WO2016092685A1 - シート部材、検査システム及び検査方法 - Google Patents

Abstract

　この応力発光層が破断してしまうと、基材に発生した応力変化が応力発光層に伝達されないことがあり、基材の応力変化を検出することができなくなることがある。　応力が与えられることで発光する応力発光粒子を有するシート部材であって、シート部材は第１の層と第２の層を有しており、第１の層は、応力発光粒子を有する層であって、第１の接触面を有しており、第２の層は、第１の層より柔らかい部材で構成され、第１の層が有する第１の接触面とは異なる面に第２の層が接触されていることを特徴とするシート部材。

Description

シート部材、検査システム及び検査方法

　本発明は、構造物の表面検査の技術に関する。

　例えば、社会インフラ構造物のひとつであるトンネルなどの構造物においては、老朽化等によって耐久性の低下が生じるため、定期的な検査及び補修作業の実施により維持管理を行うことが必要とされている。

　例えば、特許文献１（特開2010-180280号公報）には、「基材と、当該基材上に設けられる、ひずみエネルギーを受けて発光する応力発光層とを含む応力発光積層体であり、上記基材と上記応力発光層との間に、室温でゴム弾性を示す中間層を更に含むことを特徴とする応力発光積層体。（請求項１参照）」が開示されている。

特開2010-180280号公報

　特許文献１には、応力発光粒子を含む層（以下、応力発光層と呼ぶ）、ゴム弾性を示す中間層、基材の順に構成される検査部材が開示されている。
  この構成では、基材の応力変化によって応力発光層が破断した際の状態は考慮されていない。

　この応力発光層が破断してしまうと、基材に発生した応力変化が応力発光層に伝達されないことがある。
  これにより、基材の応力変化を検出することができなくなることがある。

　本発明は、応力発光粒子を有するシート層が破断した場合であってもシート部材に伝達された応力を検出することができる技術を提供する。

　本発明の一例を挙げるとすれば、応力が与えられることで発光する応力発光粒子を有するシート部材であって、シート部材は第１の層と第２の層を有しており、第１の層は、応力発光粒子を有する層であって、第１の接触面を有しており、第２の層は、第１の層より柔らかい部材で構成され、第１の層が有する第１の接触面とは異なる面に第２の層が接触されていることを特徴とする。

　本発明の構成を取ることで、応力発光粒子を有するシート層が破断した場合であってもシート部材に伝達された応力を検出することができる。

従来例のシート部材が設置された構造物の図である。 従来例のシート部材が設置された構造物に亀裂が生じた図である。 従来例のシート部材が設置された構造物に発生する応力の概念図である。 従来例のシート部材が設置された構造物に亀裂と空隙が生じた図である。 従来例のシート部材が設置された構造物に亀裂と空隙が生じた図である。 本発明のシート部材が設置された構造物の実施例を示す図である。 本発明のシート部材が設置された構造物に亀裂が生じた図である。 本発明のシート部材が設置された構造物に発生する応力の概念図である。 応力発光シート層の厚みと発光強度との関係を示す。 応力発光シート層の応力発光粒子の濃度と発光強度との関係を示す。 応力発光シート層の応力発光粒子の濃度と破断ひずみの関係を示す。 応力発光シート層の弾性率と発光強度の関係を示す。 本発明のシート部材が設置された構造物の実施例を示す図である。 本発明のシート部材が設置された被検査構造物の実施例を示す図である。 応力発光シート層の一例を示す図である。 本発明のシート部材が設置された構造物の実施例を示す図である。 応力発光シート層の一例を示す図である。 本発明のシート部材の製造方法の一例を示す図である。 本発明のシート部材の製造方法の一例を示す図である。 本発明のシート部材を用いた検査方法の一例を示す図である。 本発明のシート部材を用いた検査方法の一例を他方から見た図である。 本発明のシート部材を用いた検査方法の一例を示す図である。

　本願発明の説明の前に、従来例について説明する。
  従来例の構成について図１（ａ）から（ｃ）を用いて説明する。特許文献１に記載の基材は、応力の被検査対象物である被検査構造物１として説明する。被検査構造物１の表面に、応力発光粒子２０を含む応力発光層２が、ゴム弾性を示す中間層３を介して設置されている。いずれの構成も横方向に延びているが、その一部を示したものである。

　図１（ｂ）は、被検査構造物１に、応力発光層２と中間層３が設置され、その後、設置被検査構造物１の自重や経年劣化等によって被検査構造物１に応力が発生し、亀裂１０が生じた際の図を示す。

　この亀裂１０に生じた応力変化は、中間層３を介して応力発光層２へ伝達される。応力が所定の大きさを超えると、応力発光層２は破断し、２つに分離される。この点は特許文献１では考慮されていない。

　また、破断方向１１ａ，１１ｂは、破断した応力発光層２がそれぞれ左右方向に向かって移動した様子を示す。

　図１（ｃ）は応力発光層３が破断した場合の応力の状態を示す模式図である。亀裂１０の発生によって、被検査構造物１内部には応力変化１２が生じる。
  また、亀裂１０と応力発光層２との境界には、亀裂１０によって中間層３が左右方向に引っ張られることによって応力変化１３が生じる。この応力変化１３によって、中間層３は応力変化１３の矢印方向に微小な移動または形状が変化する。

　応力変化１３は、中間層３から応力発光層２へ伝達され、応力発光層２には応力変化１４が生じ、応力変化１４の矢印方向に微小な移動をすることになる。

　ここで、応力変化１４について図１（ｄ）と図１（ｅ）を用いて説明する。
  図１（ｄ）は、応力発光層２が破断することによって、応力発光層２と中間層３の接着・接触状態が保持できず、破線で囲まれる空隙１５が発生した状態を表す。この場合には、破断した応力発光層２は応力変化１４の矢印方向に押し出されることになるが、押さえるものがないため、空隙１５が発生してしまう。亀裂１０によって発生した応力変化は応力発光層２に伝達されない。そのため、図１（ｄ）の応力変化１４の大きさはゼロとなり、被検査構造物１の応力を測定することはできない。

　また、図１（ｅ）は、応力発光層２が破断した場合において、中間層３がゴム弾性を有するため変形し、変形後の中間層３と破断後のそれぞれの応力発光層２が接着されている状態を表す。この場合は応力発光層２が破断したため、中間層３から応力発光層２には力点と支点の関係が存在せず、図１（ｅ）の応力変化１４は応力発光層２の移動に用いられ、応力発光層２に閉じられず、応力発光粒子２０に伝達された応力変化は逃げてしまう。そのため、被検査構造物１の応力を測定することはできなくなる。

　したがって、従来例の構造では、応力発光層２が破断した場合には被検査構造物１の応力を測定することはできなくなる課題を有している。
［実施の形態］

　（本願発明の実施の形態）
  以下、本発明の実施の形態について、説明する。

　本実施例を図２（ａ）から図２（ｃ）を用いて説明する。
  図２（ａ）は被検査構造物１に本実施例のシート部材３０を設置した様子を示す。シート部材３０は第１の層３１と第２の層３２とを有する。第１の層３１は、第１のバインダ２１に応力発光粒子２０を含有させた応力発光シート層である。これらの図２等に示される構成は横方向に続いているものであるが、図面に示す便宜上その一部を示したものである。
  また、第１の層３１は被検査構造物１側（第１の面）に接触面を有しており、当該接触面と異なる面（第２の面）、つまり検査側に第２の層３２が接触されている。第２の層３２は第１のバインダより柔らかい材料である第２のバインダ２２で構成される。
  本願明細書においてのバインダとは、応力発光粒子２０を含有させて複合化し、第１の層３１や第２の層３２を形成するための材料である。その材料は、有機物質（例えば樹脂）、無機物質（例えばガラス）のいずれでも良く、また、両者を混合したものも含む概念である。

　シート部材３０を被検査構造物１に接触させるのは、例えば、被検査構造物１の施工直時や施工後でもよい。なお、施工から時間が経つと被検査構造物には応力変化が生じるため、施工からできるだけ早くシート部材３０を取り付けると、より精確な応力変化を測定することができる。また亀裂等が発生した後でもよく、コンクリートやコーキング材で亀裂を埋める等の修繕やメンテナンス後でもよい。この場合は、修繕等した後の応力変化を計測することができる。

　次に、図２（ｂ）は、図２（ａ）にて、シート部材３０を設置した後の状態である。被検査構造物１には、被検査構造物そのものの自重や経年劣化等によって応力変化が生じることとなる。その応力変化によって亀裂１０が発生したことを示す図である。

　亀裂１０が生じたことによってシート部材３０に応力変化が伝達される。まず、シート部材３０のうち被検査構造物１に接触している第１の層３１に応力が伝達される。その後第１の層３１から第２の層３２へ応力が伝達されることとなる。

　ここで、第１の層３１は第２の層３２より弾性率が高いことによって硬く構成されている。そのため、応力変化によって第１の層３１が破断された場合でも、第２の層３２が破断されない場合を示すものである。第１の層３１は第２の層３２より剛性が高いことから、第２の層３２より小さな破断ひずみによって破断が生じる。

　破断した第１の層３１は、破断方向１１ａ，１１ｂが示す矢印の方向にそれぞれ分離している。

　図２（ｃ）を用いて、第１の層３１が破断し、第２の層３２が破断しない場合に被検査構造物１の応力変化を検出することができる理由を説明する。
  破断した第１の層３１には、亀裂１０によって発生する応力変化１３が与えられる。この応力変化１３は第２の層３２に伝達される。

　伝達された応力変化１３に対して破断されていない第２の層３２が存在することによって、応力変化１６の押し返す働きをする。この押し返す働きによって破断後の第１の層３１には、応力変化１３と応力変化１６によって挟まれる。そのため、第１の層３１に与えられる応力は逃げられず応力発光粒子２０に応力が与え続けられることとなる。

　これにより、応力発光層である第１の層３１が破断した場合であっても、被検査構造物１に生じた応力変化を検出することが可能となる。

　発光強度（一定時間あたりに検出した光子の数）と第１の層３１である応力発光シート層との厚みとの関係を図３に示す。
  実験サンプルの応力発光シート層（第１の層３１）は、応力発光粒子２０を第１のバインダ２１に混合させた。第１のバインダ２１と応力発光粒子２０との混合比率は重量比７：３、つまり濃度３０％として混合させた。実験サンプル１から１１の厚みは０．０８ｍｍから１．７ｍｍまでとした。
  この複数の応力発光シート層の片面をプラスチック部材によって把持し、把持された面に一定時間（０．２ｓｅｃ）で一定の曲げ変位（２ｍｍ）を印加する。印加された応力発光シートのプラスチック部材とは異なる面の光子量検出器で測定した。一定応力に対して、光子量検出器で一定時間当たりに検出した数を発光強度(ｃｏｕｎｔｓ／Ｎ)とした。この結果を図３に示す。
  厚みが０．１ｍｍから０．２ｍｍまでは発光強度が単純増加しており、０．２ｍｍを超えたあたりから発光強度が飽和する傾向があることが確認された。

　応力発光粒子の濃度が一定のため実験サンプルの応力発光シート層の厚みが増すと、含有される応力発光粒子の粒子数は増加する。これにより、応力発光シート全体の発光強度は増加する。
  しかし、応力発光シートの奥行き側（検出器から離れた側）に存在する粒子による発光は、発光位置から検出器へ到達するまでに応力発光シート層内を散乱等することによって、光が減衰し、検出器までに光が伝達しにくくなるためであると考えられる。
  一方、応力発光シートの手前側である検出器側（検出器に近い手前側）の応力発光粒子から発光される光は、発光の検出面に近いため発光位置から検出する表面への散乱や吸収等による影響が小さい。そのため、検出器側の応力発光粒子の発光強度は、検出器から離れた位置の応力発光粒子に比べて大きくなる。
  つまり、検出器側から一定の奥行きまでは、発光された光が検出器で捉えることができるが、それ以上の奥行きでの発光された光は、検出器側の表面に伝達されにくいことから発光強度の向上に寄与しない。

　これらの実験結果から、応力発光シート層である第１の層３１は、１．７ｍｍ以下で実施できることを確認した。実験結果の傾向から２．０ｍｍ程度以下であれば実施できると考えられる。なお、第１の層３１はセラミックである応力発光粒子を含有するため、厚みが増すと破断しやすいことから、第一の層３１は、できるだけ薄く構成することが望ましい。
  そのため、第１の層３１の厚みは、発光強度を考慮すると０．２ｍｍ以上０．７２ｍｍ以下とすることが望ましい。

　次に、応力発光粒子の濃度と発光強度との関係について図４を用いて説明する。
  サンプルとして製作した応力発光シート層（第１の層３１）の厚みを一定（１．５ｍｍ）とし、応力発光粒子の濃度を変えて混合した。発光強度の検出方法は図３を用いて説明した方法と同様である。

　応力発光シート層に含有される応力発光粒子の重量比が８：２、すなわち、濃度が２０％までは発光強度の増加量が大きい。発光強度は、応力発光粒子の濃度が５０％を超えたあたりから増加量が小さくなった。

　濃度が１０％以上４０％以下の領域では発光強度のばらつきが小さい。また、濃度が１５％以上４０％以下の場合は、発光強度が得られやすく、発光強度のばらつきも小さい。

　応力発光シート層に含有される応力発光粒子の濃度が５％以上６０％以下である場合には実施できることを確認した。なお、応力発光粒子の濃度が６０％より高くても、第二の層によって被検査構造物１に適切に接触されている場合には実施できる。
  応力発光粒子はセラミックスであるため、バインダより弾性率が高く硬い材料である。そのため、応力発光シート層の応力発光粒子の濃度が高くなると、応力発光シート層全体の弾性率が高くなることで硬さが増すため、破断しやすくなる。

　次に、応力発光シート層の応力発光粒子の濃度に対応する破断ひずみについて図５を用いて説明する。

　応力発光粒子の濃度が０％と６０％の応力発光シート層の破断ひずみを測定した。濃度が０％とは第１のバインダそのものである。濃度が０％の場合は応力発光粒子が含有されていないため、発光はしない。
  濃度が０％の場合の破断ひずみは、８％であり、濃度が６０％の場合では、破断ひずみが５．５％で破断している。材料の弾性率と破断性能はほぼ線形となると考えられる。そのため、上記の破断ひずみの２点を結んだ直線が応力発光粒子の濃度に対する破断性能を示すこととなる。
  図４に示す濃度と発光強度との関係を考慮すると、応力発光粒子の濃度は２０％を超えたあたりであっても発光強度は増加することがわかっていることから、できるだけ多くの発光強度を得つつ、破断ひずみが小さい濃度である１５から５０％程度で実施することが望ましい。

　次に、応力発光シートの弾性率（硬さ）と発光強度について図６を用いて説明する。第１のバインダの材料を変更することで異なる弾性率のものを作製した。バインダとして使用した樹脂材料は、透明なエポキシ樹脂(Struers製EpoFix等）である。

　応力発光シートの弾性率またはシート弾性率とは、バインダと所定の濃度の応力発光粒子を混合させ、第１のバインダが固まった状態にて、当該応力発光シートで複数箇所を測定し、平均した値である。応力発光粒子の濃度が０％のシート弾性率であれば、バインダが固まった状態での弾性率となる。

　応力発光シート層に含有される応力発光粒子の濃度を一定（５０％）とし、厚みを一定（１．５ｍｍ）とした。応力発光シート層のシート弾性率（ＭＰａ）は、応力発光シート層（第１の層３１）の複数箇所を測定し、その平均値である。例えば、応力発光シート部材３０や後述の３５であれば、第２の層３２と第３の層３３を溶融させ、または、削る等によって剥がすことで第１の層３１を取り出すことができる。この取り出した第１の層３１を複数箇所測定し、弾性率を求めることができる。
  発光強度の検出方法は図３から５までで説明した方法と同様である。

　シート弾性率に対する発光強度は、ほぼ線形に増加することがわかった。これは、応力発光シート層に印加される圧力（応力）が、シート層の弾性率に応じて応力発光粒子に伝達されるためと考えられる。弾性率が高ければ、よく伝達され、弾性率が低い場合にはバインダに吸収されるためであると考えられる。

　したがって、応力発光粒子に適切に応力が伝達されるのであればどのような弾性率であっても実施できる。少なくとも応力発光シート層の弾性率が１２５０（ＭＰａ）以上３９５０（ＭＰａ）以下の弾性率であれば実施できることを確認した。

　実験結果の傾向から１０００（ＭＰａ）以上４０００（ＭＰａ）以下であれば実施できる。

　これらの図３から６を用いて説明した応力発光シートのパラメータを考慮すると、応力発光粒子を混合させた応力発光シート層の弾性率が１０００（ＭＰａ）以上４０００（ＭＰａ）以下であって、応力発光粒子の濃度は１５％以上から４０％以下である場合には発光強度と破断性能を両立することができる。

　ここで、第２の層３２について説明する。先に述べた通り第２の層３２は第１の層３１より弾性率が低く柔らかい層あればよい。

　第２の層３２の材料は、発光された光が検出される面を有する。そのため、透明あるいは半透明の材料で構成されることが望ましい。検出器で応力発光粒子が発光した光を検出するには、光透過率は８５％程度以上有している必要がある。

　実施例２について図７を用いて説明する。図２（ａ）から（ｃ）に記載される符号と同一の構成は説明を省略する。実施例１との違いは、応力発光シート部材３５が、第１の層３１の被検査構造物１側に第３の層３３を有することである。

　第３の層３３は、第１の層３１より弾性率が低く、つまり第１の層３１より破断しにくい第３のバインダで構成されていればよい。
  応力発光シート部材３５は、第１の層より柔らかい第３の層３３を有することで、第１の層３１は第３の層３３との接着性がよくなり、さらに第３の層３３は被検査構造物１との接触性を向上させることができる。
  第１の層３１が破断した場合であっても、第３の層３３が被検査構造物１から離れない限り、応力発光シート部材３５は、第１の層３１を第２の層３２と第３の層３３に挟み込むことによって応力を逃がさず、被検査構造物１の応力を測定することができる。

　なお、第２の層３２と第３の層３３とは、同一の材料で構成されなくてもよい。第３の層３３は検出側ではないため、透明である必要はない。そのため、被検査構造物１と第３の層３３との接着性が良い材料の採用することが可能となる。
  第３の層３３を採用することによって実施例１より接着性のよい応力発光シート部材３５を提供することができる。

　実施例３について図８（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。実施例１、２と同一の符号については説明を省略する。

　図８（ａ）は被検査構造物１に第１の層３１ａを有する応力発光シート部材３８を設置された断面図を示す。図８（ｂ）は第１の層３１ａを示したものである。第２の層３２から見た様子でもある。

　実施例２との違いは、第１の層３１ａを採用したことにある。第１の層３１ａは、応力発光粒子２０を第１のバインダ２１に混合させたものを繊維状の繊維部材３７で構成される。この繊維部材３７を持つ応力発光シート部材３８が示されている。
  繊維部材３７は細い繊維状に構成されており、さらに横方向と縦方向に重ね合わせるように配置されている。繊維部材３７のうち被検査構造物１側の繊維部材３７は、図８（ａ）の横方向（図８（ｂ）の横方向）に配置されている。また、第２の層３２側の繊維部材３７は、奥行き方向（図８（ｂ）の縦方向）に配置されている。

　ここで、繊維状とは、円柱形状のうち断面である直径と高さの比が１：２以上である構造を指す。

　この繊維部材３７を図８（ｂ）に示すように網目上に配置することで第１の層３１ａを構成する。

　このような第１の層３１ａの構成を取ることによって、亀裂発生前は格子状に繊維部材３７が配置されているため、亀裂の発生後の応力変化を検出すると、格子形状に変化が現れるため亀裂等によるコンクリートの移動量を検出することができる。

　また、繊維部材３７と他の繊維部材３７との空間３６には第２のバインダ２２または第３のバインダ２３が入り込むことによって、空間３６内部にいずれかのバインダが引っかかることによってアンカー効果を生じさせ、繊維部材３７と他の部材または他の繊維部材７との接着性が向上する。

　空間３６は、繊維部材３７が縦方向同士または横方向同士または縦方向と横方向の層間に配置される際にできる空隙を意味する。
  他には、繊維部材３７を縦糸と横糸を順に並べるだけでなく、縦糸または横糸だけを同一の方向に向かって配置してもよい。
  また、交差する場合は少なくとも２層で構成されるが、縦方向をさらに追加して３層構造としてもよい。また、繊維部材３７を編み込むことで網状としてもよい。
  また、繊維部材３７を用いて文字や図形を作成することで、検査の際に、位置情報や検査情報を埋め込むことも可能である。
  これにより、構造物内の位置情報や検査情報を応力発光シート部材３８に埋め込むことが可能となる。

　実施例４について図９（ａ），（ｂ）を用いて説明する。実施例１から３と同一の符号については説明を省略する。

　図９（ａ）は被検査構造物１に第１の層３１ｂを有する応力発光シート部材４０を設置された断面図を示す。図９（ｂ）は第１の層３１ｂを上面から見た図である。

　実施例３との違いは、第１の層３１ｂを採用したことにある。第１の層３１ｂは、応力発光粒子２０を第１のバインダ２１に混合させたものを小片である微小部材３９で構成される。この微小部材３９を持つ応力発光シート部材４０が示されている。

　図９（ｂ）は微小部材３９を図９（ａ）の奥行き方向と横方向から見た図である。

　ここで、微小とは、縦（図９（ａ）の奥行き方向）の長さと横（図９（ａ）の横方向）の幅が厚み（図９（ａ）の縦方向）以上の値であることを指す。

　図９（ａ）（ｂ）では一例として板状の形状を示した。微小部材３９を板状（直方体）に構成した場合を３次元で示すとその関係は長さ：幅：厚み＝２以上：１：１である。円筒状であれば、長さ：厚みの関係は２以上：１である。例えば、縦の長さ５ｍｍ、横幅５ｍｍ、厚み１ｍｍや縦の長さ１０ｍｍ、横幅５ｍｍ、厚み２ｍｍ等である。板状の形状や棒状または針状の形状も含む概念である。

　被検査構造物１に生じた応力が微小部材３９に適切に伝達されれば、被検査構造物１の表面の凹凸によらず応力発光層である微小部材３９の厚さは均一であることから、応力に対して一定の発光強度を得ることができ検出効率が向上する。
［製造方法他］

（実施例１の製造方法）
　図２（ａ）から（ｃ）を用いて説明した実施例１の応力発光シート部材３０の製造方法について図１０のフローチャートを用いて説明する。
  応力発光粒子２０を第１のバインダ２１に混合、分散させる（Ｓ１０１）。このとき、第１のバインダ２１へ混合させた応力発光粒子２０の密度または濃度ができるだけ均一となるようによく混ぜ合わせるとよい。応力の検出の際に、加振された応力に対する発光が均一になるため、被検査構造物１の亀裂１０から伝達される応力をより精度良く検出することができる。
  Ｓ１０１で混合された第１のバインダ２１を引き延ばして応力発光シート層（第１の層３１）を成形する（Ｓ１０２）。

　次に、第２のバインダ２２を引き延ばしてシート状にすることで、第２の層３２を成形する（Ｓ１０３）。
  Ｓ１０２で成形した応力発光シート層と、Ｓ１０３で成形した第２の層３２とを貼り合わせる（Ｓ１０４）。この際には、接着剤を用いて貼り合わせてもよい。また、一方の部材が固着する前に他の部材に貼り合わせて固着させてもよい。第２の層３２は応力発光シート層を覆うように接着、接合、配置または塗布等によって接触させるとよい。「覆う」とは、覆う部材が覆われる部材の接触面以上の面積を有することを意味する。つまり、第２の層３２は第１の層の接触面以上の面積を持つということである。
  なお、第２の層３２が第１の層３１を覆われていなくとも実施できる場合があるが、少なくとも第１の層３１の破断された空間を覆うように第２の層３２が接触されている必要がある。

　ここで、接触とは部材それぞれの表面同士が溶融する、または、接着または接触部材を介して２つの部材が固定されることである。
  接着とは２つの部材の一方またはそれぞれの表面が凹凸を有しており、一方またはそれぞれまたは接着部材が入り込むことで凹凸に対して引っかかることによって固定されることをいう。
  また、接合とは、接触する部材の表面同士が溶ける、または、接触する部材の一部が混ざり合うことでひとつの部材となることで２つの部材が固定されることをいう。

　ここで、第１の層３１のうち第２の層３２が接着・接触等されていない面は被検査構造物１に接着・接触等される面である。また、Ｓ１０４で作製した応力発光シート部材３５を所定のサイズに切断すると、第１の層３１と第２の層３２の面積はほぼ等しく、または、一部は第２の層３２の面積が小さくなる場合もあるが、これも「覆う」の概念に含まれる。

　このように、第１の層３１と第２の層３２を貼り合わせることによって応力発光シート部材３０を製造する。

　被検査構造物１への敷設方法は、応力発光シート層の接触面に粘着性がある場合は別途接着剤等を用いずとも敷設できる。また、応力発光シート層が硬化する前であれば、被検査構造物１に接触させ、その後硬化されるのを待ってもよい。

　実施例１の製造方法の変形例を説明する。
  この変形例は、実施例１を直接被検査構造物１の表面に塗布することによって構成する方法である。

　Ｓ１０１で応力発光粒子２０を混合された第１のバインダ２１を直接被検査構造物１に塗布することで応力発光シート層として第１の層３１を成形する。

　その後、Ｓ１０３とＳ１０４の工程をまとめて行う。すなわち、第１の層３１の表面に第２のバインダ２２を塗布する。

　つまり、この変形例では、被検査構造物１に第１の層３１となる固着前の応力発光シート層を直接塗布し、その後、固着された第１の層３１の表面に塗布された第２のバインダ２２が硬化されることによって、第２の層３２を成形され、応力発光シート部材３０を製造する方法である。

　この変形例によって、被検査構造物１に直接塗布することが可能となり、Ｓ１０３のような事前にシート状に成形する工程を省略することができる。直接塗布することで、刷毛やローラー等を用いてペンキ等を塗るように設置することができるため応力発光シート部材３０の敷設面積が広い場合に有効である。
（実施例２の製造方法）

　実施例２の応力発光シート部材３５の製造方法を図１１のフローチャートを用いて説明する。Ｓ２０１からＳ２０４までは図１０のＳ１０1からＳ１０４と同様であるため説明を省略する。

　次に、第３のバインダ２３をシート状にすることで第３の層３３を成形する（Ｓ２０５）。

　Ｓ２０４で作製した第１の層３１と第２の層３２を貼り合わせた部材に、Ｓ２０５で成形した第３の層３３とを貼り合わせる（Ｓ２０６）。
  すなわち、第３の層３３は、第１の層３１のうち第２の層３２が接触されていない面に接触されるということである。

　Ｓ２０６によって、第１の層３１を挟み込むよう第２の層３２と第３の層３３とを有する応力発光シート部材３５を製造することができる。

　なお、実施例１の製造方法の変形例同様に、被検査構造物１に直接塗布して応力発光シート部材３５を構成することができる。その際には、第１の層３１を塗布する前の工程として、第３のバインダ３３を被検査構造物１に塗布し、第３の層３３を成形する工程が必要となる。先の変形例同様に、大面積の敷設に有効である。
（実施例３の製造方法）

　実施例３の製造方法は、実施例２の製造方法である図１１の変形例である。Ｓ２０２を本変形例ではＳ２０２ａ，２０２ｂの２つの工程として説明する。

　混合された第１のバインダを引き延ばして繊維状の応力発光シート層である繊維部材３７を成形する（Ｓ２０２ａ）。

　そして、成形された繊維部材３７を積層する、または、適宜配置することで、応力発光シート層３１ａを作製する（Ｓ２０２ｂ）。実施例３に記載の方法や図８（ｂ）のように配置する。これによって、応力発光シート部材３８を製造することができる。
（実施例４の製造方法）

　実施例４の製造方法は、実施例２の製造方法である図１１の変形例である。Ｓ２０２を本変形例ではＳ２０２ｃ，２０２ｄの２つの工程として説明する。

　Ｓ２０２ｃは、混合された第１のバインダを引き延ばして小片の応力発光シート層である微小部材３９を成形する（Ｓ２０２ｃ）。

　そして、成形された微小部材３９を適宜配置することで、応力発光シート層３１ｂを作製する（Ｓ２０２ｄ）。例えば、実施例３に記載の方法や図８（ｂ）のように配置する。これによって、応力発光シート部材４０を構成することができる。

　この微小部材３９は、一枚の大きなシートとして作成し、その後、切断することによって、面積を自由に変更でき、また、一枚一枚の厚さを一定にすることができる。

　また、被検査構造物1に対して第３のバインダ３３を塗布した場合に、亀裂等の検査を行いたい領域に対して微小部材３９を配置し、さらに第２のバインダ３２を塗布することで、指定した領域の検査を実現することができる。この場合は、応力発光粒子２０の使用量を減らすことができる。
（検査方法等）

　図１２（ａ）は表面検査装置の進行方向側方から見た図であり、被検査構造物１は亀裂１０を有しており、応力発光シート部材３０，３５，３８，４０が敷設されていることを示す。以下、応力発光シート部材３０，３５，３８，４０は応力発光シート部材３０として説明する。
  また、表面検査装置１００は、移動体１０３で構成されている。移動体１０３には、圧力変化発生装置（本願明細書において「応力変化発生装置」とも呼ぶ）１０５と検出装置１０６とを有している。この圧力変化発生装置から応力発光シート部材３０へ圧力（応力）を与えている様子が示されている。
  図示しないが、応力発光シート部材３０の亀裂１０の位置では、応力が変化した箇所が発光する様子が検出装置１０６によって撮像されることとなる。

　検出装置１０６は、エリアセンサカメラ、ラインセンサカメラ等の発光波長の強度変化を測定する光度計である。
  検出装置１０６により抽出された画像や発光領域情報データに基づいて、亀裂の有無、或いは予め定めた検査基準（長さ、幅など）に対する合否を判定する。

　図１２（ｂ）は図１２（ａ）を進行方向に対して後方から見た図である。図１２（ａ）に記載される符号と同一のものは説明を省略する。なお、圧力変化装置１０５と検出装置１０６は奥行き方向に重なっているため、後方にある検出装置のみが示されている。

　図１２（ｃ）は、図１２（ａ），（ｂ）の変形例であり、同一の符号は説明を省略する。図１２（ｃ）は、図１２（ａ），（ｂ）で表面検査装置１００が構造物表面の検査を行うのに対し、検査員１０３ａにより構造物の検査を行う方法を示すものである。

　検査員１０３ａは圧力変化発生装置１０５と検出装置１０６とが一体となった表面検査装置１０１を持っている。検査員１０３ａは移動しながら検査対象箇所を表面検査装置１０１と共に移動し、検査を行う。検査員１０３ａは変形例として、ロボット等によって自動で検査位置まで移動し、検査を行ってもよい。
  表面検査装置１０１は、圧力変化発生装置１０５と検出装置１０６とが一体として示したが、これらが別体でもよい。一体となった場合は、別体に比べて検査をより簡便に行うことができる。

　表面検査装置による被検査構造物の一例として、図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すトンネルとして説明する。
  なお、本願明細書では、被検査構造物１はトンネルとして説明するが、構造物（被検査構造物）は、ビルや工場のような建造物、橋梁、ダム、堤防、港湾、埋め立て地、滑走路、道路であってもよい。また、コンクリート構造で作られたコンクリート構造物も含むものである。
  表面検査装置１００には図示しない位置検査装置１０４が設けられていてもよい。検査される位置の情報が得られるものであることが望ましく、検出装置１０６に近い位置に配置されるとよい。なお、位置情報を検出装置１０６の位置に補正できるものであれば、どの位置に設けてもよい。実施例３で説明した位置情報を用いてもよい。

　移動体１０３は図１２（ａ），（ｂ）において鉄道車両、自動車、検査用ロボット、電車や自動車等の車両などであり、被検査構造物１の表面に沿って移動する。例えば、図１（ａ）に示される矢印の方向に進むものである。
  図１２（ｃ）に示す検査員１０３ａの場合であれば、検査を行う所定の領域まで移動し検査を行う。

　圧力変化発生装置１０５は、被検査構造物１の表面に応力変化を生じさせる装置である。また、圧力変化発生装置１０５の一部を被検査構造物１に接触させ、被検査構造物１の表面に振動を与える装置であってもよい。

　また、被検査構造物１の表面のうち検査領域に圧力（応力）を与える装置（例えば空気砲や超音波振動や衝撃波や圧力波など）でも良い。先の例に限らず、圧力（応力）を与える方法であればどのようなものであってもよい。他にも、圧縮空気や圧縮ガスによるエアブローを用いてもよい。直接衝撃を与える場合に比べて空気やガスを用いた加振作業の場合には、広い面積に所定の応力を与えることができる。

　この加振作業は、ハンマーのような所定の剛性を有する物体で観察（検査）領域あるいその観察領域外の周囲を叩くことで衝撃を与える方法や、振動体を用いて一定周期で振動させる方法であってもよい。
  移動体１０３に搭載するのであれば、直接被検査構造物１に接触せずに応力を与えることができる装置構成が好ましい。検出装置１０６の撮像範囲に入らないようにするためであり、また、圧縮空気やガス等の気体を用いた加振作業であれば撮像範囲に入ったとしても写りこまないため有効である。

　移動体１０３が停止または静止状態で検査を行う場合には、検出装置１０６の露光時間を長く取ることができるため、応力発光体の発光を感度良く検出できる。

　具体的な表面の検査は以下のように行う。
  圧力変化発生装置１０５により、被検査構造物１に設置された応力発光シート部材３０に圧力（応力）変化を生じさせると、応力発光シート部材３０は伝達された応力の大きさに応じて発光する。ここで、応力発光シート部材３０に伝達される応力は、被検査構造物１における亀裂等が存在する領域に加算され、その結果、欠陥を有していない領域と比較してより強く発光する領域となる。
  ここで、亀裂とは表面に現れる亀裂だけでなく、応力が発生する細かな傷、ひび割れ、欠損または欠陥をいう。なお、肉眼で表面に亀裂が観察できなくとも、被検査構造物１に応力が発生あるいは印加されている領域も存在し、応力変化の検査対象となる。また、観察領域の内部（裏側）に空洞や空気の層である場合には応力が伝わりにくくなるが、応力発光シート部材３０に応力が伝わるものであれば欠損や欠陥を有しており、応力変化の検査対象となる。
（メンテナンス作業の一例）

　応力発光シート部材３０を敷設した後の被検査構造物１の検査やメンテナンス方法について説明する。

　検出装置１０６により抽出された画像やデータによる判定が検査基準を超えた場合、被検査構造物１の該当箇所から応力発光シート部材３０を取り外し、被検査構造物１の該当箇所の修復・修繕・補修等のメンテナンス作業を実施する。
  このメンテナンス作業は、被検査構造物１の検査対象領域である該当箇所の一部を剥がし、被検査構造物１と同一の部材（例えば、コンクリート）を用いて亀裂を埋める作業や樹脂等を用いたコーティング、コーキング等による修繕である。

　これらのメンテナンス作業は、ブラシやはけ等により補修部材を塗り込む作業や、コンクリートブロックを嵌め込むことで隙間を埋める作業がある。また、亀裂を有する該当箇所を剥がさずに接着剤や同一の部材を塗り込み、塗り込んだ領域に布状の部材で覆う、その後、接着剤や同一の部材を塗ることで固める作業がある。
  また、該当箇所のみならず周囲の領域を併せてメンテナンスしてもよい。

　当該メンテナンス作業の終了後、応力発光シート部材３０を敷設する。メンテナンス箇所の表面検出（検査）工程と、メンテナンスを行うか否かの判定を行う工程と、メンテナンス作業工程と、該当箇所へ応力発光シート部材３０を再度敷設する工程とを行うことができる。

　これにより、被検査構造物の破損や剥落等を防止でき、安全性が高い検査方法とメンテナンスを実現することができる。本メンテナンス作業は、鉄道トンネル、道路トンネルの他に、橋梁、ビル、プラント等への適用も可能である。
（既存の構造物への適用例）

　ここで、既存の構造物への適用例を述べる。
  多くの構造物は応力が発生あるいは印加される領域は同一の領域である場合が多い。また、メンテナンス作業を行ったとしても同一の領域に応力が発生しやすい。そのため、既存の構造物の場合は、応力発生している領域が経験的にわかっている場合が多い。
  そこで、応力発光シート部材３０を被検査構造物１全体ではなく、応力変化が発生しやすい所定の領域とその周囲の領域に対して敷設するとよい。

　これによって応力発光シート部材３０の使用量を減らすことができ、さらに検査対象箇所を少なくすることができる。また、検査時間の短縮、検査情報量の低減、敷設コストの低減を実現することができる。
  また、被検査構造物１の施工後であっても、被検査構造物１の加工等をせずに被検査構造物１の検査を実現することができる。

　他のメンテナンス方法の一例を説明する。
  図１２（ａ）から（ｃ）、図１３に示される移動体１０３または検査員１０３ａによって被検査構造物１の表面である検査領域を撮像し、その撮像された検査領域の情報は、記憶部（図示しない）に保存される。なお、これまでに説明した符号の詳細な説明は省略する。
  この記憶部はネットワークを経由して保存されるストレージ等でもよく、また、移動体１０３に記憶部を有していれば記憶部に保存できる。また、検査員１０３ａがそれぞれ有していてもよい。このように保存する場所は問題とならず適宜変更可能である。

　当該記憶部に記憶された検査領域の情報には、例えば、被検査構造物の位置情報、構造物ごとにあらかじめ割り振られた構造物名や構造物の識別コード、撮像した検査領域の位置を示す情報や構造物内の位置情報、画像を取得した日時、を付与することが望ましい。

　検査領域の情報は、検査員１０３ａが有する端末や、構造物の状態を監視するシステムの表示部に検査領域情報として表示される。被検査構造物１の全体図と検査領域を併せて表示してもよい。また、複数の検査領域を示し、検査員１０３ａ等が指定した検査領域に他の情報を示してもよい。

　記憶された検査領域の情報から所定の撮像された検査領域の情報を時系列順に並べることで、被検査構造物１の応力の変化を確認することが可能となる。

　さらに、施工の際に検査した表面にかかる応力と現在の検査領域にかかる応力とを比較し、施工時よりも特定箇所に応力がかかっている場合を検出することで亀裂の進展を予測することが可能となる。
  例えば、検査情報に示すように、亀裂の進展情報から亀裂が入る位置の予測（予測亀裂）を計算し、検査情報と亀裂推定情報を表示することで、検査員１０３ａ等のユーザは、亀裂の状態を確認あるいは判定することが可能となる。
  これによって、亀裂の進展を予測することができ、構造物の修繕が必要な日時を予測することできる。

　また、予測された情報を構造物の管理者に提案することで、次回のメンテナンス計画の立案が可能となる。さらに、亀裂の進展を予測することで剥落等を事前に防止することが可能となる。

　これらの亀裂の進展情報を管理者のみならず、本システムが次回のメンテナンス計画日時を修繕等のメンテナンスを行った業者に伝達することで、事前に必要な応力発光シート部材３０等を準備することもできる。また、併せて前回メンテナンスを行った方法（修繕方法）を知らせることで、修繕方法や必要な工程を予測することができる。

　さらに、メンテナンスを提案された管理者は、提案された複数の修繕方法から位置の修繕方法を選択することで、業者へ見積もり依頼あるいは発注作業を行うことも可能である。

　また、検査領域と類似する構造物（トンネル）のうち類似する亀裂を判定し、提示することができる。類似の判定は相関関数を用いた方法や亀裂の情報を時系列に並べたものから次の状態を推定する方法であってもよく、推定方法は公知の方法を採用してよい。

　これによって、次の亀裂の発生情報を予測できる。また、メンテナンス作業に必要な材料の準備等もできることとなる。

　以上、本発明者によってなされた発明を実施例等に基づき具体的に説明したが、本発明は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

１：被検査構造物、２：応力発光層、３：中間層、
１０：亀裂、
１１ａ、１１ｂ：破断方向、
１２、１３、１４：応力変化、１５：空隙、１６：応力変化、
２０：応力発光粒子、
２１：第１のバインダ、２２：第２のバインダ、２３：第３のバインダ、
３０、３５、３８、４０：応力発光シート部材、
３１、３１ａ，３１ｂ：第１の層、３２：第２の層、３３：第３の層、
３６：空間、３７：繊維状部材、３９：微小部材、
１００、１０１：表面検査装置、１０３：移動体、１０３ａ：検査員、１０４：位置検知装置、１０５：圧力（応力）変化発生装置、１０６：検出装置

Claims (17)

1. 　応力が与えられることで発光する応力発光粒子を有するシート部材であって、
   　前記シート部材は第１の層と第２の層を有しており、
   　前記第１の層は、応力発光粒子を有する層であって、第１の接触面を有し、
   　前記第２の層は、前記第１の層より柔らかい部材で構成され、
   　前記第１の層が有する前記第１の接触面とは異なる面に前記第２の層が接触されていること
   を特徴とするシート部材。
2. 　請求項１に記載のシート部材であって、
   　さらに、前記第１の接触面には第３の層が接触されており、
   　前記第３の層は、前記第１の層より柔らかい部材で構成されており、前記第１の接触面と異なる面に設けられた第２の接触面とを有する層であること
   を特徴とするシート部材。
3. 　請求項１に記載のシート部材であって、
   　前記第２の層のうち前記第１の層側の面の面積は、前記第１の層と前記第２の層が接触される面積以上であること
   を特徴とするシート部材。
4. 　請求項２に記載のシート部材であって、
   　前記第１の層の幅または長さが厚みより大きく構成されること
   を特徴とするシート部材。
5. 　請求項２に記載のシート部材であって、
   　前記第１の層を構成する部材は繊維形状に構成されており、前記繊維形状の長さは断面の直径または一辺の長さよりも大きく構成されていること
   を特徴とするシート部材。
6. 　請求項１に記載のシート部材であって、
   　前記第１の層の弾性率は４０００ＭＰａ以下である
   ことを特徴とするシート部材。
7. 　請求項１に記載のシート部材であって、
   　前記第１の層を構成する物質の重量の５％以上から６０％以下が前記応力発光粒子で構成されている
   ことを特徴とするシート部材。
8. 　請求項１に記載のシート部材であって、
   　前記第１の層を構成する物質の重量の１０％以上から４０％以下が前記応力発光粒子で構成されている
   ことを特徴とするシート部材。
9. 　請求項１に記載のシート部材であって、
   　前記第１の層の厚みは、２．０ｍｍ以下である
   ことを特徴とするシート部材。
10. 　請求項１に記載のシート部材であって、
    　前記第１の層の厚みは、０．２から０．７２ｍｍ以下である
    ことを特徴とするシート部材。
11. 　被検査構造物に設置されたシート部材を検査する検査システムであって、
    　前記シート部材は第１の層と第２の層とを有し、
    　前記第１の層は、応力発光粒子を有する層であって、第１の接触面を有しており、
    　前記第２の層は、前記第１の層より柔らかい部材で構成され、
    　前記第１の層が有する前記第１の接触面とは異なる面に前記第２の層が接触されており、
    　前記シート部材に対して応力を与える応力変化発生手段と、
    　前記応力変化手段によって応力が与えられたシート部材を検査する検査手段と、
    を有する検査システム。
12. 　請求項１１に記載の検査システムであって、
    　さらに、前記第１の接触面には第３の層が接触されており、
    　前記第３の層は、前記第１の層より柔らかい部材で構成されており、前記第１の接触面と異なる面に設けられた第２の接触面とを有する層であること
    を特徴とする検査システム。
13. 　請求項１１に記載の検査システムであって、
    　さらに移動手段を有しており、
    　前記移動手段は、前記応力変化発生手段と前記検査手段とを、搭載されていること
    を特徴とする検査システム。
14. 　請求項１１に記載の検査システムであって、
    　前記移動手段は、鉄道車両または自動車であること
    を特徴とする検査システム。
15. 　請求項１１に記載の検査システムであって、
    　さらに、処理部と表示部とを有しており、
    　前記処理部は、検査された前記応力が与えられたシート部材の情報を用いて前記被検査構造物の亀裂情報を算出し、
    　前記表示部は、算出された前記亀裂情報を表示すること
    を特徴とする検査システム。
16. 　請求項１５に記載の検査システムであって、
    　前記処理部は、複数の検査された前記応力が与えられたシート部材の情報を用いて前記被検査構造物の応力変化の情報を予測し、
    　予測された応力変化の情報を表示する表示部を有すること
    を特徴とする検査システム。
17. 　被検査構造物に設置されたシート部材を検査する検査方法であって、
    　前記シート部材は第１の層と第２の層とを有し、
    　前記第１の層は、応力発光粒子を有する層であって、第１の接触面を有しており、
    　前記第２の層は、前記第１の層より柔らかい部材で構成され、
    　前記第１の層が有する前記第１の接触面とは異なる面に前記第２の層が接触されており、
    　前記シート部材に対して応力を与える応力変化発生工程と、
    　前記応力変化手段によって応力が与えられたシート部材を検査する検査工程と、
    を有する検査方法。

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