JP6696112B2 - センサモジュール及びその取付方法、並びにセンサモジュールが取り付けられた構造物 - Google Patents

Description

本発明の一実施形態は、構造物の状態をモニタリングするセンサモジュール、および当該センサモジュールの構造物への取り付け方法、並びにセンサモジュールが取り付けられた構造物に関する。

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。例えば、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等においては、外壁の剥落があると大きな事故の原因となるため、定期的な点検及び検査を行い、必要箇所の補修工事が適宜行われている。

建造物の検査は、人手に頼って行われる場合もあるが、各種センサを利用して自動的に行う技術が開発されている。例えば、道路施設の保守管理に必要な情報を収集するために、道路設備の状態をセンサによって監視するシステムが開示されている（特許文献１参照）。この監視システムは、道路設備にセンサを設置し、当該センサによって測定された情報を路側ユニットに設けられたメモリに蓄積させている。メモリに蓄積された情報は走行中の点検車両に搭載された車載ユニットによって読み出され、当該車載ユニットはメモリに読み出された情報を蓄積している。

特開２０１０−１１７８３７号公報

監視システムを有効に作用させるには、構造物の複数箇所にセンサを取り付けて監視する必要がある。例えば、車両が道路橋の場合には、橋梁及び橋脚の複数箇所に振動等の物理量を検知するセンサを複数箇所に設ける必要がある。

このとき、センサの性能が優れていても、センサを構造物に取り付けるときの施工にばらつきがあると、センサの出力データに影響を与える。すなわち、構造物の竣工後に取り付けられるセンサは、作業者が手作業で液状接着剤を塗布して施工するため、取り付け状態がセンサ毎に異なってしまう。そうすると、構造物に取り付けられた複数のセンサのそれぞれについて、施工後の出力特性にばらつきが生じてしまい、正確な情報を得ることができないことが問題となる。

このような状況に鑑み、本発明は、構造物の状態を監視するセンサの出力特性のばらつきを低減することを目的の一つとする。

本発明の一実施形態によれば、構造物に取り付けられるセンサモジュールであって、構造物の性質に係る物理量を検知するセンサ装置と、構造物とセンサ装置の間の接着シートとを有するセンサモジュールが提供される。

本発明の一実施形態において、センサ装置はパッケージ部材に内包され、接着シートはパッケージ部材に付着されていてもよい。接着シートはパッケージ部材が構造物と対向する面に付着されていてもよい。接着シートの厚さは５０μｍ〜５００μｍであってもよい。接着シートの厚さばらつきは±１０μｍ以内であるとよい。

本発明の一実施形態によれば、両面に剥離フィルムが設けられた粘着性を有する接着性シートの一方の面に設けられた剥離フィルムを剥離して粘着性を有する接着性シートの一方の面を露出させ、粘着性を有する接着性シートの一方の面をセンサ装置の取り付け面に付着させ、粘着性を有する接着性シートの他方の面に設けられた剥離フィルムを剥離して粘着性を有する接着性シートの他方の面を露出させ、粘着性を有する接着性シートの他方の面を構造物の取り付け面に当接させる工程を含み、粘着性を有する接着性シートを硬化させて接着シートとするセンサモジュールの取付方法が提供される。

本発明の一実施形態によれば、両面に剥離フィルムが設けられた粘着性を有する接着性シートの一方の面に設けられた剥離フィルムを剥離して粘着性を有する接着性シートの一方の面を露出させ、粘着性を有する接着性シートの一方の面を構造物の取り付け面に付着させ、粘着性を有する接着性シートの他方の面に設けられた剥離フィルムを剥離して粘着性を有する接着性シートの他方の面を露出させ、粘着性を有する接着性シートの他方の面にセンサ装置の取り付け面を当接させる工程を含み、粘着性を有する接着性シートを硬化させて接着シートとするセンサモジュールの取付方法が提供される。

本発明の一実施形態において、両面に剥離フィルムが設けられた粘着性を有する接着性シートに対して光照射をして硬化反応を開始させてもよい。粘着性を有する接着性シートの一方の面をセンサ装置の取り付け面に付着させた状態で光照射をして硬化反応を開始させるようにしてもよい。粘着性を有する接着性シートの一方の面を構造物の取り付け面に付着させた状態で光照射をして硬化反応を開始させるようにしてもよい。センサ装置を、粘着性を有する接着性シートを介して構造物に当接させた状態でセンサ装置を圧着するようにしてもよい。粘着性を有する接着性シートは紫外光を照射して硬化させてもよく、紫外光として波長３００ｎｍ〜３７０ｎｍの光を照射してもよい。光照射に加え粘接着シートを加熱するようにしてもよい。

本発明の一実施形態によれば、粘着性を有する接着性シートによってセンサ装置を構造物に装着することで、施工ばらつきを低減することができ、センサの出力データのばらつきを低減することができる。

本発明の一実施形態に係るセンサ装置の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るセンサ装置の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るセンサ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る構造物監視システムの一態様を示す図である。 本発明の一実施形態に係るセンサ装置に用いられる粘接着シートの構成を示す断面図である。 評価試験に用いられた試料の構成を説明する図である。 本発明の一実施例に係る試料の評価結果を示すグラフを示す。 比較例に係る試料の評価結果を示すグラフを示す。 本発明の一実施形態に係るセンサ装置の取り付け方法を示す図である。 本発明の一実施形態に係るセンサ装置の取り付け方法を示す図である。

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様の要素には、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。

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。

［センサモジュールの構成］
＜センサ装置＞
図１（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係るセンサ装置１０２の構成を示す。図１（Ａ）は、センサ装置１０２の構成を平面図で、同図（Ｂ）は断面図によって模式的に示す。センサ装置１０２は、センサ部１１０、データ処理部１１２、データ通信部１１４、電源部１１６を含んでいる。センサ装置１０２の機能を実現するこれらの各部は、パッケージ部材１１８に内包されている。

図１（Ａ）及び（Ｂ）において、パッケージ部材１１８は、セラミック、強化プラスチック等の耐候性を有する素材が用いられる。パッケージ部材１１８は、センサ部１１０、データ処理部１１２、データ通信部１１４、電源部１１６を内包している。センサ装置１０２は、外装に機密性の高いパッケージ部材１１８を用いることにより、耐候性を高め、屋外に存在する構造物１０８に対しても取り付けを可能としている。

センサ装置１０２は、接着シート１０４を介して構造物１０８に取り付けられる。センサ装置１０２において、パッケージ部材１１８と構造物１０８との間には接着シート１０４が介在している。接着シート１０４は、センサ装置１０２を構造物１０８に固定する機能を有する。

センサ装置は締結具によって構造物に取り付けることも可能である。しかし、構造物１０８にボルト等を植設することにより構造物にダメージを与えることになるので、センサ装置１０２の取り付け方式として好ましくない場合がある。図１（Ａ）及び（Ｂ）で示すように、センサ装置１０２を、接着シート１０４を介して構造物１０８に取り付けることで、ダメージを与えないようにすることができる。なお、構造物１０８は、接着シート１０４の取り付け表面を清浄化、平坦化するような加工がされていてもよい。例えば、構造物１０８の取り付け表面にプライマ加工をする等の処理がされていてもよい。

図２（Ａ）及び（Ｂ）は、センサ装置１０２において、センサ１２２が本体から分離している態様を示す。センサ１２２はパッケージ部材１１８の外側に配置され、封止材１２０によって覆われている。センサ１２２と、データ処理部１１２との間における信号の送受信は、有線又は無線によって行われる。センサ１２２は、接着シート１０４を介して構造物１０８に取り付けられる。接着シート１０４は、弾性体であって接着性を有する。接着シート１０４は有機材料で形成される。なお、図２（Ａ）及び（Ｂ）において、センサ１２２の信号を増幅する増幅回路、Ａ／Ｄ変換回路等は、センサ１２２と共に本体から分離されて設けられていてもよいし、センサ１２２から離れて本体内に設けられていてもよい。

接着シート１０４は、光照射や加熱により硬化が始まる前は、粘着性を有する接着性シートであることが好ましい。粘着性があることにより、硬化前にパッケージ部材や構造部に貼り付けておくことができ、手で押さえておくなどの必要がないため、施工が容易である。粘着性を有する接着性シートが光硬化性を有することで、センサ装置１０２や構造物１０８に熱的なダメージを与えずに両者を接着することができる。

図１（Ａ）及び（Ｂ）、並びに図２（Ａ）及び（Ｂ）で示すように、センサモジュール１００は、センサ装置１０２を構造物１０８に接着シート１０４を介して取り付けることで、取り付け状態を安定化されている。センサ装置１０２を液状の接着剤によって構造物１０８に取り付ける場合、塗布される接着剤の厚さを現場で手作業により精密に制御することが困難である。そのため、センサ装置１０２が傾いて構造物１０８へ取り付けられてしまう。また、センサ装置１０２を構造物１０８に取り付ける接着層に気泡が入ってしまう。さらに、センサ装置１０２と構造物１０８との間の接着層の厚さがばらつくことが問題となる。

センサ装置１０２と構造物１０８に介在する接着層にばらつきがあると、そのばらつきは測定データに影響を与える。センサ装置１０２においてセンサ部１１０は、接着層を介して構造物１０８の状態を測定しているためである。そうすると、構造物１０８の状態を検知するセンサ部１１０からの出力信号が、取り付け状態の影響を受け正確な情報を得ることができない。このような問題があると、構造物１０８に異常が生じても、それを検知できないか、異常の程度を正確に把握することができないこととなる。

本実施形態に係るセンサモジュール１００は、接着シート１０４を用いることにより、センサ部１１０から出力されるデータがばらつくことを抑制する。厚さが５０μｍ〜５００μｍ、好ましくは１００μｍ〜２５０μｍである接着シートを用いることにより、センサ装置１０２を構造物１０８に接着する際のばらつきを低減することができる。接着シート１０４の厚さは均一であることが好ましく、例えば、前述の厚さの範囲内で、厚みのばらつきは±２０μｍ以下、好ましくは±１０μｍ以下であればよい。接着シート１０４の厚さをこのような範囲とすることで、センサ装置１０２と構造物１０８との間隔を一定に保ち、安定して取り付けることができる。

＜センサ装置＞
図３は、センサ装置１０２の一例を示す。センサ装置１０２は、センサ部１１０、データ処理部１１２、データ通信部１１４、電源部１１６を含む。

＜センサ部＞
センサ部１１０は、物理量を検出するセンサ１２２を含んでいる。また、センサ部１１０は、増幅回路１２４、Ａ／Ｄ変換回路１２６が含まれている。センサ１２２は慣性力（加速度、角速度）、歪み、音響波、超音波、電磁波等の物理量のいずれか一つを検知可能なセンサが適用される。増幅回路１２４はセンサ１２２から出力されるセンサ信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換回路１２６は、センサ信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。なお、図３で示すセンサ部１１０の構成は一例であり、センサ１２２から出力される信号を読み取り変換する方式は、他の構成が採用されてもよい。

センサ装置１０２は、図１（Ａ）及び（Ｂ）、並びに図２（Ａ）及び（Ｂ）で示すように接着シート１０４を介して構造物１０８に固定される。センサ１２２は接着シート１０４を介して構造物１０８の状態を測定する。センサ装置１０２が監視の対象とすることのできる構造物１０８は様々であり、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）、その他の建造物である。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）である。これらの構造物は、欠陥があったり、劣化が進行したりすると、安全性、信頼性に影響を及ぼす。

センサ装置１０２は、このような構造物の振動、剥落、ひび割れ、位置ずれ、傾き等の変化を監視対象とする。センサ装置１０２は、構造物の状態を監視するために、センサ１２２として、加速度センサ、角速度センサ、音響センサ、表面弾性波センサ、超音波センサ、歪みセンサ、ＧＰＳ（グローバルポジションシステム）センサ、距離センサ（測距センサ）等を用いる。例えば、構造物の振動、剥落、傾きに対しては、加速度センサ、角速度センサを用いて状態を検知することができる。構造物のひび割れに対しては、音響センサ、表面弾性波センサ、超音波センサ、歪みセンサを用いて検知することができる。構造物の歪みに対してはひずみセンサを用いて検知することができる。構造部の位置ずれに対しては、ＧＰＳセンサ、距離センサを用いて検知することができる。構造物の傾きに対しては、加速度センサを用いて検知することができる。

より具体的に例示すれば、道路設備及び鉄道設備に含まれるトンネルは、内壁のひび割れ、歪み、剥落が監視対象とされる。この場合、内壁のひび割れ、歪みに対しては、センサとして音響センサ、表面弾性波センサ、超音波センサ、歪みセンサを用いて状態の変化を検知する。また、内壁の剥落に対しては、加速度センサ、角速度センサを用いて状態の変化を検知する。道路設備や鉄道設備の橋梁及び橋脚は、振動、コンクリートの剥落、ひび割れ、溶接部又は締結部の疲労（鋼材）が監視対象とされる。この場合、振動、コンクリートの剥落に対しては、加速度センサを用い、ひび割れ、溶接部又は締結部の疲労に対しては、音響センサ、表面弾性波センサ、超音波センサ、歪みセンサを用いて状態の変化を検知する。道路設備や鉄道設備の法面については、位置すれ、ひび割れ等が監視対象とされる。この場合、ＧＰＳセンサ、距離センサ、気圧センサ、加速度センサを用いて状態の変化を検知する。道路設備及び鉄道設備の他道路設備であれば、傾き、振動、溶接部又は締結部の疲労（鋼材）が監視対象とされる。この場合、傾き、振動に対しては、加速度センサ、角速度センサを用い、溶接部又は締結部の疲労に対しては、音響センサ、表面弾性波センサ、超音波センサ、歪みセンサを用いて状態の変化を検知する。建築物については、傾き、振動、ひび割れ、歪み等が監視対象とされる。この場合、傾き、振動に対しては、加速度センサ、角速度センサを用い、ひび割れ、歪みに対しては音響センサ、表面弾性波センサ、超音波センサ、歪みセンサが用いられる。

＜データ処理部＞
データ処理部１１２は、センサ部１１０の動作を制御する。データ処理部１１２は、センサ部１１０においてセンサ１２２を動作させ、検出された信号を測定データとして取得する。データ処理部１１２は、測定データを、データ通信部１１４を介して出力する。データ処理部１１２は、記録媒体に記録されたコンピュータプログラムによって動作が制御される。また、データ処理部１１２は、外部機器からコマンドが送られることによって動作が制御される。

＜データ通信部＞
データ通信部１１４は、ＲＦ回路１２８、Ｄ／Ａ変換回路１３０、高周波増幅回路１３２、アンテナ回路１３４を含んでいる。データ通信部１１４は、データ処理部１１２から出力される測定データを外部機器に出力する。ＲＦ回路１２８は、測定データを送信可能なフォーマットに変換し変調する機能を有する。Ｄ／Ａ変換回路１３０はデジタル信号をアナログ信号に変換し、増幅回路１３２によって送信信号を増幅し、アンテナ回路１３４によって送信する。また、データ通信部１１４は、アンテナ回路１３４による無線通信に代えて、有線で信号を出力するように構成されていてもよい。この場合、データ通信部１１４はケーブルと接続するコネクタが備えられていてもよい。

＜電源部＞
電源部１１６は、センサ装置１０２の任意の構成として含まれる。電源部１１６は、蓄電池１３６、電源コントローラ１３８を含んでいる。蓄電池１３６は繰り返し充電及び放電が可能な二次電池であってもよい。電源コントローラ１３８は蓄電池１３６の充電及び放電を制御する。蓄電池１３６を充電する発電素子が設けられていてもよい。発電素子としては、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や、無線給電を用いることができる。

センサ装置１０２は、電源部１１６を有することで、電気配線を施工することなく構造物１０８に取り付けることができる。センサ装置１０２は、電源部１１６から駆動電力が供給され、自律的に構造物１０８の状態を監視することが可能となる。

［構造物監視システム］
図４は、センサモジュール１００を含む構造物監視システムの一態様を示す。センサモジュール１００は、センサ装置１０２が接着シート１０４を介して構造物１０８に接着されている。センサモジュール１００は、中継器２０２を介して監視サーバ２００と接続されている。センサモジュール１００は構造物１０８の物理量を測定する。センサモジュール１００によって得られた構造物１０８の状態を示す測定データは、監視サーバ２００に集積される。

センサモジュール１００は、中継器２０２と無線又は有線で接続されている。また、中継器２０２は電気通信回線を介して監視サーバ２００と接続されている。中継器２０２はセンサモジュール１００から受信した測定データを監視サーバ２００に送信する。なお、中継器２０２は、親機と子機に分割され、子機がセンサモジュール１００と通信する構成を有していてもよい。この場合、親機に対して子機は複数配置され、センサモジュール１００は通信可能な状態にある子機と通信する。例えば、センサモジュール１００は、通信可能な範囲内に配置される子機と通信を行い、センサ１２２が検知する測定データの通信を行う。換言すれば、子機は周辺に配置される複数のセンサモジュール１００と通信を行い、その通信を親機に中継する。このような構成により、例えば、道路設備の橋脚及び橋梁等の規模の大きな建造物にセンサモジュール１００を複数個配置する場合であっても、それぞれのセンサモジュールと確実に通信を行うことができる。なお、センサモジュール１００と子機との通信は、無線通信又は有線通信の双方が適用され得る。いずれにしても、中継器２０２はセンサモジュール１００の近くに配置され、近距離無線により測定データの収集をする機能を有している。

監視サーバ２００に蓄積されたデータは、対象とする構造物の状態の異常を検知するときに用いられる。また、監視サーバ２００に蓄積されたデータは、対象とする構造物の状態を解析する際に利用される。

なお、図４で示すセンサモジュール１００、中継器２０２及び監視サーバ２００の構成は一例であり、他の機器が介在していてもよい。例えば、センサモジュール１００と中継器２０２の間、また中継器２０２と監視サーバ２００の間に、他の機材が介在していてもよい。

［粘接着性を有する接着性シート］
図５は、本発明の一実施形態で用いられる粘着性を有する接着性シートの形態を示す。粘着性を有する接着性シート１０３は一定の厚さを有し、平面的に広がった形態を有する。粘着性を有する接着性シート１０３の一平面を一方の面、その反対側の面を他方の面とすると、少なくとも一方の面及び他方の面は粘着性と接着性を有している。粘着性を有する接着性シート１０３は、センサ装置１０２ないし構造物１０８に付着させる前の状態では、一方の面及び他方の面に剥離フィルム１０６が付けられている。剥離フィルム１０６は、センサ装置１０２を構造物１０８に取り付ける施工時に剥離される。

なお、本発明の一実施形態において、「粘着性を有する接着性」とは、粘着性能と接着性能を併せ持つことを意味し、粘着はタックなどと表現されるようなベタつきのように一時的な接着現象を意味するものとして用いられるのに対し、接着は半永久的な接着現象を意味するものとして用いられる点で区別されることがある。粘着性を有する接着性シート１０３は、貼り合わされたままでは粘着状態であり、貼り合わされる前または後に粘着性を有する接着性シート１０３を加熱や光照射等して硬化させることで、接着シート１０４としている。このとき、粘着性を有する接着性シート１０３を硬化させて接着状態にする手段としては、加熱、光照射、電子線照射等を挙げることができる。

本発明の一実施形態において、粘着性を有する接着性シート１０３の材質に限定はないが、上述のように粘着性能と接着性能を併せ持ち、光照射、加熱等により硬化し、接着状態を維持できるものであればよい。光照射の波長は、紫外線であることが好ましい。粘着性を有する接着性シート１０３の厚さは、５０μｍ〜５００μｍ、好ましくは１００μｍ〜２５０μｍであればよい。粘着性を有する接着性シート１０３がこの範囲内の厚さのであれば、センサ装置１０２を構造物１０８に取り付けるのに十分な粘着力を有し、さらに、加熱や光照射等により硬化させた後の高い接着力を有することができる。粘着性を有する接着性シート１０３の厚さが５０μｍ未満である場合は、粘着性を有する接着性シート１０３が薄くなり、粘着力と接着力が不十分になることがある。一方、粘着性を有する接着性シート１０３の厚さが５００μｍを超えると、粘着性を有する接着性シート１０３に加熱や光照射等をした後の硬化が十分進行しなかったり、硬化時間が長くなったりすることがある。また、粘着性を有する接着性シート１０３は、上記厚さの範囲内で±１０μｍ以内のばらつきであることが好ましい。粘着性を有する接着性シート１０３の厚さが均一化されていることにより、センサ装置１０２の取り付け状態のばらつきを低減することができる。

粘着性を有する接着性シート１０３として、例えば、粘接着性を有し、アクリル系樹脂を含むと共に、液状エポキシ樹脂、固形エポキシ樹脂及び潜在性の硬化剤又は紫外線や電子線を照射することにより塩基を発生する硬化触媒とメルカプト基を有する硬化剤もしくはフェノール性水酸基を有する硬化剤を含むものを用いてもよい。より具体的には、ガラス転移温度が１５℃以下であって、メタクリレート・アクリレート・メタクリレートからなるトリブロック共重合体であるアクリル系樹脂を含むとともに、液状エポキシ樹脂、固形エポキシ樹脂及び潜在性の硬化剤又は紫外線や電子線を照射することにより塩基を発生する硬化触媒とメルカプト基を有する硬化剤もしくはフェノール性水酸基を有する硬化剤をさらに含むものを用いてもよい。

粘着性を有する接着性シート１０３は、粘接着層形成用組成物を層状又はシート状にしたものである。図５で示すように、粘着性を有する接着性シート１０３の両面には剥離フィルム１０６が設けられ、接着面が保護されている。施工時には、粘着性を有する接着性シート１０３の一方の面に設けられた剥離フィルム１０６を剥離し、対象物に付着させた後、光照射をして硬化反応を開始させる。この場合、加熱を併用してもよい。その後、他方の面にある剥離フィルム１０６を剥離して、もう一方の対象物に付着させる。このとき、粘着性を有する接着性シート１０３が厚さ方向に加圧されるような力を作用させてもよい。このようにして、一方の部材と他方の部材の間に粘着性を有する接着性シート１０３が介在して、両部材を接着することができる。加熱処理は硬化反応を促進するが、室温の状態に維持しても硬化反応は進み、最終的に粘着性を有する接着性シート１０３を硬化させ接着シート１０４とすることができる。

本発明の一実施形態によれば、このような粘着性を有する接着性シート１０３を用いることで、センサ装置１０２を構造物１０８に取り付けるとき、施工のばらつきを低減することができる。

［センサ出力の測定例］
接着シート１０４がセンサ装置１０２で取得される測定データに与える影響を評価した一例を示す。図６は、この評価に用いた試料の構成を示す。試料は、センサ素子１４２が接着シート１０４によって構造物１０８に接着されている。センサ素子１４２は１軸振動センサであり、中空部分に弾力性のある梁で支えられた重りが設けられている。このセンサ素子１４２は振動により重りが振動する。構造物１０８はコンクリート片を用いている。この試料を振動器１４０の上に固定して、センサ素子１４２が検出する振動の状態を調べている。

なお、実施例は、接着シート１０４の厚さを変化させた２つの試料を評価している。具体的には、接着シート１０４の厚さが１００μｍのものと、２００μｍのものの２つの試料を評価している。比較例として、同じセンサ素子を用い、接着シート１０４の代わりに、液状接着剤を用いて構造物１０８に当該センサ素子を固定した試料を評価している。比較例の試料は、接着剤としてシアノアクリレート系瞬間接着剤を用いている。

振動器１４０として、圧電アクチュエータを用い、振動周波数を１０００Ｈｚ〜２５００Ｈｚまで変化させている。振動器１４０の振動振幅は０．１μｍとしている。評価は、各試料を振動器１４０で振動させたときの、重りの変位量を計測している。センサ素子１４２の重りの変位量は振動データとして観測され、変位量はセンサ素子１４２の共振周波数で最大となる。

図７は、実施例の試料で測定された結果を示す。グラフの横軸は周波数（振動周波数）で、縦軸はセンサ素子１４２の重りの変位量を示している。図７は、それぞれ、３つの試料（ｎ＝３）を作製し評価を行った結果を示す。図７は、接着シート１０４の厚さが１００μｍの試料で得られた結果を示す。センサ素子１４２の共振周波数は１８００Ｈｚ付近にあり、当該周波数で変位量が大きく観測されている。

接着シート１０４の厚さが１００μｍであるときセンサ素子１４２の共振周波数における変位量は３つの試料の平均が３０μｍであり、±１０％のばらつき（平均値からの変動幅）が観測されている。

一方、図８は、比較例の試料における同じ実験結果を示す。センサ素子１４２の共振周波数は１８００Ｈｚ付近にあり、変位量は３つの試料の平均が３１μｍであり、ばらつきが±３２％と大きくなっている。

このように、比較例の試料で、変位量のばらつきが大きくなっている。これは、センサ素子１４２を構造物１０８に取り付けたときの、取り付け状態（貼り付け状態）が影響していると考えられる。比較例の試料は、液状接着剤をセンサ素子１４２の取り付け面に塗布しているが、その際に厚さが不均一で塗ムラが生じていることが、測定結果のばらつきを大きくしている原因と考えられる。

一方、実施例の試料は、接着シート１０４の厚さが１００μｍの場合と２００μｍの場合の結果が示されているが、いずれの場合でも変位量のばらつきが比較例の試料に比較して小さい値となっている。この結果は、センサ装置を構造物に取り付ける際に、粘接着シートを用いることで、測定されるデータのばらつきが小さくなることを示している。換言すれば、粘接着シートにより、均一な厚さの接着層によって、センサ装置１０２を構造物に取り付けることで、センサ装置１０２で得られる測定データのばらつきを低減することができる。

上記のように、本発明の一実施形態によれば、センサ装置で得られる測定データのばらつきを低減できるので、複数のセンサ装置間でデータばらつきの補正が不要となる。例えば、前述のように、道路設備、鉄道設備、高層建築物等の社会資本に係る構造物の品質を監視するには、複数の箇所にセンサ装置を取り付ける必要がある。このとき、それぞれのセンサ装置で得られる測定データのばらつきが大きいと、精密な評価をすることができない。かかる場合に、正確な評価をしようとすると、センサ装置ごとにばらつきの補正が必要となり、多大な労力を要する。しかしながら、本発明の一実施形態によれば、複数のセンサ装置の間で、測定データのばらつきを小さくすることができるので、精密な評価をすることができる。

［センサモジュールの取り付け方法］
＜工程例１＞
図９（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の一実施形態に係るセンサモジュールの取り付け方法の一例を示す。以下、その概略を工程順に説明する。

図９（Ａ）において、粘着性を有する接着性シート１０３の一方の面にある剥離フィルム１０６ａを剥離する。そして、露出した粘着性を有する接着性シート１０３の粘接着面をセンサ装置１０２の取り付け面に付着させる。このとき、センサ装置１０２の取り付け面は、油分や異物がないように清浄化されていることが好ましい。このとき、加熱ローラ等を用いて、粘着性を有する接着性シート１０３を加圧しつつ加熱してもよい。加熱温度はセンサ装置１０２の影響を与えない温度であり、例えば、５０℃〜１５０℃の温度範囲であればよい。この処理により、粘着性を有する接着性シート１０３をセンサ装置１０２に密着させることができる。

図９（Ｂ）において、剥離書フィルム１０６ｂを剥離する前に光照射を行い、硬化反応を開始させる。照射する光は、紫外線が好ましく、例えば、３００ｎｍ〜３７０ｎｍの紫外光を、積算光量が１０００ｍＪ／ｃｍ^２程度の照射条件が適用される。そして、図９（Ｃ）で示すように、粘着性を有する接着性シート１０３がセンサ装置１０２に付着した状態で、他方の面にある剥離フィルム１０６ｂを剥離する。なお、粘着性を有する接着性シート１０３の硬化を開始する光照射は、剥離フィルム１０６ｂを隔離した後に行ってもよい。また、粘着性を有する接着性シート１０３の両面に剥離フィルム１０６ａ、１０６ｂが付いた状態で光照射をしてから、剥離フィルム１０６ａを剥離してセンサ装置１０２に粘着性を有する接着性シート１０３を貼り付けるようにしてもよい。

図９（Ｄ）で示すように、露出した粘着性を有する接着性シート１０３の他方の面を、構造物１０８に付着させる。このとき、構造物１０８の被接着面は、プライマ加工等が施されていてもよい。また、この過程でセンサ装置１０２を構造物１０８に押圧させて、粘着性を有する接着性シート１０３が圧接されるようにしてもよい。粘着性を有する接着性シート１０３は硬化が進み接着シートとなる。これによりセンサ装置１０２を構造物１０８に接着することができる。

＜工程例２＞
図１０（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の一実施形態に係るセンサモジュールの取り付け方法の一例を示す。以下、その概略を工程順に説明する。

図１０（Ａ）において、粘着性を有する接着性シート１０３の両面に剥離フィルム１０６ａ、１０６ｂが付いた状態で光照射をする。その後、図１０（Ｂ）において、粘着性を有する接着性シート１０３の一方の面にある剥離フィルム１０６ａを剥離する。そして、露出した粘着性を有する接着性シート１０３の粘接着面を構造物１０８の被接着面に付着させる。このとき、構造物１０８の被接着面は、プライマ加工等が施されていてもよい。この状態で加熱ローラ等を用い、粘着性を有する接着性シート１０３を加圧しつつ加熱してもよい。加熱温度はセンサ装置１０２の影響を与えない温度であり、例えば、５０℃〜１５０℃の温度範囲であればよい。この処理により、粘着性を有する接着性シート１０３を構造物１０８に密着させることができる。

図１０（Ｃ）において、粘着性を有する接着性シート１０３が構造物１０８に付着した状態で、他方の面にある剥離フィルム１０６ｂを剥離する。

図１０（Ｄ）で示すように、露出した粘着性を有する接着性シート１０３の他方の面に、センサ装置１０２を付着させる。粘着性を有する接着性シート１０３は硬化が進み接着シートとなる。これによりセンサ装置１０２を構造物１０８に取り付けることができる。なお、粘着性を有する接着性シート１０３の硬化を開始する光照射は、図１０（Ｂ）で示すように粘着性を有する接着性シート１０３を構造物１０８に付着させてから行ってもよい。また、図１０（Ｃ）において剥離フィルム１０６ｂを隔離した後に行ってもよい。

なお、上記工程１及び工程２として例示される工程は一例であり、粘接着性を有する接着性シートを用いて行うセンサモジュールの取り付け方法は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更が可能である。

本発明の一実施形態によれば、センサ装置を構造物に取り付ける際に、粘着性を有する接着性シートを用いることで、施工を簡略化することができる。接着シートは、予め厚さが制御されているので、施工の際にセンサ装置と構造物との間隔のばらつきを防ぐことができる。それにより、複数のセンサ装置の間で、測定データのばらつきを抑制することができる。

１００・・・センサモジュール、１０２・・・センサ装置、１０３・・・粘着性を有する接着性シート、１０４・・・接着シート、１０６・・・剥離フィルム、１０８・・・構造物、１１０・・・センサ部、１１２・・・データ処理部、１１４・・・データ通信部、１１６・・・電源部、１１８・・・パッケージ部材、１２０・・・封止材、１２２・・・センサ、１２４・・・増幅回路、１２６・・・Ａ／Ｄ変換回路、１２８・・・ＲＦ回路、１３０・・・Ｄ／Ａ変換回路、１３２・・・高周波増幅回路、１３４・・・アンテナ回路、１３６・・・蓄電池、１３８・・・電源コントローラ、１４０・・・振動器、１４２・・・センサ素子２００・・・監視サーバ、２０２・・・中継器

Claims (15)

1. 構造物に取り付けられるセンサモジュールであって、
   前記構造物の性質に係る振動を検知するセンサ装置と、
   前記構造物と前記センサ装置の間の接着シートと
   を有し、
   前記接着シートは単一の層で形成され、前記接着シートの厚さは５０μｍ〜５００μｍであり、厚さばらつきは±１０μｍ以内である
   ことを特徴とするセンサモジュール。
2. 前記センサ装置は、パッケージ部材に内包され、前記接着シートは前記パッケージ部材に付着される、請求項１に記載のセンサモジュール。
3. 前記接着シートは、前記パッケージ部材が前記構造物と対向する面に付着される、請求項２に記載のセンサモジュール。
4. 前記センサ装置は、加速度、角速度、のいずれか一つを検知可能である、請求項１に記載のセンサモジュール。
5. 前記センサ装置に含まれるセンサは、加速度センサ、角速度センサ、のいずれか一つを含む、請求項１に記載のセンサモジュール。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載のセンサモジュールが取り付けられた構造物。
7. 両面に剥離フィルムが設けられた粘着性を有する単一の層で形成された接着性シートの一方の面に設けられた剥離フィルムを剥離して前記粘着性を有する単一の層で形成された接着性シートの一方の面を露出させ、
   前記粘着性を有する単一の層で形成された接着性シートの一方の面を、振動を検知するセンサ装置の取り付け面に付着させ、
   前記粘着性を有する単一の層で形成された接着性シートの他方の面に設けられた剥離フィルムを剥離して前記粘着性を有する単一の層で形成された接着性シートの他方の面を露出させ、
   前記粘着性を有する単一の層で形成された接着性シートの他方の面を構造物の取り付け面に当接させる工程を含み、
   前記粘着性を有する単一の層で形成された接着性シートを硬化させて、厚さ５０μｍ〜５００μｍを有し、厚さばらつきが±１０μｍ以内である接着シートとすることを特徴とするセンサモジュールの取付方法。
8. 両面に剥離フィルムが設けられた粘着性を有する単一の層で形成された接着性シートの一方の面に設けられた剥離フィルムを剥離して前記粘着性を有する単一の層で形成された接着性シートの一方の面を露出させ、
   前記粘着性を有する単一の層で形成された接着性シートの一方の面を構造物の取り付け面に付着させ、
   前記粘着性を有する単一の層で形成された接着性シートの他方の面に設けられた剥離フィルムを剥離して前記粘着性を有する単一の層で形成された接着性シートの他方の面を露出させ、
   前記粘着性を有する単一の層で形成された接着性シートの他方の面に振動を検知するセンサ装置の取り付け面を当接させる工程を含み、
   前記粘着性を有する単一の層で形成された接着性シートを硬化させて、厚さ５０μｍ〜５００μｍを有し、厚さばらつきが±１０μｍ以内である接着シートとすることを特徴とするセンサモジュールの取付方法。
9. 両面に剥離フィルムが設けられた粘着性を有する単一の層で形成された接着性シートに対して光照射をして硬化反応を開始させる、請求項７又は８に記載のセンサモジュールの取付方法。
10. 前記粘着性を有する単一の層で形成された接着性シートの一方の面を前記センサ装置の取り付け面に付着させた状態で光照射をして硬化反応を開始させる、請求項７に記載のセンサモジュールの取付方法。
11. 前記粘着性を有する単一の層で形成された接着性シートの一方の面を構造物の取り付け面に付着させた状態で光照射をして硬化反応を開始させる、請求項８に記載のセンサモジュールの取付方法。
12. 前記センサ装置を、前記粘着性を有する単一の層で形成された接着性シートを介して前記構造物に当接させた状態で前記センサ装置を圧着する、請求項７又は８に記載のセンサモジュールの取付方法。
13. 前記光照射は、紫外光を照射する、請求項９乃至１１のいずれか一項に記載のセンサモジュールの取付方法。
14. 前記光照射は、波長３００ｎｍ〜３７０ｎｍの光を照射する、請求項９乃至１１のいずれか一項に記載のセンサモジュールの取付方法。
15. 前記光照射に加え前記粘接着シートを加熱する、請求項７又は８に記載のセンサモジュールの取付方法。