四国電力，四国電力送配電，四国総合研究所
研究期報１１6 (2022年6月) １4－21

コンクリート柱用鉄筋破断診断装置「新型ＣＰチェッカー」の開発㈱四国総合研究所 産業応用技術部
高岡山地㈱四国総合研究所 産業応用技術部㈱四国総合研究所 産業応用技術部
平田㈱四国総合研究所 電子アグリ技術部 中西
内田㈱四国総合研究所 経営企画部
三島㈱四国総合研究所 経営企画部
キーワード：Key Words：

ＣＰチェッカー
漏洩磁束法
鉄筋破断コンクリート柱
TMR センサ―

哲也
洋一郎
和也
美一
徹
敏裕

CP Checker
Magnetic Flux Leakage
rebar breakage
concrete poles
TMR sensor

The development of “Advanced CP Checker,” A Rebar Breakage Diagnostic Device for Concrete Poles
Shikoku Research Institute, Inc., Industry Application Technology Department
Tetsuya Takaoka, Yoichiro Yamaji, Kazunari Hirata
Shikoku Research Institute, Inc., Electronics and Agricultural Technology Department
Yoshikazu Nakanishi
Shikoku Research Institute, Inc., Corporate Planning Department
Toru Uchida, Toshihiro Mishima
Abstract
Concrete poles, which are important infrastructure equipment for achieving a stable power supply, are installedon the assumption that they will be used for a long period. Also, deterioration over time occurs during that time,causing surface peeling, cracking, etc., too. Therefore, the electric power company that manages the concrete poles
regularly inspect these poles by visual inspection and tapping to confirm their soundness.
The strength of the concrete pole is closely related to the condition of the rebars. If the condition of rebars being
broken or corroded can be confirmed in advance, the concrete pole will be able to rebuild at an earlier stage thanwhen the deterioration can be visually confirmed from the surface. If it is possible to find such rebar breakage, therisk of breaking concrete poles will be suppressed.
In response to such demands, in 2004, we developed a rebar breakage diagnostic device "CP Checker", a device
that can non-destructively confirm the rebar breakage in concrete poles and has sold more than 500 products so far.
Recently, electronic devices, such as sensors, have undergone remarkable evolution. Since these devices can be
expected to make a significant contribution to the diagnosis of rebar breakage, we have developed the "Advanced
CP checker" that uses the latest magnetic sensors.

－ 14 －

コンクリート柱用鉄筋破断診断装置「新型ＣＰチェッカー」の開発となり水分が浸入しやすくなること、経年劣化に

1. はじめに電力安定供給の実現において重要なインフラよるコンクリートのひび割れ箇所からも水分が設備である電柱は、コンクリート製のものが主体浸入しやすくなることなど、外部からの雨水の浸となっている。コンクリート柱は長期の利用を前入による腐食が懸念される。更に、そのような状提として設置されているが、その間に経年劣化が況下において、製造時に主鉄筋に与えたプレスト生じ、表面の剥離、ひび割れ、接合面の割れなどレスや電柱のたわみなどによる応力が発生するが発生することが知られている。電力会社など電ことにより、水素脆化が原因となる遅れ破壊に柱を管理するインフラ事業者においては、コンクよって鉄筋破断が発生する可能性もある 2、3）。

リート柱に対して目視や打音などにより定期的に点検を実施して健全性を確認している。

コンクリートを斫り、鉄筋を目視で確認した結果に関して、当社で調査した範囲では、鉄筋破断

コンクリート柱の強度は鉄筋の状態と密接にはコンクリートのひび割れ箇所や型枠の合わせ関係している。鉄筋が破断、腐食しているなどの目跡付近に集中して発生する傾向が確認されて状態が予め確認できれば、表面から目視で確認でいる。一方、コンクリートのひび割れがあってもきる状態に至るよりも早い段階でコンクリート鉄筋破断が発生していない事例も多く確認され柱の建て替えなどを判断することができるため、ており、ひび割れ確認を中心とした目視点検だけ折損などの発生リスクを抑えることができる。

でなくコンクリート柱内部の鉄筋の状態も確認

このような要求を受け、当社では 2004 年に鉄できれば、無駄に建て替える割合を減らすことが筋破断診断装置「ＣＰチェッカー」という、コンできるため、現場からは鉄筋の状態を確認する手クリート柱の鉄筋破断を非破壊で確認できる装法が求められていた 4）。

置を開発し、これまで 500 台以上の製品を販売している。
販売開始から 18 年経過した現在、センサ等の電子部品はめざましい進化を遂げており、鉄筋破断診断への活用においても大きな貢献が期待できる。今回、最新の磁気センサを活用した「新型ＣＰチェッカー」を開発したため、その概要について報告する。
2. コンクリート柱製造工程と鉄筋破断のメカニズム
コンクリート柱の製造工程を以下に、製造工程概念図を図 1 に示す 1、2）。
①

主鉄筋と螺旋筋とを溶接あるいは手編みにより組み立てる。

②③④

図1

コンクリート柱の製造工程概念図 1）組み立てた鉄筋を 2 分割された型枠内に配置する。

3. ＣＰチェッカーによる鉄筋破断診断

主鉄筋に所定の緊張力（プレストレス）を与

3.1 ＣＰチェッカー

えた状態でコンクリートを型枠内に入れ、電このようなニーズに基づき、2003 年頃から当社

柱を周方向に回転させながらコンクリートではＣＰチェッカーの開発に着手した。ＣＰを注入し、遠心力によって締め固める（遠心チェッカーの外観を図 2 に示す。ＣＰチェッカー成形）。

は本体であるセンサユニット、測定波形のグラフ

遠心成形後、蒸気養生して型枠を外し、検査表示と記録を行うレコーダユニット、コンクリー工程を経て完成となる。

ト柱の鉄筋を磁化させるための磁石ユニットの 3

上記工程③の遠心成形時には、型枠の合わせ目ユニットで構成される。ＣＰチェッカーではコンから僅かな水分が出るが、完成後はこれが通り道

クリート柱の鉄筋を磁石ユニットで磁化させた－ 15 －

コンクリート柱用鉄筋破断診断装置「新型ＣＰチェッカー」の開発

後、磁化範囲をセンサユニットで走査させて破断

コンクリート柱内部では主鉄筋はコンクリー箇所の有無を診断する。破断の可能性が高い箇所

トで固められているが、空気中もコンクリート中付近でセンサを走査させた場合には、ＣＰチェッも透磁率はほぼ同じとして扱える。そのため、漏カーが LED ランプとブザー音で破断ありを警告

洩磁束法ではコンクリートを使わずにモックアッする。

プを構築することが可能である。

（a）センサユニット（a）STEP1

磁石で鉄筋を磁化（b）レコーダユニット（c）磁石ユニット
図2

ＣＰチェッカーの外観（b）STEP23.2 漏洩磁束法

図3センサで磁束の乱れを検出

鉄筋周辺の磁束密度分布例

ＣＰチェッカーによる鉄筋破断診断では、コンクリート表面から永久磁石で内部の鉄筋を磁化3.3 破断点検出するステップ 1 と、破断箇所における磁束の乱れ

ＣＰチェッカーにおける鉄筋の破断点検出では、を磁気センサで検出して破断箇所を特定するス2 個の磁気センサを用いる。2 個の磁気センサをテップ 2 の 2 ステップで破断診断を行う。各ステ同じ直線上に一定間隔をおいて配置し、検査対象ップにおける主鉄筋および磁石、磁気センサ周辺となる主鉄筋の直上を 2 個の磁気センサが同じの磁束線を図 3 に示す。ステップ 1 で鉄筋を磁化直線上を移動するよう走査する。破断のない鉄筋すると、破断がある箇所ではそこで鉄筋が不連続上を走査する場合は、図 4（a）に示すような磁な端部となるため、そこに N／S の磁極が発生す

束線が発生し、端部を除く区間では概ね線形的にる。ステップ 2 では、この磁極から漏れ出る磁束滑らかに変化する。

を磁気センサで検出し、その局所的な変化を捉え仮に、主鉄筋に破断箇所があった場合、破断箇て破断の有無を判定する。この手法は、破断部分

所には図 4（b）に示すような磁束線が発生してから漏れ出る磁束を測定して破断箇所を特定す

おり、コンクリート柱の軸中心から表面に向かう5）る方法であり、漏洩磁束法と呼ばれる 。

方向、即ち図 4 にて上向きの方向の磁束を測定す－ 16 －

コンクリート柱用鉄筋破断診断装置「新型ＣＰチェッカー」の開発

ると、破断箇所付近の短い区間に N／S 極が発生が登場しており、このようなセンサを活用した高することで磁束密度の極大／極小値が発生し、S性能な鉄筋破断診断を行うため、ＣＰチェッカー字曲線の特徴を示す。の性能向上について検討した。

図 4（b）に赤色で示す磁束密度波形では、極大・極小値の中間位置を破断点とすると、破断点

4.1 新型センサの活用

は磁束密度波形を微分した波形において、傾きが新型ＣＰチェッカーでは、TMR（トンネル磁気最大となる箇所で求まる。波形の微分は、数値計抵抗）センサという最新の磁気センサを活用した。

算では微小区間の差分を求めることに相当する

TMR センサの仕様を表 1 に示す。

が、これにヒントを得て、ＣＰチェッカーでは 2個のセンサ測定値の差分を求め、その絶対値が一表1）して検出する⁵ 。
測定磁束密度の鉄筋に垂直な成分
測定位置
健全鉄筋の波形

着磁端の波形

着磁端の波形ＳＮ

TMR センサの仕様例

項目
種別軸
センシング
範囲
デジタル出力
供給電圧
供給電流
電流消費

定値以上大きく変化する箇所を破断点の候補と動作温度
パッケージ
サイズ

Ｎ
Ｓ
着磁範囲
鉄 筋

内容
磁気抵抗
3 軸（X,Y,Z）
感度：10nT/LSB
レンジ：±1.2mT
18 ビット
1.7V～1.98V
2.5mA
0.5μA(電源断時)
0.03mA～0.20mA（測定モードによる）-30℃～85℃
11-pin LGA
1.6mm×1.6mm×0.58mm

TMR センサは絶縁体を 2 層の強磁性体で挟んだ磁束線

磁気トンネル接合で構成され、外部磁界の方向に（a）健全時対して鋭敏に電気抵抗が変化するトンネル磁気

測定磁束密度の鉄筋に垂直な成分破断による波形
測定位置

抵抗効果を利用したセンサである。その特徴としては、小型、低消費電力、広い測定レンジなどが挙げられるが、従来の MI センサは単軸型である

着磁端の波形のに対して、今回の TMR センサは 3 軸型であるという点も大きな特徴の一つである。

着磁端の波形ＳＮ Ｓ

図 5 に従来および新型ＣＰチェッカーにおけＮるセンサの配置を示す。従来のＣＰチェッカーでは、Z 軸方向のみの単軸の MI センサ 3 個を配置

着磁範囲し、走査方向と同じ方向に配置したセンサ 2 個で破 断鉄 筋測定する。これに対して、新型ＣＰチェッカーで磁束線は、3 軸の TMR センサ 4 個を配置し、走査方向と同じ方向に配置したセンサ 2 個で従来のＣＰ（b）破断時
図4チェッカーと同じ Z 軸方向の測定を行い、それに健全および破断時の磁束密度分布直交する方向に配置したセンサ 2 個で Y 軸方向の測定を行う。新型ＣＰチェッカーでは、走査方向4. 新型センサによる鉄筋破断診断の性能向上
ＣＰチェッカー開発時は、当時最新のセンサでに直交する方向に配置した 2 個のセンサにより、あり、小型、高感度の MI（磁気インピーダンス）

破断箇所から漏洩する磁束線を走査方向から見センサを用いていたが、現在はより小型で高感度、た両側面からも測定することができる。

低消費電力などの特徴をもった高性能なセンサ－ 17 －

なお、従来のＣＰチェッカーにおいては、センコンクリート柱用鉄筋破断診断装置「新型ＣＰチェッカー」の開発

サ S1、S2 の中点を破断箇所として推定し、新型ＣＰチェッカーにおいては、センサ S1～S4 の中点を破断箇所として推定する。図 6 に従来のＣＰチェッカーと新型ＣＰチェッカーにおける測定方法の比較を図示する。
新型ＣＰチェッカーの S1、S2 については、従来のＣＰチェッカーの S1、S2 と同じデータを測定しており、新型ＣＰチェッカーの測定結果は、（a）センサヘッド部分従来のＣＰチェッカーの測定結果と互換性を有している。
4.2 3D（3 次元）破断判定手法
新型ＣＰチェッカーでは、前述の 4 個のセンサでの測定値を用いて下記のように破断判定を行う。
【3D 破断判定手法】
以下の 2 段階のスクリーニングにより、立体的に破断箇所を検出する。
① 1 次スクリーニング
図 5（c）のセンサ S1、S2 について Z 軸方向（b）従来のＣＰチェッカー

図5の磁束密度の差分の絶対値が、設定閾値以上（c）新型ＣＰチェッカーとなった場合に、その位置を破断判定候補とセンサヘッド部分のセンサ配置する。閾値に以上なった点（開始点：𝑡𝑡𝑠𝑠 ）と閾値以下に戻った点（終了点：𝑡𝑡𝑒𝑒 ）を求める。

② 2 次スクリーニング

1 次スクリーニングの開始点と終了点における図 5（c）のセンサ S3、S4 の Y 軸方向の磁束密度を求める。これらの値が、下記の式（1）から（3）を満足すれば、測定結果を破断であると判断する。
�𝑆𝑆3𝑦𝑦 (𝑡𝑡𝑠𝑠 ) − 𝑆𝑆3𝑦𝑦 (𝑡𝑡𝑒𝑒 )� > 𝐴𝐴（a）従来のＣＰチェッカーによる測定例

�𝑆𝑆4𝑦𝑦 (𝑡𝑡𝑠𝑠 ) − 𝑆𝑆4𝑦𝑦 (𝑡𝑡𝑒𝑒 )� > 𝐵𝐵

（1）
（2）

�𝑆𝑆3𝑦𝑦 (𝑡𝑡𝑠𝑠 ) − 𝑆𝑆3𝑦𝑦 (𝑡𝑡𝑒𝑒 )� ∙ �𝑆𝑆4𝑦𝑦 (𝑡𝑡𝑠𝑠 ) − 𝑆𝑆4𝑦𝑦 (𝑡𝑡𝑒𝑒 )� < 0 （3）ここで𝑆𝑆3𝑦𝑦 (𝑡𝑡𝑠𝑠 )、𝑆𝑆3𝑦𝑦 (𝑡𝑡𝑒𝑒 )は、①の開始点𝑡𝑡𝑠𝑠 および開始点𝑡𝑡𝑒𝑒 のセンサ S3 の Y 軸方向の磁束密度測定値であり、同様に𝑆𝑆4𝑦𝑦 (𝑡𝑡𝑠𝑠 )、𝑆𝑆4𝑦𝑦 (𝑡𝑡𝑒𝑒 )は、センサ S4 の Y 軸方向の磁束密度測定値である。

また、A および B は変化に対する閾値である。

破断点はセンサが破断箇所を走査して通過し（b）新型ＣＰチェッカーによる測定例

図6

従来および新型ＣＰチェッカーの破断箇所た後のタイミングで判定されるため、推定される測定方法の比較

破断点は 1 次スクリーニングで抽出した𝑡𝑡𝑠𝑠 と𝑡𝑡𝑒𝑒 の－ 18 －

コンクリート柱用鉄筋破断診断装置「新型ＣＰチェッカー」の開発中点としている。
破断を示す波形例を図 7 に示す。これは、新型
ＣＰチェッカーのレコーダユニット画面に表示

5. 新型ＣＰチェッカーの性能評価
5.1 新型ＣＰチェッカーの試作されるグラフである。上側のグラフは S1、S2 の Z

図 8 に新型ＣＰチェッカーの外観を示す。従来軸方向の磁束密度を青と赤、S3、S4 の Y 成分の磁と同様に新型ＣＰチェッカーにおいても、センサ束密度を緑と茶で表したもので、縦軸に磁束密度ユニット、レコーダユニット、磁石ユニットの 3（μT）、横軸に測定時間（秒）をとったものであユニットでの構成とした。

る。下側のグラフは、S1、S2 の Z 軸方向の磁束密センサユニットに関しては、現場での聞き取り度の差分値を表示しており、この値が閾値を超え調査を実施して筐体の大幅な見直しを行い、使用る開始／終了点の点線を上側のグラフと共有し頻度の少ない機構部分を簡素化することで、従来ている。上側のグラフで 2 次スクリーニングを行よりも小型、軽量化を図った。中でも TMR センサ

い、破断と判定される場合は、上下のグラフで桃の特徴である低消費電力を活かすことにより、Ｃ色の破断推定位置の線を共有する。図 7 のようなＰチェッカーのバッテリ持続時間を、これまで単典型的な破断を示す例では、S3 および S4 の波形

3 乾電池 4 本で 8 時間であったものを、単 3 乾電が交差する形で表される。

池 2 本で 50 時間以上に延長することができ、電池本数の削減により軽量化にも貢献した。
また、レコーダユニットにおいても AndroidOS【上側グラフの波形】
赤：S1_Z 軸、青：S2_Z 軸
緑：S3_Y 軸、茶：S4_Y 軸の測定値への変更や、BLE（Bluetooth Low Energy）への対応、3D 破断判定手法による判定結果表示など

磁束密度(μT)②２次スクリーニングの判定条件により、１次スクリーニング範囲の中点を破断推定値とする。の機能アップが行われている。

S3_Y の傾き
S4_Y の傾き（a）センサユニット

破断推定位置

測定時間(秒)
終了点 te（b）レコーダユニット
開始点 ts①１次スクリーニングによる開始／終了点抽出。
【下側グラフ（１次スクリーニング）の波形】
青：S1_Z 軸と S2_Z 軸の差分値

図7（c）磁石ユニット
図8

破断を示す波形例－ 19 －

新型ＣＰチェッカーの外観

コンクリート柱用鉄筋破断診断装置「新型ＣＰチェッカー」の開発

5.2 コンクリート柱モックアップの作成
ＣＰチェッカーの性能評価を行うにあたり、実際のコンクリート柱を忠実に模擬したモックアップを作成した。前述のように、コンクリート中も空気中も透磁率はほぼ同じとみなせるため、主鉄筋を破断と判定

モックアップの鉄筋は空間中に配置し、内部の鉄筋や破断の位置を確認しながら測定が行えるような構造とした。模擬破断は鉄筋を切断して 0～5mm 程度のギャップで模擬した。モックアップの外観を図 9 に示す。

図 10

螺旋筋直下の主鉄筋模擬破断の測定例（2）主鉄筋直上の螺旋筋が破断している場合
主鉄筋には破断が無く、主鉄筋と交差する箇所の螺旋筋のみが破断している場合の測定例として測定結果と該当部分の写真を図 11 に示す。
主鉄筋上を走査しているので、主鉄筋と螺旋筋が交差する部分は磁束密度が局所的に変化するため、部分的に 1 次スクリーニングで検出されているが、S3、S4 の Y 軸方向の磁束密度の変化が小さいため 2 次スクリーニングでは破断として検出されないことを確認した。
図9

コンクリート柱モックアップの外観

5.3 測定例測定例として、モックアップを用いて螺旋筋の直下にある主鉄筋が破断している場合と、主鉄筋の直上にある螺旋筋が破断している場合につい主鉄筋の破断なしと判定て測定を行った。
（1）螺旋筋直下の主鉄筋が破断している場合
螺旋筋の直下に主鉄筋の破断がある場合の測定例として、測定結果と該当部分の写真を図 10に示す。
螺旋筋直下の破断ということで、主鉄筋の破断部分から漏洩する磁束が上側の螺旋筋に遮られて測定値が低下する可能性が懸念されたが、特に大きな影響はなく、主鉄筋の破断が検出できていることを確認した。
図 11－ 20 －

主鉄筋直上の螺旋筋模擬破断の測定例

コンクリート柱用鉄筋破断診断装置「新型ＣＰチェッカー」の開発

6. まとめ当社が 2004 年から販売を開始した鉄筋破断診断機「ＣＰチェッカー」において、最新型の磁気センサである TMR センサを活用し、高性能な鉄筋破断診断を実現した「新型ＣＰチェッカー」を開発した。実際のコンクリート柱を忠実に再現したモックアップを作成して各種模擬破断の測定結果について性能評価を行った結果、従来のＣＰチェッカーよりも詳細に破断診断できることを確認した。
今後、製品の量産化を進めて行き、現在のＣＰチェッカーの後継機種として販売する予定である。
［参考文献］
1)㈱四国総合研究所：「コンクリート柱用鉄筋破断非破壊診断装置 ＣＰチェッカーM BT」，
ＣＰチェッカーM BT 取扱説明資用料（2022）

2)

大日コンクリート工業㈱：「コンクリートポール 点検手引 書」，大 日コン クリート 工業（2017）

3)

上庄拓哉ら：「コンクリート電柱内鉄筋の水素 脆 化 予 測 技 術 」， NTT 技 術 ジ ャ ー ナ ル
2021.4（2021）

4)

四国電力㈱：「旧規格電柱の折損事故とその対策について（電柱の点検等の実施に係る国からの指示について）」,四国電力プレスリリース（平成 18 年 12 月 8 日）（2006）

5)㈱四国総合研究所：「ＣＰチェッカーM BT 簡
易操作説明資料」、ＣＰチェッカーM BT 製品
資料（2019）6)上田洋、工藤輝大、佐々木孝彦「コンクリー
ト電柱の劣化診断と維持管理」，鉄道総研報
告，第 18 巻，第 10 号，pp.3-8（2004）－ 21 －