JP2007046929A

JP2007046929A - ボルトの引張試験方法

Info

Publication number: JP2007046929A
Application number: JP2005229127A
Authority: JP
Inventors: Masaya Hagiwara; 正弥萩原; Hiromichi Mizuno; 博道水野; Masahiko Hamada; 政彦浜田; Yoshio Hirooka; 義男弘岡; Keiji Hishida; 啓二菱田
Original assignee: Aoyama Seisakusho Co Ltd; Tokyo Sokki Kenkyujo Co Ltd
Current assignee: Aoyama Seisakusho Co Ltd; Tokyo Sokki Kenkyujo Co Ltd
Priority date: 2005-08-08
Filing date: 2005-08-08
Publication date: 2007-02-22
Anticipated expiration: 2025-08-08
Also published as: JP4685541B2

Abstract

【課題】試験対象となるボルトＷのねじ部Ｗａを螺合させる第１治具３と、ボルトの頭部Ｗｂを受ける第２治具６とを具備する引張試験機を用い、第１治具に対し第２治具をボルトの軸方向に離れるように相対移動させ、ボルトに作用する引張荷重とボルトの伸びとを計測するボルトの引張試験方法において、ボルトの伸びを正確に計測できるようにして、ボルトの機械的性質の測定精度を向上させる。
【解決手段】ボルトＷの伸びを第１治具３と第２治具６との間に配置する伸び計７を用いて計測する。伸び計７は、第１治具３の第２治具６に対向する面に着座する、ボルトＷを挿通する孔７３ｄが形成された第１着座部７３と、第２治具６の第１治具３に対向する面に着座する、ボルトＷを挿通する孔７４ｄが形成された第２着座部７４とを備え、第１着座部７３に対する第２着座部７４のボルトの軸方向変位を検出するように構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ボルトの引張試験方法に関し、特に、ボルトの伸びを正確に計測できるようにした方法に関する。

ボルトの引張試験は、ＩＳＯ８９８−１やＪＩＳＢ１０５１「炭素鋼及び合金鋼製締結部品の機械的性質―第１部：ねじ及び植込みボルト」で規格化されている。現状において、製品の状態で行うボルトの引張試験は最大荷重を測定するだけであるが、より高いレベルでの品質保証を実現すべきとの観点から、降伏特性及び延性を調べるためのボルト製品による引張試験方法を追加するための改正が進められており、現在委員会原案(ＣＤ)が作成され、技術的実現性について議論が行われている段階である。

ＩＳＯ／ＣＤ８９８−１で規定される新しいボルトの引張試験では、図４(ａ)に示すように、試験対象となるボルトＷのねじ部Ｗａを螺合させる第１治具Ａと、ボルトＷの頭部Ｗｂを受ける第２治具Ｂとを具備する引張試験機を用い、遊びねじ部Ｗａ´(ねじ部Ｗａのうち第１治具Ａに螺合しない部分)の長さがボルトＷの呼び径ｄ以上、例えば、１．２ｄになるようにボルトＷをセットし、第１治具Ａに対し第２治具ＢをボルトＷの軸方向に相対移動させ、ボルトＷに引張荷重を作用させる。

ここで、第１治具と第２治具とは夫々試験機本体とクロスヘッドとにユニバーサルジョイントを介して連結され、クロスヘッドの動きで第２治具が第１治具に対し相対移動される。そして、クロスヘッドに作用する荷重とクロスヘッドの変位とを記録する機能を持つ万能試験機を用いることにより図４(ｂ)に示すようなボルトに作用する引張荷重Ｆとボルトの伸びΔＬとの関係を示す荷重―伸び曲線を作成すれば、この荷重―伸び曲線からボルトの呼び引張強さＲｍｆ、０．４％耐力Ｒｐｆ、破断伸びＡｆ等のボルトの降伏特性及び延性を含む機械的性質を現す値を求めることができる。尚、Ｒｍｆは最大荷重Ｆｍｔをボルトの有効断面積で除した値であり、Ｒｐｆは０．４％の永久伸びを生ずる荷重Ｆｐｔをボルトの有効断面積で除した値であり、Ａｆは破断時の永久伸びΔＬｐを遊びねじ部Ｗａ´の長さ(＝１．２ｄ)で除した値である。また、Ｆｐｔは、荷重―伸び曲線の弾性域に当てはめた直線Ｌ１に対し０．４％の伸び分(＝０．００４８ｄ)だけ平行にオフセットした直線Ｌ２と荷重―伸び曲線との交点の荷重であり、ΔＬｐは破断点を通る直線Ｌ１に平行な直線Ｌ３と直線Ｌ１との間の伸び量である。また、直線Ｌ１は、荷重―伸び曲線の弾性域における上基準点と下基準点とを通る直線であり、上基準点と下基準点は、ＩＳＯ８９８−１で規定する保証荷重をＦｐとして、夫々、荷重―伸び曲線上の荷重が０．７Ｆｐになる点と荷重が０．４Ｆｐになる点に設定されている。

ところで、万能試験機により作成した荷重―伸び曲線では、治具の連結部等の影響により弾性域における非線形性が生じ、直線Ｌ１の当てはめ精度が悪くなる。即ち、直線Ｌ１の当てはめ精度を高めるには、下基準点の荷重を０．２Ｆｐ程度に低くすることが望まれるが、このような低荷重では荷重―伸び曲線が非線形となるため、上記の如く下基準点の荷重を０．４Ｆｐと高く設定せざるを得ず、直線Ｌ１の当てはめ精度が悪くなる。また、試験機本体及び治具等の変形が重畳されて、弾性域での傾きが緩やかになり、直線Ｌ２と荷重―伸び曲線との交点における交差角が小さくなって、Ｆｐｔの読取誤差を生じやすくなり、直線Ｌ１の当てはめ精度が悪くなることと相俟ってボルトの機械的性質を高精度で求めることが困難になる。

かかる不具合を解消するために、図５に示す如く、第２治具Ｂの外側面にストローク式の伸び計Ｃを取付け、伸び計ＣのロッドＣ１を第１治具Ａに取付けた当て板Ｃ２に当接させて、第１治具Ａに対する第２治具Ｂのボルト軸方向の変位を伸び計Ｃにより計測し、これに基づいてボルトＷの伸びを求めることも考えられる。この方法で作成される荷重―伸び曲線は図３にｂ線で示す通りになり、同図にｃ線で示す万能試験機による荷重―伸び曲線に比し弾性域での傾きが急峻になる。然し、この方法では、ボルトＷに対し伸び計Ｃが側方に離れているため、各治具Ａ，Ｂの傾きや撓み等により伸び計Ｃと当て板Ｃ２との間の距離が変化し、ボルトＷの伸びを正確に計測できなくなる。例えば、ｂ線で示されているように、試験開始直後に伸びがマイナス方向に振れることがある。

また、一般的な引張試験方法として、試験片にセットした伸び計で試験片の伸びを計測する方法が知られている(例えば、特許文献１参照)。この伸び計は、先鋭な先端部を持つ一対のアームと、両アーム間の距離変化を検出する検出手段とを備えており、両アームの先端部を試験片の２箇所の標点に突き当てるようにして試験片に伸び計をセットし、試験体の標点間の伸びを計測する。ボルトの引張試験でもこのような伸び計をボルトにセットすることが考えられる。ここで、ボルトの引張試験で伸びる部分は大半が遊びねじ部であり、遊びねじ部の伸びを計測するには、伸び計をその一方のアームの先端部が第１治具の表面に合致する遊びねじ部の部分に突き当たるようにセットすることが必要になる。然し、第１治具に対する干渉を回避する上で、アームの先端部は第１治具の表面から離れた遊びねじ部の部分に突き当てざるを得ず、遊びねじ部の伸び、即ち、ボルトの伸びを正確に計測することはできない。また、ボルトに伸び計をセットするのに時間がかかり、更に、アームの先端部をボルトに突き当てることでボルトに傷が付くことがあり、また、ボルト破断時にボルトにセットした伸び計の損傷を生ずる可能性もある。
特開平１１−８３４１９号公報

本発明は、以上の点に鑑み、ボルトの伸びを正確に計測できるようにして、ボルトの機械的性質の測定精度を向上させたボルトの引張試験方法を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、試験対象となるボルトのねじ部を螺合させる第１治具と、ボルトの頭部を受ける第２治具とを具備する引張試験機を用い、第１治具に対し第２治具をボルトの軸方向に相対移動させ、ボルトに作用する引張荷重とボルトの伸びとを計測するボルトの引張試験方法において、ボルトの伸びを第１治具と第２治具との間に配置する伸び計を用いて計測するようにし、この伸び計は、第１治具の第２治具に対向する面に着座する、ボルトを挿通する孔が形成された第１着座部と、第２治具の第１治具に対向する面に着座する、ボルトを挿通する孔が形成された第２着座部とを備え、第１着座部に対する第２着座部のボルトの軸方向変位を検出するように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、第１と第２の各着座部の孔にボルトが挿通されるため、各着座部が第１と第２の各治具にボルトとほぼ同心的に着座することになる。従って、第１治具と第２治具との間に位置する遊びねじ部を含むボルトの部分の伸びを各治具の傾きや撓み更には試験機本体の変形等の影響を受けずに正確に計測できる。その結果、荷重―伸び曲線の弾性域における直線性が確保されると共に、弾性域における勾配が急峻になり、荷重―伸び曲線からボルトの機械的性質を現す各種値を高精度で求めることができる。

また、ボルトに伸び計をセットする必要がないため、効率良く引張試験を行うことができ、更に、ボルトに傷を付けたり、ボルト破断時に伸び計の損傷を生じたりする虞もない。

尚、第１着座部に対する第２着座部の変位は、レーザー等により非接触で検出することも可能であるが、コスト的には、第１と第２の両着座部に連結される起歪体を設け、起歪体の歪みを歪みゲージ等の検出手段で検出することにより、第１着座部に対する第２着座部の変位を求める方式が有利である。特に、伸び計は、ボルトの軸方向に直交する方向を長軸方向とする長円の環状に形成された起歪体と、起歪体の長軸方向両側の湾曲部の歪みを検出する検出手段とを備え、起歪体の長軸方向に沿う一対の長辺部の一方の中央部と他方の中央部とに夫々第１着座部と第２着座部とが設けられていることが望ましい。これによれば、各治具の傾き等で起歪体の長軸方向一側の湾曲部の歪みと他側の湾曲部の歪みとが相違しても、両側の湾曲部の歪みを平均することによりボルトの伸びを正確に計測することができる。

また、上記起歪体が、一対の長辺部間の間隔を広げる方向の弾性力を持ち、この弾性力により第１と第２の各着座部が第１と第２の各治具に押し付けられるようにしておけば、各着座部を各治具にねじ等で固定しておく必要がなく、伸び計のセット作業が容易になって能率アップを図ることができる。

図１を参照して、１は引張試験機の本体であり、この試験機本体１の下端部にユニバーサルジョイント２を介して第１治具３が連結され、また、試験機本体１に上下方向に移動自在に支持されるクロスヘッド４にユニバーサルジョイント５を介して第２治具６が連結されている。

第１治具３は、方形の枠状に形成された治具本体３１と、治具本体３１の上辺部に下方から着脱自在に嵌合されるアダプタ３２とで構成され、第２治具６は、方形の枠状に形成された治具本体６１と、治具本体６１の下辺部に上方から着脱自在に嵌合されるアダプタ６２とで構成される。図２に示されているように、第１治具３のアダプタ３２には、試験対象となるボルトＷのねじ部Ｗａを螺合させる上下方向に長手のねじ孔３２ａが形成され、また、第２治具６のアダプタ６２には、ボルトＷの頭部Ｗｂを受ける水平の座面６２ａと、座面６２ａから下方にのびるボルトＷの軸部を挿通する挿通孔６２ｂとが形成されている。

ボルトＷの引張試験に際しては、第２治具６のアダプタ６２の挿通孔６２ｂに上方からボルトＷを挿入して、ボルトＷの頭部Ｗｂをアダプタ６２の座面６２ａに着座させると共に、ボルトＷのねじ部ＷａをボルトＷの呼び径の１．２倍の長さの遊びねじ部Ｗａ´を生ずるように第１治具３のアダプタ３２のねじ孔３２ａに螺合させる。このようにしてボルトＷを試験機にセットした後、クロスヘッド４を上動させて、第２治具６を第１治具３に対しボルトＷの軸方向に離れる方向、即ち、上方に移動させ、第２治具６のアダプタ６２を介してボルトＷに引張荷重を作用させる。

ここで、第１治具３と第２治具６との間には、ボルトＷの伸びを計測するための伸び計７が配置されている。この伸び計７は、図２に明示されているように、ボルトＷの軸方向(上下方向)に直交する方向を長軸方向とする長円の環状に形成された起歪体７１と、起歪体７１の長軸方向両側の湾曲部７１ａ，７１ａの歪みを検出する一対の検出手段７２，７２とを備えている。尚、各検出手段７２は、各湾曲部７１ａの表裏に貼り付けた歪みゲージ７２ａで構成されている。

起歪体７１の長軸方向に沿う下側の長辺部７１ｂの中央部には、第１治具３の第２治具６に対向する面に着座する第１着座部７３が設けられ、起歪体７１の長軸方向に沿う上側の長辺部７１ｂの中央部には、第２治具６の第１治具３に対向する面に着座する第２着座部７４が設けられている。第１と第２の各着座部７３，７４は、起歪体７１の各長辺部７１ｂの中央部にねじ止めされる上下２枚の板から成る固定ブロック７３ａ，７４ａと、固定ブロック７３ａ，７４ａに形成したねじ孔７３ｂ，７４ｂに螺着されるカラー７３ｃ，７４ｃとで構成され、カラー７３ｃ，７４ｃの内周の孔７３ｄ，７４ｄにボルトＷが挿通されるようにしている。かくして、第１着座部７３は、カラー７３ｃの下端において第１治具３のアダプタ３２の上端面にボルトＷと同心的に着座し、第２着座部７４は、カラー７４ｃの上端において第２治具６のアダプタ６２の下端面にボルトＷと同心的に着座する。ここで、カラー７３ｃ，７４ｃは、ボルトＷの径に合わせて交換される。また、起歪体７１の各長辺部７１ｂの中央部にはカラー７３ｃ，７４ｃを挿通する孔が形成されている。尚、起歪体７１を長辺部７１ｂの中央部分で分断し、起歪体７１の長軸方向一方の半部と他方の半部とを固定ブロック７３ａ，７４ａを介して連結し、全体として長円環状の起歪体７１を構成することも可能である。

ところで、第１と第２の各着座部７３，７４を第１と第２の各治具３，６にねじで締結しても良いが、これでは、伸び計７のセット作業に手間がかかる。そこで、本実施形態では、起歪体７１を、上下の長辺部７１ｂ，７１ｂ間の間隔を広げる方向の弾性力を持つようにばね板で形成し、この弾性力で第１と第２の各着座部７３，７４が第１と第２の各治具３，６に押し付けられるようにしている。これによれば、伸び計７のセット作業に手間がかからず、引張試験の能率アップを図ることができる。

本実施形態によれば、伸び計７の第１と第２の各着座部７３，７４が上記の如く第１と第２の各治具３，６にボルトＷとほぼ同心的に着座することになる。そのため、伸び計７の検出手段７２により検出される起歪体７１の長軸方向両側の湾曲部７１ａの歪みから計測される第１着座部７３に対する第２着座部７４のボルトＷの軸方向変位は、第１治具３と第２治具６との間に位置する遊びねじ部Ｗａ´を含むボルトＷの部分の伸びを正確に表すことになる。従って、各治具３，６の傾きや撓み更には試験機本体１の変形等の影響を受けずにボルトＷの伸びを正確に計測できる。尚、各治具３，６の傾き等で起歪体７１の長軸方向一側の湾曲部７１ａの歪みと他側の湾曲部７１ａの歪みとが相違しても、両側の湾曲部７１ａ，７１ａの歪みを平均することによりボルトＷの伸びを正確に計測することができる。

そして、第１着座部７３に対する第２着座部７４のボルトＷの軸方向変位に基づいて作成される荷重―伸び曲線は図３のａ線で示す通りになり、荷重―伸び曲線の弾性域における線形性が確保されると共に、弾性域における勾配が急峻になる。従って、荷重―伸び曲線の弾性域に当てはめる直線(図４(ｂ)の直線Ｌ１)を決定するための下基準点の荷重を低くすることができて、直線Ｌ１の当てはめ精度が向上し、また、直線Ｌ１の勾配が急になるため、直線Ｌ１に対し０．４％の伸び分だけオフセットした直線Ｌ２と荷重―伸び曲線との交点の交差角が大きくなって、この交点の読取精度も向上する。その結果、ボルトＷの機械的性質を現す呼び引張強さＲｍｆ、０．４％耐力Ｒｐｆ、破断伸びＡｆといった各種値を高精度で求めることができる。

また、ボルト以外の試験片の引張試験で用いる伸び計と異なり、本実施形態の伸び計７はボルトＷにセットするものではないため、効率良く引張試験を行うことができ、更に、ボルトＷに傷を付けたり、ボルトＷの破断時に伸び計７の損傷を生したりする虞もない。

以上、本発明の実施形態を図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１着座部７３に対する第２着座部７４の変位をレーザー等により非接触で検出するように伸び計７を構成することも可能である。また、上記実施形態では、第２治具６を移動させているが、第１治具３を移動させるようにしても良く、要は、第１治具３に対し第２治具６をボルトＷの軸方向に離れるように相対移動させれば良い。

本発明方法の実施に用いる引張試験機の実施形態を示す全体正面図。図１の引張試験機の要部の切断正面図。ボルトの荷重―伸び曲線を示すグラフ。 (ａ)ＩＳＯ／ＣＤ８９８−１で規定されるボルトの引張試験の概要を示す図、(ｂ)ボルトの荷重―伸び曲線に基づくボルトの機械的性質の求め方を示す図。ストローク式伸び計を用いたボルトの引張試験の概要を示す図。

符号の説明

Ｗ…ボルト、Ｗａ…ねじ部、Ｗｂ…頭部、３…第１治具、６…第２治具、７…伸び計、７１…起歪体、７１ａ…湾曲部、７１ｂ…長辺部、７２…検出手段、７３…第１着座部、７４…第２着座部、７３ｄ，７４ｄ…ボルトを挿通する孔。

Claims

試験対象となるボルトのねじ部を螺合させる第１治具と、ボルトの頭部を受ける第２治具とを具備する引張試験機を用い、第１治具に対し第２治具をボルトの軸方向に相対移動させ、ボルトに作用する引張荷重とボルトの伸びとを計測するボルトの引張試験方法において、
ボルトの伸びを第１治具と第２治具との間に配置する伸び計を用いて計測するようにし、この伸び計は、第１治具の第２治具に対向する面に着座する、ボルトを挿通する孔が形成された第１着座部と、第２治具の第１治具に対向する面に着座する、ボルトを挿通する孔が形成された第２着座部とを備え、第１着座部に対する第２着座部のボルトの軸方向変位を検出するように構成されていることを特徴とするボルトの引張試験方法。
前記伸び計は、ボルトの軸方向に直交する方向を長軸方向とする長円の環状に形成された起歪体と、起歪体の長軸方向両側の湾曲部の歪みを検出する検出手段とを備え、起歪体の長軸方向に沿う一対の長辺部の一方の中央部と他方の中央部とに夫々前記第１着座部と前記第２着座部とが設けられていることを特徴とする請求項１記載のボルトの引張試験方法。
前記起歪体は、前記一対の長辺部間の間隔を広げる方向の弾性力を持ち、この弾性力により前記第１と第２の各着座部が前記第１と第２の各治具に押し付けられることを特徴とする請求項２記載のボルトの引張試験方法。