JP2004044744A - ボルト - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ボルト頭部2とボルト軸部3とを備え、そのボルト頭部2に超音波発振子/受信子30を密着させて軸力を測定するためのボルト1であって、上記ボルト頭部2を、上記超音波発振子/受信子30を密着させる部分の軸方向厚さTが他の部分よりも大きくなるように形成したものである。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波により軸力を測定するのに適したボルトに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ボルトを締め付けると、その回転(締め付けトルク)の増加に伴って締結力が生じるが、このときボルトの軸部にはその反力としての軸力(引っ張り力)が発生する。従って、ボルトに発生した軸力を測定・評価することによってボルトの締結力を保証することができる。そこで従来から、ボルトの品質を保証するためにボルト軸力の測定を行っている。
【0003】
近年では、ボルトの軸力を測定する手段として「超音波ボルト軸力計」を使用することが注目されている。
【0004】
「超音波ボルト軸力計」とは、図6に示すように、超音波発振子/受信子30をボルトVのボルト頭部Hの上端面に密着させて、ボルト頭部Hから超音波を入射すると共にボルト軸部Sの先端部Saで反射された反射波(エコー)を検出し、その検出結果に基づいてボルトVに発生した軸力を測定するものである。
【0005】
具体的には、ボルトVが締め付けられて軸力が発生するとボルトVの軸部Sが伸びるため超音波の伝達時間が長くなり、反射波が検出されるまでの時間が長く(遅く)なる。この遅延時間はボルトVに発生した軸力に比例するため、反射波検出の遅延時間からボルト軸力を求めることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、「超音波ボルト軸力計」によって正確にボルト軸力を測定するためには、超音波の入射及び反射が正確に行われるようにする必要があるため、ボルト頭部Hの上端面とボルト軸部Sの先端部Saとを平滑に加工している。
【0007】
また、超音波発振子/受信子30とボルト頭部Hとの接触面には超音波を伝達しやすい液体(グリセリン、油等)を塗布し、空気層が介在することのないようにしている(空気層では超音波はほぼ完全に遮断されてしまう)。
【0008】
しかしながら、ボルトVを締め付けて軸力が発生すると、ボルト軸部Sが伸びるだけでなくボルト頭部Hが変形するため、超音波発振子/受信子30とボルト頭部Hとの間に間隔が生じてしまい、超音波の伝達が不安定となり正確な軸力測定が困難になるという問題があった。
【0009】
即ち、図7に示すように、ボルトVを締め付けていくとボルト頭部Hの略中央部が軸方向内側に窪み、ほぼパラボラ形状(放射面状)に変形する。このため、超音波発振子/受信子30の中央部とボルト頭部Hの中央部との間に間隔が生じてしまい、超音波の伝達不良が発生するのである。特に、超音波は超音波発振子/受信子30のほぼ中央部にて発振及び受信されるため、中央部の間隔が大きくなることは好ましくない。
【0010】
また、このように超音波発振子/受信子30の中央部とボルト頭部Hの中央部との間隔が大きくなってしまった場合、超音波ゲインを増大したり、超音波発振子/受信子30の位置をずらす等の調整が必要となるため、軸力測定の完全な自動化の妨げにもなっていた。
【0011】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、超音波発振子/受信子とボルト頭部とが常に適切に接触でき、精度の高い軸力測定を行うことができるボルトを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、ボルト頭部とボルト軸部とを備え、そのボルト頭部に超音波発振子/受信子を密着させて軸力を測定するためのボルトであって、上記ボルト頭部を、上記超音波発振子/受信子を密着させる部分の軸方向厚さが他の部分よりも大きくなるように形成したものである。
【0013】
また本発明は、ボルト頭部とボルト軸部とを備え、そのボルト頭部の上端面に超音波発振子/受信子を密着させて軸力を測定するためのボルトであって、上記ボルト頭部の上端面を、略中央部に向かうにつれて徐々に突出するように凸面状に形成し、かつ、その最大突出量を、ボルトに最大軸力が発生したときのボルト頭部上端面の最大窪み量以上としたものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0015】
図1(a)は本実施形態に係るボルトの上面図であり、図1(b)はその部分正面図である。
【0016】
図に示すように、ボルト1は、ボルト頭部2と、ねじ溝4が形成されたボルト軸部3とからなる。ボルト頭部2は、その径方向外側部に六角部5を有している。
【0017】
そして本実施形態のボルト1の特徴は、ボルト頭部2の上面側において、ボルト軸力を測定するための超音波発振子/受信子30を密着させる部分に、軸方向外側(図1(b)の上側)に突出した突出部6が形成されている点にある。即ち、ボルト頭部2の超音波発振子/受信子30を密着させる部分の軸方向厚さTが他の部分(六角部5)の軸方向厚さtよりも大きく形成されている。このため、当然、突出部6の剛性は六角部5と比べて高い。
【0018】
また、突出部6の上端面6aは、超音波発振子/受信子30の平坦状の下面と密着できるように、平滑に加工されている。
【0019】
次に、このボルト1の軸力を測定する際の作用を説明する。
【0020】
まず、ボルト軸力を測定するに当たって、ボルト頭部2の突出部6の上端面6aに超音波発振子/受信子30を密着させる。このとき、突出部6の上端面6aと超音波発振子/受信子30との間に超音波を伝達しやすい液体(グリセリン、油等)を塗布し、空気層が介在しないようにする。
【0021】
そして、ボルト1を締め付けて、超音波発振子/受信子30から超音波を発振し、ボルト軸部3の先端部で反射された反射波(エコー)を検出する。このとき、ボルト1の締め付けに伴って、ボルト軸部3が伸びると共にボルト頭部2に応力が発生し、ボルト頭部2が変形しようとする。
【0022】
ここで、ボルト頭部2における突出部6が設けられた部分(径方向内側部分)、即ち、超音波発振子/受信子30が密着されている部分は、他の部分と比べて軸方向の厚さが大きく剛性が高いため、応力は六角部5に集中する。この結果、図2に点線で示すように、ボルト頭部2の六角部5が、突出部6との境界部分7を基点として湾曲・変形する。
【0023】
この結果、ボルト頭部2に発生した応力は六角部5の変形によって吸収されることになり、突出部6までは伝達されない。また、伝達したとしても僅かである。このため、ボルト1に最大軸力が発生しても、突出部6の上端面6aはほとんど変形せずに平坦状を維持する。つまり、超音波発振子/受信子30と突出部6の上端面6aとの間に間隔が生じることがなく常に密着される。よって、超音波の安定した伝達を確保でき正確な軸力測定を行うことができる。なお、上記最大軸力とは、ボルト1を締め付ける際に、そのボルト1に発生し得る最大の軸力(極限締付け軸力ともいう)のことをいい、通常は塑性域で発生する。
【0024】
このように、本実施形態のボルト1は、ボルト頭部2の超音波発振子/受信子30を密着させる部分の軸方向厚さTが大きいので、ボルト1に軸力が発生しても超音波発振子/受信子30との接触面6aは変形しない。また、六角部5の軸方向厚さtが、突出部6が設けられた部分の軸方向厚さTよりも小さいので、ボルト頭部2に応力が発生したときに六角部5が変形し、応力が突出部6に伝達されることを防止する。
【0025】
従って、ボルト1を締め付けて軸力が発生しても超音波発振子/受信子30とボルト頭部2とが常に適切に密着できる。よって、超音波の伝達が正確にでき、安定した精度の高い軸力測定が可能となる。
【0026】
また、「発明が解決しようとする課題」の欄で説明したような、超音波ゲインの増大、超音波発振子/受信子30の位置調整などの作業が必要なくなるため、完全な自動測定が可能となる。
【0027】
なお、突出部6の突出量、即ち、突出部6が設けられた部分の軸方向厚さTについては、ボルト1に最大軸力が発生したときに突出部6の上端面6aが変形しない厚さであれば制約はない。
【0028】
また、突出部6は研削加工などにより形成しても良いし、鍛造等の塑性加工を用いても良い。鍛造等を用いれば、研削加工を省略できるため、製造工程の削減及びコスト低減が図れる。
【0029】
次に図3を用いて、本発明の他の実施形態を説明する。
【0030】
図3はこの実施形態に係るボルトの部分正面図であり、明瞭化の目的からボルト頭部の上端面を誇張して示している。
【0031】
この実施形態のボルト11の特徴はボルト頭部12の上端面12aを、ほぼ中央部に向かうにつれて徐々に軸方向外側(図3の上側)に突出するように凸面状に形成した点にある。
【0032】
このように、ボルト頭部12の上端面12aを予め上方に突出させて形成しておけば、ボルト11の締め付けに伴ってボルト頭部12が変形しても超音波発振子/受信子30とボルト頭部12との接触を確保できる。
【0033】
即ち、ボルト12を締め付けていくにつれて、ボルト頭部12の上端面12aはその中央部が軸方向内側に窪むように変形していくが、ボルト頭部12の上端面12aの中央部が予め軸方向外側に突出しているため、その突出量が小さくなるように変形していく。そして、図4に示すように、ボルト11に最大軸力が発生したときに、ボルト頭部12の上端面12aは、その中央部が若干突出しているか、あるいは、ほぼ平坦状となる。
【0034】
従って、超音波発振子/受信子30とボルト頭部12とが常に適切に接触でき、正確な軸力測定を行うことができる。
【0035】
ここで、ボルト頭部12の上端面12aを凸面状にすることにより、超音波発振子/受信子30とボルト頭部12の上端面12aとの接触が点接触となるため、超音波の伝達が不安定になることが懸念されるが、本出願人は、ボルト頭部の上端面を平坦状とした場合と同じかそれ以上の良好な超音波伝達特性が得られることを確認した。
【0036】
その理由については次のことが考えられる。
【0037】
即ち、ボルト頭部の上端面を平坦に形成した場合であっても、実際にはボルト頭部の上端面及び超音波発振子/受信子30の下面には僅かな凹凸が存在する。このため、双方の接触は微視的には点接触となる。本実施形態では超音波が発振及び受信されるボルト頭部12の中央部を積極的に突出させて超音波発振子/受信子30と接触させているため、その接触点を基点にスムーズな超音波の伝達が可能となるのである。
【0038】
さて、本出願人は、ボルト頭部12の上端面12aの最適な形状を得るべく、ボルト頭部の上端面が平坦なボルトを用いて、軸力発生に伴うボルト頭部の変形形状の測定を行った。なお、ボルトはねじ部のサイズがM11×P1.5で、ボルト頭部のサイズがHEX17、厚さ8mmであるスチール製のボルトを使用した。
【0039】
その結果の一つを図5に示す。
【0040】
図中、線Aは締付け前のボルト頭部の上端面形状を示しており、線Bはボルトに最大軸力(約70kN)が発生したとき、具体的には、最大トルク(約12kN・cm)で締め付けたときのボルト頭部の上端面形状を示している。
【0041】
図5からも分かるように、ボルトに軸力が発生するとボルト頭部の上端面はそのほぼ中心部が軸方向内側に最も窪み、パラボラ類似形状(放物面形状)に変形する。また、図5のボルトではボルト頭部の最大窪み量Xは約10μmであった。
【0042】
ここで、図3に示すボルト頭部12の上端面12aにおいて、そのほぼ中央部の最大突出量Yを、ボルトに最大軸力が発生したときのボルト頭部上端面の最大窪み量Xと同じにしておけば、ボルト11に最大軸力が発生したときにボルト頭部12の上端面12aがほぼ平坦状に変形することになる。
【0043】
従って、ボルトに最大軸力が発生したときの最大窪み量Xを予め測定しておき、ボルト頭部12の上端面12aを少なくとも最大窪み量X以上突出した凸面状に形成すれば超音波発振子/受信子30とボルト頭部12の上端面12aとが常に適切に接触できることになる。言い換えれば、ボルト頭部12の上端面12aを、図5に示す上端面の窪み形状Bを反転した形状で突出するようにすれば良い。
【0044】
しかしながら、ボルト頭部12の最大突出量Yを最大窪み量Xと同じに設定した場合、理論上は最大軸力が発生したときにボルト頭部12の上端面12aが平坦状となるが、ボルト頭部12の上端面12aの凹凸や超音波発振子/受信子30の下面の凹凸など、各種形状のばらつきにより接触状態が悪化する可能性がある。そこで、本出願人は、ボルト頭部12の最大突出量Yを種々変えて実験を行った結果、ボルト頭部12の最大突出量Yを、最大窪み量Xの2倍程度に設定しておけば常に良好な接触を確保できることを確認した。
【0045】
なお、ボルト頭部12の上端面12aの形状はパラボラ類似形状に限定されず、中央部が最も突出した形状であれば、球面形状や円錐形状でも良い。
【0046】
また、ボルト頭部12の上端面12aは研削加工などにより形成しても良いし、鍛造等の塑性加工を用いても良い。鍛造等を用いれば、研削加工を省略できるため、製造工程の削減及びコスト低減が図れる。
【0047】
このように、本実施形態でも図1に示したものと同様の効果を得ることができる。
【0048】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、超音波発振子/受信子とボルト頭部とが常に適切に接触でき、精度の良い軸力測定を行うことができるという優れた効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は、本発明の一実施形態に係るボルトの上面図である。
(b)は、本発明の一実施形態に係るボルトの部分正面図である。
【図2】図1のボルトに最大軸力が発生したときのボルト頭部の変形状態を示すボルト頭部拡大図である。
【図3】本発明の他の実施形態に係るボルトの部分正面図である。
【図4】図3のボルトに最大軸力が発生したときのボルト頭部の変形状態を示すボルト頭部拡大図である。
【図5】ボルト頭部の上端面が平坦であるボルトの締付け前と、最大軸力が発生したときの、ボルト頭部上端面の形状を測定した結果である。
【図6】従来のボルトを示す正面図である。
【図7】従来のボルトのボルト頭部の変形状態を示すボルト頭部拡大図である。
【符号の説明】
1,11 ボルト
2,12 ボルト頭部
3 ボルト軸部
5 六角部
6 突出部
6a 突出部上端面
12a ボルト頭部上端面
Claims (2)
- ボルト頭部とボルト軸部とを備え、そのボルト頭部に超音波発振子/受信子を密着させて軸力を測定するためのボルトであって、
上記ボルト頭部を、上記超音波発振子/受信子を密着させる部分の軸方向厚さが他の部分よりも大きくなるように形成したことを特徴とするボルト。 - ボルト頭部とボルト軸部とを備え、そのボルト頭部の上端面に超音波発振子/受信子を密着させて軸力を測定するためのボルトであって、
上記ボルト頭部の上端面を、略中央部に向かうにつれて徐々に突出するように凸面状に形成し、かつ、その最大突出量を、ボルトに最大軸力が発生したときのボルト頭部上端面の最大窪み量以上とすることを特徴とするボルト。
Priority Applications (1)
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JP2002205348A JP2004044744A (ja) | 2002-07-15 | 2002-07-15 | ボルト |
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JP2004044744A true JP2004044744A (ja) | 2004-02-12 |
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JP2002205348A Pending JP2004044744A (ja) | 2002-07-15 | 2002-07-15 | ボルト |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2004044744A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017082325A1 (ja) * | 2015-11-12 | 2017-05-18 | 日本精工株式会社 | ステアリング装置及びステアリング装置の組立方法 |
JP6246965B1 (ja) * | 2017-04-21 | 2017-12-13 | パルステック工業株式会社 | X線回折測定装置を用いた軸力評価方法 |
-
2002
- 2002-07-15 JP JP2002205348A patent/JP2004044744A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2017082325A1 (ja) * | 2015-11-12 | 2017-05-18 | 日本精工株式会社 | ステアリング装置及びステアリング装置の組立方法 |
JP6246965B1 (ja) * | 2017-04-21 | 2017-12-13 | パルステック工業株式会社 | X線回折測定装置を用いた軸力評価方法 |
JP2018179920A (ja) * | 2017-04-21 | 2018-11-15 | パルステック工業株式会社 | X線回折測定装置を用いた軸力評価方法 |
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