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公開番号2025018895
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-06
出願番号2024020558
出願日2024-02-14
発明の名称センサ付きボルト及び締結方法
出願人ユニタイトシステムズ株式会社,豊田通商株式会社,SMK株式会社
代理人弁理士法人有古特許事務所
主分類G01L 5/00 20060101AFI20250130BHJP(測定;試験)
要約【課題】強度を向上するセンサ付きボルト等を提供する。
【解決手段】対象物の締結に用いられるセンサ付きボルトは、ねじが形成されたねじ部分と、ねじが形成されていない非ねじ部分とを含むボルト軸と、前記ボルト軸に取り付けられ、前記ボルト軸の歪みを検出するセンサとを備え、前記ボルト軸は、前記非ねじ部分の外周面から窪み且つ前記センサを収容する凹部を、前記非ねじ部分の外周面に含み、前記凹部の位置での前記ボルト軸の断面積は、前記ねじ部分での前記ボルト軸の有効断面積以上の大きさを有する。
【選択図】図11

特許請求の範囲【請求項１】
対象物の締結に用いられるセンサ付きボルトであって、
ねじが形成されたねじ部分と、ねじが形成されていない非ねじ部分とを含むボルト軸と、
前記ボルト軸に取り付けられ、前記ボルト軸の歪みを検出するセンサとを備え、
前記ボルト軸は、前記非ねじ部分の外周面から窪み且つ前記センサを収容する凹部を、前記非ねじ部分の外周面に含み、
前記凹部の位置での前記ボルト軸の断面積は、前記ねじ部分での前記ボルト軸の有効断面積以上の大きさを有する
センサ付きボルト。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記凹部の位置での前記ボルト軸の径は、前記ねじ部分での前記ボルト軸の有効径以上の大きさを有する
請求項１に記載のセンサ付きボルト。
【請求項３】
前記凹部の位置での前記ボルト軸の径は、前記凹部の底部と前記ボルト軸の中心軸との間の最小距離を半径とする直径である
請求項２に記載のセンサ付きボルト。
【請求項４】
前記凹部は、前記ボルト軸の中心軸を中心とする周方向に延びる円筒状の溝である
請求項１に記載のセンサ付きボルト。
【請求項５】
前記センサは、シート状の端子と、前記端子と接続される２つ以上のシート状のひずみゲージと、前記端子と接続される電線とを含み、
前記ボルト軸は、前記端子及び前記２つ以上のひずみゲージを収容する前記凹部としての第１凹部と、前記第１凹部から前記ボルト軸の軸方向に延び且つ前記電線を収容する第２凹部とを含み、
前記第２凹部の位置での前記ボルト軸の断面積は、前記ねじ部分での前記ボルト軸の有効断面積以上の大きさを有する
請求項１から４のいずれか一項に記載のセンサ付きボルト。
【請求項６】
前記第２凹部の位置での前記ボルト軸の径は、前記ねじ部分での前記ボルト軸の有効径以上の大きさを有する
請求項５に記載のセンサ付きボルト。
【請求項７】
前記第１凹部は、前記ボルト軸の中心軸を中心とする周方向に延び、
前記周方向での前記第２凹部の幅は、前記周方向及び前記ボルト軸の軸方向での前記第１凹部の幅及び長さよりも小さい
請求項５に記載のセンサ付きボルト。
【請求項８】
前記ボルト軸の端部に接続され且つ前記非ねじ部分と隣り合うボルト頭部をさらに備え、
前記ボルト頭部は、前記凹部に連通し且つ前記ボルト軸の軸方向に前記ボルト頭部を貫通する穴を含み、
前記センサが含む電線が、前記穴を通って外部に引き出されている
請求項１に記載のセンサ付きボルト。
【請求項９】
前記ねじ部分に螺合するナットと前記対象物との間に介在して前記ボルト軸に配置される座金をさらに備え、
前記座金は、前記ボルト軸から前記座金の周縁に延びる第３凹部を、前記ナット又は前記対象物に対向する表面に含み、
前記センサが含む電線が、前記第３凹部を通って外部に引き出されている
請求項１に記載のセンサ付きボルト。
【請求項１０】
前記センサと接続される無線通信器をさらに備え、
前記無線通信器は、
前記センサに電圧を印加する電池と、
前記無線通信器と無線通信接続された機器に、前記センサの検出結果を出力するアンテナとを含む
請求項１に記載のセンサ付きボルト。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、センサ付きボルト、及び、センサ付きボルトを用いた締結方法に関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
部材の接合にボルトが用いられる場合がある。例えば、特許文献１は、ボルト接合が用いられた建造物の応力を計測するシステムを開示する。建造物の構造体に利用され、雄ねじ体及び雌ねじ体を有するねじ部材に、ねじ部材に生じるひずみを検知するセンサ部が設けられる。センサ部は、有線又は無線で情報収集装置に接続され、情報収集装置は、センサ部の計測情報を蓄積し、計測情報に基づいて建造物の異常判断を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第６４１８４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、ねじ部材は、センサ部を配置するために、ねじ部材の頭部内及び軸部内に形成された軸方向に延びる収容空間を有するため、その強度が低下し得る。所望の強度を得るためには、ねじ部材のサイズアップが必要になるため、コストが上昇する。また、このねじ部材を、既設の対象物の締結部分に適用しようとした場合、既設のねじよりも強度が低いため、既設のねじをこのねじ部材に置き換えると対象物の締結強度の低下を来す。対象物の締結強度を維持するためには、既設のねじをそのままの状態とした上で、このねじ部材を追加することが必要になると想定されるが、通常、既設の対象物において、新たにこのねじ部材を追加することは困難であると考えられる。本開示は、強度を向上するセンサ付きボルト及び当該センサ付きボルトを用いた締結方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様に係るセンサ付きボルトは、対象物の締結に用いられるセンサ付きボルトであって、ねじが形成されたねじ部分と、ねじが形成されていない非ねじ部分とを含むボルト軸と、前記ボルト軸に取り付けられ、前記ボルト軸の歪みを検出するセンサとを備え、前記ボルト軸は、前記非ねじ部分の外周面から窪み且つ前記センサを収容する凹部を、前記非ねじ部分の外周面に含み、前記凹部の位置での前記ボルト軸の断面積は、前記ねじ部分での前記ボルト軸の有効断面積以上の大きさを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図１は、例示的な実施の形態に係るボルトセットにより締結される対象物の一例を示す斜視図である。
図２Ａは、図１の第１ボルトの構成の一例を示す側面図である。
図２Ｂは、図１の第１ボルトの構成の一例を示す平面図である。
図３は、図２Ａ及び図２Ｂの第１ボルトが製造者から出荷される際に収納されるケースの一例を示す斜視図である。
図４Ａは、図１の第２ボルトの構成の一例を示す断面側面図である。
図４Ｂは、図１の第２ボルトの構成の一例を示す平面図である。
図５は、無線通信器が取り付けられた状態の図４Ａの第２ボルトの構成の一例を示す側面図である。
図６は、１つのボルトセットを用いた締結方法の流れの一例を示すフローチャートである。
図７は、２つの部材の接合前の状態の一例を示す側面図である。
図８は、図７のフランジにおける第１ボルト及び第２ボルトの配置状態の一例を示す平面図である。
図９は、１つのボルトセットを用いた締結方法の変形例の流れを示すフローチャートである。
図１０Ａは、変形例１に係る第２ボルトの構成の一例を示す側面図である。
図１０Ｂは、変形例１に係る第２ボルトの構成の一例を示す側面図である。
図１１は、図１０Ｂの第２ボルトの雄ねじ及びその周辺部分の拡大図である。
図１２は、変形例２に係る第１ボルトの構成の一例を示す側面図である。
図１３は、変形例２に係る第１ボルトによる締結状態の一例を示す側面図である。
図１４Ａは、変形例２に係る第２ボルトの構成の一例を示す側面図である。
図１４Ｂは、変形例２に係る第２ボルトの構成の一例を示す側面図である。
図１５は、変形例２に係る第２ボルトによる締結状態の一例を示す側面図である。
図１６は、１つのボルトセットを用いた変形例３に係る締結方法の流れの一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下において、本開示の例示的な実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。添付の図面における各図は、模式的な図であり、必ずしも厳密に図示されたものでない。各図において、実質的に同一の構成要素に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化される場合がある。本明細書及び請求項では、「装置」とは、１つの装置を意味し得るだけでなく、複数の装置を含むシステムも意味し得る。
【０００８】
図１は、例示的な実施の形態に係るボルトセット１により締結される対象物Ｔの一例を示す斜視図である。図１では、部材Ｔ１及びＴ２の本体Ｔ１ａ及びＴ２ａの内側が見えるように、本体Ｔ１ａ及びＴ２ａの一部が切り欠かれて描かれている。図１に示すように、対象物Ｔは、ボルト接合される２つの部材Ｔ１及びＴ２を含む。対象物Ｔは、ボルト接合される部分を含めば、いかなるものでもよい。限定されないが、本実施の形態では、対象物Ｔは、建造物又は構造物の柱、梁又は壁等の構造体である。部材Ｔ１及びＴ２は、構造体を形成する部材である。図１では、部材Ｔ１及びＴ２は、円筒状の柱の一部分である。第１部材Ｔ１は、円筒状の本体Ｔ１ａと、本体Ｔ１ａの端部のフランジＴ１ｂとを含む。第２部材Ｔ２は、円筒状の本体Ｔ２ａと、本体Ｔ２ａの端部のフランジＴ２ｂとを含む。限定されないが、本実施の形態では、フランジＴ１ｂは、本体Ｔ１ａから径方向内側に延びる内フランジであり、フランジＴ２ｂは、本体Ｔ２ａから径方向内側に延びる内フランジである。フランジＴ１ｂの形状及び寸法は、フランジＴ２ｂと同じである。
【０００９】
ボルトセット１は、複数の第１ボルト１００と、１つ以上の第２ボルト２００とを含む。限定されないが、本実施の形態では、ボルトセット１は、複数の第２ボルト２００を含み、第２ボルト２００の数量は、第１ボルト１００の数量よりも少ない。図１では、複数の第１ボルト１００の一部の図示が省略され、複数の第２ボルト２００の一部の図示が省略されている。
【００１０】
１つのボルトセット１がボルト接合の対象とする部分は、１つの接合部分、１つの接合部分の一部、１つの部材、１つの構造体、及び、１つの対象物Ｔ全体のいずれであってもよい。限定されないが、本実施の形態では、１つのボルトセット１がボルト接合の対象とする部分は、１つの接合部分である。１つのボルトセット１は、接合部分として、フランジＴ１ｂとフランジＴ２ｂとを接合する。
（【００１１】以降は省略されています）

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