JP7181552B2 - 締着力検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボルトおよびナット等によって形成される締着手段によって締着される際の締着力を検出するための装置に関するものである。

一般的に、ボルトおよびナット等の締着手段による締着は、被締着材料を固定するために用いられるが、締着力の程度によってそれらの固定状態が定まる。また、一度締着固定したとしても、長期間の締着状態の継続中に生じる環境の変化によって、その締着状態も変化することがある。例えば、被締着材料が振動することにより、締着手段に緩みを生じさせることがあり、また、温度変化によって締着手段が膨張・収縮を繰り返すうちに締着力が徐々に低下することもある。さらに、ボルトに腐食や亀裂が生じることによっても締着力が低下することがある。

上記のような事情を考慮し、以前より締着力の強さ（特に緩みの発生）を検出する方法が提案されている。締着力の緩みを検出するための手段としては、専らボルト頭部と被締着材料との間に作用する圧力を測定するもの（特許文献１参照）、または二つの被締着材料が締着手段によって締着される場合の両被締着材料の中間に作用する圧力を測定するもの（特許文献２参照）があった。これらの従来技術は、上述の圧力の低下をもって緩みの発生とするものであり、その圧力測定には圧電素子が使用されていた。

特開昭６０－３９５２３号公報 特開平５－５２６８４号公報 特開２０１４－２２８４６５号公報

ところが、上述の二つの文献に開示される構成は、締着部材と被締着材料との間、または被締着材料同士の間に、それぞれ圧電素子を挟持させるものであり、当該圧電素子の変形による締着力の低下が懸念されるうえ、強力な締着力が圧電素子に作用することから、長期間使用の場合の耐久性についても懸念されるものであった。さらに、ボルトないしナットにセンサ設置のための加工を必要とすることから、それらの強度低下について懸念された。そこで、取付金具の内部に感圧センサを配置することによって、締着部材または被締着材料の間に圧電素子を直接挟持させることなく、締着力の状態を検出する装置が開発されるに至った（特許文献３参照）。

上記構成の発明は、ゴム（またはエラストマ）製の絶縁体に金属等の導電粒子を分散状態で混入させた感圧センサを使用するものであるところ、この感圧センサを取付金具の内部に配置される二つの電極の中間に積層させることにより、圧力が作用しない状態では導電粒子は分散状態となるため絶縁材料として機能するが、圧力が作用する場合には、圧縮変形して導電粒子が接触して導電材料に変化するものである。また、当該圧縮変形の程度に応じて電気抵抗値が変化することから、その抵抗値を解析することにより締着力を算出し得るものとなっていた。従って、締着手段の緩みの状態を無段階で計測することができるものであった。

しかしながら、上記構成の発明は、締着手段が取付金具を介して被締着材料を締着固定するものであることから、仮に当該取付金具は変形しないものであるとしても、当該取付金具を介して、少なくとも感圧センサを圧縮変形させることが必要となっていた。そのため、締着力の検出においては、感圧センサの圧縮変形によることから、緩みのない状態で締着力が作用している間は当該感圧センサの変形が継続することとなり、当該感圧センサの耐久性について懸念を生じさせることとなっていた。さらに、感圧センサを介して被締着材料を締着固定することは、感圧センサの圧縮変形が経時的変化を生じた場合に、締着力の低下を生じてしまうことが懸念された。

本発明は、上記諸点にかんがみてなされたものであって、その目的とするところは、センサ類を締着手段によって圧縮することなく、締着力の状態（締着強度）を検出し得る検出装置を提供することである。

そこで、本発明は、締着手段の軸部を挿通するための挿通部を有し、座金に加えてまたは座金に代えて使用する締着強度検出装置であって、前記挿通部を形成しつつ適宜な肉厚の壁面によって筒状に形成され、前記締着手段による締着力を伝達する締着力伝達部と、前記締着力伝達部の壁面から放射状に延出される適宜な肉厚の板状部材に構成され、該締着力伝達部とともに締着力を伝達することができる複数の隔壁部と、前記締着力伝達部の壁面もしくは前記隔壁部の表面のいずれかまたは双方に設置されるひずみセンサとを備えることを特徴とする。

上記構成によれば、締着手段によって作用すべき締着力は、締着力伝達部と隔壁部とに分散して作用するとともに、これらを介して被締着材料に伝達されることができる。このとき、これらの締着力伝達部および隔壁部は、適宜な肉厚を有していることで、伝達すべき締着力を減衰させることなく被締着材料に作用させることができる。また、締着力の検出には、締着力伝達部の壁面または隔壁部の表面に設けられるひずみセンサによることから、これらに対する圧縮ひずみの測定値から圧縮応力（締着力）を算出することが可能となる。なお、締着力伝達部の複数個所にひずみセンサを設置し、または複数の隔壁部の表面に複数のひずみセンサを設置することにより、軸方向に均等に作用する締着力の状態を検出することも可能となる。

上記構成の発明において、前記隔壁部は、隣接する該隔壁部の中間によって複数の空隙部を形成するものであり、前記空隙部のいずれかに設置され、前記ひずみセンサに電力を供給するための電源を備える構成とすることができる。

上記構成によれば、筒状の締着力伝達部から放射状に延出する壁面部によって、複数の空隙部が形成されることとなり、この空隙部は、少なくとも締着力伝達部と隔壁部によって締着力が作用しない領域となるため、当該空隙部に電源を設置することができる。この電源はひずみセンサに対し、作動に必要な電力を供給するものであるから、締着強度検出装置ごと（すなわち締着手段ごと）に個別に電力を供給できるとともに、この電力供給を継続させれば、ひずみセンサによる継続的な測定が可能となる。ひずみセンサの作動に必要な電力供給とは、センサの制御回路に対する電力供給を意味するが、ひずみセンサとしてひずみゲージを用いる場合は、当該ひずみゲージを構成する回路に対する電圧印加のために供されることを意味するものである。

上記構成の発明の場合には、前記空隙部のうちのいずれかに、前記ひずみセンサの出力値を検出する検出部およびその検出値を送信するための送信部を備え、該検出部および該送信部は、前記電源に接続され、または他の電源に接続された状態で該電源とともに設置される構成とすることができる。

上記構成によれば、ひずみセンサから出力されるひずみ量（検出値）を検出したうえ、その検出値を外部へ送信させることができる。なお、前記電源は、当該ひずみセンサの作動に必要な電力を供給するとともに、検出部および送信部の作動のための電源としても機能させるものとすることができ、他の電源とともに設置する場合には、検出部および送信部に対する電源供給を個別に行うことができる。これらの設置場所は、空隙部のいずれかであり、一箇所にまとめて設置する場合のほか、複数の空隙部に分けて設置してもよく、空隙部の広さと設置物の大きさによって適宜判断されることとなるものである。

上記構成の各発明においては、前記締着力伝達部および隔壁部の端面に対して同時に当接するように略環状に形成され、前記締着手段による締着力が作用する方向の両側に配設された二つの締着当接部をさらに備える構成とすることができる。

上記構成によれば、締着力伝達部および隔壁部の端面が、締着力が作用する両側において締着当接部に当接されることから、一方の締着当接部は、締着手段による締着力を分散しつつ締着力伝達部および隔壁部に伝達することとなり、他方の締着当接部は、締着力伝達部および隔壁部によって伝達される締着力を被締着材料に伝達することとなる。これにより、締着力は締着力伝達部および隔壁部の双方に作用することから、荷重を分散することができ、締着力に耐え得る強度を維持させることができる。

上記構成の発明の場合には、前記締着当接部の少なくとも一方は、前記締着力伝達部および該隔壁部と一体的に形成されている構成とすることができる。

上記構成によれば、締着当接部が締着力伝達部および隔壁部と一体的に形成されることから、隔壁部によって形成される空隙部には底面部もしくは天板部（またはその双方）を有することとなり、前述の電源等を予めこれらの底面部等に設置することができる。

上述の締着当接部を備える構成による本発明あっては、該締着当接部は、前記締着力伝達部または前記隔壁部による当接を受けない領域において、該締着伝達部の壁面もしくは該隔壁部の表面に設置されるひずみセンサに代えて、またはこれらに加えて、ひずみセンサが設置されるように構成することができる。なお、隣接する隔壁部の間に形成される空隙部のいずれかに電源が設置される構成の場合には、当該電源から電力の供給を受ける構成とすることができるものである。

上記構成によれば、締着当接部は、締着手段による締着力を分散させるものであり、当然に締着力が作用することとなるから、締着当接部そのものにひずみを生じることがあり、効果的にひずみの程度を計測できるものであれば、当該締着当接部にひずみセンサを設けることにより、締着力強度を測定し得るものとなる。そこで、締着当接部のみでひずみを計測し、締着力強度の変化を検出することのほか、締着力伝達や隔壁部におけるひずみの状態に加えて、締着当接部のひずみを計測することにより、締着力の変化の状態を検出することができる。なお、締着当接部におけるひずみは、表面の引張応力（伸び）またはせん断応力（たわみ）によって、締着力を算出することが可能となる。

さらに、上記各構成の発明においては、隣接する前記隔壁部の外側端部の間には、前記空隙部を包囲するための閉鎖壁が設けられている構成としてもよい。

上記構成によれば、締着手段によって締着された状態において、その周辺、特に空隙部の周辺を外部から閉鎖させることができ、空隙に設置される前述の電源等の離脱を抑制しつつ外部からの昆虫類の侵入や部品等の混入を排除し得ることとなる。特に、締着当接部を設ける構成の場合には、空隙部が閉鎖された空間状態とすることができ、外部との遮蔽効果を得ることができる。

上記各構成の発明においては、前記締着手段が座金とともに使用される場合において、前記締着力伝達部の外周は、前記座金の外周よりも小径としてなり、隔壁部の外側端部は、該座金の外周よりも外方に突出してなることが好ましい。

上記構成の場合には、締着手段の使用に際して座金を用いる場合、締着力は第１に座金を介して伝達されることとなるから、この座金の外周（外径）よりも締着力伝達部の外周（外径）を小さくすることにより、締着力は締着力伝達部に集中して作用させることができる。このとき、ひずみセンサを締着力伝達部の壁面に設けることにより、ひずみ量の計測は、集中する圧力の計測値として得ることができる。また、隔壁部の外側端部を座金の外周よりも外方とすることにより、座金を介して伝達される締着力は、隔壁に分散することができることから、締着力を締着力伝達部に集中させる一方で適当に分散させることができ、締着力に耐え得る強度を維持させることができる。特に、締着当接部を有する構成では、当該締着当接部は座金よりも広い面積を有する構成となることから、座金作用する締着力は締着当接部を介して分散させることができる。

上記構成の発明において、前記隔壁部は、前記締着手段による締着力の作用方向の両側において該作用方向に直交する端面部を備え、片側の端面部における総面積と、前記の締着力伝達部の端面の面積との総和が、使用されるべき座金の片側表面の面積よりも大きくしてなることが好ましい。

上記構成によれば、座金を介して締着力が作用する場合、座金の表面よりも広い面積によって荷重を伝達することができることとなり、その荷重により締着力伝達部および隔壁部が受ける応力を小さくすることができる。特に、締着当接部を設ける構成の場合には、これらの端面の全体に分散させることができることから、締着力伝達部および隔壁部に作用する応力を小さくし、耐久性を向上させることができる。

本発明によれば、締着力伝達部および隔壁部によって、十分な耐久力を有する構成となり、これを被締着材料に伝達するときの部材に生ずるひずみ量をひずみセンサで検出する構成であるから、センサ類は締着力によって圧縮されることはない。ひずみセンサを締着当接部に設置する場合も同様である。また、締着力伝達部および隔壁部のいずれか一方、または双方におけるひずみ量を検出し、さらに、これに代えて、またはこれに加えて締着当接部におけるひずみ量を検出することから、当該ひずみ量から容易に締着力を算出し得るものであり、継続して締着力が作用する部分での計測であるため、連続的な締着強度の検出を可能にする。これらの検出値を送信部から送信させることにより、特定の管理装置によって送信データを受信することができ、締着強度の状態を集中管理することも可能となる。このとき、設置場所における温度や湿度または振動量などの周辺の環境情報を同時に入力し得る場合には、締着手段に緩みが生じた場合の原因として、周辺環境との因果関係を特定することに利用することも可能となる。

本発明の第１の実施形態の概要を示す説明図である。 第１の実施形態の平面視における状態を示す説明図である。 第１の実施形態の使用態様を示す説明図である。 第１の実施形態の使用態様を示す説明図である。 第２の実施形態の概要を示す説明図である。 第２の実施形態の平面視における状態を示す説明図である。 第２の実施形態の変形例１の概要を示す説明図である。 第２の実施形態の変形例２の概要を示す説明図である。 第２の実施形態の他の変形例の概要を示す説明図である。 本発明の他の実施形態の概要を示す説明図である。 締着強度検出装置の使用形態を示す説明図である。 第１の実施形態の使用態様における変形例を示す説明図である。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１に実施形態に係る締着強度検出装置の概略を示す図である。本実施形態の締着強度検出装置１は、締着力伝達部２と、この締着力伝達部２から放射状に延出する複数（図は６個）の隔壁部３とで構成されたものである。

締着力伝達部２は、中央に挿通部（貫通孔）２１が設けられ、締着手段（例えば、ボルトの軸部）を挿通可能としている。また、十分な幅寸法Ｗ１を有する筒状（円筒状）に形成されたものであり、締着手段等と間で十分に当接可能（締着力の伝達可能）な面積を保持させている。さらに、締着力が作用する方向（長さ方向）の肉厚Ｈ１は幅寸法Ｗ１に比較して十分に小さく構成され、締着力（圧縮力）の作用により座屈しないような形状としている。

隔壁部３は、締着力伝達部２と一体的に構成されており、隣接する相互の隔壁部３が、等間隔（同じ中心角）で分散して設けられている。締着力が作用する方向に同じ高さ方向の肉厚Ｈ２で構成されるとともに、それぞれの隔壁部３の幅寸法Ｗ２は、十分に当接可能な面積を有する程度としている。隔壁部３は、隣接する隔壁部３との間に空隙部４を形成する機能のほかに、締着力伝達部２とともに、締着力を伝達する機能を有するものであるため、上記当接可能な面積を有しつつ、肉厚Ｈ２を幅寸法Ｗ２に比較して十分に小さくすることにより座屈しないように構成したものである。

上記構成は、平板状部材を所定の形状（円筒状と放射状）に切り出す方法、またはプレス加工によって設けることができる。両者２，３が同じ高さ寸法であることから、締着手段がボルトおよびナットである場合には、これらの締着面に同時に当接することが可能であり、その締着手段による締着力を分散しつつ支持（伝達）することができるものである。締着手段が、座金を使用する場合には、当該座金によって分散される圧縮力を双方によってさらに分散させるものとしている。

図は、さらに、締着力が作用する方向（上下方向）にそれぞれ締着当接部１０ａ，１０ｂを配置するものとしており、この締着当接部１０ａ，１０ｂにボルト頭部や座金などが当接することにより、作用する圧縮力（締着力）の全部を締着当接部１０ａ，１０ｂに作用させたうえで、締着力伝達部２および隔壁部３に分散させることができるようにしている。締着当接部１０ａ，１０ｂは、いずれも適宜な肉厚の概略円環状とする部材であり、中央には、締着力伝達部２と同じ程度の径による挿通部（貫通孔）１１ａ，１１ｂが設けられ、締着手段を挿通可能としている。この締着当接部１０ａ，１０ｂの外径を締着力伝達部２の外径よりも大きく構成することにより、締着力伝達部２と隔壁部３の端面は、この締着当接部１０ａ，１０ｂに対して、同じ面が同時に当接されることとなる。このような構成により、締着手段による締着力を受ける締着当接部１０ｂは、その締着力を分散し、他方の締着当接部１０ａは、締着力伝達部２および隔壁部３から伝達される締着力を被締着材料に分散しつつ伝達することとなる。なお、概略円環状とは、外縁形状が円形または他の多角形状を含むこと、および環状の周方向に連続しない（径方向に切断部を有する）場合を含むことを意味している。

ところで、図２（ａ）に示すように、中央に配置される円筒状の締着力伝達部２から隔壁部３を放射状に延出させる構成であるから、隣接する隔壁部３の間には、それぞれ複数の空隙部４が形成される。この空隙部４を利用して、例えば、電源等（図はボタン電池を例示）５を配置することができる。さらに、この空隙部４を介して、締着力伝達部２の壁面２２または隔壁部３の表面３１が、いずれも外方に露出した状態となっていることから、これらの面２２，３１にひずみセンサ６ａ，６ｂを装着させることができるようになっている。

ひずみセンサ６ａ，６ｂは、締着力伝達部２または隔壁部３に対する圧縮力によるひずみ量を測定するために設けられており、いずれか一方または双方を使用することができる。いずれの形態を選択するかは、締着力がこれらに作用するか否かによって決定することができる。締着力伝達部２のみに締着力が集中する場合は、当該締着力伝達部２にのみひずみセンサ６ａを設けるべきであり、双方に締着力が伝達される場合は、双方にひずみセンサ６ａ，６ｂを設けるか、または隔壁部３のみにひずみセンサ６ｂを設けることができる。また、ひずみセンサ６ａ，６ｂは、一箇所のみでなく、複数設置することが好ましい。例えば、挿通部（貫通孔）２１の軸心を中心として、対称な位置になる２箇所、または６箇所に設けることにより、全体に作用する圧縮力に応じたひずみ量を測定することができる。これは、例えば、締着手段による締着力が軸心に対して偏って作用している場合において、その締着力の全体が好適に作用しているか否かを判断する材料となり得るものである。

また、締着力の作用状態は、締着力伝達部２または隔壁部３のいずれかにおいて測定されれば、その状態変化を検出することが可能となるが、双方について検出することによって、当該締着強度検出装置１の全体の変形量を検出し、装置の強度を検証することも可能となる。

このような締着力伝達部２および隔壁部３は、平面視（底面視も同様）において、適宜面積の平面（端面）を有する構成としており、締着手段によって付与される締着力をこれらの平面が支持する（伝達する）ことができるような構成としている。従って、それぞれの平面の面積は、締着力を伝達できる程度とする必要がある。例えば、締着手段としてボルトおよびナットを使用する場合であって、座金を使用しないときには、締着力伝達部２の平面は、ボルト頭部の当接面（軸部側の軸部を除く範囲）と同程度とすることが好ましい。これは、ボルトによる締着力を締着力伝達部２に集中させるためである。この場合の隔壁部３は、締着力伝達部２の立設状態を維持させるための補強部材として機能することとなる。

他方、座金を使用することを想定する場合には、図２（ｂ）に示すように、締着力伝達部２の外周は、座金が当接する領域（図中仮想円）Ｐの外周よりも小径とし、また、隔壁部３の先端（外側端部）は、当該領域Ｐよりも外方に達する長さで延出させるものとしている。これは、座金によって締着力が分散されたものを、さらに締着力伝達部２および隔壁部３に分散させるためである。このような構成の場合には、隔壁部３も締着力を伝達する機能を発揮することとなる。なお、この場合の締着力伝達部２および隔壁部３の各平面（端面）の両者における総面積は、当該座金の当接する領域Ｐの面積よりも大きくすることにより、座金に伝達した締着力を分散させることができるものである。

上記のような構成による締着強度検出装置１は、締着手段に対し、座金のように使用することができる。図３は、その使用態様を示すものであり、（ａ）はボルト７の軸部７１に締着強度検出装置１を装着する前の状態を示し、（ｂ）は当該軸部７１に締着強度検出装置１を装着した状態を示している。なお、図の締着強度検出装置１は、上下に配置した締着当接部１０ａ，１０ｂとともに一体化させたものを例示しているが、締着強度検出装置１を単体で使用してもよい。また、締着手段としては、ボルト７およびナット８によるものとし、座金９を用いる場合を例示している。

このような締着手段７，８による締着強度を検出する場合は、図のように、一体化した締着強度検出装置１の中央に形成される挿通部（貫通孔）２１にボルト７の軸部７１を挿通させることにより、当該軸部７１に対して鍔状に装着することができる。この状態でボルト７の頭部７２まで移動させることにより座金のように使用することができるのである。締着のためにボルト７に螺合するナット８を使用することにより、その中間に配置する被締着材料を両側から締着することができるものである。

被締着材料との関係を図４に示している。図は、二つの被締着材料Ａ，Ｂを接合する状態を示しており、例えば、基礎部分の材料Ｂに対して設置部材Ａを接合するような状態を例示するものである。図４（ａ）に示されるように、被締着材料Ａ，Ｂには、予めボルト等７の軸部７１が挿通できる貫通孔Ａａ，Ｂａが設けられ、この貫通孔Ａａ，Ｂａにボルト等７の軸部７１を挿通したうえで、先端側においてナット等８を螺着させることによる。そして、ボルト等７の頭部７２を回転させる（締め込む）ことにより、頭部７２とナット等８との間隔を小さくすることによって、締着力を作用させるものである。

このとき、締着強度検出装置１は、一方の被締着部材Ａの表面側に配置され、ボルト等７の頭部７２（座金９を用いる場合は座金９）との間に配置される状態なる。従って、この締着強度検出装置１には、ボルト等７による締着力が作用する状態となっている。そのため、当該締着強度検出装置１を構成する締着力伝達部２および隔壁部３が、その締着力の作用を受けるとともに、これを被締着部材Ａに伝達することとなるのである。そこで、この締着力伝達部２もしくは隔壁部３のいずれか一方または双方において、ひずみ量を測定することにより、締着力の強度を検出することができるのである。

締着力強度は、ひずみセンサ６ａ，６ｂを使用して検出されるものであるが、このひずみセンサ６ａ，６ｂとして、例えば、一般的なひずみゲージを使用することができる。ひずみゲージを使用する場合には、当該ひずみゲージを構成する回路に電圧を印加し、ひずみゲージの変形に伴う抵抗値の変化によって得られる出力電圧から締着強度を算出することができる。電源等（ボタン電池など）５は、この場合の電圧印加のために使用されることとなる。

ひずみゲージを使用する場合に限らず、感圧センサやその他のひずみセンサを使用することにより検出されるひずみ量から締着力を検出することができる。すなわち、締着力は、締着力伝達部２または隔壁部３に対する圧縮力として作用するため、高さ方向の肉厚Ｈ１，Ｈ２（図１）の変化量からひずみ量を測定し、これを締着力伝達部２または隔壁部３の材料について応力－ひずみ曲線で表される応力特性に応じて圧縮応力（締着力）の大きさを検出することができる。

上記のような方法により、本実施形態による締着強度検出装置１による締着強度の検出が可能となる。なお、図４（ａ）は、締着強度検出装置１をボルト等７の頭部７２の側に配置しているが、図４（ｂ）に示すように、ナット等８の側において、当該ナット８と被締着材料Ａとの間に配置してもよい。また、締着にはナット８が必須ではなく、被締着材料に雌ネジが刻されたものであれば、当該雌ネジに直接螺合させる場合もあり得る。さらには、図示のように締着当接部１０ａ，１０ｂを設ける構成の場合には、座金９を使用しない形態であってもよい。

本実施形態は上記のような構成であるから、締着力伝達部２および隔壁部３が締着力を被締着材料Ａ，Ｂに伝達するため、締着手段７，８と被締着材料Ａ，Ｂの間にセンサ類を介在させることがなく、センサ類を締着力によって圧縮する必要がない。これにより、センサ類の耐久性を考慮する必要もないこととなる。また、締着力伝達部２または隔壁部３によるひずみ量の検出はひずみセンサを用いたものであるため、そのひずみ量の変化を継続して測定できることとなり、締着強度の変化の状態を検出することも可能となる。

さらに、締着強度検出装置１は、複数の隔壁部３によって複数の空隙部４が形成されることから、この空隙部４には、他の装置を設置することができる。前述のような電源等５としては、前掲の電源（ボタン電池）のほかに、検出部や送信部などの処理部があり、これらを空隙部４に設置することも可能となる。この処理部には、ひずみセンサ６ａ，６ｂによる値（検出値）を検出する検出処理部（検出部）とともに、当該検出値を出力データに変換する処理部に加えて、送信機（送信部）を備えるもので構成することにより、ひずみセンサ６ａ，６ｂによって検出され得る検出値（出力データ）を所定の管理装置に送信させることも可能となる。なお、電源としては、例示のボタン電池のほか、コイン電池や小型のリチウムイオン電池などの中から適宜選択することができ、その他に空隙部４に収納可能な電源があれば使用することができる。

上述のような電源等５、ひずみセンサ６ａ，６ｂおよび処理部等は、前記空隙部４のうちのいずれかを選択して設置することができる。すなわち、空隙部４は、隔壁部３の数や幅寸法Ｗ２によって、その広さが左右されることとなるため、比較的広い空間が形成される場合は、上記電源等５を一つの空隙部４に設置することが可能であるが、比較的狭い空間となる場合は、個別に設置することとしてもよい。特にひずみセンサ６ａ，６ｂをひずみゲージで構成する場合には、薄肉のフィルム状に形成し得ることから、他の部材（ボタン電池など）と同じ空隙部４に設置することができ、複数設置される個々のひずみセンサ６ａ，６ｂごとに個別のボタン電池等を同じ空隙部４に設置する形態とすることも可能である。さらには、処理部（検出部および送信部）についても、同じ空隙部４または異なる空隙部４のいずれかを選択することができ、この処理部に電源供給するためのボタン電池等を個別に設置してもよい。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５は、第２の実施形態を示すものである。この図に示されるように、本実施形態の締着強度検出装置１は、締着力伝達部２から放射状に設けられる複数の隔壁部３の幅寸法Ｗ２を一定とせず、締着力伝達部２との境界となるべき位置（隔壁部３の基部側端部３０ａ）において最大の幅寸法Ｗ２－１を形成し、外側端部３０ｂに向かって、その幅寸法を徐々に縮小させた先細り形状としたものである。従って、隔壁部３の外側端部３０ｂは尖端形状となっている。

また、本実施形態における隔壁部３の基部側端部３０ａは、隣接する相互の隔壁部３と接しており、その相互の隔壁部３の間には、締着力伝達部２の壁面が隔壁部３の壁面３１とは明確に区別されていない。そのため、結果的に締着力伝達部２は円筒状に形成されるものではなく、隔壁部３と一体化した状態となり、締着力伝達部２は隔壁部３の基部が連続する部分によって構成されるものである。従って、全体的には、中央に挿通部（貫通孔）２１を有する星形状を形成するものとなっている。

この場合、ひずみセンサ６ａ，６ｂの設置場所としては、締着力伝達部２の壁面を選択することはなく、隔壁部３の側面３１のうち、締着力伝達部２の近傍か、先端近傍か、またはその中間かを選択することとなる。

上記のような構成の場合には、隔壁部３の外側端部３０ｂの近傍においては、当該隔壁部３の幅寸法Ｗ２－２が極めて小さいものとなるため、締着力が作用するときのひずみが比較的大きくなる。従って、当該外側端部３０ｂの近傍にひずみセンサ６ｃを設置することにより、そのひずみ量の変化が検出しやすくなる。なお、締着手段による締着強度の低下に伴うひずみの変化は、当該外側端部３０ｂにおいてのみ検出できないことを考慮する場合には、その他の位置にもひずみセンサ６ａ，６ｂを設置し、総合的なひずみ量の変化により、締着強度を検出することができる。

ところで、本実施形態における隔壁部３は、やはり第１の実施形態と同様に、隣接する隔壁部３の間に空隙部４を構成するものである。従って、隔壁部３は、締着力伝達部２とともに締着力を伝達する機能を有するほかに、上記空隙部４を形成する機能をも有するものである。そこで、この空隙部４には、電源等（ボタン電池）５を設置することができるものである。さらに、電源等（ボタン電池）５が設置される空隙部４に、または電源等（ボタン電池）５とは異なる空隙部４に、検出部や送信部などの処理部を設置することも可能である。

そこで、略円環状の締着当接部１０ａ，１０ｂを設けることにより、その間にボタン電池や処理部などの電源等５を設置することができるのである。すなわち、図６（ａ）に示すように、本実施形態における複数の隔壁部３は、全て同じ長さで放射状に延出させていることから、隔壁部３の外側端部３０ｂは、挿通部（貫通孔）と同心円上に位置することとなる。そのため、締着当接部１０ａ，１０ｂの外周円Ｑが、隔壁部３の全ての外側端部３０ｂに内接する円（仮想円）Ｒと同程度か、それよりも大きい径を円形とすれば、空隙部４の上下方向に位置する締着当接部１０ａ，１０ｂが対向する表面間に、これらの電池等５（ボタン電池５１および処理部５２など）を設置し得るものとなる。

また、一方において、図６（ｂ）に示すように、座金を使用する場合を想定するときには、隔壁部３の基部側端部３０ａは、座金が当接する領域（図中仮想円）Ｐよりも中央に位置する状態となり得るが、隔壁部３の外側端部３０ｂは、当該仮想円Ｐよりも外方に位置させることにより、締着力伝達部２および隔壁部３の表面（端面）の総面積を大きくし、座金から伝達される締着力を適度に分散するものとしている。

本実施形態は、上記のような構成であるから、隔壁部３によって締着力を伝達させることができるとともに、その間に適宜な空間を有する空隙部４を形成し得ることは第１の実施形態と同様である。そのうえ、本実施形態では、隔壁部３が平面視において先細り形状となっていることから、外側端部３０ｂの近傍における幅寸法Ｗ２－２を小さくすることができる。この小さな幅寸法Ｗ２－２による外側端部３０ｂの近傍において、ひずみセンサ６ｃによるひずみ量の変化を検出することができることから、締着力全体の変化を比較的詳細に検出させることができる。

＜第２の実施形態の変形例１＞
上記第２の実施形態は、第１の実施形態における隔壁部３の構成を変化させたものであり、その隔壁部３の幅寸法が均一でなくてもよいものである。そこで、同様の構成の趣旨からは、図７に示すように、隔壁部３の基部側端部３０ａを曲線状とし、また、外側端部３０ｂも尖端ではなく弧状としてもよい。隔壁部３の側部は直線である必要がなく、適宜曲線とした形状であってもよいのである。この場合においても、隔壁部３は、締着力伝達部２とともに締着力を伝達する機能を有するほかに、上記空隙部４を形成する機能をも有するものである。従って、略円環状の締着当接部１０ａ，１０ｂを設けることにより、これらの電源等５（ボタン電池５１および処理部５２など）をその間に設置することができるものとすることができる。この場合の締着当接部１０ａ，１０ｂの外周円Ｑの径は、隔壁部３の外側端部３０ｂの仮想円Ｒの径以上としてよい。

＜第２の実施形態の変形例２＞
また、第２の変形例としては、図８に示すように、締着当接部１０ａ，１０ｂのいずれか一方（図は下位の締着当接部１０ａ）の外周縁に沿って筒状の閉鎖壁１０ｃを一体的に構成したものである。閉鎖壁１０ｃとは、締着当接部１０ａ，１０ｂの中間に、上記のような構成とした締着強度検出装置１を配置するとき、隔壁部３の間に形成される空隙部４の外側を包囲して、当該空隙部４を閉鎖させた空間を形成するための壁面部材を意味するものである。この閉鎖壁１０ｃを予め締着当接部１０ａに一体的に設けることにより、当該閉鎖壁１０ｃは有底筒状に形成された容器のような状態となり、この中に締着強度検出装置１を収納することで、空隙部４を閉鎖するのである。

ところで、上述のように、締着当接部１０ａの外周円の径は、隔壁部３の外側端部３０ｂを通過する仮想円と同程度とするか、それ以上としてよいものであった。そのため、締着当接部１０ａの外周円の径が、大きい場合には、隔壁部３の外側端部３０ｂは、閉鎖壁１０ｃに到達しないこととなる。この状態は、厳密な意味において、空隙部４を閉鎖させる状態ではないが、空隙部４に設置される電源等５（ボタン電池５１および処理部５２など）を包囲させるための閉鎖であれば、この程度でも十分である。しかも、隔壁部３の外側端部３０ｂと閉鎖壁１０ｃとの間に適度な間隙を形成させていることから、異なる複数の空隙部４に設置した複数の電源等５（例えば、ボタン電池５１および処理部５２など）を結線することが可能となり、必要な装置を複数の空隙部４に分離して設置し、これらを接続可能なものとすることができる。そのため、敢えて、上記間隙を形成させるように、閉鎖壁１０ｃの内周径を大きく（隔壁部３が到達しないように）設ける構成とすることができるものである。

＜第２の実施形態の他の変形例＞
その他の変形例としては、図９（ａ）および（ｂ）に示すように、異なる形態の隔壁部３が混在したものである。例えば、図９（ａ）は、隔壁部３は、一部の幅寸法Ｗ２ａと他の幅寸法Ｗ２ｂとを異ならせたものである。これは、第２の実施形態における先細り形状とした隔壁部３の場合には、外側端部３０ｂの近傍では幅寸法が小さいことから、この部分にひずみセンサを設置することで、ひずみ量の変化を検出しやすくなっていたことに基づくものである。すなわち、隔壁部３は、締着力伝達部２とともに締着力を伝達するため、適宜な幅寸法とすることで好適な強度を維持しつつ、ひずみ量の変化を検出できることが要求される。そこで、幅広の隔壁部３と細幅の隔壁部３とを混在させることにより、両者の要請に資するものとしているのである。

また、同様に、図９（ｂ）に示すように、一部の隔壁部３ａは、第１実施形態と同様の構成としつつ、他の隔壁部３ｂについては、第２の実施形態のような先細り形状とするものである。この場合には、締着力伝達部２の円筒状部分を形成できることから、その壁面２２にひずみセンサを設けることができるほか、先細り形状とした隔壁部３ｂの外側端部３０ｂの近傍にもひずみセンサ６ｃを設置することができることとなり、全体的な締着力の変化を各位置において検出することが可能となるため、締着力強度の状態を総合的に判断するための検出が可能となる。

なお、この種の変形例のように、異なる形状の隔壁部３ａ，３ｂを混在させる形態の場合には、締着力伝達部２とともに、締着力を安定した状態で伝達させるため、バランス良く配置することが必要である。そこで、この変形例では、両者３ａ，３ｂを交互に配置するとともに、隣接する隔壁部３ａ，３ｂの放射状の中心線は、等角となるように配置し他ものとしている。このような配置により、円形端面全体が偏ることなく締着力を受け、これを伝達することができることとなる。

＜他の実施形態＞
次に、他の実施形態について説明する。図１０は、本発明の他の実施形態を示すものである。図１０（ａ）は、締着力伝達部２および隔壁部３に対し、一方の締着当接部１０ａを底面部として一体的に構成したものであり、図１０（ｂ）は、さらに他方の締着当接部１０ｂを天板部として一体的に構成したものである。これらの一体化は、個別の部材を接着、圧着または溶着するなどにより、一体的に構成することができるほか、図１０（ａ）の底面部１０ａとの一体的構造物は、プレス加工等によって設けることもできる。

このように、一方の締着当接部１０ａを一体的に構成する場合には、当該締着当接部１０ａにひずみセンサ６ｃを設ける形態としてもよい。すなわち、当該締着当接部１０ａは、締着力伝達部２や隔壁部３に作用する締着力に応じてひずみを生じることとなることから、比較的広い表面を利用してひずみを検出させる構成とすることができる。このような形態におけるひずみ計測においても、複数個所にひずみセンサ６ｃを設置することにより、均等に作用する締着力の検出を可能にし得る。なお、一体的な構成の場合には、全体としてひずみを生じるため、その当接面の適宜位置にひずみセンサ６ｃを設けることにより、ひずみの計測が容易になるが、一体的な構成でなく個別の部材として構成される場合であっても同様の形態とすることができる。つまり、一体的でない場合であっても、締着力はこれらの締着当接部１０ａ，１０ｂに作用することから、締着力の作用によって少なからず締着当接部１０ａ，１０ｂはひずみを生じることとなる。そこで、締着力伝達部２や隔壁部３の当接を受けない領域にひずみセンサ６ｃを設けることによって、当該ひずみを計測することにより締着力強度の検出を可能にし得るものである。

また、図１０（ａ）に示されているように、締着当接部（図は他方の締着当接部）１０ｂは円環状ではなく、径方向の切り溝１２ｂを設けて部分的に切断された状態としてもよい。これは、挿通部１１ｂを貫通孔によることなく構成されるため、締着手段による締着力の偏りに応じて変形を容易にしている。従って、締着力が作用する方向へ適宜変更可能となり、締着状態（特に座金を使用しない場合）における締着手段との密着性を向上させることができる。締着当接部１０ａ，１０ｂがいずれも分離して構成される形態においては、これら双方の締着当接部１０ａ，１０ｂについて、同様の構成とすることができるものである。また、締着力伝達部２における挿通部２１においても同様であって、全体としての密着状態に応じて適宜切り溝を設ける構成とすることができる。

さらに、いずれの形態においても、円筒状の閉鎖壁１０ｃを設け、全体または空隙部４のみを閉塞する構成としてもよい。この閉塞壁１０ｃを設置することにより、少なくとも空隙部４は、閉塞された空間部となり、内部に設置されるひずみセンサ６ａ，６ｂ，６ｃや電源等５などが外部に露出しない状態となり、設置（締着）した場所の周辺から塵や害虫等の侵入を防止させる効果を得ることができる。

上述のような締着強度検出装置１は、被締着材料Ａ，Ｂの接合において締着手段を使用する場合の締着強度が適当であるか否かを検出するほか、長期間締着状態を維持させる場合における緩み状態の検出に使用できる。すなわち、締着の初期状態では、本来必要とされる締着強度（構築時の接合強度）を測定する場合にひずみセンサの状態から所望強度を与えているか否かを判断するほか、長期間の使用中にひずみセンサの値の変化を検出することにより緩みの状態となっていることを検出することも可能となる。

さらに、図１１に示すように、特定の緊張材料を緊張させるときの張力計測に使用することも可能である。例えば、プレストレストコンクリートを製造する場合における緊張材の張力測定などがある。図１１（ａ）は、プレストレストコンクリートに使用される緊張材の測定状態を例示している。すなわち、プレストレストコンクリートは、プレストレス方式とポストストレス方式があるが、専らプレストレス方式の場合には、型枠Ｘの長手方向に緊張材Ｙを配置し、その緊張材Ｙを長手方向に緊張させた状態でコンクリートＺを型枠Ｘに打設し、打設コンクリートが固化した後に緊張を緩めることにより、コンクリート全体に圧縮力を付与するものである。コンクリートに予め圧縮力を付与することにより、伸長方向への応力に耐え得るコンクリート構造体を構築するための工程である。

ここで、緊張材Ｙの緊張は、所望の張力（引張力）を付与することが重要となるが、通常は、ジャッキ等による引張力を付与することから、ジャッキ等の能力に応じて緊張力が設定されていた。このような張力（引張力）をより強く、または適度に調整する場合、その調整は容易でないことから、ジャッキ等により適宜張力（引張力）を付与した後、本実施形態を使用しつつ締着手段によって調整し得るものとしている。

ここで、図１１（ｂ）に示すように、緊張材Ｙの一部には、雄ネジを刻設しておき、ナット８によって締着力を付与できるようにしておくのである。締着強度検出装置１は、緊張材Ｙに挿通させ、型枠Ｘとナット８の間に配置することにより、ナット８による締着強度を測定できるようにするのである。なお、締着強度検出装置１は、型枠Ｘの片方にのみ設置してもよいが、両側に設置すれば、締着力の偏りを修正することも可能となる。

本発明の実施形態は上記のとおりであるが、上記実施形態は、本発明の一例を示すものであって、これらに限定される趣旨ではない。従って、上述の実施形態の一部を変形し、または他の要素を追加するものであってもよい。

例えば、図１２は、本発明の使用形態についての変形例を示すものである。締着手段がボルト７およびナット８による場合には、座金を使用することが多いものである。特に、橋梁などの大型構築物では、ボルト７の頭部７２に締着力が集中することを避けるため、座金９を設けることを強制されることがある。ところが、構造物によっては、座金９の弾性力を利用して締着状態を維持するため（緩み防止のため）にバネ座金（スプリングワッシャ）を使用する場合がある。この場合においても、図１２（ａ）に示すように、締着当接部１０ａ，１０ｂが設けられれば、当該バネ座金９の弾性力の全体を当該締着当接部１０ａ，１０ｂに作用させることができることから、上記実施形態と同様に使用することができる。

また、図１２（ｂ）に示すように、座金９を使用せず、締着強度検出装置１を座金として機能させる使用方法もあり得る。この場合には、図示のように、締着当接部１０ａ，１０ｂが設けられる構成が好ましい。その理由としては、ボルト７の頭部７２またはナット８に作用する締着力を締着力伝達部２および隔壁部３の全体に分散させることができるからである。

さらに、第１の実施形態の使用態様を示す図３および変形例を示す図１２には、座金の形状として、一般的なボルトおよびナットを締着手段とした場合の一般的なものとして、円環状の座金を例示したが、座金を使用する場合の態様において、その形状は円環状に限定されるものではない。すなわち、外縁の形状が四辺形や多角形のものであってもよい。締着手段の種類に応じて必然的に決定される形状、または特別な用途のために特殊な形状とした座金を用いる場合であっても、上述した締着強度検出装置を使用することができるものである。

１ 締着強度検出装置
２ 締着力伝達部
３ 隔壁部
４ 空隙部
５ 電源等
６ａ，６ｂ，６ｃ ひずみセンサ
７ ボルト
８ ナット
９ 座金
１０ａ，１０ｂ 締着当接部
１０ｃ 閉鎖壁
１１ａ，１１ｂ 挿通部（貫通孔）
１２ｂ 切り溝
２１ 挿通部（貫通孔）
２２ 締着力伝達部の壁面
３０ａ 隔壁部の基部側端部
３０ｂ 隔壁部の外側端部
３１ 隔壁部の表面
５１ 電池（ボタン電池）
５２ 処理部（検出部、送信部）
７１ ボルトの軸部
７２ ボルトの頭部
Ａ，Ｂ 被締着部材
Ｈ１ 締着力伝達部の高さ方向の肉厚
Ｈ２ 隔壁部の高さ方向の肉厚
Ｐ，Ｒ 仮想円
Ｑ 締着当接部の外周円
Ｗ１ 締着力伝達部の幅寸法
Ｗ２，Ｗ２ａ，Ｗ２ｂ 隔壁部の幅寸法
Ｗ２－１ 隔壁部の基部側端部における幅寸法
Ｗ２－２ 隔壁部の外側端部における幅寸法
Ｘ 型枠
Ｙ 緊張材
Ｚ コンクリート

Claims (9)

1. 締着手段の軸部を挿通するための挿通部を有し、座金に加えてまたは座金に代えて使用する締着強度検出装置であって、
   前記挿通部を形成しつつ適宜な肉厚の壁面によって筒状に形成され、前記締着手段による締着力を伝達する締着力伝達部と、
   前記締着力伝達部の壁面から放射状に延出される適宜な肉厚の板状部材に構成され、該締着力伝達部とともに締着力を伝達することができる複数の隔壁部と、
   前記締着力伝達部の壁面もしくは前記隔壁部の表面のいずれかまたは双方に設置されるひずみセンサと
   を備えることを特徴とする締着強度検出装置。
2. 前記隔壁部は、隣接する該隔壁部の中間によって複数の空隙部を形成するものであり、
   前記空隙部のいずれかに設置され、前記ひずみセンサに電力を供給するための電源を備えている請求項１に記載の締着強度検出装置。
3. 前記空隙部のうちのいずれかに、前記ひずみセンサの出力値を検出する検出部およびその検出値を送信するための送信部を備え、該検出部および該送信部は、前記電源に接続され、または他の電源に接続された状態で該電源とともに設置されるものである請求項２に記載の締着強度検出装置。
4. 隣接する前記隔壁部の外側端部の間には、前記空隙部を包囲するための閉鎖壁が設けられている請求項２または３に記載の締着強度検出装置。
5. 前記締着力伝達部および隔壁部の端面に対して同時に当接するように略環状に形成され、前記締着手段による締着力が作用する方向の両側に配設された二つの締着当接部をさらに備えるものである請求項１～４のいずれかに記載の締着強度検出装置。
6. 前記締着当接部の少なくとも一方は、前記締着力伝達部および該隔壁部と一体的に形成されている請求項５に記載の締着強度検出装置。
7. 前記締着当接部は、前記締着力伝達部または前記隔壁部による当接を受けない領域において、該締着力伝達部の壁面もしくは該隔壁部の表面に設置されるひずみセンサに加えて、ひずみセンサが設置されるものである請求項５または６に記載の締着強度検出装置。
8. 前記締着手段が座金とともに使用される場合において、前記締着力伝達部の外周は、前記座金の外周よりも小径としてなり、隔壁部の外側端部は、該座金の外周よりも外方に突出してなる請求項１～７のいずれかに記載の締着強度検出装置。
9. 前記隔壁部は、前記締着手段による締着力の作用方向の両側において該作用方向に直交する端面部を備え、片側の端面部における総面積と、前記の締着力伝達部の端面の面積との総和が、使用されるべき座金の片側表面の面積よりも大きくしてなる請求項８に記載の締着強度検出装置。
   

Images