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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024134282
(43)【公開日】2024-10-03
(54)【発明の名称】締付軸力検出方法及び締付軸力検出装置
(51)【国際特許分類】
G01L 5/00 20060101AFI20240926BHJP
【ＦＩ】
G01L5/00 103B
【審査請求】有
【請求項の数】22
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023044505
(22)【出願日】2023-03-20
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2023-05-31
(71)【出願人】
【識別番号】000151690
【氏名又は名称】株式会社東日製作所
(71)【出願人】
【識別番号】599016431
【氏名又は名称】学校法人 芝浦工業大学
(74)【代理人】
【識別番号】100087398
【弁理士】
【氏名又は名称】水野 勝文
(74)【代理人】
【識別番号】100128783
【弁理士】
【氏名又は名称】井出 真
(74)【代理人】
【識別番号】100128473
【弁理士】
【氏名又は名称】須澤 洋
(74)【代理人】
【識別番号】100160886
【弁理士】
【氏名又は名称】久松 洋輔
(72)【発明者】
【氏名】堺 彌矩
(72)【発明者】
【氏名】橋村 真治
(72)【発明者】
【氏名】小松 恭一
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 聖司
【テーマコード（参考）】
2F051
【Ｆターム（参考）】
2F051AA01
2F051AA06
2F051AB09
(57)【要約】 （修正有）
【課題】安定的なボルト締付軸力の検出方法を提供する。
【解決手段】ボルト締結体の所定の部位を押さえながらボルトを直接又は間接的に引っ張り、着力点変位及び引張力の変化に関する情報を取得する情報取得ステップと、取得した情報に基づき、ボルトのコンプライアンスを求めるコンプライアンス算出ステップと、算出したコンプライアンスを、引張力が所定値に達する前のバネ定数が不定であるボルトのバネ定数不定部におけるコンプライアンスに修正するコンプライアンス修正ステップと、修正コンプライアンス及び引張力に基づき、バネ定数不定部の変位である修正変位を算出する修正変位算出ステップと、前記修正コンプライアンスの最大値及びこの最大値に対応する前記修正変位の値に基づき、軸力上昇量を求め、軸力上昇量を前記修正コンプライアンスの最大値に対応する引張力から減じることによりボルトの締付軸力を算出する締付軸力算出ステップと、を有する。
【選択図】図６
【解決手段】ボルト締結体の所定の部位を押さえながらボルトを直接又は間接的に引っ張り、着力点変位及び引張力の変化に関する情報を取得する情報取得ステップと、取得した情報に基づき、ボルトのコンプライアンスを求めるコンプライアンス算出ステップと、算出したコンプライアンスを、引張力が所定値に達する前のバネ定数が不定であるボルトのバネ定数不定部におけるコンプライアンスに修正するコンプライアンス修正ステップと、修正コンプライアンス及び引張力に基づき、バネ定数不定部の変位である修正変位を算出する修正変位算出ステップと、前記修正コンプライアンスの最大値及びこの最大値に対応する前記修正変位の値に基づき、軸力上昇量を求め、軸力上昇量を前記修正コンプライアンスの最大値に対応する引張力から減じることによりボルトの締付軸力を算出する締付軸力算出ステップと、を有する。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ボルト締結体におけるボルトの締付軸力を検出する締付軸力検出方法であって、
ボルト締結体の所定の部位を押さえながらボルトを直接又は間接的に引っ張り、着力点変位及び引張力の変化に関する情報を取得する情報取得ステップと、
前記情報取得ステップで取得した情報に基づき、ボルトのコンプライアンスを求めるコンプライアンス算出ステップと、
前記コンプライアンス算出ステップで算出したコンプライアンスを、引張力が所定値に達する前のバネ定数が不定であるボルトのバネ定数不定部におけるコンプライアンスに修正するコンプライアンス修正ステップと、
前記コンプライアンス修正ステップで修正した修正コンプライアンス及び引張力に基づき、バネ定数不定部の変位である修正変位を算出する修正変位算出ステップと、
前記修正コンプライアンスの最大値及びこの最大値に対応する前記修正変位の値に基づき、軸力上昇量を求め、この求めた軸力上昇量を前記修正コンプライアンスの最大値に対応する引張力から減じることにより、ボルトの締付軸力を算出する締付軸力算出ステップと、
を有することを特徴とする締付軸力検出方法。
ボルト締結体の所定の部位を押さえながらボルトを直接又は間接的に引っ張り、着力点変位及び引張力の変化に関する情報を取得する情報取得ステップと、
前記情報取得ステップで取得した情報に基づき、ボルトのコンプライアンスを求めるコンプライアンス算出ステップと、
前記コンプライアンス算出ステップで算出したコンプライアンスを、引張力が所定値に達する前のバネ定数が不定であるボルトのバネ定数不定部におけるコンプライアンスに修正するコンプライアンス修正ステップと、
前記コンプライアンス修正ステップで修正した修正コンプライアンス及び引張力に基づき、バネ定数不定部の変位である修正変位を算出する修正変位算出ステップと、
前記修正コンプライアンスの最大値及びこの最大値に対応する前記修正変位の値に基づき、軸力上昇量を求め、この求めた軸力上昇量を前記修正コンプライアンスの最大値に対応する引張力から減じることにより、ボルトの締付軸力を算出する締付軸力算出ステップと、
を有することを特徴とする締付軸力検出方法。
【請求項2】
引張力の着力点変位に対する変化が、非線形から線形に変わるときの引張力を前記所定値とすることを特徴とする請求項１に記載の締付軸力検出方法。
【請求項3】
前記コンプライアンス修正ステップは、前記コンプライアンス算出ステップで算出したコンプライアンスの最小値を求め、この最小値を前記コンプライアンス算出ステップで算出したコンプライアンスから減じて修正コンプライアンスを求めるステップである、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の締付軸力検出方法。
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の締付軸力検出方法。
【請求項4】
前記修正変位算出ステップにおいて、修正コンプライアンスを引張力で積分することにより修正変位を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の締付軸力検出方法。
【請求項5】
前記修正変位算出ステップにおいて、修正コンプライアンスを引張力で積分することにより修正変位を算出することを特徴とする請求項３に記載の締付軸力検出方法。
【請求項6】
前記所定の部位よりも下の前記ボルトの部分が、バネ定数不定部であることを特徴とする請求項１又は２に記載の締付軸力検出方法。
【請求項7】
前記所定の部位よりも下の前記ボルトの部分が、バネ定数不定部であることを特徴とする請求項３に記載の締付軸力検出方法。
【請求項8】
前記所定の部位よりも下の前記ボルトの部分が、バネ定数不定部であることを特徴とする請求項４に記載の締付軸力検出方法。
【請求項9】
前記所定の部位よりも下の前記ボルトの部分が、バネ定数不定部であることを特徴とする請求項５に記載の締付軸力検出方法。
【請求項10】
前記所定の部位は、前記ボルト締結体に含まれるナットの上面であることを特徴とする請求項１又は２に記載の締付軸力検出方法。
【請求項11】
前記所定の部位は、前記ボルト締結体に含まれるナットの上面であることを特徴とする請求項３に記載の締付軸力検出方法。
【請求項12】
前記所定の部位は、前記ボルト締結体に含まれるナットの上面であることを特徴とする請求項４に記載の締付軸力検出方法。
【請求項13】
前記所定の部位は、前記ボルト締結体に含まれるナットの上面であることを特徴とする請求項５に記載の締付軸力検出方法。
【請求項14】
前記所定の部位は、前記ボルト締結体における被締結体の上面であることを特徴とする請求項１又は２に記載の締付軸力検出方法。
【請求項15】
前記所定の部位は、前記ボルト締結体における被締結体の上面であることを特徴とする請求項３に記載の締付軸力検出方法。
【請求項16】
前記所定の部位は、前記ボルト締結体における被締結体の上面であることを特徴とする請求項４に記載の締付軸力検出方法。
【請求項17】
前記所定の部位は、前記ボルト締結体における被締結体の上面であることを特徴とする請求項５に記載の締付軸力検出方法。
【請求項18】
ボルト締結体におけるボルトの締付軸力を検出する締付軸力検出装置であって、
ボルト締結体の所定の部位を押さえながらボルトが直接又は間接的に引っ張られたときに、着力点変位及び引張力の変化に関する情報を取得する情報取得部と、
前記情報取得部で取得した情報に基づき、ボルトのコンプライアンスを求めるコンプライアンス算出部と、
前記コンプライアンス算出部で算出したコンプライアンスを、引張力が所定値に達する前のバネ定数が不定であるボルトのバネ定数不定部におけるコンプライアンスに修正するコンプライアンス修正部と、
前記コンプライアンス修正部で修正した修正コンプライアンス及び引張力に基づき、バネ定数不定部の変位である修正変位を算出する修正変位算出部と、
前記修正コンプライアンスの最大値及びこの最大値に対応する前記修正変位の値に基づき、軸力上昇量を求め、この求めた軸力上昇量を前記修正コンプライアンスの最大値に対応する引張力から減じることにより、ボルトの締付軸力を算出する締付軸力算出部と、
を有することを特徴とする締付軸力検出装置。
ボルト締結体の所定の部位を押さえながらボルトが直接又は間接的に引っ張られたときに、着力点変位及び引張力の変化に関する情報を取得する情報取得部と、
前記情報取得部で取得した情報に基づき、ボルトのコンプライアンスを求めるコンプライアンス算出部と、
前記コンプライアンス算出部で算出したコンプライアンスを、引張力が所定値に達する前のバネ定数が不定であるボルトのバネ定数不定部におけるコンプライアンスに修正するコンプライアンス修正部と、
前記コンプライアンス修正部で修正した修正コンプライアンス及び引張力に基づき、バネ定数不定部の変位である修正変位を算出する修正変位算出部と、
前記修正コンプライアンスの最大値及びこの最大値に対応する前記修正変位の値に基づき、軸力上昇量を求め、この求めた軸力上昇量を前記修正コンプライアンスの最大値に対応する引張力から減じることにより、ボルトの締付軸力を算出する締付軸力算出部と、
を有することを特徴とする締付軸力検出装置。
【請求項19】
前記所定値は、引張力の着力点変位に対する変化が、非線形から線形に変わるときの引張力であることを特徴とする請求項１８に記載の締付軸力検出装置。
【請求項20】
前記コンプライアンス修正部は、前記コンプライアンス算出部が算出したコンプライアンスの最小値を求め、この最小値を前記コンプライアンス算出部が算出したコンプライアンスから減じて修正コンプライアンスを求める処理を行うことを特徴とする請求項１８又は１９に記載の締付軸力検出装置。
【請求項21】
前記修正変位算出部は、修正コンプライアンスを引張力で積分して修正変位を算出する処理を行うことを特徴とする請求項１８又は１９に記載の締付軸力検出装置。
【請求項22】
前記修正変位算出部は、修正コンプライアンスを引張力で積分して修正変位を算出する処理を行うことを特徴とする請求項２０に記載の締付軸力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ボルト締結体におけるボルトの締付軸力を検出する検出方法などに関するものである。
【背景技術】
【0002】
自動車等の機械、橋梁などの構造物の組み立てには、ボルト締結体による締結が必須である。ボルト締結体としての強度は、締付軸力に大きく左右される。以下、非特許文献１に開示された締付軸力の検出方法について、詳細に説明する。
【0003】
図１４は、非特許文献１の引用である。図１４（ａ）はボルト締結体の概要図である。図１４（ｂ）は、着力点変位δ、引張力Ｐ及び軸力Ｆの三つのパラメータの関係を示したグラフであり、横軸が着力点変位δ、縦軸が引張力Ｐ（ボルトの軸力Ｆ）である。引張力Ｐは実線で示し、軸力Ｆは波線で示している。図１４（ｃ）は、図１４（ａ）の一部における拡大図であり、左側の図がボルトとナットのねじ面が離間する前の状態を示しており、右側の図がボルトとナットのねじ面が離間した後の状態を示している。
【0004】
ボルト締結体は、少なくともボルトとこのボルトが締結される被締結体とを含む。これら以外に、ナット、座金など締結に関わる他の部材が含まれていてもよい。図示例では、ボルト締結体は、ボルト１０、ナット１１及び被締結物Ｈからなり、ボルト１０及びナット１１は被締結体Ｈに締結されている。
被締結物Ｈは、二つの被締結体を重ねたものである。被締結物Ｈには、ボルト１０のボルト軸部１０ｂが貫通する貫通孔が形成されている。貫通孔には、ネジ溝が切られていない。したがって、ボルト１０は、ナット１１にだけ螺合し、被締結体Ｈの貫通孔には螺合しない。
被締結物Ｈは、二つの被締結体を重ねたものである。被締結物Ｈには、ボルト１０のボルト軸部１０ｂが貫通する貫通孔が形成されている。貫通孔には、ネジ溝が切られていない。したがって、ボルト１０は、ナット１１にだけ螺合し、被締結体Ｈの貫通孔には螺合しない。
【0005】
図１４（ａ）を参照して、ナット１１が上動しないように、ナット上面１１ｂを押さえながら、ボルト軸部１０ｂの先端に引張力を付与すると、図１４（ｂ）に図示するように、引張力Ｐ及び締付軸力Ｆは、着力点変位δに対して非線形的に増大する。さらに、引張力Ｐを増大させると、ナットネジ面１１aからボルトネジ面１０ｂ１が完全に離間し（図１４（ｃ）参照）、引張力ＰがＰｃに達すると、引張力Ｐ及び締付軸力Ｆが同等になる。引張力Ｐ及び締付軸力Ｆが同等（つまり、ナットネジ面１１aからボルトネジ面１０ｂ１が完全に離間した状態）になると、引張力Ｐ及び締付軸力Ｆは、着力点変位δに対して線形的に増大する。
【0006】
ナットネジ面１１a及びボルトネジ面１０ｂ１が互いに離間する前の状態では、図１４(ａ)中のグリップ長さｌｇの範囲において、ボルト１０は伸長する。グリップ長さｌｇとは、被締結体Ｈの上面から下面までの間隔のことである。これに対して、ナットネジ面１１a及びボルトネジ面１０ｂ１が離間した後の状態では、長さｌ０の範囲において、ボルト１０は伸長する。長さｌ０とは、前述のグリップ長さｌｇにボルト１０及びナット１１の噛み合い長さを加算した値である。
【0007】
このように、ナットネジ面１１a及びボルトネジ面１０ｂ１が互いに離間する前後で、ボルト１０の伸びる長さは異なる。したがって、引張力Ｐ及び着力点変位δの関係である見かけ上のバネ定数（以下、バネ定数と称する）も、ナットネジ面１１a及びボルトネジ面１０ｂ１が離間する前後で異なる。非特許文献１では、このバネ定数の変化に着目して、ナットネジ面１１a及びボルトネジ面１０ｂ１が離間するときの引張力Ｐを計測する。
【0008】
具体的には、ナットネジ面１１aからボルトネジ面１０ｂ１が離間する前の状態をプロセス１、ナットネジ面１１aからボルトネジ面１０ｂ１が離間した後の状態をプロセス２、プロセス１における引張力Ｐの勾配を勾配ＣＡ、プロセス２における引張力Ｐの勾配を勾配ＣＢと定義する。そして、勾配ＣＡ及び勾配ＣＢの直線の交点Ｉを求め、この交点Ｉに対応する引張力Ｐを、締付軸力Ｆ０として算出する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0009】
【非特許文献1】日本機械学会論文集（Ｃ編） ６８巻６７１号（２００２－７） ボルト・ナット締結体における締付け力の検出方法 植村真治 村上敬宣
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかしながら、非特許文献１の手法は、勾配ＣＡの決定が不安定であるため、非特許文献１の検出方法とは異なる検出方法が求められていた。すなわち、引張力Ｐを負荷する前の状態では、ナットネジ面１１aの略全体がボルトネジ面１０ｂ１に接触している。引張力Ｐを負荷すると、ナットネジ面１１aからボルトネジ面１０ｂ１が連続的に順次離間し、ボルト１０のナット上面より下側の部分のバネ定数が変化する。勾配ＣＡを決定する直線をどこから描けばよいのか明確でないため、勾配ＣＡの決定が不安定になる。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記課題を解決するために、本発明に係る締付軸力検出方法は、（１）ボルト締結体におけるボルトの締付軸力を検出する締付軸力検出方法であって、ボルト締結体の所定の部位を押さえながらボルトを直接又は間接的に引っ張り、着力点変位及び引張力の変化に関する情報を取得する情報取得ステップと、前記情報取得ステップで取得した情報に基づき、ボルトのコンプライアンスを求めるコンプライアンス算出ステップと、前記コンプライアンス算出ステップで算出したコンプライアンスを、引張力が所定値に達する前のバネ定数が不定であるボルトのバネ定数不定部におけるコンプライアンスに修正するコンプライアンス修正ステップと、前記コンプライアンス修正ステップで修正した修正コンプライアンス及び引張力に基づき、バネ定数不定部の変位である修正変位を算出する修正変位算出ステップと、前記修正コンプライアンスの最大値及びこの最大値に対応する前記修正変位の値に基づき、軸力上昇量を求め、この求めた軸力上昇量を前記修正コンプライアンスの最大値に対応する引張力から減じることにより、ボルトの締付軸力を算出する締付軸力算出ステップと、を有することを特徴とする。
【0012】
（２）引張力の着力点変位に対する変化が、非線形から線形に変わるときの引張力を前記所定値とすることを特徴とする上記（１）に記載の締付軸力検出方法。
【0013】
（３）前記コンプライアンス修正ステップは、前記コンプライアンス算出ステップで算出したコンプライアンスの最小値を求め、この最小値を前記コンプライアンス算出ステップで算出したコンプライアンスから減じて修正コンプライアンスを求めるステップである、ことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の締付軸力検出方法。
【0014】
（４）前記修正変位算出ステップにおいて、修正コンプライアンスを引張力で積分することにより修正変位を算出することを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の締付軸力検出方法。
【0015】
（５）前記修正変位算出ステップにおいて、修正コンプライアンスを引張力で積分することにより修正変位を算出することを特徴とする上記（３）に記載の締付軸力検出方法。
【0016】
（６）前記所定の部位よりも下の前記ボルトの部分が、バネ定数不定部であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の締付軸力検出方法。
【0017】
（７）前記所定の部位よりも下の前記ボルトの部分が、バネ定数不定部であることを特徴とする上記（３）に記載の締付軸力検出方法。
【0018】
（８）前記所定の部位よりも下の前記ボルトの部分が、バネ定数不定部であることを特徴とする上記（４）に記載の締付軸力検出方法。
【0019】
（９）前記所定の部位よりも下の前記ボルトの部分が、バネ定数不定部であることを特徴とする上記（５）に記載の締付軸力検出方法。
【0020】
（１０）前記所定の部位は、前記ボルト締結体に含まれるナットの上面であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の締付軸力検出方法。
【0021】
（１１）前記所定の部位は、前記ボルト締結体に含まれるナットの上面であることを特徴とする上記（３）に記載の締付軸力検出方法。
【0022】
（１２）前記所定の部位は、前記ボルト締結体に含まれるナットの上面であることを特徴とする上記（４）に記載の締付軸力検出方法。
【0023】
（１３）前記所定の部位は、前記ボルト締結体に含まれるナットの上面であることを特徴とする上記（５）に記載の締付軸力検出方法。
【0024】
（１４）前記所定の部位は、前記ボルト締結体における被締結体の上面であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の締付軸力検出方法。
【0025】
（１５）前記所定の部位は、前記ボルト締結体における被締結体の上面であることを特徴とする上記（３）に記載の締付軸力検出方法。
【0026】
（１６）前記所定の部位は、前記ボルト締結体における被締結体の上面であることを特徴とする上記（４）に記載の締付軸力検出方法。
【0027】
（１７）前記所定の部位は、前記ボルト締結体における被締結体の上面であることを特徴とする上記（５）に記載の締付軸力検出方法。
【0028】
本発明に係る締付軸力検出装置は、（１８）ボルト締結体におけるボルトの締付軸力を検出する締付軸力検出装置であって、ボルト締結体の所定の部位を押さえながらボルトが直接又は間接的に引っ張られたときに、着力点変位及び引張力の変化に関する情報を取得する情報取得部と、前記情報取得部で取得した情報に基づき、ボルトのコンプライアンスを求めるコンプライアンス算出部と、前記コンプライアンス算出部で算出したコンプライアンスを、引張力が所定値に達する前のバネ定数が不定であるボルトのバネ定数不定部におけるコンプライアンスに修正するコンプライアンス修正部と、前記コンプライアンス修正部で修正した修正コンプライアンス及び引張力に基づき、バネ定数不定部の変位である修正変位を算出する修正変位算出部と、前記修正コンプライアンスの最大値及びこの最大値に対応する前記修正変位の値に基づき、軸力上昇量を求め、この求めた軸力上昇量を前記修正コンプライアンスの最大値に対応する引張力から減じることにより、ボルトの締付軸力を算出する締付軸力算出部と、を有することを特徴とする。
【0029】
（１９）前記所定値は、引張力の着力点変位に対する変化が、非線形から線形に変わるときの引張力であることを特徴とする上記（１８）に記載の締付軸力検出装置。
【0030】
（２０）前記コンプライアンス修正部は、前記コンプライアンス算出部が算出したコンプライアンスの最小値を求め、この最小値を前記コンプライアンス算出部が算出したコンプライアンスから減じて修正コンプライアンスを求める処理を行うことを特徴とする上記（１８）又は（１９）に記載の締付軸力検出装置。
【0031】
（２１）前記修正変位算出部は、修正コンプライアンスを引張力で積分して修正変位を算出する処理を行うことを特徴とする上記（１８）又は（１９）に記載の締付軸力検出装置。
【0032】
（２２）前記修正変位算出部は、修正コンプライアンスを引張力で積分して修正変位を算出する処理を行うことを特徴とする上記（２０）に記載の締付軸力検出装置。
【発明の効果】
【0033】
本発明によれば、締付軸力の検出を安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】ボルト締結体及び引張装置の概略図である。
【図2】着力点変位δ、引張力Ｐ及び軸力Ｆの関係を示すグラフである。
【図3】取得した着力点変位δと引張力Ｐとの関係を示すグラフである。
【図4】算出したコンプライアンスＣのグラフである。
【図5】ナットネジ面からボルトネジ面が離間するときの挙動を示す遷移図である。
【図6】修正コンプライアンスＣ´等のグラフである。
【図7】修正変位δ´等のグラフである。
【図8】締付軸力検出装置の一実施形態である。
【図9】締付軸力検出装置の変形例１である。
【図10】締付軸力検出装置の変形例２である。
【図11】締付軸力検出装置の変形例３である。
【図12】締付軸力検出装置の変形例４（座金引っ張り）である。
【図13】締付軸力検出装置の変形例４（ナット引っ張り）である。
【図14】従来の締付軸力の検出方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0035】
本発明の実施形態である締付軸力の検出方法について説明する。図１は、図１４（a）のボルト締結体に締付軸力検出装置を装着した状態を図示する。ただし、説明の便宜上、ボルト軸部の長さを、図１４（ａ）よりも若干長く記載している。ボルト締結体については、背景技術で説明したから、詳細な説明を省略する。
【0036】
締付軸力検出装置１の下端部には、凹部１aが形成されており、この凹部１aの内周面には、ネジ溝が切られている。ボルト軸部１０ｂの上端は、ナット上面１１ｂから突出しており、凹部１aに螺合している。締付軸力検出装置１には、ナット上面１１ｂを押さえる押さえ機構（不図示）が設けられている。したがって、ボルト軸部１０ｂの上端を締付軸力検出装置１の凹部１aに螺合させた状態で、ナット１１が上動しないように押さえ機構でナット上面１１ｂを押さえながら、ボルト１０を引っ張る引張試験を実施することができる。
【0037】
図２は、引張試験で検出される着力点変位δ、引張力Ｐ及び軸力Ｆの関係を示すグラフであり、図１４（ｂ）に対応する。図１４（ａ）に図示するように、締付軸力Ｆ０で締結されたボルト１０を、ナット上面１１ｂを押さえながら引っ張ると、上述の通り、軸力Ｆ及び引張力Ｐはそれぞれ波線及び実線に沿って増大する。なお、波線が軸力Ｆ、実線が引張力Ｐである。ここで、ナットネジ面１１aからボルトネジ面１０ｂ１が完全に離間した直後の引張力Ｐ（特許請求の範囲に記載の「所定値」に相当し、以下「所定値」ともいう）又はこれを超える引張力ＰをＰＭax（特許請求の範囲に記載の「修正コンプライアンスの最大値に対応する引張力」に相当する）、締付軸力Ｆ０に対する軸力Ｆの上昇量（特許請求の範囲に記載の「軸力上昇量」に相当する）をΔＦと定義したとき、締付軸力Ｆ０は、以下の式（１）によって定義される。なお、図２では、ナットネジ面１１aからボルトネジ面１０ｂ１が完全に離間した直後の引張力ＰをＰＭaxとしているが、後述するように当該引張力Ｐよりも高い引張力をＰＭaxとしてもよい。
【数1】
【0038】
ここで、ＰＭａｘは、引張試験中に引張力Ｐを順次検出することによって、取得することができる。具体的には、既述の通り、引張力Ｐが高まり、ナットネジ面１１aからボルトネジ面１０ｂ１が完全に離間すると、引張力Ｐの着力点変位δに対する変化が非線形から線形に変わるため、かかる変化が生じたときの引張力Ｐ又はこれを超える引張力ＰをＰＭａｘ（特許請求の範囲に記載の「修正コンプライアンスの最大値に対応する引張力」に相当する）とすることができる。すなわち、引張力Ｐを着力点変位δで微分し、微分値が変化しなくなったときの引張力Ｐ又はそれを超える引張力ＰをＰＭａｘとすることができる。
【0039】
ここで、引張力Ｐを負荷すると、ナットネジ面１１aからボルトネジ面１０ｂ１が順次連続的に離間するとともに、ボルト１０のナット上面１１ｂより下側の部分におけるバネ定数が時々刻々と変化する。そして、ナットネジ面１１aからボルトネジ面１０ｂ１が完全に離間すると、バネ定数は一定となる。つまり、ボルト１０のナット上面１１ｂより下側の部分は、引張力Ｐが上述の所定値に到達すると、バネ定数が不定から一定に変化する。本明細書では、かかる挙動が生じるボルト１０の部分（本実施形態では、ナット上面１１ｂより下側の部分）をバネ定数不定部と定義する。なお、ボルト１０及びナット１１の噛み合い状態が変化することにより、ナット下面より下側のボルト１０の部分に働く力も変化する。したがって、バネ定数不定部には、ナット下面より下側のボルト１０の部分も含まれる。なお、バネ定数不定部及びバネ定数一定部の境界は、反力を取る位置に対応する。
一方、ナット１１との噛み合いがない、ボルト１０のナット上面１１ｂより上側の部分は、バネ定数が変化せずに一定であるから、これをバネ定数一定部と定義する。
一方、ナット１１との噛み合いがない、ボルト１０のナット上面１１ｂより上側の部分は、バネ定数が変化せずに一定であるから、これをバネ定数一定部と定義する。
【0040】
ここで、引張試験において、バネ定数不定部の変位（後述する「修正変位δ´Max」に相当する）を取得することができれば、フックの法則にしたがい、軸力上昇量ΔＦを算出することができる。
本発明者等は、バネ定数不定部の変位を算出する際に、バネ定数の変化量を用いる方法について検討したが、以下に説明するように、技術的に困難であった。
本発明者等は、バネ定数不定部の変位を算出する際に、バネ定数の変化量を用いる方法について検討したが、以下に説明するように、技術的に困難であった。
【0041】
説明を簡素化するため、直列に接続されたバネの合成式を用いて、バネ定数を用いることの困難性について説明する。
直列に接続された一方のバネ１のバネ定数をｋ１、他方のバネ２のバネ定数をｋ２としたとき、合成バネ定数ｋは、以下の式（２）によって定義される。
直列に接続された一方のバネ１のバネ定数をｋ１、他方のバネ２のバネ定数をｋ２としたとき、合成バネ定数ｋは、以下の式（２）によって定義される。
【数2】
【0042】
ここで、バネ２のバネ定数ｋ２がｋ２´に変化することにより、合成バネ定数ＫがＫ´に変化した場合、合成バネ定数の変化量は、以下の式（３）によって定義される。
【数3】
【0043】
式（３）において、バネ定数ｋの変化量に基づき、バネ定数ｋ２からｋ２´への変化量を求めるためには、ばね定数ｋ１及びバネ定数ｋ２のうちいずれか一方が既知の必要がある。すなわち、バネ定数ｋ1およびバネ定数ｋ２が未知の場合、バネ定数ｋの変化量に基づき、バネ定数ｋ２からｋ２´への変化量を求めることができない。したがって、バネ定数の変化量に基づき、軸力上昇量ΔＦを求めることは、数学的に困難である。
【0044】
そこで、本発明者等は、バネ定数の逆数である見かけ上のコンプライアンス（以下、コンプライアンスと称する）の変化量を用いて、軸力上昇量ΔＦを求める方法を検討した。
ここで、バネ定数の場合と同様に直列に接続されたバネの合成コンプライアンスについて考察する。直列に接続された一方のバネ１のコンプライアンスをｃ１、他方のバネ２のコンプライアンスをｃ２としたとき、合成コンプライアンスｃは、以下の式（４）によって定義される。
ここで、バネ定数の場合と同様に直列に接続されたバネの合成コンプライアンスについて考察する。直列に接続された一方のバネ１のコンプライアンスをｃ１、他方のバネ２のコンプライアンスをｃ２としたとき、合成コンプライアンスｃは、以下の式（４）によって定義される。
【数4】
【0045】
ここで、バネ２のコンプライアンスｃ２がｃ２´に変化することにより、合成コンプライアンスｃがｃ´に変化した場合、合成コンプライアンスの変化量は、以下の式（５）によって定義される。
【数5】
【0046】
このように，バネ要素が直列に接続されている場合、コンプライアンスの変化を用いることで、コンプライアンスが未知のバネを含む直列バネにおいて、定数項の影響を取り除くことができる。定数項とは、コンプライアンスが変化しない項、つまり、式（５）ではコンプライアンスｃ１のことであり、図１であれば、ナット上面１１ｂよりも上のボルト軸部１０ｂ（バネ定数一定部）のコンプライアンスのことである。
【0047】
以上の考察に基づき、本発明者等は、バネ定数不定部におけるコンプライアンスの変化及びバネ定数不定部の変位に基づき、軸力上昇量ΔＦを推定する方法に到達した。軸力上昇量ΔＦを数式で定義すると、以下の通りである。
式（６）は、以下の算出ステップに基づき、導出される。
情報取得ステップ：ナット上面１１ｂ（請求項１に記載の「所定の部位」に相当する）を押さえながら、ボルト軸部１０ｂを引っ張ることにより、着力点変位δ及び引張力Ｐの変化に関する情報を取得する。
コンプライアンス算出ステップ：情報取得ステップで取得した情報に基づき、ボルト１０のコンプライアンスを求める。
コンプライアンス修正ステップ：コンプライアンス算出ステップで取得したコンプライアンスを、バネ定数不定部におけるコンプライアンスに修正して、修正コンプライアンスを算出する。
修正変位算出ステップ：コンプライアンス修正ステップで算出した修正コンプライアンス及び引張力に基づき、バネ定数不定部の変位である修正変位を算出する。
以下、各ステップに項分けして詳細に説明する。
【数6】
情報取得ステップ：ナット上面１１ｂ（請求項１に記載の「所定の部位」に相当する）を押さえながら、ボルト軸部１０ｂを引っ張ることにより、着力点変位δ及び引張力Ｐの変化に関する情報を取得する。
コンプライアンス算出ステップ：情報取得ステップで取得した情報に基づき、ボルト１０のコンプライアンスを求める。
コンプライアンス修正ステップ：コンプライアンス算出ステップで取得したコンプライアンスを、バネ定数不定部におけるコンプライアンスに修正して、修正コンプライアンスを算出する。
修正変位算出ステップ：コンプライアンス修正ステップで算出した修正コンプライアンス及び引張力に基づき、バネ定数不定部の変位である修正変位を算出する。
以下、各ステップに項分けして詳細に説明する。
【0048】
（情報取得ステップについて）
上述の引張試験を実施して、ボルト１０の着力点変位δ及び引張力Ｐの変化に関する情報を取得する。引張力Ｐ及び着力点変位δの取得方法については、詳細を後述する。
図３は、取得した着力点変位δと引張力Ｐとの関係を示すグラフであり、図２の縦軸及び横軸を互いに入れ替えたものである。引張力が上述の所定値に達する前は、着力点変位δは引張力Ｐに対して非線形的に増大し、引張力が上述の所定値に達すると、着力点変位δは引張力Ｐに対して線形的に増大する。その理由については、上述したから説明を繰り返さない。
上述の引張試験を実施して、ボルト１０の着力点変位δ及び引張力Ｐの変化に関する情報を取得する。引張力Ｐ及び着力点変位δの取得方法については、詳細を後述する。
図３は、取得した着力点変位δと引張力Ｐとの関係を示すグラフであり、図２の縦軸及び横軸を互いに入れ替えたものである。引張力が上述の所定値に達する前は、着力点変位δは引張力Ｐに対して非線形的に増大し、引張力が上述の所定値に達すると、着力点変位δは引張力Ｐに対して線形的に増大する。その理由については、上述したから説明を繰り返さない。
【0049】
（コンプライアンス算出ステップ）
情報取得ステップで取得した情報（図３の情報）に基づき、ボルト１０のコンプライアンスＣを算出する。
ここで、コンプライアンスＣは、バネ定数の逆数であるから、フックの法則に基づき、以下の式（７）により定義される。
図４は、式（７）に基づき算出したコンプライアンスＣのグラフであり、右側の縦軸がコンプライアンスＣ[ｍｍ／ｋＮ]であり、左側の縦軸が引張力Ｐ又は軸力Ｆ[ｋＮ]であり、横軸が着力点変位δ[ｍｍ]である。コンプライアンスＣの変化の挙動を把握するため、コンプライアンスＣとともに、引張力Ｐ及び軸力Ｆのグラフも示している。なお、引張力Ｐ及び軸力Ｆのグラフは、図２の引用である。
情報取得ステップで取得した情報（図３の情報）に基づき、ボルト１０のコンプライアンスＣを算出する。
ここで、コンプライアンスＣは、バネ定数の逆数であるから、フックの法則に基づき、以下の式（７）により定義される。
【数7】
【0050】
ここで、上述の通りバネ定数不定部のバネ定数は、ナットネジ面１１aからボルトネジ面１０ｂ１が離間する過程で時々刻々と変化するから、バネ定数の逆数であるコンプライアンスＣも変化する。図５は、ナットネジ面１１aからボルトネジ面１０ｂ１が離間するときの遷移図である。同図に示すように、引張力Ｐが負荷されると、ナットネジ面１１a及びボルトネジ面１０ｂ１は、上側から下側に向かって、この順序で連続的に離間する。同図に示す点線は、ボルト１０及びナット１１の噛み合い領域と離間領域との境界線であり、境界線より下の部分が噛み合い領域であり、境界線より上の部分が離間領域である。この境界線は、引張力Ｐが増大するにしたがって順次下がり、それに伴い、ボルト１０のコンプライアンスＣが時々刻々と変化する。このコンプライアンスＣが変化する挙動を式で表現すると、以下の通りである。
この式では、バネ定数一定部のコンプライアンスをｃ１と定義している。また、バネ定数不定部をボルト１０の軸方向に沿ってｎ-１個の要素に分割しており、それぞれの要素のコンプライアンスをｃ２～ｃｎと定義している。なお、ｃ２がバネ定数不定部の上端に位置する要素のコンプライアンスであり、ｃｎがバネ定数不定部の下端に位置する要素のコンプライアンスである。
引張試験を実施すると、バネ定数不定部における上端の要素から順にコンプライアンスが変化する。一方、コンプライアンスｃ１は、ナット上面１１ｂよりも上側のコンプライアンスであるから、引張試験中に変動しない。
つまり、コンプライアンスＣ（１）は、引張を開始する前のコンプライアンスであり、引張力Ｐを高めることにより、Ｃ（２）→Ｃ（３）→・・・・・→Ｃ（ｎ）の順に、コンプライアンスが変化する。なお、ナットネジ面１１a及びボルトネジ面１０ｂ１が完全に離間したときのコンプライアンスがＣ（ｎ）であり、この状態から引張力を更に高めても、ボルトネジ面１０ｂ１及びナットネジ面１１aは互いに離間したままであるから、コンプライアンスはＣ（ｎ）のままである。
【数8】
引張試験を実施すると、バネ定数不定部における上端の要素から順にコンプライアンスが変化する。一方、コンプライアンスｃ１は、ナット上面１１ｂよりも上側のコンプライアンスであるから、引張試験中に変動しない。
つまり、コンプライアンスＣ（１）は、引張を開始する前のコンプライアンスであり、引張力Ｐを高めることにより、Ｃ（２）→Ｃ（３）→・・・・・→Ｃ（ｎ）の順に、コンプライアンスが変化する。なお、ナットネジ面１１a及びボルトネジ面１０ｂ１が完全に離間したときのコンプライアンスがＣ（ｎ）であり、この状態から引張力を更に高めても、ボルトネジ面１０ｂ１及びナットネジ面１１aは互いに離間したままであるから、コンプライアンスはＣ（ｎ）のままである。
【0051】
（コンプライアンス修正ステップ）
上述の通り、ボルト１０のナット上面より上側の部分（バネ定数一定部）は、引張試験中にバネ定数が一定であるから、ΔＦを算出する際に考慮する必要はない。つまり、ΔＦを算出する際は、バネ定数が変化するバネ定数不定部だけに着目すればよい。一方、式（７）に基づき算出したコンプライアンスＣは、ボルト１０全体のコンプライアンスであるから、コンプライアンスＣからバネ定数一定部のコンプライアンスを減じて、バネ定数不定部のコンプライアンスである修正コンプライアンスＣ´を求める必要がある。
ここで、図４に図示するように、コンプライアンスＣは、着力点変位δの増大に伴い、一旦低下し、その後漸次増大する挙動を示すため、かかる情報からコンプライアンスＣの最小値（以下、minimum(Ｃ)という）を求めることができる。なお、コンプライアンスはバネ定数の逆数であるから、コンプライアンスＣが最小になる位置でバネ定数は最大となる。そして、コンプライアンスＣから最小値minimum(Ｃ)を減じることによって、修正コンプライアンスＣ´を算出することができる。これを式で表現すると、以下の通りである。
修正コンプライアンスＣ´のグラフを図４に描き、これを図６に示す。
上述の通り、ボルト１０のナット上面より上側の部分（バネ定数一定部）は、引張試験中にバネ定数が一定であるから、ΔＦを算出する際に考慮する必要はない。つまり、ΔＦを算出する際は、バネ定数が変化するバネ定数不定部だけに着目すればよい。一方、式（７）に基づき算出したコンプライアンスＣは、ボルト１０全体のコンプライアンスであるから、コンプライアンスＣからバネ定数一定部のコンプライアンスを減じて、バネ定数不定部のコンプライアンスである修正コンプライアンスＣ´を求める必要がある。
ここで、図４に図示するように、コンプライアンスＣは、着力点変位δの増大に伴い、一旦低下し、その後漸次増大する挙動を示すため、かかる情報からコンプライアンスＣの最小値（以下、minimum(Ｃ)という）を求めることができる。なお、コンプライアンスはバネ定数の逆数であるから、コンプライアンスＣが最小になる位置でバネ定数は最大となる。そして、コンプライアンスＣから最小値minimum(Ｃ)を減じることによって、修正コンプライアンスＣ´を算出することができる。これを式で表現すると、以下の通りである。
【数9】
【0052】
図６において、Ｃ´の最大値であるＣ´Ｍａｘを特定する。同図において、最大値Ｃ´Ｍａｘは両矢印で示す範囲において、略同一であるから、かかる範囲の中で最大値Ｃ´Ｍａｘを選択すればよい。選択した最大値Ｃ´Ｍａｘに対応する引張力Ｐが、式（１）のＰＭaxに相当する。最大値Ｃ´Ｍａｘは、ナットネジ面１１a及びボルトネジ面１０ｂ１が完全に離間した状態におけるバネ定数不定部のコンプライアンスと同等と考えてよい。
【0053】
（修正変位算出ステップ）
修正コンプライアンスＣ´を引張力Ｐで積分することにより、修正変位δ´を算出することができる。これを式で定義すると以下の通りである。
なお、修正コンプライアンスＣ´はボルト１０のバネ定数不定部におけるコンプライアンスであるから、修正変位δ´は、バネ定数不定部の引張力Ｐによる変位と見做すことができる。
積分区間を「引張力Ｐの負荷の開始から、修正コンプライアンスＣ´が最大値Ｃ´Ｍａｘになるまで」に設定して、式（１０）を計算することにより、式（６）の修正変位の値であるδ´Ｍａｘ（特許請求の範囲に記載の「最大値に対応する修正変位の値」に相当する）を求めることができる。
修正コンプライアンスＣ´を引張力Ｐで積分することにより、修正変位δ´を算出することができる。これを式で定義すると以下の通りである。
【数10】
積分区間を「引張力Ｐの負荷の開始から、修正コンプライアンスＣ´が最大値Ｃ´Ｍａｘになるまで」に設定して、式（１０）を計算することにより、式（６）の修正変位の値であるδ´Ｍａｘ（特許請求の範囲に記載の「最大値に対応する修正変位の値」に相当する）を求めることができる。
【0054】
式（１０）によって算出される修正変位δ´のグラフを図７に示す。図７は、図３に対応するグラフである。ただし、右側の縦軸を締付軸力の軸力上昇量ΔＦとして、軸力の変化量のグラフも記載している。両矢印で示す「δ´Ｍａｘの選択範囲」は、図６の「Ｃ´Ｍａｘの選択範囲」に対応しており、図６の「Ｃ´Ｍａｘ」が図７の「δ´Ｍａｘ」に対応する。したがって、図７のδ´Ｍａｘに対応する右側の縦軸の値が軸力上昇量ΔＦとなり、式（６）に示すように、ΔＦはδ´Ｍａｘにα、つまり、１／Ｃ´Ｍａｘを乗じることにより算出される。なお、「Ｃ´Ｍａｘの選択範囲」の中で別の「Ｃ´Ｍａｘ」を選択した場合には、「ＰＭａｘ」及び「δ´Ｍａｘ」の値も変わるが、これらは互いに対応しているため、締付軸力Ｆ０の算出値は略同じになる。
【0055】
よって、修正変位の値δ´Ｍａｘを、修正コンプライアンスＣ´の最大値であるＣ´Ｍａｘで除することにより、軸力上昇量ΔＦを求めることができる。すなわち、フックの法則に基づき、Ｃ´Ｍａｘの逆数及び修正変位の値δ´Ｍａｘを乗算することにより、軸力上昇量ΔＦを求めることができる。
そして、選択した最大値Ｃ´Ｍａｘに対応するＰＭaxから、軸力上昇量ΔＦを減じることにより、締付軸力Ｆ０を求めることができる（式（１）参照）。
そして、選択した最大値Ｃ´Ｍａｘに対応するＰＭaxから、軸力上昇量ΔＦを減じることにより、締付軸力Ｆ０を求めることができる（式（１）参照）。
【0056】
締付軸力検出装置のより詳細な実施形態について説明する。図８は、締付軸力検出装置の概略図である。本実施形態の締付軸力検出装置は、ボルト締結体を締結する機能と、締結されたボルトを引っ張り、締付軸力Ｆ０を検出する機能を有している。ボルト締結体については、説明が重複するから、省略する。
【0057】
締付軸力検出装置１は、テンションロッド５、ホルダ６、ロードセル７（情報取得部に相当する）、ドライブソケット８、モータＭ１、モータＭ２、コントローラＣ、変位センサＤＳ（情報取得部に相当する）を含む。
テンションロッド５の下端部には凹部５ａが形成されており、この凹部５ａの内周面には、ボルト軸部１０ｂのネジ部と噛み合うネジ部が形成されている。テンションロッド５を一方向に回転させることにより、ボルト軸部１０ｂ及び凹部５ａのねじ部の噛み合いによって、ボルト１０を上方に引っ張ることができる。
テンションロッド５の下端部には凹部５ａが形成されており、この凹部５ａの内周面には、ボルト軸部１０ｂのネジ部と噛み合うネジ部が形成されている。テンションロッド５を一方向に回転させることにより、ボルト軸部１０ｂ及び凹部５ａのねじ部の噛み合いによって、ボルト１０を上方に引っ張ることができる。
【0058】
モータＭ１は、テンションロッド５を回転させるための動力源として用いられる。例えば、減速機構を介してテンションロッド５及びモータＭ１を接続することにより、モータＭ１の動力をテンションロッド５に伝達することができる。コントローラＣは、モータＭ１の駆動を制御する。なお、モータＭ１の代わりに、作業者の手動操作によってテンションロッド５を回転させることもできる。
【0059】
ホルダ６は、テンションロッド５の外周面の外側に配置されており、ホルダ６の下端面６ａはナット上面１１ｂに接触する。テンションロッド５がボルト１０を上方に引っ張るとき、ホルダ６はナット１１を押さえる。
【0060】
ロードセル７は、ボルト１０の軸方向における、テンションロッド５及びホルダ６の間に配置されており、ナット１１を押さえてボルト１０を上方に引っ張るときの力（引張力）Ｐ［ｋＮ］を検出する。つまり、締付軸力Ｆ０を推定する際に必要な引張力Ｐは、ロードセル７によって取得される。ロードセル７によって検出された引張力Ｐの情報は、コントローラＣに送信される。
変位センサＤＳは、引張力Ｐを負荷したとき、テンションロッドの着力点における変位（着力点変位δ）を検出する。つまり、締付軸力Ｆ０を推定する際に必要な着力点変位δは、変位センサＤＳによって取得される。変位センサＤＳによって検出された着力点変位δの情報は、コントローラＣに送信される。
変位センサＤＳは、引張力Ｐを負荷したとき、テンションロッドの着力点における変位（着力点変位δ）を検出する。つまり、締付軸力Ｆ０を推定する際に必要な着力点変位δは、変位センサＤＳによって取得される。変位センサＤＳによって検出された着力点変位δの情報は、コントローラＣに送信される。
【0061】
ドライブソケット８はホルダ６の外周面の外側に配置されており、ドライブソケット８の下端部はナット１１の外側面と係合する。ドライブソケット８を一方向に回転させることにより、被締結体Ｈを締め付ける方向（下方向）にナット１１を螺進させることができる。また、ドライブソケット８を他方向に回転させることにより、締結を解除する方向（上方向）にナット１１を螺進させることができる。
【0062】
モータＭ２は、ドライブソケット８を回転させるための動力源として用いられる。例えば、減速機構を介してドライブソケット８及びモータＭ２を接続し、モータＭ２の動力をドライブソケット８に伝達することができる。コントローラＣは、モータＭ２の駆動を制御する。
ただし、ドライブソケット８及びモータＭ２は、締付軸力Ｆ０を算出する際に使用しないから、省略してもよい。
ただし、ドライブソケット８及びモータＭ２は、締付軸力Ｆ０を算出する際に使用しないから、省略してもよい。
【0063】
コントローラＣは、ロードセル７及び変位センサＤＳから取得した引張力Ｐ及び着力点変位δに基づき、上述のコンプライアンス算出ステップ、コンプライアンス修正ステップ、修正変位算出ステップ、締付軸力算出ステップを実行する。言い換えると、コントローラは、請求項に記載の「コンプライアンス算出部、コンプライアンス修正部、修正変位算出部、締付軸力算出部」に対応する。
これらのステップは、プログラムにより実行してもよい。すなわち、コントローラＣは、不図示の記憶部からプログラムを読み出し、これを実行することにより、締付軸力Ｆ０を算出することができる。
これらのステップは、プログラムにより実行してもよい。すなわち、コントローラＣは、不図示の記憶部からプログラムを読み出し、これを実行することにより、締付軸力Ｆ０を算出することができる。
【0064】
本実施形態では、締付軸力検出装置１に実装されたコントローラＣが、締付軸力Ｆ０を算出したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、ロードセル７及び変位センサＤＳが取得した引張力Ｐ及び着力点変位δを、ハードディスクなどに一旦記憶させ、パーソナルコンピュータなどに、上述のコンプライアンス算出ステップ、コンプライアンス修正ステップ、修正変位算出ステップ、締付軸力算出ステップを実行させることにより、締付軸力Ｆ０を算出してもよい。この場合、ロードセル７、変位センサＤＳ、パーソナルコンピュータなどが協働することによって、締付軸力検出装置１が実現される。
【0065】
（変形例１）
図９は、変形例１の引張装置の概略図であり、上記実施形態の締付軸力検出装置と機能が共通する要素には、同一符号を付している。本変形例の締付軸力検出装置は、被締結体Ｈ（被締結体Ｈ１）の上面を押さえながら、ボルト１０に引張力Ｐを負荷する点で、実施形態に記載の締付軸力検出装置と相違する。すなわち、ホルダ６の下面で被締結体Ｈを押さえながら、ボルト１０に引張力を負荷することで、ロードセル７及び変位センサＤＳを介して、引張力Ｐ及び着力点変位δを検出することができる。なお、被締結体Ｈ（被締結体Ｈ１）の上面が、請求項１に記載の「所定の部位」に相当する。
なお、図示例では、ボルト軸部１０ｂは、ナット１１及び凹部５ａに螺合しており、被締結体Ｈには螺合しない。
図９は、変形例１の引張装置の概略図であり、上記実施形態の締付軸力検出装置と機能が共通する要素には、同一符号を付している。本変形例の締付軸力検出装置は、被締結体Ｈ（被締結体Ｈ１）の上面を押さえながら、ボルト１０に引張力Ｐを負荷する点で、実施形態に記載の締付軸力検出装置と相違する。すなわち、ホルダ６の下面で被締結体Ｈを押さえながら、ボルト１０に引張力を負荷することで、ロードセル７及び変位センサＤＳを介して、引張力Ｐ及び着力点変位δを検出することができる。なお、被締結体Ｈ（被締結体Ｈ１）の上面が、請求項１に記載の「所定の部位」に相当する。
なお、図示例では、ボルト軸部１０ｂは、ナット１１及び凹部５ａに螺合しており、被締結体Ｈには螺合しない。
【0066】
本変形例の構成では、反力を取る位置が被締結体Ｈ１の上面であるから、ボルト１０の被締結体Ｈ１の上面（ナット下面）より上側の部分がバネ定数一定部であり、被締結体Ｈ１の上面（ナット下面）より下側の部分がバネ定数不定部である。
【0067】
なお、本変形例の引張装置は、ドライブソケット８及びモータＭ２を有しない点でも、実施形態の締付軸力検出装置と相違する。
【0068】
締付軸力Ｆ０の算出方法は、実施形態と同様であるから、記載を省略する。
【0069】
（変形例２）
図１０は、変形例２の引張装置の概略図であり、上記実施形態の締付軸力検出装置と機能が共通する要素には、同一符号を付している。
本変形例は、ボルト締結体の構造が実施形態と相違する。相違点は以下の通りである。
（１）ボルト頭部を有しないスタットボルト（以下、スタットボルト１０ともいう）が被締結体Ｈに締結されている。
（２）スタットボルト１０が螺合するネジ部Ｈ２１が被締結体Ｈ２に形成されている点で、被締結体Ｈ２の孔部にネジ部が形成されていない、実施形態の被締結体Ｈ２と相違する。
図１０は、変形例２の引張装置の概略図であり、上記実施形態の締付軸力検出装置と機能が共通する要素には、同一符号を付している。
本変形例は、ボルト締結体の構造が実施形態と相違する。相違点は以下の通りである。
（１）ボルト頭部を有しないスタットボルト（以下、スタットボルト１０ともいう）が被締結体Ｈに締結されている。
（２）スタットボルト１０が螺合するネジ部Ｈ２１が被締結体Ｈ２に形成されている点で、被締結体Ｈ２の孔部にネジ部が形成されていない、実施形態の被締結体Ｈ２と相違する。
【0070】
本変形例の構成においても、反力を取る位置を基準として、ナット上面１１ａより上側のボルト１０の部分がバネ定数一定部であり、ナット上面１１ａより下側のボルト１０の部分がバネ定数不定部である。
【0071】
締付軸力Ｆ０の算出方法は、実施形態と同様であるから、記載を省略する。
【0072】
（変形例３）
図１１は、変形例３の引張装置の概略図であり、上記実施形態の締付軸力検出装置と機能が共通する要素には、同一符号を付している。
本変形例の締付軸力検出装置は、ボルト１０を、テンションロッド５に接続された接続部材９を介して引っ張る構成となっている。
接続部材９の上端には凸部９ａが形成されており、この凸部９ａの外側面にはネジ溝が形成されている。テンションロッド５の凹部５ａ及び接続部材９の凸部９ａは互いに螺合している。接続部材９の下端には凹部９ｂが形成されており、この凹部９ｂの内側面にはネジ溝が形成されている。
図１１は、変形例３の引張装置の概略図であり、上記実施形態の締付軸力検出装置と機能が共通する要素には、同一符号を付している。
本変形例の締付軸力検出装置は、ボルト１０を、テンションロッド５に接続された接続部材９を介して引っ張る構成となっている。
接続部材９の上端には凸部９ａが形成されており、この凸部９ａの外側面にはネジ溝が形成されている。テンションロッド５の凹部５ａ及び接続部材９の凸部９ａは互いに螺合している。接続部材９の下端には凹部９ｂが形成されており、この凹部９ｂの内側面にはネジ溝が形成されている。
【0073】
ボルト軸部１０ｂは、被締結体Ｈの貫通孔に形成されたネジ部に螺合している。ボルト頭部１０ａの外側面には、ネジ溝が形成されており、ボルト頭部１０ａ及び接続部材９の凹部９ｂは互いに螺合している。
【0074】
図１１は、ボルト１０に対して引張力を負荷する直前の状態を図示しており、ホルダ６は被締結体Ｈ１の上面に当接しており、接続部材９の下端部と被締結体Ｈ１との間にはクリアランスが形成されており、接続部材９の凸部９ａとテンションロッド５の凹部５ａの天面との間にもクリアランスが形成されている。
【0075】
モータＭ１を作動させて、テンションロッド５を回転させることにより、接続部材９が上動し、ボルト１０に対して引張力を付与することができる。なお、接続部材９は、上動する際に回転しない。
【0076】
本変形例の構成では、被締結体Ｈ１の上面で反力を取っているため、被締結体Ｈ１の上面より上側のボルト１０の部分がバネ定数一定部であり、被締結体Ｈ１の上面より下側のボルト１０の部分がバネ定数不定部である。締付軸力Ｆ０の算出方法は、実施形態と同様であるから、記載を省略する。
【0077】
（変形例４）
上述の実施形態及び変形例１～３では、ボルト１０を直接引っ張る構成について説明したが、本発明は、ボルト１０を間接的に引っ張る締付軸力検出装置にも適用することができる。
例えば、図１２に図示するようにボルト頭部１０ａと被締結体Ｈとの間に座金２１を介在させ、座金２１の外周面に形成されたネジ溝と接続部材９の凹部９ｂに形成されたネジ溝を互いに螺合させることにより、座金２１を介して間接的にボルト１０を引っ張ってもよい。
また、図１３に図示するようにナット１１の外周面に形成されたネジ溝と接続部材９の凹部９ｂに形成されたネジ溝を互いに螺合させることにより、ナット１１を介して間接的にボルト１０を引っ張ってもよい。
本変形例の構成では、被締結体Ｈ１の上面で反力を取っているため、被締結体Ｈ１の上面より上側のボルト１０の部分がバネ定数一定部であり、被締結体Ｈ１の上面より下側のボルト１０の部分がバネ定数不定部である。締付軸力Ｆ０の算出方法は、実施形態と同様であるから、記載を省略する。
上述の実施形態及び変形例１～３では、ボルト１０を直接引っ張る構成について説明したが、本発明は、ボルト１０を間接的に引っ張る締付軸力検出装置にも適用することができる。
例えば、図１２に図示するようにボルト頭部１０ａと被締結体Ｈとの間に座金２１を介在させ、座金２１の外周面に形成されたネジ溝と接続部材９の凹部９ｂに形成されたネジ溝を互いに螺合させることにより、座金２１を介して間接的にボルト１０を引っ張ってもよい。
また、図１３に図示するようにナット１１の外周面に形成されたネジ溝と接続部材９の凹部９ｂに形成されたネジ溝を互いに螺合させることにより、ナット１１を介して間接的にボルト１０を引っ張ってもよい。
本変形例の構成では、被締結体Ｈ１の上面で反力を取っているため、被締結体Ｈ１の上面より上側のボルト１０の部分がバネ定数一定部であり、被締結体Ｈ１の上面より下側のボルト１０の部分がバネ定数不定部である。締付軸力Ｆ０の算出方法は、実施形態と同様であるから、記載を省略する。
【符号の説明】
【0078】
１ 締付軸力検出装置
５ テンションロッド
６ ホルダ
７ ロードセル
８ ドライブソケット
９ 接続部材
１０ ボルト
１０ａ ボルト頭部
１０ｂ ボルト軸部
１１ ナット
１１ｂ ナット上面
Ｍ１，Ｍ２ モータ
Ｃ コントローラ
ＤＳ 変位センサ
５ テンションロッド
６ ホルダ
７ ロードセル
８ ドライブソケット
９ 接続部材
１０ ボルト
１０ａ ボルト頭部
１０ｂ ボルト軸部
１１ ナット
１１ｂ ナット上面
Ｍ１，Ｍ２ モータ
Ｃ コントローラ
ＤＳ 変位センサ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
