JP2017161250A - 構造物の異常を検知する検知用の配線基板、構造物異常検知装置及び構造物異常検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】構造物にひび割れ等の異常が発生したときの検知精度を向上させることを目的の一つとする。また、本発明の一実施形態は、構造物の異常を検知する装置の電源管理の問題を解決することを目的の一つとする。【解決手段】構造物異常検知装置は、電源部と、通信モジュールと、電源部から通信モジュールへの電力供給を制御する電源供給制御回路と、を含み、電源供給制御回路は、構造物に付着される検知用の配線と接続される検知信号入力部を有し、検知信号入力部に検知用の配線から異常信号が入力されたとき、電源部から通信モジュールに電力を供給する制御部を含む。【選択図】図１

Description

本発明の一実施形態は、構造物の状態変化を電気的な特性変化によって検知する部材、装置、システムに関する。

道路、鉄道、港湾、ダム、建築物等の社会資本を構成する構造物の老朽化に対し、適切な維持管理が求められている。自動車道路や鉄道等における橋梁、トンネル、法面におけるコンクリート壁、ビルディングの外壁等においては、壁の剥落があると構造物の安全性が損なわれ、大きな事故の原因となる。そのため、定期的な点検及び検査を実施する必要がある。

従来、構造物の点検は、人手による目視検査、打音検査を中心に行われている。また、人手による目視検査等に代えて、センサを構造物に取り付けて検査を行う方式も提案されている。センサを用いる検査方式としては、例えば、コンクリート建造物へ直接歪みゲージを接着して劣化を検知する方式、構造物の内部または表面に導電性線材を設置して、当該導電性線材の抵抗値を評価する方式が開示されている（特許文献１，２参照）。

特開平０９−００４０４８号公報 特開２０００−０５５７４８号公報

しかし、人手による構造物の検査は精度のばらつきが大きく、見落としが生じるおそれがある。さらに、人手による構造物の検査は、多大な時間と費用がかかるため、検査頻度が少なく、危険な状況にある構造物の劣化を見落としてしまうおそれがある。センサを用いる従来の方式では、検知精度が良好ではないといった問題がある。さらに、センサに電力を供給するための電源設備を整備する必要があり、一方、センサを電源(バッテリー)内蔵型とした場合には、定期的な電源管理（バッテリー交換）をする必要がある。

このような問題に鑑み、本発明の一実施形態は、構造物にひび割れ等の異常が発生したときの検知精度を向上させることを目的の一つとする。また、本発明の一実施形態は、構造物の異常を検知する装置の電源管理の問題を解決することを目的の一つとする。

本発明の一実施形態に係る配線基板は、構造物に付着される検知用の配線基板であって、絶縁表面を有する基板と、基板の第１面に配設され第１端から第２端にかけて連続する少なくとも１本の検知用の配線と、を有し、基板は、構造物と比較して脆性が高くされている。

本発明の一実施形態に係る構造物異常検知装置は、電源部と、通信モジュールと、電源部から通信モジュールへの電力供給を制御する電源供給制御回路と、を含み、電源供給制御回路は、構造物に付着される検知用の配線基板が有する検知用の配線と接続される検知信号入力部を有し、検知信号入力部に検知用の配線から異常信号が入力されたとき、電源部から通信モジュールに電力を供給する制御部を含む。

本発明の一実施形態によれば、脆性を有する基板で作製される検知用の配線基板を用いることにより、構造物にひび割れ等の異常が発生したときの検知精度を向上させることができる。また、構造物異常検知装置に電源供給制御回路を設け、検知用の配線基板が異常を検知したときに、通信モジュールに電源電力を供給することで、消費電力を削減し、電源管理を容易にすることができる。

本発明の一実施形態に係る構造物異常検知装置の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る構造物異常検知装置の電源供給制御回路の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る検知用の配線基板の構成を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図を示す。 本発明の一実施形態に係る検知用の配線基板の態様を示す断面図であり、（Ａ）は配線基板の断面を示し、（Ｂ）及び（Ｃ）は配線基板を構造物に付着させる段階を示す。 本発明の一実施形態に係る検知用の配線基板の態様を示す断面図であり、（Ａ）は配線基板の断面を示し、（Ｂ）及び（Ｃ）は配線基板を構造物に付着させる段階を示す。 本発明の一実施形態に係る検知用の配線基板の態様を示す断面図であり、（Ａ）は配線基板の断面を示し、（Ｂ）は配線基板を構造物に付着させる段階を示す。 本発明の一実施形態に係る検知用の配線基板の態様を示す断面図であり、（Ａ）及び（Ｂ）は配線基板の断面を示し、（Ｃ）及び（Ｄ）は配線基板を構造物に付着させる段階を示す。 本発明の一実施形態に係る検知用の配線基板の構成を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る検知用の配線基板の構成を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る検知用の配線基板を構造物に設置する一態様を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る検知用の配線基板に設けられる配線の構成を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る検知用の配線基板の構成を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る検知用の配線基板の構成を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る構造物異常検知装置の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る構造物異常検知装置の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る検知用の配線基板の構成を示す図であり、（Ａ）は全体の構成を示す斜視図を示し、（Ｂ）は配線基板の一部を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る構造物異常検知システムの構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る構造物異常検知装置及び構造物に付着される検知用の配線基板の一態様を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面等を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に例示する実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同じ要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。符号の末尾付される「ａ」、「ｂ」等の記号は同じ要素を識別するために用いられることがある。さらに各要素に対する「第１」、「第２」と付記された文字は、各要素を区別するために用いられる便宜的な標識であり、特段の説明がない限りそれ以上の意味を有さない。

本明細書において、ある部材又は領域が他の部材又は領域の「上に（又は下に）」あるとする場合、特段の限定がない限りこれは他の部材又は領域の直上（又は直下）にある場合のみでなく他の部材又は領域の上方（又は下方）にある場合を含み、すなわち、他の部材又は領域の上方（又は下方）において間に別の構成要素が含まれている場合も含む。

本明細書において説明される基板は、少なくとも平面状の一主面を有し、この一主面上に検知用の配線が設けられる。以下の説明では、断面視において、基板の前記一主面を基準とし、基板に対して「上」、「上層」、「上方」又は「上面」として説明する場合には、基板の一主面を基準にして述べるものとする。

［第１実施形態］
図１は、本発明の一実施形態に係る構造物異常検知装置１００の構成を示すブロク図である。構造物異常検知装置１００は、電源部１０２、電源供給制御回路１０４、通信モジュール１０６を含む。また、構造物異常検知装置１００は、監視対象とされる構造物の異常を検知する配線基板と接続される。構造物異常検知装置１００は、検知用の配線基板によって異常が検知されると、電源供給制御回路１０４が動作する。電源供給制御回路１０４は電源部１０２の電力を通信モジュール１０６に与え、通信モジュール１０６は異常の発生を通知する情報（又は信号）を出力し、管理者に通知する。以下、各部の詳細及び本装置の動作について説明する。

なお、本発明の一実施形態において、「構造物」とは、例えば、道路設備、鉄道設備、港湾設備、空港設備、送信設備、送電設備、建築物（ビルディング等）、工芸品、その他の建造物である。例えば、道路設備及び鉄道設備であれば、橋梁、橋脚、トンネル、法面、その他道路設備の付属物（表示板、信号機、架線等）を含む。また、構造物には、人工物のみでなく、地盤、山岳斜面、岩石等の天然物が対象とされる場合もある。

電源部１０２は、構造物異常検知装置１００の動作に必要な電力を供給する。電源部１０２は、一次電池又は二次電池によって構成される。これ以外にも、電源部１０２は、光起電力素子（太陽電池）、振動発電素子、熱電発電素子といった環境発電素子とキャパシタを組み合わせた方式、無線給電方式によって構成されてもよい。本発明の一実施形態は、電源部１０２が独立電源（孤立して設けられる電源）として構成されることを主とするが、他の一態様として商用電力系統と接続されていてもよい。

通信モジュール１０６は、検知対象となる構造物にひび割れや壁面の部分的な崩落、継ぎ目のずれ等の異常が発生したとき、その異常の発生を通知する情報（又は信号）を出力する。通信モジュール１０６は、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、有線ＬＡＮ、有線又は無線の電話回線等による電気通信回線によって、管理者側のサーバ装置１１２へ情報を送信する。他の形態として、通信モジュール１０６は、通信網の一部に近距離無線通信（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））が介在して、管理者側のサーバ装置１１２へ情報を送信するようにされていてもよい。

このような機能を有する通信モジュール１０６は、電源供給制御回路１０４を介して電源部１０２から電力が供給されるとき所定の動作をする。所定の動作とは、例えば、前述のような警報を出力する動作を含む。通信モジュール１０６は、予めプログラミングされた内容に基づき、センサ素子から異常を検知する信号が出力されたとき、警報信号を自動的に送出するように構成されていてもよい。

いずれにしても、通信モジュール１０６は、電源部１０２から常時電力が供給されているのではなく、電源供給制御回路１０４の動作に応じて電力が供給され、それ以外のときは無給電状態となる。別言すれば、通信モジュール１０６は、電源部１０２から定常的に電力が供給されるのではなく、検知用の配線基板１２２が異常を検知して、電源供給制御回路１０４によって電源部１０２と接続されるとき通信可能な状態となる。

電源供給制御回路１０４は、電源部１０２及び通信モジュール１０６と接続される。電源供給制御回路１０４は、電源部１０２から通信モジュール１０６に供給する電力を制御する。例えば、電源供給制御回路１０４は、電源部１０２から通信モジュール１０６へ電力の供給を「する」又は「しない」の制御を行う。

電源供給制御回路１０４は、検知用の配線基板１２２と接続される接続部を有する。電源供給制御回路１０４は、接続部により検知用の配線基板１２２に設けられた検知用の配線１２４と接続される。電源供給制御回路１０４は、検知用の配線基板１２２の電気的特性の変化に応じて、電源部１０２から通信モジュール１０６へ電力の供給を行うように動作する。例えば、検知用の配線基板１２２が監視対象となる構造物のひび割れ、壁面の部分的な崩落、継ぎ目のずれ等の異常を検知し、検知用の配線基板１２２の電気的特性が変化した場合（例えば、導通状態が非導通状態となった場合）、電源供給制御回路１０４は、電源部１０２から通信モジュール１０６に電力の供給を行う。

図２は、電源供給制御回路１０４の一例を示す。電源供給制御回路１０４は、レギュレータ１１８、スイッチング素子１２０を含む。レギュレータ１１８は、電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等のトランジスタで構成されるスイッチング回路を含む。例えば、スイッチング回路はＣＭＯＳ回路で構成され、それにより低消費電力化が図られる。レギュレータ１１８は、スイッチング素子１２０と接続され、電源部１０２から通信モジュール１０６へ電力の供給を「する」又は「しない」の動作が制御される。本実施形態において、レギュレータ１１８は、スイッチング素子１２０が「オン」のとき（導通状態のとき）、電力を供給する動作をし、「オフ」のとき電力を供給しないように構成されている。

スイッチング素子１２０は、電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等のトランジスタで実現される。本実施形態においては、ノーマリオン型のＭＯＳＦＥＴを用いることが好ましい。すなわち、ゲートに電圧を印加されない状態でオン（ドレインとソース間が導通状態）となり、ゲートに所定の電圧が印加されるときオフ（ドレインとソース間が非導通状態）となるディプリーション型のＭＯＳＦＥＴを用いることが好ましい。

電源供給制御回路１０４は、入力端子の一つが、２端子素子である検知用の配線基板１２２の一方の端子と接続される。この入力端子は、スイッチング素子１２０のゲートと接続される端子である。検知用の配線基板１２２の他方の端子は電源部１０２の出力端子と接続される。すなわち、スイッチング素子１２０のゲートと電源部１０２の出力端子との間に、２端子の検知用の配線基板１２２が直列に挿入される。

図２は、検知用の配線基板１２２の機能をスイッチに置き換えて例示している。検知用の配線基板１２２は、通常状態（異常を検知しない状態）では、スイッチがオンになっている場合と等価の状態となり、電源部１０２の電圧がスイッチング素子１２０のゲートに印加された状態となる。一方、検知用の配線基板１２２が異常を検知した場合には、スイッチがオフになった場合と等価の状態を形成し、この場合には電源部１０２の電圧がスイッチング素子１２０のゲートに印加されない状態となる。構造物の異常の有無によって、オン状態とオフ状態とを取り得る検知用の配線基板１２２は、不可逆性センサとみなすことができる。このような、本発明の一実施形態において好適に用いられる検知用の配線基板１２２の詳細は後述される。

なお、本発明の一実施形態において、検知用の配線基板１２２に代えて、加速度、温度、湿度、圧力のような物理量を検知するセンサ素子を用い、センサ素子の出力信号の値を２値化してオン又はオフの判定結果を出力する論理回路によって、検知用の配線基板１２２と等価の機能を実現してもよい。

検知用の配線基板１２２が通常状態（異常を検知しない状態）では、スイッチング素子１２０に電源電圧が印加されるので、スイッチング素子１２０はオフ状態となり、レギュレータ１１８は動作しない状態となる。一方、検知用の配線基板１２２が異常を検知した状態では、スイッチング素子１２０に電源電圧が印加されないので、スイッチング素子１２０はオン状態となり、レギュレータ１１８は動作するい状態となる。

スイッチング素子１２０に用いられるＭＯＳＦＥＴは、ゲートが絶縁されている。そのため、図２で示すように、電源電圧をゲートに入力する回路を形成しても、消費電力は極めて低い（理想的にはゼロ）ものとなる。これにより、構造物異常検知装置１００は、通常状態（異常を検知しない状態）での消費電力が極めて低いものとなる。なお、図２において、スイッチング素子１２０の他に、抵抗素子が図示されているが、このような回路素子は適宜設けられるものであり、電源供給制御回路１０４の構成を特段限定するものではない。

電源供給制御回路１０４は、検知用の配線基板１２２と接続される接続部を１つ又は複数有する。この接続部は、検知用の配線基板１２２を接続又は接続解除の双方の状態を繰り返し取り得るような端子構造を有していることが好ましい。例えば、検知用の配線基板１２２と電源供給制御回路１０４とは、オス・メスのコネクタでの接続、クリップでの接続、半田接続等で接続される。これにより、検知用の配線基板１２２は構造物異常検知装置１００と容易に交換可能となる。

本発明の一実施形態に係る構造物異常検知装置１００によれば、検知用の配線基板１２２が異常を検知しない正常時には、電源部１０２から通信モジュール１０６に電力が供給されないため、消費電力を低減することが可能となる。それにより、電源部１０２が独立電源の場合には、蓄電池の交換や充電等の作業の頻度を小さくすることができ、維持費を低減することができる。

［第２実施形態］
本実施形態は、実施形態１で示す構造物異常検知装置１００に適用することのできる検知用の配線基板の一態様を示す。本発明の一実施形態において、検知用の配線基板は基板と、この基板に設けられた検知用の配線を含む配線基板である。

図３（Ａ）及び（Ｂ）は、本実施形態に係る検知用の配線基板１２２として用いることのできる配線基板の態様を示す。図３（Ａ）は、配線基板の平面図を示し、同図（Ａ）に示すＡ−Ｂ線に対応する断面構造を図３（Ｂ）に示す。

構造物の異常を検知するために用いられる配線基板１２２は、脆性の高い基板１２８の一主面（基板に含まれる一つの平面部）に配線１２４が設けられる。配線１２４は導電体の薄膜で形成され、所定のパターンに設けられる。配線基板１２２は、少なくとも、一対の端子１２６ａ、１２６ｂと、この一対の端子間を繋ぐ配線１２４を含む。

このような配線基板１２２は、検知対象となる構造物に付着して設けられる。好ましくは、配線基板１２２は構造物に密着して設けられる。検知用の配線基板１２２の基板１２８は、付着させる構造物と比較して同等かそれ以上の脆性を有する。したがって、構造物にひび割れ等が発生して変形すると、検知用の配線基板１２２は破損する。検知用の配線基板１２２の一主面に設けられた検知用の配線１２４は、導電体の薄膜であるため、基板１２８の破損により断線する。検知用の配線１２４の断線により一対の端子１２６ａ及び端子１２６ｂの間の電位が変動し、或いは電流が不通となる。検知用の配線基板１２２は、自らが破断することで、対象物の状態変化を検知することができる。例えば、検知用の配線基板１２２におけるこのような電気的特性の変化は、図２で示すスイッチとして用いることができる。

検知用の配線基板１２２において、基板１２８は脆性を有する素材が用いられ、検知用の配線１２４は基板１２８の一主面に設けられる。検知用の配線１２４は、下地である基板１２８が破断すると、それに伴って断線するように設けられる。検知用の配線基板１２２は、端子１２６ａと端子１２６ｂ間の抵抗値又は導通の有無が検知信号として利用される。

基板１２８は、合成樹脂材、紙材、ガラス材のような脆性を有する素材が用いられる。例えば、基板１２８として、脆性フィルムが用いられる。脆性フィルムとは、通常の塩化ビニル系樹脂によるフィルムに比べ脆性が高いフィルムであり、脆く破れやすい性質を有するフィルムである。脆性フィルムは、塩化ビニル系樹脂に可塑剤と充填材を多量に含有させたフィルム、塩化ビニル系樹脂とアクリル系樹脂との混合樹脂に溶融シリカ、水酸化アルミニウム、硫酸バリウムのいずれかの充填材を多量に充填したフィルムが用いられる。

また、基板１２８としてガラス材が用いられる場合には、上記の脆性フィルムと同程度の破断強度を有する素材を用いることができる。例えば、基板１２８として板厚が０．５ｍｍ以下、好ましくは０．０５ｍｍ以下、例えば０．０１ｍｍの薄板ガラスを用いることができる。

このような基板１２８の脆性は、例えば、破断強度が０．５Ｎ／ｍｍ〜１００Ｎ／ｍｍであるとともに破断伸度が１０％以下であることが好ましい。この値は、構造物として例示される鉄筋コンクリート壁の破断強度である４００Ｎ／ｍｍ²より十分に小さい値であるとともに、長さ１ｍｍの局所的な箇所に０．１ｍｍ（１０％）の変位（ひび）が生じた場合の伸び量である。すなわち、基板１２８の破断強度は、検知対象とする構造物の破断強度に比べて、同程度かそれ以下の破断強度を有することが好ましい。構造物と基板１２８の強度差をこのような範囲とすることにより、構造物にひび割れが生じたり、壁面の部分的な欠損（崩落）が生じたりする場合に、基板１２８が破断して異常を検知することが可能となる。

もっとも、基板１２８の脆性は板厚にも依存する。別言すれば、基板１２８の板厚を変えることで、センサとしての感度を調整することが可能となる。すなわち、基板１２８の厚みを薄くすれば感度が高くなり、厚くすれば感度を低くすることができる。

検知用の配線１２４は、基板１２８の一平面に設けられる。検知用の配線１２４は、銀ペースト、導電性のカーボンペーストのような導電性ペーストを印刷することにより形成される。また、検知用の配線１２４は、金属薄膜のエッチングや、真空蒸着やスパッタリングにより形成する。

検知用の配線１２４は、このような導電性材料を用い、基板１２８の一主面において線状のパターンで設けられる。検知用の配線１２４は、端子１２６ａと端子１２６ｂとの間を連結するパターンを有する。検知用の配線１２４のパターンは任意であり、直線状、曲線状のパターンで設けられる。例えば、検知用の配線１２４は、メアンダ状に屈曲したパターンで形成される。

検知用の配線基板１２２は、基板１２８の一主面において検知用の配線１２４が延伸する領域がセンシング面となる。検知用の配線基板１２２は、検知用の配線１２４によるパターンの密度を高めると、構造物のより狭い領域の状態変化を検知することできる。一方、検知用の配線１２４によるパターンの密度を低くすると、構造物において比較的大きな状態変化を検知することが可能となる。このように、基板１２８の一主面において検知用の配線１２４を施設する密度を異ならせることで、構造物における検出対象の範囲を異ならせることができる。

検知用の配線基板１２２は、基板１２８において検知用の配線１２４が設けられる一主面に対向する他方の主面側に剥離フィルム１３２が設けられていてもよい。剥離フィルム１３２は、基板１２８から剥離可能な状態で設けられる。基板１２８は脆性が高いので、剥離フィルム１３２を設けることで、施工前において検知用の配線基板１２２の破損を防止することができる。例えば、剥離フィルム１３２は、検知用の配線基板１２２の製造工程、市場での流通工程、構造物への施工時において、基板１２８に付設される。検知用の配線基板１２２を構造物に付着させた後は、異常を検知するセンサとしての機能を発現させるため、剥離フィルム１３２は基板１２８から剥離されることが好ましい。このように、剥離フィルム１３２を用いることで、検知用の配線基板１２２の取り扱いが容易となり、不慮の破損を防止することができる。なお、図３（Ｂ）には図示されていないが、基板１２８と剥離フィルム１３２との間には粘着剤層が形成されていてもよい。

図４（Ａ）乃至（Ｃ）は、検知用の配線基板１２２を構造物に取り付ける方法を示す。図４（Ａ）は、構造物１４０の一面に貼付け部材１３４を設ける。貼付け部材１３４は、粘着材、粘着シート、接着材、接着シート等の粘着性又は接着性を有する部材である。貼付け部材１３４が設けられる構造物１４０の施工面は、平面及び曲面のいずれであってもよく、また角部であってもよい。構造物１４０の施工面は、貼付け部材１３４が密着するようにプライマ加工等が施されていてもよい。

ここで、粘着材は一般に高粘度で低弾性率の半固体状であり、接合形成後もその状態又は当初の状態に近い状態を維持するものであり、接着材は非着材を接合した後に化学反応によって固化し、接着界面において比較的高い接着強さを発現するものである。粘着材としては、ゴム系、アクリル系、シリコーン系等の粘着材を適用することができる。接着材としては、アクリル樹脂系、ウレタン樹脂系、エポキシ樹脂系、シリコーン樹脂系、塩化ビニル樹脂系等の接着材を適用することができる。接着材は、また、光硬化型、熱硬化型等の各種の接着材を適用することができる。また、粘着シートは、シート状の粘着材であり、接着シートはシート状の接着材である。

貼付け部材１３４は、検知用の配線基板１２２と略同一または、それよりも大きな面積で設ける。これにより、検知用の配線基板１２２は構造物１４０に安定的に固定される。一方、別の態様として、貼付け部材１３４をストライプ状又はドット状に設け、検知用の配線基板１２２を固定するようにしてもよい。このような構成については、本実施形態において後述される。

図４（Ｂ）は、構造物１４０に検知用の配線基板１２２を取り付ける段階を示す。検知用の配線基板１２２は、検知用の配線１２４が設けられた面を貼付け部材１３４に密接させて設ける。検知用の配線１２４は、貼付け部材１３４に埋設されるように設けられることで、外面に露出しない構造となる。これにより、検知用の配線１２４は基板１２８によって保護され、外部からの作用による損傷を防ぎ、不用意な断線を防止することができる。別言すれば、異常の検知用として用いられる検知用の配線１２４は、基板１２８と貼付け部材１３４の間に設けられることで、基板１２８の裂傷以外の原因で断線するのを防止することができる。

貼付け部材１３４が接着材又は接着シートである場合、検知用の配線基板１２２が密接された後、硬化処理が行われる。例えば、貼付け部材１３４が光硬化型の接着材又は接着シートである場合、光照射により硬化処理が行われ、接着力が高められる。また、貼付け部材１３４が熱硬化型の接着材又は接着シートである場合、加熱処理により接着力が高められる。

図４（Ｃ）は、剥離フィルム１３２を剥離する段階を示す。剥離フィルム１３２は、検知用の配線基板１２２を構造物１４０に取り付ける際に、基板１２８が破損しないように保護部材として用いられる。脆性を有する基板１２８は、この段階では貼付け部材１３４によって支持されるので、構造物１４０にひび割れ等が発生して構造に異常が発生しない限り、安定的に保持される。この段階で、接着材又は接着シートの硬化処理が行われてもよい。なお、基板１２８に対して設けられる剥離フィルム１３２は省略されていてもよい。

このようにして、検知用の配線基板１２２は、構造物１４０に設けられる。本実施形態によれば、検知用の配線基板１２２は基板１２８に予め検知用の配線１２４が設けられているので、施工が容易であるという利点を有する。構造物１４０に段差があったり、継ぎ目があったりする場合にも、貼付け部材１３４によって検知用の配線基板１２２が固定されるので、施工が容易となる。

これに対し、従来の直接的に導電塗料などを構造物に形成する方式は、構造物の凹凸や継ぎ目箇所への配置が困難であるとともに、作業場の問題で細い検知用の配線を形成することが難しい。そのため、微細なひび割れを検知できない、施工の作業性も極めて悪いなどの課題がある。これに対し本実施形態によれば、平坦な基板１２８に検知用の配線１２４を設けることで、検知用の配線１２４の微細化も容易となる。さらに、構造物１４０に凹凸や継ぎ目がある箇所への施工も可能になるとともに、施工作業性も大幅に向上する。

［第３実施形態］
本実施形態は、検知用の配線基板の別の一態様及び構造物への施工の一例を、図５（Ａ）乃至（Ｃ）を参照して説明する。

図５（Ａ）は、検知用の配線基板１２２を示す。検知用の配線基板１２２は、基板１２８の一主面に、検知用の配線１２４が設けられ、さらに検知用の配線１２４を埋設するように貼付け部材１３４が設けられている。すなわち、本実施形態に係る検知用の配線基板１２２は、基板１２８の側に予め貼付け部材１３４が設けられている。貼付け部材１３４は、第２実施形態と同様に、粘着材、粘着シート、接着材、接着シート等の粘着性又は接着性を有する部材である。基板１２８には剥離フィルム１３２ａが設けられ、貼付け部材１３４の上面には、施工前の段階において剥離フィルム１３２ｂがさらに設けられていてもよい。貼付け部材１３４は、少なくとも数マイクロメートルから数十マイクロメートルの厚みを有するので、施工前の状態において、検知用の配線１２４の保護膜となる。

図５（Ｂ）は、構造物１４０に検知用の配線基板１２２を設ける段階を示す。検知用の配線基板１２２は、剥離フィルム１３２ｂが設けられている場合は、これを剥がして貼付け部材１３４を露出させてから、構造物１４０の被施工面に当接させる。その後、図５（Ｃ）で示すように、基板１２８側の剥離フィルム１３２ａを剥離する。図５（Ｂ）及び（Ｃ）の段階は、第２実施形態と同様である。

本実施形態によれば、第２実施形態と同様の作用効果を奏することに加え、検知用の配線基板１２２に貼付け部材１３４が設けられているので、構造物への施工がより容易となる。

［第４実施形態］
本実施形態は、検知用の配線基板の別の一態様及び構造物への施工の一例を、図６（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明する。

図６（Ａ）は、検知用の配線基板１２２を示す。検知用の配線基板１２２は、基板１２８の一主面に、貼付け部材１３４が設けられており、反対面に検知用の配線１２４が設けられている。なお、検知用配線１２４の表面を覆うように保護層１３５が設けられていても構わない。すなわち、本実施形態に係る検知用の配線基板１２２は、基板１２８の側に予め貼付け部材１３４が設けられている。貼付け部材１３４は、第２実施形態と同様に、粘着材、粘着シート、接着材、接着シート等の粘着性又は接着性を有する部材である。貼付け部材１３４には剥離フィルム１３２が設けられている。

図６（Ｂ）は、構造物１４０に検知用の配線基板１２２を設ける段階を示す。検知用の配線基板１２２は、剥離フィルム１３２が設けられている場合は、これを剥がして貼付け部材１３４を露出させてから、構造物１４０の被施工面に当接させる。

本実施形態によれば、第２実施形態と同様の作用効果を奏することに加え、検知用の配線基板１２２に貼付け部材１３４が設けられているので、構造物への施工がより容易となる。

［第５実施形態］
本実施形態は、基板１２８として易接着層を用いる一形態を、図７（Ａ）乃至（Ｄ）を参照して説明する。易接着層は、アンカー剤やプライマと呼ばれる塗料から形成することが可能である。アンカー剤やプライマ剤としては、例えば、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、エチレンと酢酸ビニルまたはアクリル酸などとの共重合体、エチレンとスチレンおよび／またはブタジエンなどとの共重合体、オレフィン樹脂などの熱可塑性樹脂及び／又はその変性樹脂、光重合性化合物の重合体、およびエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂等の少なくともいずれかを用いることが可能である。

図７（Ａ）は、剥離フィルム１３２に易接着層１３０、検知用の配線１２４を設ける段階を示す。剥離フィルム１３２としては、紙材、プラスチックフィルム（例えば、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）等）が用いられる。易接着層１３０の上に検知用の配線１２４を設ける。検知用の配線１２４は、銀ペースト、導電性カーボンペーストのような導電性ペーストを印刷することにより形成される。また、検知用の配線１２４は、易接着層１３０の略全面に真空蒸着法やスパッタリング法によって金属膜を設けることにより形成される。検知用の配線１２４を被覆するように保護膜を設けてもよい。例えば、検知用の配線１２４の保護膜として、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜が設けられてもよい。このような絶縁膜を設けることで、検知用の配線１２４の腐食を防止することができる。

図７（Ｂ）で示すように、検知用の配線１２４の上層側には、貼付け部材１３４が設けられる。貼付け部材１３４は、粘着材、粘着シート、接着材、接着シートであり、易接着層１３０の略全面に設けられる。貼付け部材１３４の上面には、図示されないが、剥離フィルムがさらに設けられてもよい。本実施形態において、検知用の配線基板１２２は、易接着層１３０の上に検知用の配線１２４が設けられた形態を有する。

図７（Ｃ）は、構造物１４０に検知用の配線基板１２２を付着させる段階を示す。検知用の配線基板１２２は、貼付け部材１３４の上面に剥離フィルムが設けられている場合には、これを剥離して構造物１４０に貼り付ける。その後、図７（Ｄ）で示すように、易接着層１３０の側にある剥離フィルム１３２を剥離する。図７（Ｃ）及び（Ｄ）の工程は、第２実施形態と概略同様である。

なお、構造物１４０への貼り付け作業時には剥離フィルム１３２が簡単に剥がれないようにし、構造物１４０への貼り付け作業後には剥離フィルム１３２を剥がしやすくするために、易接着層１３０を熱反応もしくは紫外線反応タイプの接着層とし、熱をかけたり、紫外線を照射したりすることにより剥がしやすくすることが望ましい。

本実施形態によれば、第２実施形態と同様の作用効果を奏することに加え、検知用の配線基板１２２を構造物１４０へ設置した際に、剥離フィルム１３２や脆性を有する基板が無い構造となるため、より構造物１４０のひび割れ等の異常を検知しやすくなる。

［第６実施形態］
本実施形態は、第２実施形態乃至第５実施形態で示す検知用の配線基板１２２において、貼付け部材１３４が複数の領域に分割して設けられる一態様を示す。

図８は、検知用の配線基板１２２において、貼付け部材１３４をストライプ状に設けた態様を示す。また、図９は、検知用の配線基板１２２において、貼付け部材１３４を島状又はドット状に設けた態様を示す。貼付け部材１３４は、検知用の配線１２４が設けられる基板１２８又は易接着層１３０の上で、複数の領域に分けて設けられる。すなわち、検知用の配線基板１２２は、基板１２８又は易接着層１３０が貼付け部材１３４を介して構造物１４０へ付着される領域と、構造物１４０に直接的に固定されない領域とを含む。

このような貼付け部材１３４の構成によれば、図１０に示すように、構造物１４０（構造物１４０ａ及び構造物１４０ｂ）の継ぎ目１４２には、貼付け部材１３４が配置されないように検知用の配線基板１２２を設けることができる。検知用の配線基板１２２において貼付け部材１３４が設けられない領域は、構造物１４０から浮いた状態となるので、より構造物のひび割れ等の異常、変動又は変位に追従しやすくなる。なお、貼付け部材１３４の態様は、図８及び図９に示す態様に限定されず、離散的に設ける構成であれば他の形態を有していてもよい。

［第７実施形態］
本実施形態は、第２実施形態乃至第５実施形態で示す検知用の配線基板１２２に設けられる検知用の配線１２４の一態様を示す。

図１１は、検知用の配線１２４の一態様を示す。検知用の配線１２４は、線路上の少なくとも一箇所の配線幅が、他の領域の配線幅よりも狭くなる領域を含む。検知用の配線１２４において、配線幅が狭くなる領域は複数箇所設けられていてもよい。このように、検知用の配線１２４の配線幅が狭くなる領域を設けることで、構造物１４０において発生するひび割れ等の異常、変動又は変位に追従しやすくなる。すなわち、検知用の配線基板１２２の感度を高めることができる。

［第８実施形態］
本実施形態は、第２実施形態及び第３実施形態における検知用の配線基板１２２に用いられる基板１２８の他の態様について示す。

図１２は、基板１２８の一部に切欠き部１３６を設けた形態を示す。切欠き部１３６は、一箇所又は複数箇所に設けられ、基板１２８の端部から所定の深さに、検知用の配線が断線しないように設けられている。また、図１３は、基板１２８の面内に開口部１３８が設けられた形態を示す。開口部１３８は、基板１２８を貫通する開口であり、一箇所又は複数箇所に設けられる。開口部１３８は、基板１２８の配線間に設けられる。

このように、基板１２８に切欠き部１３６や開口部１３８を設けることで、構造物１４０において発生するひび割れ等の異常、変動又は変位によって、当該部分に応力が集中し基板１２８が破断しやすくなる。すなわち検知用の配線１２４が切断されやすくなり、検知用の配線基板１２２の感度を高めることができる。

［第９実施形態］
本実施形態は、構造物異常検知装置１００において、複数の検知用の配線基板１２２を設ける一態様を示す。本実施形態においては、第１実施形態と相違する部分について述べる。

図１４は、本実施形態に係る構造物異常検知装置１００ｂの構成を示す。構造物異常検知装置１００ｂは、電源部１０２、電源供給制御回路１０４、通信モジュール１０６に加え、判別回路１０８を含む。判別回路１０８には、複数の検知用の配線基板が接続されている。図１４では検知用の配線基板１２２ａ〜１２２ｄが例示されている。

判別回路１０８は、複数の検知用の配線基板１２２のうち、どの基板の配線が切断されたのかを判別する回路が含まれている。判別回路１０８は、複数の検知用の配線基板１２２のうち、少なくとも一つの基板において配線の断線を検知したとき、電源供給制御回路１０４を動作させる信号を出力する。これにより、第１実施形態における異常検知の動作と同様に、電源供給制御回路１０４は、電源部１０２の電力を通信モジュール１０６に供給する動作をする。電力供給を受けた通信モジュール１０６は、監視サーバ等に異常の発生を送信する。

なお、図１４は複数の検知用の配線基板１２２を示すが、このような態様に変えて、一つの基板１２８に複数の検知用の配線１２４が設けられていてもよい。すなわち、一対の端子間を接続する配線パターンが、基板１２８の複数箇所に設けられていてもよい。

また、判別回路１０８は、複数の検知用の配線基板１２２のうち、どの基板において異常が発したのかを区別する、アドレス判別回路が含まれていてもよい。これにより、構造物１４０のどの場所に異常が発生したのかを特定することが可能となる。これにより、構造物１４０において、異常が発生した際の確認が容易となる。

［第１０実施形態］
本実施形態は、第９実施形態で示す構造物異常検知装置１００ｂにおいて、一つの検知用の配線基板１２２に複数の検知用の配線を設けた態様を示す。

図１５に示すように、構造物異常検知装置１００ｂは、電源部１０２、電源供給制御回路１０４、通信モジュール１０６、判別回路１０８を含む。検知用の配線基板１２２には、検知用の配線として第１配線１２４ａと第２配線１２４ｂが設けられている。判別回路１０８には、検知用の配線基板１２２に設けられた第１配線１２４ａ及び第２配線１２４ｂが、それぞれ接続されている。

検知用の配線基板１２２において、第１配線１２４ａと第２配線１２４ｂとは電気的に絶縁されている。すなわち、第１配線１２４ａと第２配線１２４ｂとは、一方が断線しても、他方は導通する状態をとり得る。第１配線１２４ａと第２配線１２４ｂとは、線幅が異なるように設けられていることが好ましい。例えば、第１配線１２４ａの線幅を０．２ｍｍとしたき、第２配線１２４ｂの線幅を１．０ｍｍとして、双方の検知用の配線で線幅を異ならせておくことが好ましい。なお、第１配線１２４ａと第２配線１２４ｂの線幅の相違は、第７実施形態で示すように、検知用の配線の一部に設けられる最小線幅の領域が異なるように設けられていてもよい。

このように、配線幅を異ならせることで、断線のしやすさを異ならせることができる。すなわち、配線幅を異ならせることで検知感度を異ならせ、検知用の配線基板１２２で複数の異常の状態を判別することが可能となる。これにより、構造物１４０にひび割れ等の異常が発生した場合において、その異常の程度を判断することが可能となる。

第１配線１２４ａと第２配線１２４ｂとは、いずれも基板１２８に設けられるが、図１５で示すように、双方の配線パターンが咬み合うように設けてもよい。このような構成により、構造物１４０の同一箇所の異常の程度を判別することが可能となる。

［第１１実施形態］
本実施形態は、検知用の配線基板の一態様を示す。図１６（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係る検知用の配線基板１２２を示す。検知用の配線基板１２２ｄは、図１６（Ａ）に示すように、長尺の基板１２８に連続する配線１２４が設けられている。長尺の検知用の配線基板１２２ｄは、ロール状に巻かれた状態で提供されてもよい。基板１２８の検知用の配線が設けられる面と反対側の面、及び／又は、検知用の配線が設けられる側の面には剥離シートが設けられていてもよい。

図１６（Ｂ）は、長尺の検知用の配線基板１２２の一部を平面図で示す。基板１２８に設けられる検知用の配線１２４のパターンは任意であるが、例えば、メアンダ状に屈曲する検知用の配線１２４のパターンが連続的に設けられている。基板１２８の幅方向の端部には、端子１２６が設けられている。端子１２６は、基板１２８の幅方向の一方の端部、又は双方の端部に設けられる。端子１２６は任意の間隔で複数個設けられ、各端子１２６は検知用の配線１２４ｄと接続される。

このような検知用の配線基板１２２は、基板１２８の長手方向の任意の位置で切断可能とされている。例えば、図１６（Ｂ）で示すように、Ｄ１−Ｄ２の位置と、Ｄ３−Ｄ４の位置で基板１２８を切断することで、長尺の検知用の配線基板１２２から所定の長さの検知用の配線基板１２２を取り出すことができる。この場合、検知用の配線基板１２２は、端子１２６ａと端子１２６ｂが一対の端子を形成する。

このように、長尺の検知用の配線基板を用いることにより、構造物の被検知面の面積に応じて、任意の長さに基板を切り出し、検知用の配線基板として用いることができる。

［第１２実施形態］
本実施形態は、構造物異常検知装置とサーバ装置とを含む構造物異常検知システムの一例を示す。

図１７は、構造物異常検知システム１０１の一例を示す。構造物異常検知システム１０１は、構造物異常検知装置１００がサーバ装置１１２と、無線ＬＡＮ、有線ＬＡＮ、有線又は無線の電話回線等による電気通信回線によって管理者側のサーバ装置と接続されている。具体的には、構造物異常検知装置１００の通信モジュール１０６が、電気通信回線を介してサーバ装置と接続されている。

構造物異常検知装置１００は、構造物１４０に付着された検知用の配線基板１２２と接続されている。電源供給制御回路１０４は、検知用の配線基板１２２によって構造物１４０に異常が発生したことを検知したとき（すなわち、検知用の配線基板１２２の検知用の配線が断線したとき）、電源部１０２の電力を通信モジュール１０６に供給する。通信モジュール１０６は、異常の発生を示す情報（信号）をサーバ装置１１２へ出力する。

サーバ装置１１２は、管理者側の端末装置１１４と接続されていてもよい。サーバ装置１１２は、構造物異常検知装置１００から異常の発生を知らせる情報（信号）を受信したとき、その情報を端末装置１１４に出力する。また、サーバ装置１１２は、データベース１１６と接続され、異常発生の情報（信号）を受信した履歴が保存されるように構成されていてもよい。なお、図１７は、通信モジュール１０６がサーバ装置１１２と接続される態様を示すが、図示される態様は一例であり、これに限定されるものではない。例えば、通信モジュール１０６とサーバ装置１１２との間には、端末装置１１４、中継局が介在していてもよい。なお、サーバ装置１１２は、複数の通信モジュール１０６と接続され得る。

また、構造物異常検知装置１００は、異常の発生を表示する表示装置１１０と接続されていてもよい。表示装置１１０は通信モジュール１０６と接続され、異常の発生を表示する。表示装置１１０は構造物１４０それ自体又はその近傍に設置される。表示装置１１０は視認者に構造物の異常を視覚的に把握されるように、電光掲示版、パトライト(登録商標)等の警告灯で構成され、警報音や音声を伴うものであってもよい。

構造物異常検知装置１００は通信モジュール１０６を備えることにより、サーバ装置１１２から離れた場所に設置される。構造物異常検知装置１００は、検知用の配線基板１２２と接続されるので、検知対象とする構造物１４０それ自体又はその近傍に設置される。

図１８は、構造物異常検知装置１００を道路設備や鉄道設備の橋脚１４４に設置する例を示す。第９実施形態で示すように、構造物異常検知装置１００は、複数の検知用の配線基板１２２ａ〜１２２ｄと接続されている。検知用の配線基板１２２ａ〜１２２ｄの設置場所は任意であり、橋脚１４４及び橋梁１４６に設置される。構造物異常検知装置１００は、検知用の配線基板１２２ａ〜１２２ｄによって、橋脚１４４及び橋梁１４６の異常を検知したとき、電気通信回線によってサーバ装置に異常を出力する。この場合、構造物異常検知装置１００は、道路設備や鉄道設備の近くにある無線基地局と通信をし、この無線基地局を介してサーバ装置と通信をしてもよい。

検知用の配線基板１２２は、橋梁及び橋脚の、壁面の剥落、ひび割れ、継ぎ目部のずれ又は切断等を検知することができる。なお、図１８は橋梁１４６及び橋脚１４４に検知用の配線基板１２２が設置される例を示すが、これら以外にも、トンネル、法面等の構造物、信号、ケーブル、標識等を支持する鉄柱等の構造物に対して検知用の配線基板１２２を設置してもよい。検知用の配線基板１２２を道路設備や鉄道設備の全体に対して設置し、構造物異常検知装置１００と接続することにより、監視ネットワークを形成し、道路設備等の全体の監視をすることが可能となる。

本実施形態によれば、センサとして用いる検知用の配線基板１２２は、能動素子を必要とせず、配線パターンによって構成されるので、動作時消費電力が極めて低くされている。また、構造物異常検知装置は、異常の発生時において通信モジュールが動作するように構成されている。そのため、構造物に設けられる構造物異常検知装置の電源管理が容易となる。

１００・・・構造物異常検知装置、１０１・・・構造物異常検知システム１０２・・・電源部、１０４・・・電源供給制御回路、１０６・・・通信モジュール、１０８・・・判別回路、１１０・・・表示装置、１１２・・・サーバ装置、１１４・・・端末装置、１１６・・・データベース、１１８・・・レギュレータ、１２０・・・スイッチング素子、１２２・・・配線基板、１２４・・・配線、１２６・・・端子、１２８・・・基板、１３０・・・易接着層、１３２・・・剥離フィルム、１３４・・・貼付け部材、１３５・・・保護層、１３６・・・切欠き部、１３８・・・開口部、１４０・・・構造物、１４２・・・継ぎ目、１４４・・・橋脚、１４６・・・橋梁

Claims (24)

1. 構造物に付着される検知用の配線基板であって、
   絶縁表面を有する基板と、前記基板の第１面に配設され第１端から第２端にかけて連続する少なくとも１本の検知用の配線と、を有し、
   前記基板は、前記構造物と比較して脆性が高いこと、を特徴とする配線基板。
2. 前記基板の前記第１面に対向する第２面に前記基板から剥離可能な剥離フィルムを有する、請求項１に記載の配線基板。
3. 前記検知用の配線は前記基板が破断するとき前記基板と共に断線する、請求項１に記載の配線基板。
4. 前記基板は脆性フィルムである、請求項１に記載の配線基板。
5. 前記基板は易接着層である、請求項１に記載の配線基板。
6. 前記基板の前記第１面に前記検知用の配線を埋設する貼付け部材を有する、請求項１に記載の配線基板。
7. 前記基板の前記第１面に対向する第２面に貼付け部材を有する、請求項１に記載の配線基板。
8. 前記貼付け部材が前記第１面上で複数の領域に分割して設けられている、請求項６又は７に記載の配線基板。
9. 前記貼付け部材が、島状、ストライプ又は格子状のパターンで設けられている、請求項６又は７に記載の配線基板。
10. 前記検知用の配線は、メアンダ状に屈曲した線路を有する、請求項１に記載の配線基板。
11. 前記検知用の配線は、第１の配線幅を有する領域と、前記第１の配線幅より狭い第２の配線幅を有する領域とを含む、請求項１に記載の配線基板。
12. 前記検知用の配線は、第１の配線幅を有する第１配線と、前記第１の配線幅より太い配線幅を有する第２配線と、を含み、前記第１配線と前記第２配線は電気的に絶縁されている、請求項１に記載の配線基板。
13. 前記基板は、スリット、切れ込み又は開口部を含む、請求項１に記載の配線基板。
14. 前記基板は、ロール状に巻かれた長尺の基板であり、前記検知用の配線は、前記長尺の基板の長手方向に連続的に設けられている、請求項１に記載の配線基板。
15. 前記長尺の基板は、前記検知用の配線と共に、任意の長さで分断可能とされている、請求項１４に記載の配線基板。
16. 電源部と、通信モジュールと、前記電源部から前記通信モジュールへの電力供給を制御する電源供給制御回路と、を含み、
    前記電源供給制御回路は、構造物に付着される検知用の配線基板が有する検知用の配線と接続される検知信号入力部を有し、前記検知信号入力部に前記検知用の配線から異常信号が入力されたとき、前記電源部から前記通信モジュールに電力を供給する制御部を含むこと、を特徴とする構造物異常検知装置。
17. 前記異常信号は、前記検知用の配線の断線によって発生する、請求項１６に記載の構造物異常検知装置。
18. 前記検知信号入力部は、前記検知用の配線と着脱可能な接続端子を有する、請求項１６に記載の構造物異常検知装置。
19. 前記電源部は、前記検知用の配線に電圧を印加する、請求項１６に記載の構造物異常検知装置。
20. 前記通信モジュールは、前記電源部から電力を供給されて異常検知信号を送信する、請求項１６に記載の構造物異常検知装置。
21. 前記検知用の配線は、少なくとも第１の検知用の配線と、前記第１の検知用の配線と並列に配設される第２の検知用の配線とを含む、請求項１６に記載の構造物異常検知装置。
22. 前記配線基板が、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の構成を備える、請求項１６に記載の構造物異常検知装置。
23. 請求項１６乃至請求項２２のいずれか一項に記載の構造物異常検知装置と、
    前記通信モジュールと通信可能な状態に置かれる監視サーバと、を含む構造物異常検知システム。
24. 前記通信モジュールに電力が供給されるとき、異常を通知する警報部を有する、請求項２３に記載の構造物異常検知システム。

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