JPH0663890B2 - 穴付きボルト用軸力センサ - Google Patents

穴付きボルト用軸力センサ

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JPH0663890B2
JPH0663890B2 JP6236188A JP6236188A JPH0663890B2 JP H0663890 B2 JPH0663890 B2 JP H0663890B2 JP 6236188 A JP6236188 A JP 6236188A JP 6236188 A JP6236188 A JP 6236188A JP H0663890 B2 JPH0663890 B2 JP H0663890B2
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伸二 清水
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は穴付きボルト用軸力センサに係わり、更に詳し
くは穴付きボルトを目的物に対して締付けることがで
き、同時にその穴付きボルトの締付け力、即ち、軸力を
高精度に測定できるようした穴付きボルト用軸力センサ
に関する。
〔従来の技術〕
周知の通り各種構造物、装置、機械、器具等にボルトを
締結した時、そのボルトの軸力管理の重要性が認識され
ている。より具体的に言えば、ボルトを各種構造物、装
置等の適用目的物へ締結する時、それら装置等の要求性
能,信頼性,安全性等を維持する為に、予め設計又は計
算された締付け力でそれら適用部分へ締付けることが要
求される。
即ち、使用されるボルトの強度を越えない範囲で要求さ
れる締付け力でもってそのボルトを締付け、使用経過に
伴ない緩まないように最適に締付ける必要がある。そこ
で各種装置、構造物の施工、作業の現場では目的部分へ
締付けたボルトが、上記要求締付け力でもって締付けら
れているか否か、より具体的には要求締付力と実際の締
付力とが可及的に一致しているか否かを測定し、不十分
な場合にはそれを是正し管理する必要があり、又この管
理の重要性が認識されている。
この為、従来からこの管理の為に、締付けたボルトの軸
力検出方法、手段が幾つか実用されている。
その1は締結したボルトの軸部の伸びを検出してボルト
の軸力を測定する方法である。即ち、ボルトを締め付け
ると、それに比例した引っ張り力が生じ、その引っ張り
力によってボルトの軸部が伸びる。この伸び量は超音波
センサで検出し、より具体的には超音波の軸部を往復す
る時間で伸び量を検出し、それを軸力として出力しボル
トの締付け力を測定する方法である。
その2は、ボルトの頭部の応力による磁化特性の変化を
検出してボルトの軸力を測定する方法である。即ち、締
付けられたボルトが力を受けるとそれに比例した応力を
生じ、この応力が変化すると磁界が変化する。そこで元
の磁界の強さと、変化後の磁界の強さの差によってボル
トの軸力を測定する方法である。
その3は、ボルト頭部の変形を検出してボルトの軸力を
測定する方法である。即ち、ボルトを締付けると、ボル
トに引っ張り力が作動し、ボルト頭部の表面が僅かに凹
状に変形するのでその変形量を検出し、ボルトの軸力を
測定する方法である。その4は、ボルト頭部の変形と沈
み込みとを検出して、ボルトの軸力を測定する方法であ
る。即ち、上記その3に於けるボルト頭部の凹状の変化
と、ボルト頭部の下方の、いわゆる首と称する部分の適
用目的物基準面に対する当り具合の変化を検出してボル
ト軸力を測定するものである。
これらは一長一短があり各々固有に有用な技術である
が、六角穴等穴付きボルトに関しては、六角棒スパナ等
特殊工具で締付けるというその使用方法や、その特殊な
頭部形状の為に、前述の方法のほとんどをそのままでは
用いることができず、現在はトルクレンチ法のみが一般
に用いられている。
〔発明が解決しようとする課題〕
所が上記トルクレンチ法によると、ボルトねじ部及び頭
部底面の摩擦による因子が測定精度に大きく影響するの
で高精度な締付け力の測定が困難であるという問題点が
ある。そこで本発明者は前述した種々のボルト軸力測定
方法の中でも、比較的ボルト頭部表面の表面平坦度と
か、他の要素部材の影響が測定精度中に大きく混入せ
ず、而も容易に適用し易いボルト頭部の変形を検出して
締付け力を測定する技術に着目し、これを六角穴等穴付
きボルトにも適用可能となるように工夫をこらしこの発
明を完成させたもので、その目的とする所は、穴付きボ
ルトの軸力測定を可能とする手段を提供するにあり、換
言すれば穴付きボルトを目的物に対して締付けながら、
即ち従来の六角棒スパナ等特殊工具を用いることなく、
この手段を用いながら締付けることができ、同時に六角
穴等穴付きボルトの穴底部中心の変形量を電気的に検出
し、このボルトの軸力を測定可能とするにあり、又他の
目的とする所は、締付け度合に比例するボルト頭部の変
形はボルト頭部の周辺に比して中心領域部分が直接的に
大である点に着目し、この中心部分の変形を電気的に検
出することにより、より高精度に穴付きボルトの締付け
力、即ちボルト軸力を測定可能とするにある。
〔課題を解決する為の手段〕
上記目的を達成する為に本発明は次の技術的手段を有す
る。即ち実施例に対応する添付図面中の符号を用いてこ
れを説明すると、本発明は、中心に変位検出素子3が配
設されたホルダ1を備え、上記変位検出素子3の先端
3′を、目的物に締結されたボルト頭部表面に対接し、
ボルト頭部の変形量を上記変位検出素子3により電気的
に検出し、この検出電気出力をボルト軸力として変換出
力することによりボルト軸力を測定するようにしたセン
サに於いて; 上記ホルダに対して変位検出素子が上下位置微調節可能
に取着されていると共に、このホルダの下方には、上記
変位検出素子3の先端3′を下方へ臨ませることのでき
る締付体8が固着され、而もこの締付体8の上部には、
スパナの口が嵌合できる大径のスパナ口嵌合部12と、こ
のスパナ口嵌合部12の下部に一体的に形成されていてボ
ルト頭部穴Cに嵌合できる小径の穴嵌合部11とが形成さ
れ、穴付きボルトAの穴C内に上記穴嵌合部11を嵌合し
た状態で、スパナの口を上記スパナ口嵌合部12に嵌め、
スパナでこの締付体8を締付けることにより穴付きボル
トを目的物に対して締付け可能となし、この締付けと同
時に上記締付体8の穴嵌合部11の先から臨む変位検出素
子3の先端3′をボルト穴Cの底部Dの中心に対応せし
め、ボルト穴底部D中心の変形量を電気的に検出してボ
ルト軸力を測定するようにした事を特徴とする穴付きボ
ルト用軸力センサである。
上記に於ける変位検出素子としては、渦電流式変位検出
素子、静電容量検出素子、光素子等が考慮される。加え
て、ホルダに対し変位検出素子を上下位置微調節可能に
取付ける手段は、ホルダ1の上部にアジャスタ2を螺着
し、そのアジャスタ2の中心に上記変位検出素子3を支
持せしめ、上記アジャスタ2をホルダ1に対して上下動
させることによって上下位置を微調節する手段が考慮さ
れる。勿論アジャスタ2とホルダ1の間にスプリングS
を介設しバックラッシュを吸収除去するようにすること
が望ましい。又締付体8の中心にロック体13を配し、穴
嵌合部11をボルト頭部の穴Cに嵌合した後、このロック
体13を操作して、穴嵌合部11を外周方向へ拡開し、穴嵌
合部11の外周面をボルト頭部の穴Cに密接させて、ロッ
クすることが望ましい。
〔作用〕
上記構成に基き、これを用いるには先ず穴嵌合部11を穴
付き六角ボルトAのボルト頭部Bの穴Cに嵌合する。こ
の後、ロック体8を操作して穴嵌合部11を拡げ穴嵌合部
11を穴C内にロックする。次いでスパナ口嵌合部12にス
パナの口を嵌め、この状態で常法通りスパナを回し、穴
付き六角ボルトAを適用目的物へ締付ける。即ち、この
軸力センサ自体が締付け機能を有する。この時、締付体
8を構成する上記穴嵌合部11の先から臨む変位検出素子
の先3′がボルト穴Cの底部D中心に対応し、該部分の
変形量を電気出力として検出する。即ち、穴付きボルト
Aの目的物に対する締付け度合に比例して、ボルト頭部
Bが微小に凹状に変形する。この場合、ボルト頭部Bの
周辺部に比して中心領域、より具体的には穴C底部Dの
中心領域に於いて、その変形が直接的に表われる。該部
分の変形が生ずると、穴底部D中心と変位検出素子3の
先端3′との間の間隙が変化し、この変位検出素子3が
渦電流変位検出素子である場合には渦電流が変化するか
ら、変位検出素子3からの出力電流が変化し、ボルト軸
力を測定できる。要するに穴付ボルトAを目的物へ締付
ける機能とボルト軸力の検出測定機能の2つを有する。
〔実施例〕
次に添付図面に従い本発明の好適な実施例を詳細に説明
する。
1はホルダであって、その上部中心にアジャスタ2が螺
着されている。そしてアジャスタ2の中心に変位検出素
子3が螺着されている。より具体的にはホルダ1の上部
中心にネジ穴4が形成され、この部分にアジャスタ2の
外周ネジ部5が螺着されていると共に、アジャスタ2の
中心に上下にわたってネジ穴6が形成され、このネジ穴
6に変位検出素子3の外周ネジ部7が螺着されている。
そして、アジャスタ2とホルダ1間にスプリングSが介
設されている。
上記変位検出素子3としては、渦電流変位検出素子、静
電容量変位検出素子、光検出素子等種々のものが考慮さ
れるが、この例では渦電流変位検出素子を例にとって説
明する。さて、上記ホルダ1の下方には締付体8が螺着
されている。即ちホルダ1の下方の内周面に形成された
ネジ部9に対して、締付体8のネジ部10が螺着すること
によって、ホルダ1の下方に上記締付体8が取着されて
いるものである。この締付体8には、下方にボルトAの
頭部Bの穴Cに嵌合する為の穴嵌合部11が形成されてい
ると共に、その上に、上記嵌合部11より大径のスパナ口
嵌合部12が一体的に形成されている。
この例では、上記穴嵌合部11は、ボルトAの頭部Bの六
角穴Cに嵌合できる六角形状として示してあるが、その
他ボルトAの頭部Bの穴Cが十字穴等であれば、この形
状態様に合わせた形状を有するものでよい。又上記スパ
ナ口嵌合部12の外形もこの例では六角形として示してあ
るが、その他の形状でもよく、且つこれを公知のトルク
レンチに嵌合でるようにしてもよい。更に、上記締付体
8の中央にはロック体13が螺着されている。即ち締付体
8の中央に形成させれたネジ穴14に対して、ロック体13
の外周ネジ部15が螺着している。この場合、このロック
体13の中央に形成された通孔16中を上記の変位検出素子
3が貫通し、変位検出素子3の先3′がロック体13及び
締付体8の先に臨んでいる。
而して、上記ロック体13の上部にはつまみ17が形成さ
れ、このつまみ17をホルダ1の窓18を通して外部からつ
まめるようになっている。勿論、この発明の基本として
は、このロック体13を回動操作できればよいので、上記
つまみ17をホルダ1の外に出して、よりつまみ易くする
ようにしてもよい。さて、ロック体13の下方は、下方へ
行くに従い細径となるテーパ面19に形成されている。こ
れに対応して締付体8の下部の穴嵌合部11の対応面もテ
ーパ面20に形成されている。加えて、上記テーパ面20に
は所定間隔を置いてスリット21の複数が形成されてい
る。
上記ロック体13のみの詳細を示したのが第5図,第6図
であり、他方締付体8のみの詳細を示したのが第3図,
第4図である。
上記構成に基き一連の使い方を説明する。先ず締付体8
の穴嵌合部11を穴付きボルトAの頭部Bの穴Cに嵌合す
る。この後、ロック体13のつまみ17を操作して、即ちこ
の例では回動してロック体13を下方へ螺動させる。螺動
によって、ロック体13のテーパ面19がくさび状に締付体
8のテーパ面20を押加し、締付体8の穴嵌合部11を外周
方向に拡げる。故に穴嵌合部11の外周面がボルトの穴C
に圧接してロックされる。
この後アジャスタ2を外部から回動操作して、変位検出
素子3を予定通り正しく位置決めする。例えば、この例
では変位検出素子3として、渦電流変位検出素子3を選
択してあるので、この軸力センサを用いて後述するよう
にボルトAを締付けた最終段階に於いて、変位検出素子
3の先端3′がボルト穴Cの底部Dの中心面から200μ
m程度間隙を存するように上記の変位検出素子3の上下
位置を決める。
この変位検出素子3の上下位置微調節段階に於けるバッ
クラッシュは上記スプリングSによって吸収除去され
る。次いでスパナ口嵌合部12にスパナの口、場合によっ
ては公知のトルクレンチを嵌合し、この軸力センサ自体
を締め、もって穴付きボルトAを目的物に対して締付け
る。この締付けにより、締付け度合に応じてボルトAの
頭部Bが比例的に変形し、それもボルト頭部の周辺に比
して中央部の穴Cの底部D中心が直接的に変形するの
で、変位検出素子3の先端3′との間の隙間が変化する
から、渦電流が変化し、その変化を変位検出素子3が電
流出力として検出し、ボルト軸力が測定される。
従って目的物に装着されるボルトの締付け力が、予定さ
れた締付力を満しているか否かを測定し、管理すること
ができる。又、複数のボルトの締付け力が各々平均して
いるか否か等の管理もできる。
このように、この発明の軸力センサは、本来六角棒スパ
ナ等の特殊の工具を用いなければ締付けることのできな
い穴付きボルトを締付けることができ、同時に軸力を検
出測定することができる。
而も頭部全体の変形量を検出するのではなく、締付け力
に比例して直接的にその変形が表われる頭部中心の変形
を測定するので高精度な測定ができる。
更に上記穴付きボルトの穴Cの大きさは生産加工上のバ
ラツキが存するも、締付体8の穴嵌合部11を拡開してロ
ックするので大小様々な全ての穴付きボルトの測定に正
確に適用できる。
〔効果〕
以上詳述した如く請求項第1項記載の発明によれば、六
角穴等穴付きボルトを、特殊な別の工具を用いることな
く、この軸力センサ自体で締付けることができる。それ
は六角穴、十字穴、−穴等穴の形状を問わないし、ボル
トの大きさも問わない。加えていわゆるボルトのみなら
ず、実質的に目的物へ締付けられる締結部材一般にも適
用できる。と同時に、ボルト頭部の中心部分の変形量を
検出し、軸力を高精度に測定できる。
又、請求項第2項の発明によれば、上記利点に加えてボ
ルトの穴の形状が何であっても、その生産加工上生ずる
バラツキにかかわらず、ロック体によって締付体の穴嵌
合部が外周方向へ拡開し、ボルトの穴内周面に圧接して
この軸力センサ自体をしっかりとボルトに対してロック
するので、使用上極めて有利である利点を呈するもので
ある。
【図面の簡単な説明】
添付図面は本発明の実施例を示し、第1図は穴付きボル
トの頭部部分を一部断面にて示した外観図、第2図は縦
断側面図、第3図は締付体のみの縦断面図、第4図は第
3図のX−X′線に沿う断面図、第5図はロック体の平
面図、第6図はロック体の正面図であり、図中1はホル
ダ、2はアジャスタ、3は変位検出素子、8は締付体、
11は穴嵌合部、12はスパナ口嵌合部、13はロック体、17
はつまみ、19,20はテーパ面、21はスリット、Sはスプ
リング、Aは穴付きボルト、Bはボルト頭部、Cはボル
ト穴、Dは穴の底部である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】中心に変位検出素子3が配設されたホルダ
    1を備え、上記変位検出素子3の先端3′を、目的物に
    締結されたボルト頭部表面に対接し、ボルト頭部の変形
    量を上記変位検出素子3により電気的に検出し、この検
    出電気出力をボルト軸力として変換出力することにより
    ボルト軸力を測定するようにしたセンサに於いて; 上記ホルダに対して変位検出素子が上下位置微調節可能
    に取着されていると共に、このホルダの下方には、上記
    変位検出素子3の先端3′を下方へ臨ませることのでき
    る締付体8が固着され、而もこの締付体8の上部には、
    スパナの口が嵌合できる大径のスパナ口嵌合部12と、こ
    のスパナ口嵌合部12の下部に一体的に形成されていてボ
    ルト頭部穴Cに嵌合できる小径の穴嵌合部11とが形成さ
    れ、穴付きボルトAの穴C内に上記穴嵌合部11を嵌合し
    た状態で、スパナの口を上記スパナ口嵌合部12に嵌め、
    スパナでこの締付体8を締付けることにより穴付きボル
    トを目的物に対して締付け可能となし、この締付けと同
    時に上記締付体8の穴嵌合部11の先から臨む変位検出素
    子3の先端3′をボルト穴Cの底部Dの中心に対応せし
    め、ボルト穴底部D中心の変形量を電気的に検出してボ
    ルト軸力を測定するようにした事を特徴とする穴付きボ
    ルト用軸力センサ。
  2. 【請求項2】上記締付体8の穴嵌合部11をボルト頭部の
    穴Cに嵌合した後、穴嵌合部11を外周方向へ拡開し、穴
    嵌合部11の外周面をボルト頭部の穴Cに圧接してロック
    する為のロック体13を上記締付体8の中央に配設した事
    を特徴とする請求項第1項記載の穴付ボルト用軸力セン
    サ。
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