WO2023136346A1 - ゆるみ検出システム及びセンサ基材 - Google Patents

ゆるみ検出システム及びセンサ基材 Download PDF

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sensor
reflected
detection system
sensor substrate
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啓 中妻
雄也 田中
亮介 臼井
義典 小林
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株式会社Cast
旭サナック株式会社
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    • G—PHYSICS
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/48—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by amplitude comparison

Definitions

  • the present invention relates to a looseness detection system and a sensor base material, and more particularly to a looseness detection system for detecting looseness of a nut that fastens members.
  • Patent Literature 1 describes that a piezoelectric element is attached to a washer base material, the natural frequency is obtained from the vibration state of the washer base material detected by the piezoelectric element, and looseness of the bolt fastening body is detected. .
  • Patent Document 1 it was necessary to vibrate the washer base material in order to obtain the natural frequency.
  • an object of the present invention is to provide a looseness detection system or the like capable of detecting looseness of a nut without using the natural frequency.
  • a first aspect of the present invention is a looseness detection system for detecting looseness of a nut that fastens a member, comprising a sensor substrate fastened together with the member by the nut, and a signal transmitted to the sensor substrate.
  • a sensor device is provided for receiving a reflected wave of the ultrasonic wave reflected from the end face of the nut.
  • a second aspect of the present invention is the looseness detection system of the first aspect, wherein the sensor device includes a piezoelectric film portion, the sensor base has at least one surface in contact with the nut, and the sensor The device transmits ultrasonic waves toward the nut in the sensor base and receives reflected waves reflected by the end surface of the nut.
  • a third aspect of the present invention is the looseness detection system of the second aspect, wherein the piezoelectric film portion is present on a surface of the sensor substrate different from the surface in contact with the nut, and the piezoelectric film portion emits an ultrasonic wave toward the surface of the sensor substrate in contact with the nut, and receives a reflected wave reflected by the end surface of the nut.
  • a fourth aspect of the present invention is the looseness detection system according to any one of the first to third aspects, wherein the magnitude of the reflected wave received when the nut is in the first state and the second state With the evaluation values for evaluating the first evaluation value and the second evaluation value, respectively, when the first evaluation value indicates that the reflected wave is larger than the second evaluation value, the nut in the first state is and an ultrasonic processing device that evaluates that the tightening torque is greater than that of the nut in the second state.
  • a fifth aspect of the present invention is a sensor base that is fastened together with a member by a nut, and includes a sensor device that receives a reflected wave of an ultrasonic wave transmitted to the sensor base and reflected by the end surface of the nut. .
  • a sixth aspect of the present invention is the sensor base of the fifth aspect, wherein the sensor device includes a piezoelectric film portion, the sensor base has at least one surface in contact with the nut, and the piezoelectric The film portion is present on a surface of the sensor substrate different from the surface in contact with the nut, and the piezoelectric film portion transmits ultrasonic waves toward the surface of the sensor substrate in contact with the nut, A reflected wave reflected by the end surface of the nut is received.
  • FIG. 2 is a flow chart showing an example of the operation of the looseness detection system 1 of FIG. 1;
  • the sensor substrate used in the experiment conducted by the inventors to confirm the correlation between the fastening torque and the reflected wave is shown.
  • a piezoelectric film and electrodes are formed on the sensor base material of FIG. 3, and wiring is performed.
  • 5 shows (a) an apparatus for generating and receiving ultrasonic waves and (b) reflected waves observed at the sensor substrate of FIG.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining an experiment conducted by the inventors to confirm the correlation between fastening torque and hammering sound; One point of representative data of each measured fastening torque is compared.
  • FIG. 1 is a diagram showing (a) an example of the configuration of a looseness detection system according to an embodiment of the present invention, and (b) and (c) diagrams showing examples of reflected waves.
  • the looseness detection system 1 includes a nut 3, a sensor substrate 5 (an example of the "sensor substrate” in the claims of the present application), a piezoelectric film portion 7, an electrode portion 9 ( A combination of the piezoelectric film portion 7 and the electrode portion 9 is an example of the “sensor device” in the claims of the present application), the sensor protective material 11 , and the ultrasonic processing device 13 .
  • the nut 3 is a hexagonal nut in this example.
  • the nut 3 is one of fastening parts used for assembly of machines and the like.
  • An opening called a female screw is cut in the center of the cylinder, and it is used for fastening and fixing a member (not shown) in combination with a male screw such as a bolt (not shown).
  • the end surface 4 is a terminal surface of the nut 3 facing the surface in contact with the sensor substrate 5 .
  • the end surface 4 is the surface of the nut 3 opposite to the surface in contact with the sensor substrate 5 .
  • the sensor base material 5 is fastened together with the member by means of the nut 3 .
  • the surface which contacts the nut 3 is called boundary surface.
  • a piezoelectric film portion 7 is formed on the surface of the sensor substrate 5 facing the boundary surface (the surface opposite to the boundary surface).
  • An electrode portion 9 is formed on the piezoelectric film portion 7 .
  • the piezoelectric film portion 7 vibrates in accordance with the frequency and can transmit ultrasonic waves or the like. Also, when vibration is applied, a voltage is generated and can be detected at the electrode section 9 .
  • the piezoelectric film portion 7 and the electrode portion 9 function as a reflective sensor.
  • the sensor protective material 11 is a protective material for protecting the piezoelectric film portion 7 and the electrode portion 9 .
  • the ultrasonic processing device 13 is connected to the electrode section 9 by wiring.
  • a transmission device included in the ultrasonic processing device 13 gives an electric signal to the electrode portion 9 and transmits ultrasonic waves toward the nut 3 by the piezoelectric film portion 7 in the sensor substrate 5 .
  • Ultrasonic waves reflected at the boundary between the nut 3 and the sensor substrate 5 are buried in the dead zone of the sensor due to the piezoelectric film portion 7 and cannot be observed.
  • the receiving device included in the ultrasonic processing device 13 receives the reflected wave generated at the end surface 4 of the nut 3 through at least the boundary surface of the sensor substrate 5 from the electrode portion 9 .
  • a sensor based on the piezoelectric film portion 7 can detect reflected waves generated at the end surface 4 of the nut 3 after passing through the boundary surface of the sensor substrate 5 .
  • Fig. 1(b) shows the case where the nut tightening tool is not used.
  • the tightening torque is small, and the wave transmitted from the sensor substrate 5 to the nut 3 side is small. Therefore, the reflected wave reflected at the end face 4 of the nut 3 becomes smaller.
  • the piezoelectric film portion 7 detects small reflected waves.
  • Fig. 1(c) shows the case where a nut tightening tool is used.
  • the fastening torque is large, and the wave transmitted from the sensor substrate 5 to the nut 3 side is large. Therefore, the reflected wave reflected at the end surface 4 of the nut 3 becomes large.
  • the piezoelectric film portion 7 detects a large reflected wave.
  • a processing device provided in the ultrasonic processing device 13 (an example of a “processing device” in the claims of the present application.
  • a processing device for example, a processor that operates under the control of a program, etc.
  • a “processing unit ) receives the reflected wave that passes through the boundary between the sensor base material 5 and the nut 3 and is reflected by the end surface 4 of the nut 3, and evaluates the magnitude of the reflected wave to determine the nut 3 slack can be evaluated.
  • the evaluation value is, for example, the amplitude of the reflected wave.
  • FIG. 2 is a flow diagram showing an example of the operation of the looseness detection system 1 of FIG. An example of the operation of the looseness detection system 1 will be described with reference to FIG.
  • the evaluation value of the reflected wave at the nut 3, which is in the first state at the first time is the first evaluation value
  • the nut 3, which is in the second state at the second time is tightened. is the second evaluation value.
  • the transmitter provided in the ultrasonic processing device 13 gives an electric signal to the electrode section 9 and transmits ultrasonic waves toward the nut 3 by the piezoelectric film section 7 in the sensor base material 5 .
  • the receiving device included in the ultrasonic processing device 13 receives the reflected wave generated at the end surface 4 of the nut 3 through at least the boundary surface of the sensor substrate 5 from the electrode portion 9 .
  • the processing device included in the ultrasonic processing device 13 acquires a first evaluation value that is an evaluation value of the magnitude of the received reflected wave (step STA1).
  • the transmitter provided in the ultrasonic processing device 13 gives an electric signal to the electrode section 9 and transmits ultrasonic waves toward the nut 3 by the piezoelectric film section 7 in the sensor base material 5 .
  • the receiving device included in the ultrasonic processing device 13 receives the reflected wave generated at the end surface 4 of the nut 3 through at least the boundary surface of the sensor substrate 5 from the electrode portion 9 .
  • the processing device included in the ultrasonic processing device 13 acquires the second evaluation value, which is the evaluation value of the magnitude of the received reflected wave (step STA2).
  • the processing device included in the ultrasonic processing device 13 compares the first evaluation value and the second evaluation value to determine which one indicates a larger reflected wave (step STA3).
  • step STA4 If the second evaluation value indicates that the reflected wave is smaller than the first evaluation value, it can be evaluated that the amount of ultrasonic waves that pass through the nut 3 has decreased, and the tightening torque of the nut 3 at the second time. has become smaller (step STA4).
  • step STA5 If the second evaluation value indicates that the reflected wave is the same as the first evaluation value, it can be evaluated that the engagement torque is the same between the second state and the first state (step STA5).
  • the second evaluation value indicates that the reflected wave is larger than that of the first evaluation value, it can be evaluated that more ultrasonic waves are transmitted to the nut 3 side in the second state than in the first state. For example, it can be evaluated that the tightening torque of the nut 3 at the second time has increased due to re-tightening (step STA6).
  • the present invention can detect not only ON-OFF detection of looseness, but also fastening torque in a numerically continuous state.
  • FIG. 3 shows the sensor substrate used in this experiment.
  • a piezoelectric film (an example of the piezoelectric film portion 7 in FIG. 1) and an electrode (an example of the electrode portion 9 in FIG. 1) are formed on the sensor substrate in FIG. 3 (an example of the sensor substrate 5 in FIG. 1). shows what you have wired.
  • FIG. 5 shows (a) an apparatus for generating and receiving ultrasonic waves, and (b) reflected waves confirmed at the sensor substrate of FIG.
  • Fig. 6 shows the assembled state with Loctite applied as a sensor protection material.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the conditions under which the experiment was conducted.
  • the sensor 25 of FIG. 6 is attached to the nut 23 of the die 21 of the forging machine.
  • the sensor 25 is connected to a pulser 27 for transmitting a pulse and measuring the waveform of the received reflected wave.
  • the pulsar 27 has transmission settings of 1 channel, a frequency of 5 MHz, a gain of 40.5 dB, a high power, and suppression of transmission waves.
  • Fig. 8 shows the nut used. It is a hexagonal nut with one side chamfered.
  • FIGS. 9(a) and (b) are the waveforms of the reflected waves without a nut and when tightened by hand, respectively.
  • FIGS. 10A and 10B are waveforms of reflected waves at 100 N ⁇ m and 200 N ⁇ m, respectively.
  • FIGS. 11(a) and (b) are waveforms of reflected waves for 300 N ⁇ m and limit, respectively.
  • the horizontal axis is the data reception time ( ⁇ sec), and the vertical axis is the amplitude (V). As the torque increases, more reflected waves are received.
  • FIG. 12 shows (a) a comparison of waveforms in each graph of FIGS. 9 to 11, and (b) a comparison of cut-out second reflected waves of 10 to 15 ⁇ sec.
  • the horizontal axis is the shift time ( ⁇ sec) and the vertical axis is the amplitude (V).
  • Fig. 13 compares the peak values of the second reflected waves.
  • the horizontal axis indicates the data number, and the vertical axis indicates the peak value of the amplitude (V).
  • the data numbers are, in order from 1, no nut, hand tightening, 100 N ⁇ m, 200 N ⁇ m, 300 N ⁇ m, and limit.
  • the peak value increases as the torque increases.
  • a correlation is recognized between the fastening torque and the peak value of the reflected wave. Therefore, in addition to realizing a simple sensor that outputs an ON-OFF signal indicating the presence or absence of looseness, it is also possible to realize a sensor that outputs a fastening torque value as a numerical value (for example, an analog value). Therefore, it is possible to determine not only the presence or absence of looseness, but also whether or not it is fixed with a predetermined torque (for example, 559 N ⁇ m).
  • the second reflected wave is used because the first reflected wave has become large.
  • Other reflected waves such as the first reflected wave may be used.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining an experiment conducted to confirm the correlation between fastening torque and hammering sound.
  • a shock is applied after fixing the sensor with a nut.
  • a sensor acquires the tapping sound at that time. Experiment by changing the tightening torque of the nut, and check if there is a correlation between the tightening torque and the hammering waveform.
  • the measured tightening conditions were tightening with torques of 30 N ⁇ m, 50 N ⁇ m, 70 N ⁇ m, 90 N ⁇ m, 130 N ⁇ m, 150 N ⁇ m, and 170 N ⁇ m. Five measurements were made at each torque.
  • Fig. 15 compares one representative data point for each fastening torque. In this experiment, it was difficult to find out the correlation between fastening torque and hammering sound. However, it is expected that sound can be acquired by the sensor, and vibration monitoring of the vibration system combined with the structure (equipment, etc.) actually installed is possible.

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Abstract

固有振動数を利用せずに、ナットのゆるみを検出することが可能なゆるみ検出システム等を提供する。ゆるみ検出システム１は、部材を締結するナット３のゆるみを検出するためのものである。センサ基材５は、ナット３によって部材とともに締結される。圧電膜部７及び電極部９は、センサ基材５において、ナット３に向けて超音波を発信し、発信された超音波がナット３の端面４において反射した反射波を受信する。超音波処理装置１３は、反射波の大きさによりナット３のゆるみを評価する。

Description

ゆるみ検出システム及びセンサ基材
　本発明は、ゆるみ検出システム及びセンサ基材に関し、特に、部材を締結するナットのゆるみを検出するためのゆるみ検出システム等に関する。
　特許文献１には、ワッシャ基材に圧電素子を貼付して、圧電素子が検出したワッシャ基材の振動状況により固有振動数を求めて、ボルト締結体のゆるみを検出することが記載されている。
特開２００５－０６９３１２号公報
　しかしながら、特許文献１では固有振動数を求めるため、ワッシャ基材を振動させる必要があった。
　よって、本願発明は、固有振動数を利用せずに、ナットのゆるみを検出することが可能なゆるみ検出システム等を提供することを目的とする。
　本願発明の第１の側面は、部材を締結するナットのゆるみを検出するためのゆるみ検出システムであって、前記ナットによって前記部材とともに締結されるセンサ基材を備え、前記センサ基材に発信された超音波が前記ナットの端面において反射した反射波を受信するセンサ装置を備える。
　本願発明の第２の側面は、第１の側面のゆるみ検出システムであって、前記センサ装置は、圧電膜部を備え、前記センサ基材は、少なくとも一つの面が前記ナットに接し、前記センサ装置は、前記センサ基材において、前記ナットに向けて超音波を発信して、前記ナットの端面で反射した反射波を受信する。
　本願発明の第３の側面は、第２の側面のゆるみ検出システムであって、前記圧電膜部は、前記センサ基材において、前記ナットに接する面とは異なる面に存在し、前記圧電膜部は、前記センサ基材において、前記ナットに接する面に向けて超音波を発信して、前記ナットの端面で反射した反射波を受信する。
　本願発明の第４の側面は、第１から第３のいずれかの側面のゆるみ検出システムであって、前記ナットが第１状態及び第２状態にある場合に受信された前記反射波の大きさを評価するための評価値をそれぞれ第１評価値及び第２評価値として、第１評価値が第２評価値よりも前記反射波が大きいことを示す場合に、前記第１状態における前記ナットは、前記第２状態における前記ナットよりも締結トルクが大きいと評価する処理装置を備える超音波処理装置を備える。
　本願発明の第５の側面は、ナットにより部材とともに締結されるセンサ基材であって、当該センサ基材に発信された超音波が前記ナットの端面において反射した反射波を受信するセンサ装置を備える。
　本願発明の第６の側面は、第５の側面のセンサ基材であって、前記センサ装置は、圧電膜部を備え、当該センサ基材は、少なくとも一つの面が前記ナットに接し、前記圧電膜部は、当該センサ基材において、前記ナットに接する面とは異なる面に存在し、前記圧電膜部は、前記センサ基材において、前記ナットに接する面に向けて超音波を発信して、前記ナットの端面で反射した反射波を受信する。
　本願発明の各側面によれば、ナットの端面における超音波の反射波を利用することにより、振動を利用せずにナットのゆるみを検出することができる。
本願発明の実施の形態に係るゆるみ検出システムの（ａ）構成の一例を示す図と、（ｂ）及び（ｃ）反射波の一例を示す図である。 図１のゆるみ検出システム１の動作の一例を示すフロー図である。 発明者らが締結トルクと反射波の相関を確認するために行った実験において使用したセンサ基材を示す。 図３のセンサ基材に圧電膜と電極を形成して、配線を行ったものを示す。 （ａ）超音波を発生して受信するための装置と、（ｂ）図４のセンサ基材において確認された反射波を示す。 組み立てて、センサ保護材としてロックタイトを塗布した状態を示す。 実験を行った状況を説明するための図である。 実験に使用したナットを示す。 （ａ）及び（ｂ）それぞれナット無し及び手締めの場合の反射波の波形である。 （ａ）及び（ｂ）それぞれ１００Ｎ・ｍ及び２００Ｎ・ｍの場合の反射波の波形である。 （ａ）及び（ｂ）それぞれ３００Ｎ・ｍ及び限界の場合の反射波の波形である。 図９～図１１の各グラフにおいて（ａ）波形を比較したものと、（ｂ）第二反射波１０～１５μｓｅｃを切り出して比較したものである。 第二反射波のピーク値を比較したものである。 発明者らが締結トルクと打音の相関を確認するために行った実験を説明するための図である。 測定した締結トルクの各締結トルクの代表データ１点を比較したものである。
　以下、図面を参照して、本願発明の実施例について述べる。なお、本願発明の実施の形態は、以下の実施例に限定されるものではない。
　図１は、本願発明の実施の形態に係るゆるみ検出システムの（ａ）構成の一例を示す図と、（ｂ）及び（ｃ）反射波の一例を示す図である。
　図１（ａ）を参照して、ゆるみ検出システム１は、ナット３と、センサ基材５（本願請求項の「センサ基材」の一例）と、圧電膜部７と、電極部９と（圧電膜部７と電極部９を併せたものが本願請求項の「センサ装置」の一例）、センサ保護材１１と、超音波処理装置１３を備える。
　ナット３は、この例では六角ナットである。ナット３は、機械などの組み立てに使用される締結部品の一つである。筒状の中央に雌ネジと呼ばれる開口部が切ってあり、図示を省略するボルトなどの雄ネジと組み合わせて、図示を省略する部材を締結して固定するために使用する。端面４は、ナット３において、センサ基材５に接する面に対向する終端面である。端面４は、ナット３において、センサ基材５に接する面とは反対側の面である。
　センサ基材５は、ナット３によって前記部材とともに締結される。この例では、ナット３とセンサ基材５の間には他の部材などは存在せず、両者は接する。以下では、センサ基材５において、ナット３に接する面を境界面という。
　センサ基材５には、境界面に対向する面（境界面とは反対側の面）に圧電膜部７が形成されている。圧電膜部７には、電極部９が形成されている。圧電膜部７は、電極部９に交流電圧をかけると周波数に合わせて振動して超音波などを発信することができる。また、振動が加わると電圧が発生して、電極部９において検出することができる。このように、圧電膜部７及び電極部９は、反射型のセンサとして機能する。
　センサ保護材１１は、圧電膜部７及び電極部９を保護するための保護材である。
　超音波処理装置１３は、電極部９と配線で接続する。超音波処理装置１３が備える発信装置は、電極部９に対して電気信号を与えて、センサ基材５において圧電膜部７によりナット３に向けて超音波を発信する。ナット３とセンサ基材５の境界で反射する超音波は、圧電膜部７によるセンサの不感帯に埋もれて観察することができない。超音波処理装置１３が備える受信装置は、電極部９から、少なくともセンサ基材５の境界面を通過してナット３の端面４で生じた反射波を受信する。圧電膜部７によるセンサは、センサ基材５の境界面を通過してナット３の端面４で生じた反射波を検出することができる。
　図１（ｂ）及び（ｃ）を参照して、発信された超音波において、ナット３側に透過するものと、センサ基材５とナット３の境界で反射するものについて説明する。
　図１（ｂ）は、ナット締付け工具を使用しない場合である。この場合、締結トルクは小さく、センサ基材５からナット３側に透過する波は小さい。そのため、ナット３の端面４において反射した反射波は小さくなる。圧電膜部７は、小さな反射波を検出する。
　図１（ｃ）は、ナット締付け工具を使用した場合である。この場合、締結トルクは大きく、センサ基材５からナット３側に透過する波が大きい。そのため、ナット３の端面４において反射した反射波は大きくなる。圧電膜部７は、大きな反射波を検出する。
　そのため、超音波処理装置１３が備える処理装置（本願請求項の「処理装置」の一例。例えばプログラムの制御の下で動作するプロセッサなど。ソフトウエアとハードウエア資源が協働した手段として「処理部」と捉えてもよい。）は、センサ基材５とナット３の境界を通過してナット３の端面４で反射する反射波を受信して、反射波の大きさを評価する評価値によってナット３のゆるみを評価することができる。評価値は、例えば反射波の振幅などである。
　図２は、図１のゆるみ検出システム１の動作の一例を示すフロー図である。図２を参照して、ゆるみ検出システム１の動作の一例を説明する。例えば、第１時刻での締め付ける状態が第１状態にあるナット３での反射波の評価値が第１評価値であり、後の第２時刻での締め付ける状態が第２状態にあるナット３での反射波の評価値が第２評価値であったとする。
　第１時刻において、超音波処理装置１３が備える発信装置は、電極部９に対して電気信号を与えて、センサ基材５において圧電膜部７によりナット３に向けて超音波を発信する。超音波処理装置１３が備える受信装置は、電極部９から、少なくともセンサ基材５の境界面を通過してナット３の端面４で生じた反射波を受信する。超音波処理装置１３が備える処理装置は、受信した反射波の大きさの評価値である第１評価値を取得する（ステップＳＴＡ１）。
　第２時刻において、超音波処理装置１３が備える発信装置は、電極部９に対して電気信号を与えて、センサ基材５において圧電膜部７によりナット３に向けて超音波を発信する。超音波処理装置１３が備える受信装置は、電極部９から、少なくともセンサ基材５の境界面を通過してナット３の端面４で生じた反射波を受信する。超音波処理装置１３が備える処理装置は、受信した反射波の大きさの評価値である第２評価値を取得する（ステップＳＴＡ２）。
　超音波処理装置１３が備える処理装置は、第１評価値と第２評価値を比較して、いずれが大きい反射波を示すかを判断する（ステップＳＴＡ３）。
　第２評価値が第１評価値と比較して小さな反射波であることを示すならば、超音波はナット３側に透過するものが小さくなったと評価でき、第２時刻におけるナット３の締結トルクが小さくなったと評価することができる（ステップＳＴＡ４）。
　第２評価値が第１評価値と同じ反射波であることを示すならば、第２状態と第１状態で締結トルクは同じであると評価することができる（ステップＳＴＡ５）。
　第２評価値が第１評価値と比較して大きな反射波であることを示すならば、第２状態では第１状態よりも超音波はナット３側に透過するものが大きくなったと評価でき、例えば途中で締め直したなどによって、第２時刻におけるナット３の締結トルクが大きくなったと評価することができる（ステップＳＴＡ６）。
　このように、本願発明は、単にゆるんでいるか否かというＯＮ－ＯＦＦ検出だけでなく、締結トルクを数値的な連続性のある状態で検出することもできる。
　図３～図１３を参照して、締結トルクと反射波の相関を確認するために行った実験について説明する。この実験では、締結トルクを変えてナット３を締める。各トルクで締め付けた後、センサ基材５にパルスを入力し、ナット３の端面４からの反射波形の変化を観察する。
　図３は、この実験において使用したセンサ基材を示す。
　図４は、図３のセンサ基材（図１のセンサ基材５の一例）に圧電膜（図１の圧電膜部７の一例）と電極（図１の電極部９の一例）を形成して、配線を行ったものを示す。
　図５は、（ａ）超音波を発生して受信するための装置と、（ｂ）図４のセンサ基材において確認された反射波を示す。
　図６は、組み立てて、センサ保護材としてロックタイトを塗布した状態を示す。
　図７は、実験を行った状況を説明するための図である。実験では、圧造機の金型２１のナット２３に図６のセンサ２５を取り付ける。センサ２５には、パルスを発信して、受信した反射波の波形を測定するためのパルサー２７を接続する。
　実験では、ナットの締結トルクを変えて取り付けて、波形の変化を確認する。測定した締付条件は、ナット無し（Without-Nut、ナットを取り付けないときの波形）、手締め（Without-Tools、工具を使わないときの波形）、１００Ｎ・ｍ（１００Ｎ・ｍのトルクで締め付けた場合の波形）、２００Ｎ・ｍ（２００Ｎ・ｍのトルクで締め付けた場合の波形）、３００Ｎ・ｍ（３００Ｎ・ｍのトルクで締め付けた場合の波形）、限界（Full-Power、人力でめいっぱい締めた場合の波形）である。
　パルサー２７は、送信設定として、使用チャネル数は１、周波数は５ＭＨｚ、ゲインは４０．５ｄＢ、パワーは高く、送信波を抑制する。
　図８は、使用したナットを示す。片面取りの六角ナットである。
　図９（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、ナット無し及び手締めの場合の反射波の波形である。図１０（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、１００Ｎ・ｍ及び２００Ｎ・ｍの場合の反射波の波形である。図１１（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、３００Ｎ・ｍ及び限界の場合の反射波の波形である。横軸はデータを受信した時間（μｓｅｃ）であり、縦軸は振幅（Ｖ）である。トルクが大きくなるにつれて、多くの反射波を受信している。
　図１２は、図９～図１１の各グラフにおいて（ａ）波形を比較したものと、（ｂ）第二反射波１０～１５μｓｅｃを切り出して比較したものである。横軸はシフト時間（μｓｅｃ）であり、縦軸は振幅（Ｖ）である。
　図１３は、第二反射波のピーク値を比較したものである。横軸はデータ番号を示し、縦軸は振幅（Ｖ）のピーク値を示す。データ番号は、１から順に、ナット無し、手締め、１００Ｎ・ｍ、２００Ｎ・ｍ、３００Ｎ・ｍ及び限界である。トルクが大きくなるにつれて、ピーク値が大きくなっている。このように、締結トルクと反射波のピーク値に相関が認められる。そのため、ゆるみの有無というＯＮ－ＯＦＦ信号を出力する単純なセンサを実現することに加えて、締結トルク値を数値（例えばアナログ値）で出力するセンサなども実現することができる。そのため、単にゆるみの有無にとどまらず、既定のトルク（例えば５５９Ｎ・ｍなど）で固定できているかなども判定することができる。
　なお、この実験では、第一反射波が大きくなってしまったために、第二反射波を使用している。第一反射波などの他の反射波でもよい。
　図１４は、締結トルクと打音との相関について確認するために行った実験を説明するための図である。センサをナットで固定した後に衝撃を与える。そのときの打音をセンサで取得する。ナットの締結トルクを変えて実験し、締結トルクと打音波形に相関があるかを確認する。
　測定した締付条件は、３０Ｎ・ｍ、５０Ｎ・ｍ、７０Ｎ・ｍ、９０Ｎ・ｍ、１３０Ｎ・ｍ、１５０Ｎ・ｍ、１７０Ｎ・ｍの各トルクで締め付けた場合である。各トルクで５回測定した。
　図１５は、各締結トルクの代表データ１点を比較したものである。この実験では、締結トルクと打音との相関は見出すことは難しかった。ただし、センサで音を取得することができ、実際に取り付けた構造物（設備など）をあわせた振動系の振動モニタリングは可能であると予想される。
１　ゆるみ検出システム
３　ナット
５　センサ基材
７　圧電膜部
９　電極部
１１　センサ保護材
１３　超音波処理装置
２１　金型
２３　ナット
２５　センサ
２７　パルサー

Claims (6)

  1. 　部材を締結するナットのゆるみを検出するためのゆるみ検出システムであって、
    　前記ナットによって前記部材とともに締結されるセンサ基材を備え、
    　前記センサ基材に発信された超音波が前記ナットの端面において反射した反射波を受信するセンサ装置を備える、ゆるみ検出システム。
  2. 　前記センサ装置は、圧電膜部を備え、
    　前記センサ基材は、少なくとも一つの面が前記ナットに接し、
    　前記センサ装置は、前記センサ基材において、前記ナットに向けて超音波を発信して、前記ナットの端面で反射した反射波を受信する、請求項１記載のゆるみ検出システム。
  3. 　前記圧電膜部は、前記センサ基材において、前記ナットに接する面とは異なる面に存在し、
    　前記圧電膜部は、前記センサ基材において、前記ナットに接する面に向けて超音波を発信して、前記ナットの端面で反射した反射波を受信する、請求項２記載のゆるみ検出システム。
  4. 　前記ナットが第１状態及び第２状態にある場合に受信された前記反射波の大きさを評価するための評価値をそれぞれ第１評価値及び第２評価値として、第１評価値が第２評価値よりも前記反射波が大きいことを示す場合に、前記第１状態における前記ナットは、前記第２状態における前記ナットよりも締結トルクが大きいと評価する処理装置を備える超音波処理装置を備える請求項１記載のゆるみ検出システム。
  5. 　ナットにより部材とともに締結されるセンサ基材であって、
    　当該センサ基材に発信された超音波が前記ナットの端面において反射した反射波を受信するセンサ装置を備えるセンサ基材。
  6. 　前記センサ装置は、圧電膜部を備え、
    　当該センサ基材は、少なくとも一つの面が前記ナットに接し、
    　前記圧電膜部は、当該センサ基材において、前記ナットに接する面とは異なる面に存在し、
    　前記圧電膜部は、前記センサ基材において、前記ナットに接する面に向けて超音波を発信して、前記ナットの端面で反射した反射波を受信する、請求項５記載のセンサ基材。
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