(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
局所的に形成された凹部または貫通孔を備え、第１の金属材料で構成された第１の電極と、
前記第１の電極に対して離間して設けられ、第２の金属材料で構成された第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との電位差を測定する機能を有する機能素子とを有し、
前記第２の電極の表面は多孔質で構成され、
前記機能素子で測定された電位差に基づいて、測定対象部位の状態を測定し得るように構成されたことを特徴とするセンサー装置。
【請求項２】
前記凹部または前記貫通孔の幅をＷとし、前記凹部または前記貫通孔の深さをＤとしたときに、
Ｄ／Ｗが１以上である請求項１に記載のセンサー装置。
【請求項３】
前記第１の電極は、前記凹部または前記貫通孔に引っ張り応力を生じさせた状態で保持されている請求項１または２に記載のセンサー装置。
【請求項４】
前記第１の電極は、第１の導体と第２の導体とが接合されることで形成され、
前記第１の導体は第１の固定部に固定され、
前記第２の導体は第２の固定部に固定され、
前記第１の固定部は前記第２の固定部の方向に撓み、前記第２の固定部は前記第１の固定部の方向に撓み、
前記第１の電極は前記固定部に固定された状態で、前記凹部または前記貫通孔に引っ張り応力を生じさせた状態で保持されている請求項３に記載のセンサー装置。
【請求項５】
前記第１の電極は長尺状をなすとともに、角柱状の絶縁体に券回され、
前記第１の電極の一方の端部は前記絶縁体に固定され、前記第１の電極の他方の端部は前記絶縁体に固定され、
前記凹部は、前記第１の電極が前記角柱状の絶縁体の角部と接触する位置に形成されている請求項３に記載のセンサー装置。
【請求項６】
前記第１の電極は長尺状をなすとともに、折り曲げられた状態で保持部材に保持され、
前記凹部は、前記第１の電極のお折り曲げられた部分に形成されている請求項３に記載のセンサー装置。
【請求項７】
前記第１の電極は、前記凹部として、局所的に形成された第１の凹部を備え、
前記第２の電極は、前記第１の凹部とは深さおよび幅のうちの少なくとも一方が異なり、局所的に形成された第２の凹部を備える請求項１ないし３のいずれかに記載のセンサー装置。
【請求項８】
前記第１の金属材料および前記第２の金属材料は、それぞれ、測定部位の環境変化に伴って表面に不動態膜を形成するか、または、表面に存在した不動態膜を消失させる金属材料である請求項１ないし４のいずれかに記載のセンサー装置。
【請求項９】
前記第１の金属材料および前記第２の金属材料は、同種の金属材料で構成される請求項８に記載のセンサー装置。
【請求項１０】
前記第１の金属材料および前記第２の金属材料は、異なる金属材料で構成される請求項８に記載のセンサー装置。
【請求項１１】
前記第１の金属材料および前記第２の金属材料は、それぞれ、鉄または鉄系材料である請求項８ないし１０のいずれかに記載のセンサー装置。
【請求項１２】
貴金属で形成された第３の電極を備える請求項１ないし１１のいずれかに記載のセンサー装置。
【請求項１３】
前記第１の電極および前記第２の電極は、同一平面上に形成されている請求項１ないし１２のいずれかに記載のセンサー装置。
【請求項１４】
互いに離間して設けられた複数の前記第１の電極と、複数の前記第１の電極と離間し、かつ互いに離間して設けられた複数の前記第２の電極と、を備え、
複数の前記第１の電極の配置方向と複数の前記第２の電極の配置方向とが互いに平行となるように配置されている請求項１ないし１３のいずれかに記載のセンサー装置。
【請求項１５】
前記機能素子は、前記第１の電極と前記第２の電極との電位差に基づいて、前記測定対象部位のｐＨまたは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを検知する機能をも有する請求項１ないし１４のいずれかに記載のセンサー装置。
【請求項１６】
アンテナと、
前記アンテナに給電する機能を有する通信用回路とを有し、
前記機能素子は、前記通信用回路を駆動制御する機能をさらに有する請求項１ないし１５のいずれかに記載のセンサー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサー装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
センサー装置としては、例えば、コンクリート中の鉄筋の腐食状態を測定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
施工直後のコンクリート構造物中のコンクリートは、通常、強アルカリ性を呈する。そのため、施工直後のコンクリート構造物中の鉄筋は、その表面に不動態膜が形成されるため、安定である。しかし、施工後に酸性雨や排気ガス等の影響を受けたコンクリート構造物は、コンクリートが徐々に酸性化（中性化）していくため、鉄筋が腐食することとなる。また、コンクリート構造物は、コンクリートへ侵入した塩化物イオンによっても鉄筋が腐食する。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の装置では、参照電極および対極を備えたプローブをコンクリートに埋設して、鉄筋の腐食による電位変化および分極抵抗を測定することにより、鉄筋の腐食を予測する。
しかし、かかる装置では、鉄筋の腐食の原因がコンクリート中へ侵入した塩化物イオンによるものなのか、コンクリートの中性化によるものなのかを特定することができず、その結果、コンクリート構造物の適切な保全を行うことができないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２２２０３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、コンクリート構造物のコンクリート中の塩化物イオン濃度変化をコンクリートのｐＨ変化と区別して測定し、その測定情報をコンクリート構造物の計画的な保全に活用することができるセンサー装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のセンサー装置は、局所的に形成された凹部または貫通孔を備え、第１の金属材料で構成された第１の電極と、
前記第１の電極に対して離間して設けられ、第２の金属材料で構成された第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との電位差を測定する機能を有する機能素子とを有し、
前記機能素子で測定された電位差に基づいて、測定対象部位の状態を測定し得るように構成されたことを特徴とする。
このように構成されたセンサー装置によれば、第１の電極に局所的に凹部または貫通孔が形成されているので、測定対象部位の塩化物イオン濃度が第２の電極の腐食が生じない比較的低い状態であっても、第１の電極を孔食により腐食させることができる。
そのため、測定対象部位の塩化物イオン濃度が比較的低い状態であっても、第１の電極と第２の電極との電位差が生じ、かかる電位差に基づいて塩化物イオンの侵入を検知することができる。
【０００７】
本発明のセンサー装置では、前記凹部または前記貫通孔の幅をＷとし、前記凹部または前記貫通孔の深さをＤとしたときに、
Ｄ／Ｗが１以上であることが好ましい。
これにより、第１の電極の孔食を効果的に生じさせることができる。
本発明のセンサー装置では、前記第１の電極は、前記凹部または前記貫通孔に引っ張り応力を生じさせた状態で保持されていることが好ましい。
これにより、第１の電極の孔食による腐蝕速度を高めることができる。
【０００８】
本発明のセンサー装置では、前記第１の電極は、前記凹部として、局所的に形成された第１の凹部を備え、
前記第２の電極は、前記第１の凹部とは深さおよび幅のうちの少なくとも一方が異なり、局所的に形成された第２の凹部を備えることが好ましい。
これにより、測定対象部位の塩化物イオン濃度を段階的に検知することができる。
【０００９】
本発明のセンサー装置では、前記第１の金属材料および前記第２の金属材料は、それぞれ、前記測定部位の環境変化に伴って表面に不動態膜を形成するか、または、表面に存在した不動態膜を消失させる金属材料であることが好ましい。
これにより、測定対象部位のｐＨが所定値以上である場合に、第１の電極および第２の電極の表面に不動態膜が形成される。
【００１０】
ここで、第２の電極に形成された不動態膜は、測定対象部位の塩化物イオン濃度が比較的高くなるまで破壊されず、また、局所的な破壊が一旦生じても、ｐＨが所定値以上の環境下では再生する。そのため、測定対象部位のｐＨが所定値以上である場合、測定対象部位の塩化物イオン濃度が比較的高くなるまでの間、第２の電極の自然電位が高い状態（貴化した状態）に安定して維持される。
【００１１】
一方、第１の電極に形成された不動態膜は、測定対象部位の塩化物イオン濃度が比較的低くても、第１の電極の凹部または貫通孔に侵入した塩化物イオンによる局所的な破壊が一旦生じると、かかる凹部内または貫通孔内において、第１の電極から溶出した金属イオンの濃度が増大し、それに伴って、塩化物イオンの濃度が増大するため、再生されない。そのため、測定対象部位のｐＨが所定値以上である場合、測定対象部位に塩化物イオンが存在しないときには、第１の電極の自然電位が高い状態（貴化した状態）に安定して維持されるが、測定対象部位に塩化物イオンが侵入すると、第１の電極の孔食が進行し、第１の電極の自然電位が低くなる（卑化する）。
このようなことから、第１の電極と第２の電極との電位差に基づいて、測定対象部位に塩化物イオンが侵入したことを高感度に検知することができる。
【００１２】
本発明のセンサー装置では、前記第１の金属材料および前記第２の金属材料は、同種の金属材料で構成されることが好ましい。
これにより、第１の電極および第２の電極の表面にそれぞれ不動態膜が形成された状態において、第１の電極と第２の電極との電位差が測定対象部位の塩化物イオン濃度に応じたものとなる。そのため、第１の電極と第２の電極との電位差に基づいて、測定対象部位に塩化物イオンが侵入したことをより高感度に検知することができる。
【００１３】
本発明のセンサー装置では、前記第１の金属材料および前記第２の金属材料は、異なる金属材料で構成されることが好ましい。
これにより、第１の電極の不動態膜が形成または消失するタイミングと、第２の電極の不動態膜が形成または消失するタイミングとを異ならせることができる。そのため、第１の電極と第２の電極との電位差に基づいて、測定対象部位のｐＨが設定値以下か否かを検知することができる。
【００１４】
本発明のセンサー装置では、前記第１の金属材料および前記第２の金属材料は、それぞれ、鉄または鉄系材料であることが好ましい。
鉄または鉄系合金（鉄系材料）は比較的安価で入手が容易である。また、例えば、センサー装置をコンクリート構造物の状態測定に用いた場合、第１の電極および第２の電極の少なくとも一方の電極をコンクリート構造物中の鉄筋と同一材料（または近似した材料）で構成することが可能であり、コンクリート構造物中の鉄筋の腐食状態を効果的に検知することができる。
【００１５】
本発明のセンサー装置では、前記機能素子は、前記第１の電極と前記第２の電極との電位差に基づいて、前記測定対象部位のｐＨまたは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを検知する機能をも有することが好ましい。
これにより、測定対象物のｐＨ変化あるいは塩化物イオン濃度変化に伴う状態変化を検知することができる。
【００１６】
本発明のセンサー装置では、アンテナと、
前記アンテナに給電する機能を有する通信用回路とを有し、
前記機能素子は、前記通信用回路を駆動制御する機能をさらに有することが好ましい。
これにより、無線により測定対象物の外部へ測定結果を送信することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るセンサー装置の使用状態の一例を示す図である。
【図２】図１に示すセンサー装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示す第１の電極、第２の電極および機能素子を説明するための平面図である。
【図４】図２に示す第１の電極および第２の電極を説明するための断面図（図３中のＡ−Ａ線断面図）である。
【図５】図２に示す機能素子を説明するための断面図（図３中のＢ−Ｂ線断面図）である。
【図６】図２に示す第１の電極の塩化物イオンによる腐食を説明する模式図である。
【図７】図２に示す機能素子に備えられた差動増幅回路を示す回路図である。
【図８】図２に示す機能素子に備えられた差動増幅回路を示す回路図である。
【図９】図１に示すセンサー装置の作用の一例を説明するための図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るセンサー装置の使用状態の一例を示す図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係るセンサー装置の使用状態の一例を示す図である。
【図１２】図１１に示す第１の電極および第２の電極を説明するための断面図である。
【図１３】本発明の第４実施形態に係るセンサー装置の概略構成を示す図である。
【図１４】図１３に示す第１の電極を説明するための図である。
【図１５】本発明の第５実施形態に係るセンサー装置の概略構成を示す図である。
【図１６】図１５に示す第１の電極を説明するための図である。
【図１７】本発明の第６実施形態に係るセンサー装置の概略構成を示す図である。
【図１８】図１７に示す第１の電極を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明のセンサー装置の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るセンサー装置の使用状態の一例を示す図、図２は、図１に示すセンサー装置の概略構成を示すブロック図、図３は、図２に示す第１の電極、第２の電極および機能素子を説明するための平面図、図４は、図２に示す第１の電極および第２の電極を説明するための断面図（図３中のＡ−Ａ線断面図）、図５は、図２に示す機能素子を説明するための断面図（図３中のＢ−Ｂ線断面図）、図６は、図２に示す第１の電極の塩化物イオンによる腐食を説明する模式図、図７および図８は、それぞれ、図２に示す機能素子に備えられた差動増幅回路を示す回路図、図９は、図１に示すセンサー装置の作用の一例を説明するための図である。
【００１９】
なお、以下では、本発明のセンサー装置をコンクリート構造物の品質測定に用いる場合を例に説明する。
図１に示すセンサー装置１は、コンクリート構造物１００の品質を測定するものである。
コンクリート構造物１００は、コンクリート１０１内に複数の鉄筋１０２が埋設されている。そして、センサー装置１は、コンクリート構造物１００のコンクリート１０１内の鉄筋１０２付近に埋設されている。なお、センサー装置１は、コンクリート構造物１００を打設する際に、コンクリート１０１の打設前に鉄筋に固定して埋め込んでもよいし、打設後に硬化したコンクリート１０１に穿孔して埋め込んでもよい。
このセンサー装置１は、本体２と、その本体２上に設けられた第１の電極３、第２の電極４および第３の電極７とを有する。
【００２０】
本実施形態では、第１の電極３、第２の電極４および第３の電極７は、鉄筋１０２よりもコンクリート構造物１００の外表面側において、コンクリート構造物１００の外表面からの距離が互いに等しくなるように設置されている。また、第１の電極３、第２の電極４および第３の電極７は、それぞれ、電極面がコンクリート構造物１００の外表面に平行または略平行となるように設置されている。そして、第１の電極３および第２の電極４は、コンクリート１０１の測定対象部位の状態変化に伴って、これらの間の電位差が変化するように構成されている。なお、第１の電極３、第２の電極４および第３の電極７については、後に詳述する。
また、センサー装置１は、図２に示すように、第１の電極３、第２の電極４および第３の電極７に電気的に接続された機能素子５１と、電源５２と、温度センサー５３と、通信用回路５４と、アンテナ５５と、発振器５６とを有し、これらが本体２内に収納されている。
【００２１】
以下、センサー装置１を構成する各部を順次説明する。
（本体）
本体２は、第１の電極３、第２の電極４、第３の電極７および機能素子５１等を支持する機能を有する。
このような本体２は、図４および図５に示すように、第１の電極３、第２の電極４、第３の電極７および機能素子５１を支持する基板２１を有する。なお、基板２１は、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６をも支持するが、図３〜５では、説明の便宜上、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６の図示を省略している。
【００２２】
この基板２１は、絶縁性を有する。基板２１としては、特に限定されず、例えば、アルミナ基板、樹脂基板等を用いることができる。
図４に示すように、この基板２１上には、例えばソルダーレジストのような絶縁性の樹脂組成物で構成された絶縁層２３が設けられている。そして、この絶縁層２３を介して基板２１上には、第１の電極３、第２の電極４、第３の電極７および機能素子５１が実装されている。
【００２３】
図５に示すように、この基板２１上には、機能素子５１（集積回路チップ）が保持され、機能素子５１の導体部６１、６２、６３（電極パッド）が第１の電極３、第２の電極４および第３の電極７と接続されている。
この導体部６１は、第１の電極３と、導体部５１６ａ、５１６ｄおよびトランジスタ５１４ａのゲート電極とを電気的に接続している。また、導体部６２は、第２の電極４と、導体部５１６ｂ、５１６ｅおよびトランジスタ５１４ｂのゲート電極とを電気的に接続している。第１の電極３と第２の電極４は、各々、トランジスタ５１４ａ、５１４ｂのゲート電極と接続しているためフローテイング状態にある。５１５ａと５１５ｂは、集積回路の層間絶縁膜であり、２５は、集積回路の保護膜である。
【００２４】
また、本体２は、機能素子５１、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６を収納する機能を有する。
特に、本体２は、機能素子５１、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６を液密的に収納するように構成されている。
具体的には、図４および図５に示すように、本体２は、封止部２４を有する。この封止部２４は、機能素子５１、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６を封止する機能を有する。これにより、センサー装置１を水分やコンクリートの存在下に設置した場合に、機能素子５１、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６の劣化を防止することができる。
【００２５】
ここで、封止部２４は、開口部２４１を有し、この開口部２４１から第１の電極３、第２の電極４および第３の電極７を露出させつつ、第１の電極３、第２の電極４および第３の電極７以外の各部を覆うように設けられている（図３および図４参照）。これにより、封止部２４が第１の電極３、第２の電極４および第３の電極７以外の各部の劣化を防止しつつ、センサー装置１が測定を行うことができる。なお、開口部２４１は、第１の電極３、第２の電極４および第３の電極７のそれぞれの少なくとも一部を露出するように形成されていればよい。
【００２６】
封止部２４の構成材料としては、例えば、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、オレフィン系樹脂のような熱可塑性樹脂、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂のような熱硬化性樹脂等の各種樹脂材料等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
なお、封止部２４は、必要に応じて設ければよく、省略することもできる。
【００２７】
（第１の電極、第２の電極）
第１の電極３および第２の電極４は、図４に示すように、それぞれ、前述した本体２の外表面上（より具体的には基板２１上）に設けられている。特に、第１の電極３および第２の電極４は、同一平面上に設けられている。そのため、第１の電極３および第２の電極４の設置環境の差が生じるのを防止することができる。
【００２８】
また、第１の電極３および第２の電極４は、互いに電位の影響を受けない程度（例えば数ｍｍ）に離間している。
本実施形態では、第１の電極３および第２の電極４は、それぞれ、板状またはシート状をなしている。また、第１の電極３および第２の電極４の平面視形状は、それぞれ、四角形をなしている。また、第１の電極３および第２の電極４は、平面視にて、互いの形状および面積が等しくなっている。なお、第１の電極３および第２の電極４の平面視での形状および面積は、互いに異なっていてもよい。
【００２９】
本実施形態では、第１の電極３の上面（すなわち基板２１とは反対側の面）には、局所的に凹部３１が形成されている。
このような凹部３１を備える第１の電極３では、測定対象部位の塩化物イオン濃度が第２の電極４の腐食が生じない比較的低い状態であっても、第１の電極３を孔食により腐食させることができる。
【００３０】
そのため、測定対象部位の塩化物イオン濃度が比較的低い状態であっても、第１の電極３と第２の電極４との電位差が生じ、かかる電位差に基づいて塩化物イオンの侵入を検知することができる。
本実施形態では、凹部３１は、平面視にて帯状をなしている。すなわち、凹部３１は、一方向に延在する溝である。
【００３１】
また、本実施形態では、凹部３１は、Ｖ字溝であり、凹部３１の横断面は、開口部側から底部側に向けて幅が漸減する三角形をなしている。
また、凹部３１の幅（本実施形態では平面視にて延在方向に対して垂直な方向での長さ）をＷとし、凹部３１の深さ（最大深さ）をＤとしたきに、Ｄ／Ｗは、１以上であるのが好ましく、１以上４以下であるのがより好ましく、２以上３以下であるのがさらに好ましい。これにより、第１の電極３の孔食を効果的に生じさせることができる。
【００３２】
これに対し、Ｄ／Ｗが小さすぎると、後述するような凹部３１内での金属イオンの滞留が生じ難く、その結果、第１の電極３の孔食を効果的に生じさせることが難しい。一方、Ｄ／Ｗが大きすぎると、第１の電極３の形状、構成材料等によっては、凹部３１の形成が難しく、また、Ｄ／Ｗを大きくしても、第１の電極３の孔食を生じさせる効果はほとんど変わらない。
【００３３】
なお、凹部３１は、その延在方向での少なくとも一部において、前述したようなＤ／Ｗの関係を満たせばよい。また、「凹部３１の幅」とは、凹部３１の横断面における開口端の幅をいう。
この凹部３１は、例えば、第１の電極３をエッチング（ドライエッチングまたはウエットエッチング）することにより形成することができる。このようにして凹部３１を形成することにより、後述するような第１の電極３の塩化物イオンによる腐食（孔食）を促進し得る凹部３１を簡単かつ確実に形成することができる。なお、凹部３１の形成方法としては、これに限定されるものではなく、例えば、レーザー、機械加工等を用いることもできる。
【００３４】
また、この凹部３１の深さ（最大深さ）Ｄは、特に限定されないが、例えば、１μｍ以上１００μｍ以下であるのが好ましく、１０μｍ以上８０μｍ以下であるのがより好ましく、２０μｍ以上６０μｍ以下であるのがさらに好ましい。これにより、後述するような第１の電極３の孔食を生じさせ得る凹部３１を簡単かつ確実に形成することができる。
また、凹部３１の幅Ｗは、特に限定されないが、例えば、１μｍ以上１００μｍ以下程度であるのが好ましい。
【００３５】
また、凹部３１の延在方向での長さは、特に限定されない。なお、凹部３１の平面視形状は、帯状に限定されず、円形、四角形等であってもよい。
また、凹部３１の数は、本実施形態では１つであるが、第１の電極３の孔食を促進することができれば、２つ以上であってもよい。
また、第１の電極３は、その少なくとも表面付近が緻密体で構成されているのが好ましい。これにより、第１の電極３は、塩化物イオンの存在下において、最も腐食が生じやすい部分が最初に腐食し、その最初に腐食を生じた部位の腐食し易さが他の部分に比してさらに大きくなるため、局所的な腐食（孔食）が生じる。
【００３６】
一方、第２の電極４は、その少なくとも表面付近が多孔質体で構成されているのが好ましい。これにより、第２の電極４の表面には腐食の生じやすい部分として微細な多数の凹部が均一に分散して形成される。そのため、第２の電極４の表面は、塩化物イオンの存在下において、均一に腐食が生じ、局所的な腐食（孔食）が抑制される。
また、上述したように第２の電極４を多孔質体を用いて構成した場合、その多孔質体の空孔の平均径は、前述したような塩化物イオンによる孔食を防止し得る範囲であれば、特に限定されないが、例えば、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるのが好ましい。すなわち、かかる空孔は、メソ孔であるのが好ましい。また、かかる多孔質体の空孔率は、前述したように塩化物イオンによる孔食を防止し得る範囲であれば、特に限定されないが、例えば、１０％以上９０％以下であるのが好ましい。
【００３７】
かかる範囲内の平均径の空孔を有する多孔質体で第２の電極４が構成されていることにより、前述したような第２の電極４の塩化物イオンによる孔食を防止するとともに、細孔による毛管凝縮効果により、より低い相対湿度で、第２の電極４上に水分を結露させることができる。そのため、第２の電極４上に安定して液体の水を存在させることができる。すなわち、仮に第２の電極４が緻密体で構成された場合に第２の電極４上に結露が生じないような低い相対湿度においても、第２の電極４上にそれぞれ結露させて液体の水を存在させることができる。
【００３８】
このようなことから、外部環境の湿度や温度の変化に伴ってコンクリート１０１内の相対湿度が変化しても、第２の電極４上の水分量の変動を防止することができる。その結果、外部環境の湿度や温度の変化によって第２の電極４の自然電位が変動するのを防止し、コンクリート１０１の測定対象部位の状態を高精度に測定することができる。
ここで、第１の電極３および第２の電極４の構成材料について説明する。
【００３９】
第１の電極３は、不動態膜（第１の不動態膜）を形成する第１の金属材料（以下、単に「第１の金属材料」とも言う）で構成されている。このように構成された第１の電極３は、ｐＨの変化によって不動態膜が形成されたり破壊されたりする。このような第１の電極３は、不動態膜が形成された状態（不動態化した状態）では不活性（貴）であり、自然電位が高くなる（貴化する）。一方、第１の電極３は、不動態膜が破壊された状態（消失された状態）では活性（卑）である。そのため、第１の電極３の電位は、ｐＨ変化に伴う不動態膜の有無により急峻に変化する。
第１の金属材料としては、不動態膜が形成される限り、特に限定されないが、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｚｎまたはこれらを含む合金等が挙げられる。
【００４０】
例えば、Ｆｅは、ｐＨが９よりも大きいときに不動態膜を形成する。また、ＦｅＡｌ（Ａｌ０．８％）系炭素鋼は、ｐＨが４よりも大きいときに不動態膜を形成する。また、Ｎｉは、ｐＨが８〜１４であるときに不動態膜を形成する。また、Ｍｇは、ｐＨが１０．５よりも大きいときに不動態膜を形成する。また、Ｚｎは、ｐＨが６〜１２であるときに不動態膜を形成する。また、ＳＵＳ３０４は、ｐＨが２〜１３であるときに不動態膜を形成する。
【００４１】
また、例えば、炭素鋼（ＳＤ３４５）は、塩化物イオン濃度が約１．２ｋｇ／ｍ３を超えたときに不動態膜の破壊が始まる。
中でも、第１の金属材料は、ＦｅまたはＦｅを含む合金（Ｆｅ系合金）、すなわち鉄系材料（具体的には、炭素鋼、合金鋼、ＳＵＳ等）であるのが好ましい。鉄系材料は安価で入手が容易である。また、本実施形態のように、センサー装置１をコンクリート構造物１００の状態測定に用いた場合、第１の金属材料をコンクリート構造物１００の鉄筋１０２と同一または近似の材料とすることが可能であり、鉄筋１０２の腐食環境状態を効果的に検知することができる。例えば、第１の電極３がＦｅで構成されている場合、ｐＨが９以上か否かの判断ができる。
【００４２】
一方、第２の電極４は、第２の金属材料（以下、単に「第２の金属材料」とも言う）で構成されている。
この第２の金属材料としては、第２の電極４が電極として機能し得るものであれば、特に限定されず、各種金属材料を用いることができる。
また、第２の金属材料は、前述した第１の金属材料と同種の材料（同一または近似した材料）で構成されていてもよいし、前述した第１の金属材料と異なる材料で構成されていてもよい。
また、第２の金属材料は、不動態膜を形成するものであってもよいし、不動態膜を形成しないものであってもよい。
【００４３】
第１の金属材料および第２の金属材料が互いに同種である場合、第１の電極３および第２の電極４は、測定対象部位のｐＨ変化に対して、互いに同一または近似して状態が変化する。したがって、測定対象部位のｐＨが変化しても、第１の電極３と第２の電極４との電位差は、全く変化しないか、あるいは、ほとんど変化しない。そのため、測定対象部位の塩化物イオン濃度変化を測定対象部位のｐＨ変化と区別して測定することができる。
すなわち、第１の電極３および第２の電極４の表面にそれぞれ不動態膜が形成された状態において、第１の電極３と第２の電極４との電位差が測定対象部位の塩化物イオン濃度に応じたものとなる。そのため、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、測定対象部位に塩化物イオンが侵入したことをより高感度に検知することができる。
【００４４】
一方、第１の金属材料および第２の金属材料が互いに異なる種類である場合、第２の金属材料が不動態膜（第２の不動態膜）を形成するものであると、第１の電極３の不動態膜が形成または消失するタイミングと、第２の電極４の不動態膜が形成または消失するタイミングとを異ならせることができる。そのため、第１の電極と第２の電極との電位差に基づいて、測定対象部位のｐＨが設定値以下か否かを検知することができる。
【００４５】
例えば、測定対象部位のｐＨの低下に伴う、第１の電極３の不動態膜が消失するタイミングが、第２の電極４の不動態膜が消失するタイミングよりも早い場合、第２の電極４は、前述したように不動態膜の有無により第１の電極３の電位が変化する際に、不導体膜の形成や破壊（消失）が無く、急激な電位の変化がない。そのため、前述したように不動態膜の有無により第１の電極３の電位が変化する際に、第１の電極３と第２の電極４との電位差が急峻に変化する。そのため、第１の電極３および第２の電極４の設置環境（本実施形態ではコンクリート１０１の鉄筋１０２付近）のｐＨが設定値以下か否かを正確に検知することができる。
また、第２の金属材料が不動態膜（第２の不動態膜）を形成するものである場合、第２の金属材料として、上述の第１の金属材料として例示した金属を挙げることができる。
【００４６】
第１の金属材料および第２の金属材料の双方が不動態膜を形成する金属材料である場合、第１の金属材料が不動態膜を形成するｐＨの範囲の下限値を第１のｐＨ（第１の不動態化ｐＨ）とし、第２の金属材料が不動態膜を形成するｐＨの範囲の下限値を第２のｐＨ（第２の不動態化ｐＨ）としたとき、第１のｐＨおよび第２のｐＨが互いに異なるのが好ましい。すなわち、第１の金属材料は、第１のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに不動態膜を形成し、第２の金属材料は、第１のｐＨとは異なる第２のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに不動態膜を形成するのが好ましい。これにより、第１の電極３および第２の電極４が設置された環境のｐＨが第１のｐＨ以下か否かおよび第２のｐＨ以下か否かをそれぞれ正確に検知することができる。
【００４７】
この場合、第１のｐＨが８以上１０以下であり、かつ、第２のｐＨが７以下であるのが好ましい。これにより、第１のｐＨ以下か否かを検知することにより、第１の電極３および第２の電極４の設置環境が中性状態に近付いていることを事前に知ることができる。このようなことから、本実施形態にように、センサー装置１をコンクリート構造物１００の状態測定に用いた場合、鉄筋１０２の腐食防止の対策を事前に行うことができる。また、第２のｐＨ以下か否かを検知することにより、第１の電極３および第２の電極４の設置環境（測定対象部位）が酸性状態になってしまったことを知ることもできる。
【００４８】
また、この場合、第２の金属材料は、Ｆｅを含む合金（Ｆｅ系合金）、すなわち鉄系材料であるのが好ましい。鉄系材料は安価で入手が容易である。また、本実施形態のように、センサー装置１をコンクリート構造物１００の状態測定に用いた場合、第１の金属材料を鉄筋１０２と同一材料とすることが可能であり、第２の金属材料を鉄筋１０２と同種材料（Ｆｅ系合金）とすることにより、鉄筋１０２の腐食状態を効果的に検知することができる。
【００４９】
一方、第２の金属材料が不動態膜を形成しないものである場合、第２の金属材料として、Ｐｔ、Ａｕ等を挙げることができる。第２の金属材料が不動態膜を形成しないものである場合、第１の電極３および第２の電極４の設置環境が強アルカリ状態から強酸性状態へ変化するとき、その変化を１段階で高精度に検知することができる。
この場合、第１の金属材料は、３以上５以下のｐＨ、または、８以上１０以下のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに不動態膜を形成するものであるのが好ましい。３以上５以下のｐＨ以下か否かを検知することにより、第１の電極３および第２の電極４の設置環境が酸性状態になってしまったことを知ることができる。また、８以上１０以下のｐＨ以下か否かを検知することにより、第１の電極３および第２の電極４の設置環境が中性状態に近付いていることを事前に知ることができる。
このような第１の電極３および第２の電極４の形成方法としては、それぞれ、特に限定されず、公知の成膜法を用いることができる。
【００５０】
以上説明したような第１の電極３および第２の電極４によれば、それぞれ前述したような不動態膜を形成する金属材料で構成されている場合、第２の電極４に形成された不動態膜は、測定対象部位の塩化物イオン濃度が比較的高くなるまで破壊されず、また、局所的な破壊が一旦生じても、ｐＨが所定値以上の環境下では再生する。そのため、測定対象部位のｐＨが所定値以上である場合、測定対象部位の塩化物イオン濃度が比較的高くなるまでの間、第２の電極４の自然電位が高い状態（貴化した状態）に安定して維持される。
【００５１】
一方、第１の電極３に形成された不動態膜は、測定対象部位の塩化物イオン濃度が比較的低くても、第１の電極３の凹部３１内に侵入した塩化物イオンによる局所的な破壊が一旦生じると、かかる凹部３１内において、第１の電極３から溶出した金属イオンの濃度が増大し、それに伴って、塩化物イオンの濃度が増大するため、再生されない。そのため、測定対象部位のｐＨが所定値以上である場合、測定対象部位に塩化物イオンが存在しないときには、第１の電極３の自然電位が高い状態（貴化した状態）に安定して維持されるが、測定対象部位に塩化物イオンが侵入すると、第１の電極３の孔食が進行し、第１の電極３の自然電位が低くなる（卑化する）。
このようなことから、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、測定対象部位に塩化物イオンが侵入したことを高感度に検知することができる。
【００５２】
以下、図６に基づいて、凹部３１を有する第１の電極３の塩化物イオンによる腐食（孔食）についてより具体的に説明する。
第１の電極３が塩化物イオン（Ｃｌ−）の存在下にあるとき、凹部３１内に侵入した塩化物イオンにより、第１の電極３の表面に形成された不動態膜の局所的な破壊が一旦生じると、第１の電極３を構成する第１の金属材料が金属イオン（Ｍｎｎ＋）として凹部３１内に溶出する。
【００５３】
例えば、第１の金属材料が純鉄（Ｆｅ）である場合、
Ｆｅ→Ｆｅ２＋＋２ｅ
の反応により、凹部３１内に金属イオンとしてＦｅ２＋が溶出する。
このように凹部３１内に溶出した金属イオンは、拡散速度が遅く、凹部３１内に滞留する。これにより、凹部３１内での金属イオンの濃度が増加する。
【００５４】
すると、凹部３１内での電気的中性を保つように、凹部３１外から凹部３１内へ塩化物イオンが泳動し、塩化物イオンが凹部３１内に集中する。これにより、凹部３１内での塩化物イオンの濃度も増加する。
そのため、凹部３１外における塩化物イオンの濃度に比し、凹部３１内における塩化物イオンの濃度が高くなる。
また、凹部３１内では、金属イオンと塩化物イオンと水との反応により、水素イオンが発生し、凹部３１内の水素イオン濃度が増加、すなわち凹部３１内のｐＨが低下する。
【００５５】
例えば、第１の金属材料が純鉄（Ｆｅ）である場合、
Ｆｅ２＋＋２Ｃｌ−→ＦｅＣｌ２
ＦｅＣｌ２＋２Ｈ２Ｏ→Ｆｅ（ＯＨ）２＋ＨＣｌ
の反応により、凹部３１内の水素イオンの濃度が増加する。
そのため、凹部３１外における水素イオンの濃度に比し、凹部３１内における水素イオンの濃度が高くなる。
以上のようなことから、凹部３１外における塩化物イオンおよび水素イオンの濃度が比較的少なくても、凹部３１内の塩化物イオン濃度および水素イオン濃度が高まり、第１の電極３の腐食（孔食）が進行することとなる。
【００５６】
ここで、第１の電極３の表面は、孔食が生じる部分（凹部３１の壁面付近）がアノード領域となり、凹部３１の外側に露出した部分がカソード領域となる。
例えば、第１の金属材料が純鉄（Ｆｅ）である場合、
第１の電極３のアノード領域では、Ｆｅ→Ｆｅ２＋＋２ｅのアノード反応が生じ、
第１の電極３のカソード領域では、１／２Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ→２ＯＨ−のカソード反応が生じる。
【００５７】
このようなカソード反応は、第１の電極３のカソード領域を大きくすることにより、アノード反応が促進される。そのため、第１の電極３の表面の凹部３１の外側に露出した部分の面積を大きくすることにより、測定対象部位の塩化物イオン濃度がより低い状態においても、第１の電極３の孔食が生じるため、測定対象部位への塩化物イオンの侵入をより高感度に検知することができる。
【００５８】
（第３の電極）
第３の電極（比較用電極）７は、図４に示すように、前述した本体２の外表面上（より具体的には基板２１上）に設けられている。また、第３の電極７は、前述した第１の電極３および第２の電極４と同一平面上に設けられている。なお、第３の電極７を省略してもよく、この場合でも、第１の電極３と第２の電極４との間の電位差を測定することができる。
【００５９】
また、第３の電極７は、第１の電極３および第２の電極４に対して間隔を隔てて設けられている。
このような第３の電極７の電位を基準として、第１の電極３および第２の電極４の電位を検知することができる。そして、その２つの電位とともに、第１の電極３と第２の電極４との電位差の経時変化を把握することができる。これにより、塩化物イオン濃度とｐＨの経時変化をより高確度に測定することができる。
【００６０】
本実施形態では、第３の電極７は、薄膜状をなしている。
このような第３の電極７は、化学的に安定で、かつ、導電性を有する材料で構成されている。かかる材料としては、特に限定されないが、例えば、ＳＵＳ、または、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ等の金属材料（貴金属）を用いることができる。これにより、安定した基準電位を取得することができる。また、簡単かつ確実に、第３の電極７を形成することができる。また、貴金属は化学的に安定であり、イオンに対する感応性が極めて低いとともに優れた導電性を有する。そのため、貴金属は第３の電極７の構成材料として適している。
このような第３の電極７は、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング（低温スパッタリング）、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ法、金属箔の接合等により形成することができる。
【００６１】
（機能素子）
機能素子５１は、前述した本体２の内部に埋設されている。
この機能素子５１は、第１の電極３と第２の電極４との電位差を測定する機能を有する。これにより、第２の電極４の電位に対する第１の電極３の電位の変化を検知することができる。そのため、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、ｐＨをより高精度に測定することができる。
【００６２】
また、機能素子５１は、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、測定対象部位のｐＨまたは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを検知する機能をも有する。これにより、測定対象物のｐＨ変化あるいは塩化物イオン濃度変化に伴う状態変化を検知することができる。
このような機能素子５１は、例えば、集積回路である。より具体的には、機能素子５１は、例えば、ＭＣＵ（マイクロコントロールユニット）であり、図２に示すように、ＣＰＵ５１１と、Ａ／Ｄ変換回路５１２と、差動増幅回路５１４とを有する。
【００６３】
この機能素子５１は、図５に示すように、基板５１３と、基板５１３上に設けられた複数のトランジスタ５１４ａ、５１４ｂ、５１４ｃと、トランジスタ５１４ａ、５１４ｂ、５１４ｃを覆う層間絶縁膜５１５ａ、５１５ｂと、配線および導体ポストを構成する導体部５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃ、５１６ｄ、５１６ｅ、５１６ｆと、保護膜２５と、電極パッドを構成する導体部６１、６２、６３とを有する。
【００６４】
基板５１３は、例えばＳＯＩ基板であり、ＣＰＵ５１１およびＡ／Ｄ変換回路５１２が形成されている。基板５１３としてＳＯＩ基板を用いることにより、トランジスタ５１４ａ〜５１４ｃをＳＯＩ型ＭＯＳＦＥＴとすることができる。
複数のトランジスタ５１４ａ、５１４ｂ、５１４ｃは、それぞれ例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であり、差動増幅回路５１４の一部を構成するものである。
【００６５】
差動増幅回路５１４は、図７に示すように、３つのトランジスタ５１４ａ〜５１４ｃと、カレントミラー回路５１４ｄとで構成されている。
また、差動増幅回路５１４は、図８に示すように、演算増幅器２０１、２０２と、演算増幅器２０３とを有する。
演算増幅器２０１は、第３の電極７を基準として第１の電極３の電位を検出する。また、演算増幅器２０２は、第３の電極７を基準として第２の電極４の電位を検出する。また、演算増幅器２０３は、演算増幅器２０１の出力電位と演算増幅器２０２の出力電位との差を検出する。
【００６６】
導体部５１６ａは、その一端がトランジスタ５１４ａのゲート電極に接続され、他端が前述した導体部５１６ｄに接続されている。導体部５１６ｄは、導体部６１を介して第１の電極３に電気的に接続されている。これにより、トランジスタ５１４ａのゲート電極と第１の電極３とが電気的に接続されている。そのため、第１の電極３の電位の変化に応じて、トランジスタ５１４ａのドレイン電流が変化する。
【００６７】
同様に、導体部５１６ｂは、その一端がトランジスタ５１４ｂのゲート電極に接続され、他端が前述した導体部５１６ｅに接続されている。導体部５１６ｅは、導体部６２を介して第２の電極４に電気的に接続されている。これにより、トランジスタ５１４ｂのゲート電極と第２の電極４とが電気的に接続されている。そのため、第２の電極４の電位の変化に応じて、トランジスタ５１４ｂのドレイン電流が変化する。
【００６８】
また、導体部５１６ｃは、その一端がトランジスタ５１４ｃのゲート電極に接続され、他端が前述した導体部５１６ｆに接続されている。
また、機能素子５１は、導体部６３を介して第３の電極７に電気的に接続されている。
また、機能素子５１は、電源５２からの通電により作動する。電源５２は、機能素子５１を動作可能な電力を供給できるものであれば、特に限定されず、例えば、ボタン型電池のような電池であってもよいし、圧電素子のような発電機能を有する素子を用いた電源ものであってもよい。
【００６９】
また、機能素子５１は、温度センサー５３の検知温度情報を取得し得るように構成されている。これにより、測定部位の温度に関する情報も得ることができる。このような温度に関する情報を用いることにより、測定部位の状態をより正確に測定したり、測定部位の変化を高精度に予想したりすることができる。
温度センサー５３は、測定対象物であるコンクリート構造物１００の測定部位の温度を検知する機能を有する。このような温度センサー５３としては、特に限定されず、例えば、サーミスター、熱電対等の公知の様々な種類の温度センサーを用いることができる。
【００７０】
また、機能素子５１は、通信用回路５４を駆動制御する機能をも有する。例えば、機能素子５１は、第１の電極３と第２の電極４との電位差に関する情報（以下、単に「電位差情報」ともいう）と、測定部位のｐＨに関する情報（以下、単に「ｐＨ情報」ともいう）とをそれぞれ通信用回路５４に入力する。また、機能素子５１は、温度センサー５３によって検知された温度に関する情報（以下、単に「温度情報」ともいう）も併せて通信用回路５４に入力する。
【００７１】
通信用回路５４は、アンテナ５５に給電する機能（送信機能）を有する。これにより、通信用回路５４は、入力された情報をアンテナ５５を介して無線送信することができる。送信された情報は、コンクリート構造物１００の外部に設けられた受信機（リーダー）で受信される。
この通信用回路５４は、例えば、電磁波を送信するための送信回路、信号を変調する機能を有する変調回路等を有する。なお、通信用回路５４は、信号の周波数を小さく変換する機能を有するダウンコンバータ回路、信号の周波数を大きく変換する機能を有するアップコンバータ回路、信号を増幅する機能を有する増幅回路、電磁波を受信するための受信回路、信号を復調する機能を有する復調回路等を有していてもよい。
【００７２】
また、アンテナ５５は、特に限定されないが、例えば、金属材料、カーボン等で構成され、巻線、薄膜等の形態をなす。
また、機能素子５１は、発振器５６からのクロック信号を取得し得るように構成されている。これにより、各回路の同期をとったり、各種情報に時刻情報を付加したりすることができる。
【００７３】
発振器５６は、特に限定されないが、例えば、水晶振動子を利用した発振回路で構成されている。
以上説明したように構成されたセンサー装置１を用いた測定方法は、センサー装置１を測定対象物であるコンクリート構造物１００内にそれぞれ埋設し、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、コンクリート構造物１００の状態を測定する。
【００７４】
以下、第１の電極３および第２の電極４がそれぞれ炭素鋼（ＳＤ３４５）で構成されている場合を例として、センサー装置１の作用を説明する。
打設直後のコンクリート構造物１００において、通常、適切に打設されていれば、コンクリート１０１は強アルカリ性を呈する。そのため、このとき、測定対象部位に塩化物イオンが侵入していなければ、第１の電極３および第２の電極４は、それぞれ、安定な不動態膜を形成する。すなわち、図９（ａ）に示すように、第１の電極３は、その表面に不動態膜３３が形成され、第２の電極４は、その表面に不動態膜４３が形成される。これにより、第１の電極３および第２の電極４の自然電位がそれぞれ上がっている（貴化している）。そのため、コンクリートの打設直後における第１の電極３と第２の電極４との電位差は小さくなる。
【００７５】
その後、不動態膜３３、４３が形成されている状態において、コンクリート構造物１００のコンクリート１０１の測定対象部位に塩化物イオンが侵入すると、その塩化物イオン濃度が炭素鋼を腐食させる限界濃度に達するまでの間、第２の電極４に形成された不動態膜４３は、塩化物イオンの存在下においても、腐食せず、自然電位がほとんど変化せず貴化した状態（高い状態）に維持される。一方、第１の電極３に形成された不動態膜は、塩化物イオン濃度が炭素鋼を腐食させる限界濃度に達していなくても、塩化物イオンの存在下において、局所的な腐食（孔食）が生じる。すなわち、第１の電極３の不動態膜３３には、図９（ｂ）に示すように、貫通した欠損部３３１が形成され、その欠損部３３１を介して第１の電極３の不動態化されていない部分が露出し、第１の電極３が腐食、すなわち第１の電極３が孔食する。これにより、第１の電極３の自然電位が卑化する（下がる）。
【００７６】
このようなことから、測定対象部位へ塩化物イオンが侵入すると、第１の電極３と第２の電極４との電位差が大きくなる。そのため、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、測定対象部位の塩化物イオン濃度変化を測定することができる。
また、コンクリート構造物１００は、二酸化炭素、酸性雨、排気ガス等の影響により、コンクリート１０１のｐＨが徐々に酸性側に変化（中性化）していく。
【００７７】
そして、コンクリート１０１のｐＨが９程度にまで下がると、図９（ｃ）に示すように、第１の電極３および第２の電極４は、不動態膜３３、４３がともに崩壊し始め、それぞれ自然電位が下がる（卑化する）。このとき、第１の電極３および第２の電極４は、ともに自然電位が下がっているので、第１の電極３と第２の電極４との電位差は、小さくなる。また、第１の電極３と比較用電極７との電位差、および、第２の電極４と比較用電極７との電位差がそれぞれ急峻に変化する。そのため、測定対象部位のｐＨが９程度となったことを高精度に検知することができる。なお、このとき、第１の電極３および第２の電極４の腐食がそれぞれ進む。
【００７８】
このような検知結果を利用することにより、コンクリート構造物１００の打設後の品質の経時変化をモニタリングすることができる。そのため、鉄筋１０２が腐食する前に、コンクリート１０１の劣化（中性化や塩分侵入）を把握することができる。これにより、鉄筋１０２が腐食する前に、コンクリート構造物１００に塗装や防腐剤混入モルタル等による補修工事を行うことが可能となる。
【００７９】
また、コンクリート構造物１００の打設時に異常があった否かを判断することもできる。そのため、コンクリート構造物１００の初期トラブルを防止し、コンクリート構造物１００の品質を向上させることができる。
以上説明したように第１実施形態のセンサー装置１によれば、第１の電極３に局所的に凹部３１が形成されているので、測定対象部位の塩化物イオン濃度が第２の電極４の塩化物イオンによる腐食が生じない比較的低い状態であっても、第１の電極３を孔食により腐食させることができる。そのため、測定対象部位の塩化物イオン濃度が比較的低い状態であっても、第１の電極３と第２の電極４との電位差が生じ、かかる電位差に基づいて塩化物イオンの侵入を検知することができる。
【００８０】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
図１０は、本発明の第２実施形態に係るセンサー装置の使用状態の一例を示す図である。
以下、第２実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００８１】
第２実施形態のセンサー装置は、第１の電極および第２の電極の数が異なる以外は、第１実施形態のセンサー装置とほぼ同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
本実施形態のセンサー装置１Ａは、本体２Ａと、その本体２Ａの表面に露出した複数の第１の電極３ａ、３ｂ、３ｃおよび複数の第２の電極４ａ、４ｂ、４ｃとを有する。なお、図示しないが、センサー装置１Ａは、前述した第１実施形態の第３の電極７と同様に、第１の電極３ａ、３ｂ、３ｃおよび複数の第２の電極４ａ、４ｂ、４ｃと対応して設けられた第３の電極を有する。
【００８２】
本実施形態では、第１の電極３ａ、３ｂ、３ｃおよび第２の電極４ａ、４ｂ、４ｃは、互いに離間して設けられている。また、第１の電極３ａ、３ｂ、３ｃおよび第２の電極４ａ、４ｂ、４ｃは、それぞれ、電極面がコンクリート構造物１００の外表面に対して垂直または略垂直となるように設置されている。
また、複数の第１の電極３ａ、３ｂ、３ｃは、コンクリート構造物１００の外表面からの距離が互いに異なる。具体的には、コンクリート構造物１００の外表面側から内側へ、複数の第１の電極３ａ、３ｂ、３ｃがこの順に並んで設けられている。
【００８３】
同様に、複数の第２の電極４ａ、４ｂ、４ｃは、コンクリート構造物１００の外表面からの距離が互いに異なる。具体的には、コンクリート構造物１００の外表面側から内側へ、複数の第２の電極４ａ、４ｂ、４ｃがこの順に並んで設けられている。
さらに、第１の電極３ａおよび第２の電極４ａは、コンクリート構造物１００の外表面からの距離が互いに等しくなるように設置されている。また、第１の電極３ｂおよび第２の電極４ｂは、コンクリート構造物１００の外表面からの距離が互いに等しくなるように設置されている。第１の電極３ｃおよび第２の電極４ｃは、コンクリート構造物１００の外表面からの距離が互いに等しくなるように設置されている。
【００８４】
このような第１の電極３ａ、３ｂ、３ｃおよび第２の電極４ａ、４ｂ、４ｃでは、第１の電極３ａと第２の電極４ａとが対をなし、第１の電極３ｂと第２の電極４ｂとが対をなし、第１の電極３ｃと第２の電極４ｃとが対をなす。
本実施形態では、センサー装置１Ａは、第１の電極３ａと第２の電極４ａとの電位差、第１の電極３ｂと第２の電極４ｂとの電位差、および、第１の電極３ｃと第２の電極４ｃとの電位差をそれぞれ図示しない機能素子により測定することができるように構成されている。
【００８５】
このような第２実施形態に係るセンサー装置１Ａによれば、第１の電極３ａおよび第２の電極４ａの設置環境、第１の電極３ｂおよび第２の電極４ｂの設置環境、および、第１の電極３ｃおよび第２の電極４ｃの設置環境のｐＨや塩化物イオン濃度がそれぞれ設定値以下か否かを正確に検知することができる。すなわち、コンクリート構造物１００の外表面からの深さが異なる位置でのｐＨがそれぞれ設定値以下か否かを正確に検知することができる。これにより、コンクリート１０１のｐＨが酸性側に変化する速度や塩化物イオン濃度が増加する速度を知ることができる。そのため、コンクリート構造物１００の中性化や塩害の深さ方向への侵入予測を効果的に行うことができる。
【００８６】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
図１１は、本発明の第３実施形態に係るセンサー装置の使用状態の一例を示す図、図１２は、図１１に示す第１の電極および第２の電極を説明するための断面図である。
以下、第３実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００８７】
第３実施形態のセンサー装置は、第１の電極および第２の電極の構成が異なる以外は、第１実施形態のセンサー装置とほぼ同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
本実施形態のセンサー装置１Ｂは、図１１に示すように、本体２Ｂと、その本体２Ｂ上に設けられた第１の電極３Ｂおよび第２の電極４Ｂとを有する。
また、図示しないが、センサー装置１Ｂは、前述した第１実施形態の第３の電極７と同様に構成された第３の電極を有する。
【００８８】
本実施形態では、第１の電極３Ｂおよび第２の電極４Ｂは、コンクリート構造物１００の外表面からの距離が、コンクリート構造物１００の外表面と鉄筋１０２との間に距離（すなわち鉄筋１０２のかぶり深さ）とほぼ等しくなるように設置されている。
第１の電極３Ｂおよび第２の電極４Ｂは、図１２に示すように、それぞれ、前述した本体２Ｂの外表面上に設けられている。
【００８９】
第１の電極３Ｂは、局所的に形成された第１の凹部３１Ｂを備えている。
また、第２の電極４Ｂは、局所的に形成された第２の凹部４１Ｂを備えている。
そして、第１の凹部３１Ｂおよび第２の凹部４１Ｂは、互いに深さが異なる。これにより、第１の電極３Ｂおよび第２の電極４Ｂの塩化物イオンによる孔食の発生しやすさを互いに異ならせることができる。そのため、測定対象部位の塩化物イオン濃度を段階的に検知することができる。
【００９０】
より具体的には、第１の凹部３１Ｂの深さは、第２の凹部４１Ｂの深さよりも深くなっている。これにより、第１の電極３Ｂの第１の凹部３１Ｂによる孔食は、第２の電極４Ｂの第２の凹部４１Ｂによる孔食よりも生じやすくなっている。そのため、第１の電極３Ｂの第１の凹部３１Ｂによる孔食は、第２の電極４Ｂの第２の凹部４１Ｂによる孔食よりも先に生じることとなる。
【００９１】
本実施形態では、第１の凹部３１Ｂおよび第２の凹部４１Ｂは、互いに幅が等しくなっている。これにより、第１の凹部３１Ｂおよび第２の凹部４１Ｂの深さを互いに異ならせることにより、第１の凹部３１Ｂおよび第２の凹部４１Ｂのアスペクト比（Ｄ／Ｗ）を互いに異ならせることができる。なお、第１の凹部３１Ｂおよび第２の凹部４１Ｂは、幅が互いに異なっていてもよい。
【００９２】
また、本実施形態では、第１の凹部３１Ｂおよび第２の凹部４１Ｂは、それぞれ、Ｕ字溝である。
また、第１の凹部３１Ｂの幅（平面視にて延在方向に対して垂直な方向での長さ）をＷ１とし、第１の凹部３１Ｂの深さ（最大深さ）をＤ１としたきに、Ｄ１／Ｗ１は、１以上であるのが好ましく、１以上４以下であるのがより好ましく、２以上３以下であるのがさらに好ましい。これにより、第１の電極３Ｂの孔食を効果的に生じさせることができる。
【００９３】
なお、第１の凹部３１Ｂは、その延在方向での少なくとも一部において、前述したようなＤ１／Ｗ１の関係を満たせばよい。また、「第１の凹部３１Ｂの幅」とは、第１の凹部３１Ｂの横断面における開口端の幅をいう。
また、この第１の凹部３１Ｂの深さ（最大深さ）Ｄ１は、特に限定されないが、例えば、１μｍ以上１００μｍ以下であるのが好ましく、１０μｍ以上８０μｍ以下であるのがより好ましく、２０μｍ以上６０μｍ以下であるのがさらに好ましい。これにより、第１の電極３Ｂの孔食を生じさせ得る第１の凹部３１を簡単かつ確実に形成することができる。
【００９４】
また、第１の凹部３１Ｂの幅Ｗは、特に限定されないが、例えば、１μｍ以上１００μｍ以下程度であるのが好ましい。
また、第２の凹部４１Ｂの幅（平面視にて延在方向に対して垂直な方向での長さ）をＷ２とし、第２の凹部４１Ｂの深さ（最大深さ）をＤ２としたきに、Ｄ２／Ｗ２は、１以下であるのが好ましく、０．５以上１以下であるのがより好ましい。これにより、第１の電極３Ｂの孔食よりも発生タイミングが遅いものの、第２の電極４Ｂの孔食を生じさせることができる。
【００９５】
なお、第２の凹部４１Ｂは、その延在方向での少なくとも一部において、前述したようなＤ２／Ｗ２の関係を満たせばよい。また、「第２の凹部４１Ｂの幅」とは、第２の凹部４１Ｂの横断面における開口端の幅をいう。
また、この第２の凹部４１Ｂの深さ（最大深さ）Ｄ２は、特に限定されないが、例えば、１μｍ以上５０μｍ以下であるのが好ましく、１μｍ以上３０μｍ以下であるのがより好ましい。
【００９６】
また、第２の凹部４１Ｂの幅Ｗは、特に限定されないが、例えば、１μｍ以上１００μｍ以下程度であるのが好ましい。
以上説明したような第３実施形態のセンサー装置１Ｂによっても、コンクリート構造物１００のコンクリート１０１中の塩化物イオン濃度変化をコンクリート１０１のｐＨ変化と区別して測定し、その測定情報をコンクリート構造物１００の計画的な保全に活用することができる。
【００９７】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態を説明する。
図１３は、本発明の第４実施形態に係るセンサー装置の概略構成を示す図、図１４は、図１３に示す第１の電極を説明するための図である。
以下、第４実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００９８】
第４実施形態のセンサー装置は、第１の電極および第２の電極の構成が異なる以外は、第１実施形態のセンサー装置とほぼ同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
本実施形態のセンサー装置１Ｃは、図１３に示すように、本体２Ｃと、その本体２Ｃ上に設けられた第１の電極３Ｃおよび第２の電極４Ｃとを有する。
【００９９】
本実施形態では、第１の電極３Ｃおよび第２の電極４Ｃは、それぞれ、長尺状をなしている。そして、第１の電極３Ｃおよび第２の電極４Ｃの一端部がそれぞれ機能素子５１に電気的に接続されている。
第１の電極３Ｃは、その途中に局所的に形成された切欠き状の凹部３１Ｃを有する。
特に、第１の電極３Ｃは、凹部３１Ｃに引っ張り応力を生じさせた状態で保持されている。これにより、第１の電極３Ｃの孔食による腐蝕速度を高めることができる。
より具体的に説明すると、第１の電極３Ｃは、２つの導体３４ａ、３４ｂと、この２つの導体３４ａ、３４ｂを接合する接合部３４ｃとを有する。
【０１００】
導体３４ａは、本体２Ｃに固定された柱体３５ａに固着されている。また、導体３４ｂは、本体２Ｃに固定された柱体３５ｂに固着されている。なお、図１３では、導体３４ｂに凹部３１Ｃが形成されているが、導体３４ａに凹部３１Ｃが形成されていてもよい。
接合部３４ｃは、柱体３５ａ、３５ｂを弾性変形させつつ導体３４ａ、３４ｂに引っ張り応力を生じさせた状態で、導体３４ａと導体３４ｂとを接合している。
【０１０１】
このような第１の電極３Ｃは、図１４（ａ）に示すように、接合前の導体３４ａ、３４ｂを互いに離間した状態で柱体３５ａ、３５ｂに固着させ、その後、柱体３５ａ、３５ｂを弾性変形させつつ導体３４ａ、３４ｂを互いに接近する方向に移動させた状態で、例えば溶接により導体３４ａと導体３４ｂとを接合する。これにより、図１４（ｂ）に示すように、柱体３５ａ、３５ｂを弾性変形させつつ導体３４ａ、３４ｂに引っ張り応力を生じさせた状態で、導体３４ａと導体３４ｂとを接合する接合部３４ｃを形成することができる。
以上説明したような第４実施形態のセンサー装置１Ｃによっても、コンクリート構造物１００のコンクリート１０１中の塩化物イオン濃度変化をコンクリート１０１のｐＨ変化と区別して測定し、その測定情報をコンクリート構造物１００の計画的な保全に活用することができる。
【０１０２】
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態を説明する。
図１５は、本発明の第５実施形態に係るセンサー装置の概略構成を示す図、図１６は、図１５に示す第１の電極を説明するための図である。
以下、第５実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【０１０３】
第５実施形態のセンサー装置は、第１の電極および第２の電極の構成が異なる以外は、第１実施形態のセンサー装置とほぼ同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
本実施形態のセンサー装置１Ｄは、図１５に示すように、本体２Ｄと、その本体２Ｄ上に設けられた第１の電極３Ｄおよび第２の電極４Ｄとを有する。
【０１０４】
図１５および図１６に示すように、第１の電極３Ｄは、棒状の絶縁体３６ａの両端に固着した導体３６ｂ、３６ｃと、絶縁体３６ａの外周面上に螺旋状に巻回された導体３６ｄとを有する。
絶縁体３６ａは、四角柱状をなしている。すなわち、絶縁体３６ａの横断面は、四角形をなしている。これにより、絶縁体３６ａに巻回された導体３６ｄは、絶縁体３６ａの角部に対応する部分に生じる引っ張り応力を大きくすることができる。
【０１０５】
この絶縁体３６ａの構成材料としては、測定対象物内で比較的安定して存在し得る絶縁性材料であれば、特に限定されないが、例えば、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４等の絶縁性セラミックス材料、ＰＳＦ（ポリサルフォン）、ＰＡＩ（プリアミドイミド）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等の樹脂材料等を用いることができる。
【０１０６】
導体３６ｂ、３６ｃは、絶縁体３６ａの両端に例えば接着剤または嵌合により固着されている。
この導体３６ｂ、３６ｃの構成材料としては、導電性を有するものであれば、特に限定されないが、導体３６ｄの構成材料と同様のものを用いるのが好ましい。
導体３６ｄは、長尺状をなし、絶縁体３６ａの外周に巻回されており、一端部が導体３６ｂに半田等により固定され、他端部が導体３６ｃに半田等により固定されている。これにより、導体３６ｄにその長手方向に沿って引っ張り応力を生じさせることができる。
【０１０７】
また、導体３６ｄの途中には、切欠き状の複数の凹部３１Ｄが形成されている。この凹部３１Ｄは、導体３６ｄの、絶縁体３６ａの角部に対応する部位に設けられている。前述したように、絶縁体３６ａが四角柱状をなすことにより、絶縁体３６ａに巻回された絶縁体３６ａの角部に対応する部分に大きな生じる引っ張り応力が生じる。そのため、凹部３１Ｄを絶縁体３６ａの角部に対応する部位に設けることにより、凹部３１Ｄに引っ張り応力を効果的に生じさせることができる。
以上説明したような第５実施形態のセンサー装置１Ｄによっても、コンクリート構造物１００のコンクリート１０１中の塩化物イオン濃度変化をコンクリート１０１のｐＨ変化と区別して測定し、その測定情報をコンクリート構造物１００の計画的な保全に活用することができる。
【０１０８】
＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態を説明する。
図１７は、本発明の第６実施形態に係るセンサー装置の概略構成を示す図、図１８は、図１７に示す第１の電極を説明するための図である。
以下、第６実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【０１０９】
第６実施形態のセンサー装置は、第１の電極および第２の電極の構成が異なる以外は、第１実施形態のセンサー装置とほぼ同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
本実施形態のセンサー装置１Ｅは、図１７に示すように、本体２Ｅと、その本体２Ｅ上に設けられた第１の電極３Ｃおよび第２の電極４Ｃとを有する。
【０１１０】
本実施形態では、第１の電極３Ｅおよび第２の電極４Ｅは、それぞれ、長尺状をなしている。そして、第１の電極３Ｅおよび第２の電極４Ｅの一端部がそれぞれ機能素子５１に電気的に接続されている。
第１の電極３Ｅは、その途中に局所的に形成された切欠き状の凹部３１Ｅを有する。
特に、第１の電極３Ｅは、凹部３１Ｅに引っ張り応力を生じさせた状態で保持されている。これにより、第１の電極３Ｅの孔食による腐蝕速度を高めることができる。
【０１１１】
具体的に説明すると、第１の電極３Ｅは、その途中が折り曲げられた状態で、保持部材３７に保持されている。
保持部材３７は、本体２Ｅに固定されている。また保持部材３７には、第１の電極３Ｅが挿通される２つの貫通孔３８ａ、３８ｂが形成されている。これにより、第１の電極３Ｅを折り曲げた状態で保持することができる。
【０１１２】
このように折り曲げられた状態で保持された第１の電極３Ｅは、その折り曲げられた部分の外側に引っ張り応力が生じる。そして、凹部３１Ｅは、かかる部分に形成されている。
このような保持部材３７の構成材料としては、測定対象物内で比較的安定して存在し得る絶縁性材料であれば、特に限定されないが、例えば、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４等の絶縁性セラミックス材料、ＰＳＦ（ポリサルフォン）、ＰＡＩ（プリアミドイミド）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等の樹脂材料等を用いることができる。
【０１１３】
以上説明したような第６実施形態のセンサー装置１Ｅによっても、コンクリート構造物１００のコンクリート１０１中の塩化物イオン濃度変化をコンクリート１０１のｐＨ変化と区別して測定し、その測定情報をコンクリート構造物１００の計画的な保全に活用することができる。
以上、本発明のセンサー装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１１４】
例えば、本発明のセンサー装置では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
また、前述した実施形態では、孔食を促進させるために第１の電極に凹部を設けた例を説明したが、かかる凹部は、第１の電極を貫通していてもよい。すなわち、孔食を促進させるために第１の電極に貫通孔を形成してもよい。
【０１１５】
また、第１の電極の凹部の横断面形状は、第１の電極の孔食を促進し得るものであれば、前述した実施形態のものに限定されない。
また、前述した実施形態では第１の電極および第２の電極がそれぞれ基板上に設けられた場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、第１の電極および第２の電極は、例えば、センサー装置の本体の封止樹脂で構成された部分の外表面上に設けてもよい。
【０１１６】
また、前述した実施形態では第１の電極および第２の電極がそれぞれ薄膜状または長尺状をなす場合を例に説明したが、これに限定されず、第１の電極および第２の電極の形状は、それぞれ、例えば、ブロック状等をなしていてもよい。また、前述した実施形態では第１の電極および第２の電極をそれぞれセンサー装置の本体の外表面に沿って設けているが、第１の電極および第２の電極をそれぞれセンサー装置の本体の外表面から突出させてもよい。また、第１の電極および第２の電極の設置位置、大きさ（大小関係）等についても、前述したような測定が可能であれば、前述した実施形態に限定されず、任意である。
【０１１７】
また、前述した実施形態では機能素子がＣＰＵ、Ａ／Ｄ変換回路および差動増幅回路を有する場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、機能素子には、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種駆動回路等の他の回路が組み込まれていてもよい。
また、前述した実施形態では測定情報をアクティブタグ通信により無線送信によりセンサー装置外部へ送信する場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、パッシブタグ通信を用いて情報をセンサー装置の外部へ送信してもよいし、有線により情報をセンサー装置の外部へ送信してもよい。
【０１１８】
また、前述した実施形態では機能素子５１、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６を本体２内に収納し、これらを第１の電極３および第２の電極４とともに測定対処物であるコンクリート構造物１００内に埋設する場合を例に説明したが、機能素子５１、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６を測定対象物の外部に設けてもよい。
【符号の説明】
【０１１９】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ‥‥センサー装置  ２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ‥‥本体  ３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ‥‥第１の電極  ４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅ‥‥第２の電極  ７‥‥第３の電極（比較用電極）  ２１‥‥基板  ２３‥‥絶縁層  ２４‥‥封止部  ２５‥‥保護膜  ３１、３１Ｃ、３Ｄ、３Ｅ‥‥凹部  ３１Ｂ‥‥第１の凹部  ３３、４３‥‥不動態膜  ３４ａ、３４ｂ‥‥導体  ３４ｃ‥‥接合部  ３５ａ、３５ｂ‥‥柱体  ３６ａ‥‥絶縁体  ３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ‥‥導体  ３７‥‥保持部材  ３８ａ、３８ｂ‥‥貫通孔  ４１Ｂ‥‥第２の凹部  ５１‥‥機能素子  ５２‥‥電源  ５３‥‥温度センサー  ５４‥‥通信用回路  ５５‥‥アンテナ  ５６‥‥発振器  ６１‥‥導体部  ６２、６３‥‥導体部  １００‥‥コンクリート構造物  １０１‥‥コンクリート  １０２‥‥鉄筋  ２０１、２０２、２０３‥‥演算増幅器  ２４１‥‥開口部  ３３１‥‥欠損部  ５１１‥‥ＣＰＵ  ５１２‥‥Ａ／Ｄ変換回路  ５１３‥‥基板  ５１４‥‥差動増幅回路  ５１４ａ、５１４ｂ、５１４ｃ‥‥トランジスタ  ５１４ｄ‥‥カレントミラー回路  ５１５ａ、５１５ｂ‥‥層間絶縁膜  ５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃ、５１６ｄ、５１６ｅ、５１６ｆ‥‥導体部
【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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