JP2021183925A - ボルト型センサ装置、ボルト本体、風車用駆動装置、風車および締結構造 - Google Patents

Abstract

【課題】締結対象物の状態を高精度に評価する。【解決手段】ボルト型センサ装置３０は、ねじが設けられた先端部３２と、ねじ部３２Ａよりも太いボルト頭部３１と、先端部３２及びボルト頭部３１の間に位置しねじ部３２Ａよりも細い中間軸部３３と、中間軸部３３上に設けられ中間軸部３３の物理変化を検出する物理変化検出部４０と、を備える。【選択図】図６

Description

本発明は、ボルト型センサ装置、ボルト本体、風車用駆動装置、風車および締結構造に関する。

例えば、特許文献１に開示されているように、締結力の低下を検出可能なボルトが知られている。この種のボルトでは、締結力の低下を検出するためのひずみゲージ等の検出部が、当該ボルトの内部等に設けられている。検出部からの出力を利用し、例えば軸力の大幅な低下を監視することで、許容不可能なボルトの緩みを検出することができる。特許文献１では、ボルトの本来的な目的を達成すべく、検出部の設置にともなったボルト強度の低下防止を課題としている。

一方、特許文献２に開示されているように、ボルトに負荷された荷重の変化を当該ボルトの物理変化として計測することによって、ボルトによって締結された締結対象物の状態を評価し得ることが確認されている。

特開２０１９−２１５２７２号公報 特開２０１６−２１１４９７号公報

しかしながら、本件発明者が鋭意検討を重ねたところ、締結対象物の将来的な損傷や破壊を予防するために検出すべき荷重の変化量は、適切な締結によってボルトに負荷される荷重と比較して、非常に小さいことが確認された。その一方で特許文献１に開示された従来のボルトは締結手段として高い強度を有しており、検出部を有した従来のボルトに大きな物理変化は生じにくい。したがって、従来の検出部付きボルトでは、締結対象物の将来的な損傷や破壊を予防するために検出すべき荷重の僅かな変化を高感度に検出することができない。

本件発明は、以上の点を考慮してなされたものであって、締結対象物の状態を高精度に評価可能なセンサ装置の提供を目的とする。

本発明によるボルト型センサ装置は、
ねじ部が設けられた先端部と、
ねじ部よりも太いボルト頭部と、
前記先端部及び前記ボルト頭部の間に位置し前記ねじ部よりも細い中間軸部と、
前記中間軸部上に設けられ前記中間軸部の物理変化を検出する物理変化検出部と、を備える。

本発明によるボルト型センサ装置において、前記中間軸部は、その前記ボルト頭部の側となる端部に、前記ボルト頭部に接近するにつれてしだいに太くなっていく基端側拡幅部を含んでもよい。

本発明によるボルト型センサ装置において、前記ボルト頭部を貫通し前記基端側拡幅部に開口した孔が設けられていてもよい。

本発明によるボルト型センサ装置において、前記ボルト頭部を貫通する孔が設けられ、
前記孔は、軸方向への投影において、前記先端部と重なる領域内に開口していてもよい。

本発明によるボルト型センサ装置において、前記中間軸部は、その前記先端部の側となる端部に、前記先端部に接近するにつれてしだいに太くなっていく先端側拡幅部を含んでもよい。

本発明によるボルト型センサ装置において、前記中間軸部は、軸方向における同一の位置に前記軸方向と平行な平坦面として設けられた複数の載置面を含み、
前記複数の載置面は、中心軸線を中心として対称的な位置に配置され、
前記複数の載置面のそれぞれに前記物理変化検出部が設けられていてもよい。

本発明によるボルト型センサ装置において、前記中間軸部は、軸方向と平行な平坦面として設けられ前記軸方向に直交する方向に対向する一対の載置面を含み、
前記複数の載置面のそれぞれに前記物理変化検出部が設けられていてもよい。

本発明によるボルト型センサ装置において、前記物理変化検出部は、前記中間軸部の軸方向における中心よりも前記ボルト頭部の側に設けられていてもよい。

本発明によるボルト型センサ装置において、前記物理変化検出部は、前記中間軸部の軸方向における中心よりも前記先端部の側に設けられていてもよい。

本発明によるボルト型センサ装置において、前記物理変化検出部は、周方向に並べられた複数の物理変化検出部を含むようにしてもよい。

本発明によるボルト型センサ装置において、前記物理変化検出部は、軸方向に並べられた複数の物理変化検出部を含んでもよい。

本発明によるボルト型センサ装置において、軸方向への投影において、前記アンプ回路基板は、前記ボルト頭部と重なる領域の内部に位置していてもよい。

本発明によるボルト型センサ装置において、前記ねじ部の長さＬＸ（ｍｍ）、前記ねじ部の最大断面積ＡＣ（ｍｍ^２）、前記中間軸部の最小断面積ＡＡ（ｍｍ^２）および前記ねじ部の最大幅Ｄ（ｍｍ）が、次の関係を満たすようにしてもよい。
０．１５×ＡＣ ≦ ＡＡ ≦ ０．８０×ＡＣ
１．５×Ｄ ≦ ＬＸ

本発明による風車用駆動装置は、
風車の可動部分における一方の構造体に設置され且つ前記風車の前記可動部分における他方の構造体に設置されたリングギヤと噛み合う噛み合い部を有する駆動装置本体と、
前記駆動装置本体を前記一方の構造体に固定する、上述した本発明によるボルト型センサ装置のいずれかであって、前記駆動装置本体を前記一方の構造体に固定するボルトとして用いられたボルト型センサ装置と、を備える。

本発明による風車は、上述した本発明による風車駆動装置のいずれかを備える。

本発明による締結構造は、
上述した本発明によるボルト型センサ装置のいずれかと、
前記ボルト型センサ装置が通過する貫通孔を設けられた第１部材と、
前記ボルト型センサの前記先端部と噛み合うねじ穴を設けられた第２部材と、を備える。

本発明による締結構造において、前記物理変化検出部は、前記第１部材の貫通孔内に位置していてもよい。

本発明によれば、締結対象物の状態を高精度に評価することができる。

図１は、本発明の一実施の形態を説明するための図であって、風車を示す斜視図である。 図２は、図１に示された風車の縦断面図であって、タワーとナセルとの間の可動部分を示す図である。 図３は、図２に示された可動部分における風車用駆動装置の配置を示す平面図である。 図４は、図２に示された風車用駆動装置を部分的に断面で示す図である。 図５は、図４に示された風車用駆動装置の据え付け部分を部分的に断面で示す図である。 図６は、ボルト型センサ装置に含まれるボルト本体を示す斜視図である。 図７Ａは、図５の部分拡大図であって、ボルト型センサ装置を含む締結構造を説明するための断面図である。 図７Ｂは、図７Ａに対応する断面図であって、ボルト型センサ装置を含む締結構造を異なる方向から示す図である。 図８は、図６に対応する図であって、ボルト型センサ装置の一変形例に含まれるボルト本体を示す図である。 図９は、図７Ａ及び図７Ｂに対応する図であって、図８のボルト型センサ装置を含む締結構造を示す図である。 図１０は、図７Ａ及び図７Ｂに対応する図であって、ボルト型センサ装置の他の変形例を含む締結構造を示す図である。 図１１は、図７Ａ及び図７Ｂに対応する図であって、ボルト型センサ装置の更に他の変形例を含む締結構造を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。

以下に説明するボルト型センサ装置は、締結対象物の状態を高精度に評価可能なセンサ装置として用いられる。ボルト型センサ装置は、ボルト形状を有したボルト本体と、ボルト本体の物理変化を検出する物理変化部と、を有している。本実施の形態に係るボルト型センサ装置は、ボルト本体のわずかな状態変化をボルト本体の物理変化として高感度に検出するための工夫がなされている。そして、ボルト本体の物理変化を検出することによって、締結構造に加えられた力の大きさや締結構造の変形を高精度に評価することが可能となる。以下では、ボルト型センサ装置を風車、とりわけ風車用駆動装置に適用した例に基づいて、一実施の形態を説明する。ただし、この例に限られず、本実施の形態によるボルト型センサ装置は種々の締結構造に適用され得る。

図１に示すように、風車１０１は、タワー１０２、ナセル１０３、主軸部であるロータ１０４、羽根であるブレード１０５、等を有している。タワー１０２は、地上から鉛直上方に向かって延びるように設置される。ナセル１０３は、タワー１０２の上部に対して回転可能に設置されている。ナセル１０３のタワー１０２に対する回転は、タワー１０２の長手方向を中心とする回転であり、いわゆるヨー回転である。ナセル１０３の回転は、通常鉛直方向と平行な回転軸線を中心とした回転となる。ナセル１０３の内部には、動力伝達軸や発電機等が配置されている。ロータ１０４は、動力伝達軸に接続され、ナセル１０３に対して回転可能となっている。ブレード１０５は、複数枚（図１に示された例では、３枚）設けられている。ブレード１０５は、ロータ１０４のナセル１０３に対する回転軸線を中心とする放射方向へ、当該ロータ１０４から延び出している。複数のブレード１０５は、互いから等角度あけて配置されている。各ブレード１０５は、ピッチ方向に回転可能、言い換えると、その長手方向を中心としてロータ１０４に対して回転可能となっている。すなわち、ブレード１０５のロータ１０４への接続箇所は、可動部分となっている。

風車用駆動装置は、タワー１０２に対してナセル１０３を回転させるようにヨー駆動するヨー駆動装置として用いられている。また、風車用駆動装置は、ロータ１０４に対してブレード１０５の軸部を回転させるようにピッチ駆動するピッチ駆動装置としても用いられている。ピッチ駆動装置をロータ１０４に固定する複数のボルトＢの少なくとも一部として、後述するボルト型センサ装置３０が用いられる。以下、ヨー駆動装置として用いられた風車用駆動装置を参照して、風車用駆動装置および風車用駆動装置を固定するための構成について詳述する。

図２は、タワー１０２に対して回転可能にナセル１０３が設置された部分を拡大して示す風車の断面図である。なお、図２では、風車用駆動装置１０について断面図ではなく外形図として図示している。ナセル１０３は、その底部１０３ａにおいて、タワー１０２の上部に対して軸受１０６を介して回転可能に設置されている。そして、タワー１０２の上部には、内周に内歯が形成されたリングギヤ１０７が固定されている。ただし、リングギヤ１０７の歯は、内周に設けられているものに限らず、外周に設けられているものであってもよい。図面において、リングギヤ１０７の内歯の各歯の図示は省略されている。

図２及び図３に示すように、ナセル１０３内に、複数の風車用駆動装置１０が据え付けられている。風車用駆動装置１０は、リングギヤ１０７の内歯と噛み合う噛み合い部２４ａを有している。風車用駆動装置１０の駆動により、風車１０１の可動部分の一方となるナセル１０３を、風車１０１の可動部分の他方となるタワー１０２に対して回転させることができる。図３に示すように、リングギヤ１０７は、円周状に形成され、中心軸線ＣＭを有している。ナセル１０３は、リングギヤ１０７の中心軸線ＣＭを中心として回転する。図示された例において、リングギヤ１０７の中心軸線ＣＭは、タワー１０２の長手方向と平行である。

図示された風車１０１では、図３に示すように、一対の風車用駆動装置ユニット５が、設けられている。一対の風車用駆動装置ユニット５は、リングギヤ１０７の中心軸線ＣＭを中心として、回転対称となるように配置されている。各風車用駆動装置ユニット５は、三つの風車用駆動装置１０を含んでいる。一対の風車用駆動装置ユニット５に含まれる合計六つの駆動装置本体２０は、リングギヤ１０７の中心軸線ＣＭを中心とする円周ＣＬＡ（図３参照）に沿って、設けられている。各風車用駆動装置ユニット５に含まれる三つの風車用駆動装置１０は、円周ＣＬＡに沿って、一定の間隔をあけて順に配列されている。

風車用駆動装置１０は、駆動装置本体２０及びボルト型センサ装置３０を有している。駆動装置本体２０は、ボルトＢを用いてナセル１０３に固定されている。ボルト型センサ装置３０は、駆動装置本体２０をナセル１０３に固定するための通常のボルトＢに代えて用いられる。すなわち、ボルト型センサ装置３０は、駆動装置本体２０のナセル１０３の締結に利用され得る。ボルト型センサ装置３０はボルト本体３０Ａ及び物理変化検出部４０を有している。ボルト本体３０Ａは、通常のボルトと同様に、駆動装置本体２０をナセル１０３に締結する。物理変化検出部４０は、締結対象物である駆動装置本体２０のわずかな状態変化を、ボルト本体３０Ａの物理変化として、高感度に検出することができる。すなわち、物理変化検出部４０の検出結果に基づいてボルト本体３０Ａの物理変化を計測することができる。そして、ボルト本体３０Ａの物理変化を監視することで、駆動装置本体２０の異常状態を迅速且つ正確に検出することが可能となる。以下、風車用駆動装置１０の各構成要素について順に説明する。

図４に示すように、駆動装置本体２０は、リングギヤ１０７と噛み合う噛み合い部２４ａを有した出力軸２４と、出力軸２４を回転可能に保持するケース２１と、ケース２１に固定された電動機２３と、を有している。駆動装置本体２０は、電動機２３と出力軸２４とを連結する連結部２５を、さらに有している。連結部２５は、ケース２１内に収容されている。連結部２５は、一例として、電動機２３からの入力を減速して出力軸２４に伝達する。このような減速部をなす連結部２５として、偏心揺動歯車型や遊星歯車型の減速機構、又は、偏心揺動歯車型および遊星歯車型を組み合わせた減速機構を採用することができる。

図４に示すように、連結部２５から離間する側となる出力軸２４の端部は、ケース２１の外部に位置いている。出力軸２４のケース２１から延び出した部分に噛み合い部２４ａが形成されている。図２及び図５に示すように、出力軸２４の噛み合い部２４ａは、ナセル１０３の底部１０３ａに形成された貫通穴１０３ｂ内に延び入り、リングギヤ１０７と噛み合っている。噛み合い部２４ａは、リングギヤ１０７に応じた形状で形成される。一例として、噛み合い部２４ａは、リングギヤ１０７の内歯と噛み合う外歯を有したピニオンギヤを形成している。風車用駆動装置１０は、出力軸２４の回転軸線ＣＲと平行な長手方向軸線を有している。風車用駆動装置１０の回転軸線ＣＲは、リングギヤ１０７の中心軸線ＣＭと平行となっている。

次に、ケース２１について説明する。図４に示すように、ケース２１は、筒状に形成されている。図５に示すように、ケース２１は、その長手方向軸線が回転軸線ＣＲ上に位置するよう、配置されている。ケース２１は、回転軸線ＣＲに沿った両端が開口している。タワー１０２側となるケース２１の開口から、出力軸２４の噛み合い部２４ａが露出している。タワー１０２とは反対側となるケース２１の開口に、電動機２３が取付けられている。また、ケース２１は、フランジ２２を有している。図３に示すように、フランジ２２は、環状に形成され、出力軸２４の回転軸線ＣＲを中心とする円周ＣＬＢに沿って延びている。図４及び図５に示すように、フランジ２２には、貫通孔２２ａが形成されている。貫通孔２２ａは、出力軸２４の回転軸線ＣＲを中心とする円周上に多数形成されている。図示された例においては、１２個の貫通孔２２ａが円周ＣＬＢに沿って等間隔をあけて形成されている。図４及び図５に示すように、貫通孔２２ａは出力軸２４の回転軸線ＣＲと平行に延びている。

次に、以上の構成からなる駆動装置本体２０をナセル１０３に固定するためのボルト型センサ装置３０について、図６〜図７Ｂを主として参照しながら説明する。ボルト型センサ装置３０は、締結具としても機能し、ボルト型センサ装置３０が通過する貫通孔を設けられた第１部材Ｍ１と、ボルト型センサ装置３０の先端部３２と噛み合うねじ穴を設けられた第２部材Ｍ２と、ともに締結構造ＦＳを構成する。図示された例において、駆動装置本体２０が第１部材Ｍ１をなし、駆動装置本体２０のフランジ２２に設けられた貫通孔２２ａが第１部材Ｍ１の貫通孔をなす。また、ナセル１０３が第２部材Ｍ２をなし、ナセル１０３に設けられたねじ穴１０３ｃが第２部材Ｍ２のねじ穴をなす。

図６〜図７Ｂに示すように、ボルト型センサ装置３０は、ボルト頭部３１、先端部３２及び中間軸部３３を含んだボルト本体３０Ａを有している。先端部３２は、雄螺子が形成されたねじ部３２Ａを有している。中間軸部３３は、ボルト頭部３１及び先端部３２の間に位置している。図７Ａ及び図７Ｂに示すように、ボルト型センサ装置３０の中心軸線ＣＡに沿って、ボルト頭部３１、中間軸部３３及び先端部３２がこの順番で配置されている。なお、ボルト型センサ装置３０の中心軸線ＣＡは、回転による締め付け時にボルト型センサ装置３０が第１部材Ｍ１及び第２部材Ｍ２対して相対移動する方向と平行である。ボルト型センサ装置３０の中心軸線ＣＡは、出力軸２４の回転軸線ＣＲと平行になっている。以下、ボルト型センサ装置３０の中心軸線ＣＡと平行な方向を軸方向ＤＡと呼ぶ。また、軸方向ＤＡに直交しかつ互いに直交する方向を第１方向ＤＢ１及び第２方向ＤＢ２とそれぞれ呼ぶ。さらに、中心軸線ＣＡを中心とした円周又は円弧に沿った方向を周方向ＤＣと呼ぶ。以下、ボルト本体３０Ａの各構成要素について説明する。

なお、図面間での方向関係を明確化するため、いくつかの図面では、軸方向ＤＡ、第１方向ＤＢ１及び第２方向ＤＢ２を、図面間で共通する方向として示している。矢印の先端側が、各方向の一側となる。また、図の紙面に垂直な方向に沿って紙面から手前へ向かう矢印を、例えば図７Ａに示すように、円の中に点を設けた記号により示した。一方、図の紙面に垂直な方向に沿って紙面から奥へ向かう矢印を、例えば図７Ｂに示すように、円の中にＸを設けた記号により示した。

図７Ａ及び図７Ｂに示すように、ボルト頭部３１は、中間軸部３３及び先端部３２よりも太くなっている。すなわち、ボルト頭部３１の軸方向ＤＡに直交する任意の方向における幅は、当該方向における中間軸部３３及び先端部３２の幅よりも太くなっている。つまり、ボルト頭部３１は、中間軸部３３及び先端部３２よりも拡径している。更に言い換えると、軸方向ＤＡへの投影において、中間軸部３３及び先端部３２は、ボルト頭部３１と重なる領域内のみに位置している。そして、ボルト頭部３１の最大幅は、フランジ２２の貫通孔２２ａの内直径よりも大きい。したがって、ボルト頭部３１は、フランジ２２の貫通孔２２ａを通過することができず、締結時にボルト頭部３１の下面がフランジ２２の上面に接触する。

上述したように、先端部３２はねじ部３２Ａを有している。ねじ部３２Ａは、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、ナセル１０３に設けられたねじ穴１０３ｃと噛み合う雄螺子を有している。図示された例において、先端部３２は、ねじ部３２Ａにボルト頭部３１側から接続する軸状部３２Ｂを更に有している。軸状部３２Ｂは円柱状に形成されている。図６及び図７に示すように、ねじ部３２Ａは、ボルト型センサ装置３０の最もボルト頭部３１から離間する側に位置している。軸状部３２Ｂは、ねじ部３２Ａに接続する側と反対の側から、中間軸部３３に接続している。

図６〜図７Ｂに示すように、中間軸部３３は、軸方向ＤＡに沿って延びる略円柱状の部分である。既に説明した通り、中間軸部３３は、ボルト頭部３１及び先端部３２の間に位置する。中間軸部３３は、ボルト頭部３１及び先端部３２よりも細くなっている。すなわち、中間軸部３３の軸方向ＤＡに直交する任意の方向における幅は、当該方向におけるボルト頭部３１及び先端部３２の幅よりも細くなっている。つまり、中間軸部３３は、ボルト頭部３１及び先端部３２よりも縮径している。更に言い換えると、軸方向ＤＡへの投影において、中間軸部３３は、ボルト頭部３１及び先端部３２と重なる領域内のみに位置している。そして、中間軸部３３の最大幅は、フランジ２２の貫通孔２２ａの内直径よりも小さい。したがって、中間軸部３３は、フランジ２２の貫通孔２２ａを通過し得る。

図示された例において、中間軸部３３は、基端側拡幅部３３Ａ、軸本体部３３Ｂ及び３先端側拡幅部３３Ｃを有している。とりわけ図示された中間軸部３３は、基端側拡幅部３３Ａ、軸本体部３３Ｂ及び先端側拡幅部３３Ｃのみによって構成されている。基端側拡幅部３３Ａ、軸本体部３３Ｂ及び３先端側拡幅部３３Ｃは、この順で、軸方向ＤＡにおけるボルト頭部３１の側から先端部３２の側へと配置されている。したがって、基端側拡幅部３３Ａは、ボルト頭部３１に隣接している。先端側拡幅部３３Ｃは、先端部３２に隣接している。

基端側拡幅部３３Ａの軸方向ＤＡに直交する方向への幅は、軸方向ＤＡにおいてボルト頭部３１に接近するにつれてしだいに太くなっていく。したがって、基端側拡幅部３３Ａは、ボルト頭部３１と接続する領域において最大幅を有し、ボルト頭部３１から軸方向ＤＡに最も離間する領域において最小の幅を有している。また図７Ａ及び図７Ｂに示すように、ボルト頭部３１を貫通した貫通孔３１ａが、基端側拡幅部３３Ａに開口している。基端側拡幅部３３Ａは、貫通孔３１ａが設けられている部分を除くと、軸方向ＤＡに直交する断面において円形状を有している。先端側拡幅部３３Ｃの軸方向ＤＡに直交する方向への幅は、軸方向ＤＡにおいて先端部３２に接近するにつれてしだいに太くなっていく。したがって、先端側拡幅部３３Ｃは、先端部３２と接続する領域において最大幅を有し、先端部３２から軸方向ＤＡに最も離間する領域において最小の幅を有している。先端側拡幅部３３Ｃは、軸方向ＤＡに直交する断面において円形状を有している。

軸本体部３３Ｂは、概ね、円柱状に形成されている。ただし、図示された軸本体部３３Ｂは、円柱の円筒状側面の欠損部又は凹部として形成された載置面３３ＢＢを有している。図７Ｂから理解され得るように、載置面３３ＢＢは、軸方向ＤＡに平行な平坦面となっている。図示された例において、載置面３３ＢＢへの垂線は、ボルト本体３０Ａの中心軸線ＣＡに直交する。すなわち、載置面３３ＢＢは、中心軸線ＣＡを中心とする径方向に直交する平坦面となっている。

ボルト本体３０Ａの物理変化を高感度に検出する観点から、軸本体部３３Ｂは、軸方向ＤＡにおける同一の位置に複数の載置面３３ＢＢを含むことが好ましい。また、複数の載置面３３ＢＢは、軸方向ＤＡにおける同一の位置に位置していることが好ましい。さらに、この複数の載置面３３ＢＢは、中心軸線ＣＡを中心として、対称的な位置に配置されていることが好ましい。図６〜図７Ｂに示された軸本体部３３Ｂは、軸方向ＤＡに直交する第１方向ＤＢ１に対向する一対の載置面３３ＢＢを含んでいる。図７Ｂに示すように、一対の載置面３３ＢＢは、軸方向ＤＡにおける同一の位置に位置している。そして、載置面３３ＢＢの法線方向である第２方向ＤＢ２に沿った軸本体部３３Ｂの幅は、軸方向ＤＡにおいて載置面３３ＢＢが設けられている領域において最小となる。この載置面３３ＢＢは、軸本体部３３Ｂの軸方向ＤＡにおける中心３３Ｘよりも先端部３２の側に設けられている。

ボルト本体３０Ａは、フランジ２２の貫通孔２２ａを貫通して先端部３２のねじ部３２Ａがナセル１０３に設けられたねじ穴１０３ｃと噛み合うことで、ナセル１０３に固定される。このとき、ボルト頭部３１の下面が、フランジ２２の上面に接触する。結果として、フランジ２２がナセル１０３とボルト頭部３１との間に挟まれて圧縮されるようになり、フランジ２２を有した駆動装置本体２０をナセル１０３に固定することができる。このようにしてボルト本体３０Ａは駆動装置本体２０を締結するボルトＢとして機能する。このとき、中間軸部３３は、フランジ２２の貫通孔２２ａ内に位置し、締結によって発生する軸方向ＤＡに沿った引っ張り力を受ける。すなわち、ボルト型センサ装置３０の中間軸部３３は、ボルト型センサ装置３０の締結状態において、締結構造ＦＳにおける第１部材Ｍ１の孔内に位置し、荷重を受ける。

以上の構成を有するボルト本体３０Ａにおいて、ボルト頭部３１、先端部３２及び中間軸部３３は、鋼鉄等により一体的に形成されている。なお、縮径した中間軸部３３、欠損部または凹部としての載置面３３ＢＢは、切削により形成されてもよいし、鋳造により成形されてもよい。

次に、物理変化検出部４０について説明する。ボルト型センサ装置３０において、物理変化検出部４０は、ボルト本体３０Ａの中間軸部３３に設けられる。物理変化検出部４０は、ボルト本体３０Ａの中間軸部３３に生じた物理変化を検出する。

物理変化検出部４０は、特に限定されることなく、物理変化を検出する種々の手段によって構成され得る。また、物理変化検出部４０によって検出される物理変化は、特に限定されることなく、引っ張り変形、圧縮変形、曲げ変形、ねじれ変形、剪断変形等を例示することができる。ボルト本体３０Ａに生じた物理変化を検出する物理変化検出部４０は、特に限定されることなく、検出されるべき物理変化に応じて適宜選択され得る。例えば、物理変化検出部４０として、位置センサ、超音波距離計、静電容量距離計、光学式距離センサ、変位センサ等を例示することができる。

図示された例において、物理変化検出部４０は、中間軸部３３上に設けられたひずみセンサを有している。ひずみセンサは、例えば、当該ひずみセンサが配置された領域の変形にともなって電気抵抗値を変化させることにより、当該領域のひずみに関する情報を取得することができる。図示された例において、物理変化検出部４０をなすひずみセンサは、中間軸部３３の軸本体部３３Ｂ上に設けられている。とりわけ図７Ｂに示すように、図示された物理変化検出部４０は、一対の載置面３３ＢＢ上にそれぞれ設けられた一対のひずみセンサを有している。図７Ａによく示されているように、各載置面３３ＢＢは、物理変化検出部４０に対応して、矩形形状となっている。なお、図６および後に参照する図８では、物理変化検出部４０の図示を省略している。

さらに、ボルト型センサ装置３０は、物理変化検出部４０と電気的に接続されたアンプ回路基板３５を有している。図示された例において、アンプ回路基板３５は、ボルト頭部３１に設けられている。より正確には、ボルト頭部３１の中間軸部３３とは反対側となる面上に、アンプ回路基板３５が設けられている。軸方向ＤＡへの投影において、アンプ回路基板３５は、ボルト頭部３１と重なる領域の内部に位置している。すなわち、アンプ回路基板３５は、ボルト型センサ装置３０の中心軸線ＣＡに直交する方向にボルト頭部３１から突出した部分を含んでいない。このようなアンプ回路基板３５の配置によれば、アンプ回路基板３５が外部と接触することを効果的に回避することができる。これにより、ボルト型センサ装置３０の損傷を効果的に回避することができる。

なお、図示された例において、ボルト頭部３１は、軸方向ＤＡにおける中間軸部３２とは反対側に、円柱状の部分を有している。この円柱状の部分は、一例として、通常のボルトの頭部を切削することによって作製され得る。図７Ａ及び図７Ｂに示すように、この円柱状の部分上にアンプ回路基板３５が設けられている。また、図７Ａに二点鎖線で示すように、ボルト頭部３１の中間軸部３３とは逆側となる面上に、ケーシング３７が設けられていてもよい。ケーシング３７は、アンプ回路基板３５を覆うカバーとして機能し、アンプ回路基板３５を保護する。

アンプ回路基板３５は、配線３６を介して物理変化検出部４０と電気的に接続されている。すなわち、配線３６は、アンプ回路基板３５及び物理変化検出部４０を電気的に連結している。アンプ回路基板３５は、アンプ回路を有している。アンプ回路基板３５のアンプ回路は、物理変化検出部４０で取得されたボルト本体３０Ａの物理変化に関する電気信号を増幅する。アンプ回路基板３５は、有線または無線にて、制御装置１１０と電気的に接続している。すなわち、物理変化検出部４０から出力される計測結果に関する電気信号は、アンプ回路基板３５で増幅された後に制御装置１１０に送信される。制御装置１１０が、物理変化検出部４０から出力される電気信号を監視することにより、ボルト本体３０Ａの変形を把握することが可能となる。制御装置１１０は、物理変化検出部４０での計測結果に基づいて、駆動装置本体２０等の風車１０１の構成要素を制御する。

なお、上述したように、ボルト頭部３１には貫通孔３１ａが形成されており、この貫通孔３１ａは基端側拡幅部３３Ａに開口している。配線３６は、この貫通孔３１ａを通過して、アンプ回路基板３５まで延びている。

図７Ａ及び図７Ｂに示すように、物理変化検出部４０は、駆動装置本体２０（第１部材Ｍ１）のフランジ２２に設けられた貫通孔２２ａ内に位置するようになる。言い換えると、物理変化検出部４０は、ナセル１０３（第２部材Ｍ２）に設けられたねじ穴１０３ｃ内には位置していない。すなわち、ボルト型センサ装置３０の内のナセル１０３（第２部材Ｍ２）に対して固定されていない領域に設けられている。したがって、物理変化検出部４０は、ボルト型センサ装置３０の変形を拘束された部分ではなく、ボルト型センサ装置３０のうちの変形が許容された部分、より好ましくはボルト型センサ装置３０のうちの変形が生じ易い部分に設けられていると言える。更に、締結構造ＦＳにおいて、ボルト型センサ装置３０が貫通する第１部材Ｍ１の貫通孔の内直径は、ボルト型センサ装置３０が噛み合う第２部材Ｍ２のねじ穴の内直径よりも大きくなる。したがって、物理変化検出部４０が、第１部材Ｍ１の貫通孔２２ａ内に位置することで、物理変化検出部４０が締結構造ＦＳと接触することを効果的に抑制することができる。

次に、以上のような構成からなる風車用駆動装置１０の作用について説明する。

以上の構成からなる風車１０１において、ナセル１０３やブレード１０５等の可動部分を回転させる際、風車用駆動装置ユニット５に含まれる複数の風車用駆動装置１０を同期して動作させる。これにより、重量物であるナセル１０３やブレード１０５を、それぞれ、タワー１０２やロータ１０４に対して回転させることができる。なお、各風車用駆動装置１０は、制御装置１１０からの制御信号に基づいて、動作する。

ところで、風車１０１の可動部分においては、風車用駆動装置ユニット５に含まれる一部の風車用駆動装置１０だけに故障が生じ、当該風車用駆動装置１０が停止した状態に固定されることもある。さらに、このような異常の検出が遅れ、制御装置１１０が、風車用駆動装置ユニット５に含まれる風車用駆動装置１０に対して駆動信号を送信してしまうこともある。このとき、故障した風車用駆動装置１０の噛み合い部２４ａがリングギヤ１０７と噛み合い、可動部分の動作が規制されている。したがって、風車用駆動装置ユニット５に含まれる他の正常な風車用駆動装置１０の噛み合い部２４ａが動作すると、風車用駆動装置１０の噛み合い部２４ａとリングギヤ１０７との間に大きな応力が生じることになる。そして、風車用駆動装置１０の異常状態が迅速に検出されなかった場合、風車用駆動装置１０またはリングギヤ１０７の損傷を来すことになる。風車用駆動装置１０が損傷した場合には、当該風車用駆動装置１０を取り替えることによって、風車を再稼働させることができる。その一方で、リングギヤ１０７又はタワー１０２のリングギヤ１０７周囲が損傷した場合、大規模な修復工事が必要となり、長期間にわたって風車の操業を停止することで甚大な損失が生じることになる。

このような不具合の回避を目的として鋭意検討を行ったところ、ボルトに加えられた荷重の変化を当該ボルトの物理変化として計測することで、ボルトによって締結された締結対象物の状態を評価し得ることが確認された。風車用駆動装置１０においては、締結構造に用いられるボルトの物理変化を監視することで、締結対象物の異常状態を検出することができる。しかしながら、本件発明者らが更に鋭意検討を重ねたところ、締結対象物の将来的な損傷や破壊を予防するために検出すべき荷重の変化量は、適切な締結によってボルトに負荷されている軸方向荷重、すなわち締め付け時の軸力の大きさと比較して、非常に小さいことが確認された。したがって、締結対象物の異常時に生じるボルトに負荷された荷重のわずかな変化は、締結部材として強度を維持する必要がある従来のボルトにおいて、たとえ内部に物理変化検出部を設けたとしても、検出が困難であった。

この点、本実施の形態による風車用駆動装置１０は、駆動装置本体２０をナセル１０３に固定する通常のボルトＢの少なくとも一部に代えて、上述したボルト型センサ装置３０を有している。ボルト型センサ装置３０は、ボルト本体３０Ａの中間軸部３３上に設けられ中間軸部３３の物理変化を検出する物理変化検出部４０を有している。中間軸部３３は、軸方向ＤＡにおけるボルト頭部３１及び先端部３２の間に位置し、ボルト頭部３１及び先端部３２よりも細くなっている。したがって、風車用駆動装置本体２０に何らかの異常が生じたことに起因してボルト型センサ装置３０のボルト本体３０Ａが引っ張り力、圧縮力、曲げ力等の外力を受けると、ボルト頭部３１や先端部３２と比較して、より大きな物理変化が中間軸部３３に生じる。すなわち、風車用駆動装置本体２０の異常状態の発生にともなってボルト型センサ装置３０に負荷された外力が僅かであったとしても、より大きな物理変化が中間軸部３３に生じ易くなる。このため、風車用駆動装置本体２０の初期異常に起因して負荷された僅かな外力を、中間軸部３３の変形として、物理変化検出部４０が高精度に計測することができる。したがって、駆動装置本体２０に現実に生じた損傷を迅速且つ正確に検出するだけでなく、風車用駆動装置１０の状態を定量的に評価して、将来の損傷に繋がる初期異常を高感度で検出することができる。これにより、風車の操業を予期せず停止せざるを得ない事態を効果的に回避することが可能となる。さらに、リングギヤ１０７の損傷に伴う大規模な修繕や風車１０１の長時間にわたる操業停止を効果的に回避することのみならず、適切なタイミングで整備を行うことによって風車用駆動装置本体２０、風車用駆動装置１０、風車用駆動装置ユニット５、風車１０１の長寿命化を図ることもできる。

なお、既に説明したように、ボルト型センサ装置３０は風車用駆動装置１０への適用に限定されず、種々の駆動装置に適用することができる。さらに、ボルト型センサ装置３０は、ボルト型センサ装置３０が通過する貫通孔２２ａを設けられた第１部材Ｍ１と、ボルト型センサ装置３０の先端部３２と噛み合うねじ穴１０３ｃを設けられた第２部材Ｍ２と、ともに締結構造ＦＳをなすようにして使用される。ボルト型センサ装置３０が適用された締結構造ＦＳでは、風車１０１に適用した具体例と同様に、ボルト型センサ装置３０の変形を監視することで、第１部材Ｍ１及び第２部材Ｍ２に加えられている外力の大きさや第１部材Ｍ１及び第２部材Ｍ２の変形等を評価して、締結構造ＦＳの異常を高感度に検出することができる。

ボルト本体３０Ａは次の式（１）及び式（２）を満たすように構成されていることが好ましい。
０．１５×ＡＣ ≦ ＡＡ ≦ ０．８０×ＡＣ ・・・式（１）
１．５×Ｄ ≦ ＬＸ ・・・式（２）
式（１）及び式（２）において、ＬＸはねじ部の軸方向ＤＡに沿った長さ（ｍｍ）であり、Ｄは先端部３２のねじ部３２Ａの軸方向ＤＡに直交する方向に沿った最大幅であり、ＡＣは先端部３２のねじ部３２Ａの軸方向ＤＡに直交する断面における最大断面積（ｍｍ^２）であり、ＡＡは中間軸部３３の軸方向ＤＡに直交する断面における最小断面積（ｍｍ^２）である。

先端部３２のねじ部３２Ａの軸方向ＤＡに直交する断面における最大断面積ＡＣ（ｍｍ^２）とは、ねじ部３２Ａのねじ山上での半径Ｒ（ｍｍ）、すなわち、ねじ部の最大半径を用い、Ｒ×Ｒ×π（円周率）で特定される。ここで「π」は円周率である。図６〜図７Ｂに示された例において、中間軸部３３の軸方向ＤＡに直交する断面における最小断面積ＡＡ（ｍｍ）とは、対向する一対の載置面３３ＢＢを通過する断面での断面積となる。図６〜図７Ｂに示された例において、先端部３２のねじ部３２Ａの軸方向ＤＡに直交する方向に沿った最大幅Ｄ（ｍｍ）とは、ねじ部３２Ａのねじ山上での直径となる。

ボルト本体３０Ａが式（１）及び式（２）の両方を満たす場合、ボルト本体３０Ａのねじ部３２Ａをねじ穴１０３ｃに安定して固定することができ、且つ、中間軸部３３での物理変化を促すことができる。すなわち、締結対象物の状態が変化した際に、中間軸部３３に物理変化が生じ易くなる。したがって、経年劣化や外力の負荷により締結対象物の状態が僅かに変化した際に、この変化に伴って中間軸部３３に大きな物理変化が生じ得る。この中間軸部３３の物理変化を中間軸部３３に設けられた物理変化検出部４０によって検出することができる。これにより、物理変化検出部４０での検出結果により、経年劣化や外力の負荷に伴う締結対象物の状態変化を監視することができる。

加えて、図示された具体例において、ボルト型センサ装置３０は、中間軸部３３において、ボルト頭部３１側となる端部に、ボルト頭部３１に接近するにしたがってしだいに太くなっていく基端側拡幅部３３Ａを含んでいる。このような具体例によれば、中間軸部３３とボルト頭部３１との接続部における応力集中を効果的に回避することができる。したがって、ボルト型センサ装置３０の損傷や破断を効果的に防止することができる。さらに、中間軸部３３の基端側拡幅部３３Ａ以外となる部分で物理変化が生じやすくなり、この部分に設けた物理変化検出部４０によって中間軸部３３の物理変化を感度よく検出することができる。

また、図示された具体例において、ボルト型センサ装置３０には、基端側拡幅部３３Ａに開口したボルト頭部３１を貫通する貫通孔３１ａが設けられている。このような具体例によれば、ボルト頭部３１を貫通する貫通孔３１ａは、中間軸部３３上に設けられる物理変化検出部４０と電気的に接続した配線３６の経路として、利用することができる。さらに、貫通孔３１ａは、中間軸部３３の基端側拡幅部３３Ａに開口している。すなわち、貫通孔３１ａの開口は、締結対象物であるフランジ２２に押し付けられるボルト頭部３１の下面には設けられていない。したがって、貫通孔３１ａを通過する配線３６がボルト頭部３１と締結対象物との間に挟まれて断線することを効果的に防止することができる。

さらに、図示された具体例において、ボルト型センサ装置３０の中間軸部３３は、先端部３２の側となる端部に、先端部３２に接近するにつれてしだいに太くなっていく先端側拡幅部３３Ｃを含んでいる。このような具体例によれば、中間軸部３３とボルト頭部３１との接続部における応力集中を効果的に回避することもできる。したがって、ボルト型センサ装置３０の損傷や破断を効果的に防止することができる。さらに、中間軸部３３の先端側拡幅部３３Ｃ以外となる部分で物理変化が生じ易くなり、この部分に設けた物理変化検出部４０によって中間軸部３３の物理変化を感度よく検出することができる。

さらに図示された具体例において、中間軸部３３は、軸方向ＤＡにおける同一の位置に軸方向ＤＡと平行な平坦面として設けられた複数の載置面３３ＢＢを含んでいる。複数の載置面３３ＢＢは、中心軸線ＣＡを中心として対称的な位置に配置されている。複数の載置面３３ＢＢのそれぞれに物理変化検出部４０が設けられている。物理変化検出部４０がそれぞれ配置される載置面３３ＢＢが対称的に配置されていることから、いずれかの載置面３３ＢＢに配置された物理変化検出部４０によって中間軸部３３に生じる大きな物理変化を検出することができる。また、載置面３３ＢＢが平坦であることから、ボルト本体３０Ａへ負荷される引っ張り力や圧縮力だけでなく曲げ力も検出することができる。さらに、載置面３３ＢＢが平坦であることから物理変化検出部４０の設置を容易に行うことができる。

さらに図示された具体例において、中間軸部３３は、軸方向ＤＡと平行な平坦面として設けられ軸方向ＤＡに直交する方向に対向する一対の載置面３３ＢＢを含んでいる。複数の載置面３３ＢＢのそれぞれに物理変化検出部４０が設けられている。このような具体例によれば、ボルト型センサ装置３０に加えられる引っ張り力、圧縮力、曲げ力等に起因した物理変化を物理変化検出部４０によって高感度に検出することができる。また、載置面３３ＢＢが平坦であることから物理変化検出部４０の設置を容易に行うことができる。

さらに図示された具体例において、載置面３３ＢＢの法線方向に沿った中間軸部３３の幅は、軸方向ＤＡにおいて載置面３３ＢＢが設けられている領域において最小となる。このような具体例によれば、中間軸部３３のうちの載置面３３ＢＢが設置されている領域に物理変化が生じ易くなる。この載置面３３ＢＢに設けられた物理変化検出部４０によって、中間軸部３３の物理変化を検出することができる。

さらに、図示された具体例において、ボルト型センサ装置３０の物理変化検出部４０は、中間軸部３３の軸方向ＤＡにおける中心３３Ｘよりも先端部３２の側に設けられている。このような具体例において、ねじ部３２Ａは、締結構造ＦＳの第２部材Ｍ２をなすナセル１０３のねじ穴１０３ｃと噛み合い、第２部材Ｍ２に固定されている。したがって、このような具体例によれば、中間軸部３３の曲げ変形しやすい部分に物理変化検出部４０が配置される。これにより、ボルト型センサ装置３０の曲げ変形による変形を物理変化検出部４０によって感度よく検出することができる。

さらに、図示された具体例において、ボルト型センサ装置３０は、物理変化検出部４０と電気的に接続されたアンプ回路基板３５をボルト頭部３１の中間軸部３３とは反対側に備えている。このような具体例によれば、物理変化検出部４０の近傍にアンプ回路を形成するアンプ回路を形成するアンプ回路基板３５を連結する配線３６の長さを短くすることができる。これにより、物理変化検出部４０から出力された電気信号を、ノイズ量が少ない状態にてアンプ回路で増幅することができ、ボルト型センサ装置３０の変形量を高精度に検出することができる。

さらに、図示された具体例において、アンプ回路基板３５は、ボルト型センサ装置３０の軸方向ＤＡへの投影において、ボルト頭部３１と重なる領域の内部に位置している。このような具体例によれば、アンプ回路を形成するアンプ回路基板３５が外部と接触することを効果的に回避することができる。

以上に説明してきた一実施の形態において、ボルト型センサ装置３０は、ねじ部３２Ａが設けられた先端部３２と、ねじ部３２Ａよりも太いボルト頭部３１と、先端部３２及びボルト頭部３１の間に位置する中間軸部３３と、を有している。中間軸部３３は、ねじ部３２Ａよりも細くなっている。したがって、この中間軸部３３では、ボルト頭部３１や先端部３２と比較して、物理変化が生じやすくなっている。とりわけ、中間軸部３３は、ねじ部３２Ａが設けられた先端部３２よりも物理変化を生じさせ易くなっているので、通常のボルトの軸部と比較しても外力に対してより物理変化を来たし易くなっている。したがって、経年劣化や外力の負荷により締結対象物の状態が僅かに変化した際に、この変化に伴って中間軸部３３により大きな物理変化が生じ得る。この中間軸部３３の物理変化は、中間軸部３３上に設けられた物理変化検出部４０によって検出される。これにより、物理変化検出部４０での検出結果により、経年劣化や外力の負荷に伴う締結対象物の状態変化を監視することができる。これにより、締結対象物の寿命推定やボルトの緩み検知も可能となる。

上述した具体例にように、風車用駆動装置１０を締結するための多数のボルトの少なくとも一以上に代えてボルト型センサ装置３０を用いることで、風車用駆動装置１０の状態を定量的に評価することができる。これにより、突発的に発生する故障を検知するのみならず、使用時間の経過に伴って将来的に生じ得る故障の時期を予測することも可能となる。したがってボルト型センサ装置３０によって、風車用駆動装置１０やリングギヤ１０７の損傷を効果的に回避することも可能となる。なお、例えば風車用駆動装置１０を締結するための多数のボルトの一部のみをボルト型センサ装置３０に代えることで、風車用駆動装置１０を締結対象物に堅固に固定しながら、風車用駆動装置１０の状態を定量的に評価することができる。

また、上述してきた一実施の形態において、締結構造ＦＳは、当該実施の形態によるボルト型センサ装置３０と、ボルト型センサ装置３０が通過する貫通孔２２ａを設けられた第１部材Ｍ１（駆動装置本体２０）と、ボルト型センサ装置３０の先端部３２と噛み合うねじ穴１０３ｃを設けられた第２部材Ｍ２（ナセル１０３）と、を有している。そして、上述した一実施の形態の一具体例において、物理変化検出部４０は、第１部材Ｍ１の貫通孔２２ａ内に位置している。このような具体例によれば、ボルト型センサ装置３０の物理変形を検出することで、ボルト型センサ装置３０によって締結された第１部材Ｍ１、及び第２部材Ｍ２に加えられた外力の大きさや、締結された第１部材Ｍ１、及び第２部材Ｍ２の状態を高精度に評価することが可能となる。加えて、貫通孔２２ａの内径は、通常、ねじ穴の内径よりも大きいことから、物理変化検出部４０が貫通孔２２ａ内において第１部材Ｍ１と接触することを効果的に回避することができる。これにより、物理変化検出部４０の損傷を効果的に抑制し、ボルト型センサ装置３０の変形量を安定して検出することができる。

具体例を参照しながら一実施の形態を説明してきたが、上述の具体例が一実施の形態を限定することを意図していない。上述した一実施の形態は、その他の様々な具体例で実施されることが可能であり、その要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、追加等を行うことができる。

以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した具体例と同様に構成され得る部分について、上述の具体例における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いるとともに、重複する説明を省略する。

図６及び図７に示された具体例において、第２方向ＤＢ２に対面する一対の載置面３３ＢＢが設けられ、各載置面３３ＢＢ上に物理変化検出部４０が設けられている例を示したが、この例に限られない。一つの載置面３３ＢＢだけが設けられていてもよいし、三以上の載置面３３ＢＢが設けられるようにしてもよい。また、図６及び図７に示された具体例において、複数の載置面３３ＢＢは、軸方向ＤＡにおける互いに同一となる位置のみに設けられるようにしたが、この例に限られず、軸方向ＤＡにおける複数の位置に載置面３３ＢＢが設けられていてもよい。さらに、図６及び図７に示された具体例において、載置面３３ＢＢは、中間軸部３３の軸方向ＤＡにおける中心３３Ｘよりもボルト頭部３１の側に設けられている例を示したが、これに限られず、中心３３Ｘよりも先端部３２の側に設けられていてもよい。

図８及び図９に示された例において、中間軸部３３は、複数の載置面３３ＢＢを有している。各載置面３３ＢＢは、軸方向ＤＡに平行な平坦面となっている。各載置面３３ＢＢは、中心軸線ＣＡを中心とする径方向に直交している。各載置面３３ＢＢ上に一つの物理変化検出部４０が設けられている。複数の載置面３３ＢＢの一部は、軸方向ＤＡにおける中心３３Ｘよりもボルト頭部３１の側となる中間軸部３３の基端側領域Ａ１に設けられている。また、複数の載置面３３ＢＢの残りは、軸方向ＤＡにおける中心３３Ｘよりも先端部３２の側となる中間軸部３３の先端側領域Ａ２に設けられている。基端側領域Ａ１に設けられた複数の載置面３３ＢＢは、軸方向ＤＡにおける同一の位置に位置しいている。基端側領域Ａ１に設けられた複数の載置面３３ＢＢは、周方向に等間隔で設けられている。基端側領域Ａ１に、第１方向ＤＢ１に対向する一対の載置面３３ＢＢと、第２方向ＤＢ２に対向する一対の載置面３３ＢＢとが、設けられている。同様に、先端側領域Ａ２に設けられた複数の載置面３３ＢＢは、軸方向ＤＡにおける同一の位置に位置しいている。先端側領域Ａ２に設けられた複数の載置面３３ＢＢは、周方向に等間隔で設けられている。先端側領域Ａ２に、第１方向ＤＢ１に対向する一対の載置面３３ＢＢと、第２方向ＤＢ２に対向する一対の載置面３３ＢＢとが、設けられている。結果として、軸方向ＤＡに二つの載置面３３ＢＢが並べて中間軸部３３に設けられている。

図８及び図９に示された例によれば、中間軸部３３上に軸方向ＤＡに離間して物理変化検出部４０が設けられている。このような具体例によれば、軸方向ＤＡに分散して配置された物理変化検出部４０のいずれかによって、ボルト型センサ装置３０に加えられた力の大きさを高精度に評価することができる。したがって、いずれかの載置面３３ＢＢに設けられた物理変化検出部４０によって中間軸部３３に生じる大きな物理変化を検出することができる。

また、図８及び図９に示された例において、軸方向ＤＡにおける中心３３Ｘよりもボルト頭部３１の側に位置する中間軸部３３の基端側領域Ａ１に物理変化検出部４０を設けることで、当該物理変化検出部４０からアンプ回路基板３５まで延びる配線３６の長さを短くすることができる。物理変化検出部４０から出力された電気信号は、配線３６による伝達経路が長くなると、より多量のノイズを含むようになる。したがって、基端側領域Ａ１に設けられた物理変化検出部４０から出力された電気信号を、ノイズ量が少ない状態にてアンプ回路で増幅することができる。さらに、ねじ部３２Ａは、締結構造ＦＳの第２部材Ｍ２をなすナセル１０３のねじ穴１０３ｃと噛み合い、第２部材Ｍ２に固定されている。したがって、中間軸部３３の基端側領域Ａ１には曲げ変形が生じにくくなる。これにより、基端側領域Ａ１に設けた物理変化検出部４０によって、ボルト型センサ装置３０の曲げ変形以外の物理変化、例えば引っ張り変形を感度よく検出することができる。

一方、軸方向ＤＡにおける中心３３Ｘよりも先端部３２の側に位置する中間軸部３３の基端側領域Ａ１に設けられた物理変化検出部４０によれば、既に説明したように、ボルト型センサ装置３０に加えられた曲げ力の大きさを高精度に評価することができる。

複数の物理変化検出部４０が設けられている場合、複数の物理変化検出部４０での検出結果に基づき、ボルト型センサ装置３０にどのように荷重が負荷されているかを推測することもできる。すなわち、軸方向ＤＡにおける同一に位置に周方向ＤＣに分散した複数の物理変化検出部４０が設けられている場合、ボルト本体３０Ａに負荷された曲げ力の向き等を特定することができる。同様に、軸方向ＤＡに離間して複数の物理変化検出部４０が設けられている場合、曲げ力、引っ張り力、剪断力等のうちのどのような力がボルト本体３０Ａに加えられているかを特定することが可能となる。

また、上述した図６〜図７Ｂに示された例とは異なり、ボルト型センサ装置３０が物理変化検出部４０を一つだけ含むようにしてもよい。この例において、載置面３３ＢＢは一対設けられ、そのうちの一つの載置面３３ＢＢに物理変化検出部４０が設けられていてもよい。別の例として、載置面３３ＢＢも一つだけ設けられ、この載置面３３ＢＢに物理変化検出部４０が設けられていてもよい。

さらに上述した具体例において、物理変化検出部４０が軸方向ＤＡと平行な平坦な載置面３３ＢＢ上に設けられる例を示したが、この例に限られない。図１０に示された例において、円筒状の面上に物理変化検出部４０が設けられている。図１０に示された例において、軸方向ＤＡにおける中心３３Ｘよりもボルト頭部３１の側に位置する円筒面上に８個の物理変化検出部４０が設けられ、軸方向ＤＡにおける中心３３Ｘよりも先端部３２の側に位置する円筒面上に８個の物理変化検出部４０が設けられている。

さらに、上述した例において、中間軸部３３が、軸本体部３３Ｂとともに、基端側拡幅部３３Ａ及び先端側拡幅部３３Ｃを有する例について説明した。しかしながら、この例に限られず、基端側拡幅部３３Ａ及び先端側拡幅部３３Ｃの一方または両方を削除することもできる。例えば図１１に示された例では、基端側拡幅部３３Ａが省かれている。

また、上述した例において、ボルト頭部３１に設けられた貫通孔３１ａが基端側拡幅部３３Ａに開口している例を示したが、この例に限られない。一例として、基端側拡幅部３３Ａが省略された図１１の例において、貫通孔３１ａはボルト頭部３１の下面に開口している。ただし、図１１に示すように、貫通孔３１ａは、軸方向ＤＡへの投影において、先端部３２と重なる領域内に開口していることが好ましい。このような開口の配置によれば、この貫通孔３１ａを通過し物理変化検出部４０と電気的に接続する配線３６が、ボルト頭部３１と締結対象物との間に挟まれて断線することを効果的に防止することができる。

５ 風車用駆動装置ユニット
１０ 風車用駆動装置
２０ 駆動装置本体
２１ ケース
２２ フランジ
２２ａ 貫通孔
２３ 電動機
２４ａ 噛み合い部
２４ 出力軸
２５ 連結部
３０ ボルト型センサ装置
３０Ａ ボルト本体
３１ ボルト頭部
３１ａ 貫通孔
３２ 先端部
３２Ａ ねじ部
３２Ｂ 軸状部
３３ 中間軸部
３３Ａ 基端側拡幅部
３３Ｂ 軸本体部
３３ＢＢ 載置面
３３Ｃ 先端側拡幅部
３３Ｘ 中心
３５ アンプ回路基板
３６ 配線
３７ ケーシング
４０ 物理変化検出部
１０１ 風車
１０２ タワー
１０３ ナセル
１０３ａ 底部
１０３ｂ 貫通穴
１０３ｃ ねじ穴
１０４ ロータ
１０５ ブレード
１０６ 軸受
１０７ リングギヤ
１１０ 制御装置
ＦＳ 締結構造
Ｍ１ 第１部材
Ｍ２ 第２部材
ＤＣ 周方向
ＤＡ 軸方向
ＤＢ１ 第１方向
ＤＢ２ 第２方向
ＣＡ 中心軸線
ＣＬＡ 円周
ＣＬＢ 円周
ＣＭ 中心軸線
ＣＲ 回転軸線
Ａ１ 基端側領域
Ａ２ 先端側領域

Claims (18)

1. ねじ部が設けられた先端部と、
   前記ねじ部よりも太いボルト頭部と、
   前記先端部及び前記ボルト頭部の間に位置し前記ねじ部よりも細い中間軸部と、
   前記中間軸部上に設けられ前記中間軸部の物理変化を検出する物理変化検出部と、を備える、ボルト型センサ装置。
2. 前記ボルト頭部を貫通する孔が設けられ、
   前記孔は、軸方向への投影において、前記先端部と重なる領域内に開口している、請求項１に記載のボルト型センサ装置。
3. 前記中間軸部は、その前記ボルト頭部の側となる端部に、前記ボルト頭部に接近するにつれてしだいに太くなっていく基端側拡幅部を含み、
   前記孔は、前記基端側拡幅部に開口している、
   請求項２に記載のボルト型センサ装置。
4. 前記中間軸部は、その前記先端部の側となる端部に、前記先端部に接近するにつれてしだいに太くなっていく先端側拡幅部を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のボルト型センサ装置。
5. 前記中間軸部は、軸方向における同一の位置に前記軸方向と平行な平坦面として設けられた複数の載置面を含み、
   前記複数の載置面は、中心軸線を中心として対称的な位置に配置され、
   前記複数の載置面のそれぞれに前記物理変化検出部が設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のボルト型センサ装置。
6. 前記中間軸部は、軸方向と平行な平坦面として設けられ前記軸方向に直交する方向に対向する一対の載置面を含み、
   前記一対の載置面のそれぞれに前記物理変化検出部が設けられている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のボルト型センサ装置。
7. 前記載置面の法線方向に沿った前記中間軸部の幅は、軸方向において前記載置面が設けられている領域において最小となる、請求項５又は６に記載のボルト型センサ装置。
8. 前記物理変化検出部は、前記中間軸部の軸方向における中心よりも前記ボルト頭部の側に設けられている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のボルト型センサ装置。
9. 前記物理変化検出部は、前記中間軸部の軸方向における中心よりも前記先端部の側に設けられている、請求項１〜８のいずれか一項に記載のボルト型センサ装置。
10. 前記物理変化検出部は、軸方向に並べられた複数の物理変化検出部を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載のボルト型センサ装置。
11. 前記物理変化検出部と電気的に接続されたアンプ回路基板を前記ボルト頭部の前記中間軸部とは反対側に備える、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のボルト型センサ装置。
12. 軸方向への投影において、前記アンプ回路基板は、前記ボルト頭部と重なる領域の内部に位置している、請求項１１に記載のボルト型センサ装置。
13. 前記ねじ部の長さＬＸ（ｍｍ）、前記ねじ部の最大断面積ＡＣ（ｍｍ^２）、前記中間軸部の最小断面積ＡＡ（ｍｍ^２）および前記ねじ部の最大幅Ｄ（ｍｍ）が、次の関係を満たす、請求項１に記載のボルト型センサ装置。
    ０．１５×ＡＣ ≦ ＡＡ ≦ ０．８０×ＡＣ
    １．５×Ｄ ≦ ＬＸ
14. 風車の可動部分における一方の構造体に設置され且つ前記風車の前記可動部分における他方の構造体に設置されたリングギヤと噛み合う噛み合い部を有する駆動装置本体と、
    前記駆動装置本体を前記一方の構造体に固定する請求項１〜１３のいずれか一項に記載されたボルト型センサ装置であって、前記駆動装置本体を前記一方の構造体に固定するボルトとして用いられたボルト型センサ装置と、を備える風車用駆動装置。
15. 請求項１４に記載された風車用駆動装置を備える、風車。
16. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載されたボルト型センサ装置と、
    前記ボルト型センサ装置が通過する貫通孔を設けられた第１部材と、
    前記ボルト型センサ装置の前記先端部と噛み合うねじ穴を設けられた第２部材と、を備える、締結構造。
17. 前記物理変化検出部は、前記第１部材の貫通孔内に位置している、請求項１６に記載の締結構造。
18. ねじ部が設けられた先端部と、
    前記ねじ部よりも太いボルト頭部と、
    前記先端部及び前記ボルト頭部の間に位置し前記ねじ部よりも細い中間軸部と、を備える、ボルト本体。

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