JP2020020410A - 締結具及び緩み検出システム - Google Patents
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Abstract
【課題】締結体の緩みを安定して検出可能な締結具を提供する。【解決手段】被締結体に対して回転して前記被締結体を締結する締結体10と、前記被締結体と締結体10との間に装着されるワッシャ20と、締結体10と共に回転する第1部材12と、ワッシャ20と共に回転する第2部材22と、第1部材12又は第2部材22の少なくとも一方に設けられ、前記被締結体を締結する方向に締結体10及びワッシャ20を回転させると、対向する部材と直接的又は間接的に当接するストッパ23と、を備え、前記被締結体を締結する方向に締結体10及びワッシャ20を回転させると、ストッパ23が対向する部材と当接して、第1部材12と第2部材22とが重なり合った状態で締結が完了する。【選択図】図1
Description
本発明は、締結具及び緩み検出システムに関する。
従来、ボルト、ナット等の締結体は、各種車両や航空機、産業及び工作機器、各種建造物等において、部材等の締結に広く使用されている。
締結体は、例えば、被締結体に伝わる振動のほか、温度、湿度の変化等により、経時的に緩みが生じることが知られている。締結体の緩みは、締結機能の低下に繋がり、破壊や部品脱落等の原因となる。
締結体は、例えば、被締結体に伝わる振動のほか、温度、湿度の変化等により、経時的に緩みが生じることが知られている。締結体の緩みは、締結機能の低下に繋がり、破壊や部品脱落等の原因となる。
そのため、例えば、締結体の緩みを検出する検出用領域部を備えた第1部材と、締結体と一体に回転し、検出用領域部の一部を遮蔽する遮蔽部を備えた第2部材と、を備え、締結体の緩みにより第2部材が第1部材に対して回転して、検出用領域部が遮蔽部に遮蔽されない露出部分の面積が増加することにより、締結体の経時的な緩みを検出する緩み検出具が提案されている(特許文献1参照)。
上述した緩み検出具では、経時的な劣化、錆び等により第1部材又は第2部材が外れたり、締結体の緩みとは無関係に位置がずれたりする可能性があるため、締結体の緩みを安定して検出することが難しい場合もあり得る。
本発明の目的は、締結体の緩みを安定して検出可能な締結具及び緩み検出システムを提供することにある。
本発明は、被締結体に対して回転して前記被締結体を締結する締結体と、前記被締結体と前記締結体との間に装着されるワッシャと、前記締結体と共に回転する第1部材と、前記ワッシャと共に回転する第2部材と、前記第1部材又は前記第2部材の少なくとも一方に設けられ、前記被締結体を締結する方向に前記締結体及び前記ワッシャを回転させると、対向する部材と直接的又は間接的に当接するストッパと、を備え、前記被締結体を締結する方向に前記締結体及び前記ワッシャを回転させると、前記ストッパが対向する部材と当接して、前記第1部材と前記第2部材とが重なり合った状態で締結が完了する締結具に関する。
また、本発明は、被締結体に対して回転して前記被締結体を締結する締結体の緩みを検出する緩み検出システムであって、被締結体に対して回転して前記被締結体を締結する締結体と、前記締結体に設けられた緩み検出部材と、前記締結体及び前記緩み検出部材を撮像する撮像部と、前記撮像部と通信可能であり、前記撮像部が撮像した画像データを用いて前記被締結体に対する前記締結体の緩みの有無を判定する判定部と、を備える緩み検出システムに関する。
また、本発明は、被締結体に対して回転して前記被締結体を締結する締結体の緩みを検出する緩み検出システムであって、被締結体に対して回転して前記被締結体を締結する締結体と、前記締結体に設けられた緩み検出部材と、前記締結体及び前記緩み検出部材を撮像する撮像部と、前記撮像部と通信可能であり、前記撮像部が撮像した画像データを用いて前記被締結体に対する前記締結体の緩みの有無を判定する判定部と、を備える緩み検出システムに関する。
本発明によれば、締結体の緩みを安定して検出可能な締結具及び緩み検出システムを提供できる。
以下、本発明に係る締結具及び緩み検出システムの実施形態について説明する。なお、図1を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜に誇張している。本明細書中において、記載する各部材の寸法等の数値、材料名等は、実施形態としての一例であり、これに限定されるものではなく、適宜に選択して使用してよい。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態における締結具1の分解斜視図である。
図2は、第1実施形態における締結具1の平面図である。図2は、締結具1のナット10とワッシャ20とを重ね合わせた状態を示している。
図3は、第1実施形態における締結具1の側面図である。図3は、締結具1をボルト30により被締結部材41,42に締結した状態を示している。
図4は、ナット10及びワッシャ20の他の形態を説明する図である。
図1は、第1実施形態における締結具1の分解斜視図である。
図2は、第1実施形態における締結具1の平面図である。図2は、締結具1のナット10とワッシャ20とを重ね合わせた状態を示している。
図3は、第1実施形態における締結具1の側面図である。図3は、締結具1をボルト30により被締結部材41,42に締結した状態を示している。
図4は、ナット10及びワッシャ20の他の形態を説明する図である。
なお、締結具1の構成を示す各図には、XYZの直交座標系を示している。この座標系では、締結具1の厚さ方向をZ方向とし、このZ方向と直交する2方向をX方向、Y方向とする。Z方向においては、上方向を+Z方向とし、下方向を−Z方向とする。X方向においては、一方を+X方向とし、他方を−X方向とする。Y方向においては、一方を−Y方向とし、他方を+Y方向とする。なお、「方向」は、適宜に「側」ともいう。
第1実施形態の締結具1は、ボルト30(後述)との組み合わせにより、被締結部材を締結する部材である。締結具1及びボルト30は、例えば、橋脚、鉄塔等の建造物、各種車両、船舶、航空機等において、主に部材同士の締結に用いられる。
締結具1は、図1に示すように、ナット(締結体)10と、ワッシャ20と、を備えている。ナット10は、締結具1の厚さ方向において、上側(+Z側)に設けられる。また、ワッシャ20は、締結具1の厚さ方向において、下側(−Z側)に設けられる。ナット10及びワッシャ20は、図2に示すように、それぞれの中心がボルト30の回転中心軸OAと一致するように取り付けられる。
締結具1は、図1に示すように、ナット(締結体)10と、ワッシャ20と、を備えている。ナット10は、締結具1の厚さ方向において、上側(+Z側)に設けられる。また、ワッシャ20は、締結具1の厚さ方向において、下側(−Z側)に設けられる。ナット10及びワッシャ20は、図2に示すように、それぞれの中心がボルト30の回転中心軸OAと一致するように取り付けられる。
ナット10は、被締結部材41,42(後述)に対して回転して、ボルト30と共に被締結部材41,42を締結する部品である。ナット10は、図1に示すように、全体の形状が正六角柱となる六角ナットである。ナット10の中央には、ネジ穴11が設けられている。ネジ穴11の内周面には、雌ネジが形成されている。ネジ穴11は、ボルト30の軸部31(後述)に形成された雄ネジと螺合する。ナット10は、例えば、鋼、ステンレス等の金属材料により作製される。
ナット10は、側面10aに第1フランジ部(第1部材)12を備えている。第1フランジ部12は、図2に示すように、略三角形状となる板状の部材であり、ナット10と共に回転する。第1フランジ部12は、図1に示すように、ナット10の側面10aにおいて、厚さ方向の下側(−Z側)の端部に設けられる。第1フランジ部12は、ナット10と同じ材料でもよいし、異なる材料でもよい。ナット10を少量生産する場合、第1フランジ部12は、ナット10の側面10aに溶接(例えば、プロジェクション溶接)により接合される。また、ナット10を大量生産する場合、第1フランジ部12は、例えば、鍛造等の製法により、ナット10と一体に形成される。
なお、第1フランジ部12は、図4に示すように、ナット10の隣接する2つの側面10a,10bに跨るように形成してもよい。その場合、ワッシャ20の第2フランジ部22(後述)の形状も、ナット10の第1フランジ部12と厚さ方向(Z方向)から見て略一致するように形成される。
なお、第1フランジ部12は、図4に示すように、ナット10の隣接する2つの側面10a,10bに跨るように形成してもよい。その場合、ワッシャ20の第2フランジ部22(後述)の形状も、ナット10の第1フランジ部12と厚さ方向(Z方向)から見て略一致するように形成される。
ワッシャ20は、被締結部材41とナット10との間に装着される部品である。ワッシャ20は、図1に示すように、リング状に形成され、中央に貫通穴21が形成されている。貫通穴21は、ボルト30の軸部31が貫通可能な径を有する円形の開口である。ワッシャ20は、例えば、鋼、ステンレス等の金属材料により作製される。
ワッシャ20は、側面20aに第2フランジ部(第2部材)22を備えている。第2フランジ部22は、図1に示すように、略三角形状となる板状の部材であり、ワッシャ20と共に回転する。第2フランジ部22は、図1に示すように、ワッシャ20の側面20aにおいて、厚さ方向の下側(−Z側)の端部に設けられている。第2フランジ部22は、ワッシャ20と同じ材料でもよいし、異なる材料でもよい。ワッシャ20を少量生産する場合、第2フランジ部22は、ワッシャ20の側面20aに溶接(例えば、プロジェクション溶接)により接合される。また、ワッシャ20を大量生産する場合、第2フランジ部22は、例えば、鍛造等の製法により、ワッシャ20と一体に作製される。
ワッシャ20の第2フランジ部22は、図2に示すように、ナット10の第1フランジ部12と重ね合わせたときに、厚さ方向(Z方向)から見て略一致するように形成されている。第1フランジ部12と第2フランジ部22との形状を厚さ方向から見て略一致させると、ナット10に緩みが生じたときに、第2フランジ部22に対する第1フランジ部12のずれ量が分かり易くなるため、後述するナット10の緩み有無を、より正確に判定できる。
また、第2フランジ部22には、ストッパ23が設けられている。ストッパ23は、図1に示すワッシャ20の配置において、第2フランジ部22の−X側の側面22aに設けられている。ストッパ23は、図1に示すように、第2フランジ部22の側面22aから上方向(+Z方向)に延在する突起である。ストッパ23は、例えば、第2フランジ部22の側面22aの一部に凸状の突出部分を形成しておき、この突出部分を上側(+Z側)に折り曲げることにより作製できる。また、ストッパ23は、第2フランジ部22の側面22aに設けたブロック片を切削加工することにより作製してもよい。更に、ストッパ23は、別部品として第2フランジ部22の側面22aに溶接等の手法により接合してもよい。その場合、ストッパ23は、第2フランジ部22と同じ材料でもよいし、異なる材料でもよい。
ストッパ23の高さhは、図3に示すように、ナット10とワッシャ20とを重ね合わせたときに、ストッパ23の上側(+Z側)の端部が、少なくともナット10の第1フランジ部12の上側(+Z側)の面と同じ高さに設定される。これにより、ナット10をワッシャ20と重ね合わせた状態で、ナット10を矢印D1方向(図2参照)に回転させたときに、第1フランジ部12の側面12aを第2フランジ部22のストッパ23に適切に当接させることができる。
なお、ストッパ23の高さhを、より高くすることにより、第1フランジ部12の側面12aがストッパ23から外れる等の不具合を抑制できる。しかし、ストッパ23の高さhを高くし過ぎると、ナット10を回転させる工具と干渉しやすくなる。そのため、ストッパ23の高さhは、第1フランジ部12の上側の面から、例えば、ネジ穴11(雌ネジ)の1〜2ピッチ分程度に止めることが望ましい。
第1実施形態において、上述した第1フランジ部12、ワッシャ20、第2フランジ部22及びストッパ23は、緩み検出部材を構成する。
なお、ストッパ23の高さhを、より高くすることにより、第1フランジ部12の側面12aがストッパ23から外れる等の不具合を抑制できる。しかし、ストッパ23の高さhを高くし過ぎると、ナット10を回転させる工具と干渉しやすくなる。そのため、ストッパ23の高さhは、第1フランジ部12の上側の面から、例えば、ネジ穴11(雌ネジ)の1〜2ピッチ分程度に止めることが望ましい。
第1実施形態において、上述した第1フランジ部12、ワッシャ20、第2フランジ部22及びストッパ23は、緩み検出部材を構成する。
図3に示すように、被締結部材41から突出したボルト30の軸部31にワッシャ20を嵌め込み、ナット10のネジ穴11(図3では符号略)をボルト30の軸部31と螺合させて、スパナ等の工具(不図示)によりナット10を締結方向となる矢印D1方向(図2参照)に回転させると、第1フランジ部12の側面12aが第2フランジ部22のストッパ23に当接する。この状態で更にナット10を矢印D1方向に回転させると、ワッシャ20は、ナット10と共に回転する。その後、ナット10を適正なトルクが締め付けることにより締結が完了する。締結具1は、ボルト30との締結が完了した時点において、ナット10の第1フランジ部12とワッシャ20の第2フランジ部22とが厚さ方向(Z方向)に重なり合った状態となる。
ボルト30は、図3に示すように、軸部31と、頭部32と、を備えている。軸部31は、略円柱形状に形成され、外周面に雄ネジが形成されている。ボルト30の雄ネジは、ナット10の雌ネジと同じ規格により作製されている。頭部32は、軸部31の一方の端部に設けられた六角柱形状の部分である。図3では形状を図示していないが、ボルト30は、六角ボルトとして構成されている。ボルト30は、鋼、ステンレス等の金属材料により作製される。なお、ボルト30は、六角ボルトに限らず、例えば、六角穴付きボルトでもよい。
被締結部材41,42は、締結具1及びボルト30により締結される被締結体である。被締結部材41,42には、図3に示すように、ボルト30を挿入可能な貫通穴41a,42aがそれぞれ形成されている。
被締結部材41,42は、締結具1及びボルト30により締結される被締結体である。被締結部材41,42には、図3に示すように、ボルト30を挿入可能な貫通穴41a,42aがそれぞれ形成されている。
被締結部材41,42を締結具1及びボルト30で締結する場合、被締結部材41,42は、図3に示すように、それぞれの貫通穴41a及び42aが一致するように重ね合わせられる。この状態で、被締結部材42の下側(−Z側)からボルト30の軸部31を挿入すると、軸部31は、被締結部材41の上側(+Z側)から突出する。この軸部31にワッシャ20を嵌め込み、更にナット10のネジ穴11をボルト30の軸部31と螺合させて、図2に示すように、ナット10を矢印D1方向に回転させることにより、被締結部材41と42とを締結できる。また、被締結部材41と42とが締結した状態で、ナット10を矢印D2方向(開放方向)に回転させることにより、被締結部材41と42との締結を解除できる。
なお、図示していないが、ナット10を回転させた際に、ボルト30が供回りすることを防止するため、ボルト30の頭部32は、スパナ等の工具により固定される。また、被締結部材41,42を締結具1及びボルト30で締結する場合、ナット10を固定して、ボルト30の頭部32を工具で回転させてもよいが、本実施形態では、ナット10を回転させて締結させる例について説明する。ボルト30の頭部32を工具で回転させる場合には、図2に示すように、予めナット10とワッシャ20とを重ね合わせた状態でナット10を工具(不図示)で固定しておくことにより、ボルト30を回転させた際に、ナット10の供回りを防止できる。
次に、本実施形態における締結具1の使用方法及び緩み検出システム2の構成について説明する。
図5は、第1実施形態の締結具1における緩みの有無を説明する図である。図5(A)は、ナット10に緩みが生じていない状態の締結具1を示す図である。図5(B)は、ナット10に許容量(規定量)以上の緩みが生じている状態の締結具1を示す図である。図5(A)及び(B)は、いずれも締結具1を厚さ方向(Z方向)から見た平面図である。
図6は、第1実施形態における緩み検出システム2の構成を示すブロック図である。
図7は、第1実施形態の緩み検出システム2における緩み検出処理の動作手順を示すフローチャートである。
図5は、第1実施形態の締結具1における緩みの有無を説明する図である。図5(A)は、ナット10に緩みが生じていない状態の締結具1を示す図である。図5(B)は、ナット10に許容量(規定量)以上の緩みが生じている状態の締結具1を示す図である。図5(A)及び(B)は、いずれも締結具1を厚さ方向(Z方向)から見た平面図である。
図6は、第1実施形態における緩み検出システム2の構成を示すブロック図である。
図7は、第1実施形態の緩み検出システム2における緩み検出処理の動作手順を示すフローチャートである。
図6に示すように、第1実施形態の緩み検出システム2は、締結具1、撮像部3、CPU4、管理サーバ5、入力部6及び表示部7を備えている。
撮像部3は、締結具1を撮像可能なカメラである。撮像部3は、CPU4と有線又は無線で通信可能に構成されている。撮像部3は、撮像した画像データをCPU4へ送信したり、CPU4から送出されたコマンドを受信したりできる。撮像部3は、小型のデジタルカメラが好適であり、例えば、CCDカメラや、スマートフォンのカメラ等を用いることができる。
撮像部3は、内部にメモリ(不図示)を備えている。撮像部3は、撮像した締結具1の画像データ、CPU4との通信で得た各種情報等をメモリに記録したり、読み出したりできる。また、図示していないが、撮像部3は、情報を入力可能な撮像部側入力部、撮影対象となる締結具1を照明する照明部等を備えていてもよい。
撮像部3は、締結具1を撮像可能なカメラである。撮像部3は、CPU4と有線又は無線で通信可能に構成されている。撮像部3は、撮像した画像データをCPU4へ送信したり、CPU4から送出されたコマンドを受信したりできる。撮像部3は、小型のデジタルカメラが好適であり、例えば、CCDカメラや、スマートフォンのカメラ等を用いることができる。
撮像部3は、内部にメモリ(不図示)を備えている。撮像部3は、撮像した締結具1の画像データ、CPU4との通信で得た各種情報等をメモリに記録したり、読み出したりできる。また、図示していないが、撮像部3は、情報を入力可能な撮像部側入力部、撮影対象となる締結具1を照明する照明部等を備えていてもよい。
撮像部3は、ナット10が締結する被締結部材41,42の設置場所、環境等に応じて、車両、飛行体等に取り付けることもできる。飛行体としては、例えば、ドローン、ラジオコントロールヘリコプタ等の小型の無人飛行体が挙げられる。
なお、これらの飛行体は、有線又は無線通信可能な飛行装置(不図示)により操縦されてもよいし、CPU4と飛行体とが無線通信可能に構成された形態において、CPU4の指示により操縦されてもよい。
なお、これらの飛行体は、有線又は無線通信可能な飛行装置(不図示)により操縦されてもよいし、CPU4と飛行体とが無線通信可能に構成された形態において、CPU4の指示により操縦されてもよい。
CPU4は、中央演算処理装置(Central Processing Unit)であり、撮像部3と有線又は無線で接続されている。CPU4は、入力部6で取得された各種のデータ、動作指示等のほか、CPU4内のメモリ(不図示)に記録されたプログラムに基づいて、撮像部3の動作を制御して、締結具1の撮像を行わせる。また、CPU4は、撮像部3が撮像した画像データの処理を行ったり、判定部の処理として、ナット10の許容量(規定量)を超える緩みの有無を判定したりする。CPU4において、メモリ(不図示)には、各種処理を実行するためのプログラム等が予め記録されている。
管理サーバ5は、CPU4の指示に従って、各種データを記録及び管理する記録装置である。
入力部6は、緩み検出システムのオペレータが各種のデータ、動作指示等を入力可能な装置である。入力部6は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル等(不図示)により構成される。入力部6で取得された各種のデータ、動作指示等は、CPU4のメモリ(不図示)に格納される。
表示部7は、CPU4の処理結果、撮像部81の撮像した画像データ、オペレーションの結果等を表示可能なディスプレイ装置である。
なお、図示していないが、緩み検出システム2は、これらの各部に加えて、警告音や音声案内等を発する音声部等を備えていてもよい。
管理サーバ5は、CPU4の指示に従って、各種データを記録及び管理する記録装置である。
入力部6は、緩み検出システムのオペレータが各種のデータ、動作指示等を入力可能な装置である。入力部6は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル等(不図示)により構成される。入力部6で取得された各種のデータ、動作指示等は、CPU4のメモリ(不図示)に格納される。
表示部7は、CPU4の処理結果、撮像部81の撮像した画像データ、オペレーションの結果等を表示可能なディスプレイ装置である。
なお、図示していないが、緩み検出システム2は、これらの各部に加えて、警告音や音声案内等を発する音声部等を備えていてもよい。
次に、締結具1及びボルト30による被締結部材41,42の締結及び緩み検出システム2によるナット10の緩み検査について説明する。ここでは、締結作業を行う者を作業者といい、緩み検査を行う者をオペレータという。なお、作業者がオペレータを兼任してもよい。
まず、作業者は、ボルト30を用意して、図3に示すように、被締結部材41の貫通穴41a及び被締結部材42の貫通穴42aに挿入する。続いて、作業者は、被締結部材41の上側(+Z側)に突出したボルト30の軸部31にワッシャ20を嵌め込み、更にナット10のネジ穴11をボルト30の軸部31と螺合させる。そして、図2に示すように、ナット10を矢印D1方向(締結方向)に回転させ、適切なトルクで締め付けることにより、被締結部材41と42とを締結する。
まず、作業者は、ボルト30を用意して、図3に示すように、被締結部材41の貫通穴41a及び被締結部材42の貫通穴42aに挿入する。続いて、作業者は、被締結部材41の上側(+Z側)に突出したボルト30の軸部31にワッシャ20を嵌め込み、更にナット10のネジ穴11をボルト30の軸部31と螺合させる。そして、図2に示すように、ナット10を矢印D1方向(締結方向)に回転させ、適切なトルクで締め付けることにより、被締結部材41と42とを締結する。
ここでは、ボルト30に対して締結具1が適正に取り付けられた状態を、「初期状態」という。この初期状態では、図5(A)に示すように、回転中心軸OA方向(Z方向)から見て、ナット10の第1フランジ部12がワッシャ20の第2フランジ部22と一致している。このように、第1部材100により第2部材200に遮蔽されている初期状態において、ワッシャ20の第2フランジ部22の露出量はゼロとなる。
一方、図5(B)に示すように、ナット10が初期状態から緩んで、矢印D2方向(開放方向)に回転すると、ナット10に設けられた第1フランジ部12は、ナット10と同じ方向に回転する。そのため、第1フランジ部12により遮蔽されていたワッシャ20の第2フランジ部22が、第1フランジ部12の回転量に比例して露出する。図5(B)において、斜線で示す範囲が第2フランジ部22の露出した面積となる。なお、第2フランジ部22の表面積は、ナット10の大きさにもよるが、例えば、1平方cm程度であることが望ましい。第2フランジ部22の表面積が1平方cm程度であれば、20〜30m離れた位置から締結具1を撮像した場合でも、露出した面積に基づいて緩みの有無を判定できる。
作業者は、締結作業時に、締結具1、ボルト30、被締結部材41,42のほか、これらを備える橋脚等の建造物等の識別番号、締結作業を行った日時、作業者等の情報等を、入力部6から入力する。CPU4は、これらの情報を関連付けして、管理サーバ5に記憶させる。
なお、締結具1、ボルト30等に付された識別番号等の情報を、予め管理サーバ5に記憶しておいてもよい。その場合、作業者は、それらの情報を呼び出して、締結作業を行った日時、作業者等の情報を入力部6から入力(更新又は追加)し、CPU4がこれらの情報を関連付けて、管理サーバ5に記憶させる。
なお、締結具1、ボルト30等に付された識別番号等の情報を、予め管理サーバ5に記憶しておいてもよい。その場合、作業者は、それらの情報を呼び出して、締結作業を行った日時、作業者等の情報を入力部6から入力(更新又は追加)し、CPU4がこれらの情報を関連付けて、管理サーバ5に記憶させる。
緩み検査は、初期状態から所定時間又は所定日数が経過した時点で行われる。
図7に示すステップS11において、CPU4は、撮像部3に対して、対象となる締結具1を撮像する指示を送信して、締結具1を撮像させる。締結具1の撮像は、回転中心軸OAに平行な方向から行うことが好ましいが、飛行体に撮像部3を設置して撮像する場合等において、撮像部3の位置を安定させることが困難な場合には、回転中心軸OAに対して傾斜する方向から撮像してもよい。なお、オペレータが撮像部3を直接操作して締結具1を撮像してもよい。撮像部3により撮像された画像データは、CPU4へ送られる。
図7に示すステップS11において、CPU4は、撮像部3に対して、対象となる締結具1を撮像する指示を送信して、締結具1を撮像させる。締結具1の撮像は、回転中心軸OAに平行な方向から行うことが好ましいが、飛行体に撮像部3を設置して撮像する場合等において、撮像部3の位置を安定させることが困難な場合には、回転中心軸OAに対して傾斜する方向から撮像してもよい。なお、オペレータが撮像部3を直接操作して締結具1を撮像してもよい。撮像部3により撮像された画像データは、CPU4へ送られる。
ステップS12において、CPU4は、受信した画像データに対して、画像の明るさ、撮影方向の傾き、締結具1の像の大きさ等を補正する画像処理を行う。
ステップS13において、CPU4は、メモリ(不図示)に記憶された、第2フランジ部22の露出部分を抽出してその面積を算出するためのプログラムを呼び出す。そして、CPU4は、撮像された画像データから、第2フランジ部22の露出部分を抽出し、その面積を算出する。
ステップS13において、CPU4は、メモリ(不図示)に記憶された、第2フランジ部22の露出部分を抽出してその面積を算出するためのプログラムを呼び出す。そして、CPU4は、撮像された画像データから、第2フランジ部22の露出部分を抽出し、その面積を算出する。
ステップS14において、CPU4は、メモリ(不図示)又は管理サーバ5に記憶されていた基準値(面積基準値)を呼び出し、算出した第2フランジ部22の面積が基準値(面積基準値)以下か否かを判定する。ここで、基準値は、ナット10の緩みが許容量の上限である場合に露出する第2フランジ部22の面積である。
ステップS14において、CPU4により、算出した第2フランジ部22の面積が基準値以下であると判定された場合、処理はステップS15へ移行する。一方、CPU4により、算出した第2フランジ部22の面積が基準値を超えると判定された場合、処理はステップS16へ移行する。
ステップS14において、CPU4により、算出した第2フランジ部22の面積が基準値以下であると判定された場合、処理はステップS15へ移行する。一方、CPU4により、算出した第2フランジ部22の面積が基準値を超えると判定された場合、処理はステップS16へ移行する。
ステップS15(ステップS14:YES)において、CPU4は、検査対象となるナット10が開放方向に回転していない又は開放方向への回転は許容量内であって、ナット10の緩みがない又は緩みが許容量内である、即ち、許容量を超える緩みなしと判定する。
一方、ステップS16(ステップS14:NO)において、CPU4は、検査対象となるナット10が許容量を超えて開放方向に回転しており、ナット10の緩みが許容量を超えている、即ち、許容量を超える緩みありと判定する。
一方、ステップS16(ステップS14:NO)において、CPU4は、検査対象となるナット10が許容量を超えて開放方向に回転しており、ナット10の緩みが許容量を超えている、即ち、許容量を超える緩みありと判定する。
ステップS17において、CPU4は、緩みの判定結果を表示部7に表示すると共に、ナット10の緩みの検査作業を行った検査日時、検査対象のナット10、建造物等の識別番号等と検出結果とを関連付けて、管理サーバ5に記憶する。このとき、検出結果等に加え、撮像部3が撮像した画像データを識別番号等と関連付けて管理サーバ5に記憶してもよい。また、オペレータに対して、検査対象のナット10を締め直すように促す表示を表示部7に表示させたり、スピーカ等の機器を介して音声案内等を行ったりしてもよい。
ナット10の許容量を超える緩みが検出された場合、作業者は、ナット10をスパナ等の工具により締結方向(図2に示す矢印D1方向)へ回転させ、適正な締め付けトルクで再締結させる。このとき、作業者は、ナット10の第1フランジ部12とワッシャ20の第2フランジ部22とが、厚さ方向(Z方向)に重なり合った初期状態とする。
緩み検査において、CPU4は、撮像部3による締結具1の撮像、画像データを用いた緩みの有無の判定を、検査対象となる各ナット10について順番に行う。
なお、検査対象となるナット10が複数ある場合、CPU4は、ナット10ごとに締結具1の撮像及び許容量を超える緩みの有無の判定を行ってもよいし、複数の締結具1をまとめて撮像した後に、各締結具1について、許容量を超える緩みの有無の判定を順次行ってもよい。
緩み検査において、CPU4は、撮像部3による締結具1の撮像、画像データを用いた緩みの有無の判定を、検査対象となる各ナット10について順番に行う。
なお、検査対象となるナット10が複数ある場合、CPU4は、ナット10ごとに締結具1の撮像及び許容量を超える緩みの有無の判定を行ってもよいし、複数の締結具1をまとめて撮像した後に、各締結具1について、許容量を超える緩みの有無の判定を順次行ってもよい。
上述した第1実施形態の締結具1及び緩み検出システム2によれば、第1フランジ部12及び第2フランジ部22に経時的な劣化、錆び等が発生したとしても、これらフランジ部は、ナット10、ワッシャ20から外れたり、ナット10の緩みと無関係に位置がずれたりすることがない。そのため、第1実施形態の締結具1及び緩み検出システム2は、締結体としてのナット10の緩みを安定して検出できる。また、第1実施形態の締結具1は、ナット10とワッシャ20とを装着する際に、別部品を取り付ける必要がないため、被締結部材に対して、締結具1をより簡単に装着できる。
第1実施形態の緩み検出システム2において、撮像部3により撮像された画像データによる緩みの判定は、長くても数秒程度であるため、従来の目視による検査、ハンマリングによる音、振動の差による検査、歪ゲージ、超音波による検査等に比べて、より短時間で、より高い精度の緩み検査を行うことができる。
第1実施形態の緩み検出システム2によれば、撮像した画像データは、CPU4により、その傾きや明るさを補正できる。そのため、曇天等で明るさが不足する環境下で撮像された場合、回転中心軸OA方向に対して多少傾いた方向から撮影した場合でも補正することが可能であり、安定した緩み検出が可能である。
第1実施形態の緩み検出システム2によれば、撮像した画像データは、CPU4により、その傾きや明るさを補正できる。そのため、曇天等で明るさが不足する環境下で撮像された場合、回転中心軸OA方向に対して多少傾いた方向から撮影した場合でも補正することが可能であり、安定した緩み検出が可能である。
第1実施形態の緩み検出システム2によれば、作業者が目視できない箇所のほか、容易に近づけない箇所(例えば、高所、有毒な気体等が存在するプラント内部、原子力発電所内)等においても、作業者の安全を確保しながら、ナット(ボルト)の緩みの有無を容易に且つ安定して検出できる。
第1実施形態の緩み検出システム2において、撮像部3は、車両、飛行体等に設置できる。そのため、例えば、離れた位置から広範囲に設けられたナット10を一度に撮像したり、一定間隔で長距離にわたって配置されたナット10を移動しながら連続して撮像したりできる。そのため、第1実施形態の緩み検出システム2によれば、検査作業の効率を大幅に改善できる。
第1実施形態の緩み検出システム2において、撮像部3は、車両、飛行体等に設置できる。そのため、例えば、離れた位置から広範囲に設けられたナット10を一度に撮像したり、一定間隔で長距離にわたって配置されたナット10を移動しながら連続して撮像したりできる。そのため、第1実施形態の緩み検出システム2によれば、検査作業の効率を大幅に改善できる。
(第2実施形態)
第2実施形態の締結具1Aは、ストッパが第1フランジ部12に設けられている点が第1実施形態と相違する。第2実施形態において、その他の構成は、第1実施形態と同じである。そのため、締結具1Aのみを図示し、緩み検出システム2の全体の図示を省略する。また、第2実施形態の説明及び図面において、第1実施形態と同等の部材等には、第1実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
第2実施形態の締結具1Aは、ストッパが第1フランジ部12に設けられている点が第1実施形態と相違する。第2実施形態において、その他の構成は、第1実施形態と同じである。そのため、締結具1Aのみを図示し、緩み検出システム2の全体の図示を省略する。また、第2実施形態の説明及び図面において、第1実施形態と同等の部材等には、第1実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図8は、第2実施形態における締結具1Aの分解斜視図である。
図8に示すように、第2実施形態の締結具1Aは、ナット10Aと、ワッシャ20Aと、を備えている。
ナット10Aは、第1フランジ部12にストッパ13を備えている。ストッパ13は、図8に示すナット10Aの配置において、第1フランジ部12の+Y側の側面12aに設けられている。ストッパ23は、第1フランジ部12の側面12aから下方向(−Z方向)に延在する突起である。
ワッシャ20Aは、第2フランジ部22にストッパ23が設けられていないこと以外は、第1実施形態のワッシャ20と同じである。
図8に示すように、第2実施形態の締結具1Aは、ナット10Aと、ワッシャ20Aと、を備えている。
ナット10Aは、第1フランジ部12にストッパ13を備えている。ストッパ13は、図8に示すナット10Aの配置において、第1フランジ部12の+Y側の側面12aに設けられている。ストッパ23は、第1フランジ部12の側面12aから下方向(−Z方向)に延在する突起である。
ワッシャ20Aは、第2フランジ部22にストッパ23が設けられていないこと以外は、第1実施形態のワッシャ20と同じである。
ナット10Aにおいて、ストッパ13の高さhは、ナット10Aとワッシャ20とを厚さ方向(Z方向)に重ね合わせたときに、ストッパ13の下側(−Z側)の端部が、ワッシャ20Aの第2フランジ部22の下側(−Z側)の面と同じか、僅かに低くなる高さに設定される。これにより、ナット10Aをワッシャ20Aと重ね合わせた状態で、ナット10Aを矢印D1方向に回転させたときに、ストッパ13の下側の端部を、被締結部材41(図3参照)の表面に接触させることなしに、ストッパ13を第2フランジ部22の側面22aに当接させることができる。
図8に示す第2実施形態の締結具1Aにおいても、上述した第1実施形態の締結具1と同じ効果を得ることができる。また、第2実施形態の締結具1Aによれば、第1フランジ部12に設けられたストッパ13の端部が下方向(−Z方向)に延在しているため、締結作業時に、ナット10Aを回転させる工具との干渉を抑制できる。
(第3実施形態)
第3実施形態の締結具1Bは、ストッパが第1フランジ部12及び第2フランジ部22の両方に設けられている点が第1実施形態と相違する。第3実施形態において、その他の構成は、第1実施形態と同じである。そのため、締結具1Bのみを図示し、緩み検出システム2の全体の図示を省略する。また、第3実施形態の説明及び図面において、第1実施形態と同等の部材等には、第1実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
第3実施形態の締結具1Bは、ストッパが第1フランジ部12及び第2フランジ部22の両方に設けられている点が第1実施形態と相違する。第3実施形態において、その他の構成は、第1実施形態と同じである。そのため、締結具1Bのみを図示し、緩み検出システム2の全体の図示を省略する。また、第3実施形態の説明及び図面において、第1実施形態と同等の部材等には、第1実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図9は、第3実施形態における締結具1Bの分解斜視図である。
図10は、第3実施形態における締結具1Bの平面図である。図10は、締結具1Bのナット10Bとワッシャ20Bとを厚さ方向(Z方向)に重ね合わせた状態を示している。
図9に示すように、第3実施形態の締結具1Bは、ナット10Bと、ワッシャ20Bと、を備えている。
ナット10Bは、第1フランジ部12の下側(−Z側)にストッパ14を備えている。ストッパ14は、第1フランジ部12の下面12bにおいて、X方向に沿って設けられた突起である。
図10は、第3実施形態における締結具1Bの平面図である。図10は、締結具1Bのナット10Bとワッシャ20Bとを厚さ方向(Z方向)に重ね合わせた状態を示している。
図9に示すように、第3実施形態の締結具1Bは、ナット10Bと、ワッシャ20Bと、を備えている。
ナット10Bは、第1フランジ部12の下側(−Z側)にストッパ14を備えている。ストッパ14は、第1フランジ部12の下面12bにおいて、X方向に沿って設けられた突起である。
ワッシャ20Bは、第2フランジ部22の上側(+Z側)にストッパ24を備えている。ストッパ24は、第2フランジ部22の上面22cにおいて、X方向に沿って設けられた突起である。
図10に示すように、ナット10Bとワッシャ20Bとを重ね合わせて、第1フランジ部12と第2フランジ部22とを厚さ方向(Z方向)から見て略一致させることにより、第1フランジ部12に設けられたストッパ14の側面と第2フランジ部22に設けられたストッパ24の側面とを、互いに当接させることができる。
図10に示すように、ナット10Bとワッシャ20Bとを重ね合わせて、第1フランジ部12と第2フランジ部22とを厚さ方向(Z方向)から見て略一致させることにより、第1フランジ部12に設けられたストッパ14の側面と第2フランジ部22に設けられたストッパ24の側面とを、互いに当接させることができる。
図9に示す第3実施形態の締結具1Bにおいても、上述した第1実施形態の締結具1と同じ効果を得ることができる。また、第3実施形態の締結具1Bによれば、ストッパ14が第1フランジ部12の下側(−Z側)に設けられているため、締結作業時に、ナット10Bを回転させる工具との干渉を抑制できる。更に、第3実施形態の締結具1Bによれば、第1フランジ部12の側面及び第2フランジ部22の側面に、それぞれストッパ14,24が突出していないので、締結具1Bを撮像した際に、第2フランジ部22が露出する部分にストッパによる影が出来にくくなる。
(第4実施形態)
第4実施形態の締結具1Cは、締結体と嵌合するアダプタを備える点が第1実施形態と相違する。第4実施形態において、その他の構成は、第1実施形態と同じである。そのため、締結具1Cのみを図示し、緩み検出システム2の全体の図示を省略する。また、第4実施形態の説明及び図面において、第1実施形態と同等の部材等には、第1実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
第4実施形態の締結具1Cは、締結体と嵌合するアダプタを備える点が第1実施形態と相違する。第4実施形態において、その他の構成は、第1実施形態と同じである。そのため、締結具1Cのみを図示し、緩み検出システム2の全体の図示を省略する。また、第4実施形態の説明及び図面において、第1実施形態と同等の部材等には、第1実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図11は、第4実施形態における締結具1Cの分解斜視図である。
図11に示すように、第4実施形態の締結具1Cは、ナット50と、アダプタ60と、ワッシャ20と、を備えている。
ナット50は、一般的な六角ナットであり、第1フランジ部12(図1参照)は設けられていない。本実施形態では、締結体としてナットを例に説明するが、締結体は、ボルト30でもよい。締結体をボルト30とした場合、後述するアダプタ60には、ボルト30の頭部32(図3参照)が装着される。
図11に示すように、第4実施形態の締結具1Cは、ナット50と、アダプタ60と、ワッシャ20と、を備えている。
ナット50は、一般的な六角ナットであり、第1フランジ部12(図1参照)は設けられていない。本実施形態では、締結体としてナットを例に説明するが、締結体は、ボルト30でもよい。締結体をボルト30とした場合、後述するアダプタ60には、ボルト30の頭部32(図3参照)が装着される。
アダプタ60は、ナット50が装着される部品である。アダプタ60は、ナット保持部61と、第1部材62と、を備えている。ナット保持部61は、ナット50が着脱可能に装着される部分である。ナット保持部61は、ナット10の外側面を囲むように、厚さ方向(Z方向)から見て略正六角形に形成されている。ナット保持部61は、底部61aを備えており、側面から見たときの断面が略凹形状となるように形成されている。底部61aの中央には、貫通穴61bが形成されている。貫通穴61bは、ボルト30(図3参照)の軸部31が貫通可能な径を有する円形の開口である。
第1部材62は、ワッシャ20のストッパ23と当接する部分である。第1部材62の基本的な形状は、第1実施形態の第1フランジ部12と同じである。第1部材62は、アダプタ60の側面60aに設けられている。
ナット保持部61及び第1部材62は、例えば、プラスチック等の樹脂材料のほか、アルミニウム等の金属材料により作製される。また、ナット保持部61と第1部材62とは、一体に形成されてもよいし、別品を接合した構造でもよい。
ワッシャ20は、第1実施形態と同じ構成であるため、説明を省略する。なお、ワッシャ20は、ストッパ23を備えている。
ナット保持部61及び第1部材62は、例えば、プラスチック等の樹脂材料のほか、アルミニウム等の金属材料により作製される。また、ナット保持部61と第1部材62とは、一体に形成されてもよいし、別品を接合した構造でもよい。
ワッシャ20は、第1実施形態と同じ構成であるため、説明を省略する。なお、ワッシャ20は、ストッパ23を備えている。
図11に示す第4実施形態の締結具1Cにおいても、上述した第1実施形態の締結具1と同じ効果を得ることができる。また、第4実施形態の締結具1Cによれば、締結体として、同じ規格のナット又はボルトを用いることができるので、利便性を高めることができる。なお、第4実施形態では、ストッパ23を備えたワッシャ20を用いる例について説明したが、アダプタ60にストッパを設けてもよいし、アダプタ60とワッシャ20の両方にストッパを設けた構成としてもよい。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、後述する変形形態のように種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内に含まれる。後述する変形形態では、主に第1実施形態の符号を付して説明するが、他の実施形態に適用可能な場合に、その実施を排除するものではない。また、実施形態に記載した効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、実施形態に記載したものに限定されない。なお、上述の実施形態及び後述する変形形態は、適宜に組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。
(変形形態)
(変形形態)
各実施形態において、第2フランジ部22の第1フランジ部12側(+Z側)となる表面に発光層を設けてもよい。発光層は、例えば、蛍光、蓄光、光反射等の性質を有する塗料を、第2フランジ部22の表面に塗布することにより形成できる。また、前記性質を有するシート材を第2フランジ部22の表面に貼り付けてもよい。発光層は、第2フランジ部22の第1フランジ部12側となる表面の全面に形成してもよいし、一部に形成してもよい。発光層を第2フランジ部22の一部に形成する場合、ナット10の緩みより第1フランジ部12が矢印D2方向(開放方向)に回転したときに、最初に露出する部分に形成することが望ましい。例えば、図1に示す第2フランジ部22の場合、ストッパ23が設けられた側の縁に沿って発光層を設ければよい。第2フランジ部22に発光層を設けると、例えば、蛍光塗料であればUVライト、光反射塗料であればLEDライトの光を照射することにより、第2フランジ部22の露出した部分を光らせることができる。また、蓄光塗料であれば、夜間、ライトの光を照射することなしに、第2フランジ部22の露出した部分を光らせることができる。したがって、ナット10の緩みの有無を目視により簡単に判別できる。
各実施形態においては、第1フランジ部12、第2フランジ部22の少なくとも一方にストッパを設けた例について説明したが、これに限定されない。締結具1として、例えば、第1実施形態(図1参照)のナット10のみを用いてもよい。本形態において、ナット10の本体部分は、締結体を構成する。また、ナット10に設けられた第1フランジ部12は、緩み検出部材を構成する。本形態において、ナット10の緩みを検出する場合、被締結部材を締結した初期状態の締結具1を撮像して、その画像データを基準画像データとして保存しておく。そして、画像処理により、緩み検査の際に撮像した画像データ(検査画像データ)との差分を算出することにより、第2フランジ部22の露出部分を抽出できる。
上述した変形形態において、基準画像データ及び検査画像データは、回転中心軸OAに平行な方向から撮像することが望ましいが、いずれか一方の画像データが回転中心軸OAに対して傾斜する方向から撮像した場合、画像処理によりずれ量を補正してもよい。例えば、各画像データを撮像した際の撮像部3の姿勢データを保存しておくことにより、各画像データのずれ量を算出できる。
各実施形態(第4実施形態を除く)においては、締結体としてナット(ナット10、10A、10B)を例として説明したが、これに限定されない。締結体は、ボルトでもよいし、ボルトと同等の機能を有する部材でもよい。
1,1A,1B,1C:締結具
2:緩み検出システム
3:撮像部
4:CPU
5:管理サーバ
10,10A,10B,50:ナット
12:第1フランジ部
13,14,23:ストッパ
20,20A,20B:ワッシャ
22:第2フランジ部
60:ストッパ
2:緩み検出システム
3:撮像部
4:CPU
5:管理サーバ
10,10A,10B,50:ナット
12:第1フランジ部
13,14,23:ストッパ
20,20A,20B:ワッシャ
22:第2フランジ部
60:ストッパ
Claims (6)
- 被締結体に対して回転して前記被締結体を締結する締結体と、
前記被締結体と前記締結体との間に装着されるワッシャと、
前記締結体と共に回転する第1部材と、
前記ワッシャと共に回転する第2部材と、
前記第1部材又は前記第2部材の少なくとも一方に設けられ、前記被締結体を締結する方向に前記締結体及び前記ワッシャを回転させると、対向する部材と直接的又は間接的に当接するストッパと、を備え、
前記被締結体を締結する方向に前記締結体及び前記ワッシャを回転させると、前記ストッパが対向する部材と当接して、前記第1部材と前記第2部材とが重なり合った状態で締結が完了する締結具。 - 請求項1に記載の締結具であって、
前記第1部材と前記第2部材とが重なった状態で締結が完了した初期状態から、前記被締結体を締結する方向とは反対の方向に前記第1部材が前記第2部材に対して回転すると、前記第2部材が前記第1部材により遮蔽されない露出部分の面積が増大する。 - 請求項1又は請求項2に記載の締結具であって、
前記第2部材は、前記第1部材側となる表面の少なくとも一部に発光層を有する締結具。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の締結具であって、
前記締結体の保持部を備え、
前記第1部材は、前記保持部に設けられる締結具。 - 被締結体に対して回転して前記被締結体を締結する締結体の緩みを検出する緩み検出システムであって、
被締結体に対して回転して前記被締結体を締結する締結体と、
前記締結体に設けられた緩み検出部材と、
前記締結体及び前記緩み検出部材を撮像する撮像部と、
前記撮像部と通信可能であり、前記撮像部が撮像した画像データを用いて前記被締結体に対する前記締結体の緩みの有無を判定する判定部と、
を備える緩み検出システム。 - 請求項5に記載の緩み検出システムであって、
前記締結体及び前記緩み検出部材は、請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の締結具である緩み検出システム。
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