(57)【要約】【課題】対象物に対し、実際に使用する被締結部材を実際に使用するねじ部材を用いて締結する際の軸力を測定することができる軸力測定器具、軸力測定装置及び軸力測定方法を実現する。【解決手段】所定の軸に対し被締結部材をねじ部材により締結する際に、ねじ部材の軸方向に生じる軸力を測定するための軸力測定器具の軸部材に、ねじ部材が軸力を作用する方向と平行な検出面を有する溝部を形成し、その溝部の検出面に検出部材を備えて、その軸部材のひずみを検出するようにした。そして、その検出したひずみに基づき所定の処理を行うことによって軸力を算出する軸力測定方法を、軸力測定器具を備える軸力測定装置に適用するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の軸に対し、被締結部材をねじ部材により締結する際に、前記ねじ部材の軸方向に生じる軸力を測定するための軸力測定器具であって、
前記被締結部材を前記ねじ部材により締結する際に、前記ねじ部材が軸力を作用する方向と平行な検出面を有する溝部が形成された軸部材と、
前記溝部の検出面に備えられ、前記軸部材のひずみを検出する検出部材と、
を備えることを特徴とする軸力測定器具。
【請求項２】
所定の軸に対し、被締結部材をねじ部材により締結する際に、前記ねじ部材の軸方向に生じる軸力を測定するための軸力測定器具であって、
前記所定の軸の軸線方向と垂直な面と同一の断面形状を有するとともに、前記被締結部材を前記ねじ部材により締結する際に、前記ねじ部材が軸力を作用する方向と平行な検出面を有する溝部が形成された軸部材と、
前記溝部の検出面に備えられ、前記軸部材のひずみを検出する検出部材と、
を備えることを特徴とする軸力測定器具。
【請求項３】
前記ねじ部材が前記軸部材に対し軸力を作用する位置に、その軸力が作用する方向と垂直な負荷作用面を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の軸力測定器具。
【請求項４】
前記負荷作用面の前記軸部材の軸線方向の両端側に、前記負荷作用面より前記軸部材の軸中心側に窪んだ凹部を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の軸力測定器具。
【請求項５】
前記溝部は、前記軸部材の軸線を挟んで対向する位置に形成されているとともに、前記溝部のそれぞれの検出面に、前記検出部材が備えられることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の軸力測定器具。
【請求項６】
前記軸部材の軸線を挟んで対向する溝部を連通し、前記検出面と垂直な貫通孔を有することを特徴とする請求項５に記載の軸力測定器具。
【請求項７】
前記貫通孔内における前記軸部材の軸線方向と垂直な面に、前記軸部材のひずみを検出する検出部材を備えることを特徴とする請求項６に記載の軸力測定器具。
【請求項８】
前記検出部材は、前記軸部材における圧縮ひずみを検出するひずみゲージであることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の軸力測定器具。
【請求項９】
前記軸部材は、有限要素法に基づき設定された形状を有することを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の軸力測定器具。
【請求項１０】
前記軸部材は、前記所定の軸と同一の材料により形成されていることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の軸力測定器具。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか一項に記載の軸力測定器具と、
前記軸力測定器具の前記検出部材が検出したひずみに基づく検出信号を処理し、軸力を求める制御を行う制御部と、
前記制御部により求められた軸力を表示する表示部と、
を備えることを特徴とする軸力測定装置。
【請求項１２】
請求項１〜１０の何れか一項に記載の軸力測定器具の軸部材に、被締結部材をねじ部材により締結する際に、前記検出部材が検出したひずみに基づき前記ねじ部材の軸方向に生じる軸力を測定することを特徴とする軸力測定方法。
【請求項１３】
前記軸力測定器具の軸部材に、被締結部材をねじ部材により締結する際における前記ねじ部材の締め付けトルクと、被締結部材をねじ部材により締結する際に前記ねじ部材の軸方向に生じる軸力とを、予め相関させておき、その締め付けトルクに基づき軸力を測定することを特徴とする請求項１２記載の軸力測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸力測定器具、軸力測定装置及び軸力測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被締結部材を、軸などの対象物に固定する場合に、それらをねじやボルトなどのねじ部材によって締結して固定することがある。
図１１は、対象物Ｔに被締結部材Ｓをねじ頭ｈを有するボルトＢにより締結した状態を示すものである。その締結による固定強度を管理するため、それらを締結した際にボルトＢに与えた締め付けトルクに基づき、ボルトＢの軸方向に生じた軸力を測定する方法が知られている。
図１２は、ボルトＢの表面にひずみゲージ２０を貼付するとともに、ねじ頭ｈに形成された貫通孔９にひずみゲージ２０に接続されるリード線Ｌを挿通したものである。図１３は、ボルトＢの軸線に沿って形成された細孔９９の内面にひずみゲージ２０を貼付したものである。これらボルトＢが被締結部材Ｓと対象物Ｔとを締結した際に生じた軸力によりボルトＢが歪むひずみ量としての伸び量をひずみゲージ２０が検出することによって、その軸力を測定するようになっている。
また、図１４は、被締結部材Ｓと対象物Ｔとを締結したボルトＢに対して超音波振動子Ｃにより超音波を作用させるとともに、その反射した超音波を検出することにより、そのボルトＢのひずみ量を求めて、その軸力を測定するものである。
また、図１５は、被締結部材Ｓと対象物Ｔとの間に、ロードワッシャＷと呼ばれる圧電式圧力センサを配置し、ボルトＢが被締結部材Ｓと対象物Ｔとを締結する際にロードワッシャＷが締め付けられる力を検出して軸力を測定するものである。
【０００３】
また、被締結部材としての第１のシャフトに、対象物である第２のシャフトをナットにより締結、固定する際に、第２のシャフトの表面に貼付したひずみゲージにより、その第２のシャフトのひずみ量を検出し、軸力を測定する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２０００−３２１１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、図１２〜１５に示すような従来技術の場合、締結を行うボルトＢはねじ頭ｈを有するものであり、そのねじ頭ｈが被締結部材Ｓに対向する面である座面が被締結部材Ｓを押す力の反作用による力として軸力が生じるため、その軸力を測定することができるが、図１６に示すような、ねじ頭のない止めねじ６（通称イモネジ）による締結の場合、座面がないため、それらの測定方法を適用することは困難であるという問題があった。
【０００５】
また、図１２、図１３に示すような従来技術の場合、そのボルトＢはひずみ量の検出用のボルトであるので、実際に被締結部材Ｓと対象物Ｔを締結するボルトにおける軸力と、その測定した軸力との間に誤差が生じてしまうことがあるという問題があった。また、図１５に示すような従来技術の場合、被締結部材Ｓと対象物Ｔとの間に軸力測定用のロードワッシャＷを配置しているので、実際に締結を行う際の被締結部材Ｓと対象物Ｔの配置と異なるため、実際に被締結部材Ｓと対象物Ｔを締結する際の軸力と、その測定した軸力との間に誤差が生じてしまうことがあるという問題があった。
【０００６】
また、図１２、図１３に示すような従来技術の場合、図１６に示すねじ頭のない止めねじ６など、小さなねじやボルトにはひずみゲージ２０を貼付することができないので、その測定方法を適用することはできないという問題があった。また、図１４に示すような従来技術の場合も、小さなねじやボルトに適用することは困難であるという問題があった。
【０００７】
また、上記特許文献１の場合、軸力に伴うひずみが生じる位置にひずみゲージを貼付することができる場合はよいが、そのような位置にひずみゲージを貼付することができない場合にはひずみ量の検出が行えず、この測定方法による軸力の測定は行えないという問題があった。
【０００８】
本発明の課題は、対象物に対し、実際に固定する被締結部材を実際に使用するねじ部材を用いて締結する際の軸力を測定することができる軸力測定器具、軸力測定装置及び軸力測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するため、請求項１記載の発明は、所定の軸に対し、被締結部材をねじ部材により締結する際に、ねじ部材の軸方向に生じる軸力を測定するための軸力測定器具であって、被締結部材をねじ部材により締結する際に、ねじ部材が軸力を作用する方向と平行な検出面を有する溝部が形成された軸部材と、溝部の検出面に備えられ、軸部材のひずみを検出する検出部材と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、軸部材には、ねじ部材が軸力を作用する方向と平行な検出面を有する溝部が形成されており、その溝部の検出面に検出部材が備えられているので、その検出部材は感度よく、軸部材のひずみを検出することができる。そして、その検出したひずみに基づき所定の処理を行うことにより、軸力を求めることができる。
従って、所定の軸に相当する軸部材に対し、実際に固定する被締結部材を実際に使用するねじ部材を用いて締結する場合の軸力を測定することができるので、より実際の締結に近い状態における軸力を測定することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、所定の軸に対し、被締結部材をねじ部材により締結する際に、ねじ部材の軸方向に生じる軸力を測定するための軸力測定器具であって、所定の軸の軸線方向と垂直な面と同一の断面形状を有するとともに、被締結部材をねじ部材により締結する際に、ねじ部材が軸力を作用する方向と平行な検出面を有する溝部が形成された軸部材と、溝部の検出面に備えられ、軸部材のひずみを検出する検出部材と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、軸部材には、ねじ部材が軸力を作用する方向と平行な検出面を有する溝部が形成されており、その溝部の検出面に検出部材が備えられているので、その検出部材は感度よく、軸部材のひずみを検出することができる。そして、その検出したひずみに基づき所定の処理を行うことにより、軸力を求めることができる。
特に、軸部材は、所定の軸の軸線方向と垂直な面と同一の断面形状を有しているので、所定の軸に対し実際に固定する被締結部材を、実際に使用するねじ部材を用いて、その軸部材に締結することができる。
従って、所定の軸に相当する軸部材に対し、実際に固定する被締結部材を実際に使用するねじ部材を用いて締結する場合の軸力を測定することができるので、より実際の締結に近い状態における軸力を測定することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の軸力測定器具において、ねじ部材が軸部材に対し軸力を作用する位置に、その軸力が作用する方向と垂直な負荷作用面を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明と同様の作用を奏するとともに、軸部材は、ねじ部材がその軸部材に対し軸力を作用する位置に、その軸力が作用する方向と垂直な負荷作用面を有するので、その軸力を所定の方向（例えば、軸部材の軸中心に向かう方向）に作用させやすくすることができる。
よって、その軸力に基づくより正確なひずみの検出を行うことができ、より正確な軸力の測定を行うことができる。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の軸力測定器具において、負荷作用面の軸部材の軸線方向の両端側に、負荷作用面より軸部材の軸中心側に窪んだ凹部を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明と同様の作用を奏するとともに、軸部材は、負荷作用面の軸部材の軸線方向の両端側に、負荷作用面より軸部材の軸中心側に窪んだ凹部を有するので、負荷作用面に作用した軸力を検出部材に集中させて、その軸力に伴うひずみを感度よく検出することができる。
よって、その軸力に基づくより正確なひずみの検出を行い、より正確な軸力の測定を行うことができる。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載の軸力測定器具において、溝部は、軸部材の軸線を挟んで対向する位置に形成されているとともに、溝部のそれぞれの検出面に、検出部材が備えられることを特徴とする。
【００１８】
請求項５記載の発明によれば、請求項１〜４の何れか一項に記載の発明と同様の作用を奏するとともに、溝部は、軸部材の軸線を挟んで対向する位置に形成されているとともに、溝部のそれぞれの検出面に検出部材が備えられている。つまり、各検出面に備えられた検出部材は、軸部材の軸線を挟んで対向する位置に配置されているので、軸部材に作用する軸力を感度よく検出することができる。
よって、その軸力に基づくより正確なひずみの検出を行い、より正確な軸力の測定を行うことができる。
【００１９】
請求項６記載の発明は、請求項５に記載の軸力測定器具において、軸部材の軸線を挟んで対向する溝部を連通し、検出面と垂直な貫通孔を有することを特徴とする。
【００２０】
請求項６記載の発明によれば、請求項５に記載の発明と同様の作用を奏するとともに、軸部材は、その軸部材の軸線を挟んで対向する溝部を連通し、検出面と垂直な貫通孔を有するので、負荷作用面に作用した軸力を検出部材に集中させて、その軸力に伴うひずみを感度よく検出することができる。
よって、その軸力に基づくより正確なひずみの検出を行い、より正確な軸力の測定を行うことができる。
【００２１】
請求項７記載の発明は、請求項６に記載の軸力測定器具において、貫通孔内における軸部材の軸線方向と垂直な面に、軸部材のひずみを検出する検出部材を備えることを特徴とする。
【００２２】
請求項７記載の発明によれば、請求項６に記載の発明と同様の作用を奏するとともに、軸部材は、貫通孔内における軸部材の軸線方向と垂直な面に、軸部材のひずみを検出する検出部材を備えるので、溝部の検出面に備えられる一対の検出部材と、貫通孔内に備えられる一対の検出部材とが、角度を９０度ずらして配置されることとなる。
よって、異なる向きにおいて、軸力に伴うひずみを検出することができるので、その軸力に伴うひずみを感度よく検出することができる。また、検出部材の数を増やしたことにより、ひずみの検出感度を向上させることができる。
従って、その軸力に基づくより正確なひずみの検出を行い、より正確な軸力の測定を行うことができる。
【００２３】
請求項８記載の発明は、請求項１〜７の何れか一項に記載の軸力測定器具において、検出部材は、軸部材における圧縮ひずみを検出するひずみゲージであることを特徴とする。
【００２４】
請求項８記載の発明によれば、請求項１〜７の何れか一項に記載の発明と同様の作用を奏するとともに、検出部材は、軸部材における圧縮ひずみを検出するひずみゲージであるので、より好適に軸部材における圧縮ひずみを検出することができ、より正確な軸力の測定を行うことができる。
また、比較的安価な軸力測定器具とすることができる。
【００２５】
請求項９記載の発明は、請求項１〜８の何れか一項に記載の軸力測定器具において、軸部材は、有限要素法に基づき設定された形状を有することを特徴とする。
【００２６】
請求項９記載の発明によれば、請求項１〜８の何れか一項に記載の発明と同様の作用を奏するとともに、軸部材は、有限要素法（ＦＥＭ）に基づき設定された形状を有するので、その軸部材の形状は、被締結部材を実際に固定する所定の軸と見立てることができる。
よって、所定の軸に相当する軸部材に対し、実際に固定する被締結部材を実際に使用するねじ部材を用いて締結する場合の軸力を測定することができるので、より実際の締結に近い状態における軸力を測定することができる。
【００２７】
請求項１０記載の発明は、請求項１〜９の何れか一項に記載の軸力測定器具において、軸部材は、所定の軸と同一の材料により形成されていることを特徴とする。
【００２８】
請求項１０記載の発明によれば、請求項１〜９の何れか一項に記載の発明と同様の作用を奏するとともに、軸部材は、所定の軸と同一の材料により形成されているので、その軸部材を、被締結部材を実際に固定する所定の軸と見立てることができる。
よって、所定の軸に相当する軸部材に対し、実際に固定する被締結部材を実際に使用するねじ部材を用いて締結する場合の軸力を測定することができるので、より実際の締結に近い状態における軸力を測定することができる。
【００２９】
請求項１１記載の発明は、軸力測定装置であって、請求項１〜１０の何れか一項に記載の軸力測定器具と、軸力測定器具の検出部材が検出したひずみに基づく検出信号を処理し、軸力を求める制御を行う制御部と、制御部により求められた軸力を表示する表示部と、を備えることを特徴とする。
【００３０】
請求項１１記載の発明によれば、軸力測定装置は、軸力測定器具と制御部と表示部を備えており、その制御部は、軸力測定器具の検出部材が検出したひずみに基づく検出信号を処理し、軸力を求めることができる。よって、その軸力に基づくひずみの検出を行うことにより、軸力の測定を容易に行うことができる。
また、表示部は、制御部により求められた軸力を表示することができるので、測定した軸力を容易に認識、確認することができる。
【００３１】
請求項１２記載の発明は、軸力測定方法であって、請求項１〜１０の何れか一項に記載の軸力測定器具の軸部材に、被締結部材をねじ部材により締結する際に、検出部材が検出したひずみに基づきねじ部材の軸方向に生じる軸力を測定することを特徴とする。
【００３２】
請求項１２記載の発明によれば、軸力測定方法は、軸力測定器具の軸部材に、被締結部材をねじ部材により締結する際に、検出部材が検出したひずみに基づきねじ部材の軸方向に生じる軸力を測定することができる。
よって、所定の軸に相当する軸部材に対し、実際に固定する被締結部材を実際に使用するねじ部材を用いて締結する場合の軸力を測定することができるので、より実際の締結に近い状態における軸力を測定することができる。
【００３３】
請求項１３記載の発明は、請求項１２記載の軸力測定方法において、軸力測定器具の軸部材に、被締結部材をねじ部材により締結する際におけるねじ部材の締め付けトルクと、被締結部材をねじ部材により締結する際にねじ部材の軸方向に生じる軸力とを、予め相関させておき、その締め付けトルクに基づき軸力を測定することを特徴とする。
【００３４】
請求項１３記載の発明によれば、請求項１２記載の発明と同様の作用を奏するとともに、軸力測定方法は、軸力測定器具の軸部材に、被締結部材をねじ部材により締結する際におけるねじ部材の締め付けトルクと、被締結部材をねじ部材により締結する際にねじ部材の軸方向に生じる軸力とを、予め相関させておくことにより、その締め付けトルクに基づき軸力を測定することができる。
よって、被締結部材をねじ部材により締結する際におけるねじ部材の締め付けトルクに基づいても、そのねじ部材の軸方向に生じる軸力を測定することができる。
【発明の効果】
【００３５】
請求項１記載の発明によれば、軸部材には、ねじ部材が軸力を作用する方向と平行な検出面を有する溝部が形成されており、その溝部の検出面に検出部材が備えられているので、その検出部材は感度よく、軸部材のひずみを検出することができる。そして、その検出したひずみに基づき所定の処理を行うことにより、軸力を求めることができる。
従って、所定の軸に相当する軸部材に対し、実際に固定する被締結部材を実際に使用するねじ部材を用いて締結する場合の軸力を測定することができるので、より実際の締結に近い状態における軸力を測定することができる。
【００３６】
請求項２記載の発明によれば、軸部材には、ねじ部材が軸力を作用する方向と平行な検出面を有する溝部が形成されており、その溝部の検出面に検出部材が備えられているので、その検出部材は感度よく、軸部材のひずみを検出することができる。そして、その検出したひずみに基づき所定の処理を行うことにより、軸力を求めることができる。特に、軸部材は、所定の軸の軸線方向と垂直な面と同一の断面形状を有しているので、所定の軸に対し実際に固定する被締結部材を、実際に使用するねじ部材を用いて、その軸部材に締結することができる。
従って、所定の軸に相当する軸部材に対し、実際に固定する被締結部材を実際に使用するねじ部材を用いて締結する場合の軸力を測定することができるので、より実際の締結に近い状態における軸力を測定することができる。
【００３７】
請求項３記載の発明によれば、軸部材は、ねじ部材がその軸部材に対し軸力を作用する位置に、その軸力が作用する方向と垂直な負荷作用面を有するので、その軸力を所定の方向（例えば、軸部材の軸中心に向かう方向）に作用させやすくすることができる。
よって、その軸力に基づくより正確なひずみの検出を行うことができ、より正確な軸力の測定を行うことができる。
【００３８】
請求項４記載の発明によれば、軸部材は、負荷作用面の軸部材の軸線方向の両端側に、負荷作用面より軸部材の軸中心側に窪んだ凹部を有するので、負荷作用面に作用した軸力を検出部材に集中させて、その軸力に伴うひずみを感度よく検出することができる。
よって、その軸力に基づくより正確なひずみの検出を行い、より正確な軸力の測定を行うことができる。
【００３９】
請求項５記載の発明によれば、溝部は、軸部材の軸線を挟んで対向する位置に形成されているとともに、溝部のそれぞれの検出面に検出部材が備えられている。つまり、各検出面に備えられた検出部材は、軸部材の軸線を挟んで対向する位置に配置されているので、軸部材に作用する軸力を感度よく検出することができる。
よって、その軸力に基づくより正確なひずみの検出を行い、より正確な軸力の測定を行うことができる。
【００４０】
請求項６記載の発明によれば、軸部材は、その軸部材の軸線を挟んで対向する溝部を連通し、検出面と垂直な貫通孔を有するので、負荷作用面に作用した軸力を検出部材に集中させて、その軸力に伴うひずみを感度よく検出することができる。
よって、その軸力に基づくより正確なひずみの検出を行い、より正確な軸力の測定を行うことができる。
【００４１】
請求項７記載の発明によれば、軸部材は、貫通孔内における軸部材の軸線方向と垂直な面に、軸部材のひずみを検出する検出部材を備えるので、溝部の検出面に備えられる一対の検出部材と、貫通孔内に備えられる一対の検出部材とが、角度を９０度ずらして配置されることとなる。
よって、異なる向きにおいて、軸力に伴うひずみを検出することができるので、その軸力に伴うひずみを感度よく検出することができる。また、検出部材の数を増やしたことにより、ひずみの検出感度を向上させることができる。従って、その軸力に基づくより正確なひずみの検出を行い、より正確な軸力の測定を行うことができる。
【００４２】
請求項８記載の発明によれば、検出部材は、軸部材における圧縮ひずみを検出するひずみゲージであるので、より好適に軸部材における圧縮ひずみを検出することができ、より正確な軸力の測定を行うことができる。また、比較的安価な軸力測定器具とすることができる。
【００４３】
請求項９記載の発明によれば、軸部材は、有限要素法（ＦＥＭ）に基づき設定された形状を有するので、その軸部材の形状は、被締結部材を実際に固定する所定の軸と見立てることができる。
よって、所定の軸に相当する軸部材に対し、実際に固定する被締結部材を実際に使用するねじ部材を用いて締結する場合の軸力を測定することができるので、より実際の締結に近い状態における軸力を測定することができる。
【００４４】
請求項１０記載の発明によれば、軸部材は、所定の軸と同一の材料により形成されているので、その軸部材を、被締結部材を実際に固定する所定の軸と見立てることができる。
よって、所定の軸に相当する軸部材に対し、実際に固定する被締結部材を実際に使用するねじ部材を用いて締結する場合の軸力を測定することができるので、より実際の締結に近い状態における軸力を測定することができる。
【００４５】
請求項１１記載の発明によれば、軸力測定装置は、軸力測定器具と制御部と表示部を備えており、その制御部は、軸力測定器具の検出部材が検出したひずみに基づく検出信号を処理し、軸力を求めることができる。よって、その軸力に基づくひずみの検出を行うことにより、軸力の測定を容易に行うことができる。また、表示部は、制御部により求められた軸力を表示することができるので、測定した軸力を容易に認識、確認することができる。
【００４６】
請求項１２記載の発明によれば、軸力測定方法は、軸力測定器具の軸部材に、被締結部材をねじ部材により締結する際に、検出部材が検出したひずみに基づきねじ部材の軸方向に生じる軸力を測定することができる。
よって、所定の軸に相当する軸部材に対し、実際に固定する被締結部材を実際に使用するねじ部材を用いて締結する場合の軸力を測定することができるので、より実際の締結に近い状態における軸力を測定することができる。
【００４７】
請求項１３記載の発明によれば、軸力測定方法は、軸力測定器具の軸部材に、被締結部材をねじ部材により締結する際におけるねじ部材の締め付けトルクと、被締結部材をねじ部材により締結する際にねじ部材の軸方向に生じる軸力とを、予め相関させておくことにより、その締め付けトルクに基づき軸力を測定することができる。
よって、被締結部材をねじ部材により締結する際におけるねじ部材の締め付けトルクに基づいても、そのねじ部材の軸方向に生じる軸力を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明に係る軸力測定器具は、所定の軸に固定する被締結部材であるプーリやピニオンを、ねじ部材であるねじやボルトにより締結する際に、そのねじ部材の軸方向に生じる軸力を測定するためのものであり、その所定の軸に相当する軸部材に対し、実際に固定する被締結部材を実際のねじ部材を用いて締結する場合の軸力を測定することによって、実際の締結に則した状態において、容易に軸力測定を行うためのものである。
【００４９】
図１は、本発明に係る軸力測定器具の斜視図である。図２は、図１のII−II線における一部断面斜視図である。図３は、軸力測定器具の側面図である。
図１〜図３に示されるように、軸力測定器具１００は、軸部材１０と、後述する軸部材１０の溝部２ａ、２ｂに備えられる検出部材としてのひずみゲージ２０とにより構成されている。
【００５０】
軸部材１０は、被締結部材を固定する所定の軸の軸線方向と垂直な面と同一の断面形状を有する軸状の部材であり、この軸状の部材に後述する平面や溝部等が形成され、軸部材１０となっている。この軸部材１０は、その所定の軸と同一の材料により形成されている。
軸部材１０には、軸部材１０に被締結部材をねじ部材により締結する際に、そのねじ部材が軸部材１０に対し軸力を作用する位置に、その軸力が作用する方向と垂直な面である負荷作用面１が形成されている。
その負荷作用面１の、軸部材１０の軸線方向の両端側には、負荷作用面１より軸部材１０の軸中心側に窪んだ凹部１ａ、１ｂがそれぞれ形成されている。
【００５１】
負荷作用面１は、ねじ部材が軸部材１０に対し軸力を所定の方向（軸部材１０の軸中心に向かう方向）に作用させやすくするための面であるとともに、ねじ部材を軸部材１０に位置合わせする際の基準面として形成されている。
凹部１ａ、１ｂは、負荷作用面１に作用した軸力をひずみゲージ２０に集中させ、その軸力に伴うひずみを感度よく検出するためのものである。
【００５２】
また、軸部材１０には、その軸部材１０の軸線を挟んで対向する位置に溝部２ａ、２ｂがそれぞれ形成されている。その溝部２ａ、２ｂには、軸部材１０に被締結部材をねじ部材により締結する際に、そのねじ部材が軸部材１０に対し軸力を作用する方向と平行な面である検出面２２ａ、２２ｂがそれぞれ形成されている。
【００５３】
溝部２ａ、２ｂは、負荷作用面１に作用した軸力をひずみゲージ２０に集中させ、その軸力に伴うひずみを感度よく検出するためのものであるとともに、軸部材１０に備えられるひずみゲージ２０が、軸部材１０と被締結部材との締結の妨げにならないように収容するために形成されている。
検出面２２ａ、２２ｂは、負荷作用面１に作用した軸力に伴う圧縮ひずみを好適に検出するために形成された面である。
【００５４】
また、軸部材１０には、軸部材１０の先端部１０ａと溝部２ａ、２ｂとを連通するように、その軸部材１０の軸線方向に平行な細孔９ａ、９ｂが形成されている。
【００５５】
なお、軸部材１０に形成された負荷作用面１、凹部１ａ，１ｂ、溝部２ａ，２ｂ等に伴う軸部材１０の形状は、その軸部材１０を、所定の被締結部材を実際に固定する所定の軸と見立てることができるように、有限要素法（ＦＥＭ）により予め推定、設定された形状である。
【００５６】
溝部２ａ、２ｂの検出面２２ａ、２２ｂには、それぞれひずみゲージ２０が貼付されて備えられている。ひずみゲージ２０のリード線（図示省略）は、軸部材１０の細孔９ａ、９ｂを挿通させ、その先端部１０ａ側に延出するようになっている。
ひずみゲージ２０は、軸部材１０のひずみを検出する検出部材である。本実施の形態においては、図２、図４に示すように、２つのひずみゲージ２０が検出面２２ａ、２２ｂに貼付されて、軸部材１０における溝部２ａ、２ｂを隔てる隔壁部１０ｂを挟むように対向して備えられており、軸部材１０における圧縮ひずみ、特に、隔壁部１０ｂに作用する圧縮ひずみを検出するようになっている（図４参照）。このような圧縮ひずみをひずみゲージ２０により検出するためには、図５に示す回路図のような回路であればよい。
【００５７】
なお、隔壁部１０ｂに作用する圧縮ひずみを検出するためには、検出面２２ａ、２２ｂの何れか一方にのみひずみゲージ２０を備える構成であってもよい。ただし、ひずみゲージ２０が１つであると、軸部材１０に作用した軸力などの作用力により、隔壁部１０ｂが撓むように曲がってしまった場合、ひずみゲージ２０は隔壁部１０ａ（検出面）が曲がる曲げひずみも検出してしまうので、正確な圧縮ひずみの検出が行えないという問題が生じることがある。
そこで、本実施の形態のように、２つのひずみゲージ２０が隔壁部１０ｂを挟むように対向して備えられていれば、隔壁部１０ｂが撓むように曲がった場合、一方のひずみゲージ２０は検出面が伸びるような正の曲げひずみを検出し、他方のひずみゲージ２０は検出面が縮むような負の曲げひずみを検出することになるので、各ひずみゲージ２０が正と負の異なるひずみを検出した場合は、軸部材１０に作用する軸力が所定の方向（負荷作用面１に対して垂直な方向）に作用していないとして、エラー処理することができる。そして、各ひずみゲージ２０が正や負の曲げひずみでない、隔壁部１０ｂが検出面に平行な方向に圧縮される際のひずみを検出することにより、圧縮ひずみを検出することができる。
つまり、本実施の形態のように、２つのひずみゲージ２０を隔壁部１０ｂを挟むように対向して備えることにより、より正確な圧縮ひずみの検出が可能となっている。
【００５８】
次に、軸力測定器具１００を用いる軸力測定装置１０００について説明する。
図６は、本発明に係る軸力測定器具１００を備える軸力測定装置１０００の内部構成を示すブロック図である。
図６に示すように、軸力測定装置１０００は、軸力測定器具１００と、制御部３０と、表示部４０と、を備えて構成されている。また、軸力測定器具１００のひずみゲージ２０と制御部３０と表示部４０とは、バスＢによって接続されている。
【００５９】
制御部３０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えており、制御部３０のＣＰＵは、制御部３０のＲＯＭに格納されたプログラムを読み出して制御部３０のＲＡＭに展開し、該プログラムに基づいて、軸力測定装置１０００を構成する各部への指示やデータの送受信等を行う。
例えば、制御部３０は、軸力測定器具１００のひずみゲージ２０が検出した圧縮ひずみに基づく検出信号を所定のプログラムにより処理し、軸力を算出する制御を行う。
なお、この所定のプログラムには、軸力測定器具１００の軸部材１０に軸力に相当する既知の負荷荷重を作用させた際に、軸力測定器具１００のひずみゲージ２０が検出した圧縮ひずみとの相関を予め求めたキャリブレーションのデータが格納されている。また、キャリブレーションのデータとしては、軸力測定器具１００の軸部材１０に対し、所定の被締結部材を所定のねじ部材により締結する際の締め付けトルクと、その際に軸力測定器具１００のひずみゲージ２０が検出した圧縮ひずみや軸力との相関を予め求めたものであってもよい。
【００６０】
表示部４０は、例えば、液晶表示機構を備え、軸力測定器具１００のひずみゲージ２０が検出した圧縮ひずみに基づく検出信号や、制御部３０により求められた軸力等を表示する。
【００６１】
次に、軸力測定器具１００（軸力測定装置１０００）を用いた軸力測定方法について説明する。
図７は、軸力測定装置１０００における軸力測定器具１００の軸部材１０に、被締結部材５０をねじ部材としての止めねじ６０により固定した状態を示している。
図７に示すように、被締結部材５０の軸孔５０ａに、軸部材１０の先端部１０ａを挿入するとともに、軸部材１０の負荷作用面１に対し、被締結部材５０の締結孔５０ｂが垂直になるように位置合わせする。
【００６２】
ここで、軸部材１０の断面形状は、被締結部材５０を実際に固定する所定の軸の軸線方向と垂直な面の断面形状と同一であるので、軸部材１０は被締結部材５０の締結孔５０ｂに、所定の軸と同様に収まることができる。また、ひずみゲージ２０は溝部２ａ、２ｂに備えられ、ひずみゲージ２０のリード線（図示省略）は、軸部材１０の細孔９ａ、９ｂ内を挿通しているので、軸部材１０を被締結部材５０の締結孔５０ｂに挿入する際に、軸部材１０と被締結部材５０との間で、それらが妨げにはならないようになっている。
【００６３】
次いで、被締結部材５０の締結孔５０ｂに止めねじ６０をねじ込み、被締結部材５０を軸部材１０に対し締結する。
そして、被締結部材５０を軸部材１０に対し、止めねじ６０により締結して固定する際に、その止めねじ６０の軸方向に作用した軸力に伴い軸部材１０の隔壁部１０ｂに生じた圧縮ひずみをひずみゲージ２０が検出する。その検出した圧縮ひずみに基づき軸力測定装置１０００の制御部３０が軸力を求め、表示部４０に表示するなど測定結果を出力する。
【００６４】
このように、本発明に係る軸力測定器具１００は、所定の被締結部材を固定する所定の軸の軸線方向と垂直な面と同一の断面形状を有するとともに、その所定の軸と同一の材料により形成されている軸部材１０を備えているので、所定の軸に相当する軸部材１０に対し、実際の被締結部材を実際のねじ部材（止めねじ６０）を用いて締結する場合の圧縮ひずみを検出することによって、より実際の締結に近い状態における圧縮ひずみの検出を行うことができ、その圧縮ひずみに基づいてより実際の締結に近い状態における軸力の測定を行うことができる。
特に、軸部材１０の形状は、その軸部材１０を、所定の被締結部材を実際に固定する所定の軸と見立てることができるように、有限要素法（ＦＥＭ）により予め推定、設定された形状であるので、より正確な軸力の測定を行うことができる。
【００６５】
また、軸力測定器具１００を備える軸力測定装置１０００において、所定のプログラムに、軸力測定器具１００の軸部材１０に軸力に相当する既知の負荷荷重を作用させた際に、軸力測定器具１００のひずみゲージ２０が検出した圧縮ひずみとの相関を予め求めたキャリブレーションのデータを格納しておくことにより、ひずみゲージ２０が検出した圧縮ひずみに基づき軸力を算出することができる。また、所定のプログラムに、軸力測定器具１００の軸部材１０に対し、所定の被締結部材を所定のねじ部材（止めねじ６０）により締結する際の締め付けトルクと、その際に軸力測定器具１００のひずみゲージ２０が検出した圧縮ひずみや軸力との相関を予め求めたキャリブレーションのデータを格納しておくことにより、締め付けトルク基づき軸力を算出することもできる。
【００６６】
また、様々な被締結部材やその被締結部材を固定する所定の軸に応じて、軸径や軸の断面形状、軸を構成する材料等が異なる様々な軸部材を形成し、様々な軸力測定器具を用意することにより、様々な被締結部材や所定の軸に応じた軸力測定を容易に行うことができる。
【００６７】
よって、本発明に係る軸力測定器具、軸力測定装置及び軸力測定方法は、所定の軸に相当する軸部材に対し、実際に固定する被締結部材を実際に使用するねじ部材を用いて、実際の締結に則した状態における軸力測定を行うことができる軸力測定器具、軸力測定装置及び軸力測定方法であるといえる。
【００６８】
なお、本発明の適用は上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００６９】
例えば、軸力測定器具における軸部材は、図８（ａ）、（ｂ）に示す軸部材１１であってもよい。
軸部材１１には、軸部材１１の軸線を挟んで対向する位置に溝部３ａ、３ｂがそれぞれ形成されている。その溝部３ａ、３ｂには、軸部材１１に被締結部材をねじ部材により締結する際に、そのねじ部材が軸部材１０に対し軸力を作用する方向と平行な面である検出面３３ａ、３３ｂがそれぞれ形成されている。
この溝部３ａ、３ｂは、軸部材１１に備えられるひずみゲージ２０が、軸部材１１と被締結部材との締結の妨げにならないように収容するために形成されている。
なお、軸部材１１は、被締結部材を固定する所定の軸の軸線方向と垂直な面と同一の断面形状を有するとともに、その所定の軸と同一の材料により形成されている。
また、溝部３ａ、３ｂは、有限要素法に基づき定められた形状を有している。
【００７０】
このような形状の軸部材１１を備える軸力測定器具であっても、所定の軸に相当する軸部材１１に対し、実際の被締結部材を実際のねじ部材（止めねじ６０）を用いて締結する場合の圧縮ひずみを検出することによって、より実際の締結に近い状態における圧縮ひずみの検出を行うことができ、その圧縮ひずみに基づいてより実際の締結に近い状態における軸力の測定を行うことができる。
【００７１】
また、例えば、軸力測定器具における軸部材は、図９に示す軸部材１２であってもよい。
軸部材１２は、軸部材１０における溝部２ａ、２ｂを連通し、検出面２２ａ、２２ｂと垂直な貫通孔４が形成されたものである。
貫通孔４は、負荷作用面１に作用した軸力をひずみゲージ２０に集中させ、その軸力に伴うひずみを感度よく検出するためのものである。
なお、軸部材１２は、被締結部材を固定する所定の軸の軸線方向と垂直な面と同一の断面形状を有するとともに、その所定の軸と同一の材料により形成されている。
また、貫通孔４は、有限要素法に基づき定められた形状を有している。
【００７２】
このような形状の軸部材１２を備える軸力測定器具であっても、所定の軸に相当する軸部材１２に対し、実際の被締結部材を実際のねじ部材（止めねじ６０）を用いて締結する場合の圧縮ひずみを検出することによって、より実際の締結に近い状態における圧縮ひずみの検出を行うことができ、その圧縮ひずみに基づいてより実際の締結に近い状態における軸力の測定を行うことができる。
【００７３】
また、図１０に示すように、軸部材１２の貫通孔４内における、軸部材１２の軸線方向と垂直な面に軸部材１２のひずみを検出するひずみゲージ２０を備えるようにしてもよい。
このように、２つのひずみゲージ２０が対向するひずみゲージ対を、角度を９０度ずらして配置するとともに、ひずみゲージ２０の数を増やすことにより、圧縮ひずみの検出感度を向上させることができる。
【００７４】
なお、軸部材の形状は、上述の実施の形態に限定されるものではないので、円形断面であることやその軸径のサイズなど、他の形状、サイズであってもよい。
また、軸部材の溝部等の形状も、上述の実施の形態に限定されるものではなく、他の形状であってもよい。
また、ひずみゲージ２０の数や貼付位置も任意である。
【００７５】
また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明に係る軸力測定器具の斜視図である。
【図２】図１のII−II線における一部断面斜視図である。
【図３】本発明に係る軸力測定器具の側面図である。
【図４】ひずみゲージの配置を示す説明図である。
【図５】ひずみゲージに関する回路図である。
【図６】本発明に係る軸力測定装置の要部構成を示すブロック図である。
【図７】軸部材に被締結部材を止めねじにより固定した状態を示す説明図である。
【図８】軸部材の変形例を示す斜視図（ａ）と、（ａ）のｂ−ｂ線における一部断面斜視図（ｂ）である。
【図９】軸部材の変形例を示す斜視図である。
【図１０】ひずみゲージの配置例を示す説明図である。
【図１１】対象物に被締結部材をボルトにより締結した状態を示す説明図である。
【図１２】従来技術としての、軸力測定用のボルトを示す側面図である。
【図１３】従来技術としての、軸力測定用のボルトを示す断面図である。
【図１４】従来技術としての、軸力測定方法を示す説明図である。
【図１５】従来技術としての、軸力測定方法を示す説明図（ａ）と、ロードワッシャの斜視図（ｂ）である。
【図１６】対象物に被締結部材を止めねじにより締結した状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７７】
１０００  軸力測定装置
１００    軸力測定器具
１０、１１、１２  軸部材
１      負荷作用面
１ａ、１ｂ  凹部
２ａ、２ｂ  溝部
２２ａ、２２ｂ  検出面
３ａ、３ｂ  溝部
３３ａ、３３ｂ  検出面
４      貫通孔
２０    ひずみゲージ（検出部材）
３０    制御部
４０    表示部
５０    被締結部材
６０    止めねじ（ねじ部材）
【図１】
2005221254.tif 000003
【図２】
2005221254.tif 000004
【図３】
2005221254.tif 000005
【図４】
2005221254.tif 000006
【図５】
2005221254.tif 000007
【図６】
2005221254.tif 000008
【図７】
2005221254.tif 000009
【図８】
2005221254.tif 000010
【図９】
2005221254.tif 000011
【図１０】
2005221254.tif 000012
【図１１】
2005221254.tif 000013
【図１２】
2005221254.tif 000014
【図１３】
2005221254.tif 000015
【図１４】
2005221254.tif 000016
【図１５】
2005221254.tif 000017
【図１６】
2005221254.tif 000018