JP2878905B2

JP2878905B2 - ボルト締付診断装置

Info

Publication number: JP2878905B2
Application number: JP4181736A
Authority: JP
Inventors: 茂北川; 賢治柏谷; 博坂本
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 1992-06-15
Filing date: 1992-06-15
Publication date: 1999-04-05
Anticipated expiration: 2014-04-05
Also published as: JPH05346420A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ボルト締付診断装置に
係わり、更に詳しくはナットにて締付状態のボルトの頭
部又は他端部に当接するだけでそのボルトの緩み及びク
ラックの存在を判別可能なボルト締付診断装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、二部材に貫通形成した取付孔にボ
ルトを挿通し、その他端部にナットを螺合して二部材を
締付けた状態にあるボルトの締付力は、一般的にトルク
計で測定されているが、この測定値はナットとボルト及
び座金との間の摩擦力によっても変わるので、必ずしも
真の意味の締付力（ボルトの張力）を示していない。ま
た、ボルトをゆっくり締付ける場合と、ある回転速さで
慣性力を利用して締付ける場合とでもその真の締付力は
異なっている。従って、トルク計を用いて所望の締付力
で締付けたとしても、その真の締付力には大きなバラツ
キが存在している。このバラツキが許容範囲内であれば
問題はないが、十分な締付力が得られてない場合には重
大な問題が発生する可能性がある。また、締付け組立て
当初には十分な締付力が得られていても、部材に作用す
る応力や振動等によって経年的に緩むこともあり、更に
は多数あるボルトの中には締め忘れもないとは言えな
い。その上、ボルトが折損している場合もある。

【０００３】そこで、ボルトの締付け緩みや折損を何ら
かの方法で診断することが必要であり、従来から打診法
が既に考えられ、多くの試みや、実用にも供されてい
る。この打診法は、ボルトの頭部又は他端部をハンマー
等で打撃し、その打撃による振動のビビリ状態から締付
けの緩み又は折損を診断する方法である。しかし、この
方法では作業者の熟練や振動解析の煩雑さから現場に普
及するにはまだ問題がある。その上、誤差が非常に大き
いので締付力が半分程度まで緩んでいてもその判別は難
しいのが現実である。

【０００４】また、他のボルトの締付力を測定する方法
は、実験室レベルでは既に多数試みられているが、何れ
の方法も一長一短があり、直接ボルトの締付力を測定で
きるものはない。そのため、締付状態にあるボルトの真
の締付力を簡易に検出することができる診断装置の提供
が望まれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明が前述の状況に
鑑み、解決しようとするところは、締付状態にあるボル
トの張力によってその共振振動数が異なることに注目
し、この共振振動数を定量的に測定することで、ボルト
の締付け緩み及び折損やクラックの存在を精度よくリア
ルタイムで診断することができ、その取扱いも容易なボ
ルト締付診断装置を提供する点にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題解
決のために、締付状態のボルトの頭部又は他端部に電磁
振動を付与するための電磁コイルと、該電磁コイルの中
空部を貫通させ且つ先端をボルトの頭部又は他端部に接
触させた振動伝達棒を介してボルトの縦振動を検出する
振動検出器とよりなるプローブと、前記電磁コイルに周
波数が連続的に繰り返し変わる励振電流を供給してボル
トに縦振動を与える励振回路と、振動検出器の振動信号
に基づきボルトの共振状態を検出する共振検出回路とを
備えた制御装置とよりなり、ボルトの共振状態からボル
トの締付力の良否及びクラックの有無を判別してなるボ
ルト締付診断装置を構成した。

【０００７】具体的には、プローブは、中空ケースの先
端部に形成したボビンに電磁コイルを巻回し、ケース内
部に振動検出器を進退遊動自在となして配するととも
に、基端を振動検出器に連係させた振動伝達棒をボビン
の中心に形成した貫通孔に挿通してその先端を突出させ
且つケース内部と振動検出器との間に振動伝達棒が突出
する方向に弾性付勢するばね体を配したものを用いるの
が好ましい。

【０００８】また、制御装置は、ランプ状制御電圧を発
生する超低周波発振器と、その連続的に変化する制御電
圧で制御され、周波数が連続的に変化する励振電流を発
生する電圧制御発振器とから構成される励振回路と、ボ
ルトが共振点に達したときの前記制御電圧の瞬時値又は
共振周波数を検出する共振検出回路とを備えたものを用
いるのが好ましい。

【０００９】

【作用】以上の如き内容からなる本発明のボルト締付診
断装置は、ボルトの縦方向固有振動数（共振振動数）が
締付力（張力）によって変化することを利用して、その
共振振動数を測定することで直接真の締付力を測定し、
ボルトの締付け緩み及びクラックの存在を診断するもの
であり、また共振振動数はボルトの長さによっても変化
し、ボルトが途中で折損している場合には、その共振振
動数が大きく変化するので、ボルトの折損も診断するこ
とができる。ここで、ボルトの共振振動数は、引張り力
の低下、即ち緩みによって１０％程度下がり、一方折損
による実効長さの減少によって大幅に上昇するので、そ
の判別が容易である。

【００１０】次に、ボルトの縦振動について若干の理論
解析を試みる。ここでは、縦方向（ｘ方向）の振動のみ
を考慮するので、波動方程式は、ｕをｘ方向の変位量と
すると、 ∂²ｕ／∂ｔ²＝ｃ²∂²ｕ／∂ｘ² （1) ｃ²＝Ｅ／ρ （2) と表せられる。ここで、Ｅはヤング率、ρは単位長さ当
たりの密度である。そして、基準関数は、積分定数Ｃ，
Ｄを用いて、Ｘ＝Ｃｃｏｓ（νｘ／ｃ）＋Ｄｓｉｎ（νｘ／ｃ）（3) と表せられる。締付けられたボルトは、両端には拘束力
が作用しないので両端では自由とみなせる。従って、積
分定数Ｃ，Ｄは、ボルトの同径部の長さ（頭部を含まな
い）をｌとすれば、次の境界条件より求まる。ｘ＝０でｄＸ／ｄｘ＝０ｘ＝ｌでｄＸ／ｄｘ＝０（4) この境界条件を用いると、（3)式と（4)式から、Ｄ＝０ νｌ／ｃ＝ｎπ （ｎ＝１，２，…）（5) となり、基準振動は、Ｘ＝Ｃｃｏｓ（ｎπｘ／ｌ）（ｎ＝１，２，…）（6) となる。そして、固有振動数は、 ν_n＝ｎπｃ／ｌ＝（ｎπ／ｌ）√（Ｅ／ρ）（ｎ＝１，２，…）（7) と表せられる。ρは、ボルトのねじ部とストレート部、
頭部で異なるが、ここでは一定とする。また、Ｅは、通
常一定として扱われるが、ここでは後述の理由で引張り
力（張力）依存性を考える。（7)式の基本振動は、ｎ＝
１とおいて、 ν₁＝（π／ｌ）√（Ｅ／ρ）（8) となる。

【００１１】ボルトの締付力（張力）にして、５０ｋｇ
ｆ／ｍｍ²以上になると、固有振動数は１０％以上変化
することが実験によって確かめられている。この固有振
動数の変化は何に起因しているのかを以下に推証する。
先ず、張力でρが変わるとすると、断面径の変化Δｄ₀
は、 Δｄ₀＝ｐεｄ₀ ＝ｐσｄ₀／Ｅ（9) と表せられる。ここで、ｐはポアソン比、εはひずみ、
σは応力（単位面積当たりの張力）である。通常、ｐ≒
０．３、Ｅ＝２．１×１０⁴ｋｇｆ／ｍｍ²であり、σ
＝４０ｋｇｆ／ｍｍ²とすれば、太さの微小変化率は、 Δｄ₀／ｄ₀≒６×１０^-4 （10）となる。断面積変化に換算しても約２倍で０．１％程度
である。つまり、太さ変化からρが変わるのは０．１％
程度である。また、長さｌの変化は、 Δｌ／ｌ＝ε ＝σ／Ｅ（11) と表せられる。この式に上記数値を代入すれば、 Δｌ／ｌ＝２×１０^-3 （12) となり、これも小さい値である。しかも、伸びは振動数
が低下する方向に効くので実測結果とは矛盾する。従っ
て、σの変化によってν₁が１０％（上記見積りの１０
０倍程度）も変化するのは、ヤング率Ｅの変化によると
考えざるを得ない。例えば、ν₁が５０ｋＨｚ→５５ｋ
Ｈｚになったとすると、√Ｅ→１．１倍、即ちＥは２１
％変わったことになる。このような変化はこれまでの研
究では確認されていない。

【００１２】

【実施例】次に添付図面に示した実施例に基づき更に本
発明の詳細を説明する。本発明のボルト締付診断装置
は、ボルトに電磁振動を付与するとともに、その振動を
検出するためのプローブ１と、該プローブ１に励振電流
を供給するとともに、検出した振動信号を解析するため
の制御回路２とより構成されている。図１は、プローブ
１の断面図を示し、図２はボルト３の緩みを実際に測定
する場合の概念図を示している。

【００１３】図１に示したプローブ１は、中空ケース４
の先端部に形成したボビン５に電磁コイル６を巻回し、
ケース内部７にセラミック振動センサからなる振動検出
器８を進退遊動自在となして配するとともに、基端を該
振動検出器８に連係させた振動伝達棒９をボビン５の中
心に形成したスライド案内を兼ねた貫通孔１０に挿通し
てその先端をボビン５から突出させ且つケース内部７と
振動検出器８との間に振動伝達棒９が突出する方向に弾
性付勢する圧縮コイルばね等からなるばね体１１を配し
た構造のものである。ここで、前記振動伝達棒９の先端
部は針状となして、ボルト３が塗装されている場合で
も、先端がボルトに直接接触できるようになしている。
そして、ケース４には電磁コイル６に励振電流Ｉ₀を供
給するためと、振動検出器８によって検出された振動信
号Ｖ₀を引き出すためのケーブル１２が接続されてい
る。

【００１４】ここで、ボルト３は、通常図２に示したよ
うに締付けされている。即ち、二部材１３，１４に貫通
形成した取付孔１５，１６にボルト３の軸部１７を挿通
し、一方の部材１３の表面にその頭部１８を当接させ、
軸部１７の他端部１９にはナット２０を螺合して他方の
部材１４の表面に当接させて二部材１３，１４を締付け
るのである。尚、前記ナット２０と部材１４間には適宜
座金２１が介装されている。

【００１５】この締付状態では、ボルト３の軸部１７に
引張り力が常時作用している。そこで、前記プローブ１
の先端をボルト３の頭部１８又は他端部１９に押し当て
ると、振動伝達棒９はばね体１１の弾性力に抗して押し
込まれ、ボビン５の端部が頭部１８又は他端部１９に当
接する。この状態では、振動伝達棒９の先端はボルト３
の適所に確実且つ常に一定条件で当接するとともに、振
動検出器８にも一定の弾性力がバイアスとして作用して
いる。そして、前記電磁コイル６に励振電流Ｉ₀を供給
してボルト３の軸部１７に縦振動を付与し、この軸部１
７の縦振動を振動伝達棒９を介して振動検出器８で検出
し、後述の制御回路２にその振動信号Ｖ₀を入力するの
である。この際、振動検出器８には、電磁コイル６の励
振に起因する誘導と軸部１７の縦振動が検出されるが、
制御回路２では真に軸部１７の縦振動のみを取り出せる
ように工夫されている。

【００１６】次に、制御回路２について図３及び図４に
基づいて説明する。制御回路２は、前記電磁コイル６に
周波数が連続的に繰り返し変わる励振電流Ｉ₀を供給し
てボルト３に縦振動を与える励振回路と、振動検出器８
の振動信号Ｖ₀に基づきボルト３の共振状態を検出する
共振検出回路とを備えたものである。

【００１７】先ず、前記励振回路について説明する。励
振回路は、１秒程度の繰り返し周期（Ｔ）のランプ状
（鋸歯状）制御電圧Ｖ₁を発生する超低周波発振器２２
と、その連続的に変化する制御電圧Ｖ₁で制御され、周
波数が連続的に変化する電流を発生する電圧制御発振器
（ＶＣＯ）２３とから主として構成されている。更に詳
しくは、電圧制御発振器２３によって発生された周波数
が連続的に変化する正弦波電圧Ｖ₂の回数を計数器２４
で計数して、１００回の内５回又は１０回のみに対応す
る瞬間だけ高レベル（Ｈ）、その他は低レベル（Ｌ）の
計数信号Ｖ₃を発生する。この計数信号Ｖ₃によってア
ナログスイッチ２５を開閉制御して、前記正弦波電圧Ｖ
₂を高レベルのときにのみ通過させる。このアナログス
イッチ２５を通過した励振用電圧波Ｖ₄は、図４(d) に
示すように間歇的である。即ち、励振用電圧波Ｖ₄は、
５／５０波数又は１０／５０波数のみの間歇波である。
そして、この励振用電圧波Ｖ₄を本実施例ではバイアス
補正増幅器２６で前段増幅した後、電流増幅器２７で増
幅して前述の励振電流Ｉ₀を発生するのである。当然、
この励振電流Ｉ₀も間歇波であり、前記励振用電圧波Ｖ
₄と同様な波形である。ここで、前記バイアス補正増幅
器２６では、バイアス電圧も制御している。このバアイ
ス電圧は後述のバイアス電流を与えるもので、非鉄金属
への適用をも可能にするものである。

【００１８】前記励振回路の動作を簡単に説明すれば、
超低周波発振器２２の制御電圧Ｖ₁によって周波数の変
えられる電圧制御発振器２３により、１０ｋＨｚ〜１０
０ｋＨｚ可変の正弦波電圧Ｖ₂を生じ、同時にその振動
波を計数器２４に与えて５／５０又は１０／５０回のパ
ルス（計数信号Ｖ₃）を生じ、そのパルスをアナログス
イッチ２５に与えて５／５０又は１０／５０回の励振用
電圧波Ｖ₄を次段に出力する。そして、直流電流を適当
に付与するためのバイアス補正増幅器２６を通し、次い
で電流増幅器２７で０．５Ａ〜２Ａ（ピーク値）の励振
電流Ｉ₀を前記電磁コイル６に供給するのである。この
励振電流Ｉ₀は電磁コイル６によりボルト３に電磁振動
を付与するものであるが、この励振電流Ｉ₀を上記のよ
うに間歇的に与えることにより共振特性を顕著にすると
ともに、励振電流Ｉ₀を強くしても発熱を小さく抑えら
れるのである。

【００１９】電磁コイル６は、ボルト３の頭部１８又は
他端部１９に非接触（ボビン５は接触している）で置か
れ、励振電流Ｉ₀に応じた電磁振動をボルト３の軸部１
７に与える。ボルト３の振動は、電磁コイル６を巻回し
たボビン５の中心を通ってボルト３の頭部１８又は他端
部１９に接している振動伝達棒９を介して振動検出器８
に伝えられ、該振動検出器８により検出される。そし
て、この振動検出器８によって検出された振動信号Ｖ₀
は制御回路２の共振検出回路に入力される。

【００２０】次に、前述の共振検出回路について説明す
る。共振検出回路は、ボルト３が共振点に達したときの
前記制御電圧Ｖ₁の瞬時値又は共振周波数を検出するも
のである。具体的には、振動検出器８で検出した振動信
号Ｖ₀は増幅器２８で増幅して検波器２９に与えられ
る。このままでは、励振電流波Ｉ₀の誘導が入るので、
これを除去するために増幅器２８の振動増幅信号Ｖ₅を
アナログスイッチ３０を通し、励振電流Ｉ₀が供給され
ている間の信号を除去した後、前記検波器２９に与える
のである。このアナログスイッチ３０の開閉制御は、前
記計数器２４から出力される計数信号Ｖ₃を位相反転器
３１を通して高レベルと低レベルを反転させたゲート信
号Ｖ₆を発生させ、このゲート信号Ｖ₆で行うのであ
る。即ち、アナログスイッチ３０を通すことで、図４
(e) に示した振動増幅信号Ｖ₅から励振電流Ｉ₀による
誘導が除去され、図４(g) に示す振動出力信号Ｖ₇が検
波器２９に供給されるのである。そして、この検波器２
９から出力される検波電圧信号Ｖ₈を平滑器３２に与
え、該平滑器３２で検波電圧信号Ｖ₈を平滑化してボル
ト３の振動の振幅に略比例した振幅信号Ｖ₉を得る。検
波、平滑後の振幅信号Ｖ₉は、共振点で振幅が大きくな
るので、そのピーク値（最大値）をピーク検出器３３で
検出して、ピーク値に達した時点でサンプリングパルス
Ｖ₁₀を発生させる。最後に、前記超低周波発振器２２の
制御電圧Ｖ₁とサンプリングパルスＶ₁₀が入力されたサ
ンプリングホールド３４で、サンプリングパルスＶ₁₀が
発生した瞬間の制御電圧Ｖ₁をサンプリングし、これを
保持して出力信号Ｖｒとして表示器３５に入力する。こ
の表示器３５では、出力信号Ｖｒをそのまま共振点の周
波数に対応する制御電圧Ｖ₁の瞬時値として又は周波数
に変換してアナログ的又はデジタル的に表示する。更に
は、表示器３５と表音器を併用し、表音器で出力信号Ｖ
ｒに比例したトーンの音又は閾値以上又は以下の出力信
号Ｖｒの場合にのみ音を発生することも好ましい。

【００２１】前記表示器３５に表示された値は、ボルト
３の共振周波数に対応しているので、ボルト３の締付状
態に対応した値が表示されることになる。前述の如く、
共振振動数は、ボルト３の軸部１７の張力に応じて変化
するものであるから、例えば多数の正常な締付状態にあ
るボルト３，…の中から緩んだボルト３を見出す場合に
最適である。ボルト３が緩んでいる場合には、共振周波
数が低下するようにずれるから締付具合を判別でき、ま
たボルト３が折損している場合には、共振周波数（出力
信号Ｖｒ）が増加するように大きくずれるので容易に判
別できる。

【００２２】次に、前記ピーク検出器３３の具体例を図
５に基づいて説明する。本実施例のピーク検出器３３
は、計測開始の信号（リモートスイッチ）を与えて振幅
信号Ｖ₉のピーク値をアナログ的に記憶し、次の周期で
再度同じピーク値に達したとき、これを共振点と判別す
るものであり、具体的には平滑器３２の振幅信号Ｖ₉を
二方向に切り替える切替えスイッチ３６と、切替えスイ
ッチ３６のａ接点に接続されたアナログメモリー回路３
７と、アナログメモリー回路３７の出力Ｖ_Aとｂ接点に
切り替えられた際の該ｂ接点の出力Ｖ_B（振幅信号Ｖ₉
そのものである。）とを比較してパルス（サンプリング
パルスＶ₁₀）を発生する比較器３８から構成されてい
る。前記切替えスイッチ３６は、制御回路２のリセット
スイッチに連動し、通常はａ接点が閉じていて、振幅信
号Ｖ₉はアナログメモリー回路３７にアナログ的に記憶
され、比較器３８の負端子に出力Ｖ_Aが常時入力されて
いる。そして、リセットスイッチを作動させている数秒
間だけ、切替えスイッチ３６のｂ接点が閉じて比較器３
８の正端子に出力Ｖ_Bが入力される。アナログメモリー
回路３７に記憶された振幅信号Ｖ₉のピーク値は、次の
周期までに僅かに減少（１〜２％）しているので、次回
のピーク値の一つはこれを越える。従って、この点を比
較器３８で検出してサンプリングパルスＶ₁₀を生じさせ
る。

【００２３】更に詳しくは、前記アナログメモリー回路
３７は、応答性を高めるために二つの演算増幅器３９，
４０を直列に配し、その中間にダイオード４１を配し、
ダイオード４１の順方向側に配したコンデンサ４２に振
幅信号Ｖ₉のピーク値に対応する電圧が蓄えられるので
ある。

【００２４】そして、前記ピーク検出器３３からのサン
プリングパルスＶ₁₀は、サンプリングホールド３４に入
力される。このサンプリングホールド３４は、図５に示
すように、前記サンプリングパルスＶ₁₀によってスイッ
チングされるトランジスタ４３と、該トランジスタ４３
によって制御される双方向アナログＦＥＴ出力形のホト
カプラ４４と、該ホトカプラ４４の一方の出力端子に並
列接続されたコンデンサ４５とから構成されている。前
記サンプリングパルスＶ₁₀は抵抗４６を介してトランジ
スタ４３のベースに入力され、該トランジスタ４３のコ
レクタはホトカプラ４４のカソードに接続され、ホトカ
プラ４４のアノードには所望電流を供給できるように電
源に接続されている。ホトカプラ４４のドレインには前
記超低周波発振器２２から制御電圧Ｖ₁が供給され、ソ
ースには前記コンデンサ４５が接続されるとともに、表
示器３５に接続されている。そして、前記サンプリング
パルスＶ₁₀が入力されている間だけトランジスタ４３が
導通して、発光ダイオードに電流が流れて発光し、それ
に伴ってＦＥＴが導通し、超低周波発振器２２の制御電
圧Ｖ₁の瞬間値でコンデンサ４５が充電され、それが保
持される。つまり、表示器３５は入力インピーダンスが
高ければ、コンデンサ４５に蓄えられた電圧の低下は無
視でき、その電圧が出力信号Ｖｒとして表示器３５に供
給されるのである。勿論、次の測定の前にはリセットス
イッチを操作して、このコンデンサ４５を放電させて初
期状態にするのである。

【００２５】最後に、本発明の装置を用いて実際に締付
状態にあるボルト３を診断した結果を示す。測定対象
は、図６に示すように軸部１７の長さが５０ｍｍのボル
ト３（強力ボルトＭ１２）を用い、その頭部１８とナッ
ト２０の間隔を２５ｍｍと設定した。そして、プローブ
１の先端をボルト３の頭部１８に接触させて行った。励
振電流Ｉ₀の周波数は、超低周波発振器２２の制御電圧
Ｖ₁の最大値、最小値を適宜に設定して２３．８１ｋＨ
ｚ〜１０．８７ｋＨｚの範囲で連続的に変化させた。

【００２６】図７は、正常なボルト３を用いて、三種類
の締付力で締付けたものを測定した結果であり、振幅信
号Ｖ₉を示している。図７(a) は締付力が「弱」、(b)
は締付力が「中」、(c) は締付力が「強」の場合であ
る。この信号には多数の極大が存在し、その原因は明ら
かでないが、おそらくボルト３の軸部１７にはねじが切
られており単純な円柱形状でないこと、このねじが部材
１３，１４の取付孔１５，１６の内壁に一部接触してい
ることにより、単純な縦振動ではないからと推測され
る。しかしながら、最大値（図中に白抜き丸で示してい
る）をみれば、締付力の増加と共に、その共振点が高周
波数側に変位していることが明確である。

【００２７】図８は、前述のボルトと同種のものである
が、ノッチ付きのボルト３を用いて、前記同様に三種類
の締付力で締付けたものを測定した結果である。図８
(a) は締付力が「弱」、(b) は締付力が「中」、(c) は
締付力が「強」の場合である。前記同様に締付力の増加
と共に、その共振点が高周波数側に変位している。

【００２８】最後に、本発明の装置の用途について若干
説明する。既に橋梁などで実用中のボルトの締付力を実
測するのは困難であるが、多数の正常な締付力を保持し
ているものに対し、折損（亀裂）を生じて締付力が減少
している少数のボルトを検出するのに最も適している。
このときは全数検査の内の異常値を示すものを見出せば
よいので、１本当たりの検査時間は３〜５秒程度あれば
十分であり、極めて迅速である。しかも、電磁振動を与
える電磁コイル６はボルト３に対して非接触でよいか
ら、ボルト３の塗装を除去する必要はなく、振動伝達棒
９の先端部も針状とするからこれも塗装の影響はないの
である。

【００２９】

【発明の効果】以上にしてなる本発明のボルト締付診断
装置によれば、締付状態のボルトの頭部又は他端部に電
磁振動を付与するための電磁コイルと、該電磁コイルの
中空部を貫通させ且つ先端をボルトの頭部又は他端部に
接触させた振動伝達棒を介してボルトの縦振動を検出す
る振動検出器とよりなるプローブと、前記電磁コイルに
周波数が連続的に繰り返し変わる励振電流を供給してボ
ルトに縦振動を与える励振回路と、振動検出器の振動信
号に基づきボルトの共振状態を検出する共振検出回路と
を備えた制御装置とよりなるので、ボルトの縦方向共振
振動数が締付力によって変化するといったこれまでの研
究では確認されてなかった原理を利用して、その共振振
動数を測定することで直接真の締付力を測定し、ボルト
の締付け緩み及びクラックの存在を診断することがで
き、また共振振動数はボルトの長さによっても変化し、
ボルトが途中で折損している場合には、その共振振動数
が大きく変化するので、ボルトの折損も診断することが
できる。

【００３０】また、橋梁等の組立時のボルトの締付力の
バラツキは上記の原理からみても１０％以内の精度で容
易に測定できるので、品質管理にも有用である。とりわ
け、プラントのガセット締付のバラツキは安全上から重
要な問題であり、通常は締付トルクで測定しているの
で、摩擦のバラツキはそのまま締付力のバラツキになる
ので、正確な締付力は不明のままであるが、本発明の装
置によりそのようなバラツキを最小にすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】プローブの簡略断面図である。

【図２】締付状態のボルトの緩みを診断する概念を示し
た説明用断面図である。

【図３】制御回路の簡略ブロック図である。

【図４】制御回路の各部の信号波形を示したタイムチャ
ートであり、(a) は制御電圧Ｖ₁、(b) は正弦波電圧Ｖ
₂、(c) は計数信号Ｖ₃、(d) は励振用電圧波Ｖ₄、
(e) は振動増幅信号Ｖ₅、(f) はゲート信号Ｖ₆、(g)
は振動出力信号Ｖ₇、(h)は検波電圧信号Ｖ₈、(i) は
振幅信号Ｖ₉、(j) はサンプリングパルスＶ₁₀をそれぞ
れ示している。

【図５】ピーク検出器とサンプリングホールドの具体例
を示した簡略回路図である。

【図６】本発明の装置を用いて締付状態のボルトを実測
する場合の設定状態を示す部分側面図である。

【図７】締付状態にある正常なボルトを実測し、その振
幅信号Ｖ₉を示したグラフであり、(a) は締付力が
「弱」の場合、(b) は締付力が「中」の場合、(c) は締
付力が「強」の場合を示している。

【図８】締付状態にあるノッチ付きのボルトを実測し、
その振幅信号Ｖ₉を示したグラフであり、(a) は締付力
が「弱」の場合、(b) は締付力が「中」の場合、(c) は
締付力が「強」の場合を示している。

【符号の説明】

１プローブ２制御回路３ボルト４ケース５ボビン６電磁コイル８振動検出器９振動伝達棒１７軸部１８頭部１９他端部２０ナット２２超低周波発振器２３電圧制御発振器２５アナログスイッチ２６バイアス補正増幅器２７電流増幅器２８増幅器２９検波器３０アナログスイッチ３１位相反転器３２平滑器３３ピーク検出器３４サンプリングホールド３５表示器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂本博東京都国分寺市光町２丁目８番地38 財団法人鉄道総合技術研究所内 (56)参考文献特開昭62−261058（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−34444（ＪＰ，Ｕ) 実開昭59−62549（ＪＰ，Ｕ) 実開平１−142832（ＪＰ，Ｕ) 特公昭49−39035（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 29/12 G01M 7/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】締付状態のボルトの頭部又は他端部に電
磁振動を付与するための電磁コイルと、該電磁コイルの
中空部を貫通させ且つ先端をボルトの頭部又は他端部に
接触させた振動伝達棒を介してボルトの縦振動を検出す
る振動検出器とよりなるプローブと、前記電磁コイルに周波数が連続的に繰り返し変わる励振
電流を供給してボルトに縦振動を与える励振回路と、振
動検出器の振動信号に基づきボルトの共振状態を検出す
る共振検出回路とを備えた制御装置と、よりなり、ボルトの共振状態からボルトの締付力の良否
及びクラックの有無を判別してなることを特徴とするボ
ルト締付診断装置。
【請求項２】前記プローブとして、中空ケースの先端
部に形成したボビンに電磁コイルを巻回し、ケース内部
に振動検出器を進退遊動自在となして配するとともに、
基端を振動検出器に連係させた振動伝達棒をボビンの中
心に形成した貫通孔に挿通してその先端を突出させ且つ
ケース内部と振動検出器との間に振動伝達棒が突出する
方向に弾性付勢するばね体を配したプローブを用いてな
る請求項１記載のボルト締付診断装置。
【請求項３】前記制御装置として、ランプ状制御電圧
を発生する超低周波発振器と、その連続的に変化する制
御電圧で制御され、周波数が連続的に変化する励振電流
を発生する電圧制御発振器とから構成される励振回路
と、ボルトが共振点に達したときの前記制御電圧の瞬時
値又は共振周波数を検出する共振検出回路とを備えた制
御装置を用いてなる請求項１記載のボルト締付診断装
置。