JPH02183134A - Axial force detector for screw link tightening means - Google Patents

Axial force detector for screw link tightening means

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JPH02183134A
JPH02183134A JP125289A JP125289A JPH02183134A JP H02183134 A JPH02183134 A JP H02183134A JP 125289 A JP125289 A JP 125289A JP 125289 A JP125289 A JP 125289A JP H02183134 A JPH02183134 A JP H02183134A
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JP
Japan
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axial force
strain
shaft
strain gauges
section
Prior art date
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Application number
JP125289A
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Japanese (ja)
Inventor
Shuichi Nojima
秀一 野島
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Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Original Assignee
Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH02183134A publication Critical patent/JPH02183134A/en
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Abstract

PURPOSE:To enable improvement in detection sensitivity and accuracy of an axial force by detecting the axial force loaded on a shaft-shaped section with a tightening of a screw linking means with a strain gauge. CONSTITUTION:When flange sections 5 and 6 are tightened by turning a nut 4, a tension works on a shaft section 1 downward in the drawing and a axial force introducing section 2 receives an axial force. As a support part 8 is supported with the flange section 6, the axial force introducing section 2 alone is displaced downward eventually causing a strain gauge section 2 to deform. That is, in the deformation, strain gauges 10 and 13 on the side of a top surface 7a and strain gauges 15 and 16 on the side of an undersurface 7b extend while strain gauges 110 and 12 on the side of the top surface 7a and strain gauges 14 and 17 on the side of the underside 7b contract separately. Then, in the strain gauges 10-17, the contraction thereof means a decrease in a resistance value and the extension means an increase in the resistance value. Thus, an axial force can be detected by a deformation of the strain gauge section 7.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ねじ結合緊締手段の軸力検出器゛に関し、よ
り詳細には、一方に軸状部を有するねじ結合緊締手段が
被緊締部材を締付ける際に該軸状部に発生する軸力を検
出するねじ結合緊締手段の軸力検出器に関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to an axial force detector for a screw-coupled tightening means, and more particularly, the present invention relates to an axial force detector for a screw-coupled tightening means, and more particularly, the present invention relates to an axial force detector for a screw-coupled tightening means, which has a shaft-shaped portion on one side. The present invention relates to an axial force detector for a screw-coupled tightening means that detects the axial force generated in the shaft-like part when tightening the screw.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

構造物や機構を構成する2以上の部材や機素等を結合す
るために、ボルト、ナツト等のねじ結合緊締手段が広く
用いられている。そしてボルトは。
2. Description of the Related Art Screw connection and tightening means such as bolts and nuts are widely used to connect two or more members or elements constituting a structure or mechanism. And the bolt.

締付を行うと締付力に対応して弾性限界内において変形
するために、このボルトにひずみゲージを接着しておく
ことによってボルトの締付力(軸力)の検出が可能とな
る。
When tightened, the bolt deforms within the elastic limit in response to the tightening force, so by attaching a strain gauge to the bolt, it becomes possible to detect the tightening force (axial force) of the bolt.

従来のボルトの軸力検出器の1つに、例えば特開昭62
−194430号公報記載の技術がある。
One of the conventional bolt axial force detectors is, for example, Japanese Patent Application Laid-open No. 62
There is a technique described in Japanese Patent No.-194430.

つまり、ボルト中心部に、頭部からポルートの軸部内に
向って所定の深さに達する円形穴を形成し。
That is, a circular hole is formed in the center of the bolt, reaching a predetermined depth from the head toward the inside of the shaft of the bolt.

この円形穴の内周面にひずみゲージを接着して軸力を検
出するものがある。
Some devices detect axial force by gluing a strain gauge to the inner circumferential surface of this circular hole.

また前述した特開昭62−194430号公報記載の技
術とは別なものの1つに、ワッシャー状の座金の外周面
lこびずみゲージを接着したワッシャー型荷重変換器を
ボルトの頭部(頭部を持たないボルトにあってはナツト
)と被緊締部材(例えばフランジ)との間に介挿し、ボ
ルトの締付時におけるボルトの頭部と上記フランジとの
間に印加される圧縮力で、上記ワッシャー型荷重変換器
を変形せしめ、この変形を上記ひずみゲージで検出する
ことによって、軸力を求めるようにしたものがある。
In addition, in a technique different from the technique described in JP-A No. 62-194430 mentioned above, a washer-type load transducer with a strain gauge glued to the outer peripheral surface of a washer-like washer is attached to the head of the bolt (the head of the bolt). If the bolt does not have a bolt, it is inserted between the bolt (nut) and the member to be tightened (for example, a flange), and the compressive force applied between the head of the bolt and the flange when the bolt is tightened. There is one in which the axial force is determined by deforming a washer type load transducer and detecting this deformation using the strain gauge.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上述の前者の従来例においては、上記円形穴の径が小さ
いことからひずみゲージの接着・固定が極めて困難で、
特に円形穴の深さ方向の取付位置が一定しないという問
題があった。従って、高い測定精度が望めないという問
題があり、さらに、一般にひずみゲージを1枚しか接着
することができないので出力が小さく、しかもひずみゲ
ージでブリッジが構成できないので、偏荷重や横荷重の
干渉を補償する回路構成が採れないという問題や他の特
性補償を行うための回路が組み込めないという問題など
があった。
In the former conventional example described above, it is extremely difficult to bond and fix the strain gauge because the diameter of the circular hole is small.
In particular, there was a problem that the mounting position in the depth direction of the circular hole was not constant. Therefore, there is a problem that high measurement accuracy cannot be expected.Furthermore, since generally only one strain gauge can be glued together, the output is small, and a bridge cannot be constructed with strain gauges, so interference due to unbalanced loads and lateral loads can be prevented. There were problems such as the inability to adopt a circuit configuration for compensation and the inability to incorporate circuits for performing other characteristic compensation.

また、後者の従来例にあっては、上記圧縮力がボルトの
引張力に対応しているので、ワッシャー型荷重変換器(
以下「ロードセンサ」という)に発生するひずみを検出
することで、ボルトの軸力を容易に知り得るという利点
はあるものの、ボルトに対しロードセンサが傾斜してい
るような場合。
In addition, in the latter conventional example, the compressive force corresponds to the tensile force of the bolt, so the washer type load converter (
Although there is an advantage in that the axial force of the bolt can be easily determined by detecting the strain generated in the load sensor (hereinafter referred to as the "load sensor"), there are cases where the load sensor is tilted relative to the bolt.

ロードセンサのフランジに当接する当り面の荷重分布が
不均等になる、いわゆる片当りが発生して誤差になると
いう問題があった。
There is a problem in that the load distribution on the contact surface that contacts the flange of the load sensor becomes uneven, that is, so-called uneven contact occurs, resulting in an error.

また、上記ロードセンサは1通常のワッシャの代りに用
いるが、通常のワッシャよりも必然的に厚みが増大する
ため、ボルトの長さに対する配慮が必要で、ボルトの長
さが足りないと予想される場合は事前に長さの足りるボ
ルトを用意しておかなければならない等、作業性が悪い
という問題があり、トルクレンチ等を用いて締付作業を
行うとき、センサのリード線を切断したり破壊したりす
る危険があった。
In addition, the above load sensor is used in place of a normal washer, but since it is inevitably thicker than a normal washer, consideration must be given to the length of the bolt, and it is expected that the bolt will not be long enough. When tightening with a torque wrench, you have to prepare bolts of sufficient length in advance, resulting in poor workability. There was a risk of it being destroyed.

これらのことより、大型タンクの組立等において、多数
のボルトで全体を締付ける場合、これらのボルトの軸力
が不均一になり、つまり、軸力を所定値に揃えることが
できないために、フランジ部から内部充填流体が漏洩し
たり、逆に締付は過ぎによりボルトが折損したりする等
の事故が生じることがあった。
For these reasons, when assembling a large tank, etc., when tightening the entire body with a large number of bolts, the axial force of these bolts becomes uneven. Accidents may occur, such as internal filling fluid leaking or bolts breaking due to over-tightening.

本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、その目的
とするところは、ひずみゲージが所定位置に正確、確実
且つ容易に添着でき、検出感度および検出精度が高く、
また、緊締作業時におけるリード線の断線やこのリード
線に接続されたひずみゲージの剥離等の起りにくいねじ
結合緊締手段の軸力検出器を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and its objectives are to enable strain gauges to be attached to predetermined positions accurately, reliably, and easily, to have high detection sensitivity and precision;
Another object of the present invention is to provide an axial force detector for a screw-connected tightening means that is unlikely to cause lead wire breakage or peeling of a strain gauge connected to the lead wire during tightening work.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明は、上述の目的を達成させるために、−方に軸状
部を有するねじ結合緊締手段が被緊締部材を締付ける際
に該軸状部に発生する軸力を検出するねじ結合緊締手段
におけ・る軸力検出器において、剛性の大きい中心部に
上記軸状部が一体に連設されまたは一体的に連結されて
上記軸力を受ける軸力導入部と、この軸力導入部から上
記軸状部に略直角な放射方向に連設される肉薄の起歪部
と、この起歪部の外周を囲むように連設され上記被緊締
部材に当接支持される剛性の大きい外形が正六角形の支
持部と、上記起歪部の少なくとも1つの面に添着された
ひずみゲージとを具備し、上記ねじ結合手段の締付けに
よって上記軸状部に負荷される軸力を上記ひずみゲージ
によって検出するように構成したことを特徴としたもの
である。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a screw-joint tightening means that detects the axial force generated in the shaft-like part when the screw-joint tightening means has a shaft-like part on the - side and tightens a member to be tightened. In the axial force detector, the above-mentioned shaft-shaped part is integrally connected to or connected to the central part with high rigidity to receive the above-mentioned axial force, and the above-mentioned A thin strain-generating portion connected in a radial direction substantially perpendicular to the shaft-like portion and a highly rigid external shape connected to surround the outer periphery of the strain-generating portion and supported in contact with the member to be tightened are regular hexagons. It comprises a square support part and a strain gauge attached to at least one surface of the strain generating part, and the strain gauge detects the axial force applied to the shaft part by tightening the screw coupling means. It is characterized by being configured as follows.

〔作 用〕 本発明は、上述のように構成したから、その作用として
、軸状部を有するねじ結合手段で被緊締部材を締付ける
とき、該軸状部に負荷される軸力は、軸状部から軸力導
入部に伝達され、この軸力導入部と上記支持部との間を
連接する起歪部を撓ませる。この撓みによって該起歪部
の少なくとも1つの面内において圧縮と伸長が発生する
ので、これらの圧縮および伸長が発生する部位にひずみ
ゲージを添着することで、上記軸力に対応した電気信号
を検出することができる0本発明に係る起歪部は、支持
部と軸力導入部間において直角な放射状を呈し、ひずみ
ゲージを正確な位置に容易且つ確実に添着することがで
き、また剪断歪を検出するためにも、ひずみゲージを添
着することができる構造となっているので検出精度の向
上が計れる。
[Function] Since the present invention is configured as described above, as a function thereof, when a member to be tightened is tightened by a screw coupling means having a shaft-like portion, the axial force applied to the shaft-like portion is The axial force is transmitted from the axial force introduction section to the axial force introduction section, and the strain generating section that connects the axial force introduction section and the support section is bent. This deflection causes compression and expansion in at least one plane of the strain-generating portion, so by attaching a strain gauge to the area where these compressions and expansions occur, an electrical signal corresponding to the axial force can be detected. The strain generating part according to the present invention has a radial shape perpendicular to the support part and the axial force introducing part, and can easily and reliably attach a strain gauge to an accurate position, and can also reduce shear strain. The structure allows a strain gauge to be attached for detection, which improves detection accuracy.

【実施例〕【Example〕

以下、本発明の実施・例を添付図面に基づいて具体的に
説明する。
Embodiments and examples of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings.

第1図は、本発明に係るねじ結合緊締手段の軸力検出器
の全体構成を示す一部破断の正面図である。
FIG. 1 is a partially cutaway front view showing the overall configuration of an axial force detector of a screw connection tightening means according to the present invention.

第1図において、1は軸状部としてのボルト軸(以下「
軸部」という)、2は上記軸部1の基端部に連設された
剛性大なる軸力導入部、3は軸部1の先端から所定の長
さにわたり外周に螺設された雄ねじ部、4はこの雄ねじ
部3に螺合するナツト、5および6は所定の位置に軸部
1が貫通する取付孔5a 、6aを有する被緊締部材と
してのフランジ部、7は上面7aおよび下面7bを有し
、軸部1に略直角の放射方向に上記軸力導入部2から連
設(または延設)された肉薄の起歪部、8はこの起歪部
7の外周を囲むように連設され、上記フランジ部6と当
接する当り面8aを有する厚肉の剛性大なる外形が正六
角形の支持部である。この外形が正六角形の支持部8、
上記起歪部7および上記軸力導入部2をもって頭部9を
構成し、さらにこの頭部9および軸部1をもってボルト
を構成し、このボルトとナツト4をもってねじを利用し
た1組のねじ結合緊締手段を構成している。
In Fig. 1, reference numeral 1 indicates a bolt shaft (hereinafter referred to as "
2 is a highly rigid axial force introduction part connected to the base end of the shaft part 1, and 3 is a male thread part screwed on the outer periphery over a predetermined length from the tip of the shaft part 1. , 4 is a nut screwed into this male threaded portion 3, 5 and 6 are flange portions as members to be tightened having mounting holes 5a and 6a through which the shaft portion 1 passes through at predetermined positions, and 7 is a nut having an upper surface 7a and a lower surface 7b. A thin strain-generating portion 8 is connected to surround the outer periphery of the strain-generating portion 7, and is connected (or extended) from the axial force introducing portion 2 in a radial direction substantially perpendicular to the shaft portion 1. The supporting portion has a thick, rigid outer shape having a contact surface 8a that contacts the flange portion 6, and has a regular hexagonal shape. A support portion 8 whose outer shape is a regular hexagon,
The strain generating portion 7 and the axial force introduction portion 2 constitute a head 9, the head 9 and the shaft portion 1 constitute a bolt, and the bolt and the nut 4 form a set of threaded connections using screws. It constitutes a tightening means.

10〜17は上記起歪部7の上下両面7a 。10 to 17 are upper and lower surfaces 7a of the strain-generating portion 7;

7bに添着されたひずみゲージで、このうち、10〜1
3は上面7aに、14〜17は下面7bに添着され、し
かもひずみゲージ10,14゜13.17は外形が正六
角形の支持部8に極めて近い位置に、ひずみゲージ11
,12,15,16は軸力導入部2に極めて近い位置に
それぞれ添着されている。
Of these, 10 to 1 are strain gauges attached to 7b.
3 is attached to the upper surface 7a, and 14 to 17 are attached to the lower surface 7b.Moreover, strain gauges 10, 14°13.
, 12, 15, and 16 are respectively attached at positions extremely close to the axial force introduction part 2.

尚、以下の図面には、第1図と同一部位には同一符号を
付しである。
In the following drawings, the same parts as in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

第2図〜第5図は、いずれも第1図に示した軸力検出器
における頭部の形状のみがそれぞれ異なる変形例の構成
を示す平面図で、このうち、第2図は、第1実施例の頭
部を、第3図は第2の変形例の頭部を、第4図は第3の
変形例の頭部を、第5図は第4の変形例の頭部をそれぞ
れ示している。
2 to 5 are plan views showing configurations of modified examples in which only the shape of the head of the axial force detector shown in FIG. 3 shows the head of the second modification, FIG. 4 shows the head of the third modification, and FIG. 5 shows the head of the fourth modification. ing.

第2図において、18および19は外形が正六角形の支
持部8をそれぞれ構成する部分である。
In FIG. 2, reference numerals 18 and 19 are parts constituting the support portion 8, each having a regular hexagonal outer shape.

起歪部7は、上記部分18.19に対し軸方向の厚みを
充分に薄く形成されている。20は起歪部7を形成する
ために部分18.19との間に形成される略半円形の貫
通孔である。頭部9の全体の平面形状は軸力導入部2を
中心として左右対称の六角形状に形成され、起歪部7は
、いわゆる−文字状ビーム21を形成している。
The strain-generating portion 7 is formed to have a sufficiently thinner thickness in the axial direction than the portions 18 and 19. Reference numeral 20 denotes a substantially semicircular through hole formed between the portions 18 and 19 to form the strain-generating portion 7. The overall planar shape of the head 9 is formed into a symmetrical hexagonal shape with the axial force introduction part 2 as the center, and the strain generating part 7 forms a so-called - character-shaped beam 21.

第3図において、22〜25は軸力導入部2を中心に左
右上下略対称な位置に穿設された貫通孔、26および2
7はこれらの貫通孔22〜25のうち、互いに隣接する
貫通孔の間に残されて形成される縦ビームおよび横ビー
ムで、それぞれに起歪部7を有するいわゆる十文字状ビ
ームを形成している。頭部9全体の平面形状は、正六角
形をなしている。
In FIG. 3, reference numerals 22 to 25 indicate through holes 26 and 2, which are bored at approximately symmetrical positions left and right and up and down with the axial force introduction part 2 as the center.
Reference numeral 7 denotes a vertical beam and a horizontal beam that are left between adjacent through holes among these through holes 22 to 25, and form so-called cross-shaped beams each having a strain-generating portion 7. . The overall planar shape of the head 9 is a regular hexagon.

また、縦ビーム26にはひずみゲージ28゜29が、横
ビーム27にはひずみゲージ30゜31がそれぞれ曲げ
応力が最大になる位置に添着されている。
Further, strain gauges 28° and 29 are attached to the longitudinal beam 26, and strain gauges 30° and 31 are attached to the horizontal beam 27, respectively, at positions where the bending stress is maximum.

第4図において、32は軸力導入部2を中心に所定の半
径の位置に等角度間隔で穿設された貫通孔、33は起歪
部7がこれら貫通孔32の間に放射状に形成されたスポ
ーク状ビームで、頭部9の全体の平面形状は正六角形を
なしている。また。
In FIG. 4, reference numeral 32 indicates through holes drilled at equal angular intervals at predetermined radius positions around the axial force introducing portion 2, and reference numeral 33 indicates strain generating portions 7 formed radially between these through holes 32. The overall planar shape of the head 9 is a regular hexagon. Also.

34は上記スポーク状ビーム33の曲げ応力が最大にな
る位置に添着されたひずみゲージである。
34 is a strain gauge attached to the spoke-shaped beam 33 at a position where the bending stress is maximum.

第5図は、第3の変形例の平面図、第6図は。FIG. 5 is a plan view of the third modification, and FIG. 6 is a plan view of the third modification.

その全体構成を示す正面中央縦断面図である。FIG. 2 is a front center vertical cross-sectional view showing the overall configuration.

第5図および第6図において、35は軸力導入部、36
はボルトの軸部、37は起歪部、38は平滑に形成され
た当り面38aを有する外形が正六角形の支持部である
。39は被緊締部材としての、例えばフランジ部、40
〜43および44〜47はそれぞれ第1riAのひずみ
ゲージ10〜17に対応する起歪部37の上面および下
面に添着されたひずみゲージである。尚、48および5
4は、起歪部37を構成する縦ビームおよび横ビームで
あり、50,51,52.53は、縦ビーム48に添着
されたひずみゲージである。
In FIG. 5 and FIG. 6, 35 is an axial force introduction part, 36
Reference numeral 37 indicates a shaft portion of the bolt, 37 indicates a strain-generating portion, and 38 indicates a support portion having a regular hexagonal outer shape and a smooth contact surface 38a. 39 is a member to be tightened, for example, a flange portion, 40
-43 and 44-47 are strain gauges attached to the upper and lower surfaces of the strain generating part 37, respectively, corresponding to the strain gauges 10-17 of the first riA. Furthermore, 48 and 5
4 is a vertical beam and a horizontal beam that constitute the strain-generating portion 37, and 50, 51, 52, and 53 are strain gauges attached to the vertical beam 48.

また剪断歪を検出するためには、ひずみゲージ58a 
、58bを第7図に示すように、起歪部57の側面の所
定の位置に添着する。尚、第7図において、55は軸力
導入部、56はボルトの軸部である。
In addition, in order to detect shear strain, a strain gauge 58a is used.
, 58b are attached to predetermined positions on the side surface of the strain-generating portion 57, as shown in FIG. In addition, in FIG. 7, 55 is an axial force introduction part, and 56 is a bolt shaft part.

第8図は、動作を説明するために第1図の一部を省略し
且つ誇張して示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram in which a part of FIG. 1 is omitted and exaggerated in order to explain the operation.

第8図において、59は軸力の方向を示す矢印である。In FIG. 8, 59 is an arrow indicating the direction of the axial force.

第9図は、第1図および第8図に示したひずみゲージ1
0〜17でブリッジを構成した例を示す回路図である。
Figure 9 shows the strain gauge 1 shown in Figures 1 and 8.
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example in which a bridge is configured by 0 to 17;

第9図において、60および61はブリッジ電WA(I
i@示せず)の入力端、62および63は出力端で、6
4は、ひずみゲージ11.12より成る直列枝路の両端
がそれぞれ入力端60および出力端62に接続された第
1辺と、ひずみゲージ10゜13の直列枝路の両端がそ
れぞれ出力端62および入力端61に接続された第2辺
と、ひずみゲージ14.17の直列枝路の両端がそれぞ
れ入力端61および出力端63に接続された第3辺と、
ひずみゲージ15.16の直列枝路の両端がそれぞれ出
力端63および入力端60に接続された第4辺とより成
るホイートストンブリッジ(以下、単にrブリッジ」と
いう)である。
In FIG. 9, 60 and 61 are bridge electric WA (I
i@ (not shown), 62 and 63 are output terminals, and 6
4 is a first side where both ends of a series branch consisting of strain gauges 11 and 12 are connected to an input end 60 and an output end 62, respectively, and both ends of a series branch consisting of strain gauges 10 and 13 are connected to an output end 62 and an output end 62, respectively. a second side connected to the input end 61; a third side where both ends of the series branch of the strain gauge 14.17 are connected to the input end 61 and the output end 63, respectively;
Both ends of the series branches of the strain gauges 15 and 16 are Wheatstone bridges (hereinafter simply referred to as "r bridges") consisting of a fourth side connected to an output end 63 and an input end 60, respectively.

第10図は、軸力が垂直方向に作用しない場合の動作を
説明するために第1図の一部を省略した説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram with a part of FIG. 1 omitted to explain the operation when no axial force acts in the vertical direction.

第10図において、65は軸部1の中心の予定位置で、
同図は、何らかの力によって軸部1の中心が予定位置6
5から所定角度傾斜した状態を示しているが、説明とし
ては、逆に。
In FIG. 10, 65 is the planned position of the center of the shaft portion 1;
In the figure, the center of the shaft portion 1 is moved to the planned position 6 due to some force.
5 is shown tilted at a predetermined angle, but for purposes of explanation, it is the opposite.

軸1が垂直で頭部9が傾斜している場合にも適用できる
It can also be applied when the axis 1 is vertical and the head 9 is inclined.

次に、このように構成された本実施例の動作を、第1実
施例(第1図および第2図)を代表として説明する。
Next, the operation of this embodiment configured as described above will be explained using the first embodiment (FIGS. 1 and 2) as a representative.

第1図のナツト4を回してフランジ部5,6を締付ける
と、雄ねじ部3には、すなわち軸部1には、第8図の矢
印59に示す方向に引張力が作用し、軸力導入部2は矢
印59の方向の軸力を受ける。一方、支持部8は、フラ
ンジ部6に支持されているので軸力導入部2のみが下方
に変位し、その結果起歪部7が図示のように変形する。
When the nut 4 in Fig. 1 is turned to tighten the flange parts 5 and 6, a tensile force acts on the male threaded part 3, that is, on the shaft part 1 in the direction shown by the arrow 59 in Fig. 8, and an axial force is introduced. Part 2 receives an axial force in the direction of arrow 59. On the other hand, since the support section 8 is supported by the flange section 6, only the axial force introduction section 2 is displaced downward, and as a result, the strain generating section 7 is deformed as shown.

すなわち、上面7a側のひずみゲージ10,13および
下面7b側のひずみゲージ15.16がそれぞれ小さい
矢印で示す方向に伸長し、一方、逆に上面7a側のひず
みゲージ11.・12および下面7b側のひずみゲージ
14.17がそれぞれ小さい矢印で示す方向に圧縮さ九
るように変形する。
That is, the strain gauges 10, 13 on the upper surface 7a side and the strain gauges 15, 16 on the lower surface 7b side extend in the directions shown by the small arrows, while conversely, the strain gauges 11.16 on the upper surface 7a side expand. 12 and the strain gauges 14 and 17 on the lower surface 7b are compressed and deformed in the directions indicated by the small arrows, respectively.

さて、ひずみゲージ10〜17において、その圧縮は抵
抗値の減小を意味し、伸長は抵抗値増大を意味するから
、第9図のブリッジ64の各辺における抵抗値の変化は
、第1辺のひずみゲージ11.12が共に抵抗値減小、
第2辺のひずみゲージ10.13は共に増大、第3辺の
ひずみゲージ14.17は共に減小、第4辺のひずみゲ
ージ15.16は共に増大となる。つまり、起歪部7の
変形量によって軸力を検出することができるのである。
Now, in the strain gauges 10 to 17, compression means a decrease in resistance value, and expansion means an increase in resistance value, so the change in resistance value on each side of the bridge 64 in FIG. The resistance value of both strain gauges 11 and 12 decreased,
The strain gauges 10.13 on the second side both increase, the strain gauges 14.17 on the third side both decrease, and the strain gauges 15.16 on the fourth side both increase. In other words, the axial force can be detected based on the amount of deformation of the strain generating portion 7.

欣に、第10図によって1例えば、偏荷重あるいは横荷
重を受けて軸部1が傾斜したときの誤差の除去作用につ
いて説明する。
Now, referring to FIG. 10, the function of removing errors when the shaft portion 1 is tilted due to an unbalanced load or a lateral load, for example, will be explained.

第10図に示すように、軸部1が何らかの横荷重によっ
て、予定位置65に対して所定角度だけ傾斜したとする
。この場合、起歪部7の変形は、次のようになる。つま
り、上面7a側のひずみゲージ11,13および下面7
b側のひずみゲージ14.16がそれぞれ伸長し、逆に
上面7b側のひずみゲージ10.12および下面7b側
のひずみゲージ15.17がそれぞれ圧縮する方向に変
形する。従って、第9図示のブリッジ64においては、
第1辺〜第4辺まですべての辺内の、直列に組合わされ
たひずみゲージ(例えば11と12の抵抗値が互いに増
大と減少となって、それぞれの辺内で上記傾斜による出
力分を打消すように作用するから、結果的に電圧vOは
変化しない。
As shown in FIG. 10, it is assumed that the shaft portion 1 is inclined by a predetermined angle with respect to the planned position 65 due to some lateral load. In this case, the strain-generating portion 7 deforms as follows. In other words, the strain gauges 11 and 13 on the upper surface 7a side and the lower surface 7
The strain gauges 14, 16 on the b side are each expanded, and conversely, the strain gauges 10.12 on the upper surface 7b side and the strain gauges 15, 17 on the lower surface 7b side are each deformed in a compressing direction. Therefore, in the bridge 64 shown in FIG.
The resistance values of strain gauges (for example, 11 and 12) that are combined in series on all sides from the 1st side to the 4th side increase and decrease each other, and the output due to the above slope is generated within each side. Since it acts to erase the voltage, the voltage vO does not change as a result.

従って、第10図に示すように軸部1が傾いた状態で第
8図に示す矢印59の方向に軸力が働いた場合でも、傾
斜の影響を受けることなく、正しい軸力が検出できるの
である。尚、第10図は、軸部1が傾斜した場合につい
て図示しであるが1頭部9が傾斜した場合でも、同様で
ある。
Therefore, even if an axial force is applied in the direction of the arrow 59 shown in Fig. 8 with the shaft portion 1 tilted as shown in Fig. 10, the correct axial force can be detected without being affected by the inclination. be. Although FIG. 10 shows the case where the shaft portion 1 is tilted, the same applies even when the head 9 is tilted.

また、説明しなかった第3図、第4図および第5図に示
す頭部9においても、起歪部7の形状が異なるのみで、
はぼ同様の考え方ができるから説明は省略する。
Also, in the head 9 shown in FIGS. 3, 4, and 5, which were not explained, the only difference is the shape of the strain-generating portion 7,
Since you can think of it in a similar way, I will omit the explanation.

このように、本実施例によれば、実施例の頭部9は、そ
れぞれフランジ部5,6から取外した状態(結合前の状
態)では、それぞれ図中上方・下方の両端が開口され、
起歪部7および37の上面および下面は視認しやすい平
坦面に形成されているから、ひずみゲージ(例えば10
〜17)の添着作業が容易であり、従って正確な位置に
添着でき、その結果検出精度が従来のものに比べ飛躍的
に向上するという利点がある。
As described above, according to this embodiment, when the head 9 of the embodiment is removed from the flange portions 5 and 6 (state before joining), both ends of the upper and lower ends in the figure are open, respectively.
Since the upper and lower surfaces of the strain generating parts 7 and 37 are formed as flat surfaces that are easily visible, strain gauges (for example, 10
-17) The attachment work is easy, and therefore it can be attached at an accurate position, resulting in an advantage that the detection accuracy is dramatically improved compared to the conventional one.

また、上述のように9頭部9における軸力導入部2およ
び35の図中上端面が開口しているので、ここにリード
線のコネクタ等の接続手段を配設することにより、締付
作業時には、外部機器との接続線をはずしておくことが
可能となり、接続線(リード線)の切断、ひずみゲージ
の剥離、損傷等の発生を防止することができると共に作
業性が向上するという利点がある。
In addition, as mentioned above, since the upper end faces of the axial force introduction parts 2 and 35 in the head 9 are open in the figure, connecting means such as lead wire connectors can be provided here to facilitate tightening work. In some cases, it is possible to disconnect the connection wires from external equipment, which has the advantage of preventing disconnection of the connection wires (lead wires), peeling off of the strain gauge, and damage to the strain gauge, as well as improving work efficiency. be.

また、頭部9は、少なくともボルトの軸部に比べて大き
く形成できるので、その分、添着可能な面積が広くなり
、上述のように正確な位置にひずみゲージが添着できる
ことに加え、多数のひずみゲージ(例えば10〜17)
が添着できるので。
In addition, since the head 9 can be made larger than at least the shaft of the bolt, the area to which it can be attached becomes wider. Gauge (e.g. 10-17)
Because it can be attached.

検出感度が高くなり、さらにひずみゲージでブリッジ6
4が構成できるため、例えば軸部1または頭部9の傾斜
の影響を除去する等の様々な電気的処理が可能になり、
総じて検出精度が向上するという利点がある。
Detection sensitivity is increased, and bridge 6 is further improved with strain gauges.
4 can be configured, it becomes possible to perform various electrical processing such as, for example, removing the influence of the inclination of the shaft part 1 or the head part 9,
Overall, there is an advantage that detection accuracy is improved.

また、従来例(特にワッシャー型)に比べて、ワッシャ
ー型の外周に対応する外形が正六角形の支持部8.38
の剛性を充分に大きくできるから頭部9それ自体が変形
することはなく、少なくともこの変形による片当りが発
生しないという利点がある。また、ワッシャー型のセン
サは、軸方向の高さが低い場合は、センサ出力のバラツ
キが大きいという難点があるが、本実施例のものは、薄
型でも出力が安定しており、検出精度も高いという利点
がある。
Also, compared to the conventional example (especially washer type), the support part 8.38 has a regular hexagonal outer shape corresponding to the outer periphery of the washer type.
Since the rigidity of the head 9 can be made sufficiently large, the head 9 itself will not be deformed, and at least there is an advantage that uneven contact will not occur due to this deformation. In addition, washer-type sensors have the disadvantage of large variations in sensor output when the axial height is low, but the sensor in this example has a stable output and high detection accuracy even though it is thin. There is an advantage.

また、上述のように、頭部9の形状を大きくすることが
可能であり、当り面8a 、38aの機械加工が容易に
できるので、高い平坦度が得られるという利点がある。
Further, as described above, the shape of the head 9 can be made large, and the contact surfaces 8a and 38a can be easily machined, so there is an advantage that high flatness can be obtained.

また、第1図には示さなかったが、ナツト4とフランジ
部5との間にスプリングワッシャおよび平座金等を種々
組合せて介挿することか勿論可能であり、上記組合せに
よる条件の変化に左右されることなく、略同−の軸力で
締付けることができるという利点がある。
Although not shown in Fig. 1, it is of course possible to insert various combinations of spring washers, plain washers, etc. between the nut 4 and the flange portion 5, and the changes may be affected by the changes in conditions due to the above combinations. It has the advantage that it can be tightened with approximately the same axial force without being affected.

また、実施例の頭部9および軸部1からなるボルトは、
それぞれ通常のボルトとしても用いることが可能であり
、さらに従来例(特にワッシャ型)のようにボルトの長
さに特別な配慮を要したり。
Further, the bolt consisting of the head 9 and the shaft portion 1 of the example is as follows:
Each type can be used as a normal bolt, and special consideration may be required for the length of the bolt, as in the case of conventional bolts (especially washer type bolts).

予め適当な長さのボルトを準備したりする手間が省け1
作業性が向上するという利点がある。
Eliminates the hassle of preparing bolts of appropriate length in advance.1
This has the advantage of improving workability.

尚、本発明は、上述し且つ図示の実施例にのみに限定さ
れるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々
の変形実施ができるものである。
It should be noted that the present invention is not limited to the embodiments described and illustrated above, but can be modified in various ways without departing from the spirit thereof.

例えば、第1実施例の頭部9は、第1.第2、第3、第
4の変形例として示したように貫通孔20.22〜25
.32を有するに限らず、起歪部7.37が軸力導入部
2,35と外形が正六角形の支持部8,38との間で連
続している。いわゆるダイヤプラム状を成すものであっ
てもよい。
For example, the head 9 of the first embodiment is the first. As shown in the second, third, and fourth modifications, the through holes 20, 22 to 25
.. 32, the strain-generating portions 7.37 are continuous between the axial force introduction portions 2, 35 and the support portions 8, 38 having regular hexagonal outer shapes. It may also have a so-called diaphragm shape.

また、ブリッジ64の各辺の構成は、第9図示の例に限
ることなく、ひずみゲージの数量および添着位置等によ
って、適宜、その構成を変えてもよい。
Further, the configuration of each side of the bridge 64 is not limited to the example shown in FIG. 9, and may be changed as appropriate depending on the number of strain gauges, attachment positions, etc.

また、前記の実施例においてひずみゲージを上面7a、
37aと下面7b、37bとの両面に添着する例を示し
たが、勿論いずれか一方の面のみの添着でもよい。
In addition, in the above embodiment, the strain gauge is placed on the upper surface 7a,
Although an example has been shown in which the adhesive is attached to both sides, 37a and the lower surface 7b, 37b, it is of course possible to attach it to only one of the surfaces.

(発明の効果〕 以上、詳述したように、本発明によれば、ねじ結合緊締
手段をもって被緊締部材を締付けたときに発生する軸力
を、剛性大なる軸力導入部と剛性大なる支持部との間を
連接する肉薄の起歪部の変形量に変換し、この変形量を
ひずみゲージで検出することによって上記軸力を検出す
るように構成したから、ひずみゲージが所定位置に正確
、確実且つ容易に添着でき、検出精度および検出感度を
著しく向上させることができ、その上緊締作業時におけ
るリード線の切断や、このリード線に接続されたひずみ
ゲージの剥離等の発生のおそれがなく、従って、・極め
て作業性の良いねじ結合緊締手段の軸力検出器を提供す
ることができる。
(Effects of the Invention) As described in detail above, according to the present invention, the axial force generated when the member to be tightened is tightened with the screw-coupled tightening means can be absorbed by the axial force introducing portion with high rigidity and the support with high rigidity. The axial force is detected by converting it into the amount of deformation of the thin strain-generating part connected between the two parts, and detecting this deformation with the strain gauge. It can be attached reliably and easily, significantly improving detection accuracy and sensitivity, and there is no risk of breakage of the lead wire or peeling of the strain gauge connected to the lead wire during tightening work. Therefore, it is possible to provide an axial force detector for a screw-coupled tightening means with extremely good workability.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明に係るねじ結合緊締手段の軸力検出器
の第1実施例の全体構成をほぼ破断して示す正面図、第
2図〜第5図は、いずれも第1図に示した第1実施例の
軸力検出器における頭部の各種変形例を示す図で、この
うち、第2図は、起歪部が一文字状ビームより成る第1
の頭部、第3図は、起歪部が略十文字状ビームより成る
第2の頭部、第4図は、起歪部がスポーク状ビームより
成る第3の頭部、第5図は、起歪部が十文字状ビームよ
り成る第4の頭部、の各変形例をそれぞれ示す平面図、
第6図は、起歪部が十文字状ビームより成る第4頭部の
変形例の全体構成を一部省略して示す正面中央縦断面図
、第7図は、起歪部の剪断ひずみを検出する形式の第5
の変形例の構成を示す正面部分断面図、第8図は、本発
明の詳細な説明するために第1図の一部を省略し且つ誇
張して示す説明図、第9図は、第1図および第8図に示
したひずみゲージでブリッジを構成した例を示す回路図
、第10図は、軸力が垂直に作用しない場合の本発明の
詳細な説明するための図である61.36,56・・・
・・・ボルトの軸部、2.35.55・・・・・・軸力
導入部、13・・・・・・雄ねじ部、       4
・・・・・・ナツト、5.6,39・・・・・・フラン
ジ部、7.37,57・・・・・・起歪部。 8.38・・・・・・外形が正六角形の支持部、8a 
、38a・・・・・・当り面、 9・・・・・・ボルトの頭部。 lO〜17.28〜31,34.40〜4750〜53
,58a 、58b・・・・・・ひずみゲージ。 20.22〜25,32・・・・・・貫通孔、33・・
・・・・スポーク状ビーム、 60.61・・・・・・入力端。 62.63・・・・・・出力端、 6”4・・・・・・ホイートストンブリッジ、65・・
・・・・中心の予定位置。 第 図 J2 図 特許出願人 株式会社 共和電果、。 第 図   7a 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 6ノ 第 図
FIG. 1 is a front view showing the entire structure of a first embodiment of an axial force detector for a screw-coupled tightening means according to the present invention in a nearly cutaway manner, and FIGS. 2 to 5 are all similar to FIG. 1. FIG. 2 is a diagram showing various modifications of the head of the axial force detector of the first embodiment shown in FIG.
FIG. 3 shows a second head whose strain-generating portions are composed of approximately cross-shaped beams, FIG. 4 shows a third head whose strain-generating portions are composed of spoke-shaped beams, and FIG. a fourth head whose strain-generating portion is a cross-shaped beam;
FIG. 6 is a front center vertical cross-sectional view partially omitting the entire configuration of a modified example of the fourth head in which the strain-generating portion is a cross-shaped beam, and FIG. 7 is a detection of shear strain in the strain-generating portion. The fifth form of
FIG. 8 is an explanatory view showing a part of FIG. 1 omitted and exaggerated in order to explain the present invention in detail, and FIG. 61.36 A circuit diagram showing an example in which a bridge is constructed using the strain gauges shown in FIGS. ,56...
... Bolt shaft part, 2.35.55 ... Axial force introduction part, 13 ... Male thread part, 4
... Nut, 5.6, 39 ... Flange part, 7.37, 57 ... Strain part. 8.38...Support part with regular hexagonal outer shape, 8a
, 38a... contact surface, 9... head of bolt. lO~17.28~31, 34.40~4750~53
, 58a, 58b...Strain gauge. 20.22~25,32...Through hole, 33...
...spoked beam, 60.61 ...input end. 62.63...Output end, 6"4...Wheatstone bridge, 65...
...The planned position of the center. Figure J2 Patent applicant: Kyowa Denka Co., Ltd. Figure 7a Figure 7a Figure 6

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)一方に軸状部を有するねじ結合緊締手段が被緊締
部材を締付ける際に該軸状部に発生する軸力を検出する
ねじ結合緊締手段における軸力検出器において、剛性の
大きい中心部に上記軸状部が一体に連設されまたは一体
的に連結されて上記軸力を受ける軸力導入部と、この軸
力導入部から上記軸状部に略直角な放射方向に連設され
る肉薄の起歪部と、この起歪部の外周を囲むように連設
され上記被緊締部材に当接支持される剛性の大きい外形
が正六角形の支持部と、上記起歪部の少なくとも1つの
面に添着されたひずみゲージとを具備し、上記ねじ結合
手段の締付けによって上記軸状部に負荷される軸力を上
記ひずみゲージによって検出するように構成したことを
特徴とするねじ結合緊締手段における軸力検出器。
(1) In the axial force detector of the screw-coupled tightening means that detects the axial force generated in the shaft-like portion when the screw-coupling tightening means having a shaft-like portion on one side tightens the member to be tightened, the central portion has a large rigidity. an axial force introduction part to which the shaft part is integrally connected or integrally connected to receive the axial force; and an axial force introduction part which is connected to the shaft part in a radial direction substantially perpendicular to the shaft part. a thin strain-generating portion; a supporting portion having a regular hexagonal outer shape with high rigidity that is connected to surround the outer periphery of the strain-generating portion and supported in contact with the member to be tightened; and at least one of the strain-generating portions. and a strain gauge affixed to a surface thereof, and is configured such that the strain gauge detects an axial force applied to the shaft-like part by tightening the screw joint means. Axial force detector.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2731514A1 (en) * 1995-03-07 1996-09-13 Europ Propulsion Continuous monitoring of joint gap between two flange connected components
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WO2015075823A1 (en) * 2013-11-22 2015-05-28 株式会社サンノハシ Bolt, nut, and strain measurement system

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