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

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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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JP
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bolt
axial force
ultrasonic wave
tightened
ultrasonic
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JP11713481A
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JPS6318127B2 (ja
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Sakae Takeda
竹田 栄
Toshio Nonaka
野中 寿夫
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/25Measuring force or stress, in general using wave or particle radiation, e.g. X-rays, microwaves, neutrons
    • G01L1/255Measuring 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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  • 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。

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。
JP11713481A 1981-07-28 1981-07-28 超音波を用いたボルト軸力管理方法 Granted JPS5819525A (ja)

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JPS5819525A true JPS5819525A (ja) 1983-02-04
JPS6318127B2 JPS6318127B2 (ja) 1988-04-16

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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