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技術 ボルト緩み検知用ワッシャ

出願人 奥川雅之
発明者 奥川雅之
出願日 2003年8月22日 (15年7ヶ月経過) 出願番号 2003-298231
公開日 2005年3月17日 (14年0ヶ月経過) 公開番号 2005-069312
状態 未査定
技術分野 ボルト・ナット・座金
主要キーワード 字状構造 固定状況 検知作業 ボルト形状 締付軸力 出力信号データ 締結体 機械構造物
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2005年3月17日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

ボルト締結体の緩みに対して、ボルトの強度低下、形状の制限、コスト高などの問題がなく、現場での検知作業が困難な構造物、検知作業に多大な時間を要する構造物などでも緩み検知が可能な汎用性のあるボルト緩み検知用ワッシャを提供することにある。

解決手段

ワッシャ基材(1a)に圧電素子(1b)を貼付したものをボルト緩み検知用ワッシャ(1)とし、圧電素子(1b)を長手方向に伸縮させることにより、ボルト緩み検知用ワッシャ(1)は厚み方向に振動することができ、さらに圧電素子(1b)自身によってボルト緩み検知用ワッシャ(1)の振動状況を検出できる構成にした。ボルト緩み検知用ワッシャ(1)の固有振動数変化を検出し、ボルト締結体の初期締め付け状態と緩んだ状態におけるボルト緩み検知用ワッシャ(1)の固有振動数を比較することでボルト締結体の緩みを検知する。

概要

背景

従来の緩み検知装置においては、被測定物ボルトに加工を施しボルトにより緩みを検知しようとしたり(例えば、特許公開2002−236064参照)、また、ボルト締結体に特殊なキャップを取り付けて、点検者が実際にボルト締結体を目視することにより緩みを検知するものがある。(例えば、特許公開2001−50233参照)。
特許公開2002−236064
特許公開2001−50233

概要

ボルト締結体の緩みに対して、ボルトの強度低下、形状の制限、コスト高などの問題がなく、現場での検知作業が困難な構造物、検知作業に多大な時間を要する構造物などでも緩み検知が可能な汎用性のあるボルト緩み検知用ワッシャを提供することにある。ワッシャ基材(1a)に圧電素子(1b)を貼付したものをボルト緩み検知用ワッシャ(1)とし、圧電素子(1b)を長手方向に伸縮させることにより、ボルト緩み検知用ワッシャ(1)は厚み方向に振動することができ、さらに圧電素子(1b)自身によってボルト緩み検知用ワッシャ(1)の振動状況を検出できる構成にした。ボルト緩み検知用ワッシャ(1)の固有振動数変化を検出し、ボルト締結体の初期締め付け状態と緩んだ状態におけるボルト緩み検知用ワッシャ(1)の固有振動数を比較することでボルト締結体の緩みを検知する。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

ワッシャ基材(1a)に、圧電素子(1b)を貼付したボルト緩み検知用ワッシャ(1)を振動空間(2)を設けて構造物に組み込むことにより、ワッシャ自ら振動励起し、その振動を検出することでボルト固定状況を検知できる緩み検知用ワッシャ。

技術分野

0001

本発明は、ボルト等による締結体において、圧電素子貼付したワッシャにより締め付け状況を検知する緩み検知装置に関するものである。

背景技術

0002

従来の緩み検知装置においては、被測定物のボルトに加工を施しボルトにより緩みを検知しようとしたり(例えば、特許公開2002−236064参照)、また、ボルト締結体に特殊なキャップを取り付けて、点検者が実際にボルト締結体を目視することにより緩みを検知するものがある。(例えば、特許公開2001−50233参照)。
特許公開2002−236064
特許公開2001−50233

発明が解決しようとする課題

0003

従来の緩み検知装置にあっては、ボルトに加工を施すことによる強度低下、ボルト形状の制限、経済性の悪化などの問題点があった。また、点検者が現場に緩み検知装置を持ち込む必要があるため、放射能汚染の恐れがある原子力発電所高所での作業が必要な鉄塔橋梁では検知作業が困難であった。さらに、大型あるいは複雑な機械構造物では、その検知対象であるボルトの数が多数におよぶため、その検知作業には多大な時間を要するといった問題点が挙げられる。本発明はこれらの課題を解決するためになされたものである。

課題を解決するための手段

0004

本発明は、ボルト締結体に組み込まれるワッシャ基材(1a)に圧電素子(1b)を貼付したボルト緩み検知用ワッシャ(1)を振動空間(2)を設けて取り付け、圧電素子(1b)を長手方向に伸縮させることにより、ボルト緩み検知用ワッシャ(1)は厚み方向に振動することができ、さらに圧電素子(1b)自身によってボルト緩み検知用ワッシャ(1)の振動状況を検出できる構成にした。ボルト緩み検知用ワッシャが振動するための振動空間(2)は平ワッシャ(3)によって確保される。

0005

ボルト締結体の緩みは締付軸力の低下を招き、その結果,ボルト(5)の頭部とワッシャ基材(1a)間の接触面に変化が生じ、ボルト緩み検知用ワッシャ(1)の固有振動数も低下する。本発明は,その固有振動数変化を検出できることを特徴とする。そのため、ボルト締結体の初期締め付け状態と緩んだ状態におけるボルト緩み検知用ワッシャ(1)の固有振動数を比較することでボルト締結体の緩みを検知することが可能となる。

発明の効果

0006

以上説明したように本発明の緩み検知装置は比較的簡単な構造で実現されるものであり、その効果として、経済性が良く、汎用性の高い緩み検知装置を得ることが可能となる。また、ボルトに対し加工を全く必要としないためボルトの強度低下を防ぎ、規格及び長さに影響しないなどの利点も有する。そして、ボルト緩み検知用ワッシャ(1)自身がボルトの緩みを検知するため、ボルトの長さ方向に余分なスペースをとらない。さらには検査無人化、自動化ができるといった効果も生み出すため、点検者が現場に近づけない場合、あるいは検知対象であるボルトが多数におよぶ場合でも汎用性が高く、効率的な緩み検知装置として利用できる。なお、本発明の緩み検知装置では従来のワッシャと同様な使用形態であるため、振動、衝撃等により装置のみが落下するといった検知不可能な状態になりにくい。

発明を実施するための最良の形態

0007

以下、本発明の実施の形態について説明する。
(イ)図1に示すように、厚さを有する長方形状を呈し、板の端の方に厚さ方向に貫通する貫通孔が設けられたワッシャ(1a)に圧電素子(1b)を貼付する。これをボルト緩み検知用ワッシャ(1)とする。
(ロ)図2に示すように、ボルト緩み検知用ワッシャ(1)を、適当な厚みを有し、水平方向に貫通孔を有するL字状構造物(4)にボルト(5)とナット(6)を用いて固定する。
(ハ)ボルト緩み検知用ワッシャ(1)とL字状構造物(4)の間には、ボルト緩み検知用ワッシャ(1)が振動する空間を確保するために従来の平ワッシャ(3)を装着する。
(二)本発明は、以上のような構成でこれを使用するときは、圧電素子(1b)に波形発生装置により生成された一定の周期で変化する信号電圧を入力し、圧電素子(1b)を長手方向に伸縮させる。その結果、図3に示す動作原理図のようにワッシャ(1)は厚み方向に振動する。その際の入力電圧入力信号データとする。一方で、その振動によって圧電素子に生じる電荷図4に示す回路を用いて電圧信号に変換し出力検出装置により、出力信号データを得る。回路中の各コンデンサ容量抵抗値はCp=41.3 [nF]、Cf=100.2 [nF]、R1=100 [Ω]、R2=100 [MΩ]とした。得られた入出力信号データからボルト緩み検知用ワッシャ(1)の固有振動数を算出する。
(ホ)得られた固有振動数はボルトの締付軸力により変化するので、初期締め付け状態におけるボルト緩み検知用ワッシャ(1)の固有振動数を計測しておき、その後、任意の時間に(ニ)の検知手順を実施することにより得られた固有振動数と比較する。その結果、値に低下が見られた場合には、ボルト締結体が緩んだものと判断し、緩みが検知できる。

0008

本発明の活用例として、橋等の海上構造物、鉄塔等の大型構造物、あるいは原子力発電所等の危険な構造物、といった点検者が現場に緩み検知装置を持ち込む事が困難な場所で適用可能である。さらに、検知対象のボルトが多数あるような大型、あるいは複雑な機械構造物にも効率、経済性の良い緩み検知装置として適用可能である。

図面の簡単な説明

0009

図1の(a)は本発明の平面図である。図1の(b)は本発明の側面図である。
図2は本発明の装置図である。
図3は本発明の動作原理図である。図3の(a)は圧電素子収縮時の図、(b)は圧電素子伸張時の図である。
図4は本発明の回路図である。

符号の説明

0010

1:ボルト緩み検知用ワッシャ
1a:ワッシャ基材
1b:圧電素子
2:振動空間
3:平ワッシャ
4:L字状構造物
5:ボルト
6:ナット

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