JPH03262959A - ボルト軸力監視装置 - 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、中心孔を有するボルトのボルト軸力を動向を
監視するボルト軸力監視装置に関するものである。 【従来の技術】 例えば、２枚の鋼板を一体に締結する部材として、ボル
トとナツトが広く用いられている。この場合、ボルト締
結時のボルトの締結力、言換えればボルトの軸力が過大
であれば、ボルト自身が折れる虞があり、逆にボルト軸
力が過小であれば、ボルトが緩んで外れる真があること
から、ボルトの軸力を常に把握しておく二とがボルト締
結状Ｓの安全性を維持する上で極めて重要なことである
。 しかして、従来、ボルトの軸力の動向を監視する手段と
して、トルク法が知られている。この方法は、ボルトを
締付けるときの締付はトルクを監視するもので、トルク
Ｔとボルト軸力Ｆとの間に成立するＴ−ＫｄＦ　（ただ
し、Ｋはトルク係数、ｄはボルトの呼び径である。）の
関係を利用したものである。この場合、Ｘ％ｄを定数と
して取扱い、トルクＴを制御することにより軸力Ｆを知
るようにしている。 しかし、このトルク法にあっては、ボルトの底面やねじ
部の不均一な粗さの影響を受けてトルク係数Ｋが一定に
ならず、これが原因でトルクＴ：；対するボルトの軸力
Ｆのバラツキ範囲が大きくなる欠点があった。 そこで、このようなトルク法に代わって超音波を利用し
てボルト軸力の動向を直接的に監視する方法が考えられ
ている。この方法は、ｊＮ６ｖｌＪ（ａ）に示すように
２枚の綱板１．２を一体に締結するボルト３の頭に超音
波センサ４を取り付け、この超音波センサ４より送出さ
れ、ボルト３端面で反射される超音波エコーＥを受信し
て、軸力負荷にともなう音速変化と寸法変化による伝播
時間の変化量をモニターし、ボルト軸力を監視するよう
にしている。この方法によると、ボルト３を締付けた際
の軸力Ｆは、ｊｉ！６図（ｂ）に示すようにボルト３の
締付は前の超音波伝播時間をｔｏ、締付は扱の超音波伝
播時間をｔσ、締付は前後の超音波伝播時間差をΔｔ、
比例定数をＫＢとすると、Ｆ−ＫＢ−Δｔ−ＫＢ　　（
ｔσ−１０）で求められることになる。 しかし−このような超音波を利用した軸力監視の適用条
件としては、超音波センサ４を取付けるボルト３の一方
端部（ここでは、頭部）が平滑面であり、他方の面も超
音波の反射が確実に得られる形状であること、そして、
超音波が貫通するボルト３の中心部に障害物がないこと
などが挙げられ、その適用範囲が比較的制限される傾向
にある。 ［発明が解決しようとする課題］ ところで、加圧式原子炉の炉内構造物の締付けなどに用
いられるボルトとして、ボルトの中心軸に沿って計装管
を挿過するための中心孔を有するものがある。この種ボ
ルトは、例えば径寸法が３０ａｍ強に対して、中心孔の
径が１０ｍｍ程度あり、しかも超音波を反射させるボル
ト端面は反射しに（い形状になっていることがある。こ
のことから、このようなボルトでは、超音波が通過され
るボルト中心部が中空になっていることから、上述した
超音波を利用した軸力監視の適用条件を満足しないこと
になり、かかる監視法の適用が難しかった。 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、中心孔を
有するボルトであつてもボルト軸力の動向を正確に監視
することができるボルト軸力監視装置を提供することを
目的とする。 Ｃ課題を解決するための手段〕 本発明のボルト軸力監視装置は、中心孔を有するボルト
の軸力を監視するものであって、上記ボルトの中心孔に
コイルを有するセンサを挿入し。 このコイルに交番電流を供給し、ボルトの中心孔の壁面
に渦電流を発生させるとともに、ボルトの軸力に応じた
中心孔壁面の渦電流の変化にともなうコイルのインピー
ダンス変化を不平衡電気出力として検出し、この検出さ
れた不平衡電気出力をボルトの軸力との相対関係からボ
ルト軸力として出力するようにしたものである。

【作　用】

本発明のボルト軸力監視装置は、ボルトの中心孔に挿入
されるセンサのコイルの交番電流によりボルトの中心孔
壁面に発生される渦電流が、ボルトの軸力に応じて変化
され、この変化にともなうコイルのインピーダンス変化
を不平衡電気出力として取り出すことができるので、こ
の不平衡電気出力とボルト軸力との相対関係から現時点
でのボルト軸力の状態を正しく把握することができる。 〔実施Ｎ］ 以下、本発明の一実施例を図面にしたがい説明する。 ｊｉｉ１図は、同実施例の概略的構成図である。図にお
いて、１１．１２は重ね合わせた２枚の鋼板で、これら
鋼板１１．１２を貫通してボルト１３を挿過するととも
に、ナブト１４で締付け、鋼板１１．１２を一体に締結
するようにしている。この場合、ボルト１３は、中心軸
に沿って中心孔１３１を形成したものである。 このような中心孔１３１を有するボルト１３は、その中
心孔１３１に軸力Ｆを検出するためのセンサ１５を挿入
している。 センサ１５は円筒状の枠体１５１の先端部にコイル１５
２を巻装したものである。この場合、コイル１５２は、
第２図に示すように交番電流１゜により周囲に磁束φ丁
を発生するようになっていて、この磁束φＴによりボル
ト１３の中心孔１３１の壁面に渦電Ｉｔ　１　！を発生
させるとともに、この渦電流１！により発生される磁束
φｔにより、電磁的作用を受はインピーダンスを変化す
るようにしている。 なお、コイル１５２は、そのリード線１５３を枠体１５
１の中空部を介して外部に導出し１信号処理回路１６に
接続している。 この信号処理回路１６は、１８３図に示すように構成し
ている。この場合、センサ１５のコイル１５２に補償コ
イル１６１を直列接続し、この直列回路を交流ブリッジ
回路１６２の１１１の巻線１６２ｍと第２の巻線１６２
ｂの直列回路に並列接続し、さらに交流ブリッジ回路１
６２の１＠３の＠ａ１６２ｃＪ：発信槻１６３を接続し
て、センサ１５のコイル１５２に交番電流１．を供給す
るようにし、上記コイル１５２のインピーダンスに変化
がある場合、上記コイル１５２と補償コイル１６１の接
続点と上記第１の巻線１６２ａとｊ＠２の巻線１６２ｂ
の接続点との間に不平衡電気出力ΔＥを発生するように
している。 このような不平衡電気出力ΔＥは、増幅器１６４に送ら
れ増幅され、整流回路１６５に送られ、こ二で直流出力
ＥＯに変換された後、補正回路１６６に与えられ、軸力
Ｆの変化に比例した補正出力Ｅ１に補正され、表示部１
７に表示されるようにしている。この場合、整流回路１
６５は、軸力Ｆの変化に対して１４図に示す関係の直流
出力ＥＯを発生し、また、補正回路１６６は、整流回路
１６５の直流出力ＥＯを補正して１５図に示すような軸
力Ｆの変化に比例する補正出力Ｅ１を発生するようにし
ている。 次に、以上のように構成した実施例の動作を説明する。 いま、ボルト１３の中心孔１３１にセンサ１５を挿入し
てコイル１５２に第２図に示すような交番電流１丁を供
給すると、この交番電流１ｒの周囲に図示破線て示す方
向の磁束４丁が発生される。 すると、この磁束φ７によりボルト１３の中心孔１３１
の壁面に渦電流１ｍが発生され、この渦電流１．により
図示実線て示す方向の磁束φ冨が発生される。この磁束
φ２が、上記コイル１５２に対して電磁的に作用するよ
うになる。 二の状態で、ボルト１３の締付けにより図示矢印方向の
軸力Ｆが□加わると、ボルト材に磁気ひずみ効果が生じ
、その透磁率が変化する。これにより、渦電流！ｔの流
れる磁気回路の磁気抵抗に変化を庄じ、磁束φｌが変化
するので、この磁束φ！により電磁的作用を受けるコイ
ル１５２にインピーダンス変化を生じるようになり、こ
れがコイル１５２と補償コイル１６１の接続点と上記第
１の巻線１６２５１とｊ＠２の巻線１６２ｂの接続点と
の間に、不平衡電気出力ΔＥとして出力される。 この不平衡電気出力ΔＥは、増幅器１６４で増幅され、
整流回路１６５により整流される。この場合、整流回路
１６５の直流出力ＥＯは、軸力Ｆの大きさに対して第４
図に示す関係で変化される。 そして、この整流回路１６５の直流出力ＥＯは、補正回
路１６６に与えられ、ｔｉＡ５図に示すように軸力Ｆの
変化に対して比例する補正出力Ｅ１に変換され、表示Ｗ
！５１７に送られ表示されるようになる。 したがって、このようにすれば中心孔１３１を有するボ
ルト１３．の中空部にセンサ１５を挿入して、二のセン
サ１５のコイル１５１に交番電流１、を過電し、磁束φ
ｉを発生させ、この磁束φ７によりボルト１３の中心孔
１３１！ｉ面に渦電流１．を発生させるとともに、この
渦電流Ｉｍにより磁束φ富を発生させるようにし、ボル
ト１３に軸力が加わると、ボルト材の磁気ひずみ効果に
よる透磁率の変化により磁束φ、が変化され、コイル１
５１のインピーダンスが変化することに看目し、このイ
ンピーダンス変化をコイル１５１、補償コイル１６１お
よび交流ブリッジ回路１６２よりなる回路により不平衡
電気出力ΔＥとして取り出すようにしたことで、この不
平衡電気出力ΔＥをボルト軸力の変化として表示部１７
に表示ができるので、従来、中心孔を有するボルトは、
超音波が通過されるボルト中心部が中空になっているこ
とから超音波を利用した軸力監視法の適用が難しかった
が、このような中心孔１３１を有するボルト１３であつ
てもボルト軸力の状態を正確に把握することができ、そ
の軸力の動向を正確に監視できる。 なお、本発明は、上記実施例にのみ限定されず、要旨を
変更しない範囲で適宜変形して実施できる。 例えば、上述の実施例では、不平衡電気出力ΔＥをボル
ト軸力の変化量として表示部１７に表示するようにした
が、不平衡電気出力ΔＥとボルト軸力の相対関係からこ
の時のボルト軸力の変化を推測するようにしてもよい。 ［発明の効果］ 本発明のボルト軸力監視装置は、ボルトの中心孔にコイ
ルを有するセンサを挿入し、このコイルに交番電流を供
給し、ボルトの中心孔の壁面に渦電流を発生させるとと
もに、ボルトの軸力に応じた中心孔壁面の渦電流の変化
にともなうコイルのインピーダンス変化を不平衡電気出
力として検出し、この検出された不平衡電気出力をボル
トの軸力との相対関係からボルト軸力として出力するよ
うにしたものであるから、ボルトの中心孔に挿入される
センサのコイルの交番電流によりボルトの中心孔壁面に
発生される渦電流が、ボルトの軸力に応じて変化され、
この変化にともなうコイルのインピーダンス変化を不平
衡電気出力として取り出すことができるようになり、こ
の不平衡電気出力とボルト軸力との相対関係から現時点
でのボルト軸力の状態を正しく把握することができ、中
心孔を有するボルトであってもボルト軸力の動向を正確
に監視することができる。

【図面の簡単な説明】

１１図は、本発明の一実施例を示す概略的構成図、第２
因は、同実施例のセンサのコイルとボルト中心孔の関係
を説明するための図、１３図は、同実施例に用いられる
信号処理回路を示す回路図、第４図およびｓ５図は、同
実施例の動作を説明するための図、′１ｓ６図は、従来
のボルト軸力監視装置の一例を示す構成図である。 １１．１２・・・鋼板、１３・・・ボルト、Ｈｌ−・・
中心孔、１４・・・ナツト、１５・・・センサ、！５１
・・・枠体、１５！　−・・コイル、１５３・・・リー
ド線、１６・・・信号処理回路、１ｇ１・・・補償コイ
ル、１６２・・・交流ブリッジ回路、１６３・・・発信
機、１６４・・・増幅器、１６５・・・整流回路、１６
６・・・補正回路、１１・・・表示部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 中心孔を有するボルトの軸力を監視するものにおいて、
   上記ボルトの中心孔に挿入されるコイルを有するセンサ
   と、上記コイルに交番電流を供給し上記ボルトの中心孔
   の壁面に渦電流を発生させるとともに上記ボルトの軸力
   に応じた上記中心孔壁面の渦電流の変化にともなう上記
   コイルのインピーダンス変化を不平衡電気出力として検
   出する検出手段と、この検出手段で検出された不平衡電
   気出力を上記ボルトの軸力との相対関係から軸力として
   出力する出力手段とを具備したことを特徴とするボルト
   軸力監視装置。