JPH0457211B2

JPH0457211B2 -

Info

Publication number: JPH0457211B2
Application number: JP60181577A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Maruyama
Original assignee: TOKYO KOGYO DAIGAKUCHO
Current assignee: TOKYO KOGYO DAIGAKUCHO
Priority date: 1985-08-19
Filing date: 1985-08-19
Publication date: 1992-09-10
Also published as: JPS6242032A; US4719804A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ボルトおよびナツトからなる締結ね
じの試験装置、特に、従来の弾性域締付けととも
に塑性域締付けをも行なうようにし、弾・塑性域
締結ねじの各種所要性能を網羅して測定し得るよ
うにした弾・塑性域締結ねじ性能試験装置に関す
るものである。

（従来の技術）一般に、ボルトやナツトのようなねじ部品につ
いては、その品質保証のために、従来、材料引張
試験機やねじ締付け試験機を用いボルトやナツト
の回転角、締付けトルク、座面トルク、ねじ面ト
ルク、軸力など通常の弾性域締結ねじに関する諸
性能の測定が行なわれていた。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、従来の材料引張試験機ではボル
トの締付けによる伸びを正確に測定し得ないとい
う問題があつた。また、従来のねじ締付け試験機
では、ボルトの締付けによる破断までの伸び、ね
じれ角を測定し得ず、さらに、実際に使用する場
合には締付けの後に外力が締結ねじに作用する
が、かかる締付け後に外力が作用した負荷状態下
での試験を行ない得ない、という問題があつた。

一方、近来の技術の進歩あるいは時代の趨勢
は、機械類の高精度化、コンパクト化を促し、機
械類のコンパクト化に伴い、機械類の組立てに不
可欠の締結ねじにも高信頼度化とコンパクト化と
が要求されている、という問題があつた。

すなわち、締結ねじに体する従来の弾性域締付
けは、外力を負荷した場合においても、ボルトや
ナツトのねじ部品に加わる軸力が弾性限界を超え
ないように余裕を十分に見込んで設計してあるの
で、その強度的使用効率は40〜50％に留まり、過
剰設計を招いていた。また、信頼性に関しても、
従来の弾性域締付けは、初期締付け力の設計値と
実際値との間にばらついた大幅の差があつた。こ
れに対し、締結ねじに対する塑性域締付けは、ね
じ部品の降伏点を超えて締付けるのであるから、
その強度的使用効率は80〜90％にも達し、弾性域
締付けに比してねじ部品を小型にすることがで
き、また、締付け力のばらつきを弾性域締付けの
場合より低減し得るなど、種々の性能向上が期待
されている。

しかしながら、塑性域締付けを行なつた際にお
ける締結ねじの挙動には未解決の問題点あるいは
未知の領域が残されており、塑性域締付けを的確
に行なうには未だ不安要素が多く、特に、締付け
後外力が加わつた場合の挙動については、実用上
極めて重要であるにも拘らず、あまりよく知られ
ていない、という問題があつた。

（問題点を解決するための手段）本発明は、かかる従来の諸問題を実験的に解決
するために、塑性域締付けから外力負荷に到るま
での締結ねじの塑性現象をも明らかにし得る弾・
塑性域締結ねじ性能試験装置を開発する目的をも
つて、従来の材料引張試験機とねじ締付け試験機
との性能を兼ね備えて、締結ねじの締付けトル
ク、座面トルク、ねじ面トルク、ボルト軸力、外
力、ボルトの伸びおよびねじれ角、被締付物の圧
縮力、ナツトの回転角などを測定し得るととも
に、得られた測定デタを迅速に処理して出力表示
し得るようにするために計算機制御のもとに一連
の試験を行ない得るようにして締結ねじ試験装置
を構成したものである。

すなわち、本発明ねじ性能試験装置は、ボルト
１およびナツト２２からなる締結ねじのボルト１
を装着するボルト装着孔３０を有して締付時にボ
ルト装着孔に装着したボルトの頭部に当接すると
ともに回転を抑えるボルト押え２０と、ナツトに
当接する座面板２３とを有し、前記ボルト押えと
前記座面板とが前記外力により前記締結ねじの軸
線に沿い互いに離隔されるよう設けられ、前記ボ
ルト押えに加わるねじ面トルクおよび軸力を検出
する第１のひずみ検出手段２７と、前記座面板に
加わる座面トルクおよび軸力を検出する第２のひ
ずみ検知手段２８と、前記ねじ面トルクと前記座
面トルクとを加算した締付けトルクおよび外力を
検出する第３のひずみ検知手段２６とが設けられ
たロードセル２と、前記ナツトを締付けるナツト
締付け手段と、前記外力を発生させる外力発生手
段と、前記ボルトの先端に当接して当該ボルトの
ねじれ角を検出するねじれ検知手段３５，３６，
３８，４４を取付けた固定フレーム３１と、前記
ボルトの頭部に当接してボルトの伸びに応じて前
記固定フレームに対して回動する可動フレーム３
４と、可動フレームの回動に応じて前記ボルトの
伸びを検出する変位検出手段４０，４１，４２，
４３を設けた変位計３とを備えたことを特徴とす
るものである。

（作用）本発明によるかかるねじ性能試験装置によれ
ば、単一の試験装置によつて従来の材料引張試験
機と締付け試験機とによるほとんどすべての静的
試験に加えて動的試験を一挙に行なうことがで
き、しかも、かかる従来の試験機では不可能であ
つたねじ締付け後に軸方向の外力が作用した場合
におけるボルト・ナツトの試験をも含めて10分程
度の短時間に一連の試験を完了することが可能と
なり、極めて経済的である。

（実施例）以下に、図面を参照して実施例につき本発明を
詳細に説明する。

まず、本発明ねじ性能試験装置全体の概略構成
の例を第１図に示す。

本発明試験装置は、第１図に右端部に示す機械
装置部、中央部に示す機械制御部および左端部に
示す演算処理部からなつている。機械装置部は、
本発明試験装置の主要部をなすものであり、供試
締付ねじ、すなわち、ボルトおよびナツトを共通
に装着し得るように互いに組合わせて配置したロ
ードセル２と変位計３とがさらにその主要部をな
している。

ロードセル２は、第２図につき後述するように
構成し、ボルト１およびナツト２２からなる締結
ねじに与えられるねじ面トルク、座面トルク、締
付けトルク、軸力および外力を互いに分離して検
出することができ、また、変位計３は、第５図に
つき後述するように構成し、ナツト２２の締付け
によつて与えられるボルトの伸びおよびねじ角を
検出することができる。

かかるロードセル２および変位計３に共通に装
着した締結ねじに締付けトルクを与えるために、
後述するサーボ系により駆動するDCサーボモー
タ４の回転を減速機５および６を順次に介してソ
ケツトレンチに伝え、このソケツトレンチをナツ
トに嵌合させてナツトをロードセル２の後述する
座面板に締付ける。一方、かかる締付け状態の締
結ねじに軸方向の外力を与えるために、ボルト２
２の頭部が嵌合したロードセル２の内フレーム２
１および外フレーム２４に油圧シリンダ７を連結
し、軸方向に固定した座面板２３からボルト押え
２０を引離す方向の外力を油圧シリンダ７によつ
て加える。油圧シリンダ７は後述するサーボ系に
より制御するサーボバルブ９を介して、油圧源８
により駆動することができる。

上述のような構成の機械装置部において供試ボ
ルト１およびナツト２２に加わる各種のトルクお
よび軸力などの諸データをロードセル２、変位計
３、減速機６に組合わせたロータリエンコーダ６
２、DCサーボモータ４に組合わせたタコジエネ
レータ１２、油圧シリンダ７に組合わせたポテン
シオメータ１０等らか取出し、演算処理部の信号
入出力装置１５を介し、制御ボツスク１９および
サーボアンプ１１，１３からなる機械制御部に帰
還して構成したサーボ系によりDCサーボモータ
４および油圧シリンダ７を帰還制御するととも
に、それらの諸データを信号入出力装置１５から
マイクロコンピユータ１４に供給し、所望の塑性
域締結ねじの性能を表わす諸特性データを得て、
各種の記録装置、例えば、プリンタ１６、Ｘ−Ｙ
プロツタ１７、フロツピイデイスク１８等に自動
記録する。

つぎに、本発明ねじ性能試験装置における一方
の主要部をなすロードセル２の構成の１例を第２
図に詳細に示す。図示のロードセル２は概略縦長
の円柱状をなし、その中央部にボルト装着孔３０
を有する開口部２９が設けられている。その開口
部２９の底はボルト押え２０によつて形成され、
このボルト押えには、供試ボルト１が回転しない
よう固定するためにボルト１の六角頭部が嵌合す
る孔が設けられており、ボルト押え２０と底部鍔
に下端が螺止された円筒状内フレーム２１の頭部
軸Ｂの外径は、後述する理由により、供試締結ね
の径の３倍を超えない太さに制限され、頭部軸Ｂ
の外周に後述する外フレーム２４の頭部軸Ｃが嵌
合されている。同様に円筒状の外フレーム２４
は、内フレーム２１の外周を覆つて内フレーム２
１より下方に延在し、その下縁に当接する円板状
の座面板２３とボルト押え２０とを締付けるよう
にして供試ボルトと供試ナツト２２とがロードセ
ル２に装着される。なお、供試ナツトの装着を容
易にするために、第１図に示したナツト締付け用
のギヤボツクスよりなる減速機６は、第６図につ
き後述するように、案内６５に沿つて上下に摺動
し得るよう構成されている。このように構成する
ことによつて、変位計３を組込む場合には、減速
機６を上方に摺動させ、減速機６の大歯車６４の
歯車軸を構成する中空の締付け軸の中心孔に調整
ねじを下方から挿入し、ロードセル２に装着した
状態の供試ボルト１の先端位置に調整ねじを容易
に固定することができる。

上述のように構成したロードセル２に供試ボル
ト１および供試ナツト２２を装着して締付けたと
きに、ボルト１に加わるねじ面トルクと軸力と
は、ボルト押え２０を介して内フレーム２１に伝
わり、その軸部Ｂに設けたひずみ検出部２７によ
り測定され、また、ナツト２２から座面板２３に
加わつた座面トルクと一方の軸である締付け圧縮
力とは、座面板２３の上端が当接した外フレーム
２４に伝わり、その軸部Ｃに設けたひずみ検出部
２８により測定される。しかして、内フレーム２
１の軸部Ｂと外フレーム２４の軸部Ｃとはフラン
ジ部２５において互いに螺止してあり、したがつ
て、フランジ部２５より上方の軸部Ａに設けたひ
ずみ検出部２６により、内フレーム２１を介した
ねじ面トルクと外フレーム２４を介した座面トル
クとを合成した締付けトルクを測定することがで
き、また、この軸部Ａに設けたひずみ検出部２６
によつて、軸部Ａの上方に螺止した第１図示の油
圧シリンダ７を介して加わる軸方向の外力も測定
することができる。なお、各ひずみ検出部には、
２本のひずみゲージを互いに直交して配置したク
ロスゲージが用いられ、クロスゲージを被着した
面に生じたひずみによる電気抵抗の変化によりそ
れぞれのひずみを測定するよう構成されている。
各ひずみゲージはジグザグに展張した抵抗線で形
成することができる。第３図示の例では、トルク
を検出するため、２個のトルク検出用クロスゲー
ジR₁が軸部の直径的反対側の軸部表面に軸対称
で被着され、各クロスゲージR₁における２個の
ひずみゲージr_1-1およびr_1-2を、第３Ａ図に示す
ように、軸部の軸線ａに対して45°の角度で傾斜
させて配置し、検出用ブリツジ回路に組込んで、
軸力の成分をキヤンセルするよう構成している。
他方、軸力を検出するため、２個の軸力検出用ク
ロスゲージR₂がトルク検出用クロスゲージR₁の
位置から円周方向に90°の角度でずらした位置で、
かつ軸部の直径的反対側の表面に軸対称で被着さ
れ、この際、第３Ｂ図に示すように各クロスゲー
ジR₂におけるひずみゲージr_2-1およびr_2-2の一方
r_2-1の軸線を軸部の軸線ａと整列して配置してい
る。

また、軸部Ａに油圧シリンダ７によつて上方に
向かう軸線方向外力を加えると、内フレーム２１
および外フレーム２４は一体に上方に引張られ、
したがつて、内フレーム２１に螺止したボルト押
え２０が上方に引張られて供試ボルト１が上方に
引張られる。しかし、外フレーム２４の下端縁に
当接している座面板２３は、その外周縁部が固定
された当止め板６７に当接するので、ボルト押え
２０には座面板２３から引離すようにして外力が
加わり、結局、締付け後の供試ボルト・ナツト間
に両者を軸方向に引離す外力が加わることにな
る。

しかして、ロードセル２の頭部軸ＢおよびＣに
取付けて設けたひずみ検出部２７および２８にお
いては、第３図につき前述したように、トルク検
出用クロスゲージR₁の軸方向に対し45°の角度を
なして互いに直交する２個のひずみゲージr_1-1お
よびr_1-2によりねじ面トルクおよび座面トルクを
検出し、軸力検出用クロスゲージR₂の軸線方向
に配置されたひずみゲージr_2-1により軸力を検出
し、これによりねじ面トルクおよび座面トルクと
軸力とを互いに分離してそれぞれ独立に取出すよ
うにしている。しかし、軸方向に対するひずみゲ
ージの取付け角度に誤差があると、軸力のねじ面
トルクおよび座面トルクに対する干渉が起るの
で、その測定値に誤差が生ずる。

ねじ面トルクおよび座面トルクに対して生ずる
かかる軸力の干渉の程度を表わす干渉率について
検討するに当り、ロードセルの円管状頭部軸の表
裏に対称に互いに直交する２個ずつのひずみゲー
ジを軸方向に対し45°の角度で取付けたときに、
表側および裏側でΔθ₁およびΔθ₂の角度ずれがあ
るとする。加えられたトルクＴによつて生ずる４
個のひずみゲージの出力ひずみε₀はつぎの式(1)で
表わされる。

ε₀＝32T／πGd₀ ³（１−n⁴） (1) ここに、Ｇは横弾性係数、d₀は円管の外径、ｎ
は円管の内径d₁と外径d₀との比d₁／d₂である。

このひずみ出力ε₀には、ひずみゲージの取付け
角度にΔθ₁、Δθ₂のずれがあり、同時に作用する
軸力によつて生じる軸方向ひずみをε_fとると、つ
ぎの(2)式で表される値ε₀〓が軸力によるトルクへ
の干渉ひずみとて追加される。

ε₀〓＝１／２ε_f｛cos2（45−Δθ₁）＋cos2（45−Δ
θ₂） −cos2（45＋Δθ₁）−cos2（45＋Δθ₂）｝＝ε_f（sin2Δθ₁＋sin2Δθ₂） (2) 一方、干渉率は、軸力F_fによるひずみε_fのねじ
面トルクT_Sまたは座面トルクT_Wによるねじ面ひ
ずみε_Sまたは座面ひずみε_Wに対する比で表わされ
る。しかして、軸力F_fと締付けトルクT_fとはつ
ぎの(3)式の関係にある。

T_f＝KF_fｄ (3) ここに、Ｋはトルク係数、ｄはねじの呼び径で
ある。

また、締付けトルクT_fの約50％がねじ面トル
クT_Sおよび座面トルクT_Wとなり、つぎの(4)式の
関係にある。

T_S≒T_W≒0.5T_f (4) したがつて、トルクＴとしてねじ面トルクT_S
または座面トルクT_Wを考えると、ひずみゲージ
出力ε_0tは(1)式に(4)式を組合わせてつぎの(5)式と
なる。

ε_0t＝32・0.5T_f／πGd₀ ³（１−n⁴） (5) 一方、軸力による軸方向ひずみε_fは、(3)式を用
いてつぎの(6)式となる。

ε_f＝F_f／AE＝T_f／Kd／１／4π（d₀ ²−d
₁ ²）Ｅ＝4T_f／πEKd（d₀ ²−d₁ ²）(6) ここに、Ａは円管の横断面積、d₁は円管の内
径、Ｅは縦弾性係数（ヤング率）である。

軸力による(6)式の軸方向ひずみε_fが(5)式のトル
クＴによるひずみゲージ出ε_0tに影響を与える干
渉ひずみε₀〓は、取付け角度ずれΔθ₁、Δθ₂がある
とき、(2)式によつて計算され、その干渉率ε₀〓／ε_0tはつぎの(7)式によつて表わされる。

（干渉率）＝Gd₀（１＋n²）／4EKd（sin2
Δθ₁＋sin2Δθ₂）(7) 角度の単位を（°）度からラジアンに変換して
(7)式を変形すると、干渉率はつぎの(8)式となる。

干渉率＝Gd₀（１＋n²）／4EKd（sinπ・Δ
θ₁／90＋sinπ・Δθ₂／90） ≒Gd₀（１＋n²）／4EKd・π／90（Δθ₁＋
Δθ₂）(8) ここで、横弾性係数Ｇは、ポアソン比νを用い
てつぎのように表わされる。

Ｇ＝Ｅ／２（１＋ν）したがつて、干渉率はつぎの(9)式となる。

干渉率＝π（１＋n²）／４・180・（１＋ν
）・Ｋ（d₀／ｄ）・（Δθ₁＋Δθ₂）(9) したがつて、干渉率は、ロードセル頭部軸Ｂ又
はＣの外径d₀とねじの呼び径ｄとの比に比例する
ことになる。

上式(9)において、０≦ｎ＜１、トルク係数Ｋ＝
0.2、ヤング率Ｅ＝21000Kgｆ／mm²、ポアソン比ν
＝0.3として数値計算をすると、干渉率はつぎの
(10)式で表わされる。

干渉率＝0.01678・（１＋n²）（d₀／ｄ）
・（Δθ₁＋Δθ₂）(10) ひずみゲージの取付け角度のずれ（Δθ₁＋Δθ₂）
を0.5度に抑えたときにおけるロードセル頭部軸
Ｂ又はＣの外径d₀とねじの呼び径ｄとの比ｎの変
化に対する干渉率の変化は、第４図の斜線部分と
なる。したがつて、トルクに対する軸力の干渉率
を５％以下に抑えるためには、d₀／ｄを３以下と
し、ロードセル頭部軸Ｂ又はＣの外径d₀とねじの
呼び径ｄの３倍を超えないようにする必要があ
る。

つぎに、本発明ねじ性能試験装置における他方
の主要部をなす変位計３の詳細構成の例を第５図
に示す。図示の変位計３においては、横方向に延
在する固定フレーム３１の中央部に供試ボルト長
さ調整手段が設けられている。この調整手段は後
述するようにしてこの変位計３と協働する上述の
ロードセル２に装着された供試ボルト１の先端の
位置に合わして調整し、ボルト１の伸び測定の基
準点を設定することができる。この固定フレーム
３１の両端部に、ほぼ等しい長さの縦方向の固定
フレーム３２および３３が連結されている。一方
の縦方向固定フレーム３３の上端に、可動フレー
ム３４がＤを支点として垂直面内で回動可能に枢
着され、可動フレーム３４の中央部に、横方向固
定フレーム３１上のボルト長さ調整手段と協働し
てボルト１の頭部の軸方向変位、すなわち、ボル
ト１の長さに対応して上下させる他方のボルト長
さ調整手段が設けられ、可動フレーム３４の遊端
と他方の縦方向固定フレーム３２との上端部間に
ボルト伸び検出手段を設けている。

かかる構成の変位計３をロードセル２に組合わ
せて、そのロードセル２に装着した供試ボルト１
のナツト締付けによる伸び等を測定するには、上
述した可動フレーム３４を、適切に回動させて開
放した状態で、ロードセル２の開口部２９に挿入
して貫通させ、その可動フレーム３４および横方
向固定フレーム３１にそれぞれ取付けてある上述
のボルト長さ調整手段がそれぞれ供試ボルト１の
頭部および先端部に当接した状態で、可動フレー
ム３４と縦方向固定フレーム３１との先端部を係
合させる。したがつて、ロードセル２と変位計３
とは、第６図に示すように、供試ボルト１を挟ん
で互いに組合わされる。すなわち、第６図におい
ては、ロードセル２の開口部２９を、変位計３の
可動フレーム３４が図の紙面に垂直に貫通してお
り、その可動フレーム３４に取付けてあるボルト
長さ調整ねじ３７が、ロードセル２のボルト装着
孔３０に装着した供試ボルト１の頭部に当接する
とともに、図の下部において紙面に垂直に示す固
定フレーム３１に取付けてあるボルト長さ調整ね
じ３６が供試ボルト１の先端に当接しており、し
たがつて、ロードセル２と変位計３とはそれぞれ
供試ボルト１を上下から挟んだ状態で互いに組合
わされている。

なお、下側のボルト長さ調整ねじ３６は、減速
機６を構成するギヤボツクス内の大歯車６４の中
空軸を貫通して供試ボルト１の先端に当接され、
したがつてねじ３６の長さを十分な長さとして、
減速機６を調整ねじ３６に対して相対的に下方に
移動して供試ボルト１に螺合させる供試ナツト２
２の着脱を容易にしている。

機枠に固定のDCサーボモータ４により減速機
５を介して駆動される減速機６を上述したように
垂直案内６５に沿つて上下動し得るように構成す
るため、減速機６の入力軸６８は減速機５の出力
軸６９に縦長のキー７０とキー溝７１との掛合に
より垂直方向に上下動し得るよう嵌合されて駆動
連結されている。

固定フレーム３１に取付けたボルト長さ調整手
段は、固定フレーム３１上にスラスト軸受４５に
よつて支承された回転軸３５を具え、この回転軸
３５にボルト長さ調整ねじ３６の下端が螺合さ
れ、この調整ねじ３６の先端を供試ボルト１の先
端に正確に当接させた状態でロツクねじ３８によ
り調整ねじ３６を回転軸３５に固定し、これによ
り供試ボルト１の先端部の軸方向位置を固定する
とともに、回転軸３５に取付けたねじれ検出用ポ
テンシオメータ４４により供試ボルト１のねじれ
角を検出し得るように構成されている。また、可
動フレーム３４に取付けたボルト長さ調整手段
は、その可動フレーム３４に螺合したボルト長さ
調整ねじ３７を具え、この調整ねじの先端を供試
ボルト１の頭部に正確に当接させた状態でロツク
ねじ３９により調整ねじ３７を可動フレーム３４
に固定し得るよう構成されている。可動フレーム
３４は供試ボルト１の伸びに応じ、支点Ｄの周わ
りに回動して先端が上下に変位するように構成さ
れている。かかる可動フレーム３４と固定フレー
ム３１との先端部間に設けたボルト伸び検出手段
は、可動フレーム３４の先端部に螺合したポテン
シオメータ原点調整ねじ４２を供試ボルト１の伸
びの初期状態において、そのねじ４２の先端に係
合して固定フレーム３２の先端部に取付けた伸び
検出用ポテンシオメータ４０の測定範囲の零点に
合わせて調整した後にロツクねじ４１により係合
状態を固定するとともに、両フレーム３２と３４
との先端部間をスプリング４３により互いに引付
けて、調整ねじ４２の係合状態に遊びが生じない
ように構成している。

つぎに、第１図に示した全体構成における演算
処理部の詳細構成の例を第７図に示す。図示の構
成による演算処理部においては、ロードセル２に
設けた各ひずみ検出部からの諸データ、すなわ
ち、負荷外力、締付けトルク、軸力、ねじ面トル
ク、締付け圧縮力および座面トルクを、入出力装
置１５中の動ひずみ計４６に導いて増幅し、変位
計３の各ポテンシオメータ４０および４４からの
ボルトの伸びおよびねじれ角の各データとともに
Ａ／Ｄコンバータ４７に供給してそれぞれデイジ
タル・データに変換し、ナツト回路駆動系の減速
機６におけるギヤボツクスの入力軸６８に直結し
たロータリーエンコーダ６２からの締付け軸１回
転あたり例えば720パルスのパルス・コードを方
向判別回路４８およびプログラマブル・カウンタ
４９に順次に供給して得たナツト回転角のデータ
とともに、マイクロコンピユータ１４に導いて、
塑性域締結ねじの諸性能を表わす各種の特性曲線
を作成し、プリンタ１６、Ｘ−Ｙプロツタ１７、
フロツピデイスク１８のいずれかに記録する。

また、第１図に示した全体構成における機械制
御部の詳細構成の例を第８図に示す。図示の構成
による機械制御部においては、供試締結ねじにつ
いて種々の性能試験を行ない得るようにするため
に、締付け機構にはDCサーボモータを用い、ま
た、外力負荷機構には油圧シリンダを用いて、そ
れぞれサーボ制御を行ない得るようにし、DCサ
ーボモータによつてはねじ締付けの速度制御を行
ない、また、油圧サーボシリンダによつては外力
負荷に基づく変位制御を行なう。すなわち、第１
図示の全体構成における制御ボツクス１９からの
制御データを速度制御サーボアンプ１３および１
１をそれぞれ介してDCサーボモータ４および油
圧シリンダ７に接続されたサーボバルブ９にそれ
ぞれ供給するとともに、その結果生じたねじ締付
けの速度および外力負荷に基づく変位をそれぞれ
タコメータ１２およびポテンシオメータ１０によ
り検出してサーボアンプ１３および１１の入力側
にそれぞれ帰還することにより、各種の性能試験
に必要な動作条件を設定し得るようにしてある。
しかして、かかる動作条件制定を行なうための制
御データは、制御ボツクス１９の切換えスイツチ
５６および５７により、それぞれ速度制御系およ
び変位制御系について、マイクロコンピユータ１
４により、Ｄ／Ａコンバータ５８および５９をそ
れぞれ介して、共通に制御するマイコンモード
と、関数発生器５０および５１とポテンシオメー
タ５２および５３とを切換えスイツチ５４および
５５によりそれぞれ切換えて所望のアナログ制御
データを設定するマニユアルモードとを任意に切
換えて、種々の性能試験状態を設定し得るように
構成してある。

上述のような構成の機械制御部および演算処理
部によりねじ試験用機械装置部を制御して得た各
種データを演算処理して行なう一連の締結ねじ性
能試験の計測制御プログラムを表わしたフローチ
ヤートの例を第９図に示す。図示の計測制御プロ
グラムにおいては、操作者が、ロードセル２、変
位計３およびロータリーエンコーダ６２から得た
供試締結ねじの状態を表わす諸データを表示装置
上でモニタしながら、まず、ステツプS1で性能
試験の初期条件を設定したうえで、ステツプS2、
S4、S6およびS8において、例えば、前述した関
数発生器５０，５１やポテンシオメータ５２，５
３を操作するようにしたキーボード上のカーソル
移動キーが操作されているか否かを判定する。カ
ーソルキーが操作されている場合には、操作され
ているカーソルキーに対応するナツト回転速度指
令電圧または油圧シリンダに対する変位指令電圧
が出力され、供試ねじに対する締付け、緩め、外
力負荷および外力徐荷がステツプS3、S5、S7ま
たはS9で行なわれる。それぞれ所定の制御量に
伴う締付けトルクおよび変位の変化分をステツプ
S11でチエツクし、有意の変化分が検出されない
場合は、上述した制御過程を繰返して行ない、か
かる順次の動作条件の変化に応じて得られる諸デ
ータをステツプS12でコンピユータに入力し、演
算処理の結果をステツプS13で表示画面上でモニ
タしながら、ステツプS14で塑性域の伸びが予定
の条件を超えたと判定されるまで、かかる性能試
験を繰返し行なう。

以上に詳述した構成の本発明ねじ性能試験装置
においては、ボルトとナツトとを組合せた状態に
おける引張り試験および締付け試験並びにボルト
とナツトとを組合せて締付けた後に軸方向に外力
を作用させる試験を供試ボルトおよびナツトの弾
性域および塑性域についいて行い、それぞれの状
態におけるねじ面トルク、座面トルク、締付けト
ルク、ボルト軸力、締付け圧縮力、ナツト回転
角、ボルトの伸びおよびねじれ角並びに軸方向外
力をそれぞれ検出し、それらの測定データをコン
ピユータにより演算処理して得られたねじ性能情
報をプリンタ、Ｘ−Ｙプロツタ、フロツピデイス
ク等に記録することができる。さらに、締付け試
験については、トルク法、回転角法、トルク勾配
法等各種の締付け試験法に従つた締付け試験を行
なうことができる。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、締付ねじの性能試験に従来用いていた材料引
張試験機やねじ締付け試験機では不可能であつた
ねじ締付け後に軸方向の外力が作用した場合にお
けるボルト・ナツトの挙動を塑性域にまで亘つて
容易にしかも詳細に試験することが可能となり、
また、単一の試験装置によつてボルト・ナツトに
対する引張り試験と締付け試験とを極めて経済的
に行なうことができるという格別の効果を挙げる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ねじ性能試験装置の概略構成の
例を示すブロツク線図、第２図は同じくその試験
装置におけるロードセルの詳細構成の例を示す縦
断面図、第３図は同じくそのロードセルに設けた
ひずみ検出部の詳細構成の例を示す線図、第４図
は同じくそのロードセルにおける頭部軸の外径と
供試ねじの呼び径との比と供試ねじの座面トルク
又はねじ面トルクに対する軸力の干渉率との関係
を示す特性曲線図、第５図は同じくその試験装置
における変位計の詳細構成の例を示す側面図、第
６図は同じくその試験装置におけるロードセルと
変位計とを組合わせた供試ねじ装着状態を示す縦
断面図、第７図は同じくその試験装置における演
算処理部の詳細構成の例を示すブロツク線図、第
８図は同じくその試験装置における機械制御部の
詳細構成の例を示すブロツク線図、第９図は同じ
くその試験装置におけるねじ性能試験の過程の例
を示すフローチヤートである。１……供試ボルト、２…ロードセル、３……変
位計、４……DCサーボモータ、５，６……減速
機、７……油圧シリンダ、８……油圧源、９……
サーボバルブ、１０，５２，５３……ポテンシオ
メータ、１１，１３……サーボアンプ、１２……
タコジエネレータ、１４……マイクロコンピユー
タ、１５……信号入出力装置、１６……プリン
タ、１７……Ｘ−Ｙプロツタ、１８……フロツピ
デイスク、１９……制御ボツクス、２０……ボル
ト押え、２１……内フレーム、２２……供試ナツ
ト、２３……座面板、２４……外フレーム、２５
……フランジ部、２６，２７，２８……ひずみ検
出部、２９……開口部、３０……ボルト装着孔、
３１，３２，３３……固定フレーム、３４……可
動フレーム、３５……回転軸、３６，３７……ボ
ルト長さ調整ねじ、３８，３９，４１……ロツク
ねじ、４０……伸び検出用ポテンシオメータ、４
２……ポテンシオメータ原点調整ねじ、４３……
スプリング、４４……ひずみ検出用ポテンシオメ
ータ、４５……スラスト軸受、４６……動ひずみ
計、４７……Ａ／Ｄコンバータ、４８……方向判
別回路、４９……プログラマブルカウンタ、５
０，５１……関数発生器、５４，５５，５６，５
７……切換えスイツチ、５８，５９……Ｄ／Ａコ
ンバータ、６０，６１……減算器、６２……ロー
タリーエンコーダ、６３……小歯車、６４……大
歯車、６５……案内、６６……ソケツト、６７…
…当止め板、６８……入力軸、６９……出力軸、
７０……キー、７１……キー溝。

Claims

【特許請求の範囲】１ボルト１およびナツト２２からなる締結ねじ
のボルト１を装着するボルト装着孔３０を有して
締付時にボルト装着孔に装着されたボルトの頭部
に当接するとともに回転を抑えるボルト押え２０
と、前記ナツトに当接する座面板２３とを有し、
ボルト押えと座面板とが外力により前記締結ねじ
の軸線に沿い互いに離隔されるよう設けられ、前
記ボルト押えに加わるねじ面トルクおよび軸力を
検出する第１のひずみ検知手段２７と、前記座面
板に加わる座面トルクおよび軸力を検出する第２
のひずみ検知手段２８と、前記ねじ面トルクと前
記座面トルクとを加算した締付けトルクおよび外
力を検出する第３のひずみ検知手段２６とが設け
られたロードセル２と、前記ナツトを締付けるナツト締付け手段４，
５，６，６６と、前記外力を発生させる外力発生手段７と、前記ボルトの先端に当接して当該ボルトのねじ
れ角を検出するねじれ検知手段３５，３６，３
８，４４を取付けた固定フレーム３１と、前記ボ
ルトの頭部に当接してボルトの伸びに応じ前記固
定フレームに対して回動する可動フレーム３４
と、可動フレームの回動に応じて前記ボルトの伸
びを検出する変位検出手段４０，４１，４２，４
３を設けた変位計３とを備えたことを特徴とする
弾・塑性域締結ねじ性能試験装置。２特許請求の範囲第１項記載の試験装置におい
て、前記ナツト締付け手段を計算機制御による電
動駆動の減速回転系としたことを特徴とするねじ
性能試験装置。３特許請求の範囲第１項または第２項記載の試
験装置において、前記外力発生手段を油圧源およ
び油圧シリンダよりなる計算機制御による油圧系
としたことを特徴とするねじれ性能試験装置。４特許請求の範囲第１項、第２項または第３項
のいずれか１項に記載の試験装置において、前記
ねじ面トルク、前記座面トルク、前記締付けトル
ク、前記軸力、前記ボルトの伸びおよび前記ねじ
れ角の各データを入力して演算処理し、当該演算
処理の結果を記録表示装置に出力するとともに、
当該演算処理の結果に応じて前記ナツト締付け手
段および前記外力発生手段を帰還制御する演算制
御装置を備えたことを特徴とするねじ性能試験装
置。５特許請求の範囲第１項、第２項、第３項また
は第４項のいづれか１項に記載の試験装置におい
て、前記ロードセルが前記ナツトに当接する座面
板２３と、前記ボルト押えに連結されてボルト押
え２０に加わるねじ面トルクおよび軸力を受ける
第１の枠体の軸部に装着して当該ねじ面トルクお
よび当該軸力を検出する第１のひずみ検知手段２
７と、前記座面板２３に連結されて座面板に加わ
る座面トルクおよび軸力を受ける第２の枠体の軸
部に装着して当該座面トルクおよび当該軸力を検
出する第２のひずみ検知手段２８と、前記第１お
よび前記第２の枠体の両軸部に連結された第３の
軸部に装着して前記ねじ面トルクと前記座面トル
クとを加算した締付けトルクおよび外力を検出す
る第３のひずみ検知手段２６とを設けて、前記第
３の軸部に加えられる外力により前記座面板が締
結ねじの軸線方向に変位するのを阻止してボルト
押えと座面板とを互いに離隔させる部材６７とを
具えることを特徴とするねじれ性能試験装置。６特許請求の範囲第５項記載の試験装置におい
て、前記第１および前記第２の枠体の軸部並びに
前記第３の軸部の外径が前記締結ねじの外径の３
倍を超えないようにするとともに、当該軸部の軸
方向を鉛直方向としたことを特徴とするねじ性能
試験装置。