JPH0633926A

JPH0633926A - ボルト軸力の管理装置

Info

Publication number: JPH0633926A
Application number: JP18692092A
Authority: JP
Inventors: Sakae Takeda; 栄竹田
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1992-07-14
Filing date: 1992-07-14
Publication date: 1994-02-08

Abstract

(57)【要約】【目的】ボルトに特別な加工を施すことなく歪ゲージ
を貼付でき、歪ゲージを破損させることなく歪量を検出
できるボルト軸力の管理装置の提供。【構成】被締付物を締付けるボルトの頭部に貼付した
複数の歪ゲージ５ａ〜５ｄと、これらの歪ゲージ５ａ〜
５ｄからの信号を入力し増幅する増幅器７と、増幅器７
からの信号入力し、ボルト頭部の歪量を算出し、この算
出した歪量とメモリ１０に格納されているボルト軸力と
ボルト頭部の応力との相関関係よりボルト軸力を算出す
る演算装置１０と、結果を表示する表示装置１１とを備
え、締付け時のボルト軸力を管理する。【効果】歪ゲージを貼付する際の人手、および、費用
を低減でき、締付け時の歪ゲージの破損を回避できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の被締付物をボル
トにより一体的に締付ける際、予め定められた締付け力
となるようにボルト軸力を管理する方法に係り、特に、
ボルトに特別な加工を施すことなくボルトに歪検出手段
を貼付でき、さらに、この歪検出手段を破損させること
なく締付け時のボルトの歪量を検出することができるボ
ルト軸力の管理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、被締付物を所定の締付けトルクで
締付けるために、ボルト軸力を管理する場合には、例え
ば公知の文献：圧力技術（社団法人日本高圧技術協会発
行、Ｖｏｌ．２３Ｎｏ．１１９８５）に記されるよ
うに、ボルトの軸の部分に複数の歪ゲージを貼付し、締
付け時のボルトの歪量を検出し、ボルト軸力を算出して
いた。この従来技術を図７〜図９を用い説明する。

【０００３】図７はこの従来技術を適用したボルト１と
ナット２によって被締付物３、４を締付けた状況を示す
部分断面図、図８は歪ゲージ５の貼付部の断面図、図９
はボルト頭部の上面図である。

【０００４】図７に示すように、この従来技術ではボル
ト軸部１ａの側面に複数の歪ゲージ５を貼付している。
この従来例の場合には、図８に示すように４枚の歪ゲー
ジ５が各々ほぼ９０度ずつの間隔で貼付されている。ま
た、各歪ゲージ５からの信号を伝送するリード線６は、
ボルト頭部１ｂに加工された４個のキリ穴１ｅを通し、
外部に引き出される。そして、４枚の歪ゲージ５によっ
て検出された歪量は図示しない演算装置に入力され、演
算装置では入力した歪量に基づき後述する演算を行いボ
ルト１の軸力を算出する。

【０００５】この従来技術は上記のように構成されてお
り、ボルト１、および、ナット２により被締付物３、４
を締付けると、締付けトルクによってボルト軸部１ａが
伸びる。このボルト軸部１ａの伸びに伴い、ボルト軸部
１ａの側面に貼付した４枚の歪ゲージ５に歪が生ずる。
４枚の歪ゲージ５は、各々の歪量ε１、ε２、ε３、ε
４に応じた信号を出力する。

【０００６】演算装置では、これらの歪信号を入力し、
下記する（１）〜（３）式によってボルト１の軸力Ｆを
算出する。

【０００７】 ε＝（ε１＋ε２＋ε３＋ε４）／４・・・・（１） σａ＝Ｅ×ε ・・・・（２）Ｆ＝σａ×Ａ／Ａｓ・・・・（３）（２）式において、σａはボルト軸部１ａの応力を、Ｅ
はボルトの縦弾性係数を示す。また、（３）式におい
て、Ａｓはボルト１のねじ部の有効断面積を、Ａは歪ゲ
ージ５貼付位置の断面積を示す。なお、ボルト１を締付
けた場合、ボルト軸１ａには必ず曲げが生じ、この曲げ
の影響を除去するために（１）式に示すように等間隔に
設置した４枚の歪ゲージ５の検出量の平均値を求めてい
る。また、この従来技術では４枚の歪ゲージ５を使用し
ているが、最低２枚の歪ゲージを対向する位置に貼付
し、平均値を求めるようにしても曲げの影響を除去でき
る。

【０００８】この算出されたボルト１の軸力Ｆは、図示
しない表示装置に値が表示され、作業者はこのボルト１
の軸力Ｆを確認しながら締付け作業を行う。ボルト軸力
Ｆと締付けトルクとは比例関係にあるため、ボルト軸力
Ｆを所定値に設定することにより締付けトルクを所定値
に設定することができ、ボルトの破損等を防止すること
ができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術によって
ボルト１の軸力Ｆを管理する場合、下記のような問題点
がある。

【００１０】（１）．ボルト軸部１ａに歪ゲージ５を貼
付しているため、締付け時に歪ゲージと被締付物３、４
とが接触し、破損する恐れがある。

【００１１】（２）．歪ゲージ５のリード線を外部に引
き出すために、ボルト頭部１ｂに穴あけ加工を施さなけ
ればならず、このための人手と費用が必要となる。

【００１２】本発明は上記従来技術の問題点に鑑がみて
なされたもので、その目的は、ボルトに特別な加工を施
すことなく容易に歪ゲージを貼付することができ、この
貼付した歪ゲージを破損させることなくボルトの歪量を
検出することができるボルト軸力の管理装置を提供する
ことにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、ボルトに貼付した歪検出手段と、被締付物
を締付けたときの前記歪検出手段からの検出信号を入力
し、この検出信号に基づきボルト軸力を算出する演算手
段とを備えたボルト軸力の管理装置において、前記歪検
出手段をボルト頭部に貼付したことを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明は上記のように構成しているので、被締
付物をボルトによって締付けたとき、ボルト頭部と被締
付物との接触面、すなわち、ボルト座面からの押し付け
反力によりボルト頭部は変形し、このボルト頭部の変形
に伴う歪量がボルト頭部に貼付した歪検出手段によって
検出される。演算手段では、歪検出手段によって検出さ
れた検出信号を入力し、ボルト頭部の歪量に対応するボ
ルト軸力を算出する。

【００１５】したがって、本発明によれば、ボルトに生
じる歪量を検出する際、歪ゲージと被締付物とが接触す
ることがなく、これにより歪ゲージの破損を防止でき
る。また、ボルトの頭部に歪ゲージを貼付するため、ボ
ルトに特別な加工を施すことなく容易に歪ゲージのリー
ド線を外部に引き出すことができる。

【００１６】

【実施例】以下、図１〜図５を用い本発明の実施例を説
明する。

【００１７】図１はボルト１とナット２によって被締付
物３、４を締付けた状況を示す部分断面図、図２はボル
ト頭部１ｂの上面図、図３は構成図、図４はボルト頭部
１ｂに作用する押し付け反力による変形を示す図、図５
は締付けトルクとボルト頭部１ｂの応力σ、および、ボ
ルト１の軸力Ｆとの関係を示す相関図である。なお、上
述した従来技術の説明に用いた図７〜図９と共通する部
分については同一の符号を付している。

【００１８】図１に示すように、この実施例ではボルト
頭部１ｂに４枚の歪ゲージ５を貼付している。これらの
歪ゲージ５は、図２に示すようにボルト頭部１ｂの径方
向に対し歪ゲージ５ａと５ｂとが、また、歪ゲージ５ｃ
と５ｄとが線対称となる位置に、ほぼ９０度ずつの間隔
で貼付されている。また、図３に示すように各歪ゲージ
５ａ〜５ｄからの信号はリード線６によって増幅器７に
導かれ、演算手段、例えば演算装置８に入力される。こ
の演算装置８は、ボルト頭部１ａの歪量とボルト１の軸
力Ｆとの相関関係を予め格納される記憶手段、例えばメ
モリ１０と、後述する演算を実行する演算部９とを有
し、増幅器７から入力した歪量に基づきボルト１の軸力
を算出する。この算出結果は、表示装置１１に出力さ
れ、値が表示される。

【００１９】この実施例は上記のように構成されてお
り、ボルト１、および、ナット２によって被締付物３、
４を締付けると、締付けトルクによってボルト軸部１ａ
が伸びる。その際、図４に示すようにボルト頭部１ｂと
被締付物３との接触面、すなわち、ボルト座面１ｃには
押し付け反力Ｐが作用する。この反力Ｐによってボルト
頭部１ｂは内側に曲げられ点線で示すように変形する。
この変形に伴い、ボルト頭部１ｂに貼付した４枚の歪ゲ
ージ５ａ〜５ｄに歪が生ずる。図２に示すように歪ゲー
ジ５ａ、５ｂは、矢印２０の方向の歪を検出するよう
に、また、歪ゲージ５ｃ、５ｄは矢印２１の方向に生ず
る歪を検出するように貼付されており、各歪ゲージ５ａ
〜５ｄは歪量ε１、ε２、ε３、ε４に応じた信号を出
力する。

【００２０】これらの信号は、増幅器７によって増幅さ
れ、演算装置８に入力される。演算装置８に備えられる
演算部９では、従来の技術の項に記した（１）、（２）
式と同じ式によりボルト頭部１ｂに生ずる応力σを算出
する。このボルト１の締付けによって生ずるボルト頭部
１ｂの応力σとボルト１の軸力Ｆ、および、締付けトル
クとは、公知の文献：高強度ボルトの締結性能に関する
標準化のための調査研究（第２報）（日本ねじ研究協
会：昭和５４年２月）にも示されるように比例関係にあ
る。演算装置８に設けられるメモリ１０には、予め図５
に示すボルト頭部１ｂの応力σとボルト１の軸力Ｆとの
関係が格納されており、演算部９では算出したボルト頭
部１ｂの応力σの値に対応する軸力Ｆをメモリ１０より
読み出す。そして、結果を表示装置１１へ出力し、表示
装置１１上にボルト１の軸力Ｆが表示される。

【００２１】したがって、この実施例によれば、締付け
トルクによってボルトに生じる歪量を、ボルト頭部１ｂ
に貼付した歪ゲージ５ａ〜５ｄによって検出するため、
歪ゲージ５ａ〜５ｄと被締付物３、４とが接触すること
がなく、これにより歪ゲージの破損を防止できる。ま
た、ボルト頭部１ｂに歪ゲージ５ａ〜５ｄを貼付するた
め、ボルトに特別な加工を施すことなく容易にリード線
６を外部に引き出すことができ、これにより従来技術よ
り少ない人手、および、費用でボルト軸力の管理を行う
ことができる。

【００２２】なお、上述した実施例ではボルト頭部１ｂ
の径方向に対し対称となるように歪ゲージ５ａ〜５ｄを
貼付したが、図６に示すように、ボルト頭部１ｂの周方
向に沿って４枚の歪ゲージ５ａ〜５ｄを貼付し、歪ゲー
ジ５ａ、５ｂによって矢印２２の方向に生ずる歪を、ま
た、歪ゲージ５ｃ、５ｄによって矢印２３の方向に生ず
る歪を検出するようにしても良い。また、六角ボルトを
対象に説明したが、六角穴付きボルトやプラグ等頭部に
相当する構造を有するボルトであればどのようなボルト
であっても良い。

【００２３】

【発明の効果】締付けトルクによってボルトに生じる歪
量を、ボルト頭部に貼付した歪ゲージによって検出する
ため、歪ゲージと被締付物とが接触することがなく、歪
ゲージの破損を防止できる。また、ボルト頭部に歪ゲー
ジを貼付するため、ボルトに特別な加工を施すことなく
容易にリード線を外部に引き出すことができ、これによ
り従来技術より少ない人手、および、費用でボルト軸力
の管理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるボルト締結時の部分断面
図である。

【図２】本発明の実施例におけるボルト頭部の上面図で
ある。

【図３】本発明の実施例の構成図である。

【図４】ボルト頭部に作用する押し付け反力による変形
状況を示す説明図である。

【図５】締付けトルクとボルト頭部の応力、および、ボ
ルトの軸力との相関関係を示す図である。

【図６】４枚の歪ゲージを、ボルト頭部の周方向に沿っ
て貼付した際の、ボルトの上面図である。

【図７】従来技術によるボルト締結時の部分断面図であ
る。

【図８】従来技術による歪ゲージの貼付部の断面図であ
る。

【図９】従来技術によるボルト頭部の上面図である。

【符号の説明】

１ボルト１ａボルト軸部１ｂボルト頭部１ｃボルト座面３、４被締付物５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ歪ゲージ（歪検出手段）６リード線８演算装置（演算手段）９演算部１０メモリ（記憶手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ボルトに貼付した歪検出手段と、被締付
物を締付けたときの前記歪検出手段からの検出信号を入
力し、この検出信号に基づきボルト軸力を算出する演算
手段とを備えたボルト軸力の管理装置において、前記歪
検出手段をボルト頭部に貼付したことを特徴とするボル
ト軸力の管理装置。
【請求項２】前記演算手段は、ボルト締付け時のボル
ト軸力とボルト頭部の歪量との相関関係を予め格納する
記憶手段を有し、前記歪検出手段からの検出信号を入力
し、前記記憶手段に格納されている相関関係に基づきボ
ルト軸力を算出することを特徴とする請求項１に記載の
ボルト軸力の管理装置。