WO2023089829A1 - 傾斜センサおよび検知システム - Google Patents

Abstract

傾斜センサ１は、構造物の傾きの発生を通知する通知部３０と、電解質溶液２２を内包する貯水タンク２１と、正極１１と、負極１３と、正極１１と負極１３との間に配置されるセパレータ１５を含む一次電池を備える。傾斜センサ１は、構造物の傾きに伴って貯水タンク２１が傾くと、電解質溶液２２がセパレータ１５へ注入され、一次電池１０が発電を開始し、通知部３０の駆動に必要な電力を供給する。

Description

傾斜センサおよび検知システム

　本発明は、傾斜センサおよび検知システムに関する。

　日本国内におけるインフラストラクチャの構築において、約３６０００万本の電柱等の構造物が敷設されている。電柱は、電力事業者による送配電ケーブル、通信事業者による通信用ケーブルの架設に用いられる。インフラストラクチャの適切な運用のために、作業者は、外観の目視点検等により、台風、地震または経年劣化などによる傾斜または倒壊がないことを確認する（非特許文献１および２参照）。

　目視を中心とした点検によって、構造物の全数検査が計画的に実施される。通信を支える基盤設備の劣化、または変状の状況が観測される。基盤設備の劣化は、鋼材の腐食またはコンクリートの中性化などの、時間の経過に伴って進行する性能低下亀裂等である。基盤設備の変状は、たわみ、変形、剥離、錆汁などの表面的にみられる異常等である。基盤設備の劣化の度合いまたは規模が把握され、基盤設備は、必要に応じて補修、補強、または更改などが行われる。

　近年、社会インフラの安全性の確保に対する社会的要請が大きくなる傾向にある。構造物の老朽化に伴う点検の頻度と項目の増加、および点検コストの増加が懸念されている（非特許文献２参照）。

　点検稼働の削減に向け、IoT（Internet of Things）デバイスを活用した点検稼働削減のための技術検討がされている。電柱等の構造物の傾斜を検知する屋外設置型センサの一つとして、特定小電力無線を用いた倒壊検知センサがある（非特許文献３および４参照）。非特許文献３および４に記載の倒壊検知センサは、指定の間隔で傾斜を計測し、傾斜が閾値を超えると省電力広域無線通信により報知する。

　これらのセンサを動作させるために、使い捨て一次電池が用いられる。使い捨て一次電池として、アルカリ電池、マンガン電池、空気電池のほか、様々な用途に対応した小型の高性能なリチウムイオン電池が普及している。

　上述した電池は、電極が電解質溶液に接触した状態であるため、自己放電を起こす。また、電解液として、水酸化ナトリウム水溶液などの強アルカリや有機電解液が使用されるため、安全性や環境への問題が指摘されており、取扱いが容易ではないという問題がある。

　上述したような問題を解決するために、使用時に電池セル内に電解液を注入するタイプの電池が知られている。また長期保存向けの非常用電池として、電池セル内に電解質溶液を注入することで動作する電池がある（非特許文献５参照）。この電池は、電解質溶液が注入されていない状態で長期保存が可能である。

資源エネルギー庁、"電力レジリエンス強化の観点からの無電柱化の推進について"、［online］、［令和３年9月１5日検索］、インターネット〈URL：https://www.meti.go.jp/shingikai/enecho/denryoku_gas/denryoku_gas/pdf/035_04_00.pdf〉 日本電信株式会社、"NTT技術ジャーナル2014.08"、［online］、［令和３年9月１5日検索］、インターネット〈URL：https://www.ntt.co.jp/journal/1408/files/jn201408022.pdf〉 トッパン・フォームズ株式会社、"傾斜監視システム"、［online］、［令和３年9月１5日検索］、インターネット〈URL：https://rfid.toppan-f.co.jp/solve/inclination.html〉 西松建設株式会社、"法面傾斜監視クラウドシステム"、［online］、［令和３年９月１５日検索］、インターネット〈URL：https://www.nishimatsu.co.jp/solution/okippa104/〉 日本協能電子株式会社、"ＮＯＰＯＰＯ　災害時用水電池"、［online］、［令和３年３月１７日検索］、インターネット〈URL：http://www.aps-j.jp/pdf/NWPx3.pdf〉

　しかしながら非特許文献１および非特許文献２に記載のセンサは、検知し通報するための機構が常時稼働しており、定期的な内部電池の交換等を要する。

　非特許文献５に記載の電池は、人が電解質溶液を注入して使用するものである。従って非特許文献５に記載の電池は、高所あるいは自然界に設置して用いるなど、人が関与することができない状況において、電池による動力を供給できるものではない。

　このようにセンサが検知したことを契機に、通知する動力が供給される態様はない。

　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、センサが検知したことを契機に、通知する動力を供給可能な技術を提供することである。

　本発明の一態様の傾斜センサは、構造物の傾きの発生を通知する通知部と、電解質溶液を内包する貯水タンクと、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配置されるセパレータを含む一次電池を備え、前記構造物の傾きに伴って前記貯水タンクが傾くと、前記電解質溶液が前記セパレータへ注入され、前記一次電池が発電を開始し、前記通知部の駆動に必要な電力を供給する。

　本発明の一態様の検知システムは、上記傾斜センサと、前記傾斜センサに接続し、前記傾斜センサの通知を検知し、前記傾斜センサの固有識別子と前記傾斜センサの設置位置を参照する検知サーバを備え、前記傾斜センサの通知部は、前記傾斜センサの固有識別子を通知し、前記検知サーバは、通知された固有識別子の数と、通知された固有識別子から特定される前記傾斜センサの設置位置を出力する。

　本発明によれば、センサが検知したことを契機に、通知する動力を供給可能な技術を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る傾斜センサの内部構造を側面視で模式的に説明する図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る検知システムのシステム構成を説明する図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る検知サーバの処理を説明するフローチャートである。 図４は、本発明の実施の形態に係る傾斜センサにおける電池電圧の経時変化を説明する図である。 図５は、検知サーバに用いられるコンピュータのハードウエア構成を説明する図である。

　以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付し説明を省略する。

　（傾斜センサ）
　図１を参照して、本発明の実施の形態に係る傾斜センサ１を説明する。傾斜センサ１は、電柱などの構造物に設置される。傾斜センサ１は、構造物の傾斜または倒壊を検知して、検知サーバ１０２に通報する。傾斜センサ１は、例えば取り付けバンドなどを用いて電柱などの構造物に固定される。傾斜センサ１は、構造物の上部のみの傾斜も可能とするため、構造物の高い位置に設置されることが好ましい。

　傾斜センサ１は、筐体２０に、電池筐体１６とおよび通知部３０を備える。電池筐体１６は、一次電池１０と、貯水タンク２１を含む。一次電池１０は、正極１１と負極１３の間にセパレータ１５を含む。貯水タンク２１は、電解質溶液２２を含む。傾斜センサ１が構造物に設置された状態において、電解質溶液２２は、セパレータ１５に接しないように形成される。

　本発明の実施の形態に係る傾斜センサ１において、構造物の傾きに伴って貯水タンク２１が傾くと、電解質溶液２２がセパレータ１５へ注入される。電解質溶液２２がセパレータ１５に接すると、毛細管現象でセパレータ１５に給水され、一次電池１０が発電を開始する。一次電池１０は、通知部３０の駆動に必要な電力を供給する。通知部３０は一次電池１０から供給された電力を使って、傾斜したことを通知する。

　このように傾斜センサ１は、傾斜した際に発電する一次電池１０を用いて駆動するので、平常時の稼働を不要とし、非常時のみ動作を通知することができる。これにより傾斜センサ１は、不動時の自己放電がなく、１０年を超えるなどの長期的な運用が可能となる。

　一次電池１０は、正極１１、正極集電体１２、負極１３、負極集電体１４、セパレータ１５、電池筐体１６、正極集電タブ１７、負極集電タブ１８、貯水タンク２１および電解質溶液２２を備える。電池筐体１６は、正極１１、正極集電体１２、負極１３、負極集電体１４、セパレータ１５、貯水タンク２１および電解質溶液２２を内包する。正極集電タブ１７および負極集電タブ１８は、電池筐体１６から露出して、一次電池１０から通知部３０に給電する。

　正極１１、正極集電体１２、負極１３、負極集電体１４、セパレータ１５および電池筐体１６は、電池として作動することが可能であれば、各部材の配置および形状は問わない。例えば、正極１１、正極集電体１２、負極１３、負極集電体１４、セパレータ１５および電池筐体１６は、平面視で、四角形または円形のシート形状であっても良い。

　正極集電体１２に正極１１が接続する。負極集電体１４に負極１３が接続する。正極１１と負極１３との間に、セパレータ１５が配置される。正極１１の一部の面はセパレータ１５に接続する。

　互いに接続する正極１１、正極集電体１２、負極１３、負極集電体１４およびセパレータ１５は、電池筐体１６で上下方向に挟み込み、周縁部を接着し、一体化することで、一次電池１０の内部が密閉される。接着方法として、熱シール、または接着剤を使用する方法があるが、特に限定されない。例えば、熱シールでの接着が困難な場合、接着剤が使用される。一次電池１０の内部を密閉する際に、周縁部の一部を接着せずに開放しておくことで、空気の取り込みが可能である。

　正極１１は、ガス拡散型である。正極１１の面のうち、セパレータ１５に接する面以外の面は、電池筐体１６の周辺部または電池筐体１６に設けられた孔（図示せず）から取り込まれた大気に暴露される。

　セパレータ１５は、吸水性を有する絶縁体で形成される。セパレータ１５に、コーヒーフィルタおよびキッチンペーパーなどの紙が、用いられることが可能である。セパレータ１５として、植物繊維からつくられるセルロース系セパレータのような、強度を保ちつつ自然分解される材料のシートを用いると、傾斜センサ１を設置した後に回収しない場合でも、環境に対する負荷が低減される。

　電池筐体１６は、正極１１、正極集電体１２、負極１３、負極集電体１４、セパレータ１５および貯水タンク２１を内部に維持すればどのような構成でも良い。セパレータ１５が雨水等により湿ることがないように、電池筐体１６内部に雨等が染み込まない構成が好ましい。電池筐体１６は、例えば、ラミネートフィルムで形成されることが好ましい。

　本発明の実施の形態において電池筐体１６は、貯水タンク２１を内包する場合を説明するがこれに限らない。傾斜センサ１が傾いたときに電解質溶液２２がセパレータ１５に接することができれば、傾斜センサ１はどのように形成されても良い。例えば、電池筐体１６の外部に貯水タンク２１が設けられても良い。

　貯水タンク２１は、電解質溶液２２を内包する。電解質溶液２２は、保水する役割を持たせるため、寒天、セルロース、吸水ポリマーなどを同封しても良い。傾斜センサ１が構造物等に設置された状態において、一次電池の上方に貯水タンク２１が設置され、貯水タンク２１の上方は開口する。構造物等が傾斜すると、貯水タンク２１内の電解質溶液２２が貯水タンク２１の開口部からこぼれ、電解質溶液２２は、貯水タンク２１の下方に設けられたセパレータ１５に接する。電解質溶液２２は、毛細管現象によりセパレータ１５に給水され、一次電池１０は発電を開始する。

　傾斜センサ１が構造物に設置された状態において、一次電池１０は、下方から正極１１、セパレータ１５および負極１３の順で形成される。貯水タンク２１が傾斜した場合でも、正極１１より上方のセパレータ１５が、貯水タンク２１内の電解質溶液２２を受け止めるので、正極１１が電解質溶液２２に接するのを防ぐことができる。また貯水タンク２１内の電解質溶液２２を、セパレータ１５が受け止めることが可能な量とすることにより、正極１１が電解質溶液２２に接するのを防ぐことができる。また貯水タンク２１の仕様または電解質溶液２２の量を制御することで、電解質溶液２２がセパレータ１５に浸出するときの傾斜センサ１の傾斜角は、調節可能となる。

　ここで、セパレータ１５の水平方向の面の大きさは、正極１１よりも大きくなるように形成される。これにより、構造物の傾斜に伴って電解質溶液２２が貯水タンク２１からこぼれた場合でも、正極１１が電解質溶液２２に接することなく、セパレータ１５が電解質溶液２２を受け止めることが可能になる。

　また、電池筐体１６および筐体２０に、自然分解される材料を用いることにより、傾斜センサ１を回収しない場合でも、環境に対する負荷が軽減される。具体的には、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリグリコール酸、変性ポリビニルアルコール、カゼイン、変性澱粉などのうちのいずれか１つ以上から、電池筐体１６および筐体２０が形成される。この中でも特に、植物由来のポリ乳酸などの化学合成系で、電池筐体１６および筐体２０が形成されるのが好ましい。電池筐体１６および筐体２０の形状は、このような生分解性プラスチックを加工することで得られる形状である。電池筐体１６および筐体２０に適用可能な材料は、例えば、生分解性プラスチック、生分解性プラスチックのフィルム、牛乳パックなどに用いられるポリエチレンなどの樹脂の被膜が形成されている用紙、または寒天フィルムなどのうちのいずれか１つ以上である。

　傾斜センサ１は、構造物の傾斜または倒壊によって貯水タンク２１の電解質溶液２２がセパレータ１５に接すると、毛細管現象によりセパレータ１５に水分が取り込まれる。電解質溶液２２が正極１１および負極１３に接することにより、一次電池１０は、発電を開始する。一次電池１０は、通知部３０に電力を供給することで、通知部３０は、構造物の傾斜を検知したことを通知することができる。

　通知部３０は、構造物の傾きの発生を通知する。本発明の実施の形態において通知部３０は、傾きの発生を、無線通信ネットワークを介して検知サーバ１０２に通知する場合を説明する。通信無線ネットワークは、モバイル通信キャリアが提供するモバイル通信、ＡＲＩＢ（Association of Radio Industries and Businesses）ＳＴＤ－Ｔ６７、ＳＴＤ－Ｔ９３またはＳＴＤ－Ｔ１０８などの標準規格に準拠した特定小電力無線などである。なお他の通知方法として、傾きが発生した際、傾斜センサ１に設けられたランプ（図示せず）を点灯して通知する方法などが考えられる。

　通知部３０は、給電回路３１、演算回路３２、通信回路３３および通信用アンテナ３４を備える。給電回路３１、演算回路３２、通信回路３３および通信用アンテナ３４の各部は、傾斜時に一次電池１０から供給される電力によって駆動する。

　給電回路３１は、ＤＣＤＣ（Direct Current to Direct Current）回路であって、一次電池１０から供給される電力を、各回路が利用可能な電圧に変換する。図１に示すように、正極集電体１２および負極集電体１４が給電回路３１に接続される。給電回路３１は、正極集電体１２および負極集電体１４から供給される電力を所望の電圧に変換して、通知部３０の各回路に提供する。複数の一次電池１０が直列で接続されるなど充分な電圧で電力が供給され、昇圧の必要がない場合、給電回路３１は省略されても良い。その場合、正極集電体１２および負極集電体１４から供給される電力は、通知部３０の各回路に直接提供される。

　演算回路３２は、検知サーバ１０２への送信データを生成して、通信回路３３に入力する。送信データは、傾斜センサ１の識別番号を含む。

　通信用アンテナ３４は、無線通信ネットワークに接続するためのインタフェースである。通信回路３３は、通信用アンテナ３４を用いて、検知サーバ１０２と通信する。

　本発明の実施の形態に係る傾斜センサ１は、構造物の傾斜が発生した際に、傾斜センサ１が内蔵する一次電池１０が発電し、通知部３０による通知が可能になる。傾斜センサ１は、平常時の稼働を不要とし、非常時のみ動作し、傾斜が発生したことを通知することができる。これにより傾斜センサ１は、不動時の自己放電がなく、１０年を超えるなどの長期的な運用が可能となる。

　また傾斜センサ１の各部材を、自然分解される材料で形成することも可能である。このような傾斜センサ１は、自然に設置される使い捨てセンサへの適用が好適である。傾斜センサ１に用いられる一次電池１０及び筐体２０等は、時間の経過に伴って自然分解されるので、傾斜センサ１を回収する必要がない。また傾斜センサ１は、自然由来の材料や肥料成分で構成されるため、環境に対する負荷が極めて低い。

　本発明の実施の形態において傾斜センサ１は、１つの一次電池１０を有する場合を説明したが、これに限らない。傾斜センサ１ａは、直列に接続される複数の一次電池１０を備えても良い。

　（検知システム）
　図２を参照して、本発明の実施の形態に係る検知システム１００を説明する。検知システム１００において、検知システム１００または構造物の管理者によって、管理対象の構造物に対して傾斜センサ１が設置される。

　検知サーバ１０２は、傾斜センサ１に接続し、傾斜センサ１の通知を検知し、傾斜センサ１の固有識別子と傾斜センサ１の設置位置を参照する。傾斜センサ１の通知部３０は、傾斜センサ１の固有識別子を検知サーバ１０２に通知する。検知サーバ１０２は、通知された固有識別子の数と、通知された固有識別子から特定される傾斜センサの設置位置を出力する。

　検知サーバ１０２は、傾斜センサ１からの通知を監視し集約して、構造物の傾斜の発生場所、規模等を特定して、監視装置１０４を介して、監視者に情報を提供する。なお、図２に示すシステム構成は一例であって、無線通信ネットワークの仕様、傾斜センサ１が設けられる位置等によって適宜変更される。

　検知システム１００は、複数の傾斜センサ１、基地局１０１、検知サーバ１０２、データベースサーバ１０３および監視装置１０４を備える。傾斜センサ１は、基地局１０１を介して検知サーバ１０２と通信する。

　基地局１０１は、検知サーバ１０２に接続するとともに、傾斜センサ１と無線で接続する。検知サーバ１０２は、基地局１０１を介して複数の傾斜センサ１に接続に接続する。データベースサーバ１０３は、傾斜センサ１に関するデータを記憶し、検知サーバ１０２は、データベースサーバ１０３が記憶するデータを参照することができる。監視装置１０４は、検知サーバ１０２による出力に応じて、アラームを発信しても良い。

　データベースサーバ１０３は、傾斜センサ１の固有識別番号と、傾斜センサ１が設置された位置を対応づけて保持する。データベースサーバ１０３はさらに、傾斜センサ１が通知可能な、構造物の傾斜角を対応づけても良い。傾斜角は、傾斜センサ１の一次電池１０が駆動し、通知部３０が通知可能となった時点での傾斜センサ１が傾斜した角度である。傾斜センサ１の貯水タンク２１の仕様と貯水タンク２１に内包される電解質溶液２２の量から、傾斜センサ１が通知可能な構造物の傾斜角は、予め特定される。貯水タンク２１の仕様は、電池筐体１６と貯水タンク２１との位置関係、貯水タンク２１の各辺の長さ等のサイズなどである。

　例えば、検知サーバ１０２は、傾斜センサ１から傾斜したことが通知されると、データベースサーバ１０３に接続して、傾斜センサ１のそれぞれに接続し、傾斜センサ１を設置した位置および傾斜角を参照する。検知サーバ１０２は、通知した傾斜センサ１の数が多いほど、広い範囲において傾斜が発生したと推測することができる。また検知サーバ１０２は、通知した傾斜センサ１が通知可能な傾斜角が大きいほど、被害が大きいと推測することができる。

　検知サーバ１０２は、通知された傾斜センサ１の数、位置および傾斜角等が、監視装置１０４によって設定された条件に合致する場合、監視装置１０４に通知する。検知サーバ１０２は、所定条件に合致したことを監視装置１０４に通知しても良いし、通知された傾斜センサ１の数、位置および傾斜角等のデータも併せて通知しても良い。監視装置１０４は、傾斜の発生した構造物の位置および状況を把握できるので、管理者は、即座にかつ容易に、被害規模の把握と復旧計画の策定が可能となる。また監視装置１０４は、被害規模により、自治体または行政等の監視者に通達しても良い。自治体または行政等に向けた注意喚起が、可能となる。

　図３を参照して、検知サーバ１０２の処理を説明する。図３に示す処理は、ある傾斜センサ１から信号を受信すると、そのほかの傾斜センサ１からの信号も待機して出力する。なお図３に示す処理は一例であってこれに限るものではない。

　ステップＳ１において検知サーバ１０２は、ある１つの傾斜センサ１から傾斜が発生した旨のセンサ信号を受信すると、ステップＳ２において、所定時間、他の傾斜センサ１からのセンサ信号の受信を待機し、所定時間で受信したセンサ信号をカウントする。

　ステップＳ１およびステップＳ２で受信した各センサ信号について、ステップＳ３の処理を繰り返す。ステップＳ３において検知サーバ１０２は、処理対象のセンサ信号について、データベースサーバ１０３を参照して、そのセンサが設置された位置と、傾斜角を特定する。

　ステップＳ４において検知サーバ１０２は、ステップＳ１およびステップＳ２で受信したセンサ信号数、傾斜したセンサの位置および傾斜角を出力する。このとき検知サーバ１０２は、監視装置１０４等から設定された条件を満たすか否かを判定し、満たす場合、条件で指定されたデータを出力しても良い。

　このような検知システム１００によれば、複数の傾斜センサ１からの信号に従って、構造物の傾斜の発生した範囲、被害規模等を特定することができる。本発明の実施の形態に係る傾斜センサ１は、傾斜が発生した場合にのみ電力が供給され報知されるので、維持管理が容易であることから、多数の傾斜センサを自然界に設置することが可能になる。また傾斜センサ１を自然分解される材料で形成されることにより、傾斜センサ１を回収しなくても、自然界への負荷が生じにくい。

　（一次電池の構成および電極反応）
　ここで、一次電池１０の各構成について説明する。

　正極１１は、炭素材料などの一般的な金属空気電池の正極に用いられる導電性材料で形成される。正極１１は、カーボン粉末をバインダーで成形するといった公知のプロセスで作製することができる。一次電池では、正極１１の内部に反応サイトを多量に生成することが重要であるので、正極１１は、高比表面積を有することが望ましい。カーボン粉末をバインダーで成形してペレット化することで正極１１が作製される場合、高比表面積化した際に、カーボン粉末同士の結着強度が低下し、構造が劣化することで、正極１１が安定して放電することが困難であり、放電容量が低下する。これに対し、例えば、正極１１が三次元ネットワーク構造を有する場合、正極１１はバインダーを使用する必要がなく、放電容量を高くできるようになる。また、正極１１は、触媒を担持していてもよい。触媒は、特に限定はされないが、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、ＣｕおよびＭｏのうちの少なくとも１つの金属、あるいは、Ｃａ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、ＣｕおよびＭｏのうちの少なくとも１つの金属からなる金属酸化物から構成されることが好ましい。この中でも、触媒の金属として、Ｆｅ、ＭｎおよびＺｎのうちの１つの金属、これらの１つからなる酸化物、または２つ以上からなる複合酸化物が好ましい。

　負極１３は、負極活性物質から形成される。負極１３は、マグネシウム、亜鉛、アルミニウム、および鉄から選ばれる１種類以上の金属、または、マグネシウム、亜鉛、アルミニウム、および鉄から選ばれる１種類以上の金属を主成分とした合金で形成される。負極１３は、金属または合金の板または箔を所定の形状に成形して用いるなど、一般的な方法で形成されれば良い。

　電解質溶液２２は、電解質を含む。電解質の種類は、正極１１および負極１３の間で金属イオンおよび水酸化物イオンの移動が可能な物質であれば、特に限定されない。電解質は、例えば、酢酸マグネシウム、塩化ナトリウム、または塩化カリウム等から構成することが好ましい。電解質溶液２２は、環境影響に配慮して、中性であることが好ましい。

　正極集電体１２は、公知の材料を使用することができる。正極集電体１２は、例えば、カーボンシート、カーボンクロス、Ｆｅ、ＣｕおよびＡｌのうちのいずれか１つ以上で形成される板を使用すればよい。負極集電体１４についても、公知の材料を使用することができる。負極１３に金属を用いる場合、一次電池１０は、負極集電体を備えず、負極１３から直接端子を外部に取り出しても良い。

　ここで、負極１３にマグネシウム金属を用いた一次電池における、正極１１および負極１３おける電極反応を説明する。導電性を有する正極１１の表面において、空気中の酸素および電解質が接することで、式（１）で示す正極反応が進行する。一方、セパレータ１５により供給される電解質に接している負極１３の表面において、式（２）で示す負極反応が進行する。負極１３を構成するマグネシウムが電子を放出し、電解質中にマグネシウムイオンとして溶解する。

　正極反応と負極反応により、一次電池１０は、放電を行うことが可能である。全反応は、式（３）で示されるように、水酸化マグネシウムが生成（析出）される反応である。理論起電力は、約２．７Ｖである。

［数１］
　　　１／２Ｏ_２＋Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^－→２ＯＨ^－　　　　　　・・・式（１）
　　　Ｍｇ→Ｍｇ^２＋＋２ｅ^－　　　　　　　　　　　　　・・・式（２）
　　　Ｍｇ＋１／２Ｏ_２＋Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^－→Ｍｇ（ＯＨ）_２・・・式（３）

　（一次電池の生成方法）
　一次電池１０の生成方法を説明する。本発明の実施の形態において、カーボンナノファイバを正極１１に使用して、一次電池１０を作製する。

　まず、正極１１の作製方法について説明する。市販のカーボンナノファイバーゾル［分散媒：水（Ｈ_２Ｏ）、０．４重量％、Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ製］を試験管に入れ、この試験管を液体窒素中に３０分間浸すことでカーボンナノファイバーゾルを完全に凍結させた。カーボンナノファイバーゾルを完全に凍結させた後、凍結させたカーボンナノファイバーゾルをナスフラスコに取り出し、これを凍結乾燥機（東京理科器械株式会社製）により１０Ｐａ以下の真空中で乾燥させることで、カーボンナノシートを含む三次元ネットワーク構造を有する伸縮性共連続体を得た。

　次に負極１３の生成方法について説明する。負極１３は、市販のマグネシウム合金板ＡＺ３１Ｂ（厚さ３００μｍ、日本金属製）を、はさみを用いて２０ｍｍ×２０ｍｍの正方形の一部に集電用のタブを有する形状に切り抜くことで作製した。

　電解質溶液２２は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ、関東化学製）を１ｍｏｌ／Ｌの濃度で純水に溶解した溶液を用いた。セパレータ１５は、電池用のセルロース系セパレータ（日本高度紙工業製）を２０ｍｍ×２０ｍｍの正方形状にカットして用いた。

　正極集電体１２には、カーボンクロスを用い、２０ｍｍ×２０ｍｍの正方形の一部に集電用のタブを有する形状にカットして用いた。正極１１は、直径１７ｍｍの円形サイズにポンチで切り抜いて用いた。

　電池筐体１６の生成方法を説明する。電池筐体１６は、３0mmｘ３0mmｘ１0mm内に、これらが収まるように設計する。Ｒａｉｓｅ３Ｄ　Ｐｒｏ２（Ｒａｉｓｅ３Ｄ社製）を用いたＦＦＦ（Fused Filament FabrＩＣation）方式により、ＰＬＡ（PolylactＩＣ Acid）フィラメント（Ｒａｉｓｅ３Ｄ社製）を溶解し、積層することで、電池筐体７が作成される。なお、電池筐体１６の底面、具体的には、正極１１側の面に、空気孔としてΦ１０ｍｍの複数の孔が設けられる。

　下から、正極集電体１２、正極１１、セパレータ１５、負極１３および負極集電体１４の順で、各部材が積層される。積層された各部の周縁部を、８０℃で熱シールし密閉する。密閉された各部が、電池筐体１６の底面の上に配置された後、その上に、電解質溶液２２を含む貯水タンク２１が設置される。なお、構造物への設置前に電解質溶液２２がセパレータ１５に接しないよう、使用前は貯水タンク２１に封がされる機構を有しても良い。

　（筐体の生成）
　筐体２０の生成方法を説明する。筐体２０は、図１に示すように、一次電池１０および通知部３０を内包する。筐体２０は、100mmｘ100mmｘ50mm内に、これらが収まるように設計する。Ｒａｉｓｅ３Ｄ　Ｐｒｏ２（Ｒａｉｓｅ３Ｄ社製）を用いたＦＦＦ（Fused Filament Fabrication）方式により、ＰＬＡ（Polylactic Acid）フィラメント（Ｒａｉｓｅ３Ｄ社製）を溶解し、積層することで、筐体２０が作成される。ＰＬＡフィラメントは、ポリ乳酸で形成される。ポリ乳酸は、上述するように自然分解される材料であるので、環境に対する負荷が小さい。

　（通知部の生成）
　通知部３０の生成方法を説明する。ＬｏＲａ／ＧＰＳトラッカーＬＴ－１００（ＧＩＳＵＰＰＹ社製）を、一次電池１０の駆動に伴い、電源オンおよび電波発信が可能なよう改良する。ＬｏＲａ／ＧＰＳトラッカーＬＴ－１００の外装を取り除き、筐体２０内に格納する。ＬｏＲａ／ＧＰＳトラッカーＬＴ－１００を、未発電状態の一次電池１０の正極集電体１２および負極集電体１４と接続する。

　なお、セル電圧が１．５Ｖ程度であることが想定されるため、ＤＣＤＣ回路３５により３．７Ｖに昇圧された電力が用いられる。

　（センサの評価）
　まず、セパレータ１５に電解質溶液を供給したときの正極１１および負極１３間の電圧変化を図４に示す。

　セパレータ１５で電解質溶液２２を吸い上げると電圧が立ち上がり、吸い上げ開始から約１５０秒で安定した電圧が得られた。このときの電圧は１．５Ｖ程度であった。安定した電圧が得られた状態となった後、通知部３０からの電波発信を、受信機が確認した。また通知部３０は、固有ＩＤを発信したところ、受信機は、この情報の受信も確認した。受信機は、ＬｏＲａ／ＧＰＳトラッカーＬＴ－１００で用いる電波を受信可能な受信機であって、ＬｏＲａゲートウェイＥＳ９２０ＬＲＧＷ（ＥＡＳＥＬ社製）である。

　また、動作終了後にセンサを土壌中に設置したところ、市販の回路部分を除き、約２ヶ月で筐体の分解が目視で確認できた。土壌中の微生物によって代謝され分解されたことが示された。

　本発明の実施の形態に係る傾斜センサ１は、構造物の傾斜に伴う筐体２０の傾きにより、正極１１および負極１３に接するセパレータ１５に電解質溶液２２が浸出し一次電池１０が発電し、一次電池１０が発電し、一次電池１０の発電によって、通知部３０が駆動し、傾斜を通知することができる。傾斜センサ１の一次電池１０は、平常時の稼働を不要とし、傾斜が発生し通知部３０が通知しなければならない状況において、動作する。従って、一次電池１０は、不動時の自己放電がなく、例えば１０年を超えるなどの長期的な運用が可能になる。

　筐体２０等の各部品を自然分解可能な材料で形成することにより、自然界に設置しても回収する必要がなく、環境に対する負荷が低い。傾斜センサ１を自然界に設置し、この傾斜センサ１からの通知を、傾斜センサ１から離れた位置に設置される検知サーバ１０２が受信することにより、遠く離れた場所で発生した土砂崩れ等の災害を、検知することが可能になる。また複数個の傾斜センサ１を、構造物に設置し、これらの傾斜センサ１からの傾斜の通知を検知サーバ１０２が受信することにより、現地に赴くことなく、構造物の劣化、災害規模等を把握することが可能になる。また傾斜センサ１を設置した構造物を管理する事業者が、自治体等の発信システムと連携することで、住民等へのアラーム発信等も可能となる。

　上記説明した本実施形態の検知サーバ１０２およびデータベースサーバ１０３に、例えば、CPU（Central Processing Unit、プロセッサ）９０１と、メモリ９０２と、ストレージ９０３（HDD：Hard Disk Drive、SSD：Solid State Drive）と、通信装置９０４と、入力装置９０５と、出力装置９０６とを備える汎用的なコンピュータシステムが用いられる。このコンピュータシステムにおいて、CPU９０１がメモリ９０２上にロードされた所定のプログラムを実行することにより、検知サーバ１０２およびデータベースサーバ１０３の各機能が実現される。

　なお、検知サーバ１０２およびデータベースサーバ１０３は、それぞれ１つのコンピュータで実装されてもよく、あるいは複数のコンピュータで実装されても良い。また検知サーバ１０２およびデータベースサーバ１０３は、それぞれ、コンピュータに実装される仮想マシンであっても良い。

　検知サーバ１０２およびデータベースサーバ１０３のそれぞれのプログラムは、HDD、SSD、USB（Universal Serial Bus）メモリ、CD (Compact Disc)、DVD (Digital Versatile Disc)などのコンピュータ読取り可能な記録媒体に記憶することも、ネットワークを介して配信することもできる。

　なお、本発明は上記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数々の変形が可能である。

　１　傾斜センサ
　１０　一次電池
　１１　正極
　１２　正極集電体
　１３　負極
　１４　負極集電体
　１５　セパレータ
　１６　電池筐体
　１７　正極集電タブ
　１８　負極集電タブ
　２０　筐体
　２１　貯水タンク
　２２　電解質溶液
　３０　通知部
　３４　通信用アンテナ
　３１　給電回路
　３２　演算回路
　３３　通信回路
　１００　検知システム
　１０１　基地局
　１０２　検知サーバ
　１０３　データベースサーバ
　１０４　監視装置
　９０１　CPU
　９０２　メモリ
　９０３　ストレージ
　９０４　通信装置
　９０５　入力装置
　９０６　出力装置

Claims (8)

1. 　構造物の傾きの発生を通知する通知部と、
   　電解質溶液を内包する貯水タンクと、
   　正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配置されるセパレータを含む一次電池を備え、
   　前記構造物の傾きに伴って前記貯水タンクが傾くと、前記電解質溶液が前記セパレータへ注入され、前記一次電池が発電を開始し、前記通知部の駆動に必要な電力を供給する
   　傾斜センサ。
2. 　直列に接続される複数の一次電池を備える
   　請求項１に記載の傾斜センサ。
3. 　前記傾斜センサが前記構造物に設置された状態において、
   　前記一次電池の上方に前記貯水タンクが設置され、前記貯水タンクの上方は開口する
   　請求項１または２に記載の傾斜センサ。
4. 　前記一次電池は、下方から正極、セパレータおよび負極の順で形成され、
   　前記セパレータの水平方向の面の大きさは、前記正極よりも大きくなるように形成される
   　請求項３に記載の傾斜センサ。
5. 　前記負極は、マグネシウム、亜鉛、アルミニウム、および鉄から選ばれる１種類以上の金属、または、マグネシウム、亜鉛、アルミニウム、および鉄から選ばれる１種類以上の金属を主成分とした合金で形成される
   　請求項１ないし４のいずれか１項に記載の傾斜センサ。
6. 　前記セパレータは、吸水性を有する絶縁体で形成される
   　請求項１ないし５のいずれか１項に記載の傾斜センサ。
7. 　請求項１ないし６のいずれか１項に記載の傾斜センサと、
   　前記傾斜センサに接続し、前記傾斜センサの通知を検知し、前記傾斜センサの固有識別子と前記傾斜センサの設置位置を参照する検知サーバを備え、
   　前記傾斜センサの通知部は、前記傾斜センサの固有識別子を通知し、
   　前記検知サーバは、通知された固有識別子の数と、通知された固有識別子から特定される前記傾斜センサの設置位置を出力する
   　検知システム。
8. 　前記検知サーバは、さらに、前記傾斜センサの貯水タンクの仕様と前記貯水タンクに内包される電解質溶液の量から特定される、前記傾斜センサが通知可能な傾斜角を参照し、
   　前記固有識別子から特定される前記傾斜センサが通知可能な傾斜角を出力する
   　請求項７に記載の検知システム。

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