JP7160422B1 - 軸力検出装置 - Google Patents
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Abstract
Description
締結力の管理は、トルクや回転角を測定して一般に締め付け時に行われるだけであり、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させるためには、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。
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・ナット締結体において、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。
式(1)により定義されるTrlは、式(2)により定義されるTslよりも小さく設定されていることを特徴とする軸力検出装置。
Trl=Ft/2×(d2t/cosαt×μst-Pt/π)・・・・・式(1)
ただし、Ft:締結体の引張力、d2t:接続部材の第2ネジ部の有効径、αt:接続部材の第2ネジ部のねじ山半角、μst:接続部材の第2ネジ部のネジ面の摩擦係数、Pt:接続部材の第2ネジ部の1回転あたりの送り量である。
Tsl=Fb/2×(d2b/cosαb×μsb-Pb/π)・・・・・式(2)
ただし、Fb:締結体の軸力、d2b:締結体のネジ軸部の有効径、αb:締結体のネジ軸部のねじ山半角、μsb:締結体のネジ軸部のネジ面の摩擦係数、Pb:締結体のネジ軸部の1回転当たりの送り量である。
Trl=Ft/2×(d2t/cosαt×μst-Pt/π)・・・・・式(1)
ただし、Ft:締結体の引張力、d2t:締結体又は締結部品の第2ネジ部の有効径、αt:締結体又は締結部品の第2ネジ部のねじ山半角、μst:締結体又は締結部品の第2ネジ部のネジ面の摩擦係数、Pt:締結体又は締結部品の第2ネジ部の1回転あたりの送り量である。
Tsl=Fb/2×(d2b/cosαb×μsb-Pb/π)・・・・・式(2)
ただし、Fb:締結体の軸力、d2b:締結体のネジ軸部の有効径、αb:締結体のネジ軸部のねじ山半角、μsb:締結体のネジ軸部のネジ面の摩擦係数、Pb:締結体のネジ軸部の1回転当たりの送り量である。
本実施形態の軸力検出装置は、被締結体をボルト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(締結体に相当する)を引っ張る装置であり、ボルトの軸力(言い換えると、ボルトの締結力)検出に用いられる。軸力検出の基本的な考え方は、特許第4028254号に記載された内容と同様である。
1条ネジの場合、図2に図示するように、ネジピッチが送り量に相当する。2条ネジの場合、図2に図示するように、ネジピッチの2倍が送り量に相当する。
接続部材2には、ボルト10よりも引張強度が高い材料を用いることができる。これにより、軸力検出の際に、接続部材2が塑性変形することを防止できる。
(条件1):ボルト頭部12の外周面1周以上の長さを有する第4雄ネジ部12aに第1雌ネジ部21a1が螺合すること
(条件2):接続部材2の下端部と被締結体H1との間にクリアランスが形成されていること
Trl=Ft/2×(d2t/cosαt×μst-Pt/π)・・・・・式(1)
ただし、Ft:ボルト10の引張力、d2t:接続部材2の第2雄ネジ部22aの有効径、αt:接続部材2の第2雄ネジ部22aのねじ山半角、μst:接続部材2の第2雄ネジ部22aのネジ面の摩擦係数、Pt:接続部材2の第2雄ネジ部22aの1回転あたりの送り量、である。
Tsl=Fb/2×(d2b/cosαb×μsb-Pb/π)・・・・・式(2)
ただし、Fb:ボルト10の軸力、d2b:ボルトネジ軸部11の有効径、αb:ボルトネジ軸部11のねじ山半角、μsb:ボルトネジ軸部11のネジ面の摩擦係数、Pb:ボルトネジ軸部11のネジの1回転当たりの送り量、である。
ここで、接続部材2の第2雄ネジ部22aの有効径d2tを、ボルトネジ軸部11の有効径d2bより大きくしても、送り量Ptを送り量Pbより十分に大きくしておけば、TslをTrlより大きくすることができる。接続部材2の第2雄ネジ部22aの有効径d2tを大きくすることにより、接続部材2の破損などを効果的に抑制することができる(後述する他の実施形態及び変形例についても、同様である)。
なお、式(1)及び式(2)のFt及びFbは、略同一である。
図5に示すように、ボルト10は、ボルト頭部に六角穴102aが形成された六角穴付きボルト100であってもよい。ボルトネジ軸部101には雄ネジ部が形成されている。
ボルト頭部102の側面には第4雄ネジ部102bが周方向に途切れることなく連続的に形成されている。軸力検出は、ボルト頭部102の第4雄ネジ部102bを接続部材2の第1雌ネジ部21a1に螺合させた状態で行うことができる。
図6に示すように、ボルト10は、四角ボルトからなるボルト200であってもよい。
ボルトネジ軸部201には雄ネジ部が形成されている。ボルト頭部202の側面には第4雄ネジ部202aが周方向に間欠的に形成されている。すなわち、個々の第4雄ネジ部202aは、ボルト頭部202の側面における曲げ形状部に形成されている。軸力検出は、ボルト頭部202の第4雄ネジ部202aを接続部材2の第1雌ネジ部21a1に螺合させた状態で行うことができる。図示例では、ボルト頭部202の側面における上端から下端までの全体に亘って、第4雄ネジ部202aが形成されているが、本発明はこれに限るものではなく、第1実施形態の図3(b)に図示するように、上端から下端までの一部に形成されていてもよい。
図7(a)及び図8を参照しながら、第1実施形態の変形例3について説明する。本実施形態では、フランジボルトが用いられる。図7(a)はフランジボルトの斜視図である。図8は、軸力検出装置の概略図である。
図9(a)を参照しながら、第1実施形態の変形例4について説明する。図9(a)は、図1に対応しており、テンション受部4が被締結体H1に当接した直後の状態を示している。本実施形態では、ボルト頭部12と被締結体H1との間に、座金50を介在させている。座金50は、平板状に形成された通常の平座金であり、テンション中空部41の内径よりも径寸法が小さく設定されており、接続部材2の下端部と座金50との間には、微小なクリアランスが形成されている。接続部材2の下端部が座金50に圧接した状態で軸力検出を行うと、検出誤差が大きくなる。すなわち、接続部材2の下端部と座金50との間に微小なクリアランスを形成した状態で軸力検出を行うことにより、検出誤差を少なくすることができる。なお、図9(a)において、座金50の平面方向における寸法を拡大し、テンション受部4と被締結体H1との間に、座金50を介在させてもよい(この点については、他の実施形態及び他の変形例においても同様である。)。この場合、テンション受部4は、座金50を介して、ボルト引っ張り時の反力を受けることになる。
図9(b)は本変形例5の軸力検出装置の概略図であり、テンション受部4が被締結体H1に当接した直後の状態を示している。接続部材中空部21aは、大径中空部211a及び小径中空部212aからなる上下二段構成となっており、大径中空部211aの上端部及び小径中空部212aの下端部が連接されている。小径中空部212aの内周面には、雌ネジ部212a1が形成されている。
上述の実施形態では、座金50を平板状に形成したが、本発明はこれに限るものでない。図9(c)は、本変形例の座金52の斜視図である。座金52は、ロゼットワッシャであり、下端平板部52aには、上方に向かってドーム状に延びる曲面部52bが形成されている。本変形例において、座金52の曲面部52bと大径中空部211aが当接した時に、接続部材2と被締結体H1との間にクリアランスが形成されるように構成してもよい。なお、曲面部52bに凹部又は凸部が形成されている場合、当該凹部又は凸部に当接したときに、接続部材2と被締結体H1との間にクリアランスが形成されるように構成してもよい。また、座金52は、円錐台形状であってもよい。この場合、座金52のテーパ面と大径中空部211aが当接した時に、接続部材2と被締結体H1との間にクリアランスが形成されるように構成してもよい。なお、当該テーパ面に凹部又は凸部が形成されている場合、当該凹部又は凸部に当接したときに、接続部材2と被締結体H1との間にクリアランスが形成されるように構成してもよい。
図10を参照しながら、第1実施形態の変形例7について説明する。図10は、テンション受部4が保護プレート60に当接した直後の状態を示している。すなわち、ボルト頭部12及びテンション受部4と被締結体H1との間に、保護プレート60を介在させることができる。保護プレート60は、ボルトネジ軸部11を挿通させるための開口部を有しており、テンション受部4の外径よりも径寸法が大きく設定されている。そのため、ハンドル5を回転させてテンション受部4を下動させた時に、テンション受部4の当接する部材は被締結体H1ではなく保護プレート60となる。この場合、被締結体H1から加わる軸力検出時の反力は、保護プレート60を介してテンション受部4に伝達される。
本例によれば、保護プレート61の径方向における肉厚を調整(言い換えると、被締結体H1及び保護プレート61の接触面積を調整)することにより、ボルト頭部12の直下における被締結体H1の変形量と、保護プレート61の直下における被締結体H1の変形量とを略同じにすることができる。すなわち、引張機構3による引張を開始する前における、ボルト頭部12直下の被締結体H1の変形量をS1、引張機構3により引張を開始した後における、保護プレート61の直下の被締結体H1の変形量をS2としたときに、これらの変形量S1及びS2が互いに略等しくなるように、被締結体H1に対する保護プレート61の接触面積を調整しておくことが望ましい。なお、変形量S1及びS2は、ボルト10の軸方向における変形量のことである。ただし、保護プレート61は、テンション受部4の一部として設けられていてもよい。この場合、被締結体H1に接触するテンション受部4の当接部(言い換えると、下端部)の接触面積が、上述の条件を満足するように、接触面積を調整しておくことが望ましい。適切な接触面積は、予め実験、或いはシミュレーションを行うことにより、求めることができる。
本実施形態の軸力検出装置は、被締結体をボルト及び座金で締結するとともに、被締結体の上面を抑えながら座金(請求項1の締結部品に相当する)を介してボルトを引っ張り、軸力を検出する装置である。
ボルト、座金及び被締結体について詳細に説明する。ボルト10は、六角ボルトであり、ボルトネジ軸部11及びボルト頭部12から構成されている。ただし、ボルト10は、例えば、十二角ボルト、四角ボルトなどであってもよい(本実施形態の他の変形例においても同様である)。ボルトネジ軸部11には雄ネジが形成されている。座金14は、平板状に形成されており、ボルト10よりも径寸法が大きく設定されている。座金14の外周面には、第4雄ネジ部14a(請求項1の第4ネジ部に相当する)が周方向に延びて形成されている。図示例では、座金14の外周面(側面)全体に第4雄ネジ部14aを形成しているが、本発明はこれに限るものではなく、当該外周面の一部であってもよい(他の実施形態及び変形例も同様である)。
図13を参照しながら、第2実施形態の変形例1について説明する。図13は、図1に対応しており、テンション受部4が被締結体H1に当接した直後の状態を示している。なお、第2実施形態と同様の構成については、詳細な説明を省略する。本実施形態のボルト10は、ボルト頭部12が被締結体H2の下面に接触し、ボルトネジ軸部11の先端が被締結体H1の上面から突出している。つまり、ボルトの向きが第2実施形態の逆向きとなっている。なお、ボルト孔H1a及びH2aには、ネジが切られていない。
図14及び図15を参照しながら、第2実施形態の変形例2の軸力検出装置について説明する。図14は軸力検出装置の概略図であり、座金を引っ張る動作を開始した直後の状態を示している。なお、第2実施形態と同様の構成については、詳細な説明を省略する。図15はボルトの斜視図である。
図16は、本変形例3の座金の斜視図であり、図17(a)は軸力検出装置の概略図である。座金81は、段付き座金であり、大径座金部81aと、大径座金部81aの上面に形成された小径座金部81bとから構成されている。大径座金部81aは、小径座金部81bと一体的に形成されており、小径座金部81bよりも外径寸法が大きく設定されている。
図19及び図20を参照しながら、本変形例4の軸力検出装置について説明する。図19は、テンション受部4が被締結体H1に当接した直後の状態を示している。図20は、本変形例4のナット95の斜視図である。
図21を参照しながら、第2実施形態の変形例5の軸力検出装置について説明する。図21は、テンション受部4が被締結体H1に当接した直後の状態を示している。本変形例5のナット97は、フランジのないナットである。本変形例5の座金は、上述した座金81(図16参照)と同様である。また、本変形例5の接続部材2は、大径中空部211a及び小径中空部212aの間に中径中空部213aが形成されている。
図22を参照しながら、第2実施形態の変形例6について説明する。図22は、テンション受部4が保護プレート60に当接した直後の状態を示している。すなわち、座金14及びテンション受部4と被締結体H1との間に、保護プレート60を介在させることができる。保護プレート60は、リング状に形成されており、内縁部60aはボルトネジ軸部11に対応した位置に設けられており、外縁部60bはテンション受部4の外縁部から径方向に突出した位置に設けられている。そのため、ハンドル5を回転させてテンション受部4を下動させた時に、テンション受部4は被締結体H1ではなく保護プレート60に当接する。この場合、被締結体H1から加わる軸力検出時の反力は、保護プレート60を介してテンション受部4に伝達される。
本実施形態の軸力検出装置は、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・ナット締結体を引っ張り、軸力を検出する装置である。
軸力検出装置の基本的な構成は、第1実施形態及び第2実施形態と同じであるから詳細な説明を省略する。
ボルト10は、六角ボルトであり、ボルトネジ軸部11及びボルト頭部12から構成されている。ただし、ボルト10は、例えば、十二角ボルト、四角ボルトなど第1実施形態で説明した様々なボルトを用いることができる。また、ボルト頭部を有しないスタッドボルトを用いることもできる。
図示例では、ナット15の側面における上端から下端までの全体に亘って、第4雄ネジ部15aが形成されているが、本発明はこれに限るものではなく、図24(c)に図示するように、上端から下端までの一部に形成されていてもよい。
上述の実施形態では、ナット15の上面と接続部材第1中空部21aとが当接した時に、接続部材2の下端部と被締結体H1との間にクリアランスが形成されるように構成したが、本発明はこれに限るものではなく、図24(d)に図示するように、ボルトネジ軸部11の先端面と接続部材第2中空部21bの天面とが当接した時に、クリアランスが形成されるように構成してもよい。なお、ボルトネジ軸部11の先端面には、当該先端面に形成された凹部又は凸部も含まれる。
図25(a)及び図25(b)を参照しながら、本変形例3について説明する。図25(a)は本変形例3のナットの斜視図である。図25(b)は本変形例3の軸力検出装置の概略図である。本変形例3では、フランジナットが用いられる。
図25(b)に図示する構成において、フランジ部502を拡径し、テンション受部4と被締結体H1との間に、フランジ部502を介在させてもよい。この場合、テンション受部4は、座金500のフランジ部502を介して、ボルト引っ張り時の反力を受けることになる。
図25(d)は本変形例のナットの斜視図である。図25(e)は、本変形例の軸力検出装置の概略図である。本変形例のナット500では、フランジ部502の外周面に周方向に延びる第4雄ネジ部502aが連続的に形成されている。
図25(f)は、本変形例5の軸力検出装置の概略図である。本変形例のナット500は、ナット本体501の外周面に第4雄ネジ部501aが形成されるとともに、フランジ部502の外周面に第4雄ネジ部502aが形成されている。これらの第4雄ネジ部501a及び502aは、互いに同じピッチでなければならない。ピッチが異なると、第4雄ネジ部501a及び502aに接続部材2を螺合させることができない。
図25(g)は、本変形例のナットの斜視図である。同図を参照して、フランジ部502は、下端平板部503及び下端平板部503の上面外縁から上方に向かってドーム状に延びる曲面部504を含む。ただし、曲面部504は、円錐台状に形成してもよい。下端平板部503の外周面には、周方向に延びる第4雄ネジ部503aが形成されている。ただし、第4雄ネジ部は、ナット本体501に形成してもよい。また、ナット本体501及び下端平板部503の双方に第4雄ネジ部を形成してもよい。
図26を参照しながら、本実施形態の変形例7について説明する。図26は、図1に対応しており、テンション受部4が被締結体H1に当接した直後の状態を示している。本変形例7では、ナット15と被締結体H1との間に、平板状の座金50を介在させている。座金50は、テンション中空部41の内径よりも径寸法が小さく設定されており、接続部材2の下端部と座金50との間には、微小なクリアランスが形成されている。
また、段付き座金の上面(段付き座金51の上面に凹部又は凸部が形成されている場合、これらの凹部又は凸部も含まれる)が接続部材2に当接した時に、接続部材2の下端部と被締結体H1との間にクリアランスが形成されてもよい。
さらに、ロゼットワッシャの曲面部(当該曲面部に凹部又は凸部が形成されている場合、当該凹部又は凸部を含む)を当接部位としてもよい。
図27を参照しながら、本実施形態の変形例8について説明する。図27は、テンション受部4が保護プレート60に当接した直後の状態を示している。すなわち、ナット15及びテンション受部4と被締結体H1との間に、保護プレート60を介在させることができる。接続部材2の下端部と保護プレート60との間には、微小なクリアランスが形成されている。保護プレート60は、ボルトネジ軸部11を挿通させるための開口部を有しており、テンション受部4の外径よりも径寸法が大きく設定されている。そのため、ハンドル5を回転させてテンション受部4を下動させた時に、テンション受部4の当接する部材は被締結体H1ではなく保護プレート60となる。この場合、被締結体H1から加わる軸力検出時の反力は、保護プレート60を介してテンション受部4に伝達される。保護プレート60の詳細は、第1実施形態で説明したから、説明を省略する。
上述の実施形態及び変形例では、ナットの種類を六角ナットとしたが、本発明はこれに限るものではなく、例えば、四角ナット、或いは十二角ナットに置換することもできる。なお、四角ナット、十二角ナットは、フランジを有していてもよいし、フランジを有していなくてもよい。
本実施形態の軸力検出装置は、接続部材2を省略し、ボルトなどをテンションロッド31で直接引っ張る装置である。図29は、本実施形態の軸力検出装置の概略図である。ボルト10は、六角ボルト凸ネジであり、ボルト頭部12の下方に向かって延びる第1ボルトネジ軸部11と、ボルト頭部12の上方に向かって延びる突出部120(請求項10の突出部に相当する)とを含む。ボルト10には、四角ボルト、六角ボルト、十二角ボルト、フランジボルトなどを用いることができる。
Trl=Ft/2×(d2t/cosαt×μst-Pt/π)・・・・・式(1)
ただし、Ft:ボルト10の引張力、d2t:突出部120の第2雄ネジ部120aの有効径、αt:突出部120の第2雄ネジ部120aのねじ山半角、μst:突出部120の第2雄ネジ部120aのネジ面の摩擦係数、Pt:突出部120の第2雄ネジ部120aの1回転あたりの送り量、である。
ただし、本実施形態のボルト10は、接続部材2を有する軸力検出装置にも適用することができる。この場合、ボルト頭部12から突出する突出部120の第2雄ネジ部120aを、接続部材2の第1雌ネジ部21a1に螺合させ、第1実施形態等と同様に、接続部材2を介してボルト10を引っ張る。この場合の接続部材2に満たすべき条件は、第1実施形態などで説明したから省略する。
第1実施形態で説明した通り、ボルト頭部12と被締結体Hとの間に座金50を介在させたり(図9(a)参照)、段付きの座金51を介在させたり(図9(b)参照)、ロゼットワッシャからなる座金52を介在させたり(図9(c)参照)、保護プレート61を介在させてもよい(図10、図11参照)。
第1実施形態で説明したボルト頭部12の側面に第4雄ネジ部12a(請求項7の第2ネジ部に相当する)を有するボルト10を用いる場合には、第4雄ネジ部12aにテンションロッド31の第3雌ネジ部311aを螺合させて、ボルト10を引っ張るように構成してもよい。この場合、ボルト頭部12の第4雄ネジ部12aの送り量Ptが、ボルトネジ軸部11のネジ部の送り量Pbよりも大きくなるように調整することにより、除荷時にボルト10が緩むことなどを防止できる。なお、第1実施形態で説明した様々な変形例が、第4実施形態の変形例2に含まれることは言うまでもない。
第2実施形態で説明した第4雄ネジ部14a(請求項7の第2ネジ部に相当する)を有する座金14を用いる場合には、第4雄ネジ部14aにテンションロッド31の第3雌ネジ部311aを螺合させて、ボルト10を引っ張るように構成してもよい。この場合、座金14の第4雄ネジ部14aの送り量Ptが、ボルトネジ軸部11のネジ部の送り量Pbよりも大きくなるように調整することにより、除荷時にボルト10が緩むことなどを防止できる。なお、第2実施形態で説明した様々な変形例が、第4実施形態の変形例3に含まれることは言うまでもない。
第3実施形態で説明した第4雄ネジ部15a(請求項7の第2ネジ部に相当する)を有するナット15を用いる場合には、第4雄ネジ部15aにテンションロッド31の第3雌ネジ部311aを螺合させて、ボルト10を引っ張るように構成してもよい。この場合、ナット15の第4雄ネジ部14aの送り量Ptが、ボルトネジ軸部11のネジ部の送り量Pbよりも大きくなるように調整することにより、除荷時にボルト10が緩むことなどを防止できる。なお、第3実施形態で説明した様々な変形例が、第4実施形態の変形例4に含まれることは言うまでもない。
第2雄ネジ部120aが形成された突出部120をテンションロッド31の下端部に設け、内周面に雌ネジ部が切られた凹部をボルト頭部12に形成してもよい。この場合、テンションロッド31から延びる突出部120の第2雄ネジ部120aを、ボルト頭部12の凹部に螺合させることにより、軸力検出が行われる。
本変形例のボルトは、接続部材2を有する軸力検出装置にも適用することができる。この場合、接続部材2の下端部に雄ネジが外周面に切られた突出部を形成し、この突出部をボルト頭部12の凹部に螺合させることにより、軸力検出が行われる。
上述の第1~第3実施形態では、ボルトの頭部、座金、ナットのうちいずれかを接続部材2を介してテンションロッド31で引っ張る構成について説明したが、本実施形態の軸力検出装置は、ボルトの軸部を、接続部材を介して引っ張る装置である。図30(a)は、本実施形態の軸力検出装置の概略図である。テンション受け部4の下端部には、回転軸Xに向かって延びる底面部42が設けられている。なお、この底面部42を有するテンション受け部4の構成は、他の実施形態及び変形例にも適用することができる。ボルト10は、ボルトネジ軸部11及びボルト頭部12を有する一般的なボルトである。一般的なボルトとは、ボルト頭部の側面にネジが形成されていないボルトのことである。ボルト10には、四角ボルト、六角ボルト、十二角ボルトなど第1実施形態で説明した様々なボルトを用いることができる。ボルト頭部12は、被締結体H2の下面に接触している。
ナット15は、平板状に限るものではなく、例えば、図20に図示するフランジ付きのナットであってもよい。この場合、ナットのフランジ部をテンション受け部4と被締結体Hとの間に介在させてもよい。ナットのフランジ部の形状は、例えば、図18に示す形状を模した曲面(又はテーパ面)を有する形状としてもよい。
ナット15と被締結体H1との間に座金を介在させてもよい。座金には、図9(a)に図示する通常の座金、図9(b)に図示する段付き座金51、図9(c)に図示するロゼットワッシャからなる座金52などを用いることができる。座金を拡径して、テンション受け部4と被締結体H1との間に介在させてもよい。この場合、テンション受部4は、座金を介して、ボルト引っ張り時の反力を受けることになる。
本実施形態の変形例1のナット15に変えて、第1実施形態で説明した保護プレート60をボルト頭部12と被締結体Hとの間に介在させてもよい。この場合、テンション受部4は、保護プレート60を介して、ボルト引っ張り時の反力を受けることになる。
図30(a)において、接続部材2を省略して、ボルトネジ軸部11をテンションロッド31の第3雌ネジ部311aに直接螺合させてもよい(図30(c)参照)。この場合、ボルトネジ軸部11における、第3雌ネジ部311aに螺合する部分と、締結体Hに締結される部分との送り量などを調整しておくことにより、Tsl>Trlなる大小関係を得ることができる。なお、図30(c)において、テンション受け部4の底面部42は省略してもよい。この場合、テンション受け部4はナット15ではなく被締結体Hと接触するため、被締結体Hから直接反力を受けることになる。
また、図30(b)に図示するスタッドボルト10を用いる場合にも、接続部材2を省略して、スタッドボルト10の上側のネジ部をテンションロッド31の第3雌ネジ部311aに直接螺合させてもよい。この場合、スタッドボルト10における、第3雌ネジ部311aに螺合する部分と、締結体Hに締結される部分との送り量などを調整しておくことにより、Tsl>Trlなる大小関係を得ることができる。なお、上述した通り、テンション受け部4の底面部42は省略してもよい。この場合、テンション受け部4はナット15ではなく被締結体Hと接触するため、被締結体Hから直接反力を受けることになる。
図30(a)、図30(b)に図示する、底面部42を備えたテンション受け部4を用いる場合、テンション受け部4は、複数の部品に分割できる分割タイプとすることが望ましい。この場合、接続部材2をボルト10などに螺合させた後に、テンション受け部4を組み立てることにより、図30(a)、図30(b)に図示する軸力検出装置を完成させることができる。
本実施形態の軸力検出装置には、接続部材2の回転軸X方向における移動を許容するとともに、接続部材2が回転軸X周りに回転することを防止する回転防止機構が設けられている。図31は、本実施形態の軸力検出装置の概略図である。
第1実施形態と機能が共通する要素は、同一符号を付して、説明の詳細を省略するものとする。
接続部材2の側面には、キー溝41aに係合するキー25が設けられている。キー25は、キー溝41aの幅より若干小さく設定されている。
なお、キー溝41aは、1か所のみに形成してもよいが、複数としたほうが、接続部材2の取り付けの自由度が高まるため、望ましい。
例えば、図31では、テンション受け部4が被締結体H1に接触しているが、テンション受け部4と被締結体H1との間に、ナット、保護プレートが介在していてもよい。
2 接続部材
3 引張機構
4 テンション受部
5 ハンドル
10,100,200,300 ボルト
11 ボルトネジ軸部
12a,102b,202a,302a1,302b1 第1雄ネジ部
14 50 51 52 81 91 座金
15 95 97 500 ナット
21 円柱部
21a 接続部材中空部
21a1 第1雌ネジ部
22 凸部
22a 第2雄ネジ部
25 キー
31 テンションロッド
31a 小径ロッド部
31b 大径ロッド部
32 軸受部
33 角ドライブ
34 レンチ
41a キー溝
42 底面部
60 保護プレート
311 テンションロッド中空部
311a 第2雌ネジ部
H(H1,H2) 被締結体
Claims (18)
- 被締結体に締結された締結体の軸力を検出する軸力検出装置であって、
第1ネジ部及び第2ネジ部を有する接続部材と、
第3ネジ部を備え、前記第2ネジ部を前記第3ネジ部に螺合させた状態で、上下方向に延びる回転軸周りの回転トルクを前記接続部材に付与することにより、前記接続部材を介して前記締結体を引っ張るテンションロッドと、
前記接続部材の外周周りに配置され、前記テンションロッドによる引張時に前記被締結体から作用する反力を受けるテンション受部と、
を有し、
前記締結体又は前記締結体とともに締結に用いられる締結部品には、前記第1ネジ部に螺合する第4ネジ部が形成されており、
前記第2ネジ部及び前記第1ネジ部をそれぞれ前記第3ネジ部及び前記第4ネジ部に螺合させて前記締結体を軸力検出のために引っ張り上げた後、除荷する際の前記接続部材及び前記テンションロッドの除荷トルクをTrl、前記被締結体に対する前記締結体の緩めトルクをTslと定義したとき、
式(1)により定義されるTrlが、式(2)により定義されるTslよりも小さくなるように、接続部材の第2ネジ部の1回転あたりの送り量であるPtが締結体のネジ軸部の1回転当たりの送り量であるPbよりも大きく設定されていることを特徴とする軸力検出装置。
Trl=Ft/2×(d2t/cosαt×μst-Pt/π)・・・・・式(1)
ただし、Ft:締結体の引張力、d2t:接続部材の第2ネジ部の有効径、αt:接続部材の第2ネジ部のねじ山半角、μst:接続部材の第2ネジ部のネジ面の摩擦係数である。
Tsl=Fb/2×(d2b/cosαb×μsb-Pb/π)・・・・・式(2)
ただし、Fb:締結体の軸力、d2b:締結体のネジ軸部の有効径、αb:締結体のネジ軸部のねじ山半角、μsb:締結体のネジ軸部のネジ面の摩擦係数である。 - 前記テンションロッドは、Trlが正の場合、除荷時に外力を付与することにより回転され、Trlが負の場合、除荷時に自動で回転することを特徴とする請求項1に記載の軸力検出装置。
- 前記締結体は、ボルトであり、
前記締結部品は、ナット又は座金であることを特徴とする請求項1又は2に記載の軸力検出装置。 - 前記第4ネジ部が前記締結体に形成されている場合、前記第4ネジ部は、ボルト頭部の側面、ボルトのネジ軸部、ボルト頭部の天面から突出する突出部及びボルト頭部の凹部のいずれかに形成されていることを特徴とする請求項3に記載の軸力検出装置。
- 前記第4ネジ部が前記ナットに形成されている場合、前記第4ネジ部は、前記ナットの側面に形成されていることを特徴とする請求項3に記載の軸力検出装置。
- 前記第4ネジ部が前記座金に形成されている場合、前記第4ネジ部は、前記座金の側面に形成されていることを特徴とする請求項3に記載の軸力検出装置。
- 被締結体に締結された締結体の軸力を検出する軸力検出装置であって、
第3ネジ部を備え、前記締結体又は前記締結体とともに締結に用いられる締結部品に形成された第2ネジ部に前記第3ネジ部を螺合させた状態で、上下方向に延びる回転軸周りのトルクを前記締結体に付与することにより、前記締結体を引っ張るテンションロッドを有し、
前記第2ネジ部及び前記第3ネジ部を螺合させて前記締結体を軸力検出のために引っ張り上げた後、除荷する際の前記締結体及び前記テンションロッドの除荷トルクをTrl、前記被締結体に対する前記締結体の緩めトルクをTslと定義したとき、
式(1)により定義されるTrlが、式(2)により定義されるTslよりも小さくなるように、締結体又は締結部品の第2ネジ部の1回転あたりの送り量であるPtが締結体のネジ軸部の1回転当たりの送り量であるPbよりも大きく設定されていることを特徴とする軸力検出装置。
Trl=Ft/2×(d2t/cosαt×μst-Pt/π)・・・・・式(1)
ただし、Ft:締結体の引張力、d2t:締結体又は締結部品の第2ネジ部の有効径、αt:締結体又は締結部品の第2ネジ部のねじ山半角、μst:締結体又は締結部品の第2ネジ部のネジ面の摩擦係数である。
Tsl=Fb/2×(d2b/cosαb×μsb-Pb/π)・・・・・式(2)
ただし、Fb:締結体の軸力、d2b:締結体のネジ軸部の有効径、αb:締結体のネジ軸部のねじ山半角、μsb:締結体のネジ軸部のネジ面の摩擦係数である。 - 前記テンションロッドは、Trlが正の場合、除荷時に外力を付与することにより回転され、Trlが負の場合、除荷時に自動で回転することを特徴とする請求項7に記載の軸力検出装置。
- 前記締結体は、ボルトであり、
前記締結部品は、ナット又は座金であることを特徴とする請求項7又は8に記載の軸力検出装置。 - 前記第2ネジ部が前記締結体に形成されている場合、
前記第2ネジ部は、ボルト頭部の側面、ボルトのネジ軸部、ボルト頭部の天面から突出する突出部及びボルト頭部の凹部のいずれかに形成されていることを特徴とする請求項9に記載の軸力検出装置。 - 前記第2ネジ部が前記ナットに形成されている場合、前記第2ネジ部は、前記ナットの側面に形成されていることを特徴とする請求項9に記載の軸力検出装置。
- 前記第2ネジ部が前記座金に形成されている場合、前記第2ネジ部は、前記座金の側面に形成されていることを特徴とする請求項9に記載の軸力検出装置。
- 前記接続部材及び前記テンション受け部は、回転防止機構を有し、
前記回転防止機構は、前記テンションロッドの回転軸方向における前記接続部材の移動を許容するとともに、前記テンションロッドの回転軸周りにおける前記接続部材の回転を防止することを特徴とする請求項1又は2に記載の軸力検出装置。 - 前記回転防止機構は、上下方向に延びるキー及び前記キーが係合するキー溝であり、
前記キー及び前記キー溝のうち一方は、前記テンション受け部に形成されており、他方は、前記接続部材に形成されている、ことを特徴とする請求項13に記載の軸力検出装置。 - 前記回転防止機構は、前記接続部材に形成された第1歯形部と、前記テンション受け部に形成され、前記テンションロッドの回転軸周り方向において前記第1歯形部と噛み合う第2歯形部と、からなることを特徴とする請求項13に記載の軸力検出装置。
- 前記締結体を引張り、軸力を検出する際に、前記テンションロッドによる回転トルクが、前記テンション受け部を回転させるトルクを超えないように、前記テンションロッドは設計されていることを特徴とする請求項13に記載の軸力検出装置。
- 前記テンション受け部の接地面には、摩擦力を高める高摩擦処理が施されていることを特徴とする請求項16に記載の軸力検出装置。
- 前記締結体を引張り、軸力を検出する際に、前記テンション受け部が回転しないように、前記テンションロッドの回転軸から前記テンション受け部までの距離を設定することを特徴とする請求項16に記載の軸力検出装置。
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10345172B1 (en) | 2018-02-21 | 2019-07-09 | E-Cube System Inc. | Apparatus for measuring axial force and frictional torque of threaded part and measuring method using the same |
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2022
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10345172B1 (en) | 2018-02-21 | 2019-07-09 | E-Cube System Inc. | Apparatus for measuring axial force and frictional torque of threaded part and measuring method using the same |
JP2019152439A (ja) | 2018-02-28 | 2019-09-12 | 株式会社東日製作所 | 引張装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102593497B1 (ko) * | 2023-07-18 | 2023-10-25 | 우광티엔씨(주) | 직결볼트 인발 시험 장치 |
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