JP2005091086A

JP2005091086A - ボルト軸力検出器、ボルト軸力検出器付きボルト、ボルトおよびボルト締付け管理方法

Info

Publication number: JP2005091086A
Application number: JP2003323114A
Authority: JP
Inventors: Hideo Sumiya; 秀夫角谷; Riyoujiro Morioka; 亮治郎森岡
Original assignee: Osaka Prefecture
Current assignee: Osaka Prefecture
Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2003-09-16
Publication date: 2005-04-07

Abstract

【課題】ねじ部品の全てに歪みゲージの埋め込むことなく、簡易にかつ低コストでボルトに生じる軸力を検出し、ボルトの締付け管理を行うことを可能とするボルト軸力検出器を提供すること。
【解決手段】ボルト１０に端面から軸方向に延びる装着孔１３を設け、前記装着孔に着脱自在に挿入される検出ロッド２と、前記検出ロッド２の内部に設けられた歪みゲージ５とを備え、前記検出ロッド２が前記ボルト１０のボルト軸１１の伸縮を伝えるように前記検出ロッドを前記ボルトに一体的に固定し、ボルト軸１１内に生じた伸びを検出するように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボルト・ナットの組み合わせによるねじ部品のねじ締付け管理に用いられるボルト軸力検出器、ボルト軸力検出器付きボルト、およびボルト軸力検出器によって軸力を検出されるボルト、さらには前記ボルト軸力検出器を用いてボルトの締付け管理を行うボルト締付け管理方法に関するものである。

一般に、ねじ部品の破損やゆるみによるトラブルは、ねじ部品について適切な締付けがなされていないことに起因することが多い。そのため、ねじの締付けが適切な締付け力で行われるようなねじ締付け管理がＪＩＳ（ＪａｐａｎｅｓｅＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＳｔａｎｄａｒｄ）において定められている。例えば、ＪＩＳＢ１０８３「ねじの締付け通則」においては、ねじの締付け管理方法として、「トルク締付け法」、「回転角締付け法」、「トルク勾配締付け法」の３種類の方法が記載されている。

ここで、前述の「トルク締付け法」とは、ねじ締付け作業中の締付けトルクを検出し、その値を指標として締付け力を管理する方法である。また、「回転角締付け法」とは、ねじ締付け作業中の雄ねじ部品と雌ねじ部品との相対回転角（＝締付け回転角）を検出し、その値を指標として締付け管理を行う方法である。また、「トルク勾配締付け法」とは、ねじ締付け作業中の締付けトルクおよび締付け回転角を検出し、締付け回転角に対する締付けトルクの勾配の変化（微分値）を指標として締付け管理を行う方法である。

このような３種類の締付け管理法のうち、「回転角締付け法」については、締付け力の管理精度が「トルク締付け法」と同程度であるにも拘わらず、管理を行うための操作が複雑であるため、実際の現場においてはほとんど利用されていない。また、「トルク勾配締付け法」については、締付け力の管理精度が高い反面、得られる締付け力がねじ部品の弾性限界に達するため、極めて限られた用途にしか利用できない。

そこで、実際に締付け管理をしている現場において用いられている方法は、９５％以上が「トルク締付け法」を利用しているのが現状であるが、この「トルク締付け法」による締付け管理方法についても、以下のような問題がある。

すなわち、ＪＩＳＢ１０８３に記載のように、「トルク締付け法」によって得られる締付け力の最大値と最小値の比は、１．４〜３（参考値）とばらつきが大きい。これは、締付けトルクの９０％前後がねじ部品の座面やねじ面の摩擦によって消費されるためであり、そのため、締付け力のばらつきは締付け作業時の摩擦特性の管理程度によって大きく変化する。従って、「トルク締付け法」によるねじの締付け管理も、ねじを安全に利用するための締付け管理法として、十分に有効な方法であるとは言い難い。

そのため、ねじの締付け力をより精度よく管理するためには、ねじの締付けトルクや締付け回転角を指標にするのではなく、締付け力そのものを検出し、それを指標に締付け管理することが必要である。

このようなねじの締付け力を直接的に検出する方法として、例えば特許文献１に記載のように、ボルトに働く軸力を歪みゲージで測定する方法が知られている。この方法においては、図７に示すように、ボルト軸に直径２ｍｍ、深さ１５ｍｍ程度の穴１０１を設け、歪みゲージ１０２および温度センサ１０３を挿入したのちに接着剤を注入して硬化させたボルト１００が用いられている。歪みゲージ１０２および温度センサ１０３からは、それぞれリード線１０２ａ、１０３ａが取り出されており、ケーブル固定具１０４においてまとめられ、ケーブル１０５に接続されている。

ケーブル１０５は、コネクタ１０６に接続され、コネクタ１０６を測定器（図示せず）に取り付けることで、ボルト１００内部に生じたボルトの伸び、すなわちボルト軸に発生した軸力を測定する。
特開平６−３４７３４９号公報

しかしながら、前述のようにボルトに発生する軸力を検出する場合、全てのボルトについて加工を行って予め歪み検出器（歪みゲージ）を埋め込まなければならない。さらに、前記歪み検出器を用いてボルトに発生する軸力を精度良く検出するためには、ボルトに埋め込まれた全ての歪み検出器について較正を行う必要がある。従って、前述のようなボルト内部に歪み検出器を埋め込まれたボルトを使用して締付け管理を行った場合、膨大な手間とコストがかかるため、生産現場でのボルトの締付け管理方法としては実用的でない。

そこで本発明は、ボルトの全てに歪みゲージを埋め込んだり較正を行ったりすることなく、簡易にかつ低コストでボルトに発生する軸力を検出可能なボルト軸力検出器およびボルト軸力検出器付きボルト、および該ボルト軸力検出器によって軸力を検出されるボルト、さらには前記ボルト軸力検出器を用いてボルトの締付けを行う際のボルト締付け管理方法を提供することを課題としている。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ボルト端面から軸方向に延びる装着孔を有するボルトに着脱自在に装着され、前記ボルトに生じる軸力を検出するボルト軸力検出器であって、前記装着孔内に挿入される検出ロッドと、前記検出ロッドに設けられ、該検出ロッドに生じる軸方向の歪みを検出するロッド歪み検出器とを備え、前記検出ロッドは、前記ボルトと一体的に伸びるように前記装着孔内に固定されることを特徴とするボルト軸力検出器を提案している。このように、各ボルトに歪み検出器を埋め込むのではなく、ボルトとは別体に設けられたボルト軸力検出器をボルト内部に固定してボルトの伸びを検出することによって、ボルトに生じた軸力を容易に検出することが可能となる。

また、前記装着孔は、その内周面に螺刻されて形成される固定部を有しており、前記検出ロッドは、少なくともその先端に前記固定部と係合可能な螺合部を有していてもよい。これによって、本発明に係るボルト軸力検出器をより簡単な構造で前記ボルトに着脱自在に装着することができる。

さらに、本発明は、ボルト端面から軸方向に延びる装着孔を有するボルトに着脱自在に装着され、前記ボルトに生じる軸力を検出するボルト軸力検出器であって、前記装着孔内に挿入される検出ロッドと、前記検出ロッドに設けられ、該検出ロッド内に生じる軸方向の歪みを検出するロッド歪み検出器とを備え、前記検出ロッドは、前記装着孔内において軸方向に圧縮された状態で保持されることを特徴とするボルト軸力検出器をも提供する。すなわち、本発明では、ボルトとは別体に設けられたボルト軸力検出器の検出ロッドを、ボルト内部の装着孔に圧縮させた状態で保持することで、ボルトの伸びを検出するようにしている。このような構造においても、ボルトの伸びを容易に検出することができる。

前述のような前記検出ロッドを装着孔内に圧縮させた状態で保持する構造として、前記装着孔入口付近の内周面に保持部を螺刻して形成するとともに、前記検出ロッドの後端付近において、その先端が前記装着孔の底部に当接した状態で前記保持部と係合可能な螺合部を設けてもよい。この場合、装着孔に設けられた保持部と、検出ロッドに設けられた螺合部を係合させることで、検出ロッドが螺挿され、検出ロッドが装着孔内で軸方向に圧縮される。

また、前記検出ロッドを装着孔内に圧縮させた状態で保持する他の構造として、前記装着孔を、前記ボルトの先端から形成するとともに、前記検出ロッドの後端付近において、その先端が前記装着孔の底部に当接した状態で前記ボルトの先端部と係合するような保持体を備えていてもよい。このように構成した場合、ボルトおよびボルトの装着孔に螺刻等の処置を施さなくともよい。

また、前述のような保持体を備えた場合、該保持体は前記検出ロッドと着脱自在に設けられていることが好ましい。このようにすることで、前記保持体を複数種類準備しておき、使用するボルトまたはボルト軸力検出器の形状や大きさがさまざまであっても、適切な保持体を選択して使用することができる。

また、前述のロッド歪み検出器は、より確実に検出ロッドの伸びを検出可能にするために、検出ロッドの長さ方向に形成された挿入孔に埋め込まれていることが好まく、さらに前記ロッド歪み検出器としては、歪みゲージを用いることが構造上やコスト等の観点から好ましい。

さらに、本発明は、上述のようなボルト軸力検出器によって軸力を検出されるボルトであって、ボルト軸力検出器の検出ロッドを挿入可能な、端面から軸方向に延びる装着孔を有しているボルト、さらには、前記ボルトにボルト軸力検出器を備えさせたボルト軸力検出器付きボルトをも提供する。また、前記ボルトは前記装着孔内に前記検出ロッドを固定するための固定部を有していてもよい。

以上、説明したように、本発明に係るボルト軸力検出器、ボルト軸力検出器付きボルトおよびボルトを用いることによって、簡易にかつ低コストでボルトに生じた軸力を検出することができ、精度の高いボルトの締付け管理が可能になる。

以下、発明の実施の形態を図１〜４を参照しつつ説明する。なお説明に用いる図面においては、同一又は同種の部分に同じ番号を付して説明を省略することがある。

図１は、本発明に係るボルト軸力検出器１の全体を表す断面図である。ボルト軸力検出器１は、先端付近に螺刻して形成された螺合部２ａを有する検出ロッド２と、頭部３とを備え、頭部３側の頂面から検出ロッドの長さ方向に向けて挿入孔４が形成されている。挿入孔４には、検出ロッド２の伸び（歪み）を検出するためのロッド歪み検出器としての歪みゲージ５が埋め込まれ、接着剤などによって挿入孔４内に固着されている。リード線６は歪みゲージ５に接続され、挿入孔４に沿うように配線され、歪みゲージ５で得られた検出信号を演算処理部（図示しない）に送信する。検出ロッド２の先端に設けられた螺合部２ａは、後述するように、ボルトに設けられた固定部に係合し、ボルトとボルト軸力検出器１とを固定する。なお、歪みゲージ５は、検出ロッド２の径が大きい場合などは、検出ロッド２の表面に接着剤等を用いて貼り付けることもできる。

図２に、ボルト軸力検出器１が被締結体３０、３１を締付けるボルト１０に装着された様子を示す。被締結体３０、３１は、ボルト１０のボルト軸１１が貫通し、ナット２０を矢印Ｐの方向に回転させることでボルト１０のボルト頭部１２とナット２０とによって締結される。ボルト１０の端面（ボルト頭部１２の頂面）からボルト１０の軸方向に向けて、検出ロッド２を装着するための装着孔１３が設けられている。該装着孔１３は、検出ロッド２よりも若干長く、検出ロッド２が挿入可能な程度に、検出ロッド２よりもわずかに大きい径を有している。装着孔１３の底部には、検出ロッド２の先端に設けられた螺合部２ａと係合可能な固定部１３ａが螺刻により形成されており、これらを係合させることで検出ロッド２はボルト軸１１内の装着孔１３に一体的に固定される。これによって、ボルト軸１１の伸びが検出ロッド２に直接的に伝わり、歪みゲージ５が該伸びを検出することができる。なお、ボルト軸力検出器１のボルト１０への装着時において、ボルト１０とナット２０は緩く取り付けられており、ボルト１０には歪みが生じていないものとする。

次に、ボルト軸力検出器１を用いてボルト１０に生じた軸力を検出する工程を説明する。ボルト軸力検出器１を装着孔１３内に挿入し、検出ロッド２がボルトと一体的に延びるように装着孔１３内に固定した後、ナット２０を回転させてボルト１０を締付けると、被締結体３０、３１には締付け力が加わり、ボルト１０のボルト軸１１には前記締付け力に比例した軸力が作用する。この軸力によってボルト軸１１には伸びが発生し、装着孔１３の固定部１３ａで螺合された検出ロッド２も引っ張られ、ボルト軸１１に発生した伸びと同量の伸びが生じる。歪みゲージ５は、この検出ロッド２に発生した伸びを歪値（伸び歪み）として検出する。この歪値の大きさは、ボルト軸１１に作用した軸力に比例するため、歪みゲージ５が検出した歪値の大きさを演算処理部（図示しない）で適宜演算処理を行うことで、ボルト軸１１に作用した軸力に換算することができる。換算に用いる比例係数は、あらかじめ締付け試験等を実施して、軸力と、検出ロッド２で検出される歪値との関係を較正することによって求めることができる。また、前記比例係数は、ボルト１０や検出ロッド２に使用されている材料の特性（ヤング率等）が明らかな場合は、計算によって求めることも可能である。

なお、ボルト１０およびナット２０の締付けは、前記軸力が所定の適正値に達するまで行われる。ボルト１０に生じた軸力が適正値に達した際に、演算処理部（図示しない）の信号発生器等からアラーム信号を発生させ、締付けが終了したことを知らせるようにすることもできる。前記軸力が適正値に達し、ボルト１０およびナット２０の締付けが適切に終了すると、ボルト軸力検出器１はボルト１０より取り外され、次の締付けに繰り返し使用される。

このように、本発明に係るボルト軸力検出器１を用いることによって、ボルト１０中に生じる軸力を容易に検出することが可能となる。

なお、ボルト軸力検出器１をボルト１０と一体的に固定する固定手段は、前述のように螺合によって行われるのが好ましいが、本発明はこれに限られるものではなく、別の嵌合手段や接合手段等に置き換えることも可能である。

また、締付けの前後において、ボルト１０に設けた装着孔１３に、ゴミや水等が侵入することがある場合は、別途樹脂またはゴム等の材質により作製した適当な大きさ・形状の栓体を、装着孔１３に挿入するようにしてもよい。

また、ボルト１０に生じる軸力を一定期間検出し続けなければならない場合などは、ボルト軸力検出器１をボルト１０より取り外す必要はなく、これらを一体的に用いてもよいことは言うまでもない。

なお、ボルト軸力検出器１は、ボルトの頭部側からの装着だけに限られない。すなわち、装着孔１３がボルトの先端側から設けられていれば、ボルト軸力検出器１をボルトの先端側から装着することも可能である。

また、本実施形態においては、ボルト１０に設ける装着孔１３は、ボルトの軸方向において貫通していてもよい。このような場合は、検出ロッド２をボルト軸１１に貫通させて取り付け、ボルト軸から突き出た検出ロッド２の先端の螺合部２ａに、別途用意しためねじ部品（ナット）を係合することによって、ボルト軸力検出器１をボルト１０に固定することができる。

次に、本発明に係るボルト軸力検出器の第二の実施形態を図３を用いて説明する。図３において、ボルト軸力検出器１は、ホルダ７を備えており、ボルト軸力検出器１の頭部３に取り付けられている。ホルダ７は、ボルト軸力検出器１を装着孔１３に螺合する際の操作性を高めるように、表面に保持しやすいような加工が施されている。

本実施形態において、検出ロッド２は、検出ロッド２の挿入方向における後端付近に雄ねじ加工を施して形成された保持部２ｂと、装着孔１３の入口付近の内周面に設けられた保持部としての雌ねじ部１３ｂとの係合によって、ボルト軸１１に保持される。ボルト軸１１に設けられた装着孔１３の深さは検出ロッド２よりも短いため、検出ロッド２の先端が装着孔１３の底部に押しつけられた状態で保持されることになる。また、保持部２ｂを、雌ねじ部１３ｂと係合させ、検出ロッド２を装着孔１３内に螺挿することで、検出ロッド２は軸方向により強い力で圧縮される。

本実施形態において、ボルト１０に生じた軸力を検出する工程を説明する。ボルト軸力検出器１がボルトに装着された状態において、検出ロッド２は、保持部２ｂが雌ねじ部１３ｂと螺合することで、軸方向について圧縮された状態で装着孔１３内に保持されている。このとき、ボルト１０とナット２０とは緩く取り付けられており、ボルト１０には歪みが生じていない。

次に、検出ロッド２に生じた軸方向についての圧縮歪みを歪みゲージ５において検出し、リード線６を通じて出力し、初期圧縮歪みとして演算処理部（図示しない）内に記憶する。

その後、ナット２０を回転させて被締結体３０、３１を締結すると、ボルト軸１１に伸びが発生するため、検出ロッド２に生じていた初期圧縮歪みが一部解放される。該解放された圧縮歪みの大きさは、ボルト１０に発生した軸力の大きさに比例するため、歪みゲージ５によって検出した前記解放された圧縮歪みの大きさから、ボルト軸１１に発生した軸力を算出することができる。

算出した軸力が所定の適正値に達してボルト１０の締付けが終了すると、ボルト軸力検出器１はボルト１０より取り外され、次のボルトの締付けに繰り返し使用される。

このようにボルト軸力検出器１を構成した場合、前述の第一の実施形態におけるボルト軸力検出器１と比較して、以下のようなメリットがある。すなわち、ボルト１０に設ける装着孔１３の内周面を螺刻して固定部を形成する際に、第二の実施形態においては、装着孔１３の入口付近の内周面に雌ねじ加工を施せばよいため、第一の実施形態のように、該雌ねじ加工を装着孔１３の底部付近に形成する場合と比して、加工工程が容易になる。

なお、前述の第一及び第二の実施形態においては、ボルトおよびナットを用いて被締結体を締付ける場合の実施形態について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。すなわち、壁等に設けられたボルト穴に、ボルトを螺挿して被締結体を締結する場合においても、本発明に係るボルト軸力検出器は有効に用いられる。

また、ボルト軸力検出器１をボルト１０の先端側からも装着できること、および装着孔１３に適当な栓体を挿入してもよいことについては、前述の第一実施形態の場合と同じである。

次に、本発明に係るボルト軸力検出器１の第三の実施形態を、図４を用いて説明する。本実施形態においては、図４に示すように、ボルト１０に設けられる装着孔１３は、ボルト頭部１２側からではなく、ボルト軸１１の先端部１１ａ側から頭部１２に向かって設けられている。ボルト軸力検出器１の検出ロッド２は装着孔１３に挿入されているが、本実施形態の場合、装着孔１３の内周面および検出ロッド２の外周面には、螺刻による雄ねじ加工等は施されていない。すなわち、検出ロッド２は装着孔１３に挿入されているだけである。ボルト軸力検出器１は、ボルト軸力検出器１の頭部３に被せられた保持体としての保持キャップ８の底部付近に設けられた螺合部８ａを、ボルト軸１１先端の螺合部（ねじ目）と係合することによってボルト１０に保持される。このとき、検出ロッド２の先端が装着孔１３の底部に押しつけられた状態であり、前述のように保持キャップ８の螺合部８ａとボルト軸１１の先端とを係合することで、検出ロッド２は軸方向において圧縮した状態で保持される。

このような実施形態において、ボルト１０に生じた軸力を検出する工程を説明する。ボルト軸力検出器１がボルトに装着された状態において、保持キャップ８はボルト軸１１の先端に螺合し、検出ロッド２を軸方向について圧縮した状態で装着孔３内に保持する。このとき、ボルト１０とナット２０とは緩く取り付けられており、ボルト１０には歪みが生じていない。

歪みゲージ５は前記圧縮歪みを検出し、リード線６から出力することで該圧縮歪みを演算処理部（図示しない）内で初期圧縮歪みとして記憶する。さらに、ボルト軸力検出器１の装着後、ナット２０を回転させて被締結体３０、３１を締結するときに発生する軸力を、前記初期圧縮歪みの解放される量から算出する。

このような実施形態においては、装着孔１３の内面に、検出ロッド２を固定するための固定部を螺刻等により形成する必要がないため、装着孔１３の加工工程等が大幅に削減されるというメリットがある。

さらに本実施形態においては、保持キャップ８とボルト軸力検出器１とを着脱自在に設けているため、締付け対象のボルト１０のボルト軸径に応じた大きさの保持キャップ８を用いることで、種々のボルトについての軸力の検出を行うことができる。

また、保持キャップ８とボルト軸力検出器との間には、ベアリング等の軸受手段を介させることが好ましい。これによって、保持キャップ８をボルト軸１１の先端に螺合する際に、検出ロッド２に作用する回転力（摩擦トルク）が軽減され、検出ロッド２に無理な力が加わらなくなる。また、歪みゲージ５に接続され、挿入孔４に沿って配線されたリード線６が、ボルト軸力検出器１の装着時に撚れることもなくなる。

また保持キャップ８の表面に、ホルダ７のように保持しやすい加工等を施し、ボルト軸力検出器１を装着孔１３に螺合する際の操作性を高めてもよいことは言うまでもない。

また、本発明に係るボルト軸力検出器１を用いて締付け管理を行った場合、従来のトルク締付け法を用いて締付け管理を行った場合と比して、締付け力のバラツキが小さくなる。図５は、２０個のサンプルとしてのボルトおよびナット（Ｓ１〜Ｓ２０）について、従来のトルク締付け法および本発明に係るボルト軸力検出器１を用いて締付け管理を行った場合に、それぞれの締付け力（［ｋＮ］）をロードセルで測定した結果を示している。なお、サンプルとして用いたボルトは、サイズＭ１０で、亜鉛メッキを施した後にクロメート処理をした六角ボルトを用いている。

図５におけるグラフ（Ａ）は、トルク締付け法で締付け管理されたボルト・ナットの組み合わせＳ１〜Ｓ２０について、締付け力をロードセルで測定した測定結果を示している。この測定において、ボルト・ナットＳ1〜Ｓ２０の各々の締付け力の平均は９．５５［ｋＮ］であり、そのバラツキを示す標準偏差は１．３５２［ｋＮ］であった。

また、図５におけるグラフ（Ｂ）は、本発明に係るボルト軸力検出器を用いて締付け管理されたボルト・ナットの組み合わせＳ１〜Ｓ２０の各々について、締付け力を測定した結果を示している。この測定において、Ｓ１〜Ｓ２０についての締付け力の平均は９．５７［ｋＮ］、標準偏差は０．２６５［ｋＮ］であった。

以上の結果より、本発明に係るボルト軸力検出器を用いてねじの締付け管理を行った場合、従来のトルク締付け法を用いたねじの締付け管理方法と比して５分の１程度の締付け力のバラツキしか生じず、締付け力を高精度で管理することが可能であることがわかる。

また、図６に示すグラフは、図５で用いたボルト・ナットの組み合わせについて、締付けと緩めを５回ずつ行い、それぞれの締付け時の締付け力をロードセルを用いて測定した結果である。グラフ３において、△はトルク締付け法で締付け管理を行った場合の締付け力を示すデータであり、○は本発明に係るボルト軸力検出器を用いて締付け管理を行った場合のデータである。このグラフから明らかなように、トルク締付け法で管理された２〜５回目の締付けにおいては、締付け力が著しく低い値となっていることがわかる。これは、締付けと緩めを繰り返すことによって、ねじ面や座面の摩擦が増大し、締付けに必要なトルクも増大しなければならない状況にあるにも拘わらず、トルク締付け法では、この変化に適切な対応をすることが難しく、２〜５回目の締付けでも１回目と同じトルクで締付けを行ったためである。

一方、本発明に係るボルト軸力検出器を用いた場合においては、２〜５回の締付けを行った場合であっても、ねじ面や座面における摩擦の変化による影響を受けることなく安定した締付け力が得られていることがわかる。また、２〜５回目の締付け力のバラツキについても、図５と同様の傾向が見てとれる。すなわち、本発明に係るボルト軸力検出器を用いてボルトの締付け管理を行った場合、前述のように繰り返し締付けと緩めが行われる締付けについても、適切な締付け管理をすることが可能である。

以上、説明したように、本発明に係るボルト軸力検出器を用いてボルトの軸力を検出してねじの締付け管理を行うと、使用するねじ部品の種類や締付け回数等とは関係なく、安定した締付け管理を行うことができる。これによって、ねじ部品の破損やゆるみ等が原因で発生する事故等を低減させることができる。

なお、本発明に係るボルト軸力検出器について、ボルトに生じた軸力を検出する手段は、歪みゲージに限られたものではない。例えば、前記検出ロッドに埋め込む歪みゲージの代わりに、圧電素子（力を電気信号に変換する素子）を埋め込んで、ねじの締付けによって検出ロッドに作用する軸方向の力を測定すれば、これをボルトの軸力に換算することができる。

また、本発明に係るボルト軸力検出器を、自動ボルト締付け工具や制御手段としての演算処理部等と組み合わせることによって、多数のボルトの締付けを行う場合においても精度よく適切な力でボルトの締付けを行うことが可能となる。

本発明に係るボルト軸力検出器の断面図である。本発明に係るボルト軸力検出器を、ボルトに取り付けた様子を示す縦断面図である。本発明に係るボルト軸力検出器の第二の実施形態を、ボルトに取り付けた様子を示す縦断面図である。本発明に係るボルト軸力検出器の第三の実施形態を、ボルトに取り付けた様子を示す縦断面図である。本発明に係るボルト軸力検出器を用いてボルトの締付け管理を行った場合と、一般的なトルク締付け法でボルトの締付け管理を行った場合の締付け力とそのバラツキをそれぞれ示すグラフである。図５で用いたねじ部品について、締付けと緩めを繰り返し行い、本発明に係るボルトの締付け管理を行った場合と、一般的なトルク締付け法でボルトの締付け管理を行った場合の、各回毎の締付け力とそのバラツキを示すグラフである。従来のボルトの軸力測定器を示す断面図である。

符号の説明

１ボルト軸力検出器
２検出ロッド
２ａ螺合部
２ｂ保持部
３頭部
４挿入孔
５歪みゲージ（ロッド歪み検出器）
６リード線
８保持体（保持キャップ）
８ａ螺合部
１０ボルト
１１ボルト軸
１１ａ先端部
１２ボルト頭部
１３装着孔
１３ａ固定部
１３ｂ保持部（雌ねじ部）
２０ナット
３０，３１被締結体

Claims

ボルト端面から軸方向に延びる装着孔を有するボルトに着脱自在に装着され、前記ボルトに生じる軸力を検出するボルト軸力検出器であって、
前記装着孔内に挿入される検出ロッドと、
前記検出ロッドに設けられ、該検出ロッドに生じる軸方向の歪みを検出するロッド歪み検出器とを備え、
前記検出ロッドは、前記ボルトと一体的に伸びるように前記装着孔内に固定されることを特徴とするボルト軸力検出器。
前記装着孔は、その内周面に螺刻されて形成される固定部を有しており、前記検出ロッドは、少なくともその先端に前記固定部と係合可能な螺合部を有していることを特徴とする請求項１に記載のボルト軸力検出器。
ボルト端面から軸方向に延びる装着孔を有するボルトに着脱自在に装着され、前記ボルトに生じる軸力を検出するボルト軸力検出器であって、
前記装着孔内に挿入される検出ロッドと、
前記検出ロッドに設けられ、該検出ロッド内に生じる軸方向の歪みを検出するロッド歪み検出器とを備え、
前記検出ロッドは、前記装着孔内において軸方向に圧縮された状態で保持されることを特徴とするボルト軸力検出器。
前記装着孔は、その入口付近の内周面に螺刻されて形成される保持部を有しており、前記検出ロッドは、その先端が前記装着孔の底部に当接した状態で前記保持部と係合可能な螺合部を、その後端付近に有していることを特徴とする請求項３に記載のボルト軸力検出器。
前記装着孔は、前記ボルトの先端から形成されており、前記検出ロッドは、その先端が前記装着孔の底部に当接した状態でその後端付近において前記ボルトの先端と係合可能な保持体を備えていることを特徴とする請求項３に記載のボルト軸力検出器。
前記保持体が、前記検出ロッドと着脱自在に設けられていることを特徴とする請求項５に記載のボルト軸力検出器。
前記ロッド歪み検出器は、前記検出ロッドの長さ方向に形成された挿入孔に埋め込まれていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のボルト軸力検出器。
前記ロッド歪み検出器は、歪みゲージであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のボルト軸力検出器。
端面から軸方向に延びる装着孔を有するボルトと、該ボルトに着脱自在に装着され、前記ボルトに生じる軸力を検出するボルト軸力検出器とを備えたボルト軸力検出器付きボルトであって、
前記ボルト軸力検出器が、
前記装着孔内に挿入される検出ロッドと、
前記検出ロッドに設けられ、該検出ロッドに生じる軸方向の歪みを検出するロッド歪み検出器とを備え、
前記検出ロッドは、前記ボルトと一体的に伸びるように前記装着孔内に固定されることを特徴とするボルト軸力検出器付きボルト。
端面から軸方向に延びる装着孔を有するボルトと、該ボルトに着脱自在に装着され、前記ボルトに生じる軸力を検出するボルト軸力検出器とを備えたボルト軸力検出器付きボルトであって、
前記ボルト軸力検出器が、
前記装着孔内に挿入される検出ロッドと、
前記検出ロッドに設けられ、該検出ロッド内に生じる軸方向の歪みを検出するロッド歪み検出器とを備え、
前記検出ロッドは、前記装着孔内において軸方向に圧縮された状態で保持されることを特徴とするボルト軸力検出器付きボルト。
先端面から軸方向に延びる装着孔を有するボルトと、該ボルトに着脱自在に装着され、前記ボルトに生じる軸力を検出するボルト軸力検出器とを備えたボルト軸力検出器付きボルトであって、
前記ボルト軸力検出器が、
前記装着孔内において先端が前記装着孔の底部に当接するように挿入される検出ロッドと、
前記検出ロッドに設けられ、該検出ロッドに生じる軸方向の歪みを検出するロッド歪み検出器と、
前記検出ロッドを前記装着孔内で軸方向に圧縮された状態で保持するための、前記検出ロッドの後端付近に設けられた前記ボルトの先端と係合可能な保持体とを備えていることを特徴とするボルト軸力検出器付きボルト。
端面から軸方向に延びる装着孔を備えたボルトであって、
前記装着孔は、その内周面に形成された固定部を備え、
前記固定部は、前記装着孔内に挿入されたボルト軸力検出用の検出ロッドが前記ボルトと一体的に伸びるように、前記検出ロッドの先端部を前記装着孔内に螺合により固定することを特徴とするボルト。
端面から軸方向に延びる装着孔を備えたボルトであって、
前記装着孔は、その内周面に形成された保持部を備え、
前記保持部は、前記装着孔内に挿入されたボルト軸力検出用の検出ロッドが、前記装着孔の底部にその先端が当接して状態で軸方向に圧縮されるように、前記検出ロッドを螺合により保持することを特徴とするボルト。
請求項１または２に記載のボルト軸力検出器を用いて、ボルト端面から軸方向に延びる装着孔を有するボルトの締付け軸力を管理するボルト締付け管理方法であって、
前記装着孔内に前記ボルト軸力検出器の検出ロッドを挿入するステップと、
前記検出ロッドを、前記ボルトと一体的に延びるように前記装着孔内に固定するステップと、
前記検出ロッドに生じた歪みを検出しながら、前記ボルトの締付けを行うステップと、
前記歪みの値が所定の値に達した時に、前記ボルトの締付けを停止するステップと
を含むことを特徴とするボルト締付け管理方法。
請求項３〜６のいずれかに記載のボルト軸力検出器を用いて、ボルト端面から軸方向に延びる装着孔を有するボルトの締付け軸力を管理するボルト締付け管理方法であって、
前記装着孔内に前記ボルト軸力検出器の検出ロッドを挿入するステップと、
前記検出ロッドを、前記装着孔内において軸方向に圧縮された状態で保持し、該検出ロッドに生じた初期圧縮歪みを検出するステップと、
前記検出ロッドに生じた初期圧縮歪みの解放される量を検出しながら、前記ボルトを締め付けるステップと、
前記歪みの解放される量が所定の値に達した時に、前記ボルトの締付けを停止するステップと
を含むことを特徴とするボルト締付け管理方法。