JP2022131046A - Strain detection system, method for detecting strain, and metal washer - Google Patents

Strain detection system, method for detecting strain, and metal washer Download PDF

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Hiroshi Aoyama
剛志 井上
Tsuyoshi Inoue
貴彦 澤田
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Abstract

To accurately detect a reduction of the axial power of a bolt due to reduction of the rigidity or loosing of a member fastened by a bolt or a nut.SOLUTION: A loosing detection system includes a shape measuring sensor and a determination device. The shape measuring sensor measures, in a contactless manner, the amount of deformation of the direction of rotation around the axis of a bolt caused by shearing stress generated in a metal washer inserted between one of the bolt and a nut and a fastening body. The determination device detects loosing of the bolt or the nut on the basis of the difference of the deformation amount caused between in an edge part of a through-hole in the metal washer in which the bolt penetrates and in the outer periphery of the metal washer.SELECTED DRAWING: Figure 3B

Description

本発明は、ゆるみ検出システム、ゆるみ検出方法及び座金に関し、特に、ボルトまたはナットによる締結構造のゆるみ検出システムに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a looseness detection system, a looseness detection method, and a washer, and more particularly to a looseness detection system for fastening structures using bolts or nuts.

複数の部材同士をボルトまたはナットによって互いに固定する構造は、一般機械、土木建設構造物において広く使われている。被締結体に加工されたねじ穴にボルトによって締結する場合、被締結体に埋め込まれたボルトにナットによって締結する場合、被締結体に加工された貫通穴にボルトを通しナットで固定する場合などがある。 Structures in which a plurality of members are fixed together with bolts or nuts are widely used in general machinery and civil engineering and construction structures. Fastening with bolts to threaded holes in the object to be fastened, fastening to bolts embedded in the object to be fastened with nuts, passing bolts through holes machined in the object to be fastened and fixing with nuts, etc. There is

ボルトヘッドやナットと被締結体との間には、締結作業中のボルトヘッドまたはナットによって被締結体の表面が傷つかないようにする目的や、締結部の面積を拡大する目的で、座金と呼ばれる板材を挟む場合が多い。本明細書においては、締結体は、ボルト及びナットのうち少なくともいずれか一方と、座金と、を含むものとする。被締結体とは、締結体により締結される部品等をいう。 A washer is placed between the bolt head or nut and the object to be fastened to prevent damage to the surface of the object to be fastened by the bolt head or nut during fastening work, or to expand the area of the fastening part. A plate is often sandwiched between them. In this specification, a fastening body includes at least one of a bolt and a nut, and a washer. The object to be fastened means a part or the like that is fastened by the fastening object.

ボルトまたはナットで締結された部材に、長期の機械的振動や温度変化による繰返しの熱変形や、被締結体の剛性変化などにより応力が作用すると、ゆるみが発生し、ボルトの軸力が低下する場合があり、機器の破壊や機能の低下が生じるおそれがある。このボルトまたはナットのゆるみや、軸力低下は、外部からは容易には観察できないため、製品の長期信頼性の確保において問題となりやすい。 When stress is applied to a member fastened with a bolt or nut due to repeated thermal deformation due to long-term mechanical vibration or temperature change, or a change in the rigidity of the object to be fastened, loosening occurs and the axial force of the bolt decreases. There is a risk that the device may be damaged or its functionality may be impaired. Since the loosening of the bolt or nut and the reduction of the axial force cannot be easily observed from the outside, they tend to pose a problem in ensuring the long-term reliability of the product.

ボルトまたはナットのゆるみを検出する技術としては、特許文献１～３に記載のものが知られている。 Techniques for detecting loosening of bolts or nuts are known as described in Patent Documents 1 to 3.

特許文献１に記載の技術は、ボルトの頭部と被締結部材を跨ぐようにひずみゲージを貼り付け、ひずみゲージの出力が増加から減少に転じたことを検出することによりボルトが緩んでいると判定するものである。 The technique described in Patent Document 1 attaches a strain gauge across the head of the bolt and the member to be fastened, and detects that the output of the strain gauge changes from an increase to a decrease, thereby determining that the bolt is loose. It is a judgment.

特許文献２に記載の技術は、検出用領域部を備える第１部材と、検出用領域部の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽部を有する第２部材との相対的な位置関係の変化、すなわち検出用領域部の遮蔽部に遮蔽されない露出部分の面積の増加を利用して緩みを検出するものである。 The technique described in Patent Document 2 is a change in the relative positional relationship between a first member having a detection region and a second member having a shielding portion that shields at least part of the detection region, that is, detection Looseness is detected by utilizing an increase in the area of the exposed portion that is not shielded by the shielding portion of the area portion.

特許文献３に記載の技術は、孔の中心軸方向に見て等角度間隔に中心軸に対して所定の角度を成す面を有した平板状傾斜部を備えたばね座金を締結し、平板状傾斜部に発生しているひずみに相当する量の平均値から軸力の評価を行い、締結状態を評価するものである。 The technique described in Patent Document 3 is to fasten a spring washer provided with a flat plate-like inclined portion having a surface forming a predetermined angle with respect to the central axis at equal angular intervals when viewed in the direction of the central axis of the hole. The axial force is evaluated from the average value of the amount equivalent to the strain generated in the part, and the fastening state is evaluated.

特開２０２０－２０６４６号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-20646 特開２０１８－８７５９２号公報JP 2018-87592 A 特開２０１８－１９４０９６号公報JP 2018-194096 A

特許文献１～３に記載の従来技術には、次のような課題がある。 The conventional techniques described in Patent Documents 1 to 3 have the following problems.

特許文献１に記載の技術のように、ボルト頭部と被締結体にひずみゲージを貼り付ける場合、ひずみゲージは、ほぼ直角に折れ曲がった状態で接着されることになる。ひずみゲージは、平面あるいは小さい曲面に接着されることを想定して提供されている。そのため、この技術のように極めて大きく屈曲させて接着した場合、ひずみアンプのゼロ点の調整が困難である。したがって、この技術を用いても、ひずみの値の変化をひずみアンプの電圧などによって正確に測定することは困難である。 When the strain gauge is attached to the bolt head and the object to be fastened as in the technique described in Patent Document 1, the strain gauge is attached in a state of being bent substantially at right angles. Strain gauges are provided for bonding to flat or small curved surfaces. Therefore, when bonding with a very large bend as in this technique, it is difficult to adjust the zero point of the strain amplifier. Therefore, even if this technique is used, it is difficult to accurately measure the change in strain value by the voltage of the strain amplifier or the like.

特許文献２に記載の技術は、ボルト頭部の回転量を視認しやすくするためにボルトの半径方向に遮蔽板を張り出し、被締結体に固定された部材との重なりで視覚的に表示できるようにしている。しかし、ボルトの軸力の低下は、ボルトの回転方向のゆるみのみによって生じるわけではなく、被締結体の剛性低下などによっても引き起こされる。この場合、ボルト頭部の外周部の回転変位は生じない。したがって、この技術の手法では、被締結体の剛性低下によるボルト軸力の低下を検出することは困難である。 The technology described in Patent Document 2 projects a shield plate in the radial direction of the bolt in order to make it easier to visually recognize the amount of rotation of the bolt head, so that it can be visually displayed by overlapping with the member fixed to the object to be fastened. I have to. However, the decrease in the axial force of the bolt is not caused only by the loosening of the bolt in the rotational direction, but is also caused by the decrease in rigidity of the objects to be fastened. In this case, no rotational displacement occurs in the outer peripheral portion of the bolt head. Therefore, with this technique, it is difficult to detect a decrease in the bolt axial force due to a decrease in the rigidity of the object to be fastened.

特許文献３に記載の技術は、座金の軸方向の変位量を座金の半径方向に張り出した平板のひずみを測定することで換算するものである。この場合、座金は、軸方向に弾性変形する必要があり、座金と被締結体との間には常に空隙が存在する。このため、ボルトまたはナットと被締結体との間に空隙が存在することになり、十分に強固な締結力を得ることは難しい。 The technique described in Patent Literature 3 converts the amount of displacement of the washer in the axial direction by measuring the strain of a flat plate protruding in the radial direction of the washer. In this case, the washer must be elastically deformed in the axial direction, and there is always a gap between the washer and the object to be fastened. For this reason, a gap exists between the bolt or nut and the object to be fastened, making it difficult to obtain a sufficiently strong fastening force.

本発明の目的は、ボルトまたはナットによって締結された部材の剛性低下やゆるみなどによるボルトの軸力低下を高い精度で検出することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to detect, with high accuracy, a decrease in the axial force of a bolt due to a decrease in rigidity or loosening of a member fastened with a bolt or nut.

本発明のゆるみ検出システムは、形状測定センサと、判定装置と、を含み、形状測定センサは、ボルト又はナットと被締結体との間に挟み込まれた座金に生じるせん断応力に伴う、ボルトの軸を中心とする回転方向の変形量を非接触で測定し、判定装置は、座金に設けられたボルトが貫通する貫通穴の縁部と座金の外周部とで生じる変形量の差に基いて、ボルト又はナットのゆるみを検出する。 The looseness detection system of the present invention includes a shape measuring sensor and a determination device. Non-contact measurement of the amount of deformation in the direction of rotation about Detect loose bolts or nuts.

本発明によれば、ボルトまたはナットによって締結された部材の剛性低下やゆるみなどによるボルトの軸力低下を高い精度で検出することができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to detect with high accuracy a decrease in the axial force of a bolt due to a decrease in rigidity or loosening of a member fastened with a bolt or nut.

ナット及び座金による締結構造の例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the example of the fastening structure by a nut and a washer. 図１の座金３を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a washer 3 of FIG. 1; 図２Ａの座金３に生じるｒ方向のせん断応力を示すグラフである。2B is a graph showing r-direction shear stress occurring in the washer 3 of FIG. 2A; 実施例１に係る座金を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a washer according to Example 1. FIG. 図３Ａの座金をナットで締結した状態を示す斜視図である。3B is a perspective view showing a state in which the washer of FIG. 3A is fastened with a nut; FIG. 締結された状態でナットから力を受けている座金を示す上面図である。FIG. 10 is a top view showing the washer under force from the nut in the tightened state; 実施例１に係るゆるみ検出方法を示すフロー図である。FIG. 4 is a flow diagram showing a looseness detection method according to the first embodiment; カンチレバーの自由端と座金の開口部の内壁面との間隔を測定するための基準の一例を示す部分斜視図である。FIG. 4 is a partial perspective view showing an example of a reference for measuring the distance between the free end of the cantilever and the inner wall surface of the opening of the washer; 図６Ａに示す参照点Ａと参照点Ｂとの間隔δと、ボルトの軸力Ｆとの関係を示すグラフである。6B is a graph showing the relationship between the distance δ between the reference point A and the reference point B shown in FIG. 6A and the axial force F of the bolt. 実施例２の座金を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing a washer of Example 2; 実施例３の座金を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing a washer of Example 3; 実施例４の座金を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing a washer of Example 4; 座金の座標を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the coordinate of a washer. 座金のせん断応力の軸方向の分布を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the axial distribution of shear stress in a washer; FIG. 実施例５の座金を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing a washer of Example 5; 締結された状態でナットから力を受けている座金を示す上面図である。FIG. 10 is a top view showing the washer under force from the nut in the tightened state; 二つのカンチレバーの自由端の間隔を測定するための基準の一例を示す部分斜視図である。FIG. 4 is a partial perspective view showing an example of a reference for measuring the distance between the free ends of two cantilevers; 図１３Ａに示す参照点Ｃと参照点Ｄとの間隔δと、ボルトの軸力Ｆとの関係を示すグラフである。13B is a graph showing the relationship between the distance δ between the reference point C and the reference point D shown in FIG. 13A and the axial force F of the bolt. FIG. 実施例６の座金を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing a washer of Example 6; 実施例７の座金を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing a washer of Example 7; 実施例８の座金を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing a washer of Example 8; 実施例の座金を適用したトラックの一例を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an example of a track to which a washer of an embodiment is applied; FIG. 図１７のトラックのタイヤを示す拡大図である。Figure 18 is an enlarged view showing a tire of the truck of Figure 17; 実施例の座金を適用した鉄道車両の一例を示す斜視図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view showing an example of a railway vehicle to which a washer of an embodiment is applied; 図１９の鉄道車両の台車下部を示す拡大図である。FIG. 20 is an enlarged view showing the lower portion of the bogie of the railroad vehicle of FIG. 19; 実施例の座金を適用した鉄道高架橋の一例を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an example of a railway viaduct to which a washer of an embodiment is applied; FIG. 実施例１の座金の材料を示す上面図である。4 is a top view showing the material of the washer of Example 1. FIG. 実施例１の座金の材料を示す上面図である。4 is a top view showing the material of the washer of Example 1. FIG.

以下、本開示のゆるみ検出システム及びゆるみ検出方法並びにこれらに用いる座金について、図面を用いて説明する。 A looseness detection system and a looseness detection method according to the present disclosure and a washer used for these will be described below with reference to the drawings.

図１は、ナット及び座金による締結構造を示す斜視図である。 FIG. 1 is a perspective view showing a fastening structure using a nut and a washer.

本図において、被締結体１に固定されたボルト２には、座金３を挟む形でナット４が締結されている。ナット４を回転することで、座金３にはボルト２の軸方向に大きな圧力が発生するとともに、ナット４の回転方向にねじり変形が発生する。ナット４の軸方向をｚ方向、半径方向をｒ方向、回転方向をθ方向とし、座標として表している。 In this figure, a nut 4 is fastened to a bolt 2 fixed to an object 1 to be fastened with a washer 3 sandwiched therebetween. By rotating the nut 4 , a large pressure is generated in the washer 3 in the axial direction of the bolt 2 and torsional deformation is generated in the rotational direction of the nut 4 . The axial direction of the nut 4 is the z-direction, the radial direction is the r-direction, and the rotational direction is the θ-direction.

図２Ａは、図１の座金３を示す斜視図である。 2A is a perspective view showing the washer 3 of FIG. 1. FIG.

図２Ａに示す座標は、図１と同様である。 The coordinates shown in FIG. 2A are the same as in FIG.

図２Ｂは、図２Ａの座金３に生じるｒ方向のせん断応力を示すグラフである。横軸にｒ、縦軸に図１のように締結された状態においてｒ－θ平面（座金３の上面）に生じるせん断応力τｒθ（せん断応力の大きさ）をとっている。ここで、せん断応力τｒθは、ｒ－θ平面に平行な方向の応力成分である。 FIG. 2B is a graph showing shear stress in the r-direction occurring in the washer 3 of FIG. 2A. The horizontal axis is r, and the vertical axis is shear stress τ rθ (magnitude of shear stress) generated on the r-θ plane (upper surface of washer 3) in the fastened state shown in FIG. Here, the shear stress τrθ is the stress component in the direction parallel to the r-θ plane.

図２Ｂに示すように、せん断応力τｒθは、座金３の外周部に向かって小さくなっている。言い換えると、ボルト２（図１）が貫通する座金３の貫通穴５の近傍（貫通穴５の縁部）におけるせん断応力τｒθは、座金３の外周部のせん断応力τｒθよりも大きい。 As shown in FIG. 2B, the shear stress τrθ decreases toward the outer periphery of washer 3 . In other words, the shear stress τrθ in the vicinity of the through hole 5 of the washer 3 through which the bolt 2 (FIG. 1) penetrates (the edge of the through hole 5) is greater than the shear stress τrθ at the outer peripheral portion of the washer 3.

図３Ａは、実施例１に係る座金を示す斜視図である。 3A is a perspective view showing a washer according to Example 1. FIG.

本図においては、座金３は、貫通穴５の近傍から座金３の外周部に向かって細長い形状を有する開口部６を有している。そして、開口部６の内部には、カンチレバー７（片持ち梁）が設けられている。カンチレバー７は、開口部６の貫通穴５側の内壁面に固定され、座金３の外周部に向かって延びている。カンチレバー７は、棒状である。 In this figure, the washer 3 has an opening 6 having an elongated shape from the vicinity of the through hole 5 toward the outer periphery of the washer 3 . A cantilever 7 (cantilever beam) is provided inside the opening 6 . The cantilever 7 is fixed to the inner wall surface of the opening 6 on the through hole 5 side and extends toward the outer peripheral portion of the washer 3 . The cantilever 7 is rod-shaped.

図３Ｂは、図３Ａの座金をナットで締結した状態を示す斜視図である。 3B is a perspective view showing a state in which the washer of FIG. 3A is fastened with a nut; FIG.

図３Ｂに示すように、開口部６及びカンチレバー７のｒ方向の長さは、ナット４の最外周半径よりも大きい。このため、カンチレバー７は、締結状態で、ナット４に覆われない部分（ナット４からはみ出した部分）を有し、カンチレバー７の自由端が外部から視認できる。言い換えると、カンチレバー７の自由端は、外部から光学的に検出可能に配置されている。さらに、カンチレバー７の自由端は、光学的な検出方法だけでなく、他の非接触の方法により検出可能に配置されていればよい。よって、非接触の方法は、光学的な方法だけでなく、電波、超音波等の反射、透過等を原理とする方法を含む。 As shown in FIG. 3B, the lengths of the opening 6 and the cantilever 7 in the r direction are larger than the outermost radius of the nut 4 . Therefore, the cantilever 7 has a portion that is not covered with the nut 4 (a portion protruding from the nut 4) in the fastened state, and the free end of the cantilever 7 can be visually recognized from the outside. In other words, the free end of the cantilever 7 is arranged to be optically detectable from the outside. Furthermore, the free end of the cantilever 7 may be arranged so as to be detectable not only by an optical detection method but also by other non-contact methods. Therefore, non-contact methods include not only optical methods but also methods based on the principle of reflection and transmission of radio waves, ultrasonic waves, and the like.

図４は、締結された状態でナットから力を受けている座金を示す上面図である。 FIG. 4 is a top view showing the washer under force from the nut in the tightened state;

本図においては、座金３のみを示している。 In this figure, only the washer 3 is shown.

座金３は、ナット４（図３Ｂ）をボルト２の軸に対して回転方向１００（図中時計回り）に回転することにより、締結による力を受けている。ボルト２が貫通する座金３の貫通穴５の近傍におけるナット４の締め付け時の回転方向の変位量は、座金３の外周部のナット４の締め付け時の回転方向（θ方向）の変位量よりも大きいため、ナット４の外周部で観察されるカンチレバー７の周方向（θ方向）の変形が開口部６の中で片方に傾いた形で観察される。これにより、カンチレバー７は、回転方向に変位し、開口部６の内壁面に接近した状態となる。 The washer 3 receives a tightening force by rotating the nut 4 (FIG. 3B) with respect to the axis of the bolt 2 in a rotational direction 100 (clockwise in the drawing). The amount of displacement in the rotational direction when the nut 4 is tightened in the vicinity of the through hole 5 of the washer 3 through which the bolt 2 passes is larger than the amount of displacement in the rotational direction (θ direction) when the nut 4 is tightened on the outer periphery of the washer 3. Since it is large, the deformation of the cantilever 7 in the circumferential direction (.theta. As a result, the cantilever 7 is displaced in the rotational direction and comes close to the inner wall surface of the opening 6 .

図５は、本実施例に係るゆるみ検出方法を示すフロー図である。 FIG. 5 is a flow chart showing the looseness detection method according to the present embodiment.

本図においては、まず、ナット４の締め付け直後に、カンチレバー７のｒ方向最外周部（カンチレバー７の自由端）と、開口部６のｒ方向最外周部のθ方向隅部との間隔（初期間隔）を測定する（Ｓ１１０）。測定する手法は、例えばレーザ変位計またはカメラなどの撮像装置（形状測定センサ）によって行う。初期間隔は、データとして判定装置、記録装置等に記録しておく。 In this figure, immediately after tightening the nut 4, the distance between the r-direction outermost circumference of the cantilever 7 (the free end of the cantilever 7) and the θ-direction corner of the r-direction outermost circumference of the opening 6 (initial interval) is measured (S110). The measurement method is, for example, a laser displacement meter or an imaging device (shape measurement sensor) such as a camera. The initial interval is recorded as data in a judging device, a recording device, or the like.

その後、判定装置により、当該間隔の測定を定期的に行い、初期間隔と比較する（Ｓ１２０）。 Thereafter, the determination device periodically measures the interval and compares it with the initial interval (S120).

当該間隔が、初期間隔に所定の数値を加えた値（しきい値）以下の場合（Ｓ１３０）、ゆるみがないものと判定する（Ｓ１４０）。 If the interval is equal to or less than the value (threshold value) obtained by adding a predetermined value to the initial interval (S130), it is determined that there is no slack (S140).

一方、当該間隔がしきい値を超えた場合は、ゆるみがあるものと判定する（Ｓ１５０）。この場合は、再度、ナット４の締め付けを行う（Ｓ１６０）。 On the other hand, when the interval exceeds the threshold value, it is determined that there is looseness (S150). In this case, the nut 4 is tightened again (S160).

被締結体１の剛性の低下、ナット４のゆるみなどは、ボルト２の軸力の低下につながる。軸力が低下すると、座金３の回転方向のせん断応力τｒθも低下する。これに伴って、カンチレバー７の変位量も変化する。 Decrease in rigidity of the object to be fastened 1 , loosening of the nut 4 , etc. lead to decrease in the axial force of the bolt 2 . As the axial force decreases, the shear stress τrθ of the washer 3 in the direction of rotation also decreases. Along with this, the amount of displacement of the cantilever 7 also changes.

したがって、本図に示すゆるみ検出方法により、ボルト２の軸力低下を検知することができる。 Therefore, the decrease in the axial force of the bolt 2 can be detected by the looseness detection method shown in the figure.

図６Ａは、カンチレバーの自由端と座金の開口部の内壁面との間隔を測定するための基準の一例を示す部分斜視図である。 FIG. 6A is a partial perspective view showing an example of a reference for measuring the distance between the free end of the cantilever and the inner wall surface of the opening of the washer.

本図においては、座金３の開口部６は、座金３の上面及び下面における形状が長方形である。また、カンチレバー７は、四角柱状である。カンチレバー７の自由端の角部を参照点Ａとし、開口部６のｒ方向最外周部のθ方向隅部を参照点Ｂとする。ここで、θ方向は、ナットの回転方向である。 In this figure, the opening 6 of the washer 3 is rectangular in shape on the upper and lower surfaces of the washer 3 . Further, the cantilever 7 has a square prism shape. A corner of the free end of the cantilever 7 is a reference point A, and a reference point B is a corner of the r-direction outermost periphery of the opening 6 in the θ direction. Here, the θ direction is the rotation direction of the nut.

図６Ｂは、参照点Ａと参照点Ｂとの間隔δと、ボルト２（図３Ｂ）の軸力Ｆ（締め付け力）との関係を示すグラフである。 FIG. 6B is a graph showing the relationship between the distance δ between the reference point A and the reference point B and the axial force F (tightening force) of the bolt 2 (FIG. 3B).

ナット４を締め付けることにより、座金３に対して垂直方向に加わるボルト２の軸力Ｆが増加するとともに、ナット４が座金３に接触した状態で座金３に対してナット４の回転方向に力が加わる。この状態においては、間隔δは、初期間隔δ１となる。軸力Ｆが低下すると、間隔δは大きくなる。軸力Ｆが無くなると、間隔δは、座金３に対する負荷がない状態の間隔δ２となる。 By tightening the nut 4, the axial force F of the bolt 2 applied to the washer 3 in the vertical direction increases, and a force is applied to the washer 3 in the rotational direction of the nut 4 while the nut 4 is in contact with the washer 3. Join. In this state, the spacing .delta. is the initial spacing .delta.1. As the axial force F decreases, the spacing δ increases. When the axial force F disappears, the distance .delta. becomes the distance .delta.

図６Ｂに示す関係については、実際に締結するナット４ごとにあらかじめ計測しておくことが望ましい。そして、締結された機器の運転中あるいは定期検査時に、間隔δを測定し、その値が初期締め付け時の間隔δ１より大きい場合、ゆるみまたは軸力低下が発生したと判定することができる。 As for the relationship shown in FIG. 6B, it is desirable to measure in advance for each nut 4 to be actually fastened. Then, the interval δ is measured during operation of the fastened equipment or during periodic inspections, and if the measured value is greater than the interval δ1 at the time of initial tightening, it can be determined that loosening or reduction in axial force has occurred.

なお、参照点Ａ及び参照点Ｂをどこに設定するかは、上記の例に限定されるものではなく、カンチレバー７の任意の点を参照点Ａとし、座金３の開口部６の内壁面の任意の点を参照点Ｂとすることができる。さらに、参照点Ｂについては、開口部６の内壁面に限定されるものではなく、開口部６の周辺（外部）の任意の点を選択してもよい。参照点Ａについては、カンチレバー７の自由端の近傍が望ましい。座金３の開口部６付近の変形量は非常に小さく、カンチレバー７の自由端の変位が顕著だからである。 Where to set the reference point A and the reference point B is not limited to the above example. can be used as a reference point B. Furthermore, the reference point B is not limited to the inner wall surface of the opening 6, and any point around (outside) the opening 6 may be selected. The reference point A is preferably near the free end of the cantilever 7 . This is because the amount of deformation in the vicinity of the opening 6 of the washer 3 is very small and the displacement of the free end of the cantilever 7 is remarkable.

締結された機器が機械振動を受けたことや、締結された部材が長期間の化学変化などで変形したことなどが原因となってボルト２の軸力が低下した場合には、必ずしもナット４が回転しない場合があるが、本実施例によれば、座金３の回転方向の変位、または、せん断変形は変化し、カンチレバー７のθ方向の変位量に変化が現れる。 If the axial force of the bolt 2 is reduced due to mechanical vibration of the fastened device or deformation of the fastened member due to long-term chemical change, etc., the nut 4 will not necessarily Although it may not rotate, according to this embodiment, the displacement of the washer 3 in the rotational direction or the shear deformation changes, and the displacement amount of the cantilever 7 in the θ direction changes.

したがって、締結時のカンチレバー７の座金３のθ方向の変位量からの変化を知ることで、ボルトまたはナットのゆるみを知ることができ、締結された機器の耐久性及び信頼性を向上させることができる。 Therefore, by knowing the change in the amount of displacement of the washer 3 of the cantilever 7 in the θ direction at the time of fastening, the looseness of the bolt or nut can be known, and the durability and reliability of the fastened device can be improved. can.

また、座金３は、ボルト２の軸方向に圧縮された状態で使用されるが、本実施例では、座金３の内部に設けられたカンチレバー７のナット４の回転方向の変形に特徴を有している。したがって、座金３の本来の機能であるナット４と被締結体１とを強固に接触させる特徴は損なわれない。 Further, the washer 3 is used in a state of being compressed in the axial direction of the bolt 2, but this embodiment is characterized by the deformation of the nut 4 of the cantilever 7 provided inside the washer 3 in the rotational direction. ing. Therefore, the original function of the washer 3, which is the feature of firmly contacting the nut 4 and the object 1 to be fastened, is not impaired.

まとめると、座金は、カンチレバー７と開口部６の縁部との間隔が外力により変化する特性を有する。 In summary, the washer has the property that the distance between the cantilever 7 and the edge of the opening 6 is changed by an external force.

図７は、実施例２の座金を示す斜視図である。 FIG. 7 is a perspective view showing a washer of Example 2. FIG.

本図に示す座金３は、貫通穴５と開口部６との間にスリット８が設けられている点で実施例１と異なる。他の部分は、実施例１と同様である。 The washer 3 shown in this figure differs from that of Example 1 in that a slit 8 is provided between the through hole 5 and the opening 6 . Other parts are the same as in the first embodiment.

スリット８は、カンチレバー７の固定端と、開口部６のナット４の回転方向の側面９との間に位置し、貫通穴５と開口部６とを接続する空間（隙間）である。 The slit 8 is positioned between the fixed end of the cantilever 7 and the side surface 9 of the opening 6 in the rotation direction of the nut 4 and is a space (gap) that connects the through hole 5 and the opening 6 .

図２Ｂに示すように、ｒ－θ平面のせん断応力τｒθは、ボルト２が貫通する座金３の貫通穴５の近傍が最も大きい。この部位にスリット８を設けることで、座金３の貫通穴５の近傍の変形は、ナット４の回転によって発生する締結力が小さい場合でも、より大きくなる。 As shown in FIG. 2B, the shear stress τrθ on the r−θ plane is greatest in the vicinity of the through hole 5 of the washer 3 through which the bolt 2 passes. By providing the slit 8 at this portion, the deformation of the washer 3 in the vicinity of the through hole 5 is increased even when the fastening force generated by the rotation of the nut 4 is small.

本実施例によれば、ナット４やボルト２の外径が小さい場合でも、カンチレバー７の変位が更に大きくなり、変位量の測定が容易になる。 According to this embodiment, even if the outer diameter of the nut 4 or the bolt 2 is small, the displacement of the cantilever 7 is further increased, making it easier to measure the amount of displacement.

なお、本実施例においては、スリット８は、貫通穴５から開口部６までつながっているが、スリット８の形状は、これに限定されるものではなく、貫通穴５につながっていないものであっても、開口部６から貫通穴５に向かって設けられていれば、カンチレバー７の変位に関して一定の効果が得られる。 In this embodiment, the slit 8 extends from the through hole 5 to the opening 6, but the shape of the slit 8 is not limited to this, and the slit 8 may not be connected to the through hole 5. However, if it is provided from the opening 6 toward the through hole 5, a certain effect can be obtained regarding the displacement of the cantilever 7. FIG.

図８は、実施例３の座金を示す斜視図である。 FIG. 8 is a perspective view showing a washer of Example 3. FIG.

本図に示す座金３は、開口部６の座金３の外周部にスリット１０が設けられている点で実施例１と異なる。他の部分は、実施例１と同様である。 The washer 3 shown in this figure differs from that of the first embodiment in that a slit 10 is provided in the outer peripheral portion of the washer 3 of the opening 6 . Other parts are the same as in the first embodiment.

本実施例によれば、座金３の外周部のナット４の回転方向のせん断変形がほとんど発生しなくなり、図６Ａに示すカンチレバー７の参照点Ａと開口部６の参照点Ｂとの間隔δが大きくなる。そのため、変形の測定が容易になる。 According to this embodiment, shear deformation in the rotational direction of the nut 4 on the outer periphery of the washer 3 hardly occurs, and the distance δ between the reference point A of the cantilever 7 and the reference point B of the opening 6 shown in FIG. growing. This facilitates measurement of deformation.

さらに、座金３の外周部に開口している部分（スリット１０）があるため、座金３の半径方向に外部からカンチレバー７の変形の測定をすることが可能となる。したがって、座金３の外径がナット４の最外径より大きい必要は必ずしもなく、小型の座金３でもゆるみの検出が可能となる。 Furthermore, since there is an open portion (slit 10) in the outer peripheral portion of the washer 3, it is possible to measure the deformation of the cantilever 7 from the outside in the radial direction of the washer 3. Therefore, the outer diameter of the washer 3 does not necessarily have to be larger than the outermost diameter of the nut 4, and looseness can be detected even with a small washer 3.

図９は、実施例４の座金を示す斜視図である。 FIG. 9 is a perspective view showing a washer of Example 4. FIG.

本図に示す座金３は、貫通穴５と開口部６との間にスリット８が設けられている点及び開口部６の座金３の外周部にスリット１０が設けられている点で実施例１と異なる。他の部分は、実施例１と同様である。 The washer 3 shown in FIG. different from Other parts are the same as in the first embodiment.

本実施例によれば、ナット４を回転しながら締結させる際に、ナット４と座金３との摩擦力、及び、座金３と被締結体１との摩擦力によって、座金３のスリット８およびスリット１０の間隔が大きくなる。これに加えて、座金３の内周部側のナット４回転方向のせん断変形と外周部側のせん断変形との差が生じるため、図６Ａに示すカンチレバー７の参照点Ａと開口部の参照点Ｂとの間隔を更に大きくできる。したがって、ゆるみの検出精度を高くすることができる。 According to this embodiment, when the nut 4 is fastened while rotating, the frictional force between the nut 4 and the washer 3 and the frictional force between the washer 3 and the object to be fastened 1 cause the slit 8 of the washer 3 and the slit The interval of 10 is increased. In addition, since there is a difference between the shear deformation in the rotation direction of the nut 4 on the inner peripheral side of the washer 3 and the shear deformation on the outer peripheral side, the reference point A of the cantilever 7 and the reference point of the opening shown in FIG. The distance from B can be further increased. Therefore, it is possible to improve the looseness detection accuracy.

図１０Ａは、座金の座標を示す斜視図である。 FIG. 10A is a perspective view showing the coordinates of the washer.

図１０Ｂは、座金のせん断応力の軸方向の分布を示すグラフである。横軸に座金３の下面からの高さｚ、縦軸に図１のように締結された状態においてｚ－θ面（座金３の貫通穴５の内壁面）に生じるせん断応力τｚθ（せん断応力の大きさ）をとっている。ここで、せん断応力τｚθは、ｚ－θ面内における応力成分である。 FIG. 10B is a graph showing the axial distribution of shear stress in the washer. The horizontal axis represents the height z from the lower surface of the washer 3, and the vertical axis represents the shear stress τ zθ (shear stress ). Here, the shear stress τzθ is the stress component in the z-θ plane.

本図に示すように、せん断応力τｚθは、座金３のナット４との接触面（上面）と、座金３と被締結体１との接触面（下面）とで異なっており、ナット４の回転方向の変位に差が生じる。せん断応力τｚθは、座金３のナット４との接触面で大きい。 As shown in this figure, the shear stress τzθ differs between the contact surface (upper surface) of the washer 3 with the nut 4 and the contact surface (lower surface) between the washer 3 and the object to be fastened 1. A difference occurs in the displacement in the rotational direction. The shear stress τzθ is large at the contact surface of the washer 3 with the nut 4 .

本実施例は、このようなせん断応力τｚθの分布を利用するものである。 The present embodiment utilizes such a distribution of shear stress τzθ .

図１１は、実施例５の座金を示す斜視図である。 11 is a perspective view showing a washer of Example 5. FIG.

本図に示す座金３は、開口部６の内部にカンチレバー１１、１２が設けられている点で実施例１と異なる。他の部分は、実施例１と同様である。 The washer 3 shown in this figure differs from that of the first embodiment in that cantilevers 11 and 12 are provided inside the opening 6 . Other parts are the same as in the first embodiment.

カンチレバー１１、１２はいずれも、開口部６の貫通穴５側の内壁面に固定され、座金３の外周部に向かって延びている。カンチレバー１１（第一のカンチレバー）は、カンチレバー１２（第二のカンチレバー）よりｚ方向上方に配置されている。 Both the cantilevers 11 and 12 are fixed to the inner wall surface of the opening 6 on the through hole 5 side and extend toward the outer peripheral portion of the washer 3 . The cantilever 11 (first cantilever) is arranged above the cantilever 12 (second cantilever) in the z direction.

本実施例においては、カンチレバー１１、１２の自由端のｚ軸からの距離は、ナット４の最外周半径よりも大きく、締結状態でカンチレバー１１、１２の自由端が外部から視認できるようになっている。 In this embodiment, the distance of the free ends of the cantilevers 11 and 12 from the z-axis is larger than the outermost radius of the nut 4, so that the free ends of the cantilevers 11 and 12 can be visually recognized from the outside in the fastened state. there is

また、本実施例においては、カンチレバー１１、１２の固定端のθ方向の位置は、同じにしてある。ただし、この位置は、θ方向に異なっていてもよく、カンチレバー１１、１２の自由端の変位が検知できればよい。 Further, in this embodiment, the positions of the fixed ends of the cantilevers 11 and 12 in the .theta. direction are the same. However, this position may be different in the θ direction as long as the displacement of the free ends of the cantilevers 11 and 12 can be detected.

図１２は、締結された状態でナットから力を受けている座金を示す上面図である。 FIG. 12 is a top view showing the washer under force from the nut in the tightened state.

本図においては、座金３のみを示している。 In this figure, only the washer 3 is shown.

座金３は、ナット４（図３Ｂ）をボルト２の軸に対して回転方向１００（図中時計回り）に回転することにより、締結による力を受けている。 The washer 3 receives a tightening force by rotating the nut 4 (FIG. 3B) with respect to the axis of the bolt 2 in a rotational direction 100 (clockwise in the drawing).

ナット４の締め付け時におけるせん断応力τｚθは、図１０Ｂに示すように、ナット４に近いカンチレバー１１の固定端付近の方がカンチレバー１２の固定端付近よりも大きいため、自由端における回転方向の変位量は、カンチレバー１１の方がカンチレバー１２よりも大きい。 As shown in FIG. 10B, the shear stress τzθ when the nut 4 is tightened is greater near the fixed end of the cantilever 11 near the nut 4 than near the fixed end of the cantilever 12, so the rotational displacement at the free end The amount is greater for cantilever 11 than for cantilever 12 .

図１３Ａは、二つのカンチレバーの自由端の間隔を測定するための基準の一例を示す部分斜視図である。 FIG. 13A is a partial perspective view showing an example of a reference for measuring the distance between free ends of two cantilevers.

本図においては、座金３の開口部６は、座金３の上面及び下面における形状が長方形である。また、カンチレバー１１、１２はそれぞれ、四角柱状である。カンチレバー１１の自由端の所定の点（角部であってもよい。）を参照点Ｃとし、カンチレバー１２の自由端の所定の点（角部であってもよい。）を参照点Ｄとする。ここで、θ方向は、ナットの回転方向である。 In this figure, the opening 6 of the washer 3 is rectangular in shape on the upper and lower surfaces of the washer 3 . Further, each of the cantilevers 11 and 12 has a quadrangular prism shape. A predetermined point (which may be a corner) at the free end of the cantilever 11 is defined as a reference point C, and a predetermined point (which may be a corner) at the free end of the cantilever 12 is defined as a reference point D. . Here, the θ direction is the rotation direction of the nut.

図１３Ｂは、参照点Ｃと参照点Ｄとの間隔δと、ボルトの軸力Ｆとの関係を示すグラフである。 FIG. 13B is a graph showing the relationship between the distance δ between the reference point C and the reference point D and the axial force F of the bolt.

ナット４を締め付けることにより、軸力Ｆが増加するとともに、ナット４が座金３に接触した状態で座金３に対してナット４の回転方向に力が加わる。この状態においては、座金３の参照点Ｃと参照点Ｄとの間隔δが初期間隔δ３となる。軸力Ｆが低下すると、間隔δは小さくなり、軸力Ｆがゼロのとき、間隔δはゼロとなる。 By tightening the nut 4 , the axial force F increases, and a force is applied to the washer 3 in the rotational direction of the nut 4 while the nut 4 is in contact with the washer 3 . In this state, the distance .delta. between the reference points C and D of the washer 3 is the initial distance .delta.3. When the axial force F decreases, the distance δ becomes smaller, and when the axial force F is zero, the distance δ becomes zero.

図１３Ｂに示す関係については、実際に締結するナット４ごとにあらかじめ計測しておく。そして、締結された機器の運転中あるいは定期検査時に、カンチレバー１１の参照点Ｃと、カンチレバー１２の参照点Ｄとの間隔δを測定し、その値が初期締め付け時の間隔δ３より小さい場合、ゆるみまたは軸力低下が発生したと判定することができる。 The relationship shown in FIG. 13B is measured in advance for each nut 4 to be actually fastened. Then, during the operation of the fastened device or at the time of periodic inspection , the distance δ between the reference point C of the cantilever 11 and the reference point D of the cantilever 12 is measured. It can be determined that loosening or axial force reduction has occurred.

なお、参照点Ｃ及び参照点Ｄをどこに設定するかは、上記の例に限定されるものではない。参照点Ｃ及び参照点Ｄについては、カンチレバー１１、１２の自由端の近傍が望ましい。 Where to set the reference point C and the reference point D is not limited to the above example. Reference points C and D are preferably near the free ends of the cantilevers 11 and 12 .

機械振動や化学変化などの影響も、必ずしもナット４が回転しない場合があるが、間隔δが小さくなる場合があり、この変化からボルトまたはナットのゆるみを検知することができる。そして、これにより、締結された機器の耐久性及び信頼性を向上させることができる。 Although the nut 4 may not necessarily rotate under the influence of mechanical vibration, chemical change, etc., the interval δ may become smaller, and looseness of the bolt or nut can be detected from this change. And thereby, the durability and reliability of the fastened apparatus can be improved.

また、カンチレバー１１とカンチレバー１２との軸方向の距離が大きいほど、間隔δが大きくなる。したがって、座金３の板厚を大きくすることにより、測定の精度を向上することができるという効果も得られる。 Further, the larger the axial distance between the cantilever 11 and the cantilever 12, the larger the interval δ. Therefore, by increasing the plate thickness of the washer 3, it is also possible to obtain an effect that the accuracy of measurement can be improved.

図１４は、実施例６の座金を示す斜視図である。 14 is a perspective view showing a washer of Example 6. FIG.

本図に示す座金３は、貫通穴５と開口部６との間にスリット８が設けられている点で実施例５と異なる。他の部分は、実施例５と同様である。 The washer 3 shown in this figure differs from the fifth embodiment in that a slit 8 is provided between the through hole 5 and the opening 6 . Other parts are the same as in the fifth embodiment.

ナット４の回転方向のせん断変形が大きい座金３の貫通穴５の近傍にスリット８を設けることで、座金３の貫通穴５の近傍の変形は、ナット４の回転によって発生する締結力が小さい場合でも、より大きくなる。 By providing the slit 8 in the vicinity of the through hole 5 of the washer 3 where shear deformation in the direction of rotation of the nut 4 is large, the deformation of the washer 3 in the vicinity of the through hole 5 is reduced when the fastening force generated by the rotation of the nut 4 is small. But it gets bigger.

本実施例によれば、ナット４やボルト２の外径が小さい場合でも、カンチレバー１１、１２の変形がより大きくなり、変形の測定が容易になる効果が得られる。 According to this embodiment, even if the outer diameter of the nut 4 or the bolt 2 is small, the deformation of the cantilevers 11 and 12 is increased, and the deformation can be easily measured.

図１５は、実施例７の座金を示す斜視図である。 15 is a perspective view showing a washer of Example 7. FIG.

本図に示す座金３は、開口部６の座金３の外周部にスリット１０が設けられている点で実施例５と異なる。他の部分は、実施例５と同様である。 The washer 3 shown in this figure differs from that of the fifth embodiment in that a slit 10 is provided in the outer peripheral portion of the washer 3 of the opening 6 . Other parts are the same as in the fifth embodiment.

本実施例によれば、座金３の外周部のナット４の回転方向のせん断変形がほとんど発生しなくなり、図１３Ａに示すカンチレバー１１の参照点Ｃとカンチレバー１２の参照点Ｄとの間隔δが大きくなる。そのため、変形の測定が容易になる。 According to this embodiment, shear deformation in the rotational direction of the nut 4 on the outer periphery of the washer 3 hardly occurs, and the distance δ between the reference point C of the cantilever 11 and the reference point D of the cantilever 12 shown in FIG. 13A is large. Become. This facilitates measurement of deformation.

さらに、座金３の外周部に開口している部分（スリット１０）があるため、座金３の半径方向に外部からカンチレバー１１、１２の変形の測定をすることが可能となる。したがって、座金３の外径がナット４の最外径より大きい必要は必ずしもなく、小型の座金３でもゆるみの検出が可能となる。 Furthermore, since there is an open portion (slit 10) in the outer peripheral portion of the washer 3, it is possible to measure the deformation of the cantilevers 11 and 12 from the outside in the radial direction of the washer 3. Therefore, the outer diameter of the washer 3 does not necessarily have to be larger than the outermost diameter of the nut 4, and looseness can be detected even with a small washer 3.

図１６は、実施例８の座金を示す斜視図である。 16 is a perspective view showing a washer of Example 8. FIG.

本図に示す座金３は、貫通穴５と開口部６との間にスリット８が設けられている点及び開口部６の座金３の外周部にスリット１０が設けられている点で実施例５と異なる。他の部分は、実施例５と同様である。 The washer 3 shown in FIG. different from Other parts are the same as in the fifth embodiment.

以下、上記の座金を適用する例について説明する。 An example in which the above-described washer is applied will be described below.

（第１の適用例）
図１７は、実施例の座金を適用したトラックの一例を示す斜視図である。 (First application example)
FIG. 17 is a perspective view showing an example of a track to which the washer of the embodiment is applied.

図１８は、図１７のトラックのタイヤを示す拡大図である。 18 is an enlarged view showing a tire of the truck of FIG. 17; FIG.

図１７においては、トラック１３のタイヤ１４は、ホイール１５の外周部に嵌合され、袋ナット１６によって車軸に締結されている。 In FIG. 17, the tire 14 of the truck 13 is fitted on the outer periphery of the wheel 15 and fastened to the axle with a cap nut 16 .

図１８に示すように、ホイール１５は、座金３を介して袋ナット１６によって車軸に締結されている。 As shown in FIG. 18 , the wheel 15 is fastened to the axle with a cap nut 16 via a washer 3 .

本適用例においては、座金３には、実施例に示すカンチレバー７、あるいはカンチレバー１１、１２が設けられている。そして、袋ナット１６によってホイール１５を締結した直後のカンチレバー７、あるいはカンチレバー１１、１２の変形量を固定具１７に固定された形状測定センサ１８（レーザ変位計、カメラ等）によって測定しておく。 In this application example, the washer 3 is provided with the cantilever 7 or the cantilevers 11 and 12 shown in the embodiment. Then, the amount of deformation of the cantilever 7 or the cantilevers 11 and 12 immediately after fastening the wheel 15 with the cap nut 16 is measured by a shape measuring sensor 18 (laser displacement meter, camera, etc.) fixed to the fixture 17 .

トラックが一定距離走行後あるいは定期検査時に、再度カンチレバー７、あるいはカンチレバー１１、１２の変形量を固定具１７に固定された形状測定センサ１８によって測定する。変形量に差が生じた場合、袋ナット１６のゆるみあるいはボルトの軸力の低下が生じたと判定される。この場合は、詳細な検査または増し締めなどの作業が行われる。 After the truck has traveled a certain distance or during a regular inspection, the amount of deformation of the cantilever 7 or the cantilevers 11 and 12 is again measured by the shape measuring sensor 18 fixed to the fixture 17 . If there is a difference in the amount of deformation, it is determined that the cap nut 16 has loosened or the axial force of the bolt has decreased. In this case, work such as detailed inspection or retightening is performed.

本適用例によって、袋ナット１６が外観上ゆるんでいなくとも、その軸力低下に伴うトラック１３の走行中におけるタイヤ脱落などの事故を未然に防ぐことができる。 According to this application example, even if the cap nut 16 does not appear to be loosened, it is possible to prevent an accident such as a tire falling off while the truck 13 is traveling due to a decrease in the axial force.

このように、本開示の座金を適用した締結体のゆるみ等は、形状測定センサ１８及び判定装置を含むゆるみ検出システムにより検出することができる。判定装置は、形状測定センサ１８に内蔵されていてもよく、形状測定センサ１８の外部に設置されていてもよい。形状測定センサ１８から有線、無線等（インターネットでもよい。）により判定装置にデータが送られる構成であってもよい。 Thus, looseness or the like of a fastening body to which the washer of the present disclosure is applied can be detected by a looseness detection system including the shape measurement sensor 18 and a determination device. The determination device may be built in the shape measurement sensor 18 or may be installed outside the shape measurement sensor 18 . Data may be sent from the shape measurement sensor 18 to the determination device by wire, wireless, or the like (the Internet may also be used).

（第２の適用例）
図１９は、実施例の座金を適用した鉄道車両の一例を示す斜視図である。 (Second application example)
FIG. 19 is a perspective view showing an example of a railway vehicle to which the washer of the embodiment is applied.

図２０は、図１９の鉄道車両の台車下部を示す拡大図である。 FIG. 20 is an enlarged view showing the lower portion of the bogie of the railroad vehicle of FIG. 19. FIG.

図１９においては、鉄道車両１９の床下には、各種の補器類２０が設置されている。 In FIG. 19 , various accessories 20 are installed under the floor of a railroad vehicle 19 .

図２０においては、車輪２１を支持している台車枠２２には、各種の補器箱２３がボルト２によって固定されている。補器箱２３は、座金３を介してボルト２によって台車枠２２に締結されている。 In FIG. 20 , various accessory boxes 23 are fixed by bolts 2 to a bogie frame 22 supporting wheels 21 . The accessory box 23 is fastened to the bogie frame 22 with bolts 2 via washers 3 .

本適用例において、座金３には、実施例に示すカンチレバー７、あるいはカンチレバー１１、１２が設けられている。そして、ボルト２によって補器箱２３を締結した直後のカンチレバー７、あるいはカンチレバー１１、１２の変形量を磁石式固定具２４によって把持された形状測定センサ１８によって測定しておく。 In this application example, the washer 3 is provided with the cantilever 7 or the cantilevers 11 and 12 shown in the embodiment. Then, the amount of deformation of the cantilever 7 or the cantilevers 11 and 12 immediately after fastening the accessory box 23 with the bolt 2 is measured by the shape measuring sensor 18 gripped by the magnetic fixture 24 .

鉄道車両１９が一定距離走行後あるいは定期検査時に、再度カンチレバー７あるいはカンチレバー１１、１２の変形量を磁石式固定具２４に把持された形状測定センサ１８によって測定する。変形量に差が生じた場合は、ボルト２のゆるみあるいはボルトの軸力の低下が生じたと判定され、詳細な検査または増し締めなどの作業が行われる。 After the railcar 19 has traveled a certain distance or during a regular inspection, the deformation amount of the cantilever 7 or the cantilevers 11 and 12 is again measured by the shape measuring sensor 18 held by the magnetic fixture 24 . If there is a difference in the amount of deformation, it is determined that the bolt 2 has loosened or the axial force of the bolt has decreased, and detailed inspection or retightening is performed.

本適用例によって、ボルト２が外観上ゆるんでいなくとも、その軸力低下に伴う鉄道車両１９の走行中における補器箱２３の脱落などの事故を未然に防ぐことができる。 According to this application example, even if bolts 2 are not loosened in appearance, it is possible to prevent accidents such as dropout of accessory box 23 during travel of railway vehicle 19 due to reduction in axial force.

（第３の適用例）
図２１は、実施例の座金を適用した鉄道高架橋の一例を示す斜視図である。 (Third application example)
FIG. 21 is a perspective view showing an example of a railway viaduct to which the washer of the embodiment is applied.

本図においては、鉄道高架橋２５の側壁２６には、アンカーボルト２７が埋設されている。アンカーボルト２７には、各種の補器類を収めた補器箱２３が、座金３を介してナット４によって締結され固定されている。 In this figure, anchor bolts 27 are embedded in side walls 26 of a railway viaduct 25 . An accessory box 23 containing various accessories is fastened and fixed to the anchor bolt 27 with a nut 4 via a washer 3 .

本適用例においては、座金３には、実施例に示すカンチレバー７、あるいはカンチレバー１１、１２が設けられている。そして、ナット４によって補器箱２３を締結した直後のカンチレバー７、あるいはカンチレバー１１、１２の変形量を、検査車両２８の内部に固定された測定システム２９から延伸されたアーム３０によって把持された形状測定センサ１８によって測定しておく。 In this application example, the washer 3 is provided with the cantilever 7 or the cantilevers 11 and 12 shown in the embodiment. Then, the amount of deformation of the cantilever 7 or the cantilevers 11 and 12 immediately after fastening the accessory box 23 with the nut 4 is measured by an arm 30 extending from a measuring system 29 fixed inside the inspection vehicle 28. It is measured by the measurement sensor 18 .

そして、定期検査時に、再度カンチレバー７あるいはカンチレバー１１、１２の変形量を形状測定センサ１８によって測定する。変形量に差が生じた場合は、ナット４のゆるみあるいはアンカーボルト２７の軸力の低下が生じたと判定され、詳細な検査または増し締めなどの作業が行われる。 Then, the deformation amount of the cantilever 7 or the cantilevers 11 and 12 is measured again by the shape measuring sensor 18 during the periodic inspection. If there is a difference in the amount of deformation, it is determined that the nut 4 has loosened or the axial force of the anchor bolt 27 has decreased, and detailed inspection or retightening is performed.

本適用例によって、ナット４が外観上ゆるんでいなくとも、その軸力低下に伴う鉄道高架橋２５に設置された補器箱２３の脱落などの事故を未然に防ぐことができる。 According to this application example, even if the nut 4 does not appear to be loosened, it is possible to prevent accidents such as the auxiliary equipment box 23 installed on the railroad viaduct 25 falling off due to the decrease in axial force.

つぎに、座金の作製方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the washer will be described.

座金は、開口部の内部にカンチレバーを設けた構成を有する。カンチレバーは、一つの開口部に二つ設ける場合もある。この場合、カンチレバーの厚さは、座金の厚さより薄くする必要がある。また、カンチレバーが一つの場合であっても、カンチレバーの感度の観点から薄くすることが望ましい。 The washer has a structure in which a cantilever is provided inside the opening. Two cantilevers may be provided in one opening. In this case, the thickness of the cantilever should be less than the thickness of the washer. Even if there is only one cantilever, it is desirable to make it thin from the viewpoint of the sensitivity of the cantilever.

カンチレバーが一つの場合は、打ち抜き加工により、円板状の座金の外形、貫通穴、開口部及びカンチレバーを一体物として形成することができる。カンチレバーの厚さだけを薄くすることも可能である。 When the number of cantilevers is one, the outer shape of the disk-shaped washer, the through hole, the opening, and the cantilever can be formed as a single body by punching. It is also possible to reduce only the thickness of the cantilever.

一方、カンチレバーが二つの場合、単純な打ち抜き加工により座金を作製することは困難である。よって、この場合には、第一の工程として、打ち抜き加工により作製した一つのカンチレバーを有する座金に、第二の工程として、加圧接合、溶接等により、二つ目のカンチレバーを取り付けることが考えられる。 On the other hand, when there are two cantilevers, it is difficult to manufacture the washer by simple punching. Therefore, in this case, it is conceivable to attach a second cantilever to a washer having one cantilever manufactured by punching in the first step and to attach the second cantilever by pressure bonding, welding, or the like in the second step. be done.

このほか、切削加工によりカンチレバーを形成する方法も考えられる。 In addition, a method of forming a cantilever by cutting is also conceivable.

また、座金の他の作製方法としては、カンチレバーが形成されている円板状の材料と、カンチレバーが形成されていない円板状の材料とを貼り合わせる次のような方法がある。 As another method of manufacturing the washer, there is the following method of bonding together a disk-shaped material having a cantilever formed thereon and a disk-shaped material having no cantilever formed thereon.

まず、この作製方法に用いる材料について説明する。 First, materials used in this manufacturing method will be described.

図２２は、実施例１の座金の材料であってカンチレバーが形成されているものを示す上面図である。 FIG. 22 is a top view showing the material of the washer of Example 1, in which the cantilever is formed.

本図に示す座金材料１０３は、円板状であり、中心に貫通穴５を有する。貫通穴５よりも外周側には、開口部６が設けられている。開口部６には、カンチレバー７が設置されている。 The washer material 103 shown in this figure is disc-shaped and has a through hole 5 in the center. An opening 6 is provided on the outer peripheral side of the through hole 5 . A cantilever 7 is installed in the opening 6 .

図２３は、実施例１の座金の材料であってカンチレバーが形成されていないものを示す上面図である。 FIG. 23 is a top view showing the material of the washer of Example 1 without forming the cantilever.

本図に示す座金材料２０３は、円板状であり、中心に貫通穴５を有する。貫通穴５よりも外周側には、開口部６が設けられている。座金材料２０３の開口部６には、カンチレバー７は設置されていない。 The washer material 203 shown in this figure is disc-shaped and has a through hole 5 in the center. An opening 6 is provided on the outer peripheral side of the through hole 5 . No cantilever 7 is installed in the opening 6 of the washer material 203 .

図２２の座金材料１０３と図２３の座金材料２０３とを用いて実施例１の座金を作製する際には、座金材料１０３を一つ、座金材料２０３を二つ用意し、二つの座金材料２０３の間に座金材料１０３を挟み込んで加圧接合等により貼り合わせる。 22 and the washer material 203 of FIG. 23, one washer material 103 and two washer materials 203 are prepared. A washer material 103 is sandwiched between them, and they are bonded together by pressure bonding or the like.

また、実施例５の座金を作製する際には、座金材料１０３を二つ、座金材料２０３を三つ用意し、座金材料２０３及び座金材料１０３を交互に重ねて加圧接合等により貼り合わせる。 Further, when manufacturing the washer of Example 5, two washer materials 103 and three washer materials 203 are prepared, and the washer materials 203 and 103 are alternately laminated and bonded together by pressure bonding or the like.

この作製方法によれば、カンチレバーが三つ以上であっても、容易に座金を作製することができる。 According to this manufacturing method, the washer can be easily manufactured even if the number of cantilevers is three or more.

まとめると、座金は、カンチレバーを複数有していてもよく、複数のカンチレバーの間の間隔が外力により変化する特性を有する。 In summary, the washer may have a plurality of cantilevers, and has the property that the distance between the plurality of cantilevers changes due to an external force.

なお、本開示に係るゆるみ検出システム、ゆるみ検出方法及び座金は、上記の実施例及び適用例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、上記の実施例及び適用例は、本開示の内容を分かりやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 The looseness detection system, looseness detection method, and washer according to the present disclosure are not limited to the above embodiments and application examples, and include various modifications. In addition, the above-described embodiments and application examples are exemplified in order to explain the contents of the present disclosure in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Also, part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Moreover, it is possible to add, delete, or replace part of the configuration of each embodiment with another configuration.

１：被締結体、２：ボルト、３：座金、４：ナット、５：貫通穴、６：開口部、７：カンチレバー、８、１０：スリット、１１、１２：カンチレバー、１３：トラック、１４：タイヤ、１５：ホイール、１６：袋ナット、１７：固定具、１８：形状測定センサ、１９：鉄道車両、２０：補器類、２１：車輪、２２：台車枠、２３：補器箱、２４：磁石式固定具、２５：鉄道高架橋、２６：側壁、２７：アンカーボルト、２８：検査車両、２９：測定システム、３０：アーム。 1: object to be fastened, 2: bolt, 3: washer, 4: nut, 5: through hole, 6: opening, 7: cantilever, 8, 10: slit, 11, 12: cantilever, 13: track, 14: Tire, 15: Wheel, 16: Cap nut, 17: Fixture, 18: Shape measurement sensor, 19: Railway vehicle, 20: Auxiliary equipment, 21: Wheel, 22: Bogie frame, 23: Auxiliary equipment box, 24: Magnetic fixture, 25: railway viaduct, 26: sidewall, 27: anchor bolt, 28: inspection vehicle, 29: measurement system, 30: arm.

Claims (15)

形状測定センサと、判定装置と、を含み、
前記形状測定センサは、ボルト又はナットと被締結体との間に挟み込まれた座金に生じるせん断応力に伴う、前記ボルトの軸を中心とする回転方向の変形量を非接触で測定し、
前記判定装置は、前記座金に設けられた前記ボルトが貫通する貫通穴の縁部と前記座金の外周部とで生じる前記変形量の差に基いて、前記ボルト又は前記ナットのゆるみを検出する、ゆるみ検出システム。 including a shape measurement sensor and a determination device;
The shape measuring sensor measures, without contact, the amount of deformation in the direction of rotation about the axis of the bolt due to the shear stress generated in the washer sandwiched between the bolt or nut and the object to be fastened,
The determination device detects the loosening of the bolt or the nut based on the difference in the amount of deformation that occurs between the edge of the through hole provided in the washer through which the bolt passes and the outer peripheral portion of the washer. Looseness detection system. 前記座金は、前記貫通穴の前記縁部と前記座金の外周部との間に設けられた開口部を有し、
前記開口部の内部には、カンチレバーが設けられ、
前記カンチレバーは、前記貫通穴の前記縁部側に固定端を有し、前記座金の前記外周部側に自由端を有し、
前記変形量は、前記カンチレバーの変位量である、請求項１記載のゆるみ検出システム。 The washer has an opening provided between the edge of the through hole and the outer periphery of the washer,
A cantilever is provided inside the opening,
the cantilever has a fixed end on the edge side of the through hole and a free end on the outer peripheral side of the washer;
2. The looseness detection system according to claim 1, wherein the deformation amount is the displacement amount of the cantilever. 前記貫通穴と前記開口部との間には、スリットが設けられ、
前記スリットは、前記カンチレバーの前記固定端と、前記開口部の前記ナットの回転方向の側面との間に位置する、請求項２記載のゆるみ検出システム。 A slit is provided between the through hole and the opening,
3. The looseness detection system according to claim 2, wherein the slit is located between the fixed end of the cantilever and the rotational side of the nut of the opening. 前記開口部と前記座金の前記外周部との間には、スリットが設けられている、請求項２又は３に記載のゆるみ検出システム。 4. The looseness detection system according to claim 2, wherein a slit is provided between said opening and said outer circumference of said washer. 形状測定センサと、判定装置と、を含み、
前記形状測定センサは、ボルト又はナットと被締結体との間に挟み込まれた座金に生じるせん断応力に伴う、前記ボルトの軸を中心とする回転方向の変形量を非接触で測定し、
前記判定装置は、前記ボルトの軸方向に異なる二つの位置で生じる前記変形量の差に基いて、前記ボルト又は前記ナットのゆるみを検出する、ゆるみ検出システム。 including a shape measurement sensor and a determination device;
The shape measuring sensor measures, without contact, the amount of deformation in the direction of rotation about the axis of the bolt due to the shear stress generated in the washer sandwiched between the bolt or nut and the object to be fastened,
The looseness detection system, wherein the determination device detects looseness of the bolt or the nut based on a difference in the amount of deformation occurring at two different positions of the bolt in the axial direction. 前記座金は、前記ボルトが貫通する貫通穴と、前記貫通穴の縁部と前記座金の外周部との間に設けられた開口部と、を有し、
前記開口部の内部には、第一のカンチレバー及び第二のカンチレバーが設けられ、
前記第一のカンチレバー及び前記第二のカンチレバーは、前記貫通穴の前記縁部側に固定端を有し、前記座金の前記外周部側に自由端を有し、
前記第一のカンチレバーと前記第二のカンチレバーとは、前記ボルトの軸方向に互いに異なる位置に設けられ、
前記変形量は、前記第一のカンチレバーと前記第二のカンチレバーとの変位量の差である、請求項５記載のゆるみ検出システム。 The washer has a through hole through which the bolt passes, and an opening provided between an edge of the through hole and an outer peripheral portion of the washer,
A first cantilever and a second cantilever are provided inside the opening,
the first cantilever and the second cantilever have fixed ends on the edge side of the through hole and free ends on the outer peripheral side of the washer;
the first cantilever and the second cantilever are provided at different positions in the axial direction of the bolt;
6. The looseness detection system according to claim 5, wherein said deformation amount is a difference between displacement amounts of said first cantilever and said second cantilever. 前記貫通穴と前記開口部との間には、スリットが設けられ、
前記スリットは、前記第一のカンチレバー及び前記第二のカンチレバーの前記固定端と、前記開口部の前記ナットの回転方向の側面との間に位置する、請求項６記載のゆるみ検出システム。 A slit is provided between the through hole and the opening,
7. The looseness detection system according to claim 6, wherein the slit is located between the fixed ends of the first cantilever and the second cantilever and the rotational side of the nut of the opening. 前記開口部と前記座金の前記外周部との間には、スリットが設けられている、請求項６又は７に記載のゆるみ検出システム。 The looseness detection system according to claim 6 or 7, wherein a slit is provided between the opening and the outer circumference of the washer. 形状測定センサと、判定装置と、を用いてボルト又はナットのゆるみを検出する方法であって、
前記形状測定センサは、前記ボルト又は前記ナットと被締結体との間に挟み込まれた座金に生じるせん断応力に伴う、前記ボルトの軸を中心とする回転方向の変形量を非接触で測定し、
前記判定装置は、前記座金に設けられた前記ボルトが貫通する貫通穴の縁部と前記座金の外周部とで生じる前記変形量の差に基いて、前記ボルト又は前記ナットのゆるみを検出する、ゆるみ検出方法。 A method for detecting looseness of a bolt or nut using a shape measurement sensor and a determination device,
The shape measuring sensor measures, in a non-contact manner, the amount of deformation in the direction of rotation about the axis of the bolt due to the shear stress generated in the washer sandwiched between the bolt or the nut and the object to be fastened,
The determination device detects the loosening of the bolt or the nut based on the difference in the amount of deformation that occurs between the edge of the through hole provided in the washer through which the bolt passes and the outer peripheral portion of the washer. Looseness detection method. 形状測定センサと、判定装置と、を用いてボルト又はナットのゆるみを検出する方法であって、
前記形状測定センサは、前記ボルト又は前記ナットと被締結体との間に挟み込まれた座金に生じるせん断応力に伴う、前記ボルトの軸を中心とする回転方向の変形量を非接触で測定し、
前記判定装置は、前記ボルトの軸方向に異なる二つの位置で生じる前記変形量の差に基いて、前記ボルト又は前記ナットのゆるみを検出する、ゆるみ検出方法。 A method for detecting looseness of a bolt or nut using a shape measurement sensor and a determination device,
The shape measuring sensor measures, in a non-contact manner, the amount of deformation in the direction of rotation about the axis of the bolt due to the shear stress generated in the washer sandwiched between the bolt or the nut and the object to be fastened,
The looseness detection method, wherein the determination device detects looseness of the bolt or the nut based on a difference between the amounts of deformation occurring at two different positions of the bolt in the axial direction. ボルト又はナットと被締結体との間に挟み込まれる座金であって、
前記ボルトが貫通する貫通穴と、
前記貫通穴の縁部と前記座金の外周部との間に設けられた開口部と、を有し、
前記開口部の内部には、カンチレバーが設けられ、
前記カンチレバーは、前記貫通穴の縁部側に固定端を有し、前記座金の前記外周部側に自由端を有する、座金。 A washer sandwiched between a bolt or nut and an object to be fastened,
a through hole through which the bolt passes;
an opening provided between an edge of the through hole and an outer peripheral portion of the washer;
A cantilever is provided inside the opening,
The washer, wherein the cantilever has a fixed end on the edge side of the through hole and a free end on the outer peripheral side of the washer. 前記カンチレバーの前記固定端は、前記ナットで覆われるように配置されている、請求項１１記載の座金。 12. The washer of claim 11, wherein the fixed end of the cantilever is arranged to be covered by the nut. 前記カンチレバーの前記自由端は、外部から非接触で検出可能に配置されている、請求項１１記載の座金。 12. The washer according to claim 11, wherein said free end of said cantilever is arranged so as to be detectable from the outside in a contactless manner. 前記カンチレバーと前記開口部の縁部との間隔が外力により変化する、請求項１１記載の座金。 12. The washer of claim 11, wherein the distance between the cantilever and the edge of the opening varies with an external force. 前記カンチレバーを複数有し、
前記複数のカンチレバーの間の間隔が外力により変化する、請求項１１記載の座金。 Having a plurality of cantilevers,
12. The washer of claim 11, wherein the spacing between said plurality of cantilevers is varied by an external force.
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