(57)【要約】【課題】ボルトの締付け時およびメンテナンス時に簡単にかつ精度よくボルトの締付け力（軸力）を把握することが困難であった。【解決手段】ボルト内部に軸を設け、締付け時に発生する軸とボルト変位差を目視できるように拡大するため、流体による変位差の拡大機構を設けることによって容易にボルトの締付け力（軸力）の把握が可能となった。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボルトとボルト内に設けた軸との変位差により流体を外部に押し出し、ボルトの締付け力（軸力）を表示できることを特徴としたボルト。
【請求項２】
前記の表示に際し、変位差を拡大するために大径のピストンにより小径のパイプに押す構造としたことを特徴とする請求項１記載のボルト。
【請求項３】
前記の表示に際し、ボルトに関する作業性を従来と変わらなくするために表示用のパイプをボルトの頭のくぼみに配置した請求項１記載のボルト。
【請求項４】
前記の表示に際し、作動流体中に蛍光塗料、夜行塗料を混合し視認性を向上させた請求項１記載のボルト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、ボルトに付加したボルト締付け力（軸力）の表示機能に関する。ボルトの締付け力（軸力）がわかると生産時にボルトの適正締め付けができること、および、保全作業時にボルトのゆるみが容易にかつ正確に把握できる。
【背景技術】
【０００２】  従来のボルト軸力（締付け力）の表示方法としては、研究開発等において特別な試験機を用いる場合を除くと、生産現場、メンテナンス現場等においては
（１）超音波軸力計を用いる方法：端子をボルトの頭に装着しボルト端面までの往復時間を計測することにより、軸力の特性の一つである長さを計測する方法、あるいは超音波で加振し共振点を測定しボルトの長さを計測する方法がある。【０００３】    （２）ボルト内部にボルトの頭の色が軸力により変化する機構を設け、色の見本と照らし合わせて軸力を読み取る方法
の２種類の方法がありいずれも製品化されている。この件について以下の文献に示すようなものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】  （上記（１）に相当）
【特許文献１】Ｔｈｅｏｄｏｒｅ  Ｌｉｂｅｒ，ＵＳＰａｔｅｎｔ  ３，８２３，６３９（１６，Ｊｕｌｙ，１９７４）．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆｒｅｅｐａｔｅｎｔｓｏｎｌｉｎｅ．ｃｏｍ／３８２３６３９．ｐｄｆ
【非特許文献】
【０００５】  （以下、上記（１）に相当）
【非特許文献１】超音波軸力計  ダコタ・ジャパン株式会社，
【非特許文献２】超音波ボルト軸力計  東日株式会社
【０００６】  （以下、上記（２）に相当）
【非特許文献３】池田金属工業株式会  ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｋｅｋｉｎ．ｃｏ．ｊｐ／ｃｏｎｔｅｎｔｓ／ｃａｔａｌｏｇ／ｏｒｉｇｉｎａｌ／ｄｔｉ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ
【非特許文献４】インファステック株式会社  ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｎｆａｓｔｅｃｈ．ｃｏ．ｊｐ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  以上の技術によれば、メンテナンス現場等に超音波軸力計をもっていかなくてはならない。また、超音波軸力計で精度のよいデータをえるためにはあらかじめ当該ボルトのデータを取得しておく必要がある。もしくは、色の状況により判別する方法については色見本が必要であり読み取り精度の問題がある。さらに両者ともある程度の経験が必要である。
そこで、この発明は、測定精度を向上させ非熟練者でも使用できるデバイスを簡便な構造により製作し提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  以上の課題を解決するために、第一発明は、締め付け時にボルトが伸びる性質を利用している。ボルト中央に設けた軸は片端のみボルト先端に固定しているためボルト締付け時にも変位しない。このためボルトと中央の軸の間ではの変位差が発生するため、その変位差により作動流体（マシン油およびグリス等）の吐出する機構を設け、吐出量の大小によって軸力を判別することを特徴とするボルトである。【０００９】  また、第二発明は上記のボルトとピンの変位差が小さいためボルト頭内部にピストン機構と小さい穴と小径の透明なパイプを設け作動流体の吐出量を拡大し表示することとした点である。【００１０】  第三発明は、上記内容にてボルトの上部にパイプがでていると作業性に支障を起こす可能性があるため、この場合はボルトの頭の内部に表示用のパイプを上から見える状態で格納した点である。パイプには締め付け力（軸力）の指標となるメモリがついている。【００１１】  第四の発明は、メンテナンス時の視認性を向上させるため、作動流体に蛍光塗料、夜光塗料等を混合させた点である。蛍光塗料、夜光塗料等を混合させた場合夜間に一目での視認が可能となる。
【発明の効果】
【００１２】  第一発明、第二発明、第三発明、第四の発明によれば、ボルト内部にピストン機構を設け流体を吐出させ、かつ、目視用の小さな穴に接続した小径のパイプ内部の流体の変位量を測ることにより、ボルトの締付け状態に対応した精度のよい締め付け力（軸力）データを得られることである。
即ち、締付け力（軸力）の変化が微小なボルト長さと中央の軸の長さの変位差となり、それが流体による変位拡大機構により拡大される。その結果目視が容易になり締付け時およびボルトのゆるみ発生時に締付け力（軸力）を目視確認できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の機構を示すボルトの図である。通常のボルト（図中１）に穴をあけ中に軸（図中５）を通してある。軸とボルトの下部（図の右上方）はかしめ（あるいはロー付け，溶接）等により固定されている。ボルトの頭部分にはこの中央の軸により駆動されるピストン（図中４）が装着されている。このピストンにより締付け時に液体の吸入を行い、ゆるみ時には吐出を行う。ピストンのシールは０リング（図中７）等で行う。
【００１４】    次に動作を説明する。ボルトが締め付けられると、締付け力（軸力）が発生しボルトが伸びる。このとき中の軸（図中４）は伸びないため、ボルトの頭（図中３）においてはボルトと軸の変位差を生じる。即ち、ボルトの頭においてはボルトの伸びにより右端を固定された軸は右に移動する。このためピストンが流体を吸入し、透明な塩ビのパイプ（図中８）の液体の液面は断面積の差により移動量を増幅され右に移動する。
これとは逆に何らかの原因により運転中にボルトがゆるんだ場合はピストンが左に移動し、管内部の液面は左に移動する。このようにしてボルトの締結状態が液面により把握できる。【００１５】
【図２】  図２に実際のボルトの頭に透明なパイプを設置した１例を示す。図１の様に管が出ている状態では実際のボルトの使用に不都合を起こす可能性があるためボルトの頭にくぼみを設けその中に管（図中１０）を配置してあり、目盛り（図中１１）により締付け力（軸力）が読み取れる。
【００１６】
【図３】  変位差と軸力の関係を検証するために被締結物の間に圧電式の締め付け力計をはさみ、マイクロメータとピックテスターで得られた変位差と締め付け力（軸力）の計算値の検証をおこなった。
【００１７】
【図４】  計算結果と測定結果を図４にまとめた。両者は線形の関係にありよく一致している。（このデータはＭ１２ボルト〔呼び長さ１００ｍｍ〕のものでありピストンは装着していない）
【００１８】
【図５】  締め付けた場合の液面の変位を図５にしめす。結果がよく読み取れる。
【００１９】
【図６】  締付け力（軸力）とパイプ内の液面の関係を図６に示す。線形であり計算結果とよく一致する。
【００２０】
【図７】  ボルトの作業性の確認にため逆さにした場合を図７にしめす。液体の落下等の不具合は生じない。
【００２１】
【図８】  他の実施例である。構造的に穴が一つになっている。締付け時に流体が吸入するため運搬時等に流体を格納することも考慮し、パイプを設けたが締付け作業時に流体を注入するのであればこの形態でもよい。
【００２２】
【図９】  図８の場合の動作を図９に示す。左の（ａ）画締付け時であり、右の（ｂ）がボルトがゆるんだ場合である。この例の場合は流体としてグリスを用いて夜光塗料を混合し視認性を浴している。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００２３】  最初に計算法について説明する。
ボルトの締付けを行うと、ボルトは伸びを生じる。中の軸は力を受けないので伸びは生じない。ピンの右端はボルトの右端面に固定されているために、左端のボルトの頭部において生じる変位差は以下の式で表される。
2015068823.tif 000003
ボルトは弾性範囲で用いることが多いのでこの範囲では締付け力（軸力）は変位の差と比例する。【００２４】  次に、計算結果を検証するための実験について説明する。測定は２つの円筒の間に荷重センサをはさみ、ねじを締付けることにより軸力を発生させ、ボルトの頭とシャフト端面の変位差を計測した。
この結果についてＭ１２のボルト（呼び長さ１００ｍｍ）の場合の結果を図４に示す。締付け力（軸力）とボルトと軸との変位差は比例し、計算結果と実験結果はよく一致している。【００２５】  図４の変位は目視するにあたって小さいので、ピストン構造を設けその先に透明な管を設け変位を拡大し見れるようにした。変位の拡大代は以下の式となる。
2015068823.tif 000004
に拡大される。【００２６】  変位差拡大の実験結果の例を図５に示す。ピストン径８ｍｍで管の内径が１．５ｍｍである。この場合、変位は２８．４倍に拡大される。この図において、左が締付け前の液面であり、右が３６５００Ｎにて締め付けた場合の液面である。このように液面の差が明確に目視できる。締め付けとゆるみを繰り返しても同様に表示される。【００２７】  実験結果のグラフを図６に示す。軸力の増加に応じ液面（減少代）が線形的に変化していることがわかり、計算結果ともほぼ一致している。【００２８】  なお、流体の粘性抵抗によりボルトを逆さにしても流体は落下しない。（図７）
【産業上の利用可能性】
【００２９】  生産現場やメンテナンス現場において、ボルトの締付け管理は、多くはトルクレンチにておこなっているがトルクによる管理は簡単であるものの軸力を直接計測できないので大きな誤差を生じる。ちなみに軸力とトルクの関係は
Ｔ＝ｋＦｄ
Ｔ：締付けトルク（Ｎ・ｍ）
ｋ：トルク係数
Ｆ：締付け力（軸力）（Ｎ）
ｄ：ねじの呼び形（ｍ）
であらわされるが、この場合ｋは０．１５から０．５程度までばらつく。このシステムを用いることにより正確な締付けが可能となる。
また、メンテナンス時においては経験に頼るハンマリングによる打音検査や軸力計などの電子機器を用いることなく、目視のみで機器を用いた場合以上の軸力の把握が可能となる。【００３０】「他の実施形態」
他の実施形態を図８に示す。穴が一つであり、作動油（オイル、グリス等）の注入口がない。
また、締付け時に流体が吸入するため運搬時等に流体を格納するためにパイプを設けたが締付け作業時に流体を注入するのであればこの形態でもよい。
作動油の充填時に注射器を用いればこの形状でも充填可能である。また、他に注入口をボルト頭に設置すればこの形態でも容易に充填できる。【００３１】    他の実施形態の動作状況を図９に示す。現場にてボルトを締め付け後にグリス等を封入すればゆるみを生じた場合（図９のｂ）にグリスが吐出し（図中の１２）、外部から容易に検知できる。なお、このグリスには検知が用意なように発光塗料、夜行塗料が混合してある。【００３２】  従来技術と比較すると、
技術的には先に述べたとおり超音波軸力計による生産時の軸力管理およびメンテナンスがあるが、比較的高価な設備が必要で今回のシステムを用いることによりその必要がなくなる。
また、ボルトの長さについては初期の長さのばらつきにより軸力計の精度が落ちるが、精度についても向上する。【００３３】  色による軸力判別システムについては、今回のシステムにおいては目盛りを設けることができるので精度のよい計測ができるとともに初心者にも使いやすいという利点がある。
【符号の説明】
【００３４】１  ボルト          ２  ナット      ３  ボルトの頭      ４  軸      ５  ピストン６  ０リング        ７  蓋          ８  透明なパイプ    ９  栓【００３５】１０  透明なパイプ
１１  目盛り
１２  押し出されたグリス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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