(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材と、
一端が上記第１部材に固定または拘束され、他端が上記第１部材に固定または拘束されていない状態で上記第１部材と並列に設けられ、かつ上記第１部材の弾性変形または塑性変形中に破断する破断特性を有する第２部材と、
上記第２部材の上記他端に上記一端と反対側に引張力を加える付勢機構とを有する破壊検知センサ。
【請求項２】
上記第１部材は中空棒からなり、上記第２部材は上記中空棒の中空部に挿通された内側棒からなる請求項１項記載の破壊検知センサ。
【請求項３】
上記第２部材は上記一端と上記他端との間に応力集中部位を有する請求項１または２記載の破壊検知センサ。
【請求項４】
上記第２部材は脆性材料からなる請求項１〜３のいずれか一項記載の破壊検知センサ。
【請求項５】
上記第１部材が、上記第１部材が弾性変形または塑性変形を起こしたときに上記第２部材を上記一端から上記他端に向かう方向に押圧する押圧部を有し、上記第２部材が、上記押圧部により押圧される被押圧部を有する請求項１〜４のいずれか一項記載の破壊検知センサ。
【請求項６】
第１部材と、一端が上記第１部材に固定または拘束され、他端が上記第１部材に固定または拘束されていない状態で上記第１部材と並列に設けられ、かつ上記第１部材の弾性変形または塑性変形中に破断する破断特性を有する第２部材と、上記第２部材の上記他端に上記一端と反対側に引張力を加える付勢機構とを有する破壊検知センサと、
上記第２部材の破断および／または変位を検出する破断および／または変位検出装置と、
上記破断および／または変位検出装置により検出された上記第２部材の破断および／または変位の情報を外部に報知および／または表示する報知および／または表示装置とを有する破壊検知システム。
【請求項７】
一つまたは複数の破壊検知センサを有し、
少なくとも一つの上記破壊検知センサが、
第１部材と、一端が上記第１部材に固定または拘束され、他端が上記第１部材に固定または拘束されていない状態で上記第１部材と並列に設けられ、かつ上記第１部材の弾性変形または塑性変形中に破断する破断特性を有する第２部材と、上記第２部材の上記他端に上記一端と反対側に引張力を加える付勢機構とを有する破壊検知センサである構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、破壊検知センサ、破壊検知システムおよび構造物に関し、例えば、建築物などの各種の構造物の接合部の破壊の危険性を検知するのに用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
建築物、橋、トンネルなどの各種の構造物の構造用部材の接合（連結あるいは締結を含む広義の接合）には、溶接、リベット、ボルト・ナットなどによる様々な接合技術が用いられている。その構造用部材の接合部の破壊は構造物の損壊と密接に繋がっているため、構造物の安全性の観点から、接合部の損傷を調べる必要があり、定期的に検査を行わなければならない。このための従来の一般的な検査方法は打音検査や目視検査がほとんどである。しかしながら、特に打音検査は測定者の勘や熟練が必要であるため、測定者が限られてしまう。さらに、一般に構造用部材の接合部は高所または人間の目に直接触れにくい場所にあることが多いため、打音検査や目視検査には困難が伴う。また、高所作業車を使った検査作業は時間と手間のかかる非効率的な作業であり、危険性も高い。このため、短時間で、かつ無人で２４時間、接合部の破壊の危険性を検知し、報知する技術が求められている。
【０００３】
このような目的で、物体を固定しているボルトの破断を生じた場合または取り付けられた物体が脱落した場合に即座に検知する監視方法が知られている（特許文献１参照。）。これによれば、物体を固定しているボルトまたは構造物に取り付けられた物体の状態を非接触で常時監視し、ボルトが破断した場合または取り付けられた物体が脱落した場合に即座に検知し警報を発するようにしている。また、所定の軸力であるいは塑性域に達する軸力で被締結物を締結でき、ボルトが塑性変形前のものか塑性変形域のものかを簡単に選別できる軸力管理ボルトが知られている（特許文献２参照。）。この軸力管理ボルトは、軸部とねじ部とを備え、軸方向に作用する軸力を管理することができるものであって、そのボルトの軸方向のひずみ量が所定値を超えたときに破壊する軸力検知物質をボルトの少なくとも軸部の外表面に付着し、その軸力検知物質は、予めボルトに軸方向の張力をかけた状態で付着されたものである。さらに、高力ボルトの内部軸方向に、この高力ボルト素材より伸びが大きく、両端部のそれぞれで端面近傍から端部に向かって漸次断面積が増大する素材を備えた飛散防止性に優れた高力ボルトが知られている（特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１６４０８０号公報
【特許文献２】特開２０１２−５７７０９号公報
【特許文献３】特開２００４−１８３８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の監視方法は、ボルトが破断した場合または構造物に取り付けられた物体が脱落した場合にそれを検知するものに過ぎず、ボルトが破断する前または構造物に取り付けられた物体が脱落する前に検知することができない。また、特許文献２に記載の軸力管理ボルトは、ボルトの軸力しか管理することができないため、引張破壊しか検知することができず、せん断破壊、曲げ破壊、ねじり破壊などを検知することはできない。さらに、特許文献３に記載された高力ボルトは、ボルトの飛散落下に起因する事故を未然に防止するためのものに過ぎない。
【０００６】
そこで、この発明が解決しようとする課題は、建築物などの各種の構造物の構造用部材に取り付けたとき、この構造用部材、ひいては構造物の破壊が起きる前に破壊の危険性を容易に検知することができ、破断信号を容易に検出することが可能であるためこの破断信号を用いて短時間で、かつ無人で２４時間、破壊の危険性を検知し、報知することが可能であり、しかも構成が簡単で安価に実現することができる破壊検知センサおよびこの破壊検知センサを用いた破壊検知システムを提供することである。
【０００７】
この発明が解決しようとする他の課題は、上記の破壊検知センサを用いた建築物などの構造物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、この発明は、
第１部材と、
一端が上記第１部材に固定または拘束され、他端が上記第１部材に固定または拘束されていない状態で上記第１部材と並列に設けられ、かつ上記第１部材の弾性変形または塑性変形中に破断する破断特性を有する第２部材とを有する破壊検知センサである。
【０００９】
この破壊検知センサは、第１部材が弾性変形または塑性変形を起こしたときに第２部材にこの第２部材を破断する力が働くように構成されている。第１部材の弾性変形または塑性変形中のいずれの時点で第２部材が破断するかは必要に応じて決められる。第２部材が破断する位置は特に限定されないが、第２部材が破断する位置を予め決めておく方が破壊検知センサの設計が容易となるため、好適には、第２部材はその一端と他端との間に応力集中部位を有する。応力集中部位は、典型的には、第２部材の外周面に設けられた切欠き部である。切欠き部の形状や深さ（切欠き量）は、破壊検知センサの破壊感度などを考慮して適宜選ばれる。また、切欠き部は、第２部材の外周面の全周に亘って設けられてもよいし、一部に設けられてもよく、必要に応じて選ばれる。応力集中部位は、切欠き部に限定されるものではなく、例えば、第２部材の内部に設けられた空洞、第２部材の外周部あるいは内部に設けられた、第２部材の母材と弾性率が異なる物質からなる部分などであってもよい。第２部材は、破壊検知センサが取り付けられる構造物の構造用部材の材料や第１部材に使用する材料などに応じて適宜決められる材料を用いて構成されるが、破壊検知センサの破壊感度の向上を図る観点から、典型的には、脆性材料からなる。脆性材料は、例えば、鋳鉄、ガラス、セラミックス、プラスチック、コンクリートなどであるが、これに限定されるものではない。プラスチックとしては、例えば、アクリルなどの熱可塑性プラスチックが挙げられるが、これに限定されるものではない。また、例えば、構造物の構造用部材が水素脆化が起き得る鉄鋼材料により構成される場合において、第２部材も、水素脆化が起き得る鉄鋼材料により構成することにより、事故などにより構造用部材および破壊検知センサが水素を含む雰囲気に晒されたとき、第２部材が水素脆化により脆性を有するようになるため、水素脆化による構造用部材の破壊の危険性を破壊検知センサにより検知することができる。また、構造物の構造用部材が低温脆性が起き得る鉄鋼材料により構成される場合において、第２部材も、低温脆性が起き得る鉄鋼材料により構成することにより、何らかの原因で構造用部材および破壊検知センサが低温になったとき、第２部材が低温脆性により脆性を有するようになるため、低温脆性による構造用部材の破壊の危険性を破壊検知センサにより検知することができる。また、第２部材の外周面に切欠き部が設けられる場合には、第２部材は、切欠脆化が起き得る延性の鉄鋼材料などにより構成してもよい。第１部材の材質は必要に応じて選ばれる。第１部材は、一般的には第２部材より延性が高い材料により構成され、例えば、鉄鋼材料、木材、プラスチックなどにより構成されるが、これに限定されるものではない。
【００１０】
引張破壊の検知に好適な破壊検知センサでは、典型的には、第１部材は、第１部材が弾性変形または塑性変形を起こしたときに第２部材をその一端から他端に向かう方向に押圧する押圧部を有し、第２部材は、この押圧部により押圧される被押圧部を有する。こうすることで、第１部材が弾性変形または塑性変形を起こしたときにその押圧部が第２部材の被押圧部を押圧するため、第２部材にこの第２部材を破断する力が働く。せん断破壊、圧縮破壊、曲げ破壊およびねじり破壊の検知に好適な破壊検知センサでは、第１部材の押圧部および第２部材の被押圧部は不要であるが、備えていてもよい。これらの破壊検知センサは、好適には、第２部材の上記の他端に上記の一端と反対側に引張力を加える付勢機構を有する。付勢機構は、第２部材が破断したときに破断片を上記の一端から上記の他端に向かう方向に移動させる。付勢機構は、例えば、ばねの復元力を用いた機構または磁力を用いた機構からなるが、これに限定されるものではない。ばねの復元力を用いた機構は、典型的には、圧縮コイルばね、板ばねまたは空気ばねであるが、これに限定されるものではない。また、磁力を用いた機構を用いる場合は、例えば、第２部材の少なくとも上記の他端側の一部が強磁性体あるいは永久磁石からなり、磁力を用いた機構は第１部材に設けられた永久磁石または電磁石である。この場合、第２部材の強磁性体からなる部分と永久磁石または電磁石との間にそれらが互いに引き付け合う力が働くようにする。
【００１１】
典型的には、第１部材は中空棒からなり、第２部材は中空棒の中空部に挿通された内側棒からなる。これらの中空棒および内側棒は互いに同軸に設けられてもよいし、同軸に設けられなくてもよく、必要に応じて選ばれる。引張破壊の検知に好適な破壊検知センサでは、典型的には、中空棒の中空部は、上記の一端から上記の他端に向かう方向に順に第１部分、第２部分および第３部分を有し、内側棒は上記の一端から上記の他端に向かう方向に順に第４部分および第５部分を有する。そして、中空棒の中空部の第１部分および第２部分に内側棒の第４部分が収容され、中空棒の中空部の第３部分に内側棒の第５部分および第４部分の第５部分側の一部が収容される。この場合、例えば、中空棒の中空部の第２部分と第３部分との段差面を上記の押圧部、内側棒の第５部分の第４部分側の端面を上記の被押圧部とすることができる。せん断破壊、圧縮破壊、曲げ破壊およびねじり破壊の検知に好適な破壊検知センサでは、中空棒の中空部の第２部分を省略することができる。この場合、中空棒の中空部の第１部分および第３部分に内側棒の第４部分が収容され、中空棒の中空部の第３部分に内側棒の第５部分および第４部分の第５部分側の一部が収容される。中空棒および内側棒は、好適には、丸棒または角棒である。角棒の横断面形状は必要に応じて選ばれるが、具体的には、例えば、三角形、四角形（長方形または正方形）、五角形、六角形、八角形などである。例えば、中空棒の中空部の第１部分と内側棒の第５部分との間の空間に内側棒の第４部分が貫通した圧縮コイルばね、板ばねまたは空気ばねが圧縮された状態で収容される。あるいは、中空棒の、内側棒の第５部分側の一端にばね保持具が設けられ、このばね保持具に板ばねまたはコイルばねが保持され、内側棒の第５部分に引張力を加えるようにしてもよい。この場合、ばね保持具に保持された板ばねまたはコイルばねの一端は内側棒の第５部分に固定され、他端がばね保持具に固定される。この状態で板ばねまたはコイルばねが自然の状態に比べて引き伸ばされていることにより、内側棒の第５部分に引張力が加わる。
【００１２】
破壊検知センサは、引張破壊、圧縮破壊、せん断破壊、曲げ破壊またはねじり破壊を検知するもの、あるいは、それらの二つ以上が複合した複合破壊を検知するもののいずれであってもよい。
【００１３】
破壊検知センサは全体をボルト状に構成することもできる。この場合、第１部材を外周面に雄ねじが切られた軸部と頭部とからなる形状とし、第１部材に設けられた中空部に第２部材を挿通させる。頭部の形状は特に限定されず、必要に応じて選ばれるが、具体的には、例えば六角形である。このボルト状の破壊検知センサは、通常のボルトと同様に、接合しようとする構造用部材に設けられた貫通孔に通し、この貫通孔から外側に出た軸部の雄ねじにナットを嵌めて締め付けることにより構造用部材に取り付けることができる。あるいは、接合しようとする構造用部材の一方または両方の貫通孔の内周面に雌ねじを切り、このボルト状の破壊検知センサの軸部を、接合しようとする構造用部材の貫通孔に通し、この軸部の雄ねじをこの貫通孔の内周面に切られた雌ねじにねじ込むことにより、ナットを用いないでも破壊検知センサを構造用部材に取り付けることができる。このボルト状の破壊検知センサは、この意味で破壊センサ付きボルトと言い換えることもできる。
【００１４】
破壊検知センサは、必要に応じて、第２部材の破断および／または変位を検出する破断および／または変位検出装置を有する。破壊検知センサは、好適には、さらに、この破断および／または変位検出装置により第２部材の破断および／または変位を検出したときにその破断および／または変位の情報を外部に報知および／または表示する報知および／または表示装置を有する。
【００１５】
また、この発明は、
第１部材と、
一端が上記第１部材に固定または拘束され、他端が上記第１部材に固定または拘束されていない状態で上記第１部材と並列に設けられ、かつ上記第１部材の弾性変形または塑性変形中に破断する破断特性を有する第２部材とを有する破壊検知センサと、
上記破壊検知センサの上記第２部材の破断および／または変位を検出し、検出した上記第２部材の破断および／または変位の情報を外部に報知および／または表示する報知および／または表示装置とを有する破壊検知システムである。
【００１６】
また、この発明は、
一つまたは複数の破壊検知センサを有し、
少なくとも一つの上記破壊検知センサが、
第１部材と、
一端が上記第１部材に固定または拘束され、他端が上記第１部材に固定または拘束されていない状態で上記第１部材と並列に設けられ、かつ上記第１部材の弾性変形または塑性変形中に破断する破断特性を有する第２部材とを有する破壊検知センサである構造物である。
【００１７】
構造物は、基本的にはどのようなものであってもよいが、例えば、建築物、橋、トンネル、塔などである。建築物は、具体的には、例えば、ビルディング、マンション、戸建住宅、アパート、駅舎、校舎、庁舎、競技場、球場、病院、教会、工場、倉庫、火力発電所、水力発電所、原子力発電所、焼却炉、化学プラント、溶鉱炉などである。構造物は、各種の機械（例えば、工作機械などの各種産業用機械、クレーンなど）、各種の車両（例えば、クレーン車、ブルドーザー、ショベルカーなど）、各種の船舶、各種の航空機、広告塔、表示塔などであってもよい、
【００１８】
上記の破壊検知システムおよび構造物の各発明においては、その性質に反しない限り、上記の破壊検知センサの発明に関連して説明したことが成立する。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、破壊検知センサを構造物の構造用部材に取り付けた場合、この構造物に何らかの力が働いて第１部材が弾性変形または塑性変形を起こしたとき、第２部材が破断および／または変位するため、この破断および／または変位を検出することにより第１部材が破断し、あるいは、第１部材が過度に変位していることを検知することができ、それによってこの構造用部材、ひいては構造物の破壊が起きる前に破壊の危険性を容易に検知することができる。また、例えば、第２部材が破断したときに第１部材から第２部材の破断片が飛び出すように構成し、この飛び出しを検出したりすることにより破断信号を容易に検出することが可能であるため、この破断信号を用いて短時間で、かつ無人で２４時間、破壊の危険性を検知し、報知することが可能である。しかも、この破壊検知センサは第１部材と第２部材とにより構成することができるため、構成が簡単で安価に実現することができる。また、この破壊検知センサを用いた破壊検知システムによれば、構造物の破壊が起きる前に破壊の危険性を外部に報知および／または表示することができるので、構造物の破壊を防止する対策を施したり、構造物から退避したりすることができ、人的および物的な損害を未然に防止することができる。さらに、この破壊検知センサの構造物に対する取り付け方を選ぶことにより、引張破壊、せん断破壊、圧縮破壊、曲げ破壊、ねじり破壊などのいずれも検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の第１の実施の形態による破壊検知センサを示す正面図、左側面図、右側面図、縦断面図および横断面図である。
【図２】この発明の第１の実施の形態による破壊検知センサを構成する第１部材および第２部材を示す縦断面図である。
【図３】この発明の第１の実施の形態による破壊検知センサを構造物の接合部に取り付けた状態を示す断面図である。
【図４】図３に示す構造物の接合部に引張荷重が加わったときの接合部および破壊検知センサの様子を示す断面図である。
【図５】図３に示す構造物の接合部により強い引張荷重が加わったときの接合部および破壊検知センサの様子を示す断面図である。
【図６】図３に示す構造物の接合部にせん断荷重が加わったときの接合部および破壊検知センサの様子を示す断面図である。
【図７】図３に示す構造物の接合部に強いせん断荷重が加わったときの接合部および破壊検知センサの様子を示す断面図である。
【図８】この発明の第２の実施の形態による破壊検知センサを示す正面図、左側面図、右側面図、縦断面図および横断面図である。
【図９】この発明の第２の実施の形態による破壊検知センサを構成する第１部材および第２部材を示す縦断面図である。
【図１０】この発明の第４の実施の形態による破壊検知センサを示す正面図、左側面図、右側面図、縦断面図および横断面図である。
【図１１】この発明の第４の実施の形態による破壊検知センサを構成する第１部材および第２部材を示す縦断面図である。
【図１２】この発明の第４の実施の形態による破壊検知センサを構造物に取り付けた状態を示す縦断面図および斜視図である。
【図１３】この発明の第４の実施の形態による破壊検知センサを構造物に取り付けた状態で構造物に強い曲げモーメントが働いた状態を示す縦断面図および斜視図である。
【図１４】この発明の第５の実施の形態による破壊検知センサを示す縦断面図である。
【図１５】この発明の第５の実施の形態による破壊検知センサを構造物に取り付けた状態を示す斜視図である。
【図１６】この発明の第５の実施の形態による破壊検知センサを構造物に取り付けた状態で強いねじれモーメントが働いた状態を示す斜視図である。
【図１７】この発明の第５の実施の形態による破壊検知センサを構造物に取り付けた状態で強いねじれモーメントが働いて第２部材が破断した状態を示す縦断面図である。
【図１８】この発明の第６の実施の形態による破壊検知センサを示す正面図、左側面図および右側面図である。
【図１９】この発明の第６の実施の形態による破壊検知センサを示す縦断面図および横断面図である。
【図２０】この発明の第６の実施の形態による破壊検知センサを図３に示す構造物の接合部に取り付けた状態を示す断面図である。
【図２１】この発明の第７の実施の形態による破壊検知センサを示す正面図、左側面図、右側面図、縦断面図および横断面図である。
【図２２】この発明の第７の実施の形態による破壊検知センサを構成する第１部材、第３部材および第２部材を示す縦断面図である。
【図２３】この発明の第８の実施の形態による破壊検知センサを示す縦断面図である。
【図２４】この発明の第９の実施の形態による破壊検知センサを示す縦断面図である。
【図２５】この発明の第１０の実施の形態による破壊検知センサを構造物の接合部に取り付けた状態を示す断面図である。
【図２６】この発明の第１１の実施の形態による破壊検知センサを示す正面図、左側面図、右側面図、縦断面図および横断面図である。
【図２７】この発明の第１１の実施の形態による破壊検知センサを構成する第１部材および第２部材を示す縦断面図である。
【図２８】この発明の第１１の実施の形態による破壊検知センサを構造物に取り付けた状態を示す縦断面図および斜視図である。
【図２９】この発明の第１１の実施の形態による破壊検知センサを構造物に取り付けた状態で構造物に強い曲げモーメントが働いた状態を示す縦断面図および斜視図である。
【図３０】この発明の第１２の実施の形態による破壊検知センサを示す縦断面図である。
【図３１】この発明の第１２の実施の形態による破壊検知センサを構成する第１部材および第２部材を示す縦断面図である。
【図３２】この発明の第１２の実施の形態による破壊検知センサを構造物に取り付けた状態および構造物に強い圧縮荷重が加わった状態を示す断面図および斜視図である。
【図３３】この発明の第１３の実施の形態による破壊検知センサを示す縦断面図である。
【図３４】この発明の第１３の実施の形態による破壊検知センサを構成する第１部材および第２部材を示す縦断面図である。
【図３５】この発明の第１３の実施の形態による破壊検知センサを構造物に取り付けた状態および構造物に強い圧縮荷重が加わった状態を示す断面図および斜視図である。
【図３６】この発明の第１４の実施の形態による破断検知システムを示す略線図である。
【図３７】この発明の第１５の実施の形態による破壊検知センサを示す略線図である。
【図３８】この発明の第１５の実施の形態による破壊検知センサの動作を説明するための略線図である。
【図３９】この発明の第１〜第１５の実施の形態のいずかによる破壊検知センサを用いて建物を監視する監視システムを示す略線図である。
【図４０】実施例で作製した引張破壊検知用破壊検知センサを構成する部品を示す図面代用写真である。
【図４１】実施例で作製した引張破壊検知用破壊検知センサを示す図面代用写真である。
【図４２】図４１に示す引張破壊検知用破壊検知センサを用いた引張破壊実験装置を示す図面代用写真である。
【図４３】図４２に示す引張破壊実験装置を構成する部品を示す図面代用写真である。
【図４４】図４２に示す引張破壊実験装置を引張試験機に取り付けて引張試験を行っている様子を示す図面代用写真である。
【図４５】図４２に示す引張破壊実験装置を引張試験機に取り付けて引張試験を行っている様子を示す図面代用写真である。
【図４６】図４２に示す引張破壊実験装置の引張試験の結果を示す略線図である。
【図４７】図４２に示す引張破壊実験装置の引張試験の結果を示す略線図である。
【図４８】図４２に示す引張破壊実験装置の引張試験の結果を示す略線図である。
【図４９】図４２に示す引張破壊実験装置の引張試験の結果を示す略線図である。
【図５０】実施例で作製した曲げ破壊検知用破壊検知センサを構成する部品を示す図面代用写真である。
【図５１】実施例で作製した曲げ破壊検知用破壊検知センサを示す図面代用写真である。
【図５２】図５１に示す曲げ破壊検知用破壊検知センサを曲げ試験機に取り付けて３点曲げ試験を行っている様子を示す図面代用写真である。
【図５３】図５１に示す曲げ破壊検知用破壊検知センサを曲げ試験機に取り付けて３点曲げ試験を行っている様子を示す図面代用写真である。
【図５４】図５１に示す曲げ破壊検知用破壊検知センサを曲げ試験機に取り付けて３点曲げ試験を行っている様子を示す図面代用写真である。
【図５５】図５１に示す曲げ破壊検知用破壊検知センサを曲げ試験機に取り付けて３点曲げ試験を行っている様子を示す図面代用写真である。
【図５６】実施例で作製した、ポテンショメータを用いて変位を測定する破壊検知センサに用いたポテンショメータを示す図面代用写真である。
【図５７】実施例で作製した、ポテンショメータを用いて変位を測定する破壊検知センサを示す図面代用写真である。
【図５８】図５７に示す破壊検知センサの一部を拡大して示す図面代用写真である。
【図５９】実施例で作製した、ポテンショメータを用いて変位を測定する破壊検知センサの変位測定試験片を示す図面代用写真である。
【図６０】図５７に示す破壊検知センサを用いて変位の測定を行った結果を示す略線図である。
【図６１】圧縮コイルばねの代わりに板ばねを用いて第２部材に引張力を加える破壊検知センサの一例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、発明を実施するための形態（以下、実施の形態という。）について説明する。
〈１．第１の実施の形態〉
［破壊検知センサ］
図１Ａ〜Ｅは第１の実施の形態による破壊検知センサを示し、図１Ａは正面図、図１Ｂは左側面図、図１Ｃは右側面図、図１Ｄは縦断面図、図１Ｅは図１ＡのＥ−Ｅ線に沿っての横断面図である。この破壊検知センサは、特に引張破壊を検知するのに用いて好適なものである。
【００２２】
図１Ａ〜Ｅに示すように、この破壊検知センサは、中空部１１を有する六角ボルト状の第１部材１０と、第１部材１０の中空部１１に挿通された丸棒状の第２部材２０とを有する。第２部材２０は、第１部材１０の弾性変形または塑性変形中に破断する破断特性を有する。
【００２３】
図２Ａに第１部材１０の詳細、図２Ｂに第２部材２０の詳細を示す。第１部材１０の全長をＬ、第２部材２０の全長をｌとすると、典型的にはＬ＜ｌであるが、これに限定されるものではない。
【００２４】
図２Ａに示すように、第１部材１０は、直径がＤの円柱状の軸部１２とこの軸部１２より太い六角柱状の頭部１３とからなる。軸部１２の外周面の軸部１２の先端から長さＬ1 の範囲に亘って雄ねじ１４が切られている。この雄ねじ１４は、この破壊検知センサを破壊検知を行う対象となる構造物に固定する際にナットを嵌めたり、構造物に設けられた孔の内周面に切られた雌ねじにねじ込んだりするために用いられる。第１部材１０の中空部１１の横断面形状はどの位置でも第１部材１０の中心軸を中心とする円形である。中空部１１は、軸部１２の先端から順に、直径がＤ1 （ただし、Ｄ1 ＜Ｄ）で長さがＬ2 の第１部分１１ａと、直径がＤ2 （ただし、Ｄ2 ＞Ｄ1 ）で長さがＬ3 の第２部分１１ｂと、直径がＤ3 （ただし、Ｄ＞Ｄ3 ＞Ｄ2 ）で長さがＬ4 の第３部分１１ｃとからなる。ただし、Ｌ2 ＋Ｌ3 ＋Ｌ4 ＝Ｌである。
【００２５】
図２Ｂに示すように、第２部材２０は、直径がｄ1 で長さがｌ1 の円柱状の軸部２１と直径がｄ2 （ただし、ｄ2 ＞ｄ1 ）で長さがｌ2 の円柱状の頭部２２とからなる。ただし、ｌ1 ＋ｌ2 ＝ｌである。また、ｌ1 ＞Ｌ2 ＋Ｌ3 であり、ｌ2 ＜Ｌ4 である。第１部材１０の中空部１１の第１部分１１ａにおいて第２部材２０の軸部２１がその長手方向に移動可能とするため、軸部２１の直径ｄ1 は、第１部材１０の中空部１１の第１部分１１ａの直径Ｄ1 より小さく選ばれている。すなわち、ｄ1 ＜Ｄ1 である。第１部分１１ａにおける軸部２１の遊びを小さくするために、典型的には、例えば、第１部分１１ａの内周面と軸部２１との間の隙間の大きさ（Ｄ1 −ｄ1 ）／２が第１部分１１ａの直径Ｄ1 の５％以内になるようにする。すなわち、典型的には（Ｄ1 −ｄ1 ）／２≦０．０５Ｄ1 に選ばれる。軸部２１の外周面の軸部２１の先端から長さｌ3 の範囲に亘って雄ねじ２３が切られている。また、軸部２１の外周面には、応力集中部位となるＶ溝状の切欠き２４が全周に亘って設けられている。この切欠き２４の切欠き角度はθである。頭部２２の直径ｄ2 は、第１部材１０の中空部１１の第３部分１１ｃの直径Ｄ3 より小さく選ばれている。すなわち、ｄ2 ＜Ｄ3 である。第３部分１１ｃにおける頭部２２の遊びを小さくするために、典型的には、例えば、第３部分１１ｃの内周面と頭部２２との間の隙間の大きさ（Ｄ3 −ｄ2 ）／２が第３部分１１ｃの直径Ｄ3 の５％以内になるようにする。すなわち、典型的には（Ｄ3 −ｄ2 ）／２≦０．０５Ｄ3 に選ばれる。
【００２６】
図１Ａ〜Ｅに示すように、第２部材２０の軸部２１が第１部材１０の中空部１１の第１部分１１ａおよび第２部分１１ｂに挿通されており、軸部２１の先端が第１部材１０の端面から突出している。そして、軸部２１の先端の雄ねじ２３にナット３０が嵌められている。
【００２７】
第２部材２０の頭部２２および軸部２１の頭部２２側の一部は第１部材１０の中空部１１の第３部分１１ｃに収容されている。第２部材２０の軸部２１の頭部２２側の部分には圧縮コイルばね４０が、軸部２１が貫通した状態で設けられている。圧縮コイルばね４０は、第１部材１０の中空部１１の第２部分１１ｂおよび第３部分１１ｃに圧縮された状態で収容されている。圧縮コイルばね４０の直径は第２部分１１ｂの直径Ｄ2 より小さい。圧縮コイルばね４０が圧縮されていることによる復元力が働くことにより、圧縮コイルばね４０の一端は、第１部分１１ａと第２部分１１ｂとの間の円環状の段差面Ｓ1 を押圧し、他端は第２部材２０の頭部２２の軸部２１側の円環状の端面Ｓ2 を押圧している。圧縮コイルばね４０の復元力により頭部２２の端面Ｓ2 が押圧されていることにより、第２部材２０の軸部２１は頭部２２側に引っ張られている。これによって、第２部材２０の先端部が第１部材１０の先端部に拘束されている。第１部材１０の中空部１１の第２部分１１ｂと第３部分１１ｃとの間の円環状の段差面Ｓ3 は押圧部を構成し、第２部材２０の頭部２２の軸部２１側の円環状の端面Ｓ2 は被押圧部を構成する。
【００２８】
この破壊検知センサの各部の寸法（Ｌ、Ｌ1 〜Ｌ4 、ｌ、ｌ1 〜ｌ3 、Ｄ、Ｄ1 〜Ｄ3 、ｄ、ｄ1 、ｄ2 、θなど）は、破壊検知センサを取り付ける構造物などに応じて適宜選ばれる。
【００２９】
第１部材１０の材質は、この破壊検知センサにより破壊検知を行う構造物の構造用部材の材質などに応じて適宜選ばれるが、例えば、鉄鋼、木材、プラスチックなどである。第２部材２０は、第１部材１０の弾性変形または塑性変形中に破断する破断特性を有する材料からなり、例えば、鋳鉄、ガラス、セラミックス、プラスチック、コンクリートなどの脆性材料からなる。
【００３０】
［破壊検知センサの破壊感度の制御方法］
この破壊検知センサの破壊感度（第１部材１０の許容変形量）は、第２部材２０の切欠き２４の形状および深さ（切欠き量）、言い換えると切欠き２４の先端の部分の切欠き角度θおよび切欠き２４の先端の部分の軸部２１の直径ｄと、第１部材１０の中空部１１の第２部分１１ｂと第３部分１１ｃとの間の段差面Ｓ3 と第２部材２０の頭部２２の軸部２１側の端面Ｓ2 との間の距離ｔとにより制御することができる。ｄは、第２部材２０が変形し始めてから破断に至るまでの変位量（伸び）δに応じて決められる。距離ｔは、第１部材１０の弾性変形または塑性変形により段差面Ｓ3 が第２部材２０の端面Ｓ2 に接触して押圧し始めるまでの距離であり、第２部材２０の変形開始位置を決めるものである。ｔが大きいほど、この破壊検知センサの破壊感度が悪くなり、第１部材１０の許容変形量が大きくなる。
【００３１】
［破壊検知センサの使用方法］
図３に示すように、構造物の破壊検知を行う構造用部材５１、５２がボルト・ナット、リベット、溶接などで接合されたものである場合を考える。構造用部材５１、５２に、破壊検知センサの第１部材１０の軸部１２の直径Ｄより少し大きい直径の円形の貫通孔５３を設ける。そして、軸部１２を頭部１３が構造用部材５２に当たるまで貫通孔５３に通し、構造用部材５１の外部に軸部１２の先端部を出す。次に、ボルトとナットとにより締結を行う一般的な場合と同様に、軸部１２の雄ねじ１４にナット６０を嵌め、頭部１３あるいはナット６０あるいは双方を六角スパナなどで回して締め付ける。破壊検知センサが確実に構造用部材５１、５２に固定されるように十分な締め付けトルクで締め付けを行う。
【００３２】
まず、図３に示すように、構造用部材５１、５２がそれらを互いに離すような引張荷重を受ける場合について説明する。図４に示すように、構造用部材５１、５２が引張荷重を受けると、構造用部材５１、５２間が離れ、それによって第１部材１０の軸部１２も伸びる。構造用部材５１、５２がより大きな引張荷重を受けると、軸部１２の伸びはより大きくなる。軸部１２の伸びがｔに達すると、第１部材１０の中空部１１の第２部分１１ｂと第３部分１１ｃとの間の段差面Ｓ3 （押圧面）が、第２部材２０の頭部２２の軸部２１側の端面Ｓ2 （被押圧面）と接触して押圧し始め、軸部１２の伸びがさらに大きくなるにつれてより強く押圧するようになる。こうして第１部材１０の段差面Ｓ3 が第２部材２０の端面Ｓ2 を押圧すると第２部材２０は軸方向に引張荷重を受け、伸びる。そして、図５に示すように、軸部１２の伸びがδ＋ｔとなった時点で、第２部材２０は応力集中部位である切欠き２４の部分で破断し、二つに分かれる。このとき、第２部材２０のうちこの破断部より頭部２２側の部分に相当する破断片７０は、第２部材２０の一端での第１部材１０による機械的な拘束がなくなるため、圧縮コイルばね４０の復元力により破断片７０の頭部２２が第１部材１０の中空部１１の第３部分１１ｃの中を外部に向かって移動し、頭部２２が外部に突出する。逆に言えば、圧縮コイルばね４０は、自然長になったときに頭部２２が外部に突出するように自然長を決めておく。
【００３３】
以上のようにして破断片７０の頭部２２が第１部材１０の外部に突出したことは、例えば外部から容易に視認することができるので、この結果から、構造用部材５１、５２が引張荷重を受けていることにより破壊する危険性があると判断することができる。
【００３４】
この破壊検知センサは、図６に示すように、構造用部材５１、５２がせん断荷重を受ける場合にせん断破壊を検知するのに用いることもできる。この場合、好適には、第２部材２０の切欠き２４が構造用部材５１、５２の接合部に位置するように切欠き２４の位置を選ぶが、必ずしもそのようにする必要はなく、切欠き２４の位置は必要に応じて選ぶことができる。今、構造用部材５２が構造用部材５１に対してずれるようなせん断荷重を受ける場合を考える。図７に示すように、構造用部材５１、５２がせん断荷重を受けてせん断変形が起きると、第１部材１０もせん断荷重を受けて弾性変形または塑性変形のせん断変形が起き、それによって第２部材２０もせん断荷重を受けてせん断変形が起きる。この結果、第２部材２０は切欠き２４の部分で破断し、二つに分かれる。このとき、破断片７０の頭部２２が第１部材１０から外部に突出する。こうして第２部材２０の頭部２２が第１部材１０の外部に突出したことを、例えば外部から視認することにより、構造用部材５１、５２がせん断荷重を受けていることにより破壊する危険性があると判断することができる。
【００３５】
以上のように、この第１の実施の形態によれば、破壊検知センサを構造物の構造用部材５１、５２に取り付けた場合、この構造物に何らかの力が働いて第１部材１０が弾性変形または塑性変形を起こしたとき、第２部材２０が破断または変位するため、この破断または変位を検出することにより第１部材１０が破断し、あるいは、第１部材１０が過度に変位していることを検知することができ、それによってこの構造用部材５１、５２、ひいては構造物の破壊が起きる前に破壊の危険性を容易に検知することができる。また、後述のように、第２部材２０が破断したときに第１部材１０から破断片７０の頭部２２が突出することにより破断信号を容易に検出することが可能であるため、この破断信号を用いて短時間で、かつ無人で２４時間、破壊の危険性を検知し、報知することが可能である。しかも、この破壊検知センサは第１部材１０と第２部材２０とにより構成することができるため、構成が簡単で安価に実現することができる。
【００３６】
〈２．第２の実施の形態〉
［破壊検知センサ］
図８Ａ〜Ｅは第２の実施の形態による破壊検知センサを示し、図８Ａは正面図、図８Ｂは左側面図、図８Ｃは右側面図、図８Ｄは縦断面図、図８Ｅは図８ＡのＥ−Ｅ線に沿っての横断面図である。図９Ａに第１部材１０の詳細、図９Ｂに第２部材２０の詳細を示す。
【００３７】
図８Ａ〜Ｅならびに図９ＡおよびＢに示すように、この破壊検知センサにおいては、第１部材１０の軸部１２の中空部１１の内周面に、軸部１２の先端から長さＬ5 の範囲に亘って雌ねじ１５が切られている。また、第２部材２０の軸部２１の外周面には、軸部２１の先端から第１の実施の形態より大きい長さｌ3 の範囲に亘って雄ねじ２３が切られている。そして、第２部材２０の軸部２１の外周面の雄ねじ２３が、第１部材１０の軸部１２の中空部１１の内周面の雌ねじ１５にねじ込まれており、これによって第２部材２０の先端部が第１部材１０の先端部に固定されている。
【００３８】
この破壊検知センサの上記以外のことは、第１の実施の形態による破壊検知センサと同様である。
【００３９】
この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
【００４０】
〈３．第３の実施の形態〉
［破壊検知センサ］
第３の実施の形態による破壊検知センサにおいては、第２部材２０の軸部２１の雄ねじ２３に嵌められたナット３０が、溶接、接着、鑞付けなどにより第１部材１０の先端部に固定されており、これによって第２部材２０の先端部が第１部材１０の先端部に固定されている。
【００４１】
この破壊検知センサの上記以外のことは、第１の実施の形態による破壊検知センサと同様である。
【００４２】
この第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
【００４３】
〈４．第４の実施の形態〉
［破壊検知センサ］
図１０Ａ〜Ｅは第４の実施の形態による破壊検知センサを示し、図１０Ａは正面図、図１０Ｂは左側面図、図１０Ｃは右側面図、図１０Ｄは縦断面図、図１０Ｅは図１０ＡのＥ−Ｅ線に沿っての横断面図である。この破壊検知センサは、特に曲げ破壊を検知するのに用いて好適なものである。
【００４４】
図１０Ａ〜Ｅに示すように、この破壊検知センサは、中空部８１を有する直方体状の第１部材８０と、第１部材８０の中空部８１に挿通された丸棒状の第２部材２０とを有する。第２部材２０は、第１部材８０の弾性変形または塑性変形中に破断する破断特性を有する。
【００４５】
図１１Ａに第１部材８０の詳細、図１１Ｂに第２部材２０の詳細を示す。第１部材８０の全長をＬ、第２部材２０の全長をｌとすると、典型的にはＬ＜ｌであるが、これに限定されるものではない。
【００４６】
図１０Ａ〜Ｅおよび図１１Ａに示すように、第１部材８０は、長さがＬ、幅がＷ、厚さがＴである。第１部材８０の中空部８１は、第１部材８０の一端から他端に向かって順に、第１１部分８１ａ、第１２部分８１ｂ、第１３部分８１ｃ、第１４部分８１ｄおよび第１５部分８１ｅからなる。第１１部分８１ａは第１部材８０の一端の外壁８２に設けられた直径がＤ1 の円柱状の孔である。第１２部分８１ｂは直方体状の形状を有する。第１３部分８１ｃは、中空部８１の仕切り壁８３に設けられた直径がＤ1 の円柱状の孔である。第１４部分８１ｄは直方体状の形状を有する。第１５部分８１ｅは第１部材８０の他端の外壁８４に設けられた円柱状の孔である。第１２部分８１ｂおよび第１４部分８１ｄの横断面形状はどの位置でも長方形である。第１１部分８１ａ、第１３部分８１ｃおよび第１５部分８１ｅは互いに同軸に設けられている。第１２部分８１ｂの天井にはこの天井面に垂直に二つの突起８５、８６が第１部材８０の長手方向の互いに離れた位置に設けられている。これらの突起８５、８６の先端（下端）は第１１部分８１ａおよび第１３部分８１ｃの最上端よりわずかに低い高さに位置し、第２部材２０の軸部２１の上端と接触し、あるいは近接している。また、第１２部分８１ｂの底面にはこの底面に垂直に突起８７が設けられている。この突起８７は、例えば、突起８５と突起８６との間を二等分する面上に位置するように設けられるが、これに限定されるものではない。この突起８７の先端は第１１部分８１ａおよび第１３部分８１ｃの最下端よりわずかに高い高さに位置し、第２部材２０の軸部２１の下端と接触し、あるいは近接している。図１０Ｅに示すように、突起８７は第１部材８０の中心軸と垂直な面内に延在しており、第１部材８０の中心軸の方向から見ると長方形の形状を有する。突起８５、８６も同様である。
【００４７】
図１１Ｂに示すように、第２部材２０は、第１の実施の形態と同様に、直径がｄ1 で長さがｌ1 の円柱状の軸部２１と直径がｄ2 （ただし、ｄ2 ＞ｄ1 ）で長さがｌ2 の円柱状の頭部２２とからなる。軸部２１の外周面には、応力集中部位となるＶ溝状の切欠き２４が軸部２１の上部に水平に設けられている。切欠き２４の位置は、好適には、突起８７の先端の位置とほぼ一致させるが、これに限定されるものではない。
【００４８】
図１０Ａ〜Ｅに示すように、第２部材２０の軸部２１が第１部材８０の中空部８１の第１１部分８１ａ、第１２部分８１ｂ、第１３部分８１ｃ、第１４部分８１ｄおよび第１５部分８１ｅに挿通されており、軸部２１の先端が第１部材８０の端面から突出している。そして、軸部２１の先端の雄ねじ２３にナット３０が嵌められている。
【００４９】
第２部材２０の頭部２２は第１部材８０の中空部８１の第１４部分８１ｄに収容されている。第２部材２０の軸部２１の頭部２２側の部分には圧縮コイルばね４０が、軸部２１が貫通した状態で設けられている。圧縮コイルばね４０は、第１部材８０の中空部８１の第１４部分８１ｄに圧縮された状態で収容されている。圧縮コイルばね４０の直径は第１４部分８１ｄの高さより小さい。圧縮コイルばね４０が圧縮されていることによる復元力が働くことにより、圧縮コイルばね４０の一端は、第１３部分８１ｃと第１４部分８１ｄとの間の段差面Ｓ1 を押圧し、他端は第２部材２０の頭部２２の軸部２１側の端面Ｓ2 を押圧している。圧縮コイルばね４０の復元力により頭部２２の端面Ｓ2 が押圧されていることにより、第２部材２０の軸部２１は頭部２２側に引っ張られている。これによって、第２部材２０の先端部が第１部材８０の先端部に拘束されている。
【００５０】
この破壊検知センサの各部の寸法（Ｌ、ｌ、ｌ1 〜ｌ3 、ｄ1 、ｄ2 、θなど）は、破壊検知センサを取り付ける構造物などに応じて適宜選ばれる。
【００５１】
この破壊検知センサの上記以外の構成は第１の実施の形態による破壊検知センサと同様である。
【００５２】
［破壊検知センサの破壊感度の制御方法］
この破壊検知センサの破壊感度（許容変形量）は、第２部材２０の切欠き２４の形状および深さ（切欠き量）、言い換えると切欠き２４の先端の部分の切欠き角度θおよびこの切欠き２４の先端の部分の垂直方向の高さや、第１部材８０の中空部８１の第１１部分８１ａおよび第１３部分８１ｃの内周面と第２部材２０の軸部２１との間の隙間の大きさΔ＝Ｄ1 −ｄ1 などにより制御することができる。ここで、Δが大きいと、第１部材８０の曲げ変形が起きてから第２部材２０に影響を及ぼし始めるまでの開始時間が遅くなり、破壊感度が低くなる。また、切欠き２４の形状および深さは第２部材２０の曲げ強度に影響する。
【００５３】
［破壊検知センサの使用方法］
図１２ＡおよびＢに示すように、破壊検知を行う構造用部材５１に破壊検知センサを取り付けて固定する。破壊検知センサの取付方法は、構造用部材５１に機械的変形が起きたときに破壊検知センサが構造用部材５１から剥がれない程度の十分な強度で固定することができればよく、種々の方法を用いることができるが、例えば、ねじ止め、溶接などである。
【００５４】
構造用部材５１がこの構造用部材５１を上に凸に湾曲させるような曲げモーメントを受ける場合について説明する。構造用部材５１が曲げモーメントを受けると、構造用部材５１が上に凸になるように湾曲し、それに伴い第１部材８０も上に凸になるように湾曲する。これによって、第２部材２０が突起８５〜８７の各先端からなる３点を支持点として曲げられる。すなわち、第２部材２０は、３点曲げを受ける。構造用部材５１がより大きな曲げモーメントを受けると、構造用部材５１、従って第１部材８０はより大きく湾曲し、湾曲の度合いがある程度大きくなると、図１３ＡおよびＢに示すように、第２部材２０は応力集中部位である切欠き２４の部分で破断し、二つに分かれる。このとき、第２部材２０のうちこの破断部より頭部２２側の部分に相当する破断片７０は、第２部材２０の一端での第１部材８０による機械的な拘束がなくなるため、圧縮コイルばね４０の復元力により破断片７０の頭部２２が第１部材８０の中空部８１の第１４部分８１ｄおよび第１５部分８１ｅの中を外部に向かって移動し、頭部２２が外部に突出する。
【００５５】
以上のようにして破断片７０の頭部２２が第１部材８０の外部に突出したことは、例えば外部から容易に視認することができるので、この結果から、構造用部材５１が曲げモーメントを受けていることにより破壊する危険性があると判断することができる。
【００５６】
以上のように、この第４の実施の形態によれば、構造物の曲げ破壊に関し、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
【００５７】
〈５．第５の実施の形態〉
［破壊検知センサ］
図１４は第５の実施の形態による破壊検知センサを示す。この破壊検知センサは、特にねじり破壊、せん断破壊、曲げ破壊、圧縮破壊などを検知するのに用いて好適なものである。
【００５８】
図１４に示すように、破壊検知センサは、第１部材２０がボルト状の形状を有するのではなく、四角柱状の外形を有すること、および、第１部材１０の中空部１１が第１部分１１ａおよび第３部分１１ｃのみからなることが、第１の実施の形態による破壊検知センサと異なる。また、この場合、圧縮コイルばね４０は、第３部分１１ｃに収容されている。その他の構成は第１の実施の形態による破壊検知センサと同様である。
【００５９】
［破壊検知センサの破壊感度の制御方法］
この破壊検知センサの破壊感度（許容変形量）は、第２部材２０の切欠き２４の形状および深さ（切欠き量）、言い換えると切欠き２４の先端の部分の切欠き角度θおよびこの切欠き２４の先端の部分の軸部２１の直径ｄや、第１部材１０の中空部１１の第１部分１１ａの内周面と第２部材２０の軸部２１との間の隙間の大きさΔ＝Ｄ1 −ｄ1 などにより制御することができる。ここで、Δが大きいと、第１部材１０のねじれ変形などが起きてから第２部材２０に影響を及ぼし始めるまでの開始時間が遅くなり、破壊感度が低くなる。また、切欠き２４の形状および深さは第２部材２０の曲げ強度に影響する。
【００６０】
［破壊検知センサの使用方法］
一例として、この破壊検知センサをねじり破壊の検知に適用する場合について説明するが、せん断破壊や曲げ破壊や圧縮破壊の検知に適用することもできる。図１５に示すように、破壊検知を行う構造物の構造用部材５１に垂直に円柱状の構造用部材５２が設けられている。構造用部材５２は構造用部材５１を固定端とする片持ち梁である。この構造用部材５２の外周面に図１４に示す破壊検知センサをその長手方向が構造用部材５２の長手方向に一致し、かつ構造用部材５２の中心軸に平行になるように取り付けて固定する。破壊検知センサの取付方法は、構造用部材５２にねじれ変形が起きたときに破壊検知センサが構造用部材５２から容易に剥がれない程度の十分な強度で固定することができればよく、種々の方法を用いることができるが、例えば、ねじ止め、溶接などである。
【００６１】
図１５に示すように、構造用部材５２がこの構造用部材５２をその中心軸の周りにねじろうとするねじれモーメントを受ける場合について説明する。図１６に示すように、構造用部材５２がねじれモーメントを受けると、破壊検知センサの第１部材１０もねじれモーメントを受け、ねじれる。構造用部材５２のねじれ量は構造用部材５１側からその他端に向かって大きくなる。構造用部材５２がより大きなねじれモーメントを受けると、第１部材１０もより大きなねじれモーメントを受け、それに伴って第２部材２０は先端から他端へ向かって曲げ変形を起こす。図１６および図１７に示すように、第１部材１０のねじれがある程度大きくなった時点で、第２部材２０は応力集中部位である切欠き２４の部分で破断し、二つに分かれる。このとき、第２部材２０のうちこの破断部より頭部２２側の部分に相当する破断片７０は、第２部材２０の一端での第１部材１０による機械的な拘束がなくなるため、圧縮コイルばね４０の復元力により破断片７０の頭部２２が第１部材１０の中空部１１の第３部分１１ｃの中を外部に向かって移動し、頭部２２が外部に突出する。この場合、第２部材２０の全周に亘って切欠き２４が形成されているため、第１部材１０のねじれの方向によらず、また、第２部材２０がどのように曲げられるかによらず、第２部材２０の切欠き２４の部分で確実に破断する。
【００６２】
以上のようにして破断片７０の頭部２２が第１部材１０の外部に突出したことは、例えば外部から容易に視認することができるので、この結果から、構造用部材５２がねじれモーメントを受けていることにより破壊する危険性があると判断することができる。
【００６３】
以上のように、この第５の実施の形態によれば、構造物のねじり破壊あるいはせん断破壊や曲げ破壊や圧縮破壊の検知に関し、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
【００６４】
〈６．第６の実施の形態〉
［破壊検知センサ］
図１８Ａ〜Ｃならびに図１９ＡおよびＢは第６の実施の形態による破壊検知センサを示し、図１８Ａは正面図、図１８Ｂは左側面図、図１８Ｃは右側面図、図１９Ａは縦断面図、図１９Ｂは図１８ＡのＥ−Ｅ線に沿っての横断面図である。この破壊検知センサは、互いに破壊感度が異なる２種類の破壊検知センサが並列に設けられて一体化されたものである。
【００６５】
図１８Ａ〜Ｃならびに図１９ＡおよびＢに示すように、この破壊検知センサは、第１の実施の形態による破壊検知センサが、一つの六角ボルト状の第１部材１０に一体に作り込まれたものである。すなわち、この破壊検知センサは、互いに平行な二つの中空部１１を有する一つの六角ボルト状の第１部材１０と、第１部材１０の二つの中空部１１にそれぞれ挿通された二つの丸棒状の第２部材２０とを有する。第２部材２０は、第１部材１０の弾性変形または塑性変形中に破断する破断特性を有する。二つの中空部１１は第１部材１０の横断面の一つの直径方向において第１部材１０の中心軸を挟んでこの中心軸から同じ距離の位置に設けられている。以下においては、二つの中空部１１のうち、図１８Ａ〜Ｃならびに図１９ＡおよびＢに示す上側の中空部１１に第２部材２０が挿通されたものを上側破壊検知センサ、下側の中空部１１に第２部材２０が挿通されたものを下側破壊検知センサと称する。これらの上側破壊検知センサおよび下側破壊検知センサはいずれも第１の実施の形態による破壊検知センサと同様な構成を有するが、第２部分１１ｂと第３部分１１ｃとの間の円環状の段差面Ｓ3 の位置が互いに異なっており、上側破壊検知センサに比べて下側破壊検知センサの方が段差面Ｓ3 の位置が第１部材１０の頭部１３側に寄っている。従って、上側破壊検知センサの第１部材１０の段差面Ｓ3 と第２部材２０の頭部２２の端面Ｓ2 との間の距離をｔ1 、下側破壊検知センサの第１部材１０の段差面Ｓ3 と第２部材２０の頭部２２の端面Ｓ2 との間の距離をｔ2 とすると、ｔ2 ＜ｔ1 となっている。すなわち、上側破壊検知センサと下側破壊検知センサとは互いに破壊感度が異なっており、上側破壊検知センサに比べて下側破壊検知センサの方が破壊感度が高くなっている。この結果、第１部材１０に弾性変形または塑性変形が起きたとき、下側破壊検知センサの第２部材２０が最初に破断し、上側破壊検知センサの第２部材２０が次に破断する。すなわち、この破壊検知センサでは、２段階に亘って破壊検知を行うことができる。
【００６６】
この破壊検知センサの上記以外のことは第１の実施の形態と同様である。
【００６７】
［破壊検知センサの使用方法］
図２０に示すように、破壊検知を行う構造用部材５１、５２に、第１の実施の形態と同様にして破壊検知センサを取り付ける。
【００６８】
第１の実施の形態による破壊検知センサと同様に、構造用部材５１、５２が引張荷重を受けると、構造用部材５１、５２間が離れ、それによって第１部材１０の軸部１１も伸びる。構造用部材５１、５２がより大きな引張荷重を受けると、軸部１１の伸びはより大きくなる。軸部１１の伸びがある程度大きくなると、まず、下側破壊検知センサの第１部材１０の段差面Ｓ3 （押圧面）が、第２部材２０の端面Ｓ2 （被押圧面）と接触して押圧し始め、軸部１１の伸びがさらに大きくなるにつれてより強く押圧するようになる。こうして、下側破壊検知センサの第１部材１０の段差面Ｓ3 が第２部材２０の端面Ｓ2 を押圧すると第２部材２０は軸方向に引張荷重を受けて伸び、軸部１１の伸びがｔ2 ＋δとなった時点で応力集中部位である切欠き２４の部分で破断し、二つに分かれる。このとき、第２部材２０のうちこの破断部より頭部２２側の部分に相当する破断片７０は、第２部材２０の一端での第１部材１０による機械的な拘束がなくなるため、圧縮コイルばね４０の復元力により第２部材２０の頭部２２が第１部材１０の中空部１１の第３部分１１ｃの中を外部に向かって移動し、頭部２２が外部に突出する。構造用部材５１、５２が受ける引張荷重がさらに大きくなると、上側破壊検知センサの第１部材１０の段差面Ｓ3 （押圧面）が、第２部材２０の端面Ｓ2 （被押圧面）と接触して押圧し始め、軸部２１の伸びがさらに大きくなるにつれてより強く押圧するようになる。こうして第１部材１０の段差面Ｓ3 が第２部材２０の端面Ｓ2 を押圧すると第２部材２０は軸方向に引っ張り荷重を受けて伸び、軸部１１の伸びがｔ1 ＋δとなった時点で、第２部材２０は応力集中部位である切欠き２４の部分で破断し、二つに分かれる。このとき、第２部材２０のうちこの破断部より頭部２２側の部分に相当する破断片７０は、第２部材２０の一端での第１部材１０による機械的な拘束がなくなるため、圧縮コイルばね４０の復元力により第２部材２０の頭部２２が第１部材１０の中空部１１の第３部分１１ｃの中を外部に向かって移動し、頭部２２が外部に突出する。
【００６９】
以上のようにして二つの第２部材２０の頭部２２が第１部材１０の外部に突出したことは、例えば外部から容易に視認することができるので、この結果から、２段階に亘って、構造用部材５１、５２が引張荷重を受けていることにより破壊する危険性があると判断することができる。
【００７０】
この第６の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、破壊検知を２段階に亘って行うことができるので、引張荷重により構造物に発生する機械的変形をより正確に判定することができ、より正確な危険性の検知を行うことができるという利点を得ることができる。
【００７１】
〈７．第７の実施の形態〉
［破壊検知センサ］
図２１Ａ〜Ｅは第７の実施の形態による破壊検知センサを示し、図２１Ａは正面図、図２１Ｂは左側面図、図２１Ｃは右側面図、図２１Ｄは縦断面図、図２１Ｅは図２１ＡのＥ−Ｅ線に沿っての横断面図である。この破壊検知センサは２重構造を有し、２段階に亘って破壊検知を行うことができるものである。
【００７２】
図２１Ａ〜Ｅに示すように、この破壊検知センサは、中空部１１を有する六角ボルト状の第１部材１０と、中空部１０１を有する棒状の第３部材１００と、丸棒状の第２部材２０とを有する。第３部材１００は第１部材１０の中空部１１に挿通され、第２部材２０は第３部材１００の中空部１０１に挿通されている。これらの第１部材１０、第３部材１００および第２部材２０は互いに同軸に設けられている。第２部材２０および第３部材１００は、第１部材１０の弾性変形または塑性変形中に破断する破断特性を有する。
【００７３】
図２２Ａに第１部材１０の詳細、図２２Ｂに第３部材１００の詳細、図２２Ｃに第２部材２０の詳細を示す。第１部材１０の全長をＬ、第２部材２０の全長をｌ、第３部材１００の全長をｓとすると、典型的にはＬ＜ｓ＜ｌであるが、これに限定されるのものではない。
【００７４】
図２２Ａに示すように、第１部材１０は、直径がＤの円柱状の軸部１２とこの軸部１２より太い六角柱状の頭部１３とからなる。軸部１２の外周面の軸部１２の先端から長さＬ1 の範囲に亘って雄ねじ１４が切られている。この雄ねじ１４は、この破壊検知センサを破壊検知を行う対象となる構造物に固定する際にナットを嵌めたり、構造物に設けられた孔の内周面に切られた雌ねじにねじ込んだりするために用いられる。第１部材１０の中空部１１の横断面形状はどの位置でも第１部材１０の中心軸を中心とする円形である。中空部１１は、軸部１２の先端から順に、直径がＤ1 （ただし、Ｄ1 ＜Ｄ）で長さがＬ2 の第１部分１１ａと、直径がＤ2 （ただし、Ｄ2 ＞Ｄ1 ）で長さがＬ3 の第２部分１１ｂと、直径がＤ3 （ただし、Ｄ＞Ｄ3 ＞Ｄ2 ）で長さがＬ4 の第３部分１１ｃとからなる。ただし、Ｌ2 ＋Ｌ3 ＋Ｌ4 ＝Ｌである。
【００７５】
図２２Ｂに示すように、第３部材１００は、外径がＤ4 の前端部１００ａと外径がＤ5 の中間部１００ｂと外径がＤ6 の頭部１００ｃとからなる。これらの前端部１００ａ、中間部１００ｂおよび頭部１００ｃの長さはそれぞれｓ1 、ｓ2 、ｓ3 である。ただし、ｓ1 ＋ｓ2 ＋ｓ3 ＝ｓである。前端部１００ａの外周面の前端部１００ａの先端から長さｓ4 の範囲に亘って雄ねじ１０２が切られている。この雄ねじ１０２は、第３部材１００を拘束するためにナットを嵌める際に用いられる。第３部材１００の中空部１０１の横断面形状はどの位置でも第３部材１００の中心軸を中心とする円形である。中空部１０１は、前端部１００ａの先端から順に、直径がＤ7 （ただし、Ｄ7 ＜Ｄ4 ）で長さがｓ5 の前部１０１ａと、直径がＤ8 （ただし、Ｄ8 ＜Ｄ5 ）で長さがｓ6 の中間部１０１ｂと、直径がＤ9 （ただし、Ｄ9 ＞Ｄ5 ）で長さがｓ7 の後部１０１ｃとからなる。また、前端部１００ａの外周面には、応力集中部位となるＶ溝状の切欠き１０３が全周に亘って設けられている。切欠き１０３の切欠き角度はΘである。
【００７６】
図２２Ｃに示すように、第２部材２０は、第１の実施の形態の第２部材２０と同様な構成を有する。
【００７７】
図２１Ａ〜Ｅに示すように、第３部材１００が第１部材１０の中空部１１に挿通されており、前端部１００ａの先端が第１部材１０の端面から突出している。そして、前端部１００ａの先端の雄ねじ１０２にナット１１０が嵌められている。また、第２部材２０の軸部２１が第３部材１００の中空部１０１に挿通されており、軸部２１の先端が第３部材１００の端面から突出している。そして、軸部２１の先端の雄ねじ２３にナット３０が嵌められている。
【００７８】
第３部材１００の前端部１００ａは第１部材１０の中空部１１の第１部分１１ａに収容されている。第３部材１００の中間部１００ｂの頭部１００ｃ側の部分には圧縮コイルばね１２０が、中間部１００ｂが貫通した状態で設けられている。圧縮コイルばね１２０は、第１部材１０の中空部１１の第３部分１１ｃに圧縮された状態で収容されている。圧縮コイルばね１２０の直径は第３部分１１ｃの直径Ｄ3 より小さい。圧縮コイルばね１２０が圧縮されていることによる復元力が働くことにより、圧縮コイルばね１２０の一端は、第２部分１１ｂと第３部分１１ｃとの間の円環状の段差面Ｓ4 を押圧し、他端は第３部材１００の頭部１００ｃの中間部１００ｂ側の円環状の端面Ｓ5 を押圧している。圧縮コイルばね１２０の復元力により頭部１００ｃの端面Ｓ5 が押圧されていることにより、第３部材１００の前端部１００ａは頭部１００ｃ側に引っ張られている。これによって、第３部材１００の先端部が第１部材１０の先端部に拘束されている。
【００７９】
第２部材２０の頭部２２は第３部材１００の中空部１０１の後部１０１ｃに収容されている。第２部材２０の軸部２１の頭部２２側の部分には圧縮コイルばね４０が、軸部２１が貫通した状態で設けられている。圧縮コイルばね４０は、第３部材１００の中空部１０１の中間部１０１ｂに圧縮された状態で収容されている。圧縮コイルばね４０の直径は中間部１０１ｂの直径Ｄ8 より小さい。圧縮コイルばね４０が圧縮されていることによる復元力が働くことにより、圧縮コイルばね４０の一端は、前部１０１ａと中間部１０１ｂとの間の円環状の段差面Ｓ6 を押圧し、他端は第２部材２０の頭部２２の軸部２１側の円環状の端面Ｓ2 を押圧している。圧縮コイルばね４０の復元力により頭部２２の端面Ｓ2 が押圧されていることにより、第２部材２０の軸部２１は頭部２２側に引っ張られている。これによって、第２部材２０の先端部が第３部材１００の先端部に拘束されている。
【００８０】
この破壊検知センサの各部の寸法（Ｌ、Ｌ1 〜Ｌ4 、ｌ、ｌ1 、ｌ2 、ｓ、ｓ1 〜ｓ7 、Ｄ、Ｄ1 〜Ｄ9 、ｄ、ｄ1 、ｄ2 、θ、Θなど）は、破壊検知センサを取り付ける構造物などに応じて適宜選ばれる。
【００８１】
第１部材１０の材質は、この破壊検知センサにより破壊検知を行う構造物の構造用部材の材質などに応じて適宜選ばれるが、例えば、鉄鋼材料である。第２部材２０および第３部材１００は、第１部材１０の弾性変形または塑性変形中に破断する破断特性を有する材料からなり、例えば、鋳鉄、ガラス、セラミックス、プラスチック、コンクリートなどの脆性材料からなる。
【００８２】
［破壊検知センサの破壊感度の制御方法］
この破壊検知センサの破壊感度（許容変形量）は、２段階に設定することができる。すなわち、まず、第１段階の破壊感度は、第２部材２０の切欠き２４の形状および切欠き量（深さ）、言い換えると切欠き２４の先端の部分の切欠き角度θおよび軸部２１の直径ｄと、第３部材１００の段差面Ｓ7 と第２部材２０の端面Ｓ2 との間の距離ｔとにより制御することができる。次に、第２段階の破壊感度は、第３部材１００の切欠き１０３の形状および切欠き量（深さ）、言い換えると切欠き１０３の先端の部分の切欠き角度Θ、切欠き量および前端部１００ａの直径Ｄ4 と、第１部材１０の段差面Ｓ1 と第３部材１００の段差面Ｓ8 との間の距離ｔ3 とにより制御することができる。ただし、図２１Ａ〜Ｅにおいては、ｔ＝ｔ3 ＝０の場合が示されている。
【００８３】
［破壊検知センサの使用方法］
この破壊検知センサを第１の実施の形態と同様に、破壊検知を行う構造用部材５１、５２に設けた貫通孔５３に通し、固定する。
【００８４】
構造用部材５１、５２がそれらを互いに離すような引張荷重を受け、引張荷重がある程度大きくなると、まず、第１部材１０の段差面Ｓ1 （押圧面）が、第３部材１００の段差面Ｓ8 （被押圧面）と接触して押圧し始め、それに伴って、第３部材１００の段差面Ｓ7 が第２部材２０の端面Ｓ2 を押圧し始める。引張荷重がより大きくなると、第２部材２０は応力集中部位である切欠き２４の部分で破断し、二つに分かれる。このとき、第２部材２０のうちこの破断部より頭部２２側の部分に相当する破断片７０は、第２部材２０の一端での第３部材１００による機械的な拘束がなくなるため、圧縮コイルばね４０の復元力により第２部材２０の頭部２２が第３部材１００の中空部１０１の後部１０１ｃの中を外部に向かって移動し、頭部２２が外部に突出する。次に、引張荷重がさらに大きくなると、第１部材１０の段差面Ｓ1 （押圧面）が、第３部材１００の段差面Ｓ8 （被押圧面）をさらに強く押圧し、ある程度の引張荷重になった時点で、第３部材１００は応力集中部位である切欠き１０３の部分で破断し、二つに分かれる。このとき、第３部材１００のうちこの破断部より頭部１００ｃ側の部分に相当する破断片は、第３部材１００の一端での第１部材１０による機械的な拘束がなくなるため、圧縮コイルばね１２０の復元力によりこの破断片の頭部１００ｃが第１部材１０の中空部１１の第３部分１１ｃの中を外部に向かって移動し、頭部１００ｃが外部に突出する。
【００８５】
以上のようにして破断片７０の頭部２２および第３部材１００の破断により形成された破断片の頭部１００ｃが第１部材１０の外部に突出したことは、例えば外部から容易に視認することができるので、この結果から、２段階に亘って、構造用部材５１、５２が引張荷重を受けていることによる破壊の危険性を判断することができる。
【００８６】
この第７の実施の形態によれば、第６の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
【００８７】
〈８．第８の実施の形態〉
［破壊検知センサ］
図２３は第８の実施の形態による破壊検知センサを示す。この破壊検知センサは、第６の実施の形態による破壊検知センサとほぼ同様な構成を有するが、上側破壊検知センサのｔ1 と下側破壊検知センサのｔ2 とが互いに等しく選ばれており、その代わりに、上側破壊検知センサの第２部材２０に比べて、下側破壊検知センサの第２部材２０の方が破断しやすい破断特性を有するように設定されている。具体的には、上側破壊検知センサの第２部材２０に比べて下側破壊検知センサの第２部材２０の方が破断しやすくなるように、上側破壊検知センサおよび下側破壊検知センサの第２部材２０の材質、切欠き２４の切欠き角度θや深さなどが選ばれる。例えば、上側破壊検知センサおよび下側破壊検知センサの第２部材２０の材質および切欠き２４の切欠き角度θを互いに同一として、上側破壊検知センサの第２部材２０の切欠き２４の深さに比べて下側破壊検知センサの第２部材２０の切欠き２４の深さが大きく設定される。その他のことは、第６の実施の形態による破壊検知センサと同様である。
【００８８】
［破壊検知センサの使用方法］
この破壊検知センサの使用方法は、第６の実施の形態による破壊検知センサと同様である。
【００８９】
この第８の実施の形態によれば、第６の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
【００９０】
〈９．第９の実施の形態〉
［破壊検知センサ］
図２４は第９の実施の形態による破壊検知センサを示す。この破壊検知センサは、第１の実施の形態による破壊検知センサとほぼ同様な構成を有するが、第２部材２０の頭部２２が互いに直径が異なる２段構造となっていて先端部の直径が小さくなっていること、および、第１部材１０の頭部１３にキャップ２５０が取り付けられていることが異なる。キャップ２５０の中心には、第２部材２０の頭部２２の先端部の直径よりも少し大きく、頭部２２の先端部以外の部分（根元の部分）の直径よりも小さい直径の孔２５０ａが設けられている。その他のことは、第１の実施の形態による破壊検知センサと同様である。
【００９１】
［破壊検知センサの使用方法］
この破壊検知センサの使用方法は、第１の実施の形態による破壊検知センサと同様である。この破壊検知センサを第１の実施の形態と同様に、構造用部材５１、５２に設けられた貫通孔５３に取り付けた場合、構造用部材５１、５２が引張荷重を受けたとき、最終的に第１部材１０の段差面Ｓ3 が第２部材２０の頭部２２の端面Ｓ2 に当たって押圧し始め、遂には第２部材２０が破断すると図２４中一点鎖線で示すように、破断片７０の頭部２２が移動してその先端部がキャップ２５０の孔２５０ａから外部に突出する。この際、頭部２２の根元の部分の直径はキャップ２５０の孔２５０ａの直径よりも大きいため、頭部２２の根元の部分がキャップ２５０の内面に当たった時点で移動が停止する。
【００９２】
この第９の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
【００９３】
〈１０．第１０の実施の形態〉
［破壊検知センサ］
図２５は第１０の実施の形態による破壊検知センサを示す。この破壊検知センサは、第１の実施の形態による破壊検知センサとほぼ同様な構成を有するが、第１部材１０の軸部１２の外周面に切られた雄ねじ１４の長さが第１の実施の形態による破壊検知センサのそれに比べて大きくなっている。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００９４】
［破壊検知センサの使用方法］
図２５に示すように、この第１０の実施の形態においては、破壊検知を行う構造物を構成する構造用部材５１、５２に破壊検知センサの第１部材１０の軸部１２の直径Ｄより少し大きい直径の円形の貫通孔５３を設けるとともに、構造用部材５１、５２の一方、例えば構造用部材５１の貫通孔５３の内周面に第１部材１０の軸部１２の雄ねじ１４をねじ込むことができる雌ねじ５１ａを切る。そして、第１部材１０の軸部１２を貫通孔５３に通し、頭部１３を六角スパナなどで回して軸部１２の雄ねじ１４を頭部１３が構造用部材５２に当たるまで構造用部材５１の雌ねじ５１ａにねじ込む。破壊検知センサが確実に構造用部材５１、５２に固定されるように十分な締め付けトルクで締め付けを行う。
【００９５】
構造用部材５１、５２に一定以上の引張荷重が加わったときに第２部材２０が破断することは第１の実施の形態と同様である。
【００９６】
この第１０の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
【００９７】
〈１１．第１１の実施の形態〉
［破壊検知センサ］
図２６Ａ〜Ｅは第１１の実施の形態による破壊検知センサを示し、図２６Ａは正面図、図２６Ｂは左側面図、図２６Ｃは右側面図、図２６Ｄは縦断面図、図２６Ｅは図２６ＡのＥ−Ｅ線に沿っての断面図である。また、図２７Ａは第１部材１０の詳細、図２７Ｂは第２部材２０の詳細を示す。この破壊検知センサは、特に曲げ破壊、ねじり破壊、せん断破壊、圧縮破壊を検知するのに用いて好適なものである。
【００９８】
図２６Ａ〜Ｅならびに図２７ＡおよびＢに示すように、破壊検知センサは、第１部材２０がボルト状の形状を有するのではなく、四角柱状の外形を有すること、および、第１部材１０の中空部１１が第１部分１１ａおよび第３部分１１ｃのみからなることが、第１の実施の形態による破壊検知センサと異なる。また、この場合、圧縮コイルばね４０は、第３部分１１ｃに収容されている。その他の構成は第１の実施の形態による破壊検知センサと同様である。
【００９９】
［破壊検知センサの破壊感度の制御方法］
この破壊検知センサの破壊感度（許容変形量）の制御方法は第５の実施の形態と同様である。
【０１００】
［破壊検知センサの使用方法］
一例として、この破壊検知センサを曲げ破壊の検知に適用する場合について説明するが、ねじり破壊やせん断破壊や圧縮破壊の検知に適用することもできる。図２８ＡおよびＢに示すように、破壊検知を行う構造用部材５１に破壊検知センサを取り付けて固定する。破壊検知センサの取付方法は、構造用部材５１に機械的変形が起きたときに破壊検知センサが構造用部材５１から剥がれない程度の十分な強度で固定することができればよく、種々の方法を用いることができるが、例えば、ねじ止め、溶接などである。
【０１０１】
構造用部材５１がこの構造用部材５１を上に凸に湾曲させるような曲げモーメントを受ける場合について説明する。構造用部材５１が曲げモーメントを受けると、構造用部材５１が上に凸になるように湾曲し、それに伴い第１部材１０も上に凸になるように湾曲する。構造用部材５１がより大きな曲げモーメントを受けると、構造用部材５１、従って第１部材１０はより大きく湾曲し、湾曲の度合いがある程度大きくなると、図２９ＡおよびＢに示すように、第２部材２０は応力集中部位である切欠き２４の部分で破断し、二つに分かれる。このとき、第２部材２０のうちこの破断部より頭部２２側の部分に相当する破断片７０は、第２部材２０の一端での第１部材１０による機械的な拘束がなくなるため、圧縮コイルばね４０の復元力により破断片７０の頭部２２が第１部材１０の中空部１１の第３部分１１ｃの中を外部に向かって移動し、頭部２２が外部に突出する。この場合、第２部材２０の全周に亘って切欠き２４が形成されているため、第１部材１０の曲げの方向によらず、また、第２部材２０がどのように曲げられるかによらず、第２部材２０の切欠き２４の部分で確実に破断する。
【０１０２】
以上のようにして破断片７０の頭部２２が第１部材１０の外部に突出したことは、例えば外部から容易に視認することができるので、この結果から、構造用部材５１が曲げモーメントを受けていることにより破壊する危険性があると判断することができる。
【０１０３】
以上のように、この第１１の実施の形態によれば、構造物の曲げ破壊あるいはねじり破壊やせん断破壊や圧縮破壊の検知に関し、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
【０１０４】
〈１２．第１２の実施の形態〉
［破壊検知センサ］
図３０は第１２の実施の形態による破壊検知センサを示す。また、図３１Ａは第１部材１０の詳細、図３１Ｂは第２部材２０の詳細を示す。この破壊検知センサは、特に圧縮破壊を検知するのに用いて好適なものである。
【０１０５】
図３０ならびに図３１ＡおよびＢに示すように、破壊検知センサは、第１部材１０がボルト状の形状を有するのではなく、円柱状の外形を有すること、および、第１部材１０の中空部１１が第１部分１１ａおよび第３部分１１ｃのみからなることが、第１の実施の形態による破壊検知センサと異なる。また、この場合、圧縮コイルばね４０は、第３部分１１ｃに収容されている。その他の構成は第１の実施の形態による破壊検知センサと同様である。
【０１０６】
［破壊検知センサの破壊感度の制御方法］
この破壊検知センサの破壊感度（許容変形量）の制御方法は第５の実施の形態と同様である。
【０１０７】
［破壊検知センサの使用方法］
この破壊検知センサを圧縮破壊の検知に適用する場合について説明する。図３２ＡおよびＢに示すように、破壊検知を行う構造用部材５１、５２間に破壊検知センサをその中心軸が構造用部材５１、５２に対して垂直となるように設置し、破壊検知センサの両端を構造用部材５１、５２間に挟む。構造用部材５１、５２にはそれぞれ貫通孔５３ａ、５３ｂが互いに同軸に形成されている。構造用部材５１は構造物の他の部分に固定され、構造用部材５２は固定されていないとする。貫通孔５３ａの直径は、第１部材１０の直径Ｄよりも十分に小さく、ナット３０の大きさよりも十分に大きく選ばれている。貫通孔５３ｂの直径は、第１部材１０の直径Ｄよりも十分小さく、第１部材１０の第３部分１１ｃの直径Ｄ3 以上に選ばれ、この例では直径Ｄ3 と等しく選ばれている。構造用部材５１の貫通孔５３ａの周囲の部分が破壊検知センサの第１部材１０の一方の端面と接触し、構造用部材５２の貫通孔５３ｂの周囲の部分が破壊検知センサの第１部材１０の他方の端面と接触している。
【０１０８】
図３２Ａに示すように、構造用部材５２が圧縮荷重を受ける場合について説明する。構造用部材５２が圧縮荷重を受けると、破壊検知センサの第１部材１０も圧縮荷重を受ける。構造用部材５２が受ける圧縮荷重がある程度大きくなると、図３２Ｂに示すように、第１部材１０は座屈を生じ、曲げ変形を起こす。その結果、第２部材２０も曲げ変形を起こし、曲げ変形がある程度大きくなると、第２部材２０は応力集中部位である切欠き２４の部分で破断し、二つに分かれる。このとき、第２部材２０のうちこの破断部より頭部２２側の部分に相当する破断片７０は、第２部材２０の一端での第１部材１０による機械的な拘束がなくなるため、圧縮コイルばね４０の復元力により破断片７０の頭部２２が第１部材１０の中空部１１の第３部分１１ｃの中を外部に向かって移動し、頭部２２が外部に突出する。この場合、第２部材２０の全周に亘って切欠き２４が形成されているため、第１部材１０の曲げの方向によらず、また、第２部材２０がどのように曲げられるかによらず、第２部材２０の切欠き２４の部分で確実に破断する。
【０１０９】
以上のようにして破断片７０の頭部２２が第１部材１０の外部に突出したことは、例えば外部から容易に視認することができるので、この結果から、構造用部材５２が圧縮荷重を受けていることにより破壊する危険性があると判断することができる。
【０１１０】
以上のように、この第１２の実施の形態によれば、構造物の圧縮破壊あるいは曲げ破壊やせん断破壊やねじり破壊の検知に関し、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
【０１１１】
〈１３．第１３の実施の形態〉
［破壊検知センサ］
図３３は第１３の実施の形態による破壊検知センサを示す。また、図３４Ａは第１部材１０の詳細、図３４Ｂは第２部材２０の詳細を示す。この破壊検知センサは、特に圧縮破壊を検知するのに用いて好適なものであるが、曲げ破壊やせん断破壊やねじり破壊の検知に用いることもできる。
【０１１２】
図３３ならびに図３４ＡおよびＢに示すように、破壊検知センサの第１部材１０および第２部材２０は第１２の実施の形態とほぼ同様に構成されているが、第１部材１０の中空部１１の第３部分１１ｃの出口側の部分にこの出口を塞ぐようにノズル２８０が取り付けられ、このノズル２８０の第２部材２０の頭部２２側の一端面に頭部２２と対向するように固形の着色したジェル物質２９０が取り付けられている点が第１２の実施の形態と異なる。第１部材１０の外周部には中空部１１の第３部分１１ｃに達する貫通孔１０ａが形成されている。ノズル２８０には、ノズル２８０の頭部２２側の一端面の中心と第１部材１０の外周部の貫通孔１０ａとの間を結ぶＬ形の通路２８１が形成されている。この通路２８１はジェル物質２９０の通路となるものである。その他の構成は第１２の実施の形態と同様である。
【０１１３】
［破壊検知センサの破壊感度の制御方法］
この破壊検知センサの破壊感度（許容変形量）の制御方法は第５の実施の形態と同様である。
【０１１４】
［破壊検知センサの使用方法］
この破壊検知センサを圧縮破壊の検知に適用する場合について説明する。図３５ＡおよびＢに示すように、破壊検知を行う構造用部材５１、５２間に破壊検知センサを第１２の実施の形態と同様に設置する。ただし、この場合、構造用部材５２には貫通孔５３ｂは形成されていない。
【０１１５】
図３５Ａに示すように、構造用部材５２が圧縮荷重を受ける場合について説明する。構造用部材５２が圧縮荷重を受けると、破壊検知センサの第１部材１０も圧縮荷重を受ける。構造用部材５２が受ける圧縮荷重がある程度大きくなると、図３５Ｂに示すように、第１部材１０は座屈を生じ、曲げ変形を起こす。その結果、第２部材２０も曲げ変形を起こし、曲げ変形がある程度大きくなると、第２部材２０は応力集中部位である切欠き２４の部分で破断し、二つに分かれる。このとき、第２部材２０のうちこの破断部より頭部２２側の部分に相当する破断片７０は、第２部材２０の一端での第１部材１０による機械的な拘束がなくなるため、圧縮コイルばね４０の復元力により破断片７０の頭部２２が第１部材１０の中空部１１の第３部分１１ｃの中を外部に向かって移動する。そして、頭部２２の先端がジェル物質２９０を押圧することにより、ジェル物質２９０がノズル２８０の通路２８１の一端から中に入り込み、他端から押し出され、第１部材１０の外周部の貫通孔１０ａから外部に飛び出す。
【０１１６】
以上のようにしてジェル物質２９０が第１部材１０の外部に飛び出したことは、例えば外部から容易に視認することができるので、この結果から、構造用部材５２が圧縮荷重を受けていることにより破壊する危険性があると判断することができる。
【０１１７】
以上のように、この第１３の実施の形態によれば、構造物の圧縮破壊あるいは曲げ破壊やせん断破壊やねじり破壊の検知に関し、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
【０１１８】
〈１４．第１４の実施の形態〉
［破壊検知システム］
図３６は第１４の実施の形態による破壊検知システムを示す。この破壊検知システムは第１の実施の形態による破壊検知センサを用いたものである。
【０１１９】
図３６に示すように、第１の実施の形態による破壊検知センサの第１部材１０の頭部１３に第２部材破断検出装置３００が取り付けられている。第２部材破断検出装置３００では、第２部材２０の破断による機械的信号を電気的導通／非導通の信号に変え、これを破断信号とする。具体的には、例えば、第１部材１０の頭部１３の先端部の近傍に電源と抵抗とを含む閉回路を形成し、その際、この閉回路の配線の一部が第１部材１０の中空部１１の第３部分１１ｃの出口を例えば直径方向に横断するように配線を構成する。こうすることで、最初は閉回路に電流が流れ、抵抗の両端間の電圧が検出されるのに対し、第２部材２０の破断により破断片７０の頭部２２の先端が飛び出たときには、この頭部２２が当たって配線が切られるため、閉回路がオープンとなり、電流が流れなくなるため抵抗の両端間の電圧が０となる。このように、閉回路の抵抗の両端間の電圧を検出することにより、第２部材２０の破断を検出することができる。あるいは、第１部材１０の頭部１３の先端部の近傍に電源と抵抗と押しボタン式のスイッチとを直列に接続した回路を形成する。押しボタン式のスイッチとしては、押されると接点が閉じる常開スイッチまたは押されると接点が開く常閉スイッチを用いる。この回路のスイッチは頭部１３の先端部にその操作部が位置するように設置する。例えば、スイッチとして常開スイッチを用いる場合には、通常は回路は開いていて電流が流れていないが、第２部材２０の破断により破断片７０の頭部２２の先端が飛び出たときには、この頭部２２がスイッチの操作部に当たってスイッチの接点が閉じるため、閉回路となって電流が流れる。そこで、このときの閉回路の抵抗の両端間の電圧を検出することにより、第２部材２０の破断を検出することができる。あるいは、第２部材２０の頭部２２の少なくとも一部、例えば先端部を強磁性体からなる永久磁石により形成するとともに、第１部材１０の頭部１３の先端部の近傍に頭部２２よりも大きいコイルを例えば頭部１３の先端面に平行に設置する。この場合には、第２部材２０の破断により破断片７０の頭部２２が第１部材１０から外部に突出すると、頭部２２がコイルを貫くことによりコイルを貫く磁束が増加するため、コイルにはこの磁束の増加を妨げるように電流（誘導電流）が流れる。このため、この誘導電流あるいは誘導起電力を検出することにより第２部材２０の破断を検出することができ、破断信号を容易に取り出すことができる。なお、場合によっては、頭部２２の少なくとも一部を永久磁石により形成する代わりに、頭部２２の先端部に電磁石を設けてもよい。
【０１２０】
第２部材破断検出装置３００で検出された破断信号は破断状態表示装置３１０および破断情報送信装置３２０にそれぞれ送られるようになっている。これらの破断状態表示装置３１０および破断情報送信装置３２０は、第２部材破断検出装置３００の近くに設置してもよいし、第２部材破断検出装置３００から離れた場所に設置してもよい。破断状態表示装置３１０および破断情報送信装置３２０への破断信号の送信は、有線通信で行っても無線通信で行ってもよい。破断状態表示装置３１０では、破断信号の受信により、例えば、第２部材２０が破断したことを示すメッセージや画像などをディスプレイに表示したり、ランプを点灯あるいは点滅させたりする。この表示の際には、注意喚起のため、アラーム音を同時に鳴動させるようにしてもよい。破断情報送信装置３２０では、破断信号の受信により、破断情報をアンテナ３２１から外部に送信する。アンテナ３２１から送信された破断情報は外部に設けられた受信装置３３０で受信される。受信装置３３０としては、例えば、受信機能付きのパーソナルコンピュータを用いることができる。
【０１２１】
［破壊検知システムの使用方法］
破壊検知センサを第１の実施の形態と同様に、破壊を検知する構造物の構造用部材５１、５２に設けられた貫通孔５３に取り付ける。また、破断状態表示装置３１０、破断情報送信装置３２０および受信装置３３０は所定の位置に設置する。
【０１２２】
構造用部材５１、５２が引張荷重を受けて破壊検知センサの第２部材２０が破断したら、第２部材破断検出装置３００により破断信号が検出される。この破断信号は、破断状態表示装置３１０に送られる。破断信号が送られた破断状態表示装置３１０では、必要に応じてアラーム音とともに、例えば「破壊の危険あり」とのメッセージを表示し、さらに必要に応じてメッセージを点滅させたり、ランプを点灯あるいは点滅させたりして、構造物の管理者に注意を喚起する。破断状態表示装置３１０に表示されたメッセージやランプの点灯あるいは点滅を見た管理者は、構造用部材５１、５２の状態を調べて必要な措置を講ずることができる。また、破断信号が送られた破断情報送信装置３２０では、破断情報をアンテナ３２１から外部に送信する。この場合も、受信装置３３０がアンテナ３２１から送信された破断情報を受信したら、管理者が構造物の設置場所に出向いて構造用部材５１、５２の状態を調べて必要な措置を講ずることができる。
【０１２３】
この第１４の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、構造物から離れた場所から構造用部材５１、５２の破壊の検知を容易に行うことができるという利点も得ることができる。
【０１２４】
〈１５．第１５の実施の形態〉
［破壊検知センサ］
図３７は第１５の実施の形態による破壊検知センサを示す。図３７に示すように、この破壊検知センサは、中空部１１を有する六角ボルト状の第１部材１０と、第１部材１０の中空部１１に挿通された、ポテンショメータ４００を挟んで設けられた前部２０ａと後部２０ｂとからなる丸棒状の第２部材２０とを有する。ポテンショメータ４００の可動部４００ａは第１部材１０に設けられた貫通孔に嵌め込まれており、第１部材１０と一体になっている。
【０１２５】
図３７に示すように、第１部材１０は、第１の実施の形態による破壊検知センサの第１部材１０とほぼ同様に構成されている。
【０１２６】
第１部材１０の中空部１１の第２部分１１ｂおよび第３部分１１ｃには、全体としてボルト状のばね受け４１０が取り付けられている。ばね受け４１０の軸部４１１の外周面には雄ねじが切られており、この雄ねじが、第１部材１０の中空部１１の第２部分１１ｂの内周面に切られた雌ねじにねじ込まれることにより、ばね受け４１０が第１部材１０に取り付けられている。ばね受け４１０の頭部４１２は第１部材１０の中空部１１の第３部分１１ｃに収容されている。ばね受け４１０の軸部４１１の先端と第２部材２０の後部２０ｂの前端部との間の空間に圧縮コイルばね４０が、後部２０ｂにより貫通され、かつ圧縮された状態で取り付けられている。第２部材２０の前部２０ａが第１部材１０の中空部１１の第１部分１１ａに挿通されており、前部２０ａの先端が第１部材１０の端面から突出している。そして、前部２０ａの先端の雄ねじ２３にナット３０が嵌められている。
【０１２７】
第１部材１０の材質は、例えば第１の実施の形態と同様に選ばれる。第２部材２０の材質は特に限定されず、必要に応じて選ばれるが、例えば第１の実施の形態と同様に選ばれる。
【０１２８】
［破壊検知センサの使用方法］
この破壊検知センサを第１の実施の形態と同様に、破壊検知を行う構造用部材５１、５２に設けられた貫通孔５３に通して固定する。この状態におけるポテンショメータ４００の一端と可動部４００ａとの間の長さをＬ’、そのときにポテンショメータ４００により計測される抵抗をＲとする。
【０１２９】
図３８に示すように、まず、構造用部材５１、５２が引張荷重を受けると、第１部材１０が引張荷重を受け、軸部１２も伸びる。軸部１２が伸びて、ポテンショメータ４００の一端と可動部４００ａとの間の長さがＬ’1 になったとし、そのときにポテンショメータ４００により計測される抵抗をＲ1 とする。このとき、第１部材１０の頭部１３の変位量Ｌ’1 −Ｌ’は、（Ｌ’1 −Ｌ’）α＝Ｒ1 −Ｒで求められる。ただし、αは比例係数である。
【０１３０】
第１部材１０の頭部１３の変位量Ｌ’1 −Ｌ’が予め決められた許容値を超えた時点で、構造用部材５１、５２が引張荷重を受けていることにより破壊する危険性があると判断することができる。なお、頭部１３の変位量は、可動部４００ａの位置を第１部材１０の外部から観察することによって測定することもできる。
【０１３１】
この第１５の実施の形態によれば、第１部材１０の弾性変形または塑性変形に伴う変位を抵抗の変化として検出することができ、これによって引張破壊の検知を行うことができる。
【０１３２】
次に、上述の第１〜第１５の実施の形態による破壊検知センサの具体的な使用例について説明する。
【０１３３】
（１）引張破壊検知のための破壊検知センサの使用例
例えば、道路の高架橋下においては、道路の土台の底面および側面に鉄板を設置し、その鉄板に補強用の鉄板をボルトやリベットで固定して補強を行うことがある。この場合、鉄板間に引張力が加わるため、長年の使用により経時劣化が生じて引張破壊が起きるおそれがある。このような場合に、必要な強度が得られる範囲で、少なくとも一つのボルトまたはリベットの代わりに、上述のいずれかの破壊検知センサを用いて両鉄板に設けた貫通孔に取り付け、破壊検知を行う。ボルトまたはリベットはそのままにして、破壊検知センサを取り付ける貫通孔をボルトまたはリベット以外の部分の両鉄板に設け、この貫通孔に破壊検知センサを取り付けてもよい。
【０１３４】
また、例えば、工場では、天井を支えるために天井の下に水平にＨ型鋼を張り渡し、その際、２本のＨ型鋼を継ぎ合わせることがある。この場合、２本のＨ型鋼に跨がるように補強用の鉄板をＨ型鋼の上下の面および側面にボルトとナットで接合することが多い。この場合、鉄板間に引張力が加わるため、長年の使用により経時劣化が生じて引張破壊が起きるおそれがある。このような場合に、必要な強度が得られる範囲で、少なくとも一つのボルトの代わりに、上述のいずれかの破壊検知センサを用いて両鉄板に設けた貫通孔に取り付け、破壊検知を行う。ボルトはそのままにして、破壊検知センサを取り付ける貫通孔をボルト以外の部分の両鉄板に設け、この貫通孔に破壊検知センサを取り付けてもよい。
【０１３５】
（２）曲げ破壊検知のための破壊検知センサの使用例
例えば、道路標識は、道路に垂直に立てた支柱に横方向の円柱を互いに平行に２本、ボルトとナットにより取り付け、これらの円柱に標識ボードを取り付けることがある。この場合、これらの円柱は片持ち梁であり、長年の使用により経時劣化が生じて曲げ破壊が起きるおそれがある。そこで、これらの円柱の外周面に例えば第４の実施の形態による破壊検知センサを取り付けることにより、曲げ破壊の危険性を判断することができる。
【０１３６】
（３）せん断破壊検知のための破壊検知センサの使用例
例えば、鉄塔では、多数の等辺山型鋼（取り分け、断面がＶ字型またはＬ字型のもの）をボルトとナットで接合することにより骨組み構造が構成されることが多い。この場合、これらの接合部ではせん断力が働くため、長年の使用により経時劣化が生じてせん断破壊が起きるおそれがある。そこで、これらの接合部に例えば第１の実施の形態による破壊検知センサを取り付けることにより、せん断破壊の検知を行うことができる。
【０１３７】
また、例えば、橋の橋脚では、地面に設置したコンクリート製の土台の側面に鉄鋼製の支持体を取り付け、この支持体を構成する一つの側面板に、橋脚の下部に取り付けられた鉄鋼製の支持体の側面板をボルトとナットで接合する。この場合、この接合部ではせん断力が働くため、長年の使用により経時劣化が生じてせん断破壊が起きるおそれがある。そこで、この接合部に例えば第１の実施の形態による破壊検知センサを取り付けることにより、せん断破壊の検知を行うことができる。
【０１３８】
次に、破壊検知センサを用いて建物の破壊を集中して監視する監視システムについて説明する。破壊検知センサとしては、例えば上述の第１〜第１５の実施の形態のいずれかによる破壊検知センサを用いることができる。
【０１３９】
この監視システムを図３９に示す。図３９Ａに示すように、いま、地面に建てられた建物５００を考える。図３９Ｂに示すように、建物５００の大引き（床板を支える横材）５０１は、地面に据えられた束石（礎石）５０２の上に立てられた床束（床下の柱）５０３によって支持されている。この床束５０３は圧縮や曲げ変形を受ける。そこで、この床束５０３の側面に破壊検知センサ５０４をその長手方向が床束５０３の長手方向と一致するように取り付ける。こうすることで、図３９Ｃに示すように、大引き５０１に重量物５０５による重量が加わったときの床束５０３の破壊の危険性を破壊検知センサ５０４により判断することができる。次に、図３９Ｄに示すように、建物５００の基礎５０６の上に土台５０７が載っているが、基礎５０６と土台５０７との間にせん断力や曲げモーメントが働く。そこで、これらの基礎５０６および土台５０７の側面にこれらの基礎５０６および土台５０７に跨がるように破壊検知センサ５０８をその長手方向が鉛直方向と一致するように取り付ける。こうすることで、図３９Ｅに示すように、基礎５０６と土台５０７との間でせん断破壊が起きる危険性を破壊検知センサ５０８により判断することができる。次に、図３９Ｆに示すように、建物５００の横架台（あるいは土台）５０９上に柱５１０が鉛直方向に立てられ、この横架台５０９と柱５１０との間に斜めの補強金具５１１が設けられている場合に、補強金具５１１が引っ張りや圧縮変形を受ける。そこで、補強金具５１１の側面に破壊検知センサ５１２をその長手方向が補強金具５１１の長手方向と一致するように取り付ける。こうすることで、図３９Ｇに示すように、補強金具５１１に引張破壊や圧縮破壊が起きる危険性を破壊検知センサ５１２により判断することができる。次に、図３９Ｈに示すように、建物５００の梁５１３が鉛直方向の柱５１４で支えられ、この梁５１３と柱５１４との間に斜めの補強金具５１５が設けられている場合に、補強金具５１５が引っ張りや圧縮変形を受ける。そこで、補強金具５１５の側面に破壊検知センサ５１６をその長手方向が補強金具５１５の長手方向と一致するように取り付ける。こうすることで、図２８Ｉに示すように、補強金具５１５に引張破壊や圧縮破壊が起きる危険性を破壊検知センサ５１６により判断することができる。
【０１４０】
図示は省略するが、上記の各破壊検知センサ５０４、５０８、５１２、５１６は、第１４の実施の形態による破壊検知システムと同様に第２部材破断検出装置を備えている。そして、各破壊検知センサ５０４、５０８、５１２、５１６の第２部材破断検出装置により検出された破断信号は、監視システム６００に送られる。こうして、各破壊検知センサ５０４、５０８、５１２、５１６により建物５００の各部の破壊を集中的に監視することができる。一例として、監視システム６００には、図３９Ａに示す建物５００の数字１〜６を示した部位の破壊検知センサによる破断信号を○、×で示した。○は破断していないこと、×は破断していることを示す。
【実施例】
【０１４１】
引張破壊検知用の破壊検知センサおよび曲げ破壊検知用の破壊検知センサを作製した。
（１）引張破壊検知用破壊検知センサ
図４０に破壊検知センサを構成する第１部材、第２部材および圧縮コイルばねの写真、図４１にこれらの部品を用いて破壊検知センサを組み立てた状態の写真を示す。破壊検知センサの構成は第１の実施の形態と同様である。第１部材の各寸法は、Ｌ＝９０ｍｍ、Ｌ1 ＝４０ｍｍ、Ｌ2 ＝６５ｍｍ、Ｌ3 ＝１０ｍｍ、Ｌ4 ＝１５ｍｍ、Ｄ＝２０ｍｍ、Ｄ1 ＝６ｍｍ、Ｄ2 ＝１２ｍｍ、Ｄ3 ＝１６ｍｍである。第１部材の頭部は直径が４０ｍｍ、厚さが２０ｍｍである。第２部材の各寸法は、ｌ＝１００ｍｍ、ｌ1 ＝８５ｍｍ、ｌ2 ＝１５ｍｍ、ｌ3 ＝３０ｍｍ、ｄ＝４ｍｍ、θ＝６０°、第２部材の先端から切欠きまでの長さは７０ｍｍである。第１部材の材質は構造用炭素鋼、第２部材の材質は脆性材料である鋳鉄である。
【０１４２】
引張破壊の実験に用いた引張破壊実験装置を図４２に示す。この引張破壊実験装置は、第１部材の両端を互いに反対方向に引っ張るためのものであり、頭部の係合部を中に含む頭部引張部材、この頭部引張部材と締結して引張試験機のチャック部によりチャックするための第１チャック部材、第１部材の軸部の雄ねじが嵌め込まれる第２チャック部材を含む。この引張破壊実験装置を構成する部品を図４３に示す。
【０１４３】
図４４はこの引張破壊実験装置を引張試験機に取り付けた状態を示す。図４５はこの引張破壊実験装置に１５０〜１６０ｋＮの引張荷重を加えて引っ張った状態を示す。図４５より、第２部材が破断した結果、第１部材の中空部に収容された第２部材の頭部が第１部材の外部に突出していることが分かる。
【０１４４】
図４６〜図４９は四つの破壊検知センサの引張試験を行ったときの荷重−伸び曲線を示す。図４６〜図４９の縦軸は引張荷重である試験力（ｋＮ）、横軸は引張破壊実験装置全体の伸びを示すストローク（ｍｍ）である。図４６、図４８および図４９に示す荷重−伸び曲線では、ストロークが約６ｍｍになったときに降伏点（ＹＰ）が現れ、ＹＰ点で第２部材が破断した。その後、最大荷重Ｍａｘに達して破断した。図４７に示す荷重−伸び曲線では、最終的に第２部材が破断したが、ＹＰ点は観測されなかった。
【０１４５】
（２）曲げ破壊検知用破壊検知センサ
図５０に破壊検知センサを構成する第２部材および圧縮コイルばねの写真、図５１にこれらの部品と中空部を有する直方体状の第１部材とを用いて破壊検知センサを組み立てた状態の写真を示す。破壊検知センサの構成は第１１の実施の形態と同様である。第１部材の材質は構造用炭素鋼、第２部材の材質は脆性材料である鋳鉄である。
【０１４６】
図５２に示すように、この曲げ破壊検知用破壊検知センサを曲げ試験機に取り付け、この曲げ破壊検知用破壊検知センサの中央部に下向きの荷重を加えて曲げた。図５２は第２部材の破断が開始する直前の状態である。図５３は第２部材の破断が始まった直後の状態を示し、第２部材が伸び始めた結果、第１部材の中空部に収容された第２部材の頭部が第１部材の外部に突出し始めている。このときの荷重は４５ｋＮ（約４．５ｔ）である。さらに曲げ続けると、図５４に示すように、第２部材の頭部が第１部材からより突出した。さらに曲げると、図５５に示すように、第２部材が破断した結果、第１部材の中空部に収容された第２部材の頭部が第１部材の外部に突出した。
【０１４７】
（３）引張破壊検知用破壊検知センサ
第１５の実施の形態による破壊検知センサを作製した。図５６は使用したポテンショメータを示す。図５７は破壊検知センサを構成する部品を示す。図５８は第１部材の内部に収容されたポテンショメータの可動部が第１部材に設けられた貫通孔に嵌め込まれて外部に突出している様子を示す。図５９は破壊検知センサを組み立てた状態を示す。図６０は第１部材に引張力を加えながら変位を測定した結果を示す。図６０に示すように、第１部材は、引張力を加えて約１００秒間は弾性変形し、その後、塑性変形することが分かる。第１部材に引張力を加えて変形が開始すると、第１部材と一体となったポテンショメータの可動部が時間とともに移動することが観察された。変位量は、既に述べたように、ポテンショメータで測定された抵抗より、（Ｌ’1 −Ｌ’）α＝Ｒ1 −Ｒの式に基づいて求められたものである。
【０１４８】
以上、この発明の実施の形態および実施例について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【０１４９】
例えば、上述の実施の形態および実施例において挙げた数値、形状、構造、材質などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、形状、構造、材質などを用いてもよい。
【０１５０】
また、上述の第１〜第１４の実施の形態においては、第２部材２０の軸部２１に通された圧縮コイルばね４０により第２部材２０の頭部２２に引張力を加えているが、第２部材２０の頭部２２に引張力を加えるためには、例えば次のようにしてもよい。すなわち、図６１Ａに示すように、この破壊検知センサは、第１部材１０の中空部１１が第１部分１１ａおよび第３部分１１ｃのみからなること、圧縮コイルばね４０が設けられていないことが、第１の実施の形態による破壊検知センサと異なる。ボルト状の第１部材１０の頭部１３の先端に板ばね７０１が保持されたばね保持具７０２が設けられている。ばね保持具７０２は、板ばね７０１による引張力が加わっても頭部１３から剥がれないように、溶接、接着、ねじ止めなどにより十分な強度で頭部１３に固定されている。この例では、ばね保持具７０２は箱状に形成されている。板ばね７０１の一端は第２部材２０の頭部２２に固定され、他端がばね保持具７０２の天井７０２ａの内面に固定されている。この状態で板ばね７０１は、自然の状態に比べて引き伸ばされた状態にある。このため、この板ばね７０１により、第２部材２０の頭部２２に引張力が加わっていることにより、第２部材２０の軸部２１は頭部２２側に引っ張られている。これによって、第２部材２０の先端部が第１部材１０の先端部に拘束されている。第２部材２０の頭部２２は先端に直径が小さい突起部２２ａを有する。この突起部２２ａは、第１部材１０の中空部１１の第３部分１１ｃの外部に突出しており、ばね保持具７０２の内部に位置している。この破壊検知センサのその他の構成は第１の実施の形態による破壊検知センサと同様である。この破壊検知センサの使用方法は次の通りである。この破壊検知センサを第１の実施の形態と同様に、構造用部材５１、５２に設けられた貫通孔５３に挿入して取り付ける。図６１Ｂに示すように、第１部材１０の弾性変形または塑性変形により第２部材２０が切欠き２４の部分で破断すると、板ばね７０１による引張力により、破断片７０の頭部２２が外側（図６１Ｂの上方）に引っ張られる。ばね保持具７０２の天井７０２ａには孔７０２ｂが設けられており、この孔７０２ｂから頭部２２の突起部２２ａが突出する。このように突起部２２ａがばね保持具７０２の外部に突出したことは、例えば外部から容易に視認することができるので、この結果から、構造用部材５１、５２が引張荷重を受けていることにより破壊する危険性があると判断することができる。板ばね７０１の代わりにコイルばねを用いてもよい。さらに、突起部２２ａがばね保持具７０２の外部に突出することを利用して電磁誘導により破断信号を容易に検出することができる。すなわち、例えば、突起部２２ａの少なくとも一部、例えば先端部を強磁性体からなる永久磁石により形成するとともに、ばね保持具７０２の天井７０２ａの突起部２２ａの上方の部分にこの天井７０２ａに平行に孔７０２ｂより大きいコイルを設置する。この場合には、第２部材２０の破断により突起部２２ａがこの孔７０２ｂから外部に突出すると、突起部２２ａがコイルを貫くことによりコイルを貫く磁束が増加するため、コイルにはこの磁束の増加を妨げるように電流（誘導電流）が流れる。このため、この誘導電流あるいは誘導起電力を検出することにより第２部材２０の破断を検出することができ、破断信号を容易に取り出すことができる。
【符号の説明】
【０１５１】
１０…第１部材、１１…中空部、１１ａ…第１部分、１１ｂ…第２部分、１１ｃ…第３部分、１２…軸部、１３…頭部、１４…雄ねじ、２０…第２部材、２１…軸部、２２…頭部、２３…雄ねじ、２４…切欠き、３０…ナット、４０…圧縮コイルばね、５１、５２…構造用部材、５３…貫通孔、６０…ナット、７０…破断片、８０…第１部材、８１…中空部、８１ａ…第１１部分、８１ｂ…第１２部分、８１ｃ…第１３部分、８１ｄ…第１４部分、８１ｅ…第１５部分、８５〜８７…突起、１００…第３部材、１００ａ…前端部、１００ｂ…中間部、１００ｃ…頭部、１０１…中空部、１０１ａ…前部、１０１ｂ…中間部、１０１ｃ…後部、１２０…圧縮コイルばね、２５０…キャップ、２８０…ノズル、２９０…ジェル物質、３００…第２部材破断検出装置、３１０…破断状態表示装置、３２０…破断情報送信装置、３３０…受信装置、４００…ポテンショメータ、４００ａ…可動部、５００…建物、７０１…板ばね、７０２…ばね保持具
【要約】
【課題】建築物などの各種の構造物の構造用部材に取り付けたとき、この構造用部材、ひいては構造物の破壊が起きる前に破壊の危険性を容易に検知することができ、しかも構成が簡単で安価に実現することができる破壊検知センサを提供する。
【解決手段】破壊検知センサは、第１部材１０と、一端が第１部材１０に固定または拘束され、他端が第１部材１０に固定または拘束されていない状態で第１部材１０と並列に設けられ、かつ第１部材１０の弾性変形または塑性変形中に破断する破断特性を有する第２部材２０とを有する。第１部材１０および第２部材２０は例えば丸棒または角棒であり、第１部材１０は例えば中空棒である。第２部材２０は上記の一端と上記の他端との間に応力集中部位となる切欠き２４を有する。第２部材２０は脆性材料からなる。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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