JP6026238B2 - 構造物亀裂検知センサ、構造物亀裂検知装置および構造物亀裂検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、道路橋、トンネル及び桟橋等のコンクリート構造物等の表面に形成される亀裂の進展を検知するために設置される構造物亀裂検知センサ、構造物亀裂検知装置および構造物亀裂検知方法に関するものである。

近年、道路橋、トンネル及び桟橋といったコンクリート構造物のコンクリートが劣化してその一部が剥落する事故が発生し問題となっている。これに伴い、コンクリート構造物の健全度を的確に把握し得る検知センサ、検知装置の開発、並びに、コンクリート構造物の亀裂幅の検知方法の確立が求められている。

従来のコンクリート構造物の亀裂幅の測定方法は、クラックスケール、バーニア（ノギス）式、歪み測定式、光学測定式の４種類に大別される。表１にそれらの原理、測定精度、長所、短所を示す。

表１に示すように、従来の測定方法では、測定精度が０．０５ｍｍの検知センサ及び検知装置は、遠隔から経時的にモニタリングできる安価なものがないのが現状である。

前述したような従来の測定方法を改良すべく、いくつかの方法が提案されている。

例えば、図１に示すように、それぞれ所定の電気抵抗値を持つ線状体で形成した導電性要素を複数本横並び状態に配列させて、これら導電性要素を中間部で折り返して折返し部１２２ａ、１２２ｂを設け、この折返し部１２２ａ、１２２ｂを横一線に並ぶ状態にし、且つ各導電性要素の順次的な切断に対応して抵抗値の変化を生じるように回路を形成した導電体１２０ａ、１２０ｂと、この導電体１２０ａ、１２０ｂの導電性要素をその折返し部１２２ａ、１２２ｂで切断可能とする切断手段１４０と、この切断手段１４０を導電体１２０ａ、１２０ｂに対し相対的に移動させるスライダ１５０と、これら導電体１２０ａ、１２０ｂ、切断手段１４０及びスライダ１５０を保護ケース本体１１４とこれを覆うカバー１１２とそれらの間に介在させたシールパッキング１１８により水密的に収納する保護ケース１１０とを備えてなり、そして構造物における検出対象の構造部材に対し該構造部材に生じる変形に応じてスライダ１５０に導電体１２０ａ、１２０ｂに対する相対移動を生じさせるように取り付けて用いられ、この相対移動の移動量に応じて導電体１２０ａ、１２０ｂの導電性要素を切断手段１４０にて順次切断させ、この切断状態での導電体１２０ａ、１２０ｂにおける抵抗値から構造物の構造部材における最大変形量を検出する最大値記憶形センサ１００であって、そのスライダ１５０を、スライドブロック部１５６と、このスライドブロック部１５２から突設させた棒状のロッド部１５４及びこのロッド部１５４の先端に設けた接続端１５６とで形成すると共に、保護ケース１１０の一端に外部へ通じる挿通部１１６を設け、この挿通部１１６を通してロッド部１５４の先端側を保護ケース１１０の外部に突出させるようにした最大値記憶形センサ１００が知られている（特許文献１参照）。

また、亀裂を挟んだ被測定物の２点間に取り付けて亀裂の変化を測定するための亀裂測定装置において、細長のスライドケースにスライドシャフトを進退自在に嵌合し、これらスライドケースとスライドシャフトの少なくともいずれか一方に相互の移動距離を測定する目盛を形成し、スライドケースの一端とスライドシャフトの他端との少なくともいずれか一方にユニバーサルジョイントを連結してなる亀裂測定装置が知られている（特許文献２参照）。

特開平９−９６５７６号公報 特開平１１−６３９０８号公報

ところが、前述した特許文献１に開示された最大値記憶形センサでは、導電体の折返し部を切断して、変位量を測定する構成となっているため、導電体が折返し部（導電体の中央部）からずれた箇所で切断される可能性があり、変位量の測定に誤差を生じるという課題があった。
また、導電部が切断されるまでの時間的遅れが変位量の時間的変化、すなわち、じわじわ変位が生じたか、あるいは、急激に変位が生じたかの違いにより、影響を受けるため、変位量の測定に誤差が生じるという課題があった。

しかも、前記最大値記憶形センサでは、亀裂の発生により導電体の折返し部が切断されることにより亀裂の発生、変位量を測定するため一度、亀裂が発生し測定が行われるとセンサそのものを取り替えなくてはならず、センサは使い捨て的な使用になり、コスト高の要因になっていた。また、亀裂が狭くなる方向の検知が出来ないという課題があった。

また、切断された導電体の切断端が開放状態となるため、切断端が切断されていない近隣の導電体と接触して抵抗値に誤差が生じるという課題があった。さらに、導電体のヤング率によって切断のための応力が変わるので、材料が変わると補正が必要であり、そのための計算が煩雑であった。

また、前記最大値記憶形センサでは、導電体の電気抵抗から亀裂の変位量を求めている。電気抵抗は、温度や長さによって変化するため、補正のための構造や換算が複雑であり、コスト高や誤差の要因になるという課題があった。

さらに、前記最大値記憶形センサは、櫛形のカッターで導電体を切断する構造となっているが、櫛形のカッターの成形、製造が難しく、しかも、カッターの材質が金属のような導電体であると、導電体同士が導通し、測定値に誤差が生じるという課題があった。また、所定の導電体が所定の櫛溝に入らず適切に切断されないという課題もあった。

前述したような課題から、特許文献１に開示された最大値記憶形センサでは、コンクリートの亀裂測定に求められる精度０．０５ｍｍに対応できなかった。

また、特許文献２に開示された亀裂測定装置は、目盛が外から肉眼で確認できるように構成することが必須であるため、設置場所や設置態様が制限され、亀裂測定の自由度が低いという課題があった。

さらに、測定値をデジタルメータで表示するノギスが市販されているが、副尺の移動に合わせてローラが回転することにより移動距離を測ってデジタルメータに表示するもので、本発明とは原理が全く異なるばかりか、構造物の亀裂を検知するための構成を備えていない。

そこで本発明が解決しようとする技術的課題、すなわち本発明の目的は、コンクリート等の構造物の亀裂測定において、測定誤差が少ない構造物亀裂検知センサ、構造物亀裂検知装置および構造物亀裂検知方法を提供することである。
さらに、具体的な目的としては、測定精度が０．０５ｍｍ以上であり、遠隔から経時的にモニタリング可能な構造物亀裂検知センサ、構造物亀裂検知装置および構造物亀裂検知方法を提供することである。

そこで、本発明者らは、前述したような従来の構造物亀裂検知センサ、構造物亀裂検知装置および構造物亀裂検知方法の課題を解決すべく、センサの機構について鋭意研究を重ねた結果、次のような知見を得た。

（１）分岐電極を、電気絶縁体上に電気的に独立して一定間隔で平行に配置された複数の導電体で構成する。
（２）共通電極は分岐電極と電気的接触をさせるため分岐電極と重ね合わさるように設置される。
（３）亀裂の幅の増加に伴って、分岐電極と共通電極との接触位置が順次変化する構造を構成する。
（４）分岐電極導電体及び共通電極導電体の材質は、金めっき銅、銅、銅合金、銀、銀めっき銅、ステンレス鋼、カーボンなど耐食性にすぐれた電子伝導材料である。
（５）共通電極は、分岐電極と接触するように分岐電極に重ねて設置された一枚の板状の電極で、その端部は、分岐電極の長手方向に対して４５°以上９０°未満の角度をなすように構成することもできる。
（６）共通電極の一部が共通電極固定部によってコンクリート面に固定されている。
（７）さや容器は、共通電極に対して分岐電極が摺動できるように、摺動溝を備えた容器であって、その一部がさや容器固定部によってコンクリート面に固定されている。
（８）さや容器内に、シリコングリスのような防水ゲルを充填することにより、電極の耐食性を向上させることができる。
（９）さや容器の材質は、塩化ビニル、エポキシ樹脂などの硬質で、絶縁性を有し、耐薬品性を有し、成形が容易な樹脂材料が好ましい。
（１０）摺動溝は、コンクリートの亀裂幅の増減に従って、分岐電極と共通電極が、同一直線上を、正確に摺動できるようにさや容器の移動をガイドする、さや容器内に設けられた溝である。
（１１）分岐電極は押さえばね等によって共通電極に向けて付勢され、分岐電極と共通電極の接点に圧力がかけられ、両者の接触が確保される。押さえばねの材質としては、銅合金、ステンレス鋼などのような耐食性の高い金属や、クロロプレンゴムなどの耐薬品性を有する軟質樹脂材料などが好ましい。
（１２）共通電極固定部およびさや容器固定部は、共通電極およびさや容器に固定された分岐電極をコンクリート面に固定する手段であって、エポキシ接着剤やアクリル系接着剤などが好適に使われる。また、両固定部に直径が６ｍｍ×長さ１０ｍｍ程度の突起を設け、コンクリート面に設けた削孔に差し込むことで、固定部とコンクリート面との接着の耐久性を向上させることが出来る。
（１３）分岐電極および共通電極は、それぞれリード線で端子台まで配線される。分岐電極は、それを構成する平行に配置された複数の線状電極の１つ１つを端子台まで配線するため、平型多芯ケーブルが好ましい。
（１４）端子台は検出器の測定端子として、さや容器内に設置される。
（１５）検出器（接触表示器）は、電極間の導通によって、両電極が接触している（ＯＮ）または非接触（ＯＦＦ）を検知するもので、デジタルマルチメータ、データロガーなど簡易な計測器が使用できる。また、非接触（ＯＦＦ）時、すなわち、亀裂検知時に警報ＬＥＤが点灯するシステムを構成することも出来る。それらについては、実施例において図面を用いて詳述する。
（１６）また、分岐電極および共通電極に電気絶縁性合成樹脂フィルム上に導電体をプリントしたものを、さや容器に電気絶縁性合成樹脂フィルム等を使用することにより、検出器全体を柔軟な構造とすることによって、曲面への適用が可能になる。

本発明は、前述した知見に基づいて、発明者らが幾多の試行錯誤と一意専心の研究開発を重ねた結果、完成するに至ったものであって、次のような特徴を有する。
「（１）構造物に少なくとも２点で固着し、該固着された点にそれぞれ固定された分岐電極と共通電極を有する構造物亀裂検知センサであって、前記分岐電極が、電気絶縁体上に一定の間隔で電気的に独立した状態で平行配列された複数の導電体を有し、かつ、該導電体は、先端が揃えられて並列配列された導電性細線状体からなり、前記共通電極が、前記分岐電極の導電体と順次重なり合う電気的接触構造を有し、かつ、前記分岐電極の長手方向と所定の鋭角を保って交差するように構成され、前記分岐電極と共通電極とを、相対的に移動させるスライド手段を有し、前記分岐電極と共通電極との接触位置および共通電極と電気的に接触する分岐電極の数が、前記分岐電極と共通電極との相対移動距離に従って順次変化するように構成されていることを特徴とする構造物亀裂検知センサ。
（２）構造物に少なくとも２点で固着し、該固着された点にそれぞれ固定された分岐電極と共通電極を有する構造物亀裂検知センサであって、
前記分岐電極が、電気絶縁体上に一定の間隔で電気的に独立した状態で平行配列された複数の導電体を有し、
前記共通電極が、前記分岐電極の複数の導電体と順次重なり合う電気的接触構造を有し、かつ、前記共通電極は、電気絶縁体上に電気的に独立して配置された複数の導電体が前記分岐電極とは異なる一定の間隔で平行配列され、前記分岐電極と共通電極とを、相対的に移動させるスライド手段を有し、前記分岐電極と共通電極との電気的接触位置が前記分岐電極と共通電極との相対移動距離に従って順次変化するように構成されていることを特徴とする構造物亀裂検知センサ。
（３）（１）または（２）に記載の構造物亀裂検知センサと、前記分岐電極と共通電極との電気的接触状態を表示する接触表示手段と、前記分岐電極と共通電極との電気的接触状態を前記接触表示手段に伝達する接触状態伝達手段とからなる構造物亀裂検知装置。
（４）前記接触表示手段が、前記分岐電極と前記共通電極との非接触時に点灯する発光体点灯回路からなることを特徴とする（３）記載の構造物亀裂検知装置。
（５）構造物に少なくとも２点で固着し、該固着された点にそれぞれ固定された分岐電極と共通電極を有する構造物亀裂検知センサを用いた構造物亀裂検知方法において、亀裂の測定箇所の片側に、一定の間隔で電気的に独立して平行配列された複数の導電体からなる分岐電極を固定し、前記測定箇所の他方側に、前記分岐電極と重なり合った状態で前記分岐電極を構成している導電体に電気的接触を保つように共通電極を固定し、前記亀裂の伸展に従って前記分岐電極と共通電極とを相対的に移動させて、共通電極と分岐電極との接触状態を順次変化させ、前記共通電極と電気的に接触する分岐電極の数から測定箇所の亀裂幅を検知することを特徴とする構造物亀裂検知方法。
（６）構造物に少なくとも２点で固着し、該固着された点にそれぞれ固定された分岐電極と共通電極を有する構造物亀裂検知センサを用いた構造物亀裂検知方法において、亀裂の測定箇所の片側に、一定の間隔で電気的に独立して平行配列された複数の導電体からなる分岐電極を固定し、前記測定箇所の他方側に、前記分岐電極と重なり合った状態で前記分岐電極を構成している導電体に電気的接触を保つように共通電極を固定し、前記亀裂の伸展に従って前記分岐電極と共通電極とを相対的に移動させて、共通電極と分岐電極との接触状態を順次変化させ、前記分岐電極と共通電極との電気的接触位置から測定箇所の亀裂幅を検知することを特徴とする構造物亀裂検知方法。」

ここで、本発明の構成及び測定原理について、さらに詳しく説明する。

まず、前記の発明は、構造物、すなわち亀裂の測定対象となるコンクリート等に、少なくとも測定箇所を挟んだ２点で固着された点にそれぞれ固定された分岐電極と共通電極を有する構造物亀裂検知センサである。そして、分岐電極が、電気絶縁体上に一定の間隔で電気的に独立した状態で平行配列された複数の導電体を有し、共通電極が、分岐電極の導電体と順次重なり合う電気的接触構造を有し、分岐電極と共通電極とを相対的に移動させるスライド手段を有し、分岐電極と共通電極との接触位置が分岐電極と共通電極との相対移動距離に従って順次変化するように構成されていることを特徴としている。

前記のような構成を有しているため本発明の構造物亀裂検知センサは、亀裂幅の増減に応じて、分岐電極と共通電極との重なり位置が変わり、その結果、分岐電極を構成する複数の導電体のうち共通電極と導通する導電体の数または位置が変化し、その数または位置を電圧計等の表示器に表示させることにより、亀裂幅を測定することが出来る。また、各導電体に標準抵抗Ｒ（Ω）を接続させておくことにより、分岐電極と共通電極間の抵抗値を測定することにより、分岐電極を構成する複数の導電体のうち共通電極と導通する導電体の数を求めることも出来る。すなわち、仮に導電体が１０本あるとした場合、１０本すべてが導通していれば、抵抗値はＲ／１０となるし、２本が導通していれば、抵抗値はＲ／２となる。

また、前記（１）に記載した発明は、前記の発明をさらに発展させたものであり、分岐電極は、複数の導電性細線状体の導電体の先端が揃えられて並列配列され、共通電極は、分岐電極の長手方向と所定の鋭角θを保って交差するように構成され、分岐電極と共通電極との相対移動距離に従って共通電極と電気的に接触する分岐電極の数が順次変化するように構成されていることを特徴としている。

前記のような構成とすることにより、例えば、分岐電極の導電体のピッチｐが０．１４ｍｍで共通電極と分岐電極の交差角θが７０°の場合、非接触部が１ピッチ移動すると、
Ｗ＝ｐ／ｔａｎθ（θを底角とする直角三角形の垂線の長さｐと底辺の長さＷとの関係式）の式から、亀裂幅は、０．０５１ｍｍほど増加したと計算できる。その後、非接触部がさらに１ピッチ増加すると、亀裂幅がさらに０．０５１ｍｍ広がったことを検知できる。このように本発明の構造物亀裂検知センサによれば、単に亀裂の発生の有無だけでなく、亀裂幅の小さな進展具合もモニタリングできるというすぐれた特徴を有する。

さらに、共通電極と分岐電極との交差角θを４５°以上９０°未満とすることによって、亀裂幅Ｗの変位をｔａｎθ倍に拡大して分岐電極の導電体のピッチｐを大きくすることが出来るので、センサの製作が容易になるという長所がある。

さらに、リード線を延長することによって、遠隔地からの測定やモニタリングが可能になる。この場合、分岐電極の導電体が何本、共通電極と導通しているかが、亀裂幅測定の原理であるため、リード線自体の抵抗は測定結果に影響を与えないため、測定地と観測地の距離にかかわらず、正確な測定が可能になる。
また、電圧や抵抗値などのアナログデータをデジタルデータに変換して無線通信することにより、遠隔地のパソコン等でのモニタリングが可能になる。

また、前記（２）に記載した発明は、前記の発明をさらに発展させたもので、共通電極は、電気絶縁体上に電気的に独立して配置された複数の導電体が分岐電極とは異なる一定の間隔で平行配列されていることを特徴としている。

前記のような構成とすることにより、分岐電極を構成している複数の導電体および共通電極を構成している複数の導電体はそれぞれ平行に配列されているが、分岐電極を構成している導電体と共通電極を構成している導電体とは、間隔が異なっているため、どの分岐電極の導電体とどの共通電極の導電体とが接触しているかを検知することにより、ノギスの主尺・副尺と同じ原理で亀裂幅を導電体の間隔以上の精度（分解能）で精密に測定することが出来る。
なお、分岐電極を構成する導電体と共通電極を構成する導電体の幅およびこれら導電体同士の間隔は、分岐電極を構成するいずれかの導電体と共通電極を構成するいずれかの導電体とが常に接触するように構成するのが好ましい。

また、前記（３）および（４）に記載した発明は、（１）または（２）に記載の構造物亀裂検知センサを用いた構造物亀裂検知装置であり、（５）に記載した発明は、（１）に記載の構造物亀裂検知センサを用いたときの構造物亀裂検知方法に関するものであり、（６）に記載した発明は、（２）に記載の構造物亀裂検知センサを用いたときの構造物亀裂検知方法に関するものである。

本発明の構造物亀裂検知センサ、構造物亀裂検知装置および構造物亀裂検知方法は、前述のような本発明に特有の構成を有しているため、コンクリート等の構造物の亀裂測定において、きわめて測定誤差が少ない測定を可能にするものである。

従来の外構造物亀裂検知センサの構造を示す分解斜視図である。 本発明の構造物亀裂検知センサの測定原理を示す概略構成図である。 本発明の構造物亀裂検知センサの別の測定原理を示す概略構成図である。 本発明の構造物亀裂検知センサのさらに別の測定原理を示す概略構成図である。 本発明の一実施例である構造物亀裂検知センサの縦断面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線における縦断面図である。 本発明の一実施例である構造物亀裂検知センサの平面図である。 本発明の一実施例である構造物亀裂検知センサの測定原理を説明する概念図である。 本発明の構造物亀裂検知センサに適用される計測回路の一例である。 本発明の構造物亀裂検知センサに適用される計測回路の別の例である。 本発明の構造物亀裂検知センサの分岐電極と共通電極との付勢機構の一例を示す概略図である。

つぎに、本発明の構造物亀裂検知センサ、構造物亀裂検知装置および構造物亀裂検知方法を図に基づいてより具体的に説明する。

図２は、本発明の動作原理を示す概略構成図である。
図２に示す分岐電極と共通電極を、それぞれ構造物に固定する。そして、共通電極の移動とともに分岐電極と順番に接触していく。この時、一本の分岐電極との接触が解かれた後に次の分岐電極と接触するため、分岐電極との接触数は増えない。好ましくは、共通電極の幅は分岐電極導体同士の間隔とほぼ同じにして、共通電極が常に分岐電極導電体のいずれかと接触するように構成する。構造物の亀裂幅が変わると、どの分岐電極と共通電極が接触するかが変わるため、分岐電極のどの導電体が接触しているかを検知することによって亀裂幅の変化を測定することが出来る。

図３は、本発明の別の態様における動作原理を示す概略構成図である。
図３に示す分岐極（本発明における分岐電極と共通電極を、それぞれ構造物に固定する。そして、共通電極の移動とともに分岐電極と順番に接触していく。この時、共通電極は分岐電極と直交しており、分岐電極の長さが順次短くなる構成にしているため、共通電極の移動とともに分岐電極との接触数が増える。したがって、幾つの分岐極導電体が共通電極と接触しているかを表示器に表示させることによって、亀裂幅を検知することが出来る。

図４は、本発明のさらに別の態様における動作原理を示す概略構成図である。
図４に示す分岐電極Ａ（本発明における分岐電極。以下、「電極Ａ」と称す。）と分岐電極Ｂ（本発明における共通電極。以下、「電極Ｂ」と称す。）を、それぞれ構造物に固定する。そして、電極Ｂの移動とともに電極Ａと順番に接触していく。この時、電極Ａを構成する導電体同士および電極Ｂを構成する導電体同士は等間隔で平行に配列しているが、電極Ａを構成する導電体同士の間隔と電極Ｂを構成する導電体同士の間隔はわずかに異ならせている。そして、どの電極Ａの導電体と電極Ｂの導電体とが接触しているかを検知する。このような構成にしたことにより、ノギスの主尺・副尺と同じ原理で亀裂幅を精密に測定することが出来る。

具体的に記載すると、たとえば、電極Ａの導電体の間隔を１ｍｍとし、この間隔の９本分、つまり９ｍｍ分を１０等分した長さ、すなわち、０．９ｍｍを電極Ｂの導電体の間隔とする。この場合、前者がノギスの主尺で、後者が副尺に相当する。電極Ａの導電体の１本目、電極Ｂの導電体の１本目を合わせてみると、電極Ａの導電体の２本目と電極Ｂの導電体本尺の２本目との間には、０．１ｍｍのずれ（１．０ｍｍ−０．９ｍｍ＝０．１ｍｍ）があることが分かる。
そこで、電極Ｂの導電体の１本目を図４において、下にずらして、電極Ａ導電体の２本目と合わせてみる。すると、電極Ｂの導電体の間隔の方が、０．１ｍｍ短いので、電極Ａの導電体の１本目と電極Ｂの導電体の１本目の間に隙間が０．１ｍｍできる。さらにずらして、電極Ａの導電体の４本目と電極Ｂの導電体の４本目を合わせると、ずれは０．３ｍｍになる。

実際の構造物亀裂検知センサにおいては、例えば、電極Ａの導電体を２０本として間隔を１ｍｍとすると合計間隔１９ｍｍで、これを２０等分した長さ、すなわち、１９／２０＝０．９５ｍｍを電極Ｂの導電体の間隔とする。したがって、電極Ａの導電体の間隔１ｍｍと電極Ｂの導電体の間隔０．９５ｍｍとの差である０．０５ｍｍまでの精度で、亀裂幅を検知することが出来る。

次に、より具体的な実施態様に則して図面を参照して説明する。図５は、本発明の一実施態様である構造物亀裂検知センサ１０の縦断面図であり、図６は、図５をＶＩ−ＶＩ線における縦断面図であり、図７は、構造物亀裂検知センサ１０の平面図である。

さや容器１１は、共通電極１３に対して分岐電極１２が摺動できるように、摺動溝１５を備えた容器であって、その一部がさや容器固定部１６によってコンクリート面Ｃに固定されている。また、共通電極１３の一部が共通電極固定部１７によってコンクリート面Ｃに固定されている。

共通電極固定部１７およびさや容器固定部１６は、共通電極１３およびさや容器１１に固定された分岐電極１２をコンクリート面Ｃに固定する手段であって、エポキシ接着剤やアクリル系接着剤などが好適に使われる。また、両固定部１６、１７に直径が６ｍｍ×長さ１０ｍｍ程度の突起を設け、コンクリート面Ｃに設けた削孔に差し込むことで、固定部１６、１７とコンクリート面Ｃとの接着の耐久性を向上させることが出来る。

さや容器１１内に、シリコングリスのような防水ゲルを充填することにより、共通電極１３および分岐電極１２の耐食性を向上させることができる。また、さや容器１１の材質は、塩化ビニル、エポキシ樹脂などの硬質で、絶縁性を有し、耐薬品性を有し、成形が容易な樹脂材料が好ましい。摺動溝１５は、コンクリートの亀裂幅の増減に従って、分岐電極１２と共通電極１３が、同一直線上を、正確に摺動できるようにさや容器１１の移動をガイドする、さや容器１１内に設けられた溝である。

分岐電極１２は、電気的に独立して一定間隔で絶縁材料からなる支持板１８上に平行に配置された複数の線状電極で構成されている。共通電極１３は、分岐電極１２と重ねて設置され、複数の電気的な接点を形成する。そして、コンクリート等の亀裂の幅の増加に伴って、分岐電極１２と共通電極１３との接触位置が順次変化する構造を構成する。分岐電極１２及び共通電極１３の材質は、金めっき銅、銅、銅合金、銀、銀めっき銅、ステンレス鋼、カーボンなど耐食性にすぐれた電子伝導材料である。

共通電極１３は、分岐電極１２と接触するように分岐電極１２に重ねて設置された一枚の板状の電極で、本実施例においては、その端部は、分岐電極１２の長手方向に対して４５°以上９０°未満の角度を有している。

分岐電極１２は押さえばね１４によって共通電極１３に向けて付勢され、分岐電極１２と共通電極１３の接点に圧力がかけられ、両者の接触が確保される。押さえばね１４の材質としては、銅合金、ステンレス鋼などのような耐食性の高い金属や、ネオプレンゴムなどの耐薬品性を有する軟質樹脂材料などが好ましい。

分岐電極１２および共通電極１３は、それぞれリード線２０ａ、２０ｂで端子台１９まで配線される。分岐電極１２は、それを構成する平行に配置された複数の線状電極の１つ１つを端子台１９まで配線するため、平型多芯ケーブルが好ましい。そして、端子台１９は構造物亀裂検知センサ１０の測定端子として、さや容器１１内に設置される。

検出器２１は、分岐電極１２及び共通電極１３間の導通によって、両電極が接触している（ＯＮ）または非接触（ＯＦＦ）を検知するもので、正確な抵抗の測定を要しないので、デジタルマルチメータ、データロガーなど簡易な計測器が使用できる。また、非接触（ＯＦＦ）時、すなわち、亀裂検知時に警報ＬＥＤが点灯するシステムを構成することも出来る。それらについては、後に、図９及び図１０を用いて詳述する。
分岐電極１２および共通電極１３に電気絶縁性合成樹脂フィルム上に導電体をプリントしたものを、さや容器１１に電気絶縁性合成樹脂フィルム等を使用することにより、構造物亀裂検知センサ１０全体を柔軟な構造とすることによって、曲面への適用が可能にすることが出来る。

ここで、構造物亀裂検知センサ１０の亀裂幅の測定原理を説明する。構造物亀裂検知センサ１０の分岐電極１２を構成する複数の線状電極は、等間隔ｐで平行に配列されている。一方、共通電極１３は、１枚の金属の板で形成されているが、その端辺が分岐電極１２の長尺方向に対して４５°以上９０°未満の角度θを有して斜めに形成されている。したがって、分岐電極１２と共通電極１３の重なり具合が変化すると、分岐電極１２を構成する線状電極のうち共通電極１３と接触している数が変化する。分岐電極１２と共通電極１３の重なり具合は、コンクリート面Ｃの亀裂幅の変化に対応しているため、幾つの分岐電極１２の線状電極が共通電極１３と接触しているかを表示器に表示させることによって、亀裂幅を検知することが出来る。

さらに、図８に示しているように線状電極の間隔ｐと共通電極１３の進退距離Ｗとの間には、Ｗ＝ｐ／ｔａｎθ（θを底角とする直角三角形の垂線の長さｐと底辺の長さＷとの関係式）の関係式が成り立つため、ｐ＝０．１４ｍｍ、θ＝７０°の時、１ｐほど変化するとＷ＝０．１４／ｔａｎ７０°＝０．０５１ｍｍとなる。すなわち、０．０５１ｍｍの亀裂幅を０．１４ｍｍの変化として検知することが出来る。さらに、１ピッチ増加すると、亀裂幅がさらに０．０５１ｍｍ広がったことを検知できる。このように本発明の構造物亀裂検知センサ１０によれば、単に亀裂の発生の有無だけでなく、小さな亀裂幅の進展具合もモニタリングできるというすぐれた特徴を有する。

ここで、前述した検出器２１の具体的な例について図９、図１０を用いて説明する。
まず、図９は、デジタルマルチメータ、データロガーなど簡易な計測器を使用した例である。本発明の構造物亀裂検知センサ１０は、分岐電極１２の線状電極と共通電極１３との導通を認識できれば良いため、図９に示すように分岐電極の線状電極と繋がる線ａ、ｂｃ・・・と共通電極と繋がる線ｃｏｍとの間の電圧をデジタルマルチメータ、データロガーなどで計測する。分岐電極１２の線状電極と共通電極１３とが導通していれば、電圧が０Ｖとなり、導通していなければ、電源電圧が現れる。

次に、図１０は、非接触（ＯＦＦ）時、すなわち、亀裂検知時に警報ＬＥＤが点灯するシステムを構成した例である。原理は、前述した図９の例と同じであるが、デジタルマルチメータ、データロガーなどの代わりにＬＥＤを設けている。その結果、亀裂検知時にＬＥＤが点灯し、警告を発する。また、点灯しているＬＥＤの数により亀裂幅の大きさを一目で認識することが出来る。

なお、前述した例では、分岐電極１２の背面から押さえばね１４によって付勢することにより、分岐電極１２と共通電極１３との接触圧力を一定に保っているが、押さえばね以外にも、例えば、図１１に示したように、共通電極（対極）を電気絶縁性フィルムで支持し、その背後からローラで付勢するという方法を採ることも出来る。

また、分岐電極を構成する線状電極と共通電極との電気的接触状態を表示手段に伝達する接触状態伝達手段には、前述のようにリード線を用いるほか、無線で自動転送する方法を採用することも出来る。無線による伝達方法を用いた場合、リード線が不要になるため、リード線のメンテナンスがいらなくなるというメリットがある。また、取付けが、測定箇所へのセンサの設置だけで良いため、きわめて短時間に行うことができる。さらに、これまで、配線の関係で設置が困難であった場所への設置が可能になるというメリットもある。

本発明による構造物亀裂検知センサ、構造物亀裂検知装置および構造物亀裂検知方法は、コンクリートの亀裂の有無のみならず、亀裂の小さな進展までモニタリングでき、しかも、温度変化による影響を受けにくく、電極の作成精度を上げることなく測定精度を上げることが出来るなど、すぐれた特性を有している。そのため、変状監視が重要である、ダムや高架、トンネルなどの維持管理において、これまで見逃しがちであったわずかな亀裂の発生やその進展などを的確に把握することが出来る。さらに、無線による遠隔計測も可能になり、設置コスト、メンテナンスコストを格段に削減することが出来るなど、その効果は絶大である。

Claims (6)

1. 構造物に少なくとも２点で固着し、該固着された点にそれぞれ固定された分岐電極と共通電極を有する構造物亀裂検知センサであって、
   前記分岐電極が、電気絶縁体上に一定の間隔で電気的に独立した状態で平行配列された複数の導電体を有し、かつ、該導電体は、先端が揃えられて並列配列された導電性細線状体からなり、
   前記共通電極が、前記分岐電極の複数の導電体と順次重なり合う電気的接触構造を有し、かつ、前記分岐電極の長手方向と所定の鋭角を保って交差するように構成され、
   前記分岐電極と共通電極とを、相対的に移動させるスライド手段を有し、
   前記分岐電極と共通電極との接触位置および共通電極と電気的に接触する分岐電極の数が、前記分岐電極と共通電極との相対移動距離に従って順次変化するように構成されていることを特徴とする構造物亀裂検知センサ。
2. 構造物に少なくとも２点で固着し、該固着された点にそれぞれ固定された分岐電極と共通電極を有する構造物亀裂検知センサであって、
   前記分岐電極が、電気絶縁体上に一定の間隔で電気的に独立した状態で平行配列された複数の導電体を有し、
   前記共通電極が、前記分岐電極の複数の導電体と順次重なり合う電気的接触構造を有し、
   かつ、前記共通電極は、電気絶縁体上に電気的に独立して配置された複数の導電体が前記分岐電極とは異なる一定の間隔で平行配列され、
   前記分岐電極と共通電極とを、相対的に移動させるスライド手段を有し、
   前記分岐電極と共通電極との電気的接触位置が前記分岐電極と共通電極との相対移動距離に従って順次変化するように構成されていることを特徴とする構造物亀裂検知センサ。
3. 請求項１または２に記載の構造物亀裂検知センサと、前記分岐電極と共通電極との電気的接触状態を表示する接触表示手段と、前記分岐電極と共通電極との電気的接触状態を前記接触表示手段に伝達する接触状態伝達手段とからなる構造物亀裂検知装置。
4. 前記接触表示手段が、前記分岐電極と前記共通電極との非接触時に点灯する発光体点灯回路からなることを特徴とする請求項３記載の構造物亀裂検知装置。
5. 構造物に少なくとも２点で固着し、該固着された点にそれぞれ固定された分岐電極と共通電極を有する構造物亀裂検知センサを用いた構造物亀裂検知方法において、亀裂の測定箇所の片側に、一定の間隔で電気的に独立して平行配列された複数の導電体からなる分岐電極を固定し、前記測定箇所の他方側に、前記分岐電極と重なり合った状態で前記分岐電極を構成している導電体に電気的接触を保つように共通電極を固定し、前記亀裂の伸展に従って前記分岐電極と共通電極とを相対的に移動させて、共通電極と分岐電極との接触状態を順次変化させ、前記共通電極と電気的に接触する分岐電極の数から測定箇所の亀裂幅を検知することを特徴とする構造物亀裂検知方法。
6. 構造物に少なくとも２点で固着し、該固着された点にそれぞれ固定された分岐電極と共通電極を有する構造物亀裂検知センサを用いた構造物亀裂検知方法において、亀裂の測定箇所の片側に、一定の間隔で電気的に独立して平行配列された複数の導電体からなる分岐電極を固定し、前記測定箇所の他方側に、前記分岐電極と重なり合った状態で前記分岐電極を構成している導電体に電気的接触を保つように共通電極を固定し、前記亀裂の伸展に従って前記分岐電極と共通電極とを相対的に移動させて、共通電極と分岐電極との接触状態を順次変化させ、前記分岐電極と共通電極との電気的接触位置から測定箇所の亀裂幅を検知することを特徴とする構造物亀裂検知方法。