JPS59151030A - 渦流式軸力測定法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ボルト等の軸力を測定する渦流式軸力測定法
に関する。

従来、ボルト等の軸力を測定する方法としては、トルク
レンチによる方法、超音波法、磁気法等の方法がある。

トルクレンチによる方法は、その精度が±６０％であり
きわめて悪い。　・超音波法は、ボルトの頭部に印加さ
れたパルス音波の反射波の戻ってくる時間（伝播時間）
が軸力に対応して変化することを利用した方法であるが
、次のような欠点がある。

（１）　　ボルトの頭部とボトムとの間を伝播する時間
を測定する方法であるから、ボルトの頭部とボトムとの
平衡度が測定精度に影響する。また、超音波の減衰によ
り測定可能なボルト長さに制限がある。一般に、６００
ｍｘ以下である。

（２）軸力がない時の伝播時間を測定し、次に軸力があ
るときの伝播時間を測定して、その差に基づいて軸力を
測定する必要があるから、必ず初期値が必要であり、め
んどうであった。

（３）　　ボルトの頭部の表面形状により測定精度が影
響を受ける。

次に、磁気法は、鉄損が軸力に対応して変化することを
利用した方法であるが、超音波法による場合と同様に、
軸力がない時の鉄損すなわち初期値を測定しなければな
らないという欠点がありｔも本発明は、このような状況
に鑑みて発明されたものであり、従来技術の欠点を解消
し、特に初期値を必要とせずに１回の工程で高精度に軸
力を測定できるようにした渦流式軸力測定方法を提供す
るものである。

本発明は、次に述べる事項を実験により確認し、かかる
事項に基づいてなされたものである。

すなわち、ボルトの軸方向に引張荷重が加えられるとボ
ルトの頭部に圧縮応力が発生し、磁気特性、特に透磁率
が圧縮応力に対応して減少する。

そして、その変化分は頭部の中心からの位置によって大
きく異なる。第１図は、ボルトの直径方向の透磁率の変
化分を示したものであり、同図のａは軸力がない場合で
あり、同図のｂは軸力がある場合の変化分である。ｒｉ
／ｒｏは、ボルトの頭部の半径ｒｉとボルトの半径ｒＯ
との比である。

本発明は、上述の事項に着目してなされたものであり、
被測定部材の頭部の直径方向の中心から異なる位置の透
磁率の差を検出し、該差に基づいて被測定部材の軸力な
測定するようにしたものである。

透磁率の差を検出する方法としては、例えば第２図に示
すように、ボルト（１）の頭部に１対のコイル（Ａ）、
（Ｂ）を配置し、これらのコイル（Ａ）。

（Ｂ）により当該コイル近辺の透磁率μの変化をを渦電
流を応用して検出する方法がある。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第３図は、本発明９一実施例に係る方法を実施するため
の装置のブロック図である。

ボルト（１）の頭部に一定の間隙を介して検出ヘッド（
２）が配置され、この検出ヘッド（２）はＥ形のコアＩ
２１）と該コアに巻回された３個のコイル（２ｚ　、　
（２３＋　、　（２４）から構成されている。磁化コイ
ル（２りは、発振器（３）に接続されており、所定周波
数（例えば５’０ＫＨｚ）の交流電圧が供給される。第
１のサグリコイル（ハ）は、ボルト（１）の頭部中央部
に位置するように配置され、第２のサグリコイル（２初
は、ボルト（１）の頭部周辺部に位置するように配置さ
れている。これら第１のサグリコイル（ハ）及び第２の
サグリコイルＣ２４）は、差動増幅回路（４）に接続さ
れる。一方、発振回路（３）の出力は移相回路（５）に
も供給され、移相された信号は検波回路（６）に供給さ
れる。そして、同期検波回路（６）は、上記移相信号に
基づいて差動増幅回路（４）の出力を同期検波する。

従って、磁化コイル（イ）に発振回路（３）から交流電
−圧が供給されると、２次コイルとして作用する第１の
サグリコイル（ハ）及び第２のサグリコイル（財）には
それぞれ次式に示す電圧が誘起される。

■；磁化コイルに印加される電圧 Ｖｓｌ；第１のサグリコイルの誘起電圧Ｖｓ２；第２の
サグリコイルの誘起電圧に、　、　Ｋ２；結合係数 上式において、ボルト（１）に軸力がない場合は、磁化
コイル（２湯と各サグリコイル甑’ｃ！４）との結合係
数ハＩ（１＝　Ｋ２＝　Ｋトｔｘ　１１）、ＶＳ　１＝
＝　Ｖｓ　２　トナル。

このような条件下でボルト（１）に軸力が加えられると
、ボルト（１）の頭部の透磁率が第１図に示すように変
化するので、各サグリコイル（ハ）、（２ａに誘起する
電圧は次式により表わされる。

ｋｌｙ　Ｊｌ軸力が加えられている状態での結合係数の
変化分 従って、両コイル（ハ）、Ｃ２４）の誘起電圧の差分を
差動増幅回路（４）で求め、その出力を同期検波回路（
６）で同期検波することにより、軸力に比例した出力電
圧が得られる。

この実施例の測定結果を第４図に示すが、軸力の荷重と
出方電圧とがほぼ比例していることがわかや・ ところで、ボルトの頭部の加工方法等によって、その周
方向の磁気特性が異なる場合がある。第５図に示すよう
に、ボルト（１）の頭部に検出ヘッド（２）を配置し、
その回転角度θと第６図の実施例の出力電圧との関係を
図示すれば第６図に示すような特性が得られる。なお、
同図の（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）はそれぞれ加工方法
等が異なる３本のボルトの例を示している。

このように、検出ヘッド（２）の設置角度により出力電
圧が大きく異なるから、測定に当たっては設置角度を問
題にしなければならなくなる。

このような問題を解決するために、第７Ａ図及び第７Ｂ
図に示すようなつば型検出ヘッドを開発した。第７Ａ図
は構造説明図であり、第７Ｂ図は結線図である。このつ
ぼ型検出ヘッドは、棒状の第１のヨーク部材（７１）と
、該第１のヨーク部材の外側にあって、上面を有する円
筒状の第２のヨーク部材６つと、該第２のヨーク部材の
外側にあって、上面を有する円筒状の第３のヨーク部材
ｆｆ３と、該第１のヨーク部材に巻回された内側コイル
ａ（イ）と、該第６のヨーク部材に巻回された外側コイ
ル（７８とから構成されており、その結果は第７Ｂ図に
示すとおりである。

今、端子Ｘ−２間に所定周波数の交流電圧を供給し、軸
力がない状態での各コイルのインピーダンスをＺｌ、Ｚ
２とすると、端子Ｙ−Ｚ間には次式に表わされる出力電
圧が現われる。

Ｖｙｚ　＝Ｖｐ　、　Ｚｌ／　（Ｚ１＋Ｚ２　）Ｖｙｚ
　；端子Ｙ−Ｚ間の出力電圧 ■ｐ；端子Ｘ−Ｚ間に印加される電圧 このような条件下で軸力が加えられると、内側のコイル
σ滲のインピーダンス変化（△Ｚ／ｚ１）カ大きいので
、出力電圧■ｙｚを計測することにより軸力を設置角度
θに関係なく測定することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明に係る方法は、
被測定部材の頭部の直径方向の透磁率の差を検出し、原
着に基づいて被測定゛部材の軸力を測定しているから、
次に述べるような効果が得られている。

（１）被測定部材の頭部の磁気特性を計測するので被測
定部材の長さに制限はない。

（２）差分方式であるから、初期値を測定する必要がな
く、１工程で測定できる。

（３）非接触で測定できるので、超音波法の場合と異な
り、被測定部材の頭部の表面性状の影響が少ない。

（４）つぼ型検出ヘッドを用いると、検出コイルを被測
定部材に設置するときの方向性がなく、測定精度を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はボルトに軸力があ゛る場合とない場合の直径方
向に対する透磁率の変化分を示す特性図、第２図は本発
明に係る方法の原理を示す説明図、第３図は本発明の一
実施例に係る方法を実施するための装置のブロック図、
第４図は前記実施例の測定結果を示す特性図、第５図は
ボルトと検出ヘッドとの円周方向の相対位置の説明図、
第６図は検出ヘッドの回転角に対する出力電圧の特性図
、第７Ａ図及び第７Ｂ図はつぼ型検出ヘッドの説明図で
ある。 （１）・・・ポル）、（２）・・・検出ヘッド、（３）
・・・発振回路、（４）・・・差動増幅回路、（５）・
・・移相回路、（６）・・・同期検波回路。 代理人　弁理士　　木　村　三　朗 ｒｌ／ｒ。 （−） 第２図 ９８いＷ退

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被測定部材の頭部の直径方向の中心から異なる位置に少
   なくとも２個のコイルを並置し、該コイルの設置個所の
   透磁率の差を前記のコイルにより検出し、該透磁率の差
   に基づいて軸力な測定することを特徴とする渦流式軸力
   測定法。