JPH11241960A - ボルト - Google Patents
ボルトInfo
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- JPH11241960A JPH11241960A JP35743998A JP35743998A JPH11241960A JP H11241960 A JPH11241960 A JP H11241960A JP 35743998 A JP35743998 A JP 35743998A JP 35743998 A JP35743998 A JP 35743998A JP H11241960 A JPH11241960 A JP H11241960A
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- Japan
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- bolt
- head
- ultrasonic
- axial force
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- Prior art date
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- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Details Of Spanners, Wrenches, And Screw Drivers And Accessories (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 軸力検出装置の諸設定を変更することなく精
度よく軸力を測定することができるボルトを提供する。 【解決手段】 ボルト１の頭部２および軸部３の先端の
相対向する端面２ａ，３ａを、ボルト１の全長Ｌの中間
位置Ｃ1 （＝Ｌ／２）を中心とする半径Ｒを有する球面
状の曲面に共に形成した。圧電素子１１により頭部２の
端面２ａから超音波を入射すると、端面２ａが超音波レ
ンズとして機能し、超音波が収束された状態でボルト１
内を伝播する。そして、軸部３の先端面３ａが超音波レ
ンズとして機能し、反射波エコーが収束された状態で再
び圧電素子１１に向かって戻るように伝播する。ボルト
１内の超音波の伝播経路が拡散することがなく、超音波
が確実に軸部３の先端面３ａで反射されて圧電素子１１
により検出されるため、軸力を精度良く測定することが
できる。
度よく軸力を測定することができるボルトを提供する。 【解決手段】 ボルト１の頭部２および軸部３の先端の
相対向する端面２ａ，３ａを、ボルト１の全長Ｌの中間
位置Ｃ1 （＝Ｌ／２）を中心とする半径Ｒを有する球面
状の曲面に共に形成した。圧電素子１１により頭部２の
端面２ａから超音波を入射すると、端面２ａが超音波レ
ンズとして機能し、超音波が収束された状態でボルト１
内を伝播する。そして、軸部３の先端面３ａが超音波レ
ンズとして機能し、反射波エコーが収束された状態で再
び圧電素子１１に向かって戻るように伝播する。ボルト
１内の超音波の伝播経路が拡散することがなく、超音波
が確実に軸部３の先端面３ａで反射されて圧電素子１１
により検出されるため、軸力を精度良く測定することが
できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボルトに関し、さ
らに詳しくは、超音波により軸力を測定するのに適した
ボルトに関するものである。ここで、軸力とは、ボルト
を締付けた際にその軸方向に発生する締付力をいう。
らに詳しくは、超音波により軸力を測定するのに適した
ボルトに関するものである。ここで、軸力とは、ボルト
を締付けた際にその軸方向に発生する締付力をいう。
【０００２】
【従来の技術】従来より、ボルトの締付けを確実に行う
等のために、超音波を用いてボルトに発生した軸力を測
定することが行われている。この軸力の測定は、ボルト
の一端面から超音波を入射し、ボルトの軸方向他端面で
反射された反射波（エコー）を検出し、この検出結果に
基づいてボルトに発生した軸力を測定するものである。
図３に示すように、ボルトの締付け前（図３Ａ）と後
（図３Ｂ）とでは、ボルトに発生する軸力に伴って超音
波を入射してから反射波を検出するまでの時間に差ｔが
生じ、さらには、この時間差ｔは軸力に比例して変化す
る。したがって、軸力を測定するために、一般に、超音
波を入射してから反射波を検出するまでの時間が測定さ
れる。
等のために、超音波を用いてボルトに発生した軸力を測
定することが行われている。この軸力の測定は、ボルト
の一端面から超音波を入射し、ボルトの軸方向他端面で
反射された反射波（エコー）を検出し、この検出結果に
基づいてボルトに発生した軸力を測定するものである。
図３に示すように、ボルトの締付け前（図３Ａ）と後
（図３Ｂ）とでは、ボルトに発生する軸力に伴って超音
波を入射してから反射波を検出するまでの時間に差ｔが
生じ、さらには、この時間差ｔは軸力に比例して変化す
る。したがって、軸力を測定するために、一般に、超音
波を入射してから反射波を検出するまでの時間が測定さ
れる。
【０００３】軸力を検出するための軸力測定装置は、一
般に、ボルトの頭部に装着されて超音波をボルトに入射
すると共に反射波を検出する圧電素子を備えてなるもの
で、ボルトの頭部に係合されるソケットを回転駆動する
ナットランナ等、ボルト締付け装置に適用される。軸力
測定装置によってボルトに発生する軸力を測定しつつ、
ボルト締付け装置を駆動し、軸力が目的の値に到達した
ことを検出すると、ボルト締付け装置を停止する。これ
により、ボルトは、一定の軸力が発生するように締付け
られることとなる。
般に、ボルトの頭部に装着されて超音波をボルトに入射
すると共に反射波を検出する圧電素子を備えてなるもの
で、ボルトの頭部に係合されるソケットを回転駆動する
ナットランナ等、ボルト締付け装置に適用される。軸力
測定装置によってボルトに発生する軸力を測定しつつ、
ボルト締付け装置を駆動し、軸力が目的の値に到達した
ことを検出すると、ボルト締付け装置を停止する。これ
により、ボルトは、一定の軸力が発生するように締付け
られることとなる。
【０００４】ところで、従来より通常使用されているボ
ルト２１は、図５に示すように、圧電素子３１から超音
波が入射される一端面となる頭部２２の端面２２ａ、お
よび、超音波を反射するボルト２１の軸方向他端面とな
る軸部２３の先端面２３ａが、ほぼ平坦に形成されてい
る。そのため、超音波およびその反射波の軸部２３にお
ける伝播経路が拡散することとなる（図４の矢印Ｕｗａ
を参照）。拡散した反射波は、伝播経路によって圧電素
子３１に到達する時間が異なり、反射波が複数検出され
ることとなる。また、従来より通常使用されているボル
ト２１は、図５に示すように、ボルト締付け装置のソケ
ット等（図示は省略する）に係合される頭部２２の断面
積の大きさ（径）ｄ２が、ねじが形成された軸部２３の
径ｄ３よりも大きく形成されている。そのため、頭部２
２から入射された超音波の全体が軸部２３の先端面２３
ａで反射されるとはかぎらず、検出される反射波の中に
は頭部２２の軸部側端面２２ｂにより生じる反射波（図
５の矢印Ｕｗｂを参照）が含まれることとなる。このよ
うな場合には、図７に示すように、複数検出された反射
波Ｕｗａのいずれが軸部２３の先端面２３ａで反射され
た反射波であるのか明確でなく、また、ボルト２１の頭
部２２の反対側端面２２ｂにより生じた反射波Ｕｗｂが
ノイズの原因となる等、軸力の測定精度を低下させる原
因となる。
ルト２１は、図５に示すように、圧電素子３１から超音
波が入射される一端面となる頭部２２の端面２２ａ、お
よび、超音波を反射するボルト２１の軸方向他端面とな
る軸部２３の先端面２３ａが、ほぼ平坦に形成されてい
る。そのため、超音波およびその反射波の軸部２３にお
ける伝播経路が拡散することとなる（図４の矢印Ｕｗａ
を参照）。拡散した反射波は、伝播経路によって圧電素
子３１に到達する時間が異なり、反射波が複数検出され
ることとなる。また、従来より通常使用されているボル
ト２１は、図５に示すように、ボルト締付け装置のソケ
ット等（図示は省略する）に係合される頭部２２の断面
積の大きさ（径）ｄ２が、ねじが形成された軸部２３の
径ｄ３よりも大きく形成されている。そのため、頭部２
２から入射された超音波の全体が軸部２３の先端面２３
ａで反射されるとはかぎらず、検出される反射波の中に
は頭部２２の軸部側端面２２ｂにより生じる反射波（図
５の矢印Ｕｗｂを参照）が含まれることとなる。このよ
うな場合には、図７に示すように、複数検出された反射
波Ｕｗａのいずれが軸部２３の先端面２３ａで反射され
た反射波であるのか明確でなく、また、ボルト２１の頭
部２２の反対側端面２２ｂにより生じた反射波Ｕｗｂが
ノイズの原因となる等、軸力の測定精度を低下させる原
因となる。
【０００５】そこで、このような事情を背景として、実
開昭６０−１９４４７３号公報に開示されているよう
に、ボルトの頭部の端面に密接し該ボルトの端面を通し
て超音波を該ボルト内へ入射させる超音波振動子を備え
たボルト軸力検出装置において、前記超音波振動子とボ
ルトの端面との間に、該超音波振動子からボルトの端面
に向かう超音波を収束させる超音波レンズを配設したボ
ルト軸力検出装置が知られている。このものにおいて
は、超音波振動子が接着されたキャップの下端面に比較
的大きな曲率半径を成す凹面が形成され、ボルト頭部と
の間に片面が平面である凸レンズ状の空間が形成され
る。そして、この空間に充填された油で凸型超音波レン
ズを構成することが記載されている。而して、このボル
ト軸力検出装置では、超音波振動子からボルトの端面に
向かう超音波が超音波レンズの作用により収束させられ
るので、ボルト頭部に入射した超音波はそのボルト頭部
に続くボルト軸部に伝播するに従ってボルト軸部の断面
に集中し、ボルト頭部に入射した超音波は効率よくボル
ト軸部内において伝播される。このため、比較的強い超
音波がボルト軸部において超音波の伝播時間の検出のた
めに伝播させられる結果、その超音波を受けたときの信
号レベルが他のノイズに比較して高いレベルに引き上げ
られ、高精度のボルト軸力を検出することができる。な
お、超音波を収束するように作用する超音波レンズにつ
いて、空間内に充填される物質とキャップを構成する物
質との音速（超音波伝播特性）に応じて空間の形状を変
更することが記載されている。
開昭６０−１９４４７３号公報に開示されているよう
に、ボルトの頭部の端面に密接し該ボルトの端面を通し
て超音波を該ボルト内へ入射させる超音波振動子を備え
たボルト軸力検出装置において、前記超音波振動子とボ
ルトの端面との間に、該超音波振動子からボルトの端面
に向かう超音波を収束させる超音波レンズを配設したボ
ルト軸力検出装置が知られている。このものにおいて
は、超音波振動子が接着されたキャップの下端面に比較
的大きな曲率半径を成す凹面が形成され、ボルト頭部と
の間に片面が平面である凸レンズ状の空間が形成され
る。そして、この空間に充填された油で凸型超音波レン
ズを構成することが記載されている。而して、このボル
ト軸力検出装置では、超音波振動子からボルトの端面に
向かう超音波が超音波レンズの作用により収束させられ
るので、ボルト頭部に入射した超音波はそのボルト頭部
に続くボルト軸部に伝播するに従ってボルト軸部の断面
に集中し、ボルト頭部に入射した超音波は効率よくボル
ト軸部内において伝播される。このため、比較的強い超
音波がボルト軸部において超音波の伝播時間の検出のた
めに伝播させられる結果、その超音波を受けたときの信
号レベルが他のノイズに比較して高いレベルに引き上げ
られ、高精度のボルト軸力を検出することができる。な
お、超音波を収束するように作用する超音波レンズにつ
いて、空間内に充填される物質とキャップを構成する物
質との音速（超音波伝播特性）に応じて空間の形状を変
更することが記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、軸力を
測定するボルトは、その長さが一定とは限らない。した
がって、実開昭６０−１９４４７３号公報に開示された
ボルト軸力検出装置にあっては、超音波レンズによって
超音波振動子からボルトの端面に向かう超音波が収束さ
れるものの、超音波振動子からボルトの端面に向かう超
音波の収束度が異なることとなり、ボルトの長さに応じ
て超音波レンズ（超音波振動子が接着されたキャップの
下端面に形成された凹面）の、凹か凸か、あるいはその
曲率等を含む形状を、さらには、空間内に充填される物
質等の超音波伝播特性を選択する必要がある。また、こ
のものにあっては、超音波振動子からボルトの端面に向
かう超音波を収束させることについては考慮されている
ものの、ボルトの軸部先端面において反射された後の超
音波を収束することについては考慮されていない。した
がって、反射波の伝播経路が複雑となり、検出される際
の反射波は拡散した状態となっている場合がある。
測定するボルトは、その長さが一定とは限らない。した
がって、実開昭６０−１９４４７３号公報に開示された
ボルト軸力検出装置にあっては、超音波レンズによって
超音波振動子からボルトの端面に向かう超音波が収束さ
れるものの、超音波振動子からボルトの端面に向かう超
音波の収束度が異なることとなり、ボルトの長さに応じ
て超音波レンズ（超音波振動子が接着されたキャップの
下端面に形成された凹面）の、凹か凸か、あるいはその
曲率等を含む形状を、さらには、空間内に充填される物
質等の超音波伝播特性を選択する必要がある。また、こ
のものにあっては、超音波振動子からボルトの端面に向
かう超音波を収束させることについては考慮されている
ものの、ボルトの軸部先端面において反射された後の超
音波を収束することについては考慮されていない。した
がって、反射波の伝播経路が複雑となり、検出される際
の反射波は拡散した状態となっている場合がある。
【０００７】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
で、軸力検出装置の諸設定を変更することなく精度よく
軸力を測定することができるボルトおよびそのボルトの
ための軸力測定デバイスを提供することを目的とする。
で、軸力検出装置の諸設定を変更することなく精度よく
軸力を測定することができるボルトおよびそのボルトの
ための軸力測定デバイスを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、超音波により軸力が測定されるボルトで
あって、ボルトの頭部および先端の相対向する端面を、
所定の曲率を有する曲面に形成したことを特徴とするも
のである。
成するために、超音波により軸力が測定されるボルトで
あって、ボルトの頭部および先端の相対向する端面を、
所定の曲率を有する曲面に形成したことを特徴とするも
のである。
【０００９】本発明では、ボルトの頭部端面から入射さ
れる超音波は、頭部端面或は軸部先端面に形成された曲
面が超音波レンズとして機能することにより、頭部端面
に曲面が形成されている場合には軸部先端面に向かって
収束された状態でボルト内を進む。さらに、軸部先端面
に曲面が形成されている場合には軸部先端面で反射され
た反射波は、軸部先端に形成された曲面が超音波レンズ
として機能することにより、頭部端面に向かって収束さ
れた状態で再び戻る。
れる超音波は、頭部端面或は軸部先端面に形成された曲
面が超音波レンズとして機能することにより、頭部端面
に曲面が形成されている場合には軸部先端面に向かって
収束された状態でボルト内を進む。さらに、軸部先端面
に曲面が形成されている場合には軸部先端面で反射され
た反射波は、軸部先端に形成された曲面が超音波レンズ
として機能することにより、頭部端面に向かって収束さ
れた状態で再び戻る。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明に係るボルトの実施の一形
態を、図１および図２に基づいて詳細に説明する。な
お、図において同一符号は同一部分または相当部分とす
る。
態を、図１および図２に基づいて詳細に説明する。な
お、図において同一符号は同一部分または相当部分とす
る。
【００１１】本発明のボルトは、概略、超音波により軸
力が測定されるボルトであって、図１に示すように、ボ
ルト１の頭部２および軸部３の先端の相対向する端面２
ａ，３ａを、所定の曲率ｒ２，ｒ３を有する曲面に形成
したものである。
力が測定されるボルトであって、図１に示すように、ボ
ルト１の頭部２および軸部３の先端の相対向する端面２
ａ，３ａを、所定の曲率ｒ２，ｒ３を有する曲面に形成
したものである。
【００１２】ボルト１の頭部２および軸部３の先端の相
対向する端面２ａ，３ａは、この実施の形態の場合、ボ
ルト１の頭部２および軸部３の先端の端面間の距離（全
長Ｌ）の中間位置Ｃ1 （＝Ｌ／２）を中心とする半径Ｒ
を有する球面状の曲面に共に形成されている。ボルト１
の頭部２の端面２ａに形成される曲面の曲率ｒ２は、超
音波発振子（後述する）から発振される超音波を軸部３
の端面３ａに収束させるように決定され、また、軸部３
の先端面３ａに形成される曲面の曲率ｒ３は、超音波発
振子から発振される超音波を超音波検出手段（後述す
る）に収束された状態で反射波を反射させることができ
るように決定される。なお、頭部２および軸部３の先端
の端面２ａ，３ａを曲面に形成するための加工は、ボル
ト１の製造後または軸部３にねじを形成すると同時に、
切削や研削等により行うことができる。このように形成
されたボルト１は、頭部２がナットランナ等の締付装置
のソケット（図示は省略する）に係合され、ソケットを
回転駆動することにより締結対象Ｓの雌螺子に螺合され
締付けられる。そして、その際の軸力を軸力測定装置１
０により測定し、この測定結果に基づいて締付装置を制
御することができる。
対向する端面２ａ，３ａは、この実施の形態の場合、ボ
ルト１の頭部２および軸部３の先端の端面間の距離（全
長Ｌ）の中間位置Ｃ1 （＝Ｌ／２）を中心とする半径Ｒ
を有する球面状の曲面に共に形成されている。ボルト１
の頭部２の端面２ａに形成される曲面の曲率ｒ２は、超
音波発振子（後述する）から発振される超音波を軸部３
の端面３ａに収束させるように決定され、また、軸部３
の先端面３ａに形成される曲面の曲率ｒ３は、超音波発
振子から発振される超音波を超音波検出手段（後述す
る）に収束された状態で反射波を反射させることができ
るように決定される。なお、頭部２および軸部３の先端
の端面２ａ，３ａを曲面に形成するための加工は、ボル
ト１の製造後または軸部３にねじを形成すると同時に、
切削や研削等により行うことができる。このように形成
されたボルト１は、頭部２がナットランナ等の締付装置
のソケット（図示は省略する）に係合され、ソケットを
回転駆動することにより締結対象Ｓの雌螺子に螺合され
締付けられる。そして、その際の軸力を軸力測定装置１
０により測定し、この測定結果に基づいて締付装置を制
御することができる。
【００１３】軸力測定装置１０は、ボルト１の頭部２の
端面２ａから超音波を発振すると共に反射波を検出する
超音波発振子および超音波検出手段として機能する圧電
素子１１と、この圧電素子１１に超音波を発振させると
共に圧電素子が反射波を検出することにより出力する信
号を処理する超音波発振・検出装置１２とを備えてい
る。ここで、超音波発振子および超音波検出手段として
機能するものには、圧電素子に限らず電歪型の振動子で
あってもよい。
端面２ａから超音波を発振すると共に反射波を検出する
超音波発振子および超音波検出手段として機能する圧電
素子１１と、この圧電素子１１に超音波を発振させると
共に圧電素子が反射波を検出することにより出力する信
号を処理する超音波発振・検出装置１２とを備えてい
る。ここで、超音波発振子および超音波検出手段として
機能するものには、圧電素子に限らず電歪型の振動子で
あってもよい。
【００１４】圧電素子１１は、締付装置のソケット内
に、あるいは、締付装置とは別体のボルト１に対して当
接・退避可能に設けられた接触子１３内に、ボルト１の
頭部２の端面２ａと密着するように設けられる。圧電素
子１１は、超音波発振・検出装置１２とケーブル１４に
より接続されている。なお、圧電素子１１をボルト１の
頭部２の端面２ａに直接固着し、圧電素子１１と超音波
発振・検出装置１２のケーブル１４とを、コネクタ等を
介して着脱可能に接続することができるように構成する
こともできる。
に、あるいは、締付装置とは別体のボルト１に対して当
接・退避可能に設けられた接触子１３内に、ボルト１の
頭部２の端面２ａと密着するように設けられる。圧電素
子１１は、超音波発振・検出装置１２とケーブル１４に
より接続されている。なお、圧電素子１１をボルト１の
頭部２の端面２ａに直接固着し、圧電素子１１と超音波
発振・検出装置１２のケーブル１４とを、コネクタ等を
介して着脱可能に接続することができるように構成する
こともできる。
【００１５】超音波発振・検出装置１２は、圧電素子１
１に超音波を発振させるべく所定電圧の高周波パルスを
供給し、また、反射波により発生する圧電素子１１から
の出力信号を増幅して、超音波を発振させてから反射波
を検出するまでの時間差ｔ（図３を参照）を測定するも
のである。
１に超音波を発振させるべく所定電圧の高周波パルスを
供給し、また、反射波により発生する圧電素子１１から
の出力信号を増幅して、超音波を発振させてから反射波
を検出するまでの時間差ｔ（図３を参照）を測定するも
のである。
【００１６】超音波発振・検出装置１２からケーブル１
４を介して圧電素子１１に所定電圧の高周波パルスが供
給されると、圧電素子１１の圧電効果によりボルト１の
頭部２の端面２ａから超音波が入射される。ボルト１の
頭部２の端面２ａが曲面に形成されていることにより超
音波レンズとして機能するため、入射された超音波は、
図２に矢印Ｕで示すように、軸部３の先端面３ａに向か
って収束された状態でボルト１内を伝播することとな
る。そしてまた、軸部３の先端面３ａが曲面に形成され
ていることにより超音波レンズとして機能するため、軸
部３の先端面３ａで反射された反射波は、同様に収束さ
れた状態で再び圧電素子１１に向かって戻るように伝播
することとなる。このように、ボルト１内の超音波の伝
播経路が拡散することがなく、超音波が確実に軸部３の
先端面３ａで反射されて圧電素子１１により検出される
ため、軸力を精度良く測定することができる。また、軸
力検出装置１０の接触子１３等の構成部材の形状や材質
等の諸設定を、軸力を測定するボルト１の長さＬや構成
部材の超音波伝播特性等に応じて変更する必要がない。
なお、この実施の形態においては、ボルト１の頭部２お
よび軸部３先端の相対向する端面２ａ，３ａを、ボルト
１の全長Ｌの中間位置Ｃ1 を中心とした半径Ｒを有する
曲面に形成することとしたため（Ｒ＝ｒ２＝ｒ３）、圧
電素子１１の平面視における径Ｄ２をボルト１の軸部３
の先端３ａの断面積の径Ｄ３とほぼ同じに、またはそれ
以下に設定することが望ましい。このように構成した場
合にあっては、圧電素子１１の超音波を発振する面積と
反射波を検出する面積とがほぼ等しくなる。
４を介して圧電素子１１に所定電圧の高周波パルスが供
給されると、圧電素子１１の圧電効果によりボルト１の
頭部２の端面２ａから超音波が入射される。ボルト１の
頭部２の端面２ａが曲面に形成されていることにより超
音波レンズとして機能するため、入射された超音波は、
図２に矢印Ｕで示すように、軸部３の先端面３ａに向か
って収束された状態でボルト１内を伝播することとな
る。そしてまた、軸部３の先端面３ａが曲面に形成され
ていることにより超音波レンズとして機能するため、軸
部３の先端面３ａで反射された反射波は、同様に収束さ
れた状態で再び圧電素子１１に向かって戻るように伝播
することとなる。このように、ボルト１内の超音波の伝
播経路が拡散することがなく、超音波が確実に軸部３の
先端面３ａで反射されて圧電素子１１により検出される
ため、軸力を精度良く測定することができる。また、軸
力検出装置１０の接触子１３等の構成部材の形状や材質
等の諸設定を、軸力を測定するボルト１の長さＬや構成
部材の超音波伝播特性等に応じて変更する必要がない。
なお、この実施の形態においては、ボルト１の頭部２お
よび軸部３先端の相対向する端面２ａ，３ａを、ボルト
１の全長Ｌの中間位置Ｃ1 を中心とした半径Ｒを有する
曲面に形成することとしたため（Ｒ＝ｒ２＝ｒ３）、圧
電素子１１の平面視における径Ｄ２をボルト１の軸部３
の先端３ａの断面積の径Ｄ３とほぼ同じに、またはそれ
以下に設定することが望ましい。このように構成した場
合にあっては、圧電素子１１の超音波を発振する面積と
反射波を検出する面積とがほぼ等しくなる。
【００１７】一方、頭部２の端面２ａに形成される曲面
の曲率ｒ２と、軸部３の先端面３ａに形成される曲面の
曲率ｒ３とを異ならせた場合には、頭部２の端面２ａに
よる超音波の収束度と、軸部３の径Ｄ３ならびにその先
端面３ａによる反射波の収束度とに応じて圧電素子１１
の平面視における径Ｄ２を決定することができる。
の曲率ｒ２と、軸部３の先端面３ａに形成される曲面の
曲率ｒ３とを異ならせた場合には、頭部２の端面２ａに
よる超音波の収束度と、軸部３の径Ｄ３ならびにその先
端面３ａによる反射波の収束度とに応じて圧電素子１１
の平面視における径Ｄ２を決定することができる。
【００１８】本発明に係るボルトの他の実施の形態を、
図４に基づいて説明する。なお、図において同一符号は
同一部分または相当部分とする。この実施形態では、前
述のボルト１の頭部２の端面２ａに形成される曲率ｒ２
と、軸部３の先端面３ａに形成される曲率ｒ３とを異な
らせて曲面を形成したものである。その曲率の決定の仕
方を以下に説明する。ボルト１の頭部２が締結対象Ｓに
着座している状態での軸部３の基端をそれぞれＦ、Ｉと
し、軸部３の先端部をＧ、Ｈとした場合に、ＦとＨを結
んだ仮想線とＩとＧを結んだ仮想線とが交わる点を中心
Ｃ2 とする。そして、軸部３の先端面には中心Ｃ2 から
Ｇまでの距離を半径として曲率ｒ４の曲面が形成されて
いる。また、ボルト１の頭部２先端部には中心Ｃ2 から
Ｆをとおり、その延長線上がボルト１の先端面が交差す
る部分Ｅまでの距離を半径として曲率ｒ５の曲面が形成
されている。したがって、圧電素子１１から発振された
超音波がボルト１の頭部２の先端部２ａ曲面で収束され
かつ軸部３を伝播した後、軸部３の先端部３ａ曲面で反
射された反射波は同様に収束された状態で再び圧電素子
１１に向かって戻るように伝播する。この実施形態で
は、特にボルト１の頭部２の先端部２ａに形成された曲
率ｒ５の曲面が超音波レンズとして、圧電素子１１から
発振された超音波を収束させ、締結対象Ｓのボルト１の
挿入孔端部（図４のＦ、Ｉ部に相当）と干渉することな
くボルト１の軸部３内を伝播する。また、軸部３の先端
部３ａに形成された曲率ｒ４の曲面で反射された反射波
は同様に収束された状態で、締結対象Ｓのボルト１の挿
入孔端部（図４のＦ、Ｉ部に相当）と干渉することなく
再び圧電素子１１に向かって戻るように伝播する。よっ
て、最終的に圧電素子１１にて検出される反射波は、よ
り収束された状態となるため軸力の測定精度が向上でき
るとともに、ボルト１の軸部３の長さおよび頭部２の高
さにより両端面の曲率を決められるので設計上の自由度
が増す。さらにこの実施形態において、ボルト１の頭部
２の先端部２ａに形成された曲率ｒ５の曲面は、ボルト
１の頭部２の先端面全体に形成することなく図４におけ
るＥからＪの間であればよいことは言うまでもない。
図４に基づいて説明する。なお、図において同一符号は
同一部分または相当部分とする。この実施形態では、前
述のボルト１の頭部２の端面２ａに形成される曲率ｒ２
と、軸部３の先端面３ａに形成される曲率ｒ３とを異な
らせて曲面を形成したものである。その曲率の決定の仕
方を以下に説明する。ボルト１の頭部２が締結対象Ｓに
着座している状態での軸部３の基端をそれぞれＦ、Ｉと
し、軸部３の先端部をＧ、Ｈとした場合に、ＦとＨを結
んだ仮想線とＩとＧを結んだ仮想線とが交わる点を中心
Ｃ2 とする。そして、軸部３の先端面には中心Ｃ2 から
Ｇまでの距離を半径として曲率ｒ４の曲面が形成されて
いる。また、ボルト１の頭部２先端部には中心Ｃ2 から
Ｆをとおり、その延長線上がボルト１の先端面が交差す
る部分Ｅまでの距離を半径として曲率ｒ５の曲面が形成
されている。したがって、圧電素子１１から発振された
超音波がボルト１の頭部２の先端部２ａ曲面で収束され
かつ軸部３を伝播した後、軸部３の先端部３ａ曲面で反
射された反射波は同様に収束された状態で再び圧電素子
１１に向かって戻るように伝播する。この実施形態で
は、特にボルト１の頭部２の先端部２ａに形成された曲
率ｒ５の曲面が超音波レンズとして、圧電素子１１から
発振された超音波を収束させ、締結対象Ｓのボルト１の
挿入孔端部（図４のＦ、Ｉ部に相当）と干渉することな
くボルト１の軸部３内を伝播する。また、軸部３の先端
部３ａに形成された曲率ｒ４の曲面で反射された反射波
は同様に収束された状態で、締結対象Ｓのボルト１の挿
入孔端部（図４のＦ、Ｉ部に相当）と干渉することなく
再び圧電素子１１に向かって戻るように伝播する。よっ
て、最終的に圧電素子１１にて検出される反射波は、よ
り収束された状態となるため軸力の測定精度が向上でき
るとともに、ボルト１の軸部３の長さおよび頭部２の高
さにより両端面の曲率を決められるので設計上の自由度
が増す。さらにこの実施形態において、ボルト１の頭部
２の先端部２ａに形成された曲率ｒ５の曲面は、ボルト
１の頭部２の先端面全体に形成することなく図４におけ
るＥからＪの間であればよいことは言うまでもない。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、ボルトの頭部および先
端の相対向する端面を、所定の曲率を有する曲面に形成
したことにより、軸力検出装置の諸設定を変更すること
なく精度よく軸力を測定することができる。
端の相対向する端面を、所定の曲率を有する曲面に形成
したことにより、軸力検出装置の諸設定を変更すること
なく精度よく軸力を測定することができる。
【図１】本発明のボルトの一実施の形態を示す正面図で
ある。
ある。
【図２】軸力検出装置の圧電素子により入射された超音
波とその反射波が伝播される状態を示す図１に示したボ
ルトの説明図である。
波とその反射波が伝播される状態を示す図１に示したボ
ルトの説明図である。
【図３】軸力検出装置の圧電素子によりボルトの頭部か
ら入射された超音波がその軸部の先端面で反射され、反
射波が圧電素子により検出される状態を示す説明図であ
る。
ら入射された超音波がその軸部の先端面で反射され、反
射波が圧電素子により検出される状態を示す説明図であ
る。
【図４】本発明の他の実施形態を説明するボルトの説明
図である。
図である。
【図５】従来のボルトの、入射された超音波がボルトの
頭部の軸部側端面により反射される状態を示す説明図で
ある。
頭部の軸部側端面により反射される状態を示す説明図で
ある。
【図６】従来のボルトの、超音波およびその反射波の伝
播経路が拡散される状態を示す説明図である。
播経路が拡散される状態を示す説明図である。
【図７】従来のボルトの頭部の端面および軸部先端面が
平坦に形成されている場合に、複数検出された反射波の
いずれが軸部先端面で反射された反射波であるのか明確
でなく、また、頭部の軸部側端面で反射された反射波に
よりノイズが発生した状態を示す説明図である。
平坦に形成されている場合に、複数検出された反射波の
いずれが軸部先端面で反射された反射波であるのか明確
でなく、また、頭部の軸部側端面で反射された反射波に
よりノイズが発生した状態を示す説明図である。
１ ボルト ２ 頭部 ２ａ 端面 ３ 軸部 ３ａ 先端面 ｒ２ 頭部端面の曲率 ｒ３ 軸部先端面の曲率 ｒ４ 軸部先端面の曲率 ｒ５ 頭部端面の曲率
Claims (3)
- 【請求項１】 超音波により軸力が測定されるボルトで
あって、 ボルトの頭部および先端の相対向する端面を、所定の曲
率を有する曲面に形成したことを特徴とするボルト。 - 【請求項２】 請求項１に記載のボルトであって、ボル
トの頭部と先端の相対向する端面に形成された曲面の曲
率は、ボルトの長さを直径とした円周であることを特徴
とするボルト。 - 【請求項３】 請求項１に記載のボルトであって、ボル
トの頭部と先端の相対向する端面に形成された曲面の曲
率は、ボルトの軸部の基端部と先端部を対角線で結び、
その交点を中心とし、ボルトの頭部および先端までの距
離を半径とした円周であることを特徴とするボルト。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35743998A JP3428474B2 (ja) | 1997-12-17 | 1998-12-16 | ボルト |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9-347647 | 1997-12-17 | ||
| JP34764797 | 1997-12-17 | ||
| JP35743998A JP3428474B2 (ja) | 1997-12-17 | 1998-12-16 | ボルト |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11241960A true JPH11241960A (ja) | 1999-09-07 |
| JP3428474B2 JP3428474B2 (ja) | 2003-07-22 |
Family
ID=26578575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35743998A Expired - Fee Related JP3428474B2 (ja) | 1997-12-17 | 1998-12-16 | ボルト |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3428474B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004093477A (ja) * | 2002-09-03 | 2004-03-25 | Isuzu Motors Ltd | 超音波ボルト軸力計 |
| WO2017082325A1 (ja) * | 2015-11-12 | 2017-05-18 | 日本精工株式会社 | ステアリング装置及びステアリング装置の組立方法 |
| WO2022091680A1 (ja) * | 2020-10-26 | 2022-05-05 | 株式会社日立製作所 | ボルト軸力計測装置及び方法 |
-
1998
- 1998-12-16 JP JP35743998A patent/JP3428474B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004093477A (ja) * | 2002-09-03 | 2004-03-25 | Isuzu Motors Ltd | 超音波ボルト軸力計 |
| WO2017082325A1 (ja) * | 2015-11-12 | 2017-05-18 | 日本精工株式会社 | ステアリング装置及びステアリング装置の組立方法 |
| WO2022091680A1 (ja) * | 2020-10-26 | 2022-05-05 | 株式会社日立製作所 | ボルト軸力計測装置及び方法 |
| JP2022069830A (ja) * | 2020-10-26 | 2022-05-12 | 株式会社日立製作所 | ボルト軸力計測装置及び方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3428474B2 (ja) | 2003-07-22 |
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