JPS5819525A - 超音波を用いたボルト軸力管理方法 - 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】 本発明は超音波を用いたボルト軸力管理方法に係シ、こ
とにボルト軸力管理に贅する費用の低減を図夛うるボル
ト軸力管理方法Ｅｌｌする。

被締付物たとえば２板の鋼板を一体Ｋ１１結する場合な
どに社、ボルトとナツトが広く活用されている。そして
ボルドー結時の当該ボルトの締付力、換言すればボルト
の軸力を管理することは安全上きわめて重要である。従
来、ｉｉｌ付は時のボルトの軸力を管理する方法として
、トルク法とナツト回転角法がある。このうちトルク法
はトルクＴとボルトの軸力Ｐｆ　との１ｓＩＩＫｊｌ）
立つＴ＝＝ｋｄＦ１（ｋはトルク係数、ｄはボルトの呼
び径）の関係を利Ｍ１４％ので、に、ｄを定数として取
扱い、トルクＴを制御することｋよって軸力Ｆｆを管理
しようとするものである。しかしこのトルク法にあって
は、ボルトのｍ向やねじ部の不均一な粗さＫよる影響を
受けてトルク係数ｋが現実には一定にならず、それ故ト
ルクＴに対するボルトの軸力Ｆ（の範囲が大きくなって
しまい、軸力管理を十分にはおこないＩｌ１％Ａ不具合
がある。

また従来のナラ）回転角法は、ナツトの回転角とポルＦ
の軸力との関係ＫＮ＃目したもので、ナツトの回転角を
所定の髄に設定することＫよって軸力を管理しようとす
るものである。このナツト回転角法は、ナラ）Ｙ回転さ
せてポル））ｋｌｌ性域まで締付けるようＫなっている
ので、ナツトの回転角に多少のばらつきを生じても軸力
Ｆｆのばらつぎが小さく、それ故上記したトルク法に比
べて安定した軸力の管理をおこなうことができる。しか
しこのナツト回転角法においては、ボルトｙａ＝ｍ性域
まで締付けるようになって・いることから、ボルトが破
断する危験があシ、そのため延性の小さい材質からなる
ボルトは使用が函麺となる不具合がある。。なお弾性域
における軸力管理を考えた場合、ナツト回転角法にあっ
ては、ナツトの回転角を目で読み取るようｋなっている
ので、当該回転角の読み取り誤差に相応した大きな軸力
Ｆｆの誤差な生じる。それ故、弾性域での従来のナツト
回転角法による軸力管理は不可能であった。

またこのような軸力管理方法の他に、従来以下に述べる
ような軸力管理方法が提案されている。

＃に１図および＃！２図は従来の超音波な用いたボルト
軸力管理方法を示す説明図で、ａｆＧ１図は超音波探触
子の配設状＊ｙｔ示す説明図、第２図は第１図に示す超
音波探触子から発せられた超音波のパルス波形な示す説
明図である。第１図において３は被締付物、１はこの被
締付物３を締結するボルト。

２はこのプル）１に螺合するナラシ、４は超音波探触子
である。この従来の方法では、同図に示すようにボルト
１の置部に超音波探触子４を配置し、ボルト１の底部か
ら底部方向に向って超音波を投射し、この超音波の伝播
時間を測定するようにした也のである。ポル）１の締付
は前の状態すなわちポル）ＩＫ軸力を生じないときの伝
播時間は次のようｋして求められる。

−７ ｉＨｘ２・　ｃ（１） ここで、ｔＨは超音波の往復伝播時間、Ｃは超音波の音
速、！はボルト１の全長、Ｎは反射の回数である。第２
図の５はこの時の超音波のパルス波形を示している。

ところでボルト１を締付けて当該ポル）１に軸力が生ず
ると、ざルト１は伸びを生じ、これに伴って超音波の音
速が遅くなる事態を生ずる。このときの伝播時間のずれ
量は次の式で表わされる。

ここで、Δｊはボルト１の伸び量を、Δｃ　Ｆｉ超音波
の音速の変化量である。第２図の６はこのボルト締付は
時における超音波のノ５ルス波形を示している。、また
上記し次ボルト１の伸び量Δノおよび音速の変化量ΔＣ
は、いずれも軸力Ｐｉ　Ｋ比例するので、上記（２）式
は下記（５）式で表わされる。

Ｎ−Δｔ＋ｃｐ（（５） ここで反射の回数ＮＫおける伝播時間の変化率ｔＫと、
おくと、ボルト１０軸力Ｆ［は次式（４）のように求め
られる。

従って伝播時間の変化率に−Ｙ知ることＫよってボルト
１の軸力Ｆｆ　ｆ求めることかできる。

しかしこの従来の軸力管理方法にあっては前述したトル
ク法、ナツト回転角法とは別の下記に列挙する不具合が
ある。

■　プル）１の伸び量や超音波の音速の炭化量はボルト
１の内部に生ずる応力に左右されるので、ボルト１の一
面積が不均一で６つｆｃＤ、ナツト２の螺合位置が員な
つｔ９すると誤贅を生１しる。

■　プル）１の軸部に曲げ力が付加され友場合には見か
け上のボルト長が変化し、それに伴って超音波の伝播時
間に誤羞ｌ生じる。

■　伝播時間の誤差を少なくするためにボルト愈の表面
とプル）底部は十分な平面度な有するように、かつプル
）璽の表面とポル）底部とが平行平面となるように製作
しなければならず、ポ々）１の製作工数か上かり、軸力
管理に要する費用が高価になる。　　、 本発明紘とのような従来技術における実情に鑑みてなさ
れたもので、七の目的は１Ｍｔ付は時、のボルトの軸力
管ｇｊＡＹ正確に行なうことができ、しかもボルトの製
作工数を低く抑えることのできる超音波を用いたボルト
軸力管理方法を提供するととｋＴｏる。

この目４的を達成するために本発明は、波線、付物の表
面から真核締付物どうしの接触面に向う方向に超音波を
投射してこの接触面の面圧状１１１ヲ調べ、このときの
超音波のエネルギ例、ｔ［反射エコーの到達時間、ある
いは反射エコーの大きさが所定量変化する位Ｉｌｖ検知
し、この位置に基づいてボルトの軸力な管理する構成に
しである。

以下１本発明のボルト軸力管理方法を図に基づいて説明
する。第３図は本発明の一実施例を示す説明図、第４図
は馬３図に示す方法によって得られるＩｌｌの特性線図
、＠５図は同じく第２の特性線図である。なお籐３図に
おいて前述した１ｓ１図に示す部材と同じものは同一の
符号で示しである。

はじめにボルト１の締付は時に被締付物３に生ずる圧縮
応力、及び超音波の性質について述べる。

ｊ８３図に示すように、ボルト１あるいはナツト２を廻
して被締付物３′１ｋｌＩＩ付けると、ポル）ｌｋは軸
力Ｆｆか生ずる。これに伴ってボルト１は伸び、被締付
物３は逆に圧縮される。このときの被締付物３の内部に
形成される圧縮応力分布は図の二点鎖線Ｔのように表わ
される。このとき被締付物３の境界Ｓを形成する接触面
８でＥＥＩＩを受ける範囲はハツチング９で示され、ま
た接触面８における面圧分布はハツチング９内の矢印１
０で示される。この＠３図に示すように、接触面８０面
面圧ポル）ＩＫ近づ（はど高（、ボルト１から離れるほ
ど低くなる。そしてボルト１から被締付物３の側端部方
向に向う距離ｒか距離ｒ、　となる位置で、被締付物３
どうしがｍ隔しあう状態、すなわち口開き状態となる。

従ってこの位置から被締付物３の側端部にかけては圧縮
応力を生ずることがない。

ところで一般に超音波を鋼板の内部に投射したとき、超
音波の通過線上に空間が存在する場合には、超音波は当
該空間な通過せずＫその位置から反射する性質がある。

本発明はこの超音波の性質と被締付Ｉ＃！Ｊ３に生ずる
圧縮応力分布とに着目したものである。すなわちまず超
音波探触子１１をボルト１の近傍、被締付物３０表面例
えば上面１．２上のＡ点に配置する。

次いでこの超音波探触子１１からの超音波を、上面１２
から接触面８に向う方向に投射し、その超音波のエネル
ギすなわち反射エコーの到達時間あるいは反射エコーの
大きさを検知する。次いでこの超音波探触子１１を被締
付物３の上面１２上。

Ｂ点を含む被締付物３の側端部方向に順に移動させ、各
位置ととに超音波を投射し、その超音波のエネルギを検
知する。そして超音波のエネルギが所定量変化する位置
な検出する。

ボルト１が締付け゛状態にあシ、このポル）ＬＫ軸力を
生じている場合には、上述Ｌ２ようにボルト１の近傍の
接触面８には八ツチング９で示すような圧縮′応力分布
が形成され、この部分の接触面８は被締付物３どうしが
密着しあつ次状態となる。

したかってＡ点に超音波探触子１１１に置い友場合には
、超音波は接触面８’　Ｙ通過し、被締付物３の下面１
３で反射し、その反射エコーは上面１２Ｋ。

戻って来る。またＢ点に超音波探触子１１を置いた場合
には、その超音波は接触面８の口開き状態が始まる端部
つｔｎ始端に到達することになり。

当該超音波はこの接触面８を通過することがな（、この
接触面８で反射し、その反射エコーは上面１２に戻って
来る。なおこのＢ点がら被締付物３の側端部に至る範囲
も同様に、接触面８の部分に空間部が形成されることか
ら超音波はこの接触面８の部分で反射する。

なお上記のように超音波探触子１１Ｙ／Ｌ点から８点方
向に移動させた時の超音波の反射エコーの到達時間の変
化は第４図に示すよシになる。すなわち到達時間はボル
ト１からの距離が距離ｒ１４での範囲では長い一定ｍＫ
保たれ、また当該距離が距１１１１　’　＊より大きい
範囲では短い一定値に保たれる。

ｉ几超音波の反射エコーの大きさについてみると、纂５
図に示すように超音波探触子１１の位置かポル）ＩＫ近
くなる程小さく、口開き状態が始まる距１１　’　＊の
位置て急激に増加する。

このようなことからＢ点を含む鉛［ｌＩｊ上の位置が超
音波のエネルギが変化する位置となる。そしてこの位置
とポル）１の軸力Ｆｌとは相関関係にあることから、当
該位置が適切な軸力Ｆｆとなる位置であるかどうか判別
することｋよりボルト１の軸力Ｆｆ９良好に管理するこ
とができる。

本発明のボルト軸力管理方法は上記のように構成しであ
ることから、軸力測定に際しボルトの断面積のばらつき
及びナラＦ螺合位置の位置づれｋよる影響な受けること
がなく、ｔたポル）Ｋ付加される曲げ力による影響を受
けることがないことから測定誤差が少なく精度の良いボ
ルト軸力管理を実現することができる。Ｉ！た従来のよ
う（ボルトの頭部及び底部の両端面を機械加工する必要
がなく、それ故ボルト製作のための工数ｌ上げることが
なく、ボルトの軸力管理に要する費用ン安く抑えること
かできる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図および纂２図は従来の超音波な用いたｌルト軸力
管瑠方法を示す説明図で、第１図は超音波探触子の配設
状ａｔ’示す説明図、第２図は第１図に示す超音波探触
子から発せられ次超音波のパルス波形を示す説明図、第
３図は本発明の超音波を用い几ポルＦ軸力管理方法の一
実施列を示す説明図、第４図は第３図に示す方法によっ
て得られ方法によって得られる第２の特性線図である。 １・・・・・・＆ル）、２・・・・・・ナツト、３・・
・・・・被締付物、８・・・・・・接触面、１０・・・
・・・超音波探触子、１２・・・・・・上面、１３・・
・・・・下面 第１　図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　愉数の被締付物を一体Ｋ１１結する〆ルシの
   軸力な管理するボルト軸力管理方法において、上記被締
   付物の表面に超音波探触子を配置し、核表面から上記被
   締付物の境界部を形成する接触１１１に向う方向に上記
   超音波探触子による超音波な投射し、この超音波の有す
   るエネルギが所定量変化する位１１を検知し、この位置
   とボルト軸力との相関関係から当該ポル）ｋ発生する軸
   力を検出して適正なボルト軸力であるかどうかを管理す
   るようｋしてあることを特徴とする超音波を用いたボル
   ト軸力管理方法。