JPS6097228A - 記憶装置付き磁気軸力計 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、ボルトの軸力を測定する軸力計に関するもの
で、特にボルトの軸力をボルトに加わる応力と鉄損との
関係からめる様にした磁気軸力計に係る。

［発明の技術的背景］ 一般に、ボルト・ナツトで締結された組立構造物におい
て、特にその組立構造物が動的荷重を受ける場合には、
ボルト・ナツトの疲労破断を防止するために、適正なボ
ルトの軸力の管理が必要である。通常、ボルトの軸力は
、トルク法により、ボルト締何時の締付１トルクにＪ：
、って管理されている。しかし、このトルク法は、ボル
ト・ナツトのねじ面や、ボルト・ナツトと被締結物の接
触面の摩擦係数のばらつきが大きいため、ボルトの軸力
を所定値に管理することは困難で、ボルトの軸力に大き
なばらつきが生ずるという欠点があった。

従って、最近では、磁性材料の鉄損と、磁性材料に作用
する引張応力及び圧縮応力の間には、第１図に示す様な
密接な関係があることを利用して、磁性材！３１で作ら
れたボルトの鉄損を測定して、その測定された鉄損から
前記ボルトに作用している軸力を測定する磁気的方法が
用いられている。

第１図は、横軸に引張応力及び圧縮応力を、縦軸に鉄損
を取り、磁性材料に作用する応力と鉄損の関係を示した
ものである。第１図から明らかなように、磁性月利に圧
縮応力が作用する時は、圧縮応力と鉄損はほぼ直線関係
にあるので、この関係を利用して、鉄損を測定すれば、
高い精度で磁性材料に作用している圧縮応力をめること
ができる。

一般に、ボルトを締付けると、ボルト頭部上面の中心部
にけ、このボルトの軸力に対応する圧縮応力が円周方向
及び半径方向に生ずる。従って、ボルトの頭部上面の中
心部の鉄損を測定して、その圧縮応力をめれば、ボルト
に作用する軸力をめることができる。

通常、上述の関係を用いて、励磁材料で作られたボルト
の鉄損を測定するに轄、第２図に示すように、組立構造
物１，１′を締結しているポル１〜２及びナツト３の内
、ボルト２の頭部上面の中心部に磁気センサ４を当接さ
せて鉄損を測定し、その測定した鉄損を軸力変換器（図
示せず）に入力し、鉄損を軸力に変換して、ボルト２の
軸力を測定する。磁気センサ４は、断面路コの字形の鉄
心５に一次コイル（励磁コイル）６及び二次コイル（出
カニ次電圧コイル）７を巻いて構成され、−次コイル６
の日出線８を外部電源（図示せず）に、二次コイル７の
日出線９を制御装置（図示せず）に接続し、−次コイル
６を交流励磁すると、鉄心５からの磁束はボルト２の頭
部表層部を矢印の方向に流れ、再び鉄心５に戻る閉磁路
を形成する。

この場合、二次コイル７に誘起される出カニ次電圧を、
予め設定された設定電圧に等しくなるように、−次コイ
ル６の励磁電流を制御し、ボルト２の頭部表層部を流れ
る磁束を一定になるようにして、−次コイル６の励磁電
流と、二次コイル７の出カニ次電圧を鉄損測定器（図示
せず）に入力すれば、ボルト２の頭部上面の中心部の鉄
損を測定することができる。ボルト２に軸力が作用して
いる時の鉄損をＷｉ、ボルト２に軸力が作用していない
時の鉄損をＷＯとすれと、この時の鉄損変化＠（Ｗｉ　
−Ｗｏ　）は、第１図の関係から、ボルト２の頭部に作
用する圧縮応力即ちボルト２の軸力にほぼ比例するため
、（Ｗｉ　−Ｗｏ　）に比例定数αを乗じた次式から、
ボルト２の軸力をめることができる。

ボルト軸力＝α（Ｗｉ　−Ｗｏ　）・・・・・・・・・
（１）ここに、比例定数αは、磁束量、ボルトの太さ、
材質、磁気センサの種類等により決まるものであり、同
一ロツ１〜のボルトにおいては、略一定と見なされてい
る。

［背景技術の問題点］ ところで、従来、」二記の鉄損を利用した磁気軸力削に
よるポルｉ−の軸力の測定作業は、次の様に行なわれて
いた。

まず、測定に先立って磁気軸力計には、磁束量、ボルト
の太さ、材質、磁気センサの種類等により決まる比例定
数αと、軸力を計測せんとするボルトに軸力が作用して
いない時の初期鉄損値ＷＯを入力するが、ここでボルト
の初期鉄損値ＷＯは、個々のボルト毎に相違するので、
予め複数本の同一０ツトのボルトについて測定しておい
た平均値を入力している。そして、この平均値である初
期鉄損値ＷＯと、軸力が作用しているボルトの頭部上面
の中心部に磁気センサを当接させて計った鉄損Ｗｉとか
ら、ボルトの軸力α（Ｗｉ　−Ｗｏ　）を得る様にして
いる。

ところが、一般にボルトの初期鉄損値ＷＯは、同一ロッ
トのボルトであっても、ボルトの材質の成分やボルト頭
部表層部の加工歪みによる残留応。

力等の影響を受けてｌ、初期鉄損値にばらつきが生じる
ことは避けられず、たとえ数本のボルトの平均値を取っ
ても、それと現実に測定するボルトの初期鉄損値との間
には誤差が含まれ、高い精度でボルトの軸力を測定する
ことは不可能であった。

この様に初期鉄損値として複数のボルトの平均値を取っ
ても、測定した個々のボルトの軸力には誤差が含まれる
ことは避けられない為、従来の軸力計では、ボルトの軸
力の測定の度にボルトのロッ１へに応じた初期鉄損値を
一々測定して、軸力計にセットし直して、測定精度の向
上を計っているが、この様に測定の都度軸カバ１に初期
鉄損値を手作業で入力部ることは、測定作業の効率低下
の原因となっていた。

［発明の目的］ 本発明は、上記の如き従来技術の問題点を解消するため
になされたもので、その目的は、軸力を測定しようとす
る個々のボルトの初期鉄損値を測定且つ記憶し、この記
憶された初期鉄損値と軸力が作用しているボルトの鉄損
値と、比例定数αとからボルトの軸力を演算し、ボルト
のロットの相違にもかかわらず、−々初期鉄損値を軸力
計にセットして入力する必要がなく、しかも精度の高い
ボルトの軸力の測定を実施できる記憶装置付き磁気軸力
計を提供することにある。

［発明の概要コ 本発明の記憶装置付き磁気軸力計は、被測定ボルトの鉄
損を測定する磁気センサと、この磁気センサでボルトに
軸力が作用していない時に測定した初期鉄損値を記憶す
る記憶装置、及びこの記憶装置に記憶された初期鉄損値
と磁気センサとボルトに軸力が作用している時に測定し
た鉄損値と磁気軸力計に設定された比例定数αとから、
被測定ポル１〜の軸力を演算する演算器を有するもので
、ボルトの軸力の測定に先だって測定した被測定ボルト
の初期鉄損値を軸力計内部に記憶し、これを利用してボ
ルトの軸力の測定を行う様にしたものである。

［発明の実施例］ 本発明の記憶装置付き磁気軸力計の一実施例を、図面に
従って具体的に説明する。

第３図において、鉄心５及び−次コイル６、二次コイル
７を合成樹脂製の本体１０内にモールドしてなる磁気セ
ンサ４は、各コイル６．７から引出した日出線８．９を
本体１０の上部に設けたソケット１１を介してケーブル
１２に接続したもので、このケーブル１２の端部が磁気
軸力計本体１３に接続されている。この磁気軸力計本体
１３内には、第４図のブロック図に示す様に、比例定数
αの設定入力部１４と、前記磁気センサ４に接続された
初期鉄損値の記憶装置１５、及び同じく磁気センサ４に
接続されボルトに軸力が作用している時に測定された鉄
損値入力部１６とが設けられ、これらが前記（１）式の
演算を行う演算器１７に接続されている。そして、この
演算器１７には、演算結果である軸力を表示し記録する
為の表示記録装置１８が接続されている。また、前記各
入力部１４．１６と、初期鉄損値の記憶装置１５には、
それぞれの値を表示するための表示装置１４ａ。

１５ａ、１６ａが付設されている。

本実施例の磁気軸力泪は、上記の如き構成を有するもの
であるが、これを使用するには次の様にする。

まず、ボルトの締付時に当って、締付けられたボルトの
軸力を測定するには、軸力計の比例定数αの設定入力部
１４に比例定数αを設定入力した後、締付前のボルトの
頭部上面の中心部に磁気センサ４を当接してその初期鉄
損値ＷＯを計測し、これを軸力計本体内部の初期鉄損値
記憶装置１５に記憶させる。その後、ナツトランナ等を
用いてボルトの締付を行い、締付が完了した時点で、再
びボルト頭部上面の中心部に磁気センサ４を当接してそ
の鉄損値Ｗｉを測定する。この様にして測定された鉄損
値Ｗｉは、予め入力されていた比例定数α、及び記憶装
置１５に記憶された初期鉄損値ＷＯと共に演算器１７で
前記（１）式に従って演算がなされ、その演算結果が被
測定ボルトの軸力として記録表示装置１８に記録表示さ
れる。

一方、既に締付けられているボルトの軸力をボルト頭部
側面またはナツトの側面を利用して測定するには、前記
と同′様にして軸力計本体１３の比例定数αの設定入力
部１４に比例定数αを入力しておく。そして、第５図（
Ａ＞の如く、締付状態にある被測定ボルトの頭部側面ま
たはナツトの側面Ｂに、平行に伸びる断面路コの字形鉄
心５の両端がボルトの軸方向と平行になる様にして、磁
気センサ４を当接してその鉄損値を測定し、これを初期
鉄損値ＷＯとして記憶装置１５に記憶させる。

すなわち、ボルトに軸力が加わっている場合、ボルト頭
部側面またはナラ１〜側面には、ボルトの軸方向には圧
縮応力が作用するが、ボルトの軸方向に対して直角の方
向には圧縮応力はほとんど生じない。従って、第５図（
Ａ）の様に鉄心５をポル］−の軸方向に沿って当接した
としても、そこで測定される鉄損値は、ボルトの締伺前
と締付後とでほとんど変化しないことになる。そこで、
この様にして測定された鉄損値を、初期鉄損値ＷＯとし
て記憶装置１５に記憶させる。

次に、第５図（Ｂ）に示す如く、平行に伸びる断面路コ
の字形鉄心５の両端がボルトの軸方向と直角になる様に
、磁気センサをボルト頭部の側面またはナツトの側面に
当接して、その部分の鉄損を測定する。この場合は、前
記とは異なり、鉄心５とボルト頭部とで形成されるルー
プ状の磁路が、圧縮応力の方向と一致するので、鉄損は
応力に比例した値を示し、締付状態での鉄損値Ｗｉが測
定される。

以下は、前記と同様に予め入力された比例定数α、記憶
されていた初期鉄損値Ｗｏ、及び測定された鉄損値Ｗｉ
とから、演算器１７にてボルトの軸力を演算し、その結
果を表示記録装置１８に出力し、表示記録装置１８で表
示記録する。

本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、第
６図に示す様な伯の実施例も採用可能である。すなわち
、第４図の実施例では、１個の磁気センサで初期鉄損値
ＷＯとボルトに軸力が作用している時の鉄損値Ｗ１とを
測定していたのに対し、第６図の実施例では、初期鉄損
値測定用とボルトに軸力が作用している時の鉄損値測定
用との２個の磁気センサが゛用いられている。従って、
こ。

の実施例の軸力計は１１流れ作業の様に初肌鉄損値の測
定とボルトに軸力が作用している時の鉄１Ω値とを、別
々の箇所で同時に測定する場合に特に有効である。

また、本発明における記憶装置は、複数本のボルトの軸
力を測定する場合、それら全部の初期鉄損値ＷＯを記憶
し、必要の都度利用できるような大容量の装置であって
も良いことは自明である。

［発明の効果］ 以」二の通り、本発明によれば、個々の被測定ボルトの
初期鉄損値を測定し、これを記憶装置に入力し記憶させ
ることで、従来の様に、ロットのボルトの平均値を初期
鉄損値に使用する必要がなくなり、ポル１〜の軸力測定
の精度を格段に向上させることが可能となる。

また、従来は、測定精度を向上させるために、ボルトの
ロットの違い等に応じて軸力計に一々初期鉄損値をセッ
トし直していたが、本発明によれば、磁気センサをボル
トの頭部上面の中心部またはナツトの頭部側面に当接さ
せるだけで簡単に初ｖＩＩ鉄損値を検出記憶できるので
、従来の様に手作業で初期鉄損値を設定し直す必要がな
くなり、ボルトの軸力の測定作業が迅速且つ容易に実施
できる等効果が大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は磁性材料の応力と鉄損の関係を表す特性曲線図
、第２図は磁気センサをボルトの頭部上面の中心部に当
接させて、鉄損を測定する状態を説明する断面図、第３
図は本発明の記憶装置付き磁気軸力計の一実施例を示す
正面図、第１図は同じく各部の接続状態を示すブロック
図、第５図（Ａ）（Ｂ）はボルト頭部側面またはナツト
側面から鉄損値を測定する場合の磁気センサの配置を示
す正面図で、（Ａ＞は初期鉄損値の測定時、（Ｂ）は軸
力に対応する鉄損値の測定時を示すものである。第６図
は本発明の他の実施例の接続状態を示すブロックずであ
る。 １．１′・・・組立構造物、２・・・ボルト、３・・・
ナツト、４・・・磁気センサ、５・・・鉄心、６・・・
−次コイル、７・・・二次コイル、８．９・・・口出線
、１０・・・磁気センサ本体、１１・・・ソケッ１〜．
１２・・・ケーブル、１３・・・軸力計本体、１４・・
・比例定数αの設定入力部、１５・・・初期鉄損値の記
憶装置、１６・・・測定時の鉄損値の入力部、１７・・
・演算器、１８・・・記録表示装置。 出願人　株式会社芝浦製作所

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　被測定ボルトの初期鉄損値とボルトに軸力が作
   用している時の鉄損値を測定する磁気センサと、この磁
   気センサによって測定された初期鉄損値を記憶する記憶
   装置、及びこの記憶装置に記憶された初期鉄損値とボル
   トに軸力が作用している時に測定された鉄損値とから、
   被測定ボルトの軸力を演算する演算器を備えていること
   を特徴とする記憶装置付き磁気軸力計。
2. （２）　初期鉄損値を検出する磁気センサと、ボルトに
   軸力が作用しているときの磁気センサとが、同一のもの
   である特許請求の範囲第１項記載の記憶装置付き磁気軸
   力計。
3. （３）　初期鉄損値を検出する磁気センサと、ボルトに
   軸力が作用しているときの磁気センサとが、別体のもの
   である特許請求の範囲第１項記載の記憶装置付き磁気軸
   力計。