JP2020139777A

JP2020139777A - 締結体緩み監視システム、監視具、及び監視方法

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Publication number: JP2020139777A
Application number: JP2019033865A
Authority: JP
Inventors: 加藤　寛之; Hiroyuki Kato; 寛之加藤; 真年森下; Masatoshi Morishita; 大熊　康介; Kosuke Okuma; 康介大熊; 裕次高柳; Yuji Takayanagi; 隆行小嶋; Takayuki Kojima
Original assignee: Hitachi Industrial Products Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Products Ltd
Priority date: 2019-02-27
Filing date: 2019-02-27
Publication date: 2020-09-03

Abstract

【課題】多数の締結体の緩みを容易に監視が可能な締結体緩み監視システム及び監視方法を実現する。
【解決手段】被締結部を締結する締結体300が、少なくとも皿ばね座金100のような弾性体と、ＩＣタグとを含む構成とする。弾性体は、ＩＣタグ210と接点構造120、121のいずれか、もしくは両方を有し、締結体300に発生する軸力が弾性体の弾性力以上になると、ＩＣタグと接点構造が短絡することにより、回路が成立又は遮断され、リーダライタ400との通信状態によって緩み検知が可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ボルト・ナットなどの締結体の緩みの監視を行う監視システム、監視具、及び監視方法に関するものである。

ボルトやナット、リベットなどの締結体は、機械や構造物などの締結に広く利用されている。たとえばボルトとナットなどの締結体を利用して被締結体を締結すると、被締結体には圧縮力が、締結体には引張方向の軸力が発生し、締結状態が保持される。

しかしどのように強固に締結したとしても、温度や湿度変化、振動による回転変位や接合面のへたり等の影響を受け、締結体に緩みが発生する。この緩みは、部品等の脱落や締結体・被締結体の破断等の重大な問題につながるため、適切に管理される必要がある。

従来、このような緩みの監視は、作業員が定期的に巡回し、例えば被締結体と締結体に目印を付けておき、目視検査によって緩みを監視する方法、または、ハンマで締結体を叩き、その打音によって緩みを監視する方法が用いられている。

また、近年ではＩＣタグやセンサを用いて緩みを監視する手法も提案されている。例えば、特許文献１のように締結体と被締結体との間にＩＣタグを設置し、回転変位によって変化する通信状態に基づいて緩みを監視する方法、特許文献２のようにボルトを加工し、歪センサを内蔵しボルトの軸力を監視する方法、特許文献３のようにボルトに超音波等を当て、超音波の伝播速度によって軸力を計測する方法、などが知られている。

特開２０１０−２８１６９７号公報特開２００５−１４０６５３号公報特開２００６−３０８３４２号公報

上述の通り、締結体は機械や構造物等のさまざまな用途に用いられるため、素早く正確に大量の締結体を管理することが求められる。

しかし、作業員が目印、ハンマ等を用いて緩みの管理を行う手法はかなりの手間と時間を要する。また、作業員による検査は定性的で、コンディションや熟練度等に影響され判断を誤る可能性があるという問題がある。また、ＩＣタグを利用する方法は、通信状態を変化させて回緩み検知を行うため、締結体や被締結体のへたりに由来する緩みを検知できない。更に、歪センサや超音波を利用する方法では、センサの校正や締結体への加工が必要、かつ有線のシステム構成であるため導入に必要な時間や費用等のコストが高くなり、大量の締結体を長期間監視する用途には不向きである。

本発明は、上記の課題を解決し、複数の締結体の緩みを監視が可能な締結体緩み監視システムシステム及び監視方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明においては、被締結体を軸力により締結する締結体と、被締結体と締結体との間に設けられ、軸力の方向の弾性力を持つ弾性体と、被締結体と締結体との間に設けられ、無線通信を行うＩＣタグと、弾性体の弾性力によりＩＣタグの導通状態を変化させる接点構造と、を備え、ＩＣタグの導通状態の変化により通信可否が切り替わる構成の締結体緩み監視システムを提供する。

また、上記の目的を達成するため、本発明においては、被締結体を軸力により締結する締結体と、被締結体と締結体との間に設けられ、軸力の方向の弾性力を持つ弾性体と、被締結体と締結体との間に設けられ、無線通信を行うＩＣタグと、弾性体の弾性力によりＩＣタグの導通状態を変化させる接点構造と、を備え、ＩＣタグの導通状態の変化によりＩＣタグの通信可否が切り替わる締結体緩み監視方法を提供する。

本発明によれば、離れた位置から複数同時に種々の緩みの監視を行うことが可能となる。

実施例１に係る、弾性体とＩＣタグ、接点構造の一構成例を示す模式図である。実施例１に係る、締結により接点構造が短絡し、ＩＣタグよって緩みの監視が行われる一例を示す模式図である。実施例１に係る、締結より接点構造が短絡するＩＣタグの一例を示す回路図である。実施例１に係る、締結より接点構造が短絡するＩＣタグの一例を示す回路図である。実施例１に係る、緩み監視手順の一例を示すフロー図である。実施例１に係る、複数の締結の緩み状態表示の一例を示す模式図である。実施例２に係る、締結より接点構造が遮断されるＩＣタグよって緩みの監視が行われる一例を示す模式図である。実施例２に係る、締結より接点構造が遮断されるＩＣタグの一例を示す回路図である。実施例２に係る、締結より接点構造が遮断されるＩＣタグの一例を示す回路図である。実施例３に係る、締結状態より短絡状態と遮断状態とが変化する接点構造の実装方法の一例を示す模式図である。実施例４に係る、締結状態より短絡状態と遮断状態とが変化する接点構造の実装方法の一例を示す模式図である。

以下、本発明の種々の実施例を添付図面に基づいて説明する。なお、図1を含め以下に示す模式図は単純化した図であり、大きさや形状等は、理解を容易にするため、適宜誇張している。また、本明細書に記載されている数値及び材料名などは、実施形態の一例として示したものであり、これに限定されるものでなく、必要に応じて適宜選択して使用することができる。

実施例１は、被締結体を軸力により締結する締結体と、被締結体と締結体との間に設けられ、軸力の方向の弾性力を持つ弾性体と、被締結体と締結体との間に設けられ、無線通信を行うＩＣタグと、弾性体の弾性力によりＩＣタグの導通状態を変化させる接点構造とを備え、ＩＣタグの導通状態の変化により通信可否が切り替わる締結体緩み監視システム、緩み監視具、及び監視方法の実施例である。

本実施例は、被締結体を締結する締結体が弾性体とＩＣタグとを含む構成とし、弾性体が、ＩＣタグと接点構造いずれか、若しくは、ＩＣタグと接点構造の両方を有し、締結体に発生する軸力が弾性体の弾性力以上になると、ＩＣタグと接点構造が短絡し、ＩＣタグを通信可能とする場合の実施例である。

図１は、実施例１の緩み監視具を説明する図である。図１の(a)は緩み監視具の平面図であり、同図の(b)はその断面である。

同図に示すように、緩み監視具は緩み監視具10-1、10-2との２部品で構成される。緩み監視具10-１は皿ばね座金100とＩＣタグ110と、接点120、121と、導線130、131などで構成され、緩み監視具10-2は平座金200と接点210で構成される。なお、本明細書においては、これらを纏めて、緩み監視具10と表示する場合がある。

皿ばね座金100と平座金200は絶縁性であり、接点120、121、210のみ導通する構造である。接点120、121、210は、例えば伝導性の材料から構成される。図１の（ｂ）から明らかなように、本実施例では、緩み監視具10-2の接点210は円状に実装されることにより、位置合わせが不要の形状となっているが、これに限らず、面や点等の形で実装されてもよい。

図２は、図１に示した本実施例の締結体を用いた締結体緩み監視システム及び監視方法を説明するための模式図であり、締結体300に対し緩み監視具10が装着された状態である。緩み監視具10は、被締結体と弾性体それぞれに設置された導電性部材からなる接点構造を有する。

図２の(a)は締結体300が緩み、締結体300に働く軸力が緩み監視具10-1の持つ弾性力以下の状態を示している。この状態にあっては、接点構造の接点120、121、210は導通しておらず、ＩＣタグ110はリーダライタ(R/W)400と無線通信を行うことはできない。

一方、図２の(b)は締結体300が適切に締結されており、締結体300に働く軸力が緩み監視具10-1の持つ弾性力以上の状態を示している。この状態においては、接点構造である接点120、121、210は導通しており、ＩＣタグ110はリーダライタ400と通信が可能である。通信が成功すると、リーダライタ400に繋がれたコンピュータ(PC)500にＩＣタグ110の持つ識別子(ID)情報が送られ一時保存される。異常の判定は、コンピュータ500に接続されたデータベース(DB)600の持つ締結体の情報と照合され、一時保存されていないものが最終的な異常と判断される。すなわち、コンピュータ500は締結体の正常、異常を判断する判断部として機能する。

図３はＩＣタグ110の実装例を示す回路図である。本実施例ではバッテリ不要なＩＣタグ(パッシブRFID)を利用した回路で一例を示している。ＩＣタグ110はアンテナ111と電源回路112と送受信部113から構成され、接点構造114を含んでいる。本実施例の構成にあっては、軸力が弾性力以下の場合、接点構造114は非導導通(OFF)状態であり、軸力が適切に働いている場合は接点が短絡し導通(ON)状態となる。なお、接点構造は図３の実装形態のみに限定されず、図４の接点構造115に示すように、他の回路位置に実装されたものにおいても同様に動作させることができる。

図５は、本実施例の締結体緩み監視システム及び監視方法の処理フローの一例を示す図である。測定開始(S701)から測定終了(S704)までの期間は、利用者が任意に決定する。1回の測定で得たデータはリーダライタ400によりタグ読み取り(S702)され、リーダライタ400等に一時保存(S703)される。計測が終了したタイミングでコンピュータ500にデータが送信(S704)され、コンピュータ500はデータベース600の締結体の情報と照合を行う(S705)。この照合結果から、コンピュータ500は、自身のディスプレイ等の表示部を使って、非導通(OFF)状態にある締結体を特定し、緩みの監視、現在の締結状態の表示(S706)を行う。なお、本実施例ではこの照合の手順も1度としたが、タグの読み取り時、順次実行するなど、他の実装形態でもよい。

図６は、図５で示した締結状態の表示(S706)の一例を説明する図である。被締結体900は、締結体300を複数利用して締結されており、締結体300と被締結体900との間にそれぞれ緩み監視具10が設置されている。リーダライタ400より通信が行われると、適切な軸力を持った締結体300に設置された緩み監視具10は緩み監視具10aのような通信可能状態となり、緩みが発生した締結体300に設置された緩み監視具10は緩み監視具10bのような通信不可能状態となる。この通信可能、不可能状態はコンピュータ500を用いて、その表示部に締結状態、すなわち緩み状態の表示(S706)が行われる。

このように構成することにより、コンピュータ500は、接点構造とＩＣタグをそれぞれ複数有する締結体緩み監視システムにおいて、複数のＩＣタグと無線通信を行うリーダライタの出力に基づき、複数の締結体の締結状態を同時に判断する判断部として機能することができる。

以上説明したように、本実施例の締結体緩み監視システム及び監視方法によれば、センサの初期校正を行うことなく、離れた位置から複数の締結体の種々の緩みの監視を同時に行うことが可能となる。

実施例２は、締結体に十分な軸力が働いていない場合にのみ、ＩＣタグとの通信が可能となる構成の締結体緩み監視システム及び監視方法の実施例である。

すなわち、本実施例は、被締結体を締結する締結体が弾性体とＩＣタグとを含む構成とし、弾性体が、ＩＣタグと接点構造いずれか、若しくは、ＩＣタグと接点構造の両方を有し、締結体に発生する軸力が弾性体の弾性力以上になると、ＩＣタグと接点構造が短絡、回路が遮断される場合の実施例である。

図７は本実施例の締結体緩み監視システムを説明する図である。図７の(a)は、皿ばね座金100と平座金200などからなる被締結体が十分に締結されておらず、締結体300に十分な軸力が働いていない場合を示し、接点120、121が接点210と導通していない場合にのみ、ＩＣタグ110とリーダライタ400との通信が可能となることで緩みの監視を行う。

一方、図７の(b)は被締結体の皿ばね座金100と平座金200とが十分に締結されており、締結体300に十分な軸力が働いている場合を示している。同図に示すように、接点120、121と接点210と導通しているため、ＩＣタグ110の回路が非導通状態となり、リーダライタ400との間の通信不能となる。

図８は本実施例のＩＣタグ110の実装方法を示す一回路構成例である。接点を接点構造116の位置とすることで、接点120、121と接点210とが非導通状態の場合のみ通信が可能となる。なお、接点構造116を同図に示す位置とする場合、反射が発生する可能性があるため、図８の回路構成例では、抵抗118及び地絡119をも実装した。

また、本実施例の接点構造は図８の実装形態のみに限定されず、図９の接点構造117に示すように他の位置に実装しても同様な機能を実現することができ、実施例１同様、離れた位置から複数の締結体の種々の緩みの監視を同時に行うことが可能となる。

実施例３は、実施例１、２で説明した接点構造を水や油等の影響から保護することが可能とする構成の締結体緩み監視システム及び監視方法の実施例である。

図１０は本実施例の接点構造の一例を示す図である。同図の(a)は緩み監視具30の上面図を、(b)はその断面図を示している。本実施例の緩み監視具は、皿ばね座金100に設置された、導電ゴムなどの内面が導電性を有する弾性材ドームに覆われた接点構造を有する。

すなわち、本実施例の緩み監視具30は、皿ばね座金100とＩＣタグ110と、接点120、121と、導電ゴム150と、ラバードーム160とで構成される。

本実施例の構造において、被締結体である皿ばね座金100を軸力により締結すると、導電ゴム150を介して接点120、121が導通する。本実施例の接点構造は、ラバードーム160で完結するため、水を油等の影響を受けることがない特徴を持つ。なお、ラバードームに代え、ゴム以外の弾性材料等を利用することにより、弾性材ドームを構成しても良い。

実施例４は、締結体に緩み監視システムを内蔵する構成の実施例である。すなわち、本実施例では、接点構造が締結体に設置されており、実施例３同様、その内面が導電性を有する弾性材ドームに覆われている
図１１に示すように、本実施例においては、締結体300が、ＩＣタグ110と、ラバードーム800と、導線340、350と、弾性体310からなる。接点320、330は導線340、350により、ＩＣタグ110に接続されている。

本実施例においても、実施例３と同様、接点320、330はラバードーム800などの弾性材ドームによって覆われているので、水を油等の影響を受けることがない特徴を持つ。

本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

更に、上述した各構成、判断部などの機能、コンピュータ等は、それらの一部又は全部を実現するプログラムを作成する例を中心に説明したが、それらの一部又は全部を例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良いことは言うまでもない。すなわち、コンピュータの全部または一部の機能は、プログラムに代え、例えば、ＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）などの集積回路などにより実現してもよい。

10、30、40 緩み監視具
100 皿ばね座金
110 ＩＣタグ（パッシブRFID）
111 アンテナ
112 電源回路
113 送受信部
114,115,116,117 接点構造
118 抵抗
119-1,119-2 地絡
120、121、210、320、330 接点
150 導体
160、800 ラバードーム
200 平座金
300 締結体
310 弾性体
130、131、340、350 導線
400 リーダライタ
500 コンピュータ
600 データベース
900 被締結体

Claims

被締結体を軸力により締結する締結体と、
前記被締結体と前記締結体との間に設けられ、前記軸力の方向の弾性力を持つ弾性体と、
前記被締結体と前記締結体との間に設けられ、無線通信を行うＩＣタグと、
前記弾性体の弾性力により前記ＩＣタグの導通状態を変化させる接点構造と、を備え、
前記ＩＣタグの導通状態の変化により通信可否が切り替わる、
ことを特徴とする締結体緩み監視システム。
請求項１に記載の締結体緩み監視システムであって、
前記接点構造は、前記締結体に働く前記軸力が前記弾性体の持つ弾性力以上の力を持っている場合に、前記ＩＣタグを導通状態とする、
ことを特徴とする締結体緩み監視システム。
請求項２に記載の締結体緩み監視システムであって、
前記ＩＣタグが導通状態にある場合に、前記ＩＣタグと無線通信を行うリーダライタと、
前記リーダライタの出力に基づき、前記締結体の正常、異常を判断する判断部と、を備える、
ことを特徴とする締結体緩み監視システム。
請求項１に記載の締結体緩み監視システムであって、
前記接点構造は、前記締結体に働く前記軸力が前記弾性体の持つ弾性力以上の力を持っている場合に、前記ＩＣタグを非導通状態とする、
ことを特徴とする締結体緩み監視システム。
請求項４に記載の締結体緩み監視システムであって、
前記ＩＣタグが非導通状態にある場合に、前記ＩＣタグと無線通信を行うリーダライタと、
前記リーダライタの出力に基づき、前記締結体の正常、異常を判断する判断部と、を備える、
ことを特徴とする締結体緩み監視システム。
請求項１に記載の締結体緩み監視システムであって、
前記接点構造と前記ＩＣタグをそれぞれ複数有し、
複数の前記ＩＣタグと無線通信を行うリーダライタと、
前記リーダライタの出力に基づき、複数の前記締結体の締結状態を同時に判断する判断部、を備える、
ことを特徴とする締結体緩み監視システム。
請求項１に記載の締結体緩み監視システムに用いる締結体緩み監視具であって、
前記接点構造は、前記被締結体と前記弾性体それぞれに設置された導電性部材からなる、
ことを特徴とする締結体緩み監視具。
請求項１に記載の締結体緩み監視システムに用いる締結体緩み監視具であって、
前記接点構造は、内面が導電性を有する弾性材ドームに覆われている、
ことを特徴とする締結体緩み監視具。
請求項８に記載の締結体緩み監視具であって、
前記接点構造は、前記被締結体又は前記弾性体に設置され、内面が導電性を有する弾性材ドームに覆われている、
ことを特徴とする締結体緩み監視具。
請求項８に記載の締結体緩み監視具であって、
前記接点構造は、前記締結体に設置されている、
ことを特徴とする締結体緩み監視具。
請求項１０に記載の締結体緩み監視具であって、
内面が導電性を有する弾性材ドームに覆われている、
ことを特徴とする締結体緩み監視具。
被締結体を軸力により締結する締結体と、前記被締結体と前記締結体との間に設けられ、前記軸力の方向の弾性力を持つ弾性体と、前記被締結体と前記締結体との間に設けられ、無線通信を行うＩＣタグと、前記弾性体の弾性力により前記ＩＣタグの導通状態を変化させる接点構造と、を備え、
前記ＩＣタグの導通状態の変化により前記ＩＣタグの通信可否が切り替わる、
ことを特徴とする締結体緩み監視方法。
請求項１２に記載の締結体緩み監視方法であって、
前記接点構造は、前記締結体に働く前記軸力が前記弾性体の持つ弾性力以上の力を持っている場合に、前記ＩＣタグを導通状態に変化させ、
前記ＩＣタグと無線通信を行うリーダライタの出力に基づき、前記締結体が正常と判断する、
ことを特徴とする締結体緩み監視方法。
請求項１２に記載の締結体緩み監視方法であって、
前記接点構造は、前記締結体に働く前記軸力が前記弾性体の持つ弾性力以上の力を持っている場合に、前記ＩＣタグが非導通状態となり、
前記ＩＣタグが導通状態にある場合に、前記ＩＣタグと無線通信を行うリーダライタの出力に基づき、前記締結体が異常と判断する、
ことを特徴とする締結体緩み監視方法。
請求項１２に記載の締結体緩み監視方法であって、
複数の前記接点構造と、複数の前記ＩＣタグを備え、
複数の前記ＩＣタグの通信可否に基づき、複数の前記締結体の締結状態を同時に監視する、
ことを特徴とする締結体緩み監視方法。