JPH02224936A

JPH02224936A - ねじの塑性域締付方法

Info

Publication number: JPH02224936A
Application number: JP4070789A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Yamada; 勉山田; Tatsumi Makimae; 槙前　辰己; Ikuo Yamaguchi; 山口　郁夫
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1989-02-21
Filing date: 1989-02-21
Publication date: 1990-09-06
Anticipated expiration: 2013-03-18
Also published as: JP2728490B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、機械部品をねじ止めするときなどにおけるね
じの塑性域締付方法に関するものである。

（従来の技術）一般に、機械部品をねじ止めするときはねじを弾性域内
で締付けて行っており、この弾性域締付方法としては、
例えば特公昭６０−１４６７５号公報に開示されるよう
に、予め設定された設定トルクにまで締付けるトルク法
、および、特公昭６１−５８５７号公報に開示されるよ
うに、予め設定された設定回転角だけ締付ける角度法が
よく知られている。また、特開昭６３−５２９７６号公
報には、ねじの締付軸力を一定にするために、ねじの締
付途中において締付回転角増加分に対する締付トルク増
加分の割合であるトルクレートを求め、このトルクレー
トが大きいほど締付角度を小さくする弾性域締付方法が
開示されている。

また、近時、ねじの弾性限度を越えた塑性域の初期状態
にまでねじを締付ける塑性域締付方法が提案されており
、この塑性域締付方法としては、初めに所定のトルクま
でトルク法でねじを締付け、次いで角度法で所定角度だ
けねじを締付ける方法等が知られている。塑性域締付方
法は、塑性域という締付回転角の増加に伴う締付軸力の
増加が比較的少ない領域で締付けを停止するので、上述
のトルク法等の弾性域締付方法に比べて安定した高い締
付軸力が得られる。

（発明が解決しようとする課題）しかし、上記従来の塑性域締付方法においても、ねじの
摩擦係数に基づいた降伏軸力差だけ締付軸力にばらつき
が生じる。これは次のような理由による。

すなわち、一般に、ねじを締付けると引張応力と共に捩
り応力が働く。この場合、下記の（１）式に示すねじの
破損法則により、捩り応力τが大きいほど低い軸力で降
伏し、また、その捩り応力τは、下記の（２）式に示す
ようにねじの摩擦係数μが高いほど大きなものとなる。

従って、摩擦係数μが高いほどねじは低い軸力で降伏す
ることになる。

２２１／２ σ　−（σ　　十３τ　）　　　・・・（１）ｖ　　　
　　　　ｔ −８Ｆ　ｄ　２（Ｌ、１５μ＋ｉａｎβ）／ｙｒｄ８・
・・（２）但し、σ　：ねじの単純引張破損等価応力、σ■ ｔ　＝ねじの締付引張応力、Ｔ：締付トルク、ｄ　：ね
じの有効断面の直径、Ｆ：締付軸力、ｄ２：ねじの有効
径、β：ねじのリード角である。

第４図は摩擦係数μが異なる２種のねじ部材たるボルト
、つまりμの高いＡボルトと低いＢボルトの締付回転角
θと締付軸力Ｆとの関係を示す相関図である。Ａボルト
およびＢボルトは、弾性域においては共にＦ　＝　ｌｃ
θの関係で同じ勾配でもって立上がるが、これらの降伏
軸力Ｆａ、Ｆｂは摩擦係数μの違いにより異なる（Ｆｂ
＞Ｆａ）。降伏以後の塑性域での勾配は共になだらかに
なり、徐々に軸力Ｆを増加しながら最大軸力に達してい
く。

従来の塑性域締結方法における締付軸力のばらつきは、
このような摩擦係数μの相違に基づく降伏軸力Ｆａ、Ｆ
ｂの差異についての配慮が欠けていたものであり、その
ばらつきは、第３図中でＦｌにも達する。

ここで、締付軸力のばらつきをなくすためには、第４図
から判るように、摩擦係数μの高いもの（Ａボルト）は
ど降伏以後の締付量を大きくずれば良いのであるが、ね
じの摩擦係数μおよび降伏軸力を直接検出することは困
難である。他方、ねじの締付軸力Ｆと締付回転角θとの
関係および締付トルクＴと締付軸力Ｆとの関係から、ね
じの摩擦係数μと締付回転角θの増加分に対する締付ト
ルクＴの増加分の割合であるドルクレー１−　ＲＴとの
間には、次の関係式が成り立つ。

μｍｍ＃ＲＴ−ｎ　　　　　　　　　・・・（３）但し
、ｍ、ｎはねじの形状や被締付体の形状により求まる係
数である。

本発明はかかる諸点に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、特に、上記の（３）式から判るよ
うにトルクレートＲＴが大きいほどねじの摩擦係数μが
大きいことに着目し、このトルクレートに基づいて、ね
じの摩擦係数μの変動に拘らず非常に安定した高い軸力
が得られる塑性域締付方法を提供するものである。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するため、本発明の解決手段は、ねじの
塑性域締付方法として次のような構成にする。

すなわち、ねじの締付途中の弾性域において締付回転角
増加分に対する締付トルク増加分の割合であるトルクレ
ートを求めるとともに、このｌ・ルクレートに応じて決
まる設定角度を求める。次に、横軸に締付回転角を、縦
軸に締結トルクを採った相関図において、弾性域でのト
ルクレート線と同じ勾配を持ちかつ横軸方向に上記設定
角度隔てた直線を定め、この直線と塑性域でのトルクレ
ート線とが交わる交点でねじの締付けを停止するもので
ある。

（作用）上記の構成により、本発明では、ねじの摩擦係数と比例
関係にあるトルクレートを求め、このトルクレートに応
じた角度分降伏以後の塑性域でねじが締付けられるので
、ねじの摩擦係数および降伏軸力を直接検知することな
（、摩擦係数が高いものほど塑性域での締付量が増加し
て締付軸力が均一化されることになる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明に係わるねじの塑性域締付方法に使用す
るボルト締付装置の全体構成を示し、１はナツトランナ
であって、該ナツトランナ１は、ボルト頭部に嵌合する
ソケット２と、該ソケット２を主軸（図示せず）を介し
て回転駆動するモタ３と、主軸のトルクを検出するトル
クトランスデユーサ４と、主軸の回転角を検出する角度
エンコーダ５とを備えている。

また、１１はトルクＴ１を、１２はトルクＴ２（但し、
Ｔ、＜Ｔ２であって、Ｔ１およびＴ２は共に締付けられ
るボルトが弾性域に留まる値である）を各々設定するト
ルク設定器、１３および１４はコンパレータであって、
該コンパレータ１３゜１４は、それぞれ上記トルクトラ
ンスデユーサ４が検出する締付トルクと、トルク設定器
１１，１２が設定した設定トルクＴＩ　、Ｔ２とを比較
し、両者が一致したときにゲート１５．１６を介してＣ
ＰＵ１７に信号を送るようになっている。１８はＣＰＵ
１７からの制御信号を受け、角度エンコーダ５で検出し
た回転角信号をＣＰＵ１７に送る角度ゲート、１９はナ
ツトランナ１のモータ３を駆動制御するサーボアンプで
ある。

次に、上記ボルト締付装置を用いてねじ部材としてのホ
ルトを締付ける方法を第１図に示すフローチャートを参
照しつつ説明する。

第１図において、先ず、ステップＳ１で外部からのナツ
トランナスター１・信号によりＣＰＵｌ７は、サーボア
ンプ１９を介してナツトランナ１のモータ３を正回転さ
せてボルトを締付ける。

そして、ステップＳ２でトルクトランスデユーサ４の検
出した締付トルクＴとトルク設定器１１の設定した設定
トルクＴ１とを比較し、締付トルクＴが設定トルクＴ１
に達していないときは更にボルトの締付けを行い、締付
トルクＴが設定トルクＴ１と一致したときは、ステップ
Ｓ３で角度ゲート１８をオンする。

続いて、ステップＳ４でボルトの締付けを続行する一方
、ステップＳ５で締付トルクＴと、トルク設定器１２の
設定した設定トルクＴ２とを比較し、締付トルクＴが設
定トルクＴ２に達していないときは更にボルトの締付け
を行い、締付トルクＴが設定トルクＴ２と一致したとき
は、ステップＳ６で角度ゲート１８をオフした後、ステ
ップＳ７で締付回転角増加分Δθを演算する。この締付
回転角増加分Δθは、角度ゲートのオンからオフまでの
間、つまり締付トルクＴがＴ、からＴ２に増加するまで
の間のものである。

そして、ステップＳ８において、ＣＰＵ１７は、先ず、
締付回転角増加分に対する締付トルク増加分の割合であ
るトルクレートＲＴを求めるとともに、このトルクレー
トＴＲに応じて決まる設定角度θαを求める。ここで、
トルクレートＲＴおよび設定角度θαは、下記の式によ
り求める。

ＲＴ−（Ｔ２−Ｔ＋　）／Δθ θα−ＲＴ　−Ｋ但し、Ｋはボルト形状、ボルトの引張強さおよび被締付
体の形状等により決まる係数である。

ＣＰＵ１７は、次に、第３図に示すような横軸に締付回
転角θを、縦軸に締結トルクＴを採った締付回転角θと
締付トルクＴとの相関図において、弾性域でのトルクレ
ート線Ｌａ、Ｌｂと同じ勾配を持ちかつ横軸方向に上記
設定角度θα（図ではＬａのときはθαａ　ＳＬ　ｂの
ときはθαｂである）隔てた直線Ｙａ、Ｙｂを定める。

この直線の関数式Ｔ−は、Ｔ′＝ｆ　　（θ） −ＲＴ・θ−ＲＴ　　−Ｋ　　　　・・・（４）である
。

このようなステップＳ８での演算が終了した後、ステッ
プＳ９でボルトの締付けを続ける一方、ステップＳＩＯ
で現時点での実際のボルトの締付トルクＴを読込み、ス
テップＳｌｌでこの締付トルクＴと、現時点での締付回
転角θに対して上記（４）式より求まるＴ−とを比較す
る。そして、ＴとＴ′とが一致していないとき（このと
きはＴＮＴ−）は更にボルトの締付けを行い、ＴとＴ′
とが一致したとき（Ｔ＝Ｔ−）　、つまり第３図におい
て、直線Ｙａ、Ｙｂとトルクレート線Ｌａ、Ｌｂ線とが
交わる交点Ｐａ、Ｐｂのときに、ナツトランナ１の作動
を停止してボルトの締付は作業を終了する。

以上のような方法によってボルトを締付けた場合には、
第３図から明らかに判るように、該ボルトのトルクレー
ト線Ｌａ、Ｌｂの勾配つまりトルクレートＲＴが大きい
ほど降伏以後の塑性域でボルトがより多く回転せしめら
れ、その締付回転角θが大きくなる。そして、上記トル
クレートＲＴはボルトの摩擦係数μと比例関係にあるの
で、結局、摩擦係数μの高いボルトはどの塑性域での締
付量が大きくなり、締付軸力が均一化される。このこと
は、第４図に示すように、従来の塑性域締付方法の場合
には、摩擦係数μの高いＡボルトと低いＢボルトとの間
での締（＝ｊ軸力差Ｆｌがかなり大きなものであるのに
対し、本発明の塑性域締付方法の場合には、その締付軸
力差Ｆ２が極在かなものとなることから明らかに判る。

その上、本発明の塑性域締付方法は、一般に検出が困難
とされるねじの摩擦係数μおよび降伏軸１］力を直接検出するものではなく、単にねじの締付トルク
Ｔと締付回転角θとを検出するにすぎないので、実施化
を容易に図ることができる。

（発明の効果）以上の如く、本発明におけるねじの塑性域締付方法によ
れば、ねじの摩擦係数と比例関係にあるトルクレートを
求め、このトルクレートに応じてねじの塑性域での締付
量を増減調整するので、ねじの摩擦係数の変動に拘らず
その締付軸力を確実に均一化することができる。しかも
、検出の困難なねじの摩擦係数および降伏軸力を直接検
出するものでなく、実施化を容易に図ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は塑性域締
付方法のフローチャート図、第２図は上記締付方法に使
用する締付装置の全体構成図、第３図は締付回転角と締
付トルクとの相関図、第４図は締付回転角と締付軸力と
の相関図である。１・・・ナツトランナ、４・・・トルクトランスデユーサ、５・・・角度エンコーダ、１１．１２・・・トルク設定器、１３．１４・・・コンパレータ、へ＼ば）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ねじの締付途中の弾性域において締付回転角増加
分に対する締付トルク増加分の割合であるトルクレート
を求めるとともに、このトルクレートに応じて決まる設
定角度を求め、次に、横軸に締付回転角を、縦軸に締結
トルクを採った相関図において、弾性域でのトルクレー
ト線と同じ勾配を持ちかつ横軸方向に上記設定角度隔て
た直線を定め、この直線と塑性域でのトルクレート線と
が交わる交点でねじの締付けを停止するねじの塑性域締
付方法。