JP2005091250A - Gauge for stress and distortion measurement, and stress and distortion measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、歪みゲージを用いた応力・歪み測定に関し、特に、ボルト等の軸力測定に適した応力・歪み測定用ゲージとそれを用いた応力・歪み測定方法に関するものである。 The present invention relates to stress / strain measurement using a strain gauge, and more particularly to a stress / strain measurement gauge suitable for measuring an axial force of a bolt or the like and a stress / strain measurement method using the same.
機械部品である締結用のボルトの軸力管理は非常に重要なテーマであり、軸力のバラツキは製品の品質を大きく左右する。一般に軸力測定は製品開発段階で評価が行われ、従来、主に2種類の方法が用いられている。1つは、超音波を利用する方法で、予めボルトの両端面を平滑に仕上げたものを用い、締結した該ボルトの頭部に超音波探触子を当て、ボルトの軸方向に超音波を発射し、該超音波の反射時間を測定することによりボルト長さの変化を求め、軸力に換算する方法である。 Management of the axial force of fastening bolts, which are mechanical parts, is a very important theme, and variations in axial force greatly affect product quality. In general, axial force measurement is evaluated at the product development stage, and conventionally two types of methods are mainly used. One is a method using ultrasonic waves, which uses a smooth finish on both ends of the bolts in advance. An ultrasonic probe is applied to the head of the bolt that has been fastened, and ultrasonic waves are applied in the axial direction of the bolts. This is a method of calculating a change in bolt length by firing and measuring the reflection time of the ultrasonic wave and converting it to an axial force.
他の方法は、図9に示すようにリード線2、2を接続した円筒状の歪みゲージ1やシート状の歪みゲージ10を用意し、図10に示すように、ボルト20の頭部20aの中心に上記歪みゲージ1、10が収まる穴21を軸方向に沿って開け、該穴21に接着剤22を充填した後、上記歪みゲージ1または10を挿入して接着剤22を固化させるものである。この歪みゲージ内蔵のボルト20を用い、該ボルト20の締結による歪みを歪みゲージで読みとり軸力を計算する(例えば特許文献1)。該歪みゲージを用いた方法は、実稼動中においても長時間且つ連続的に測定が可能なため利用価値の高い軸力測定方法である。
また、特許文献2では、挿入用ロッドの表面にシート状の歪みゲージを予め接着してから、該ロッドをボルトに設けた穴内に挿入して、上記と同様にボルトの締結による歪みを測定器で読みとり軸力を計算する方法が提案されている。
In
しかし、前記した超音波を利用する方法では、ボルト頭部に超音波探触子を設置する必要があり、設置スペースの問題から設置不可能となる場合も多く、また、測定装置が非常に高価であるため複数箇所の同時測定には向いていない。
また、前記円筒状の歪みゲージ1やシート状歪みゲージ10を用いる方法では、歪みゲージの剛性が低く、穴への挿入作業に困難性を伴う問題がある。また、歪みゲージ1を接着剤中に挿入する際に、空気が巻き込まれ図10に示すように歪みゲージの内外に気泡60が発生する現象が生じる。この気泡60はボルト20の歪みが歪みゲージ1に円滑に伝達されるのを阻害して測定数値の信頼性を著しく低下させるという問題がある。また高温時の測定においては、該気泡60の空気が膨張することで接着剤22がボルト20もしくは歪みゲージ1から剥離してしまい測定不可能となる場合がある。このような空気の巻き込みを防止するには、歪みゲージ1を揺動させながら上記穴21内に挿入することが効果的と考えられるが、例えば歪みゲージ1の厚さは数十μm程度で円筒径も2〜3mm程度であり前述したように剛性が低いため揺動時の取り扱いには困難性を伴うという問題がある。
However, in the above-described method using ultrasonic waves, it is necessary to install an ultrasonic probe on the bolt head, which is often impossible due to installation space problems, and the measuring device is very expensive. Therefore, it is not suitable for simultaneous measurement at multiple locations.
Further, in the method using the
また、挿入用ロッドの表面にシート状の歪みゲージを予め接着してボルトの穴内に挿入する方法ではロッドによる剛性が得られるため、取り扱いは容易になる。しかし、この方法では歪みゲージや歪みゲージに接続されたリード線などによりロッド表面に凹凸が生じ、この凹凸によって穴への挿入時に空気が巻き込まれやすくしたがってロッドの周辺に気泡が生じやすいという問題がある。 In addition, in the method in which a sheet-shaped strain gauge is bonded in advance to the surface of the insertion rod and inserted into the bolt hole, the rigidity of the rod can be obtained, so that handling becomes easy. However, this method has a problem in that the rod surface is uneven due to the strain gauge or lead wire connected to the strain gauge, and this unevenness easily causes air to be caught when inserted into the hole, so that bubbles are likely to be generated around the rod. is there.
本発明は、上記事情を背景として成されたものであり、剛性の低い円筒状の歪みゲージやシート状の歪みゲージの剛性を向上させ、接着剤を充填した被測定物の穴への挿入を容易にし、さらには、挿入時の空気の巻き込みを抑制し、また空気を巻き込んだ場合においても排出が容易な形状とした応力・歪み測定用ゲージおよび該応力・歪み測定用ゲージを用いた測定方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made against the background of the above circumstances, and improves the rigidity of a low-rigidity cylindrical strain gauge or sheet-shaped strain gauge, and allows insertion of a measurement object filled with an adhesive into a hole. A stress / strain measurement gauge that facilitates and further suppresses air entrainment at the time of insertion and can be easily discharged even when air is entrained, and a measurement method using the stress / strain measurement gauge Is intended to provide.
上記課題を解決するため本発明の応力・歪み測定用ゲージのうち請求項1記載の発明は、筒状に形成された歪みゲージの内部に充填物が充填されて、一体化されていることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to
請求項2記載の応力・歪み測定用ゲージの発明は、請求項1記載の発明において、前記充填物に、歪みゲージの軸方向に沿って貫通する抜き孔が形成されていることを特徴とする。 A stress / strain measuring gauge according to a second aspect of the invention is characterized in that, in the invention according to the first aspect, a hole is formed in the filler along the axial direction of the strain gauge. .
請求項3記載の応力・歪み測定用ゲージの発明は、請求項2記載の発明において、前記充填物は、歪みゲージの軸方向端部に軸方向の凹部が形成されており、該凹部は、底側に向けて凹部横断面積が小さくなるテーパ形状を有し、底側で前記抜き孔に連通していることを特徴とする。
The invention for a stress / strain measurement gauge according to
請求項4記載の応力・歪み測定用ゲージの発明は、請求項1記載の発明において、前記充填物は、歪みゲージの軸方向端部に軸方向の錐形または球面状凸部が形成されていることを特徴とする。 A stress / strain measuring gauge according to a fourth aspect of the present invention is the invention according to the first aspect, wherein the filler has an axial conical or spherical convex portion formed at an axial end of the strain gauge. It is characterized by being.
請求項5記載の応力・歪み測定用ゲージの発明は、シート状の歪みゲージと、該歪みゲージの外面側にある補強部材とが一体的に形成されていることを特徴とする。
The stress / strain measuring gauge according to
請求項6記載の応力・歪み測定用ゲージの発明は、請求項5記載の発明において、前記補強部材は、歪みゲージの軸方向端部に軸方向の錐形または球面状凸部が形成されていることを特徴とする。
The stress / strain measuring gauge according to claim 6 is the invention according to
請求項7記載の応力・歪み測定用ゲージの発明は、請求項5または6に記載の発明において、シート状の歪みゲージと、該歪みゲージを外面から覆う2以上の分割補強部材とが接着・結合されて一体化されていることを特徴とする。
The invention for the stress / strain measuring gauge according to claim 7 is the invention according to
請求項8記載の応力・歪み測定方法は、被測定物に設けられた穴内に接着剤を注入し、この接着剤中に請求項1〜7のいずれかに記載の応力・歪み測定用ゲージを挿入して前記接着剤を固化させた後、前記被測定物に発生する応力・歪みを前記歪みゲージで測定することを特徴とする。
The stress / strain measuring method according to claim 8 is a method in which an adhesive is injected into a hole provided in a measurement object, and the stress / strain measuring gauge according to any one of
すなわち本発明によれば、剛性の低い歪みゲージを充填物や補強部材で補強して剛性の向上を図ることにより取り扱いが容易になり、接着剤を充填した穴への挿入も容易になる。また、凹凸形状をなくすことができるので、穴への挿入時に空気を巻き込みにくく、気泡が付着しにくい形状となる。例えば、前記充填物の軸方向端部や補強部材の軸方向端部(穴への挿入側)に錐形または球面状凸部を形成することにより、応力・歪み測定用ゲージをより円滑に接着剤中に挿入することができ空気の巻き込みが一層少なくなる。また、充填物に軸方向に貫通する抜き孔を形成することによって巻き込まれた空気が排出され、巻き込みによる気泡の生成が抑制される。なお、抜き孔を有する充填物の軸方向端部にテーパ状の凹部を形成することで巻き込まれた空気を凹部から上記抜き孔に誘導して排出を容易にする。 In other words, according to the present invention, the strain gauge having low rigidity is reinforced with a filler or a reinforcing member to improve the rigidity, thereby facilitating handling and easy insertion into the hole filled with the adhesive. In addition, since the uneven shape can be eliminated, it becomes a shape in which air is not easily trapped when inserted into the hole, and bubbles are difficult to adhere. For example, by forming conical or spherical convex portions at the axial end of the filler or the axial end of the reinforcing member (on the insertion side into the hole), the stress / strain measuring gauge can be bonded more smoothly. It can be inserted into the agent, and air entrainment is further reduced. Moreover, the air entrained is discharged by forming a hole that penetrates the filler in the axial direction, and generation of bubbles due to entrainment is suppressed. In addition, by forming a taper-shaped recessed part in the axial direction edge part of the filler which has a punching hole, the air wound up is guide | induced to the said punching hole from a recessed part, and discharge | emission is easy.
本発明の応力・歪み測定用ゲージには、通常、円筒状の歪みゲージまたはシート状の歪みゲージが用いられる。本発明としては、その形状・寸法を限定するものではなく、被測定物の形状・寸法により歪みゲージ本体の形状・寸法は適宜選択される。また、歪みゲージには2線式、3線式などの種類があるが、本発明においては、これを限定するものではなく用途に応じ選択することができる。また、歪みゲージ本体を複数個設置したものであってもよい。
また、充填物や補強部材に用いられる材質としては、歪みや膨張率の観点からボルト等の被測定物に設けられた穴内に充填する接着剤と同一のものを使用することが望ましい。
また本発明では、軸力などの応力・歪みを測定する種々の被測定物を対象にすることができ、代表的にはボルトが例示される。被測定物に設けられる穴は、上記応力・歪み測定用ゲージが収まるのに必要な大きさを有するものであればよく、適宜の径、深さで設けられるものである。
また、本発明では、応力・歪み測定用ゲージの歪みゲージで得られるデータを用いて、常法により演算して軸力を知ることができる。
For the stress / strain measuring gauge of the present invention, a cylindrical strain gauge or a sheet strain gauge is usually used. In the present invention, the shape and dimensions are not limited, and the shape and dimensions of the strain gauge body are appropriately selected according to the shape and dimensions of the object to be measured. There are two types of strain gauges, such as a two-wire type and a three-wire type, but in the present invention, this is not limited and can be selected according to the application. Further, a plurality of strain gauge bodies may be installed.
In addition, as a material used for the filler and the reinforcing member, it is desirable to use the same adhesive as that used to fill the hole provided in the object to be measured such as a bolt from the viewpoint of distortion and expansion rate.
Moreover, in this invention, the various to-be-measured objects which measure stress and distortion, such as an axial force, can be made into object, A volt | bolt is illustrated typically. The hole provided in the object to be measured only needs to have a size necessary for the stress / strain measurement gauge to be accommodated, and is provided with an appropriate diameter and depth.
Further, according to the present invention, the axial force can be obtained by calculation by a conventional method using data obtained by the strain gauge of the stress / strain measuring gauge.
以上説明したように、本発明によれば、剛性の低い歪みゲージ本体を補強して剛性の向上を図り、接着剤を充填した被測定物の穴への挿入を容易にするとともに、挿入時に空気を巻き込みにくくなる。また、空気を巻き込んだ場合においても排出が容易で気泡が付着しにくい形状とすることができ、軸力などの応力・歪み測定測定精度の向上を図ることができる。 As described above, according to the present invention, the strain gauge main body having low rigidity is reinforced to improve the rigidity, the insertion of the measurement object filled with the adhesive into the hole is facilitated, and the air is inserted at the time of insertion. It becomes difficult to entrain. Further, even when air is entrained, it can be easily discharged and the bubbles are less likely to adhere to it, and the measurement accuracy of stress / strain measurement such as axial force can be improved.
以下、本発明の実施形態を添付図に基づいて説明する。
図1は本発明の一実施形態を示す応力・歪み測定用ゲージ5の断面図であり、該応力・歪み測定用ゲージ5は、円筒状で該円筒軸方向の一端にリード線2が接続されている歪みゲージ1と、該歪みゲージ1の円筒内に充填された充填物3とが一体化されて構成されている。該充填物3には、軸中心で貫通する抜き孔30が形成されているとともに、リード線2が接続された円筒端部とは反対側の端部に軸方向の凹部31が形成されている。該凹部31は歪みゲージ1の内周面に沿って開口し、底側に向けて横断面が連続的に小さくなる円錐形のテーパ形状(傾斜角約45度)を有しており、底部で前記抜き孔30に連通している。なお、テーパ形状は連続的な他、多段のテーパ形状であっても良い。また、なお、凹部31のテーパ傾斜角度は約45度に限定するものではなく、状況に応じ任意の角度が選択される。また、凹部31の形状も円錐形に限定するものではなく、半球形や、円錐形と半球形との中間形など適宜選択できる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a stress /
次に、前記図1に示す本発明の応力・歪み測定用ゲージ5の製作方法を図2に基づいて説明する。製作に用いる型は、台座50の上面に傾斜角度約45度の円錐形の突起部50aが設けられており、該突起部50aの頂点に金属製または樹脂製のピン51が台座50の上面に対して直角に挿入設置されている。台座50の上面と接する位置における前記突起部50aの底面直径は、製作に使用する前記円筒状の歪みゲージ1の円筒内径に等しいか、やや小さいものとする。
製作では、まず台座50の突起部50aとその周囲およびピン51に離型剤を塗布する。その後、前記円筒状歪みゲージ1をリード線2が接続されていない側を下方にしてピン51が歪みゲージ1の中心に位置するように台座50上に設置する。この設置によって突起部50aは歪みゲージ1の下端部内側に位置する。そして、該円筒内部に接着剤からなる充填物を射出注入する。その際、円筒が動かないように任意の固定治具で保持してもよい。充填物が硬化した後、台座50を取り去ると歪みゲージ1の一端に円錐形の凹部31を有し、該円錐形の凹部31の頂点から前記円筒の他端まで円筒軸方向に貫通する抜き孔30を有する応力・歪み測定用ゲージ5が得られる。
Next, a manufacturing method of the stress /
In production, first, a release agent is applied to the
次に、本発明の応力・歪み測定用ゲージ5を被測定物であるボルト20に設置する手順について図3に基づいて説明する。
図3は、図1に示す本発明の応力・歪み測定用ゲージ5をボルト20の頭部20aから軸に沿って開けられた穴21内に挿入設置したボルト断面図を示している。
応力・歪み測定用ゲージ5のボルト20への取付に際しては、まずボルト20の頭部20aに歪みゲージ1の外径より大きい内径の穴21を所定の深さまで加工し、その後、該穴21内の脱脂、洗浄を充分に行う。次に、ボルト20の穴21内に接着剤22を充填するとともに、歪みゲージ1の外周表面にも接着剤22をなるべく均一な厚さで塗布する。なお、接着剤22は、上記充填物3と同材質とするのが望ましい。歪みゲージ1への接着剤22の塗布後、応力・歪み測定用ゲージ5を穴21内に挿入し穴底近傍まで押し込む。この時、ニードルなどの先端の鋭利な工具を用いて押し込むと応力・歪み測定用ゲージ5を確実に押し込むことができる。押し込みに際しては、歪みゲージ1と充填物3とが一体化されて高い剛性を有するため、挿入作業を容易に行うことができる。また、挿入時に巻き込んだ空気の気泡は、応力・歪み測定用ゲージ5の凹部31に誘導され抜き孔30を通して充填物3の端部から排出され、応力・歪み測定用ゲージ5の内外近傍に気泡が付着することを防止する。接着剤22が硬化した後、該ボルト20を測定箇所において締結する。この応力・歪み測定用ゲージ5は、空気の巻き込みが殆どなく、気泡による測定精度の低下が防止される。なお、応力・歪み測定用ゲージ5の挿入に際し、穴21の上方などに抜き孔から排出された空気で気泡61が発生しても、障害物がないため容易に排除することができる。
Next, the procedure for installing the stress /
FIG. 3 shows a cross-sectional view of a bolt in which the stress /
When the stress /
図4は、本発明の応力・歪み測定用ゲージ5を用いた軸力測定方法の一例を示したものである。上記方法にて製作した軸力測定用のボルト20に内蔵した応力・歪み測定用ゲージ5に接続されているリード線2、2を抵抗Rで構成されたブリッジ回路部40に接続し、さらに該ブリッジ回路部40と歪み測定・演算部41とをケーブル44にて接続する。歪み測定・演算部41には必要に応じて表示部42と記録部43が接続される。ボルトの歪みの変化は、応力・歪み測定用ゲージ5の歪みゲージ1の抵抗値変化として現れ、ブリッジ回路の電圧変化として歪み測定・演算部41に信号が送られ、該演算部41において歪み、応力、軸力など所望のデータが計算により得られる。該データは表示部42や記録部43に伝送され、適宜、各種表示や記録が行われる。
なお、上記実施形態では、本発明の応力・歪み測定用ゲージを用いて軸力を測定する形態について説明したが、本発明としては、軸力の測定に限定されるものではなく、被測定物に発生するその他の応力、歪みを測定する目的で使用することができる。
FIG. 4 shows an example of an axial force measuring method using the stress /
In the above-described embodiment, the form in which the axial force is measured using the stress / strain measuring gauge of the present invention has been described. However, the present invention is not limited to the measurement of the axial force, and the object to be measured It can be used for the purpose of measuring other stresses and strains generated in the film.
図5は本発明の応力・歪み測定用ゲージの他の実施形態を示した断面図である。なお、上記実施形態と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略または簡略化している。
この実施形態の応力・歪み測定用ゲージ5aは、リード線2が接続されている円筒状歪みゲージ1と、該歪みゲージ1内に充填された充填物3とにより構成されており、該充填物3には、リード線2が接続された円筒端部と反対側の端部において、円筒外径を底面直径とする傾斜角度約45度の円錐形凸部32が設けられている。なお、凸部32の円錐の傾斜角度は約45度に限定するものではなく、状況に応じ任意の角度が選択される。また、凸部32の形状も円錐形に限定するものではなく、他の錐形や半球形や、錐形と半球形との中間形などの適宜の形状を選択できる。要は、接着剤が円滑に流動して空気の巻き込みが防止される形状であればよい。
該応力・歪み測定用ゲージ5aを凸部32側から接着剤を充填した穴内に挿入することにより、空気の巻き込みを抑制し、また空気を巻き込んだ場合においても空気を凸部32の傾斜面に沿って外周側へ移動させることができ、応力・歪み測定用ゲージ5aの近傍に気泡が形成されるのを防止することができる。
FIG. 5 is a sectional view showing another embodiment of the stress / strain measuring gauge of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the structure same as the said embodiment, and the description is abbreviate | omitted or simplified.
The
By inserting the stress /
図6は、本発明の応力・歪み測定用ゲージのさらに他の実施形態を示したものである。(a)は正面図、(b)はその側面断面図を示している。
この実施形態の応力・歪み測定用ゲージ15は、矩形のシート状で長手方向の一端にリード線2、2が接続されている歪みゲージ10と、この歪みゲージ10を内包するように円柱形状に形成した補強部材11を有している。補強部材11は、軸方向一端からリード線2、2が引き出され、他端には、傾斜角度約45度の円錐形の凸部12が設けられている。このように、リード線2の一部も含めて補強部材12に内包することで、補強部材12の外部に引き出されているリード線2をつまみとして利用することができ、また、補強部材12内部ではリード線2が保護される。
この実施形態の応力・歪み測定用ゲージ15では、シート状歪みゲージ10の剛性が補強部材11によって大幅に向上し、取り扱いが容易になる。また、補強部材11が円柱形状を有することから側壁からの空気の巻き込みが少なく、また、凸部12によって前記凸部32と同様に先端側の空気が外周側に排除され空気の巻き込みが抑制される。
FIG. 6 shows still another embodiment of the stress / strain measuring gauge of the present invention. (A) is a front view, and (b) is a side sectional view thereof.
The stress /
In the stress /
上記応力・歪み測定用ゲージ15の製作方法の一例を図7に基づいて説明すると、先端に円錐凸部を有するキリ穴状のキャビティを形成する割型60a、60bを用意し、割型内面に離型剤を塗布した後、前記キャビティ内に矩形のシート状の歪みゲージ10をキャビティの中心に位置するように配置し、割型60a、60bを型合わせした後、キャビティ内に接着剤からなる充填物を射出注入して補強部材11をモールド形成する。充填物が硬化した後、前記割型を取り去るとシート状の歪みゲージ10を内包し、一端に円錐形の凸部12を有し、他端にリード線2が引き出された円柱形状の応力・歪み測定用ゲージ15が得られる。
An example of a manufacturing method of the stress /
図8は、上記応力・歪み測定用ゲージ15の他の制作方法を示したものである。
この制作方法では、前記補強部材11を軸方向に2分割した分割補強部材11a、11bを用意し、その合わせ面にそれぞれ歪みゲージ10を収納する浅溝13を形成しておく。なお、分割補強部材11a、11bには、凸部12を形成するために、半円錐形の分割凸部12a、12が形成されている。分割補強部材11a、11bの材質としては通常、樹脂系材が用いられ、好適には、ボルトの穴に充填する接着剤と同材質のものを用いる。
応力・歪み測定用ゲージ15の製作では、上記浅溝13内に接着剤を均一に塗布して該浅溝13内に歪みゲージ10を収納し、さらに分割補強部材11a、11bの接合面に接着剤を塗布し両者を貼り合わせる。接着剤硬化後、はみ出した接着剤を除去し表面を平滑に仕上げることにより所定の応力・歪み測定用ゲージ15が得られる。
FIG. 8 shows another production method of the stress /
In this production method, divided reinforcing
In the production of the stress /
1 歪みゲージ
2 リード線
3 充填物
5 応力・歪み測定用ゲージ
5a 応力・歪み測定用ゲージ
10 歪みゲージ
11 補強部材
12 凸部
15 応力・歪み測定用ゲージ
20 ボルト
21 穴
22 接着剤
30 抜き孔
31 凹部
32 凸部
60 気泡
61 気泡
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