JPH0431545Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、歪測定装置に係り、ボルト軸の締付
状態の測定等に利用できる。

〔背景技術とその問題点〕

プラント用配管等のフランジ部を連結、締結す
る場合、ボルト軸およびナツト類による締め付け
が行われている。ところで、ボルト軸によりフラ
ンジ部を締め付けるに際しては、不均一な締め付
けや締め付け不足を生じさせると漏洩等の原因と
なり、事故を招く虞れがある等の不都合を生じ
る。そこで、ボルト軸等による締付状態を適正な
ものとするため、締付状態の測定が行われてい
る。

このボルト軸の締付状態を測定するため、従来
では、ロードセル型センサ、ボルトセンサ等ボル
ト軸に生じる歪を測定することによつて締付状態
を測定するものがある。ところが、これら歪測定
装置は、操作性が良くなく、高価であるという問
題点がある。例えば、ロードセル型センサには、
フランジ部とナツトとの間に略リング状のロード
セルを介装し、ナツトによつてボルト軸を締め付
けたときに生じる歪をロードセルで検知するもの
（特開昭60−53828）がある。ところが、これによ
れば、ロードセルは、使い捨てになるので不経済
であるとともに、フランジ部とナツトとの間に介
装しなければならない等取り扱いが必ずしも容易
ではないという問題がある。

また、多数のボルトの締付けが必要な場合に
は、周囲の温度変化によりボルトの長さが変化す
るため、異なる温度で測定すると各ボルトについ
て一律な測定ができなくなる。従つて、温度変化
を配慮して測定を行う必要があり、測定作業が容
易でないという問題がある。

（考案の目的） 本考案の目的は、簡単な操作によつて適正な歪
測定が行えるうえ、温度変化があつても測定の容
易な歪測定装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段および作用〕

本考案は、セラミツク製の支持部の一端側に設
けられている固定当接部と、この固定当接部に対
向して前記支持部の他端側に設けられているセン
サ部とで被測定部材であるボルトの両端面を挟ん
で当該ボルトの長手方向の歪を測定する歪測定ユ
ニツトと、この測定により得られた歪値に基づい
て前記ボルト内部の応力を演算するとともに、こ
の演算結果である応力値の温度補正を行う演算機
を有する演算ユニツトとを備えた歪測定装置であ
つて、前記ボルトは両端面の所定位置に係合凹部
を備え、前記固定当接部の前記ボルトの一端面に
設けた係合凹部に係合当接する凸部を備え、前記
センサ部には前記ボルトの長手方向に変位可能な
可動部材と、この可動部材の変位を検知するセン
サとが設けられ、前記可動部材は前記ボルトの他
端面に設けた係合凹部に係合当接する凸部を備
え、前記演算機には前記ボルトに取付けられた温
度センサが電気的に接続されるとともに、前記歪
値の温度補正データが予め組み込まれていること
を特徴とする。

このような本考案では、測定ユニツトの固定当
接部および可動部材の凸部をボルト両端面の凹部
にそれぞれ係合当接させる。そして、締付けによ
りボルトに歪が生じると、この歪により可動部材
の位置が変位し、この変位がセンサ部のセンサで
検知され、これにより、ボルトの歪値が自動的に
検出される。

ここで、ボルトの係合凹部と固定当接部および
可動部材の凸部とが凹凸係合することにより、ボ
ルトの締付時にボルト自体が回転したとしても、
係合凹部と凸部とがずれることがない。これによ
り、締付作業の前後で固定当接部および可動部材
のボルトに対する当接位置が変化することがなく
なり、正確な測定が可能になる。

また、ボルトの歪値は、温度の影響の受けにく
いセラミツク製の支持部により高精度で検出され
る。そして、この歪値は演算ユニツトの演算機に
入力され、入力された歪値に基づきボルト内部の
応力値が演算機で算出され、さらにこの応力値は
温度センサにより計測されたボルトの温度および
予め演算機に組み込まれた温度補正データに基づ
き所定温度における応力値に変換される。

従つて、ボルト内部の応力値は温度補正される
ので、異なる温度で測定することが可能となり、
温度変化が大きくとも測定が容易に行え、これら
により前記目的が達成される。

〔実施例〕

以下、本考案をボルト軸の締付状態の測定に利
用した実施例につき図面に基づいて説明する。こ
こで、各実施例中、同一または相当構成部分は、
説明を省略もしくは簡略にする。

第１図には、第１実施例が示されている。第１
図において、プラント用配管等のフランジ部１
１，１２は、被測定部材としてのボルト軸１３
と、ナツト１４，１５とにより締め付けられてい
る。

前記ボルト軸１３の両端には、センターホール
が形成されたゲージパツチ１６Ａ，１６Ｂがそれ
ぞれ二液性金属用接着剤１７によつて固定され、
これらのゲージパツチ１６Ａ，１６Ｂによつてボ
ルト１３の両端に係合凹部が形成されている。こ
のゲージパツチのうち第１図中右方のゲージパツ
チ１６Ａのセンターホールには、円柱状固定当接
部１８が隣接配置されている。

固定当接部１８の先端は略球状に形成され、こ
の先端がゲージパツチ１６Ａに係合当接する凸部
１８Ａとなつている。

固定当接部１８の基端は、固定アーム１９を介
してシヤフト状の支持部２０の一端に固定されて
いる。

この支持部２０は、線膨張係数の低い材質、例
えばセラミツクで形成されて温度の影響を受けに
くくなつており、また、取付位置変更可能に取手
２１が備えられている。

前記支持部２０の他端側には、センサ部アーム
２２が支持部２０の長手方向にスライド可能に設
けられるとともに、このセンサ部アーム２２は、
調整ネジ２３によつて支持部２０の所定位置に固
定されるようになつている。また、センサ部アー
ム２２には、前記固定当接部１８に対向してセン
サ２４が設けられている。このセンサ２４は、第
２図に拡大して示されるように、センサ部アーム
２２に固定されたケーシング２５を備え、このケ
ーシング２５には、ロツド状の可動部材２６が支
持部材２０の長手方向に移動可能に取り付けられ
ている。

可動部材２６の先端は略球状に形成され、ゲー
ジパツチ１６Ｂに当接係合する凸部２６Ｂとなつ
ている。

可動部材２６の基端部は、略Ｖ字状に形成され
る２枚の板ばね状の変位部材２７Ａ，２７Ｂに挟
まれるように当接され、これら変位部材２７Ａ，
２７Ｂは、前記ケーシング２５に固定されるとと
もに、可動部材２６が没入すると撓むようになつ
ている。これら変位部材のうちの一枚の変位部材
２７Ａには、所定位置にワイヤストレンゲージ、
半導体ストレンゲージ等通常用いられるストレン
ゲージ２８が取り付けられ、可動部材２６の変位
量に応じたボルト軸１３の歪を検出するようにな
つている。ここで、前記ケーシング２５、変位部
材２７Ａ，２７Ｂ、ストレンゲージ２８からセン
サ２４が構成され、このセンサ２４と可動部材２
６とからセンサ部４０が構成されている。

これらのセンサ部４０、支持部２０、固定当接
部１６等により測定ユニツト１が構成されてい
る。

前記ストレンゲージ２８は、第１図に示される
ように、パネル３０に取り付けられた静歪計２９
と電気的に接続され、可動部材２６を介してセン
サ２４で検出されたボルト軸１３の歪値を演算表
示するようにされている。すなわち、この静歪計
２９は、ボルト軸１３に固定当接部１８および可
動部材２６をセツトしたときにセンサ２４で検知
される歪値を初期値として表示し、ボルト軸１３
をナツト１４，１５で締め付けた後に生じる歪値
を終値として表示するようにされている。

パネル３０には、演算機としてのポケツトコン
ピユータ３１が取り付けられ、このポケツトコン
ピユータ３１は、静歪計２９で表示された初期
値、終値等がインプツトされることにより、ボル
ト軸１３に生じる応力を所定のプログラムに従つ
て演算するようになつている。また、このポケツ
トコンピユータ３１は、ボルト軸１３に取り付け
られた図示しない温度センサと接続されるととも
に、温度と熱歪との関係を示す温度補正用のデー
タが予め組み込まれ、温度によつて異なるボルト
軸応力値を所定温度における応力値に変換し、応
力値の温度補正がされるようになつている。この
ポケツトコンピユータ３１には、パネル３０に取
り付けられたプリンタ３２が接続され、このプリ
ンタ３２によりポケツトコンピユータ３１によつ
て演算される結果を表示できるようになつてい
る。

これらのプリンタ３２およびポケツトコンピユ
ータ３１等により演算ユニツト２が構成されてい
る。

次に、本実施例によつてボルト軸の締付状態を
測定する方法について説明する。

まず、測定しようとするボルト軸１３の両端に
生じている錆び汚れをワイヤブラシ等で落とし、
アセトン等で脱脂する。

その後、ボルト軸１３の両端に汚れを落とした
ゲージパツチ１６Ａ，１６Ｂを接着剤１７によつ
て固定する。この際、ゲージパツチ１６Ａ，１６
Ｂのセンターホールに接着剤がはみ出さないよう
にする。

さらにその後、固定当接部１８を一方のゲージ
パツチ１６Ａのセンターホールにセツトし、セン
サ部アーム２２をスライドさせて可動部材２６の
膨出先端を他方のゲージパツチ１６Ｂのセンター
ホールにセツトする。この際、可動部材２６を短
い距離、例えば１mm程度（静歪計２９の値で
2000μs前後）没入するようにセンサ部アーム２２
の位置を微調整する。

固定当接部１８および可動部材２６をゲージパ
ツチ１６Ａ，１６Ｂにセツトしたら、取手２１を
介して支持部２０を軽く動かし、固定当接部１８
等とゲージパツチ１６Ａ，１６Ｂをなじませ、こ
のときの静歪計の指示値を読み取る。この操作を
３〜４回繰り返し、指示値のばらつきが所定値、
例えば15μs以内であれば、この指示値を初期値と
する。

その後、ボルト軸１３をナツト１４，１５で締
め付ける。これによつて、ボルト軸１３が伸び
て、ゲージパツチ１６Ｂを介して可動部材２６が
没入するとともに、変位部材２７Ａ，２７Ｂが撓
む。このときの可動部材２６の変位量、延いて
は、ボルト軸１３の歪値を前述と同様な操作によ
つて読取り、この値を終値とする。

以上の操作をフランジ部１１に取り付けられた
ボルト軸全てに行い、それぞれ初期値、終値を測
定する。

このように、全てのボルト軸１３について初期
値、終値を測定したなら、これらの値をポケツト
コンピユータ３１にインプツトし、ポケツトコン
ピユータ３１によつてボルト軸１３に生じる応力
を演算させるとともに温度補正を行わせ、その結
果をプリンタ３２でプリントさせる。

このような本実施例によれば、簡単な操作、す
なわち、被測定部材たるボルト軸１３の両端に固
定当接部１８および可動部材２６の膨出先端を当
接する操作によつて適正な歪測定が行える。その
上、ボルト軸１３の締付状態の測定に本実施例を
用いれば、ボルト軸１３の均一な締め付けや、ボ
ルト軸１３の軸力挙動解析が可能となるため、フ
ランジ部１１からの漏れの防止、ボルト軸１３の
破損防止、ボルト軸１３の寿命評価を図ることが
できる。さらに、従来では、配管内に熱い流体を
流通させると、熱膨張によつてボルト軸の締め付
けが緩むため再度ボルト軸の締め付けを行う（通
称ホツトボルト操作）必要があるが、本実施例で
は、得られた応力値を所定温度における応力値に
変換して補正するので、例えば、その所定温度を
高温流体の温度に設定して測定するなどにより、
予め熱膨張する分も考慮したボルト軸の締め付け
が一律に行えるので、従来のように再度ボルト軸
を締め直す必要がなくなる。また、本実施例で
は、ボルト軸１３の両端に固定されたゲージパツ
チ１６Ａ，１６Ｂのセンターホールに可動部材２
６の膨出先端、固定当接部１８を当接させるの
で、測定に際してこれら可動部材２６等がずれる
ことがなく、この点からも、適正な測定が行え
る。さらに、支持部２０をセラミツク等の線膨張
係数の低い材質により構成して温度の影響を受け
にくいものとし、また、支持部２０に取手２１を
備えたので、測定に伴い作業員の体温に起因する
測定誤差を少なくすることができる。さらにま
た、ポケツトコンピユータ３１、プリンタ３２を
含んで歪測定装置を構成したので、測定値が迅
速、かつ、正確に算出される。その上、ポケツト
コンピユータ３１は、ボルト軸１３に取り付けた
温度センサ（図示せず）と接続され、また、この
コンピユータ３１に温度補正用データを予め組み
込んだので、温度変化を考慮しないで測定を容易
に行うことができる。この温度補正は、ボルト軸
１３の複数箇所、例えば、ボルト軸１３の両端と
フランジ１１およびフランジ１２の間の部分とに
配置された温度センサによる温度計測に基づいて
温度分布を考慮に入れて行えば、一層精度を高く
することができる。また、本実施例は、従来のロ
ードセル型センサのように使い捨てでなく、しか
も、センサ４０は通常用いられるストレンゲージ
２８等を含み構成されるので、装置の価格を低く
することができる。

第３図には、本考案に係る第２実施例が示され
ている。第２実施例は、可動部材、センサ、セン
サ部、センサ部アーム、固定アームおよび固定当
接部の構造が第１実施例と異なる一方、静歪計、
ポケツトコンピユータおよびプリンタ等その他の
構造が第１実施例と略同じものである。

第３図において、支持部２０の右側には、固定
アーム４１がボルト４２によつて取付位置調整可
能に設けられ、この固定アーム４１の先端部内側
面には、凸部を兼用する球状の固定当接部４３が
取り付けられている。また、固定アーム４１は、
ボルト４４の取付位置を変えることによつて長手
方向の長さを調整可能とされている。

一方、支持部２０の左側には、センサ部アーム
４５がボルト４６によつて取付位置調整可能に設
けられている。このセンサ部アーム４５には、セ
ンサ４７のケーシング４８がボルト４９の取付位
置を変えることによつて長手方向位置調整可能に
設けられている。このケーシング４８には、取付
部材５０を介して板ばね状の可動部材５１が取り
付けられ、この可動部材５１は、先端部に球状の
凸部である当接端５２が前記固定当接部４３に対
向する位置に備えられている。また、可動部材５
１の途中に第１実施例と同様のストレンゲージ２
８が取り付けられ、可動部材５１の撓み量に応じ
て第３図中図示しないボルト軸の歪を検出できる
ようになつている。ここで、前記ケーシング４８
およびストレンゲージ２８からセンサ４７が構成
され、このセンサ４７と可動部材５１とからセン
サ部４０が構成されている。

このような第２実施例でボルト軸の締付状態を
測定する方法は、第１実施例と略同様である。た
だし、固定当接部４３および可動部材５１の当接
端５２をボルト軸１３の両端にセツトするには、
ボルト４４，４９によつて、支持部２０にフラン
ジ部１１，１２が当接しないようにセンサ部４
７、固定当接部４３の取付位置を定める。

このような第２実施例によれば、第１実施例と
同様な効果がある。その上、第２実施例では、第
１実施例よりセンサ部４７の構造を簡単にでき
る。また、センサ部４７等の取付位置を変えられ
ることから、フランジ部１１，１２に対するボル
ト軸１３の取付位置が変わつても、適正な測定が
行える。

なお、実施にあたり、本考案の歪測定装置は、
ボルト軸の締付状態の測定への利用のみならず、
単に被測定部材の歪測定（変位量測定）にも利用
でき、被測定部材もボルト軸に限られない。ま
た、測定にあたり、被測定部材と同材質、同寸法
のものを別に１つ準備して校正値用としておき、
必要に応じて値を付合すれば、適正な歪測定が行
える。すなわち、装置全体のセツトを代えた場
合、あるいは初期値と終値との測定の間が長い場
合、校正用被測定部材により校正値をとつておけ
ば、再度初めから測定する必要がなく、手間が省
けて便利である。さらに、演算機は、ポケツトコ
ンピユータに限られるものでなく、パソコン等の
他の演算機でもよい。また、取手２１は必ずしも
設けることを要しないが、設ければ前述の効果が
ある。さらに、静歪計２９をポケツトコンピユー
タ３１に接続し、静歪計２９で検出される歪値を
直接ポケツトコンピユータ３１に入力するもので
あつてもよい。また、可動部材２６，５１の変位
量、延いては、ボルト軸１３の歪値をストレンゲ
ージ２８で検知したが、本考案では、ストレンゲ
ージによらずとも、第１実施例の変位部材２７
Ａ，２７Ｂ、第２実施例の可動部材５１の撓みを
光学的等、他の手段によつて測定し、これによつ
て可動部材２６，５１の変位量を測定するもので
あつてもよい。さらに、ゲージパツチ１６Ａ，１
６Ｂは必ずしも設けることを要せず、ボルト軸１
３の両端に測定用の穴溝を形成するものであつて
もよい。このようにすれば、接着剤１７を用いる
必要がないため、高温測定時に有効である。

〔考案の効果〕

前述のような本考案によれば、簡単な操作によ
つて適正な歪測定が行えるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る第１実施例の概略構成
図、第２図は第１実施例の要部を拡大した概略構
成図、第３図は本考案に係る第２実施例の概略構
成図である。 １……測定ユニツト、２……演算ユニツト、１
３……被測定部材としてのボルト軸、１８……固
定当接部、１８Ａ，２６Ａ……凸部、２０……支
持部、２４，４７……センサ、２６，５１……可
動部材、３１……演算機としてのポケツトコンピ
ユータ、３２……表示器としてのプリンタ、４０
……センサ部、４３……凸部を兼用する固定当接
部、５２……凸部である当接端。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) セラミツク製の支持部の一端側に設けられて
   いる固定当接部と、この固定当接部に対向して
   前記支持部の他端側に設けられているセンサ部
   とで被測定部材であるボルトの両端面を挟んで
   当該ボルトの長手方向の歪を測定する歪測定ユ
   ニツトと、この測定により得られた歪値に基づ
   いて前記ボルト内部の応力を演算するととも
   に、この演算結果である応力値の温度補正を行
   う演算機を有する演算ユニツトとを備えた歪測
   定装置であつて、 前記ボルトは両端面の所定位置に係合凹部を
   備え、 前記固定当接部は前記ボルトの一端面に設け
   た係合凹部に係合当接する凸部を備え、 前記センサ部には前記ボルトの長手方向に変
   位可能な可動部材と、この可動部材の変位を検
   知するセンサとが設けられ、 前記可動部材は前記ボルトの他端面に設けた
   係合凹部に係合当接する凸部を備え、 前記演算機には前記ボルトに取付けられた温
   度センサが電気的に接続されるとともに、前記
   歪値の温度補正データが予め組み込まれている
   ことを特徴とする歪測定装置。 (2) 実用新案登録請求の範囲第１項に記載の歪測
   定装置において、前記ボルトは各種プラントに
   おける設備配管を相互に接続するものであるこ
   とを特徴とする歪測定装置。 (3) 実用新案登録請求の範囲第１項または第２項
   に記載の歪測定装置において、前記演算ユニツ
   トには、演算結果を表示する表示器が備えられ
   ていることを特徴とする歪測定装置。