JP2016169997A - Slackening detection bolt and bolt slackening monitoring system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、緩み検知用ボルト及びボルトの緩み監視システムに関する。 The present invention relates to a looseness detection bolt and a bolt looseness monitoring system.
大規模工場プラントにおける配管からの気体・液体等の流体の漏洩を予知的に検知し漏れる前に配管設備をメンテナンスすることは、重大な事故を防ぐだけでなく大がかりな修理にかかる費用や工数の削減にもなる。
しかしながら、流体の漏洩前にこれを検知することは難しく実際には漏れ出した直後の微量の漏洩流体をセンシングすることでの事後的な対応となっている場合が多い。
Preliminarily detecting leaks of fluids such as gases and liquids from piping in large-scale factory plants and maintaining the piping equipment before it leaks not only prevents serious accidents but also costs and man-hours for major repairs. It will also reduce.
However, it is difficult to detect this before the fluid leaks, and in fact, there are many cases where it is a reactive response by sensing a small amount of leaked fluid immediately after leaking.
特許文献1,2に記載のフランジ締結監視装置にあっては、フランジ締結部からの流体の漏洩を監視するために、締結ボルトの締め付けにより締結される一対のフランジ部どうし間に介在されるガスケットに、静電容量検出型、圧力検出型等のセンサーを設けて、このセンサーからの信号に基づき締結状態を判定するようにした。
かかる技術によって、配管からの気体・液体等の流体の漏洩を予知的に検知し漏れる前に配管設備をメンテナンスすることを実現できる。
In the flange fastening monitoring device described in
By this technology, it is possible to detect the leakage of fluid such as gas and liquid from the piping in a predictive manner and to maintain the piping equipment before the leakage.
しかし、特許文献1,2に記載の発明にあっては、ガスケットにおけるギャップ又は圧力を検知するものであり、ボルトの緩みを直接検知するものではない。
締結具であるボルトの締結状態を監視することで真のフランジ部の締結状態がわかり、さらにボルトの締結状態を監視することはプラント配管の保安ばかりではなく、鉄道車両等における目視確認できない部位のボルト締付トルクの管理、高所山林難所にある鉄塔の構造用ボルト締付トルクの管理などに幅広く展開可能である。
However, in the inventions described in
By monitoring the fastening state of the bolts that are the fasteners, the fastening state of the true flange part can be understood, and further monitoring the fastening state of the bolts is not only for the safety of plant piping, but also for parts that cannot be visually confirmed in railway vehicles etc. It can be widely applied to the management of bolt tightening torque and the bolt tightening torque for steel towers located in the highland mountain forest.
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、ボルトの締結状態を正確に検知することができる緩み検知用ボルト及びボルトの緩み監視システムを構成することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems in the prior art, and it is an object of the present invention to constitute a loosening detection bolt and a bolt looseness monitoring system capable of accurately detecting the fastening state of a bolt.
以上の課題を解決するための請求項1記載の発明は、軸部及び当該軸部の基端に形成されたヘッドインナー部を有するボルト軸部材と、
前記ヘッドインナー部と嵌合する孔部及び当該孔部の外周部に形成された工具係合部を有するヘッドアウター部材とを備え、
前記孔部は、天頂側開口と座面側開口とが形成され、前記軸部を前記天頂側開口から挿入して前記座面側開口から突出可能に構成され、
前記軸部が前記座面側開口から突出した状態にて前記ヘッドアウター部材と前記ヘッドインナー部とは、前記ヘッドアウター部材から前記ヘッドインナー部に締結トルクを伝達可能に嵌合するとともに、前記ヘッドインナー部から前記ヘッドアウター部材に座面方向の軸力を伝達可能でその逆方向に互いに乖離可能に嵌合し、
前記軸力を伝達するための前記ヘッドインナー部と前記ヘッドアウター部材との軸方向接続部は、前記ヘッドインナー部側の面又は前記ヘッドアウター部材側の面に、軸方向に垂直な方向の位置によって軸方向の位置に変化が付けられていることで、前記軸力の大きさに応じて当該軸力を伝達するための接触面積が変化し、
前記軸方向接続部における前記ヘッドインナー部側の面と前記ヘッドアウター部材側の面との間の電気的特性値をボルトの緩み基準として検知可能にされた緩み検知用ボルトである。
The invention according to
A head outer member having a hole fitting with the head inner part and a tool engaging part formed on the outer periphery of the hole;
The hole portion is formed with a zenith side opening and a seat surface side opening, and is configured to be able to protrude from the seat surface side opening by inserting the shaft portion from the zenith side opening,
The head outer member and the head inner portion are fitted so that a fastening torque can be transmitted from the head outer member to the head inner portion in a state where the shaft portion protrudes from the seating surface side opening, and the head It is possible to transmit the axial force in the seating surface direction from the inner part to the head outer member and to fit in the opposite direction so as to be separated from each other,
An axial connection portion between the head inner portion and the head outer member for transmitting the axial force is a position in a direction perpendicular to the axial direction on the head inner portion side surface or the head outer member side surface. By changing the position in the axial direction by, the contact area for transmitting the axial force changes according to the magnitude of the axial force,
The loosening detection bolt is configured to be able to detect an electrical characteristic value between a surface on the head inner portion side and a surface on the head outer member side in the axial direction connecting portion as a bolt looseness reference.
請求項2記載の発明は、前記電気的特性値が接触抵抗値又は静電容量値である請求項1に記載の緩み検知用ボルトである。
The invention according to claim 2 is the loosening detection bolt according to
請求項3記載の発明は、前記軸方向接続部は、前記ヘッドインナー部の前記軸部より径方向外方に張り出した部分の座面方向面と、前記ヘッドアウター部材の前記孔部の内周面から径方向内方に張り出した部分の天頂方向面とにより構成されている請求項1又は請求項2に記載の緩み検知用ボルトである。
According to a third aspect of the present invention, the axial connection portion includes a seating surface direction surface of a portion of the head inner portion protruding radially outward from the shaft portion, and an inner periphery of the hole portion of the head outer member. The loosening detection bolt according to
請求項4記載の発明は、前記軸方向接続部における前記ヘッドインナー部側の面又は前記ヘッドアウター部材側の面が、軸方向に突出した凸部の天頂面に形成され、当該天頂面の軸方向の位置が異なる複数の凸部に分かれている請求項1から請求項3のうちいずれか一に記載の緩み検知用ボルトである。
According to a fourth aspect of the present invention, the surface on the head inner portion side or the surface on the head outer member side in the axial direction connecting portion is formed on a zenith surface of a convex portion protruding in the axial direction, and the axis of the zenith surface The loosening detection bolt according to any one of
請求項5記載の発明は、前記複数の凸部のいずれの一の凸部も天頂面の軸方向の位置が少なくとも2つの他の凸部のそれに等しい請求項4に記載の緩み検知用ボルトである。 The invention according to claim 5 is the looseness detecting bolt according to claim 4, wherein any one of the plurality of protrusions has an axial position of the zenith surface equal to that of at least two other protrusions. is there.
請求項6記載の発明は、前記複数の凸部は、前記軸力の実用締結力範囲の下限において相手面に接触する、天頂面の軸方向の位置が異なる凸部を含む請求項4又は請求項5に記載の緩み検知用ボルトである。 According to a sixth aspect of the present invention, the plurality of convex portions include convex portions having different axial positions on the zenith surface, which are in contact with the mating surface at the lower limit of the practical fastening force range of the axial force. The loosening detection bolt according to Item 5.
請求項7記載の発明は、前記軸方向接続部における前記凸部の接続相手面が凹部の底面とされている請求項4から請求項6のうちいずれか一に記載の緩み検知用ボルトである。 A seventh aspect of the present invention is the looseness detection bolt according to any one of the fourth to sixth aspects, wherein a connecting mating surface of the convex portion in the axial direction connecting portion is a bottom surface of the concave portion. .
請求項8記載の発明は、前記軸方向接続部における前記凸部の天頂面又はその接続相手面に電気的特性を有する媒介層が設けられた請求項4から請求項7のうちいずれか一に記載の緩み検知用ボルトである。 According to an eighth aspect of the present invention, in any one of the fourth to seventh aspects, a mediating layer having electrical characteristics is provided on the zenith surface of the convex portion or the connection counterpart surface in the axial direction connection portion. The loosening detection bolt described.
請求項9記載の発明は、前記媒介層を介した接続部分以外において前記ボルト軸部材と前記ヘッドアウター部材とを電気的に絶縁する絶縁体を介して前記ボルト軸部材と前記ヘッドアウター部材とが組み立てられた請求項8に記載の緩み検知用ボルトである。 According to a ninth aspect of the present invention, the bolt shaft member and the head outer member are connected to each other through an insulator that electrically insulates the bolt shaft member and the head outer member at a portion other than the connection portion through the intermediate layer. The loosening detection bolt according to claim 8, which is assembled.
請求項10記載の発明は、前記電気的特性値を計測する計測回路が付設された請求項1から請求項9のうちいずれか一に記載の緩み検知用ボルトである。 A tenth aspect of the present invention is the looseness detection bolt according to any one of the first to ninth aspects, wherein a measurement circuit for measuring the electrical characteristic value is attached.
請求項11記載の発明は、前記計測回路の計測信号を送信する送信回路を付設された請求項10に記載の緩み検知用ボルトである。 An eleventh aspect of the present invention is the loosening detection bolt according to the tenth aspect, further comprising a transmission circuit that transmits a measurement signal of the measurement circuit.
請求項12記載の発明は、前記天頂側開口を封止する防塵カバーを備える請求項1から請求項11のうちいずれか一に記載の緩み検知用ボルトである。 A twelfth aspect of the present invention is the loosening detection bolt according to any one of the first to eleventh aspects, further comprising a dustproof cover that seals the zenith side opening.
請求項13記載の発明は、前記電気的特性値を計測する計測回路と、前記計測回路の計測信号を送信する送信回路と、前記天頂側開口を封止する防塵カバーとを備え、
前記計測回路及び前記送信回路は前記防塵カバーに設けられ、
前記天頂側開口を封止するための防塵カバーの装着により、前記電気的特性値を測定するために前記計測回路から延設された2つの電極端子が前記ヘッドインナー部と前記ヘッドアウター部材とに接続するようにされた請求項1から請求項9のうちいずれか一に記載の緩み検知用ボルトである。
The invention according to
The measurement circuit and the transmission circuit are provided on the dust cover,
By attaching a dust cover for sealing the zenith side opening, two electrode terminals extended from the measurement circuit to measure the electrical characteristic value are connected to the head inner portion and the head outer member. The loosening detection bolt according to any one of
請求項14記載の発明は、前記防塵カバーは、前記孔部に内嵌されて前記天頂側開口を封止する請求項12又は請求項13に記載の緩み検知用ボルトである。
The invention according to claim 14 is the loosening detection bolt according to
請求項15記載の発明は、請求項1から請求項14のうちいずれか一に記載の緩み検知用ボルトと、
当該緩み検知用ボルトの電気的特性値に基づき、当該緩み検知用ボルトの締結状態を判定する判定手段と、
前記判定手段の判定に基づき、当該緩み検知用ボルトが所定の緩み状態にあることを報知する報知手段とを備えるボルトの緩み監視システムである。
A fifteenth aspect of the invention is a loosening detection bolt according to any one of the first to fourteenth aspects,
A determination means for determining a fastening state of the looseness detection bolt based on an electrical characteristic value of the looseness detection bolt;
A bolt looseness monitoring system comprising: notifying means for notifying that the looseness detection bolt is in a predetermined loosened state based on the determination by the determining means.
請求項16記載の発明は、前記緩み検知用ボルトの個々に割り当てられた個体識別情報と、当該個体識別情報に一対一に対応させたそのボルトの施工位置を示す番地情報とが登録された記憶手段を備え、
前記報知手段による報知に係る緩み検知用ボルトの番地情報がユーザーインターフェースを介して出力可能にされた請求項15に記載のボルトの緩み監視システムである。
The invention according to claim 16 is a memory in which the individual identification information assigned to each of the looseness detection bolts and the address information indicating the construction position of the bolt corresponding to the individual identification information on a one-to-one basis are registered. With means,
The bolt looseness monitoring system according to claim 15, wherein the address information of the looseness detection bolt related to the notification by the notification means can be output via a user interface.
本発明によれば、ボルトの締結状態を正確に検知することができる緩み検知用ボルト及びボルトの緩み監視システムを構成することができる。 According to the present invention, it is possible to configure a looseness detection bolt and a bolt looseness monitoring system that can accurately detect the fastening state of the bolt.
以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The following is one embodiment of the present invention and does not limit the present invention.
(緩み検知用ボルト)
図1から図8に示すように本実施形態の緩み検知用ボルト100は、ボルト軸部材10と、ヘッドアウター部材20と、絶縁スペーサー30と、防塵カバー40とから構成される。図1に示すように緩み検知用ボルト100は、組立完成時の外観的には一般のボルトと同様に、ヘッド101と軸部11とから構成される。ヘッド101部分においては、ヘッド101の天頂面101aと、ヘッド101の首下に配置される座面23と、ヘッド101の外周に配置される工具係合部22とが外観上露出している。
(Looseness detection bolt)
As shown in FIGS. 1 to 8, the
ボルト軸部材10は、ネジが形成された軸部11及び軸部11の基端に形成されたヘッドインナー部12を有する。なお、以下の説明において単に「軸方向」「径方向」「周方向」というときは軸部11の中心軸を基準にしたものを指す。
ヘッドインナー部12は、軸部11より径方向外方に張り出した部分12aを有し、部分12aには、径方向に突出し軸方向に沿って形成された嵌合歯12a1が含まれる。嵌合歯12a1は周方向に沿って複数形成されている。
また、各嵌合歯12a1の座面方向端には、軸方向に突出した凸部12bが形成されている。
The
The head
Moreover, the
ヘッドアウター部材20は、ヘッドインナー部12と嵌合する孔部21及び孔部21の外周部に形成された工具係合部22を有する。
本実施形態では工具係合部22は六角形状であり、一般的に使われている六角レンチ等の工具を適用できる。工具と工具係合部との係合形状は特殊なものであってもよい。工具係合部22に工具を機械的に係合させて、工具からのトルクを工具係合部22から伝達して本ボルト100を軸回りに回転させることができる。
孔部21は、天頂側開口21aと座面側開口21bとが形成され、軸部11を天頂側開口21aから挿入して座面側開口21bから突出可能に構成されている。
座面側開口21bは、孔部21内の座面側に設けられた内フランジ部21cに囲まれた開口である。内フランジ部21cは、ヘッドアウター部材20の孔部21の内周面から径方向内方に張り出した部分に相当する。
内フランジ部21cの天頂側面には、各凸部12bに対応して、凸部12bが挿入される凹部21dが形成されている。
The head
In the present embodiment, the
The
The seating surface side opening 21 b is an opening surrounded by an
A
絶縁スペーサー30は、ボルト軸部材10とヘッドアウター部材20とを同心状の所定の相対的位置に保持するためのスペーサー部材であるとともに、ボルト軸部材10とヘッドアウター部材20との間を電気的に絶縁する絶縁体である。但し、凸部12bの天頂面13と凹部21dの底面24との接続を除く。
絶縁スペーサー30は全体として円筒形状を成す。
孔部21と同様に、絶縁スペーサー30は、天頂側開口31aと座面側開口31bとが形成され、軸部11を天頂側開口31aから挿入して座面側開口31bから突出可能に構成されている。
座面側開口31bは、絶縁スペーサー30内の座面側に設けられた内フランジ部31cに囲まれた開口である。内フランジ部31cは、絶縁スペーサー30の内周面から径方向内方に張り出した部分に相当する。
内フランジ部31cの天頂側面には、各凸部12bに対応して、凸部12bが挿通される孔部31dが形成されている。
絶縁スペーサー30の内周部には、各嵌合歯12a1に対応して、嵌合歯12a1と嵌め合う嵌合溝31eが形成されている。
内フランジ部31cの座面側面には、一部の孔部31dに対応して、孔部31dの周囲を囲む周壁リブ31fが形成されている。
The insulating
The insulating
Similar to the
The seating surface side opening 31 b is an opening surrounded by an
A
In the inner peripheral portion of the insulating
A
防塵カバー40は、天頂側開口21aを封止するものである。孔部21にヘッドインナー部12及び絶縁スペーサー30が収まった後に、天頂側開口21a側に空間が残り、この余地に防塵カバー40が押し込まれる。このようにして、防塵カバー40は、孔部21に内嵌されて天頂側開口21aを封止する。
締結作業時に防塵カバー40を取り外しておいてもよいし、取り付けておいてもよい。防塵カバー40を取り付けておいても、防塵カバー40がヘッド101の外径位置にまで及んでいないので、本ボルト100の締結作業時に防塵カバー40が邪魔にならず、また防塵カバー40を工具で損傷させることは防がれる。特に、本ボルト100に緩みが生じた際の再締め付け作業時に防塵カバー40を取り外さなくても工具が使えるので作業性がよい。
防塵カバー40は孔部21の内側に摩擦係止される。締結前に本ボルト100を組み立てた状態で、輸送や、作業者による取扱いが行われる場合でも、本ボルト100が不意に分解されることが防がれる。本ボルト100を組立ながら本ボルト100による締結作業を行うことも可能であり、締結完了後に防塵カバー40を取り付けることも可能である。
The dustproof cover 40 seals the
The
The
図9、図10に示すように、凸部12bは、その天頂面13の軸方向の位置の異なる4種3組、合計数12が設けられている。突出量が大きい順に凸部12b1、凸部12b2、凸部12b3、凸部12b4が周方向に並んでおり、さらに2回繰り返し並んで合計数12の凸部12bが設けられている。
本実施形態においては、天頂面13の位置の異なる4種の凸部12b1−4は、軸方向の位置の同一位置を基底にして座面方向に突出している。座面方向を下としていうと、凸部12b1、凸部12b2、凸部12b3、凸部12b4の順で天頂面13が低い位置に配置されている。
一方、凹部21dも、凸部12bに対応して合計数12が設けられている。凹部21dの底面24の軸方向の位置は同一である。
As shown in FIGS. 9 and 10, the
In the present embodiment, the four types of convex portions 12b1-4 having different positions of the
On the other hand, the
図11から図13にあっては、本ボルト100を、ガスケット200を間に挟んだ配管フランジ201、202の締結に適用した例を示す。絶縁ワッシャー203は配管フランジ201を介したボルト軸部材10とヘッドアウター部材20との導通を遮断するために適用されている。その他、ワッシャー204、ナット205が適用される。本ボルト100の適用先は特に限定されるものではない。
図13に示すように、本ボルト100は締結されると、凸部12bが内フランジ部31cの孔部31dに挿通され、突出するとともに、孔部31dの周囲を囲む周壁リブ31fが凹部21dに嵌り込む。また、ヘッドインナー部12の嵌合歯12a1は、絶縁スペーサー30の嵌合溝31eに嵌っている。
凸部12bの外周と凹部21dとの間に周壁リブ31fが介在することで、締結トルクが負荷されても、凸部12bの外周面と凹部21dの内周面とは接触せず、間隔が保持される。また、周壁リブ31fが設けられていない孔部31dから突出する凸部12bの外周面も、凹部21dの内周面との間に隙間が保たれて接触しない。周壁リブ31fをすべての孔部31dに対して設けてもよいし、一部の孔部31dに対して設けてもよい。周壁リブ31fを一部の孔部31dに対して設ける場合は、少なくとも3つとして周方向に分散させることが好ましい。
以上のようにして軸部11が座面側開口21bから突出した状態にてヘッドアウター部材20とヘッドインナー部12とは、ヘッドアウター部材20からヘッドインナー部12に締結トルクを伝達可能に嵌合する。これにより、工具係合部22に工具を機械的に係合させて、本ボルト100全体を回転させることができる。
また、凸部12bの天頂面13が凹部21dの底面24に接触する。すなわち、ヘッドインナー部12からヘッドアウター部材20に座面方向の軸力を伝達可能でその逆方向に互いに乖離可能に嵌合する。
11 to 13 show an example in which the
As shown in FIG. 13, when the
Since the
As described above, the head
Further, the
かかる軸力を伝達するためのヘッドインナー部12とヘッドアウター部材20との軸方向接続部は、本実施形態では、凸部12bと凹部21dのペアによって構成される。凸部12bの天頂面13(本ボルト100の座面方向面)は、軸方向接続部におけるヘッドインナー部12側の面であり、凹部21dの底面24(本ボルト100の天頂方向面)は、軸方向接続部におけるヘッドアウター部材20側の面である。
上述したように、凸部12bの天頂面13(ヘッドインナー部側の面)は、軸方向に垂直な方向の位置によって軸方向の位置に変化が付けられている。このことにより、軸力の大きさに応じて当該軸力を伝達するための接触面積が変化する。
締結完了時には、凸部12bの圧縮弾性変形によって、すべての凸部12bの天頂面13が凹部21dの底面24に押圧力をもって接触する。言い換えれば、締結完了時初期の締結力の下において、すべての凸部12bの天頂面13が凹部21dの底面24に押圧力をもって接触するように、ボルト軸部材10の材質、凸部12bの断面積、突出量及び突出量差等が設計される。
本ボルト100の緩みが進行すると軸力が低下し、最も高い位置の天頂面13を有する凸部12b4から凹部21dの底面24から離れて、以降凸部12b3、凸部12b2・・・と順次天頂面13が高い順に離れ、軸力を伝達するための接触面積が段階的に変化する。
In the present embodiment, the axial direction connecting portion between the head
As described above, the zenith surface 13 (the surface on the head inner portion side) of the
When the fastening is completed, the
As the loosening of the
なお、3つの凸部12b1、3つの凸部12b2、3つの凸部12b3、3つの凸部12b4は、それぞれ互いに天頂面13の軸方向の位置が等しい。よって、これら合計数12の凸部12bのいずれの一の凸部(例えば凸部12b1)も天頂面13の軸方向の位置が少なくとも2つの他の凸部(他の2つの凸部12b1,12b1)のそれに等しい。天頂面13の軸方向の位置が等しい3つが周方向に分散されていることで、均等な軸力伝達が可能である。
The three convex portions 12b1, the three convex portions 12b2, the three convex portions 12b3, and the three convex portions 12b4 have the same axial position of the
ボルト軸部材10及びヘッドアウター部材20は、鉄鋼材、ステンレスなどの金属材料(導電材料)で構成される。
各凸部12bの天頂面13又は凹部21dの底面24に所定の電気的特性(抵抗値や誘電率)を有する媒介層が設けられている。かかる媒介層を設ける方法には、凸部12bの天頂面13に酸化被膜処理を施す方法や、凸部12bの天頂面13にシート状の抵抗材料や絶縁材料を貼付する方法が挙げられる。
したがって、凸部12b1と凹部21dとの間に抵抗素子や容量素子を構成できる。
以上のことから、本ボルト100は、電気的特性値の測定器の測定端子の一方をヘッドインナー部12に、他方をヘッドアウター部材20に接触させることで、かかる電気的特性値(接触抵抗値又は静電容量値)をボルトの緩み基準として検知可能にされている。すなわち、本ボルト100は、ヘッドインナー部12とヘッドアウター部材20との軸方向接続部におけるヘッドインナー部12側の面とヘッドアウター部材20側の面との間の電気的特性値(接触抵抗値又は静電容量値)をボルトの緩み基準として検知可能にされている。
なお、以上の凸部12b1と凹部21dのペアについて、互いに入れ替える、すなわち、凸部をヘッドアウター部材20に、凹部をヘッドインナー部12に設けて実施してもよい。
The
A mediating layer having predetermined electrical characteristics (resistance value and dielectric constant) is provided on the
Therefore, a resistive element or a capacitive element can be formed between the convex portion 12b1 and the
In view of the above, the
In addition, about the pair of the above convex part 12b1 and the recessed
その検出値を自ら送信する機能を獲得するために本ボルト100は、計測送信回路50を有する。
図14に示すように、計測送信回路50は防塵カバー40に内蔵される形で設けられている。計測送信回路50は、計測部51と、送信部52と、計測部51から延設された2つの電極端子53,54とを有する。より詳しくは図15中に示すように計測送信回路50は、計測部51と、送信部52と、計測部51から延設された2つの電極端子53,54と、電池55と、制御部56とを有する。計測部51は、上述した電気的特性値を計測する計測回路に相当し、送信部52は、その計測信号を送信する送信回路に相当する。
天頂側開口21aを封止するための防塵カバー40の装着により、2つの電極端子53,54がヘッドインナー部12とヘッドアウター部材20とに接続するようにされている。したがって、防塵カバー40の電気的接続作業が簡便である。電極端子53はヘッドインナー部12に接続する端子であり、防塵カバー40の底面に設けられる。電極端子54はヘッドアウター部材20に接続する端子であり防塵カバー40の側面に設けられる。
In order to acquire the function of transmitting the detected value by itself, the
As shown in FIG. 14, the
Two
(計測原理とアラート設定)
さらに、図16、図17を参照して、ボルトの緩み基準となる電気的特性値の計測原理と、アラート設定につき説明する。
図16(a)は、本ボルト100において、計測部51が接触抵抗値を計測する場合の電気回路図である。各電気抵抗が凸部12b1、凸部12b2、凸部12b3、凸部12b4に係るものであることを示す。凸部12b1の天頂面13と凹部21dの底面24とが媒介抵抗層を介して接続するとスイッチSW1がONに、離れるとOFFになることに相当する。凸部12b1、凸部12b3、凸部12b4に対応するスイッチは順にスイッチSW2、スイッチSW3、スイッチSW4である。
本ボルト100の締結作業完了直後は、すべての凸部12b1−4の天頂面13が相手方凹部21dの底面24に媒介抵抗層を介して接続しており、すべてのスイッチSW1−4がONである。時間の経過によって本ボルト100の緩みが進行すると締結力(軸力)が低下していき、まず、凸部12b4の天頂面13が凹部21dの底面24から離れ、次に凸部12b3、その次に凸部12b2、最後に凸部12b1が離れる。スイッチは、スイッチSW4、スイッチSW3、スイッチSW2、スイッチSW1の順でOFFになる。これに応じて抵抗値は電気伝導の断面積に比例するので次第に上昇する。これをグラフに示すと図16(b)の通りである。天頂面13の接触面積の段階的変化に応じて図16(b)に示すように抵抗値は段階的に変化する。
(Measurement principle and alert setting)
Further, with reference to FIG. 16 and FIG. 17, the measurement principle of the electrical characteristic value that is a reference for loosening the bolt and the alert setting will be described.
FIG. 16A is an electric circuit diagram when the
Immediately after the fastening operation of the
図16(b)のレベルLv1は全スイッチSW1−4がON時の抵抗レベルを、レベルLv2は3スイッチSW1−3のみがON時の抵抗レベルを、レベルLv3は2スイッチSW1−2のみがON時の抵抗レベルを、レベルLv4は1スイッチSW1のみがON時の抵抗レベルを示す。
ボルト100の締結力は、レベルLV1−4の数字が小さいほど高く、ボルト100の緩みはレベルLV1−4の数字が大きいほど進行していると言うことができる。
以上の計測部51が接触抵抗値を計測する場合を、計測部51が静電容量値を計測する場合に置き換えると、図17に示す通りとなる。静電容量値に置き換えても、天頂面13の接触面積の段階的変化に応じて図17(b)に示すように静電容量値は段階的に変化する。
In FIG. 16B, level Lv1 is the resistance level when all switches SW1-4 are ON, level Lv2 is the resistance level when only 3 switches SW1-3 are ON, and level Lv3 is only 2 switches SW1-2 ON The level Lv4 indicates the resistance level when only one switch SW1 is ON.
It can be said that the tightening force of the
When the case where the
次に説明するボルトの緩み監視システムにおけるアラート設定としては、例えば、レベルLv2〜LV3に点検メンテナンス勧告アラートを設定し、レベルLv4に運転停止アラートを設定することが考えられるが、アラート設定数やアラートの警告レベルの種類など様々に設定可能である。
少なくともレベルLv1〜レベルLV2は締結力(軸力)の実用締結力範囲内となるように設計されている。すなわち、レベルLV2又はこれより低い締結力に実用締結力範囲の下限が設定される。すなわち、本実施形態で合計数12の凸部12bは、締結力(軸力)の実用締結力範囲の下限において相手面に接触する、天頂面13の軸方向の位置が異なる複数の凸部12b1−3を含む。これにより、実用締結力範囲内においてボルトの緩みの進行を段階的に検知でき、実用締結力範囲を下回るような危険な状態を回避して未然にボルトの締め直し作業を行える。レベルLv1〜レベルLV3を実用締結力範囲内としてもよい。
As an alert setting in the bolt looseness monitoring system described below, for example, it is conceivable to set an inspection maintenance advisory alert at levels Lv2 to LV3 and an operation stop alert at level Lv4. Various types of warning levels can be set.
At least the level Lv1 to the level LV2 are designed to be within the practical fastening force range of the fastening force (axial force). That is, the lower limit of the practical fastening force range is set to the fastening force at level LV2 or lower. That is, in the present embodiment, the
(ボルトの緩み監視システム)
次に、ボルトの緩み監視システムについて説明する。
図15に示すように、本実施形態のボルトの緩み監視システム300は、複数の緩み検知用ボルト100と、検知用ボルト100からの無線信号を受信する中継装置310と、中継装置310と双方向通信ケーブルで接続された監視コンピューター320と備えている。
各緩み検知用ボルト100に個体識別情報(ID)が割り当てられている。制御部56に含まれる記憶部に登録されている。監視コンピューター320に含まれる記憶部(記憶手段)には、個体識別情報(ID)と、個体識別情報(ID)に一対一に対応させたそのIDを有するボルトの施工位置を示す番地情報が登録されている。
中継装置310には、緩み検知用ボルト100のIDと電気的特性値を受信する受信部311(受信手段)と、制御部312と、記憶部313と、送受信部314と、電源部315とを備える。電源装置330から電力が中継装置310に供給され、電源部315を介して中継装置310の各部に電力が供給される。制御部312は、記憶部313に記憶されたプログラムの実行の下に機能し、受信部311によって受信された信号を読取って送受信部314及び双方向通信ケーブルを介して監視コンピューター320に送信することで、緩み検知用ボルト100と監視コンピューター320との間を中継する。
(Bolt loosening monitoring system)
Next, a bolt looseness monitoring system will be described.
As shown in FIG. 15, the bolt
Individual identification information (ID) is assigned to each loosening
The
各緩み検知用ボルト100の制御部56は、計測部51により示される計測値とIDとをデジタル符号化して送信部52を介して定期的に送信する。この送信信号が、中継装置310を介して監視コンピューター320に入力される。
監視コンピューター320には、この入力された計測値に基づき、計測値に付されたIDに係る検知用ボルト100の締結状態を判定する判定手段と、同判定手段の判定に基づき同IDに係る検知用ボルト100が所定の緩み状態にあることを報知する報知手段とがプロセッサー上でのプログラムの稼働により構成されている。また、監視コンピューター320はIDに対応する番地情報を読み出す。
そして、監視コンピューター320は、例えば図18に示すフローチャートに示すように締結状態の判定処理及び報知処理を実行する。
図18に示すフローにつき説明する。
監視コンピューター320は、IDと計測値の入力(ステップS1)があると、IDに対応する番地情報を読み出し(ステップS2)、締結状態がレベルLV4以下であるか否か判断する(ステップS3)。
ステップS3でYESの場合、そのIDと番地情報を含めて運転停止アラートを出力する(ステップS4)。出力は監視コンピューター320に設けられた映像モニターや音声モニターなどのユーザーインターフェースや、監視コンピューター320と通信接続した他のコンピューターの映像モニターや音声モニターなどのユーザーインターフェースによって実行される。他のコンピューターの少なくとも一つは、本ボルト100が使われて構築された機械、設備の点検・修理部門に設置される。他のコンピューターには監視コンピューター320からアラート情報が送信される。
監視コンピューター320が運転自動停止制御の機能を持っている場合、運転停止アラートは、「運転を停止しました」との要旨を含み、その他対処方法などの情報が付随する。監視コンピューター320が運転自動停止制御の機能を持っていない場合、運転停止アラートは、「運転を停止してください」との要旨を含み、その他対処方法などの情報が付随する。
The
Based on the input measurement value, the
And the
The flow shown in FIG. 18 will be described.
When there is an input of ID and measurement value (step S1), the
If YES in step S3, an operation stop alert is output including the ID and address information (step S4). The output is executed by a user interface such as a video monitor or an audio monitor provided in the
When the
ステップS3でNOの場合、締結状態がレベルLV3以下であるか否か判断する(ステップS5)。
ステップS5でYESの場合、そのIDと番地情報を含めて点検メンテナンス勧告アラートを出力する(ステップS6)。この点検メンテナンス勧告アラートには、レベルLV3であることが含まれる。
点検・修理部門の作業員は、早急に番地情報を頼りに現場に向かい、問題のボルト100を特定して、これを締め直す又は交換が必要な場合は新規なボルト100と交換して締結作業を完了する。
なお、番地情報の提示は、対象の機械、設備を含んだ3Dマップ上で、問題のボルト100を目立つように表示するなど、その実施形態は問わない。
If NO in step S3, it is determined whether the engaged state is level LV3 or less (step S5).
If YES in step S5, an inspection maintenance advisory alert including the ID and address information is output (step S6). This inspection / maintenance advisory alert includes a level LV3.
Workers in the inspection / repair department immediately go to the site by relying on the address information, identify the
The address information may be presented in any embodiment, such as displaying the
ステップS5でNOの場合、締結状態がレベルLV2以下であるか否か判断する(ステップS7)。
ステップS5でYESの場合、そのIDと番地情報を含めて点検メンテナンス勧告アラートを出力する(ステップS8)。この点検メンテナンス勧告アラートには、レベルLV2であることが含まれる。
点検・修理部門の作業員は、例えば定期点検時に番地情報を頼りに問題のボルト100を特定して、これを締め直すか又は交換が必要な場合は新規なボルト100と交換して締結作業を完了する。
If NO in step S5, it is determined whether the engaged state is level LV2 or less (step S7).
If YES in step S5, an inspection maintenance advisory alert including the ID and address information is output (step S8). This inspection / maintenance advisory alert includes a level LV2.
The worker in the inspection / repair department, for example, identifies the
なお、初期及び交換時の新規なボルト100の締結作業を行う作業員は、情報入力通信端末を用いて新規なボルト100のIDを読み込み、番地情報を設定して監視コンピューター320に送信する。これを受け監視コンピューター320は、IDに対応させて番地情報を登録する。
また、上記判定手段を防塵カバー40内の制御部51に設ける、すなわち、上記の判断ステップS3,S5,S7を、防塵カバー40内の制御部51で行って、監視コンピューター320に送信する計測値を、LV1〜Lv4の4段階を弁別する信号としてもよい。その場合、制御部51からの送信は、初期設定時及びレベル変化があった時に実行するようにプログラムされる。
In addition, the worker who performs the fastening operation of the
In addition, the determination unit is provided in the
以上の実施形態にあっては、周方向の位置によって凸部12bの天頂面13の軸方向の位置に変化を付けた。これに拘わらず、径方向に複数の凸部を並べ、径方向の位置によって凸部12bの天頂面13の軸方向の位置に変化を付けて実施してもよい。ヘッド101の外径内に、多数の凹部を形成するためには、周方向の位置によって凸部12bの天頂面13の軸方向の位置に変化を付けることが好ましい。
In the above embodiment, the axial position of the
10 ボルト軸部材
11 軸部
12 ヘッドインナー部
12a1 嵌合歯
12b(12b1−4) 凸部
13 凸部の天頂面
20 ヘッドアウター部材
21 孔部
21a 天頂側開口
21b 座面側開口
21c 内フランジ部
21d 凹部
22 工具係合部
23 座面
24 凹部の底面
30 絶縁スペーサー
31a 天頂側開口
31b 座面側開口
31c 内フランジ部
31d 孔部
31e 嵌合溝
31f 周壁リブ
40 防塵カバー
50 計測送信回路
51 計測部
52 送信部
53,54 電極端子
100 緩み検知用ボルト
101 ヘッド
101a ヘッドの天頂面
200 ガスケット
201 配管フランジ
202 配管フランジ
203 絶縁ワッシャー
204 ワッシャー
205 ナット
300 ボルトの緩み監視システム
310 中継装置
320 監視コンピューター
10
Claims (16)
前記ヘッドインナー部と嵌合する孔部及び当該孔部の外周部に形成された工具係合部を有するヘッドアウター部材とを備え、
前記孔部は、天頂側開口と座面側開口とが形成され、前記軸部を前記天頂側開口から挿入して前記座面側開口から突出可能に構成され、
前記軸部が前記座面側開口から突出した状態にて前記ヘッドアウター部材と前記ヘッドインナー部とは、前記ヘッドアウター部材から前記ヘッドインナー部に締結トルクを伝達可能に嵌合するとともに、前記ヘッドインナー部から前記ヘッドアウター部材に座面方向の軸力を伝達可能でその逆方向に互いに乖離可能に嵌合し、
前記軸力を伝達するための前記ヘッドインナー部と前記ヘッドアウター部材との軸方向接続部は、前記ヘッドインナー部側の面又は前記ヘッドアウター部材側の面に、軸方向に垂直な方向の位置によって軸方向の位置に変化が付けられていることで、前記軸力の大きさに応じて当該軸力を伝達するための接触面積が変化し、
前記軸方向接続部における前記ヘッドインナー部側の面と前記ヘッドアウター部材側の面との間の電気的特性値をボルトの緩み基準として検知可能にされた緩み検知用ボルト。 A bolt shaft member having a shaft portion and a head inner portion formed at the base end of the shaft portion;
A head outer member having a hole fitting with the head inner part and a tool engaging part formed on the outer periphery of the hole;
The hole portion is formed with a zenith side opening and a seat surface side opening, and is configured to be able to protrude from the seat surface side opening by inserting the shaft portion from the zenith side opening,
The head outer member and the head inner portion are fitted so that a fastening torque can be transmitted from the head outer member to the head inner portion in a state where the shaft portion protrudes from the seating surface side opening, and the head It is possible to transmit the axial force in the seating surface direction from the inner part to the head outer member and to fit in the opposite direction so as to be separated from each other,
An axial connection portion between the head inner portion and the head outer member for transmitting the axial force is a position in a direction perpendicular to the axial direction on the head inner portion side surface or the head outer member side surface. By changing the position in the axial direction by, the contact area for transmitting the axial force changes according to the magnitude of the axial force,
A looseness detection bolt that can detect an electrical characteristic value between a surface on the head inner portion side and a surface on the head outer member side in the axial direction connecting portion as a bolt looseness reference.
前記計測回路及び前記送信回路は前記防塵カバーに設けられ、
前記天頂側開口を封止するための防塵カバーの装着により、前記電気的特性値を測定するために前記計測回路から延設された2つの電極端子が前記ヘッドインナー部と前記ヘッドアウター部材とに接続するようにされた請求項1から請求項9のうちいずれか一に記載の緩み検知用ボルト。 A measurement circuit for measuring the electrical characteristic value, a transmission circuit for transmitting a measurement signal of the measurement circuit, and a dustproof cover for sealing the zenith side opening,
The measurement circuit and the transmission circuit are provided on the dust cover,
By attaching a dust cover for sealing the zenith side opening, two electrode terminals extended from the measurement circuit to measure the electrical characteristic value are connected to the head inner portion and the head outer member. The loosening detection bolt according to any one of claims 1 to 9, wherein the bolt is connected.
当該緩み検知用ボルトの電気的特性値に基づき、当該緩み検知用ボルトの締結状態を判定する判定手段と、
前記判定手段の判定に基づき、当該緩み検知用ボルトが所定の緩み状態にあることを報知する報知手段とを備えるボルトの緩み監視システム。 A loosening detection bolt according to any one of claims 1 to 14,
A determination means for determining a fastening state of the looseness detection bolt based on an electrical characteristic value of the looseness detection bolt;
A bolt looseness monitoring system comprising: notifying means for notifying that the looseness detection bolt is in a predetermined loosened state based on the determination by the determining means.
前記報知手段による報知に係る緩み検知用ボルトの番地情報がユーザーインターフェースを介して出力可能にされた請求項15に記載のボルトの緩み監視システム。 The storage means in which the individual identification information assigned to each of the bolts for looseness detection and the address information indicating the construction position of the bolt corresponding to the individual identification information one to one are registered,
The bolt looseness monitoring system according to claim 15, wherein address information of the looseness detection bolt related to the notification by the notification means can be output via a user interface.
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