(57)【要約】【課題】本発明は、ボルトの締め付けと同時にボルト軸力を精度よく測定することができる締付装置を提供する。【解決手段】本発明の締付装置（２０）は、ボルト（１）の延びを検出するセンサ（プローブ（２４））と、前記ボルト（１）を回転させるソケット（２２）と、前記センサをボルト（１）の頭部（３）に向けて付勢する付勢手段（弾発コイルばね（２８））と、を備え、前記センサと前記ソケットとが互いに分離独立して設けられていることを特徴とする。【選択図】図２
2020019124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボルトの延びを検出するセンサと、
前記ボルトを回転させるソケットと、
前記センサをボルト頭部に向けて付勢する付勢手段と、
を備え、
前記センサと前記ソケットとが互いに分離独立して設けられていることを特徴とする締付装置。
【請求項２】
前記ソケットは、回転シャフトに取り付けられ、
前記センサは、前記ソケットの内側に配置されるとともに、前記回転シャフトに付勢手段を介してセミフローティング支持されていることを特徴とする請求項１に記載の締付装置。
【請求項３】
前記ボルトの頭部には、凹部が形成され、
前記凹部は、この凹部の開口側に形成される大径部と、
前記大径部の前記凹部の底面側に段部を介して形成され、前記大径部の内径よりも小さい内径の小径部と、
を備え、
前記センサは、前記大径部に嵌合するとともに前記段部に当接する本体部と、前記本体部から突出して前記小径部内に挿入される突出部と、
を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の締付装置。
【請求項４】
前記センサは超音波センサであり、前記センサが前記凹部内に設置された状態で前記突出部と前記底面との間にはギャップが形成され、前記ギャップには超音波の伝搬物質が満たされていることを特徴とする請求項３に記載の締付装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、締結具の締付装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ナットをボルトに対して締め込むソケットと、ボルトの軸力検出に用いる超音波センサとを一体に備える締付装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この締付装置は、ソケットによってナットをボルトに対して締付つつ、ボルトの一端に接触させた超音波センサから発振した超音波パルスのＢエコー（ボルト軸部の底面エコー）によってボルトの延びを検出する。
このような締付装置によれば、ボルトに対してナットを締付ながら、ボルトの軸力を測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２７９９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このような締付装置（例えば、特許文献１参照）においては、ボルトの端面と超音波センサとが密着していなければボルトに対して超音波パルスが十分に発振されず、Ｂエコーの受振も不十分となる。そこで、この締付装置は、ボルトの端面に超音波センサを押し付ける付勢手段を備えている。
【０００５】
しかしながら、この締付装置では、ソケットと超音波センサとが一体となっているために、ナット締付時のソケットのがたつきや振動が超音波センサに伝達する問題があった。つまり、従来の締付装置においては、ナット締付時に超音波センサがボルトの端面に対して傾き、又は離反する場合があった。そのため従来の締付装置は、ナットを締付ながら測定したボルト軸力の精度が不十分となる問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、ボルトの締め付けと同時にボルト軸力を精度よく測定することができる締付装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決する締付装置は、ボルトの延びを検出するセンサと、前記ボルトを回転させるソケットと、前記センサをボルト頭部に向けて付勢する付勢手段と、を備え、前記センサと前記ソケットとが互いに分離独立して設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ボルトの締め付けと同時にボルト軸力を精度よく測定することができる締付装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る締付装置を有するボルト軸力測定装置のブロック図である。
【図２】図１のボルト軸力測定装置を構成する締付装置の部分拡大断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るボルト軸力測定方法で行われるボルトセット工程の説明図である。
【図４】本発明の実施形態に係るボルト軸力測定方法で行われるボルト軸力測定工程のフロー図である。
【図５】本発明の実施形態に係るボルト軸力測定方法で行われるボルト軸力測定工程のフロー図である。
【図６】本発明の実施形態に係るボルト軸力測定方法における頭部エコー及び底面エコーを示す波形模式図である。
【図７】本発明の実施形態に係るボルト軸力測定方法で行われる頭部エコーのゲートオートトラッキングの説明図である。
【図８】演算された軸力を時系列にプロットした例を示すグラフである。
【図９】頭部エコー及び底面エコーの振幅の補正係数（増幅度）の説明図である。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は、ボルト軸力測定装置を構成するボルトの締付装置の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明を実施する形態（本実施形態）について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、本実施形態の締付装置を有するボルト軸力測定装置（及びボルト軸力測定プログラム）と、ボルト軸力測定方法と、ボルトとについて詳細に説明する。
【００１１】
≪ボルト軸力測定装置≫
本実施形態でのボルト軸力測定装置は、ボルトを締め付けながらボルトの軸力を測定するように構成されている。また、ボルト軸力測定装置は、ボルトの軸力が所定値になったときに締付動作を停止する。
【００１２】
図１は、本実施形態に係るボルト軸力測定装置１０のブロック図である。
図１に示すように、本実施形態に係るボルト軸力測定装置１０は、ボルトの締付装置２０と、制御部３０と、入力部３３と、表示部３４と、を主に備えて構成されている。
【００１３】
＜締付装置＞
まず、締付装置２０について説明する。
図２は、締付装置２０の構成説明図である。図２中、この締付装置２０によって締め付けられるボルト１は、仮想線（二点鎖線）で示している。
図２に示すように、締付装置２０は、ナットランナ２１と、プローブユニット２３と、付勢手段としての弾発コイルばね２８と、ソケット２２と、を備えている。また、締付装置２０は、ナットランナ制御部２１ｂ（図１参照）を備えている。
【００１４】
ナットランナ２１は、後記するナットランナ制御部２１ｂ（図１参照）によって、所定のトルク、回転速度（回転角速度）にて回転する回転シャフト２１ａを備えている。この回転シャフト２１ａは、管状に形成されている。
また、ナットランナ２１は、ナットランナ制御部２１ｂ（図１参照）が出力する指令によって、回転シャフト２１ａが回転駆動する。また、ナットランナ２１は、後記するナットランナ停止指令部３１ａ（図１参照）が出力する指令によって停止するように構成されている。
【００１５】
プローブユニット２３は、プローブ２４（超音波センサ）と、プローブ支持部材２５と、回転シャフト２１ａに対する取付部材２７と、抜止部材２６と、を備えている。
プローブ２４は、超音波パルスを発振し、発振した超音波パルスのエコーを受振する圧電素子など（図示省略）を備えている。プローブ２４の受振したエコーの電気信号は、後記する制御部３０（図１参照）に出力される。
【００１６】
プローブ２４は、略円柱形状に形成されている。そして、プローブ２４の下端面中央には、下方に突出する略円柱形状の突出部２４ａが形成されている。これによりプローブ２４の下端部は、段部２４ｂを有する段付き凸部２９を形成している。
このようなプローブ２４は、後記するように、ボルト１の頭部３に形成された凹部５に対して印籠嵌合する。
【００１７】
プローブ支持部材２５は、ベース部２５ａと、このベース部２５ａの上面中央部から上方に延びる軸部２５ｂとを有している。
ベース部２５ａの下部には、係止部２５ａ１が形成されている。この係止部２５ａ１には、プローブ２４の上部が着脱自在に取り付けられる。
軸部２５ｂは、回転シャフト２１ａの中空部に対して進退可能になっている。
【００１８】
取付部材２７としては、略円筒状のものを想定している。
そして、取付部材２７は、回転シャフト２１ａの下部外周に取り付けられている。回転シャフト２１ａに対する取付部材２７の取付方法としては、嵌合などの公知の方法が挙げられるが、特に制限はない。取付部材２７と回転シャフト２１ａとは一体に形成されていてもよい。
取付部材２７の下端には、半径方向内側に延出するフランジ２７ａを有している。このフランジ２７ａの上面には、軸部２５ｂの先端部に嵌められたワッシャで構成される抜止部材２６が当接する。
【００１９】
弾発コイルばね２８は、プローブ支持部材２５の周囲を巻回するように配置されている。そして、弾発コイルばね２８の上端は、取付部材２７の下面に着座し、弾発コイルばね２８の下端は、ベース部２５ａの外周段部に着座している。
このようなプローブ支持部材２５においては、ベース部２５ａが弾発コイルばね２８の付勢力に抗して上方に変位した際に、軸部２５ｂが回転シャフト２１ａの中空部で揺動可能になっている。
また、抜止部材２６は、フランジ２７ａの上面に当接することで、軸部２５ｂが回転シャフト２１ａの中空部から脱離するのを防止している。
【００２０】
ソケット２２は、略円筒形状を呈している。ソケット２２の上部内周側には、回転シャフト２１ａの下部が着脱自在に嵌め込まれている。これによりソケット２２は、回転シャフト２１ａに対する周方向への変位が規制されている。ちなみに、本実施形態では、回転シャフト２１ａとソケット２２とがスプライン嵌合しているものを想定しているが、回転シャフト２１ａとソケット２２との接合は、これに限定されるものではない。
【００２１】
以上のような締付装置２０は、ソケット２２にボルト１の頭部３を噛み合わせると、ボルト１の凹部５に印籠嵌合したプローブ２４には、頭部３側に向かう付勢力が弾発コイルばね２８によって付与される。
また、このような締付装置２０においては、回転シャフト２１ａに対してソケット２２とプローブユニット２３とが互いに別個独立に接合されている。
また、プローブ２４は、回転シャフト２１ａとの間に弾発コイルばね２８が介在することで、回転シャフト２１ａに対してセミフローティング支持されている。
【００２２】
次に、制御部３０について説明する。
図１に示すように、制御部３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサからなる演算処理部３１と、プログラムが書き込まれたＲＯＭ（Read Only Memory）、データの一時記憶のためのＲＡＭ（Random Access Memory）などで構成される記憶部３２と、を主に備えている。
【００２３】
本実施形態での演算処理部３１は、ナットランナ停止指令部３１ａと、軸力演算部３１ｂと、伸び演算部３１ｃと、エコー検出部３１ｄと、ボルト情報処理部３１ｅと、超音波送受信制御部３１ｆと、を備えている。
ナットランナ停止指令部３１ａは、後記するように、ボルト１の軸力（Ｆ）が目標軸力値に達した場合にナットランナ２１に対して軸力印加停止の指令を出力する。
軸力演算部３１ｂは、後記する式１に基づいて軸力を演算する。伸び演算部３１ｃは、ボルト１（図２参照）の締付けによるボルト１の伸びを演算する。エコー検出部３１ｄは、超音波エコーのゼロクロス点などを演算する。ボルト情報処理部３１ｅは、測定対象となるボルト１の情報を記憶部３２に出力する。超音波送受信制御部３１ｆは、プローブ２４に超音波パルスを発振させ、受振した超音波エコーの増幅を行う。
これらの演算処理部３１の構成要素については、後記するボルト軸力測定方法の説明と併せてさらに詳細に説明する。
【００２４】
入力部３３としては、ボルト情報処理部３１ｅに対してボルト情報を入力するキーボードなどを想定しているが、表示部３４とを兼ねるタッチパネルであっても構わない。また、入力部３３には、演算処理部３１に対する要求タスクを入力することもできる。
本実施形態での表示部３４は、演算処理部３１から出力される情報を視覚的、音声的に表示するモニタ、スピーカなどを想定している。
【００２５】
≪ボルト軸力測定方法≫
次に、本実施形態のボルト軸力測定方法について説明する。
このボルト軸力測定方法は、ボルト軸力測定装置１０に対するボルト情報の入力工程（ボルト情報入力工程）と、ボルト軸力測定装置１０に対するボルト１（図２参照）のセット工程（ボルトセット工程）と、ボルト軸力測定工程と、を有している。
【００２６】
＜ボルト情報入力工程＞
このボルト情報入力工程では、入力部３３を介して測定対象となるボルト１（図２参照）の情報が制御部３０（図１参照）に入力される。
本実施形態でのボルト情報は、軸力Ｆを演算する下記式１におけるボルト１のヤング率（Ｅ）、有効径（Ａ）、被締結長さ（Ｌ）である。
Ｆ＝（ＥＡ／Ｌ）δ・・・・・式１
なお、式１中、ボルト１の伸び（δ）については、伸び演算部３１ｃが後記のように演算する。
これらのボルト情報は、制御部３０のボルト情報処理部３１ｅを介して記憶部３２に格納される。
【００２７】
＜ボルトセット工程＞
次に、ボルトセット工程について説明する。
図３は、ボルト軸力測定方法のボルトセット工程の説明図である。
図３に示すように、このボルトセット工程においては、ボルト１の凹部５にプローブ２４を嵌合させるプローブ嵌合工程と、ボルト１とプローブ２４との間にギャップ４１を形成するギャップ形成工程とが並列に実行される。
【００２８】
プローブ嵌合工程では、ボルト１の凹部５（段付き凹部）に対してプローブ２４が印籠嵌合する。
具体的には、プローブ嵌合工程では、プローブ２４の先端胴部２４ｃの外周面が、凹部５の大径部１４ａの内周面に当接する。
そして、プローブ２４の突出部２４ａが、凹部５の小径部１４ｂに収まる。
【００２９】
ギャップ形成工程では、凹部５の底面６で規定されるボルト１の表面と、突出部２４ａの頂面２４ｄで規定されるプローブ２４の表面との間に、ギャップ４１が形成される。
具体的には、ボルト１側の段部１４ｃと、プローブ２４側の段部２４ｂとが互いに当接し合うことで、ギャップ４１が形成される。このギャップ４１は、凹部５の底面６と突出部２４ａの頂面２４ｄとが平行に向き合うことで形成される。
【００３０】
このようなギャップ４１には、伝搬物質４２が満たされる。
この伝搬物質４２としては、特に制限はなく、例えば、機械油、水、含水ポリマー、流動パラフィン、ひまし油、ゲル状物質、エラストマなどの公知のものが挙げられるが、中でもゲル状物質、エラストマが望ましい。
なお、図３中、符号２２は、ボルト１の頭部３に嵌合するソケットである。
【００３１】
＜ボルト軸力測定工程＞
次に、ボルト軸力測定工程について説明する。
図４及び図５は、ボルト軸力測定工程のフロー図である。
【００３２】
このボルト軸力測定工程においては、プローブ２４（図３参照）がボルト１（図３参照）に対して超音波パルスを発振した際の頭部エコーのゲート（Ｓエコーゲート）と、底面エコーのゲート（Ｂエコーゲート）とが設定される。
【００３３】
これらの設定は、エコー検出部３１ｄ（図１参照）が記憶部３２を参照して取得したギャップ４１（図３参照）と、ボルト１の長さに基づいて予め設定される。これらの頭部エコーのゲート（Ｓエコーゲート）と底面エコーのゲート（Ｂエコーゲート）とを特定する伝搬時間範囲は、エコー検出部３１ｄによって記憶部３２に格納される。
ちなみに、このＳエコーゲート及びＢエコーゲートは、後記するオートトラッキングを行うＳエコーゲート及びＢエコーゲートよりは広い伝搬時間範囲に設定されている。ここでのＳエコーゲート及びＢエコーゲートとは、超音波パルスの２周期幅程度に設定することができるがこれに限定されるものではない。
【００３４】
次に、このボルト軸力測定工程では、プローブ２４（図３参照）がボルト１（図３参照）に対して超音波パルスを発振する。この超音波パルスの発振は、制御部３０（図１参照）の超音波送受信制御部３１ｆ（図１参照）の指令により行われる。この超音波パルスの発振時間は、超音波送受信制御部３１ｆによって記憶部３２（図１参照）に格納される。ちなみに、本実施形態での超音波パルスの発振（詳細には、軸力印加中の発振）は、送信繰り返し周波数ごとに発振されるものを想定しているがこれに限定されるものではない。
【００３５】
超音波パルスは、凹部５（図３参照）の底面６（図３参照）で規定されるボルト１（図３参照）の表面で反射するとともに、軸部２の先端面で反射する。
プローブ２４は、ボルト１（図３参照）の表面で反射した第０回目頭部エコー（Ｓ０エコー）を受振するとともに、ボルト１の底面で反射した第０回目底面エコー（Ｂ０エコー）を受振する。ここで、第０回目とは、軸力印加前における測定であることを示す。
そして、超音波送受信制御部３１ｆ（図１参照）は、プローブ２４が受振したＳ０エコー及びＢ０エコーを、例えばそれぞれ別個独立に増幅する。
【００３６】
また、エコー検出部３１ｄは、増幅されたＳ０エコー及びＢ０エコーを超音波送受信制御部３１ｆから取得するとともに、記憶部３２を参照してＳエコーゲートとＢエコーゲートのそれぞれの伝搬時間範囲を取得する。
【００３７】
続いて、エコー検出部３１ｄは、Ｓ０エコー及びＢ０エコーに基づいて、ＳエコーゲートＧＳ０及びＢエコーゲートＢＳ０を設定する（ステップＳ１０１参照）
詳細には、エコー検出部３１ｄは、前記した伝搬時間範囲内のＳ０エコーに基づいて、当該Ｓ０エコーの振幅が予め正又は負に設定されたレベルＬＳを超えた１波目のピーク位置ＰＳの超音波パルス１／２波長手前の位置に、ＳエコーゲートＧＳ０の起点ＧＳ０Ｓを設定する（図６参照）。また、エコー検出部３１ｄは、起点ＧＳ０Ｓから超音波パルス１波長後ろの位置に、ＳエコーゲートＧＳ０の終点ＧＳ０Ｅを設定する（図６参照）。
【００３８】
本実施形態において、レベルＬＳは正に設定されており、振幅がレベルＬＳを超えるとは、伝搬時間を横軸としたグラフ上において、振幅がレベルＬＳよりも小さい値（絶対値としても小さい値）からレベルＬＳよりも大きい値（絶対値として大きい値）に変化することをいう。この場合のピーク位置ＰＳは、正のピークである。なお、レベルＬＳが負に設定されている場合には、振幅がレベルＬＳを超えるとは、伝搬時間を横軸としたグラフ上において、振幅がレベルＬＳよりも大きい値（絶対値としては小さい値）からレベルＬＳよりも小さい値（絶対値としては大きい値）に変化することをいう。この場合のピーク位置ＰＳは、負のピークである。
【００３９】
同様に、エコー検出部３１ｄは、前記した伝搬時間範囲内のＢ０エコーに基づいて、当該Ｂ０エコーの振幅が予め正又は負に設定されたレベルＬＢを超えた１波長目のピーク位置ＰＢの１／２波長手前の位置に、ＢエコーゲートＧＢ０の起点ＧＢ０Ｓを設定する（図６参照）。また、エコー検出部３１ｄは、起点ＧＢ０Ｓから超音波パルスの１波長後ろの位置に、ＢエコーゲートＧＢ０の終点ＧＢ０Ｅを設定する（図６参照）。
【００４０】
本実施形態において、レベルＬＢは正に設定されており、振幅がレベルＬＢを超えるとは、伝搬時間を横軸としたグラフ上において、振幅がレベルＬＢよりも小さい値からレベルＬＢよりも大きい値に変化することをいう。この場合のピーク位置ＰＢは、正のピークである。なお、レベルＬＢが負に設定されている場合には、振幅がレベルＬＢを超えるとは、伝搬時間を横軸としたグラフ上において、振幅がレベルＬＢよりも大きい値（絶対値としては小さい値）からレベルＬＢよりも小さい値（絶対値としては大きい値）に変化することをいう。この場合のピーク位置ＰＢは、負のピークである。
【００４１】
続いて、エコー検出部３１ｄは、ＳエコーゲートＧＳ０内におけるＳ０エコーの伝搬時間、及び、ＢエコーゲートＧＢ０内におけるＢ０エコーの伝搬時間を取得する（ステップＳ１０２参照）。
詳細には、エコー検出部３１ｄは、ＳエコーゲートＧＳ０内における正又は負のピーク直前のゼロクロス点を検知し、当該ゼロクロス点の伝搬時間ｔＳ０をＳ０エコーの伝搬時間として取得する（図６参照）。本実施形態において、ゼロクロス点は、超音波パルスのエコーの振幅がゼロとなる点である。
【００４２】
同様に、エコー検出部３１ｄは、ＢエコーゲートＧＳ０内における正又は負のピーク直前のゼロクロス点を検知し、当該ゼロクロス点の伝搬時間ｔＢ０をＢ０エコーの伝搬時間として取得する（図６参照）。
【００４３】
エコー検出部３１ｄは、Ｓ０エコーの伝搬時間及びＢ０エコーの伝搬時間を取得し終えるまで、ステップＳ１０２を繰り返す（ステップＳ１０３でＮｏ）。
【００４４】
続いて、Ｓ０エコーの伝搬時間及びＢ０エコーの伝搬時間を取得し終えると（ステップＳ１０３でＹｅｓ）、エコー検出部３１ｄは、ＳエコーゲートＧＳ０のトラッキング基準位置として、起点ＧＳ０Ｓを取得して保持する（ステップＳ１０４参照）（図６参照）。
同様に、エコー検出部３１ｄは、ＢエコーゲートＢＳ０のトラッキング基準位置として、起点ＧＢ０Ｓを取得して保持する（ステップＳ１０４参照）（図６参照）。
【００４５】
次に、このボルト軸力測定工程では、ナットランナ制御部３１ａ（図１参照）がナットランナ２１（図１参照）に対して駆動指令を出力する。
つまり、ボルト１の締付装置２０（図１参照）によってボルト１（図４参照）に軸力が印加される（ステップＳ１０７参照）。
【００４６】
次（ｎ回目；ｎは自然数）の送信ＰＲＦ（Pulse Repetition Frequency）における超音波パルスのエコーが受振されると（ステップＳ１０８でＹｅｓ）、エコー検出部３１ｄは、ＳエコーゲートＧＳｎー１内におけるＳｎエコーの伝搬時間、及び、ＢエコーゲートＧＢｎ−１内におけるＢｎエコーの伝搬時間を取得する（ステップＳ１０９参照）。
詳細には、エコー検出部３１ｄは、ＳエコーゲートＧＳｎ−１内における正又は負のピーク直前のゼロクロス点を検知し、当該ゼロクロス点の伝搬時間ｔＳｎをＳｎエコーの伝搬時間として取得する（図７参照）。
図示は省略するが、同様に、エコー検出部３１ｄは、ＢエコーゲートＧＢｎ−１内における正又は負のピーク直前のゼロクロス点を検知し、当該ゼロクロス点の伝搬時間ｔＢｎをＢｎエコーの伝搬時間として取得する。
【００４７】
エコー検出部３１ｄは、Ｓｎエコーの伝搬時間及びＢｎエコーの伝搬時間を取得し終えるまで、ステップＳ１０９を繰り返す（ステップＳ１１０でＮｏ）。
【００４８】
続いて、Ｓｎエコーの伝搬時間及びＢｎエコーの伝搬時間を取得し終えると（ステップＳ１１０でＹｅｓ）、軸力演算部３１ｂは、伝搬時間ｔＳｎ,ｔＢｎ及び初期伝搬時間Ｔに基づいて、ボルト１の軸力Ｆを演算する（ステップＳ１１１参照）。
なお、ＳｎエコーとＢｎエコーとは、セミフローティング支持されるプローブ２４（図２参照）によって波形の乱れが抑制される。
ちなみに、ボルト１の長さは、Ｓｎエコーのゼロクロス点の伝搬時間と、Ｂｎエコーのゼロクロス点の伝搬時間の差（ｔＢｎ−ｔＳｎ）に基づいて得ることができる。
【００４９】
このボルト１の伸び（δ）は、エコー検出部３１ｄ（図１参照）が演算した伝搬時間の差に基づいて、伸び演算部３１ｃ（図１参照）が演算する。
また、軸力演算部３１ｂ（図１参照）は、伸び演算部３１ｃ（図１参照）が演算したボルト１の伸び変化量（δ）を取得するとともに、記憶部３２（図１参照）を参照して前記式１のパラメータを取得する。そして、軸力演算部３１ｂ（図１参照）は、式１によりボルト１の軸力を演算するとともに、表示部３４（図１参照）に出力する（ステップＳ１０８参照）。
【００５０】
続いて、エコー検出部３１ｄは、ＳエコーゲートＧＳｎ及びＢエコーゲートＧＳｎのそれぞれに関して、トラッキング処理を実行する（ステップＳ１１２参照）。
詳細には、エコー検出部３１ｄは、前回（ｎ−１回目）のＳエコーゲートＧＳｎ−１の起点ＧＳｎ−１Ｓを時間（ｔＳｎ−ｔＳｎ−１）だけ移動させることによって、今回（ｎ回目）のＳエコーゲートＳｎの起点ＳｎＳを設定する（図７参照）。
また、エコー検出部３１ｄは、起点ＳｎＳから超音波パルス１波長後ろにＳエコーゲートＳｎの終点ＳｎＥを設定する（図７参照）。
軸力印加中において、ボルト１の頭部３は、印加された軸力によって歪みを生じることがある。このＳエコーゲートＧＳｎのトラッキング処理は、頭部３の歪みに対応してＳｎエコーを好適に検出するための処理である。
【００５１】
図示は省略するが、同様に、エコー検出部３１ｄは、前回（ｎ−１回目）のＢエコーゲートＧＢｎ−１の起点ＧＢｎ−１Ｓを時間（ｔＢｎ−ｔＢｎ−１）だけ移動させることによって、今回（ｎ回目）のＢエコーゲートＢｎの起点ＢｎＳを設定する。
また、エコー検出部３１ｄは、起点ＢｎＳから超音波パルス１波長後ろにＢエコーゲートＢｎの終点ＢｎＥを設定する。
軸力印加中において、ボルト１の軸部２は、印加された軸力によって伸びを生じる。このＢエコーゲートＧＢｎは、軸部２の伸びに対応してＢｎエコーを好適に検出するための処理である。
【００５２】
続いて、軸力演算部３１ｂは、演算された軸力（Ｆ）に基づいて、軸力正常範囲を設定する（ステップＳ１１３参照）。
図８に示すように、詳細には、軸力演算部３１ｂは、演算された軸力（Ｆ）を時系列にプロットしたものに基づいて、軸力（Ｆ）の経時変化を近似的に表す直線Ｌを求める。
また、軸力演算部３１ｂは、直線Ｌに対して、予め設定された値（例えば、上下１０％）を用いることによって、軸力正常範囲Ｒｎを設定する。
【００５３】
続いて、軸力（Ｆ）が軸力正常範囲Ｒｎ外に予め設定された伸び変化量（δ）以上連続した場合（ステップＳ１１４でＹｅｓ）には、軸力演算部３１ｂは、測定に異常が発生していると判定する。
この場合には、ナットランナ停止指令部３１ａ（図１参照）は、ナットランナ２１（図１参照）に対して軸力印加の停止の指令を出力する。つまり、ボルト１に対する軸力の印加が停止する。また、図示しないが、ナットランナ２１が停止し、オートトラッキングも停止することで、この一連のボルト軸力測定工程が終了する（異常終了）。
【００５４】
一方、軸力（Ｆ）が軸力正常範囲Ｒｎ内で連続するのが予め設定された伸び変化量（δ）内に収まる場合（ステップＳ１１４でＮｏ）には、軸力演算部３１ｂは、測定が正常に行われていると判定する。
また、ナットランナ停止指令部３１ａ（図１参照）は、軸力演算部３１ｂ（図１参照）が演算したボルト１の軸力（Ｆ）を取得する。そして、ナットランナ停止指令部３１ａは、ボルト１の軸力（Ｆ）が目標軸力値に達したか否かを判定する（ステップＳ１１５参照）。
また、ナットランナ停止指令部３１ａ（図１参照）は、軸力（Ｆ）が目標軸力値に達していない場合には（ステップＳ１１５でＮｏ）、ナットランナ２１（図１参照）に対して軸力印加の続行の指令を出力する。つまり、ステップＳ１０８に戻ってボルト１に対する軸力の印加が続行される。
【００５５】
また、軸力（Ｆ）が目標軸力値に達した場合には（ステップＳ１１５でＹｅｓ）、ナットランナ停止指令部３１ａ（図１参照）は、ナットランナ２１（図１参照）に対して軸力印加の停止の指令を出力する。つまり、ボルト１に対する軸力の印加が停止する。また、図示しないが、ナットランナ２１が停止し、オートトラッキングも停止することで、この一連のボルト軸力測定工程が終了する（正常終了）。
【００５６】
なお、本フローは、軸力（Ｆ）に代えて、ボルト１の伸び変化量（δ）及びその正常範囲に基づいて異常判定を行う構成であってもよく、ボルト１の伸び変化量（δ）が目標値に達した場合にボルト軸力測定工程を終了する構成であってもよい。
【００５７】
＜エコーの増幅手法＞
本実施形態において、超音波送受信制御部３１ｆは、第一の振幅補正部３１ｆ１と、第二の振幅補正部３１ｆ２と、第三の振幅補正部３１ｆ３と、を備える。
【００５８】
第一の振幅補正部３１ｆ１は、振幅の増幅度が時間軸全体に対して設定されており、増幅度に基づいて頭部エコーゲート及び底面エコーゲートの両方の振幅を同一量補正する。
本実施形態において、振幅の増幅度である補正係数Ｃ１（図９参照）は、事前実験などによって予め設定されている。
【００５９】
第二の振幅補正部３１ｆ２は、頭部エコーゲート及び底面エコーゲートの一方を基準とし、頭部エコーゲート及び底面エコーゲートの他方の振幅を頭部エコーゲート及び底面エコーゲートの一方の振幅に近づけるように補正する。
本実施形態において、振幅の増幅度である補正係数Ｃ２（図９参照）は、Ｂｎエコーの振幅をＳｎエコーの振幅に近づけるように補正するものであり、事前実験などによって予め設定されている。第二の振幅補正部３１ｆ２は、Ｂｎエコーに対して、当該エコーが検出されるエコーゲートの伝搬時間における補正係数Ｃ２を乗算する。これにより、第二の振幅補正部３１ｆ２は、Ｓｎエコー及びＢｎエコーの各エコーゲートにおける振幅を略同一にして表示部３４に表示させることができる。
【００６０】
第三の振幅補正部３１ｆ３は、頭部エコーゲート及び底面エコーゲートのいずれか一方の振幅を補正する。本実施形態において、振幅の増幅度である補正係数Ｃ３は（図９参照９は、Ｂｎエコーの振幅をＳｎエコーの振幅に近づけるように補正するためのものであり、事前実験などによって予め設定されている。これにより、第三の振幅補正部３１ｆ３は、Ｓｎエコー及びＢｎエコーの各エコーゲートにおける振幅を略同一にして表示部３４に表示させることができる。
【００６１】
なお、ボルト軸力測定装置１０は、第一の振幅補正部３１ｆ１、第二の振幅補正部３１ｆ２及び第三の振幅補正部３１ｆ３のいずれか単独にて振幅を補正してもよく、第二の振幅補正部３１ｆ２及び第三の振幅補正部３１ｆ３の両方を用いて各エコーゲートにおける振幅を略同一補正してもよい。
第二の振幅補正部３１ｆ２及び第三の振幅補正部３１ｆ３の両方を用いる場合には、先に第二の振幅補正部３１ｆ２がＳｎエコー及びＢｎエコーの両方の振幅を補正し、続いて、第三の振幅補正部３１ｆ３がＢｎエコーの振幅を補正する構成であってもよい。かかる補正手法によると、Ｓｎエコー及びＢｎエコーの各エコーゲートにおける振幅をより正確に近づけることができる。
【００６２】
≪ボルト≫
以上のようなボルト軸力測定方法に使用するボルト１（図３参照）は、前記のように、軸部２（図３参照）と、頭部３（図３参照）とを有している。そして軸部２の先端部には、前記の底面２ｃ（図３参照）が規定されている。
頭部３の外周部には、このボルト１の締付具（例えば、トルクレンチなど）が噛み合う噛合部（図示省略）が形成されている。
【００６３】
また、頭部３には、図３に示すように、凹部５が形成されている。この凹部５は、底面６と、この底面６の周囲に形成される周壁１１とを有している。底面６は、ボルト軸線を法線とする平面を含んで形成されている。
このような凹部５は、凹部５の開口側に形成される大径部１４ａと、この大径部１４ａの内径よりも小さい内径で周壁１１を形成する小径部１４ｂと、で構成されている。そして、小径部１４ｂは、内径差を吸収する段部１４ｃを介して大径部１４ａと連結されている。
【００６４】
これらの大径部１４ａと、段部１４ｃと、小径部１４ｂとは、ボルト１の頭部３で、ボルト軸線と同軸の段付きの凹部５（段付き凹部）を形成している。
そして、この段付きの凹部５は、前記のように、プローブ２４の段部２４ｂを有する段付き凸部２９と印籠嵌合するようになっている。
なお、このような小径部１４ｂを構成する周壁１１は、図３に示すボルト１の側面視で、底面６側から凹部５の開口側に向けて直線状に延びている。しかしながら、この周壁１１は、プローブ２４との印籠嵌合が可能であれば直線状に延びるものに限定されずに、頭部３の半径方向外側に向けて部分的に膨出するように形成することもできる。
【００６５】
≪作用効果≫
次に、本実施形態の奏する作用効果について説明する。
＜締付装置の奏する作用効果＞
従来の締付装置では、ソケットと超音波センサとが一体となっていたために、ボルト締付時のソケットの倒れやがたつき、振動がプローブに伝達する問題があった。これにより従来の締付装置では、ボルトを締め付けながら測定したボルト軸力の精度が不十分となる問題があった。
【００６６】
これに対して本実施形態の締付装置２０は、ソケット２２とプローブ２４とが別個独立に設けられている。
図１０（ａ）及び（ｂ）は、ボルト軸力測定装置１０を構成するボルト１の締付装置２０の動作図である。
図１０（ａ）に示すように、本実施形態の締付装置２０は、ソケット２２とプローブ２４とが別個独立に配置されている。
このような締付装置２０で、ボルト１を締め付ける場合には、前記のように、プローブ２４がボルト１の凹部５に印籠嵌合し、ソケット２２がボルト１に嵌合する。そして、ソケット２２が回転することでボルト１が締め付けられ、プローブ２４でボルト１の伸びが検出される。
【００６７】
そして、締付装置２０は、図１０（ｂ）に示すように、ボルト１の締結時にソケット２２ががたついた場合であっても、プローブ２４がソケット２２と独立に配置されているので、プローブ２４のボルト１に対する押圧角度は、変わることがない。これにより締付装置２０は、ソケット２２のがたつきに影響されることなく、ボルト１の伸びの測定を精度よく行うことができる。
【００６８】
また、プローブ２４は、前記のように、弾発コイルばね２８によって回転シャフト２１ａ（図２参照）の下端にセミフローティング支持されている。
これにより、図１０（ｂ）に示すように、例えソケット２２がボルト１の軸線に対して傾いたとしても、プローブ２４がボルト１の軸線に対して傾くことはない。
したがって、この締付装置２０は、精度よく軸力を測定することができる。
【００６９】
本実施形態での締付装置２０は、凹部５に対して、前記のようにプローブ２４が印籠嵌合している。これにより締付装置２０では、プローブ２４が凹部５に対してしっかりと固定される。したがって、この締付装置２０は、精度よく軸力を測定することができる。
【００７０】
本実施形態での締付装置２０は、凹部５の底面６で規定されるボルト１の表面と、突出部２４ａの頂面２４ｄで規定されるプローブ２４の表面との間に、ギャップ４１が形成されている。そして、このギャップ４１は、超音波の伝搬物質４２で満たされている。
このような締付装置２０によれば、ギャップ４１での波形の変化などによる測定エラーを防止することができる。したがって、この締付装置２０は、精度よく軸力を測定することができる。
【００７１】
＜ボルト軸力測定方法の奏する作用効果＞
一般に、頭部に形成された凹部にプローブを配置する超音波測定用のボルトでは、ボルトの表面を規定する凹部の底面の平坦度などにバラツキを有している。そのため凹部の底面にプローブを密着させる構成では、超音波測定値の精度が不十分となる。
これに対して本実施形態のボルト軸力測定方法及びこれに使用するボルト１は、凹部５に段部１４ｃを有している。
このようなボルト軸力測定方法及びこれに使用するボルト１によれば、段部１４ｃにプローブ２４を支持させることによって、プローブ２４と凹部５の底面６との間にギャップ４１を形成することができる。したがって、このボルト軸力測定方法によれば、超音波測定値の精度を飛躍的に向上させることができる。
【００７２】
また、本実施形態のボルト軸力測定方法によれば、ギャップ４１に超音波の伝搬物質４２が介在している。
このようなボルト軸力測定方法によれば、ギャップ４１での超音波の減衰が抑制される。これにより本実施形態のボルト軸力測定方法によれば、より精度の高い軸力の測定が可能となる。
【００７３】
一般に、ボルト１の表面に（凹部５の底面６）に、プローブ２４を接触させてＢエコーを測定しようとすると、超音波を発振する際のプローブ２４の自己振動によって超音波の発振原点（０位置）を測定することができない。そのため従来のボルト軸力測定方法では、Ｂ１エコー（第１回目底面エコー）を軸力測定に使用することができずに、プローブ２４の自己振動が収まったＢ２エコー以後（第２回目底面エコー以後）のＢエコーに基づいて軸力を測定していた。しかし、Ｂ２エコー以後のＢエコーは、Ｂ１エコーよりも減衰しており、また、ノイズの影響が著しい課題があった。
【００７４】
これに対して、本実施形態のボルト軸力測定方法は、ギャップ４１を設けることによって、ボルト１の表面のＳ１エコーと、Ｂ１エコーとの差分に基づいてボルト軸力を測定している。これにより本実施形態のボルト軸力測定方法では、Ｂ２エコーと比べて減衰量が小さく、ノイズが小さいＢ１エコーを使用することで、ボルト軸力測定の精度が一段と向上する。
【００７５】
＜ボルト軸力測定装置の奏する作用効果＞
また、本実施形態のボルト軸力測定装置１０は、ボルト１の頭部側からボルト１の軸部の底面に向けて発振した超音波パルスの頭部エコー（Ｓｎエコー）及び底面エコー（Ｂｎエコー）を検出するエコー検出部３１ｄと、エコー検出部３１ｄにおいて検出された頭部エコー及び底面エコーのそれぞれの所定位置の時間差に基づいて、ボルト１の軸力を演算する軸力演算部３１ｂと、を備える。
また、エコー検出部３１ｄは、頭部エコーに対して頭部エコーゲートＧＳｎを設定するとともに底面エコーに対して底面エコーゲートＧＢｎを設定し、ボルト１の締結中に複数回発振される超音波パルスに対して、頭部エコーゲートＧＳｎ及び底面エコーゲートＢＳｎが所定位置を当該頭部エコーゲートＧＳｎ及び底面エコーゲートＢＳｎ内の同一位置に含むように、それぞれ独立して移動させるトラッキング処理を実行する。
これにより本実施形態のボルト軸力測定装置１０では、基準ゲートを設けることなく頭部エコー及び底面エコーをそれぞれ独立してトラッキングすることによって、より確実に精度よくボルト１の軸力（Ｆ）を測定することができる。
【００７６】
また、本実施形態のボルト軸力測定装置１０は、頭部エコーゲートＧＳｎ内の頭部エコー（Ｓｎエコー）の振幅と、底面エコーゲートＧＢｎ内の底面エコー（Ｂｎエコー）の振幅と、を近づけるように補正する振幅補正部（超音波送受信制御部３１ｆ）を備える。
これにより本実施形態のボルト軸力測定装置１０では、底面エコー（Ｂｎエコー）の減衰に関わらず、頭部エコー（Ｓｎエコー）及び底面エコー（Ｂｎエコー）を略同一の振幅高さで表示させることができる。
【００７７】
また、本実施形態のボルト軸力測定装置１０は、振幅補正部が、振幅の増幅度が時間軸全体に対して設定されており、増幅度に基づいて頭部エコーゲートＧＳｎ及び底面エコーゲートＧＢｎの両方の振幅を補正する第一の振幅補正部３１ｆ１と、頭部エコーゲートＧＳｎ及び底面エコーゲートＧＢｎの一方を基準とし、頭部エコーゲートＧＳｎ及び底面エコーゲートＧＢｎの他方の振幅を頭部エコーゲートＧＳｎ及び底面エコーゲートＧＢｎの一方の振幅に近づけるように補正する第二の振幅補正部３１ｆ２と、の少なくとも一方を備えることを特徴とする。
これにより本実施形態のボルト軸力測定装置１０では、頭部エコー（Ｓｎエコー）及び底面エコー（Ｂｎエコー）を略同一の振幅高さで表示させることができる。
【００７８】
また、本実施形態のボルト軸力測定装置１０は、エコー検出部３１ｄが、頭部エコーの振幅が第一の所定値ＬＳを超えた直後の正又は負のピークを中心とした超音波パルスの１波長分を頭部エコーゲートとして設定するとともに、底面エコーの振幅が第二の所定値ＬＢを超えた直後の正又は負のピークを中心とした超音波パルスの１波長分を底面エコーゲートとして設定する。
また、エコー検出部３１ｄは、頭部エコーゲート及び底面エコーゲートのそれぞれに関して、正又は負のピークの直前において振幅がゼロとなる点を所定位置に設定する。
これにより本実施形態のボルト軸力測定装置１０では、各エコーゲートの範囲を狭く、かつ、所定位置よりも後方に長く設定することによって、伸び等による各エコーの移動を好適にトラッキングすることができる。
【００７９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、種々の形態で実施することができる。
前記実施形態では、ソケット２２でボルト１の頭部３を締め付ける締付装置２０を例にとって説明したが、本発明の締付装置２０は、ボルト１に噛み合うナット（図示省略）を締め付けるものであっても構わない。また、本発明は、コンピュータをボルト軸力測定装置１０として機能させるボルト軸力測定プログラムとしても具現化可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１      ボルト
２      軸部
２ｃ    ボルトの底面
３      頭部
１０    ボルト軸力測定装置
２０    締付装置
３１ａ  ナットランナ停止指令部
３１ｂ  軸力演算部
３１ｃ  伸び演算部
３１ｄ  エコー検出部
３１ｅ  ボルト情報処理部
３１ｆ  超音波送受信制御部（振幅補正部）
３１ｆ１  第一の振幅補正部
３１ｆ２  第二の振幅補正部
３４    表示部
【図１】
2020019124.tif 000003
【図２】
2020019124.tif 000004
【図３】
2020019124.tif 000005
【図４】
2020019124.tif 000006
【図５】
2020019124.tif 000007
【図６】
2020019124.tif 000008
【図７】
2020019124.tif 000009
【図８】
2020019124.tif 000010
【図９】
2020019124.tif 000011
【図１０】
2020019124.tif 000012