JP6821537B2 - Axle force detector - Google Patents
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Description
本発明は、被締結体に締結されるボルトの軸力を検出する軸力検出装置に関するものである。 The present invention relates to an axial force detecting device that detects the axial force of a bolt fastened to an object to be fastened.
自動車などの機械、橋梁などの構造物の組立てには、ねじを用いた締結が必ず使われる。ねじの締結体としての強度は、締め付け力に大きく依存する。一方、ボルト締結体における締結力の管理は、トルクや回転角を用いて一般に締め付け時に行われるだけで、締め付け後にはほとんど行われていない。しかし、機械の作動中に予期しない外力の作用によってボルトが緩み、締め付け力が低下した場合には、疲労破壊の危険性が著しく増加する。したがって、ボルトの破断事故を防止し、ねじ締結体の信頼性を向上するためには、締結後のボルトの締付け力の検出にも注意を払う必要がある。 When assembling machines such as automobiles and structures such as bridges, fastening with screws is always used. The strength of a screw as a fastening body largely depends on the tightening force. On the other hand, the management of the fastening force in the bolted joint is generally performed only at the time of tightening by using torque and the angle of rotation, and is hardly performed after tightening. However, if the bolt loosens due to the action of an unexpected external force during operation of the machine and the tightening force decreases, the risk of fatigue failure increases significantly. Therefore, in order to prevent a bolt breakage accident and improve the reliability of the screw fastener, it is necessary to pay attention to the detection of the tightening force of the bolt after fastening.
特許文献１には、被締結体の挿通孔にボルトを挿入し、挿通孔を貫通したボルトの雄ねじ部にナットを螺合締結することにより、被締結体を狭圧するボルト・ナット締結体にあって、ナット上面に対して、該上面から突出するボルトの雄ねじ部を引張して、ボルトのばね定数の変移点を検出し、該変移点での引張力を締付け力とすることを特徴とするボルト・ナット締結体の締付け力検出方法が開示されている。 Patent Document 1 describes a bolt-nut fastener that narrows the pressure of the object to be fastened by inserting a bolt into the insertion hole of the object to be fastened and screwing and fastening a nut to the male threaded portion of the bolt that penetrates the insertion hole. The male threaded portion of the bolt protruding from the upper surface of the nut is pulled with respect to the upper surface of the nut to detect the transition point of the spring constant of the bolt, and the tensile force at the transition point is used as the tightening force. A method for detecting a tightening force of a bolt / nut fastener is disclosed.
本発明は、被締結体に締結されるボルトの軸力を検出する軸力検出装置の小型化を目的とする。 An object of the present invention is to reduce the size of an axial force detecting device that detects the axial force of a bolt fastened to an object to be fastened.
上記目的を達成するために、本願の発明の軸力検出装置は、（１）被締結体に締結されるボルトの軸力を検出する軸力検出装置において、前記ボルトを引張る引張回転軸と、前記引張回転軸を回転可能に支持する軸受けユニットであって、第１の滑り軸受と、この第１の滑り軸受を挟む位置に配置される一対のメタル製の第２の滑り軸受とからなる軸受ユニットと、前記ボルトの引張り時に前記軸受ユニットを介してスラスト方向に伝達される荷重を軸力として検出する検出部と、を有する。 In order to achieve the above object, the axial force detecting device of the present invention is (1) an axial force detecting device for detecting the axial force of a bolt fastened to a fastened body, the axial force detecting device for pulling the bolt, and a tensile rotation shaft. A bearing unit that rotatably supports the tension rotation shaft, and is a bearing composed of a first sliding bearing and a pair of metal second sliding bearings arranged at positions sandwiching the first sliding bearing. It has a unit and a detection unit that detects as an axial force a load transmitted in the thrust direction via the bearing unit when the bolt is pulled.
（２）前記第２の滑り軸受に接する前記第１の滑り軸受の面は、算術平均粗さＲａが０．０１３〜６．３（μｍ）であり、前記第１の滑り軸受に接する前記第２の滑り軸受の面は、算術平均粗さＲａが０．０１３〜１．６（μｍ）であることを特徴とする上記（１）に記載の軸力検出装置。 (2) The surface of the first slide bearing in contact with the second slide bearing has an arithmetic average roughness Ra of 0.013 to 6.3 (μm), and is in contact with the first slide bearing. The axial force detecting device according to (1) above, wherein the surface of the slide bearing 2 has an arithmetic average roughness Ra of 0.013 to 1.6 (μm).
（３）前記第１の滑り軸受は、カーボン製であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の軸力検出装置。 (3) The axial force detecting device according to (1) or (2) above, wherein the first slide bearing is made of carbon.
（４）前記第１の滑り軸受は、気孔内に金属を含浸させたカーボンにより構成されていることを特徴とする上記（３）に記載の軸力検出装置。 (4) The axial force detecting device according to (3) above, wherein the first slide bearing is made of carbon impregnated with a metal in the pores.
（５）前記引張回転軸は、前記第１の滑り軸受に供給されるオイルを貯留するオイル貯留部を有していることを特徴とする上記（１）乃至（４）のうちいずれか一つに記載の軸力検出装置。 (5) Any one of (1) to (4) above, wherein the tensile rotary shaft has an oil storage portion for storing oil supplied to the first slide bearing. Axial force detector according to.
（６）前記第２の軸受の外径面及び内径面にはそれぞれ、環状に延びるシール部材が設けられていることを特徴とする上記（１）乃至（５）のうちいずれか一つに記載の軸力検出装置。 (6) Described in any one of (1) to (5) above, wherein each of the outer diameter surface and the inner diameter surface of the second bearing is provided with a seal member extending in an annular shape. Axial force detector.
（７）前記検出部の下端部には、軸力検出時に前記被締結体の上動を禁止する押さえ部が設けられており、前記押さえ部により前記被締結体の上動を禁止した状態で、前記引張回転軸は前記ボルトを引張ることを特徴とする上記（１）乃至（６）のうちいずれか一つに記載の軸力検出装置。 (7) At the lower end of the detection unit, a pressing portion for prohibiting the upward movement of the fastened body when the axial force is detected is provided, and the pressing portion prohibits the upward movement of the fastened body. The axial force detecting device according to any one of (1) to (6) above, wherein the tensile rotating shaft pulls the bolt.
（８）前記被締結体の挿通孔を貫通した前記ボルトの雄ねじ部には、ナットが螺合緊締されており、前記検出部の下端部には、軸力検出時に前記ナットの上動を禁止する押さえ部が設けられており、前記押さえ部により前記ナットの上動を禁止した状態で、前記引張回転軸は前記ボルトを引張ることを特徴とする上記（１）乃至（６）のうちいずれか一つに記載の軸力検出装置。 (8) A nut is screwed tightly to the male screw portion of the bolt penetrating the insertion hole of the object to be fastened, and the lower end portion of the detection portion prohibits the nut from moving upward when the axial force is detected. Any one of the above (1) to (6), wherein the tension rotating shaft pulls the bolt in a state where the pressing portion is provided and the nut is prohibited from moving upward by the pressing portion. The axial force detection device according to one.
（９）前記検出部は、前記引張回転軸及び前記軸受ユニットを径方向から包囲する位置に設けられており、前記検出部における前記軸受ユニットの下部には、歪ゲージを収容するセンサ収容部が設けられていることを特徴とする上記（１）乃至（８）のうちいずれか一つに記載の軸力検出装置。 (9) The detection unit is provided at a position surrounding the tensile rotation shaft and the bearing unit in the radial direction, and a sensor accommodating unit for accommodating a strain gauge is provided below the bearing unit in the detection unit. The axial force detecting device according to any one of (1) to (8) above, which is provided.
本発明によれば、ボルトの引張時に発生するスラスト方向の荷重を、滑り軸受を介して検出部により検出する構成となっているため、軸力検出装置を小型化することができる。 According to the present invention, since the load in the thrust direction generated when the bolt is pulled is detected by the detection unit via the slide bearing, the axial force detection device can be miniaturized.
本実施形態の軸力検出装置は、被締結体をボルト・ナット締結体で締結するとともに、被締結体の上面を抑えながらボルトを引っ張ることにより軸力を検出する軸力検出装置である。測定原理の基本的な考え方は、特許第４０２８２５４号と同じである。 The axial force detecting device of the present embodiment is an axial force detecting device that detects an axial force by fastening an object to be fastened with a bolt / nut fastening body and pulling a bolt while holding down the upper surface of the object to be fastened. The basic idea of the measurement principle is the same as that of Japanese Patent No. 4028254.
図１を参照しながら、測定原理について簡潔に説明する。図１は、ボルト・ナット締結体１の概略図である。ボルト・ナット締結体１は、上下に並ぶ被締結体Ｉ、ＩＩの挿通孔ｈにボルト２を挿入し、挿通孔ｈを貫通したボルト２の雄ねじ部３にナット５を螺合緊締することにより、被締結体Ｉ、ＩＩを狭圧してなる。 The measurement principle will be briefly described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic view of a bolt / nut fastening body 1. The bolt / nut fastening body 1 is formed by inserting the bolt 2 into the insertion holes h of the objects to be fastened I and II arranged one above the other and screwing the nut 5 into the male screw portion 3 of the bolt 2 penetrating the insertion hole h. , The objects to be fastened I and II are compressed.
このボルト・ナット締結体１にあって、ボルト２とナット５により被締結体Ｉ、ＩＩが締め付け力Ｆｉで締め付けられると、Ｆｉはボルト２に引張力として作用し、被締結体Ｉ、ＩＩには圧縮力として作用する。本実施形態の軸力検出装置は、このようなボルト・ナット締結体１の締め付け力Ｆｉを軸力として検出する装置である。 In the bolt / nut fastening body 1, when the fastened bodies I and II are tightened by the bolt 2 and the nut 5 with a tightening force Fi, the Fi acts as a tensile force on the bolt 2 and acts on the fastened bodies I and II. Acts as a compressive force. The axial force detecting device of the present embodiment is a device that detects such a tightening force Fi of the bolt / nut fastening body 1 as an axial force.
特許第４０２８２５４号と同様に、締め付け力Ｆｉは点Ａに集中的に作用すると仮定することができる。ボルト２の首下長さＬ、点Ａからボルト２の先端までねじ部長さをｌｅとする。締結後のボルト・ナット締結体１のねじ面では、ボルト２の雄ねじ３とナット５の雌ねじの間にバックラッシュが存在する。この状態で、被締結体Ｉの上面部を押さえて、ナット５からはみ出したボルト２の先端部分（点0）を引張力Ｆで引張る。 Similar to Japanese Patent No. 4028254, it can be assumed that the tightening force Fi acts intensively on the point A. Let le be the length under the neck of the bolt 2 and the length of the threaded portion from the point A to the tip of the bolt 2. On the threaded surface of the bolt-nut fastener 1 after fastening, there is a backlash between the male screw 3 of the bolt 2 and the female screw of the nut 5. In this state, the upper surface portion of the object to be fastened I is pressed, and the tip portion (point 0) of the bolt 2 protruding from the nut 5 is pulled by the tensile force F.
ここでＦは、被締結体Ｉ、ＩＩに圧縮力として作用するので、点０の変位には、ボルト２の伸び量とともに、被締結体Ｉ、ＩＩの圧縮量が含まれる。しかしながら、点０の変位に寄与する量としては、ボルト２の伸び量が支配的になるため、点０の変位をボルト２の伸び量として考えることができる。引張力Ｆが締め付け力Ｆｉより小さい間は、ボルト２は点Ａを起点として着力点０までの長さｌｅの部分で伸びる。この時のボルト２のばね定数をＣｂＡとする。その後、Ｆを増加させて、ＦがＦｉに達すると、ねじ面間のバックラッシュにより、雄ねじと雌ねじのねじ面が離間する。そのときボルト２は、点Ｂを基点としてボルト２の首下全体の長さＬで伸び、ボルト２のばね定数がＣｂＡからＣｂＢに下がる。 Here, since F acts on the objects to be fastened I and II as a compressive force, the displacement at point 0 includes the amount of expansion of the bolt 2 and the amount of compression of the objects to be fastened I and II. However, since the amount of elongation of the bolt 2 is dominant as the amount that contributes to the displacement of the point 0, the displacement of the point 0 can be considered as the amount of elongation of the bolt 2. While the tensile force F is smaller than the tightening force Fi, the bolt 2 extends from the point A at the portion of the length le from the point A to the contact point 0. The spring constant of the bolt 2 at this time is CbA. After that, when F is increased and F reaches Fi, the threaded surfaces of the male and female threads are separated by backlash between the threaded surfaces. At that time, the bolt 2 extends from the point B at the total length L under the neck of the bolt 2, and the spring constant of the bolt 2 decreases from CbA to CbB.
この一連の過程におけるＦとδとの関係を図２に示す。本実施形態の軸力検出装置は、特許第４０２８２５４号に開示された方法と同様に、ボルト２のばね定数がＣｂＡからＣｂＢへ急激に変化するときのＦの値を締め付け力Ｆｉとして検出する。 The relationship between F and δ in this series of processes is shown in FIG. The axial force detecting device of the present embodiment detects the value of F when the spring constant of the bolt 2 suddenly changes from CbA to CbB as the tightening force Fi, similar to the method disclosed in Japanese Patent No. 4028254.
次に、上述の測定原理にしたがって検出処理を行う軸力検出装置の構成について詳細に説明する。図３は、軸力検出装置の断面図である。なお、軸力検出装置に装着されたボルト・ナット締結体１は、一部を省略して図示する。 Next, the configuration of the axial force detection device that performs the detection process according to the above-mentioned measurement principle will be described in detail. FIG. 3 is a cross-sectional view of the axial force detecting device. The bolt / nut fastening body 1 mounted on the axial force detecting device is shown by omitting a part thereof.
軸力検出装置は、引張回転軸１１と、ハンドル部１２と、無給油軸受１３と、止め輪１４と、一対のメタル滑り軸受１５（第２の滑り軸受に相当する）と、カーボン滑り軸受１６（第１の滑り軸受に相当する）と、検出部１７と、プラグ１８と、ラチェットハンドル１９とを含む。なお、一対のメタル滑り軸受１５及びカーボン滑り軸受１６によって、軸受ユニットが構成される。 The axial force detection device includes a tensile rotary shaft 11, a handle portion 12, an oil-free bearing 13, a retaining ring 14, a pair of metal plain bearings 15 (corresponding to a second plain bearing), and a carbon plain bearing 16. (Corresponding to the first slide bearing), a detection unit 17, a plug 18, and a ratchet handle 19. The bearing unit is composed of a pair of metal plain bearings 15 and carbon plain bearings 16.
引張回転軸１１は、手動により軸部１１ａ周りに回転する。なお、本明細書において、軸部１１ａに平行な方向をスラスト方向、軸部１１ａに直交する方向をラジアル方向と称する場合がある。説明の便宜上、引張回転軸１１を、外径寸法に応じて第１縮径部１１ｄ、大径部１１ｅ及び第２縮径部１１ｆに領域分けするものとする。第１縮径部１１ｄは、大径部１１ｅの上側に位置しており、大径部１１ｅよりも小径、かつ、第２縮径部１１ｆよりも大径に形成されている。大径部１１ｅは、第１縮径部１１ｄ及び第２縮径部１１ｆを繋ぐ位置に設けられており、第２縮径部１１ｆの上側に位置している。 The tensile rotation shaft 11 is manually rotated around the shaft portion 11a. In the present specification, the direction parallel to the shaft portion 11a may be referred to as a thrust direction, and the direction orthogonal to the shaft portion 11a may be referred to as a radial direction. For convenience of explanation, the tensile rotary shaft 11 is divided into a first reduced diameter portion 11d, a large diameter portion 11e, and a second reduced diameter portion 11f according to the outer diameter dimension. The first reduced diameter portion 11d is located above the large diameter portion 11e, and is formed to have a smaller diameter than the large diameter portion 11e and a larger diameter than the second reduced diameter portion 11f. The large diameter portion 11e is provided at a position connecting the first reduced diameter portion 11d and the second reduced diameter portion 11f, and is located above the second reduced diameter portion 11f.
引張回転軸１１における第１縮径部１１ｄは、無給油軸受１３によって回転可能に支持されている。無給油軸受１３には、例えば、固体潤滑剤を埋込んだ高力黄銅系合金を用いることができる。無給油軸受１３の外周面には、止め輪１４が組み付けられており、この止め輪１４が検出部１７の上端に設けられる溝部に係合することによって、無給油軸受１３は固定されている。 The first reduced diameter portion 11d of the tensile rotary shaft 11 is rotatably supported by the oil-free bearing 13. For the oil-free bearing 13, for example, a high-strength brass-based alloy in which a solid lubricant is embedded can be used. A retaining ring 14 is assembled on the outer peripheral surface of the oil-free bearing 13, and the retaining ring 14 is fixed by engaging with a groove provided at the upper end of the detection unit 17.
引張回転軸１１における第２縮径部１１ｆの下端部には、軸部１１ａに沿って延びる螺合開口部１１ｂが形成されている。この螺合開口部１１ｂにナット５から突出するボルト２の突出部を螺合させた状態で、引張回転軸１１を回転させることにより、ボルト２にスラスト方向の引張力を付与することができる。 A screw opening 11b extending along the shaft portion 11a is formed at the lower end portion of the second diameter-reduced portion 11f on the tensile rotation shaft 11. A tensile force in the thrust direction can be applied to the bolt 2 by rotating the tension rotation shaft 11 in a state where the protruding portion of the bolt 2 protruding from the nut 5 is screwed into the screw opening 11b.
引張回転軸１１の内部には、オイルが貯留されたオイル貯留部１１ｃが設けられており、このオイル貯留部１１ｃはカーボン滑り軸受１６の内径面に連通する連通通路を備えている。この連通通路を介してオイル貯留部１１ｃに貯留されたオイルを、カーボン滑り軸受１６に供給することができる。なお、オイルは、オイル貯留部１１ｃからカーボン滑り軸受１６に対して自然に染み出すようになっている。 An oil storage portion 11c in which oil is stored is provided inside the tensile rotation shaft 11, and the oil storage portion 11c is provided with a communication passage communicating with the inner diameter surface of the carbon slide bearing 16. The oil stored in the oil storage unit 11c can be supplied to the carbon slide bearing 16 through the communication passage. The oil naturally exudes from the oil storage portion 11c to the carbon slide bearing 16.
検出部１７は、歪ゲージ式のセンサであり、直管形状に形成されるとともに、軸部１１ａに沿って延びている。検出部１７は、引張回転軸１１及び軸受ユニット（メタル滑り軸受１５及びカーボン滑り軸受１６）の外径面を包囲する位置に設けられている。検出部１１の外周面には、径方向内側に向かって凹むセンサ収容部１７ａが環状に延びて形成されている。このセンサ収容部１７ａには、図示しない歪ゲージが収容されている。具体的には、互いに配設方向が９０度異なる二枚の歪ゲージを、センサ収容部１７ａの１８０度異なる位置にそれぞれ配設することが望ましい。言い換えると、４アクティブゲージ法（直交配置法）にしたがって、四枚の歪ゲージを配設することが望ましい。これにより、軸力検出装置の検出精度を高めることができる。センサ収容部１７ａは、センサカバー１７ｂによって閉塞されている。 The detection unit 17 is a strain gauge type sensor, is formed in a straight tube shape, and extends along a shaft portion 11a. The detection unit 17 is provided at a position surrounding the outer diameter surface of the tensile rotary shaft 11 and the bearing unit (metal slide bearing 15 and carbon slide bearing 16). On the outer peripheral surface of the detection unit 11, a sensor accommodating portion 17a that is recessed inward in the radial direction is formed so as to extend in an annular shape. A strain gauge (not shown) is accommodated in the sensor accommodating portion 17a. Specifically, it is desirable to dispose two strain gauges having different disposition directions by 90 degrees from each other at 180 degrees different positions of the sensor accommodating portion 17a. In other words, it is desirable to arrange four strain gauges according to the four active gauge method (orthogonal arrangement method). As a result, the detection accuracy of the axial force detecting device can be improved. The sensor accommodating portion 17a is closed by the sensor cover 17b.
検出部１７の内径面には、第１の段差形状部１７ｃ及び第２の段差形状部１７ｄが形成されている。第２の段差形状部１７ｄは、検出部１７の下端部に位置しており、径方向における寸法がナット５よりも大きく形成されており、高さ方向における寸法がナット５よりも大きく形成されている。つまり、ナット５は、第２の段差形状部１７ｄに対して非接触となる位置に配置されている。第２段差形状部１７ｄは、検出部１７のうちナット５から突出するボルト２の突出部に対向する部分よりも大径に形成されている。 A first step-shaped portion 17c and a second step-shaped portion 17d are formed on the inner diameter surface of the detection unit 17. The second step-shaped portion 17d is located at the lower end portion of the detection portion 17, has a radial dimension larger than the nut 5, and a height dimension larger than the nut 5. There is. That is, the nut 5 is arranged at a position where it is not in contact with the second step-shaped portion 17d. The second stepped shape portion 17d is formed to have a larger diameter than the portion of the detection portion 17 facing the protruding portion of the bolt 2 protruding from the nut 5.
第２の段差形状部１７ｄは、ナット５の下面に接する被締結体Ｉに対して接触しており、軸力検出時に被締結体Ｉを押さえる機能を有している。 The second stepped shape portion 17d is in contact with the fastened body I in contact with the lower surface of the nut 5, and has a function of pressing the fastened body I when the axial force is detected.
メタル滑り軸受１５は、スラスト方向において、カーボン滑り軸受１６を挟む位置に設けられている。ここで、下端側のメタル滑り軸受１５は第１の段差形状部１７ｃの下端部に接しており、上端側のメタル滑り軸受１５は引張回転軸１１の大径部１１ｅに接している。 The metal slide bearing 15 is provided at a position sandwiching the carbon slide bearing 16 in the thrust direction. Here, the metal slide bearing 15 on the lower end side is in contact with the lower end portion of the first stepped shape portion 17c, and the metal slide bearing 15 on the upper end side is in contact with the large diameter portion 11e of the tensile rotary shaft 11.
メタル滑り軸受１５の外径面には、周方向に延びる環状溝部が形成されており、この環状溝部にはシール部材１５ａ（例えば、Ｏリング）が取り付けられている。また、径方向においてメタル滑り軸受１５に対向する第２縮径部１１ｆの対向面には、環状溝部が形成されており、この環状溝部にもシール部材１１ｆ1（例えば、Ｏリング）が取り付けられている。上述の構成によれば、カーボン滑り軸受１６に供給されたオイルが軸力検出装置の外部に流出することを抑制できる。 An annular groove portion extending in the circumferential direction is formed on the outer diameter surface of the metal slide bearing 15, and a seal member 15a (for example, an O-ring) is attached to the annular groove portion. Further, an annular groove portion is formed on the facing surface of the second reduced diameter portion 11f facing the metal slide bearing 15 in the radial direction, and a seal member 11f1 (for example, an O-ring) is also attached to this annular groove portion. There is. According to the above configuration, it is possible to prevent the oil supplied to the carbon slide bearing 16 from flowing out to the outside of the axial force detecting device.
メタル滑り軸受１５には、公知の材料を用いることができる。具体的には、合金工具鋼材であるＳＫＤ１１、ニッケルクロムモリブデン鋼の一種であるＳＮＣＭ４３９、クロムモリブデン鋼鋼材の一種であるＳＣＭ４４０、炭素鋼鋼材の一種であるＳ５０Ｃ等を用いて、メタル滑り軸受１５を形成することができる。 A known material can be used for the metal slide bearing 15. Specifically, the metal sliding bearing 15 is formed by using SKD11 which is an alloy tool steel material, SNCM439 which is a kind of nickel chrome molybdenum steel, SCM440 which is a kind of chrome molybdenum steel, S50C which is a kind of carbon steel. Can be formed.
ここで、手動により回転動作する引張回転軸１１は回転速度が遅いため、軸受に加わる荷重の方向はスラスト方向が支配的となる。すなわち、設計思想として、ラジアル方向の荷重よりもスラスト方向の荷重を考慮する必要があり、軸受１６にはスラスト方向の荷重を面で受圧することが可能な滑り軸受が用いられる。転がり軸受の場合、アウターレース、転動体及びインナーレースからなる３層構造となるため、これを軸受に用いた場合には、軸力検出装置が大型化する。これに対して、本実施形態では、軸受１６を直管形状（言い換えると、ブシュ形状）からなる滑り軸受によって構成しているため、軸力検出装置を小型化できる。 Here, since the tensile rotation shaft 11 that manually rotates is slow in rotation speed, the direction of the load applied to the bearing is dominated by the thrust direction. That is, as a design concept, it is necessary to consider the load in the thrust direction rather than the load in the radial direction, and the bearing 16 uses a slide bearing capable of receiving the load in the thrust direction on the surface. In the case of a rolling bearing, since it has a three-layer structure composed of an outer race, a rolling element and an inner race, when this is used for the bearing, the axial force detecting device becomes large. On the other hand, in the present embodiment, since the bearing 16 is formed of a slide bearing having a straight pipe shape (in other words, a bush shape), the axial force detection device can be miniaturized.
カーボン滑り軸受１６には、例えば、カーボン気孔内に金属を含浸させた金属含浸質の軸受を用いることができる。また、これに代えて、カーボン気孔内に樹脂を含浸させた樹脂含浸質の軸受を用いることができる。これにより、カーボン滑り軸受１６の圧縮強さが所定値以上に高められ、スラスト方向の荷重に対して強い軸受構造とすることができる。なお、カーボン滑り軸受１６をメタルによって構成してもよい。この場合、メタル滑り軸受１５と同様の材料を用いて、滑り軸受１６を構成することができる。 As the carbon slide bearing 16, for example, a metal-impregnated bearing in which the carbon pores are impregnated with metal can be used. Further, instead of this, a resin-impregnated bearing in which the carbon pores are impregnated with resin can be used. As a result, the compressive strength of the carbon slide bearing 16 is increased to a predetermined value or more, and the bearing structure can be made strong against the load in the thrust direction. The carbon slide bearing 16 may be made of metal. In this case, the slide bearing 16 can be constructed by using the same material as the metal slide bearing 15.
ここで、前記所定値は、２００ＭＰａ、好ましくは３００ＭＰａ、より好ましくは４００ＭＰａである。特に、金属含浸質の軸受を用いてカーボン滑り軸受１６を構成した場合には、圧縮強さが４００ＭＰａ以上に高められるため、好ましい。 Here, the predetermined value is 200 MPa, preferably 300 MPa, and more preferably 400 MPa. In particular, when the carbon slide bearing 16 is constructed using a metal-impregnated bearing, the compressive strength is increased to 400 MPa or more, which is preferable.
カーボン滑り軸受１６は、銅粉、合成樹脂、コールタールピッチ、コークス等を出発原料とし、これらの出発原料を粉砕、混合した後加熱し、加熱後に再び粉砕した後、ふるい分けによる粒度調整を行い、粒度調整後に成形、焼成することにより得ることができる。 The carbon slide bearing 16 uses copper powder, synthetic resin, coal tar pitch, coke, etc. as starting materials, and these starting materials are crushed, mixed, heated, heated, crushed again, and then the particle size is adjusted by sieving. It can be obtained by molding and firing after adjusting the particle size.
カーボン滑り軸受１６のスラスト方向の面（つまり、メタル滑り軸受１５に接する面）における表面粗さは、好ましくは、算術平均粗さＲａが０．０１３〜６．３（μｍ）である。カーボン滑り軸受１６の表面を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：：Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により観察し、ＪＩＳＢ０６０１−２００１に準拠して算術平均粗さＲａを算出することができる。カーボン滑り軸受１６の表面粗さを調整する方法として、例えば研削加工を用いることができる。 The surface roughness of the surface of the carbon plain bearing 16 in the thrust direction (that is, the surface in contact with the metal plain bearing 15) is preferably an arithmetic mean roughness Ra of 0.013 to 6.3 (μm). The surface of the carbon plain bearing 16 can be observed with an atomic force microscope (AFM :: Atomic Force Microscope), and the arithmetic mean roughness Ra can be calculated according to JISB0601-2001. As a method of adjusting the surface roughness of the carbon slide bearing 16, for example, grinding can be used.
メタル滑り軸受１５のスラスト方向の面（つまり、カーボン滑り軸受１６に接する面）における表面粗さは、好ましくは、算術平均粗さＲａが０．０１３〜１．６（μｍ）である。算術平均粗さＲａの測定方法は、カーボン滑り軸受１６の場合と同様である。メタル滑り軸受１５の表面粗さを調整する方法として、例えばラッピング処理を用いることができる。 The surface roughness of the surface of the metal slide bearing 15 in the thrust direction (that is, the surface in contact with the carbon slide bearing 16) is preferably an arithmetic average roughness Ra of 0.013 to 1.6 (μm). The method for measuring the arithmetic mean roughness Ra is the same as for the carbon slide bearing 16. As a method of adjusting the surface roughness of the metal slide bearing 15, for example, a lapping process can be used.
上述のようにメタル滑り軸受１５及びカーボン滑り軸受１６の表面粗さを調整しておくことにより、メタル滑り軸受１５とカーボン滑り軸受１６との間に介在するオイルの表面張力を利用して、カーボン滑り軸受１６及びメタル滑り軸受１５を一定の貼着強度で貼着することができる。すなわち、カーボン滑り軸受１６及びメタル滑り軸受１５の接触面圧がより均一化するため、耐摩耗性を向上することができる。これにより、摩擦係数を低い値に安定化できるため、軸力検出の精度を高めることができる。 By adjusting the surface roughness of the metal plain bearing 15 and the carbon plain bearing 16 as described above, carbon can be utilized by utilizing the surface tension of the oil interposed between the metal plain bearing 15 and the carbon plain bearing 16. The slide bearing 16 and the metal slide bearing 15 can be attached with a constant attachment strength. That is, since the contact surface pressures of the carbon slide bearing 16 and the metal slide bearing 15 are more uniform, the wear resistance can be improved. As a result, the coefficient of friction can be stabilized to a low value, so that the accuracy of axial force detection can be improved.
次に、図３を参照しながら、軸力検出装置の動作について説明する。初期状態において、ボルト２の雄ねじ部３は引張回転軸１１の螺合開口部１１ｂに螺合しているものとする。引張回転軸１１を回転させると、ボルト２が上側に引っ張られる。この時、第２の段差形状部１７ｄ（押さえ部に相当する）によって被締結体Ｉの上面が押さえられているため、ボルト２のみが引っ張られる状態となる。 Next, the operation of the axial force detecting device will be described with reference to FIG. In the initial state, it is assumed that the male screw portion 3 of the bolt 2 is screwed into the screw opening 11b of the tensile rotation shaft 11. When the tensile rotation shaft 11 is rotated, the bolt 2 is pulled upward. At this time, since the upper surface of the object to be fastened I is pressed by the second step-shaped portion 17d (corresponding to the pressing portion), only the bolt 2 is pulled.
この時、矢印で示す荷重が、メタル滑り軸受１５及びカーボン滑り軸受１６を介して、検出部１７の歪ゲージを変形させ、締め付け力が検出される。検出部１７で検出された締め付け力は、プラグ１８に伝達され、図示しない表示部に軸力として表示される。 At this time, the load indicated by the arrow deforms the strain gauge of the detection unit 17 via the metal slide bearing 15 and the carbon slide bearing 16, and the tightening force is detected. The tightening force detected by the detection unit 17 is transmitted to the plug 18 and displayed as an axial force on a display unit (not shown).
（変形例１）
上述の実施形態では、被締結体Ｉを押さえた状態でボルト２に引張力を付与したが、本発明はこれに限るものではない。図４は、本変形例１の軸力検出装置の断面図である。上記実施形態と機能が共通する要素には、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
(Modification example 1)
In the above-described embodiment, a tensile force is applied to the bolt 2 while the object to be fastened I is held down, but the present invention is not limited to this. FIG. 4 is a cross-sectional view of the axial force detecting device of the present modification 1. Elements having the same function as those of the above-described embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
同図を参照して、本変形例１の第２の段差形状部１７ｄ´と被締結体Ｉとの間には、上下方向に隙間Ｓが形成されている。また、ナット５の天面に対して、第２の段差形状部１７ｄ´は接触し、引張回転軸１１は接触していない。 With reference to the figure, a gap S is formed in the vertical direction between the second step-shaped portion 17d'of the first modification 1 and the object to be fastened I. Further, the second step-shaped portion 17d'is in contact with the top surface of the nut 5, and the tensile rotation shaft 11 is not in contact with the top surface.
上述の構成において、引張回転軸１１を回転させると、第２の段差形状部１７ｄ´によってナット５が押さえられた状態で、ボルト２のみが引っ張られる。この時、矢印で示す荷重が、メタル滑り軸受１５及びカーボン滑り軸受１６を介して、検出部１７の歪ゲージを変形させ、締め付け力を検出することができる。 In the above configuration, when the tensile rotation shaft 11 is rotated, only the bolt 2 is pulled while the nut 5 is held by the second step-shaped portion 17d'. At this time, the load indicated by the arrow deforms the strain gauge of the detection unit 17 via the metal slide bearing 15 and the carbon slide bearing 16, and the tightening force can be detected.
（変形例２）
図５は、本変形例２のボルト等の斜視図である。同図を参照して、筒状体１１０は、底部１１１を有し、底部１１１から軸方向に延びる壁部１１２によって中空状に形成されている。底部１１１と対向する壁部１１２の端部は開口している。底部１１１は、ボルト頂部ＢＡの径Ｗ１とほぼ同じ大きさを有し、ボルト軸部ＢＢが挿通される貫通孔１１１ａが形成されている。貫通孔１１１ａは、ボルト頂部ＢＡの径Ｗ１よりも小さい径Ｗ２に形成されている。
(Modification 2)
FIG. 5 is a perspective view of a bolt or the like of the present modification 2. With reference to the figure, the tubular body 110 has a bottom portion 111, and is formed in a hollow shape by a wall portion 112 extending in the axial direction from the bottom portion 111. The end of the wall 112 facing the bottom 111 is open. The bottom portion 111 has substantially the same size as the diameter W1 of the bolt top portion BA, and a through hole 111a through which the bolt shaft portion BB is inserted is formed. The through hole 111a is formed in a diameter W2 smaller than the diameter W1 of the bolt top BA.
筒状体１１０には、底部１１１及び壁部（周壁部）１１２によって、内径がボルト頂部ＢＡの径Ｗ１とほぼ同じ大きさのスペースＳが形成されており、スペースＳには、ボルト頂部ＢＡが収納される。スペースＳは、貫通孔１１１ａが形成された底部１１１と対向する開口部１１３からボルト軸部ＢＢを貫通孔１１１ａに挿通させるように挿入されたボルト頂部ＢＡを収容可能な空間である。 In the tubular body 110, a space S having an inner diameter substantially the same as the diameter W1 of the bolt top BA is formed by the bottom 111 and the wall (peripheral wall) 112, and the space S has the bolt top BA. It is stored. The space S is a space capable of accommodating the bolt top BA inserted so as to insert the bolt shaft portion BB into the through hole 111a from the opening 113 facing the bottom portion 111 on which the through hole 111a is formed.
また、スペースＳにおいて、壁部１１２の内壁には、開口部１１３から底部１１１に向かって所定深さの雌ねじ部１１２ａが形成されており、ボルト頂部ＢＡと共に後述する連結部材１２０の第１雄ねじ部１２１を収容することができる。雌ねじ部１１２ａは、ボルト頂部ＢＡが底部１１１に当接した状態でボルト頂部ＢＡの上端面ｔ１と開口部１１３の開口面との間の領域に形成されている。なお、開口部１１３から底部１１１にかけて内壁全体に雌ねじ部１１２ａを形成してもよい。 Further, in the space S, a female screw portion 112a having a predetermined depth is formed from the opening 113 toward the bottom 111 on the inner wall of the wall portion 112, and the first male screw portion of the connecting member 120 described later together with the bolt top BA. 121 can be accommodated. The female screw portion 112a is formed in a region between the upper end surface t1 of the bolt top BA and the opening surface of the opening 113 in a state where the bolt top BA is in contact with the bottom 111. A female screw portion 112a may be formed on the entire inner wall from the opening 113 to the bottom 111.
連結部材１２０は、ねじ径Ｗ３を有し、ボルト頂部ＢＡが収容された状態で筒状体１２０の雌ねじ部１１２ａとねじ嵌合する第１雄ねじ部１２１と、第１雄ねじ部１２１と一体に形成され、ねじ径Ｗ３よりも小さいねじ径Ｗ４を有し、引張回転軸１１の螺合開口部１１ｂとねじ嵌合する第２雄ねじ部１２２と、を含んで構成される。第２雄ねじ部１２２は、第１雄ねじ部１２１の上端面ｔ２から突出するように一体成形されている。なお、図５（ｂ）の例では、第２雄ねじ部１２２の端部は、六角凸部に形成されているが、これに限らず四角形や凹形状などの他の形状であってもよい。 The connecting member 120 has a screw diameter W3 and is integrally formed with a first male screw portion 121 and a first male screw portion 121 that screw-fit with the female screw portion 112a of the tubular body 120 in a state where the bolt top BA is accommodated. A second male screw portion 122 having a screw diameter W4 smaller than the screw diameter W3 and screw-fitting with the screw opening 11b of the tensile rotary shaft 11 is included. The second male threaded portion 122 is integrally molded so as to protrude from the upper end surface t2 of the first male threaded portion 121. In the example of FIG. 5B, the end portion of the second male screw portion 122 is formed as a hexagonal convex portion, but the present invention is not limited to this and may have another shape such as a quadrangular shape or a concave shape.
図６に示すように、本実施形態の筒状体１１０は、ボルトＢと共に被締結体Ｉ，ＩＩに予め締結される。なお、被締結体Ｉ，ＩＩにはそれぞれ、孔Ｈ１ａ，Ｈ２ａが形成されており、孔Ｈ２ａにはねじ溝が切られている。具体的には、ボルトＢのボルト頂部ＢＡに形成された六角穴ＢＡａに六角レンチ等の締結工具を取り付けて回転させることにより、ボルトＢを被締結体Ｉ，ＩＩに締結することができる。 As shown in FIG. 6, the tubular body 110 of the present embodiment is pre-fastened to the objects to be fastened I and II together with the bolt B. Holes H1a and H2a are formed in the objects to be fastened I and II, respectively, and a thread groove is formed in the holes H2a. Specifically, the bolt B can be fastened to the objects to be fastened I and II by attaching a fastening tool such as a hexagon wrench to the hexagonal hole BAa formed in the bolt top BA of the bolt B and rotating the bolt B.
次に、連結部材１２０の第１雄ねじ部１２１を、筒状体１１０の開口部１１３に挿入してねじ嵌合させ、筒状体１１０に連結部材１２０を固定するとともに、第２雄ねじ部１２２を引張回転軸１１の螺合開口部１１ｂに螺合させる。上述の構成において、第２の段差形状部１７ｄを被締結体Ｉに当接させて被締結体Ｉの上動を禁止した状態で、引張回転軸１１ｂを回転させることにより、軸力を検出することができる。 Next, the first male screw portion 121 of the connecting member 120 is inserted into the opening 113 of the tubular body 110 and screw-fitted to fix the connecting member 120 to the tubular body 110, and the second male screw portion 122 is inserted. It is screwed into the screw opening 11b of the tension rotation shaft 11. In the above configuration, the axial force is detected by rotating the tensile rotation shaft 11b in a state where the second stepped shape portion 17d is brought into contact with the fastened body I and the upward movement of the fastened body I is prohibited. be able to.
１ ボルト・ナット締結体 ２ ボルト ３ 雄ねじ部 ５ ナット
１１ 引張回転軸１１ １１ａ 軸部 １１ｂ 螺合開口部
１１ｃ オイル貯留部 １１ｄ 第１縮径部 １１ｅ 大径部
１１ｆ 第２縮径部 １２ ハンドル部 １３ 無給油軸受 １４ 止め輪
１５ メタル滑り軸受 １５ａ 環状溝部 １６ カーボン滑り軸受
１６ａ 環状溝部 １７ 検出部 １７ａ センサ収容部 １７ｂ センサカバー１７ｃ 第１の段差形状部 １７ｄ １７ｄ´ 第２の段差形状部 １８ プラグ
１９ ラチェットハンドル
1 Bolt / nut fastener 2 Bolt 3 Male thread 5 Nut 11 Tensile rotation shaft 11 11a Shaft 11b Screw opening
11c Oil storage part 11d First reduced diameter part 11e Large diameter part
11f 2nd diameter reduction part 12 Handle part 13 Oil-free bearing 14 Retaining ring
15 Metal plain bearing 15a Annular groove 16 Carbon plain bearing
16a Circular groove 17 Detection unit 17a Sensor housing 17b Sensor cover 17c First step shape 17d 17d'Second step shape 18 Plug
19 ratchet handle
Claims (9)
前記ボルトを引張る引張回転軸と、
前記引張回転軸を回転可能に支持する軸受ユニットであって、第１の滑り軸受と、この第１の滑り軸受を挟む位置に配置される一対のメタル製の第２の滑り軸受とからなる軸受ユニットと、
前記ボルトの引張り時に前記軸受ユニットを介してスラスト方向に伝達される荷重を軸力として検出する検出部と、
を有する軸力検出装置。 In an axial force detecting device that detects the axial force of a bolt fastened to a fastened body,
A tensile rotation shaft that pulls the bolt and
A bearing unit that rotatably supports the tension rotation shaft, and is a bearing composed of a first slide bearing and a pair of metal second slide bearings arranged at positions sandwiching the first slide bearing. With the unit
A detection unit that detects as an axial force the load transmitted in the thrust direction via the bearing unit when the bolt is pulled.
Axial force detector with.
前記第１の滑り軸受に接する前記第２の滑り軸受の面は、算術平均粗さＲａが０．０１３〜１．６（μｍ）であることを特徴とする請求項１に記載の軸力検出装置。 The surface of the first plain bearing in contact with the second plain bearing has an arithmetic mean roughness Ra of 0.013 to 6.3 (μm).
The axial force detection according to claim 1, wherein the surface of the second slide bearing in contact with the first slide bearing has an arithmetic mean roughness Ra of 0.013 to 1.6 (μm). apparatus.
前記押さえ部により前記被締結体の上動を禁止した状態で、前記引張回転軸は前記ボルトを引張ることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一つに記載の軸力検出装置。 At the lower end of the detection portion, a pressing portion that prohibits the upward movement of the fastened body when the axial force is detected is provided.
The axial force detecting device according to any one of claims 1 to 6, wherein the tension rotating shaft pulls the bolt while the holding portion prohibits the upward movement of the object to be fastened.
前記検出部の下端部には、軸力検出時に前記ナットの上動を禁止する押さえ部が設けられており、
前記押さえ部により前記ナットの上動を禁止した状態で、前記引張回転軸は前記ボルトを引張ることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一つに記載の軸力検出装置。 A nut is screwed and tightened to the male threaded portion of the bolt that penetrates the insertion hole of the object to be fastened.
At the lower end of the detection unit, a holding portion that prohibits the nut from moving upward when the axial force is detected is provided.
The axial force detecting device according to any one of claims 1 to 6, wherein the tension rotating shaft pulls the bolt in a state where the nut is prohibited from moving upward by the holding portion.
前記検出部における前記軸受ユニットの下部には、歪ゲージを収容するセンサ収容部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか一つに記載の軸力検出装置。 The detection unit is provided at a position that surrounds the tensile rotation shaft and the bearing unit in the radial direction.
The axial force detecting device according to any one of claims 1 to 8, wherein a sensor accommodating portion accommodating a strain gauge is provided below the bearing unit in the detecting unit.
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