JPS60186B2 - ボルトの締付荷重検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はボルトを用いた組立構造物におけるボルトの締
付荷重検出装置に関する。

一般にボルトを用いた組立構造物において、ボルトの材
質、寸法等は構造物の設計段階で構造強度上から検討さ
れ採用されている。

特にボルト締め構造物が動的な挙動をなす用途の場合に
は、適正なボルトの締付荷重が必要で、これをおこたる
とボルトの疲労被断、ぜし、性破壊等による大事故を起
すことがある。そこで現在ではこのボルトの稀付荷重検
出手段として脚トルクレンチの採用、脇ダイヤルゲージ
等によるボルトの寸法変化から縦付荷重を検出する、に
｝抵抗線歪ゲージによる応力測定等が用いられている。

しかしこれらの手段は、■、‘Ｂ｝のような簡便的な手
段の場合には精度や信頼性に劣り、又に｝のように精度
の高い手段の場合には検査効率が悪く簡便さにおいて現
場的でなかった。さらにこの外に他の応力検出手段とし
て磁気応用が考えられている。

これは構造材料の機械特性として磁気特性との間に第１
図に示すような相間関係があることから、第２図に示す
ように構造物１の残留応力が問題となる箇所に、コの字
形の鉄心２ａにコイル２ｂを巻装した磁気センサ２をあ
て、その箇所の応力を磁気的な出力、すなわち、磁気セ
ンサ２の二次出力電圧又はインピーダンスに変換して間
接的に指示計器３にて計測するものである。しかしこの
手段は磁気センサの形状、測定精度等に問題があり、こ
のため、ボルトの締付荷重検出装置としては使用されて
いない。本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、ボ
ルトを用いた組立構造物において、ボルトの適正なる締
付荷重を簡便でかつ精度よく検出できるボルトの締付荷
重検出装置を提供することを目的とする。

このため、本発明では材料の応力と磁気特性、特に保磁
力又は鉄頚特性との間に、第３図又は第４図に示すよう
に緊密な関係があることを研究の結果得たので、ボルト
の中心に案内孔を設けると共にこの案内孔に挿入し得る
磁気センサを製作してその保持力又は鉄損特性からボル
トの締付荷重を間接的に検出できるようにするものであ
る。

以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。一般
に保持力の測定は、鉄損測定に比較し、測定回路が複雑
となるので、ここでは簡便な鉄損特性を応用したボルト
の綿付荷重検出装置を主体に説明する。第５図は例えば
水車ランナへの締付ボルトの取付断面図を示すものであ
る。

すなわち、第５図において、１１は水車ランナの一部分
、１２はこの水車ランナー１への締付ボルトで、この締
付ボルト１２にはその中心にボルト加熱用案内孔１３が
設けられている。１４は本発明に係る磁気センサで、締
付ボルト１２の案内孔１３内にボルト締付荷重検出のた
め挿入されるものである。

一方、第６図は第５図の磁気センサー４の構成とボルト
綿付荷重検出部のブロックダイヤグラムである。

すなわち、第６図に示すように磁気センサー４は磁心１
４ａに励磁コイル１４ｂと出力二次電圧コイル１４ｃを
巻回したもので、これに磁気センサ案内棒１５を取り付
けている。このような磁気センサー４において、励磁コ
イル１４ｂを電源１６と電力計１７の電流端子に接続し
、又出力二次電圧コイル１４ｃを電力計１７の電圧端子
と電圧計１８１こ接続する。さらに電力計１７の出力端
子を鉄損変化を鉄損変化率として求め縦付荷重に変換す
る演算回路を備えた荷重指示計器１９に接続する。次に
上記のように構成されたボルトの続付荷重検出装置の作
用について述べる。

今、締付ボルト１２の案内孔１３内に磁気センサ案内棒
１５を介して磁気センサ１４を挿入すると、磁気センサ
ー４と締付ボルト１２との磁気的な関係は第７図に示す
如くなる。すなわち、電源１６により励磁コイル１４ｂ
を励磁すると磁気センサ磁心１４ａからの磁束ａの流れ
は稀付ボルト１２の中でボルトの張力方向に平行に流れ
、再び磁心１４ａに戻るような閉磁路が形成される。従
って、稀付ボルト１２の締付荷重が変化すれば当然ボル
トの磁気特性も変化することになり、これは磁気センサ
１４の出力二次電圧コイル１４ｃにより磁気特性変化と
して取り出され、電力計１７と電圧計１８に加わると共
に荷重指示計器１９に加わる。荷重指示計器１９では演
算回路により鉄損変化を鉄損変化率として求め締付荷重
に変換される。第８図は本発明に係る磁気センサを用い
ての締付ボルト１２の締付荷重の一測定例である。

磁気センサ磁気周波数は２００Ｈｚと１０００比との例
をあげた。鉄損変化率はボルト縦付荷重使用範囲内で２
０皿Ｚの場合約２％、１０００ＨＺの場合約１０％であ
り、この値は従来の検出器に比較し、充分な値であり、
簡便さ等においても優れている。なお、磁気センサ励磁
周波数は磁束がボルト１２に流れる過程で表皮効果を生
ずるので、測定精度を上げるためにも１００のセ以下が
よい。

また上記実施例において、磁気センサの感度を上げるた
めには第９図に示すような形状とした磁心２０ａを用い
て磁気センサを構成し、その磁心２０ａと被測定物、す
なわちボルト間の空隙の磁気抵抗を小さくするようにす
ればよい。第１０図は本発明の他の実施例の磁気センサ
２１を示すもので、これは第３図および第４図に示した
ように、材料の磁気特性は、引張り応力に比較し、圧縮
応力の方が密接な関係にあることから、ボルト締付時に
ボルトに加わる応力を圧縮応力として検出できるように
工夫されている。

すなわち、ボルト締付時にはボルトの軸方向応力は張力
となるが、直角方向では材料のポアソン比に従って圧縮
力が作用するので、この圧縮力を利用するように工夫さ
れている。第１１図は磁気センサ２１の断面図であり、
第１２図はこの時の締付ボルト１２と磁気センサ２１と
の磁気的な関係を示すものである。磁心２１ａからの磁
束ｂは縦付ボルト１２内で円周方向に流れ、再び滋心２
１ａに戻るようになっている。従って、ボルト内での磁
束通路の応力は前記したように圧縮力として作用してい
るので、磁気センサ２１によるボルト１２の応力検出は
ボルト締付荷重に比例した圧縮力となる。第１３図は第
８図に用いた締付ボルト１２について、磁気センサ２１
内にての縦付荷重測定例である。

鉄損変化率は圧縮応力の場合、プラスとして作用し、そ
の変化率も引張応力に比し大きく荷重に対してほぼ比例
関係にある。上記各実施例では中心孔を有するボルトの
締付荷重検出手段として、第７図の磁心１４ａ、第９図
の磁三心２０ａ、第１２図の磁心２１ａ等を有する磁気
センサを用い、その鉄損変化率又は保持力変化率を応用
したボルト縦付荷重検出装置について説明してきたが、
本発明では磁心を用いない磁気センサでも同様な効果が
得られることはいうまでもない。

以上述べたように本発明によれば、中心孔を有するボル
トに磁気センサを挿入し締付力によるボルト材料の磁気
特性変化量を求めるようにしたので、ボルトの締付荷重
を精度よく、かつ簡便に検出でき、さらにボルト締付力
経年変化に対しても容易に知ることができるので、実用
的なボルトの締付荷重検出装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は構造材料の応力と磁気特性との関係を表わす特
性曲線図、第２図は一般的な構造材料の応力検出手段の
説明図、第３図は保持力と応力との関係を示す特性曲線
図、第４図は鉄損と応力との関係を示す特性曲線図、第
５図は水車ランナへの競綿ボルトの取付断面図、第６図
は本発明の一実施例を示す磁気センサとボルト綿付荷重
検出装魔のブロックダイヤグラム、第７図は磁気センサ
と締付ボルトとの磁束の流れを示す説明図、第８図は第
７図における測定例を示す図、第９図は第７図の磁気セ
ンサ磁心の変形例を示す図、第１０図は本発明の他の実
施例における圧縮応力検出用磁気センサの側面図、第１
１図は第１０図の×−Ｘ線に沿う断面図ト第１２図は第
１０図の磁気センサと緒付ボルトとの磁束の流れを示す
説明図、第１３図は第１０図の磁気センサによるボルト
締付力の鉄損変化率による測定例を示す図である。 １１・・・・・・水車ランナの一部分、１２・・・・・
・中心孔１３を有するボルト、１４・・・・・・磁気セ
ンサ、１５・・・・・・磁気センサ案内棒、１６・・・
・・・電源、１７・・・・・・電力計、１８・・…・電
圧計、１９……荷重指示計器。 第１′図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 第、２図 第１３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 構造物を締付けるボルトに設けられた中心孔に移動
   可能に挿入される磁気センサと、この磁気センサの出力
   により締付力によるボルト材料の磁気特性変化量を求め
   る装置と、この装置によって求められた磁気特性変化量
   をもとに前記ボルトの締付力を測定する装置とから成る
   ボルトの締付荷重検出装置。