JPH028188Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈技術分野〉 本考案は、締結要素の締結軸力計測具、更に詳
しくは、ボルトとナツト等の締結要素を用いて締
結したときに、締結ボルトに作用する締結軸力を
測定する計測具に関する。

〈従来技術〉 従来より、ボルトとナツト等の締結要素を用い
たときの締結ボルトに作用する締結軸力（引張軸
力）を測定する装置としては、例えば、計測する
締結要素の締結ボルトに小径部（切欠き部）を形
成し、この小径部の外周面に歪ゲージを貼設した
ものが提案されている。

しかし、かかる公知の測定装置においては、 イ 締結ボルトには締結後に締結軸力（引張軸
力）以外に曲げ応力も作用する故に、この曲げ
応力の影響を大きく受けて正確な締結軸力の測
定をすることができない、 ロ 上述したことに関連して、締結軸力を比較的
正確に測定するには、この締結ボルトの外周面
に少なくとも２個又は４個の歪ゲージを貼設し
なければならない、 ハ 歪ゲージのリード線は締結ボルトの外周面の
一部に形成された溝を通つて導かれるが、締結
時にこの溝によつてワツシヤ又は締結体の表面
が引つかかれるために実際の場合と摩擦条件が
異なり、正確な締結軸力の測定をすることがで
きない、 ニ また、締結ボルトにリード線を通す溝を形成
するために、この溝によつて曲げ発生の対称性
が悪くなり、曲げ応力の影響を十分に少なくす
ることができず、正確な締結軸力の測定をする
ことができない、 等の欠点を有する。

また、ボルトの応力測定法として、例えば特開
昭50−137171号公報に開示された技術が知られて
いる。この方法は、歪みゲージを装着した薄板ま
たは棒をボルトに設けた貫通孔に遊かんすると共
にボルトに固定し、ボルトの負荷状態における前
記薄板または棒のひずみ値よりボルトの応力を測
定するようにしてなるものである。

しかしながら、この方法においては、次のよう
な解決すべき問題を有する。

(1) 薄板または棒（以下芯体という）がボルトに
対し、引張予荷重を加えた状態で固定されてい
ないので、芯体自体の加工歪（残留応力）或い
は、ねじ結合部における不連続な境界面等の存
在により、大きな軸力損失を生じ、ボルトの軸
力を、初期の小さい値から正確に測定すること
ができない。

(2) 芯体とボルトとはねじ結合であるため、高振
動あるいは繰り返し使用等の条件下において
は、ゆるみが発生し易く、信頼性に乏しい。

一方ケース内の荷重検出器に、ブラケツト及び
皿ばねを介してナツトをケースに締め込み、軸方
向の予圧荷重を与えるとの技術は、特開昭49−
40966号公報に開示されている。この予圧装置の
技術は、前記特開昭50−137171号公報に開示され
た方法に適用可能である。しかしながら、この適
用例においては、次のような重大な解決すべき課
題が存在する。

(1) 予圧荷重の付与は、ボルトに皿ばねを介して
ナツトを締め込むことにより行なわれる。この
ねじ結合面（嵌合面）には、前述の通り不連続
な境界面が存在し、この境界面において、面降
伏が発生し、軸力が損失する。このため、軸力
の正確な測定は、実質的に不可能となる。

(2) 高振動下の部材に適用された場合、上記の面
降伏に加え、ねじ結合面にゆるみが生じ易く、
信頼性に乏しい。

〈考案の目的〉 本考案は上記事実に鑑みてなされたものであ
り、その主目的は、従来における上述した課題を
解消し、ボルトの締結軸力を初期の小さい値から
正確に測定することができる締結軸力計測具を提
供することである。

本考案の他の目的は、高振動下等におけるボル
トの動的軸力も、振動の悪影響を受けることなく
正確に測定することができる締結軸力計測具を提
供することである。

〈考案の概要〉 本考案によれば、一端に頭部を有しかつ軸心部
に軸線方向貫通孔が形成されているボルトと、軸
部の一端に大径頭部が形成された芯体からなり、
該芯体は、該軸部が該ボルトの貫通孔に挿入さ
れ、該大径頭部が該ボルトの頭部と係合されるこ
とにより、該ボルトに組み合され、該芯体には少
なくとも１枚の歪ゲージが貼設され、該芯体は、
該ボルトに対し引張予荷重が加えられた状態でそ
の両端部が溶接により固定されていること、を特
徴とする締結軸力計測具が提供される。

〈考案の好適具体例〉 以下、添付図面を参照して、本考案に従つて構
成された締結軸力計測具の具体例について説明す
る。

本考案に従う締結軸力計測具の一具体例を示す
第１図乃至第４図において、図示の締結軸力計測
具２は、締結ボルト４と芯体６とから構成されて
いる。この締結ボルト４は、第２図に示すよう
に、頭部８とネジ１０とを有する通常のボルト
に、その中心部に軸線方向に貫通する貫通孔１２
を穿設することによつて形成される。貫通孔１２
は、締結ボルト４の上端に位置する大径凹部１４
と、この大径凹部１４から締結ボルト４の下端ま
で延びる主部１６とを有している。

芯体６は、第３図及び第４図に示すように、大
径頭部１８と、この大径頭部１８から下方に延び
る軸部２０とを有している。この芯体６の大径頭
部１８は、締結ボルト４の頭部８に形成された大
径凹部１４の形状に対応した形状を有しており、
この大径頭部１８の軸線方向長さは上記貫通孔１
２の大径凹部１４の軸線方向長さと実質上同一で
あり、また大径頭部１８の外径は上記貫通孔１２
の大径凹部１４の内径と実質上同一である。この
芯体６の大径頭部１８には、第３図及び第４図に
示すように、その下面に半径方向外方に延びる案
内溝２４が形成され、またこの大径頭部外周表面
に溝２４の外方端から上方に延びる溝２６が形成
されている。芯体６の軸部２０には、応力集中を
発生させるために、他の部分よりも外径が若干小
さい小径部（切欠き）２２が形成されている。こ
の軸部２０の軸線方向長さは上記貫通孔１２の主
部１６の軸線方向長さと実質上同一であるが、軸
部２０の小径部２２以外の他の部分の外径は上記
貫通孔１２の主部１６の内径よりも若干小さい。

芯体６の軸部２０の小径部２２の外周表面に
は、直径方向に対向して位置する２枚の歪ゲージ
２８（図面中１個示す）が貼付されている。この
歪ゲージ２８のリード線３０は、芯体６の軸部２
０の周表面に沿つて上方に延び、次いで大径頭部
１８に形成された案内溝２４及び溝２６を通つて
上方に延び、大径頭部１８の上面に設けられた接
続端子３２に接続されている。

第１図に示す如く、芯体６の軸部２０は締結ボ
ルト４の貫通孔１２内（主部１６内）に挿入さ
れ、芯体６の大径頭部１８の上記貫通孔１２の大
径凹部１４内に挿入（係合）される。そして、貫
通孔１２の大径凹部１４の底面と芯体６の大径頭
部１８の下面とを当接せしめた状態で、芯体６の
軸部２０の下端を番号３４で示す溶接により貫通
孔１２の主部１６の下端に固着せしめると共に大
径頭部１８を溶接により締結ボルト４の頭部８に
固着せしめることによつて、芯体６が締結ボルト
４の貫通孔１２に組合される。芯体６をかく組合
せることによつて、芯体６の大径頭部１８と軸部
２０とが溶接により締結ボルト４に固定されてこ
れと一体構造になる。

かかる締結軸力計測具２においては、芯体６に
引張予荷重が加わるように組合される。即ち、具
体例においては、芯体６を締結ボルト４に組合せ
る際に、芯体６の頭部１８又は締結ボルト４の下
端に所定の圧縮荷重を加えた状態で、芯体６の頭
部１８及び軸部２０が溶接によつて締結ボルト４
の両端に固定され、かくすることによつて、歪ゲ
ージ２８を貼設した芯体６に予め適当な引張予荷
重が加えられる。

かくの通り組合された締結軸力計測具２は、通
常のボルトに代えて締結体（図示せず）の締結に
使用される。そして、締結ボルト４と一体に引張
される芯体６の小径部２２の外表面に貼付された
歪ゲージ２８の抵抗の変化を検出することによつ
て、締結体を締結した状態において芯体６に働く
引張軸応力を測定し、これに応じて締結軸力計測
具２に作用する締結軸力（引張軸力）が測定され
る。

第５図は、本考案に従つて構成された締結軸力
計測具の変形例を示す。第５図に図示する締結軸
力計測具２′は、締結ボルト４と芯体６から構成
されている。この締結ボルト４は、頭部８とネジ
部１０とを有し、その中心部には、軸線方向に貫
通し且つその全長にわたつて実質上同一の内径を
有する貫通孔１２が穿設されている。また、この
頭部８の上面には、その中心部から半径方向外方
に延びる溝３６が形成されている。

芯体６は大径頭部１８と、この大径頭部１８か
ら下方に延びる軸部２０とを有している。この芯
体６の大径頭部１８の外径は上記貫通孔１２の内
径より大きく、また芯体６の軸部２０の外径は上
記貫通孔１２の内径よりも若干小さい。この芯体
６の軸部２０の軸線方向長さは、上記貫通孔１２
の長さ（締結ボルト４の全長）と実質上同一であ
り、この軸部２０の所定部位には、他の部分より
も外径が若干小さい小径部（切欠き）２２が形成
されている。

芯体６の軸部２０の小径部２２には、第１図乃
至第４図に示す具体例と同様に、２枚の歪ゲージ
２８（図面中１個を示す）が貼付され、この歪ゲ
ージ２８のリード線３０は締結ボルト４と芯体６
との間の間隙及び締結ボルト４の頭部８に形成さ
れた溝３６を通して芯体６の大径頭部１８に設け
られた接続端子３２に接続されている。

この場合、芯体６の軸部２０は締結ボルト４の
貫通孔１２内に挿入され、芯体６の大径頭部１８
の下面は締結ボルト４の頭部８の上面に係止（係
合）され、また芯体６の軸部２０は貫通孔１２内
に位置付けられる。そして、芯体６の大径頭部１
８の下面を締結ボルト４の頭部８の上面に係合さ
せた状態で締結ボルト４の貫通孔１２に所要の通
り組合される。即ち、芯体６の軸部２０の下端を
番号３４で示す溶接により貫通孔１２の下端に固
着せしめると共にその大径頭部１８を溶接により
頭部８に固着せしめることによつて、芯体６が所
要の通り組合される。

かかる変形例においても、芯体６に引張予荷重
が加わるように組合されており、芯体６を締結ボ
ルト４に組合せる際に、芯体６の大径頭部１８又
は締結ボルト４の下端に所定の圧縮荷重を加えた
状態で、芯体６の大径頭部１８及び軸部２０が溶
接によつて締結ボルト４の両端に固定される。

上述した具体例及び変形例では、芯体６の大径
頭部１８又は締結ボルト４の下端に組付時に圧縮
荷重を加えているが、これらに代えて、第６図に
図示する如く構成して芯体６に引張予荷重を与え
るようにしてもよい。

締結軸力計測具の一部を示す第６図において、
変形例の芯体６の軸部２０の下端部には雄螺条３
８が形成され、この雄螺条３８にナツト４０が螺
合せしめられている。その他の構成は、第１図乃
至第４図に示す具体例又は第５図に示す変形例と
実質上同一でよい。

第６図の変形例を適用すると、ナツト４０を回
動させることにより芯体６の軸部２０が引張さ
れ、これによつて軸部２０に引張予荷重が加えら
れる。

尚、第６図の変形例においては、芯体６の軸部
２０の雄螺条３８に応力集中が生じて芯体６の強
度が低下するのを防止するために、この芯体６の
雄螺条３８の内径を少なくともこの軸部２０の径
より大きくするのが好ましい。

また、芯体６の軸部２０の固定も、ナツト４０
の締付後にこのナツト４０と共に溶接により締結
ボルト４に固定すればよい。

かくの通りの具体例及び変形例においては、更
に、芯体６を締結ボルト４の材料と実質上同一の
材料又はこれより大きい引張強度を有する材料か
ら形成するのが好ましい。

また、具体例及び変形例においては、この芯体
６の材料に締結ボルト４の引張強度よりも強く且
つ締結ボルト４の降伏点より高い材料、例えばバ
ネ鋼等を選定することも考えられる。

〈考案の効果〉 以上、好適具体例に基づいて説明した本考案に
よれば、次のような効果が得られる。

(1) 芯体が引張予荷重を加えられた状態でボルト
に組み込まれ、しかもその両端部が溶接により
ボルトに固定され、全体が溶接構造になつてお
り、芯体とボルトとの間には、従来技術のよう
な不連続な境界面が存在しない。したがつて、
芯体の加工歪や不連続な境界面における面降伏
等による軸力の損失は実質的に除去され、ボル
トの軸力を初期の小さい値から正確に測定する
ことができる。

(2) 芯体とボルトは、その両端部において溶接に
より完全に固定されているので、従来のように
高振動下における使用で、芯体とボルトとの間
にゆるみが生じたり、不連続な境界面における
面降伏が生ずる等の不具合は完全に解消するこ
とができる。従つて高振動下での動的軸力の測
定も正確に行なうことが可能となつた。また繰
返し耐久性も著しく向上する。

(3) 芯体の両端が、ボルトに対し溶接により固定
されているので、ボルトに貫通孔が加工される
ものの、ボルトの強度は殆んど低下せず、ボル
ト部品としての強度が維持される。しかも、ボ
ルトとしての外観を何ら損つていないので、軸
力モニター可能なボルト部品として容易に実用
化が可能である。

しかも、軸力計測の際、実際に使用している
ボルト自体に本考案を適用して締結軸力計測具
とすることができる。従つて、締結条件の一切
すなわち、ねじ面、座面摩擦、締結長さ、受荷
重面積、強度等を実質的に同一に維持すること
ができるので、完全にシミユレートした軸力計
測を行なうことができる。このことは、計測軸
力の再現性を著しく向上させたものといえる。

(4) 芯体をボルトより大きい引張強度を有する材
料例えばばね鋼等により形成した場合には、ボ
ルト本体の降伏点を越える締結軸力に対して
も、芯体の弾性範囲内において軸力計測がで
き、計測範囲を拡大することができる。

(5) 芯体とボルトとの結合端部にナツトを用いた
場合には、必要とする値の引張予荷重を容易に
得ることができる。しかも、その状態で、芯体
とナツト、ナツトとボルトが溶接により固定さ
れるので、結果として芯体とボルトとの間に
は、不連続な境界面が存在せず（ボルトの軸力
は溶接部を介して芯体に伝達され、ねじ嵌合面
には軸力が作用せず）、従つて組付け後におけ
る同部分の面降伏による軸力損失は完全に除去
され、したがつて、軸力を初期の小さい値から
正確に計測することができる。

(6) 芯体の軸部に小径部を設け、ここに歪ゲージ
を貼設した場合には、小径部に応力集中が生
じ、軸力計測の感度をより良好にすることがで
きる。

以上、本考案に従う締結軸力計測具の具体例及
び変形例について説明したが、本考案はかかる具
体例及び変形例に限定されるものではなく、本考
案の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正
が可能である。

例えば、図示の具体例及び変形例では２個の歪
ゲージ２８を使用しているけれども、所望によ
り、１個又は４個（各々互いに90度隔てて貼設す
る）使用するようにしてもよい。

また、油、水等の悪影響が歪ゲージ２８に作用
するのを防止するために、締結軸力計測具の組立
時に、締結ボルト４と芯体６との間に間隙に歪ゲ
ージ用コーテイング剤或いはこれと同等の効果を
有する溶材を封入するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案に従つて構成された締結軸力
計測具の一具体例を示す一部切欠いた正面図。第
２図は、第１図に示す締結軸力計測具の締結ボル
トを示す一部切欠いた正面図。第３図は、第１図
に示す締結軸力計測具の芯体を示す正面図。第４
図は、第３図の−線による断面図。第５図
は、本考案に従つて構成された締結軸力計測具の
変形例を示す一部切欠いた正面図。第６図は、締
結軸力計測具における芯体の変形例の一部を示す
一部切欠いた図。 ２及び２′……締結軸力計測具、４……締結ボ
ルト、６……芯体、１２……貫通孔、２８……歪
ゲージ、３２……接続端子。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 一端に頭部を有しかつ軸心部に軸線方向貫通
   孔が形成されているボルトと、軸部の一端に大
   径頭部が形成された芯体からなり、該芯体は、
   該軸部が該ボルトの貫通孔に挿入され、該大径
   頭部が該ボルトの頭部と係合されることにより
   該ボルトに組み合され、該芯体には少なくとも
   １枚の歪ゲージが貼設され、該芯体は、該ボル
   トに対し引張予荷重が加えられた状態でその両
   端部が溶接により固定されていることを特徴と
   する締結軸力計測具。 ２ 該芯体は該大径頭部が該ボルトの頭部の上面
   に溶接により固定されていると共に該軸部の先
   端が該ボルトの他端に溶接により固定されてい
   る実用新案登録請求の範囲第１項記載の締結軸
   力計測具。 ３ 該ボルトの頭部には該芯体の該大径頭部の形
   状に対応した形状の凹部が形成されており、該
   芯体の該大径頭部は該凹部内に位置付けられて
   溶接により固定されている実用新案登録請求の
   範囲第１項記載の締結軸力計測具。 ４ 該芯体の軸部の外径は該貫通孔の内径よりも
   若干小さく、該歪ゲージのリード線は該軸部の
   外周面に沿つて該大径頭部の下面まで延び、次
   いで該大径頭部の下面に形成された案内溝及び
   該大径頭部の外周面に形成された溝を通つて該
   大径頭部の上面まで延び、そして該大径頭部の
   上面に設けられている接続端子に接続されてい
   る実用新案登録請求の範囲第１項又は第３項記
   載の締結軸力計測具。 ５ 該芯体の該軸部には小径部が形成されてい
   て、該歪ゲージは該小径部外周面に貼設されて
   いる実用新案登録請求の範囲第１項〜第４項の
   いずれかに記載の締結軸力計測具。 ６ 該芯体は該ボルトの材料と実質上同一の材料
   又はこれより大きい引張強度を有する材料から
   形成されている実用新案登録請求の範囲第１項
   〜第５項のいずれかに記載の締結軸力計測具。