出具１０を重ね合わせ、その線状検出具１０に対して更に接着用プレート３０を重ね合わせる。線状検出具１０は、被検出物へ吸着しようとする接着用プレート３０の磁力によって接着面Ｇに押さえつけられる。その押さえつけにより、接着剤２０が縁ｅ１，ｅ２からはみ出し、また固定孔１５を通って表面側に流れ、接着層２１部分で薄くのばされる。

接着用プレート３０は、接着剤２０が固まるまでそのまま放置され、線状検出具１０を押さえ続ける。そして、マグネットであるため、被検出物の下面や側面といった接着箇所に関係なく、接着剤２０が固まるまでは常に一定の力で線状検出具１０を押さえ続けることができる。しかも、その接着用プレート３０で押さえる押圧部分全体を均一な力で押さえ続けることができる。そして、接着剤２０が乾いた後は接着用プレート３０を外すが、フッ素樹脂シートによって形成されているため、接着剤２０で接着されることなく簡単に取り外すことができる。

よって、線状検出具１０によれば、固定孔１５を形成したので、接着剤２０がその固定孔１５を通って固まることによりアンカー効果を発揮し、縁ｅ１，ｅ２が剥がれて浮いてしまうことが防止できる。そのため、線状検出具１０は常に被検出物に貼りついて、発生する疲労亀裂によって検出線１１が応答性良く切れるようにすることが可能になった。

ところで、一般に亀裂の変形様式は、図８に示すように３つの独立した形式に分類することができる。鋼橋１５０に生じる疲労亀裂の変形様式は、図８（ａ）に示す開口型（モード１）と呼ばれるものであり、亀裂面において対称的に亀裂面を分離させるような変形である。また、第２変形様式の面内せん断型（モード２）は、図８（ｂ）に示すように、亀裂面内で互いに逆方向に滑らせるような変形である。そして、第３変形様式の面外せん断型（モード３）は、図８（ｃ）に示すように、亀裂面外にくい違いを起こすような変形である。

このような変形様式の亀裂は、従来の線状検出具１１０でも検出することは可能であるが、微妙な亀裂に対しては検出能力が低下してしまう。それは亀裂付近の接着が剥がれるなどして浮いた状態になってしまうと、当該部分で亀裂が生じていても、その変化を剥がれた部分が吸収してしまい、本来切れるべきはずの検出線１１１が切れないからであると考えられる。これに対して本実施形態の線状検出具１０は、アンカー効果によって亀裂付近の密着性を良いものとすることができ、面内せん断型や面外せん断型の変形様式においても安定した亀裂検出性能を確保することが可能になった。

また、線状検出具１０の縁ｅ１，ｅ２が剥がれて浮いてしまうのは、例えば鋼橋１５０では、車両通過によって接着箇所に変形が生じることが原因と考えられる。一方、線状検出具１０は、長方形の固定孔１５が縁ｅ１，ｅ２に近いため、固定孔１５の角部から切れやすい状態になっている。そのため、被検出物に変形が生じた場合には縁ｅ１，ｅ２が引っ張られて積極的にその部分が切れ、この点でも線状検出具１０が剥がれて浮いてしまうことが防止できる。

一方、接着用プレート３０を使用して線状検出具１０を接着するようにしたので、従来のローラに比べて一定の力で接着部分を押さえつけることができるようになった。そのため、薄く均一な厚さで、空気を含まない接着層２１とすることで、線状検出具１０の接着に対する品質を安定させることが可能になった。また、接着用プレート３０は、接着剤が乾くまで線状検出具１０を押さえ続けることで養生としても機能させることができる。更に、接着用プレート３０を線状検出具１０に重ねて置くだけでよく、ローラのような手間を省いた極めて簡単な作業とすることができた。

以上、本発明に係る線状検出具の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では固定孔１５を長方形で形成したが、丸孔などの他の形状であってもよい。
また、固定孔１５を縁ｅ１，ｅ２の両側に形成したが、疲労亀裂の検出を良くするためには、少なくとも疲労亀裂の発生方向に形成されていればよい。例えば、図２に示すような状況であれば、横桁１５２の下フランジ３０１から発止し得る疲労亀裂を検出するため、内周側の縁に形成されていればよい。

疲労亀裂検出システムの一例について概念的に示した図である。 疲労亀裂検出システムを構成する亀裂検出装置の具体的な設置状態を示した図である。 線状検出具の一実施形態について接着剤で接着した状態を示した平面図である。 図３の線状検出具のＡ−Ａ断面を示した図である。 線状検出具を接着させる方法を示した図である。 従来の疲労亀裂検出システムが適用された鋼橋の全体図である。 接着された従来の線状検出具を示した平面図である。 亀裂の変形様式を示した図である。

符号の説明

１０ 線状検出具
１１ 検出線
１２ フィルム
１５ 固定孔
２０ 接着剤
３０ 接着用プレート

Claims (3)

1. 疲労亀裂を検出するための検出線と帯状のフィルムとが一体に重ねられ、被検出物に対して接着剤によって接着するようにしたものであって、
   前記フィルムの幅方向端部には長手方向に沿って複数の孔が形成されたものであることを特徴とする線状検出具。
2. 請求項１に記載する線状検出具において、
   フィルムに形成された前記孔は、角部をもった形状の孔であることを特徴とする線状検出具。
3. 請求項１又は請求項２に記載する線状検出具において、
   前記孔は、前記フィルムの幅方向の両端部に形成され、両端部の孔の位置が長手方向に見てずれるように形成されたものであることを特徴とする線状検出具。

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