(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
締結装置に、力によって起きる歪みの属性値の表示或いは歪みの値を出力する構成を有し、
ファイバグレイティングを内設するボルトと、
ボルトの上端に接合してボルトと接合物体の力を受けるボルトパッキンと、
ボルトと自己固着作用を形成するナットと、
ナットに接合して接合物体の力を受けるナットパッキンと、
ボルト上端に位置する光ファイバ前置引張固定ポイントと、
ボルト末端に位置する光ファイバ前置引張固定ポイントと、
ボルト内に内設するファイバグレイティングと、
ボルト上端及び末端に位置する二つの光ファイバ前置引張固定ポイントに設置するファイバ固定具と、を包括するファイバグレイティングとボルトとを同時に前置引張可能な感知ネジデバイスであって、
接合物体がボルトとナットとの締付トルクの作用によって、ボルト長手方向の歪みのボルト延伸長さに変化して長さを感知し、ボルト長手方向の軸心に内設するファイバグレイティングの長さの変化によって、出力する波長変化の変化量を測定するネジ感知構成であり、且つ締結装置の前置締結力及びボルトに内設するファイバグレイティングの前置引張力でブラッグ波長を測定し、二つの力が同時に或いは段階的に達成する締結感知デバイスであることを特徴とするファイバグレイティングとボルトとを同時に前置引張可能な感知ネジデバイス。
【請求項２】
ボルト内に内設するファイバグレイティングが、ファイバブラッググレイティング構成であることを特徴とする請求項１に記載のファイバグレイティングとボルトとを同時に前置引張可能な感知ネジデバイス。
【請求項３】
二つのファイバグレイティングとボルトの軸心とが等間隔に相対し、ボルトの軸心に平行するファイバブラッググレイティングで感知する構成であることを特徴とする請求項２に記載のファイバグレイティングとボルトとを同時に前置引張可能な感知ネジデバイス。
【請求項４】
四つのファイバグレイティングとボルトの軸心とが等間隔に相対し、直交してボルトの軸心に平行するファイバブラッググレイティングで感知する構成であることを特徴とする請求項２に記載のファイバグレイティングとボルトとを同時に前置引張可能な感知ネジデバイス。
【請求項５】
ボルト内に内設するファイバグレイティングが、チャープファイバグレティング（Ｃｈｉｒｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ｇｒａｔｉｎｇ，ＣＦＧ）構成であることを特徴とする請求項１に記載のファイバグレイティングとボルトとを同時に前置引張可能な感知ネジデバイス。
【請求項６】
ボルト内に内設するファイバグレイティングが、固定式前置引張力からなるボルト構成であることを特徴とする請求項１に記載のファイバグレイティングとボルトとを同時に前置引張可能な感知ネジデバイス。
【請求項７】
ボルト内に内設するファイバグレイティングが、微調整式前置引張力からなるボルト構成であることを特徴とする請求項１に記載のファイバグレイティングとボルトとを同時に前置引張可能な感知ネジデバイス。
【請求項８】
ファイバグレイティングを内設するボルトが、高トルク制御Ｔ．Ｃ，（Ｔｏｒｑｕｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）のボルト構成であることを特徴とする請求項１に記載のファイバグレイティングとボルトとを同時に前置引張可能な感知ネジデバイス。
【請求項９】
ファイバグレイティングを内設するボルトが、調整可能トルク制御Ｔ．Ｃ，（Ｔｏｒｑｕｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）のボルト構成であることを特徴とする請求項１に記載のファイバグレイティングとボルトとを同時に前置引張可能な感知ネジデバイス。
【請求項１０】
請求項１にある複数のファイバグレイティングとボルトとを同時に前置引張可能な感知ネジデバイスと、複数の部分が複数のファイバグレイティングとボルトとを同時に前置引張可能な感知ネジデバイスに接合する通信用直列接続光ファイバと、光モニタリング機器と、モニタリングソフトウェアと、信号伝送線路からなるファイバグレイティングとボルトとを同時に前置引張可能な感知ネジデバイスからなる締結装置感知システムであって、
請求項１にある複数のファイバグレイティングとボルトとを同時に前置引張可能な感知ネジデバイスで直列接続光ファイバ測定ネットワークを構成し、そのうち、複雑且つ重複する複数のファイバグレイティングとボルトとを同時に前置引張可能な感知ネジデバイスの実施品質の精確性及びその速度を、ファイバグレイティングとボルト及びナットとを同時に前置引張可能な精確な前置締結力でモニタリングすることでき、ファイバグレイティングとボルトとを同時に前置引張可能な感知ネジデバイスが迅速且つ精確に達成することができる安全モニタリングシステムであることを特徴とするファイバグレイティングとボルトとを同時に前置引張可能な感知ネジシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネジを物理的性質感知スポット又はデバイスとするものであって、特に感知ネジ機構（Ｓｅｎｓｉｎｇ  Ｓｃｒｅｗ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）で構成する物理的感知ユニット又はデバイスの感知技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ネジは、自身表面の円形回転斜面の摩擦力を増幅する物理的、数学的原理を利用し、ネジ山に沿って二つ以上の物体を締結させている。以前より発展してきた各種機械、交通手段である乗用車及びそのエンジン、鉄道架橋、様々な一次及び二次構造物、各種工具機器及び民生用電子機器等は、その全てを内部に、接合や固定のためのネジの存在が見受けられる。ネジの強固な組合せは、高強度な接合、耐ねじり断裂、耐衝撃による弛緩又は断裂、耐螺合による摩耗及び重複使用の機能を達している。
【０００３】
従来、ネジで二つ以上の機械構成素子で接合することで、設備機器の大きさを拡大することにより、より大きな製品の製作或いは拡張製品の連続的製造能力を達している。これ等周知の接合のためのネジは、すでに設計された制御空間から逸脱しないように二つの機械構成素子を固定することだけにしか発揮していない。また、従来のネジに係る二つの物体の締結は、例えば、重力の連続的支持、作用力と反作用力との継続的伝導、熱伝導．．．等の作用である二つの物体の物理的性質の橋設及び伝導でしかないが、一部高価且つ重要な設備機器においては、多くの重要な又は鍵となる接点の物理的性質が伝導する場合、その質と量の変化は、物理的データの測定とともに信号を出力する機能を発生することはできない。１９５９年アメリカのＡＬＩ  ＵＭＩT  ＫＵＴＳＡＹが特許文献１である「ＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＳＴＲＡＩＮ  ＧＡＵＧＥ  ＡＮＤ  ＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥ」において、図１の周知の抵抗線歪み計の長手方向断面図で示すように、ネジに内蔵する電気抵抗線で、圧力を受けた際に起こるネジの長さの微量変化を感知しているものの、電気抵抗線の長さの微量な変化によって電気抵抗に変化が起こる構成で今に至っている。そのうち、図１において、１０はボルト（ｂｏｌｔ）、１１は中央穴（ｃｅｎｔｒａｌ  ｂｏｒｅ）、１２は上縁から深さ１インチの箇所（１  ｉｎｃｈ  ｄｅｅｐ  ｆｒｏｍ  ｔｈｅ  ｕｐｐｅｒ  ｅｄｇｅ）、１３及び１４はボルト中心に適応する二つの交差孔（ｓｕｉｔａｂｌｅ  ｃｒｏｓｓ  ｈｏｌｅｓ）、１５はボルト上端（ｈｅａｄ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｂｏｌｔ）、１６はエポキシ樹脂を埋込用樹脂とするコア（ａ  ｃｏｒｅ  ｉｓ  ｍａｄｅ  ｏｆ  “Ｅｐｏｘｙ”ｐｏｔｔｉｎｇ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、１７は電気抵抗線（ｔｈｅ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｗｉｒｅ）、２０及び２１は電気抵抗線１７両端のリード線、２２及び２３は２０及び２１を電気抵抗線１７に鋲着する二つの鋲着端、２４は２０及び２１の配線ギャップである。しかし、電気抵抗素子構成で形成する回路であるため、抵抗値の変化によって電流が微量に変化する信号を形成し、テスト環境で発生する電磁波或いは磁気ノイズの影響を受けてひずみが生じる。ゆえに現在のデジタル時代、即ち、インスタントメッセージ或いは即時対応するという需要に適合し難くなっている。そのためには、数百年にわたって重要な機能を発揮する進化作用として重要な地位にあるネジだが、時代とともに再定義し且つ新しい素子機能及び効果を与えなくてはならない。世界的ネジ業界のトップとして、先駆者を担っており、この変革の機会を見逃すことは、とても惜しまれることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国登録特許ＵＳ２，８７３，３４１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
周知技術におけるネジの既定機能以外に、本発明はネジの締結機能において内蔵する物理的数値の表示及び特定機能の制御を再発揮することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
「ネジ」は社会的に貢献した者が自分を称する際に用いられる言葉であるが、「ネジ」が物理化学におけるその貢献の値は称賛されるものである。
【０００７】
周知の先行技術である電磁障害（ＥＭＩ）の欠点に対して、本発明は二つの物体を物理的に接合するネジを利用して、ファイバブラッググレーティング（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ，ＦＢＧ）で形成するファイバー感知ネジを内設することで、物理的特性の変化量を光波変化の感知によって円滑に出力する機能を有している。ファイバ感知ネジは、物理的作用を感知する光ファーバーを設置する締結金具の群の総称であって、ボルト、ナット、ネジ或いは本発明がさらに開発する様々な締結ファスナー（Ｆａｓｔｅｎｅｒ）上の感知ネジ各種を包括している。
【０００８】
周知のネジにいろいろな物理的特性を感知できる能力を有するために、本発明は新世紀のネジ機能を新たに定義し、ネジが能動素子となるように感知機能を与え、安価な素子或いは社会的に取るに足らない等の代名詞から脱却できる。
【０００９】
締結金具の群は、通常、ボルト（螺かん）、ナット（親ネジ）及びパッキン（座金）で構成されている。締結金具の群の断面図は、図２で示すとおり、２０１はボルト、２０２はナット、２０３はボルトパッキン、２０４はナットパッキン、２０５は接合物体Ａ、２０６は接合物体Ｂである。前記締結金具の群は、Ａ及びＢの二つの物体を接合して離脱しないように維持する機能があり、前記締結金具の群のネジ対偶が前置締結力の値まで自己固着した場合、Ａ及びＢの物体は、主にボルト２０１の上端とボルトパッキン２０３との組合せ及びナット２０２とナットパッキン２０４との組合せによってＡとＢの物体の接合に力を加え、ボルトの雄ネジ山とナットの雌ネジ山がネジ対偶の自己固着機能を形成し、安全な前置締結力の作用によって物体Ａと物体Ｂが締結されている。前記安全な前置締結力は、Ａ及びＢの二つの物体が受ける引張力と圧縮力との値が許容の安全範囲であって、ボルトが変形或いは断裂せず、且つナットが振動或いは負荷を受けて弛緩しないことが確保できる。従来のボルトの前置締結力は、ボルト締付工程において、締付トルク作用下にあるボルトと被締結部材との間にボルトの軸心方向に沿う前置締結力が発生する。反対に、前記ボルトの軸心方向に沿う前置締結力も前記ボルトの軸心方向に沿って増幅する歪みが発生し、歪み計をこの箇所に内設することで歪みの値の変化を測定することができる。特定ボルトの締結力の大きさによって、ボルトとの締付トルクボルトとナットとの間の摩擦力、ナットと接合物体との間の摩擦力、ナットと接合物体の内容とが運動エネルギーの伝導を有するもの（例えば、被締結部材がボンネット）に関するか否かを評価している。また、このようなボルトの前置締結力の大きさを測定する周知の工具として、抵抗線歪み計（Ｓｔｒａｉｎ  ｇａｕｇｅ）が精確に測定している。例えば、前記電気抵抗式歪み計はキログラムの力の変化量を精確に測定することができるため、よく原子炉や様々なエンジン容器等の大型蒸気ボイラーとして応用されており、その最大気密圧力テスト前のボルト前置締結力の測定から全天候継続的に即時制御測定を行うことができる。しかし、上述の先行技術で述べられているような電気抵抗素子構成で形成する回路は、電気抵抗の値の変化によって電流の微量な変化の信号が形成し、テスト環境で発生する電磁波或いは磁気ノイズの影響を受けてひずみが生じる。そのため、電気抵抗式歪み計の電磁障害に対する欠点を、本発明のファイバ感知ネジの技術が解決する必要がある。
【００１０】
上述したボルト２０１と、ナット２０２とナットパッキン２０４との組合せと、の締付でＡ、Ｂの接合を圧縮することで締結の目的を達しており、ボルトの前置締結力は、ボルト締付工程における締付トルク作用下にあるボルトと被締結部材との間にボルトの軸心方向に沿う過度な安全前置延伸長さを防ぐものである。そのため、ボルトの軸心方向の前置締結力である安全許容延伸長さは、このボルトの軸心方向で発生する歪みの増幅を求めることもでき、歪み計をこの箇所に内設することで歪みの値の変化を測定することができる。図２の安全延伸長さを求める場合、ｎこのボルトが接合物体Ａ及びＢのｎこの分離総引張力ｆに剛性抵抗する際、ボルト毎に受ける引張力ｆは、
ｆ＝（Δ１／１）（Ａ１／Ａｈ）Ｅ＝εｋＥ      （１）
１はボルトの有効作動長さ、
Δ１はボルトが延伸した長さ、
Ｅはボルトの材質の弾性係数、
Ａ１はボルトの断面積、
Ａｈはボルトの作用面積である。
また、ｋはＡ１／Ａｈ、即ち、ボルトの断面積と作用面積との比であって、εはΔ１／１、即ち、ボルトの相対的延伸度が歪みの値である。上記数式のボルト毎に受ける引張力ｆは、ボルトの相対的延伸度であるεと、ボルトの断面積と作用面積との比であるｋと、ボルトの材質の弾性係数であるＥとにしか関係していない。歪みの定義に基づくと、歪み（Ｓｔｒａｉｎ）は作用力によって起こる主体変形の総称である。従って、歪みεはボルトの長さの局部変化であると定義することができ、その歪みの力の方向と前記ボルトの軸心方向とは同一の方向である。既定のボルトに対して、ボルトに対して実施する分離力の大きさｆの値と相対的延伸度εとは正比例している。また、ボルトの相対的延伸度は、即ち、ε＝Δ１／１であって、前置締結力Ｑ０との関係式は、
Ｑ０＝（Δ１／１）ＥＡｓ      （２）
１はボルトの力を受ける部分の長さ（ｍｍ）、Δ１はボルトの変形による延伸長さ（ｍｍ）、Ｅは弾性係数（ＭＰａ）、Ａｓはボルトの平均断面積（ｍｍ２）であって、ボルトの前置締結力Ｑ０は、引張力を受ける接合物体Ａ及びＢで発生する相対的延伸度εによって求めることができる。
【００１１】
電気抵抗式感知ネジ歪み計は、主にネジ（螺かん）が弾性限界内においてナットにより接合物体を接合することを利用して延伸すると、その螺かんは、引張破損或いは永久的な変形が起こらない状態で、長くなったり、短くなったりする変形回復動作において、電気抵抗が大きくなったり、小さくなったりする原理である。本発明と従来の測定技術との主な違いは、（１）電気抵抗に換わってファイバブラッググレーティングを用い、銅リード線に換わって光ファイバを用いることと、（２）電気抵抗の大きさによって起こる電流変化量に換わって光波変化量を用いることと、（３）電気抵抗がボルトの受ける力によって変形して伸縮するネジの太さを受けて電流の大きさの変化が起こることに換わって、ファイバブラッググレーティングがボルトの受ける力によって変形して伸縮する量を受けて反射波長の変化を起こすことがある。本発明は、ボルトにファイバブラッググレーティングで形成するファイバ感知ネジを内設する構成であって、図３はその断面図である。３０１はファイバブラッググレーティング、３０２は軸心貫通孔ボルト、３０３はボルト上端に位置する光ファイバ前置引張固定ポイント、３０４はボルト末端に位置する光ファイバ前置引張固定ポイント、３０５はファイバグレーティングの周期長Λ、３０６はファイバグレーティングのコア（ｃｏｒｅ）、３０７はファイバグレーティングのクラッディング（ｃｌａｄｄｉｎｇ）、３０８はファイバグレーティングの外部被覆材、３０９はファイバ固定具である。本発明のファイバ感知ネジは、ファイバブラッググレーティングを利用してネジが長くなったり、短くなったりする相対的歪みの量を感知する作業原理は以下のとおりである。
【００１２】
ＦＢＧはファイバブラッググレーティングセンサであって、コヒーレントレーザを利用して光ファイバ上で暴露することで、照射された部分の屈折率を永久的に変化させ、この部分の屈折率を明暗周期性縞間隔Λを有する光ファイバにしてファイバグレーティング（Ｆｉｂｅｒ  Ｇｒａｔｉｎｇ）と称するものである。又は、ファイバブラッググレーティング（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）とも称し、ブラッグ回折（Ｂｒａｇｇ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）によって生じた帰還作用を利用して、ブラッグ条件（Ｂｒａｇｇ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）を特定の波長で満たし、入射方向とは反対の方向に帰還する波長λＢが返ってくる。この波長λＢはブラッグ波長と称し、以下のような数式で表す。
λＢ＝２ｎΛ      （３）
Λはファイバブラッググレーティングの周期長、ｎは光ファイバ有効屈折率であって、ファイバグレーティングが外力を受けて歪みを発生すると、原間隔Λの変化量がΔΛになり、数式（３）に代入して以下のような数式になる。
ΔλＢ＝２ｎΔΛ      （４）
歪みの定義に基づき、且つ１を力を受ける物体の長さ、Δ１を力を受けて変化する長さとすると、
ε＝Δ１／１＝ΔΛ／Λ      （５）
となって、以下のように求められる。
Δ１＝（ΔΛ／Λ）１＝（ΔλＢ／２ｎ）／（λＢ／２ｎ）１
従って、
ε＝Δ１／１＝ΔλＢ／λＢ      （６）
となる。
【００１３】
そのため、応力が加えられて１の光ファイバ部分の長さで発生する歪みの微量な変化の長さがΔ１となり、それを反射したブラッグ波長λＢの変化量はΔλＢとなる。光発射即帰還反射端において、λＢにあるΔλＢの波長シフトを受けることができる。つまり、ファイバ感知ネジの群に対して力を加えてΔλＢの波長シフトを受けたのであれば、ネジが引張した長さの変化はΔ１である。また、εが限界を超えて断裂警告信号を発しているか否かを判断することもできる。しかし、ファイバブラッググレーティングの物理的性質は、温度変化の影響を受けてΔλＢの波長シフトも影響を受けるため、FBGを用いて感知装置と磨る場合、マルチ感知装置で温度変化のパラメータを得て、温度保障を行うことで精確度を修正する。また、ボルト内に内設するファイバグレーティングがチャープファイバグレーティング（Ｃｈｉｒｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ｇｒａｔｉｎｇ，ＣＦＧ）を使用する構成の場合、長短二つの波長の分散効果を消去する方法で、単一感知素子の正確度を克服し、温度の影響を受けないようにする。図３の３０１はＣＦＧチャープファイバグレーティングに変更し、ＣＦＧチャープファイバグレーティングのネジ感知ヘッドとすることもできる。
【発明の効果】
【００１４】
ボルトにファイバブラッググレーティングで形成するファイバ感知ネジを内設する場合、ファイバブラッググレーティングを内設する本感知ネジデバイスが波導光学において重要な光学素子である外に、光ファイバ通信、測定機器の制御及び接合による歪みや温度等の物理的データの測定に広く応用することができる。この感知素子は、すぐにスマート構造の研究、開発及び製造することできるほかに、最もベーシックなスマート細胞素子に応用することができる。その利点は、体積がコンパクトで、材料強度が高く、強い幾何学的靭性に、光機能の喪失が少なく、高速に伝送して高帯域幅を有し、耐高温且つ耐電磁障害、また、高放射線環境における継続的な使用等の過酷な環境下の安定した特性と耐久性のほか、単一の光ファイバで同時に直列に接続して歪みの物理的量を同時に多点測定する精確な判断且つ単純化の大きな利点に符合している。従来の電気抵抗式歪み計の電線を束にして多点測定を行う複雑性に対して、本発明は飛躍的な進歩性を備えている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】特許文献１にある従来の電気抵抗式感知ネジを示す図である。
【図２】締結金具の群を示す断面図である。
【図３】ファイバブラッググレーティングを内設するファイバグレーティング感知ボルトを示す断面図である。
【図４】内設するファイバグレーティング歪み計のネジ感知ヘッドを示す断面図である。
【図５】ダブルファイバグレーティングネジ感知ヘッドを示す平面図である。
【図６】ダブルファイバグレーティングネジ感知ヘッドを示す断面図である。
【図７】直交する四つのファイバグレーティングネジ感知ヘッドを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施例：ファイバグレイティングとボルトとを同時に前置引張可能な感知ネジ歪み計の感知ヘッド
【００１７】
架橋、高層ビル、観覧車、高速鉄道、大型土木公共工事設備、船舶及び飛行機等の本体を延長或いはタッピング構成間の物体の接合を行っており、溶接する必要があるもの以外、ネジの群を使用して接合固定する必要がある。図２のように、ネジ締結金具の群にあるボルト２０１に換わり、図３のファイバグレーティングボルトがファイバグレーティング歪み計の感知ヘッドとなり、図４のように、様々な規格及び機能形状のネジ締結金具の歪みの値を精確に測定している。図４において、２０１はボルト、２０２はナット、２０３はボルトパッキン、２０４はナットパッキン、２０５は接合物体Ａ、２０６は接合物体Ｂである。また、３０１はファイバブラッググレーティング、３０２は軸心を貫通するボルト、３０３はボルト上端に位置する光ファイバ前置引張固定ポイント、３０４はボルト末端に位置する光ファイバ前置引張固定ポイント、３０５はファイバグレーティングの周期長Λ、３０６はファイバグレーティングのコア（ｃｏｒｅ）、３０７はファイバグレーティングのクラッディング（ｃｌａｄｄｉｎｇ）、３０８はファイバグレーティングの外部被覆材、３０９はファイバ固定具である。このファイバグレーティング歪み計の感知ヘッドは、完全なる組合せの締結によってボルトを使用してナットと結合することを必要とする様々な工程及び設備において、事前に模擬テスト或いは現場測定を行うことができることで、施工データ或いは現況分析が得られる。
【００１８】
ネジ素子を感知ヘッドとすることは、彼処にあるネジの接合位置からサンプリングが可能な最も的確な方法であって、ピックアップした感知ポイント或いは物理的検出特性だけで、集中式、分散多点直列式或いは単点で感知することができる。しかし、従来のファイバブラッググレーティングを物体の物理的性質としてある位置における物理的性質の変化のサンプリングを行った際、ファイバブラッググレーティングは線形を得て中心波長を測定して上限と下限との好ましい歪み反応とするため、事前に引張した後さらに被測定体表面に粘着して測定する必要がある。被測定体を貫通して表面構成を破壊し、測定ポイントの正確な歪みの値に影響する恐れがあるため、表面を粘着するが、密着し難く正確なデータを得ることが困難である。そのため、ファイバブラッググレーティングをネジに内設しファイバ感知ネジとすることで、被測定体を破壊することなく、被測定体の物理的性質の最適なサンプリング位置に入り込むこと或いは接合することを選択して最も正確なデータを得ることができる。さらに重要なのが、ファイバブラッググレーティングが事前に行わなければならない好ましいブラッググレーティングの中心波長λＢを測定するまで前置引張する作業と、本感知ネジの感知ヘッドが達しなければならない前置締結力を加える工程とを、密接に観察し合い、制御して同時に達成し、ファイバグレイティングとボルトとを同時に前置引張可能な感知ネジ歪み計或いは感知ヘッド歪み計を達成している。
【００１９】
上述のような大型工程の骨組は、多くの締結ボルトで施工されており、各ポイント毎安全な接合を行うクイックロック作業は、ファイバグレイティングとボルトとを同時に前置引張可能な感知ネジを利用することができ、施工前、施工中或いは施工後歪み計の感知ヘッドとなり、さらには永久的なモニタリング感知ポイントとして備えておくこともできる。
【００２０】
ファイバグレイティングとボルト及びナットとの間で同時に前置引張する際に発生するボルトの延伸長さと前置締結力との関係は、数式（２）のとおりである。
Ｑ０＝（Δ１／１）ＥＡｓ      （２）
【００２１】
１はボルトの力を受ける部分の長さ（ｍｍ）、Δ１はボルトの変形による延伸長さ（ｍｍ）、Ｅは弾性係数（ＭＰａ）、Ａｓはボルトの平均断面積（ｍｍ２）である。弾性エリア内で、Δ１は転動締結ネジとナットの相対的角度Θとに正比例しており、そのため、Ｑ０はΘの関数であって、精確にナットの締結の回転角度を制御さえすれば、前置締結力を正確に制御することができる。本感知ネジ装置素子を設置した後、締結と同時にボルトの延伸量で発生するファイバグレイティングの力によって歪みが起こり、元々のΛ間隔の変化量がΔΛの微量な長さとなり、それを反射したブラッグ波長λＢの変化量はΔλＢとなる。測定制御端において、λＢにあるΔλＢの波長シフトを受け、即座に前置締結力がシステム既定値を満たしているか否かを判断している。もし、前置締結力が達しており、ファイバブラッググレイティングの前置引張力がファイバブラッググレイティングの最適操作中心波長に達していない或いは超えている、即ちλＢの場合、上述の数式に呈するＡｓのボルトの平均断面積をより最適な螺かんの直径或いはボルトの剛性に変更し、前置締結力と前置引張力とを同時に達成している。また、ファイバグレイティングを内設するボルトは、高トルク制御Ｔ．Ｃ，（Ｔｏｒｑｕｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）ボルト構成、或いは低張力ボルト構成のいずれかを採用して適切に調整している。勿論、締結金具の群が施工する前置締結力とファイバグレイティングの前置引張力とが同時に達成されることが望ましい。しかし、段階的に達成、或いは図３にあるようなボルト上端に位置する光ファイバ前置引張固定ポイント３０３又はボルト末端に位置する光ファイバ前置引張固定ポイント３０４の間に微調整装置をそれぞれ設ける、或いはボルト上端に位置する光ファイバ前置引張固定ポイント３０３とボルト末端に位置する光ファイバ前置引張固定ポイント３０４との間にあるボルト内において、軸心の円柱型中空に沿ってＦＢＧファイバブラッググレイティングを通過するための長孔を設けるといった様々な形状の微調整装置を設けることで実現することも可能である。本実施例では単一ボルトの軸心に一つのファイバグレイティングを内設して感知し、長手方向の歪みを求めることしか挙げていないが、図５、図６にあるダブルファイバグレーティングネジ感知ヘッドを示す平面図及び断面図で示されている相対的な位置のように、同一のボルト内に二つのファイバグレイティング５０１とボルトの軸心とが等間隔に相対し、ボルトの軸心に平行するファイバブラッググレイティングで相対方向に感知する構成で、直線的擺動が感知ネジの相対方向における歪みを測定して振幅の大きさ或いは擺動方向の物理的数値を求めている。同じように、図７にある直交する四つのファイバグレーティングネジ感知ヘッドを示す平面図で示されている相対的な位置のように、同一のボルト内に四つのファイバグレイティング６０１とボルトの軸心とが等間隔に相対し、直交してボルトの軸心に平行するファイバブラッググレイティングで感知する構成で、任意の擺動が感知ネジが設ける行列において各方向のベクトル解析を行う歪みを測定して振幅の大きさ或いは擺動方向の物理的数値を求めている。
【００２２】
以上の本発明に係る実施例の詳細な説明において引用する各同じ符号の部材は、同一または効果が類似する部材であって、且つ簡易的な図解を持って実施例が示す主要な実施特徴を説明しており、そのため、これ等の図面には実際の実施例にある全ての特徴を表しておらず、又図示されている部材の相対的大きさ及び数量を表してはいないため、図示されている図面は実物を忠実に表したものではなく、本発明の構成に基づきファイバ感知ネジ及びそれで構成するファイバ感知ネジ締結金具におけるボルト構成及びこれを完全に実現する感知構成コンポーネントの基本的精神によって図示されており、ファイバ感知ネジによる等価発揮機能及び応用の各種態様を表すものであって、実施例で挙げているとおり、「勿論、締結金具の群が施工する前置締結力とファイバグレイティングの前置引張力とが同時に達成されることが望ましい。しかし、段階的に達成、或いは図３にあるようなボルト上端に位置する光ファイバ前置引張固定ポイント３０３又はボルト末端に位置する光ファイバ前置引張固定ポイント３０４の間に微調整装置をそれぞれ設ける、或いはボルト上端に位置する光ファイバ前置引張固定ポイント３０３とボルト末端に位置する光ファイバ前置引張固定ポイント３０４との間にあるボルト内において、軸心の円柱型中空に沿ってＦＢＧファイバブラッググレイティングを通過するための長孔を設けるといった様々な形状の微調整装置を設けることで実現することも可能である。」等の様々な締結素子は、その応用な様を表すものであって、ファイバ感知ネジの応用を多彩且つマルチなものとしている。
【００２３】
実施例において述べたとおり、ファイバグレイティングとボルトとを同時に前置引張可能な感知ネジ歪み計の感知ヘッドは、各種締結金具の群を接合の応用とする場合及び各種ハイスピードで施工し且つ施工完了後、大量に使用履歴情報を安全のためモニタリングする必要がある公共工事構造において、低コストで量産し、且つより安全で耐久性があり、耐電磁障害の上、省エネ構成であるため、エネルギーの削減という目的を達成することができる。
【００２４】
本明細書には、ファイバグレイティングとボルトとを同時に前置引張可能な感知ネジの感知装置及びそれで構成する締結金具の群の構成を図面とともに説明し、本発明の感知ネジ歪み計の感知ヘッドを述べているが、本発明はこれ等の図面並びに説明に限定されるものではなく、本発明の精神に逸脱しない如何なる方法下において、本発明に対し、様々な修正及び構造の変化を行うことができる。
【００２５】
また、以上において開示された本発明の主旨をさらに解説する必要はなく、一定の数量のファイバグレイティングとボルトとを同時に前置引張可能な感知ネジ歪み計の感知ヘッドユニットから構成するアレイの下、各出力並びにアクセスからシステム安全アレイコネクションを構成し、現在の知識を応用してさらに先行技術に基いて合併した観点をそれぞれ形成することで、合理的に本発明の一般的或いは具体的な態様を構成する基本的特徴の下、本発明の修正に用いる各種応用或いはその他の部材を本発明に応用することは容易で、且つこれ等修正は本発明の特許請求の範囲に属するものである。
【符号の説明】
【００２６】
１０        ボルト
１１        中央穴
１２        上縁から深さ１インチの箇所
１３        交差孔
１４        交差孔
１５        ボルト上端
１６        エポキシ樹脂からなるコア
１７        電気抵抗線
２０        リード線
２１        リード線
２２        鋲着端
２３        鋲着端
２４        配線ギャップ
２０１      ボルト
２０２      ナット
２０３      ボルトパッキン
２０４      ナットパッキン
２０５      接合物体Ａ
２０６      接合物体Ｂ
３０１      ファイバブラッググレーティング
３０２      軸心を貫通するボルト
３０３      光ファイバ前置引張固定ポイント
３０４      光ファイバ前置引張固定ポイント
３０５      周期長Λ
３０６      コア
３０７      クラッディング
３０８      外部被覆材
３０９      ファイバ固定具
５０１      ファイバグレーティング
６０１      ファイバグレーティング
【図１】
0005876109.tif 000002
【図２】
0005876109.tif 000003
【図３】
0005876109.tif 000004
【図４】
0005876109.tif 000005
【図５】
0005876109.tif 000006
【図６】
0005876109.tif 000007
【図７】
0005876109.tif 000008