JP2000074764A - ボルト軸力の測定用ソケット及びトルクレンチ並びにボルト軸力計 - Google Patents
ボルト軸力の測定用ソケット及びトルクレンチ並びにボルト軸力計Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 締付けボルトの軸力が正確に、しかも瞬時に
計測できる測定用ソケット及びトルクレンチ並びに軸力
計の提供。 【解決手段】 ソケット本体５には、締付けボルト３の
頭部３ａに適合する受入れ穴７が形成され、この受入れ
穴７の奥側には、外部の超音波送受信装置３１及び測定
系ユニット３２に接続される超音波センサ−８が組込ま
れている。この超音波センサ−８は、圧電素子９、ダン
パ−１０などから構成されている。この圧電素子９は、
縦波及び横波の両超音波を同時発信できるように構成さ
れており、締付けボルト３の頭部３ａからネジ部３ｂに
至る往復の伝播時間を測定分析すれば、前記測定系ユニ
ット３２によって精密なボルトの軸力が計測できる。
計測できる測定用ソケット及びトルクレンチ並びに軸力
計の提供。 【解決手段】 ソケット本体５には、締付けボルト３の
頭部３ａに適合する受入れ穴７が形成され、この受入れ
穴７の奥側には、外部の超音波送受信装置３１及び測定
系ユニット３２に接続される超音波センサ−８が組込ま
れている。この超音波センサ−８は、圧電素子９、ダン
パ−１０などから構成されている。この圧電素子９は、
縦波及び横波の両超音波を同時発信できるように構成さ
れており、締付けボルト３の頭部３ａからネジ部３ｂに
至る往復の伝播時間を測定分析すれば、前記測定系ユニ
ット３２によって精密なボルトの軸力が計測できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボルト軸力の測定
用ソケット及びトルクレンチ並びにボルト軸力計に関
し、特に、ソケット本体に備えられた受入れ穴には、縦
波及び横波の両超音波を送受信できる測定センサ−が組
込まれるようにしたものであり、また、締結ボルトの頭
部からネジ先端部に至る両超音波の往復伝播時間を測定
解析することにより、締結ボルトの軸応力が精密に計測
できるようにしたものである。ボルト軸力計の用途とし
ては、熱応力や応力変動を受ける部材、例えば自動車、
航空機、船舶等のエンジン及びトランスミッション部、
発電機タ−ビン部、橋梁部、プラント締結部、歯車のネ
ジ締結部などである。
用ソケット及びトルクレンチ並びにボルト軸力計に関
し、特に、ソケット本体に備えられた受入れ穴には、縦
波及び横波の両超音波を送受信できる測定センサ−が組
込まれるようにしたものであり、また、締結ボルトの頭
部からネジ先端部に至る両超音波の往復伝播時間を測定
解析することにより、締結ボルトの軸応力が精密に計測
できるようにしたものである。ボルト軸力計の用途とし
ては、熱応力や応力変動を受ける部材、例えば自動車、
航空機、船舶等のエンジン及びトランスミッション部、
発電機タ−ビン部、橋梁部、プラント締結部、歯車のネ
ジ締結部などである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種のボルト軸力計としては、
超音波パルスエコ−位置計測法、超音波固有振動計測法
などが知られており、実務面では、簡易的にトルク計が
使用されている。
超音波パルスエコ−位置計測法、超音波固有振動計測法
などが知られており、実務面では、簡易的にトルク計が
使用されている。
【０００３】また、ボルトの軸方向に伝播する縦波と横
波の伝播時間比率に基づく軸力測定法が特開昭６２−３
８３３１号公報で開示されている。
波の伝播時間比率に基づく軸力測定法が特開昭６２−３
８３３１号公報で開示されている。
【０００４】さらに、本願発明者等は、特開平９−２８
８０２２号公報で開示されているように、横波超音波パ
ルス波形から得られる伝播時間及び減衰率を計測し、負
荷される軸応力を判定する装置を提案している。
８０２２号公報で開示されているように、横波超音波パ
ルス波形から得られる伝播時間及び減衰率を計測し、負
荷される軸応力を判定する装置を提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、超音波
パルスエコ−位置計測法では、縦波超音波が使用されて
いることから、締結用ボルトのネジ部からの縦波→横波
→縦波変換により多重エコ−が生じるため、基準ピ−ク
が判読しにくく、誤読が多いという問題点があった。ま
た、締結前のボルト長さを精密計測するか、一定ボルト
長さを有するものを使用しなければならない煩わしさあ
った。
パルスエコ−位置計測法では、縦波超音波が使用されて
いることから、締結用ボルトのネジ部からの縦波→横波
→縦波変換により多重エコ−が生じるため、基準ピ−ク
が判読しにくく、誤読が多いという問題点があった。ま
た、締結前のボルト長さを精密計測するか、一定ボルト
長さを有するものを使用しなければならない煩わしさあ
った。
【０００６】一方、超音波固有振動計測法では、ボルト
締結前後における共振周波数を各々測定しなければなら
ないという不便さがあった。さらに、トルク計による場
合では、締結後のバラツキが５０％にも及んで精密計測
に限界があった。また、特開昭６２−３８３３１号公報
で開示された軸力測定法では、縦波、横波を送受信する
超音波振動子が上下に接着され、或いは並列に置かれる
ため振動子のみの厚みの伝播時間誤差が生じ、また同一
材料を伝播していないという欠点があった。
締結前後における共振周波数を各々測定しなければなら
ないという不便さがあった。さらに、トルク計による場
合では、締結後のバラツキが５０％にも及んで精密計測
に限界があった。また、特開昭６２−３８３３１号公報
で開示された軸力測定法では、縦波、横波を送受信する
超音波振動子が上下に接着され、或いは並列に置かれる
ため振動子のみの厚みの伝播時間誤差が生じ、また同一
材料を伝播していないという欠点があった。
【０００７】さらに、特開平９−２８８０２２号公報で
開示されている伝播時間及び減衰率計測法では、弾−塑
性境界の判別や縦波→横波→縦波変換に起因する多重エ
コ−防止には効果的であるが、締結前のボルト長さを精
密計測する必要があった。
開示されている伝播時間及び減衰率計測法では、弾−塑
性境界の判別や縦波→横波→縦波変換に起因する多重エ
コ−防止には効果的であるが、締結前のボルト長さを精
密計測する必要があった。
【０００８】このようなことから、本発明では、測定セ
ンサ−については、縦波発生用の圧電ドメイン及び縦波
発生用の圧電ドメインの二種類に分極された圧電素子を
適用し、同時に送信された両超音波の伝播時間を測定解
析して、締結用ボルトに負荷された軸応力値を計測する
ようにしたものである。したがって、ボルト長さを前工
程で計測することなく、容易にしかも適正強度で締結で
きるものである。
ンサ−については、縦波発生用の圧電ドメイン及び縦波
発生用の圧電ドメインの二種類に分極された圧電素子を
適用し、同時に送信された両超音波の伝播時間を測定解
析して、締結用ボルトに負荷された軸応力値を計測する
ようにしたものである。したがって、ボルト長さを前工
程で計測することなく、容易にしかも適正強度で締結で
きるものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の点に鑑み
なされたもので、ソケット本体がトルクレンチ又はスパ
ナによって回動可能で、その外周部位には静止部材が配
置され、その一端には締付けボルトの頭部に適合する受
入れ穴が形成されるとともに、この受入れ穴の奥側に
は、圧電素子を有する超音波センサ−が組込まれるよう
にしたボルト軸力の測定用ソケットが提供されるように
したものである。
なされたもので、ソケット本体がトルクレンチ又はスパ
ナによって回動可能で、その外周部位には静止部材が配
置され、その一端には締付けボルトの頭部に適合する受
入れ穴が形成されるとともに、この受入れ穴の奥側に
は、圧電素子を有する超音波センサ−が組込まれるよう
にしたボルト軸力の測定用ソケットが提供されるように
したものである。
【００１０】すなわち、前記超音波センサ−は、センサ
−本体内に設けられた基板状の圧電素子がボルト頭部に
密着するように配置され、しかも縦波及び横波の超音波
を同時送信できるように構成され、また前記静止部材に
備えられた外部接続の同軸ケ−ブルは、スリップリング
を介して圧電素子から延びる同軸ケ−ブルに電気的に接
続されるものである。この場合、圧電素子の同時送信
は、縦波発生用の圧電ドメイン及び横波発生用の圧電ド
メインの二種類に分極されることにより得られるもので
ある。
−本体内に設けられた基板状の圧電素子がボルト頭部に
密着するように配置され、しかも縦波及び横波の超音波
を同時送信できるように構成され、また前記静止部材に
備えられた外部接続の同軸ケ−ブルは、スリップリング
を介して圧電素子から延びる同軸ケ−ブルに電気的に接
続されるものである。この場合、圧電素子の同時送信
は、縦波発生用の圧電ドメイン及び横波発生用の圧電ド
メインの二種類に分極されることにより得られるもので
ある。
【００１１】また、本発明のボルト軸力の測定用ソケッ
トは、スパナ又はトルクレンチを手動式で適用する場合
には、ソケット本体には、スパナ又はトルクレンチの締
付け開口部に適合する係止部を形成すればよい。さら
に、駆動式で適用する場合には、ソケット本体の一端部
には、トルクレンチの回転伝達用のシャフト部に適合す
る係合手段が構成されるようにすればよい。そして、後
者の場合では、ボルト軸力の測定用ソケットを備えたト
ルクレンチが構成される。
トは、スパナ又はトルクレンチを手動式で適用する場合
には、ソケット本体には、スパナ又はトルクレンチの締
付け開口部に適合する係止部を形成すればよい。さら
に、駆動式で適用する場合には、ソケット本体の一端部
には、トルクレンチの回転伝達用のシャフト部に適合す
る係合手段が構成されるようにすればよい。そして、後
者の場合では、ボルト軸力の測定用ソケットを備えたト
ルクレンチが構成される。
【００１２】さらに、本発明のボルト軸力計はボルト軸
力の測定用ソケットの圧電素子に対して、外部に配置さ
れた超音波送受信装置及び測定系ユニットがそれぞれ電
気的に接続されることによって構成され、これに伴なっ
て、前記超音波送受信装置から同時送信された縦波及び
横波超音波が締付けボルトの頭部からネジ部の先端に伝
播し、帰還した受信波を前記測定系ユニットにより解析
して、前記締付けボルトに負荷された軸応力値を計測で
きるようにしたものである。この場合、前記測定系ユニ
ットは、波形解析ユニット、波形メモリ−内蔵の波形モ
ニタ−、ディスプレ−、プリンタ−及びパソコンから構
成されるが、両超音波の伝播時間から軸力関数の音速変
化式を導き、これによって軸応力を演算処理することも
可能である。
力の測定用ソケットの圧電素子に対して、外部に配置さ
れた超音波送受信装置及び測定系ユニットがそれぞれ電
気的に接続されることによって構成され、これに伴なっ
て、前記超音波送受信装置から同時送信された縦波及び
横波超音波が締付けボルトの頭部からネジ部の先端に伝
播し、帰還した受信波を前記測定系ユニットにより解析
して、前記締付けボルトに負荷された軸応力値を計測で
きるようにしたものである。この場合、前記測定系ユニ
ットは、波形解析ユニット、波形メモリ−内蔵の波形モ
ニタ−、ディスプレ−、プリンタ−及びパソコンから構
成されるが、両超音波の伝播時間から軸力関数の音速変
化式を導き、これによって軸応力を演算処理することも
可能である。
【００１３】
【発明実施の形態】以下、本発明ボルト軸力の測定用ソ
ケット及びトルクレンチ並びにボルト軸力計における一
実施例について、図を参照しながら説明する。
ケット及びトルクレンチ並びにボルト軸力計における一
実施例について、図を参照しながら説明する。
【００１４】図１は、本発明ボルト軸力の測定用ソケッ
トを概念的に示す断面図であって、締結用のブロック１
上に配置された被締結物２は、頭部分３ａ及びねじ部分
３ｂを有する締付けボルト３によって固定されている。
そして、この締付けボルト３は、図示しないスパナ及び
測定用ソケット４によって固定されるが、そのねじ部分
３ｂが被締結物２の取付け穴２ａから嵌挿され、ブロッ
ク１のねじ穴１ａにねじ込まれる。
トを概念的に示す断面図であって、締結用のブロック１
上に配置された被締結物２は、頭部分３ａ及びねじ部分
３ｂを有する締付けボルト３によって固定されている。
そして、この締付けボルト３は、図示しないスパナ及び
測定用ソケット４によって固定されるが、そのねじ部分
３ｂが被締結物２の取付け穴２ａから嵌挿され、ブロッ
ク１のねじ穴１ａにねじ込まれる。
【００１５】ところで、前記ボルト軸力の測定用ソケッ
ト４は、図２で示されるように、ソケット本体５の外側
部分には、手動式で利用される係止部６が形成され、図
示しないスパナ又はトルクレンチの締付け開口部に適合
するようになっている。また、ソケット本体５の一端に
は、締付けボルト３の頭部分３ａに適合する受入れ穴７
が形成され、この受入れ穴７の奥側には、図３で明示さ
れる超音波センサ−８が配置されている。
ト４は、図２で示されるように、ソケット本体５の外側
部分には、手動式で利用される係止部６が形成され、図
示しないスパナ又はトルクレンチの締付け開口部に適合
するようになっている。また、ソケット本体５の一端に
は、締付けボルト３の頭部分３ａに適合する受入れ穴７
が形成され、この受入れ穴７の奥側には、図３で明示さ
れる超音波センサ−８が配置されている。
【００１６】前記超音波センサ−８は、その本体内部に
は、基板状の圧電素子９、超音波の減衰を制御し、圧電
素子９を固定する例えばポリマ−質からなるダンパ−１
０などが組込まれている。この圧電素子９は、縦波及び
横波の超音波を同時送信できるように構成され、例えば
ペロブスカイト型結晶構造を有する（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｐｂ
０3 もしくはＴｉＰｂ０3 などの酸化物やポリ塩化ビニ
リデン（ＰＶＤＦ）などのポリマ−からなる。そして、
同時送信は、例えば、圧電素子９が縦波発生用の圧電ド
メイン及び横波発生用の圧電ドメインの二種類が均一に
分極することにより達成される。ここで、ドメインと
は、粒子の集合をいい、普通１０〜１００μｍの大きさ
をもっているものである。そして、圧電素子９には、リ
−ド線１１を経て同軸ケ−ブル１２がスリップリング１
３に向って延びている。
は、基板状の圧電素子９、超音波の減衰を制御し、圧電
素子９を固定する例えばポリマ−質からなるダンパ−１
０などが組込まれている。この圧電素子９は、縦波及び
横波の超音波を同時送信できるように構成され、例えば
ペロブスカイト型結晶構造を有する（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｐｂ
０3 もしくはＴｉＰｂ０3 などの酸化物やポリ塩化ビニ
リデン（ＰＶＤＦ）などのポリマ−からなる。そして、
同時送信は、例えば、圧電素子９が縦波発生用の圧電ド
メイン及び横波発生用の圧電ドメインの二種類が均一に
分極することにより達成される。ここで、ドメインと
は、粒子の集合をいい、普通１０〜１００μｍの大きさ
をもっているものである。そして、圧電素子９には、リ
−ド線１１を経て同軸ケ−ブル１２がスリップリング１
３に向って延びている。
【００１７】また、前記ソケット本体５の外周部位に
は、静止部材１４が配置され、この静止部材１４に備え
られた同軸ケ−ブル１５の一端が前記スリップリング１
３に接続され、他端が図５で示される外部配置の超音波
送受信装置３１及び測定系ユニット３２が電気的に接続
される。なお、前記スリップリング１３は、通常固定ブ
ラシと組合せて回転導体及び固定導体の間を連続的、電
気的に接続する導電回転リングを意味するが、回転摺動
時のノイズ発生や利得の減少を極力防止するためには水
銀使用のものが好適する。また、前記静止部材１４は、
ソケット本体５との間に適宜の軸受１６，１７を介在さ
せることにより静止状態が保持される。この場合、静止
部材１４が軽量である場合、共回りすることがあるの
で、重りを付与するなどの配慮が必要である。
は、静止部材１４が配置され、この静止部材１４に備え
られた同軸ケ−ブル１５の一端が前記スリップリング１
３に接続され、他端が図５で示される外部配置の超音波
送受信装置３１及び測定系ユニット３２が電気的に接続
される。なお、前記スリップリング１３は、通常固定ブ
ラシと組合せて回転導体及び固定導体の間を連続的、電
気的に接続する導電回転リングを意味するが、回転摺動
時のノイズ発生や利得の減少を極力防止するためには水
銀使用のものが好適する。また、前記静止部材１４は、
ソケット本体５との間に適宜の軸受１６，１７を介在さ
せることにより静止状態が保持される。この場合、静止
部材１４が軽量である場合、共回りすることがあるの
で、重りを付与するなどの配慮が必要である。
【００１８】さらに、圧電素子９は、前記締付けボルト
３の頭部分３ａに対して、直接的に密着することが好ま
しく、例えば0.01 kg/mm3 以下の一定圧力で負荷され
る。なお、圧電素子９の間接的な密着では、図示しない
接触媒質を介在させる必要があり、接触媒質としては、
グリセリン系の粘性流動体、蜂蜜、さらには無水機械油
等が選択され、例えば噴霧状態で塗布される。
３の頭部分３ａに対して、直接的に密着することが好ま
しく、例えば0.01 kg/mm3 以下の一定圧力で負荷され
る。なお、圧電素子９の間接的な密着では、図示しない
接触媒質を介在させる必要があり、接触媒質としては、
グリセリン系の粘性流動体、蜂蜜、さらには無水機械油
等が選択され、例えば噴霧状態で塗布される。
【００１９】縦波の超音波及び横波の超音波は、各周波
数が０．５〜３０ＭＨｚの範囲内、好ましく１〜１０Ｍ
Ｈｚの範囲内で設定される。周波数が０．５ＭＨｚ未満
では、波形がブロ−ドになって精密計測を不能にし、３
０ＭＨｚをこえると、圧電素子８が薄くなって破損を起
こしたり、縦波と横波の同時伝播ができなくなったりす
るからである。なお、ウェブレット波数は、締付けボル
ト３の弾性変形に伴なう位相変化を防止するため５波以
内が好ましい。
数が０．５〜３０ＭＨｚの範囲内、好ましく１〜１０Ｍ
Ｈｚの範囲内で設定される。周波数が０．５ＭＨｚ未満
では、波形がブロ−ドになって精密計測を不能にし、３
０ＭＨｚをこえると、圧電素子８が薄くなって破損を起
こしたり、縦波と横波の同時伝播ができなくなったりす
るからである。なお、ウェブレット波数は、締付けボル
ト３の弾性変形に伴なう位相変化を防止するため５波以
内が好ましい。
【００２０】また、前記超音波センサ−８の本体部分１
８は、例えば、ＳＵＳ３０４からなる永久磁石により構
成され、この結果、締付けボルト３を吸着して圧接の均
一性から精密計測を常時確保できる。なお、電磁石を適
用したときは、図示しない鉄心を介してＮ極及びＳ極が
同心円状に設けるようにすればよい。
８は、例えば、ＳＵＳ３０４からなる永久磁石により構
成され、この結果、締付けボルト３を吸着して圧接の均
一性から精密計測を常時確保できる。なお、電磁石を適
用したときは、図示しない鉄心を介してＮ極及びＳ極が
同心円状に設けるようにすればよい。
【００２１】図４は、本発明ボルト軸力の測定用ソケッ
トにおける他の実施例を概念的に示す断面図であり、同
一部分に同一符号を付して説明する。図１との大きな相
違点は、ボルト軸力の測定用ソケット１が図示しない駆
動源及びラチェット機構１９を有するトルクレンチ２０
に着脱されることにある。そして、ソケット本体５に
は、回転伝達用のシャフト部２１に適合する係合手段２
２が構成される。この係合手段２２としては、例えば係
合穴２２ａ及びピンｂ２２ｂが適用される。
トにおける他の実施例を概念的に示す断面図であり、同
一部分に同一符号を付して説明する。図１との大きな相
違点は、ボルト軸力の測定用ソケット１が図示しない駆
動源及びラチェット機構１９を有するトルクレンチ２０
に着脱されることにある。そして、ソケット本体５に
は、回転伝達用のシャフト部２１に適合する係合手段２
２が構成される。この係合手段２２としては、例えば係
合穴２２ａ及びピンｂ２２ｂが適用される。
【００２２】なお、このトルクレンチ２０は、図示のよ
うな駆動式に限らず、図１で適用可能な手動式でもよい
ことは勿論である。また、トルク表示を備えた場合で
は、ボルト軸力との関係が明瞭になり、適切な締付けを
可能にする。
うな駆動式に限らず、図１で適用可能な手動式でもよい
ことは勿論である。また、トルク表示を備えた場合で
は、ボルト軸力との関係が明瞭になり、適切な締付けを
可能にする。
【００２３】駆動式のトルクレンチ２０の回転機構とし
ては、例えばサポート軸２３に対して、一対のベベルギ
ヤ２４，２５を取付けた構造のものが示されている。ま
た前記静止部材１４は、同軸ケーブル１５側には、重り
を配慮しているとともに静止部材１４及びソケット本体
５間には、共回りしないように上下に位置する軸受２６
及び中間に位置する軸受２７がそれぞれ配置されてい
る。したがって、このように構成では、ボルト軸力の測
定用ソケット１を着脱可能に備えたトルクレンチ２０が
構成される。
ては、例えばサポート軸２３に対して、一対のベベルギ
ヤ２４，２５を取付けた構造のものが示されている。ま
た前記静止部材１４は、同軸ケーブル１５側には、重り
を配慮しているとともに静止部材１４及びソケット本体
５間には、共回りしないように上下に位置する軸受２６
及び中間に位置する軸受２７がそれぞれ配置されてい
る。したがって、このように構成では、ボルト軸力の測
定用ソケット１を着脱可能に備えたトルクレンチ２０が
構成される。
【００２４】これに対し、図５は、本発明ボルト軸力計
を概念的に示した説明図であり、ボルト軸力の測定用ソ
ケット１には、超音波送受信装置３１及び測定系ユニッ
ト３２が電気的に接続されている。この場合、前記測定
系ユニット３２は、波形解析ユニット３３、波形メモリ
−内蔵の波形モニタ−３４、ディスプレ−３５、プリン
タ−３６及びパソコン３７から構成されている。
を概念的に示した説明図であり、ボルト軸力の測定用ソ
ケット１には、超音波送受信装置３１及び測定系ユニッ
ト３２が電気的に接続されている。この場合、前記測定
系ユニット３２は、波形解析ユニット３３、波形メモリ
−内蔵の波形モニタ−３４、ディスプレ−３５、プリン
タ−３６及びパソコン３７から構成されている。
【００２５】しかして、前記締付けボルト３には、例え
ばＢＮＣコネクタ−、ＲＳ２３２Ｃ（いずれも図示せ
ず）に接続される前記同軸ケ−ブル１２，１５を利用し
て、圧電素子９から縦波の超音波及び横波の超音波が同
時発信される。そして、測定系ユニット３２の波形モニ
タ−３４によって得られた波形からは、締付けボルト３
の頭部３ａからネジ部分３ｂに至るまでの縦波及び横波
の両超音波における往復の伝播時間が精密計測され、こ
れを基にしてパソコン３７から締付けボルト３に負荷さ
れた軸応力値が瞬時に演算処理される。この演算処理時
間は、通常０．２秒以下であり、短時間で正確なボルト
軸力が計測できるようになる。したがって、正確なボル
ト軸力の管理により、例えばエンジン部品の締結では、
ボルト穴数を減少させることが可能となり、製品全体の
コスト減になる。また、橋梁部の吊り鋼線やプラント締
結部及び汎用機械構造部品の定期保守、点検にも利用で
きるものである。
ばＢＮＣコネクタ−、ＲＳ２３２Ｃ（いずれも図示せ
ず）に接続される前記同軸ケ−ブル１２，１５を利用し
て、圧電素子９から縦波の超音波及び横波の超音波が同
時発信される。そして、測定系ユニット３２の波形モニ
タ−３４によって得られた波形からは、締付けボルト３
の頭部３ａからネジ部分３ｂに至るまでの縦波及び横波
の両超音波における往復の伝播時間が精密計測され、こ
れを基にしてパソコン３７から締付けボルト３に負荷さ
れた軸応力値が瞬時に演算処理される。この演算処理時
間は、通常０．２秒以下であり、短時間で正確なボルト
軸力が計測できるようになる。したがって、正確なボル
ト軸力の管理により、例えばエンジン部品の締結では、
ボルト穴数を減少させることが可能となり、製品全体の
コスト減になる。また、橋梁部の吊り鋼線やプラント締
結部及び汎用機械構造部品の定期保守、点検にも利用で
きるものである。
【００２６】また、図６（ａ）〜（ｃ）は、図５で適用
した前記超音波センサ−８による超音波パルスのタイム
チャ−トである。ここで、図６（ａ）では受信信号３
８、図６（ｂ）ではウィンド−ゲ−トの出力信号３９、
図６（ｃ）ではゼロクロス検出器の出力信号４０がそれ
ぞれ示されている。
した前記超音波センサ−８による超音波パルスのタイム
チャ−トである。ここで、図６（ａ）では受信信号３
８、図６（ｂ）ではウィンド−ゲ−トの出力信号３９、
図６（ｃ）ではゼロクロス検出器の出力信号４０がそれ
ぞれ示されている。
【００２７】さらに、図７（ａ）は、締付けボルト４に
おける引張り軸力負荷前後の伸びの関係を示したもの
で、特に軸力負荷前の初期長さＬO が軸力負荷後には△
ｌ伸びて、その結果、負荷後の長さがＬになった状態が
示されている。これに対し、図７（ｂ）では締付けボル
ト４に軸力が負荷されていないときの縦波及び横波の伝
播時間ｔlO，ｔsoがそれぞれ示され、図７（ｃ）では締
付けボルト４に軸力が負荷されたときの縦波及び横波の
両超音波における伝播時間ｔl，ｔsがそれぞれ示されて
いる。
おける引張り軸力負荷前後の伸びの関係を示したもの
で、特に軸力負荷前の初期長さＬO が軸力負荷後には△
ｌ伸びて、その結果、負荷後の長さがＬになった状態が
示されている。これに対し、図７（ｂ）では締付けボル
ト４に軸力が負荷されていないときの縦波及び横波の伝
播時間ｔlO，ｔsoがそれぞれ示され、図７（ｃ）では締
付けボルト４に軸力が負荷されたときの縦波及び横波の
両超音波における伝播時間ｔl，ｔsがそれぞれ示されて
いる。
【００２８】一方、個々のボルトの軸力Ｆに対して、縦
波超音波及び横波超音波の音速変化率から以下の式が与
えられる。ここで、ＶlO，Ｖsoは、個々のボルト材料の
無荷重の縦波、横波の初期音速、Ｖl ，Ｖsは、軸力負
荷時の縦波超音波、横波超音波の音速、ａｌ，ａｓは、
音速変化に関する係数である。 Ｖl ＝ＶlO−ａｌ・Ｆ （１） Ｖs＝Ｖso−ａｓ・Ｆ （２）
波超音波及び横波超音波の音速変化率から以下の式が与
えられる。ここで、ＶlO，Ｖsoは、個々のボルト材料の
無荷重の縦波、横波の初期音速、Ｖl ，Ｖsは、軸力負
荷時の縦波超音波、横波超音波の音速、ａｌ，ａｓは、
音速変化に関する係数である。 Ｖl ＝ＶlO−ａｌ・Ｆ （１） Ｖs＝Ｖso−ａｓ・Ｆ （２）
【００２９】（１）及び（２）式から、軸力Ｆ下の長さ
Ｌとして、 Ｌ＝（ＶlO−ａｌ・Ｆ）ｔｌ＝（Ｖso−ａｓ・Ｆ）・ｔｓ （３） が得られ、軸力Ｆは初期長さＬO を用いず、ｔ・とｔｓ
の同時計測により、 Ｆ＝（ＶlO・ｔｌ−Ｖso・ｔｓ）／（ａｓ・ｔｓ−ａｌ・ｔｌ） （４） となる。したがって、ＶlO，Ｖso，ａｌ，ａｓを予め測
定しておけば、ｔｌ及びｔｓの同時計測により、正確な
軸力Ｆが算出できる。
Ｌとして、 Ｌ＝（ＶlO−ａｌ・Ｆ）ｔｌ＝（Ｖso−ａｓ・Ｆ）・ｔｓ （３） が得られ、軸力Ｆは初期長さＬO を用いず、ｔ・とｔｓ
の同時計測により、 Ｆ＝（ＶlO・ｔｌ−Ｖso・ｔｓ）／（ａｓ・ｔｓ−ａｌ・ｔｌ） （４） となる。したがって、ＶlO，Ｖso，ａｌ，ａｓを予め測
定しておけば、ｔｌ及びｔｓの同時計測により、正確な
軸力Ｆが算出できる。
【００３０】具体的には、ｔｌとｔｓの関数として、軸
力Ｆをサブル−チン法にて計算するのであるが、二次元
のグラフとして表記する関係上ｔｌとｔｓとの比ｔｓ／
ｔｌを用いてボルトの軸力Ｆを図８に図示する。
力Ｆをサブル−チン法にて計算するのであるが、二次元
のグラフとして表記する関係上ｔｌとｔｓとの比ｔｓ／
ｔｌを用いてボルトの軸力Ｆを図８に図示する。
【００３１】この結果、図８では、ボルト軸力の特性図
が二次元のグラフとして、ｔｌ及びｔｓの比ｔｓ／ｔｌ
の関数が示される。また、この特性図中の直線は、前記
パソコン３７中に予めインプットされれば検量線にな
り、所定荷重における真の軸力が検出できる。
が二次元のグラフとして、ｔｌ及びｔｓの比ｔｓ／ｔｌ
の関数が示される。また、この特性図中の直線は、前記
パソコン３７中に予めインプットされれば検量線にな
り、所定荷重における真の軸力が検出できる。
【００３２】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように、ソケッ
ト本体５に設けられたボルト頭部３ａの受入れ穴７の奥
側には、基板状をなす圧電素子９がボルト頭部３ａに密
着するように配置され、しかも、この圧電素子９が縦波
及び横波の超音波を同時送信できるように構成している
ものである。したがって、縦波及び横波の両超音波の同
時発信によって、ボルト頭部３ａからねじ部４ｂに至る
往復の伝播時間を測定分析でき、精密なボルトの軸力が
計測できるという利点を有する。また、本発明のボルト
軸力計は、測定系ユニット３２のパソコン３７によって
締付けボルト３の軸応力値が周期的に、しかも迅速に演
算処理できるという利点を有する。さらに、本発明のボ
ルト軸力計は、縦波超音波及び横波超音波の伝播時間か
ら軸力関数の音速変化式を導けば、より正確な軸力値が
計測できるという利点を有する。
ト本体５に設けられたボルト頭部３ａの受入れ穴７の奥
側には、基板状をなす圧電素子９がボルト頭部３ａに密
着するように配置され、しかも、この圧電素子９が縦波
及び横波の超音波を同時送信できるように構成している
ものである。したがって、縦波及び横波の両超音波の同
時発信によって、ボルト頭部３ａからねじ部４ｂに至る
往復の伝播時間を測定分析でき、精密なボルトの軸力が
計測できるという利点を有する。また、本発明のボルト
軸力計は、測定系ユニット３２のパソコン３７によって
締付けボルト３の軸応力値が周期的に、しかも迅速に演
算処理できるという利点を有する。さらに、本発明のボ
ルト軸力計は、縦波超音波及び横波超音波の伝播時間か
ら軸力関数の音速変化式を導けば、より正確な軸力値が
計測できるという利点を有する。
【図１】 本発明ボルト軸力の測定用ソケットにおける
一実施例を示す概念的な断面図。
一実施例を示す概念的な断面図。
【図２】 図１の一部平面図。
【図３】 超音波センサ−を示す概念的な断面図。
【図４】 本発明ボルト軸力の測定用ソケットにおける
他の実施例を示す概念的な断面図。
他の実施例を示す概念的な断面図。
【図５】 本発明ボルト軸力計の一実施例を示す概念的
な説明図。
な説明図。
【図６】 図５で適用した超音波センサ−による超音波
パルスのタイムチャ−トであり、（ａ）は受信信号を示
すタイムチャ−ト、（ｂ）はウィンド−ゲ−トの出力信
号を示すタイムチャ−ト、（ｃ）はゼロクロス検出器の
出力信号を示タイムチャ−ト。
パルスのタイムチャ−トであり、（ａ）は受信信号を示
すタイムチャ−ト、（ｂ）はウィンド−ゲ−トの出力信
号を示すタイムチャ−ト、（ｃ）はゼロクロス検出器の
出力信号を示タイムチャ−ト。
【図７】 締付けボルトにおける引張り軸力負荷前後の
伸び及び縦波及び横波超音波の伝播時間の関係を示した
た説明図であって、（ａ）は初期長さＬO が軸力負荷後
に△・伸びて、負荷後の長さがＬになった状態の正面
図、（ｂ）は締結ボルトに軸力が負荷されていないとき
の縦波及び横波の伝播時間ｔlO，ｔsoをそれぞれ示した
タイムチャ−ト、（ｃ）では締結ボルトに軸力が負荷さ
れたときの縦波及び横波の両超音波における伝播時間ｔ
ｌ，ｔsをそれぞれ示したチャ−ト。
伸び及び縦波及び横波超音波の伝播時間の関係を示した
た説明図であって、（ａ）は初期長さＬO が軸力負荷後
に△・伸びて、負荷後の長さがＬになった状態の正面
図、（ｂ）は締結ボルトに軸力が負荷されていないとき
の縦波及び横波の伝播時間ｔlO，ｔsoをそれぞれ示した
タイムチャ−ト、（ｃ）では締結ボルトに軸力が負荷さ
れたときの縦波及び横波の両超音波における伝播時間ｔ
ｌ，ｔsをそれぞれ示したチャ−ト。
【図８】 ボルト軸力の特性図。
ｌ ブロック ２ 被締結物 ３ 締付けボルト ４ 測定用ソケット ５ ソケット本体 ６ 係止部 ７ 受入れ穴 ８ 超音波センサ− ９ 圧電素子 １０ ダンパ− １１ リ−ド線 １２，１５ 同軸ケ−ブル １３ スリップリング １４ 静止部材 １６，１７ 軸受 １８ センサ−本体 １９ ラチェット機構 ２０ トルクレンチ ２１ シャフト部 ２２ 係合手段 ２３ サポ−ト軸 ２４，２５ ベベルギャ ２６，２７ 軸受 ３１ 超音波送受信装置 ３２ 測定系ユニット ３３ 波形解析ユニット ３４ モニタ− ３５ ディスプレ− ３６ プリンタ− ３７ パソコン ３８ 受信信号 ３９ ウィンド−ゲ−トの出力信号 ４０ ゼロクロス検出器の出力信号
Claims (7)
- 【請求項１】 ソケット本体５は、スパナ又はトルクレ
ンチによって回動可能で、その外周部位には静止部材１
４が配置され、その一端には締付けボルト３の頭部３ａ
に適合する受入れ穴７が形成されるとともに、この受入
れ穴７の奥側には、超音波センサ−８が組込まれるよう
にしたボルト軸力の測定用ソケットであって、 前記超音波センサ−８は、センサ−本体５内に設けられ
た基板状をなす圧電素子９がボルト頭部３ａに密着する
ように配置され、しかも縦波及び横波の超音波を同時送
信できるように構成されており、 前記静止部材１４に備えられた外部接続の同軸ケ−ブル
１５は、スリップリング１３を介して圧電素子９から延
びる同軸ケ−ブル１２に電気的に接続されていることを
特徴とするボルト軸力の測定用ソケット。 - 【請求項２】 前記圧電素子９は、縦波発生用の圧電ド
メイン及び横波発生用の圧電ドメインの二種類で構成さ
れていることを特徴とするボルト軸力の測定用ソケッ
ト。 - 【請求項３】 前記ソケット本体には、スパナ、トルク
レンチに対する手動用の係止部６又は回転伝達用の係合
手段２２が形成されている請求項１又は請求項２記載の
ボルト軸力の測定用ソケット。 - 【請求項４】 前記ソケット本体５の一端部には、トル
クレンチの回転伝達用のシャフト部２１に適合する係合
手段２２を構成することにより、ボルト軸力の測定用ソ
ケットが備えられるようにしたことを特徴とするトルク
レンチ。 - 【請求項５】 前記ボルト軸力の測定用ソケット１の圧
電素子９に対して、外部に配置された超音波送受信装置
３１及び測定系ユニット３２がそれぞれ電気的に接続さ
れることによって構成され、これに伴なって、前記超音
波送受信装置３１から同時送信された縦波及び横波超音
波が締付けボルト３の頭部３ａからネジ部３ｂの先端に
伝播し、帰還した受信波を前記測定系ユニット３２によ
り解析して、前記締付けボルト３に負荷された軸応力値
を計測できるようにしたことを特徴とするボルト軸力
計。 - 【請求項６】 前記測定系ユニット３２は、波形解析ユ
ニット３３、波形メモリ−内蔵の波形モニタ−３４、デ
ィスプレ−３５、プリンタ−３６及びパソコン３７から
構成されている請求項５記載のボルト軸力計。 - 【請求項７】 前記測定系ユニット３２は、両超音波の
伝播時間から軸力関数の音速変化式を導き、これによっ
て軸応力を演算処理する請求項５又は請求項６記載のボ
ルト軸力計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10245726A JP2000074764A (ja) | 1998-08-31 | 1998-08-31 | ボルト軸力の測定用ソケット及びトルクレンチ並びにボルト軸力計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10245726A JP2000074764A (ja) | 1998-08-31 | 1998-08-31 | ボルト軸力の測定用ソケット及びトルクレンチ並びにボルト軸力計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000074764A true JP2000074764A (ja) | 2000-03-14 |
Family
ID=17137900
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10245726A Pending JP2000074764A (ja) | 1998-08-31 | 1998-08-31 | ボルト軸力の測定用ソケット及びトルクレンチ並びにボルト軸力計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000074764A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7188549B2 (en) | 2004-03-02 | 2007-03-13 | Sannohashi Co., Ltd. | Axial-force-detective fastening tool, bolt, and method of manufacturing bolt |
| CN100430705C (zh) * | 2006-04-26 | 2008-11-05 | 宝山钢铁股份有限公司 | 管接箍车丝机刀盘预紧力检测装置 |
| JP2009195984A (ja) * | 2008-02-19 | 2009-09-03 | General Electric Co <Ge> | 溶接型超音波応力変換器を備えた締結具 |
| KR100947593B1 (ko) | 2008-05-30 | 2010-03-15 | 자동차부품연구원 | 커먼레일의 연료공급관 체결 토크 및 축력 측정장치 |
| JP2014517958A (ja) * | 2011-04-26 | 2014-07-24 | フィッシャー コントロールズ インターナショナル リミテッド ライアビリティー カンパニー | プロセス制御装置の連結健全性の評価方法および装置 |
| CN109142034A (zh) * | 2018-09-29 | 2019-01-04 | 中国航空工业标准件制造有限责任公司 | 曲面加载扭力试验工装 |
| CN112034700A (zh) * | 2020-09-10 | 2020-12-04 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种高压线防振锤螺栓紧固柔顺控制方法 |
| CN112873114A (zh) * | 2019-11-29 | 2021-06-01 | 中国航天标准化研究所 | 一种信号套筒及拧紧工具 |
| CN113607324A (zh) * | 2021-08-06 | 2021-11-05 | 常州市蓝光电子有限公司 | 一种扭力测试仪 |
| CN113834594A (zh) * | 2019-02-22 | 2021-12-24 | 三樱工业株式会社 | 轴向力测定装置和方法 |
| CN114623961A (zh) * | 2022-02-24 | 2022-06-14 | 武汉大学 | 一种基于环型阵列的高声衰减螺栓轴力超声测量方法 |
| US12140032B2 (en) * | 2016-08-16 | 2024-11-12 | National Research Council Of Canada | Methods and systems for ultrasonic rock bolt condition monitoring |
-
1998
- 1998-08-31 JP JP10245726A patent/JP2000074764A/ja active Pending
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7188549B2 (en) | 2004-03-02 | 2007-03-13 | Sannohashi Co., Ltd. | Axial-force-detective fastening tool, bolt, and method of manufacturing bolt |
| CN100430705C (zh) * | 2006-04-26 | 2008-11-05 | 宝山钢铁股份有限公司 | 管接箍车丝机刀盘预紧力检测装置 |
| JP2009195984A (ja) * | 2008-02-19 | 2009-09-03 | General Electric Co <Ge> | 溶接型超音波応力変換器を備えた締結具 |
| KR100947593B1 (ko) | 2008-05-30 | 2010-03-15 | 자동차부품연구원 | 커먼레일의 연료공급관 체결 토크 및 축력 측정장치 |
| JP2014517958A (ja) * | 2011-04-26 | 2014-07-24 | フィッシャー コントロールズ インターナショナル リミテッド ライアビリティー カンパニー | プロセス制御装置の連結健全性の評価方法および装置 |
| US12140032B2 (en) * | 2016-08-16 | 2024-11-12 | National Research Council Of Canada | Methods and systems for ultrasonic rock bolt condition monitoring |
| CN109142034A (zh) * | 2018-09-29 | 2019-01-04 | 中国航空工业标准件制造有限责任公司 | 曲面加载扭力试验工装 |
| CN113834594A (zh) * | 2019-02-22 | 2021-12-24 | 三樱工业株式会社 | 轴向力测定装置和方法 |
| CN113834594B (zh) * | 2019-02-22 | 2024-03-26 | 三樱工业株式会社 | 轴向力测定装置和方法 |
| CN112873114B (zh) * | 2019-11-29 | 2025-05-16 | 中国航天标准化研究所 | 一种信号套筒及拧紧工具 |
| CN112873114A (zh) * | 2019-11-29 | 2021-06-01 | 中国航天标准化研究所 | 一种信号套筒及拧紧工具 |
| CN112034700B (zh) * | 2020-09-10 | 2023-03-14 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种高压线防振锤螺栓紧固柔顺控制方法 |
| CN112034700A (zh) * | 2020-09-10 | 2020-12-04 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种高压线防振锤螺栓紧固柔顺控制方法 |
| CN113607324B (zh) * | 2021-08-06 | 2023-02-28 | 常州市蓝光电子有限公司 | 一种扭力测试仪 |
| CN113607324A (zh) * | 2021-08-06 | 2021-11-05 | 常州市蓝光电子有限公司 | 一种扭力测试仪 |
| CN114623961A (zh) * | 2022-02-24 | 2022-06-14 | 武汉大学 | 一种基于环型阵列的高声衰减螺栓轴力超声测量方法 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040223 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040624 |