論文

ピエゾケーブルを用いたボルトの軸力検出の試み
　　黒崎　　茂/佐々木祐樹/和泉　　亨

　

Trial of Measurements for Axial Force of Bolt Using Piezo Cable
Shigeru KUROSAKI＊, Yuuki SASAKI＊＊　and Satoshi IZUMI＊＊＊　

Abstract

The purpose of this paper is to report on a measurement trial of axial force in a bolt to be applied to a cyclic load using a piezo cable. The cable winds up the piezo film in the surrounding electric wire. It also generate high voltage for amplifiers when the cyclic loading is applied, which does not require instruments because it has a piezoelectric. Accordingly, we measured the axial force in the bolt using the piezo cable. In this report, two kinds of experiments were conducted, when the cyclic load was applied to the joint of the bolt. One using a shearing load and the other a tensile load. The shearing load tests of the bolt were carried out using the jig of the shearing joint in which shear force was applied to the bolt joints. The output voltage was generated in proportion to the length of the piezo cable. For the shearing joint, it was increased for the number of planes the cable crossed, So that the output voltage of the cable increased. When applied load frequency increased, the output voltage appeared in proportion to the frequency of the cyclic load. It was thus possible to detect the axial force of the bolt using the piezo cable, when tension and shear load were applied to the bolt.

Key Words　Piezo Cable, Strength of the Bolt, Piezo Film, Strain Gage, Experimental Stress Analysis， Nondestructive Inspection

1.　緒 言
　近年，ボルトの破損事例が多数報告されている１）。このような事故を未然に防ぐには，ボルトの異常を検出するセンサーが必要となる。現在，ボルト軸力を 測定するセンサ ーとしてボルト埋め込み型ひずみゲージが，市販され一般的に使われている２）。一般にひずみゲージは，増幅アンプを介して動ひずみを検出するが，近年，増 幅アンプを必要としない圧電センサーが登場してきた３）。この圧電センサーの一種で，ピエゾケーブルが開発された。本研究は，この圧電性を有するピエゾ ケーブルをFig.１に示すように用いて，ボルトの軸力測定の可能性を試みた４）５）。ピエゾケーブルは，通常の送電ケーブルの芯線回りに高分子圧電フィ ルムを巻き付けたFig.２に示すものである。ケーブルの動的伸縮により，芯線回りに巻き付けた圧電フィルムが，出力電圧を発生する特性を持っている。こ のケーブルをボルトへ埋め込み，センサーとして利用しようとするものである（Fig.１参照）。
　ボルト軸力は，ボルトの初期締結力と，外荷重を受けた時のボルト負担軸力増分に分けられる。市販のひずみゲージは，これら初期締結力と外荷重軸力増分の 両者を総合した形のひずみ値を計測している。しかし，本提案のピエゾケーブルを用いることにより，ボルト負担軸力増分のみを検出することができる。すなわ ち，圧電特性として繰り返し振幅荷重の大きさに比例した出力電圧を，ボルト軸力負担分として計測することができるからである。

原稿受付：平成18年6月21日
＊東京工業高等専門学校（東京都八王子市椚田町1220-2）　Tokyo National College of Technology
＊東京工業高等専門学校（現在・三菱ビルテクノサービス（株）） Tokyo National College of Technology（Present Address : MitsubishiElectric Building Techno-Service Co.Ltd.）
＊東京工業高等専門学校（現在・富士テクノサービス（株）） Tokyo National College of Technology （Present Address : Fuji Techno Service Co.Inc.）