JP2010053927A - 締め付け装置およびその軸力検出システム - Google Patents
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Abstract
【課題】締結部の緩み等に起因するトラブルを解決することを主な目的とし、施工時に正確な軸力を直接測定して検出し、パソコン等への発信機能をもつ読み取り装置を用いて任意の時期に簡単に締結部の軸力の点検や管理をし、比較的低価格にて軸力検出形のボルトおよびナットを提供することを課題とする。
【解決手段】ボルトまたはナットを含む締め付け装置の軸力を検出する手段を有する、締め付け装置の検出システムであって、締め付け装置の軸力値を検出するために所定個所に配設される歪みゲージと、歪みゲージに接続されて検出された軸力値と固有の識別情報とを無線により発信するためのICタグと、を含む軸力検出器と、軸力検出器に電力を供給する手段と、軸力検出器から発信されたデータの読み取り装置と、を備えて構成される。
【選択図】 図1
【解決手段】ボルトまたはナットを含む締め付け装置の軸力を検出する手段を有する、締め付け装置の検出システムであって、締め付け装置の軸力値を検出するために所定個所に配設される歪みゲージと、歪みゲージに接続されて検出された軸力値と固有の識別情報とを無線により発信するためのICタグと、を含む軸力検出器と、軸力検出器に電力を供給する手段と、軸力検出器から発信されたデータの読み取り装置と、を備えて構成される。
【選択図】 図1
Description
本発明は、ボルトやナットなどの締結用部材を用いて部材を締め付けるための締め付け装置、および、締め付け時の軸力を検出したり管理したりする締め付け装置の検出システムに関するものである。
ボルトやナットなどの締結用部材を締め付けてその締結部の信頼性を上げるために、軸力を一定にしようとする締め付け手段は数々ある。
例えば、1)トルクレンチにて締め付ける、2)ブレークアウエイ機構を取り入れる、3)SPロックナット(定軸力締め込みナット)を用いるなどがある。
しかしながら、これらの締め付け手段には、種々の欠点がある。
例えば、1)トルクレンチにて締め付ける、2)ブレークアウエイ機構を取り入れる、3)SPロックナット(定軸力締め込みナット)を用いるなどがある。
しかしながら、これらの締め付け手段には、種々の欠点がある。
トルクレンチを用いた締め付けでは、ボルトやナットは相手との摩擦係数の違いに影響されるので、トルクレンチを同じトルクの値にして締め付けても、得られる軸力はそれぞれ変化してしまう。
また、ブレークアウエイ機構を備えた締め付け装置や、定軸力式の締め込みナットである「SPロックナット」は、トルクレンチによらずに一定トルクを得ようとするものであるが、前述のように、締め付け部材間の摩擦によって軸力が変化するという宿命的な欠点をもっている。
また、ブレークアウエイ機構を備えた締め付け装置や、定軸力式の締め込みナットである「SPロックナット」は、トルクレンチによらずに一定トルクを得ようとするものであるが、前述のように、締め付け部材間の摩擦によって軸力が変化するという宿命的な欠点をもっている。
そして、施工管理上、ブレークアウエイ方式の締め付け装置では、規定トルクで締めたかどうかの確認は、再度トルクレンチで確認しなければならないが、送配電用鉄塔や電線上などにその締め付け個所がある場合には、その点検や確認は容易なことではない。
ブレークアウエイ機構を有する締め付け部材にしても、トラブルによってブレークアウエイ部をブレークした後の六角部を直接締め付けてしまうということがあり、これでは規定とは全く違ったトルクによって締付けられるので、施工不良となる。
SPロックナットでは、締め付けを完了したかどうかは外見上分からないので、施工後の管理や点検が行えない。
ブレークアウエイ機構を有する締め付け部材にしても、トラブルによってブレークアウエイ部をブレークした後の六角部を直接締め付けてしまうということがあり、これでは規定とは全く違ったトルクによって締付けられるので、施工不良となる。
SPロックナットでは、締め付けを完了したかどうかは外見上分からないので、施工後の管理や点検が行えない。
上述のように、従来の締め付け手段では、締付けの適正化のため、ミスの起こる確立を小さくする点では評価できるが、締付け後の点検を行わない限り、適正な締付けが行われているかどうかは確認できない。
さらに、適正な締付けが行われていたとしても、締付けトルクで間接的に軸力を管理しているため、前述の理由で、得られる軸力はどうしても比較的大きなバラツキを避けることが出来ない。
さらに、適正な締付けが行われていたとしても、締付けトルクで間接的に軸力を管理しているため、前述の理由で、得られる軸力はどうしても比較的大きなバラツキを避けることが出来ない。
本出願人が本発明の技術分野に関連して出願した特許文献としては、例えば次のようなものがある。
特開2006−144838号公報
特開2001−173626号公報
特公平6−72606号公報
このように、従来の締め付けに関連する技術では、締結部の緩み等に起因するトラブルが後を絶たないといえる。加えて、ボルト等の締めすぎによる機器の破壊を防ぐため、必要以上に安全率を取ることが設計上強いられ、結果的に機器の重量増、コストアップを招いている。
本発明では、従来の上述した問題点を解決することを目的とし、施工時に正確な軸力を直接測定して検出できること、パソコン等への発信機能をもつ読み取り装置を用いて、任意の時期に簡単に締結部の軸力の点検や管理ができること、比較的低価格にて軸力検出形のボルトおよびナットが提供できること、などをその課題としている。
本発明では、従来の上述した問題点を解決することを目的とし、施工時に正確な軸力を直接測定して検出できること、パソコン等への発信機能をもつ読み取り装置を用いて、任意の時期に簡単に締結部の軸力の点検や管理ができること、比較的低価格にて軸力検出形のボルトおよびナットが提供できること、などをその課題としている。
(1)締め付けの軸力値を検出する手段を有する締め付け装置であって、
前記軸力値を検出するために所定個所に配設される歪みゲージと、前記歪みゲージに接続されて前記歪みゲージで検出された軸力値と固有の識別情報とを無線により発信するためのICタグと、を含む軸力検出器と、
前記軸力検出器に電力を供給する手段と、を備えて構成される。
(2)(1)の締め付け装置において、
前記締め付け装置はボルトまたはナットを含み、
前記歪みゲージとICタグとは、前記締め付け装置を締め付け工具で締め付けたときに、前記締め付け工具が当たらない位置に配設される。
前記軸力値を検出するために所定個所に配設される歪みゲージと、前記歪みゲージに接続されて前記歪みゲージで検出された軸力値と固有の識別情報とを無線により発信するためのICタグと、を含む軸力検出器と、
前記軸力検出器に電力を供給する手段と、を備えて構成される。
(2)(1)の締め付け装置において、
前記締め付け装置はボルトまたはナットを含み、
前記歪みゲージとICタグとは、前記締め付け装置を締め付け工具で締め付けたときに、前記締め付け工具が当たらない位置に配設される。
(3)ボルトまたはナットを含む締め付け装置の軸力を検出する手段を有する、締め付け装置の検出システムであって、
前記締め付け装置の軸力値を検出するために所定個所に配設される歪みゲージと、前記歪みゲージに接続されて前記検出された軸力値と固有の識別情報とを無線により発信するためのICタグと、を含む軸力検出器と、
前記軸力検出器に電力を供給する手段と、
前記軸力検出器から発信されるデータの読み取り装置と、を備えて構成される。
前記締め付け装置の軸力値を検出するために所定個所に配設される歪みゲージと、前記歪みゲージに接続されて前記検出された軸力値と固有の識別情報とを無線により発信するためのICタグと、を含む軸力検出器と、
前記軸力検出器に電力を供給する手段と、
前記軸力検出器から発信されるデータの読み取り装置と、を備えて構成される。
締結装置のトラブルは締付け時の軸力が適性でないことに起因することが多いと考えられることから、本発明を適用すれば、施工時に軸力を直接測定して検出でき、目的の軸力であることを確認できれば、緩み等トラブルを未然に防ぐことができる。
本発明において、パソコン等への発信機能をもつ読み取り装置を用いるなら、読み取り装置を近づけさえすれば、任意の時期に簡単に締結部の軸力点検ができる。
また、読み取り装置を締結部の近くにおいておけば、常時、締結部の軸力監視が可能である。
本発明において、パソコン等への発信機能をもつ読み取り装置を用いるなら、読み取り装置を近づけさえすれば、任意の時期に簡単に締結部の軸力点検ができる。
また、読み取り装置を締結部の近くにおいておけば、常時、締結部の軸力監視が可能である。
さらに、本発明によるシステムや方法を適用すれば、締結部への予想外の力(大きな軸力変化)など、事故の監視なども可能になる。例えば、原子力設備・車・航空機・鉄道などの重要保安部においてこのような手法を取ることにより、事故の予防や事故原因の解明にも役立てることができる。
また、鉄道のレールの枕木への固定に、本技術を用いたボルトを使用した場合には、高速試験車に適当な読み取り機を設置することにより、定期的に高速に、ボルトの緩み点検が実施でき、省力化、安全性向上につなげることができる。
また、鉄道のレールの枕木への固定に、本技術を用いたボルトを使用した場合には、高速試験車に適当な読み取り機を設置することにより、定期的に高速に、ボルトの緩み点検が実施でき、省力化、安全性向上につなげることができる。
次に、添付の図面を参照して、本発明による締め付け装置およびその軸力検出システムの実施の形態について、詳細に説明する。
図1は、締め付け装置の軸力検出システム(S1,S2)の構成図である。
図1(1)に示す軸力検出システムS1は、ボルトまたはナットを含む締め付け装置の締め付けの軸力を検出する手段を有し、「軸力検出器10−読み取り装置16−パソコン18」が一体的に接続された構成からなる。「軸力検出器10−読み取り装置16」は無線にて、「読み取り装置16−パソコン18」は無線または有線にて接続される。
図1は、締め付け装置の軸力検出システム(S1,S2)の構成図である。
図1(1)に示す軸力検出システムS1は、ボルトまたはナットを含む締め付け装置の締め付けの軸力を検出する手段を有し、「軸力検出器10−読み取り装置16−パソコン18」が一体的に接続された構成からなる。「軸力検出器10−読み取り装置16」は無線にて、「読み取り装置16−パソコン18」は無線または有線にて接続される。
軸力検出器10は、締め付け装置の軸力値を検出するために所定個所に取り付けられる歪みゲージ11と、この歪みゲージ11に接続されて検出された軸力値を無線により発信するためのICタグ12と、を備えている。
ICタグ12は、ICチップ(マイクロチップ)とアンテナとが内蔵された、固有の識別情報を持った一般的なものであるが、ICタグのマイクロチップには、歪みゲージによる歪み検出に必要な一切の機能をもたせて、その電源はICタグ12を構成するアンテナへの読み取り装置16からの電波による誘導電流を利用している。
ICタグ12は、ICチップ(マイクロチップ)とアンテナとが内蔵された、固有の識別情報を持った一般的なものであるが、ICタグのマイクロチップには、歪みゲージによる歪み検出に必要な一切の機能をもたせて、その電源はICタグ12を構成するアンテナへの読み取り装置16からの電波による誘導電流を利用している。
こうして、ICタグ11と歪みゲージ12とを一体化して製作された軸力検出器10は市販のボルトやナットに組み込めるように、できるだけコンパクトなものとして構成され、この軸力検出器10をボルトやナットなどの締め付け部材の軸力測定する部位に貼り付ける。このとき、貼り付けられる軸力検出器10が、締め付け部材を締め込むときの締め付け工具の施工に邪魔にならないような位置に取り付けるものとする。そして、このICタグ11と歪みゲージ12とが内蔵された軸力検出器10は、市販のボルトやナットに組み込めるほどの大きさとする。
図1(1)の軸力検出システムS1においては、軸力検出装置10は、ボルトやナットの軸力変化に対応した歪み変化を、無線接続される読み取り装置16の電波を受けて、これをアンテナに生じる電流を駆動源として、歪みゲージ11によって検出したのち、読み取り装置16に発信できるように構成されている。
また、この読み取り装置16の周辺にはパソコン18を配置しておき、その検出結果を、無線または有線で発信できるようにする。
また、軸力検出装置10内のICタグa1は、歪みゲージで検出された締め付け装置の軸力値のみならず、締め付け箇所(測定部位)に関する固有の識別情報をも同時に発信することができる。
また、この読み取り装置16の周辺にはパソコン18を配置しておき、その検出結果を、無線または有線で発信できるようにする。
また、軸力検出装置10内のICタグa1は、歪みゲージで検出された締め付け装置の軸力値のみならず、締め付け箇所(測定部位)に関する固有の識別情報をも同時に発信することができる。
ところで、本発明で採用するICタグ12は、メモリ機能のあるICチップとアンテナとを搭載した非接触式の「RFID」と呼ばれるものであり、プラスチック等の基材上のコイルパターンと容量素子とにより共振回路を形成して一定周波数の電波を受信して交信することができる。一般的には125kHz未満、13.56MHz、2.45GHz(マイクロ波)、UHF帯の周波数帯が使用され、マイクロ波の場合の通信距離は数mと云われていたが、近年は通信距離のさらに長いものが開発されてきている。
また、周波数帯域によっては、電気的ノイズ、水分、金属などの影響を受けやすくなるので、軸力を測定する締め付け部材の材質や取り付け環境などに合わせて、適切な周波数体のICタグを選択する必要がある。とりわけ、締め付け部材は鉄・アルミ・銅などの金属から成る場合が多いので、ICタグの適切な選択は不可欠である。
また、周波数帯域によっては、電気的ノイズ、水分、金属などの影響を受けやすくなるので、軸力を測定する締め付け部材の材質や取り付け環境などに合わせて、適切な周波数体のICタグを選択する必要がある。とりわけ、締め付け部材は鉄・アルミ・銅などの金属から成る場合が多いので、ICタグの適切な選択は不可欠である。
図2に示すのは、本発明の軸力検出システムにおいて軸力検出に用いられる歪みゲージ11の具体的な回路図の例である。この歪みゲージ11は、4枚の歪みゲージg1〜g4で形成されたホイートストンブリッジ回路からなり、歪みの計測では、これらの4枚の歪みゲージを、その抵抗が2枚ずつ交互に入る様に4ゲージ方式でブリッジ回路を組み、歪み出力が得られるもので、Eにブリッジ電圧を印加すると、被検出物の対象物理量に対応したひずみ電圧が得られるよう構成されている。
さて、図1(2)に示す軸力検出システムS2は、ボルトまたはナット等の締結部材を備える締め付け装置についての締め付けの軸力を検出する手段を有し、「軸力検出器20−読み取り装置26−パソコン20」が一体的に接続された構成からなるのは、軸力検出システムS1と同じであるが、図1(2)の軸力検出器20は、歪みの測定や受信/発信の駆動源となる電池24を内蔵し、また、歪みゲージによる測定に必要な機能を別のICチップ23(マイクロチップ)に持たせた構成としているところが、軸力検出システムS1とは異なる。
図3は、締結部材のボルトまたはナットに、軸力検出器を配設する状況を示す外観斜視図である。
図3(1)は、締め付け用の六角形頭部を有するボルトB1において、歪みゲージとICタグを内蔵した軸力検出器30を六角形頭部の六角表面に配設した図であり、ここでは、六角形頭部の表面に凹溝31が加工されており、この凹溝31に軸力検出器30を配設している。そのため、この図3(1)の軸力検出器30は、施工の際に締め付け工具が当たることがなく、施工を邪魔しない位置に取り付けられている。
図3(1)は、締め付け用の六角形頭部を有するボルトB1において、歪みゲージとICタグを内蔵した軸力検出器30を六角形頭部の六角表面に配設した図であり、ここでは、六角形頭部の表面に凹溝31が加工されており、この凹溝31に軸力検出器30を配設している。そのため、この図3(1)の軸力検出器30は、施工の際に締め付け工具が当たることがなく、施工を邪魔しない位置に取り付けられている。
図3(1)のような、六角形頭部を有するボルトB1の頭部に歪みゲージを配設する方式では、ボルトの胴部の軸力を検出しないで、ボルトの頭部で軸力による引張応力を曲げ応力に返還して、これを一体化した軸力検出器30にて検出するものであり、比較的低精度で安価にしてボルトに適用することができる。
つぎの図3(2)は、断面六角形の締め付け用のナットN1において、歪みゲージとICタグを内蔵した軸力検出器40を配設した図であるが、ナットN1では六角形の上下表面は他の部材と当接するし、また側面は締め付け工具が当たる個所であるので、側面から窪ませて凹溝41を設けておき、そこに軸力検出器40を配設している。
そのつぎの図3(3)は、図3(1)と同様の締め付け用の六角形頭部を有するボルトB2において、それぞれに歪みゲージとICタグを内蔵した2つの軸力検出器(50a,50b)を、2体六角形頭部の六角面上の凹溝(51a,51b)にその中心から対称的に配設した図であり、2つの軸力検出器(50a,50b)の位置は、施工の際に締め付け工具が当たらず、また施工を邪魔しないものである。
図3(1)のように、比較的低精度で安いコストが要求されるものは、ボルトの胴部で軸力を検出しないで、頭部に溝を加工し、軸力による引張応力を曲げ応力に返還して、これを一体化した軸力検出器にて検出する方式とするのがよい。この場合、1ヶ所(図3(1))では偏荷重への対応が難しいが、コストや検出精度の要求に応じて、軸力検出器を2ヶ所(図3(3))さらには3ヶ所とすることができ、複数個所への軸力検出器の配置によりパソコン等により受信した検出値を平均化して用いることとなる。
図3(4)は、図3(1)と同様の締め付け用の六角形頭部を有するボルトB3において、軸力検出器60を配設する他の状況を示すものであるが、この図3(4)での歪みゲージ61とICタグ62とは軸力検出器60に共に内蔵されているのではなく、相互に接続されてはいるものの別々の位置に配設されたものとなっている。
すなわち、このボルトB3では、六角形頭部63の六角表面から軸部64の側面に貫ける通し溝65が形成されており、歪みゲージ61は胴部(軸部)64の側面の通し溝65に配設され、ICタグ62は六角形頭部63の六角表面上に配設され、両者はリード線で相互に接続されている。
ここでは、歪みゲージ61の位置が胴部64の側面の位置にあるため、ボルトB3の胴部64にかかる軸力を正確に測定することができる。
すなわち、このボルトB3では、六角形頭部63の六角表面から軸部64の側面に貫ける通し溝65が形成されており、歪みゲージ61は胴部(軸部)64の側面の通し溝65に配設され、ICタグ62は六角形頭部63の六角表面上に配設され、両者はリード線で相互に接続されている。
ここでは、歪みゲージ61の位置が胴部64の側面の位置にあるため、ボルトB3の胴部64にかかる軸力を正確に測定することができる。
本発明の技術では、目的や要求レベルに応じて、その精度やコストを自在に適用することができる。例えば、原子力機器等重要保安部には比較的コストをかけることができるから、この図3(4)のように、ボルトの施工にじゃまにならないように、かつ軸力検出器を壊さないように、ボルトの胴部表面に溝を加工して、ここに軸力検出器を収納することができる。
この図3(4)の場合では、歪みゲージ61を高精度に軸力を直接検出できるようにボルトの64胴部に配置して、ICタグ62を電波の授受が可能なようにボルトの頭部に配置したものであり、歪みゲージ61ICタグ62とはリード線にて接続しておき、これらの部材は耐候性の良い接着剤にてボルトに貼り付ければよい。
図3(4)のように、歪みゲージ部とICタグ部を分離して、その間をリード線で電気的に接続しているタイプのものは、図3(1)よりは高めのコストがかかることになるから、軸力検出の用途等によって、それらを使い分けるとよい。
図3(4)のように、歪みゲージ部とICタグ部を分離して、その間をリード線で電気的に接続しているタイプのものは、図3(1)よりは高めのコストがかかることになるから、軸力検出の用途等によって、それらを使い分けるとよい。
本発明による締め付け装置およびその軸力検出システムの技術を、ボルトやナット等の締結部材に適用したときには、施工後に、その場ですぐに、非接触で軸力を測定することができる。
そして、その結果を管理者のパソコン等に読み取り装置などで送ることにより、管理者は適正な軸力か否かを瞬時に判別でき、適正でなければ作業者に修正を指示することにより、確実に目的の軸力を得ることができる。
また、測定した軸力とともに締結装置の個々の識別情報をパソコン等に記録でき、その後の点検のための管理データとすることができる。
そして、その結果を管理者のパソコン等に読み取り装置などで送ることにより、管理者は適正な軸力か否かを瞬時に判別でき、適正でなければ作業者に修正を指示することにより、確実に目的の軸力を得ることができる。
また、測定した軸力とともに締結装置の個々の識別情報をパソコン等に記録でき、その後の点検のための管理データとすることができる。
軸力検出器は、歪みゲージとICタグを一体化したものからなり、ICタグのマイクロチップには、軸力の歪みゲージによる測定ができる機能をもたせるとともに、その電源はICタグを構成するアンテナへの読み取り装置からの電波による誘導電流を利用することができる。また、歪みゲージによる測定に必要な機能は、図1(2)のシステムのように、別のICタグ(マイクロチップ)に持たせるよう構成してもいいし、電源としての電池を内蔵して、これらを一体化してもよい。
こうして歪みゲージとICタグとが一体化された軸力検出器は、市販のボルトやナットに組み込めるようなコンパクトなものとして製造することは容易である。また、用途によっては、歪みゲージ部とICタグ部を分離して、その間をリード線で電気的に接続しても良い。
こうして歪みゲージとICタグとが一体化された軸力検出器は、市販のボルトやナットに組み込めるようなコンパクトなものとして製造することは容易である。また、用途によっては、歪みゲージ部とICタグ部を分離して、その間をリード線で電気的に接続しても良い。
S1,S2 締め付け装置の検出システム
10,20,30,40,50a,50b 検出装置
11,21,61 歪みゲージ
12,22,62 ICタグ
23 ICチップ
24 電池
16,26 読み取り装置
18,28 パソコン
B1,B2,B3 ボルト
N1 ナット
31,41,51a,51b 凹溝
65 通し溝
10,20,30,40,50a,50b 検出装置
11,21,61 歪みゲージ
12,22,62 ICタグ
23 ICチップ
24 電池
16,26 読み取り装置
18,28 パソコン
B1,B2,B3 ボルト
N1 ナット
31,41,51a,51b 凹溝
65 通し溝
Claims (3)
- 締め付けの軸力値を検出する手段を有する締め付け装置であって、
前記軸力値を検出するために所定個所に配設される歪みゲージと、前記歪みゲージに接続されて前記歪みゲージで検出された軸力値と固有の識別情報とを無線により発信するためのICタグと、を含む軸力検出器と、
前記軸力検出器に電力を供給する手段と、を備えて構成されることを特徴とする締め付け装置。 - 請求項1に記載の締め付け装置において、
前記締め付け装置はボルトまたはナットを含み、
前記歪みゲージとICタグとは、前記締め付け装置を締め付け工具で締め付けたときに、前記締め付け工具が当たらない位置に配設される、ことを特徴とする締め付け装置。 - ボルトまたはナットを含む締め付け装置の軸力を検出する手段を有する、締め付け装置の検出システムであって、
前記締め付け装置の軸力値を検出するために所定個所に配設される歪みゲージと、前記歪みゲージに接続されて前記検出された軸力値と固有の識別情報とを無線により発信するためのICタグと、を含む軸力検出器と、
前記軸力検出器に電力を供給する手段と、
前記軸力検出器から発信されるデータの読み取り装置と、を備えて構成されることを特徴とする締め付け装置の軸力検出システム。
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