JPH05215657A - 締結ねじ試験装置等に用いる変位計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 締結ねじの各種所要性能を測定する締結ねじ
試験装置等において、ボルトの締付けによるボルトの伸
びおよびねじれ角を正確に測定し得る変位計を提供する
ことを目的とする。 【構成】 固定フレームと、当該固定フレームに取付け
られてボルトの先端に当接して当該ボルトのねじれ角を
検出するねじれ検出手段と、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
る可動フレームと、当該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知手段とを具えること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ボルトおよびナットか
らなる締結ねじの各種所要性能を測定する締結ねじ試験
装置等に用いる変位計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ボルトやナットのようなねじ部
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ットの回転
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。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】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った。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、という問題があった。

【０００４】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、という問題があった。

【０００５】すなわち、締結ねじに対する従来の弾性域
締付けは、外力を負荷した場合においても、ボルトやナ
ッ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
があった。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。

【０００６】しかしながら、塑性域締付けを行なった際
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っ
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、という問題があっ
た。

【０００７】本発明の目的は、締結ねじの各種所要性能
を測定する締結ねじ試験装置等において、ボルトの締付
けによるボルトの伸びおよびねじれ角を正確に測定し得
る変位計を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による変位計は、
上述した目的を達成するため、固定フレームと、当該固
定フレームに取付けられて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出手段と、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と、当該可動フレー
ムの回動に応じて前記ボルトの伸びを検出する変位検知
手段とを具えることを特徴とする。

【０００９】

【作用】上述の構成になる変位計は、固定フレームに設
けたねじれ検出手段によってボルトのねじれを高精度で
検出し、これと同時にボルトの伸びによって固定フレー
ムに対して回動する可動フレームに設けたボルトの伸び
検出手段によってボルトの伸びを高精度で検出すること
ができる。

【００１０】

【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、図１は本発明による変位計が
用いられる締結ねじ性能試験装置の一例の概略構成を示
す。図示の試験装置は、図１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
理部からなっている。機械装置部は、試験装置の主要部
をなすものであり、供試締結ねじ、すなわち、ボルトお
よびナッ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とが機械装置部の主要
部をなしている。

【００１１】ロードセル２は、ボルト１およびナットか
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。また、変位計３は、図２および３につき後述す
るように構成され、ナットの締付けによって与えられる
ボルトの伸びおよびねじれ角を検出する。

【００１２】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ットレンチに
伝え、このソケットレンチをナットに嵌合させてナット
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、ボルトの頭部が嵌合したロードセル２の内フレーム
21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によって加える。油圧シリンダ７
は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。

【００１３】上述のような構成の機械装置部において、
供試ボルト１およびナット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62、DCサーボモータ
４に組合わせたタコジェネレータ12、油圧シリンダ７に
組合わせたポテンシオメータ10等から取出し、演算処理
部の信号入出力装置15を介し、制御ボックス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ュータ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プロッタ
17、フロッピィディスク18等に自動記録する。

【００１４】上述したねじ性能試験装置に用いられる本
発明の変位計３の実施例を図２および図３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25が設けられてい
る。

【００１５】この調整手段25は後述するようにして変位
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。

【００１６】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26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27を設けている。

【００１７】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
ナッ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26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。

【００１８】したがって、ロードセル２と変位計３と
は、図３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、図３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、したがって、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。

【００１９】なお、下側のボルト長さ調整ねじ36は、減
速機６を構成するギヤボックス内の大歯車64の中空軸を
貫通して供試ボルト１の先端に当接され、したがってね
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
せる供試ナット22の着脱を容易にしている。

【００２０】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に沿っ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との係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。

【００２１】固定フレーム31に取付けたボルト長さ調整
手段25は、固定フレーム31上にスラスト軸受45によって
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ックね
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
成されれている。

【００２２】また、可動フレーム34に取付けたボルト長
さ調整手段26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ックねじ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。

【００２３】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27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の先端に掛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ックねじ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。

【００２４】

【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、締結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ったねし締
付け時におけるボルトの伸びおよびねじれ角を同時に測
定でき、これにより単一の試験装置によってボルト・ナ
ッ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もたらすこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による変位計を具えるねじ性能試験装置
の概略構成の例を示すブロック線図、

【図２】本発明による変位計の実施例を示す側面図、

【図３】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である。

【符号の説明】

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 ポテンシオメータ 11, 13 サーボアンプ 12 タコジェネレータ 14 マイクロコンピュータ 15 信号入出力装置 16 プリンタ 17 Ｘ−Ｙプロッタ 18 フロッピィディスク 19 制御ボックス 20 ボルト押え 21 内フレーム 22 供試ナット 23 座面板 24 外フレーム 25, 26 供試ボルト長さ調整手段 27 ボルト伸び検出手段 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 ロックねじ 40 伸び検出用ポテンシオメータ 42 ポテンシオメータ原点調整ねじ 43 スプリング 44 ねじれ検出用ポテンシオメータ 45 スラスト軸受 62 ロータリーエンコーダ 63 小歯車 64 大歯車 65 案内 66 ソケット 67 当止め板 68 入力軸 69 出力軸 70 キー 71 キー溝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定フレーム(31)と、当該固定フレーム
   に取付けられて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出手段(35, 36, 38, 44)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、当該
   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
   る変位検知手段(40, 41, 42, 43)とを具えることを特徴
   とする締結ねじ試験装置等に用いる変位計。