(57)【要約】      （修正有）【課題】弾性層の硬化状態を簡便に判断できるセンサモジュールを提供する。【解決手段】センサモジュール１０は、弾性層５と、弾性層上に設けられたフィルム７と、構造物の性質に係る物理量を検知するセンサ６と、第１方向に延びた第１パターン２１と、第１方向と交差する方向に延びた第２パターン２２と、を備え、センサ６及び第１パターン２１は、フィルム７の下方に設けられ、フィルム７上において、第２パターン２２が設けられ、第１パターン２１及び第２パターン２２の少なくとも一方は、構造物上の下地層１１１のマーカー２３と重なる領域を有する。【選択図】図１Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性層と、前記弾性層上に設けられたフィルムと、構造物の性質に係る物理量を検知するセンサと、第１方向に延びた第１パターンと、前記第１方向と交差する方向に延びた第２パターンと、を備え、
前記センサ及び前記第１パターンは、前記フィルムの下方に設けられ、
前記フィルム上において、前記第２パターンが設けられ、
前記第１パターン及び前記第２パターンの少なくとも一方は、前記構造物上の下地層のマーカーと重なる領域を有する、センサモジュール。
【請求項２】
前記フィルム及び前記弾性層は、
前記センサが設けられた領域と、前記第１パターン及び前記第２パターンが設けられた領域を分離可能なミシン線が設けられる、請求項１に記載のセンサモジュール。
【請求項３】
前記フィルム及び前記弾性層は、
前記第１パターン及び前記第２パターンが設けられた領域を複数有し、
前記複数の領域を各々分離可能なミシン線が設けられる、請求項１に記載のセンサモジュール。
【請求項４】
前記弾性層の歪みを計測する歪みセンサ及び前記歪みセンサ上に配線をさらに有し、
前記弾性層において、前記歪みセンサは、前記フィルムに接して設けられ、
前記配線は、前記フィルム上に設けられる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のセンサモジュール。
【請求項５】
前記センサは、前記構造物の歪みを計測する歪みセンサ、加速度センサ、熱センサ、温室センサ、ＡＥ（アコースティックエミッション）センサのいずれかを含む請求項１乃至４のいずれか一項に記載のセンサモジュール。
【請求項６】
前記フィルムは、透明である請求項１乃至５のいずれか一項に記載のセンサモジュール。
【請求項７】
前記フィルムには厚み方向に孔が設けられ、
前記孔には電極を有し、
前記孔から前記電極の端子が露出するように構成される請求項１乃至６のいずれか一項に記載のセンサモジュール。
【請求項８】
前記フィルムは、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレートのいずれかを含む請求項１乃至７のいずれか一項に記載のセンサモジュール。
【請求項９】
前記弾性層は、粘接着性を有する粘接着層である請求項１乃至８のいずれか一項に記載のセンサモジュール。
【請求項１０】
前記弾性層は、光硬化性を有する層である請求項１乃至９のいずれか一項に記載のセンサモジュール。
【請求項１１】
前記弾性層は、アクリル系樹脂又はエポキシ系樹脂を含む請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のセンサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、構造物の性質に係る物理量を検知するセンサ等を備えるセンサモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
道路、鉄道、港湾、ダム、建築物等の社会資本を構成する構造物の老朽化に対し、適切な維持管理が求められている。例えば、自動車道路や鉄道等における橋梁、トンネル、法面におけるコンクリート壁等においては、外壁の剥落があると大きな事故の原因となるため、定期的な点検及び検査を行い、必要箇所の補修工事が適宜行われている。
【０００３】
構造物の定期点検等は、従来、センサを構造物に取り付けることにより行われてきた。特許文献１には、センサを構造物に接着シート（以下、弾性層ともいう）によって設置する技術が開示されていている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１９４４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
センサを、構造物に貼り合わせた後、弾性層が完全に硬化するまでの時間が気温や湿度に応じて変化する。接着シートが硬化するまでの間は、弾性層の形状が不安定であるため、安定したセンシングデータが得られないという問題がある。よって、弾性層がいつ硬化したのかを判断する必要がある。
【０００６】
しかしながら、弾性層が硬化したか否かの判断は、弾性層の外観から行うことが困難である。
【０００７】
上記問題に鑑み、本開示は、弾性層の硬化状態を簡便に判断できるセンサモジュールを提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示に係るセンサモジュールは、弾性層と、弾性層上に設けられたフィルムと、構造物の性質に係る物理量を検知するセンサと、第１方向に延びた第１パターンと、第１方向と交差する方向に延びた第２パターンと、を備え、弾性層において、センサ及び第１パターンは、フィルムに接して設けられ、フィルム上において、第２パターンが設けられ、第１パターン及び第２パターンの少なくとも一方は、構造物の下地のマーカーと重なる領域を有するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、弾性層の硬化状態を簡便に判断できるセンサモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】第１の開示に係るセンサモジュールの平面図である。
【図１Ｂ】第１の開示に係るセンサモジュールの断面図である。
【図２Ａ】第１の開示に係るセンサモジュールの硬化確認方法を説明する平面図である。
【図２Ｂ】第１の開示に係るセンサモジュールの硬化確認方法を説明する平面図である。
【図３Ａ】第１の開示に係るセンサモジュールを貼付する方法を説明する断面図である。
【図３Ｂ】第１の開示に係るセンサモジュールを貼付する方法を説明する断面図である。
【図４Ａ】第２の開示に係るセンサモジュールの平面図である。
【図４Ｂ】第２の開示に係るセンサモジュールの断面図である。
【図５Ａ】第２の開示に係るセンサモジュールの平面図である。
【図５Ｂ】第２の開示に係るセンサモジュールの断面図である。
【図６Ａ】第３の開示に係るセンサモジュールの平面図である。
【図６Ｂ】第３の開示に係るセンサモジュールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本開示の実施の形態を、図面等を参照しながら説明する。但し、本開示は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に例示する実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本開示の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。また、説明の便宜上、上方又は下方という語句を用いて説明するが、上下方向が逆転してもよい。
【００１２】
本明細書において、ある部材又は領域が、他の部材又は領域の「上に（又は下に）」あるとする場合、特段の限定がない限り、これは他の部材又は領域の直上（又は直下）にある場合のみでなく、他の部材又は領域の上方（又は下方）にある場合を含み、すなわち、他の部材又は領域の上方（又は下方）において間に別の構成要素が含まれている場合も含む。
【００１３】
〈第１の開示〉
本開示に係るセンサモジュールの構成について、図１Ａ乃至図２Ｂを参照して説明する。図１Ａに、本開示に係るセンサモジュール１０の平面図を示し、図１Ｂに、図１ＡのＡ１−Ａ２線に沿った断面図を示す。
【００１４】
［センサモジュールの構成］
図１Ａに示すように、センサモジュール１０は、センサ６が設けられる領域と、第１パターン２１及び第２パターン２２が設けられる領域を有する。また、第１パターン２１及び第２パターン２２の少なくとも一方は、マーカー２３と重なる領域を有する。また、図１Ｂでは、センサモジュール１０が、マーカー２３を含む下地層１１１を介して、構造物１００に貼り合わされた状態を示している。図１Ｂに示すように、センサモジュール１０は、弾性層５と、弾性層５上に設けられたフィルム７と、構造物１００の性質に係る物理量を検知するセンサ６と、第１方向に延びた第１パターン２１と、第１方向と交差する方向に延びた第２パターン２２と、を備える。
【００１５】
フィルム７は、センサ６を外部からの衝撃などから保護する機能を有する。また、フィルム７は、センサ６を、水蒸気や紫外線（ＵＶ）から守る機能を有していても良い。フィルム７として、例えば、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、エポキシ、ポリイミド、液晶ポリマー等を使用することができる。また、フィルム７として、透明な材質のものを使用することにより、構造物１００に亀裂が生じた場合、ユーザが構造物１００の亀裂の状態を確認しやすくなるため、好ましい。また、フィルム７は、湾曲可能であり、平面的に広がった形態もとれ、湾曲した形態もとれる。
【００１６】
センサ６は構造物１００の性質に係る物理量を検知する機能を有する。センサ６として、例えば、歪みセンサ、加速度センサ、熱センサ、温室センサ、ＡＥ（アコースティックエミッション）、音センサ、表面弾性波センサ、超音波センサ、ＧＰＳ（グローバルポジションシステム）センサ、距離センサ（測距センサ）等が使用を使用することができる。例えば、構造物１００の歪みを検知するためには、センサ６として、歪みセンサを使用することが好ましい。また、センサ６として、上述のセンサを、単体で使用しても良く、２つ以上を適宜組み合わせて使用しても良い。また、センサ６として、一種類のセンサを複数個使用しても良い。上述のセンサを使用することにより、構造物１００の歪み、振動、熱、環境音、ひび割れ、位置等の変化のいずれかを監視することができる。
【００１７】
また、図示しないが、センサ６には、センサ６の検出情報を処理するデータ処理部が内蔵され、データ処理部から出力される測定データを外部危機に無線で出力する構成が含まれていてもよい。また、センサ６に、振動発生素子、太陽電池、蓄電池、電源コントローラを含む電源部が設けられてもよい。上記構成を有することにより、センサモジュール１０は、構造物１００の情報を外部に送信できる構成にすることも可能である。
【００１８】
センサ６は、フィルム７の下方に設けられている。また、センサ６は、接着材層８によってフィルム７に貼り合わされている。なお、本開示においては、センサ６を、フィルム７の下方に設ける例を示すが、これに限定されず、フィルム７の上方に設けてもよい。
【００１９】
また、フィルム７には厚み方向に孔７ａが形成され、孔７ａには電極９が配置されている。また、電極９は、配線１１を介してセンサ６と接続されている。なお、孔７ａから電極９の端子９ａが露出されていてもよい。
【００２０】
弾性層５として、粘着性と接着性とを共に有する粘接着層、粘着性を有する粘着層、又は接着性を有する接着層のいずれかを使用することができる。弾性層５によって、センサモジュール１０を、簡便に構造物１００に貼り付けることができる。なお、粘着性とは、タックなどと表現されるようなベタつきのように一時的な接着現象を意味し、接着性とは、半永久的な接着現象を意味し、区別されることがある。
【００２１】
弾性層５として、例えば、アクリル系樹脂やエポキシ系樹脂を使用することができる。また、弾性層５には、潜在性硬化剤、紫外線や電子線を照射することで塩基を発生する硬化触媒及びメルカプト基を有する硬化剤、フェノール性水酸基を有する硬化剤が含まれても良い。弾性層５に上述の硬化剤が含まれることにより、弾性層５は、空気に触れて経時的に硬化する層、光硬化性を有する層、常温で硬化する層、又は熱硬化性を有する層のいずれかの機能を有していてもよい。
【００２２】
センサモジュール１０を、構造物１００に貼り合わせた後、弾性層５が完全に硬化するまでに、気温や湿度に応じて、１日から３日かかる場合がある。この間は、弾性層５の形状が不安定であるため、安定したセンシングデータが得られないという問題がある。よって、弾性層５がいつ硬化したのかを判断する必要がある。しかしながら、弾性層５が硬化したか否かの判断は、弾性層５の外観から行うことは困難である。
【００２３】
そこで、本開示に係るセンサモジュール１０では、フィルム７の下方に、第１方向に延びた第１パターン２１、及びフィルム７の上方に、第１方向と交差する方向に延びた第２パターン２２を設ける。また、第１パターン２１及び第２パターン２２の少なくとも一方は、構造物１００上の下地層１１１のマーカー２３と重なる領域を有している。なお、マーカー２３は、下地層１１１に意図的に設けられたパターンや、下地層１１１につけられたキズであってもよい。また、マーカー２３は、下地層１１１ではなく、構造物１００に意図的に設けられたパターンや、構造物１００につけられたキズであってもよい。マーカー２３は、マイクロスコープなどで光学的に観察できるものであればよい。
【００２４】
次に、弾性層５の硬化状態を確認する方法について、図２Ａ及び図２Ｂを参照して説明する。図２Ａ及び図２Ｂには、第１方向に延びた第１パターン２１、第１方向と交差する方向に延びた第２パターン２２、及びマーカー２３を、フィルム７の上から平面視した図を示す。なお、図２Ａ及び図２Ｂにおいては、第１パターン２１及び第２パターン２２が５本ずつ配置される例について示すが、第１パターン２１及び第２パターン２２の数は特に限定されない。
【００２５】
図２Ａに示すように、第１パターン２１及び第２パターン２２の少なくとも一方は、構造物１００上の下地層のマーカー２３と重なる領域を有している。この状態において、第１パターン２１及び第２パターン２２をフィルム７の上から押圧する。弾性層５が完全に硬化する前の状態では、弾性層５の形状が変化してしまう。図２Ｂに示すように、第１パターン２１及び第２パターン２２と、下地層１１１のマーカー２３との位置関係が変化してしまう。ユーザは、マイクロスコープなどで観察することにより、弾性層５が完全に硬化する前の状態であるとわかる。また、第１パターン２１及び第２パターン２２が移動した量によって、弾性層５がどの程度硬化しているかを確認することができる。なお、図２Ｂにおいて、点線で示した領域は、フィルム７を押圧する前の第１パターン２１及び第２パターン２２の位置を示しており、実線は、フィルム７を押圧した後の第１パターン２１及び第２パターン２２の位置を示している。また、白抜きの矢印は、第１パターン２１及び第２パターン２２が動いた向きである。
【００２６】
また、第１パターン２１及び第２パターン２２をフィルム７の上から押圧した場合に、第１パターン２１及び第２パターン２２と、マーカー２３との位置関係が変化しなければ、ユーザは、弾性層５が完全に硬化した後の状態であるとわかる。弾性層５が十分に硬化していれば、センサ６によって、構造物１００についてセンシングを開始することが可能となる。
【００２７】
本開示に係るセンサモジュール１０の構成によれば、弾性層５の硬化状態を簡便に判断することができる。
【００２８】
なお、本開示では、第１パターン２１及び第２パターンの少なくとも一方と、マーカー２３とが重なる構成について説明したが、本開示はこれに限定されない。フィルム７の押圧前後で、第１パターン２１及び第２パターン２２と、マーカー２３との位置関係が変化したことがわかるように配置されていればよい。また、マーカー２３の形状や大きさについても、フィルム７の押圧前後で、第１パターン２１及び第２パターン２２と、マーカー２３との位置関係が変化したことがわかるようなものであればよい。なお、図１Ｂ、図２Ａ、及び図２Ｂにおいて、第１パターン２１をフィルム７の下面に設け、第２パターンをフィルム７の上面に設ける構成について示したが、本開示はこれに限定されない。フィルム７の下面のみに、格子状のパターンを設ける構成であってもよいし、フィルム７の上面のみに、格子状のパターンを設ける構成であってもよい。フィルム７の押圧前後で、格子状のパターンと、下地層のマーカー２３との位置関係が変化したことがわかるようなものであればよい。
【００２９】
［センサモジュールを構造物に貼り合わせる方法］
次に、本開示に係るセンサモジュール１０を、構造物１００に貼り合わせる方法について説明する。
【００３０】
図３Ａに示すセンサモジュール１０において、弾性層５は、粘着性を有しており、硬化する前の状態である。当該弾性層５には、剥離フィルム５０が設けられている。ここで、弾性層５の厚さは、５０μｍ以上５００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以上２５０μｍ以下とする。弾性層５は、この範囲内の厚さであれば、センサモジュール１０を構造物１００に貼りつけるために必要な粘着力を有する。また、加熱や光照射等により硬化させた後に高い接着力を有することができる。
【００３１】
弾性層５の厚さが５０μｍ未満である場合は、弾性層５が薄くなり、粘着力と接着力が不十分になることがある。一方、弾性層５の厚さが５００μｍを超えると、弾性層５に加熱や光照射等をした後の硬化が十分進行しない、または硬化時間が長くなることがある。また、弾性層５の面内膜厚ばらつきは、上記厚さの範囲内で±１０μｍ以内であることが好ましい。弾性層５の厚さが均一化されていることにより、構造物１００に対するセンサモジュール１０の貼り付け状態のばらつきが低減される。
【００３２】
例えば、センサモジュール１０を構造物１００に貼り合わせる際には、弾性層５に対して、剥離フィルム５０越しに光を照射して、弾性層５の硬化反応を開始させる。弾性層５は、光照射後から徐々に硬化が進むため、数時間は粘着性を保っている。弾性層５に光を照射した後、速やかに弾性層５に設けられた剥離フィルム５０を剥離する。
【００３３】
次に、図３Ｂに示すように、センサモジュール１０の弾性層５を、構造物１００上の下地層１１１に付着させる。このとき、センサモジュール１０に設けられた第１パターン２１及び第２パターン２２の少なくとも一方と、下地層１１１のマーカー２３とが重なるように、センサモジュール１０を構造物１００に貼り合わせることが好ましい。
【００３４】
弾性層５は、加熱処理、光照射（紫外線の波長が好ましい）、又は電子線照射されることによって硬化する。または、弾性層５は、室温によって徐々に硬化させてもよい。
【００３５】
本開示に係るセンサモジュール１０では、第１パターン２１及び第２パターン２２の少なくとも一方が、構造物１００上の下地層１１１のマーカー２３と重なるように配置されている。これにより、第１パターン２１及び第２パターン２２をフィルム７の上から押圧して、第１パターン２１及び第２パターン２２と、マーカー２３との位置関係を観察することにより、弾性層５の硬化状態を確認することができる。
【００３６】
〈第２の開示〉
本開示では、第１の開示に係るセンサモジュールとは一部異なる構成について、図４Ａ乃至図５Ｂを参照して説明する。図４Ａに、本開示に係るセンサモジュール１０の平面図を示し、図４Ｂに、図４ＡのＡ１−Ａ２線に沿った断面図を示す。なお、第１の開示に示すセンサモジュール１０と同じ構成については、詳細な説明は省略する。
【００３７】
［センサモジュールの構成］
図４Ａに示すように、本の開示に係るセンサモジュール１０は、フィルム７及び弾性層５において、センサ６が設けられた領域２４と、第１パターン２１及び第２パターン２２が設けられた領域２５ａ、２５ｂを分離可能なミシン線２８が設けられている。
【００３８】
また、図４Ａに示すように、フィルム７及び弾性層５において、第１パターン２１及び第２パターン２２が設けられた領域を複数２５ａ、２５ｂ有している。また、複数の領域２５ａ、２５ｂを各々分離可能なミシン線２８が設けられている。図４Ｂには、ミシン線２８によって、フィルム７及び弾性層５が一部分離されている状態を示す。
【００３９】
第１パターン２１及び第２パターン２２が設けられた領域２５ａ、２５ｂは、ミシン線２８によって、分離することが可能である。例えば、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、領域２５ａにフック２６を貼付し、ばね秤で引き抜くことで、領域２５ａを分離することができる。図５Ｂにおいては、ミシン線２８が弾性層５に達している場合について示しているが、ミシン線２８は、弾性層５に達していなくていてもよい。
【００４０】
また、弾性層５は、接着強度または硬化した状態での引っ張り強度についてあらかじめ測定しておく。これにより、領域２５ａを引っ張ることで得られた強度により、弾性層５の硬化状態を判断することができる。弾性層５が十分に硬化していれば、センサ６によって、構造物１００についてセンシングを開始することが可能となる。
【００４１】
本開示に係るセンサモジュール１０を構造物１００に貼付しておき、例えば、一年後に領域２５ａのみを分離することができる。センサモジュール１０は、構造物１００と同じ環境に曝されている。そのため、第１パターン２１及び第２パターン２２が設けられた領域２５ａを分離して、分析を行うことにより、構造物１００が劣化した原因を分析することが可能である。また、第１パターン２１及び第２パターン２２が設けられた領域を複数設けることにより、定期的に領域を分離して、定期的に分析を行うことができる。
【００４２】
また、第１パターン２１及び第２パターン２２を、銅により形成する。これにより、時間が経過した後に、第１パターン２１及び第２パターン２２の色味を観察することで、第１パターン２１及び第２パターン２２の腐食の状態を確認することができる。また、腐食の状態を確認することで、本開示に係るセンサモジュールが、継続使用が可能かどうかを判断することができる。例えば、ある基準以上に腐食が進んでいた場合、早期にセンサモジュールの交換が必要、という判断が下せる。
【００４３】
〈第３の開示〉
本開示では、第１及び第２に係るセンサモジュールとは一部異なる構成について、図６Ａ及び図６Ｂを参照して説明する。図６Ａに、第３の開示に係るセンサモジュール１０の平面図を示し、図６Ｂに、図６ＡのＡ１−Ａ２線に沿った断面図を示す。なお、第１及び第２に係るセンサモジュール１０と同じ構成については、詳細な説明は省略する。
【００４４】
［センサモジュールの構成］
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、本開示に係るセンサモジュール１０は、センサ６とは別のセンサ１６が設けられている。当該センサ１６は、弾性層５の硬化状態を確認するために設けられている。
【００４５】
センサ１６として、例えば、歪みセンサを使用することができる。また、センサ１６はセンサ６と同様に粘着層１８を介して、フィルム７の下面に貼り合わされている。また、フィルム７上には、配線２７が設けられている。また、配線２７は、センサ１６と重なる領域に設けられている。
【００４６】
センサ１６上に配線が設けられていない場合、フィルム７の上から押圧しても、センサ１６の全体が押されてしまうため、弾性層５の歪みを検出することができない。センサ１６上に配線２７を設けることにより、フィルム７の上から押圧すると、配線２７に力が集中するため、センサ１６に歪みを加えることができる。センサ１６によって歪みが検出されれば、弾性層５は未硬化状態であり、歪みが検出されなければ、弾性層５は十分に硬化していると判断することができる。弾性層５が十分に硬化していれば、センサ６によって構造物１００についてセンシングを開始することが可能となる。
【００４７】
また、構造物１００の歪み用のセンサ６と弾性層５の歪み用のセンサ１６は、同じセンサを用いても良いし、別のセンサを用いてもよい。処理回路も、同じものを用いても良いし、別の処理回路を用いてもよい。センサ６周辺の弾性層５の硬化状態を推定するためにセンサ１６を設けているが、センサ６と同じものの方が、センサ６とセンサ１６の構造や特性による差を考慮する必要が無くなるので、より好ましい。
【００４８】
第１乃至第３の開示に係るセンサモジュール１０は、センサ６を構造物１００に容易に取り付けることが可能である。また、取り付け品質のばらつきを抑制することができる。さらに、センサ６の耐久性を向上させることができる。特に、直射日光や水分威対するセンサ６の耐久性が向上することで、センサ６の取り付け精度の向上や検知の再現性が向上する。
【００４９】
また、第１乃至第３の開示に係るセンサモジュール１０を、構造物１００に取り付けた後、弾性層５の硬化状態を簡便に確認することができる。これにより、弾性層５の硬化後、直ちに構造物１００についてセンシングを開始することができる。
【符号の説明】
【００５０】
５：弾性層、６：センサ、７：フィルム、７ａ：孔、８：接着材層、９：電極、９ａ：端子、１０：センサモジュール、１１：配線、１６：センサ、１８：粘着層、２１：第１パターン、２２：第２パターン、２３：マーカー、２４：領域、２５ａ：領域、２５ｂ：領域、２６：フック、２７：配線、２８：ミシン線、５０：剥離フィルム、１００：構造物、１１１：下地層
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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