JP2019007736A - センサ付き締結具および緩み検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】 新たな部品を必要とすることなく締結具の緩み発生を的確に検出することができる緩み検出システムを提供する。【解決手段】 ３軸加速度センサおよび３軸磁気センサを含む姿勢検出センサ１４を備えるセンサ付き締結具１０と、センサ付き締結具１０から無線出力された検出情報を受信する監視装置２０とを備える緩み検出システム１であって、監視装置２０は、前記検出情報に基づきセンサ付き締結具１０の姿勢情報を演算し、前記姿勢情報の時系列変化からセンサ付き締結具１０の緩みの有無を判定する。【選択図】 図１

Description

本発明は、センサ付き締結具および緩み検出システムに関する。

ボルトやネジなどの締結具の緩みを検出する装置として、特許文献１には、感圧センサを組み込んだ取付金具を、被締結部材とボルト頭部との間に介在させて、感圧センサにより検出された電圧値等の変化から締付けトルクを検出する構成が開示されている。

特開２０１４−２２８４６５号公報

上記従来の検知方法は、締結具の緩みを検出するために取付金具が新たな部品として必要になるだけでなく、この取付金具が締結力の作用箇所に影響を与えるため、強度計算や軸力管理が困難になるという問題があった。

そこで、本発明は、新たな部品を必要とすることなく締結具の緩み発生を的確に検出することができるセンサ付き締結具および緩み検出システムの提供を目的とする。

本発明の前記目的は、被締結物を締結し締結後の自身の緩みを検出するためのセンサ付き締結具であって、３軸加速度センサおよび３軸磁気センサを含む姿勢検出センサと、前記姿勢検出センサの検出情報を無線出力する送信部とを備えるセンサ付き締結具により達成される。このセンサ付き締結具において、前記姿勢検出センサは、前記検出情報を定期的に出力することが好ましい。

また、本発明の前記目的は、前記センサ付き締結具と、前記センサ付き締結具から無線出力された前記検出情報を受信する監視装置とを備える緩み検出システムであって、前記監視装置は、前記検出情報に基づき前記センサ付き締結具の姿勢情報を演算し、前記姿勢情報の時系列変化から前記センサ付き締結具の緩みの有無を判定する緩み検出システムにより達成される。

この緩み検出システムにおいて、前記センサ付き締結具は、一の被締結物に対して複数使用されていてもよい。この場合、前記監視装置は、前記姿勢情報の時系列変化を、複数の前記センサ付き締結具の間で比較することにより、緩みが生じた前記センサ付き締結具を判別することができる。

本発明によれば、新たな部品を必要とすることなく締結具の緩み発生を的確に検出することができるセンサ付き締結具および緩み検出システムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る緩み検出システムの概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る緩み検出システムの概略構成図である。図１に示すように、緩み検出システム１は、センサ付き締結具１０と、監視装置２０とを備えている。

センサ付き締結具１０は、頭部１１および軸部１２を備えるボルト本体１３と、姿勢検出センサ１４と、信号出力ユニット１６とを備えている。ボルト本体１３は、軸部１２の一端側となる頭部１１の上面に凹部１１ａが形成され、軸部１２の外周の一部にねじ部１２ａが形成されている。このセンサ付き締結具１０は、各種構造物や機器等の被提携物を締結するのに使用され、固有の締結具識別情報により、取付対象物や取付位置等が特定される。

姿勢検出センサ１４は、３軸加速度センサおよび３軸磁気センサを備えており、センサ付き締結具１０の姿勢を検出するための検出情報を出力する。姿勢検出センサ１４は、凹部１１ａに封止樹脂１５により固定されている。姿勢検出センサ１４の検出情報は、一定時間毎に定期的に出力される。この時間間隔は、長すぎるとセンサ付き締結具１０の緩みの発生をリアルタイムに把握するのが困難になる一方、短すぎるとバッテリ寿命の問題が生じやすくなることを考慮して、適宜設定することが好ましく、例えば１日に１０回程度である。

信号出力ユニット１６は、ケーシングの内部に、マイクロチップ１７、バッテリ１８、送信部１９および表示部３０を備えて構成されている。マイクロチップ１７は、バッテリ１８から電力供給を受けて作動し、姿勢検出センサ１４から出力される検出情報に締結具識別情報を含めて出力情報を生成し、送信部１９から無線出力する。送信部１９からの出力は、例えば、３Ｇ通信などのモバイル通信によりインターネットに直接接続する方法、あるいは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＺｉｇｂｅｅなどの近距離通信により、ゲートウェイや携帯端末経由でインターネットに接続する方法等により、行うことができる。送信部１９からの出力は、姿勢検出センサ１４が検出情報を生成する毎に行うことができる。検出情報の変化をマイクロチップ１７が把握できる場合には、直前の検出情報に対して検出情報の変化が生じた場合にのみ送信部１９から出力情報を無線出力し、検出情報が変化しない場合には、検出情報を生成する周期よりも長い周期（例えば、１日１回）で送信部１９から出力情報を無線出力することで、消費電力を低減することができる。表示部３０は、液晶パネルやＬＥＤ等から構成することができる。

監視装置２０は、例えば、ネットワーク上のコンピュータ、タブレット端末、スマートフォン等であり、センサ付き締結具１０から出力された検出情報をインターネット等のネットワークを介して受信する受信部２１と、受信した検出情報を締結具識別情報と共に格納するメモリ部２２と、受信した検出情報からセンサ付き締結具１０の緩みの有無を判定する判定部２３と、センサ付き締結具１０に緩みが発生したことを示す緩み発生情報を締結具識別情報と共に出力する出力部２４とを備えている。監視装置２０は、一部の機能を分散させた構成にすることも可能であり、例えば、センサ付き締結具１０から定期的に送信されるセンサ付き締結具１０の検出情報を、クラウド上に設置された仮想サーバやウェブサービスに格納してもよい。

判定部２３は、センサ付き締結具１０から受信した検出情報に基づき、センサ付き締結具１０の締結緩みの有無を検知する。すなわち、姿勢検出センサ１４が備える３軸加速度センサおよび３軸磁気センサの検出情報から、周知の方法によりセンサ付き締結具１０の傾斜角および方位角を計算して姿勢情報を演算し、この姿勢情報の時系列変化が閾値を超えた場合に、センサ付き締結具１０の緩み発生情報を生成する。

被締結物が設置個所に固定されている場合には、センサ付き締結具１０の姿勢情報の時系列変化を、そのままセンサ付き締結具１０の緩みとして把握することができる。一方、被締結物が移動可能である場合には、被締結物の姿勢が変化することによってセンサ付き締結具１０の姿勢情報が変化するため、単一のセンサ付き締結具１０の姿勢情報のみではセンサ付き締結具１０の緩みを判定することができない。この場合は、本実施形態の姿勢検出センサ１４を予め被締結物にも固定しておき、センサ付き締結具１が備える姿勢検出センサ１４の姿勢情報の時系列変化と、被締結物に固定された姿勢検出センサ１４の姿勢情報の時系列変化との比較により、センサ付き締結具１０の緩みを判定することができる。

センサ付き締結具１０は、通常は一の被締結物に対して複数使用される。同一の被締結物に使用されている複数のセンサ付き締結具１０の姿勢情報は、被締結物の姿勢が変化しても、各センサ付き締結具１０の緩みの発生がなければこれらの間で相対的な変化が生じない。したがって、センサ付き締結具１０の姿勢情報の時系列変化を、複数のセンサ付き締結具１０の間で比較することにより、緩みが生じたセンサ付き締結具１０を判別することができる。緩みが生じたセンサ付き締結具１０の判別は、例えば、複数のセンサ付き締結具１０のうち、緩みがないことを目視等により確認したセンサ付き締結具１０の姿勢情報の時系列変化を基準として行うことができる。あるいは、一の被締結物に対してセンサ付き締結具１０が多数使用されている場合には、これらの間で姿勢情報の時系列変化の傾向が相対的に異なるものを判別して行うことができる。

出力部２４は、センサ付き締結具１０からの出力情報や、判定部２３が生成した緩み発生情報等を、予め定めた条件に応じてモニタ等に画面表示する。出力部２４は、緩み発生情報を、画面表示する代わりに（あるいは画面表示すると共に）、他の端末等に電子メール等を介して送信してもよく、実際にセンサ付き締結具１０が使用された現場等の任意の場所に、的確な情報を迅速に届けることができる。センサ付き締結具１０に受信機能を設けることで、出力部２４が外部に出力した緩み発生情報を、該当するセンサ付き締結具１０が受信して、緩みの発生を表示部３０に文字や色等で表示することもできる。

以上の構成を備える緩み検出システム１は、センサ付き締結具１０の緩みの発生を、それ自身に内蔵された姿勢検出センサ１４によって検出することができ、従来のように、締結具の締結力を作用させる箇所に取付金具等の介在物を介在させる必要がない。このため、締結具の機械的性質に影響を及ぼすおそれがなく、通常の締結具を用いる場合と同様に軸力管理等を行うことができる。また、３軸加速度センサおよび３軸磁気センサを備える姿勢検出センサ１４が自動的に検出して得られる検出情報により、磁界測定や目視では検出が困難な緩み発生を、的確に把握することができる。更に、この検出情報を定期的に取得することにより、緩み発生を迅速に把握することができる。

センサ付き締結具１０が備える姿勢検出センサ１４は、３軸加速度センサおよび３軸磁気センサ以外に、ジャイロセンサ、振動センサ、温度センサ、湿度センサ、超音波センサ、位置センサ等の他のセンサを備えていてもよく、センサ付き締結具１０が使用された被締結物の周辺環境の変化を、各種センサの検出情報から迅速的確に把握して、周辺診断を行うことができる。これらのセンサの検出情報は、センサ付き締結具１０の緩み検出にも活用することが可能であり、例えば、ジャイロセンサにより検出したセンサ付き締結具１０の回転加速度に基づいて、３軸加速度センサおよび３軸磁気センサのデータ補正を行ってもよい。

本実施形態のセンサ付き締結具１０のボルト本体１３は、頭部１１および軸部１２を備える構成としているが、ホーローセットやスタッドボルト等のように、頭部を有さずに軸部のみの構成であってもよく、軸部の一端側に形成された凹部に姿勢検出センサ１４を配置することで、本実施形態のセンサ付き締結具１０と同様に使用することができる。軸部１２は、ねじ部１２ａを有しないシャフト状のものであってもよい。センサ付きボルト１０は、姿勢検出センサ１４や信号出力ユニット１６等の凹部１１ａに収容される部品を予め一体化した装置を市場に流通させ、ユーザが、この装置を六角穴付きボルト等の市販のボルトの凹部に嵌め込んで使用することもできる。

本発明のセンサ付き締結具は、ボルト状のものに限定されない。例えば、被締結物の締結を大型のボルトおよびナットにより行う場合には、本実施形態の姿勢検出センサを側面等に埋め込んだナットを、センサ付き締結具として使用することができる。

１ 緩み検出システム
１０ センサ付き締結具
１１ 頭部
１１ａ 凹部
１２ 軸部
１３ ボルト本体
１４ 姿勢検出センサ
１９ 送信部
２０ 監視装置

Claims (4)

1. 被締結物を締結し締結後の自身の緩みを検出するためのセンサ付き締結具であって、
   ３軸加速度センサおよび３軸磁気センサを含む姿勢検出センサと、前記姿勢検出センサの検出情報を無線出力する送信部とを備えるセンサ付き締結具。
2. 前記姿勢検出センサは、前記検出情報を定期的に出力する請求項１に記載のセンサ付き締結具。
3. 請求項１または２に記載のセンサ付き締結具と、前記センサ付き締結具から無線出力された前記検出情報を受信する監視装置とを備える緩み検出システムであって、
   前記監視装置は、前記検出情報に基づき前記センサ付き締結具の姿勢情報を演算し、前記姿勢情報の時系列変化から前記センサ付き締結具の緩みの有無を判定する緩み検出システム。
4. 前記センサ付き締結具は、一の被締結物に対して複数使用されており、
   前記監視装置は、前記姿勢情報の時系列変化を、複数の前記センサ付き締結具の間で比較することにより、緩みが生じた前記センサ付き締結具を判別する請求項３に記載の緩み検出システム。

Images