JPH01235823A - 穴付きボルト用軸力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は穴付きボルト用軸力センサに係わり、更に詳し
くは穴付きボルトを目的物に対して締付けることができ
、同時にその穴付きボルトの締付は力、即ち、軸力を高
精度に測定できるようした穴付きポル：・用軸力センサ
に関する。

〔従来の技術〕

周知の通り各種構造物、装置、機械、器具等にボルトを
締結した時、そのボルトの軸力管理の重要性が認識され
ている。より具体的に言えば、ボルトを各種構造物、装
置等の適用目的物へ締結する時、それら装置等の要求性
能、信頼性、安全性等を維持する為に、予め設計又は計
算された締付は力でそれら適用部分へ締付けることが要
求される。

即ち、使用されるボルトの強度を越えない範囲で要求さ
れる締付は力でもってそのボルトを締付け、使用経過に
伴ない緩まないように最適に締付ける必要がある。そこ
で各種装置、構造物の施工、作業の現場では目的部分へ
締付けたボルトが、上記要求締付は力でもって締付けら
れているか否か、より具体的には要求締付力と実際の締
付力とが可及的に一致しているか否かを測定し、不十分
な場合にはそれを是正し管理する必要があり、又この管
理の重要性が認識されている。

この為、従来からこの管理の為に、締付けたボルトの軸
力検出方法、手段が幾つか実用されている。

その１は締結したボルトの軸部の伸びを検出してボルト
の軸力を測定する方法である。即ち、ボルトを締め付け
ると、それに比例した引っ張り力が生じ、その引っ張り
力によってボルトの軸部が伸びる。この伸び量は超音波
センサで検出し、より具体的には超音波の軸部を往復す
る時間で伸び量を検出し、それを軸力として出力しボル
トの締付は力を測定する方法である。

その２は、ボルトの頭部の応力による磁化特性の変化を
検出してボルトの軸力を測定する方法である。即ち、締
付けられたボルトが力を受けるとそれに比例した応力を
生じ、この応力が変化すると磁界が変化する。そこで元
の磁界の強さと、変化後の磁界の強さの差によってボル
トの軸力を測定する方法である。

その３は、ボルト頭部の変形を検出してボルトの軸力を
測定する方法である。即ち、ボルトを締付けると、ボル
トに引っ張り力が作動し、ボルト頭部の表面が僅かに凹
状に変形するのでその変形量を検出し、ボルトの軸力を
測定する方法である。その４は、ボルト頭部の変形と沈
み込みとを検出して、ボルトの軸力を測定する方法であ
る。

即ち、上記その３に於けるボルト頭部の凹状の変化と、
ボルト頭部の下方の、いわゆる首と称する部分の適用目
的物基準面に対する当り具合の変化を検出してボルト軸
力を測定するものである。

これらは一長一短があり各々固有に有用な技術であるが
、六角穴等穴付きボルトに関しては、六角棒スパナ等特
殊工具で締付けるというその使用方法や、その特殊な頭
部形状の為に、前述の方法のほとんどをそのままでは用
いることができず、現在はトルクレンチ法のみが一般に
用いられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

所が上記トルクレンチ法によると、ボルトねじ部及び頭
部底面の摩擦による因子が測定精度に大きく影響するの
で高精度な締付は力の測定が困難であるという問題点が
ある。そこで本発明者は前述した種々のボルト軸力測定
方法の中でも、比較的ボルト頭部表面の表面平坦度とか
、他の要素部材の影響が測定精度中に大きく混入せず、
而も容易に適用し易いボルト頭部の変形を検出して締付
は力を測定する技術に着目し、これを六角穴等穴付きボ
ルトにも適用可能となるように工夫をこらしこの発明を
完成させたもので、その目的とする所は、穴付きボルト
の軸力測定を可能とする手段を提供するにあり、換言す
れば穴付きボルトを目的物に対して締付けながら、即ち
従来の六角棒スパナ等特殊工具を用いることなく、この
手段を用いながら締付けることができ、同時に六角穴等
穴付きボルトの穴底部中心の変形量を電気的に検出し、
このボルトの軸力を測定可能とするにあり、又他の目的
とする所は、締付は度合に比例するボルト頭部の変形は
ボルト頭部の周辺に比して中心領域部分が直接的に大で
ある点に着目し、この中心部分の変形を電気的に検出す
ることによリ、より高精度に穴付きボルトの締付は力、
即ちボルト軸力を測定可能とするにある。

〔課題を解決する為の手段〕

上記目的を達成する為に本発明は次の技術的手段を有す
る。即ち実施例に対応する添付図面中の符号を用いてこ
れを説明すると、本発明は、中心に変位検出素子３が配
設されたホルダ１を備え、上記変位検出素子３の先端３
′を、目的物に締結されたボルト頭部表面に対接し、ボ
ルト頭部の変形量を上記変位検出素子３により電気的に
検出し、この検出電気出力をボルト軸力として変換出力
することによりボルト軸力を測定するようにしたセンサ
に於いて； 上記ホルダに対して変位検出素子が上下位置微調節可能
に取着されていると共に、このホルダの下方には、上記
変位検出素子３の先端３′を下方へ臨ませることのでき
る締付体８が固着され、而もこの締付体８の上部には、
スパナの口が嵌合できる大径のスパナ口嵌合部１２と、
このスバナ口嵌合部１２の下部に一体的に形成されてい
てボルト頭部穴Ｃに嵌合できる小径の木表合部１１とが
形成され、穴付きボルトＡの穴Ｃ内に上記木表合部１１
を嵌合した状態で、スパナの口を上記スパナ口嵌合部１
２に嵌め、スパナでこの締付体８を締付けることにより
穴付きボルトを目的物に対して締付は可能となし、この
締付けと同時に上記締付体８の木表合部１１の先から臨
む変位検出素子３の先端３′をボルト穴Ｃの底部りの中
心に対応せしめ、ボルト穴底部り中心の変形量を電気的
に検出してボルト軸力を測定するようにした事を特徴と
する穴付きボルト用軸力センサである。

上記に於ける変位検出素子としては、渦電流式変位検出
素子、静電容量検出素子、光素子等が考慮される。加え
て、ホルダに対し変位検出素子を上下位置微調節可能に
取付ける手段は、ホルダ１の上部にアジャスタ２を螺着
し、そのアジャスタ２の中心に上記変位検出素子３を支
持せしめ、上記アジャスタ２をホルダ１に対して上下動
させることによって上下位置を微調節する手段が考慮さ
れる。勿論アジャスタ２とホルダｌの間にスプリングＳ
を介設しバックラッシュを吸収除去するようにすること
が望ましい、又締付体８の中心にロック体１３を配し、
木表合部１１をボルト頭部の穴Ｃに嵌合した後、このロ
ック体１３を操作して、木表合部１１を外周方向へ拡開
し、木表合部１１の外周面をボルト頭部の穴Ｃに密接さ
せて、ロックすることが望ましい。

〔作用〕

上記構成に基き、これを用いるには先ず木表合部１１を
穴付き六角ポルトＡのボルト頭部Ｂの穴Ｃに嵌合する。

この後、ロック体８を操作して木表合部１１を拡げ木表
合部１１を穴Ｃ内にロックする。次いでスパナ口嵌合部
１２にスパナの口を嵌め、この状態で常法通りスパナを
回し、穴付き六角ボルトＡを適用目的物へ締付ける。即
ち、この軸力センサ自体が締付は機能を有する。この時
、締付体８を構成する上記木表合部１１の先から臨む変
位検出素子の先３′がボルト穴Ｃの底部り中心に対応し
、該部分の変形量を電気出力として検出する。即ち、穴
付きボルトＡの目的物に対する締付は度合に比例して、
ボルト頭部Ｂが微小に凹状に変形する。この場合、ボル
ト頭部Ｂの周辺部に比して中心領域、より具体的には穴
Ｃ底部りの中心領域に於いて、その変形が直接的に表わ
れる。

該部分の変形が生ずると、穴底部り中心と変位検出素子
３の先端３′との間の間隙が変化し、この変位検出素子
３が渦電流変位検出素子である場合には渦電流が変化す
るから、変位検出素子３からの出力電流が変化し、ボル
ト軸力を測定できる。

要するに穴付ポルトＡを目的物へ締付ける機能とボルト
軸力の検出測定機能の２つを有する。

〔実施例〕

次に添付図面に従い本発明の好適な実施例を詳細に説明
する。

１はホルダであって、その上部中心にアジャスタ２が螺
着されている。そしてアジャスタ２の中心に変位検出素
子３が螺着されている。より具体的にはホルダ１の上部
中心にネジ穴４が形成され、この部分にアジャスタ２の
外周ネジ部５が螺着されていると共に、アジャスタ２の
中心に上下にわたってネジ穴６が形成され、このネジ穴
６に変位検出素子３の外周ネジ部７が螺着されている。

そして、アジャスタ２とホルダ１間にスプリングＳが介
設されている。

上記変位検出素子３としては、渦電流変位検出素子、静
電容量変位検出素子、光検出素子等種々のものが考慮さ
れるが、この例では渦電流変位検出素子を例にとって説
明する。さて、上記ホルダ１の下方には締付体８が螺着
されている。即ちホルダ１の下方の内周面に形成された
ネジ部９に対して、締付体８のネジ部ｌＯが螺着するこ
とによって、ホルダ１の下方に上記締付体８が取着され
ているものである。この締付体８には、下方にボルトＡ
の頭部Ｂの穴Ｃに嵌合する為の内嵌合部１１が形成され
ていると共に、その上に、上記嵌合部１１より大径のス
パナ口嵌合部１２が一体的に形成されている。

この例では、上記内嵌合部１１は、ボルトＡの頭部Ｂの
六角穴Ｃに嵌合できる六角形状として示しであるが、そ
の他ポルトＡの頭部Ｂの穴Ｃが十字穴等であれば、その
形状態様に合わせた形状を有するものでよい、又上記ス
パナ口嵌合部１２の外形もこの例では六角形として示し
であるが、その他の形状でもよく、且つこれを公知のト
ルクレンチに嵌合でるようにしてもよい、更に、上記締
付体８の中央にはロック体１３が螺着されている。即ち
締付体８の中央に形成されたネジ穴１４に対して、ロッ
ク体１３の外周ネジ部１５が螺着している。この場合、
このロック体１３の中央に形成された通孔１６中を上記
の変位検出素子３が貫通し、変位検出素子３の先３′が
ロック体１３及び締付体８の先に臨んでいる。

而して、上記ロー２り体１３の上部にはつまみ１７が形
成され、このつまみ１７をホルダｌの窓１８を通して外
部からつまめるようになっている。勿論、この発明の基
本としては、このロック体１３を回動操作できればよい
ので、上記つまみ１７をホルダｌの外に出して、よりつ
まみ易くするようにしてもよい、さて、ロック体１３の
下方は、下方へ行くに従い細径となるテーパ面１９に形
成されている。これに対応して締付体８の下部の内嵌合
部１１の対応面もテーパ面２０に形成されている。加え
て、上記テーパ面２０には所定間隔を置いてスリット２
１の複数が形成されている。

上記ロック体１３のみの詳細を示したのが第５図、第６
図であり、他方締付体８のみの詳細を示したのが第３図
、第４図である。

上記構成に基き一連の使い方を説明する。先ず締付体８
の内嵌合部１１を穴付きボルトＡの頭部Ｂの穴Ｃに嵌合
する。この後、ロック体１３のつまみ１７を操作して、
即ちこの例では回動してロック体１３を下方へ螺動させ
る。螺動によって、ロック体１３のテーパ面１９がくさ
び状に締付体８のテーパ面２０を押船し、締付体８の内
嵌合部１１を外周方向に拡げる。故に内嵌合部１１の外
周面がボルトの穴Ｃに圧接してロックされる。

この後アジャスタ２を外部から回動操作して、変位検出
素子３を予定通り正しく位置決めする。

例えば、この例では変位検出素子３として、渦電流変位
検出素子３を選択しであるので、この軸力センサを用い
て後述するようにボルトＡを締付けた最終段階に於いて
、変位検出素子３の先端３′がボルト六〇の底部りの中
心面から２００１Ｌｍ程度間隙を存するように上記の変
位検出素子３の上下位置を決める。

この変位検出素子３の上下位置微ＴＪＲ１ｉ段階に於け
るバックラッシュは上記スプリングＳによって吸収除去
される０次いでスパナ口嵌合部１２にスパナのロ、場合
によっては公知のトルクレンチを嵌合し、この軸力セン
サ自体を締め、もって穴付きボルトＡを目的物に対して
締付ける。この締付けにより、締付は度合に応じてボル
トＡの頭部Ｂが比例的に変形し、それもボルト頭部の周
辺に比して中央部の穴Ｃの底部り中心が直接的に変形す
るので、変位検出素子３の先端３′との間の隙間が変化
するから、渦電流が変化し、その変化を変位検出素子３
が電流出力として検出し、ボルト軸力が測定される。

従って目的物に装着されるボルトの締付は力が、予定さ
れた締付力を満しているか否かを測定し、管理すること
ができる。又、複数のボルトの締付は力が各々平均して
いるか否か等の管理もできる。

′このように、この発明の軸力センサは、本来六角棒ス
パナ等の特殊の工具を用いなければ締付けることのでき
ない穴付きボルトを締付けることができ、同時に軸力を
検出測定することができる。

而も頭部全体の変形量を検出するのではなく、締付は力
に比例して直接的にその変形が表われる頭部中心の変形
を測定するので高精度な測定ができる。

更に上記穴付きボルトの穴Ｃの大きさは生産加工上のバ
ラツキが存するも、締付体８の木表合部１１を拡開して
ロックするので大小様々な全ての穴付きボルトの測定に
正確に適用できる。

〔効果〕

以上詳述した如く請求項第１項記載の発明によれば、六
角水等穴付きボルトを、特殊な別の工具を用いることな
く、この軸力センサ自体で締付けることができる。それ
は六角穴、十字穴、−穴等穴の形状を問わないし、ボル
トの大きさも問わない、加えていわゆるボルトのみなら
ず、実質的に目的物へ締付けられる締結部材一般にも適
用できる。と同時に、ボルト頭部の中心部分の変形量を
検出し、軸力を高精度に測定できる。

又、請求項第２項の発明によれば、上記利点に加えてボ
ルトの穴の形状が何であっても、その生産加工上生ずる
バラツキにかかわらず、ロック体によって給付体の木表
合部が外周方向へ拡開し、ボルトの穴内周面に圧接して
この軸力センサ自体をしっかりとボルトに対してロック
するので、使用上極めて有利である利点を皇するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の実施例を示し、第１図は穴付きボル
トの頭部部分を一部断面にて示した外観図、第２図は縦
断側面図、第３図は締付体のみの縦断面図、第４図は第
３図のｘ−ｘ　’線に沿う断面図、第５図はロック体の
平面図、第６図はロック体の正面図であり、図中１はホ
ルダ、２はアジャスタ、３は変位検出素子、８は締付体
、１１は木表合部、１２はスパナ口嵌合部、１３はロッ
ク体、　１７はつまみ、１９　、２０はテーバ面、２１
はスリット、Ｓはスプリング、Ａは穴付きボルト、Ｂは
ボルト頭部、Ｃはボルト穴、Ｄは穴の底部である。 第３　園 ′＃４　回 第５　面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）中心に変位検出素子３が配設されたホルダ１を備
   え、上記変位検出素子３の先端３′を、目的物に締結さ
   れたボルト頭部表面に対接し、ボルト頭部の変形量を上
   記変位検出素子３により電気的に検出し、この検出電気
   出力をボルト軸力として変換出力することによりボルト
   軸力を測定するようにしたセンサに於いて； 上記ホルダに対して変位検出素子が上下位置微調節可能
   に取着されていると共に、このホルダの下方には、上記
   変位検出素子３の先端３′を下方へ臨ませることのでき
   る締付体８が固着され、而もこの締付体８の上部には、
   スパナの口が嵌合できる大径のスパナ口嵌合部１２と、
   このスパナ口嵌合部１２の下部に一体的に形成されてい
   てボルト頭部穴Ｃに嵌合できる小径の穴嵌合部１１とが
   形成され、穴付きボルトＡの穴Ｃ内に上記穴嵌合部１１
   を嵌合した状態で、スパナの口を上記スパナ口嵌合部１
   ２に嵌め、スパナでこの締付体８を締付けることにより
   穴付きボルトを目的物に対して締付け可能となし、この
   締付けと同時に上記締付体８の穴嵌合部１１の先から臨
   む変位検出素子３の先端３′をボルト穴Ｃの底部Ｄの中
   心に対応せしめ、ボルト穴底部Ｄ中心の変形量を電気的
   に検出してボルト軸力を測定するようにした事を特徴と
   する穴付きボルト用軸力センサ。
2. （２）上記締付体８の穴嵌合部１１をボルト頭部の穴Ｃ
   に嵌合した後、穴嵌合部１１を外周方向へ拡開し、穴嵌
   合部１１の外周面をボルト頭部の穴Ｃに圧接してロック
   する為のロック体１３を上記締付体８の中央に配設した
   事を特徴とする請求項第１項記載の穴付ボルト用軸力セ
   ンサ。