JP2005010064A

JP2005010064A - ボルトゲージ

Info

Publication number: JP2005010064A
Application number: JP2003176065A
Authority: JP
Inventors: Kohei Tanaka; 行平田中; Toshio Hattori; 敏雄服部
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2023-06-20
Also published as: JP4318113B2

Abstract

【課題】ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いを容易にできるボルトゲージを提供する。
【解決手段】ボルト３の軸部３ｂに取り付けられてボルト３の歪みに対応する光信号を生じるセンサ部５と、センサ部５からの光信号に基づいて歪みを演算する演算部９と、センサ部５から演算部９に光信号を伝送する光ファイバで形成される伝送部７と、センサ部５を取り付けるボルト３の頭部３ａの面から突出した状態で、このセンサ部５を取り付けるボルト３の頭部３ａに形成された穴１１に対応する位置に取り付けられ、伝送部７を形成する光ファイバが挿通される保護管１３とを備えた構成とする。このような構成とすれば、保護管により光ファイバが破損しにくくなるため、ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いを容易にできる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボルトに働く歪や軸力などを測定するボルトゲージに係り、特に、光ファイバ式の歪ゲージを利用したボルトゲージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボルトに働く歪や軸力を測定する方法としては、超音波探触法と歪ゲージを使用する方法とがある。超音波探触法は、ボルトの頭部に探触子を設置し、このボルトの底部分つまり軸部の端面側部分からの超音波の反射時間により、ボルトの軸方向の長さの変化を測定し、軸力に換算するものである。この方法は、ボルトの表面の加工精度が測定結果に影響するといったことから取り扱いに注意が必要であり、また、測定装置本体が比較的高価なため、常時ボルトに取り付けて軸力などの測定を行う場合や、複数のボルトの軸力の測定を行う場合などには不向きである。
【０００３】
一方、歪ゲージは、ボルトの軸部の外面に歪ゲージのセンサ部を接着剤などで貼り付けるか、または、ボルトに頭部から軸部にかけて軸方向に形成した穴に歪ゲージのセンサ部を挿入して接着剤などで固定し、センサ部で検出した電気抵抗の変化より歪を測定するものである（特許文献１）。特許文献１には、センサ部に加え増幅器や表示部などを一体に形成してボルトに取り付ける構成が提案されているが、このような一体構成では、使用できるボルトの大きさに制限があり、また、１つのセンサ部に対して一つの増幅器や表示部などが必要となるためコストの面からも不利である。
【０００４】
このため、電気抵抗式の歪ゲージとしては、一般に、増幅器や表示部とセンサ部とを別個に構成し配線などで電気的に接続するものが用いられている。しかし、このような電気抵抗式の歪ゲージでは、１つの増幅器や表示部を複数のセンサ部に付け替えて用いることができるためコストの面で有利である反面、増幅器を電気的に接続する度にバランス調整が必要であるため、一度、増幅器とセンサ部との電気的接続を外してしまうと、ボルトの緩みによる軸力の低下などを正確に測定するのが困難である。さらに、電気抵抗式の歪ゲージでは、構成に関係なく、微小な電気抵抗の変化を測定する必要があるため、電磁ノイズの影響を受け易いという問題がある。
【０００５】
そこで、バランス調整が不要か、または容易であり、また、電磁ノイズの影響を受けない歪ゲージとして、光ファイバ式の歪ゲージが提案されている（特許文献２及び３）。特許文献２では、グラウンドアンカーの表面に光ファイバ式の歪ゲージを貼り付けて、このグラウンドアンカーに加わる軸力を測定することが提案されているが、この方法は、ボルトに働く歪やボルトの軸力の測定にも適用することが可能である。そして、特許文献３では、ボルトに頭部から軸部にかけて穴を形成し、この穴に光ファイバ式の歪ゲージのセンサ部を挿入し、エポキシ系の接着剤などをこの穴に流し込むことで、ボルトにセンサ部を接着し固定するボルトゲージが提案されている。また、これらの光ファイバ式の歪ゲージでは、センサ部からの光信号に基づいて歪みの値を演算する演算部とセンサ部との間には、光信号を伝送するため、光ファイバで形成される伝送部が連結されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１１８６３７号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献２】
特開２００２−８１０６１号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献３】
米国特許第５，９４５，６６５号明細書（第２−３欄、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような光ファイバ式の歪ゲージを利用したボルトゲージを取り付けたボルトでは、光ファイバが折れ易いことから、ボルトを取り扱う場合、例えばボルトの締結作業などを行う場合、伝送部の光ファイバを折って破損させないように細心の注意を払う必要が生じる。このため、光ファイバ式の歪ゲージを利用したボルトゲージを取り付けたボルトは、取り扱いが難しいという問題がある。
【０００８】
本発明の課題は、ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いを容易にすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のボルトゲージは、ボルトの軸部に取り付けられてボルトの歪みに対応する光信号を生じるセンサ部と、このセンサ部からの光信号に基づいて歪みを演算する演算部と、センサ部から演算部に光信号を伝送する光ファイバで形成される伝送部と、センサ部を取り付けるボルトの頭部の面から突出した状態で、このセンサ部を取り付けるボルトの頭部に形成された穴に対応する位置に取り付けられ、伝送部を形成する光ファイバが挿通される保護管とを備えた構成とすることにより上記課題を解決する。
【００１０】
ボルトゲージを取り付けたボルトを取り扱う際に、伝送部の光ファイバが折れて破損しやすいのは、光ファイバがボルトに固定された部分と固定されていない部分との境界部である。したがって、このような構成とすることにより、光ファイバがボルトに固定された部分と固定されていない部分との境界部となる光ファイバの部分が保護管によって覆われ保護された状態となり、伝送部を形成する光ファイバが破損し難くなる。すなわち、ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いを容易にできる。
【００１１】
さらに、保護管が可撓性を有する管で形成された構成とすれば、光ファイバがより破損し難くなるので好ましい。
【００１２】
また、保護管は、一方の端部がセンサ部を取り付けたボルトの頭部の面に当接した状態で設けられ、この保護管の当接した端部と、センサ部を取り付けたボルトの頭部の少なくとも一部分とを覆い、センサ部を取り付けたボルトに保護管を固定する固定部材を備えた構成とする。このような構成とすれば、比較的小さなボルトにも保護管を取り付けることが可能となり、比較的小さなボルトにおいても、ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いを容易にできる。
【００１３】
ここで、ボルトの頭部から軸部にかけて形成された穴内にセンサ部を接着剤で固定するときに、接着剤中に形成された気泡を除去するために真空引きを行う。ところが、このようなボルトの頭部の面に当接した保護管と固定部材とを備えた構成とした場合、固定部材とボルトの頭部の面などとの間に空間があると、真空引きの際に、この空間内に接着剤が溜まってしまう。これにより、ボルトに形成された穴内が十分に接着剤で満たされずセンサ部の接着不良が生じ、ボルトゲージの測定精度が低下してしまう場合がある。
【００１４】
これに対して、保護管のセンサ部を取り付けたボルトの頭部の面に当接した端部には、この端部の面側から管壁を切り欠いた切り欠き部が形成されている構成とすれば、真空引きを行った際、固定部材とボルトの頭部の面などとの間の空間内に接着剤が溜まらず、ボルトに形成された穴内が十分に接着剤で満たされるため、ボルトゲージの測定精度の低下を抑制できる。
【００１５】
また、センサ部としてボルトの異なる位置に取り付けられる複数のセンサ部を有する構成とすれば、ボルトに働く歪みや軸力の分布の測定や、測定した歪みや軸力の温度補償などが行えるので好ましい。
【００１６】
さらに、センサ部を取り付けたボルトの頭部に取り付けられ、このボルトの頭部の面との間に空間を形成するカバーを備え、保護管は、このカバーに、このカバーから突出した状態で取り付けられており、このカバーの内面には、このカバーの歪みに対応する光信号を生じる補正用のセンサ部が取り付けられ、演算部は、この補正用のセンサ部からの光信号に応じて、ボルトの軸部に取り付けられるセンサ部からの光信号に基づいて演算した値の補正を行う構成とする。ボルトの歪みの影響を受けにくいカバーに取り付けた補正用のセンサ部からの光信号から演算した値は、カバーの熱変形、つまり温度の影響による歪みを示すものである。このため、この補正用のセンサ部からの光信号に応じて、ボルトの軸部に取り付けられたセンサ部からの光信号から演算した値の補正を行うことで、このボルトの軸力が加わる部分に取り付けられるセンサ部で検出した値の温度補償を行うことができる。
【００１７】
また、伝送部は、光ファイバ同士の光学的接続を行う接続部材を有し、この接続部材で分断可能である構成とすれば、ボルトを取り扱うときは、接続部材によって伝送部を分断し、ボルトから出ている伝送部の光ファイバをできるだけ短くすることができる。このため、伝送部を形成する光ファイバがさらに破損し難くなることから、ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いをさらに容易にできる。
【００１８】
さらに、本発明のボルトゲージは、ボルトの軸部に取り付けられてボルトの歪みに対応する光信号を生じるセンサ部と、このセンサ部からの光信号に基づいて歪みを演算する演算部と、センサ部から演算部に光信号を伝送する光ファイバで形成される伝送部と、この伝送部に設けられて光ファイバ同士の光学的接続を行う接続部材とを備え、伝送部は、接続部材により分断可能であり、接続部材のうち、センサ部に連続する側の伝送部に設けられた接続部材が、センサ部が取り付けられたボルトの頭部に取り付けられている構成とすることにより上記課題を解決する。
【００１９】
また、本発明のボルトゲージは、ボルトの軸部に取り付けられてボルトの歪みに対応する光信号を生じるセンサ部と、このセンサ部からの光信号に基づいて歪みを演算する演算部と、センサ部から演算部に光信号を伝送する光ファイバで形成される伝送部と、この伝送部を分断し、この分断した伝送部の対向する光ファイバの端部に各々設けられた第１及び第２のレンズと、センサ部が取り付けられたボルトの頭部に取り付けられ、このボルトの頭部の面との間に空間を形成するカバーとを備え、第１のレンズは、センサ部に連なる側の伝送部の部分の端部に設けられ、センサ部が取り付けられたボルトの頭部に取り付けられており、第２のレンズは、演算部に接続される側の伝送部の部分の端部に設けられており、カバーは、このカバー内に形成された空間内で、第１のレンズに対向させた状態に第２のレンズを支持する構成とすることにより上記課題を解決する。このとき、第１のレンズ及び第２のレンズが、共に、コリメータレンズまたはフレネルレンズである構成とする。
【００２０】
これらのような構成とすれば、伝送部を接続部材やレンズの部分で分断した状態では、ボルトからは光ファイバが出ていない状態となる。このため、ボルトの取り扱うとき、伝送部を形成する光ファイバの破損はほとんど生じることがなくなるため、ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いを一層容易にできる。
【００２１】
さらに、カバーに、カバーから突出した状態で取り付けられ、伝送部を形成する光ファイバが挿通される保護管を備えた構成とすれば、分断された伝送部を第１のレンズ及び第２のレンズにより光学的に接続した後も、演算部とボルトとの間の伝送部を形成する光ファイバを破損し難くできる。
【００２２】
ところで、ボルトの頭部から軸部にかけて形成した穴にセンサ部を取り付ける場合、穴に接着剤を流し込み、センサ部をボルトに形成した穴内に埋め込んだ状態とする。このとき、センサ部の大きさとボルトに形成した穴の大きさの関係によっては、使用する接着剤の量の増加することによって、気泡が混入し易くなり、混入した気泡によってセンサ部の接着不良が生じる場合がある。センサ部の接着不良が生じると、ボルトに生じた歪みがセンサ部に正確に伝わり難くなり、ボルトゲージの測定精度が低下してしまう。そこで、接着剤の量をできるだけ少なくするため、ボルトに形成する穴の径をできるだけ小さくし、センサ部や伝送部と穴の内面との隙間をできるだ小さくすることが考えられる。しかし、光ファイバ式の歪ゲージに用いられるセンサ部と同等の小さな径の穴をボルトに形成することは難しい。このため、光ファイバ式の歪ゲージを用いたボルトゲージでは、測定精度の低下が問題となっている。
【００２３】
これに対して、本発明のボルトゲージは、ボルトの軸部に取り付けられてボルトの歪みに対応する光信号を生じるセンサ部と、このセンサ部からの光信号に基づいて歪みを演算する演算部と、センサ部から演算部に光信号を伝送する光ファイバで形成される伝送部と、センサ部及びこのセンサ部に連なる伝送部の一部分が固定され、センサ部が取り付けられるボルトに軸方向に沿って形成された穴に挿入可能な柱状部材とを備えた構成とする。
【００２４】
このような構成とすることにより、センサ部とこのセンサ部に連なる伝送部とが固定されている柱状部材の径を調整して、ボルトに軸方向に沿って形成された穴の内面と柱状部材の面との間の隙間を制御することにより、接着剤の量をできるだけ少なくすることができる。したがって、接着不良が生じ難くなり、ボルトゲージの測定精度を向上できる。
【００２５】
また、センサ部及びこのセンサ部に連なる伝送部の部分は、柱状部材中に埋め込まれた構成とする。さらに、柱状部材は延在方向に分割された柱状部材片により形成されており、この柱状部材片間にセンサ部及びこのセンサ部に連なる伝送部の部分が挟み込まれる構成とする。また、センサ部及びこのセンサ部に連なる伝送部の部分は、柱状部材の表面に貼り付けられている構成とする。さらに、センサ部に連なる伝送部の部分が、柱状部材のボルトの穴へ挿入する側の端部で折り返した状態で柱状部材の表面に貼り付けられている構成とする。また、センサ部に連なる伝送部の部分が、柱状部材の周面に巻き付けられた構成とする。
【００２６】
また、柱状部材のセンサ部が取り付けられるボルトの頭部側の端面に、柱状部材のセンサ部が取り付けられるボルトの頭部側の端面から突出した状態で取り付けられ、伝送部を形成する光ファイバが挿通される保護管を備えた構成とする。
【００２７】
さらに、上記のいずれかに記載のボルトゲージを備えたボルトとすれば、ボルトゲージを備えたボルトの取り扱いを容易にできる。また、ボルトの歪みや軸力などの測定精度を向上できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明を適用してなるボルトゲージの第１の実施形態について図１及び図２を参照して説明する。図１は、本発明を適用してなるボルトゲージの概略構成を示す図であり、ボルトに形成した穴にセンサ部を埋設した状態を示すボルトの断面図である。図２は、本発明を適用してなるボルトゲージの概略構成を示す図であり、ボルトの軸部表面にセンサ部を貼り付けた状態を示すボルトの側面図である。
【００２９】
本実施形態のボルトゲージ１は、図１及び図２に示すように、光ファイバ式の歪ゲージであり、ボルトゲージ１を取り付けたボルト３の軸部の歪みに対応する光信号を生成するセンサ部５、センサ部５からの光信号を伝送する光ファイバで形成された伝送部７、そして、伝送部７のセンサ部５側と反対側の端部が接続される外部装置９などで構成されている。光ファイバ式の歪ゲージとしては、例えばファイバ・ブラッグ・グレーティング（以下ＦＢＧと略称する）センサなど様々な種類のものを使用できる。ここでは、ＦＢＧセンサの場合を例として説明する。ＦＢＧセンサのセンサ部５は、光ファイバに所定の間隔で複数のスリットまたは傷を形成したものであり、ボルト３の軸部の歪みに応じてセンサ部５に歪みが生じたとき、センサ部５に形成されている複数のスリットまたは傷の間隔が変化するように設置される。
【００３０】
センサ部５の設置方法としては、図１に示すように、ボルト３内にセンサ部５を埋め込む方法や、図２に示すように、ボルト３の表面にセンサ部５を貼り付ける方法などがある。ボルト３中にセンサ部５を埋め込む方法では、図１に示すように、ボルト３に頭部３ａの頂面から軸部３ｂの端面に向けて穴１１を穿設する。そして、センサ部５を軸部３ｂの歪みを生じる位置つまり軸力を受ける位置に位置させた状態で、センサ部５を穴１１中に接着剤で埋設する。
【００３１】
このとき、ボルト３の頭部３ａ側の穴１１の開口部には、伝送部７となる光ファイバが挿通された保護管１３が設置される。保護管１３は、一部分がボルト３に形成された穴１１内に挿入された状態で、残りの部分は、ボルト３の頭部３ａの頂面から突出した状態となっており、保護管１３の穴１１内に挿入された部分が、必要に応じ接着剤などを用いることで、穴１１に固定されている。保護管１３は、可撓性を有する管、例えばテフロン（登録商標）製の管、その他の合成樹脂製の管、または、金属製のフレキシブル管などで形成されている。このように、保護管１３は、光ファイバの折れによる破損を防ぐうえで、可撓性を有し、適度な力をかけると曲がる管であることが望ましい。
【００３２】
ボルト３に形成された穴１１内には、ボルトゲージ１のセンサ部５などが、ボルト３の頭部３ａ側から挿入された後、接着剤が入れられる。このとき、穴１１の内面と硬化した接着剤との間にできるだけ隙間が生じないようにする必要がある。穴１１の内面と硬化した接着剤との間の隙間は、気泡などにより形成される。このため、接着剤を穴１１に入れた後、真空引きを行うことにより、気泡の除去を行う。真空引きを行うとき、保護管１３のボルト３から突出した側の端部開口から穴１１内に入れた接着剤が出てくるのを防ぐため、保護管１３のボルト３から突出した側の端部開口を樹脂や接着剤などで塞いでおく。
【００３３】
なお、ボルトに形成する穴１１は、ボルトの長さや大きさ、穴１１の径、穴１１を埋めるために用いる接着剤の粘性などに応じ、貫通穴として形成することもできるし、底を有する有底穴として形成することもできる。また、穴１１を埋める接着剤や保護管１３の開口を塞ぐ接着剤には、例えばエポキシ、シアノアクリレート、ポリエステル、フェノール、ポリイミド、ポリウレタン、合成ゴムなどが使用でき、常温硬化または加熱硬化させる。接着剤は、少なくともセンサ部５を覆う量を穴１１に注入し、少なくともセンサ部５ができるだけ完全に硬化した接着剤中に埋まった状態となるようにする。
【００３４】
一方、ボルト３の表面にセンサ部５を貼り付ける方法では、図２に示すように、ボルト３の軸部３ｂのねじが切られていない部分にセンサ部５を接着剤などを用いて貼り付け、さらに、センサ部５を覆うように保護シート１５を貼り付ける。ボルト３の頭部３ａの鍔状に張り出した部分のセンサ部５を貼り付ける位置に対応する位置には、ボルト３の頭部３ａの鍔状に張り出した部分の面間にかけて貫通穴１７を穿設している。そして、この貫通穴１７に、センサ部５に連なる伝送部７を形成する光ファイバを挿通させる。このとき、ボルト３の頭部３ａの頂面側に位置する貫通穴１７の開口部分には、伝送部７を形成する光ファイバが挿通された保護管１３が設置される。保護管１３は、一部分がボルト３の頭部３ａに形成された貫通穴１７内に挿入された状態で、残りの部分は、ボルト３の頭部３ａの頂面から突出した状態となっており、保護管１３の貫通穴１７内に挿入された部分が、必要に応じ接着剤などを用いることで、貫通穴１７に固定されている。
【００３５】
いずれの構成においても、センサ部５に連なる伝送部７のセンサ部５が設けられた側と反対側の端部は、外部装置９に接続される。歪みアンプである外部装置９は、例えば、センサ部５に伝送される光の光源、センサ部５からの光信号の波長の変化、つまりセンサ部５で反射してきた光の波長の変化に応じて歪みの値を演算する演算部、演算した値などを記録する記録部、演算した値つまり測定した値を表示する表示部などを含んでいる。なお、レーザ光源といった光源は、外部装置９に設けるだけでなく、ボルト３内に設置することもできる。光源をボルト３内に設置すれば、外部装置９を小型化できる。
【００３６】
ボルト３を取り扱う場合、例えばボルト３の締結作業を行う場合、伝送部７を形成している光ファイバが折れて破損し易いのは、伝送部７を形成する光ファイバがボルトに固定された部分と固定されていない部分との境界部、つまり伝送部７を形成している光ファイバがボルト３に形成された穴１１または貫通穴１７から出てくる部分である。
【００３７】
これに対して本実施形態のボルトゲージ１では、伝送部７を形成する光ファイバが、ボルト３の頭部３ａの頂面から突出した状態で取り付けられた保護管１３に挿通された状態となっている。したがって、例えば、ボルト３を取り扱う際に伝送部７が引っ張られたような状態になっても、保護管１３により、伝送部７となる光ファイバが無理に折れ曲がり難くなるため、光ファイバが破損し難くなる。また、保護管１３により、ボルトを締結するための工具などが直接光ファイバに当たり難くなることなどからも、光ファイバが破損し難くなる。このように、保護管１３により、光ファイバが破損し難くなることから、ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いを容易にできる。
【００３８】
さらに、ボルトゲージ１は、光ファイバ式の歪みゲージを利用しているので、電磁ノイズの影響を受けず、また、ボルトに発生する軸力を常時測定できる。
【００３９】
（第２の実施形態）
以下、本発明を適用してなるボルトゲージの第２の実施形態について図３を参照して説明する。図３は、本発明を適用してなるボルトゲージの概略構成を示す図であり、ボルトに形成した穴にセンサ部を埋設した状態を示すボルトの断面図である。なお、本実施形態では、第１の実施形態と同一の構成などには同じ符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と相違する構成や特徴部などについて説明する。
【００４０】
本実施形態のボルトゲージが、第１の実施形態と相違する点は、保護管の一部がボルトの頭部から軸部に形成した穴に挿入された状態になっておらず、保護管をボルトの頭部頂面に当接させた状態で、固定部材により保護管をボルトの頭部に固定したことにある。これは、本実施形態のボルトゲージが、第１の実施形態を適用するボルトに比べて小さなボルト、例えば電気抵抗式の歪ゲージでは歪みや軸力の測定が不可能なＭ１〜Ｍ６といった大きさの細径のボルトに適用するものである。このような細径のボルトでは、保護管を挿入できるような径の穴を形成することができない。
【００４１】
すなわち、本実施形態のボルトゲージ１７では、保護管１９の一方の端面をボルト３の頭部３ａの頂面に当接させた状態で保護管１９が設置されている。保護管１９は、第１の実施形態の保護管と同様の材料で形成された可撓性を有する管であり、ボルト３の頭部３ａの頂面に位置する穴１１の開口に連通させて設置されている。保護管１９は、保護管１９のボルト３の頭部３ａの頂面に当接させた側の端部からボルト３の頭部３ａの側面の一部分にかけてを覆うように貼り付けた固定部材２１によってボルト３の頭部３ａに固定されている。固定部材２１は粘着性または接着性を有する柔軟な樹脂や、粘着剤または接着剤が片面に塗布された柔軟なテープなどである。
【００４２】
さらに、本実施形態の保護管１９には、ボルト３の頭部３ａの頂面に当接する側の端部に、この端部の面側から保護管１９の管壁を切り欠いた切り欠き部２５が形成されている。
【００４３】
センサ部５は、保護管１９をボルト３の頭部３ａに固定部材２１によって固定した後、第１の実施形態と同様に穴１１内に接着剤を注入して硬化させることにより、穴１１中に接着剤に埋まった状態で固定される。このとき、ボルト３に形成された穴１１内に接着剤を注入し、気泡の除去のために真空引きを行うと、固定部材２１と、ボルト３の頭部３ａの頂面や保護管１９などとの間に形成された空間２３内に接着剤が侵入し溜まってしまう。これにより、センサ部５が接着剤中に完全に埋まった状態にならない場合がある。しかし、本実施形態では、保護管１９に切り欠き部２５が形成されていることにより、真空引きを行っても空間２３内に接着剤が溜まることはなく、センサ部５が硬化した接着剤中に完全に埋まった状態となる。
【００４４】
このように本実施形態のボルトゲージ１７では、保護管１３を挿入できないような径の穴しか形成できない比較的小さなボルトに対しても、固定部材２１により保護管１３を設置できる。このため、比較的小さなボルトにおいても、ボルトゲージを取り付けたときの取り扱いを容易にできる。
【００４５】
ところで、保護管を挿入できないような径の穴しか形成できない大きさのボルトに対する保護管の設置方法としては、保護管の端面とボルトの頭部の端面とを溶接や接着などにより取り付けることが考えられるが、これらの方法では、保護管をボルトの頭部に確実に固定できない場合があり、また、保護管の設置作業が煩雑になってしまう場合がある。しかし、本実施形態のボルトゲージ１７では、固定部材２１により、比較的小さなボルトに対しても確実に保護管を固定でき、また、保護管の設置も容易である。
【００４６】
さらに、本実施形態のボルトゲージ１７では、保護管１９に切り欠き部２５が形成されているため、真空引きを行っても空間２３内に接着剤が溜まることはなく、センサ部５を硬化した接着剤中に確実に埋め込むことができる。もし、センサ部５が、接着剤に完全に埋まっていない場合、ボルト３の歪みがセンサ部５の一部にしか伝達されないことになるため、ボルトゲージの測定精度の低下が生じる。しかし、本実施形態のボルトゲージ１７では、センサ部５が接着剤に完全に埋まった状態にでき、ボルト３の歪みがセンサ部５全体に伝達されるため、ボルトゲージの測定精度の低下を抑制することができる。
【００４７】
（第３の実施形態）
以下、本発明を適用してなるボルトゲージの第３の実施形態について図４乃至図６を参照して説明する。図４は、本発明を適用してなるボルトゲージの概略構成を示す図であり、ボルトに形成した穴に第１及び第２センサ部を埋設した状態を示すボルトの断面図である。図５は、本発明を適用してなるボルトゲージの概略構成を示す図であり、ボルトに形成した穴に第１センサ部を埋設し、ボルトの軸部表面に第２センサ部を貼り付けた状態を示すボルトの側面図である。図６は、本発明を適用してなるボルトゲージの概略構成を示す図であり、ボルトに形成した穴に第１センサ部を埋設し、ボルトの軸部表面に第２センサ部を貼り付けた状態を示すボルトの側面図である。なお、本実施形態では、第１及び第２の実施形態と同一の構成などには同じ符号を付して説明を省略し、第１及び第２の実施形態と相違する構成や特徴部などについて説明する。
【００４８】
本実施形態のボルトゲージが、第１及び第２の実施形態と相違する点は、第１センサ部と第２センサ部との複数のセンサ部を有し、軸力の分布の測定や、測定した値の温度補償を行うことにある。これら第１及び第２センサ部は、１つの光ファイバ上に設けられている場合と、各々別個の光ファイバ上に設けられている場合がある。
【００４９】
まず、第１及び第２センサ部が１つの光ファイバ上に設けられている場合について説明する。ボルトゲージ２７では、図４に示すように、多点測定用光ファイバを用いており、伝送部７に連なる光ファイバの部分２９には、複数箇所、本実施形態では２箇所のセンサ部、すなわち、伝送部７に連なる光ファイバの部分２９の端部側から順に第１センサ部５及び第２センサ部３１が所定の間隔をおいて形成されている。このような第１センサ部５及び第２センサ部３１が形成された光ファイバの部分２９は、第１の実施形態における図１に示した構成や第２の実施形態と同様に、ボルト３の頭部３ａの頂面から軸部３ｂにかけて形成した穴１１内に挿入され、接着剤で埋設される。さらに、ボルト３の頭部３ａ頂面の穴１１の開口部には、第２センサ部３１に連なり伝送部７を形成する光ファイバが挿通された保護管１３が設置されている。保護管１３は、一部分がボルト３の頭部３ａに形成された穴１１内に挿入された状態で、残りの部分は、ボルト３の頭部３ａの頂面から突出した状態となっており、保護管１３の穴１１内に挿入された部分が、必要に応じ接着剤などを用いることで、穴１１に固定されている。
【００５０】
第１センサ部５は、第１及び第２の実施形態と同様に、ボルト３の軸力が加わる部分つまりボルト３の歪みが生じる部分に取り付けられている。一方、第２センサ部３１は、ボルト３の軸力が加わる部分つまりボルト３の歪みが生じる部分で、第１センサ部５とは異なる位置に取り付けるか、または、ボルト３の軸力が加わらない部分つまりボルト３の歪みが生じない部分に取り付ける。第２センサ部３１をボルト３の軸力が加わる部分に位置させた場合には、異なる位置に取り付けられた第１センサ部５と第２センサ部３１で測定した値からボルト３内部の軸力の分布を測定できる。
【００５１】
また、第２センサ部３１をボルト３の軸力が加わらない部分に位置させた場合、第２センサ部３１で測定した値は、温度によって生じたボルト３の熱変形による歪みとなる。このため、第１センサ部５からの光信号に基づいて演算した値を、第２センサ部３１からの光信号に基づいて演算した値に応じて補正することで、第１センサ部５で測定した値の温度補償を行うことができる。本実施形態で例示したＦＢＧセンサは、その性質上、ボルトの温度と熱変形による歪みの特性との関係がわかっていれば、熱変形の状態から温度の測定も可能である。なお、センサ部の数は、外部装置９のアンプの性能限界まで増やすことができる。
【００５２】
次に、第１及び第２センサ部が各々別個の光ファイバ上に設けられている場合について説明する。ボルトゲージ３３では、図５に示すように、１つのセンサ部が形成された複数の光ファイバ、本実施形態では、第１センサ部５が形成された光ファイバ３５と、第２センサ部３１が形成された光ファイバ３７との２本の光ファイバを用いており、各光ファイバ３５、３７は、第１及び第２センサ部５、３１が形成された側の端部と反対側の端部で光スイッチ３９に接続されている。光スイッチ３９は、伝送部７を介して外部装置９に接続されている。
【００５３】
第１センサ部５は、第１の実施形態において図１に示した構成や第２の実施形態と同様に、ボルト３の頭部３ａの頂面から軸部３ｂにかけて形成した穴１１内に挿入され、接着剤で埋設されている。第２センサ部３１は、第１の実施形態において図２に示した構成と同様に、例えばボルト３の軸部３ｂのねじが切られていない部分に接着剤などを用いて貼り付けられ、さらに、保護シート１５で覆われている。ボルト３の頭部３ａの鍔状に張り出した部分の第２センサ部３１を貼り付ける位置に対応する位置には、ボルト３に頭部３ａの鍔状に張り出した部分の面間にかけて貫通穴１７が穿設されている。そして、この貫通穴１７に、第２センサ部３１に連なる光ファイバ３７が挿通される。
【００５４】
ここで、ボルト３の頭部３ａ頂面側の穴１１の開口部には、第１センサ部５が形成された光ファイバ３５が挿通された保護管１３が設置されており、ボルト３の頭部３ａ頂面側に位置する貫通穴１７の開口部には、第２センサ部３１が形成された光ファイバ３７が挿通された保護管１３が設置される。各保護管１３は、一部分がボルト３に形成された穴１１、１７内に挿入された状態で、残りの部分は、ボルト３の頭部３ａの頂面から突出した状態となっており、各保護管１３の穴１１、１７内に挿入された部分が、必要に応じ接着剤などを用いることで、穴１１、１７に固定されている。
【００５５】
なお、ボルト３に設置する光ファイバの本数つまりセンサ部の数は、光スイッチ３９のチャンネルの限界まで増やせる。図５に示した構成では、ボルト３の軸部３ｂの表面と軸部３ｂ内の中央部とに、各々、第２センサ部３１と第１センサ部５とが配置されいる。これにより、ボルト３に曲げが生じている場合、これら第１及び第２センサ部５、３１からの情報により、ボルト３の軸力と曲げの両方を測定できる。また、前述の構成と同様に熱変形による歪の値の補正もできる。
【００５６】
また、第１及び第２センサ部が各々別個の光ファイバ上に設けられている場合、図９に示すように、カプラー４１を介して伝送部７となる光ファイバを２本の光ファイバ３５、３７に分岐させた構成のボルトゲージ４３などにすることもできる。
【００５７】
このような本実施形態のボルトゲージ２７、３３、４３でも、第１及び第２の実施形態と同様に、光ファイバが折れて破損し難くなることから、ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いを容易にできる。さらに、本実施形態のボルトゲージ２７、３３、４３では、複数のセンサ部５、３１を有しているため、ボルトの軸力の分布と曲げの測定や、熱変形による歪の値の補正などができる。
【００５８】
（第４の実施形態）
以下、本発明を適用してなるボルトゲージの第４の実施形態について図７を参照して説明する。図７は、本発明を適用してなるボルトゲージの概略構成をボルトの頭部部分を拡大した状態で示す図であり、ボルトに形成した穴にセンサ部を埋設した状態をボルトとカバーの部分を断面で示す図である。なお、本実施形態では、第１乃至第３の実施形態と同一の構成などには同じ符号を付して説明を省略し、第１乃至第３の実施形態と相違する構成や特徴部などについて説明する。
【００５９】
本実施形態のボルトゲージは、第３の実施形態と同様に、第１センサ部と第２センサ部との２つのセンサ部を有し、軸力の分布の測定や、測定した値の温度補償を行うが、ボルトの頭部頂面に一端が閉塞された筒状のカバーを設置し、このカバー内面に第２センサ部を設けた点が第３の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態のボルトゲージ４５は、図７に示すように、第３の実施形態において図５で示した構成と同様で、伝送部７が、光スイッチ３９を介して、図７には図示していない第１センサ部が形成された光ファイバ３５と、第２センサ部３１が形成された光ファイバ３７との２本の光ファイバに分岐されている。
【００６０】
ボルト３の頭部３ａの頂面には、一端が閉塞された筒状のカバー４７が取り付けられている。本実施形態のカバー４７は、筒状のカバー４７の開口した側のリング状の端面をボルト３の頭部３ａの頂面に接着剤で固定する場合を示している。しかし、カバー４７は、接着剤でボルト３の頭部３ａの頂面に固定するだけでなく、例えば、カバー４７の開口した側の端部とボルト３の頭部３ａの頂面側とに互いに対応するねじを切って螺合させる方法や、ボルト３の頭部３ａの頂面にカバー４７の開口した側のリング状の端部に対応する溝を形成し、この溝にカバー４７の開口した側のリング状の端部を嵌合させる方法など、様々な方法で取り付けることができる。なお、カバー４７は、ボルト３と同じ材料で形成するか、または、温度に対する歪みの特性がわかっている材料を用いて形成する。
【００６１】
このようなカバー４７の閉塞された端部の壁には、ボルト３の頭部３ａの頂面から軸部３ｂにかけて形成した穴１１に対応する位置と、カバー４７の側壁寄りの位置との２箇所に、各々、カバー４７の閉塞された端部の壁を貫通し、カバー４７の閉塞された端部の壁から外側に突出した状態で保護管１３が固定されている。ボルト３に形成された穴１１に対応する位置の保護管１３には、図７には図示していない第１センサ部が形成された光ファイバ３５が挿通されている。光ファイバ３５は、ボルト３に形成された穴１１に挿入され、図７には図示していない第１センサ部は、ボルト３に形成された穴１１内に接着剤で埋設されている。カバー４７側壁面寄りの位置の保護管１３には、第２センサ部３１が形成された光ファイバ３７が挿通されている。第２センサ部３１は、カバー４７の側壁内面に接着剤などを用いて貼り付けられ、さらに、保護シート１５で覆われている。
【００６２】
このようにボルトの歪みの影響をほとんど受けないカバー４７に第２センサ部３１を設置することによって、第３の実施形態よりも正確にボルト３の熱変形による歪みを補正でき、温度補償をより確実に行うことができる。なお、本実施形態の場合、ボルト３のねじ部つまり軸部３ｂとカバー４７との温度差が比較的少ない場合、すなわち、ボルト３の使用雰囲気の温度が一様な場合に適用できる。
【００６３】
このような本実施形態のボルトゲージ４５でも、カバー４７に保護管１３を設けることで、第１乃至第３の実施形態と同様に、光ファイバが破損し難くなり、ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いを容易にできる。さらに、ボルト３の使用雰囲気の温度が一様な場合には、温度補償をより確実に行うことができる。
【００６４】
（第５の実施形態）
以下、本発明を適用してなるボルトゲージの第５の実施形態について図８を参照して説明する。図８は、本発明を適用してなるボルトゲージの概略構成を示す図であり、ボルトに形成した穴にセンサ部を埋設した状態を示すボルトの断面図である。なお、本実施形態では、第１乃至第４の実施形態と同一の構成などには同じ符号を付して説明を省略し、第１乃至第４の実施形態と相違する構成や特徴部などについて説明する。
【００６５】
本実施形態のボルトゲージが、第１乃至第４の実施形態と相違する点は、ボルトから出た伝送部に着脱可能な接続部材を設け、この接続部材により伝送部を分断可能な構成としたことにある。すなわち、本実施形態のボルトゲージ４９は、図８に示すように、第１の実施形態において図１で示した構成と同様で、ボルト３に頭部３ａの頂面から軸部３ｂの端面に向けて穴１１を穿設し、センサ部５を軸部３ｂの歪みを生じる位置つまり軸力を受ける位置に位置させた状態で、センサ部５を穴１１中に埋設している。このとき、ボルト３の頭部３ａ頂面側の穴１１の開口部には、伝送部７となる光ファイバが挿通された保護管１３が設置される。保護管１３は、一部分がボルト３に形成された穴１１内に挿入された状態で、残りの部分は、ボルト３の頭部３ａの頂面から突出した状態となっており、保護管１３の穴１１内に挿入された部分が、必要に応じ接着剤などを用いることで、穴１１に固定されている。
【００６６】
ただし、本実施形態のボルトゲージ４９では、伝送部７は、外部装置９に接続された側の伝送部７ａを形成する光ファイバと、センサ部５に連なる伝送部７ｂを形成する光ファイバとの２本の光ファイバに分断された状態となっている。伝送部７ａを形成する光ファイバの外部装置９に接続された側と反対側の端部と、伝送部７ｂを形成する光ファイバのセンサ部５が形成された側と反対側の端部とには、各々、光ファイバの光学的接続を行う接続部材となるコネクタ５１ａ、５１ｂが設けられている。
【００６７】
コネクタ５１ａ、５１ｂには、光ファイバ用のＦＣコネクタやＳＣコネクタなどを使用する。ボルト３の締結作業を行う場合など、ボルト３を取り扱う場合には、コネクタ５１ａ、５１ｂを外した状態で行う。なお、ボルト３を取り扱うときに起こる光ファイバの破損を確実に防ぐうえでは、伝送部７ｂとなる光ファイバのボルト３の頭部３ａの頂面から出ている部分の長さは、５ｃｍ以下とすることが望ましい。
【００６８】
このような本実施形態のボルトゲージ４９では、ボルト３の頭部３ａ頂面側の穴１１の開口部から突出した保護管１３が設けられているうえ、伝送部７がコネクタ５１ａ、５１ｂにより、伝送部７ａと伝送部７ｂとに切り離せる。このため、保護管１３によって光ファイバが破損し難くなるのに加えて、外部装置９からボルト３が分離された状態で、ボルト３を取り扱える。したがって、さらに光ファイバが破損し難くなることから、ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いをさらに容易にできる。
【００６９】
加えて、必要なとき以外には外部装置９を取り付けていない状態にでき、光ファイバ式の歪みゲージでは、バランスの調整が必要ないか、または容易であるため、ボルトの定期的な軸力測定が可能になる。
【００７０】
（第６の実施形態）
以下、本発明を適用してなるボルトゲージの第６の実施形態について図９及び図１０を参照して説明する。図９は、本発明を適用してなるボルトゲージの概略構成を示す図であり、伝送部に設けた接続部材としてコネクタを用いた構成を示すボルトの断面図である。図１０は、本発明を適用してなるボルトゲージの概略構成を示す図であり、伝送部に設けた接続部材としてフェルールやスリーブを用いた構成を示すボルトの断面図である。なお、本実施形態では、第１乃至第５の実施形態と同一の構成などには同じ符号を付して説明を省略し、第１乃至第５の実施形態と相違する構成や特徴部などについて説明する。
【００７１】
本実施形態のボルトゲージは、第５の実施形態と同様に、伝送部を着脱可能な接続部材を介して分断しているが、保護管を用いずに、センサ部に連続する伝送部の部分の端部に設けられた接続部材をボルトの頭部頂面に取り付けた点が第５の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態のボルトゲージ５３は、図９に示すように、第５の実施形態の構成と同様で、伝送部７が、外部装置９に接続された側の伝送部７ａを形成する光ファイバと、センサ部５に連なる伝送部７ｂを形成する光ファイバとの２本の光ファイバに分断された状態となっている。伝送部７ａを形成する光ファイバの外部装置９に接続された側と反対側の端部と、伝送部７ｂを形成する光ファイバのセンサ部５が形成された側と反対側の端部とには、各々、光学的な接続を行う接続部材となるコネクタ５１ａ、５１ｂが設けられている。
【００７２】
本実施形態では、ボルト３に頭部３ａの頂面から軸部３ｂの端面に向けて穴１１が穿設されているが、穴１１のボルト３の頭部３ａ頂面での開口部は、伝送部７ｂに設けられたコネクタ５１ｂを嵌合可能な形状に形成されている。そして、伝送部７ｂは、センサ部５と共に、全体がボルト３に形成された穴１１中に挿入され、伝送部７ｂに設けられたコネクタ５１ｂが穴１１のボルト３の頭部３ａ頂面での開口部に、適宜接着剤などを用いることで、取り付けられている。センサ部５は、他の実施形態と同様に、穴１１中に接着剤で埋設されている。
【００７３】
なお、接続部材は、コネクタ５１ａ、５１ｂに代えて、フェルールやスリーブなどで構成することもできる。このような接続部材を備えたボルトゲージ５５では、図１０に示すように、外部装置９に接続された側の伝送部７ａを形成する光ファイバの端部にフェルール５７ａと、フェルール５７ａを覆うコネクタ５９とを取り付け、センサ部５に連なる伝送部７ｂを形成する光ファイバの端部には、フェルール５７ｂを取り付ける。したがって、穴１１のボルト３の頭部３ａ頂面での開口部は、伝送部７ｂに設けられたフェルール５７ｂを嵌合可能な形状に形成され、フェルール５７ｂが取り付けられている。このような接続部材の場合、外部装置９に接続された伝送部７ａに設けられたフェルール５７ａと、センサ部５に連なる伝送部７ｂに設けられたフェルール５７ｂとをスリーブ６１を用いて連結する。
【００７４】
コネクタ５１ｂを穴１１のボルト３の頭部３ａ頂面での開口部に埋込む場合、開口部の径は比較的大きくなる。しかし、フェルール５７ｂを埋め込む構成では、穴１１の開口部を小さくでき、穴１１の加工作業の簡便化や、比較的小型のボルトへの本実施形態の適用が可能となる。
【００７５】
これらのボルトゲージ５３、５５では、ボルト３の締結作業を行う場合など、ボルト３を取り扱う場合には、コネクタ５１ａ、５１ｂ、または、フェルール５７ａ、５７ｂとスリーブ６１を外し、伝送部７ａ、７ｂとを分断した状態で行う。このとき、ボルト３からは光ファイバが出ていない状態となる。
【００７６】
このような本実施形態のボルトゲージ５３、５５では、外部装置９からボルト３が分離された状態で、さらに、光ファイバがボルト３から出ていない状態でボルト３を取り扱える。したがって、ボルトを取り扱うとき、光ファイバが破損することはほとんどなく、ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いを一層容易にできる。
【００７７】
（第７の実施形態）
以下、本発明を適用してなるボルトゲージの第７の実施形態について図１１及び図１２を参照して説明する。図１１は、本発明を適用してなるボルトゲージの概略構成をボルトの頭部部分を拡大した状態で示す図であり、コリメータレンズを用いて光学的接続を行う構成をボルトとカバーの部分を断面で示す図である。図１２は、本発明を適用してなるボルトゲージの概略構成をボルトの頭部部分を拡大した状態で示す図であり、フレネルレンズを用いて光学的接続を行う構成をボルトとカバーの部分を断面で示す図である。なお、本実施形態では、第１乃至第６の実施形態と同一の構成などには同じ符号を付して説明を省略し、第１乃至第６の実施形態と相違する構成や特徴部などについて説明する。
【００７８】
本実施形態のボルトゲージは、第５及び第６の実施形態と同様に、伝送部を分断しているが、分断された伝送部となる２本の光ファイバの光学的接続にコネクタやフェルールを用いずにレンズを用い、非接触伝送方式で光学的接続を行う点が第５及び第６の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態のボルトゲージ６３は、図１１に示すように、第５及び第６の実施形態の構成と同様で、伝送部７が、外部装置９に接続された側の伝送部７ａを形成する光ファイバと、図１１では図示していないセンサ部に連なる伝送部７ｂを形成する光ファイバとの２本の光ファイバに分断された状態となっている。しかし、本実施形態では、伝送部７ａの外部装置９に接続された側と反対側の端部と、伝送部７ｂの図１１では図示していないセンサ部が形成された側と反対側の端部とには、各々、コリメータレンズ６５ａ、６５ｂが設けられている。
【００７９】
伝送部７ｂに設けられたコリメータレンズ６５ｂは、ボルト３の頭部３ａ頂面から軸部３ｂの端面に向けて形成された穴１１のボルト３の頭部３ａ頂面での開口部に、適宜接着剤などを用いることで、取り付けられている。伝送部７ｂは、図１１には図示していないセンサ部と共に、全体がボルト３に形成された穴１１内に挿入されている。センサ部５は、他の実施形態と同様に、穴１１中に接着剤で埋設されている。
【００８０】
一方、伝送部７ａに設けられたコリメータレンズ６５ａは、ボルト３の頭部３ａ頂面に取り付けられたカバー６７に固定されている。カバー６７は、一端が閉塞された筒状の部材であり、本実施形態では、筒状のカバー６７の開口した側のリング状の端面をボルト３の頭部３ａの頂面に接着剤で固定した場合を示している。しかし、カバー６７は、接着剤でボルト３の頭部３ａ頂面に固定するだけでなく、例えば、カバー６７の開口した側の端部とボルト３の頭部３ａの頂面側とに互いに対応するねじを切って螺合させる方法や、ボルト３の頭部３ａ頂面にカバー６７の開口した側のリング状の端部に対応する溝を形成し、この溝にカバー６７の開口した側のリング状の端部を嵌合させる方法など、様々な方法で取り付けることができる。
【００８１】
このようなカバー６７の閉塞された端部の壁には、ボルト３の頭部３ａの頂面に固定されたコリメータレンズ６５ｂに対応する位置に保護管１３がカバーの外部に突出した状態で取り付けられている。そして、コリメータレンズ６５ａは、この保護管１３のカバー６７内に位置する端部に、適宜接着剤などを用いることで、取り付けられている。したがって、ボルト３の頭部３ａ頂面にカバー６７を取り付けることで、コリメータレンズ６５ａは、コリメータレンズ６５ｂに対向した状態で、そして、コリメータレンズ６５ｂと所定の間隔をおいた状態で、カバー６７に支持される。なお、光信号の必要な伝送精度を確実に得るうえで、コリメータレンズ６５ａの面とコリメータレンズ６５ｂの面とは、角度のずれが約０．２度以下、偏心軸ずれ距離が２００μｍ以下の精度で配置することが望ましい。
【００８２】
非接触伝送方式で光学的接続を行うための構成としては、コリメータレンズを用いた構成だけではなく、図１２に示すように、伝送部７ａの外部装置９に接続された側と反対側の端部と、伝送部７ｂの図１１では図示していないセンサ部が形成された側と反対側の端部とに、各々、フレネルレンズ６９ａ、６９ｂを設けたボルトゲージ７１のような構成にすることもできる。フレネルレンズ６９ａ、６９ｂを用いたボルトゲージ７１の構成は、コリメータレンズに代えてフレネルレンズを用いた点以外、コリメータレンズを用いた場合と同じである。
【００８３】
これらのボルトゲージ６３、７１では、ボルト３の締結作業を行う場合など、ボルト３を取り扱う場合には、カバー６７をボルト３の頭部３ａに取り付けていない状態で行う。したがって、ボルト３を取り扱うとき、ボルト３からは光ファイバが出ていない状態となる。
【００８４】
このような本実施形態のボルトゲージ６３、７１では、ボルト３からは光ファイバが出ていない状態で、さらに、外部装置９からボルト３が分離された状態にでボルト３を取り扱える。したがって、ボルトを取り扱うとき、光ファイバが破損することはほとんどなく、ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いを一層容易にできる。
【００８５】
さらに、カバー６７に保護管１３を設けているため、カバー６７をボルト３の頭部３ａに取り付けた後も、光ファイバが破損し難くできる。
【００８６】
なお、カバー６７は、ボルト３の頭部３ａ頂面に着脱可能に取り付けた構成とすれば、複数のボルトに対して１つの外部装置を用いることができるので望ましい。したがって、接着剤を用いて固定する場合も、できるだけ容易に接着状態を解除できる種類の接着剤を用いることが望ましい。
【００８７】
（第８の実施形態）
以下、本発明を適用してなるボルトゲージの第８の実施形態について図１３乃至図１５を参照して説明する。図１３は、本発明を適用してなるボルトゲージの概略構成を示す斜視図である。図１４は、本発明を適用してなるボルトゲージの柱状部材の形態とセンサ部の柱状部材への取り付け方を示す斜視図であり、（ａ）は柱状部材に穴を形成してセンサ部を埋設する形態、（ｂ）は柱状部材を２つに分割し、センサ部を挟み込む形態、そして、（ｃ）は柱状部材の表面にセンサ部を貼り付けた形態を示す図である。図１５は、本発明を適用してなるボルトゲージの概略構成を示す図であり、保護管を設けた構成を示す斜視図である。なお、本実施形態では、第１乃至第７の実施形態と同一の構成などには同じ符号を付して説明する。
【００８８】
本実施形態のボルトゲージ７３は、図１３に示すように、光ファイバ式の歪ゲージであり、ボルトゲージ７３を取り付けたボルト３の軸部の歪みに対応する光信号を生成するセンサ部５、センサ部５からの光信号を伝送する光ファイバで形成される伝送部７、伝送部７のセンサ部５側と反対側の端部が接続される外部装置９、そして、センサ部５及びセンサ部５に連なる伝送部７を形成する光ファイバの一部が取り付けられた柱状部材７５などで構成されている。
【００８９】
ボルトゲージ７３を取り付けるボルトには、ボルト３に頭部３ａ頂面から軸部３ｂの端面に向けて、柱状部材７５全体を挿入できる穴７７を穿設する。そして、この穴７７に、センサ部５及びセンサ部５に連なる伝送部７の一部が取り付けられた柱状部材７５を伝送部７が出ていない側の端部から挿入し、接着剤により固定する。このように本実施形態では、柱状部材７５を穴７７に固定することでボルトゲージ７３をボルト３に取り付ける。このとき、柱状部材７５に取り付けられたセンサ部５が、ボルト３の軸部３ｂの歪みを生じる位置つまり軸力を受ける位置に来るようにする。
【００９０】
柱状部材７５は、円柱形状であり、柱状部材７５のボルト３に形成した穴７７に挿入する側の端部は平坦面状、半球面状、円錐面状とし、他方の端部つまり伝送部７を形成する光ファイバが出ている側の端部は平坦面状とする。また、柱状部材７５は、金属、樹脂、ガラス、セラミックなどの様々な材料で形成することができ、柱状部材７５をスポンジ状の弾性体で形成する場合は、ボルト３に固定する際に接着剤を他の材質の場合よりも多く使用し、接着剤により硬化させる。
【００９１】
なお、ボルトに形成する穴７７は、ボルトの長さや大きさ、穴７７の径、穴７７を埋めるために用いる接着剤の粘性などに応じ、貫通穴として形成することもできるし、ボルト３の軸部３ｂ側に底を有する有底穴として形成することもできる。また、穴７７に柱状部材７５を固定するための接着剤には、例えばエポキシ、シアノアクリレート、ポリエステル、フェノール、ポリイミド、ポリウレタン、合成ゴムなどを使用し、常温硬化または加熱硬化させる。
【００９２】
ところで、センサ部のボルトへの接着の信頼性が、ボルトの軸力の測定精度を左右する。センサ部単体をボルトに形成した穴に挿入して接着剤で埋め込む場合、センサ部の大きさに対してボルトに形成した穴の径が大きくると、センサ部とボルトに形成した穴の内面との間の間隔が大きくなり、使用する接着剤の量が増加してしまう。このように接着剤の量の増加すると、接着剤に気泡などが入り易くなるため、接着不良が生じ易くなり、接着の信頼性が低くなる。特に、光ファイバ式の歪みゲージでは、センサ部の大きさが比較的小さいため、ボルトに形成できる穴の径の加工上の制約から、センサ部とボルトに形成した穴の内面との間の間隔が比較的大きくなってしまう。したがって、光ファイバ式の歪みゲージを用いたボルトゲージでは、センサ部をボルトに形成した穴に埋設するとき、接着不良が生じ易く、ボルトゲージの測定精度に問題が生じる場合がある。加えて、センサ部の接着の信頼性を向上するには、接着作業に対する熟練が必要である。
【００９３】
これに対して本実施形態のボルトゲージ７３では、柱状部材７５をボルト３に形成された穴７７に接着剤で固定するとき、柱状部材７５の外面に接着剤を塗布し、ボルト３に形成された穴７７に挿入することで、ボルト３に形成された穴７７の内面と柱状部材７５の外面との間に接着剤を満たすことができる。さらに、ボルト３に形成された穴７７の径と柱状部材７５の外径は、光ファイバの径に比べれば大きいものであるため、ボルト３に形成された穴７７の径と柱状部材７５の外径の加工精度を向上でき、ボルト３に形成された穴７７の内面と柱状部材７５の外面との間の隙間を制御できるようになる。これにより、ボルト３に形成された穴７７の内面と柱状部材７５の外面との間を埋めるための接着剤の量を低減でき、気泡の混入などを抑制できる。したがって、接着の信頼性を向上でき、ボルトゲージの測定精度を向上できる。
【００９４】
さらに、柱状部材７５をボルト３に形成された穴７７に接着剤で固定するとき、柱状部材７５の外面に接着剤を塗布し、ボルト３に形成された穴７７に挿入するだけで、接着の信頼性を向上し、センサ部５をボルト内部に堅固に固定できるため、接着作業には熟練の必要がない。
【００９５】
また、柱状部材の形態及びセンサ部などの取り付け形態は、図１３で示したような柱状部材７５の表面にセンサ部５及びセンサ部５に連なる伝送部７の一部を貼り付ける形態に限らず、様々な形態にできる。例えば、図１４（ａ）に示すように、中心軸に沿って穴７９を形成した柱状部材８１を用い、柱状部材８１に形成された穴７９内に接着剤でセンサ部５を埋設することもできる。さらに、図１４（ｂ）に示すように、延在方向に２分割した柱状部材８３を用い、柱状部材８３を形成する分割した柱状部材片８３ａ、８３ｂの分割面間にセンサ部５を挟み込んで柱状部材片８３ａ、８３ｂの分割面間を接着剤で接着することもできる。
【００９６】
加えて、図１４（ｃ）に示すように、ボルト３に形成された穴７７に挿入する側の端部で折り返すように伝送部７となる光ファイバを貼り付けた柱状部材８５を用いることもできる。この場合、柱状部材８５の端部から２本の伝送部７となる光ファイバが出ていることになる。したがって、一方の伝送部７となる光ファイバが破損し断線しても、他方の伝送部７となる光ファイバを外部装置９に接続すれば測定が行える。また、図示していないが、柱状部材の円周面の周囲に螺旋状に光ファイバを巻いた形態とすれば、センサ部５の曲げ曲率を大きく取ることができ、光損失を低減できる。
【００９７】
また、本実施形態のボルトゲージ７３のような光ファイバ式の歪ゲージを利用したボルトゲージを取り付けたボルト３では、光ファイバが折れ易いことから、ボルト３を取り扱う場合、例えばボルト３の締結作業などを行う場合、伝送部７となる光ファイバの部分を折って破損させないように細心の注意を払う必要が生じる。このため、本実施形態のようなボルトゲージ７３を取り付けたボルト３では、ボルト３の取り扱いが難しくなるという問題が生じる場合がある。光ファイバが折れて破損し易い部分は、伝送部７を形成する光ファイバのボルト３に固定された部分と固定されていない部分との境界部、つまりボルト３から伝送部７を形成する光ファイバが柱状部材７５、８１、８３、８５などから出てくる部分である。
【００９８】
このような問題が生じる場合には、例えば中心軸に沿って穴７９を形成した柱状部材８１を用いた場合、図１５に示すように、柱状部材８１に形成された穴７９の開口部に、伝送部７を形成する光ファイバが挿通された保護管１３を設置したボルトゲージ８７のような構成にする。保護管１３は、一部分が柱状部材８１に形成された穴７９内に挿入された状態で、残りの部分は、柱状部材８１の端面から突出した状態となっており、保護管１３の穴７９内に挿入された部分が、必要に応じ接着剤などを用いることで、穴７９に固定されている。
【００９９】
このような構成のボルトゲージ８７では、伝送部７となる光ファイバが、柱状部材の端面から突出した保護管１３に挿通された状態となっている。したがって、光ファイバが破損し難くなることから、ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いを容易にできる。すなわち、ボルトゲージの測定精度を向上でき、かつ、ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いを容易にできる。
【０１００】
なお、第１乃至第８の実施形態の構成は、各々、適宜組み合わせて用いることができる。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明によれば、ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いを容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなるボルトゲージの第１の実施形態の概略構成を示す図であり、ボルトに形成した穴にセンサ部を埋設した状態を示すボルトの断面図である。
【図２】本発明を適用してなるボルトゲージの第１の実施形態の概略構成を示す図であり、ボルトの軸部表面にセンサ部を貼り付けた状態を示すボルトの側面図である。
【図３】本発明を適用してなるボルトゲージの第２の実施形態の概略構成を示す図であり、ボルトに形成した穴にセンサ部を埋設した状態を示すボルトの断面図である。
【図４】本発明を適用してなるボルトゲージの第３の実施形態の概略構成を示す図であり、ボルトに形成した穴に第１及び第２センサ部を埋設した状態を示すボルトの断面図である。
【図５】本発明を適用してなるボルトゲージの第３の実施形態の概略構成を示す図であり、ボルトに形成した穴に第１センサ部を埋設し、ボルトの軸部表面に第２センサ部を貼り付けた状態を示すボルトの側面図である。
【図６】本発明を適用してなるボルトゲージの第３の実施形態の概略構成を示す図であり、ボルトに形成した穴に第１センサ部を埋設し、ボルトの軸部表面に第２センサ部を貼り付けた状態を示すボルトの側面図である。
【図７】本発明を適用してなるボルトゲージの第４の実施形態の概略構成をボルトの頭部部分を拡大した状態で示す図であり、ボルトに形成した穴にセンサ部を埋設した状態をボルトとカバーの部分を断面で示す図である。
【図８】本発明を適用してなるボルトゲージの第５の実施形態の概略構成を示す図であり、ボルトに形成した穴にセンサ部を埋設した状態を示すボルトの断面図である。
【図９】本発明を適用してなるボルトゲージの第６の実施形態の概略構成を示す図であり、伝送部に設けた接続部材としてコネクタを用いた構成を示すボルトの断面図である。
【図１０】本発明を適用してなるボルトゲージの第６の実施形態の概略構成を示す図であり、伝送部に設けた接続部材としてフェルールやスリーブを用いた構成を示すボルトの断面図である。
【図１１】本発明を適用してなるボルトゲージの第７の実施形態の概略構成をボルトの頭部部分を拡大した状態で示す図であり、コリメータレンズを用いて光学的接続を行う構成をボルトとカバーの部分を断面で示す図である。
【図１２】本発明を適用してなるボルトゲージの第７の実施形態の概略構成をボルトの頭部部分を拡大した状態で示す図であり、フレネルレンズを用いて光学的接続を行う構成をボルトとカバーの部分を断面で示す図である。
【図１３】本発明を適用してなるボルトゲージの第８の実施形態の概略構成を示す斜視図である。
【図１４】本発明を適用してなる第８の実施形態のボルトゲージにおける柱状部材の形態とセンサ部の柱状部材への取り付け方を示す斜視図であり、（ａ）は柱状部材に穴を形成してセンサ部を埋設する形態、（ｂ）は柱状部材を２つに分割し、センサ部を挟み込む形態、そして、（ｃ）は柱状部材の表面にセンサ部を貼り付けた形態を示す図である。
【図１５】本発明を適用してなるボルトゲージの第８の実施形態の概略構成を示す図であり、保護管を設けた構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ボルトゲージ
３ボルト
３ａ頭部
３ｂ軸部
５センサ部
７伝送部
９外部装置
１１穴
１３保護管

Claims

ボルトの軸部に取り付けられてボルトの歪みに対応する光信号を生じるセンサ部と、該センサ部からの光信号に基づいて歪みを演算する演算部と、前記センサ部から前記演算部に光信号を伝送する光ファイバで形成される伝送部と、前記センサ部を取り付けるボルトの頭部の面から突出した状態で、該センサ部を取り付けるボルトの頭部に形成された穴に対応する位置に取り付けられ、前記伝送部を形成する光ファイバが挿通される保護管とを備えたボルトゲージ。
前記保護管は、一方の端部が前記センサ部を取り付けたボルトの頭部の面に当接した状態で設けられ、該保護管の当接した端部と、前記センサ部を取り付けたボルトの頭部の少なくとも一部分とを覆い、前記センサ部を取り付けたボルトに前記保護管を固定する固定部材を備えたことを特徴とする請求項１に記載のボルトゲージ。
前記保護管の前記センサ部を取り付けたボルトの頭部の面に当接した端部には、該端部の面側から管壁を切り欠いた切り欠き部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のボルトゲージ。
前記センサ部としてボルトの異なる位置に取り付けられる複数のセンサ部を有することを特徴とする請求項１に記載のボルトゲージ。
前記センサ部を取り付けたボルトの頭部に取り付けられ、該ボルトの頭部の面との間に空間を形成するカバーを備え、前記保護管は、該カバーに、該カバーから突出した状態で取り付けられており、該カバーの内面には、該カバーの歪みに対応する光信号を生じる補正用のセンサ部が取り付けられ、前記演算部は、該補正用のセンサ部からの光信号に応じて、ボルトの軸部に取り付けられる前記センサ部からの光信号に基づいて演算した値の補正を行ってなることを特徴とする請求項１に記載のボルトゲージ。
前記伝送部は、光ファイバ同士の光学的接続を行う接続部材を有し、該接続部材で分断可能であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のボルトゲージ。
ボルトの軸部に取り付けられてボルトの歪みに対応する光信号を生じるセンサ部と、該センサ部からの光信号に基づいて歪みを演算する演算部と、前記センサ部から前記演算部に光信号を伝送する光ファイバで形成される伝送部と、該伝送部に設けられて光ファイバ同士の光学的接続を行う接続部材とを備え、前記伝送部は、前記接続部材により分断可能であり、前記接続部材のうち、前記センサ部に連続する側の前記伝送部に設けられた接続部材が、前記センサ部が取り付けられたボルトの頭部に取り付けられているボルトゲージ。
ボルトの軸部に取り付けられてボルトの歪みに対応する光信号を生じるセンサ部と、該センサ部からの光信号に基づいて歪みを演算する演算部と、前記センサ部から前記演算部に光信号を伝送する光ファイバで形成される伝送部と、該伝送部を分断し、該分断した伝送部の対向する光ファイバの端部に各々設けられた第１及び第２のレンズと、前記センサ部が取り付けられたボルトの頭部に取り付けられ、該ボルトの頭部の面との間に空間を形成するカバーとを備え、
前記第１のレンズは、前記センサ部に連なる側の前記伝送部の部分の端部に設けられ、前記センサ部が取り付けられたボルトの頭部に取り付けられており、前記第２のレンズは、前記演算部に接続される側の前記伝送部の部分の端部に設けられており、前記カバーは、該カバー内に形成された空間内で、前記第１のレンズに対向させた状態に前記第２のレンズを支持するボルトゲージ。
ボルトの軸部に取り付けられてボルトの歪みに対応する光信号を生じるセンサ部と、該センサ部からの光信号に基づいて歪みを演算する演算部と、前記センサ部から前記演算部に光信号を伝送する光ファイバで形成される伝送部と、前記センサ部及び該センサ部に連なる前記伝送部の一部分が固定され、前記センサ部が取り付けられるボルトに軸方向に沿って形成された穴に挿入可能な柱状部材とを備えたボルトゲージ。
前記カバーまたは前記柱状部材の前記センサ部が取り付けられるボルトの頭部側の端面に、前記カバーまたは前記柱状部材の前記センサ部が取り付けられるボルトの頭部側の端面から突出した状態で取り付けられ、前記伝送部を形成する光ファイバが挿通される保護管を備えたことを特徴とする請求項７及び８に記載のボルトゲージ。
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のボルトゲージを備えたことを特徴とするボルト。