特開 2024-17087 検出装置および検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024017087

(43)【公開日】2024-02-08

(54)【発明の名称】検出装置および検出方法

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/00 20060101AFI20240201BHJP

   B60B 3/16 20060101ALI20240201BHJP

【ＦＩ】

G01L5/00 103F

B60B3/16 Z

B60B3/16 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022119489

(22)【出願日】2022-07-27

(71)【出願人】

【識別番号】000003551

【氏名又は名称】株式会社東海理化電機製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小杉 正則

【テーマコード（参考）】

2F051

【Ｆターム（参考）】

2F051AA01

2F051AB05

2F051AC07

(57)【要約】

【課題】ホイール等の回転体を締結する締結部材の取り付け状態を検出することが可能な検出装置を提供する。
【解決手段】センサ装置１００（検出装置）は、磁気センサ２１（センサ部）と、磁気センサ２１の検出信号に基づいてナット２４０（締結部材）の締結状態を検出する信号処理部３０２（状態検出部）とを備える。磁気センサ２１は、リンク部材１０により接続されているナット２４０が回転したことに起因するリンク部材１０の歪みを検知する。信号処理部３０２は、磁気センサ２１により検知されたリンク部材１０の歪みに基づいて、ナット２４０の締結状態を検出する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の部材を被締結部材に締結する複数の締結部材のうち少なくとも２つの締結部材を接続するリンク部材の歪みを検出する検出装置であって、
前記少なくとも２つの締結部材のうち少なくとも１つの締結部材の回転による前記リンク部材の歪みを検出するセンサ部と、
前記センサ部により検出された前記リンク部材の歪みに基づいて、前記少なくとも１つの締結部材の締結状態を検出する状態検出部と、を備える、検出装置。

【請求項2】

前記センサ部は、前記リンク部材に取り付けられているとともに、前記リンク部材の歪みに起因する所定の情報を取得するように構成されている、請求項１に記載の検出装置。

【請求項3】

前記リンク部材は、前記複数の締結部材のいずれかが嵌合される嵌合穴が設けられる複数の嵌合部と、前記複数の嵌合部同士を接続する接続部とを含み、
前記複数の嵌合部のうち少なくとも１つと前記接続部とのうちの一方に設けられる磁石をさらに備え、
前記センサ部は、前記複数の嵌合部のうち少なくとも１つと前記接続部とのうちの他方において前記磁石と対向するように設けられる磁気センサを含み、
前記状態検出部は、前記接続部が歪んだことに起因する前記磁石と前記磁気センサとの間の距離の変化によって変化する前記磁気センサの検知結果に基づいて、前記少なくとも１つの締結部材の締結状態を検出する、請求項２に記載の検出装置。

【請求項4】

前記センサ部は、前記少なくとも１つの締結部材が回転したことに起因して前記リンク部材において歪みが生じる部分に設けられる歪みゲージを含む、請求項２に記載の検出装置。

【請求項5】

前記状態検出部は、前記センサ部により検知された前記リンク部材の歪み量に基づく値が所定のしきい値以上である場合に、前記少なくとも１つの締結部材の締結状態を検出する、請求項１～４のいずれか１項に記載の検出装置。

【請求項6】

前記センサ部は、前記リンク部材の歪み量に基づく値が前記所定のしきい値以上である状態が所定時間以上継続された場合に、前記少なくとも１つの締結部材の締結状態を検出する、請求項５に記載の検出装置。

【請求項7】

所定の部材を被締結部材に締結する複数の締結部材のうち少なくとも２つの締結部材を接続するリンク部材の歪みを検出する検出方法であって、
前記少なくとも２つの締結部材のうち少なくとも１つの締結部材の回転による前記リンク部材の歪みを検出する工程と、
検出された前記リンク部材の歪みに基づいて、前記少なくとも１つの締結部材の締結状態を検出する工程と、を備える、検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、検出装置および検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特開２００５－３２９９０７号公報（特許文献１）には、タイヤあるいはホイールに取り付けられた検出器（Ｇセンサ）の検出値に基づいて、タイヤ（ホイールを締結するナット）の取り付け状態を検出する検出装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５－３２９９０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、タイヤ（ホイールを締結する締結部材）の取り付け状態を検出する装置において、そのタイヤ（ホイールを締結する締結部材）の取り付け状態をより簡易に検出する技術が望まれている。

【0005】

本開示は、かかる課題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、ホイール等の回転体を締結する締結部材の取り付け状態を検出することが可能な検出装置および検出方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の第１の局面による検出装置は、所定の部材を被締結部材に締結する複数の締結部材のうち少なくとも２つの締結部材を接続するリンク部材の歪みを検出する検出装置であって、少なくとも２つの締結部材のうち少なくとも１つの締結部材の回転によるリンク部材の歪みを検出するセンサ部と、センサ部により検出されたリンク部材の歪みに基づいて、上記少なくとも１つの締結部材の締結状態を検出する状態検出部と、を備える。

【0007】

本開示の第１の局面による検出装置では、上記のように、センサ部により検知されたリンク部材の歪みに基づいて、複数の締結部材のうちの少なくとも１つの締結状態が検出される。ここで、リンク部材の歪みは、締結部材の回転量（緩み量）によって変化する一方で、被締結部材の種類や大きさ等によって変化することはない。したがって、リンク部材の歪みに基づいて、締結部材の締結状態（取り付け状態）を容易に検出することができる。

【0008】

本開示の第２の局面に従う検出方法は、所定の部材を被締結部材に締結する複数の締結部材のうち少なくとも２つの締結部材を接続するリンク部材の歪みを検出する検出方法であって、少なくとも２つの締結部材のうち少なくとも１つの締結部材の回転によるリンク部材の歪みを検出する工程と、検出されたリンク部材の歪みに基づいて、少なくとも１つの締結部材の締結状態を検出する工程と、を備える。

【0009】

本開示の第２の局面による検出方法では、上記のように、センサ部により検知されたリンク部材の歪みに基づいて、複数の締結部材のうちの少なくとも１つの締結状態が検出される。これにより、リンク部材の歪み基づいて、締結部材の締結状態（取り付け状態）を容易に検出することが可能な検出方法を提供することができる。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、ホイール等の回転体を締結する締結部材の取り付け状態を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１および第２実施形態によるセンサ装置が設けられている車両を示す図である。

【図2】第１および第２実施形態によるナットの断面図である。

【図3】第１実施形態によるリンク部材およびセンサ装置を示す図である。

【図4】第１実施形態によるセンサ装置の構成を示す図である。

【図5】リンク部材が歪んだ状態におけるセンサ装置の近傍を示す部分拡大図である。

【図6】第１実施形態によるセンサ装置の制御フローを示すフロー図である。

【図7】第２実施形態によるリンク部材およびセンサ装置を示す図である。

【図8】第２実施形態によるセンサ装置の構成を示す図である。

【図9】第２実施形態によるセンサ装置の制御フローを示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

【0013】

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るセンサ装置１００（図３参照）が搭載される車両２００を示す図である。車両２００は、複数の車輪２１０を備える。また、車両２００は、後述の通信部２３と通信可能でかつ図示しない表示部を備える通信端末２０１を備える。なお、センサ装置１００は、本開示の「検出装置」の一例である。

【0014】

車輪２１０は、ホイール２２０と、ホイール２２０に取り付けられるタイヤ２３０とを含む。ホイール２２０は、複数（図１では６つ）のナット２４０によりホイールハブ２５０ａ（図２参照）に締結されている。ナット２４０は、締め付け方向（時計回り）および緩み方向（反時計回り）に回転する。なお、ナット２４０の個数は上記の例に限られない。なお、ホイール２２０およびホイールハブ２５０ａは、それぞれ、本開示の「被締結部材」および「所定の部材」の一例である。また、ナット２４０は、本開示の「締結部材」の一例である。

【0015】

図２に示すように、ナット２４０は、ホイール２２０にボルト２５０を締結させる。具体的には、ホイール２２０には、ボルト２５０が挿入（貫通）される複数（６つ）のホイール穴２２１が設けられている。ナット２４０は、ホイール穴２２１に挿入された状態のボルト２５０をホイール２２０に締結する。なお、ボルト２５０は、ホイールハブ２５０ａに固定されている。なお、ナット２４０とホイール２２０との間には、ワッシャ２４１が設けられていてもよい。

【0016】

図２は、ダブルタイヤの例を示しており、ホイール２２０は、内側ホイール２２２と外側ホイール２２３からなる。ナット２４０は、片面側が開放されている。

【0017】

また、図３に示すように、６つのナット２４０のうち互いに隣り合う２つのナット２４０同士は、リンク部材１０により接続されている。リンク部材１０は、弾性を有する樹脂により形成されている。

【0018】

リンク部材１０は、ナット２４０が嵌合される嵌合穴１１ａが設けられる一対の嵌合部１１を含む。また、リンク部材１０は、一対の嵌合部１１同士を接続する接続部１２を含む。なお、接続部１２は、２つの折れ曲がり部が設けられることによりＺ字形状を有している。

【0019】

また、センサ装置１００は、センサチップ２０と、磁石３０とを備える。センサチップ２０は、リンク部材１０の一方の嵌合部１１の外表面１１ｂに取り付けられている。磁石３０は、接続部１２に取り付けられている。磁石３０は、接続部１２のうち、センサチップ２０と対向する表面１２ａに取り付けられている。なお、センサチップ２０が、リンク部材１０の２つの嵌合部１１の各々の外表面１１ｂに設けられていてもよい。

【0020】

図４に示すように、センサチップ２０は、磁気センサ２１と、信号処理部２２と、通信部２３と、電源部２４とを含む。なお、磁気センサ２１および信号処理部２２は、それぞれ、本開示の「センサ部」および「状態検出部」の一例である。

【0021】

磁気センサ２１は、磁石からの磁束の大きさ（磁束量）を検知する。信号処理部２２は、磁気センサ２１の検出信号に基づいて、ナット２４０の状態（締結状態）を検出する。

【0022】

通信部２３は、信号処理部２２の処理結果または処理結果に基づく情報を、無線通信により、車両２００の通信端末２０１（図１参照）に送信する。電源部２４は、磁気センサ２１、信号処理部２２、および、通信部２３の各々に電力を供給する。

【0023】

ここで、磁気センサ２１は、リンク部材１０により接続されているナット２４０が回転したことに起因するリンク部材１０の歪みを検知する。具体的には、図５に示すように、ナット２４０が回転することにより、リンク部材１０に歪みが生じるとともに、センサチップ２０と磁石３０との間の距離Ｄが変化する。磁気センサ２１は、距離Ｄの変化に基づきリンク部材１０の歪みを検知する。図５に示す例では、センサチップ２０が取り付けられている嵌合部１１側のナット２４０が緩み方向（反時計回り）に回転することにより、センサチップ２０と磁石３０との間の距離Ｄが小さくなっている。

【0024】

これにより、磁石３０がセンサチップ２０（磁気センサ２１）に近づくので、磁気センサ２１を通過する磁石３０からの磁束の本数が増加する。その結果、磁気センサ２１が検知する磁束の大きさ（磁束量）が大きくなる。なお、上記の磁束の大きさの変化は、本開示の「所定の情報」の一例である。

【0025】

信号処理部２２は、所定時間毎（たとえば２０秒～１２０秒ごと）に、磁気センサ２１の検出値を取得する。

【0026】

また、信号処理部２２は、今回磁気センサ２１により検出された磁束量と、前回までに磁気センサ２１により検出された磁束量との差分に基づいて、ナット２４０の締結状態を検出する。信号処理部２２は、上記差分が所定の許容範囲外であれば、ナット２４０が緩んでいる（固定されていない）と判断する。この場合、信号処理部２２は、通信部２３（図４参照）を通じて通信端末２０１（図１参照）にナット２４０が緩んでいることを通知する。これにより、通信端末２０１の図示しない表示部に警告が表示されてもよいし、通信端末２０１に警告音を発生させてもよい。一方、信号処理部２２は、上記差分が所定の許容範囲内であれば、ナット２４０が固定されていると判断する。この場合、信号処理部２２は、通信端末２０１への通知は行わない。また、上記の前回までに検出された磁束量とは、前回の磁束量であってもよいし、前回を含む過去数回分の磁束量の平均値であってもよい。

【0027】

また、信号処理部２２は、磁気センサ２１の検出値（磁束量）の初期値の情報を取得する。信号処理部２２は、たとえば通信端末２０１の所定のボタン２０１ａ（図１参照）が押下されたことに基づいて、上記初期値を取得する。具体的には、信号処理部２２は、上記ボタンが押下された時点での磁気センサ２１の検出値（磁束量）を初期値とする。なお、ボタン２０１ａは、たとえば、タイヤ２３０（ホイール２２０）をホイールハブ２５０ａに取り付け、ナット２４０を所定の締め付けトルクで締結したときに押下されるのが好ましい。また、上記のボタン２０１ａの機能を有するボタンがセンサ装置１００に設けられていてもよい。また、センサ装置１００の通信部２３が車両２００のＥＣＵとの間で双方向通信可能であってもよい。この場合、上記初期値の情報を信号処理部２２に記憶させてもよい。

【0028】

また、信号処理部２２は、現在の磁気センサ２１の検出値（磁束量）と上記初期値との差分に基づいて、ナット２４０の締結状態を検出する。具体的には、信号処理部２２は、上記差分が所定の許容範囲外となった場合に、ナット２４０が緩んでいる（固定されていない）と判断する。この場合、信号処理部２２は、通信部２３（図４参照）を通じてナット２４０が緩んでいることを通信端末２０１（図１参照）に通知する。これにより、通信端末２０１の図示しない表示部に警告が表示されてもよいし、通信端末２０１に警告音を発生させてもよい。

【0029】

また、信号処理部２２は、磁気センサ２１により検知された磁束の変化量（本開示の「リンク部材の歪み量に基づく値」に相当）が所定のしきい値以上である場合に、ナット２４０の締結状態を検出する。具体的には、信号処理部２２は、磁気センサ２１により検知された磁束の変化量が所定のしきい値以上である状態が所定時間以上（たとえば１分以上）継続された場合に、ナット２４０の締結状態を検出する。なお、所定のしきい値とは、たとえば、車両２００の振動や急加速（急減速）等に起因してリンク部材１０に（微少な）歪みが生じる場合に対応する磁束の変化量であり、図示しない記憶装置等に予め記憶されていてもよい。

【0030】

（センサ装置の制御フロー）
次に、図６を参照して、センサ装置１００の制御フローの一例を説明する。まず、ステップＳ１において、磁石３０からの磁束量が磁気センサ２１により検出される。次に、ステップＳ２において、信号処理部２２は、磁気センサ２１から、検知された磁束量の情報を取得する。

【0031】

次に、ステップＳ３では、信号処理部２２は、ステップＳ２において取得された磁束量の情報に基づいて、ナット２４０の締結状態を検出する。ナット２４０に緩みがあることが検出された場合（Ｓ３においてＹｅｓ）、処理はステップＳ４に進む。また、ナット２４０に緩みがないことが検出された場合（Ｓ３においてＮｏ）、処理はステップＳ１に戻る。磁束量に基づく締結状態の検出の説明は、上記のように、前回までの検出値または初期値との差分に基づいて行われる。

【0032】

そして、ステップＳ４において、信号処理部２２は、通信部２３を通じて、通信端末２０１にナット２４０に緩みがあることを通知する。

【0033】

以上のように、第１実施形態においては、磁気センサ２１により検知されたリンク部材１０の歪みに基づいて、ナット２４０の締結状態が検出される。これにより、ホイール２２０の大きさや種類だけでなく車両２００の車速等に拘わらず、磁気センサ２１の検出結果に基づいてナット２４０の締結状態を検知することができる。

【0034】

［第２実施形態］
次に、本開示の第２実施形態について説明する。第２実施形態では、磁気センサ２１が用いられる上記第１実施形態とは異なり、歪みゲージ３０１が用いられる。なお、上記第１実施形態と同一の構成については、同一の符号を付すとともに繰り返しの説明を行わない。

【0035】

図７に示すように、センサ装置３００は、リンク部材１０の接続部１２に取り付けられている。具体的には、センサ装置３００は、リンク部材１０の接続部１２のうち、ナット２４０が緩み方向に回転することによって歪む（撓む）歪み部分１２ｃに取り付けられている。歪み部分１２ｃは、本開示の「歪みが生じる部分」の一例である。

【0036】

図８に示すように、センサ装置３００は、歪みゲージ３０１と、信号処理部３０２と、通信部３０３と、電源部３０４とを含む。なお、歪みゲージ３０１および信号処理部３０２は、それぞれ、本開示の「センサ部」および「状態検出部」の一例である。

【0037】

歪みゲージ３０１は、歪み部分１２ｃの電気的な抵抗値（以下、抵抗値と記載する）の変化を検出する。歪み部分１２ｃの抵抗値は、歪み部分１２ｃが歪むことによって歪み部分１２ｃの断面積が変化することに起因して変化する。たとえば、図７に示すナット２４０が緩み方向に回転した場合、歪み部分１２ｃが伸びるように変形される（すなわち長さが大きくなる）ことによって歪み部分１２ｃの断面積は小さくなる。これにより、歪み部分１２ｃの抵抗値が増加する。

【0038】

信号処理部３０２は、歪みゲージ３０１により検出されたリンク部材１０の抵抗値の変化に基づいて、ナット２４０の状態（締結状態）を検出する。なお、リンク部材１０の抵抗値の変化は、本開示の「所定の情報」の一例である。

【0039】

通信部３０３は、信号処理部３０２の処理結果または処理結果に基づく情報を、無線通信により、車両２００の通信端末２０１（図１参照）に送信する。電源部３０４は、歪みゲージ３０１、信号処理部３０２、および、通信部３０３の各々に電力を供給する。

【0040】

また、信号処理部３０２は、歪みゲージ３０１により検知されたリンク部材１０の抵抗値の変化量（本開示の「リンク部材の歪み量に基づく値」に相当）が所定のしきい値以上である場合に、ナット２４０の締結状態を検出する。具体的には、信号処理部３０２は、歪みゲージ３０１により検知されたリンク部材１０の抵抗値の変化量が所定のしきい値以上である状態が所定時間以上（たとえば１分以上）継続された場合に、ナット２４０の締結状態を検出する。

【0041】

（センサ装置の制御フロー）
次に、図９を参照して、センサ装置３００の制御フローを説明する。まず、ステップＳ１１において、リンク部材１０の抵抗値が歪みゲージ３０１により検知される。次に、ステップＳ１２では、信号処理部３０２は、歪みゲージ３０１から、検知されたリンク部材１０の抵抗値の情報を取得する。

【0042】

次に、ステップＳ１３では、信号処理部３０２は、ステップＳ１２において取得された抵抗値の情報に基づいて、ナット２４０の締結状態を検出する。ナット２４０に緩みがあることが検出された場合（Ｓ１３においてＹｅｓ）、処理はステップＳ４に進む。また、ナット２４０に緩みがないことが検出された場合（Ｓ１３においてＮｏ）、処理はステップＳ１１に戻る。具体的には、今回歪みゲージ３０１により検出された抵抗値と、前回までに歪みゲージ３０１により検出された抵抗値との差分（または抵抗値の初期値との差分）が所定の許容範囲外であれば、ナット２４０が緩んでいる（固定されていない）と判断される。

【0043】

以上のように、第２実施形態においては、歪みゲージ３０１により検知されたリンク部材１０の歪みに基づいて、ナット２４０の締結状態が検出される。これにより、リンク部材１０の歪み量を歪みゲージ３０１により検知されるリンク部材１０の抵抗値の変化量に基づいて容易に検出することができる。また、上記第１実施形態のように磁石等を用いなくても、リンク部材１０の歪みを検出することができるので、部品点数を低減することができるとともにセンサ装置３００の構成を簡略化することができる。

【0044】

なお、その他の構成および効果については、上記第１実施形態と同様であるので、繰り返し説明しない。

【0045】

なお、上記第１および第２実施形態では、車両２００のホイール２２０に設けられるナット２４０の締結状態を検出する例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、エレベータのプーリやベルトコンベアの滑車、遊園地等に備えられるコーヒーカップおよびメリーゴーランド、および、公園等に備えられる回転式遊具などに取り付けられるナット等の締結部材の締結状態を検出してもよい。

【0046】

また、上記第１および第２実施形態では、センサ装置１００（３００）に設けられる信号処理部２２（３０２）によってナット２４０の緩みを検出する例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、車両２００に設けられるＥＣＵ（Electronic Control Unit)に通信部２３（３０３）を通じて磁気センサ２１（歪みゲージ３０１）の検出値を送信し、ＥＣＵが上記検出値に基づいてナット２４０の緩みを検出してもよい。

【0047】

また、上記第１および第２実施形態では、磁気センサ２１および歪みゲージ３０１（センサ部）がリンク部材１０に取り付けられている例を示したが、本開示はこれに限られない。センサ部がリンク部材１０に取り付けられていなくてもよい。たとえば、リンク部材１０の嵌合部１１と接続部１２との間の距離を、リンク部材１０とは離間した位置に設けられたカメラ等により検出してもよい。

【0048】

また、上記第１および第２実施形態では、磁気センサ２１（歪みゲージ３０１）の検出値の変化量に基づいて、ナット２４０の締結状態が検出される例を示したが、本開示はこれに限られない。磁気センサ２１（歪みゲージ３０１）の検出値に基づいてリンク部材１０の歪み量を算出するとともに、上記歪み量に基づいて算出されたナット２４０の回転角度の変化量に基づいて上記検出が行われてもよい。

【0049】

また、上記第１実施形態では、磁気センサ２１が嵌合部１１に設けられ、磁石３０が接続部１２に設けられる例を示したが、本開示はこれに限られない。磁気センサ２１が接続部１２に設けられ、磁石３０が嵌合部１１に設けられていてもよい。

【0050】

また、上記第１および第２実施形態では、ナット２４０のリンク部材１０を取り付ける例を示したが、本開示はこれに限られない。ボルト（ホイールハブとは別個のボルト）にリンク部材１０を取り付けてもよい。この場合のボルトは、本開示の「締結部材」の一例である。

【0051】

なお、上記実施形態において、１つのホイール２２０に対するセンサ装置１００（３００）の個数は、１以上であれば適宜変更してもよい。

【0052】

上述の実施の形態および上記変形例は、技術的に矛盾が生じない範囲で適宜組み合わせることもできる。

【0053】

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と考えられるべきである。本開示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。

【符号の説明】

【0054】

１０ リンク部材，１１ 嵌合部，１１ａ 嵌合穴，１２ 接続部，１２ｃ 歪み部分（歪みが生じる部分），２１ 磁気センサ（センサ部），２２、３０２ 信号処理部（状態検出部），３０ 磁石，１００、３００ センサ装置（検出装置），２２０ ホイール（被締結部材），２４０ ナット（締結部材），２５０ａ ホイールハブ（所定の部材），３０１ 歪みゲージ（センサ部），Ｄ 距離。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】