WO2017038803A1

WO2017038803A1 - ホイール締結状態判定装置

Info

Publication number: WO2017038803A1
Application number: PCT/JP2016/075293
Authority: WO
Inventors: 泰孝楠見
Original assignee: Ntn株式会社
Priority date: 2015-09-04
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2017-03-09
Also published as: JP6639838B2; JP2017047837A

Abstract

ホイール取付時や車両点検時にホイール締結部の締結品質を精度良く判定でき、かつ締結状態の判定のためにホイールに常設する部品が、精度の良い歪検出が可能でありながら、コンパクトで車両への影響を小さくできるホイール締結状態判定装置を提供する。スペーサ型のセンサユニット(3)と、締結状態判定手段(5)と、締付工具(19)の締付トルク測定手段(20)とを備える。センサユニット(3)は、ホイールをハブに取付ける各ハブボルトの頭部とホイールナットとの間に、ホイールの全周に渡って介在する変形発生用のリング状のスペーサ状部材(12)、および少なくとも１つの歪センサ(13)を備える。締結状態判定手段(5)は、情報処理装置(4)に設けられる。締結状態判定手段(5)は、歪センサ(13)の歪の情報、および締付トルク測定手段(20)で検出された締付トルクを用いて締結状態の判定を行う。

Description

ホイール締結状態判定装置

関連出願

　本出願は、２０１５年９月４日出願の特願２０１５－１７４３７４の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。

　この発明は、自動車および各種産業機械の動力伝達系に使用されるハブとホイール間の締結部の締結状態を判定する装置、詳細には、ホイール組付け時や車両点検時にホイール締結状態を判定するメンテナンス用装置等として機能するホイール締結状態判定装置に関する。

　自動車、特に大型商用車等において、車輪をハブに組付ける際には、ハブとホイール間に適切な軸力を付加することが重要である。しかし、軸力を測定することは難しい為、トルクレンチを用いて、ホイールナットの締付トルクを管理する方法が一般的である。トルクレンチの中には、ブルートゥース（登録商標）等の無線通信を介して実締付トルクデータを保存出来る製品もある。

　組付け後にホイールの締結状態を確認するメンテナンス手段としては、ナットの打音チェックが一般的であり、ハンマリング器具に加速度計を組み込み、ナット緩みやボルト損傷による共振周波数の変化を検知する診断ツールも存在する。

　車輪状態を監視する技術としては、次の様に、車両制御の為にタイヤ作用力を検出する方式も提案されている（特許文献１～３）。例えば、タイヤの作用力検出装置としては、ホイール支持部（ハブ）とホイール間に柱状部と板状部を有する弾性部材を配置し、各部位に生じる応力、歪等の情報から、タイヤ接地面にかかる作用力を演算し検出する。この装置は、板状部に歪を増大させる応力集中部を設けるが、前記特許文献にその具体案は記載されていない。

特許第４８６０６８０号公報特許第５４５５３５７号公報特許第５０８３３１４号公報

　上述した装置の問題として、以下の事項が挙げられる。
　(i)締付トルク管理の場合、締付スピードやボルトおよび／またはナットの表面摩擦係数によって、発生軸力にばらつきが生じる。
　(ii)打音による従来の確認手法では、完全なナット緩みは検出出来るが、点検者による検知精度にばらつきがあるうえ、締付トルクが適正値かどうかの判定は出来ない。
　(iii)大型商用車はボルト数が多く（８穴または１０穴）、正規締付トルクでの締付忘れが発生する可能性がある。

　この発明の目的は、ホイール取付時や車両点検時にホイール締結部の締結品質を精度良く判定でき、かつ締結状態の判定のためにホイールに常設する部品が、精度の良い歪検出を可能にしながら、コンパクトで車両への影響を小さくできるホイール締結状態判定装置を提供することである。

　以下、便宜上理解を容易にするために、実施形態の符号を参照して説明する。
　この発明の一構成に係るホイール締結状態判定装置は、ホイール２が車軸に締結されたホイール締結部２ａに着脱可能に設置されたセンサユニット３であって、前記ホイール締結部２ａの締結状態に応じて変化する状態量を検出するセンサユニット３と、このセンサユニット３に、信号の受信が可能に接続された情報処理装置４とを備え、
　前記センサユニット３は、前記ホイール２の全周に渡り設けられ、前記ホイール２をハブ６に取付ける複数のハブボルト７の各頭部とそれぞれ対応する複数のホイールナット８との間に介在し前記複数のハブボルト７とそれぞれ対応する前記複数のホイールナット８とによる締め付け力を受ける変形発生用のリング状のスペーサ状部材１２、およびこのスペーサ状部材１２における周方向箇所に設けられて前記スペーサ状部材１２の歪を検出する少なくとも１つの歪センサ１３を有するスペーサ型であり、
　前記情報処理装置４は、前記センサユニット３の前記少なくとも１つの歪センサ１３で検出された歪の情報と、前記情報処理装置４に入力された前記複数のホイールナット８の締付トルクの情報とから、定められた規則に従って前記ホイール締結部２ａの締付状態を判定する締付状態判定手段５を有する。

　この構成によると、前記情報処理装置４に設けられた締付状態判定手段５は、センサユニット３の少なくとも１つの歪センサ１３で検出された歪の情報と、ホイールナット８の締付トルクの情報とから、ホイール締結部２ａの締付状態を判定する。そのため、ホイール２の組付け時に、ホイール締結部２ａの締結品質を精度良く判定することができる。また、ホイール２の組付け時における前記歪センサ１３による歪の情報とホイールナット８の締付トルクの情報との相関等を求めておくことで、車両点検時には、ホイールナット８の締付トルクの情報がなくとも、求めておいた相関と前記歪センサ１３の歪の情報から、ホイール締結部２ａの締結品質を精度良く判定することができる。

　前記センサユニット３は、前記変形発生用のリング状のスペーサ状部材１２、およびこのスペーサ状部材１２における複数のボルト孔１１の間の周方向位相部位に設けられて前記スペーサ状部材１２の歪を検出する少なくとも１つの歪センサ１３とを有するスペーサ型であるため、精度の良い歪検出が可能でありながら、構造が簡単でコンパクトであり、またホイール２の支持剛性等の車両への影響を小さくできる。

　前記スペーサ状部材１２の周方向においては、前記複数のホイールナット８の最外径内の領域が、凹みおよび欠如部分のいずれもが存在しない形状であっても良い。換言すれば、前記スペーサ状部材１２は、ホイールナット８の最外径内、またはホイールナット８のフランジ部内の領域では、ハブおよびホイールと接触可能な形状である。この形状とすることで、ホイールナット８の締付によってホイールの締結に関係する部材にかかる軸力を損なわず、強固に連結が可能になる。前記ホイールナット８がワッシャ部を一体に有する場合は、前記最外径は、前記ワッシャ部を含む最外径である。

　前記スペーサ状部材１２は、さらに、
　　複数の周方向位相部位にそれぞれ形成され、前記複数のハブボルト７がそれぞれ挿通される複数のボルト孔１１を有し、前記複数のボルト孔１１のうちの少なくとも２つの前記ボルト孔１１の間の周方向位相部位に、前記歪センサ１３が取り付けられても良い。ボルト孔１１の間の周方向位相部位に前記歪センサ１３を取付けることで、一部のホイールナット８の緩みで生じるスペーサ状部材１２の歪を感度良く検出できる。

　前記スペーサ状部材１２の前記少なくとも２つのボルト孔１１の間の前記周方向位相部位が薄肉部であっても良い。このように薄肉部を設けることで、センサや端子の実装部位として利用し、その実装したセンサ等をスペーサ状部材１２の全体の肉厚から突出しないようにできる。そのため、前記スペーサ状部材１２を支障なく部材間に挟み込むことができる。また、前記薄肉部を設けることで歪を集中させることができ、歪の検出の感度を向上させ、締結状態の異常判定の精度を向上させることができる。

　この場合に、前記スペーサ状部材１２は、前記少なくとも２つのボルト孔１１の間の前記薄肉部である前記周方向位相部位の一部に、歪集中部となる最薄部を有しても良い。このように最薄部を設けることで、スペーサ状部材１２の歪がより一層集中し、歪の検出の感度の向上、締結状態の異常判定の精度をより一層向上させることができる。

　前記少なくとも１つの歪センサ１３は、前記スペーサ状部材１２に取付けられてこのスペーサ状部材１２の変形により歪むダイヤフラム１３ｂと、このダイヤフラム１３ｂに取付けられてこのダイヤフラム１３ｂの歪を検出するセンサ素子１３ａとで構成されても良い。スペーサ状部材１２自体に薄肉部を設けるのではなく、上記のようにダイヤフラム１３ｂを設けてもスペーサ状部材１２の歪を感度良く検出することができる。

　前記センサユニット３は、さらに、温度センサ１４を有しても良い。歪センサ１３の歪の検出値は温度に応じて変わるため、温度センサ１４で温度を検出し、温度補正を行うことが、締結状態の異常判定の精度向上の上で好ましい。また、温度センサ１４により、ブレーキ引きずり等による異常発熱の検知も可能になる。

　前記情報処理装置４は、前記センサユニット３から送信された前記歪や温度の情報を受信するように構成され、かつ前記締付トルクを測定する締付トルク測定手段２０から送信された前記締付トルクの情報を受信するように構成されたデータ受信／入力部２２を備えても良い。

　この構成の場合、締付トルク測定手段２０から直接に情報処理装置４へ締付トルクの測定値が送信されるため、締付トルク測定手段２０から締付トルクの測定値を読み取って情報処理装置４へ手入力などで入力し直す場合と異なり、入力間違いが生じず、また入力作業の手間を省くことができる。

　前記センサユニット３は、前記情報処理装置４と配線で接続されるための端子１６を有し、前記配線によって前記歪センサ１３の検出信号の送信、および前記情報処理装置４から前記歪センサ１３への給電が行われても良い。このように、センサユニット３が電源も通信装置を持たず、情報処理装置４と接続して給電／測定を行う構成とした場合、メンテナンス時専用ツールとなるが、低コスト、軽量およびコンパクト化の効果が得られる。

　前記締付状態判定手段５は、前記歪センサ１３の検出した歪と締付装置（トルクレンチ等）からの締付トルク情報との相関を取得して、この取得した相関を前記締付状態の判定に利用しても良い。前記相関を利用することで、ナット締付忘れ、およびボルト異常、組付け条件異常（ナット締付面の表面性状異常等）等の検出が可能である。また、ホイールの組付け時における前記歪センサ１３による歪とホイールナット８の締付トルクとの相関等を求めておくことで、車両点検時には、ホイールナット８の締付トルクの情報を用いることなく、前記歪センサ１３の歪の情報から、ホイール締結部２ａの締結品質を精度良く判定することができる。

　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。

　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
この発明の第１の実施形態に係るホイール締結状態判定装置の概要を示す説明図である。図１のホイール締結状態判定装置における車輪のセンサユニットの取付部を示す破断斜視図である。図２のセンサユニットのホイールへの取付形態の第１の例を示す部分斜視図である。図２のセンサユニットのホイールへの取付形態の第２の例を示す部分斜視図である。図２のセンサユニットのホイールへの取付形態の第３の例を示す部分斜視図である。図２のセンサユニットの正面図である。図２のセンサユニットにおける薄肉部の形態の第１の例を表側および裏側から示す部分斜視図である。図２のセンサユニットにおける薄肉部の形態の第２の例を表側および裏側から示す部分斜視図である。図２のセンサユニットにおける薄肉部の形態の第３の例を表側および裏側から示す部分斜視図である。図２のセンサユニットへの歪センサの取付の第１の例を示す断面図である。図２のセンサユニットへの歪センサの取付の第２の例を示す断面図である。図２のセンサユニットへの歪センサの取付の第３の例を示す断面図である。図２のセンサユニットへの歪センサの取付の第４の例を示す断面図である。図１のホイール締結状態判定装置の概念構成のブロック図である。図１のホイール締結状態判定装置の車輪組付け時の動作をブロック構成で示すフローチャートである。図１のホイール締結状態判定装置の車両点検時の動作をブロック構成で示すフローチャートである。

　この発明の第１の実施形態を図面と共に説明する。図１に、第１の実施形態に係る、ホイール締結状態判定装置（「ホイールナット緩み検出装置」とも称する）Ｓを大型の商用車に採用したシステムの全体像を示す。このホイール締結状態判定装置Ｓは、トラックのような車両１の各車輪アセンブリ２Ａのホイール締結部にスペーサ型のセンサユニット３を搭載する。ホイール締結状態判定装置Ｓは、センサユニット３により検出された歪の情報と、トルクレンチ等の締付装置１９が備える締付トルク測定手段２０で測定された全てのナットの締付トルクの情報とから、携帯端末等の情報処理装置４に備えられた締結状態判定手段５により、ホイールナット締結時等の締結状態を判定する。

　締付装置１９として、この実施形態では、締付トルク測定手段２０を有するトルクレンチを用いている。また、締付トルク測定手段２０は、ブルートゥース（登録商標）等の近距離用の無線通信手段２０ａを有している。

　情報処理装置４には、いわゆるスマートフォン等の情報処理機能および通信機能を備えた携帯電話や、タブレット型等の携帯端末、またはノート型やその他のパーソナルコンピュータ等が用いられる。締結状態判定手段５は、ＯＳ（オペレーションソフトウェア）を備えた情報処理装置４にアプリケーションプログラムをインストールすることで、その情報処理装置４のハードウェア、ＯＳ、および前記アプリケーションプログラムにより構成される。

　図２は、前記車両１が大型商用車である場合に、後軸ダブルホイール締結部に前記センサユニット３を実装した図であって、その回転軸線を通る面にて切断して示す断面図である。この車輪アセンブリ２Ａでは、ハブ６のフランジ６ａの片面に２つのホイール２，２を互いに反対に向けて重ね、フランジ６ａの他の片面にブレーキドラム９を重ねている。これらホイール２，２とブレーキドラム９とを、ハブボルト７の頭部７ａとホイールナット８との間に挟み込んで締め付け固定している。ハブボルト７は、ハブ６の円周方向の複数箇所に設けられ、前記フランジ６ａ、ホイール２，２、およびブレーキドラム９に設けられたボルト孔に挿通されている。なお、前記ハブ６は、車軸（図示せず）の外周に設置されるが、ハブベアリング（すなわち車輪用軸受）の一部を構成する部品であっても、ハブベアリングとは別に設けられた部品であっても良い。各ホイール２，２の外周にはタイヤ１０が設けられ、ホイール２とタイヤ１０とで車輪アセンブリ２Ａが構成される。

　センサユニット３は、ホイール２と同心の円形のリング状で板状の部品であり、この例では２つのホイール２，２間に位置して、前記各ハブボルト７の頭部７ａとホイールナット８の間に介在し、これらハブボルト７とホイールナット８とで締め付けられている。センサユニット３は、円周方向の複数箇所にボルト孔１１（図４）を有し、これらボルト孔１１にハブボルト７が挿通されている。

　図３Ａ～３Ｃに、図２におけるセンサユニット３のホイールナット８による締め付け部を拡大して示す。
　センサユニット３は、図３Ａの第１の取付例のように、２つのホイール２，２の間（ダブルホイール間）に配置されても良い。代わりに、図３Ｂの第２の取付例のように、ホイール２とホイールナット８との間に配置されても良い。さらに代わりに、図３Ｃの第３の取付例のようにハブ６のフランジ６ａとホイール２との間に配置されても良い。

　なお、センサユニット３は、ハブボルト７の頭部７ａとホイールナット８との間であれば、ハブ６のフランジ６ａとブレーキドラム９との間や、ブレーキドラム９とハブボルト７の頭部７ａとの間など、ハブボルト７の頭部７ａとハブ６のフランジ６ａとの間に配置されても良いが、一般的にハブボルト７はハブ６のフランジ６ａのボルト孔に圧入して固定されるため、ハブ６のフランジ６ａよりもホイールナット８側に配置する方が好ましい。

　また、図３Ａ～３Ｃの各例ではスペーサ型のセンサユニット３は後輪ダブルホイール締結部に配置されているが、このホイールナット緩み検出装置Ｓ（図１）が適用される車輪アセンブリは、前輪のシングルタイヤ仕様であっても良い。

　図４に、センサユニット３を示す。このセンサユニット３は、リング状で板状のスペーサ状部材１２と、このスペーサ状部材１２に取付けられた１つまたは複数の歪センサ１３とを有する。歪センサ１３は、例えば箔ひずみゲージ、線ひずみゲージ、半導体ひずみゲージである。スペーサ状部材１２には、ホイール２の状態を検知する状態検知センサ２１として、歪センサ１３の他に、温度センサ１４が取付けられる。なお、前記状態検知センサ２１は、前記各センサの総称である。また、スペーサ状部材１２には、データ送信および給電用の端子１６が設けられ、この端子１６を情報処理装置４と配線（図示せず）で接続することで、測定データの通信および給電が行われる。

　スペーサ状部材１２は、各部位のハブボルト７とホイールナット８とによる締め付け力の差によって変形を生じさせるための部材であり、前述のように、各ハブボルト７を挿通させるボルト穴１１が設けられている。スペーサ状部材１２の材質については、鉄合金の様に高強度、かつ高剛性の金属材料で形成されていても、またアルミニウム合金の様に弾性が比較的高い金属材料にて形成されても良い。

　スペーサ状部材１２は後述する厚肉部１２ａを有する。スペーサ状部材１２は、前記ホイールナット８の最外径内の領域では凹みおよび欠如部分のいずれもが存在しない形状であり、この領域は厚肉部１２ａに構成される。この形状とすることで、ホイールナット８の締付によってホイール２の締結に関係する部材にかかる軸力を損なわず、強固に連結が可能になる。なお、ホイールナット８がワッシャ部（図示せず）を一体に有する場合は、前記最外径は、前記ワッシャ部を含む最外径である。

　スペーサ状部材１２はさらに、薄肉部１２ｂを有する。ボルト孔１１の存在する位相部位、つまりボルト孔１１の周囲の部分は厚肉部１２ａであるのに対して、ボルト孔１１間の位相部位は薄肉部１２ｂである。

　薄肉部１２ｂは、スペーサ状部材１２の両面が前記厚肉部１２ａよりも凹む形状であっても、スペーサ状部材１２の一方の主面のみが厚肉部１２ａよりも凹む形状であっても良い。この薄肉部１２ｂであるボルト孔１１間の位相部位に、前記歪センサ１３、温度センサ１４等のセンサや、端子１６等が実装される。なお、図４に示すように、スペーサ状部材１２の一方の主面の内周部は、全周にわたる薄肉部であり、配線に利用されている。

　スペーサ状部材１２は、さらに、薄肉部１２ｂである位相部位の一部に、例えば図５Ａ～５Ｃに示すように、歪集中部となる最薄部１２ｃを有しても良い。

　図５Ａの第１の例では、薄肉部１２ｂはスペーサ状部材１２の両主面が厚肉部１２ａに対して凹んでおり、かつスペーサ状部材１２の表側の面ではボルト孔１１間の位相部位の中央に厚肉部１２ａと同一平面となる中間突条部１２ｄが半径方向に延びて設けられることで、薄肉部１２ｂが円周方向に並ぶ２か所に分割されている。その各分割箇所に半径方向に延びる溝が形成されて、その溝の底部分が前記最薄部１２ｃである。して、これら最薄部１２ｃが、センサ実装位置１２ｅである。

　図５Ｂおよび５Ｃの第２および第３の例では、いずれも図５Ａの中間突条部１２ｄが存在せず、薄肉部１２ｂはボルト孔１１間の位相部位の全体に続く。図５Ｂの第２の例では、薄肉部１２ｂにおける円周方向の中央に、半径方向に延びる溝が形成されて、その溝の底部分が前記最薄部１２ｃである。図５Ｃの第３の例では図５Ｂの第２の例と同じく溝によって最薄部１２ｃが形成されているが、最薄部１２ｃはボルト孔１１間の中央よりも円周方向に偏っている。図５Ｂおよび５Ｃにおいて、最薄部１２ｃが、センサ実装位置１２ｅである。

　薄肉部の形態の第１～第３の例において、前記歪センサ１３（図４）は、最薄部１２ｃの裏側、すなわち最薄部１２ｃを構成する溝とは反対側の面に取付けられても良い。代わりに、最薄部１２ｃの溝の底部に取付けられても良い。いずれにしても、前記歪センサ１３は、この最薄部１２ｃに集中した歪を検出する。なお、図５Ａ～５Ｃの各図は、図示した位相部分を表と裏で反転させて示しており、そのため表を示す図と裏を示す図とで、最薄部１２ｃの位置が反転されて表れている。

　スペーサ状部材１２に、図６Ａ～６Ｄに第１～第４の例を示すように、歪を検出するダイヤフラム型の歪センサ１３を実装しても良い。このダイヤフラム型の歪センサ１３は、ダイヤフラム１３ｂと、このダイヤフラム１３ｂの歪を検出するセンサ素子１３ａとで構成される。ダイヤフラム１３ｂは、図６Ａおよび６Ｂにそれぞれ示す第１および第２の例では平板状であるが、図６Ｃおよび６Ｄにそれぞれ示す第３および第４の例では薄肉部１３ｂａを設ける。そして、この薄肉部１３ｂａの歪を検出するように、この薄肉部１３ｂａにセンサ素子１３ａが設けられている。これにより、ダイヤフラム型の歪センサ１３の検出の感度や精度がより一層向上する。

　また、スペーサ状部材１２は、上記の各例では１枚で構成したが、複数枚のスペーサ状部材構成材（図示せず）を組み合わせて一つのスペーサ状部材としても良い。この構成の場合、スペーサ状部材１２には最薄部１２ｃを必ずしも設けなくても良い。

　図７は、このホイール締結状態判定装置のシステム構成を示すブロック図である。なお、図中の矢印は、検出データの流れを示す。センサユニット３は、各車輪アセンブリ２Ａ毎に設けられ、状態検知センサ２１として歪センサ１３および温度センサ１４等が設けられている。各センサユニット３は、これら状態検知センサ２１と、情報処理装置４と配線で接続するための端子１６を備えている。図７において、車輪アセンブリ２Ａおよびセンサユニット３のブロック内に示した「Ａ～Ｚ」の符号は、車輪アセンブリ２Ａおよびセンサユニット３からなる個々のペアを識別する符号であり、車輪アセンブリ２Ａとその車輪アセンブリ２Ａに設けられたセンサユニット３には、同一の符号「Ａ～Ｚ」を付してある。なお、ダブルホイールの場合は、図２および図３Ａに示したように、そのダブルホイールを構成する２つのホイール２，２に対して一つのセンサユニット３が設けられる。

　前記締結状態判定手段５を持つ携帯端末等の情報処理装置４は、複数のセンサユニット３に対して、例えば１台の車両が有する全てのセンサユニット３に対して１台設けられる。また、情報処理装置４は、センサユニットと同期する事によって、他の車両に対しても使用することができる。

　情報処理装置４は、データ受信／入力部２２と、情報処理部２３と、表示装置２４とを有する。前記情報処理部２３に、前記締結状態判定手段５が設けられている。表示装置２４は、液晶表示装置等からなる画面に画像を表示する手段である。表示装置２４は、前記締結状態判定手段５で判定された結果等を画面に表示する。すなわち、情報処理装置４のプロセッサは、データ受信／入力部２２、情報処理部２３および表示装置２４を実行するようにプログラムされている。

　前記データ受信／入力部２２は、この情報処理装置４の外部に対するデータの送受およびデータの入力を行う手段を総称したものであり、配線による通信を行う端子およびインタフェースで構成される配線通信部と、無線により通信を行う無線通信部と、手入力による入力操作装置や可搬の記録媒体からの入力を受付ける入力部（いずれも図示せず）を有する。前記センサユニット３とデータ受信／入力部２２との間のデータの通信は、前記配線通信部で行われ、その配線により、情報処理装置４から各センサユニット３への給電も行われる。前記締付トルク測定手段２０の前記無線通信手段２０ａと前記データ受信／入力部２２との通信は、前記無線通信部により行われる。この無線通信部による通信は、近距離無線通信の規格（例えばブルートゥ－ス（登録商標））に応じた無線通信を行う。前記入力操作装置は、例えば前記表示装置２４の画面上に設けられたタッチパネルや、キーボード等からなる。

　前記締結状態判定手段５は、歪センサ１３の検出データと締付トルク測定手段２０の測定値とから、所定の基準に従い前記ホイールナット８の締結状態の異常を判定する。締結状態判定手段５は、個々のセンサユニット３毎に、ホイールナット８の締結状態の異常を判定する。

　締結状態判定手段５は、データ記憶部５ａ、信号解析部５ｂ、および状態判定部５ｃを有する。データ記憶部５ａが、センサユニット３から送信された、歪センサ１３等の状態検知センサ２１の検出信号、およびその他の定められた情報を記憶する。信号解析部５ｂは、締結状態の異常の判定のために必要な前処理となる信号の解析を行う。状態判定部５ｃは、信号解析部５ｂで解析された情報を用い、ホイールナット８の締結状態の異常の判定を行う。

　締結状態判定手段５は、ホイールナット８の締結状態の異常の判定に加えて、温度センサ１４の検出温度を用いて歪の温度ドリフト補正を行う機能、および温度センサ１４の検出温度から、ブレーキ引きずり等によるホイール２の異常発熱の検出を行っても良い。締結状態判定手段５は、また、各検出結果を表示装置２４に表示させる。

　上記構成のホイール締結状態判定装置Ｓによると、スペーサ型のセンサユニット３をホイール締結部２ａ（ハブ６のフランジ６ａとホイール２の間、もしくはホイール２とホイールナット８との間等）に設置しており、センサユニット３に設置した歪センサ１３等の状態検知センサ２１の測定データを用いて、ホイールナット８の緩みやハブボルト７の破損等の締結異常を検出する。

　センサユニット３に搭載する状態検知センサ２１は、歪を検出する歪センサ１３、および、温度（歪の温度ドリフト補正、および車輪の異常発熱検知用）を検出する温度センサ１４等である。

　図８および図９は、それぞれ車輪組付け時および車両点検時における、本実施形態に係るホイール締結状態判定装置の使用方法および動作を示すフローをブロック構成で示す図である。

　図８に示すように、車輪組付け時に、作業者・車輪側では（つまり、車輪に対して作業を行う者は）、センサユニット３をホイール２に対して設置し（ステップＲ１）、ホイールナット８を締付ける（ステップＲ２）。このとき、作業者は、トルクレンチ等の締付装置１９を利用し、この締付装置１９の締付トルク測定手段２０を用いて締付トルクを管理する。

　センサユニット３では、内蔵の歪センサ１３が、歪変化を取得するために、スペーサ状部材１２の各部位の歪を測定する（ステップＲ３）。なお、センサユニット３と情報処理装置４とは、測定前に前記配線で接続しておく。センサユニット３により測定された歪のデータつまり測定データは、携帯端末等の情報処理装置４に送信される（ステップＲ４）。

　情報処理装置４では、前記車輪組付けに先立って、データ受信／入力部２２に、前記センサユニット３が設置されてこれから状態判定を行おうとする車両の車種および部位（例えば、前後輪の区別、左右輪の区別を行う情報等）を、前記入力操作装置等により入力する（Ｒ５）。なお、図８において、図示は省略したが、入力した車種および部位のデータは、情報処理装置４がセンサユニット３へ送信し、センサユニット３に設けられた記憶媒体（図示せず）にセンサ側ＩＤ情報として記憶させておくようにしても良い。

　この後、センサユニット３による歪および温度等の測定データと、締付装置１９の締付トルク測定手段２０による各ホイールナット８の締付けトルクの測定データを、データ受信／入力部２２で受信する（ステップＲ６）。締付装置１９のトルク測定手段２０が通信機能を持たない場合は、入力用の端末（図示せず）や、情報処理装置４が有する入力操作装置（図示せず）からデータ受信／入力部２２に測定データを入力しても良い。受信および／または入力された各測定データは、この段階で、前記車種、部位の情報と関連付けて情報処理装置４のデータ記憶部５ａに記憶されるか、または演算のための一次保存用の記憶部に記憶される。

　データの受信および入力が完了とすると、演算開始指令の入力に応答して、情報処理装置４の信号解析部５ｂにより、センサユニット３による測定データを用いて、各部位の歪を演算する（ステップＲ７）。また、締付トルクと歪の値の相関を取得する。具体的には、記憶する。

　この演算の後、状態判定部５ｃにより、定められた規則を用いて、締め付け状態について異常であるか否かの判定処理を行う（ステップＲ８）。具体的には、この異常判定処理では、測定データから異常があるか否かを判定する。例えば、適宜定めた閾値や、過去のデータとの比較で定まる閾値に対して、それらの閾値を超える歪の測定値があるか否か、および／または、車輪アセンブリ２Ａの全周にわたる複数の部位のうち、ある部位の測定値が他の部位の測定値とは異なる傾向を示すか否かについて判定する。判定結果は、表示装置２４に、異常の有無に応じて、例えば異常無しの場合は「異常無し」と表示し（ステップＲ９）、異常有りの場合は「異常」と表示する（ステップＲ１０）。また、異常有無の判定結果は、測定データと共にデータ記憶部５ａに保存する（ステップＲ１１）。

　図９に示すように、車輪点検時は、センサユニット３では、歪変化を取得するために、スペーサ状部材１２の内蔵の歪センサ１３が各部位の歪を測定する（ステップＳ１）。車両走行時において、センサユニット３は情報処理装置４と非接続状態であり、車両点検時に接続する。センサユニット３により測定された歪のデータつまり測定データは、携帯端末等の情報処理装置４に送信される（ステップＳ２）。

　情報処理装置４においては、歪（さらに温度）の測定データをセンサユニット３から受信し（ステップＳ３）、その測定データを用いて、各部位の歪を信号解析部５ｂで演算する（ステップＳ４）。また、車種および／または部位等のセンサ側ＩＤ情報（センサユニット３が取り付けられた車両および／または部位等を特定する情報）をセンサユニット３から受信し（ステップＳ５）、そのセンサ側ＩＤ情報に基づいて、情報処理装置４の前記データ記憶部５ａに記憶されている過去の測定データを抽出する（ステップＳ６）。

　このように各部位の歪を演算し、かつ一連の過去測定データを読み出しておいて、異常判定処理（ステップＳ７）を状態判定部５ｃが行う。この異常判定処理では、測定データから異常があるか否か、例えば適宜定めた閾値や、一連の過去測定データから定まる閾値に対して、それらの閾値を超える歪の測定値があるか否か、および／または、車輪アセンブリ２Ａの全周にわたる複数の部位のうち、ある部位の測定値が他の部位の測定値とは異なる傾向を示すか否かについて判定する。判定結果は、表示装置２４に、異常の有無に応じて、例えば異常無しの場合は「異常無し」と表示し（ステップＳ８）、異常有りの場合は「異常」と表示する（ステップＳ９）。また、異常有無の判定結果は、測定データと共に、データ記憶部５ａに保存する（ステップＳ１０）。

　この実施形態のホイール締結状態判定装置は、要点を纏め直すと次の特徴を備える。
　(i)スペーサ型のセンサユニット３をホイール締結部２ａ（ハブ６とホイール２間、ホイール２とホイール２間（ダブルタイヤ）またはホイール２とホイールナット８間等）に設置し、このセンサユニット３を携帯端末等の情報処理装置４と接続して給電し、状態測定を実施する。
　(ii)センサユニット３に取り付けた複数の歪センサ１３の測定データを用いて、ホイール２の複数の周方向位相部位における、ホイールナット８の締付による締結状態を検出する。これにより、締付忘れや過大締付を防止できる。
　(iii)センサユニット３は常設型であり、点検時、歪センサ１３それぞれの一連の過去測定データとの比較により、複数の周方向位相部位それぞれにおけるホイールナット８の緩み検出を可能にする。
　(iv)トルクレンチ等の締付工具１９による、各ホイールナット８の締付トルク情報を読み込み、この締付トルク情報とセンサユニット３の歪との相関を取得しておくことで、その後に締付トルク情報が得られなくとも、検出する歪から前記相関に基づいて締付トルクを取得することができる。これにより、締付忘れ、およびボルト異常、組付け条件異常（ホイールナット締付面の表面性状異常等）の検出が可能になる。
　(v)センサユニット３に搭載されるセンサは、歪、温度等を検出するセンサである。なお、温度は、検出した歪の温度ドリフト補正に用いられても良い。

　このため、次の各利点が得られる。
　(i)メンテナンス性、および締結品質の向上つまり締付時のホイールナット８の締付忘れ防止を達成できる。
　(ii)点検時にホイールナット８の緩みを定量評価できる。
　(iii)異常が発生している周方向位相部位を判定できる。
　(iv)センサユニット３が電源も通信設備を持たないため、常時監視はされず、メンテナンス時専用ツールとなるが、低コスト、軽量およびコンパクト化の利点が得られる。
　(v)センサユニット３は、車両への着脱が容易で、車両重量、車軸幅、支持剛性への影響が小さい。

　なお、上記実施形態は、自動車などの車両に適用した場合につき説明したが、この発明は、車両以外の産業機械における各種のホイールの締結部に適用することができる。

　以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

２：ホイール
２ａ：ホイール締結部
３：センサユニット
４：情報処理装置
５：締結状態判定手段
６：ハブ
７：ハブボルト
８：ホイールナット
１２：スペーサ状部材
１３：歪センサ

Claims

　ホイールが車軸に締結されたホイール締結部に着脱可能に設置されたセンサユニットであって、前記ホイール締結部の締結状態に応じて変化する状態量を検出するセンサユニットと、
　このセンサユニットに、信号の受信が可能に接続された情報処理装置とを備え、
　前記センサユニットは、
　　前記ホイールの全周に渡り設けられ、前記ホイールをハブに取付ける複数のハブボルトの各頭部とそれぞれ対応する複数のホイールナットとの間に介在し前記複数のハブボルトとそれぞれ対応する前記複数のホイールナットとによる締め付け力を受ける変形発生用のリング状のスペーサ状部材、および
　このスペーサ状部材における周方向箇所に設けられて前記スペーサ状部材の歪を検出する少なくとも１つの歪センサを有するスペーサ型であり、
　前記情報処理装置は、
　　前記センサユニットの前記少なくとも１つの歪センサで検出された歪の情報と、前記情報処理装置に入力された前記複数のホイールナットの締付トルクの情報とから、定められた規則に従って前記ホイール締結部の締付状態を判定する締付状態判定手段を有する、ホイール締結状態判定装置。
　請求項１に記載のホイール締結状態判定装置において、前記スペーサ状部材の周方向においては、前記複数のホイールナットの最外径内の領域が、凹みおよび欠如部分のいずれもが存在しない形状である、ホイール締結状態判定装置。
　請求項１または請求項２に記載のホイール締結状態判定装置において、前記スペーサ状部材は、さらに、
　　複数の周方向位相部位にそれぞれ形成され、前記複数のハブボルトがそれぞれ挿通される複数のボルト孔を有し、
　　前記複数のボルト孔のうちの少なくとも２つのボルト孔の間の周方向位相部位に、前記歪センサが取り付けられたホイール締結状態判定装置。
　請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のホイール締結状態判定装置において、前記スペーサ状部材の前記少なくとも２つのボルト孔の間の前記周方向位相部位が薄肉部であるホイール締結状態判定装置。
　請求項４に記載のホイール締結状態判定装置において、前記スペーサ状部材は、前記少なくとも２つのボルト孔の間の前記薄肉部である前記周方向位相部位の一部に、歪集中部となる最薄部を有するホイール締結状態判定装置。
　請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のホイール締結状態判定装置において、前記少なくとも１つの歪センサは、前記スペーサ状部材に取付けられてこのスペーサ状部材の変形により歪むダイヤフラムと、このダイヤフラムに取付けられてこのダイヤフラムの歪を検出するセンサ素子とで構成されるホイール締結状態判定装置。
　請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のホイール締結状態判定装置において、前記センサユニットは、さらに、温度センサを有するホイール締結状態判定装置。
　請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のホイール締結状態判定装置において、前記情報処理装置は、前記センサユニットから送信された前記歪の情報を受信するように構成され、かつ前記締付トルクを測定する締付トルク測定手段から送信された前記締付トルクの情報を受信するように構成されたデータ受信／入力部を備えるホイール締結状態判定装置。
　請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のホイール締結状態判定装置において、前記センサユニットは、前記情報処理装置と配線で接続されるための端子を有し、前記配線によって前記歪センサの検出信号の送信、および前記情報処理装置から前記歪センサへの給電が行われるホイール締結状態判定装置。
　請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のホイール締結状態判定装置において、前記締付状態判定手段は、前記歪センサの検出した歪と入力された前記締付トルクの情報との相関を取得して、この取得した相関を前記締付状態の判定に利用するホイール締結状態判定装置。