特許 7283823 ボルトの弛緩を検出する検出装置およびこれを用いた監視システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-22

(45)【発行日】2023-05-30

(54)【発明の名称】ボルトの弛緩を検出する検出装置およびこれを用いた監視システム

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/00 20060101AFI20230523BHJP

【ＦＩ】

G01L5/00 103D

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2022089467

(22)【出願日】2022-06-01

(65)【公開番号】P2023003388

(43)【公開日】2023-01-11

【審査請求日】2022-06-02

(31)【優先権主張番号】P 2021103795

(32)【優先日】2021-06-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】317008687

【氏名又は名称】株式会社ＳＨＯＮＡＮＢＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100098497

【弁理士】

【氏名又は名称】片寄 恭三

(72)【発明者】

【氏名】佐久間 洋一

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 潤一

(72)【発明者】

【氏名】若林 正美

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 邦男

(72)【発明者】

【氏名】芳賀 仁一

【審査官】公文代 康祐

(56)【参考文献】

【文献】特開平０３－１１８４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表平０４－５００７８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６０－１８１６３８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】中国特許出願公開第１１２７６３１２５（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ ５／００－５／２８

Ｇ０１Ｂ ２１／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被締結部材を締結するボルトおよびナットの弛緩を検出する検出装置であって、
板状の第１の部材と、板状の第２の部材と、第１の部材の一方の端部と第２の部材の一方の端部とを接続する板状の第３の部材とを含み、第１および第２の部材が第３の部材から片持ち梁状に延在し、第１の部材と第２の部材が前記被締結部材に固定される取付け金具と、
前記取付け金具の第３の部材の表面に貼り付けられた少なくとも１つの歪ゲージを含む検出装置。

【請求項2】

前記被締結部材に取付ける前の初期状態において、第１の部材と第２の部材の開放端側の第１の間隔は、第１の部材と第２の部材の固定端側の第２の間隔よりも大きい、請求項１に記載の検出装置。

【請求項3】

前記取付け金具は、第１の部材が前記被締結部材のボルト側の第１の表面と接触し、第２の部材が前記被締結部材のナット側の第２の表面と接触するように、前記被締結部材に固定される、請求項２に記載の検出装置。

【請求項4】

前記取付け金具を前記被締結部材に固定したとき、第１の間隔が減少するように第１の部材と第２の部材が弾性変形され、第３の部材の外側の面に引張り応力が生じ、第３の部材の内側の面に圧縮応力が生じる、請求項３に記載の検出装置。

【請求項5】

第３の部材の外側の面に貼り付けられた第１の歪ゲージは、最大の引張り応力を検出し、第３の部材の内側の面に貼り付けられた第２の歪ゲージは、最大の圧縮応力を検出する、請求項４に記載の検出装置。

【請求項6】

第１の部材および第２の部材には、それぞれ第１の貫通孔および第２の貫通孔が形成され、第１の貫通孔は、第１の表面のボルトと干渉しない大きさであり、第２の貫通孔は、第２の表面のナットと干渉しない大きさである、請求項３に記載の検出装置。

【請求項7】

前記被締結部材に取付ける前の初期状態において、第１の部材と第２の部材の開放端側の第１の間隔は、第１の部材と第２の部材の固定端側の第２の間隔よりも小さい、請求項１に記載の検出装置。

【請求項8】

前記取付け金具は、第１の部材が前記被締結部材のボルト側の第１の表面と接触し、第２の部材が前記被締結部材のナット側の第２の表面と接触するように、前記被締結部材に固定される、請求項７に記載の検出装置。

【請求項9】

前記取付け金具を前記被締結部材に固定したとき、第１の間隔が増加するように第１の部材と第２の部材が弾性変形され、第３の部材の外側の面に引張り応力が生じ、第３の部材の内側の面に圧縮応力が生じる、請求項８に記載の検出装置。

【請求項10】

第３の部材の外側の面に貼り付けられた第１の歪ゲージは、最小の圧縮応力を検出し、第３の部材の内側の面に貼り付けられた第２の歪ゲージは、最小の引張り応力を検出する、請求項８に記載の検出装置。

【請求項11】

第１の部材および第２の部材には、それぞれ第１の貫通孔および第２の貫通孔が形成され、第１の貫通孔は、第１の表面のボルトと干渉しない大きさであり、第２の貫通孔は、第２の表面のナットと干渉しない大きさである、請求項８に記載の検出装置。

【請求項12】

前記取付け金具は、第１の部材および第２の部材のバネ圧によって前記被締結部材に固定される、請求項７に記載の検出装置。

【請求項13】

第１の部材、第２の部材および第３の部材は、曲げ加工により一体成型される、請求項１に記載の検出装置。

【請求項14】

前記歪ゲージは、第３の部材の主面の中心部に貼り付けられる、請求項１に記載の検出装置。

【請求項15】

第１の部材および第２の部材には、それぞれ第１および第２の補強部材が取り付けられる、請求項１に記載の検出装置。

【請求項16】

第１の補強部材は、第１の部材の両側部に延在するリブであり、第２の補強部材は、第２の部材の両側部に延在するリブである、請求項１５に記載の検出装置。

【請求項17】

第１の補強部材は、第１の部材の梁の長手方向に形成された複数の凹状または凸状のビードを含み、第２の補強部材は、第２の部材の梁の長手方向に形成された複数の凹状または凸状のビードを含む、請求項１５に記載の検出装置。

【請求項18】

請求項１ないし１７いずれか１つに記載の複数の検出装置と、
前記複数の検出装置に電気的に接続された複数の子機と、
前記複数の子機と無線通信する監視装置とを含む監視システムであって、
前記子機は、前記検出装置で検出された歪データに基づきボルトの弛緩状態を判定する判定手段と、
前記判定手段による判定結果を親機に通知する通知手段とを有し、
前記監視装置は、前記通知手段で通知された結果を出力する出力手段を含む、監視システム。

【請求項19】

前記判定手段は、ボルトの増し締めが必要か否かを判定する、請求項１８に記載の監視システム。

【請求項20】

前記判定手段は、ボルトの交換が必要か否かを判定する、請求項１８に記載の監視システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、風力発電設備のタワー、電力送電用鉄塔や橋梁などのフランジ用いる締結ボルトの経時な弛緩状態を連続的もしくは間欠的に検知するセンシングシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

複数の子機を遠隔地に設置し、複数の子機でセンシングした測定値を親機に送信する、無線通信センシングシステムが実用化されている（例えば、特許文献１）。子機は、例えば、山間部、湖沼、海上などに設置された構造物、施設、橋脚などに設置され、そのような測定対象物の状態の変化等をセンシングし、親機は、子機から送信された各種測定データを収集整理し、遠隔地に設置されたデータ処理センターにあるデータ解析装置に送信する。データ解析装置にて受信したデータを分析し、測定対象物の異常有無を判定し、その結果を監視員等に連絡し、適正な処置を実施している。

【0003】

測定対象物の状態を測定するものに歪みゲージが知られている。歪みゲージは、測定対象物の伸縮に比例して抵抗体の抵抗値を変化させるものであり、歪みゲージを測定対象物に接着または貼付し、歪みゲージの抵抗変化を測定することで測定対象物の歪み量を検出する。歪みゲージの抵抗変化は微小であるため、通常、ホイーストンブリッジ回路を用いて抵抗変化を電圧に変換して測定する（例えば、特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第６２５１３６３号公報

【文献】特開２０００－２４９５０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

風力発電施設等のタワー等の構造物のフランジを締結するためにボルト（例えば、六角のネジボルトなど）が用いられる。現在、ボルトの締結状態をセンシングしてそのデータを解析する作業は行われていないが、次の理由により締結状態のセンシングの必要性が求められている。
（１）台風や地震などの自然災害やボルトの経年劣化が原因で、タワー等の構造物が倒壊するおそれがある。
（２）台風や地震などの自然災害やボルトの経年劣化が原因で、ボルトが破断するおそれがある
（３）メンテナンス時のボルトの緩みを全数点検（例えば、１タワー当り１００本以上)することは、メンテナンスの工数が大きくかつ熟練の保守作業員を必要とする。

【0006】

そこで、新しい解決策として、図１に示すように、ボルトＢＴの内部に歪ゲージＳＧを埋め込んで、ボルトＢＴの捻じれ、締め付けおよび緩みの状態を監視して、異常有無を判定し、適切なメンテナンスを行うことが検討されている。例えば、歪ゲージＳＧによってある閾値を超える緩みが検出された場合には、ボルトの締め付けをさらに強化したり、ある閾値を超える締め付けが検出された場合には、ボルトの破断の予兆があると推測し、例えば、ボルトを新品の物に交換する。

【0007】

しかしながら、上記の歪ゲージの取り付け方法は、ボルトＢＴに歪ゲージＳＧを埋め込むために穴を開ける必要があり、ボルトＢＴの強度を低下させてしまうおそれがある。また、歪ゲージＳＧを内蔵するボルトは、ＪＩＳ規格等に制定されていない型式の為、特殊な大型ボルトとして新たに管轄行政機関の認定を受ける必要があり、そのために多くの時間やコストを生じさせ、実現性が低い。さらに、ボルトに歪ゲージＳＧを埋め込む作業は、製品の均質性や検出精度の安定性の面で非常に難しく、そのための費用もかかり、量産性に乏しい。さらに、ボルトの捻じれ、締め付けおよび緩みを監視するだけでは、ボルトの適切な交換時期を予測することは困難である。

【0008】

本発明は、このような従来の課題を解決し、新規なボルトの弛緩を検出する検出装置およびこれを用いた監視システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る検出装置は、被締結部材を締結するボルトおよびナットの弛緩を検出するものであって、板状の第１の部材と、板状の第２の部材と、第１の部材の一方の端部と第２の部材の一方の端部とを接続する板状の第３の部材とを含み、第１および第２の部材が第３の部材から片持ち梁状に延在し、第１の部材と第２の部材が前記被締結部材に固定される取付け金具と、前記取付け金具の第３の部材の表面に貼り付けられた少なくとも１つの歪ゲージを含む。

【0010】

ある態様では、前記被締結部材に取付ける前の初期状態において、第１の部材と第２の部材の開放端側の第１の間隔は、第１の部材と第２の部材の固定端側の第２の間隔よりも大きい。ある態様では、前記取付け金具は、第１の部材が前記被締結部材のボルト側の第１の表面と接触し、第２の部材が前記被締結部材のナット側の第２の表面と接触するように、前記被締結部材に固定される。ある態様では、前記取付け金具を前記被締結部材に固定したとき、第１の間隔が減少するように第１の部材と第２の部材が弾性変形され、第３の部材の外側の面に引張り応力が生じ、第３の部材の内側の面に圧縮応力が生じる。ある態様では、第３の部材の外側の面に貼り付けられた第１の歪ゲージは、最大の引張り応力を検出し、第３の部材の内側の面に貼り付けられた第２の歪ゲージは、最大の圧縮応力を検出する。ある態様では、第１の部材および第２の部材には、それぞれ第１の貫通孔および第２の貫通孔が形成され、第１の貫通孔は、第１の表面のボルトと干渉しない大きさであり、第２の貫通孔は、第２の表面のナットと干渉しない大きさである。ある態様では、前記被締結部材に取付ける前の初期状態において、第１の部材と第２の部材の開放端側の第１の間隔は、第１の部材と第２の部材の固定端側の第２の間隔よりも小さい。ある態様では、前記取付け金具は、第１の部材が前記被締結部材のボルト側の第１の表面と接触し、第２の部材が前記被締結部材のナット側の第２の表面と接触するように、前記被締結部材に固定される。ある態様では、前記取付け金具を前記被締結部材に固定したとき、第１の間隔が増加するように第１の部材と第２の部材が弾性変形され、第３の部材の外側の面に引張り応力が生じ、第３の部材の内側の面に圧縮応力が生じる。ある態様では、第３の部材の外側の面に貼り付けられた第１の歪ゲージは、最小の圧縮応力を検出し、第３の部材の内側の面に貼り付けられた第２の歪ゲージは、最小の引張り応力を検出する。ある態様では、第１の部材および第２の部材には、それぞれ第１の貫通孔および第２の貫通孔が形成され、第１の貫通孔は、第１の表面のボルトと干渉しない大きさであり、第２の貫通孔は、第２の表面のナットと干渉しない大きさである。ある態様では、前記取付け金具は、第１の部材および第２の部材のバネ圧によって前記被締結部材に固定される。ある態様では、第１の部材、第２の部材および第３の部材は、曲げ加工により一体成型される。ある態様では、前記歪ゲージは、第３の部材の主面の中心部に貼り付けられる。ある態様では、第１の部材および第２の部材には、それぞれ第１および第２の補強部材が取り付けられる。ある態様では、第１の補強部材は、第１の部材の両側部に延在するリブであり、第２の補強部材は、第２の部材の両側部に延在するリブである。ある態様では、第１の補強部材は、第１の部材の梁の長手方向に形成された複数の凹状または凸状のビードを含み、第２の補強部材は、第２の部材の梁の長手方向に形成された複数の凹状または凸状のビードを含む。

【0011】

さらに好ましい態様について説明する。第１の部材、第２の部材および第３の部材は、一体成型により加工し成形しても良い。例えば、金属製の板状の部材は、プレス機械により断面コ字型に一体加工される。また、第１の部材と第３の部材、および第２の部材と第３の部材の当接部（コーナー部）は、ある適切な曲部形状に加工されることが望ましい。さらに第３の部材の中心部は平面であることが望ましい。当接部の曲部形状（円弧径または曲率半径：Ｒの大小）、板の厚み、材質（靭性の程度）、そして取付け金具をフランジに取り付けたときのフランジの端部と第３の部材との間隙寸法（図４のＳ寸法）の長短により、ボルトの弛緩程度が第３の部材に取り付けた歪ゲージの歪量として表れる。

【0012】

また、取付け金具の材質として、ステンレス材、アルミ材、あるいは高張力鋼等の耐食性に優れた材料として適している。第３の部材に表れる歪の検出量は、板厚が大きい程、より大きな靭性による応力が発生する傾向にある。この発生応力をより顕著で高精度の歪量として検出するためには、適切な板厚範囲が存在し、その板厚は、１～５ｍｍ程度が望ましい。

【0013】

第１の部材と第２の部材のボルト締結用の第１の貫通孔と第２の貫通孔の内部にワッシャーをセットし、このワッシャーを介してボルトを締結することが望ましい。ボルトの締結力は非常に大きいので、ワッシャーの材質は、ボルトの締結力に耐力のある高張力鋼等の特性をもつことが望ましい。もし、ワッシャーをステンレス材やアルミ材で構成した場合には、ボルトを締結したときにワッシャーが凹型に変形してしまうおそれがある。好ましくは、ワッシャーの材質に高張力鋼を採用し、第１および第２の部材の第１および第２の貫通孔内にワッシャーを嵌め込み、ワッシャーを第１および第２の貫通孔に固定した後、第１および第２の貫通孔および被締結部材の貫通孔内にボルトを挿入し、ボルトとナットを結合して被締結部材を締結する。また、他の態様として、被締結部材に、直接、取付け金具を接着またはネヂ止め等で固定し、その後、ボルトで締結するようにしてもよい。

【0014】

本発明に係る監視システムは、上記記載の複数の検出装置と、前記複数の検出装置に電気的に接続された複数の子機と、前記複数の子機と無線通信する監視装置とを含むものであって、前記子機は、前記検出装置で検出された歪データに基づきボルトの弛緩状態を判定する判定手段と、前記判定手段による判定結果を前記親機に通知する通知手段とを有し、前記監視装置は、前記通知手段で通知された結果を出力する出力手段を含む。

【0015】

ある態様では、前記判定手段は、ボルトの増し締めが必要か否かを判定する。ある態様では、前記判定手段は、ボルトの交換が必要か否かを判定する。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、ボルトによって締結される取付け金具に貼り付けた歪ゲージによりボルト締結状態に応じた歪量を検出するようにしたので、ボルトに歪ゲージを内蔵させることなくボルトの弛緩状態を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】従来のボルトの歪ゲージの取り付け方法を説明する図である。

【図2】本発明の第１の実施例に係るボルトの弛緩検出装置の構成を示す概略平面図とその概略断面図である。

【図3】本発明の第１の実施例に係る取付け金具の側部に歪みゲージを搭載した例を示す図である。

【図4】本発明の第１の実施例に係るボルトの弛緩検出装置をタワーフランジに取り付けた状態を示す概略断面図である。

【図5】ボルトとナットの締結後の取付け金具の形状変化を示す概略断面図である。

【図6】本発明の第１の実施例に係る取付け金具の変形例を示す図である。

【図7】本実施例に係るボルトの弛緩検出装置による具体的な歪の測定方法を説明するためのグラフである。

【図8A】増し締め閾値の算出方法の一例を示すフローチャートである。

【図8B】増し締め予測する方法の一例を示すフローチャートである。

【図9】本発明の実施例に係るボルトの弛緩検出装置を用いた監視システムの構成を示す図である。

【図10】本発明の実施例に係るボルトの弛緩検出装置を含む子機の構成を示す図である。

【図11】本発明の第２の実施例に係るボルトの弛緩検出装置の構成を示す概略断面図である。

【図12】本発明の第２の実施例に係る取付け金具を示す斜視図である。

【図13】本発明の第２の実施例に係るボルトの弛緩検出装置をタワーフランジに取り付けた状態を示す概略断面図である。

【図14】本発明の第１の実施例に係る取付け金具に第２の実施例で説明した補強金具（補強用リブ、ビード）を適用した例を示す図であり、図１４（Ａ）は、取付け金具の要部断面図、図１４（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、図１４（Ａ）のＡ－Ａ線断面図、Ｂ－Ｂ線断面図、Ｃ－Ｃ線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明のある実施態様では、風力発電設備の円筒形のタワーの高さが数１０ｍから１００ｍ超であり、複数のボルトを用いて数個の円筒柱を接続する。円筒柱を接続する部位の両端にはフランジが形成され、向かい合う円筒中のフランジ間をボルトおよびナットで締結することで所定の高さの円筒形を形成する。このフランジを一般的にタワーフランジと称している。

【0019】

タワーの倒壊等の損傷防止のため、タワー全体の必要な強度を確保する目的で、タワーフランジに数１０個の高強度の特殊なボルトおよびナットが設けられている。ボルトおよびナットの締結力には所定の規格があり、建設初期にはその規格(基準値)を満足するように締結している。しかし、タワー本体に対して、長期間にわたり種々の外力(風力、振動、揺動、気象変化等による伸縮など)が与えられると、ボルトおよびナットの初期の締結力が徐々に弱まる現象が生じる。即ち、ボルトへの繰返しの応力による伸張劣化や締結部の弛緩現象により、ボルトとナットの締結力が減少する。この現象が拡大することで、タワーの振動や揺動現象が助長し、タワーの損傷、倒壊やブレードの損傷、落下に繋がる。さらに、発電能力低下、そして、メンテナンスコストの増大や安全作業性の低下にも繋がってくる。本発明は、このような不具合を防止するため、初期の締結力の変化を連続的、もしくは適正なインターバルで監視し、弛緩状態が規定値を逸脱した時にボルトの増し締めや交換等の修復対処の必要性を判断する指標を提供するボルトの弛緩状態を監視するシステムである。

【実施例】

【0020】

次に、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。図２（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の実施例に係るボルトの弛緩検出装置の構成を示す概略平面図と概略断面図、図３は、側部に歪ゲージを搭載した状態を示す平面図である。図４は、ボルトの弛緩検出装置をタワーフランジに取り付けた状態を示す概略断面図である。

【0021】

本実施例のボルトの弛緩検出装置１００は、風力発電タワーなどのフランジ間の緩みを検出し、ボルトの緩みまたは劣化によるボルトの伸張を間接的に捉える。ボルトの弛緩検出装置１００は、概ね断面形状がコ字型の取付け金具１１０と、取付け金具１１０に取り付けられる歪ゲージＳＧ＿Ａ、ＳＧ＿Ｂとを含んで構成される。

【0022】

取付け金具１１０の材料は特に限定されないが、ボルトを締付時の荷重に耐えられる弾性係数を有する金属材料が選択される。例えば、取付け金具１１０は、ステンレス材、アルミ材、あるいは高張力鋼等から構成される。板厚は特に限定されないが、例えば、１～５ｍｍ程度が好ましい。また、板厚は均一である必要はなく、例えば、板厚が徐々に変化してもよいし、例えば、後述する上面部１２０、底面部１３０，側部１４０の板厚が異なるものであってもよい。取付け金具１１０の加工方法は特に限定されないが、例えば、板状の概ね平坦な金属材料を、例えばプレス機械等により曲げ加工してコ字型の形状に一体加工してもよいし、あるいは、複数の板状の金属部材を用意し、これらの金属部材を溶接や接着等による方法で接合してコ字型に形成してもよい。

【0023】

取付け金具１１０は、概ね矩形状の平坦な主面を提供する上面部１２０、概ね矩形状の平坦な主面を提供する底面部１３０、上面部１２０の一方の端部と底面部１３０の一方の端部とを連結する側部１４０とを有し、上面部１２０および底面部１３０の各々は、側部１４０から片持ち梁状に延在する。上面図１２０と底面部１３０との大きさは概ね等しい。上面部１２０、底面部１３０および側部１４０の形状や寸法は、取付けるフランジ（被締結部材）の大きさから算出される。取付け金具１１０は、ボルトによる締結前の状態では、開放端側の上面部１２０と底面部１３０の間隔Ｗ１が側部１４０側の間隔Ｗ２よりも幾分大きくなるように加工される（Ｗ１＞Ｗ２）。つまり、上面部１２０の主面と側部１４０との主面との間の成す角、および底面部１３０の主面と側部１４０との主面との間の成す角は、９０度よりも幾分大きい鈍角である。また、図４に示すように、取付け金具１１０の上面部１２０と底面部１３０との間にフランジ２０２／２０４を配置させたとき、フランジ２０２／２０４の端部と側部１４０との間に間隙Ｓが形成できるような大きさに取付け金具１１０が加工される。

【0024】

ある態様では、上面部１２０の強度を補強するため、一定の板厚を有する平板状の補強金具１５０が溶接または他の固定方法により上面部１２０の主面に固定され、同様に、底面部１３０の強度を補強するため、一定の板厚を有する平板状の補強金具１６０が溶接または他の固定方法により底面部１３０の主面の両側に固定される。補強金具１５０、１６０の板厚は、上面部１２０および底面部１３０に要求される強度に応じて適宜選択される。勿論、取付け金具１１０の強度が十分に大きい場合には、補強金具は必ずしも必要ではない。

【0025】

上面部１２０および底面部１３０には、ボルトを挿入するための円形状の貫通孔１２２、１３２がそれぞれ形成される。貫通孔１２２、１３２の直径は、ボルトの頭部の外径よりも大きく、貫通孔１２２、１３２は、ボルトやナット、ワッシャーに干渉しない大きさである。貫通孔１２２、１３２の大きさは、使用するボルトの径に応じて適宜選択され、例えば、ボルトの寸法は、Ｍ２４、Ｍ３０、Ｍ３３、Ｍ４８、その他である。もし、補強金具１５０、１６０を取付ける場合には、補強金具１５０、１６０にも貫通孔１２２、１３２と整合する位置に貫通孔１２２、１３２と同サイズの貫通孔が形成される。ある態様では、上面部１２０および底面部１３０の短手方向の幅は、貫通孔１２２、１３２の径に一定の長さを付加した大きさであり、例えば、貫通孔１２２、１３２の外径に数十ｍｍを付加した大きさである。

【0026】

上面部１２０および底面部１３０の貫通孔１２２、１３２の外径の大きさやその位置、あるいは短手方向の幅の大きさによって、上面部１２０および底面部１３０の長手方向の曲げ強度が弱くなる場合には、曲げ強度を補強するため、上記したような補強金具１５０、１６０によって上面部１２０および底面部１３０の板厚を増加させたり、あるいは、第２の実施例で説明するように上面部１２０および底面部１３０をリブ補強したり、ビード補強等が行われる。

【0027】

側部１４０の外側および／または内側の面には、少なくとも１つの歪ゲージＳＧ＿Ａ／ＳＧ＿Ｂが貼り付けられる。図２は、外側と内側の面にそれぞれ歪ゲージＳＧ＿Ａと歪ゲージＳＧ＿Ｂとが貼り付けられた例を示している。

【0028】

歪ゲージＳＧ＿Ａ／ＳＧ＿Ｂの貼り付け位置は、図３に示すように、歪ゲージＳＧ＿Ａ／ＳＧ＿Ｂの中央部が側部１４０の中央部にほぼ一致するように、歪ゲージＳＧ＿Ａ／ＳＧ＿Ｂが接着剤等で確実に貼り付けられる。歪ゲージを取付ける面は、概ね平面であることが望ましいが、湾曲していてもよい。側部１４０の表裏に歪みゲージＳＧ＿Ａ、ＳＧ＿Ｂを貼り付けた場合、外側の歪ゲージＳＧ＿Ａは、引張り応力により生じた歪を検出し、内側の歪ゲージＳＧ＿Ｂは、圧縮応力により生じた歪を検出する。つまり、歪ゲージＳＧ＿Ａ、ＳＧ＿Ｂの観測波形は、外側の歪ゲージＳＧ＿Ａおよび内側の歪ゲージＳＧ＿Ｂの引張応力や圧縮応力による歪量が初期取付け時に極大値となり、ボルトの緩みに従いその値が徐々に小さくなってくると判断する。ボルトの弛緩量が極微小なので、引張形態が圧縮形態に逆転することはないと判断する。

【0029】

歪ゲージは、必ずしも側部１４０の両面に貼り付ける必要はなく、側部１４０の外側または内側の面のいずれか１つに貼り付けるようにしてもよい。但し、側部１４０の両面に歪ゲージＳＧ＿Ａ、ＳＧ＿Ｂを貼り付けた場合、それぞれの歪ゲージによって極性の異なる歪を検出することができ、１つの歪ゲージを用いたときと比較して、検出精度を向上させることができる。そのような観点から、側部１４０の外側の面に貼り付ける歪ゲージは１つに限らず複数であってもよいし、内側の面に貼り付ける歪ゲージもまた１つに限らず複数であってもよい。

【0030】

図４は、本実施例のボルトの弛緩検出装置１００をタワーフランジに取り付けた状態を示す概略断面図である。ここでは、タワー本体の上側の円筒形２００と、下側の円筒形２１０の２つを例示しているが、実際にはこれよりも多くの円筒形が接続されることに留意すべきである。円筒形２００、２１０の端部の周縁には環状のフランジ２０２、２０４が取り付けられる。フランジ２０２、２０４には、ボルト締結用の貫通孔２０６、２０８が形成されている。

【0031】

円筒形２００、２１０の両フランジ２０２、２０４を当接し、フランジ２０２、２０４の外側にワッシャー１７０、１８０を位置合わせした後、ワッシャー１７０、１８０、貫通孔２０６、２０８内にボルト３００を挿入し、ワッシャー１８０から突出したボルト３００のネジ部分がナット３１０によって締結され、両フランジ２０２、２０４が固定される。ここでは、１つのボルト３００とナット３１０によってフランジ２０２、２０４が締結される例を示しているが、フランジ２０２、２０４は、複数のボルトと複数のナットによって締結されるようにしてもよい。

【0032】

次に、取付け金具１１０をフランジ２０２、２０４の外側から取付ける。取付け金具１１０の固定部側の間隔Ｗ２は、両フランジ２０２、２０４の厚さＴと概ね等しい（Ｗ２≒Ｔ）。図示しない脱着用特殊治具を用いて取付け金具１１０の上面部１２０と底面部１３０の開放端側を開き、貫通孔１２２、１３２がボルト３００、ナット３１０、ワッシャー１７０、１８０と干渉しないように、取付け金具１１０をフランジ２０２、２０４の外側から装着する。そして、取付け金具１１０の開放端側を閉じ、上面部１２０および底面部１３０をフランジ２０２、２０４の表面に直接接触させる。この際、上面部１２０および底面部１３０は、例えば、接着剤やビス等を用いてフランジ２０２、２０４に固定される。取付け金具１１０を固定したときの側部１４０とフランジ２０２、２０４の端部との間には間隙Ｓが形成される。

【0033】

なお、ワッシャー１７０、１８０の取付け方法は、上記の方法に限定されるものではない。例えば、補強金具１５０、１６０を用いない場合には、上面部１２０とボルト３００との間にワッシャー１７０を介在させ、底面部１３０とナット３１０との間にワッシャー１８０を介在させてもよい。この場合にも、上面部１２０と底面部１３０の貫通孔１２２と貫通孔１３２は、ボルトやワッシャーに干渉しない大きさであり、上面部１２０および底面部１３０は、フランジ２０２、２０４に直接接触する。

【0034】

また、ボルトの締結力が強い場合には、ワッシャー１７０、１８０が変形しないように、ボルトの締結力に対して耐力のある材質が選択される。例えば、高張力鋼等の特性をもつ材質が選択される。

【0035】

ボルト３００およびナット３１０は、規定の荷重まで締め付けられる。図５は、ボルト３００の締め付け後の取付け金具１１０の状態を示している。ボルト３００の締め付けにより、上面部１２０は、側部１４０の固定部近傍を支点に幾分弾性的に変形し、底面部１３０も同様に側部１４０との固定部近傍を支点に幾分弾性的に変形し、上面部１２０と底面部１３０の自由端側の間隔Ｗ１’が側部１４０の固定端部側の間隔Ｗ２’よりも小さくなる。上面部１２０と底面部１３０の変形の度合は、間隙Ｓ、板厚、上面部１２０と側部１４０との接合部の形状、底面部１３０と側部１４０との接合部の形状等に依存する。こうして、側部１４０の内側には圧縮応力が発生し、外側には引張り応力が発生する。

【0036】

次に、歪ゲージの測定方法について説明する。ボルト３００を通してナット３１０で所定の締結力で締め付けた後、取付け金具１１０をフランジ２０２、２０４の所定位置に固定し、そのときに歪ゲージ搭載部で発生した歪量の初期値が基準となる。

【0037】

経時的にタワー本体に加わる外力の影響によりボルトの弛緩が進んでくると、歪ゲージ搭載部の初期値に変化が生じる。この変化量の大小によりボルトの弛緩状態を間接的に視認することができ、ボルトの締結状態の適否を判断することが可能である。

【0038】

歪ゲージ搭載部の歪量は、ボルトの締め付け状態、気温、日照状況、風速等の気象条件および回転部材等の振動や風力による揺動等で、ボルトの伸張や収縮等の影響、またこれらの繰返し応力によりボルトの強度の劣化等の影響で歪量が変化し、安定したボルトの締結状態を維持できなくなる。そのため、ボルトの締結状態の適否は、前記した種々の要因が影響するデータで相対的に解析し、評価する必要がある。

【0039】

なお、取付け金具１１０の形状は、図２に示す形状に限定されるものではなく、例えば、図６（Ａ）～（Ｃ）に示すような形状であってもよい。図６（Ａ）の取付け金具１１０Ａは、側部１４０Ａが外側に突出するように円弧状に湾曲した形状を有し、図６（Ｂ）の取付け金具１１０Ｂは、側部１４０Ｂが内側に突出するように円弧状に湾曲した形状を有し、図６（Ｃ）の取付け金具１１０Ｃは、上面部１２０および底面部１３０と側部１４０Ｃとの接続部にＣ面取りが形成された形状（面取りはＲ面取りでもよい）を有する。このように、取付け金具は、ボルトの弛緩状態を歪ゲージ搭載部で顕著に視認・判断できる形状であれば良く、ボルトの締結状態を歪ゲージ搭載部で視認し易い形状であれば、更に高精度で的確にボルトの弛緩状態を判断することが可能である。

【0040】

次に、図７（Ａ）に示すグラフを参照して具体的な測定例について説明する。同グラフの縦軸は歪量を示し、横軸は時間を示す。

【0041】

（１）先ず、フランジ２０２、２０４にコ字型の取付け金具１１０を取り付け、無荷重の状態で歪ゲージ量を測定する（状態Ａ）。
（２）次に、ボルト３００を規定のトルクで締め付ける（状態Ｂ）。
（３）状態Ｂで歪ゲージ量を測定する。状態Ｂで測定された歪量が基準値となる。
（４）状態Ｃから状態Ｊは、経年繰返し発生する風力や地震力などにより、ボルト長が漸増延伸し、そしてボルト特性の靭性域を超過し、初期のボルト強度が保持されない状態まで塑性変形が進みボルト締結力が漸減し、緩んできた状態を示す。本例では、万力で取付け金具１１０に荷重を加えており、従って、状態Ｃから状態Ｊは、万力による荷重を緩めた状態を示している。緩めた角度は、状態Ｃ：状態Ｂから－１１°、状態Ｄ：状態Ｂから－２２°、状態Ｅ：状態Ｂから－３３°、状態Ｆ：状態Ｂから－４５°、状態Ｇ：状態Ｂから－６７°、状態Ｈ：状態Ｂから－９０°、状態Ｉ：状態Ｂから－１８０°、状態Ｊ：状態Ｂから－２２５°である。

【0042】

このように、本方式によれば、直接ボルトをセンシングせずとも、ボルトの緩みを観測することが可能である。

【0043】

次に、ボルトの増し締め方法について説明する。ボルトの増し締めをするか否かは、増し締めの閾値を設定し、閾値に到達したとき増し締めを行う。何回かの増し締め時の全てのボルトの観測データを解析して、増し締めの閾値（目標値;ボルトの使用強度限界値）を算出する。

【0044】

図８Ａは、歪ゲージからのセンシングデータを収集し、増し締めの閾値（目標値;ボルトの使用強度限界値）を生成するフローである。歪ゲージからセンシングデータを取得し（Ｓ１００）、取得したセンシングデータをローパスフィルタで処理し（Ｓ１１０）、センシングデータのノイズを除去する。次に、センシングデータをデジタルデータに変換し（Ｓ１２０）、センシングデータを組み立てる（Ｓ１３０）。ステップＳ１１０～Ｓ１３０の処理は、例えば、ハードウエア資源を用いて実施される。次に、センシングデータをフィルタリング（例えば、移動平均／ＦＩＲ／ＩＩＲ）し、前処理データを生成する（Ｓ１４０）。次に、収集したデータを学習し、増し締めの閾値を算出する（Ｓ１６０）。ステップＳ１４０～Ｓ１６０の処理は、例えば、ソフトウエア資源を用いて実施される。また、センシングデータの収集を繰り返す工程で、ＡＤコンバータのサンプリング周波数の変更やローパスフィルタのカットオフ周波数の変更などのフィードバック制御が行われる。

【0045】

こうして算出された増し締め閾値と測定値（センシングデータ）とを比較し、測定値が閾値を下回った場合に増し締めが必要なボルトと判定し、その旨を自動的に通知する。例えば、図７において、状態Ｄが増し締め閾値に対応する場合には、歪量が状態Ｄになったとき、増し締めの通知が成される。

【0046】

図８Ｂは、図８Ａで算出された増し締め閾値を参照し、測定値（センシングデータ）を解析することで、増し締め時期を予測し、その予測結果を通知するフローである。同図において、ステップＳ２００～Ｓ２４０は、図８Ａと同様である。ステップＳ２５０において、図８Ａで算出された目標値（増し締め閾値）を参照し、ステップＳ２４０で生成されたデータを分析し、増し締め時期を予測し、その予測結果をユーザーに通知する（Ｓ２６０）。また、予測結果が異常予兆を示した場合には、目標値が適切でないため図８Ａのフローに従って目標値の再生成を実施する。ステップＳ２００～Ｓ２４０まではデジタル信号処理技術を用いて実施され、Ｓ２４０～Ｓ２７０まではソフトウエアによって処理される。

【0047】

次に、ボルトの交換について説明する。風、地震などの影響またはボルトの劣化で、ボルトに曲がりや伸張が発生する。そのため、規定トルクで締め付けても設置時より締付具合は弱くなる。そこで、増し締め時の荷重が、増し締め閾値（目標値）に近づいた場合には、ボルトの交換時期と判断し、自動的にその旨を通知する。この様子を図７（Ｂ）のグラフを参照して説明する。

【0048】

状態Ａは、取付け金具１１０を取り付けたときの無荷重の状態であり、状態Ｂは、規定トルクでボルトを締めた時の荷重である。状態Ｃ～Ｆは、ボルトが風や地震などで徐々に緩んだ状態である。増し締めの閾値は、状態Ｆに一致するものとする。状態Ｆになると、ユーザーは、ボルトの増し締めを行い、ボルトに荷重が加わり、状態Ｂ’となる。状態Ｂ’は、ボルトの劣化や伸張で状態Ｂまでの荷重与えることができない状態である。その後、一定の時間経過とともに状態Ｆ’に遷移し、増し締め閾値を下回り、再び増し締めが行われ、状態Ｂ”になる。このとき、増し締め閾値との差分ＤＦが一定値よりも小さく、つまり、状態Ｆに近づいている。状態Ｆに近づいたレベルでボルトの交換時期と判断する。ボルトの交換後、規定トルクでボルトを締めることで状態Ｂ１となる。

【0049】

次に、本実施例のボルトの弛緩検出装置を利用した監視システムについて説明する。図９は、本実施例の監視システムの構成を示す図である。本実施例の監視システム４００は、電池により駆動される複数の子機４１０＿１、４１０＿２、・・・、４１０＿ｎ（総称するときは子機４１０）と、複数の子機４１０と双方向の無線通信を行う親機４２０と、インターネット等のネットワーク回線４３０を介して親機４２０に接続された監視センター４４０とを含んで構成される。

【0050】

複数の子機４１０＿１、４１０＿２、・・・、４１０＿ｎは、それぞれボルトの弛緩検出装置１００＿１、１００＿２、・・・、１００＿ｎを含み、弛緩検出装置１００＿１、１００＿２、・・・、１００＿ｎは、タワーのフランジ２０２、２０４に搭載され、ボルト３００＿１、３００＿２、・・・、３００＿ｎによりフランジ２０２、２０４に固定される。

【0051】

複数の子機４１０は、弛緩検出装置１００によって測定されたセンシングデータを親機４２０に無線で送信し、親機４２０は、複数の子機４１０から受信したセンシングデータを監視センター４４０へ送信する。監視センター４４０は、遠隔地である複数の子機４１０から送られてきたセンシングデータに基づきボルトの増し締めやボルトの交換を判定する。親機４２０は、監視センター４４０からの指示に従い、複数の子機４１０に指示を送信し、複数の子機４１０から測定データを受け取る。

【0052】

親機４２０と複数の子機４１０との間の無線通信方法は、例えば、特許６２５１３６３号に記載されている。親機４２０は、例えば、複数の子機４１０の各々との間で無線（例えば、９２０ＭＨｚの周波数帯）による双方向通信を行う。親機４２０が子機４１０に対してクエリ（問い合わせ）を送信すると、子機４１０は、クエリに対する応答メッセージを返信する。子機４１０は、親機４２０からのアクセスがある期間に同期してウェークアップし、極力、電池が消耗されることを抑制する。

【0053】

子機４１０は、親機４２０からクエリを受信すると、それに対する応答メッセージを作成し、これを親機４２０に送信する。子機４１０は、必要最低限の動作のみを行うスリープ状態（低消費電力状態）と、スリープ状態からウェークアップされた通常の動作状態とを有する。通常の動作状態では、子機に含まれる全ての機能が完全に動作することが可能であり、低消費電力情報では、子機に含まれる一部の機能が動作可能になる。

【0054】

監視センター４４０は、コンピュータ装置、ノートパソコン、携帯型端末、タブレット型端末等であることができる。監視センター４４０は、監視システム全体を監視し、または制御するため、親機４２０に対して必要な指示を与え、また親機４２０から子機４１０の情報を収集する。

【0055】

子機４１０は、遠隔地の測定対象物の状態をセンシングするための種々のセンサを搭載することが可能であるが、ここでは、子機４１０は、円筒形タワーのフランジを固定するボルトの歪みを測定するための歪みゲージまたは歪みセンサを搭載する。

【0056】

図１０は、子機の構成を示すブロック図である。ここでは、ボルトの弛緩検出装置１００は、取付け金具の側部の内側または外側のいずれか一方の面に歪ゲージを貼り付けているものとする。

【0057】

子機４１０は、ボルトの弛緩検出装置１００と、当該弛緩検出装置１００の歪ゲージの出力を一辺に接続したホイートストンブリッジ回路ＢＲＧと、各部に所望の電圧を供給する電源回路５００と、ブリッジ回路ＢＲＧの一方のノードに接続されたスリープ制御回路５１０と、他方のノードに接続された定電流回路５２０と、ブリッジ回路ＢＲＧの出力ノードＶＯＡ－を反転入力端子（－）に接続し、出力ノードＶＯＡ＋を非反転入力端子（＋）に接続し、入力端子間の差電圧を増幅するオペアンプＯＰと、オペアンプＯＰの出力信号に含まれる高周波ノイズを除去するローパスフィルタ５３０と、ローパスフィルタ５３０の出力信号を入力し、一定期間内の最大の電圧値を保持するピークホールド回路５４０と、ピークホールド回路５４０で保持された最大電圧値を表すピークホールド信号を入力し、このアナログ信号を一定のサンプリング周期でサンプリングし、これをデジタル信号に変換するＡＤ変換回路５５０と、ピークホールド回路５４０に保持された最大電圧値をリセットするリセット回路５６０と、親機４２０との間で双方向の無線通信（例えば、クエリやクエリに対する応答メッセージなど）を行うための無線モジュール５７０と、各部を制御する制御部５８０とを含んで構成される。

【0058】

もし、取付け金具の側部の外側と内側の両面にそれぞれ歪ゲージを貼り付けた場合には、もう１つの歪ゲージで測定された信号を処理するためのもう１組のオペアンプ、フィルタ、ピークホールド回路、ＡＤＣが必要となる。

【0059】

制御部５８０は、子機４１０の動作の全体を制御し、ブリッジ回路ＢＲＧのキャリブレーション、ブリッジ回路ＢＲＧの歪みゲージによる歪みの測定、無線モジュール５７０による親機４２０との間の無線通信などを制御する。制御部５８０は、ＲＯＭ／ＲＡＭを含むマイクロプロセッサやマイクロコントローラから構成され、ＲＯＭ／ＲＡＭに格納されたプログラムまたはソフトウエアを実行し各部を制御する。子機４１０は、図８Ａ、図８Ｂに示すハードウエア資源を提供する。

【0060】

次に、本実施例の監視システムの動作について説明する。
（１）親機４２０と複数の子機４１０は、特許第６２５１３６３号を利用して、送受信タイミングの同期を取る。この時、親機４２０から各子機４１０に送受信の間隔時間とセンシング間隔時間を設定する。例えば、送受信間隔時間＝２分、センシング間隔時間＝３０秒。
（２）子機４１０は、センシング回数を算出する。センシング回数＝送受信間隔時間／センシング時間である。この例では、センシング回数は４回となる。以降、この例を基に説明する。子機４１０は、送受信間隔時間とセンシング間隔時間のタイマをスタートさせる。
（３）次に子機４１０は、センシング時間がくるまでスリープ状態に入る。
（４）子機４１０は、センシング時間のタイマの割り込みでスリープ状態から動作状態に入る。
（５）子機４１０は、センシング回路をスリープ状態から動作状態に移行させる。
（６）子機４１０は、スリープ状態から動作状態の移行時に、発生する電流の急な流れ込みによるブリッジ回路ＢＲＧの不安定性を防止する。制御部５８０は、ある一定時間、リセット信号ＲＳＴを出力し、ピークホールド回路５４０をリセットし、ブリッジ回路ＢＲＧの不安定な状態をホールドしないようにする。一定時間のリセット後、リセットを解除してピークホールド回路５４０を動作可能にする。
（７）子機４１０は、その後、ある一定時間でアナログ／デジタル変換を行って歪ゲージのセンシングを行う。
（８）子機４１０は、センシング内容を記録して、スリープ状態に入る。
（９）子機４１０は、（４）～（８）送受信時間がくるまで続ける（この例では４回のセンシング)。このセンシング間で最大値を記録する。
（１０）子機４１０は、送受信時間に達した時点で、親機４２０からクエリを受信して、その応答として、記録したセンシングデータ(最大値)を親機４２０に送信する。
（１１）子機４１０は、（４）～（１０）を繰り返す。
（１２）親機４２０は、子機４１０から受信したセンシングデータをインターネット４３０を介して監視センター４４０に送信する。
（１３）監視センター４４０は、受信したセンシングデータから図８Ａ、図８Ｂのフローに基づき目標値(増し締め閾値とボルト交換の閾値)を算出する。
（１４）監視センター４４０は、いずれかが閾値に達した場合、ユーザーにその旨を通知する。

【0061】

本実施例の監視システムは、次のような効果を奏する。
・ボルトの遠隔監視が可能なり、その結果、ユーザーが現地に赴いてボルトの弛緩状態を確認する回数を減らすことできる
・増し締めが必要なボルトをピンポイントで特定することが可能になる。これにより、ボルトの全数点検が必要でなくなり、メンテナンス工数を大幅に低減させることができる。
・劣化によるボルトの交換時期を把握することが可能になる。これにより、タワー等の倒壊を未然に防止することができる。
・台風や地震の発生時、ボルトへの過負荷状況やタワーの異常有無等を把握することが可能になる。
・ボルトのメンテナンスに熟練者を必要としない。従来、ボルトのメンテナンスは、ボルトを叩いて、その音でボルトの状態を判断するため、一定の熟練または経験を必要としていたが、初心者でもボルトのメンテナンスが可能である。
・本実施例の監視システムは、応用範囲は広く、例えば、風力発電タワー、橋梁、電力線鉄塔などの構造物においてボルトの監視が必要な個所に適用することができる。

【0062】

次に本発明の第２の実施例に係るボルトの弛緩検出装置について説明する。図１１は、第２の実施例の弛緩検出装置の概略断面図、図１２（Ａ）、（Ｂ）は、第２の実施例に係る取付け金具の斜視図、図１２（Ｃ）、（Ｄ）は、図１２（Ｂ）のＸ－Ｘ線断面図、Ｙ－Ｙ線断面図である。

【0063】

第２の実施例に係る弛緩検出装置１００Ａは、取付け金具５００と、当該取付け金具５００に貼り付けられた１つまたは複数の歪ゲージ（図の例では、表裏に２つの歪ゲージＳＧ＿Ａ／ＳＧ＿Ｂ）とを含んで構成される。取付け金具５００は、第１の実施例と同様に、上面部１２０、底面部１３０および側部１４０を含み、上面部１２０および底面部１３０の各々が側部１４０から片持ち梁状に延在する。但し、第２の実施例は、第１の実施例と異なり、取付け金具５００をフランジに取付ける前の初期状態において、開放端側（自由端側）の間隔Ｗ１が、フランジの厚さよりも小さく、かつ側部側（固定端側）の間隔Ｗ２（または側部１４０の間隔）よりも小さくなるように（Ｗ１＜Ｗ２）、断面形状が逆ハの字状になるように加工されている。言い換えれば、第１の実施例では、初期状態において、上面部１２０の主面と側部１４０の主面との間の成す角θ１が鈍角であり、底面図１３０の主面と側部１４０の主面との間の成す角θ２が鈍角であるのに対し、第２の実施例では、初期状態において、上面部１２０の主面と側部１４０の主面との間の成す角θ１が鋭角であり、底面図１３０の主面と側部１４０の主面との間の成す角θ２が鋭角である。但し、角度θ１、θ２は、互いに等しい角度であってもよいし、異なる角度であっても良い。

【0064】

上面部１２０および底面部１３０には、フランジのボルト締結用の穴に対応して、ボルトを挿入するための貫通孔１２２、１３２が形成される。貫通孔１２２、１３２は、第１の実施例と同様に、ボルト、ナットおよびワッシャーに干渉しない大きさである。側部１４０の大きさ、つまり上面部１２０と底面部１３０との間の固定端側の間隔Ｗ２は、被締結部材であるフランジの厚さに応じて適宜選択され、例えば、間隔Ｗ２がタワーフランジの厚さと概ね等しいか、あるいはそれよりも幾分大きくなるように、側部１４０のサイズが選択される。

【0065】

取付け金具５００は、後述するようにフランジに取付けられるとき、開放端側の間隔Ｗ１がタワーフランジの厚さよりも大きくなるように開かれ、上面部１２０および底面部１３０が弾性変形される。好ましくは、脱着用特殊治具を用いて上面部１２０が上方に弾性変形され、底面部１３０が下方に弾性変形される。その後、脱着用特殊治具による力を開放することで、上面部１２０および底面部１３０が元の状態に戻ろうとし、上面部１２０および底面部１３０がフランジの表面に直接接触し、フランジを上下から一定のバネ圧で挟持することで取付け金具５００がフランジに固定される。
脱着用特殊治具の構成は、特に限定されないが、例えば、上面部１２０および底面部１３０の板厚が比較的厚い場合（１～５ｍｍ）には、ペンチ機構（Ｘ構造）を用いて上面部１２０および底面部１３０の開放端側を開かせるようにし、上面部１２０および底面部１３０の板厚が比較的薄い場合（０．３～１．０ｍｍ）には、脱着用特殊治具を用いることなく、上面部１２０および底面部１３０の開放端側に脱着機能を持たせる形状を設けるようにしてもよい。

【0066】

取付け金具５００は、第１の実施例と同様にステンレス材、アルミ材、あるいは高張力鋼等から構成される。取付け金具５００の板厚は、特に限定されないが、タワーフランジを挟み込むときに十分なバネ圧を生じさせることができる厚さであることが望ましく、例えば、板厚は、０．３ｍｍ～５．０ｍｍである。

【0067】

ある態様では、取付け金具５００は、図１２（Ａ）に示すように、上面部１２０の強度を補強するため、上面部１２０の両側部に一対の補強用リブ５１０が設けられる。補強用リブ１５０の形状や加工方法は任意であるが、例えば、上面部１２０の両側部を上方または下方に折り曲げたり、あるいは、別の金属部材を上面部１２０の両側部に溶接して補強用リブ１５０を形成することができる。底面部１３０にも同様に、その両側部に一対の補強用リブ５２０が設けられる。

【0068】

また、別な態様では、取付け金具５００Ａは、図１２（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、上面部１２０の強度を補強するため、上面部１２０に、長手方向に延びる複数の凸形状または凹形状のビード５３０が形成される。底面部１３０にも同様に、強度を補強するために複数のビード５４０が形成される。ビード５３０、５４０の形状（例えば、断面形状が半円状のビードを例示している）、深さ、数、配置は、要求される強度に応じて適宜選択することができる。図１２（Ｂ）は、補強用リブ５１０、５２０と複数のビード５３０、５４０とを形成する例を示したが、補強用リブ５１０、５２０または複数のビード５３０、５４０の一方を形成するようにしてもよい。さらに、補強用リブ５１０やビード５３０とともに、あるいは単独で、第１の実施例に示したような上面部１２０および底面部１３０の板厚を増加させるような補強金具１５０、１６０を形成するようにしてもよい。

【0069】

図１３は、本実施例の弛緩検出装置１００Ａをタワーフランジに取付けた状態を示す概略断面図である。第１の実施例のときと同様に、タワー本体の上側の円筒形２００と、下側の円筒形２１０との周縁には環状のフランジ２０２、２０４が形成され、フランジ２０２、２０４には、ボルト締結用の貫通孔２０６、２０８が形成されている。

【0070】

両フランジ２０２、２０４を当接し、当接した両フランジ２０２、２０４の貫通孔２０６、２０８内にボルト５５０を挿入し、ボルト５５０とナット５６０とを締結することで両フランジ２０２、２０４を固定する。このとき、第１の実施例と同様に、ボルト５５０と上面部１２０の間にワッシャー５７０を介在させ、ナット５６０と底面部１３０との間にワッシャー５８０を介在させる。

【0071】

次に、本実施例の取付け金具５００をフランジ２０２、２０４の外側から取付ける。位置Ｐ１は、上面部１２０および底面部１３０に荷重が与えられていない初期状態、すなわち、フランジ２０２、２０４に取付ける前の初期状態を示し、位置Ｐ２は、取付け金具５００をフランジ２０２、２０４に取付けるため、上面部１２０および底面部１３０の開放端側の間隔Ｗ１を広げた状態を示している。

【0072】

取付け金具５００の初期状態では、上面部１２０および底面部１３０の開放端側の間隔Ｗ１は、フランジ２０２、２０４の厚さよりも小さい。フランジ２０２、２０４に装着するとき、例えば、脱着用特殊治具を用いて、上面部１２０には上方に向かう荷重Ｆ１が印加され、底面部１３０には下方に向かう荷重Ｆ２が印加され、開放端側の間隔Ｗ１が、弾性変形の範囲内でフランジ２０２、２０４の厚さよりも大きくなるように拡張される。間隔Ｗ１を拡張した状態で、上面部１２０および底面部１３０の貫通孔１２２、１３２がボルト５５０およびナット５６０の位置に整合するように、取付け金具５００がフランジ２０２、２０４の端部側から装着される。

【0073】

次に、脱着用特殊治具の荷重Ｆ１、Ｆ２を取り除くことで、上面部１２０および底面部１３０が元の状態に戻り、上面部１２０および底面部１３０は、フランジ２０２、２０４の表面に直接接触し、フランジ２０２、２０４を上下方向から一定のバネ圧で挟持することで、取付け金具５００がフランジ２０２、２０４に固定される。第１の実施例のときと同様に、ボルト５５０、ナット５６０およびワッシャー５７０、５８０は、上面部１２０および底面部１３０に干渉しないように貫通孔１２２、１３２内に挿入される。また、フランジ２０２、２０４の端部と側部１４０との間には一定の間隙Ｓが形成される。

【0074】

ある態様では、上面部１２０とフランジ２０２との間の一定の間隙または平行を保つため、ボルト５５０の両側の位置に、高さ調整ネジ５９０、６００を取付けるようにしてもよい。この場合、上面部１２０には、高さ調整ネジ５９０、６００と係合するためのネジ穴が形成され、高さ調整ネジ５９０、６００を回転させることで、上面部１２０の高さ（上面部１２０とフランジ２０２との間の距離）が調整される。底面部１３０にも同様に、高さ調整ネジ６１０、６２０を設け、底面部１３０の高さ（底面部１３０とフランジ２０４との間の距離）を調整するようにしてもよい。

【0075】

こうしてフランジ２０２、２０４が取付け金具５００を介してボルト５５０およびナット５６０によって締結され、締結された初期状態のとき、外側の歪ゲージＳＧ＿Ａが、最小の圧縮応力を観測し、内側の歪ゲージＳＧ＿Ｂが最小の引張り応力を観測するようにする。

【0076】

第２の実施例では、取付け金具５００のバネ圧が上面部１２０と底面部１３０の間隔Ｗ１を縮小する方向に作用するため（言い換えれば、取付け金具５００のバネ圧がフランジ２０２、２０４を挟持するため）、フランジ２０２、２０４への取付け金具５００の装着が容易になる。

【0077】

なお、第１の実施例で説明した補強金具を第２の実施例の取付け金具に適用することは可能であるし、第２の実施例で説明した補強金具を第１の実施例に適用することも可能である。図１４は、第１の実施例の取付け金具１１０に、補強金具として補強リブ５１０、５２０、補強ビート５３０、５４０を取り付けた例を示している。

【0078】

また、第１の実施例で説明した取付け金具の構成や変形例、歪の測定方法、増し締め閾値の算出方法、監視システムは、発明を逸脱しない範囲で第２の実施例に適用することができる。

【0079】

上記実施例では、取付け金具の上面部１２０、底面部１３０、側部１４０の平面形状を矩形状にしたが、これは一例であり、この形状に限定されるものではない。要は、取付け金具は、被締結部材と一緒にボルトで締結されたとき、ボルトの締結状態に応じた歪を生じさせるような形状であればよい。例えば、平面形状は、円形状、三角形状、多角形状、それ以外の複雑な形状であってもよい。また、上面部１２０、底面部１３０、側部１４０の表面は、必ずしも平坦である必要はなく、湾曲した面や段差や凹凸が形成されていてもよい。さらに取付け金具は、上面部、底面部、側部の３つの部材からなる例を示したが、必ずしもこれに限定されず、これに連結される他の部材があってもよい。

【0080】

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0081】

１００：ボルトの弛緩検出装置 １１０：取付け金具
１２０：上面部 １２２、１３２：貫通孔
１３０：底面部 １４０：側部
１５０、１６０：補強金具 １７０、１８０：ワッシャー
２００、２１０：タワー ２０２、２０４：フランジ
３００：ボルト ３１０：ナット
４００：監視システム ４１０：子機
４２０：親機 ４４０：監視センター
５００：取付け金具 ５１０、５２０：補強用リブ
５３０、５４０：ビード ５５０：ボルト
５６０：ナット ５７０、５８０：ワッシャー
５９０、６００、６１０、６２０：高さ調整ネジ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】