JPS5819525A - 超音波を用いたボルト軸力管理方法 - Google Patents
超音波を用いたボルト軸力管理方法Info
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- JPS5819525A JPS5819525A JP11713481A JP11713481A JPS5819525A JP S5819525 A JPS5819525 A JP S5819525A JP 11713481 A JP11713481 A JP 11713481A JP 11713481 A JP11713481 A JP 11713481A JP S5819525 A JPS5819525 A JP S5819525A
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- Japan
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- bolt
- axial force
- ultrasonic wave
- tightened
- ultrasonic
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/25—Measuring force or stress, in general using wave or particle radiation, e.g. X-rays, microwaves, neutrons
- G01L1/255—Measuring force or stress, in general using wave or particle radiation, e.g. X-rays, microwaves, neutrons using acoustic waves, or acoustic emission
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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)
- (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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11713481A JPS5819525A (ja) | 1981-07-28 | 1981-07-28 | 超音波を用いたボルト軸力管理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11713481A JPS5819525A (ja) | 1981-07-28 | 1981-07-28 | 超音波を用いたボルト軸力管理方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5819525A true JPS5819525A (ja) | 1983-02-04 |
JPS6318127B2 JPS6318127B2 (ja) | 1988-04-16 |
Family
ID=14704286
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11713481A Granted JPS5819525A (ja) | 1981-07-28 | 1981-07-28 | 超音波を用いたボルト軸力管理方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5819525A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0116644A1 (en) * | 1982-03-30 | 1984-08-29 | Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. | Method of measuring contact stress of contacting solid surfaces with ultrasonic waves |
JPS61135628U (ja) * | 1985-02-13 | 1986-08-23 | ||
JP2011230226A (ja) * | 2010-04-27 | 2011-11-17 | Hino Motors Ltd | 油圧式トルクレンチの締付力の制御装置 |
US8467139B2 (en) | 2010-01-28 | 2013-06-18 | Nikon Corporation | Optical device, optical apparatus, and method of manufacturing the same |
CN110967143A (zh) * | 2019-11-12 | 2020-04-07 | 北京理工大学 | 一种便携式的螺栓紧固力超声检测系数标定装置 |
-
1981
- 1981-07-28 JP JP11713481A patent/JPS5819525A/ja active Granted
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0116644A1 (en) * | 1982-03-30 | 1984-08-29 | Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. | Method of measuring contact stress of contacting solid surfaces with ultrasonic waves |
JPS61135628U (ja) * | 1985-02-13 | 1986-08-23 | ||
US8467139B2 (en) | 2010-01-28 | 2013-06-18 | Nikon Corporation | Optical device, optical apparatus, and method of manufacturing the same |
JP2011230226A (ja) * | 2010-04-27 | 2011-11-17 | Hino Motors Ltd | 油圧式トルクレンチの締付力の制御装置 |
CN110967143A (zh) * | 2019-11-12 | 2020-04-07 | 北京理工大学 | 一种便携式的螺栓紧固力超声检测系数标定装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6318127B2 (ja) | 1988-04-16 |
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