JPH037250B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、塑性域に至るまで締付けられていた
ボルトの該塑性域締付時の軸力を求めるための測
定方法に関する。

（従来の技術） 従来より、例えば、エンジンのシリンダブロツ
クにヘツドガスケツトを介してシリンダヘツドを
ヘツドボルトの締付けにより組付ける際、上記ヘ
ツドボルトをその塑性域に至るまで締付けてその
軸力を高めることにより、組付後の馴らし運転中
に上記シリンダヘツドの熱膨張によつて生じるヘ
ツドガスケツトのヘタリを上記軸力によつて吸収
し、馴らし運転後に上記ヘツドボルトを増締めす
る作業を省いて生産性の向上を図ることを行つて
いる。

一方、弾性域内で締付けられたボルトの軸力を
測定する方法として超音波式計測法は周知であ
る。この計測法は、締付前のボルトの固有振動数
Foと弾性域締付時のボルトの固有振動数Fpとの
差（Fo−Fp）が、弾性域締付時のボルトの軸力
Ｑに比例するという関係特性、すなわち、 Ｑ＝Ｋ・（Fo−Fp）／Fo …() （ここでＫは締付前のボルトの長さ、直径およ
び材質により決定される換算係数） で表わされる特性式に基づいて行うもので、超音
波を発信する探触子を用いて上記ボルトの各固有
振動数FoおよびFpを測定し、これらを上記特性
式の右辺に代入することにより、弾性域締付時の
ボルトの軸力Ｑを求めるようにしたものである。

（発明が解決しようとする課題） しかるに、塑性域に至るまで締付けられたヘツ
ドボルトにおいては、上記固有振動数の差（Fo
−Fp）が締付時のヘツドボルトの軸力Ｑに比例
せず複雑な相関を示すため、上記のような線形の
特性式を用いた超音波計測法によつては、直ちに
は、締付時のヘツドボルトの軸力Ｑを正確に求め
ることができないという問題があつた。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであ
り、塑性域に至るまで締付けられたボルトは、緩
めた後でもその固有振動数は締付前における固有
振動数Foまで戻らず、塑性変形に対応した分だ
け上記固有振動数Foより低下することを知見し、
この知見に基づいて上記塑性域締付のボルトの軸
力を従来弾性域に対して適用していた線形の関係
特性をそのまま用いて簡単に求めるようにするこ
とを目的とするものである。

この場合、上記で求められる軸力は締付けられ
ていた過去の状態においての軸力であるが、この
軸力を測定できることによつて、実際にボルトを
締付ける際に、どれだけの角度で締付けるとどれ
だけの軸力が得られるかということが予測できる
のであり、本発明はかかる利用のために塑性域締
付時のボルトの軸力を測定することを目的とす
る。

（課題を解決するための手段） この目的を達成するため、本発明の軸力測定法
は、ボルトを塑性域まで締付けて該ボルトの固有
振動数を測定し、次に、上記ボルトを緩めて該ボ
ルトの固有振動数を測定し、その後、上記両固有
振動数の差を求め、該差をもとに弾性域における
該ボルトの固有振動数と軸力との関係特性を利用
して上記塑性域締付時のボルトの軸力を求めるも
のであり、緩めた時のボルトの固有振動数を基準
としてこの固有振動数と締付時の固有振動数との
差に基づいて塑性域締付時のボルトの軸力を求め
るものである。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面に基づいて
詳細に説明する。以下の説明では、本発明をエン
ジンのシリンダヘツドをヘツドガスケツトを介し
てシリンダブロツクに所定面圧を保つて組付ける
ために用いられるヘツドボルトに対して適用した
場合について述べる。

先ず、上記ヘツドボルトを該ヘツドボルトが塑
性域に至るまで締付け、この状態で該ヘツドボル
トの上端面にワセリンを塗布し、超音波式ボルト
軸力計の探触子を接触させてヘツドボルトの固有
振動数を測定し、その測定値をFpとする。

次に、上記ヘツドボルトを緩め、この状態で上
記超音波式ボルト軸力計により再びヘツドボルト
の固有振動数を測定し、その測定値をFo′とす
る。ここで、上記両固有振動数の差（Fo′−Fp）
を求めておく。

そして、弾性域における締付時のヘツドボルト
の固有振動数Fpと軸力Ｑとの関係特性を示す上
記特性式（）［Ｑ＝Ｋ・（Fo−Fp）／Fo］に
おける換算係数Ｋを利用して、塑性域における締
付時のヘツドボルトの固有振動数Fpと軸力Ｑと
の関係特性を与える特性式として、 Ｑ＝Ｋ（Fo′−Fp）／Fo′ …（） を得る。この特性式（）により、測定された上
記固有振動数Fo′および上記差（Fo′−Fp）をも
とに塑性域締付時のヘツドボルトの軸力Ｑを求め
る。

すなわち、ヘツドボルトが塑性域に至つた場合
でも、弾性域で適用される特性式（）の線形の
関係特性および換算係数Ｋをそのまま用いて得た
特性式（）を適用して超音波式計測法によつて
塑性域締付時のヘツドボルトの軸力Ｑを簡単に求
めることができる。

次に、塑性域おいて上記特性式（）を適用す
る根拠について具体的実施例により図面に基づい
説明する。先ず、ヘツドボルトの軸力を測定する
ために用いる応力環１の検定を行う。該応力環１
は、第１図および第２図に示すように円環状の本
体上下の外周壁内に、ヘツドボルトを挿通させる
取付穴２，２が対向して設けられているととも
に、本体の左右の外周壁にひずみゲージ３，３が
貼付されたものである。該応力環１を引張試験機
にセツトして取付穴２，２の軸心方向に圧縮荷重
Ｗを負荷し、この荷重Ｗを変化させた時のひずみ
εを上記ひずみゲージ３，３によつて測定し、こ
の圧縮荷重Ｗとひずみεとにより、第３図に示す
検定線図を作成する。

次に、第４図および第５図に示す、軸力が測定
されるヘツドボルト４を、第６図に示すように上
記応力環１の取付穴２，２に挿通し応力環１下面
から突出したヘツドボルト４の先端を、作業台５
上に固定された長ナツト６に軸力がかからない状
態で螺合しておく。この締付前の状態で、上記ヘ
ツドボルト４の上端面にワリセンを塗布し、超音
波式ボルト軸力計（図示せず）の探触子を接触さ
せてヘツドボルト４の固有振動数Foを測定する。

次に、ヘツドボルト４をその軸力が0.5tonない
し1.0ton程度になるように締付け、その状態態で
ヘツドボルト４の固有振動数Fpを測定する。そ
の時、同時にひずみゲージ３，３によつて検出さ
れたひずみεpを測定し、このひずみεpをもとに
第３図の検定線図を参照して締付時のヘツドボル
ト４の軸力Ｑを正確に求めておく。

しかる後、ヘツドボルト４を緩めてその軸力を
零にした状態でヘツドボルト４の固有振動数
Fo′を測定する。

この後、再びヘツドボルト４をその軸力が前回
締付けた時の軸力よりも0.5tonないし1.0ton上回
るように締付けてその締付時の固有振動数Fpと
軸力Ｑ、および緩めた時の固有振動数Fo′を測定
する。以下同様にして締付時の軸力を増加させな
がら固有振動数Fp，Fo′および軸力Ｑを測定す
る。その結果として締付時の軸力Ｑに対する固有
振動数の差（Fo−Fp）を第７図の特性線ａに示
す。

同図によると、締付時のヘツドボルト４の軸力
Ｑが該ヘツドボルト４の弾性域に相当する7.2ton
未満では、固有振動数の差（Fo−Fp）は上記軸
力Ｑに比例する関係特性を有しており、しかもヘ
ツドボルト４を緩めるとその固有振動数Fo′は締
付前の固有振動数Foまで完全に戻つている。こ
のことにより、弾性域では上記線形の特性式
（）を適用して締付時のヘツドボルトの軸力Ｑ
を求めることができることが判る。

一方、締付時のヘツドボルト４の軸力Ｑが
7.2tonを超えてヘツドボルト４の塑性域に入る
と、固有振動数の差（Fo−Fp）は上記軸力Ｑに
比例せず、またヘツドボルト４を緩めてもその固
有振動数Fo′は締付前の固有振動数Foまで戻らな
い。ここで、第７図中破線で示した特性線ｂは締
付前の固有振動数Foと緩めた時の固有振動数
Fo′との差（Fo−Fo′）を各々締付時のヘツドボ
ルト４の軸力Ｑに対して示したものであるが、こ
の特性線ｂは塑性域における上記特性線ａの形状
に対応した形状を有しており、その値は、弾性域
における特性線ａを弾性域での勾配でもつてその
まま塑性域まで延長した一点鎖線で示す仮想特性
線a′と特性線ａとの差に等しいことが判る。

このことにより、塑性域においては、締付時の
軸力Ｑに対する関係特性を、固有振動数の差
（Fo−Fp）に代えて（Fo′−Fp）との間に求めれ
ば、第７図の仮想特性線a′に相当する線形の関係
特性が得られる。その結果、上記関係特性は、特
性式（）において用いられた換算係数Ｋがその
まま用いた特性式（）により表わされるのであ
る。

また、第１０図は、上記ヘツドボルト４に代え
て第８図および第９図に示すヘツドボルト４′に
対して締付時のヘツドボルトの軸力Ｑと固有振動
数の差（Fo′−Fp）とに関する上記一連の測定を
行つた場合の結果を示したもので、上記ヘツドボ
ルト１４による場合と同様の関係特性を示してい
ることが判る。

尚、上記実施例ではヘツドボルトの固有振動数
の各測定値Fo′，Fpをもとに特性式（）によつ
て塑性域締付時のヘツドボルトの軸力Ｑを求める
ようにしたが、上記各測定値Fo′，Fpをもとに上
記軸力Ｑとの固有振動数の差（Fo′−Fp）との間
の特性線を参照して求めるようにしてもよい。

また、本発明は、上記実施例の如きヘツドボル
トへの適用の他に、塑性域に至るまで締付けられ
るボルトに対して広く適用することができるのは
言うまでもない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、塑性域
まで締付けられたボルトに対し、その締付時の固
有振動数と緩めた後の固有振動数との差をもとに
弾性域における上記ボルトの固有振動数と軸力と
の関係特性を利用して塑性域締付時のボルトの軸
力を求めるものであるので、線形の関係特性を用
いた超音波式計測法によつて、塑性域まで締付け
られていたボルトの該塑性域締付時の軸力を簡単
に求めることができる。このことにより、実際に
ボルトを締付ける際にどれだけの角度で締付ける
とどれだけの軸力が得られるかということが予想
でき、塑性域締付ボルトの締付仕様の設定などに
便利である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は応力環を示す図、第３図
は応力環の検定線図、第４図および第５図はヘツ
ドボルトを示す図、第６図はヘツドボルトの固有
振動数および軸力の測定状態を示す側面図、第７
図はヘツドボルトにおける締付時の軸力と固有振
動数の差との測定結果図、第８図および第９図は
別のヘツドボルトを示す図、第１０図は別のヘツ
ドボルトにおける測定結果を示す第７図相当図で
ある。 ４，４′…ヘツドボルト、７…探触子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ボルトを塑性域まで締付けて該ボルトの固有
   振動数を測定し、次に上記ボルトを緩めて該ボル
   トの固有振動数を測定し、その後、上記両固有振
   動数の差を求め、該差をもとに弾性域における上
   記ボルトの固有振動数と軸力との関係特性を利用
   して上記塑性域締付時のボルトの軸力を求めるこ
   とを特徴とする塑性域締付ボルトの軸力測定法。