(57)【要約】【課題】耐火被覆にて被覆された鋼材の破断部の検知精度を向上させることができる、鋼材の破断部検知方法及び鋼材の破断部検知システムを提供すること。【解決手段】耐火被覆にて被覆された鋼材１００の破断部１０７を検知する方法であって、キャパシタ３に直列接続された検知コイル２を、耐火被覆を介して鋼材１００の近傍に配置する配置工程と、検知コイル２とキャパシタ３を直列共振させる周波数で、これら検知コイル２とキャパシタ３に電流を流しながら、鋼材１００に対する検知コイル２の位置を変化させつつ、各位置におけるこれら検知コイル２とキャパシタ３のインピーダンスの位相角を測定する測定工程と、測定した位相角に基づいて、破断部１０７の位置を特定する特定工程とを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火被覆にて被覆された鋼材の破断部を検知する方法であって、
キャパシタに直列接続された検知コイルを、前記耐火被覆を介して前記鋼材の近傍に配置する配置工程と、
前記検知コイルと前記キャパシタを直列共振させる周波数で、これら検知コイルとキャパシタに電流を流しながら、前記鋼材に対する前記検知コイルの位置を変化させつつ、各位置におけるこれら検知コイルとキャパシタのインピーダンスの位相角を測定する測定工程と、
前記測定した位相角に基づいて、前記破断部の位置を特定する特定工程と、
を含む鋼材の破断部検知方法。
【請求項２】
前記特定工程において、前記測定した位相角の変化に基づいて、前記破断部の位置を特定する、
請求項１に記載の鋼材の破断部検知方法。
【請求項３】
前記鋼材は、第１面と、当該第１面に対して非平行状に連接された第２面と、を有する入隅部を備え、
前記検知コイルは、１つの検知コイルであって、前記第１面と前記第２面との各々に対向配置される形状にて形成されている、
請求項１又は２に記載の鋼材の破断部検知方法。
【請求項４】
前記検知コイルは、リッツ線にて形成され、
前記測定工程において、ＬＣＲメータにて前記位相角を測定する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の鋼材の破断部検知方法。
【請求項５】
耐火被覆にて被覆された鋼材の破断部を検知するシステムであって、
前記耐火被覆を介して前記鋼材の近傍に配置される検知コイルと、
前記検知コイルに直列接続されたキャパシタと、
前記検知コイルと前記キャパシタを直列共振させる周波数で、これら検知コイルとキャパシタに電流を流しながら、前記鋼材に対する前記検知コイルの位置を変化させつつ、各位置におけるこれら検知コイルとキャパシタのインピーダンスの位相角を測定する測定手段と、
前記測定手段にて位相角に基づいて、前記破断部の有無を判定する判定手段と、
を備える鋼材の破断部検知システム。
【請求項６】
前記判定手段は、前記測定した位相角の変化に基づいて、前記破断部の有無を判定する、
請求項５に記載の鋼材の破断部検知システム。
【請求項７】
前記鋼材は、第１面と、当該第１面に対して非平行状に連接された第２面と、を有する入隅部を備え、
前記検知コイルは、１つの検知コイルであって、前記第１面と前記第２面との各々に対向配置される形状にて形成されている、
請求項５又は６に記載の鋼材の破断部検知システム。
【請求項８】
前記検知コイルは、リッツ線にて形成され、
前記測定手段は、ＬＣＲメータを含む位相角測定手段であり、
前記判定手段は、前記位相角の変化を所定基準と比較することにより、前記破断部の有無を判定する演算処理手段である、
請求項５から７のいずれか一項に記載の鋼材の破断部検知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鋼材の破断部検知方法及び鋼材の破断部検知システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地震によって建築構造物の鋼材に破断が生じたか否かを検査する際、鋼材は一般に耐火被覆で覆われており、仮に鋼材に破断が生じていても耐火被覆には割れや剥離が生じないことが多いことから、外観から鋼材の破断部を発見することは困難である。また、このような鋼材の破断部を発見するために、鋼材から耐火被覆を除去することも考えられるが、耐火被覆を除去したり、除去後に耐火被覆を復旧させるためには、多大な労力、時間、及びコストを要するため、このような方法を採用することは現実的には困難である。
【０００３】
そこで、非破壊検査の原理を利用することで、鋼材から耐火被覆を除去することなく、鋼材に破断が生じたか否かを迅速に検査する技術が従来から提案されていた。例えば、特許文献１には、コイルを耐火被覆の上から鋼材の近傍に配置し、このコイルを鋼材の長手方向に沿って走査させた際における、当該コイルの電圧又は電流の計測値の変化に基づいて、鋼材の破断部を検知する技術が開示されている。すなわち、鋼材が破断している場合には、当該破断部分の磁気抵抗が他の部分の磁気抵抗よりも増大していると考えられるため、このような磁気抵抗の増大に起因する電圧又は電流の計測値に変化を把握することで、鋼材の破断部を検知することが可能になる。
【０００４】
また、鋼材の破断部を検知するものではないが、非金属物に埋設された金属を検知する技術も提案されていた。例えば、特許文献２には、検知コイルとキャパシタを直列接続して直列共振回路を構成し、検知コイルとキャパシタを直列共振させる周波数でこれら検知コイルとキャパシタに電流を流した状態で、検知対象物の表面を走査し、この際の検知コイルとキャパシタのインピーダンス等の変化に基づいて、金属を検知する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１６６５７８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４５２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、破断部が小さい場合や耐火被覆が厚い場合には、コイルによって鋼材に励磁される誘導磁束が小さくなるため、破断部による磁気抵抗の増大量も小さくなり、電圧又は電流の計測値のＳＮ比も悪くなり、破断部を正確に検知することができない可能性があった。
【０００７】
また、特許文献２に記載の技術は、非金属物に埋設された金属を検知するための技術であり、これを直ちに鋼材の破断部を検知するために適用することができなかった。すなわち、鋼材の破断部を検知する場合、金属物である鋼材に沿って検知コイルを走査することになり、非金属物に金属が埋設されている場合のように検知コイルとキャパシタのインピーダンス変化は大きくならないため、インピーダンス変化に基づいて鋼材の破断部を検知することは困難であった。
【０００８】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、耐火被覆にて被覆された鋼材の破断部の検知精度を向上させることができる、鋼材の破断部検知方法及び鋼材の破断部検知システム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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１に記載の鋼材の破断部検知方法は、耐火被覆にて被覆された鋼材の破断部を検知する方法であって、キャパシタに直列接続された検知コイルを、前記耐火被覆を介して前記鋼材の近傍に配置する配置工程と、前記検知コイルと前記キャパシタを直列共振させる周波数で、これら検知コイルとキャパシタに電流を流しながら、前記鋼材に対する前記検知コイルの位置を変化させつつ、各位置におけるこれら検知コイルとキャパシタのインピーダンスの位相角を測定する測定工程と、前記測定した位相角に基づいて、前記破断部の位置を特定する特定工程とを含む。
【００１０】
請求項２に記載の鋼材の破断部検知方法は、請求項１に記載の鋼材の破断部検知方法において、前記特定工程において、前記測定した位相角の変化に基づいて、前記破断部の位置を特定する。
【００１１】
請求項３に記載の鋼材の破断部検知方法は、請求項１又は２に記載の鋼材の破断部検知方法において、前記鋼材は、第１面と、当該第１面に対して非平行状に連接された第２面と、を有する入隅部を備え、前記検知コイルは、１つの検知コイルであって、前記第１面と前記第２面との各々に対向配置される形状にて形成されている。
【００１２】
請求項４に記載の鋼材の破断部検知方法は、請求項１から３のいずれか一項に記載の鋼材の破断部検知方法において、前記検知コイルは、リッツ線にて形成され、前記測定工程において、ＬＣＲメータにて前記位相角を測定する。
【００１３】
請求項５に記載の鋼材の破断部検知システムは、耐火被覆にて被覆された鋼材の破断部を検知するシステムであって、前記耐火被覆を介して前記鋼材の近傍に配置される検知コイルと、前記検知コイルに直列接続されたキャパシタと、前記検知コイルと前記キャパシタを直列共振させる周波数で、これら検知コイルとキャパシタに電流を流しながら、前記鋼材に対する前記検知コイルの位置を変化させつつ、各位置におけるこれら検知コイルとキャパシタのインピーダンスの位相角を測定する測定手段と、前記測定手段にて位相角に基づいて、前記破断部の有無を判定する判定手段とを備える。
【００１４】
請求項６に記載の鋼材の破断部検知システムは、請求項５に記載の鋼材の破断部検知システムにおいて、前記判定手段は、前記測定した位相角の変化に基づいて、前記破断部の有無を判定する。
【００１５】
請求項７に記載の鋼材の破断部検知システムは、請求項５又は６に記載の鋼材の破断部検知システムにおいて、前記鋼材は、第１面と、当該第１面に対して非平行状に連接された第２面と、を有する入隅部を備え、前記検知コイルは、１つの検知コイルであって、前記第１面と前記第２面との各々に対向配置される形状にて形成されている。
【００１６】
請求項８に記載の鋼材の破断部検知システムは、請求項５から７のいずれか一項に記載の鋼材の破断部検知システムにおいて、前記検知コイルは、リッツ線にて形成され、前記測定手段は、ＬＣＲメータを含む位相角測定手段であり、前記判定手段は、前記位相角の変化を所定基準と比較することにより、前記破断部の有無を判定する演算処理手段である。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の鋼材の破断部検知方法又は請求項５に記載の鋼材の破断部検知システムによれば、検知コイルとキャパシタを直列共振させることで、検知コイルとキャパシタのインピーダンスの位相角の変化率を増大させることが可能になり、鋼材の破断部の検知精度を向上させることが可能になる。特に、耐火被覆にて被覆された鋼材を測定対象とした場合、検知コイルとキャパシタのインピーダンスの変化率は小さいために、これを用いて破断部を検知することは困難であるのに対して、検知コイルとキャパシタのインピーダンスの位相角の変化が大きいことを見出し、この位相角に基づいて破断部を検知することで、鋼材の破断部の検知精度を向上させることが可能になる。
【００１８】
請求項２に記載の鋼材の破断部検知方法又は請求項６に記載の鋼材の破断部検知システムによれば、位相角の変化に基づいて、破断部の位置を特定するので、鋼材毎や測定環境毎の位相角の相違の影響を受けることなく破断部の位置を特定することが可能になり、鋼材の破断部の検知精度を向上させることが可能になる。
【００１９】
請求項３に記載の鋼材の破断部検知方法又は請求項７に記載の鋼材の破断部検知システムによれば、検知コイルは、１つの検知コイルであって、第１面と第２面との各々に対向配置される形状にて形成されているので、破断が生じやすい鋼材の入隅部に対しても、渦電流分布を均一かつ確実に生じさせることが可能になる。
【００２０】
請求項４に記載の鋼材の破断部検知方法又は請求項８に記載の鋼材の破断部検知システムによれば、検知コイルは、リッツ線にて形成されているので、検知コイルの抵抗を増やすことなくインダクタンスを増加させることができ、共振回路における共振の鋭さを表わすＱ値を増大させることができるので、検知精度を一層高めることができる。また、ＬＣＲメータにて位相角を測定するので、発振器、アンプ、電流計、及びロックインアンプを使用して電流を測定する場合に比べて、鋼材の破断部検知システムを一層簡易かつ一層安価に構成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】直列共振を用いた損傷検知の原理説明図であり、（ａ）は鋼材の健全部に検知コイルを配置した状態、（ｂ）は鋼材の破断部に検知コイルを配置した状態を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る鋼材の破断部検知システムを測定対象と共に示す模式図である。
【図３】検知コイルの斜視図である。
【図４】測定結果を示すグラフである。
【図５】検知コイルの変形例を示す図であり、（ａ）は広角状の検知コイル、（ｂ）は狭角状の検知コイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照して、この発明の実施の形態を詳細に説明する。まず、〔I〕実施の形態の基本的概念を説明した後、〔II〕実施の形態の具体的内容について説明し、〔III〕最後に、実施の形態に対する変形例について説明する。ただし、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２３】
〔I〕実施の形態の基本的概念
まず、実施の形態の基本的概念について説明する。この実施の形態に係る鋼材の破断部検知方法及び鋼材の破断部検知システムは、耐火被覆にて被覆された鋼材の破断部を検知するためのものである。
【００２４】
（鋼材）
「鋼材」の種類や形状は任意であり、破断部の有無によって当該鋼材を流れる渦電流分布に変化が生じ得る全ての鋼材を含む。鋼材の種類としては、例えば、建築用の鋼材として、圧延鋼材や炭素鋼鋼材の如き鉄骨材や鉄筋材を挙げることができ、あるいは、自動車用の鋼材として、アルミニウム押出形材の如き非鉄材を挙げることができる。また、鋼材の形状としては、例えば、Ｈ型鋼材、Ｌ型鋼材、Ｃ型鋼材、あるいは円筒管を挙げることができる。
【００２５】
（破断部）
「破断部」とは、一般には鋼材が部分的に切断されている場合の当該切断箇所であるが、当該破断部の有無によって鋼材を流れる渦電流分布に変化が生じ得る全ての箇所を含む。例えば、鋼材が完全に切断されている箇所のみならず、鋼材の肉厚が亀裂等により減少しているが完全には切断されていないような箇所であっても、渦電流分布に変化が生じ得る箇所であれば、破断部に該当する。また、以下では、鋼材のうち破断部以外の箇所を「健全部」と称する。
【００２６】
（耐火被覆）
「耐火被覆」とは、火災の熱によって鋼材に構造耐力上に支障のある損傷が生じることを防止するため、鋼材の表面に設けられた物質であって、例えば、ロックウールを吹き付けることにより形成され、あるいは、ケイ酸カルシウム成形板を貼り付けることにより形成される。耐火被覆にて被覆された鋼材とは、鋼材の全表面が耐火被覆で覆われている場合のみならず、表面の一部のみが耐火被覆にて覆われている場合を含む。
【００２７】
（検知原理）
次に、本願発明者が見出した、実施の形態に係る鋼材の破断部検知原理について説明する。図１は、直列共振を用いた損傷検知の原理説明図であり、（ａ）は鋼材の健全部に検知コイルを配置した状態、（ｂ）は鋼材の破断部に検知コイルを配置した状態を示す。この図１に示すように、実施の形態に係る鋼材の破断部検知方法及び鋼材の破断部検知システムにおいては、検知コイル（励磁コイル）にキャパシタを直列接続することにより、ＬＣ直列回路を構成する。ただし、実際には、検知コイルや接続線等に損失抵抗があるため、ＬＣＲ直列回路を構成していることになる。このＬＣＲ直列回路にはＬＣＲメータを接続する。
【００２８】
そして、最初に、図１（ａ）に示すように、検知コイルを耐火被覆を介して鋼材の健全部の近傍位置に配置した状態（以下、健全部近傍配置状態）において、ＬＣＲ直列回路が直列共振状態となるように、ＬＣＲ直列回路に流す電流の周波数又はキャパシタのキャパシタンスを調整する。そして、鋼材に沿って検知コイルを走査させつつ、ＬＣＲメータによって、ＬＣＲ直列回路のインピーダンスの位相角を測定する。ここで、図１（ｂ）に示すように、検知コイルが耐火被覆を介して鋼材の破断部の近傍位置に配置された状態（以下、破断部近傍配置状態）となった場合には、健全部近傍配置状態に比べて、鋼材に生じる渦電流が減少し、それに伴い反作用磁界も減少するため、検知コイルのインダクタンスが増加する。そのためＬＣＲ直列回路のインピーダンスの位相角が変化するため、当該位相角に基づいて、鋼材の破断部の存在の有無及び位置を特定することができる。特に、直列共振状態を利用することで、位相角の変化が増大するため、ＳＮ比の良い検知を行うことが可能になる。
【００２９】
このような検知の原理について、さらに式を用いて定量的に説明する。図１（ａ）に示すように、健全部近傍配置状態においては、反作用磁界のインダクタンス減少分を加味した検知コイルのインダクタンスをＬ、検知コイルと直列接続したキャパシタのキャパシタンスをＣ、検知コイルや接続線６等の回路の損失抵抗をｒとすると、ＬＣＲ直列回路のインピーダンスＺ０は、下記式（１）のように表される。さらに、直列共振状態においては下記式（２）が成立するため、これを式（１）に当てはめるとＺ０＝ｒとなる。また、電流と電圧の位相差θ０＝０である。
【数１】
2013178124.tif 000003
【数２】
2013178124.tif 000004
【００３０】
また、共振回路における共振の鋭さを表わすＱ値は、一般に下記式（３）により定義される。このＱ値としては、２００程度の値は容易に実現することができる。
【数３】
2013178124.tif 000005
【００３１】
ここで、破断部近傍配置状態においては、渦電流による反作用磁界が減少し、検知コイルのインダクタンスＬがδＬだけ大きくなる（δはインダクタンスの変化率）。これにより、ＬＣＲ直列回路のインピーダンスが変動する。このような変動後のインピーダンスＺは、下記式（４）のように表され、ＺとＺ０の比率（＝インピーダンスの変化率）は、下記式（５）のように表される。また、ＬＣＲ直列回路の電流と電圧の位相差θは、下記式（６）のように表される。
【数４】
2013178124.tif 000006
【数５】
2013178124.tif 000007
【数６】
2013178124.tif 000008
【００３２】
これら式（５）（６）から明らかなように、破断部の存在に起因するインダクタンスの変化分δが微小であっても、Ｑ値が大きいことから、その変化を明瞭に検知することができる。これはすなわち、破断部が微小な場合や、破断部から大きく離れた位置に検知コイルが配置される場合であっても、破断部を検知できることを意味する。例えば、インダクタンスの変化分δ＝０．０１（つまり、１％）の場合であって、Ｑ＝1００の場合、インピーダンスの変化率は式（５）より約１．４倍程度に留まるが、位相角の変化は式（６）より、４５degとなり、位相角は初期値０degに比べて非常に大きく変化する。インピーダンスの変化を検知できない場合であっても、インダクタンスの微小な変化を感度良く検知できることが分かる。
【００３３】
次に、このようにインピーダンスの変化に比べて、位相角の変化を大きく検知できる理由について、さらに詳細に説明する。ここでは、直列共振状態のインダクタンスＬがδＬだけ変化してＬ＋δＬとなった場合における、インピーダンスの値（絶対値）とインピーダンスの位相角との変化度（微分係数）を評価する。
【００３４】
最初に、インピーダンスの値（絶対値）の微分係数を評価する。上記式（１）より、インピーダンスの絶対値は下記式（７）で表され、インピーダンスの絶対値の微分係数は下記式（８）で表され、直列共振状態のインピーダンスの絶対値の微分係数は下記式（９）で表される。
【数７】
2013178124.tif 000009
【数８】
2013178124.tif 000010
【数９】
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【００３５】
そして、上記式（９）において、直列共振状態において下記式（１０）の条件が成り立つことを考慮すると、インピーダンスの絶対値の微分係数は下記式（１１）で表される。
【数１０】
2013178124.tif 000012
【数１１】
2013178124.tif 000013
【００３６】
つまり、上記式（１１）より、インピーダンスの絶対値の微分係数は０であり、直列共振状態のインダクタンスＬがδＬだけ変化してＬ＋δＬとなった場合において、インピーダンスの絶対値の変化分が小さいことが判る。
【００３７】
次に、インピーダンスの位相角の微分係数を評価する。インピーダンスの位相角は下記式（１２）で表され、インピーダンスの位相角の微分係数は下記式（１３）で表され、直列共振状態のインピーダンスの位相角の微分係数は下記式（１４）で表される。
【数１２】
2013178124.tif 000014
【数１３】
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【数１４】
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【００３８】
そして、上記式（１４）において、直列共振状態における上記式（１０）を考慮すると、インピーダンスの位相角の微分係数は下記式（１５）で表される。
【数１５】
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【００３９】
つまり、上記式（１５）より、インピーダンスの位相角の微分係数はω／ｒであり、０より大きな値であって、上記式（１１）で表されるインピーダンスの絶対値の微分係数より大きいことから、直列共振状態のインダクタンスＬがδＬだけ変化してＬ＋δＬとなった場合において、インピーダンスの位相角の変化分が大きいことが判る。これらのことから、本実施の形態に係る発明では、インピーダンスの絶対値ではなく位相角に基づいて、破断部を検知することで、ＳＮ比の高い検知を実現している。
【００４０】
〔II〕実施の形態の具体的内容
次に、実施の形態の具体的内容について説明する。最初に、この実施の形態に係る鋼材の破断部検知システムの構成について説明した後、鋼材の破断部検知方法について説明する。
【００４１】
（構成）
図２は、この実施の形態に係る鋼材の破断部検知システムを測定対象と共に示す模式図、図３は、検知コイルの斜視図である。測定対象である鋼材１００は、第１辺１０１と、第１辺１０１に対して直交するように配置された第２辺１０２とを備え、全体として側面Ｌ字型に形成されている。この鋼材１００は、第１辺１０１の第１面１０３と、当該第１面１０３に対して非平行状に連接された第２辺１０２の第２面１０４と、を有する入隅部１０５を備える。なお、鋼材１００の長さ＝６００ｍｍ、第１辺１０１の幅＝１３８ｍｍ、第２辺１０２の幅＝１１０ｍｍ、第１辺１０１の肉厚＝第２辺１０２の肉厚＝１２ｍｍである。第１辺１０１と第２辺１０２との接合部のうち、鋼材１００の長手方向の両端部からそれぞれ２００ｍｍの部分のみを溶接することで、模擬的に、当該溶接部分をＬ字型鋼材の健全部１０６にすると共に、溶接されていない部分をＬ字型鋼材の破断部１０７としている。
【００４２】
破断部検知システム１は、検知コイル２、キャパシタ３、ＬＣＲメータ４、及び演算装置５を、接続線６を介して図示のように接続して構成されている。なお、図２には、抵抗７を示しているが、この抵抗７は、検知コイル２や接続線６の損失抵抗であり、実際には独立した抵抗を接続しているものではないが、必要に応じて独立した抵抗を接続してもよい。
【００４３】
検知コイル２は、耐火被覆を介して鋼材１００の近傍に配置されるものであり、具体的には、電線を巻き付けることで形成されたソレノイドコイルとして構成されており、この検知コイル２にＬＣＲメータ４から出力された電流を流すことで、検知コイル２の内部には、当該検知コイル２の軸方向に沿った磁場が形成される。この検知コイル２は、図３に示すように、１つの検知コイルであって、鋼材１００の第１面１０３と第２面１０４との各々に対向配置される形状にて形成されている。この検知コイル２は、鋼材１００の第１面１０３に対抗配置される第１コイル部８と、鋼材１００の第１面１０３に対抗配置される第２コイル部９とを備えており、これら第１コイル部８と第２コイル部９とは、１本の連続した電線にて一体に形成されている。このように、鋼材１００の第１面１０３に第１コイル部８を対向配置させると共に第２面１０４に第２コイル部９を対向配置させることにより、破断が生じやすい鋼材１００の入隅部１０５に対しても、渦電流を効率的に生じさせることが可能になる。なお、第１コイル部８の長さ＝第１コイル部８の高さ＝５０ｍｍ、第２コイル部９の長さ＝第２コイル部９の幅＝５０ｍｍ、第１コイル部８の厚み＝第２コイル部９の厚み＝２０ｍｍとした。
【００４４】
また、鋼材１００を耐火被覆で覆う代わりに、鋼材１００と検知コイル２の相互間に樹脂（発砲スチロール）１０を配置した。この樹脂１０は、第１コイル部８と第１面１０３との相互間に配置される第１樹脂１１と、第２コイル部９と第２面１０４との相互間に配置される第２樹脂１２とを備えており、第１樹脂１１の長さ＝第１樹脂１１の高さ＝６５ｍｍ、第２樹脂１２の長さ＝第２樹脂１２の幅＝６５ｍｍ、第１樹脂１１の厚み＝第２樹脂１２の厚み＝５ｍｍとした。なお、図３には、実験の便宜上、検知コイル２における鋼材１００と反対側の位置にも、樹脂（発砲スチロール）１３を配置した状態を示している。ただし、実際には、これら樹脂１０、１３の両方又は一方を省略してもよく、検知コイル２を鋼材１０の耐火被覆に直接接触させるように配置してもよい。
【００４５】
ここで、検知感度を向上させるためには、上記式（６）から明らかなように、Ｑ値を極力大きくすることが好ましい。このＱ値は、上記式（３）で表されるため、Ｑ値を大きくするためには、検知コイル２の巻き数を増やすことでインダクタンスＬを増加させることが考えられるが、このように検知コイル２の巻き数を増やした場合には検知コイル２の抵抗ｒも増えてしまうために、結果としては、Ｑ値を大きくすることには寄与しない。そこで、本願発明者は、検知コイル２を構成する電線の材料に着目した。すなわち、抵抗が小さい電線（例えば、リッツ線（エナメル撚線））を使用して検知コイル２を構成することで、表皮効果と近接効果を抑制して抵抗ｒを低下させ、Ｑ値を大きくすることとした。さらに、検知コイル２を多層巻きで構成することにより、相互誘導を抑制し、インダクタンスＬを増加させている。
【００４６】
キャパシタ３は、検知コイル２に直列に接続されることで、この検知コイル２と共に直列共振回路を構成する補償コンデンサである。
【００４７】
ＬＣＲメータ（インピーダンスメータ）４は、検知コイル２とキャパシタ３を直列共振させる周波数で、これら検知コイル２とキャパシタ３に電流を流しながら、鋼材１００に対する検知コイル２の位置を変化させつつ、各位置におけるこれら検知コイル２とキャパシタ３のインピーダンスの位相角を測定する測定手段である。このＬＣＲメータ４の測定原理は任意であるが、例えば、ブリッジ法や共振法の如き方法によってインピーダンスの位相角を測定する。ただし、ＬＣＲメータ４に代えて、公知の発振器や電流計等を組み合わせて測定手段を構成してもよい。
【００４８】
演算装置５は、ＬＣＲメータ４を用いて測定されたインピーダンスの位相角に基づいて、破断部１０７の有無を判定する判定手段である。この演算装置５は、例えば、公知のパーソナルコンピュータにより構成されており、入力部、出力部、記憶部、及び制御部を備える（これら各部の図示は省略する）。入力部は、本実施の形態に係る測定方法を実行するために必要な各種の情報の入力を受け付けるための入力手段であり、例えば、キーボード、各種のスイッチ類、ＬＣＲメータ４に接続される端子等として構成されている。出力部は、本実施の形態に係る測定方法を実行するために必要な各種の情報を出力する出力手段であり、例えば、モニタ等として構成されている。記憶部は、演算装置５の処理に必要な各種の情報を記憶する記憶手段であり、例えばハードディスクやその他の記録媒体によって構成される。制御部は、ＬＣＲメータ４を用いて測定されたインピーダンスの位相角に基づいて、破断部１０７の有無を判定する判定制御を行う判定制御手段である。この制御部は、具体的には、ＣＰＵ、当該ＣＰＵ上で解釈実行される各種のプログラム（ＯＳなどの基本制御プログラムや、ＯＳ上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む）、及びプログラムや各種のデータを格納するためのＲＡＭの如き内部メモリを備えて構成されている。特に、本実施の形態に係る鋼材の破断部検知プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納され、当該記録媒体から演算装置５にインストールされることで、制御部を実質的に構成する。
【００４９】
（鋼材の破断部検知方法）
次に、このように構成された鋼材の破断部検知システム１を用いて行われる鋼材の破断部検知方法について説明する。この方法では、最初に初期調整を行う。具体的には、キャパシタ３に直列接続された検知コイル２を、耐火被覆を介して鋼材１００の近傍に配置する（配置工程）。具体的には、樹脂を介して検知コイル２を鋼材１００の入隅部１０５に載置する。ただし、実際の鋼材１００では、樹脂ではなく鋼材が耐火被覆にて覆われているため、この耐火被覆に検知コイル２を接触するように載置する。なお、検知コイル２は耐火被覆に必ずしも接触させる必要はなく、空間を隔てて配置してもよい。
【００５０】
このように最初に検知コイル２を配置する際には、鋼材の健全部１０６に対応する位置に検知コイル２を配置する。そして、ＬＣＲメータ４を介して、検知コイル２とキャパシタ３を直列共振させる周波数で、これら検知コイル２とキャパシタ３に電流を流す。例えば、ＬＣＲメータ４に設けられているメータによって表示される検知コイル２とキャパシタ３のインピーダンスを見ながら、このインピーダンスが最小になるように周波数を設定することで、検知コイル２とキャパシタ３を直列共振させることが可能になる。そして、当該直列共振させた状態において、ＬＣＲ直列共振回路のインピーダンスの位相角をＬＣＲメータ４で測定する。このＬＣＲメータ４の測定結果は、入力部を介して演算装置５に入力される。この際、ＬＣＲメータ４の電流を調整して位相角＝初期値＝０（ｄｅｇ）とする。
【００５１】
次に、鋼材１００に対する検知コイル２の位置を変化させつつ、各位置におけるこれら検知コイル２とキャパシタ３のインピーダンスの位相角を測定する（測定工程）。具体的には、検知コイル２を鋼材１００の長手方向に沿って、極力一定速度で、かつ、鋼材１００との間隔を極力一定に維持しながら、移動させる。そして、このような移動中の各位置において（実際には、移動中に連続的に）、検知コイル２とキャパシタ３のインピーダンスの位相角をＬＣＲメータ４で測定する。このように測定された位相角は、入力部を介して演算装置５に入力される。
【００５２】
そして、測定した位相角に基づいて破断部１０７の位置を特定する（特定工程）。すなわち、制御部は、記憶部に記憶された位相角の初期値に対する、その後の検知コイル２の各位置における位相角の変化に基づいて、破断部１０７の位置を特定する。より具体的には、制御部は、位相角が演算装置５に入力される毎に、記憶部に記憶された位相角の初期値と当該入力された位相角との差分を演算し、当該演算した差分が記憶部に記憶されている所定基準（閾値）と比較し、差分が閾値を超えていない場合には、検知コイル２に対応する部分は健全部１０６であると判定し、差分が閾値を超えている場合には、検知コイル２に対応する部分は破断部１０７であると判定する。この閾値の具体的な値は、実験等に基づいて決定することができる。
【００５３】
このような測定の実施例を説明する。図４は、測定結果を示すグラフであり、横軸は鋼材１００の長手方向に沿った各位置（図２の鋼材１００の長手方向奥側の端部に設定した原点からの距離）、縦軸は位相角を示す。この測定では、端部からの距離＝１００ｍｍの位置における健全部１０６で、位相角＝初期値＝０に調整した。この図４から判るように、健全部１０６における位相角の初期値＝０（ｄｅｇ）に対して、破断部１０７（ここでは溶接部）では位相角が最大で８（ｄｅｇ）であり、位相角の差分＝８（ｄｅｇ）となっている。このため、閾値を５（ｄｅｇ）程度としておくことで、破断部１０７を確実に特定することができる。なお、図４の例では、健全部１０６の端部における位相角が極大化しているが、これは、測定に使用した鋼材１００が長手方向両端部で切れているためである。実際の構造物においては、鋼材１００が他の鋼材と溶接等にて接合されているため、このような位相角の極大化は生じなるものと考えられる。また、このような位相角の極大化は、電流の周波数を上げたり、検知コイル２を小さくすることで、低減することが可能である。
【００５４】
〔III〕実施の形態に対する変形例
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び手段は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。
【００５５】
（解決しようとする課題や発明の効果について）
まず、発明が解決しようとする課題や発明の効果は、前記した内容に限定されるものではなく、発明の実施環境や構成の細部に応じて異なる可能性があり、上述した課題の一部のみを解決したり、上述した効果の一部のみを奏することがある。さらに、本発明によって、上述していない課題を解決したり、上述していない効果を奏することもある。
【００５６】
（破断部の特定について）
上記実施の形態では、インピーダンスの位相角の変化に基づいて、破断部１０７を特定しているが、インピーダンスの位相角自体に基づいて、破断部１０７を特定してもよい。例えば、破断部１０７におけるインピーダンスの位相角の値を、鋼材１００の種類や構造、あるいは想定される破断部１０７の大きさ等に応じて、予め測定して記憶部に記憶させておき、ＬＣＲメータ４で測定されたインピーダンスの位相角の値が当該記憶部に記憶させた値に該当した場合には、破断部１０７が存在するものと判定してもよい。
【００５７】
（鋼材の破断部検知システムの構成について）
鋼材の破断部検知システム１は、任意に分散又は統合を行うことができる。例えば、ＬＣＲメータ４の機能の全部又は一部を、演算装置５に統合してもよい。あるいは、演算装置５の機能の全部又は一部を、複数の装置に分散してもよい。
【００５８】
また、検知コイル２の形状は、円筒状や、鉄骨の形状に対応させた任意の形状としてもよい。例えば、図５には、検知コイルの変形例を示す。検知コイルの第１コイル部と第２コイル部とが形成する角度（検知コイル角度）は、鉄骨の入隅部の角度に応じて変えることができ、図２のように直角に限定されず、図５（ａ）に示すように９０度を超える広角としたり、図５（ｂ）に示すように９０度未満の狭角としてもよい。
【００５９】
また、鋼材の破断部検知システム１の実際の構成には、さらなる工夫を施すことができる。例えば、鋼材１００に沿って検知コイル２を容易に移動させるため、検知コイル２に取手を設けてもよい。また、水平方向に沿って配置された鋼材１００の測定を行う場合には、車輪付きの台車に、検知コイル２を含む鋼材１００の破断部検知システム１や電源を積載し、台車を移動させることで、検知コイル２を各測定位置に移動させるようにしてもよい。この際、例えば、台車の車輪の回転数に基づいて台車の移動距離を測定する距離測定手段を持たせ、この距離測定手段によって測定された移動距離に基づいて、検知コイル２の位置を決定してもよい。また、台車には、ＬＣＲメータ４等の測定手段の測定結果を表示する表示部を設け、この表示部に表示された測定結果を見ながら台車を移動させることで、破断部１０７の有無をモニタリングしてもよい。また、台車には、ＬＣＲメータ４等の測定手段の測定結果を記憶する記憶手段を設け、記憶手段にて磁気カード等の任意の記憶媒体に測定結果を記憶させ、この記憶媒体を取り出して外部機器への測定結果入力に使用できるようにしてもよい。
【００６０】
また、破断部１０７の検知結果の判定方法や出力形態としては、種々の態様を取り得る。例えば、破断部１０７が存在すると判定された場合には、アラーム音や表示灯による出力を行うことで、破断部１０７が検知された事実をユーザに報知してもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１  破断部検知システム
２  検知コイル
３  キャパシタ
４  ＬＣＲメータ
５  演算装置
６  接続線
７  抵抗
８  第１コイル部
９  第２コイル部
１０、１３  樹脂
１１  第１樹脂
１２  第２樹脂
１００  鋼材
１０１  第１辺
１０２  第２辺
１０３  第１面
１０４  第２面
１０５  入隅部
１０６  健全部
１０７  破断部
【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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