JP2016075591A

JP2016075591A - コンクリート充填検知装置の製造方法及びコンクリート充填検知装置

Info

Publication number: JP2016075591A
Application number: JP2014206536A
Authority: JP
Inventors: 善彦杜若; Yoshihiko Moriwaka; 剛小倉; Tsuyoshi Ogura; 勝博仲野; Katsuhiro Nakano; 西尾　章; Akira Nishio; 章西尾
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2014-10-07
Filing date: 2014-10-07
Publication date: 2016-05-12

Abstract

【課題】耐水圧仕様のコンクリート充填検知装置が得られる製造方法、及びその装置を提供する。
【解決手段】コンクリート充填検知装置を製造する製造方法では、コンクリート充填検知装置１は、圧電素子３と、圧電素子３が上面５ａに設置されると共に、下面５ｂがコンクリートに接触するコンクリート検知面５ｂをなす振動板５と、圧電素子３の周囲に空間Ｒを形成すると共に、コンクリート検知面５ｂが外面に露出するように振動板５を支持する容器８と、空間Ｒに充填された絶縁油１９と、を備えており、容器８に連通孔７ａ，７ｂを形成する削孔工程と、連通孔７ａを通じて、空間Ｒ内に絶縁油１９を注入する絶縁油注入工程と、連通孔７ａ，７ｂを塞ぐための封止部材２０を容器８に設ける封止工程と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリート充填検知装置の製造方法及びコンクリート充填検知装置に関するものである。

従来、この分野の技術として、下記特許文献１に記載のコンクリート充填検知装置が知られている。この装置は、圧電素子と、一方の面に圧電素子が設けられ他方の面が検知面となる振動板と、この振動板に設けられた上記圧電素子の周囲に空間を形成すると共に、少なくとも振動板の検知面が最外面となるように該振動板を支持するケースと、を具備している。この装置では、検知面にコンクリートが接触している状態としていない状態との、振動板の固有周波数の相違によって、コンクリートが検出される。

特開２００８−５１７０７号公報

しかしながら、この装置では、圧電素子の周囲に空間が形成されているので、この装置を水中で用いると、水圧によって振動板が空間内側に膨らむように変形し、変形によって振動板の振動状態が変化するので、安定した固有周波数が得られない。また、振動板の振幅も減少するので、周波数ピークも小さくなる。このような理由から、当該装置は水中ではほとんど利用することができないと考えられる。この問題に鑑み、本発明は、耐水圧仕様のコンクリート充填検知装置が得られる製造方法、及びその装置を提供することを目的とする。

本発明の製造方法は、コンクリート充填検知装置を製造する製造方法であって、コンクリート充填検知装置は、圧電素子と、圧電素子が第１の面に設置されると共に、第２の面がコンクリートに接触するコンクリート検知面をなす振動板と、圧電素子の周囲に空間を形成すると共に、コンクリート検知面が外面に露出するように振動板を支持する容器と、空間に充填された絶縁油と、を備えており、振動板と容器とで囲まれた空間が形成されている状態から、容器の少なくとも２箇所に空間と容器外とを連通する連通孔を形成する削孔工程と、削孔工程で形成された連通孔のうちの少なくとも１つを通じて、空間内に絶縁油を注入する絶縁油注入工程と、絶縁油注入工程で絶縁油が充填された後、連通孔を塞ぐための封止部材を容器に設ける封止工程と、を備えたことを特徴とする。

この方法によれば、振動板と容器とで囲まれた空間に絶縁油が充填されるので、振動板に水圧が作用した場合にも振動板はほとんど変形しない。よって、水中においても振動板の安定した固有周波数が得られ、コンクリートを検出することができる。よって、耐水圧仕様のコンクリート充填検知装置を得ることができる。

また、絶縁油は、絶縁破壊電圧が、３０kV以上であり、４０℃における粘度が、１３mm²/s以下であることとしてもよい。

また、本発明の製造方法では、コンクリート充填検知装置は、空間内に設置され圧電素子との電気信号の授受を行うための電極線と、電極線から容器外に引き出されて延びる信号ケーブルと、を備えており、信号ケーブルの容器からの引出口を耐水圧チューブで覆うケーブル耐水圧処理工程を更に備えたこととしてもよい。また、ケーブル耐水圧処理工程では、耐水圧チューブで覆った部分から更に延びるように信号ケーブルに耐水圧ケーブルを接続することとしてもよい。これらの構成によれば、信号ケーブルを耐水圧化することができる。

また、削孔工程では、ドリルを容器の壁に貫通させ連通孔を形成した後、ドリルを正回転しながら連通孔からドリルを引き抜くこととしてもよい。この構成によれば、ドリルによる切りくずが空間内に残留する可能性が低減される。

本発明のコンクリート充填検知装置は、圧電素子と、圧電素子が第１の面に設置されると共に、第２の面がコンクリートに接触するコンクリート検知面をなす振動板と、振動板に設けられ圧電素子の周囲に空間を形成すると共に、コンクリート検知面が外面に露出するように振動板を支持する容器と、空間に充填された絶縁油と、を備え、容器には絶縁油を空間に注入するために設けられ空間と容器外とを連通する複数の連通孔と、各連通孔を塞ぐ封止部材と、が設けられていることを特徴とする。

この装置によれば、振動板と容器とで囲まれた空間に絶縁油が充填されるので、振動板に水圧が作用した場合にも振動板はほとんど変形しない。よって、水中においても振動板の安定した固有周波数が得られ、コンクリートを検出することができる。よって、耐水圧仕様のコンクリート充填検知装置を得ることができる。

本発明によれば、耐水圧仕様のコンクリート充填検知装置が得られる製造方法、及びその装置を提供することができる。

（ａ）は、本発明の実施形態に係るコンクリート充填検知装置を示す一断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の断面に直交する断面を取った断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の製造方法におけるケーブル耐水圧処理工程を順に示す図である。（ａ），（ｂ）は、本発明者らの試験結果を示すグラフである。（ａ），（ｂ）は、本発明者らの試験結果を示すグラフである。

以下、図面を参照しつつ本発明に係るコンクリート充填検知装置及びその製造方法の実施形態について詳細に説明する。

図１（ａ）は、本発明の実施形態に係るコンクリート充填検知装置１を示す一断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の断面に直交する断面を取った断面図である。コンクリート充填検知装置１は、例えば、コンクリート打設時の型枠の内壁面に取り付けられ、その取付位置にコンクリートが充填されたことを検出する装置である。コンクリートの充填確認及び硬化確認の後、コンクリート充填検知装置１は当該コンクリートに埋め殺しされる。特に、コンクリート充填検知装置１は水中におけるコンクリート打設に好適に使用可能である。なお、コンクリート充填検知装置１は気中におけるコンクリート打設にも使用可能である。

図１に示されるように、コンクリート充填検知装置１は、圧電素子３と、振動板５と、カバー７と、台座９と、を備えている。圧電素子３は、例えば、電気信号を受けて振動する円板状の素子であり、例えば、セラミック圧電素子等の公知のものを採用することができる。振動板５は例えば金属板であり、振動板５の上面（第１の面）５ａに圧電素子３が設置されている。また、上面５ａの周縁部には台座９がシール材１３を介して取り付けられており、台座９に形成された円形開口部９ａの中央に圧電素子３が位置している。振動板５の下面（第２の面）５ｂは、検出対象のコンクリートに接触するコンクリート検知面である。以下、振動板５の下面５ｂをコンクリート検知面５ｂと称する。振動板５は、圧電素子３の振動に伴って振動する。

カバー７は、例えば１辺約１０ｍｍの平面視正方形をなし、例えばプラスチック製であり、シール材１５を介して台座９に取り付けられている。カバー７と台座９とで容器８が構成されており、容器８は、圧電素子３の周囲に水密な空間Ｒを形成すると共に、コンクリート検知面５ｂが外面に露出するように振動板５を支持している。容器８と振動板５とで囲まれた空間Ｒ内に、上述の圧電素子３が位置している。また、圧電素子３と外部との間で電気信号の授受を行うための電極線１７が、圧電素子３に電気的に接続されていると共に、空間Ｒ内で引き回されている。

コンクリート充填検知装置１は、更に、上記の空間Ｒ内に充填された絶縁油１９を備えている。なお、図１（ａ）においては、絶縁油１９の図示が省略されている。空間Ｒ内においては、電極線１７が絶縁油１９に浸漬されているので、絶縁油１９には所定の絶縁性が要求される。具体的には、例えば、絶縁油１９の絶縁破壊電圧が３０kV以上であることが好ましい。絶縁油１９の絶縁破壊電圧が３０kV未満である場合、電極線１７間の絶縁破壊発生の可能性が十分に排除できない。また、絶縁油１９が空間Ｒ内に完全に充填され易くするために、絶縁油１９は低粘度であることが好ましい。具体的には、絶縁油１９の４０℃における粘度が１３mm²/s以下であることが好ましい。絶縁油１９の４０℃における粘度が１３mm²/sよりも大きい場合、絶縁油１９が空間Ｒ内に完全に充填され難くなる。このような絶縁油１９としては、例えば、JIS C 2320に規定された１種２号の電気絶縁油を採用することができ、例えば、絶縁破壊電圧60kV、40℃における粘度77.7mm²/s、100℃における粘度2.16mm²/sを示すＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社製の「高圧絶縁油Ａ」を採用することができる。

カバー７の側面には、外部と空間Ｒとを連通させる複数の連通孔７ａ，７ｂが形成されている。ここでは、側面７ｓの中央部に設けられた連通孔７ａと、側面７ｔの中央部に設けられた連通孔７ｂとの２つの連通孔が存在するものとして説明する。詳細は後述するが、連通孔７ａ，７ｂは、コンクリート充填検知装置１の製造工程において上記絶縁油１９を外部から空間Ｒ内に注入するために使用される。そして、上記連通孔７ａ，７ｂを塞ぐための封止部材２０が設置されている。例えば、封止部材２０は、図に示されているように、カバー７の側面７ｓ，７ｔに接着されるプレート状の部材であってもよい。また、これに代えて、封止部材２０は、連通孔７ａ，７ｂにねじ込まれるネジであってもよい。

電極線１７は、台座９の内部を通過して台座９の後端部から外部に引き出されている。更に、電極線１７は、耐水圧ケーブル２１を介してコンクリート充填確認を実行する所定の処理装置（図示せず）に接続されている。この処理装置は、コンクリート充填検知装置１の圧電素子３からの電気信号を分析処理して、コンクリート検知面５ｂにコンクリートが接触しているか否かを検知する。すなわち、コンクリート検知面５ｂにコンクリートが接触しているときと、接触していないときとの、振動板５の固有周波数の相違に基づいて、コンクリート検知面５ｂに接触するコンクリートが検出される。従って、コンクリート充填検知装置１を、例えばコンクリート型枠の内壁面に設置することで、この設置位置までコンクリートが充填されたことを検出することができる。なお、この種の振動板５の固有周波数を検知するための処理装置の構成は、例えば、前述の特許文献１にも開示されているとおり公知であるので、詳細な説明を省略する。

２本の電極線１７は、台座９の内部を通過する１本の信号ケーブル２３から前方に突出しているものである。カバー７側面における信号ケーブル２３の引出口には、シール材２２が設けられ、容器８内の空間Ｒの水密性が確保される。そして、台座９の後端における信号ケーブル２３の引出口９ｂを覆うように、耐水圧チューブ２５が密着して取り付けられている。耐水圧チューブ２５は、更に、耐水圧ケーブル２１に到達する位置まで後方に延びている。

以上のようなコンクリート充填検知装置１によれば、空間Ｒの水密性が確保されていると共に、空間Ｒ内に絶縁油１９が充填されている。従って、コンクリート充填検知装置１を水圧下に置いた場合にも、水圧に起因する振動板５の変形が抑制されるので、水中においても振動板５の安定した固有周波数が得られ、コンクリートを検出することができる。更に、電極線１７，信号ケーブル２３，耐水圧ケーブル２１などの電気信号線の耐水圧化が図られているので、水圧下で使用することができる耐水圧仕様のコンクリート充填検知装置を得ることができる。

続いて、上記のコンクリート充填検知装置１の製造方法について説明する。

まず、圧電素子３、振動板５、カバー７、台座９、シール材１３，１５，２２、電極線１７、及び信号ケーブル２３によって組み立てられた組立体２（図２（ａ）参照）を準備する。この組立体２においては、カバー７、台座９及び振動板５で囲まれた空間Ｒが形成されている状態であり、空間Ｒには未だ絶縁油１９が注入されていない。また、この組立体２においては、台座９の後方から突出した信号ケーブル２３から更に後方に２本の電極線１７が突出している状態である。

（削孔工程）
上記の組立体を所定の治具に固定し、ケース側面７ｓ，７ｔ（図１参照）のそれぞれの中央部をドリルで削孔し、径０．３ｍｍの連通孔７ａ，７ｂを形成する。このとき、ドリルを正回転させてカバー７の壁に貫通させ連通孔７ａ，７ｂを形成した後、当該ドリルを正回転しながら、連通孔７ａ，７ｂから前記ドリルを引き抜くようにする。この操作によって、ドリルによる切りくずが空間Ｒ内に入る可能性が低減され、最終的に切りくずが空間Ｒ内に残留する可能性が低減される。なお、連通孔をカバー７の上面７ｕに形成することも考えられるが、その場合、ドリルが振動板５に接触して振動板５を傷つける可能性がある。従って、この実施形態のように、振動板５と平行な方向に延びる連通孔７ａ，７ｂを形成することが好ましい。

（絶縁油注入工程）
続いて、連通孔７ａに注射器の注射針を挿入し空間Ｒ内に絶縁油１９を注入する。例えば、外径0.2mmの医療用注射針を用いることができる。このとき、ケース側面７ｔを上に向けた姿勢とすることで、連通孔７ｂが空気抜き孔として機能し、円滑に絶縁油１９が注入される。連通孔７ｂから絶縁油１９が溢れ出たところで、注入を終了する。なお、空気抜き孔をカバー７の上面７ｕに形成することも考えられるが、その場合、容器８の僅かな傾きによって、空間Ｒ内の空気が完全に排出されない可能性もある。従って、この実施形態のように、ケース側面７ｔに空気抜き孔（連通孔７ｂ）を形成することが好ましい。なお、連通孔７ｂを注入孔とし、連通孔７ａを空気抜き孔として使用してもよい。

（封止工程）
続いて、連通孔７ａ，７ｂを塞ぐように、ケース側面７ｓ，７ｔに、それぞれプラスチック片からなる封止部材２０を接着する。なお、プラスチック片からなる封止部材２０に代え、連通孔７ａ，７ｂにネジねじ込んで封止部材２０としてもよい。

（ケーブル耐水圧処理工程）
続いて、図２（ａ）に示されるように、信号ケーブル２３の後方から２本の電極線１７，１７を互いに異なる長さで突出するようにする。次に、電極線１７，１７をそれぞれ、耐水圧ケーブル２１の電極線２４，２４にはんだ付けで接続する。その後、図２（ｂ）に示されるように、予め電極線１７又は２４に通しておいた熱収縮チューブ３１を熱処理し上記はんだ付け部分を覆うように電極線１７，２４に密着させる。電極線１７と電極線２４とが接続された部分が、図１に示される電極線１８を構成する。

次に、図２（ｃ）に示されるように、このはんだ付け部分の熱収縮チューブ３１を含めて、台座９の後端における信号ケーブル２３の引出口９ｂから電極線１８と耐水圧ケーブル２１との境界部分を覆う位置まで、熱収縮チューブからなる耐水圧チューブ２５を被せて熱処理し、台座９から耐水圧ケーブル２１までの間の領域に密着させる。なお、ここでは図に示されるように、耐水圧チューブ２５の一端面がカバー７に突き当たる位置に耐水圧チューブ２５を設置してもよい。以上の方法により、耐水圧化されたコンクリート充填検知装置１が完成する。

本発明者らは、上述の製造方法で製造したコンクリート充填検知装置１を用い、水深３０ｍ相当の水圧下において、コンクリートを検出する試験を行った。ここで作製したコンクリート充填検知装置は、カバー７が１辺１８ｍｍの正方形をなす寸法のものである。絶縁油１９としては、ＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社製の商品名「高圧絶縁油Ａ」を採用した。作製したコンクリート充填検知装置を、曙ブレーキ社製のコンクリート充填処理装置（型番：ＣＩＦＤ−３）に接続してコンクリートの検出を試みた。

また、比較のため、従来のコンクリート充填検知装置を用いて同一条件下でコンクリートを検出する試験を行った。従来のコンクリート充填検知装置とは、コンクリート充填検知装置１から絶縁油１９を取り除いた構成を有するものである。

図３は、コンクリート充填検知装置１についての試験結果であり、（ａ）はコンクリートが接触していないときに現れた振動板５の周波数特性、（ｂ）はコンクリートが接触しているときに現れた振動板５の周波数特性を示している。同様に、図４は、従来のコンクリート充填検知装置についての試験結果であり、（ａ）はコンクリートが接触していないときに現れた振動板５の周波数特性、（ｂ）はコンクリートが接触しているときに現れた振動板５の周波数特性を示している。

図４に示されるとおり、従来のコンクリート充填検知装置では、コンクリートの有無に関わらず、振動板５の周波数ピークが検出不可能であった。これは、水圧によって振動板５が空間Ｒの内側に膨らむように変形することで、振動板５の振幅が減少し周波数ピークが極めて小さくなったものと考えられる。これに対し、図３に示されるとおり、コンクリート充填検知装置１では、コンクリートの接触時／非接触時において、互いに異なった周波数ピークが得られた。すなわち本試験の場合、コンクリートの非接触時には８０００Ｈｚ付近に周波数ピーク（固有周波数に相当する）が現れ（図３（ａ））、コンクリートの接触時には４０００Ｈｚ付近に周波数ピークが現れている（図３（ｂ））。よって、コンクリート充填検知装置１によれば、水深３０ｍ相当の水圧下においてコンクリートの接触／非接触を区別することができ、コンクリートの充填／非充填を判別できることが判った。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形したものであってもよい。例えば、本発明の製造方法は、気中で使用される目的で製造された同種のコンクリート充填検知装置に耐水圧性を付与するための改造として実施されてもよい。この場合、前述の組立体２として市販の装置を準備してもよい。また、実施形態では、連通孔を２つとしているが、本発明では、連通孔を３つ以上としてもよい。この場合、連通孔のうち２つ以上から絶縁油を注入してもよい。

１…コンクリート充填検知装置、３…圧電素子、５…振動板、５ａ…上面（第１の面）、５ｂ…コンクリート検知面（第２の面）、７…カバー、７ａ，７ｂ…連通孔、８…容器、９…台座、９ｂ…引出口、１７…電極線、１９…絶縁油、２０…封止部材、２１…耐水圧ケーブル、２３…信号ケーブル、２５…耐水圧チューブ、Ｒ…空間。

Claims

コンクリート充填検知装置を製造する製造方法であって、
前記コンクリート充填検知装置は、
圧電素子と、
前記圧電素子が第１の面に設置されると共に、第２の面がコンクリートに接触するコンクリート検知面をなす振動板と、
前記圧電素子の周囲に空間を形成すると共に、前記コンクリート検知面が外面に露出するように前記振動板を支持する容器と、
前記空間に充填された絶縁油と、を備えており、
前記振動板と前記容器とで囲まれた前記空間が形成されている状態から、前記容器の少なくとも２箇所に前記空間と前記容器外とを連通する連通孔を形成する削孔工程と、
前記削孔工程で形成された前記連通孔のうちの少なくとも１つを通じて、前記空間内に前記絶縁油を注入する絶縁油注入工程と、
前記絶縁油注入工程で前記絶縁油が充填された後、前記連通孔を塞ぐための封止部材を前記容器に設ける封止工程と、を備えたことを特徴とするコンクリート充填検知装置の製造方法。
前記絶縁油は、
絶縁破壊電圧が、３０kV以上であり、
４０℃における粘度が、１３mm²/s以下であることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート充填検知装置の製造方法。
前記コンクリート充填検知装置は、
前記空間内に設置され前記圧電素子との電気信号の授受を行うための電極線と、
前記電極線から前記容器外に引き出されて延びる信号ケーブルと、を備えており、
前記信号ケーブルの前記容器からの引出口を耐水圧チューブで覆うケーブル耐水圧処理工程を更に備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のコンクリート充填検知装置の製造方法。
前記ケーブル耐水圧処理工程では、
前記耐水圧チューブで覆った部分から更に延びるように前記信号ケーブルに耐水圧ケーブルを接続することを特徴とする請求項３に記載のコンクリート充填検知装置の製造方法。
前記削孔工程では、
ドリルを前記容器の壁に貫通させ前記連通孔を形成した後、前記ドリルを正回転しながら前記連通孔から前記ドリルを引き抜くことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のコンクリート充填検知装置の製造方法。
圧電素子と、
前記圧電素子が第１の面に設置されると共に、第２の面がコンクリートに接触するコンクリート検知面をなす振動板と、
前記振動板に設けられ前記圧電素子の周囲に空間を形成すると共に、前記コンクリート検知面が外面に露出するように前記振動板を支持する容器と、
前記空間に充填された絶縁油と、を備え、
前記容器には前記絶縁油を前記空間に注入するために設けられ前記空間と前記容器外とを連通する複数の連通孔と、各連通孔を塞ぐ封止部材と、が設けられていることを特徴とするコンクリート充填検知装置。