(57)【要約】【課題】鋼構造物の維持管理上，亀裂モニタリングは重要である。本発明は，従来法である線状センサや亀裂検出テープによる亀裂検出方法の問題点に鑑み，鋼構造物の亀裂維持管理コストを低減し省力化を狙いとした亀裂検出センサと，その亀裂検出センサを使用した測定装置及び測定方法，ならびに亀裂検出センサの製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】構造物の亀裂発生及び進展により電気抵抗値が増加するセンサエレメントと，当該センサエレメントの電気抵抗値を測定する測定回路と，外部のアクティベータから非接触で駆動電力を取り込むアンテナと，前記電気抵抗値を前記アクティベータに非接触で送信する通信回路とを備える亀裂検出センサを用いる。【選択図】図２
2007263674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被亀裂検出構造物の亀裂発生及び進展により電気抵抗値が増加するセンサエレメントと，当該センサエレメントの電気抵抗値を測定する測定回路と，外部のアクティベータから非接触で駆動電力を取り込むアンテナと，前記電気抵抗値を前記アクティベータに非接触で送信する通信回路とを備えることを特徴とする亀裂検出センサ。
【請求項２】
前記センサエレメントが，電気的絶縁部材で被覆された一本又は複数本の導体若しくは抵抗体と，当該導体又は抵抗体に接続された２箇所以上の電気抵抗測定用端子とを有することを特徴とする請求項１に記載の亀裂検出センサ。
【請求項３】
前記一本又は複数本の導体若しくは抵抗体が，線状で，且つそれぞれの両端部に前記電気抵抗測定用端子を有し，前記測定回路は，前記それぞれの導体又は抵抗体の電気抵抗値を測定することを特徴とする請求項２に記載の亀裂検出センサ。
【請求項４】
前記導体又は抵抗体を複数本有し，当該複数本の導体若しくは抵抗体が，線状で，且つ，それぞれの片側一方の端部に前記電気抵抗測定用端子を有し，それぞれのもう一方の端部は互いに接続されて一つの共通の前記電気抵抗測定用端子を有することを特徴とする請求項２に記載の亀裂検出センサ。
【請求項５】
前記導体又は抵抗体を複数本有し，当該複数本の導体又は抵抗体が，線状で，且つ，並列回路を形成し，前記並列回路の両端部に前記電気抵抗測定用端子を有することを特徴とする請求項２に記載の亀裂検出センサ。
【請求項６】
前記センサエレメントにおいて，前記導体又は抵抗体が帯状であり，当該帯状の導体又は抵抗体の２箇所に電気抵抗測定用端子を有することを特徴とする請求項２に記載の亀裂検出センサ。
【請求項７】
前記導体若しくは抵抗体が導電塗料により形成されたことを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の亀裂検出センサ。
【請求項８】
前記亀裂検出センサは，更に，前記亀裂検出センサ固有の識別コード，前記センサエレメント固有の識別コードの少なくともいずれかを記憶するメモリを有し，前記通信回路は，前記電気抵抗値に加えて，前記識別コードを送信する機能を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の亀裂検出センサ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の亀裂検出センサを用いた亀裂測定装置であって，前記亀裂検出センサと，当該亀裂検出センサに駆動電力を非接触で送付し，かつ，前記亀裂検出センサ固有の識別コード又は前記センサエレメント固有の識別コードの少なくともいずれかと前記電気抵抗値，又は前記電気抵抗値を非接触で受信する機能を有するアクティベータとを備えることを特徴とする亀裂測定装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の亀裂測定装置を用いた亀裂発生及び進展の測定方法であって，前記亀裂検出センサを構造物に貼り付け，当該亀裂検出センサに前記アクティベータより駆動電力を非接触で送信し，かつ，前記センサエレメントの電気抵抗値，又は電気抵抗値及び前記識別コードを，非接触で受信して，構造物の亀裂発生又は進展を測定することを特徴とする亀裂測定方法。
【請求項１１】
請求項７に記載の亀裂検出センサにおけるセンサエレメントの製造方法であって，シート状の電気的絶縁部材上に電気抵抗測定端子を取付け，その上に所定の回路線部をくり貫いた遮蔽板を載置した後，導電塗料を塗布して前記回路線部に導体若しくは抵抗体を形成し，当該形成された導体若しくは抵抗体を更に電気的絶縁部材で被覆することを特徴とする亀裂検出センサ用センサエレメントの製造方法。
【請求項１２】
請求項２に記載の亀裂検出センサにおけるセンサエレメントの製造方法であって，シート状の電気的絶縁部材上に金属材料を接着し，その上に感光性レジストを塗布した後，所定の回路線部が描かれた光遮蔽板を介して，露光により前記感光性レジスト上に前記回路線部を露光部と未露光部に分けて転写させ，その後，露光部または未露光部の前記感光性レジストを除去し，更に，前記感光性レジストが除去されて露出した前記金属材料部をエッチング処理により取り除いて，前記導体又は抵抗体を形成し，当該導体又は抵抗体に電気抵抗測定端子を取付けた後，その上を電気的絶縁部材で被覆してセンサエレメントを形成することを特徴とする亀裂検出センサ用センサエレメントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は，亀裂の発生が予測される監視対象物の表面に形成され，この監視対象物の亀裂の発生及びこの亀裂進展を監視する亀裂検出技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼構造物は，繰り返し荷重を受けることで引張荷重の作用する部位に疲労亀裂が発生する。初期段階では小さな亀裂でも，繰返し継続されることで成長し，最終的に大きな変形や脆性的破壊につながることがある。このような重大変状を未然に防止する目的で，変状部位別に許容される変状程度を超える恐れがあった場合には，補修や補強のために工事が行われている。通常，鋼構造物の重大変状は，複数年かけて進展するため変状発生時に直ちに補修や補強を行う必要はない。また，変状の中には進展が途中で止まる場合もあるため，補修や補強の必要性を判定するためには変状発生後の進展を監視する必要がある。
【０００３】
これまで，上記のような目的で鋼構造物の亀裂をモニタリングする手法が種々開発されている。例えば，特許文献１には，疲労亀裂が生じやすい領域に連続した１本の線状センサを波形形状に折り曲げて貼り付け，亀裂によるこのセンサの破断を常時通電計測しデータローガーに測定データを蓄積するとともに，遠隔地に無線伝送するシステムが記載されている。しかしながら，実際の構造物は構造が複雑で，実橋梁などでは疲労亀裂が懸念される箇所は１橋に通常は数十箇所もあり，夫々は離れている場合が多い。したがって1本の連続した線状センサを配置するには，無駄が多く施工も極めて煩雑となる。また，これらの多くの個所に設置されたセンサ測定を行い，データを記録保存するには100V電源等を必要とする計測機器を配置しなければならない。そしてこれら装置を常に維持管理していく必要もある。したがって，このような測定システムでは初期投資，ランニング経費ともにコスト高となり，広く採用されるには到っていない。
【０００４】
また，特許文献２には，トンネルの亀裂が生じやすい領域に貼り付けで亀裂検出を容易に行うことを目的としたテープとして，通電層を上下2層の絶縁層で挟み込み被覆して，最下層には対象物に接着させるための接着層を有する亀裂検出テープ及び亀裂検出システムが記載されている。しかしながら，この亀裂検出テープでは亀裂の生じたことは検出できるが，生じた亀裂が進展し成長していく過程をモニタリングすることができない。既存の構造物では，多くの場合，すでに幾つかの亀裂は存在しており，この亀裂が時間経過ととともにどのように進展していくかが維持管理の大きな課題となっている。また，特許文献１と同様に，電源や計測機器を多数配置し，維持管理する必要があり，初期投資，ランニング経費ともにコスト高となってしまう。
【０００５】
【特許文献１】特開2004-75301号公報「構造物の疲労亀裂モニタリングシステム」
【特許文献２】特開2005-91167号公報「亀裂検出テープ及び亀裂検出システム」７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
鋼構造物の維持管理上で亀裂のモニタリングは重要な課題である．これを実施にするにあたり従来手段では，センサの取り付け，大掛かりなデータロガー，データ記録装置，通信装置，電源等の設置に多くの費用を要する。特にモニタリングすべき箇所が高所や狭隘な箇所での作業は一層困難なものとなり，遠隔地では電源の準備にも大きな費用負担となる。また，これら装置の長期にわたる維持管理費も多大な費用を要する。
【０００７】
このような状況に鑑み，本発明では鋼構造物の亀裂維持管理費低減に資する低コスト，省力化を狙いとした亀裂検出センサと，その亀裂検出センサを使用した亀裂測定装置及び亀裂測定方法，ならびに亀裂検出センサ用センサエレメントの製造方法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】
本発明では，以下のことを規定する。
（１）被亀裂検出構造物の亀裂発生及び進展により抵抗が変化するセンサエレメントと，当該センサエレメントの電気抵抗値を測定する測定回路と，外部のアクティベータから非接触で駆動電力を取り込むアンテナと，前記電気抵抗値を前記アクティベータに非接触で送信する通信回路とを備えることを特徴とする亀裂検出センサ。
【０００９】
（２）前記センサエレメントが，電気的絶縁部材で被覆された一本又は複数本の導体若しくは抵抗体と，当該導体又は抵抗体に接続された２箇所以上の電気抵抗測定用端子とを有することを特徴とする（１）に記載の亀裂検出センサ。
【００１０】
（３）前記一本又は複数本の導体若しくは抵抗体が，線状で，且つそれぞれの両端部に前記電気抵抗測定用端子を有し，前記測定回路は，前記それぞれの導体又は抵抗体の電気抵抗値を測定することを特徴とする（２）に記載の亀裂検出センサ。
【００１１】
（４）前記導体又は抵抗体を複数本有し，当該複数本の導体若しくは抵抗体が，線状で，且つ，それぞれの片側一方の端部に前記電気抵抗測定用端子を有し，それぞれのもう一方の端部は互いに接続されて一つの共通の前記電気抵抗測定用端子を有することを特徴とする（２）に記載の亀裂検出センサ。
【００１２】
（５）前記導体又は抵抗体を複数本有し，当該複数本の導体又は抵抗体が，線状で，且つ，並列回路を形成し，前記並列回路の両端部に前記電気抵抗測定用端子を有することを特徴とする（２）に記載の亀裂検出センサ。
【００１３】
（６）前記センサエレメントにおいて，前記導体又は抵抗体が帯状であり，当該帯状抵抗体の両端部に電気抵抗測定用端子を有することを特徴とする（２）に記載の亀裂検出センサ。
【００１４】
（７）前記導体若しくは抵抗体が導電塗料により形成されたことを特徴とする（１）〜（６）のいずれか１項に記載の亀裂検出センサ。
【００１５】
（８）前記亀裂検出センサは，更に，前記亀裂検出センサ固有の識別コード，前記センサエレメント固有の識別コードの少なくともいずれかを記憶するメモリを有し，前記通信回路は，前記電気抵抗値に加えて，前記識別コードを送信する機能を有することを特徴とする（１）〜（７）のいずれか１項に記載の亀裂検出センサ。
【００１６】
（９）（１）〜（８）のいずれか１項に記載の亀裂検出センサを用いた亀裂測定装置であって，前記亀裂検出センサと，当該亀裂検出センサに駆動電力を非接触で送付し，かつ，前記亀裂検出センサ固有の識別コード又は前記センサエレメント固有の識別コードの少なくともいずれかと前記電気抵抗値，又は前記電気抵抗値を非接触で受信する機能を有するアクティベータとを備えることを特徴とする亀裂測定装置。
【００１７】
（１０）（９）に記載の亀裂測定装置を用いた亀裂発生及び進展の測定方法であって，前記亀裂検出センサを構造物に貼り付け，当該亀裂検出センサに前記アクティベータより駆動電力を非接触で送信し，かつ，前記センサエレメントの電気抵抗値，又は電気抵抗値及び前記識別コードを，非接触で受信して，構造物の亀裂発生又は進展を測定することを特徴とする亀裂測定方法。
【００１８】
（１１）（７）に記載の亀裂検出センサにおけるセンサエレメントの製造方法であって，シート状の電気的絶縁部材上に電気抵抗測定端子を取付け，その上に所定の回路線部をくり貫いた遮蔽板を載置した後，導電塗料を塗布して前記回路線部に導体若しくは抵抗体を形成し，当該形成された導体若しくは抵抗体を更に電気的絶縁部材で被覆することを特徴とする亀裂検出センサ用センサエレメントの製造方法。
【００１９】
（１２）（２）に記載の亀裂検出センサにおけるセンサエレメントの製造方法であって，シート状の電気的絶縁部材上に金属材料を接着し，その上に感光性レジストを塗布した後，所定の回路線部が描かれた光遮蔽板を介して，露光により前記感光性レジスト上に前記回路線部を露光部と未露光部に分けて転写させ，その後，露光部または未露光部の前記感光性レジストを除去し，更に，前記感光性レジストが除去されて露出した前記金属材料部をエッチング処理により取り除いて，前記導体又は抵抗体を形成し，当該導体又は抵抗体に電気抵抗測定端子を取付けた後，その上を電気的絶縁部材で被覆してセンサエレメントを形成することを特徴とする亀裂検出センサ用センサエレメントの製造方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明を用いることにより，高所や狭隘な個所での構造物の亀裂進展を非接触で容易に測定でき，また電源あるいは電池のない条件下でも長期にわたる測定が可能となることから，構造物の補修や保全などの管理を簡便に実施できる。
また，本発明の亀裂検出センサ，亀裂測定装置，亀裂測定方法，及び亀裂検出センサ用センサエレメントの製造方法は，低コストで多くの構造物の亀裂監視することを可能とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の亀裂検出センサは，被亀裂検出構造物の亀裂発生及び進展により電気抵抗値が増加するセンサエレメントと，当該センサエレメントの電気抵抗を測定する測定回路と，外部のアクティベータから非接触で駆動電力を取り込むアンテナと，前記電気抵抗を前記アクティベータに非接触で送信する通信回路とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
図1にその構成を示す。アクティベータ７の送受信回路９につながったアンテナ８から電磁波を受け取り，亀裂検出センサ１内の送受信アンテナ３により，電磁誘導によって起電力を得る。この電力を元に，測定回路４により，亀裂検出のセンサエレメント２の電気抵抗値を測定する。測定された測定値は通信回路５により送信用データに変換され，送受信アンテナ３を経由してアクティベータ７のアンテナ８に送られる。
【００２３】
ここで，送受信アンテナ３は，図１ではデータの送信と駆動電力用電磁力の受信を兼ねるアンテナを使用した例を示しているが，両者を別々に設けることもできる。また，送受信アンテナ３は，更に，アクティベータ７から送られる識別番号等のデータも受信可能なアンテナとすることもできる。
【００２４】
アクティベータ７と亀裂検出センサ１の電力の送受信や通信に用いる交流の周波数は特に限定するものではないが，電波法などの規定により，125kHz帯や，13.56MHz帯を目的によって使うことができる。
【００２５】
本発明に用いるアクティベータは，亀裂検出センサに交流を送信して起電力を誘起し，亀裂検出センサより送信されたデータを読み取ることのできる機能を有するものであれば，特に限定するものではない。たとえば，市販品としては，125kHz帯用の吉川アールエフシステム社製のRX2100などが利用でき，13.56MHz帯では同じく吉川アールエフシステム社製のRX-TP-RW01などが適用できる。
【００２６】
なお，本発明における亀裂検出センサは，一体となった形でも，また，センサエレメントとアンテナ，通信回路，測定回路が分離してその間を電気的に接続したものでもどちらでも問題はない。以下に本発明の特徴について記す。
【００２７】
まず，本発明の亀裂検出センサは，センサエレメントが，電気的絶縁部材で被覆された一本又は複数本の導体若しくは抵抗体と，当該導体又は抵抗体に接続された２箇所以上の電気抵抗測定用端子とを有することを特徴とする。
【００２８】
図２（ａ）にその第１の実施形態の亀裂検出センサにおけるセンサエレメント２の例を示す。１３は構造物の金属溶接部の一部を示す。図２（ａ）では，構造物１３の表面に接着材等により貼りつけた電気的絶縁材１１上に，電気回路を形成する１本の線状の導体もしくは抵抗体１０を接着剤で固着し，その両端に電気抵抗測定用端子１２を取り付け，形成された電気回路部を電気的絶縁部材１１で覆ったものを示している。また，亀裂１４がセンサエレメント２近傍にある状態も示している。この例では，例えば導体もしくは抵抗体１０は，略Ｕ字状に形成され，２つの電気的測定用端子１２が隣り合う位置に近接している。亀裂の発生進展によりまず電気的絶縁部材１１が切断され，さらなる亀裂進展により電気的絶縁部材１１上に固着された電気回路が切断されることになる。したがって，電気回路の両端部に取り付けられた電気抵抗測定用端子１２を測定回路４に接続し抵抗を測定すれば，電気回路が切断されたことで抵抗が無限大へと変化し，亀裂が発生あるいは亀裂進展がセンサエレメント２位置まで達したことは容易に検出可能である。通常，電気回路長２６は構造物の亀裂サイズ，施工性を考慮し，5mmから100mm程度が好ましい。
【００２９】
次に，本発明の第２の実施形態の亀裂検出センサは，そのセンサエレメントにおいて，一本又は複数本の導体若しくは抵抗体が，線状で，且つそれぞれの両端部に電気抵抗測定用端子を有し，測定回路がそれぞれの導体又は抵抗体の電気抵抗値を測定することを特徴とする。
【００３０】
この構造例を図2（ｂ）に示す。この図では，電気回路を形成する複数本の線状の導体又は抵抗体１０は，各々の両端部に電気抵抗測定用端子１２を有し，これらが並走している。そして，それぞれの電気回路の電気抵抗値を測定する測定回路を別途準備することで，それぞれの抵抗値変化から亀裂発生と進展とを検出することができる。
【００３１】
次に，本発明の第３の実施形態の亀裂検出センサは，そのセンサエレメントにおいて，複数本の導体若しくは抵抗体が，線状で，且つ，それぞれの片側一方の端部に電気抵抗測定用端子を有し，それぞれのもう一方の端部は互いに接続されて一つの共通の電気抵抗測定用端子を有することを特徴とする。
【００３２】
この構造例を図2（ｃ）に示す。この図では，電気回路を形成する複数本の線状の導体又は抵抗体１０が並走しており，それぞれの片側一方の端部に個別の電気抵抗測定用端子１２を有し，もう一方の端部に，互いに接続された一つの共通の電気抵抗測定用端子１６を有している。この構造とすることで，図2（ｂ）の片側一方の複数の電気抵抗測定用端子を一つにまとめることができ配線が簡略化される。このセンサエレメント２を用いた測定では，複数の電気抵抗測定用端子１２を測定回路４に接続し，共通の電気抵抗測定用端子１６と各電気抵抗測定用端子１２との間の抵抗を順次測定する手法をとる。このセンサエレメント２では亀裂１４が進展に伴い順次回路を切断する形態となるので，亀裂進展がどこまで進展したのかを監視することが可能となる。したがって，電気回路の複数線の間隔を目的に合わせて適切に設定することで，一定の測定サイクル期間内に幾つの線の切断があったのかを知ることで亀裂進展速度を算定することが可能となる。
【００３３】
次に，本発明の第４の実施形態の亀裂検出センサは，そのセンサエレメントにおいて，複数本の導体又は抵抗体が，線状で，且つ，並列回路を形成し，当該並列回路の両端部に電気抵抗測定用端子を有することを特徴とする。
【００３４】
この構造例を図３に示す。これでは，複数の線状の導体又は抵抗体１０が並列に配列されており，その各線の片側端が一つの共通の電気抵抗測定用端子１６に接続され，もう一方側も別の一つの共通の電気抵抗測定用端子１６に接続されており，並列タイプの電気回路を形成している。このセンサエレメント２を用いた測定では，２つの共通の電気抵抗測定用端子１６を測定回路４に接続し，並列電気回路の抵抗を測定する手法をとる。このセンサエレメント２では亀裂１４が進展に伴い順次回路を切断する形態となるので，電気回路の抵抗が徐々に変化し，この変化から亀裂進展の状況を監視することが可能となる。したがって，電気回路の複数線の間隔を目的に合わせて適切に設定することで，一定の測定サイクル期間内に幾つの線の切断があったのかを知ることで亀裂進展速度を算定することが可能となる。通常，前記間隔は構造物の亀裂サイズから勘案して，鋼構造物の場合で0.5mmから10ｍｍ程度，コンクリート構造物の場合で5mmから50mm程度としておくことが好ましい。また，この図では，並列に配列された複数の線状の導体又は抵抗体１０の長さ及び幅が同じとしているが，必ずしも長さ及び幅を同じとする必要はない。並列抵抗回路の切断による抵抗値変化が大きく変化させる等の目的に応じて長さ及び幅を変えることも有効である。
【００３５】
次に，本発明の第５の実施形態の亀裂検出センサは，そのセンサエレメントにおいて，当該導体又は抵抗体が帯状であり，当該帯状抵抗体の両端部に電気抵抗測定用端子を有することを特徴とする。
【００３６】
この構造例を図４に示す。この例では，構造物表面に貼付された電気的絶縁部材１１上に，電気回路を形成する帯状の導体又は抵抗体１７を接着材で貼付し，その帯状の導体又は抵抗体１７の２箇所（図では両端部）に電気抵抗測定用端子１２を接続したセンサエレメント２を示す。このセンサエレメント２を用いた測定では，２つの電気抵抗測定用端子１２を測定回路４に接続し，電気回路の抵抗を測定する手法をとる。導体もしくは抵抗体１７が帯状であることで，構造物の表面に接着材等で位置決めが容易で固定しやすい利点がある。また，このセンサエレメント２を帯状の導体又は抵抗体１７とすることで，亀裂１４の進展に伴い帯状抵抗体１７が徐々に切断されることとなり，これに伴って電気回路抵抗が徐々に大となる。この抵抗値から亀裂進展の状況を監視することも可能となる。事前に亀裂長さと電気回路抵抗との関係を検量線として求めておくことより定量的な亀裂進展評価が可能となる。なお，電気抵抗測定用端子１２は必ずしも帯状の導体又は抵抗１７の両端部とする必要はなく，亀裂発生により抵抗変化が検出される箇所であったらどこでもよい。
【００３７】
次に，本発明の第６の実施形態の亀裂検出センサは，そのセンサエレメントにおいて，当該導体若しくは抵抗体が導電塗料により形成されたことを特徴とする。センサエレメントの導電体もしくは抵抗体に導電塗料を用いることで，構造物の表面に塗料等で形成した電気的絶縁層の上に導電塗料を刷毛や筆等で撫でつけることで構造物表面の凸凹状態にあわせて自在に電気回路を形成させ得ることが可能となる。ここで導電塗料とは，アクリル樹脂，ポリウレタン樹脂，エポキシ樹脂，フェロロエラストマー，セルロース，ケイ酸カリウム，PVB，PVC等のバインダーに導電粒子としての黒鉛，カーボンブラック，ニッケル，アルミニウム，銀，銅，銀メッキ銅等を加えて混練したものである。特に好ましくは，アクリル樹脂にニッケル粒子を混練した導電塗料が常温硬化，耐熱温度も高く扱いやすい。
【００３８】
以上の図２，図３，図４で示した亀裂検出センサのセンサエレメントは，いずれも単一のセンサエレメントのみを示している。しかしながら構造物によっては，数十センチの範囲にわたり亀裂検出を行う必要もある。また数箇所をまとめて亀裂監視が必要とされる場合もある。このような目的で，２端を有するセンサエレメントを複数個用いて，亀裂監視する実施形態の例を図５に示す。図５（ａ）には，縦にした４個のセンサエレメント２を横方向に並列して一定間隔に配置させ，センサエレメント２の一方側の各一端を共通の電気抵抗測定用端子１６に接続し，もう一方側の各一端を個別の電気抵抗測定用端子１２に接続している例を示す。この図では，既に存在する亀裂１４を中間に置くようにセンサエレメント２が配置されている。したがって，亀裂が成長しセンサエレメント間隔を超えた時点で電気回路に切断が生じ，一定の亀裂長の監理に活用することができる。通常，このセンサエレメントの間隔は，構造物の亀裂の監理限界長を考慮して，１０mmから１００ｍｍとするのが好ましい。
【００３９】
図５（ｂ）には，横にした４個のセンサエレメント２を横方向に一列に配置させ，センサエレメント２の一方側の各一端を共通の電気抵抗測定用端子１６に接続し，もう一方側の各一端をそれぞれ個別の電気抵抗測定用端子１２に接続している例を示す。例えば，亀裂監視区間長を４０cmとした場合には，電気回路長１０ｃｍのセンサエレメント２を４枚用いることになる。この配置は，亀裂が監理区間のどの場所から発生するのか予見しがたい場合に有効となる。
【００４０】
図５（ｃ）には，縦にした４個のセンサエレメント２を横方向に並列して一定間隔に配置させ，センサエレメント２の一方側の各一端を共通の電気抵抗測定用端子１６に接続し，もう一方側の各一端も別の一つの共通の電気抵抗測定用端子１６に接続している例を示す。この図では，既に存在する亀裂１４を中間に置くようにセンサエレメント２が配置されている。したがって，亀裂が成長しセンサエレメント間隔を超えた時点で電気回路に切断が生じ，この抵抗変化により一定の亀裂長の監理に活用することができる。
【００４１】
図５（ｄ）には，横にした４個のセンサエレメント２を横方向に一列に配置させ，各センサエレメント２の一方側の各一端を共通の電気抵抗測定用端子１６に接続し，もう一方側の各一端をそれぞれ個別の電気抵抗測定用端子１２に接続している例を示す。例えば，亀裂監視区間長を40cmとした場合には，電気回路長１０ｃｍのセンサエレメント２を４枚用いることになる。この配置は，亀裂が監理区間のどの場所から発生するのか予見しがたい場合に有効となる。ここでセンサエレメントの個数はいずれも４個の例を示したが，目的に応じてさらに多くすることも少なくすることも有効となる。
【００４２】
以上図５では，複数のセンサエレメントを並列もしくは一列に配置する例を示したが，本発明の亀裂検出センサは，そのセンサエレメントの複数個を積層して用いることもできる。その例を図６に示す。この例では，例えば２つの各センサエレメント２が，複数本の直線状の導体又は抵抗体１０を平行に配置した構成を有し，これらの２つのセンサエレメント２が，互いの導体又は抵抗体１０同士が直角に格子状に交わるように，上下に積層配置されている。ここで、格子点における抵抗体１０同士は互いに絶縁されている。この配置とすることで構造物表面で２次元的に進展する亀裂がどのような進展径路をたどるかを，2方向に配置したセンサエレメントの各々の切断個所を特定し追跡することで検出することで可能となる。このようなセンサエレメントは，構造物の亀裂発生領域はおおよそ特定できるが，詳細な位置および向きは特定できない場合に有効である。
【００４３】
以上，図２，図３及び図４に説明してきたセンサエレメントは，亀裂が進展することで電気回路が直接切断される原理を応用した例であるが，必ずしも電気回路が亀裂により直接切断される必要はない。亀裂発生が予見される近くにセンサエレメントを貼り付けておくことで，亀裂発生もしくは応力状態の変化により歪に変化が生じ電気回路の抵抗が変化する原理によっても亀裂発生や更には部材変状が検出可能である。
【００４４】
次に本発明のセンサエレメントに用いる材料について説明する。本発明の導体とは，比抵抗が１.0×10-6Ωcmから30.0×10-6Ωcm程度の物質を意味しており，抵抗体とは，導体以上で106Ωcmの程度以下の比抵抗を有するもの意味している。導体としては，金属材料が加工等が容易で，中でも銅および銅合金が最も適当であるが，アルミニウム，鉄，亜鉛，錫，鉛，黄銅，白金，銀，ニッケル，及びこれら合金でもよい。抵抗体としては，ニッケル，ニクロム，マンガン，アンチモン，およびこれらの合金と先に述べた導電塗料が適用できるが，銅ニッケル合金，ニクロム系合金が一般的で入手も容易であるため好ましい。
【００４５】
次にセンサエレメントの導体もしくは抵抗体を電気的に絶縁被覆する材料（電気的絶縁部材１１）もしくは構造物とセンサエレメントを同じく電気的絶縁する為に用いる絶縁材料について記す。絶縁材としては，特に規定するものではないが比抵抗が10６Ωcm以上の物質で，ある程度弾性があり，溶接部等の凹凸のある部位の表面に貼付することができる材料が好ましく，例としてエポキシ樹脂，ウレタン樹脂，アクリル樹脂，ポリイミド樹脂，フェノール樹脂，ポリエステル樹脂，シリコン樹脂，ポリエチレン樹脂，エンビ，テフロン，生ゴム，軟質ゴム，ブチルゴム，ネオプレーンゴムを用いることができる。
【００４６】
また，塗装として用いる場合にはエポキシ樹脂，ウレタン樹脂，アクリル樹脂等の塗装を用いることができる。中でも，シート状にして用いる場合にはエポキシ樹脂，ポリイミド樹脂が入手しやすいため好ましく，塗装として用いる場合は，エポキシ樹脂，アクリル樹脂塗装が扱いやすいため好ましい。
【００４７】
次に本発明の亀裂検出センサに係る一実施形態として，複数の亀裂検出センサを使用する場合に備えて，亀裂検出センサ内に，識別用のコード（以下，「識別コード」と呼称する）をメモリする機能を有し，更に，この識別コードをアクティベータへ非接触で送信する機能を有する例について説明する。
【００４８】
これにより，複数の亀裂検出センサを使用した際には，アクティベータへ送信される電気抵抗値のデータが，どの亀裂検出センサから送られたデータかを，識別することが可能となる。
【００４９】
識別コードのメモリ機能としては，例えば，各亀裂検出センサの通信回路内に16進数で8桁以上の識別コードを記憶する回路を保有させることができる。このことで，複数設置された亀裂検出センサの個々の測定値を個別に識別することが可能となる。この場合，具体的には予め設定した識別コードをアクティベータの送受信アンテナを介して電磁波として送信し，これを各亀裂検出センサの送受信アンテナで受信し，通信回路内のメモリに記憶させる。
【００５０】
また，別の実施形態として，図７に示すように，亀裂検出センサ１内に複数のセンサエレメント２７を設けることもできる。この場合は，識別コードを，複数のセンサエレメント２７それぞれに割り当てるとよく，それぞれのセンサエレメント２７をチャンネル毎に識別コードを有するマルチプレクサ２８に接続し，識別コードをそれぞれのセンサエレメント２７に割り振ることで，センサエレメント２７の識別コードを決めることもできる。
【００５１】
そして，その識別コードと電気抵抗値を同時に送信することで，それぞれのセンサエレメント２７の電気抵抗値を識別することが可能となる。図７においては，4個のセンサエレメント２７をマルチプレクサ２８に接続している。マルチプレクサ２８は，それぞれのセンサエレメント２７を順次切り換えることで，センサエレメント２７毎に測定回路４で測定した電気抵抗値と認識コードを，送受信アンテナ３を介して通信回路５からアクティベータに送信する。
【００５２】
これらの識別コードは，予め例えば工場出荷の段階で亀裂検出センサ１内にメモリしておくことも出来るが，当該センサを被測定構造物にセットした後に，アクティベータからデータを送信し，亀裂検出センサ１の通信回路５内のメモリに記憶させることもできる。
【００５３】
更には，亀裂検出センサ毎に識別コードを割り当て，更に，亀裂検出センサ内に複数存在する各センサエレメントにも識別コードを割り当てるといった組み合わせも可能である。
【００５４】
また，本発明の亀裂測定装置に係る一実施形態を説明する。この装置は，前記亀裂検出センサと，当該センサに駆動電力を非接触で送付し，かつ，センサエレメントを構成する導体もしくは抵抗体それぞれの電気抵抗値，さらにセンサエレメント自身の識別コードを非接触で受け取る機能を有するアクティベータとにより構成される。
【００５５】
さらに，本発明の亀裂測定装置を用いた亀裂測定方法に係る一実施形態を説明する。本実施形態は，受動及び非接触型の亀裂検出装置を用いた亀裂の検出方法であって，前記亀裂検出センサを構造物に貼り付け，当該センサにアクティベータより駆動電力を非接触で送付し，かつ，センサエレメントを構成する導体もしくは抵抗体のそれぞれの電気抵抗値を非接触で受け取ることで構造物の亀裂を検出することを特徴とする受動及び非接触型の亀裂検出方法である。
【００５６】
さらに本発明では，亀裂検出センサにおけるセンサエレメントの第一の製造方法として，シート状の電気的絶縁部材上に電気抵抗測定端子を取付け，その上に所定の回路線部をくり貫いた遮蔽板を載置した後，導電塗料を塗布して前記導体若しくは抵抗体を形成し，当該形成された導体若しくは抵抗体を電気的絶縁部材で被覆することを特徴とする。
【００５７】
図８に製造方法の例を示す。この例では，先に説明した電気的絶縁部材１１からなるシート（図8（ａ））上に電気抵抗測定用端子１２を取付け（図８（ｂ）），その上に電気回路の回路線部をくり貫いた遮蔽板１９を置いて（図8（ｃ）），導電塗料２０を塗布することで，測定回路を形成し（図8（ｄ）），さらに電気回路上層に表面絶縁シート２１を取り付けることでセンサエレメントを形成する（図8（ｅ））方法の手順を示す。ここで遮断板１９は，紙，各種プラスチック類，ビニールシート類が用いられる。
【００５８】
さらに本発明では，亀裂検出センサにおけるセンサエレメントの第二の製造方法として，シート状の前記電気的絶縁部材上に，導体又は抵抗体を形成するようになる金属材料を接着し，さらにその上に感光性レジストを塗布した後，所定の回路線部が描かれた光遮蔽板を介して，露光により前記感光性レジスト上に前記回路線部を露光部と未露光部に分けて転写させ，その後，露光部または未露光部の前記感光性レジストを除去し，更に，前記感光性レジストが除去されて露出した前記金属材料部をエッチング処理により取り除いて，前記導体又は抵抗体を形成し，当該導体又は抵抗体に電気抵抗測定端子を取付け，さらにその上を電気的絶縁部材で被覆してセンサエレメントを形成することを特徴とする。
【００５９】
上記のシート状の前記電気的絶縁部材上に金属材料を接着する方法としては，例えば，電気的絶縁材に熱硬化樹脂を用い，ロール等で金属材料とを圧着する方法が適用できる。
【００６０】
図９に製造方法の例を示す。この例では，先に説明した電気的絶縁部材１１からなるシート（図９（ａ））上に金属材料22を接着し（図９（ｂ）），その上に感光性レジスト23を塗布した後（図９（ｃ）），電気回路の回路線部を描いた光遮蔽板19（回路線部以外の部分を光透過性とする）をその上部にセットして（図９（ｄ）），露光により回路線部以外の前記感光性レジスト部を溶解性に変質させ（図９（ｅ））（２４は溶解性に変質した感光性レジスト部を示す。），その後，溶解性の前記感光性レジストを現像液で除去し，更にその下層部金属材料をエッチング法等で取り除き，測定回路２５を形成し（図９（ｆ）），そして回路端に電気抵抗測定用端子１２を取り付け（図９（ｇ）），さらには電気回路表層に電気的絶縁部材である表面絶縁シート２１を取り付ける（図９（ｈ））ことでセンサエレメントを形成する。
【００６１】
これは，露光によって，回路線部以外の光の照射を受けた部分の感光性レジストが溶解性となり除去されるポジ型の製造例であるが，その逆に回路線部を光透過性を有する光遮蔽板とし，回路線部以外の光の照射を受けない部分が除去されるネガ型であってもよい。
【００６２】
図９に示す金属材料２２としては，ステンレス材料，銅，アルミおよびこれらの合金が一般的であるが，鉄ニッケル合金，鉄コバルトニッケル合金，銀，モリブデン，タングステン，チタン等でもよい。感光性レジスト２３は，一般にはフォトレジストとも呼ばれ，ノボラック型フェノール樹脂に感光剤と有機溶剤を混合した溶液を用いることができる。ここで光遮断板１９は，フォトマスクとも呼ばれ，回路が焼き込まれた写真フィルムが用いられる。現像液としては，アンモニウム塩溶液を用い，エッチングでは，ヨウ素，ヨウ化アルカリと有機溶媒との混合液を用いるのが一般的であるが，目的に応じて塩酸，硝酸の混合液を用いることもできる。
【００６３】
亀裂検出センサを貼り付ける構造物としては，亀裂により劣化が進むことで問題が生じる怖れのある構造物で，橋，道路，トンネルなどの陸上構造物や，ビル，体育館，競技場などの建築物，河川，港湾，護岸などの海洋・水上構造物，に代表される社会資本や船舶，発電所，工場などの民間資本による構造物などが対象となる。これらの構造物に貼り付ける方法としては，接着剤や粘着材による貼り付け，電気的絶縁を考慮したボルト接合や，構造物に直接埋め込む方法などが適宜選ばれる。取り付ける位置としては，亀裂が懸念される部位で，変動応力が高い，応力集中が高い，変形が大きい部位，また部材を溶接，圧接した部位，コンクリート等のうち継ぎ目等が適当である。実際に測定状況を以下に示す。
【００６４】
図１３，図１４は，亀裂検出センサを設置してから亀裂が進行した時点でアクティベータにより抵抗測定を行う作業員の様子である。図１３は，橋梁の溶接部に亀裂検出センサ１を設置し手に持ったアクティベータ７で測定している例で，図１４は，回転体内部の溶接部に亀裂検出センサ１を設置し，これも手に持ったアクティベータ７で測定している例である。いずれも亀裂検出センサ１とアクティベータ７の距離は，使用する周波数や周りの電波の状況などにより異なるが，通常は20cmから50cmである。
【００６５】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【実施例】
【００６６】
本発明の亀裂検出センサの機能を確認するために実施した疲労試験の概要を記す。図１０には，鋼構造物の一部を模擬した疲労試験体２９を示す。主部材３０に面外のガセット３１が溶接にて接合されている。疲労試験体２９の寸法は，長さ500ｍｍ，板幅70ｍｍ，板厚15ｍｍ，ガセット３１の寸法は，長さ70ｍｍ，板幅50ｍｍ，板厚10ｍｍである。３２はセンサ貼り付け部を示す。図11には，図10のガセット３１の溶接部３３の止端に疲労亀裂の監視を目的に本発明のセンサエレメント２を添付した図を示す。
【００６７】
センサエレメント２は，絶縁材となるポリイミド樹脂シート（幅25ｍｍ，長さ30ｍｍ，厚さ13μm）上に藤倉化成株式会社製の導電塗料FC-415(カーボン粉末含有，比抵抗0.2Ωcm)からなる抵抗体（厚さ50μｍ，幅1ｍｍ，長さ20ｍｍ）６本からなる電気回路を形成し，更にこの回路上に絶縁材となるポリアミド樹脂シートを用いてカバーして，製作された。なお電気回路の平行線部の間隔は５ｍｍとした。これを測定回路と通信回路およびアンテナを封止して作製した回路とに接続し，亀裂検出センサを作製した。この亀裂検出センサを図11の溶接部３３の止端に接着材を用いて接着した。疲労試験では，主部材３０に150Mpaの応力振幅を1日10５回のサイクルで作用させ，2日に1回，吉川アールエフシステム社製のリーダライタ（RX2100）をアクティベータとして抵抗値を測定した。
【００６８】
表１に，測定日における疲労繰返し回数Nに対する，電気抵抗測定値と，確認された回路切断本数を示す。
【００６９】
【表１】
2007263674.tif 000003
【００７０】
図12は，表１に示した，疲労繰返し回数Nに対する電気抵抗測定値をグラフにしたものである。試験開始から６日に抵抗の変化が確認され，試験機を止めて確認したところ，亀裂の発生が確認された。その後，急激な抵抗の変化が測定され，最終10日には抵抗が202.0Ωとなり，観察の結果でも電気回路は５本切断されていることを確認できた。この結果，本発明の亀裂検出センサは十分に機能し，亀裂検出が容易に実施することが実証された。
【００７１】
この実験では，最終段階では2日間に疲労繰返し回数が2×10５回で，亀裂進展距離は15ｍｍ程度であったことが算定される。今後は，亀裂進展速度は，7.5ｍｍ／日以上の速度で進展していくことが予測され，この様な溶接部を有する構造物では，亀裂管理限界長を50ｍｍとした場合，単純計算では７日程度で限界に達することが想定される。したがって，本発明の亀裂検出センサを用いると構造物の維持管理も省力化可能で，将来の補修時期の予測も容易に実施できることとなる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は，構造物の亀裂の発生や進展を，省電力及び低コストで検出する際に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】亀裂検出センサ及び亀裂測定装置の構成例である。
【図２】（ａ）は，第１の実施形態の亀裂検出センサにおけるセンサエレメントの構成例である。（ｂ）は，第２の実施形態の亀裂検出センサにおけるセンサエレメントの構成例である。（ｃ）は，第３の実施形態の亀裂検出センサにおけるセンサエレメントの構成例である。
【図３】第４の実施形態の亀裂検出センサにおけるセンサエレメントの構成例である。
【図４】第５の実施形態の亀裂検出センサにおけるセンサエレメントの構成例である。
【図５】（ａ）は，複数のセンサエレメントを用いた構成例である。（ｂ）は，複数のセンサエレメントを用いたセンサエレメントの構成例である。（ｃ）は，複数のセンサエレメントを用いたセンサエレメントの構成例である。（ｄ）は，複数のセンサエレメントを用いたセンサエレメントの構成例である。
【図６】複数のセンサエレメントを積層して用いたセンサエレメントの構成例である。
【図７】複数のセンサエレメントを持つ亀裂検出センサの構成例である。
【図８】センサエレメントの第一の製造方法の例である。
【図９】センサエレメントの第二の製造方法の例である。
【図１０】実施例に用いた疲労試験体を示す図である。
【図１１】図１０の疲労試験体にセンサエレメント貼り付けた状況を示す図である。
【図１２】疲労繰返し回数と抵抗測定値の変化を示した図である。
【図１３】橋梁の溶接部にセンサを設置した測定例である。
【図１４】回転体内部の溶接部にセンサを設置した測定例である。
【符号の説明】
【００７４】
１  亀裂検出センサ
２  センサエレメント
３  送受信アンテナ
４  測定回路
５  通信回路
７  アクティベータ
８  送受信アンテナ
９  送受信回路
１０  導体もしくは抵抗体
１１  電気的絶縁部材
１２  電気抵抗測定用端子
１３  金属溶接部
１４  亀裂
１６  共通の電気抵抗測定用端子
１７  帯状導体もしくは帯状抵抗体
１９  光遮蔽板
２０  導電塗料
２１  表面絶縁シート
２２  金属材料
２３  感光性レジスト
２４  溶解性に変質した感光性レジスト部
２５  成形された測定回路
２６  電気回路長
２７  センサエレメント
２８  マルチプレクサ
２９  疲労試験体
３０  主部材
３１  ガセット
３２  センサ貼付け部
３３  溶接部
【図１】
2007263674.tif 000004
【図２】
2007263674.tif 000005
【図３】
2007263674.tif 000006
【図４】
2007263674.tif 000007
【図５】
2007263674.tif 000008
【図６】
2007263674.tif 000009
【図７】
2007263674.tif 000010
【図８】
2007263674.tif 000011
【図９】
2007263674.tif 000012
【図１０】
2007263674.tif 000013
【図１１】
2007263674.tif 000014
【図１２】
2007263674.tif 000015
【図１３】
2007263674.tif 000016
【図１４】
2007263674.tif 000017