JP6457066B2 - センサユニット - Google Patents

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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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