JP2016141959A

JP2016141959A - 衝撃検知・表示装置

Info

Publication number: JP2016141959A
Application number: JP2015016532A
Authority: JP
Inventors: 文昭上半; Fumiaki Johan
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2016-08-08
Anticipated expiration: 2035-01-30
Also published as: JP6348426B2

Abstract

【課題】電源供給、複雑なシステムを必要とせず、しかもメンテナンスフリーかつ安価に、構造物への衝撃発生を検知し、表示することができる衝撃検知・表示装置を提供する。
【解決手段】衝撃検知・表示装置において、発色、発光する材料を詰めたカプセル構造体６，７を配置した衝撃検知・表示部と、背面表示部５と、前記衝撃検知・表示部と前記背面表示部５とを接続する接続部４とを備え、衝撃により前記カプセル構造体６，７が破れることにより、色と光で衝撃が生じたことを検知・表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、構造物の防災・維持管理、異常検知の分野を対象とし、特に、防護工などへの落石の衝突、橋梁への自動車等の衝突、地震による高架橋や橋げたなどの構造物間の衝突などを検知し、衝突位置や衝突強度などを周囲に知らせることができる衝撃検知・表示装置に関するものである。

従来、落石の発生や落石の防護工などへの衝突、架道橋橋桁への大型自動車の衝突などを検知する装置の検討が行われている。

落石検知ではワイヤーを利用した装置（下記特許文献１参照）、橋げたへの衝突検知では、ゴム製のバンパースイッチ、振動計、リミッタースイッチなどを用いた警報システム（下記非特許文献１参照）、光ファイバーセンサの断線を利用したもの（下記特許文献２参照）などが提案されている。

また、梱包箱を開封せずに内部の電子機器が衝撃を受けたことを視覚的に確認するために、梱包箱に配置したインク袋が破れることを利用した衝撃検知装置（下記特許文献３参照）なども提案されている。

特開２００９−１３６５６号公報特開２００９−２５１４５号公報特開２０１４−１９９２２４号公報

長谷川伸二、近藤克彦、酒井紀士夫：「東海道新幹線橋けた衝突検知システムの開発」、土木学会第５１回年次学術講演会（平成８年９月）、ＩＶ−４２７、ｐｐ. ８５４−８５５）大庭茂・向井知大：「化学発光の実験でのライトスティックの利用」、ＨｉｙｏｓｈｉＲｅｖｉｅｗｏｆＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＫｅｉｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＮｏ．４９，１−１８（２０１１）

しかしながら、従来のワイヤーを利用した装置（例えば、上記特許文献１参照）や、ゴム製のバンパースイッチ、振動計、リミッタースイッチなどを用いた警報システム（上記非特許文献１参照）、光ファイバーセンサの断線を利用したもの（上記許文献２参照）は、電力供給ならびに検知・警報のための制御システムが必要であり、システムの構築、ならびに維持・管理にコストを要する。

また、従来のインク袋を利用した衝撃検知装置は、表示すべき対象物が限定されており、しかも夜間等暗所では視認できないものであった。つまり、従来の検知・表示装置では、電力供給を必要とせず、衝撃発生位置ならびに強度を検知し、昼夜問わず表示できるものではなかった。

本発明は、上記状況に鑑みて、電源供給、複雑なシステムを必要とせず、しかもメンテナンスフリーかつ安価に、構造物への衝撃発生を検知し、表示することができる衝撃検知・表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕衝撃検知・表示装置において、発色、発光する材料を詰めたカプセル構造体を配置した衝撃検知・表示部と、背面表示部と、前記衝撃検知・表示部と前記背面表示部とを接続する接続部とを備え、衝撃により前記カプセル構造体が破れることにより、色と光で衝撃が生じたことを検知・表示することを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載の衝撃検知・表示装置において、前記衝撃検知・表示装置を落石を防ぐ防護壁に配置し、線路上を走行する車両や道路上を走行する自動車から視認できない前記防護壁の外側に生じた衝撃を前記背面表示部によって前記防護壁の内側にも表示することを特徴とする。

〔３〕上記〔１〕記載の衝撃検知・表示装置において、前記衝撃検知・表示装置を架道橋へ配置しておき、自動車が架道橋へ衝突した場合にも、衝撃の表示を行うことを特徴とする。

〔４〕上記〔１〕記載の衝撃検知・表示装置において、前記カプセル構造体は、複数の前記発色、発光する材料、複数の強度を生じる材料を有することを特徴とする。

〔５〕上記〔１〕記載の衝撃検知・表示装置において、前記発色、発光する材料が、蛍光液と酸化液であり、衝撃により前記カプセル構造体が破れ、前記蛍光液と前記酸化液が混ざり合うことで、発色、発光することを特徴とする。

〔６〕上記〔１〕記載の衝撃検知・表示装置において、前記発色、発光する材料が、蛍光液と酸化液と一般色素であり、衝撃により前記カプセル構造体が破れ、前記蛍光液と前記酸化液と前記一般色素が混ざり合うことで、発色、発光することを特徴とする。

〔７〕上記〔１〕記載の衝撃検知・表示装置において、前記カプセル構造体は、第１の衝撃荷重によって破れる第１のカプセル構造体と、第２の衝撃荷重によって破れる第２のカプセル構造体を備え、第１の衝撃荷重＜第２の衝撃荷重であり、前記第１のカプセル構造体の発色、発光と前記第２のカプセル構造体の発色、発光を異ならせることで、衝撃強度の違いを表示可能にすることを特徴とする。

〔８〕上記〔１〕記載の衝撃検知・表示装置において、前記カプセル構造体により、複数のセクションに分けて前記発色、発光する材料を封入することにより、衝突箇所を検知・表示可能にすることを特徴とする。

〔９〕上記〔１〕記載の衝撃検知・表示装置において、前記カプセル構造体は、衝突で破れない透明材料または半透明材料でカバーされていることを特徴とする。

〔１０〕上記〔１〕記載の衝撃検知・表示装置において、前記カプセル構造体は、前記発色、発光する材料の紫外線による劣化を防ぐためにアルミコートでガードされた構造とすることを特徴とする。

本発明によれば、電源供給や複雑なシステムを必要とせず、しかもメンテナンスフリーかつ安価に、構造物への衝撃発生を検知し、表示することができる。

本発明の実施例を示す衝撃検知・表示装置を示す模式図である。本発明の実施例を示す衝撃検知・表示装置における衝撃力の大きさにより変化させる表示色の表示態様を示す図である。本発明の実施例を示す衝撃検知・表示装置内のカプセル構造体の構成図である。本発明の他の実施例を示す衝撃検知・表示装置の自動車道への適用を示す模式図である。大型車が架道橋へ衝突した状況を示す図面代用写真である。本発明の他の実施例を示す衝撃検知・表示装置の架道橋への適用を示す模式図である。

衝撃検知・表示装置は、発色、発光する材料を詰めたカプセル構造体を配置した衝撃検知・表示部と、背面表示部と、前記衝撃検知・表示部と前記背面表示部とを接続する接続部とを備え、衝撃により前記カプセル構造体が破れることにより、色と光で衝撃が生じたことを検知・表示する。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明の実施例を示す衝撃検知・表示装置を示す模式図、図２はその衝撃検知・表示装置における衝撃力の大きさにより変化させる表示色の表示態様を示す図である。また、図３はその衝撃検知・表示装置内のカプセル構造体の構成図であり、図３（ａ）は正面図（カバー内部）、図３（ｂ）は断面図、図３（ｃ）は側面図を示す。

これらの図において、１は落石を防ぐ防護壁、２はその防護壁１に配置される衝撃検知・表示装置、３は衝撃検知・表示装置２の衝撃検知・表示部、４は衝撃検知・表示装置２の接続部、５は衝撃検知・表示装置２の背面表示部、Ａは衝撃を受けて表示・発光している部分、６は衝撃検知・表示部３の第１のカプセル構造体であり、第１の酸化液６ａと第１の蛍光液６ｂとからなる。７は衝撃表示・検知部３の第２のカプセル構造体であり、第２の酸化液７ａと第２の蛍光液７ｂとからなる。８は第１のカプセル構造体６に設けるダンパー材、９はカプセル構造体６，７のアルミコート、１０はカバー、１１は落石、１２は線路、１３は電車、１４は無色、１５は黄色、１６は赤色である。

このように、本発明の衝撃検知・表示装置２は、衝撃検知・表示部３を備え、衝撃検知・表示部３内には後述するカプセル構造体６、７を備えている。

図１に示すように、衝撃を検知したい側に衝撃検知・表示装置２の衝撃検知・表示部３を配置し、地山等からの落石１１等による衝撃を受けると、後述するカプセル構造体６、７が発色、発光し、衝撃を受けた箇所を検知・表示することができる。

図２、図３を参照し、本発明の衝撃検知・表示装置の検知・表示態様について説明する。

本発明の衝撃検知・表示装置２の衝撃検知・表示部３内には、図３に示すようなカプセル構造体６，７が設けられている。カプセル構造体６，７には、発色、発光する材料が充填されており、衝撃を受けるとカプセル構造体６，７が破砕して、発色、発光し、衝撃を受けたことを検知・表示する。発色、発光材料は、図３に示すように、カプセル構造体６，７によって複数のセクションに分けて封入されるので、衝撃を受けたカプセル構造体のみが発色、発光するため、衝突箇所を検知・表示することができる。また、色と光による検知・表示を採用するため、昼・夜ともに検知・表示が可能である。

ここで、発光原理としては、上記非特許文献２で取り上げられているような酸化分解反応に伴う化学発光を利用することができる。図３に示すように、カプセル構造体６，７は、酸化液６ａ，７ａと蛍光液６ｂ，７ｂ（両液の配置は逆になってもよい）の２層構造となっており、衝撃を受けることで、酸化液６ａ，７ａと蛍光液６ｂ，７ｂを封入したカプセル構造体６，７が破砕して両液が混ざり、発色・発光する。例えば、シュウ酸エステルとＨ₂Ｏ₂による発光を利用する場合は、酸化液としてはＨ₂Ｏ₂、サリチル酸Ｎａからなる溶液を用い、蛍光液としては活性シュウ酸エステルと蛍光色素からなる溶液を用いることができる。また、日中の視認性を高めるため、蛍光色素だけでなく、一般色素も含有してよいものとする。

さらに、衝撃の大きさにより表示態様を変化させることで、衝撃の強度も表示することができる。例えば、図２に示すように、衝撃なしの平常時には色がなく（無色１４）、受けた衝撃力が所定のｋＮ値以下の場合には黄色１５、所定のｋＮ値超過の場合には赤色１６へと発色、発光が変化するように、発色、発光材料を選定する。

具体的には、複数の色の発色、発光材料、複数の強度を持ったカプセル構造を用いることにより、衝突強度を検知・表示することができる。

カプセル構造体６とカプセル構造体７に異なる蛍光液、酸化液を封入し、カプセル構造体６，７の強度を異ならせて、これらを交互に配置する。カプセル構造体６は所定の衝撃荷重１が作用すると破砕する強度とし、カプセル構造体７は構造物の耐力を上回る可能性のある衝撃荷重２が作用すると破砕する強度に構成する（ここで、衝撃荷重１＜衝撃荷重２）。なお、強度の調整はダンパー材８により行う。

衝撃荷重１以上、２未満の衝撃力が作用した場合は、カプセル構造体６が破砕し、蛍光液６ｂの色で発光し、衝撃荷重２以上の衝撃力が作用した場合は、カプセル構造体６および７が破砕し、蛍光液６ｂと蛍光液７ｂが混ざった色で発光するので、衝突なし、衝突強度１以上２未満、衝突強度２以上の３段階で表示することができる。蛍光液６ｂ、７ｂに、日中の視認性を高めるために一般色素を含有する場合は、衝突荷重１以上、２未満の衝撃力が作用した場合は、カプセル構造体６に含まれる一般色素の色で発色し、衝突荷重２以上の衝撃力が作用した場合は、カプセル構造体６および７に含まれる一般色素が混ざった色で発色するので、衝突なし、衝突強度１以上２未満、衝突強度２以上の３段階で表示することができる。

ここでは３段階の表示の例を示したが、カプセル構造体の強度を３種類以上にコントロールし、さらに異なる蛍光液や一般色素を用いることで、４段階以上の衝撃強度の表示を行うことも可能である。

また、スペクトル分光器を用いて各蛍光液の比率を観測することによって、衝撃強度をより定量的に評価することも可能である。

なお、カプセル構造体に封入する発色、発光材料の紫外線による劣化を防ぐため、カプセル構造体にはアルミコートを施し、耐久性を高めるようにしている。

また、衝撃検知・表示部３のカプセル構造体は衝突によって破れない強度を有するカバー１０で覆われており、軽微な衝突から構造物表面を保護する機能も有する。このカバー１０は透明材料、または表示を損なわない程度の半透明材料からなる。

さらに、本発明の衝撃検知・表示装置２は形状の工夫（図１、図３における接続部４、背面表示部５）により、衝撃を受けた箇所だけでなく、視認が容易な別の箇所にも衝撃が発生したことを表示することができる。

例えば、図１に示すように、落石１１を防ぐ防護壁１に本発明の衝撃・検知装置２を配置した場合、衝撃検知・表示部３を防護壁１の外側（例えば地山等の側）に配置し、防護壁１の内側に背面表示部５を配置して、両者を接続部４で接続する。衝撃を受けて衝撃検知・表示部３のカプセル構造体６，７が破砕すると、衝撃が加わったカプセル構造体６，７の位置で発色、発光するだけでなく、蛍光液、酸化液、一般色素は接続部４（例えば、背面接続チューブ）を通って、背面表示部５に流れこみ、背面表示部５でも同様に発色、発光する。このような構成とすることで、線路１２を走行する電車１３からは視認できない防護壁の外側に落石１１等による衝撃が生じても、衝撃を受けた当該箇所だけでなく、接続部４で接続された背面検知部５にも衝撃が発生したことが表示されるので、電車１３側から容易に衝撃の発生を検知することができる。

このように、本発明の衝撃検知・表示装置は電力供給や制御用の電子システムを必要とせず、メンテナンスフリーで昼夜を問わず、衝撃の発生箇所ならびに強度を検知・表示することができる。

図４は本発明の他の実施例を示す衝撃検知・表示装置の自動車道への適用を示す模式図、図５は大型車が架道橋へ衝突した状況を示す図面代用写真、図６は本発明の他の実施例を示す衝撃検知・表示装置の架道橋への適用を示す模式図である。

上記実施例では、線路１２上を走行する電車１３から視認できない落石を防ぐ防護壁１の外側に生じた衝撃も防護壁１の内側に表示するようにしたが、図４に示すように、本発明の衝撃検知・表示装置２を自動車道路の防護壁等に配置することにより、道路２１上を走行する自動車２２から視認できない防護壁１の外側に生じた衝撃も落石を防ぐ防護壁１の内側に表示するようにすることができる。

さらに、他の実施例として、図５および図６に示すように、衝撃検知・表示装置を架道橋３１へ配置することにより、大型車３２が架道橋３１へ衝突した場合にも、衝撃の検知・表示部３３で検知・表示を行うことができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の衝撃検知・表示装置は、発色、発光する材料を詰めたカプセル構造体を活用し。衝撃によりカプセルが破れることにより、色と光で衝撃が生じたことを検知・表示するものであり、構造物の防災、維持管理、異常検知の分野における衝撃検知・表示装置として利用可能である。

１落石を防ぐ防護壁
２防護壁に配置される衝撃検知・表示装置
３衝撃検知・表示装置の衝撃検知部
４衝撃検知・表示装置の接続部
５衝撃検知・表示装置の背面表示部
６衝撃検知・表示部の第１のカプセル構造体
６ａ第１の酸化液
６ｂ第１の蛍光液
７衝撃検知・表示部の第２のカプセル構造体
７ａ第２の酸化液
７ｂ第２の蛍光液
８第１のカプセル構造体に設けるダンパー材
９カプセル構造体のアルミコート
１０カバー
１１落石
１２線路
１３電車
１４無色
１５黄色
１６赤色
２１道路
２２自動車
３１架道橋
３２大型車
３３衝撃の検知・表示部

Claims

発色、発光する材料を詰めたカプセル構造体を配置した衝撃検知・表示部と、背面表示部と、前記衝撃検知・表示部と前記背面表示部とを接続する接続部とを備え、衝撃により前記カプセル構造体が破れることにより、色と光で衝撃が生じたことを検知・表示することを特徴とする衝撃検知・表示装置。
請求項１記載の衝撃検知・表示装置において、前記衝撃検知・表示装置を落石を防ぐ防護壁に配置し、線路上を走行する車両や道路上を走行する自動車から視認できない前記防護壁の外側に生じた衝撃を前記背面表示部によって前記防護壁の内側にも表示することを特徴とする衝撃検知・表示装置。
請求項１記載の衝撃検知・表示装置において、前記衝撃検知・表示装置を架道橋へ配置しておき、自動車が架道橋へ衝突した場合にも、衝撃の表示を行うことを特徴とする衝撃検知・表示装置。
請求項１記載の衝撃検知・表示装置において、前記カプセル構造体は、複数の前記発色、発光する材料、複数の強度を生じる材料を有することを特徴とする衝撃検知・表示装置。
請求項１記載の衝撃検知・表示装置において、前記発色、発光する材料が、蛍光液と酸化液であり、衝撃により前記カプセル構造体が破れ、前記蛍光液と前記酸化液が混ざり合うことで、発色、発光することを特徴とする衝撃検知・表示装置。
請求項１記載の衝撃検知・表示装置において、前記発色、発光する材料が、蛍光液と酸化液と一般色素であり、衝撃により前記カプセル構造体が破れ、前記蛍光液と前記酸化液と前記一般色素が混ざり合うことで、発色、発光することを特徴とする衝撃検知・表示装置。
請求項１記載の衝撃検知・表示装置において、前記カプセル構造体は、第１の衝撃荷重によって破れる第１のカプセル構造体と、第２の衝撃荷重によって破れる第２のカプセル構造体を備え、第１の衝撃荷重＜第２の衝撃荷重であり、前記第１のカプセル構造体の発色、発光と前記第２のカプセル構造体の発色、発光を異ならせることで、衝撃強度の違いを表示可能にすることを特徴とする衝撃検知・表示装置。
請求項１記載の衝撃検知・表示装置において、前記カプセル構造体により、複数のセクションに分けて前記発色、発光する材料を封入することにより、衝突箇所を検知・表示可能にすることを特徴とする衝撃検知・表示装置。
請求項１記載の衝撃検知・表示装置において、前記カプセル構造体は、衝突で破れない透明材料または半透明材料でカバーされていることを特徴とする衝撃検知・表示装置。
請求項１記載の衝撃検知・表示装置において、前記カプセル構造体は、前記発色、発光する材料の紫外線による劣化を防ぐためにアルミコートでガードされた構造とすることを特徴とする衝撃検知・表示装置。