JP3428474B2 - bolt - Google Patents
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- JP3428474B2 JP3428474B2 JP35743998A JP35743998A JP3428474B2 JP 3428474 B2 JP3428474 B2 JP 3428474B2 JP 35743998 A JP35743998 A JP 35743998A JP 35743998 A JP35743998 A JP 35743998A JP 3428474 B2 JP3428474 B2 JP 3428474B2
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- Details Of Spanners, Wrenches, And Screw Drivers And Accessories (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボルトに関し、さ
らに詳しくは、超音波により軸力を測定するのに適した
ボルトに関するものである。ここで、軸力とは、ボルト
を締付けた際にその軸方向に発生する締付力をいう。
【0002】
【従来の技術】従来より、ボルトの締付けを確実に行う
等のために、超音波を用いてボルトに発生した軸力を測
定することが行われている。この軸力の測定は、ボルト
の一端面から超音波を入射し、ボルトの軸方向他端面で
反射された反射波(エコー)を検出し、この検出結果に
基づいてボルトに発生した軸力を測定するものである。
図2に示すように、ボルトの締付け前(図2A)と後
(図2B)とでは、ボルトに発生する軸力に伴って超音
波を入射してから反射波を検出するまでの時間に差tが
生じ、さらには、この時間差tは軸力に比例して変化す
る。したがって、軸力を測定するために、一般に、超音
波を入射してから反射波を検出するまでの時間が測定さ
れる。
【0003】軸力を検出するための軸力測定装置は、一
般に、ボルトの頭部に装着されて超音波をボルトに入射
すると共に反射波を検出する圧電素子を備えてなるもの
で、ボルトの頭部に係合されるソケットを回転駆動する
ナットランナ等、ボルト締付け装置に適用される。軸力
測定装置によってボルトに発生する軸力を測定しつつ、
ボルト締付け装置を駆動し、軸力が目的の値に到達した
ことを検出すると、ボルト締付け装置を停止する。これ
により、ボルトは、一定の軸力が発生するように締付け
られることとなる。
【0004】ところで、従来より通常使用されているボ
ルト21は、図3に示すように、圧電素子31から超音
波が入射される一端面となる頭部22の端面22a、お
よび、超音波を反射するボルト21の軸方向他端面とな
る軸部23の先端面23aが、ほぼ平坦に形成されてい
る。そのため、超音波およびその反射波の軸部23にお
ける伝播経路が拡散することとなる(図4の矢印Uwa
を参照)。拡散した反射波は、伝播経路によって圧電素
子31に到達する時間が異なり、反射波が複数検出され
ることとなる。また、従来より通常使用されているボル
ト21は、図3に示すように、ボルト締付け装置のソケ
ット等(図示は省略する)に係合される頭部22の断面
積の大きさ(径)d2が、ねじが形成された軸部23の
径d3よりも大きく形成されている。そのため、頭部2
2から入射された超音波の全体が軸部23の先端面23
aで反射されるとはかぎらず、検出される反射波の中に
は頭部22の軸部側端面22bにより生じる反射波(図
3の矢印Uwbを参照)が含まれることとなる。このよ
うな場合には、図5に示すように、複数検出された反射
波Uwaのいずれが軸部23の先端面23aで反射され
た反射波であるのか明確でなく、また、ボルト21の頭
部22の反対側端面22bにより生じた反射波Uwbが
ノイズの原因となる等、軸力の測定精度を低下させる原
因となる。
【0005】そこで、このような事情を背景として、実
開昭60−194473号公報に開示されているよう
に、ボルトの頭部の端面に密接し該ボルトの端面を通し
て超音波を該ボルト内へ入射させる超音波振動子を備え
たボルト軸力検出装置において、前記超音波振動子とボ
ルトの端面との間に、該超音波振動子からボルトの端面
に向かう超音波を収束させる超音波レンズを配設したボ
ルト軸力検出装置が知られている。このものにおいて
は、超音波振動子が接着されたキャップの下端面に比較
的大きな曲率半径を成す凹面が形成され、ボルト頭部と
の間に片面が平面である凸レンズ状の空間が形成され
る。そして、この空間に充填された油で凸型超音波レン
ズを構成することが記載されている。而して、このボル
ト軸力検出装置では、超音波振動子からボルトの端面に
向かう超音波が超音波レンズの作用により収束させられ
るので、ボルト頭部に入射した超音波はそのボルト頭部
に続くボルト軸部に伝播するに従ってボルト軸部の断面
に集中し、ボルト頭部に入射した超音波は効率よくボル
ト軸部内において伝播される。このため、比較的強い超
音波がボルト軸部において超音波の伝播時間の検出のた
めに伝播させられる結果、その超音波を受けたときの信
号レベルが他のノイズに比較して高いレベルに引き上げ
られ、高精度のボルト軸力を検出することができる。な
お、超音波を収束するように作用する超音波レンズにつ
いて、空間内に充填される物質とキャップを構成する物
質との音速(超音波伝播特性)に応じて空間の形状を変
更することが記載されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、軸力を
測定するボルトは、その長さが一定とは限らない。した
がって、実開昭60−194473号公報に開示された
ボルト軸力検出装置にあっては、超音波レンズによって
超音波振動子からボルトの端面に向かう超音波が収束さ
れるものの、超音波振動子からボルトの端面に向かう超
音波の収束度が異なることとなり、ボルトの長さに応じ
て超音波レンズ(超音波振動子が接着されたキャップの
下端面に形成された凹面)の、凹か凸か、あるいはその
曲率等を含む形状を、さらには、空間内に充填される物
質等の超音波伝播特性を選択する必要がある。また、こ
のものにあっては、超音波振動子からボルトの端面に向
かう超音波を収束させることについては考慮されている
ものの、ボルトの軸部先端面において反射された後の超
音波を収束することについては考慮されていない。した
がって、反射波の伝播経路が複雑となり、検出される際
の反射波は拡散した状態となっている場合がある。
【0007】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
で、軸力検出装置の諸設定を変更することなく精度よく
軸力を測定することができるボルトおよびそのボルトの
ための軸力測定デバイスを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、頭部および先端の相対向する端面が曲面
に形成されており、超音波により軸力が測定されるボル
トであって、前記曲面を、ボルトの軸部の基端部と先端
部を対角線で結んだその交点を中心として、ボルトの頭
部および先端までの距離をそれぞれ半径とした曲率で形
成したことを特徴とするものである。
【0009】本発明では、頭部と先端との相対向する端
面にそれぞれ形成された曲面が超音波レンズとして機能
する。そして、この曲面を、ボルトの軸部の基端部と先
端部を対角線で結んだその交点を中心として、ボルトの
頭部および先端までの距離をそれぞれ半径とした曲率で
形成することにより、ボルトの頭部端面から超音波が入
射される場合には、超音波は、軸部先端面に向かって収
束された状態でボルト内を進み、軸部先端面で反射され
て反射波となって頭部端面に向かって収束された状態で
再び戻る。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明に係るボルトの実施の一形
態を、図1および図2に基づいて詳細に説明する。な
お、図において同一符号は同一部分または相当部分とす
る。
【0011】本発明のボルトは、概略、超音波により軸
力が測定されるボルトであって、図1に示すように、ボ
ルト1の頭部2および軸部3の先端の相対向する端面2
a,3aを、所定の曲率r5,r4を有する曲面に形成
したものである。
【0012】そして、ボルト1の頭部2の端面2aに形
成される曲率r5と、軸部3の先端面3aに形成される
曲率r4とを異ならせて曲面を形成したものである。ボ
ルト1の頭部2の端面2aに形成される曲面の曲率r5
は、超音波発振子(後述する)から発振される超音波を
軸部3の端面3aに収束させるように決定され、また、
軸部3の先端面3aに形成される曲面の曲率r4は、超
音波発振子から発振される超音波を超音波検出手段(後
述する)に収束された状態で反射波を反射させることが
できるように決定される。その曲率の決定の仕方を以下
に説明する。ボルト1の頭部2が締結対象Sに着座して
いる状態での軸部3の基端をそれぞれF、Iとし、軸部
3の先端部をG、Hとした場合に、FとHを結んだ仮想
線とIとGを結んだ仮想線とが交わる点を中心C2 とす
る。そして、軸部3の先端面には中心C2 からGまでの
距離を半径として曲率r4の曲面が形成されている。ま
た、ボルト1の頭部2先端部には中心C2 からFをとお
り、その延長線上がボルト1の先端面が交差する部分E
までの距離を半径として曲率r5の曲面が形成されてい
る。なお、頭部2および軸部3の先端の端面2a,3a
を曲面に形成するための加工は、ボルト1の製造後また
は軸部3にねじを形成すると同時に、切削や研削等によ
り行うことができる。このように形成されたボルト1
は、頭部2がナットランナ等の締付装置のソケット(図
示は省略する)に係合され、ソケットを回転駆動するこ
とにより締結対象Sの雌螺子に螺合され締付けられる。
そして、その際の軸力を軸力測定装置10により測定
し、この測定結果に基づいて締付装置を制御することが
できる。
【0013】軸力測定装置10は、ボルト1の頭部2の
端面2aから超音波を発振すると共に反射波を検出する
超音波発振子および超音波検出手段として機能する圧電
素子11と、この圧電素子11に超音波を発振させると
共に圧電素子が反射波を検出することにより出力する信
号を処理する超音波発振・検出装置12とを備えてい
る。ここで、超音波発振子および超音波検出手段として
機能するものには、圧電素子に限らず電歪型の振動子で
あってもよい。
【0014】圧電素子11は、締付装置のソケット内
に、あるいは、締付装置とは別体のボルト1に対して当
接・退避可能に設けられた接触子13内に、ボルト1の
頭部2の端面2aと密着するように設けられる。圧電素
子11は、超音波発振・検出装置12とケーブル14に
より接続されている。なお、圧電素子11をボルト1の
頭部2の端面2aに直接固着し、圧電素子11と超音波
発振・検出装置12のケーブル14とを、コネクタ等を
介して着脱可能に接続することができるように構成する
こともできる。
【0015】超音波発振・検出装置12は、圧電素子1
1に超音波を発振させるべく所定電圧の高周波パルスを
供給し、また、反射波により発生する圧電素子11から
の出力信号を増幅して、超音波を発振させてから反射波
を検出するまでの時間差t(図2を参照)を測定するも
のである。
【0016】超音波発振・検出装置12からケーブル1
4を介して圧電素子11に所定電圧の高周波パルスが供
給されると、圧電素子11の圧電効果によりボルト1の
頭部2の端面2aから超音波が入射される。ボルト1の
頭部2の端面2aが曲面に形成されていることにより超
音波レンズとして機能するため、入射された超音波は、
軸部3の先端面3aに向かって収束された状態でボルト
1内を伝播することとなる。そしてまた、軸部3の先端
面3aが曲面に形成されていることにより超音波レンズ
として機能するため、軸部3の先端面3aで反射された
反射波は、同様に収束された状態で再び圧電素子11に
向かって戻るように伝播することとなる。このように、
ボルト1内の超音波の伝播経路が拡散することがなく、
超音波が確実に軸部3の先端面3aで反射されて圧電素
子11により検出されるため、軸力を精度良く測定する
ことができる。また、軸力検出装置10の接触子13等
の構成部材の形状や材質等の諸設定を、軸力を測定する
ボルト1の長さLや構成部材の超音波伝播特性等に応じ
て変更する必要がない。
【0017】なお、頭部2の端面2aに形成される曲面
の曲率r5と、軸部3の先端面3aに形成される曲面の
曲率r4とを異ならせたため、頭部2の端面2aによる
超音波の収束度と、軸部3の径D3ならびにその先端面
3aによる反射波の収束度とに応じて、頭部2の曲面2
aの、中心C2 から軸部の基端F、Iをとおる延長線が
交差する位置J、Kの範囲D4内で圧電素子11の平面
視における径を決定することができる。
【0018】この実施の形態では、特にボルト1の頭部
2の先端部2aに形成された曲率r5の曲面が超音波レ
ンズとして、圧電素子11から発振された超音波を収束
させ、締結対象Sのボルト1の挿入孔端部(図1のF、
I部に相当)と干渉することなくボルト1の軸部3内を
伝播する。また、軸部3の先端部3aに形成された曲率
r4の曲面で反射された反射波は同様に収束された状態
で、締結対象Sのボルト1の挿入孔端部(図1のF、I
部に相当)と干渉することなく再び圧電素子11に向か
って戻るように伝播する。よって、最終的に圧電素子1
1にて検出される反射波は、より収束された状態となる
ため軸力の測定精度が向上できるとともに、ボルト1の
軸部3の長さおよび頭部2の高さにより両端面の曲率を
決められるので設計上の自由度が増す。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、ボルトの曲面に形成さ
れた頭部および先端の相対向する端面の曲率を、ボルト
の軸部の基端部と先端部を対角線で結んだその交点を中
心として、ボルトの頭部および先端までの距離をそれぞ
れ半径としたことにより、超音波が収束された状態で締
結対象のボルトの挿入孔端部と干渉することなく伝播す
るため、軸力の測定精度を向上させることができる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bolt, and more particularly, to a bolt suitable for measuring axial force by ultrasonic waves. Here, the axial force refers to a tightening force generated in the axial direction when a bolt is tightened. 2. Description of the Related Art Conventionally, in order to securely tighten a bolt, the axial force generated on the bolt has been measured using ultrasonic waves. To measure the axial force, an ultrasonic wave is incident from one end surface of the bolt, a reflected wave (echo) reflected at the other axial end surface of the bolt is detected, and the axial force generated on the bolt is determined based on the detection result. It is to be measured.
As shown in FIG. 2, before tightening the bolt (Fig. 2 A) and after (Fig. 2 B) and at the time of association with the axial force generated in the bolt from the incident ultrasonic wave to the detection of the reflected wave , And the time difference t changes in proportion to the axial force. Therefore, in order to measure the axial force, generally, the time from when the ultrasonic wave is incident to when the reflected wave is detected is measured. An axial force measuring device for detecting an axial force is generally provided with a piezoelectric element mounted on the head of a bolt to input an ultrasonic wave to the bolt and detect a reflected wave. The present invention is applied to a bolt tightening device such as a nut runner that rotationally drives a socket engaged with a head. While measuring the axial force generated on the bolt by the axial force measuring device,
When the bolt tightening device is driven and it is detected that the axial force has reached a target value, the bolt tightening device is stopped. As a result, the bolt is tightened so as to generate a constant axial force. As shown in FIG. 3 , a bolt 21 conventionally used usually reflects an end face 22a of a head 22, which is an end face on which ultrasonic waves are incident from a piezoelectric element 31, and an ultrasonic wave. The distal end surface 23a of the shaft portion 23, which is the other axial end surface of the bolt 21 to be formed, is formed substantially flat. Therefore, the propagation path of the ultrasonic wave and its reflected wave in the shaft portion 23 is diffused (the arrow Uwa in FIG. 4).
See). The time of the diffused reflected wave reaching the piezoelectric element 31 varies depending on the propagation path, and a plurality of reflected waves are detected. Further, as shown in FIG. 3 , a bolt 21 conventionally used usually has a size (diameter) d2 of a sectional area of a head 22 engaged with a socket or the like (not shown) of a bolt tightening device. However, it is formed larger than the diameter d3 of the shaft portion 23 on which the screw is formed. Therefore, head 2
The whole of the ultrasonic wave incident from 2 is the tip surface 23 of the shaft portion 23.
a, the reflected wave detected by the shaft-side end face 22b of the head 22 (see FIG.
3 (see arrow Uwb). In such a case, as shown in FIG. 5 , it is not clear which of the plurality of detected reflected waves Uwa is a reflected wave reflected by the tip end surface 23 a of the shaft portion 23, The reflected wave Uwb generated by the end face 22b on the opposite side of the portion 22 causes noise, for example, and causes the measurement accuracy of the axial force to decrease. Under such circumstances, as disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. Sho 60-194473, the ultrasonic wave enters the bolt closely through the end face of the bolt head and through the end face of the bolt. In a bolt axial force detection device provided with an ultrasonic vibrator to be incident, an ultrasonic lens that converges ultrasonic waves from the ultrasonic vibrator toward an end surface of the bolt is provided between the ultrasonic vibrator and an end surface of the bolt. An installed bolt axial force detecting device is known. In this device, a concave surface having a relatively large radius of curvature is formed on the lower end surface of the cap to which the ultrasonic vibrator is adhered, and a convex lens-like space having a flat surface on one side is formed between the cap and the head of the bolt. . It is described that a convex ultrasonic lens is constituted by oil filled in the space. Thus, in this bolt axial force detecting device, the ultrasonic wave directed from the ultrasonic transducer toward the end face of the bolt is converged by the action of the ultrasonic lens, so that the ultrasonic wave incident on the bolt head is applied to the bolt head. As the light propagates to the subsequent bolt shaft, it concentrates on the cross section of the bolt shaft, and the ultrasonic wave incident on the bolt head is efficiently propagated in the bolt shaft. As a result, a relatively strong ultrasonic wave is propagated in the bolt shaft portion for detecting the propagation time of the ultrasonic wave. As a result, the signal level when receiving the ultrasonic wave is raised to a higher level than other noises. As a result, a highly accurate bolt axial force can be detected. In addition, regarding the ultrasonic lens that acts to converge the ultrasonic waves, it is described that the shape of the space is changed according to the speed of sound (ultrasonic propagation characteristics) between the material filling the space and the material forming the cap. Have been. [0006] However, the length of the bolt for measuring the axial force is not always constant. Therefore, in the bolt axial force detection device disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 60-194473, the ultrasonic lens converges the ultrasonic wave from the ultrasonic vibrator toward the end face of the bolt, but the ultrasonic vibrator The convergence of the ultrasonic waves from the head to the end face of the bolt is different, and the concave or convex of the ultrasonic lens (concave surface formed on the lower end face of the cap to which the ultrasonic vibrator is adhered) varies depending on the length of the bolt. It is necessary to select the shape including the curvature or the like, and the ultrasonic wave propagation characteristics of the substance or the like to be filled in the space. Further, in this device, although it is considered to converge the ultrasonic wave directed from the ultrasonic transducer toward the end face of the bolt, the ultrasonic wave reflected on the tip end face of the bolt converges the ultrasonic wave. That is not taken into account. Therefore, the propagation path of the reflected wave becomes complicated, and the reflected wave at the time of detection may be in a diffused state. The present invention has been made in view of the above problems, and a bolt and an axial force measuring device for the bolt capable of accurately measuring an axial force without changing various settings of an axial force detecting device. The purpose is to provide. According to the present invention, in order to achieve the above-mentioned object, opposed end faces of a head and a tip are curved.
A bolt whose axial force is measured by ultrasonic waves, wherein the curved surface is formed by a base end and a tip of a shaft part of the bolt.
Head of the bolt, centered on the diagonal intersection
It is characterized in that it is formed with a curvature in which the distance to the portion and the tip is a radius . According to the present invention, opposing ends of the head and the tip are provided.
The curved surface formed on each surface functions as an ultrasonic lens . Then, fit this curved surface to the base end of the bolt shaft
Centering on the diagonal intersection of the ends,
The radius of curvature is the distance to the head and the tip, respectively.
By forming, the ultrasonic wave enters from the end face of the bolt head.
If it is Isa, ultrasound, viewed in the bolt advance while being converged toward the shank distal end face, it is reflected by the axial front edge surface
It returns again in a state of being converged toward the head end face as a reflected wave . An embodiment of a bolt according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2. The same reference numerals in the drawings denote the same or corresponding parts. The bolt of the present invention is a bolt whose axial force is measured by ultrasonic waves. As shown in FIG. 1, the head 2 of the bolt 1 and the end faces 2 of the tip of the shaft 3 oppose each other.
a and 3a are formed on curved surfaces having predetermined curvatures r 5 and r 4 . Then, a shape is formed on the end face 2a of the head 2 of the bolt 1.
The curvature r5 to be formed and the tip surface 3a of the shaft portion 3 are formed.
A curved surface is formed by making the curvature r4 different. The curvature of the curved surfaces formed on the end surface 2a of the head 2 of the bolt 1 r 5
Is determined so that an ultrasonic wave oscillated from an ultrasonic oscillator (described later) converges on the end face 3 a of the shaft portion 3.
Curvature r 4 of the curved surfaces formed on the front end surface 3a of the shaft portion 3, be reflected a reflected wave in a state of being focused ultrasound emitted from the ultrasonic oscillator to the ultrasonic detection means (to be described later) Determined to be able to. How to determine the curvature is as follows
Will be described. With the head 2 of the bolt 1 sitting on the fastening target S
The base ends of the shaft portion 3 in the state where
If the tip of 3 is G and H, a virtual link between F and H
The point where the line intersects the virtual line connecting I and G is defined as the center C2.
You. The tip end of the shaft 3 has a center C2 to G
A curved surface with a curvature r4 is formed with the distance as the radius. Ma
At the tip of the head 2 of the bolt 1, pass F from the center C2.
And a portion E where the tip surface of the bolt 1 intersects the extension line
A curved surface with a curvature r5 is formed with the distance to the radius as the radius.
You. The end faces 2a, 3a of the head 2 and the tip of the shaft 3
Can be formed by cutting, grinding, or the like at the same time that the bolt 1 is manufactured or at the same time that the screw is formed on the shaft portion 3. Bolt 1 thus formed
The head 2 is engaged with a socket (not shown) of a tightening device such as a nut runner, and is screwed into a female screw of the fastening target S by rotating the socket to be tightened.
Then, the axial force at that time is measured by the axial force measuring device 10, and the fastening device can be controlled based on the measurement result. The axial force measuring device 10 includes an ultrasonic oscillator that oscillates ultrasonic waves from the end face 2a of the head 2 of the bolt 1 and detects a reflected wave, and a piezoelectric element 11 that functions as ultrasonic detecting means, An ultrasonic oscillation / detection device 12 is provided for causing the element 11 to oscillate ultrasonic waves and for processing signals output by detecting reflected waves from the piezoelectric elements. Here, what functions as the ultrasonic oscillator and the ultrasonic detecting means is not limited to the piezoelectric element, but may be an electrostrictive vibrator. The piezoelectric element 11 is mounted in a socket of the tightening device or in a contact 13 provided so as to be able to come into contact with and retract from the bolt 1 separate from the tightening device. It is provided so as to be in close contact with the end face 2 a of the portion 2. The piezoelectric element 11 is connected to the ultrasonic oscillation / detection device 12 by a cable 14. The piezoelectric element 11 is directly fixed to the end face 2a of the head 2 of the bolt 1, and the piezoelectric element 11 and the cable 14 of the ultrasonic oscillation / detection device 12 can be detachably connected via a connector or the like. It can also be configured as follows. The ultrasonic oscillation / detection device 12 includes the piezoelectric element 1
1 is supplied with a high-frequency pulse of a predetermined voltage so as to oscillate the ultrasonic wave, and amplifies the output signal from the piezoelectric element 11 generated by the reflected wave, and oscillates the ultrasonic wave to detect the reflected wave. The time difference t (see FIG. 2 ) is measured. Cable 1 from ultrasonic oscillation / detection device 12
When a high-frequency pulse of a predetermined voltage is supplied to the piezoelectric element 11 via 4, ultrasonic waves are incident from the end face 2 a of the head 2 of the bolt 1 by the piezoelectric effect of the piezoelectric element 11. Since the end surface 2a of the head 2 of the bolt 1 is formed as a curved surface, it functions as an ultrasonic lens .
The light propagates in the bolt 1 while being converged toward the distal end surface 3a of the shaft portion 3. Further, since the distal end surface 3a of the shaft portion 3 functions as an ultrasonic lens by being formed as a curved surface, the reflected wave reflected by the distal end surface 3a of the shaft portion 3 is again converged and converged. The light propagates back toward the piezoelectric element 11. in this way,
The propagation path of the ultrasonic wave in the bolt 1 is not diffused,
Since the ultrasonic wave is reliably reflected by the tip end surface 3a of the shaft portion 3 and detected by the piezoelectric element 11, the axial force can be measured with high accuracy. Further, various settings such as the shape and material of the constituent members such as the contact 13 of the axial force detecting device 10 are changed according to the length L of the bolt 1 for measuring the axial force, the ultrasonic propagation characteristics of the constituent members, and the like. No need . [0017] Note that the curved surface of curvature r5 that is formed on the end surface 2a of the head 2, since having different curvature r4 of the curved surfaces formed on the front end surface 3a of the shaft portion 3, by the end face 2a of the head 2 Ultra The curved surface 2 of the head 2 depends on the degree of convergence of the sound wave, the diameter D3 of the shaft 3 and the degree of convergence of the reflected wave from the tip surface 3a.
The extension of a from the center C2 through the base ends F and I of the shaft is
The diameter of the piezoelectric element 11 in a plan view can be determined within the range D4 of the intersecting positions J and K. In this embodiment, the curved surface of the curvature r5 formed at the tip 2a of the head 2 of the bolt 1 serves as an ultrasonic lens to converge the ultrasonic waves oscillated from the piezoelectric element 11, and insertion hole end portion of the bolt 1 (in FIG. 1 F,
(Corresponding to the I portion) and propagates in the shaft portion 3 of the bolt 1 without interference. Also, the reflected wave reflected by the curved surface having the curvature r4 formed at the tip 3a of the shaft 3 is similarly converged, and the end of the insertion hole of the bolt 1 of the fastening target S (F, I in FIG. 1 ).
And propagates back toward the piezoelectric element 11 again without interference. Therefore, finally, the piezoelectric element 1
The reflected wave detected at 1 becomes more converged, so that the measurement accuracy of the axial force can be improved, and the curvature of both end faces can be changed by the length of the shaft 3 of the bolt 1 and the height of the head 2. Since it can be determined, the degree of freedom in design increases. According to the present invention, a bolt formed on a curved surface is formed.
The curvature of the end face facing each of the head and the tip, the bolt
The intersection of the diagonal line between the base and tip of the shaft
As a heart, the distance to the head and tip of the bolt
By setting the radius, the ultrasonic wave propagates in a converged state without interfering with the end of the insertion hole of the bolt to be fastened, so that the measurement accuracy of the axial force can be improved.
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のボルトと軸力検出装置との一実施の形
態を示す正面図である。
【図2】軸力検出装置の圧電素子によりボルトの頭部か
ら入射された超音波がその軸部の先端面で反射され、反
射波が圧電素子により検出される状態を示す説明図であ
る。
【図3】従来のボルトの、入射された超音波がボルトの
頭部の軸部側端面により反射される状態を示す説明図で
ある。
【図4】従来のボルトの、超音波およびその反射波の伝
播経路が拡散される状態を示す説明図である。
【図5】従来のボルトの頭部の端面および軸部先端面が
平坦に形成されている場合に、複数検出された反射波の
いずれが軸部先端面で反射された反射波であるのか明確
でなく、また、頭部の軸部側端面で反射された反射波に
よりノイズが発生した状態を示す説明図である。
【図6】従来のボルトの、超音波およびその反射波の伝
播経路が拡散される状態を示す説明図である。
【図7】従来のボルトの頭部の端面および軸部先端面が
平坦に形成されている場合に、複数検出された反射波の
いずれが軸部先端面で反射された反射波であるのか明確
でなく、また、頭部の軸部側端面で反射された反射波に
よりノイズが発生した状態を示す説明図である。
【符号の説明】
1 ボルト
2 頭部
2a 端面
3 軸部
3a 先端面
r4 軸部先端面の曲率
r5 頭部端面の曲率BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a front view showing an embodiment of a bolt and an axial force detecting device according to the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state in which ultrasonic waves incident from the head of a bolt are reflected by a tip end surface of a shaft portion by a piezoelectric element of the axial force detecting device, and reflected waves are detected by the piezoelectric element. FIG. 3 is an explanatory view showing a state in which incident ultrasonic waves of a conventional bolt are reflected by a shaft-side end surface of a head of the bolt. FIG. 4 is an explanatory view showing a state in which a propagation path of an ultrasonic wave and a reflected wave of the conventional bolt is diffused. FIG. 5 clearly shows which of the plurality of detected reflected waves is the reflected wave reflected by the shaft tip when the end face of the head of the conventional bolt and the tip face of the shaft are formed flat. FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state in which noise is generated by a reflected wave reflected by the shaft-side end surface of the head instead of the head. FIG. 6 is an explanatory view showing a state in which a propagation path of an ultrasonic wave and a reflected wave of a conventional bolt is diffused. FIG. 7 is a diagram showing a state in which one of a plurality of detected reflected waves is a reflected wave reflected by the shaft tip when the end face of the head of the conventional bolt and the tip of the shaft are formed flat. FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state in which noise is generated by a reflected wave reflected by the shaft-side end surface of the head instead of the head. [Description of Signs] 1 Bolt 2 Head 2a End face 3 Shaft 3a Tip face r4 Curvature r5 of shaft tip face R5 Curvature of head end face
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 国際公開97/044644(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01L 5/00 103 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References WO 97/044644 (WO, A1) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01L 5/00 103
Claims (1)
に形成されており、超音波により軸力が測定されるボル
トであって、 前記曲面を、ボルトの軸部の基端部と先端部を対角線で
結んだその交点を中心として、ボルトの頭部および先端
までの距離をそれぞれ半径とした曲率で形成したことを
特徴とするボルト。(57) [Claims 1] Opposite end faces of a head and a tip are curved surfaces
Are formed on, a bolt axial force is measured by ultrasound, the curved surface, the base end portion of the shaft portion and the distal end portion of the bolt diagonally
The head and tip of the bolt around the point of intersection
A bolt formed with a radius of curvature each of which has a distance to the bolt.
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JP9-347647 | 1997-12-17 | ||
JP34764797 | 1997-12-17 | ||
JP35743998A JP3428474B2 (en) | 1997-12-17 | 1998-12-16 | bolt |
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JPH11241960A JPH11241960A (en) | 1999-09-07 |
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-
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- 1998-12-16 JP JP35743998A patent/JP3428474B2/en not_active Expired - Fee Related
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