(57)【要約】【課題】センサ素子周りの局所的な空気溜による不適切な充填判定を回避することができる充填センサアダプタを得る。【解決手段】充填センサアダプタ１００は、連通する上下２つのハウジング部からなる四角の立体状を成し、下側ハウジング部がセンサ素子収容部１１０となり、上側ハウジング部がセンサ素子収容部１１０内にコンクリート等の充填物を導入する充填物導入部１２０となっている。センサ素子収容部１１０の１つの側面にはセンサ素子２００を挿入するためのセンサ挿入口１１１が形成され、充填物導入部１２０の４つの側面夫々には充填物を流入させる充填物流入口１２１が形成されている。センサ挿入口１１１の左右両側にはセンサ素子２００を挟持する爪部１４０が設けられ、充填物導入部１２０の上面には充填センサアダプタ１００を型枠に取り付けるための両面テープ１５０が設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連通する上下２つのハウジング部からなり、少なくとも下側ハウジング部がセンサ素子を収容可能な大きさに形成されると共に、該下側ハウジング部の１つの側面には前記センサ素子を挿入するための開口部が形成され、一方、上側ハウジング部の少なくとも１つの側面には充填物を流入させるための開口部が形成されたことを特徴とする充填センサアダプタ。
【請求項２】
前記上側ハウジング部の上面に接着部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の充填センサアダプタ。
【請求項３】
前記下側ハウジング部の前記開口部に前記センサ素子の抜けを防止する挟持部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の充填センサアダプタ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の充填センサアダプタを備え、前記センサ素子をその検知面を前記充填センサアダプタの前記上側ハウジング部側に向けて前記下側ハウジング部内に装着したことを特徴とする充填センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばプレキャストコンクリートで作られた型枠へのコンクリートの充填状況を検知する充填検知装置に適用して好適な充填センサアダプタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建築物の構造体には、プレキャストコンクリートで作られた型枠（以下、プレキャストコンクリート型枠と呼ぶ）の内部に鉄筋を配し、コンクリートを充填する方法が採られている。
【０００３】
近年、デザインの多様化などからプレキャストコンクリート型枠の形状も複雑になり、その複雑な形状の末端部までコンクリートが正しく充填されているかどうかを非破壊検査で容易に検出することができる方法が望まれている。
【０００４】
従来、プレキャストコンクリート型枠内へのコンクリートの充填状況を正確、且つ、容易に検知することができる充填検知装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１で開示された充填検知装置は、予めプレキャストコンクリート型枠内に充填されるコンクリートの構成物質の振動周波数特性を数値化した基準データを用意しておき、この基準データと実際にコンクリートを充填した際の振動周波数特性の数値化データとを比較し、その比較結果に基づいてプレキャストコンクリート型枠内におけるコンクリートの充填状況を判定する。
【特許文献１】特開２００４−２０３８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の充填検知装置にあっては、充填を検知するセンサ素子をその検知面が下向きになるように取り付けた場合（この取り付け方法を「逆打ち」と言う）、図１２に示すように、センサ素子１０の検知面下に発生した空気溜（気泡）２０を検知してしまい、実際にはコンクリート等の充填物３０が充填されているにもかかわらず、空気と判定して充填物３０が未充填であるとする誤判定をしてしまう問題がある。なお、図１２において、４０はプレキャストコンクリート型枠である。また、センサ素子１０としては、上記の特許文献１でも開示されているように、例えば圧電スピーカが用いられる。
図１３はセンサ素子１０の平面図であり、金属板（振動板）１１の裏面に圧電スピーカ１２が取り付けられる。
【０００６】
因みに、センサ素子をその検知面が下向きになるように取り付ける例として、トンネルの二次覆工工程がある。このトンネルの二次覆工工程では、プレキャストコンクリート型枠内の一番高い位置までコンクリートが充填されたかどうかを確認する必要があるので、図１４のトンネル断面図に示すように、トンネル内の頂上にセンサ素子１０を逆打ちする。なお、図１４において、５０は吹き付けコンクリート、５１はアンカ、５２は防水シート、５３はプレキャストコンクリート型枠、５４は二次覆施コンクリート、５５は空洞部分である。二次覆施コンクリート５４の充填状況をセンサ素子１０で検知する。
【０００７】
この発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、センサ素子周りの局所的な空気溜による不適切な充填判定を回避することができる充填センサアダプタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は下記構成により達成される。
（１）  充填センサアダプタにおいて、連通する上下２つのハウジング部からなり、少なくとも下側ハウジング部がセンサ素子を収容可能な大きさに形成されると共に、該下側ハウジング部の１つの側面には前記センサ素子を挿入するための開口部が形成され、一方、上側ハウジング部の少なくとも１つの側面には充填物を流入させるための開口部が形成されたことを特徴とする。
【０００９】
（２）  上記（１）に記載の充填センサアダプタにおいて、前記上側ハウジング部の上面に接着部材を備えることを特徴とする。
【００１０】
（３）  上記（１）又は（２）に記載の充填センサアダプタにおいて、前記下側ハウジング部の前記開口部に前記センサ素子の抜けを防止する挟持部を備えることを特徴とする。
【００１１】
（４）  充填センサにおいて、上記（１）から（３）のいずれかに記載の充填センサアダプタを備え、前記センサ素子をその検知面を前記充填センサアダプタの前記上側ハウジング部側に向けて前記下側ハウジング部内に装着したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
上記（１）に記載の充填センサアダプタでは、充填物を上側ハウジング部から下側ハウジング部内に導入する構造を採るので、センサ素子をその検出面が上側ハウジング部側に向くように下側ハウジング部内に装着して、充填センサアダプタをコンクリート型枠内に設置することにより、センサ素子の逆打ちが解消できて、センサ素子周りの局所的な空気溜による不適切な充填判定を回避することが可能となる。
【００１３】
上記（２）に記載の充填センサアダプタでは、プレキャストコンクリート型枠に容易に取り付けることができる。
【００１４】
上記（３）に記載の充填センサアダプタでは、センサ素子の抜けを防止でき、常に正確な充填検知が可能となる。
【００１５】
上記（４）に記載の充填センサでは、上記充填センサアダプタを備えるので、センサ素子をその検出面が上側ハウジング部側に向くように下側ハウジング部内に装着することで、センサ素子周りの局所的な空気溜による不適切な充填判定を回避することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施の形態に係る充填センサアダプタの外観を示す斜視図である。また、図２は本実施の形態の充填センサアダプタをセンサ素子に装着した状態を示す平面図、図３は図２のＡ−Ａ方向から見た断面図、図４は本実施の形態の充填センサアダプタをセンサ素子に装着した状態を示す側面図、図５は図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【００１８】
図１において、本実施の形態の充填センサアダプタ１００は、連通する上下２つのハウジング部からなる略四角の立体状をなし、下側ハウジング部がセンサ素子２００（例えば図３参照）を収容するセンサ素子収容部１１０となっており、上側ハウジング部がセンサ素子収容部１１０内にコンクリート等の充填物を導入する充填物導入部１２０となっている（センサ素子収容部１１０と充填物導入部１２０は図３の断面図を参照）。
センサ素子収容部１１０と充填物導入部１２０とは開口部１３０によって連通している（開口部１３０は図５の断面図を参照）。
センサ素子収容部１１０の１つの側面にはセンサ素子２００を挿入するためのセンサ挿入口（開口部）１１１が形成されており、充填物導入部１２０の４つの側面のそれぞれには充填物を流入させる充填物流入口（開口部）１２１が形成されている。
【００１９】
センサ素子収容部１１０のセンサ挿入口１１１の左右両側には、弾性を有する爪部１４０が設けられている。なお、爪部１４０は、充填センサアダプタ１００の一部としてアダプタと一体に樹脂等で成形されている。
この２つの爪部１４０は、センサ素子２００の抜けを防止するための挟持部であり、センサ素子２００を、図中Ｐで示すセンサ素子挿入方向からセンサ挿入口１１１を介してセンサ素子収容部１１０に挿入した際に、変形後、センサ素子２００の後端部に係合してセンサ素子２００を強固に挟持する。
充填物導入部１２０の外部上面には充填センサアダプタ１００をプレキャストコンクリート型枠に取り付けるための両面テープ（接着部材）１５０が取り付けられている。
この両面テープ１５０は、図２に示すように、充填物導入部１２０の外部上面の略全てを覆う大きさに形成されている。なお、プレキャストコンクリート型枠への取り付けは両面テープ１５０に限定されるものではなく、例えば接着剤であっても構わない。要は、充填センサアダプタ１００をプレキャストコンクリート型枠に取り付けることができるものであれば如何なるものであっても良い。
【００２０】
本実施の形態に係る充填センサアダプタ１００は、以上のような構造をなしている。
実際の使用時には、充填センサアダプタ１００は、図６の断面図に示すように、センサ素子２００をその検知面を上側にしてセンサ挿入口１１１からセンサ素子収容部１１０内に挿入した後、両面テープ１５０でプレキャストコンクリート型枠４０の壁面に取り付けられる。この状態でコンクリート等の充填物３０がプレキャストコンクリート型枠４０内に充填されてゆき、充填センサアダプタ１００の充填物導入部１２０の充填物流入口１２１にまで達すると、充填物流入口１２１から充填物導入部１２０内に流入し、さらにその後、充填物導入部１２０とセンサ素子収容部１１０を連通する開口部１３０からセンサ素子２００の金属板２０２（図５参照）に達する。これにより、センサ素子２００の出力が変化し、後述する充填検知装置で充填物３０が充填されたと判定される。
充填センサアダプタ１００によってセンサ素子２００の検知面を上向きに取り付けることで、センサ素子周りの局所的な空気溜による不適切な充填判定を回避することが可能となる。
【００２１】
次に、センサ素子２００について、図７に示す部分断面図を参照して説明する。
図７において、センサ素子２００は、電気信号を機械信号に変換して出力するものであり、圧電セラミックス２０１と、圧電セラミックス２０１を固定する金属板２０２と、圧電セラミックス２０１を金属板２０２と共に収容するケース２０３と、ケース２０３を固定する台座２０４と、台座２０４とケース２０３に収容された金属板２０２との間に介挿され、ケース２０３へのコンクリートの侵入を防止するシール材２０５とを備えて構成される。なお、ケース２０３は圧電セラミックス２０１の周囲に空間を保てる大きさに形成されている。
また、センサ素子２００と装置本体とはケーブル２０６によって接続される。この場合、ケーブル２０６内の２本の電極線２０７の一方が圧電セラミックス２０１の一方の電極に接続され、他方が金属板２０２を通して圧電セラミックス２０１のもう一方の電極に接続される。
このように、センサ素子２００に圧電セラミックス２０１を使用することで装置を安価にできるとともに精度の高い検査が可能となる。
【００２２】
次に、充填センサアダプタ１００とセンサ素子２００を用いた充填検知装置について説明する。
図８は、充填検知装置３００の概略構成を示すブロック図である。
この図において、充填検知装置３００は、センサ素子２００と、同期信号発生器３０１と、可変周波数発振器３０２と、増幅器３０３と、抵抗３０４と、差動増幅器３０５と、４象限掛け算器３０６と、ローパスフィルタ３０７と、判定部３０８とを備えて構成される。なお、充填センサアダプタ１００とセンサ素子２００は充填センサを構成する。
【００２３】
同期信号発生器３０１は、可変周波数発振器３０２を繰り返し動作させるための同期信号を発生する。
可変周波数発振器３０２は、周波数が所定の周波数範囲（例えば１ｋＨｚから２０ｋＨｚ）で連続的に変化する正弦波の電気信号を発生する。この場合、同期信号発生器３０１から同期信号が出力される毎に初期周波数（例えば１ｋＨｚ）から繰り返し正弦波信号を発生する。
増幅器３０３は、可変周波数発振器３０２からの正弦波信号を、センサ素子２００を駆動できるレベルまで増幅し、加振用信号Ｖｒとして出力する。
【００２４】
抵抗３０４は、増幅器３０３とセンサ素子２００との間に直列に介挿され、その両端にはセンサ素子２００に流れる電流に対応する電圧が発生する。
センサ素子２００に流れる電流は、周波数の変化によって変化するので、抵抗３０４の両端に現れる電圧はセンサ素子２００の周波数特性を反映したものになる。
差動増幅器３０５は、抵抗３０４の両端の電圧を増幅して電圧Ｖｉを出力する。
４象限掛け算器３０６は、加振用信号Ｖｒと電圧Ｖｉを乗算してこれらの電圧に対するノイズの影響を除去する。
ローパスフィルタ３０７は、４象限掛け算器３０６の出力信号から以下で説明するｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）分を除去した信号（出力電圧Ｖｏ）を出力する。
【００２５】
判定部３０８は、図示せぬＣＰＵ(Central Processing Unit)と、ＣＰＵを動作させるためのプログラムが格納されたＲＯＭ(Read Only Memory)と、ＣＰＵの動作において使用されるＲＡＭ(Random Access Memory)と、ローパスフィルタ３０７からの出力電圧Ｖｏをデジタル変換するＡ／Ｄ(Analog Digital)変換器と、判定結果等の各種表示を行うためのＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示器とを備えて構成される。
判定部３０８は、センサ素子２００にコンクリートを接触させないときの固有の振動周波数特性を基準として、ローパスフィルタ３０７からの出力電圧Ｖｏから、センサ素子２００に対するプレキャストコンクリート型枠内におけるコンクリート等の充填物の充填状況を判定し、その結果（良否）を上記表示器に表示する。因みに、センサ素子２００の固有の振動周波数特性を一度設定しておくことで、以後メンテナンス時以外は再設定する必要がなくなる。なお、センサ素子２００の固有の振動周波数特性は上記ＲＡＭに記憶される。
【００２６】
次に、上記した構成の充填検知装置３００の動作を説明する。
可変周波数発振器３０２にて発生した正弦波信号が増幅器３０３で増幅されて加振用電圧Ｖｒとしてセンサ素子２００と４象限掛け算器３０６に印加される。加振用電圧Ｖｒがセンサ素子２００に印加されることによってセンサ素子２００に機械的振動が発生し、センサ素子２００に流れる電流に対応する電圧が抵抗３０４に発生する。この電圧が差動増幅器３０５にて増幅されて電圧Ｖｉが得られ、その電圧Ｖｉが４象限掛け算器３０６に入力される。一方、４象限掛け算器３０６には加振用電圧Ｖｒも印加されるので、この加振用電圧Ｖｒと差動増幅器３０５からの電圧Ｖｉとが乗算されて、これらの電圧に対するノイズが除去される。ノイズが除去された４象限掛け算器３０６からの出力信号は、ローパスフィルタ３０７にてｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）成分が除去されて出力電圧Ｖｏが得られる。
【００２７】
この出力信号Ｖｏは、加振用電圧Ｖｒの周波数変化に対するセンサ素子２００の周波数特性（振幅と位相）を反映した信号になる。このときセンサ素子２００の表面に充填物が接触していないと、図９に示すように、センサ素子２００の持つ固有振動数付近の周波数にピークを持った電圧が現れる（４．７ｋＨｚのピーク点）。これに対して、センサ素子２００の周りにコンクリートが充填されると、図１０に示すように、センサ素子２００の振動特性が変化してピーク電圧の位置と大きさが変化する（３．４ｋＨｚのピーク点）。すなわち、ピーク電圧が殆ど無い状態になる。判定部３０８は、このピーク電圧の変化からコンクリートの充填状況を判定し、その結果を表示器に表示する。これにより、ユーザはコンクリートの充填を容易に判別することができる。
【００２８】
次に、上記作動原理を、数式を用いて説明する。
ここで、Ｖｒ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）、Ｖｉ＝Ｂｓｉｎ（ωｔ＋β）とする。但し、Ａ，Ｂは振幅、ωｔは周波数、αとβは位相のずれとする。
Ｖｒ×Ｖｉ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）×Ｂｓｉｎ（ωｔ＋β）
＝ＡＢ［ｃｏｓ（β−α）−ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）］／２  （１）
【００２９】
式（１）のｃｏｓ（β−α）の部分は、位相差に合わせて変化する直流成分であり、ここに電圧Ｖｉの振幅成分も含まれる。また、ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）の部分は、元の加振用電圧Ｖｒと電圧Ｖｉの２倍の周波数の信号である。必要とする周波数特性の情報は、電圧Ｖｉの振幅（大きさ）であるので、式（１）のｃｏｓ（β−α）のみで良い。したがって、ローパスフィルタ２０７を通過させてｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）の成分を除去すればよい。このようにして出力電圧Ｖｏには周波数特性が電圧の形で現れる。図９及び図１０で示したように、プレキャストコンクリート型枠内等の空間内にコンクリートが充填されると、ピークの周波数とレベルが変化することで、その状況を検知することができる。
【００３０】
このように、本実施の形態によれば、充填センサアダプタ１００は、充填物を上側ハウジング部１２０から下側ハウジング部１１０に導入する構造を採るので、センサ素子２００をその検出面が上側ハウジング部１２０側に向くように下側ハウジング部１１０内に装着して、充填センサアダプタ１００をコンクリート型枠内に設置することにより、センサ素子の逆打ちが解消できて、センサ素子周りの局所的な空気溜による不適切な充填判定を回避することが可能となる。
【００３１】
また、上側ハウジング部１２０の上面に両面テープ１５０を備えるので、充填センサアダプタ１００をプレキャストコンクリート型枠に容易に取り付けることができる。
【００３２】
また、下側ハウジング部１１０のセンサ挿入口１１１にセンサ素子２００の抜けを防止する２つの爪部１４０からなる挟持部を備えるのでセンサ素子２００の充填センサアダプタ１００からの抜けを防止でき、常に正確な充填検知が可能となる。
【００３３】
なお、上記実施の形態では、充填センサアダプタ１００の形状を四角の立体状としたが、下側ハウジング部１１０がセンサ素子２００を収容できる形状であれば、上側ハウジング部１２０がどのような形状であっても構わない。なお、充填物導入部１２０は、４つの側面全てに充填物流入口１２１を形成する必要はないが、充填物を効率良く導入するにはできるだけ多い方が良い。また、充填物流入口１２１は、１つの側面に１つ設けることに限定されるものではなく、複数設けるようにしても良い。
【００３４】
また、上記実施の形態では、コンクリートのプレキャストコンクリート型枠等の閉鎖空間内への充填状況の検出について述べたが、他の木製型枠や鋼材で作られた型枠内への充填状況の検出等に使用できることは述べるまでもない。また、トンネルの他、例えば図１１に示すように、型枠４００内に天面があり、コンクリートが流れ難い部位４０１への使用も勿論可能である。すなわち、天面がある部位４０１では、センサ素子２００の検知面は上向きで、その他の部位即ち垂直方向の鉄筋５００では、センサ素子２００の検知面は横向きになる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、センサ素子周りの局所的な空気溜による不適切な充填判定を回避することができるといった効果を有し、コンクリートのプレキャストコンクリート型枠等の閉鎖空間内への充填状況を検出する充填検知装置への適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る充填センサアダプタの外観を示す斜視図である。
【図２】本実施の形態に係る充填センサアダプタをセンサ素子に装着した状態を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ方向から見た断面図である。
【図４】本実施の形態に係る充填センサアダプタをセンサ素子に装着した状態を示す側面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】本実施の形態に係る充填センサアダプタの使用時を示す断面図である。
【図７】センサ素子の概略構成を示す部分断面図である。
【図８】充填検知装置の概略構成を示すブロック図である。
【図９】図８の充填検知装置での測定結果の一例を示す図で、プレキャストコンクリート型枠内にコンクリートが無い場合の出力電圧波形図である。
【図１０】図８の充填検知装置での測定結果の一例を示す図で、プレキャストコンクリート型枠内にコンクリートが有る場合の出力電圧波形図である。
【図１１】本実施の形態に係る充填センサアダプタの用途の一例を示す断面図である。
【図１２】従来の充填センサ素子の使用時を示す図である。
【図１３】図１２の従来の充填センサ素子の平面図である。
【図１４】図１２の従来の充填センサの用途の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
３０  充填物
４０  プレキャストコンクリート型枠
１００  充填センサアダプタ
１１０  センサ素子収容部
１１１  センサ挿入口（開口部）
１２０  充填物導入部
１２１  充填物流入口（開口部）
１３０  開口部
１４０  爪部
１５０  両面テープ
２００  センサ素子
２０１  圧電セラミックス
２０２  金属板
２０３  ケース
２０４  台座
２０５  シール材
２０６  ケーブル
２０７  電極線
３００  充填検知装置
３０１  同期信号発生器
３０２  可変周波数発振器
３０３  増幅器
３０４  抵抗
３０５  差動増幅器
３０６  ４象限掛け算器
３０７  ローパスフィルタ
３０８  判定部
【図１】
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【図２】
2007139657.tif 000004
【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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