JP6457066B2 - センサユニット - Google Patents

Description

この発明は、各種構造物の状態（健全性）を監視・診断するのに適した構造を有するセンサユニットに関する。

我が国においては、高度経済成長期に集中して道路、鉄道、橋梁、トンネル等の社会インフラと言われる各種構造物が大量に整備された。近年、それら構造物の老朽化が急速に進んでいる。実際、老朽化したトンネルの天井が崩落する事故等も起きている。従って、それら老朽化した構造物への対策が我が国の喫緊の課題として検討されている。

老朽化した構造物を適切に維持管理するには、点検により構造物の状態を把握し、補修や補強等の対策を適切な時期に行うことが重要である。点検は、通常、人が定期的に目視等により行っているが、各種センサを用い、常時、構造物の状態を監視・診断するようにすれば、その効率を上げることができる。

例えば、特開２０００−１８６９８４号公報（特許文献１）に開示の技術は、橋脚に加速度センサを設け、その加速度センサが検出する常時微動の加速度に基づき、橋脚の異常を検知する方法を提案している。

尚、加速度センサは、対象物の振動や動きだけでなく、傾きも検出することができるものであり（そのため「傾斜センサ」とも言われている）、構造物の状態を監視・診断するのに用いる場合、対象の構造物の動きからだけでなく、傾きからも、構造体としての状態の変化を把握することができる。

特開２０００−１８６９８４号公報

構造物の状態の監視・診断用に加速度センサを用いる場合、加速度センサを筐体に収納した状態で構造物に設けることになる。加速度センサを収納する筐体は、長期間、屋外に設けられことになるので、又、自動車の排気ガス等の腐食性ガスに曝される環境下に置かれることになるので、耐候性、耐食性に優れたものとするのが好ましい。尚、筐体は構造物に直接取り付けることもできるが、ベース等の取り付け用の部材を介して取り付けることもできる。ベース等の取り付け用の部材を利用する場合、その部材も筺体と同様、耐候性や耐食性等に優れたものとするのが好ましい。

筐体をベース等の取り付け用の部材を利用して構造物に取り付ける場合、取り付け用の部材に磁石を設け、その磁石の吸着力を利用して構造物に取り付けることが考えられる。

しかしながら、磁石は、腐食し易いという問題がある。又、滑ってしまうことにより、位置ずれが生じてしまう可能性があるという問題もある。

更には、ベース等は、平板状の部材となるので、把持し難く、扱いが容易ではないという問題があり、又、加速度センサの測定軸の方向を構造物の軸方向と合わせるのが容易ではないという問題がある。

この発明は、上記の事情に鑑み、磁石を利用しつつ、その腐食を防ぐことができると共に、位置ずれを防ぐことができる取り付け用のベースを備えたセンサユニットを提供することを目的とする。

又、この発明は、把持し易く、扱いが容易な取り付け用のベースを備えた加速度センサを提供することを目的とする。又、加速度センサの測定軸の方向を構造物の軸方向と容易に合わせることができるセンサユニットを提供することを目的とする。

この発明は、加速度センサと、前記加速度センサを収納する筐体と、前記筺体が固定される取り付け用のベースとを備えたセンサユニットにおいて、前記ベースは、構造物への取り付け面側に形成された凹部に構造物に吸着する磁石が設けられているものであり、また、前記ベースは、板状に形成されており、その両側部に長さ方向に沿って形成された切欠き部が設けられているものであることを特徴とするセンサユニットである。

又、この発明は、前記ベースは、前記磁石を覆うようにシリコン樹脂シートが貼り付けられて設けられているものであることを特徴とするセンサユニットである。

又、この発明は、前記磁石は、前記ベースに形成された非貫通のネジ穴に螺合するネジにより前記ベースに固定されているものであることを特徴とするセンサユニットである。

又、この発明は、前記ベースは、加速度センサの測定軸の方向に沿ったガイド線が前記筺体の固定面側に示されていることを特徴とするセンサユニットである。

この発明によれば、シリコン樹脂シートにより磁石を外気から保護することができる。又、シリコン樹脂シートにより磁石の吸着面が構造物に対して滑るのを防ぐことができる。

従って、この発明によれば、磁石を利用しつつ、その腐食を防ぐことができると共に、位置ずれを防ぐことができる取り付け用のベースを備えたセンサユニットを得ることができる。

又、この発明によれば、磁石を固定するネジが螺合するベース側のネジ穴が非貫通のものであり、磁石をネジ止めにより確実に固定しつつ、ネジ穴を通じて磁石が外気に曝されるのを防ぐこともでき、それによっても磁石の腐食を防ぐことができる。又、この発明によれば、ベースの両側部に形成された切欠き部を掴みしろとすることができ、ベースが把持し易くなり、ベースの扱いを容易にすることもできる。又、この発明によれば、加速度センサの測定軸の方向に沿うガイド線がベースに示されており、加速度センサの測定軸の方向を構造物の軸方向に容易に合わせることもできる。

この発明のセンサユニットの実施形態の一例を示し、加速度センサを収納する筐体及び取付ベースの斜視図である。 同上を示し、閉蓋状態にある筐体の断面図である。 同上を示し、開蓋状態にある筐体の断面図であり、ボルトのネジ部が空間部側に逃げている様子を示したものである。 同上を示し、筐体を天井面と床面とに取り付けた状態における加速度センサの上下方向の向きを示した説明図である。 同上を示し、取付ベースの構造物への取付面側の底面図である。 同上を示し、（ａ）が取付ベースの筺体の固定面側の平面図、（ｂ）が側面図、（ｃ）が（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図（磁石の固定構造部分を含む）、（ｄ）が（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図（掴みしろ部分を含む）である。尚、（ｃ）及び（ｄ）中、シリコン樹脂シートの図示は省略してある。 同上を示し、センサユニットの使用態様の一例として、構造物の支柱に取り付けた場合を示した斜視図である。

この発明のセンサユニットの実施形態の一例を図１乃至図７に基づいて説明する。

センサユニット１は、各種構造物の状態を監視・診断するのに用いられるものであり、図１に示したように、加速度センサ２（図４）と、加速度センサ２が密封状態で収納される筐体３と、筺体３が固定され、それを測定対象に取り付けるための取付ベース４とを備えている。

センサユニット１において、筺体３は、蓋体５と本体６を有している。この筐体３には、筺体３を取付ベース４に取り付けて固定するためのボルト７が挿通される筐体取付用貫通孔８，９が蓋体５と本体６とにそれぞれ形成されており、更に、蓋体５と本体６とを閉蓋状態に固定するためのボルト１０が挿通され、且つ螺合される閉蓋用貫通孔１１，１２が蓋体３と本体６とにそれぞれ形成されている。

ここで、筺体取付用貫通孔８，９は、本実施形態の場合、蓋体５と本体６とにそれぞれ４個ずつ設けられている。具体的には、蓋体５と本体６のそれぞれの短辺側の各側縁部に２箇所ずつ形成された取付用フランジ部５ｂ，６ｂのそれぞれを上下方向に貫通して設けられている。それにより、蓋体５側の取付用貫通孔８には、蓋体５の下面側（取付用フランジ部５ｂの下面側）から前記のボルト７が挿通可能になっており、又、本体６側の取付用貫通孔９には、本体６の上面側（取付用フランジ６ｂ部の上面側）から前記のボルト７が挿通可能になっている。更に、閉蓋用貫通孔１１，１２は、本実施形態の場合、蓋体５と本体６とにそれぞれ４個ずつ設けられている。具体的には、蓋体５と本体６のそれぞれの４隅に形成された閉蓋用フランジ部５ａ，６ａのそれぞれを上下方向に貫通して設けられている。それにより、閉蓋用貫通孔１１，１２の何れの側からも前記のボルト１０が挿通及び螺合可能になっている。尚、これら筺体取付用貫通孔８，９及び閉蓋用貫通孔１１,１２の数や配置等は、適宜変更することができる。

そして、センサユニット１は、筺体３が上面側（蓋体５の上面側）を取り付け側の面として取り付けられるときには、筺体３を取付ベース４に取り付けて固定するためのボルト７は、蓋体５の下面側から蓋体５側の筐体取付用貫通孔８に挿通され、又、蓋体５と本体６とを閉蓋状態にするためのボルト１０は、本体６側の閉蓋用貫通孔１２から蓋体５側の閉蓋用貫通孔１１に挿通されて螺合される。一方、筺体３が下面側（本体６の下面側）を取り付け側の面として取り付けられるときには、筺体３を取り付けるためのボルト７は、本体６の上面側から本体６側の筐体取付用貫通孔９に挿通され、又、蓋体５と本体６とを閉蓋状態に固定するためのボルト１０は、蓋体５側の閉蓋用貫通孔１１から本体６側の閉蓋用貫通孔１２に挿通されて螺合される。

これにより、センサユニット１は、筺体３が上面側を取り付け側の面として取付ベース４に取り付けられているときには、そのままでも、蓋体５と本体６とを閉蓋状態に維持しているボルト１０を本体６側から着脱することができ、筺体３を本体６側から開閉することができる。又、筐体３が下面側を取り付け側の面として取付ベース４に取り付けられているときには、そのままでも、蓋体５と本体６とを閉蓋状態に維持しているボルト１０を蓋体５側から着脱することができ、筐体３を蓋体５側から開閉することができる。

従って、センサユニット１によれば、筺体３の上面側及び下面側の両方を取り付け側の面として取付ベース４に筺体３を取り付けることができると共に、筺体３の上面側及び下面側の両方の側から筺体３を開閉することができる。

更に、センサユニット１について詳細に説明する。

加速度センサ２としては、３軸方向の加速度を測定することができる３軸加速度センサを用いることができる。３軸加速度センサの場合、センサの上下の向きが変わると、上下方向の出力が反対になるため、測定値の分析ミスが発生する可能性がある。しかしながら、センサユニット１においては、前記の通り、筺体３の上面側及び下面側の両方を取り付け側の面として取付ベース４に筺体３を取り付けることができ、例えば、図４に示したように、天井面Ｒ側には筺体３の上面側を取り付け側の面として取り付け、床面Ｆ側には筺体３の下面側を取り付け側の面として取付けることにより、天井面Ｒ側に取り付けた筐体３内の加速度センサ２の上下方向ｚの向きと、床面Ｆ側に取り付けた筐体３内の加速度センサ２の上下方向ｚの向きとを同じ方向に揃えることができるので、データの値を取り違えることなく処理が行える。

又、本実施形態の場合、図２及び図３に示したように、蓋体５と本体６とを閉蓋状態に固定するボルト１０を軸部１０ｂ（非螺合部）の基端側に頭部１０ａが設けられ、先端側にネジ部１０ｃ（螺合部）が設けられたカバーボルトとしており、又、蓋体５と本体６とに設けられた閉蓋用貫通孔１１，１２をネジ部１１ａ，１２ａ（螺合部）とそれらよりも大径に形成された大径部１１ｂ，１２ｂ（非螺合部）とを形成したものとしている。これにより、ボルト１０の脱落を防ぎつつ、筺体３を開けることができるようになっている。

更に、本実施形態の場合、筺体３は、蓋体５と本体６とがヒンジ部１３により結合されており、そのヒンジ部１３の軸を回動軸として蓋体５を開閉動作させることができるようになっているが、図２及び図３に示したように、蓋体５と本体６とに設けられた閉蓋用貫通孔１１，１２を大径部１１ｂ，１２ｂに連続し、ヒンジ部１３の回動軸に直交する方向に沿って延在する空間部１１ｃ，１２ｃを形成したものとしている。これにより、ヒンジ１３側のネジ１０については、蓋体５を開く際に空間部１１ｃ側に逃がすことができ、蓋体５が開く動きを邪魔しないようになっている（図３参照）。

次に、取付ベース４について詳細に説明する。

センサユニット１において、取付ベース４は、図５及び図６に示したように、板状に形成されており、表面側に筐体３が取り付けられて固定される固定面４ａを有し、裏面側に構造物に取り付けられる取付面４ｂを有する。固定面４ａには、筐体３の筺体取付用貫通孔８，９に挿通されたボルト７が螺合する非貫通（有底）ネジ穴４ｃが設けられている。取付面４ｂには、構造物に吸着する磁石１４が設けられているが、本実施形態の場合、取付面４ｂに凹設された凹部４ｄに収納された状態で設けられている。尚、磁石１４としては、強力な永久磁石であるネオジム磁石を用いることができる。又、本実施形態の場合、磁石１４を４個設け、横に２個並べたものを上下二段に配置したものとしているが、その数及び配置は適宜変更することができる。

そして、取付面４ｂには、図５に示したように、凹部４ｄに収納されている磁石１４を密封するように覆うシリコン樹脂シート１５が貼り付けられて設けられている（図示の便宜上、表面にドット模様を付してある）。尚、このシリコン樹脂シート１５は、シールや接着剤等の粘着性の物質により取付面４ｂに貼り付けられている。

このシリコン樹脂シート１５により、磁石１４を外気から保護することができる。又、磁石１４の吸着面が構造物に対して滑るのを摩擦抵抗により防ぐことできる。

従って、センサユニット１によれば、構造物に取り付けるのに磁石１４を利用しつつ、その腐食を防ぐことができる。又、構造物との間の位置ずれを防ぐことができる。

更に、取付ベース４について説明する。

本実施形態の場合、磁石１４は、図６に示したように、取付面４に形成された非貫通（有底）のネジ穴４ｅに螺合するネジ１６により取付ベース４にネジ止めにより固定されている。即ち、ネジ穴４ｅを通じて磁石１４が外気に曝されるのを防ぐことができ、このねじ止め構造によっても、磁石１４を外気から保護することができる。

又、本実施形態において、取付ベース４は、板状に形成されているものの、図５及び図６に示したように、その両側部に長さ方向に沿って形成された切欠き部４ｆ，４ｆが設けられている。それら切欠き部４ｆ，４ｆを掴みしろとすることができ、取付ベース４が把持し易くなり、その扱いを容易にすることができる。

更に、前記取付ベース４には、それに取り付けられる筐体３内に固定されている加速度センサ２の測定軸の方向に沿ったガイド線の一例として、図６に示したように、センタ溝４ｇが固定面４ａ上に形成されて示されている。これにより、取付ベース４を構造物に取り付ける際に、センタ溝４ｇが構造物の軸方向に沿うように取り付けることにより、加速度センサ２の測定軸の方向を構造物の軸方向に容易に合わせることができる。尚、本実施形態の場合、センタ溝４ｇは、取付ベース４の長さ方向に沿う中心線上に形成されている。加速度センサ２が測定する３つの測定軸のうち平面方向のうちいずれか一方向の測定軸がその中心線に沿うように筐体３は取付ベース４上に固定されており、センタ溝４ｇが構造物の軸方向に合うように取付ベース４を構造物に取り付ければ、加速度センサ２の平面方向のうちいずれか一方向の測定軸は構造物の軸方向に沿うことになる。

最後に、本実施形態のセンサユニット１の使用態様について説明する。

センサユニット１は、構造物に取り付けることにより、その構造物の構造体としての健全性を継続して監視・診断をすることができるものであるが、加速度センサ２として３軸加速度センサを用いていれば、構造物の取り付け位置の形態に応じて種々の向きで取り付けることができ、例えば、構造物の水平部分に対しては横向きに取り付けることができ、垂直部分に対しては縦向きに取り付けることができる。

図７は、垂直方向に立設される構造物の支柱Ｐにセンサユニット１を縦向きに取り付けた場合を示したものである。具体的には、同図に示したように、センサユニット１は、垂直方向に立設されている構造物の支柱Ｐに取り付ける場合、その長さ方向を支柱Ｐの軸方向に沿う向きで縦方向に取り付けることができる。

ここで、センサユニット１は、前記の通り、取付面４ｂ側に磁石１４を有しており、構造物への取り付けに際し、取り付け位置の材質が鉄等の磁石が吸着可能な材質のものであれば、取付面４ｂ側に設けた磁石１４の吸着力により取付ベース４を支柱Ｐの表面に吸着させることができる。例えば、道路標識等の支柱は、通常は鉄製であり、磁石１４の吸着力により取付ベース４を表面に吸着させることが可能である。又、磁石１４を覆うように取付面４ｂにシリコン樹脂シート１５が貼り付けられており、そのシリコン樹脂シート１５の摩擦抵抗により取付ベース４が滑るのを防ぐことができ、支柱Ｐとの間で位置ずれが生じるのを防ぐことができる。更に、固定面４ａ側にはセンタ溝４ｇが形成されており、センタ溝４ｇが支柱Ｐの軸方向に沿うように取付ベース４を取り付けることにより、筺体３内の加速度センサ２の測定軸の方向を支柱２０の軸方向に合わせることができる。尚、図７に示したものの場合、取付ベース４を支柱Ｐに締め付ける締着ベルト４ｈが上下に２本、支柱Ｐの周囲に装着されており、それによっても支柱Ｐとの間で位置ずれが生じるのを防ぐことができるようになっており、滑落するのを防ぐことができるようになっている。この締着ベルト４ｈは、例えば、金属製やシリコン製のものとすることができる。

以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、センサユニット１は加速度センサ２を用いた加速度センサユニットとしているが、それに代えて、各種構造物の状態（健全性）を監視・診断するものであれば、その他のセンサユニットであってもよい。

また、センサユニット１（取付ベース４）は構造物に限らず、その他の測定対象に取り付けられるものであってもよい。

１：センサユニット ２：加速度センサ ３：筐体 ４：取付ベース
４ａ：固定面 ４ｂ：取付面 ４ｃ：ネジ穴 ４ｄ：凹部 ４ｅ：ネジ穴
４ｆ：切欠き部 ４ｇ：センタ溝 ４ｈ：締着ベルト ５：蓋体
５ａ：閉蓋用フランジ部 ５ｂ：取付用フランジ部 ６：本体
６ａ：閉蓋用フランジ部 ６ｂ：取付用フランジ部 ７：ボルト（筐体取付用）
８，９：筐体取付用貫通孔 １０：ボルト（閉蓋用） １０ａ：頭部
１０ｂ：軸部 １０ｃ：ネジ部 １１，１２：閉蓋用貫通孔
１１ａ，１２ａ：ネジ部 １１ｂ，１２ｂ：大径部
１１ｃ，１２ｃ：空間部 １３：ヒンジ部 １４：磁石
１５：シリコン樹脂シート １６：ネジ Ｒ：天井 Ｆ：床 Ｐ：支柱

Claims (4)

1. 加速度センサと、前記加速度センサを収納する筐体と、前記筺体が固定される取り付け用のベースとを備えたセンサユニットにおいて、
   前記ベースは、構造物への取り付け面側に形成された凹部に構造物に吸着する磁石が設けられているものであり、
   また、前記ベースは、板状に形成されており、その両側部に長さ方向に沿って形成された切欠き部が設けられているものであることを特徴とするセンサユニット。
2. 前記ベースは、前記磁石を覆うようにシリコン樹脂シートが貼り付けられて設けられているものであることを特徴とする請求項１に記載のセンサユニット。
3. 前記磁石は、前記ベースに形成された非貫通のネジ穴に螺合するネジにより前記ベースに固定されているものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサユニット。
4. 前記ベースは、加速度センサの測定軸の方向に沿ったガイド線が前記筺体の固定面側に示されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のセンサユニット。

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