(57)【要約】【課題】弾性域から塑性域に至る連続領域において、高精度でボルトの軸力推定が可能となり、高精度で目標軸力までネジ込むことができるボルトの軸力測定装置及び軸力測定方法並びに締付装置を提供する。【解決手段】ボルト２の頭部端面３に接触して超音波を発振し軸部端面５で反射した反射波を受信するまでの時間を測定する超音波センサ４と、ボルト締付後に測定した上記時間からボルト締付前に測定した時間を引いた遅延時間Ｘとボルト軸力Ｙとの関係式が弾性域と塑性域とに分けて２式（▲１▼、▲２▼）記憶されていると共に弾性域と塑性域とを分ける降伏点Ｙにおける境界遅延時間Ｂが記憶された記憶手段（メモリ）８と、ワーク１８にボルト２を締め付けた際に超音波センサ４によって測定された遅延時間Ｘが上記境界遅延時間Ｂよりも短ければ弾性域の関係式▲１▼を用い長ければ塑性域の関係式▲２▼を用いてボルト２の軸力を算出する演算手段２１とを備えている。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボルトの頭部端面に接触して超音波を発振し軸部端面で反射した反射波を受信するまでの時間を測定する超音波センサと、ボルト締付後に測定した上記時間からボルト締付前に測定した時間を引いた遅延時間とボルト軸力との関係式が弾性域と塑性域とに分けて２式記憶されていると共に弾性域と塑性域とを分ける降伏点における境界遅延時間が記憶された記憶手段と、ワークにボルトを締め付けた際に超音波センサによって測定された遅延時間が上記境界遅延時間よりも短ければ弾性域の関係式を用い長ければ塑性域の関係式を用いてボルトの軸力を算出する演算手段とを備えたことを特徴とするボルトの軸力測定装置。
【請求項２】
サンプルボルトを締め付けてボルト軸力を検出しつつ、サンプルボルトの頭部端面にて超音波を発振して軸部端面で反射した反射波を受信するまでの時間を測定し、ボルト締付後に測定した上記時間からボルト締付前に測定した時間を引いた遅延時間とボルト軸力との関係データを求め、上記データからサンプルボルトの伸びが弾性域から塑性域に移行する降伏点を決定してその降伏点における境界遅延時間を求め、降伏点以下のデータから遅延時間とボルト軸力との弾性域関係式を求めると共に降伏点以上のデータから塑性域関係式を求め、実際にワークにボルトを締め付けた際に超音波センサで測定された遅延時間が上記境界遅延時間よりも短ければ弾性域関係式を用い長ければ塑性域関係式を用いてボルトの軸力を算出するようにしたことを特徴とするボルトの軸力測定方法。
【請求項３】
ボルトを所定の目標軸力で締め付けるためのボルトの締付装置であって、ボルトの頭部端面に接触して超音波を発振し軸部端面で反射した反射波を受信するまでの時間を測定する超音波センサと、ボルト締付後に測定した上記時間からボルト締付前に測定した時間を引いた遅延時間とボルト軸力との関係式が弾性域と塑性域とに分けて２式記憶されていると共に弾性域と塑性域とを分ける降伏点における境界遅延時間が記憶された遅延時間・軸力記憶手段と、ボルトの締付角度とボルト軸力との関係式が弾性域と塑性域とに分けて２式記憶された軸力・締付角度記憶手段と、ボルトを所定角度締め付けた後に超音波センサによって遅延時間を求めこれが上記境界遅延時間より短いか長いかに応じて上記遅延時間・軸力記憶手段の弾性域関係式又は塑性域関係式に代入しそのときの前段ボルト軸力を算出する前段軸力演算手段と、その前段ボルト軸力を上記軸力・締付角度記憶手段の弾性域関係式又は塑性域関係式に代入すると共に予め設定された目標軸力を上記軸力・締付角度記憶手段の塑性域関係式に代入してそれらの差すなわち目標軸力までの相対締付角度を算出する増締角度演算手段とを備えたことを特徴とするボルトの締付装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボルトの軸力測定装置及び軸力測定方法並びに締付装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者は、図９及び図１０に示すように、ボルトａの軸力を測定する装置として、ボルトａをワークにネジ込んだときのボルトａの伸びを超音波センサｂ（図９参照）によって測定し、測定された伸びを予め作成しておいたボルト伸びとボルト軸力との関係式ｃ（図１０の校正線参照）に代入することで、ボルトａの軸力を算出するものを研究している。
【０００３】
上記超音波センサｂは、ボルトａの頭部端面に接触された状態で超音波を発振すると共に軸部端面で反射した反射波を受信し、発振から受信までの時間（ボルトの長さ）を測定するものである。この超音波センサｂによれば、ネジ込み前の測定時間とネジ込み後の測定時間との差（超音波遅延時間）を求めることで、ボルトの伸びを算出できる。
【０００４】
他方、上記関係式ｃは、予め、同種のサンプルボルトを公知の軸力試験器にネジ込んで、ボルト軸力を複数点検出すると共に、ボルト頭部に上記超音波センサｂを接触させて各検出点における超音波遅延時間を測定することで、ボルトの伸びによる超音波遅延時間とボルト軸力との関係データを求め、そのデータから最小二乗法などの計算手法によって決定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１１に示すように、ボルトａが弾性域で軸力によって伸ばされる領域では、超音波遅延時間とボルト軸力との関係は略直線関係（線形）となるが（但し、僅かに２次要素が加わることもある）、軸力が塑性域に入ると、超音波遅延時間とボルト軸力との関係は、明らかな曲線となる。
【０００６】
しかし、これまでの超音波式ボルト軸力測定装置においては、軸力の全ての領域（弾性域＋塑性域）において１つの関係式ｃ（近似式）を用いて超音波遅延時間からボルト軸力を推定していたため、誤差が大きくなっていた。たとえば、図１１に示すように、全ての軸力の領域をカバーするように無理に１次近似式を設定すると、弾性域でも塑性域でも大きな誤差が生じる。よって、ボルトａの弾性域から塑性域に至る連続領域の軸力推定は、実際上不可能であった。このため、連続領域にてボルトａを目標軸力まで精度良く締め付けることが困難であった。
【０００７】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、弾性域から塑性域に至る連続領域において、高精度でボルトの軸力推定が可能となり、高精度で目標軸力までネジ込むことができるボルトの軸力測定装置及び軸力測定方法並びに締付装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために第１の発明に係るボルトの軸力測定装置は、ボルトの頭部端面に接触して超音波を発振し軸部端面で反射した反射波を受信するまでの時間を測定する超音波センサと、ボルト締付後に測定した上記時間からボルト締付前に測定した時間を引いた遅延時間とボルト軸力との関係式が弾性域と塑性域とに分けて２式記憶されていると共に弾性域と塑性域とを分ける降伏点における境界遅延時間が記憶された記憶手段と、ワークにボルトを締め付けた際に超音波センサによって測定された遅延時間が上記境界遅延時間よりも短ければ弾性域の関係式を用い長ければ塑性域の関係式を用いてボルトの軸力を算出する演算手段とを備えたものである。
【０００９】
また、第２の発明に係るボルトの軸力測定方法は、サンプルボルトを締め付けてボルト軸力を検出しつつ、サンプルボルトの頭部端面にて超音波を発振して軸部端面で反射した反射波を受信するまでの時間を測定し、ボルト締付後に測定した上記時間からボルト締付前に測定した時間を引いた遅延時間とボルト軸力との関係データを求め、上記データからサンプルボルトの伸びが弾性域から塑性域に移行する降伏点を決定してその降伏点における境界遅延時間を求め、降伏点以下のデータから遅延時間とボルト軸力との弾性域関係式を求めると共に降伏点以上のデータから塑性域関係式を求め、実際にワークにボルトを締め付けた際に超音波センサで測定された遅延時間が上記境界遅延時間よりも短ければ弾性域関係式を用い長ければ塑性域関係式を用いてボルトの軸力を算出するようにしたものである。
【００１０】
また、第３の発明は、ボルトを所定の目標軸力で締め付けるためのボルトの締付装置であって、ボルトの頭部端面に接触して超音波を発振し軸部端面で反射した反射波を受信するまでの時間を測定する超音波センサと、ボルト締付後に測定した上記時間からボルト締付前に測定した時間を引いた遅延時間とボルト軸力との関係式が弾性域と塑性域とに分けて２式記憶されていると共に弾性域と塑性域とを分ける降伏点における境界遅延時間が記憶された遅延時間・軸力記憶手段と、ボルトの締付角度とボルト軸力との関係式が弾性域と塑性域とに分けて２式記憶された軸力・締付角度記憶手段と、ボルトを所定角度締め付けた後に超音波センサによって遅延時間を求めこれが上記境界遅延時間より短いか長いかに応じて上記遅延時間・軸力記憶手段の弾性域関係式又は塑性域関係式に代入しそのときの前段ボルト軸力を算出する前段軸力演算手段と、その前段ボルト軸力を上記軸力・締付角度記憶手段の弾性域関係式又は塑性域関係式に代入すると共に予め設定された目標軸力を上記軸力・締付角度記憶手段の塑性域関係式に代入してそれらの差すなわち目標軸力までの相対締付角度を算出する増締角度演算手段とを備えたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を添付図面に基いて説明する。
【００１２】
先ず、請求項１のボルトの軸力測定装置及び請求項２の軸力測定方法についての一実施形態を図１乃至図３を用いて説明する。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態に係るボルトの軸力測定装置１は、ボルト２の頭部端面３に接触される超音波センサ４を有する。超音波センサ４は、ボルト２の頭部端面３に接触された状態で超音波を発振すると共に軸部端面５で反射した反射波を受信し、発振から受信までの時間Ｔ（ボルト２の長さ）を測定する。超音波センサ４は、ボルト２の頭部６に被せられるソケット７の内部に、ソケット７の回転とは切り離されて上下方向に移動自在に収容されている。ソケット７は、図示しない回転駆動装置（ナットランナー等）によって回転駆動される。
【００１４】
また、図１に示す軸力測定装置１は、超音波センサ４に接続された記憶手段８（以下メモリ８という）を有する。メモリ８には、図２に示すように、ボルト締付後に測定した上記時間Ｔ２からボルト締付前に測定した時間Ｔ１を引いた遅延時間（ボルト締付に伴う伸びによって増大した時間）ΔＴとボルト軸力Ｆｂとの関係式が弾性域と塑性域とに分けて２式記憶されていると共に、弾性域と塑性域とを分ける降伏点Ｙにおける境界遅延時間Ｔｙが記憶されている。これらの式や時間は、図３に示す試験器９によって、以下のようにして求められる。
【００１５】
試験器９は、所定間隔を隔てて配置された一対の挟持部材１０、１１と、これら挟持部材１０、１１の間に介在された圧縮型ロードセル１２と、上側挟持部材１０の挿通穴に挿通されて下側挟持部材１１のネジ穴にネジ込まれるサンプルボルト１３と、サンプルボルト１３の頭部１４に被せられて回転駆動されるソケット１５と、ソケット１５内に設けられサンプルボルト１３の頭部端面１６に接触される超音波センサ１７と、ソケット１５に連結された公知のナットランナー（図示せず）とを備えている。
【００１６】
ナットランナーは、ソケット１５をその回転トルクや回転角度を検出しながら回転駆動するものである。なお、図３において試験器９にネジ込まれるサンプルボルト１３と、図１においてワーク１８にネジ込まれるボルト２とは、同型のボルトが用いられる。また、図３に示す超音波センサ１７は、図１に示す超音波センサ４と共用してもよく、図３に示すソケット１５のナットランナーは、図１に示すソケット７の回転駆動装置と共用してもよい。
【００１７】
この試験器９は、ナットランナーによってソケット１５を回転させてサンプルボルト１３を締め付け、ロードセル１２によってボルト軸力Ｆｂを検出しつつ、超音波センサ１７によってサンプルボルト１３の頭部端面１６にて超音波を発振し軸部端面１９で反射した反射波を受信するまでの時間Ｔを測定する。そして、ボルト締付後に測定した上記時間Ｔ２からボルト締付前に測定した時間Ｔ１を引いた遅延時間（ボルト締付に伴う伸びによって増大した時間）ΔＴを求める。そして、遅延時間ΔＴとボルト軸力Ｆｂとの関係を、超音波センサ１７とロードセル１２とに接続されたレコーダ２０に、プロットデータとして記録する（図２のグラフの各プロット点参照）。
【００１８】
このプロットデータの各点を繋いだグラフから、サンプルボルト１３の伸びが略直線から明確に曲線に移行する境界点、すなわちサンプルボルト１３の伸びが弾性域から塑性域に移行する降伏点Ｙを求める。そして、その降伏点Ｙにおける境界遅延時間Ｔｙを図１に示すメモリ８に記憶する。また、降伏点Ｙ以下のΔＴ−Ｆｂデータから遅延時間ΔＴとボルト軸力Ｆｂとの弾性域関係式▲１▼を求め、降伏点以上のΔＴ−Ｆｂデータから塑性域関係式▲２▼を求め、それらをメモリ８に記憶する。
【００１９】
図２のプロットデータから弾性域関係式▲１▼および塑性域関係式▲２▼を求める近似手法には、公知の最小二乗法等が用いられる。図例では、弾性域関係式▲１▼はＦｂ＝Ａ１ΔＴ２＋Ｂ１ΔＴ＋Ｃ１となり（Ａ１＜＜１）、塑性域関係式▲２▼はＦｂ＝Ａ２ΔＴ２＋Ｂ２ΔＴ＋Ｃ２となった。
【００２０】
但し、弾性域関係式▲１▼は１次式であってもよく、塑性域関係式▲２▼は３次以上の高次式であってもよい。また、降伏点Ｙの決定は、それほど厳密でなくてもよい。降伏点の近傍では、２つの関係式（弾性域関係式▲１▼、塑性域関係式▲２▼）は略同じ値を出すからである。
【００２１】
また、図１に示す軸力測定装置１は、超音波センサ４及びメモリ８に接続された演算手段２１（コンピュータ）を有する。演算手段２１は、ワーク１８にボルト２を締め付けた際に上記超音波センサ４によって得られた遅延時間ΔＴが、上記境界遅延時間Ｔｙよりも短ければ弾性域の関係式▲１▼：Ｆｂ＝Ａ１ΔＴ２＋Ｂ１ΔＴ＋Ｃ１を用い、長ければ塑性域の関係式▲２▼：Ｆｂ＝Ａ２ΔＴ２＋Ｂ２ΔＴ＋Ｃ２を用いて、ボルト２の軸力を算出する。
【００２２】
上記超音波センサ４とメモリ８と演算手段２１とは、図１に示すように接続されており、超音波センサ４で測定された超音波遅延時間ΔＴの信号が、自動的に演算手段２１に入力されるようになっている。そして、演算手段２１において、測定された超音波遅延時間ΔＴについて自動的に境界超音波遅延時間Ｔｙとの大小判定がなされ、その結果に応じて自動的にメモリ８の２つの関係式▲１▼、▲２▼のうちのいずれかが選択され、その関係式に測定された超音波遅延時間ΔＴが自動的に代入され、ボルト軸力が算出されるようになっている。
【００２３】
本実施形態の作用を述べる。
【００２４】
図１に示すように、ボルト２をワーク１８に所定量（所定角度）ネジ込んだときのボルト軸力は、次のようにして測定（算出）される。
【００２５】
先ず、ボルト２をネジ込む前にボルト頭部端面３に超音波センサ４を接触させ、超音波を発振すると共に軸部端面５で反射した反射波を受信し、発振から受信までの時間Ｔ１を測定する。そして、ボルト２を所定量ネジ込んだ後にボルト頭部端面３に超音波センサ４を接触させ、同様に超音波を発振すると共に軸部端面５で反射した反射波を受信し、発振から受信までの時間Ｔ２を測定する。そして、ボルト締付に伴う伸びによって増大した時間、すなわちＴ２−Ｔ１を計算し、これを遅延時間ΔＴとする。
【００２６】
そして、遅延時間ΔＴが境界遅延時間Ｔｙよりも短ければ弾性域の関係式▲１▼：Ｆｂ＝Ａ１ΔＴ２＋Ｂ１ΔＴ＋Ｃ１を用い、長ければ塑性域の関係式▲２▼：Ｆｂ＝Ａ２ΔＴ２＋Ｂ２ΔＴ＋Ｃ２を用いて、ボルト２の軸力が算出される。このように、ボルト２が弾性域か塑性域かによって２つの関係式（近似式）を使い分けているので、各域（弾性域、塑性域）ごとに信頼性の高い近似式▲１▼、▲２▼を得ることができ、高精度の軸力推定が可能となる。
【００２７】
また、このように精度の高い近似式▲１▼、▲２▼を切り替えて使用しているので、従来不可能と言われていた弾性域から塑性域に至る連続領域における高精度の軸力算出が可能となる。よって、例えば、公知のナットランナーのソケット７内に上記超音波センサ４を内蔵したものを使用すれば、その超音波センサ４により得られる遅延時間ΔＴが境界遅延時間Ｔｙより長いか短いかに応じて２つの近似式▲１▼、▲２▼を選択して用いることで、ボルトの締付を弾性域から塑性域まで高い信頼性で実施できる。
【００２８】
次に、請求項３のボルトの締付装置についての一実施形態を図４乃至図８を用いて説明する。
【００２９】
図４に示すように、本実施形態に係るボルトの締付装置３０は、ボルト３１を所定の目標軸力で締め付けるための装置である。
【００３０】
この締付装置３０は、ボルト３１の頭部端面３２に接触された状態で超音波を発振すると共に軸部端面３３で反射した反射波を受信し、発振から受信までの時間Ｔを測定する超音波センサ３４を有する。超音波センサ３４は、ボルト３１の頭部３５に被せられるソケット３６の内部に、ソケット３６の回転とは切り離されて上下方向に移動自在に収容されており、図１又は図３の超音波センサ４、１７と同様のものが用いられる。ソケット３６は、図示しない駆動装置（ナットランナー等）によって回転駆動される。
【００３１】
また、図４に示す締付装置３０は、ボルト締付後に測定した上記時間Ｔ２からボルト締付前に測定した時間Ｔ１を引いた遅延時間（ボルト締付に伴う伸びによって増大した時間）ΔＴとボルト軸力Ｆｂとの関係式が、弾性域と塑性域とに分けて２式記憶された遅延時間・軸力記憶手段３７（以下第１メモリ３７という）を有する。第１メモリ３７には、図５に示すように、弾性域関係式▲１▼ａ：Ｆｂ＝Ｂ３ΔＴと、塑性域関係式▲２▼ａ：Ｆｂ＝Ａ４ΔＴ２＋Ｂ４ΔＴ＋Ｃ４と、境界超音波遅延時間Ｔｙとが、記憶されている。これらの式や時間は、前実施形態と同様に図３に示す試験器９によって求められる。
【００３２】
また、図４に示す締付装置３０は、ボルト３１の締付角度θとボルト軸力Ｆｂとの関係式が、弾性域と塑性域とに分けて２式記憶された軸力・締付角度記憶手段３８（以下第２メモリ３８という）を有する。第２メモリ３８には、図６に示すように、弾性域関係式▲１▼ｂ：θ＝Ｃ５Ｆｂ＋Ｄ５と、塑性域関係式▲２▼ｂ：θ＝Ａ６Ｆｂ３＋Ｂ６Ｆｂ２＋Ｃ６Ｆｂ＋Ｄ６とが、記憶されている。これらの式は、図３に示す試験器９によって求められる。
【００３３】
また、図４に示す締付装置３０は、ボルト３１を所定角度締め付けた後の伸びによる遅延時間ΔＴを超音波センサ３４によって求め、この遅延時間ΔＴが上記境界遅延時間Ｔｙよりも短ければ弾性域の関係式▲１▼ａ：Ｆｂ＝Ｂ３ΔＴを用い、長ければ塑性域の関係式▲２▼ａ：Ｆｂ＝Ａ４ΔＴ２＋Ｂ４ΔＴ＋Ｃ４を用いて、そのときの前段ボルト軸力Ｆ１を算出する前段軸力演算手段３９（以下第１演算手段３９という）を有する。
【００３４】
また、図４に示す締付装置３０は、算出された前段ボルト軸力Ｆ１を上記第２メモリ３８の図６に示す弾性域関係式▲１▼ｂ：θ＝Ｃ５Ｆｂ＋Ｄ５、又は塑性域関係式▲２▼ｂ：θ＝Ａ６Ｆｂ３＋Ｂ６Ｆｂ２＋Ｃ６Ｆｂ＋Ｄ６に代入すると共に、予め設定された目標軸力Ｆｔを上記第２メモリ３８の塑性域関係式▲２▼ｂ：θ＝Ａ６Ｆｂ３＋Ｂ６Ｆｂ２＋Ｃ６Ｆｂ＋Ｄ６　に代入し、それらの差すなわち前段ボルト軸力Ｆ１から目標軸力Ｆｔまでの相対締付角度θを算出する増締角度演算手段４０（以下第２演算手段４０という）を有する。
【００３５】
上記超音波センサ３４と第１メモリ３７と第２メモリ３８と第１演算手段３９と第２演算手段４０とは、図４に示すように接続されており、超音波センサ３４で測定された遅延時間ΔＴの信号が、自動的に第１演算手段３９及び第２演算手段４０に入力されるようになっている。そして、第１演算手段３９において、自動的に第１メモリ３７のデータを用いて前段ボルト軸力Ｆ１が算出され、第２演算手段４０において、自動的に第２メモリ３８のデータを用いて相対締付角度θが算出されるようになっている。
【００３６】
本実施形態の作用を図７及び図８を用いて説明する。
【００３７】
先ず、装置３０のコンピュータ（図示せず）に目標軸力Ｆｔと軸力ばらつき許容範囲とを入力する。そして、図４に示すように、ボルト３１をワーク４１にセットし、ナットランナーのソケット３６を下降させてボルト頭部３５に係合させ、ソケット３６を回転させてボルト３１をねじ込み、ボルト頭部３５をワーク４１の上面に無負荷で着座させる。そして、超音波センサ３４で発振から受信までの時間：無負荷超音波時間Ｔ０を測定する。測定後、超音波センサ３４を上方へ退避させる（以下退避に関しては記述しない）。
【００３８】
そして、ソケット３６をナットランナーで、目標軸力Ｆｔの５０％程度の締付を行う。この軸力は、最終締付角度θをある程度確保するため、図５にてボルト軸力Ｆｂの弾性域の領域（弾性域関係式▲１▼ａ：Ｆｂ＝Ｂ３ΔＴが用いられる領域）にとることが好ましい。但し、高い軸力として塑性域にとることも可能である。そして、超音波センサ３４を下降させてボルト頭部３５に着座させ、当該超音波センサ３４で発振から受信までの時間：前段超音波時間Ｔ１を測定する。
【００３９】
そして、前段超音波時間Ｔ１と無負荷超音波時間Ｔ０との差、すなわちボルト３１の伸びによる遅延時間ΔＴ１を算出する。そして、この遅延時間ΔＴ１が、境界遅延時間Ｔｙよりも短ければΔＴ１−Ｆ１換算式すなわち図５に示す弾性域関係式▲１▼ａ：Ｆｂ＝Ｂ３ΔＴに代入し、境界遅延時間Ｔｙよりも長ければΔＴ１−Ｆ１換算式すなわち図５に示す塑性域関係式▲２▼ａ：Ｆｂ＝Ａ４ΔＴ２＋Ｂ４ΔＴ＋Ｃ４に代入し、前段ボルト軸力Ｆ１を算出する。
【００４０】
そして、前段ボルト軸力Ｆ１を、Ｆ１−θ１換算式すなわち図６に示す弾性域関係式▲１▼ｂ：θ＝Ｃ５Ｆｂ＋Ｄ５又は塑性域関係式▲２▼ｂ：θ＝Ａ６Ｆｂ３＋Ｂ６Ｆｂ２＋Ｃ６Ｆｂ＋Ｄ６に代入し、前段締付角度θ１を算出する。そして、予め設定された目標軸力Ｆｔを、Ｆｔ−θｔ換算式すなわち図６に示す塑性域関係式▲２▼ｂ：θ＝Ａ６Ｆｂ３＋Ｂ６Ｆｂ２＋Ｃ６Ｆｂ＋Ｄ６に代入し、目標締付角度θｔを算出する。
【００４１】
そして、前段締付角度θ１と目標締付角度θｔとの差、すなわち増締角度Δθを算出する。そして、ソケット３６をナットランナーにより増締角度Δθ回転させる。そして、超音波センサ３４を下降させてボルト頭部３５に着座させ、当該超音波センサ３４で発振から受信までの時間：最終超音波時間Ｔ２を測定する。
【００４２】
そして、最終超音波時間Ｔ２と無負荷超音波時間Ｔ０との差、すなわち最終締付時の遅延時間ΔＴ２を算出する。この遅延時間ΔＴ２が、図５に示す境界遅延時間Ｔｙよりも短ければΔＴ２−Ｆ２換算式すなわち図５に示す弾性域関係式▲１▼ａ：Ｆｂ＝Ｂ３ΔＴに代入し、境界遅延時間Ｔｙよりも長ければΔＴ２−Ｆ２換算式すなわち図５に示す塑性域関係式▲２▼ａ：Ｆｂ＝Ａ４ΔＴ２＋Ｂ４ΔＴ＋Ｃ４に代入し、最終軸力Ｆ２を算出する。
【００４３】
そして、この最終軸力Ｆ２と目標軸力Ｆｔとの差、すなわち軸力誤差ΔＦを算出する。そして、この軸力誤差ΔＦと予め設定した許容範囲とを比較し、誤差ΔＦが許容範囲内ならＯＫの判定となり、誤差が許容範囲外ならＮＧの判定となる。
【００４４】
本実施形態によれば、遅延時間ΔＴに基づく軸力Ｆｂの算出、軸力Ｆｂに基づく締付角度θの算出を、それぞれ弾性域関係式（近似式）▲１▼ａ、▲１▼ｂと塑性域関係式（近似式）▲２▼ａ、▲２▼ｂとに分けて算出しているので、各関係式（近似式）の信頼性を高めることができ、高精度の増締が可能となる。また、前段締付角度において軸力Ｆ１を測定して増締角度θを算出しているので、座面摩擦ばらつき等による軸力ばらつきの影響を受けない。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るボルトの軸力測定装置及び軸力測定方法並びに締付装置によれば、弾性域から塑性域に至る連続領域において、高精度でボルトの軸力推定が可能となり、高精度で目標軸力までネジ込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の発明に係るボルトの軸力測定装置の一実施形態を示す側断面図である。
【図２】上記装置の記憶手段に記憶されているデータを示す説明図である。
【図３】上記データを獲得するための試験器を示す側断面図である。
【図４】第３の発明に係るボルトの締付装置の一実施形態を示す側断面図である。
【図５】上記装置の遅延時間・軸力記憶手段に記憶されているデータを示す説明図である。
【図６】上記装置の軸力・締付角度記憶手段に記憶されているデータを示す説明図である。
【図７】上記装置の増締角度演算手段に記憶されているデータを示す説明図である。
【図８】上記装置のブロック図である。
【図９】超音波センサの説明図である。
【図１０】従来例を示す説明図である。
【図１１】従来例を示す説明図である。
【符号の説明】
１　ボルトの軸力測定装置
２　ボルト
３　頭部端面
４　超音波センサ
５　軸部端面
８　記憶手段
１８　ワーク
２１　演算手段
Ｆｂ　ボルト軸力
ΔＴ　遅延時間
Ｔｙ　境界遅延時間
Ａ　降伏点
▲１▼　弾性域関係式
▲２▼　塑性域関係式
３０　ボルトの締付装置
３１　ボルト
３２　頭部端面
３３　軸部端面
３４　超音波センサ
Ｆｔ　目標軸力
Ｆｂ　ボルト軸力
ΔＴ　遅延時間
３７　遅延時間・軸力記憶手段
▲１▼ａ　弾性域関係式
▲２▼ａ　塑性域関係式
３８　軸力・締付角度記憶手段
▲１▼ｂ　弾性域関係式
▲２▼ｂ　塑性域関係式
３９　前段軸力演算手段
４０　増締角度演算手段
【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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【図１０】
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【図１１】
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