JPH03161286A - ねじの締付方法 - Google Patents

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） 本発明はねじの締付方法に関する。

（従来の技術） ねじの締付方法には、実開昭６２−１０２９７８号公報
に示すように、被締付体に対してねじを締付けるに際し
て、締付け途中域においてトルク勾配を求めて該トルク
勾配に基づき理論着座点を導き、該理論着座点を基準と
して所定角度だけ締付けるようにした角度法締付けが知
られている。

このねじの締付方法は、既知のトルク法締付に比べ高い
安定した軸力が得られることになっており、このため、
この締付方法は、コンロッド、シリンダヘッド等広く組
立に用いられている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、ねじの締付けにおいては、被締付体とねじとの
間にワッシャ等の介在部材が介在させることがあり，そ
の場合、ねじと介在部材とが共回り現象を起こすことが
ある。このため、その場合、上記ねじの締付方法を用い
ると、締付け角度に対して締付けトルクが低下し、理論
着座点を誤演算して軸力不足を起こすことがある。

具体的に、第１図、第５図により説明すると、締付け初
期においては、ボルトｌ座一ワッシャ２間よりもワッシ
ャ２一被締付体３間の摩擦トルクが低く、ワッシャ２一
波締付体３間で相対すべりを生じているが、軸力が高く
なるにつれて、ワッシャ２一波締付体３間の動摩擦トル
クよりもボルトｌ座一ワッシャ２間の静摩擦トルクが低
くなり、相対すべり箇所がボルト１座一波締付体３間に
移変する。ここで、一般に動摩擦係数と静摩擦係数との
間には、 動摩擦係数〈静摩擦係数 の関係があり、このため、相対すべり箇所の移変後に、
締付トルクが、第５図に示すように、急激に低下し、そ
の後、再び、締付け角度の増大に伴って増大することに
なる。この結果、急変前のトルク勾配よりも急変後のト
ルク勾配の方が小さくなり、締付けトルクの急変部を含
んだ締付け途中域（第５図においては、締付けトルク値
Ｔ２〜丁，間、締付け角度幅Δθ）においてトルク勾配
を求めると、そのトルク勾配は急変前後の両トルク勾配
よりも小さくなり、そのトルク勾配に基づき理論着座点
を演算すると、その理論着座点Ｐは、締付けトルクの急
変がないとした場合の理論着座点Ｐ。（真の着座点とす
る）よりも締付け角度△θαだけ不足した位置に位置す
ることになる。このため、その理論着座点Ｐを基準とし
て所定角度θだけ締付けると、軸力は、本来の軸力より
も、上記締付け角度△θαに相当する分だけ不足するこ
とになる。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その目的は
、ワッシャ等の介在部材が被締付体とねじとの間に介在
されるとしても、安定した高い軸力を得ることができる
ねじの締付方法を提供することにある。

Ｃ問題を解決するための手段、作用） かかる目的を達成するために本発明にあっては、波締付
体に対してねじを、該波締付体と該ねじとの間に介在部
材を介在させて締付け、その締付けは、締付け途中域に
おいてトルク勾配を求めて理論着座点を導き、該理論着
座点を基準として所定角度だけ行うようにしたねじの締
付方法において、前記締付け途中域を複数の区分域に区
分し、前記区分域毎にトルク勾配をそれぞれ求めて該ト
ルク勾配を比較し、前記トルク勾配のうち最も小さいト
ルク勾配以外のトルク勾配に基づいて前記理論着座点を
導く、構成としてある。

上述の構成により、締付けトルクの急変部を含まない区
分域におけるトルク勾配が、急変部前後のいずれの区分
域であろうとも、締付けトルクの急変部を含む区分域に
おけるトルク勾配よりも大きくなることを利用して、締
付けトルクの急変部の有無を区分域毎に判定することが
できることになり、そのうち最も小さなトルク勾配以外
のトルク勾配を選択すれば、その区分域は締付けトルク
の急変部を含まないことから、そのトルク勾配に基づき
導かれる理論着座点は真の着座点となる。

このため、この理論着座点を基準として所定角度だけ締
付ければ、共回りが生じようとも、所定の高い軸力が安
定して得られることになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を説明する。

本実施例における締付方法においては、前述の第１図に
示すと同様、被締付体３に対してボルト１を、該両者ｌ
、３間に介在部材としてワツシャ２を介在させて締付け
られる。

（Ｌ）この場合、先ず、締付け途中域を複数の区分域に
区分する。これは、次の工程において、区分域毎にトル
ク勾配を求めることを可能とするために行われる。

上記締付け途中域とは、ボルトｌの締付け終了点までの
締付け区間であって、その全部の区間を意味する場合と
その一部だけを意味する場合の両方を含む。具体的には
、上記締付け途中域は、締付けトルク、締付け角度をも
って表される。

上記複数の区分域は、本実施例においては第２図に示す
ように締付けトルクの途中域の一部をＴＩ−Ｔ２間とＴ
２〜Ｔ，間の２つの区分域に区分して構成されており、
この複数の区分域は、締付けトルクの途中域のうち、ワ
ツシャ２との共回りが生じやすい領域に設定されている
。この各区分域の区分幅は、被締付体３とボルトとの最
終締付け力等に応じて適宜選択され、その各区分幅は、
等しくしてもよいし、区々にしてもよい。また、本実廁
例においては、締付けトルクの途中域の一部において２
つの区分域を設定しているが、複数の区分域は、締付け
トルクの途中域の全域に設定してもよいし、２以上の区
分域を設定してもよい。

上記複数の区分域の区分は、好ましくは、第２図に示す
ように、各区分域をオーバラツプさせずに連続して区分
するのがよい。

（２）次に、前記区分域毎にトルク勾配をそれぞれ求め
て、それらを比較する。これは、各区分域のトルク勾配
により該各区分ｔｄ毎に締付けトルクの急変部の有無を
判定するために設けられている。

−Ｅ記区分域毎のトルク勾配は、該区分域毎に締付けト
ルクの区分幅に対応する締付け角度幅を求め、その締付
けトルクの区分幅とその締付け角度幅との比を求めるこ
とにより得られる。具体的には、第２図に示すように、
締付けトルクの区分域がＴ１〜Ｔ２間の場合には、それ
に対応する締付け角度幅が△θ，となることから、その
トルク勾配ＲＴＩは、 ＲＴ＋　＝　（Ｔ２　　Ｔｌ　）／△θ，となり、締付
けトルクの区分域がＴ２〜Ｔ３間の場合には、それに対
応する締付け角度幅が△θ２となることから、そのトル
ク勾配ＲＴ２は、ＲＴ２　＝　（’ｒ：＋　−Ｔ２　）
　／△θ２となる。

（３）次に、各区分域におけるトルク勾配のうち最も小
さいトルク勾配以外のトルク勾配に基づいて理論着座点
Ｐ。を導く。これは、締付けトルクの急変部を含まない
区分域におけるトルク勾配に基づいて理論着座点Ｐ。を
導くために設けられている。

上記各区分域におけるトルク勾配のうち最も小さいトル
ク勾配とは、締付けトルクの急変部を含む区分域におけ
るトルク勾配を意味する。これは、従来技術の欄で説明
したように、締付けトルクの急変部を基準として、急変
後のトルク勾配が急変前のトルク勾配よりも小さくなる
ことから明らかである。

上記最も小さいトルク勾配以外のトルク勾配とは、締付
けトルクの急変部を含まない区分域におけるトルク勾配
を意味する。より具体的に説明すると、例えば、締付け
トルクの急変部の急変前後における区分域のように、そ
の各区分域に締付けトルクの急変部を含んでいない場合
には、いずれの区分域によるトルク勾配によっても真の
着座点を導き出すことができる（第２図中、一点鎖線、
二点鎖線参照）。このため、ここでは，締付けトルクの
急変部を含んでいない区分域におけるトルク勾配であれ
ばどれでもよいことを考慮しているのである。

上記トルク勾配に基づいて理論着座点Ｐ。を導くには、
第２図に示すようにトルク勾配として前述のトルク勾配
ＲＴ２を用いる場合には、トルク勾配ＲＴ２が締付け角
度に対して一定であると仮定し、締付けトルクがＯにな
るときの締付け角度を求め、その角度点が理論着座点Ｐ
。とされる。

具体的には、理論着座点Ｐ０を基摩とした場合、締付け
トルクＴ２の締付け角度θ２が、となることから、これ
をＩｌｌ用して理論着座点Ｐ。

が求められる。

（４）次に、理論着座点Ｐ。を基準として所定角度θだ
け締付ける。これは、締付け角度を正確に管理するため
に設けられている。

したがって、上記各工程を経ることにより、共回り現象
が生じ、締付けトルクの急変部が形成されても、理論着
座点Ｐ。を真の着座点とするごとができるため、所定の
高い軸力が安定して得られることになる。

次に、上記締付方法を用いた締付装置について説明する
。

この締付装置は、第３図に示すように、ナットランナ４
がロジック回路５に基づいて制御されるようになってい
る。上記ナットランナ４はモータ６と該モータ６によっ
て駆動されるソケット７とを有しており、このナットラ
ンナ４には締付けトルクを検出するトルクトランスデュ
ーサ８と締付け角度を検出する角度パルスエンコーダ９
とが噛えられている。

上記トルクトランスデューサ８の出力は、第１、第２、
第３比較器１０、１）．１２に入力されるようになって
いる。その第１、第２、第３比較器１０，１）、１２に
は、第１、第２、第３トルク設定器ｌ３、ｌ４、１５か
ら設定トルク値がそれぞれ人力されるようになっており
、この場合、第１トルク設定器１３からは設定トルク値
Ｔｌ、第２トルク設定器ｌ４からは設定トルク値Ｔ２、
第３トルク設定器ｌ５からは設定トルク値Ｔ２が出力さ
れ、これら設定トルク値Ｔ１”ｒｚ．Ｔゴは’ｒ’＋　
．Ｔｚ　．Ｔ２の順に大きく設定されている．各比較器
１０−１２は、各設定トルク値とトルクトランスデュー
サ８からの出力とを比較する機能を有し、それらが等し
くなったとき、出力信号を出力するようになっている。

この場合、第ｌ比較器ｌＯの出力信号は第１アナログス
イッチ１６に入力され、第２比較器１）の出力信号は第
２アナログスイッチｌ７に入力され、第３比較器ｌ２の
出力信号は第３アナログスイッチ１８に入力される。第
１〜第３アナログスイッチｌ６〜ｌ８は、比較器からの
出力信一号を人力したとき作動し、前記ロジック回路５
に対して出力信号を出力するようになっており、このと
き、ロジック回路５は出力信号を出力するようになって
いる。

前記角度パルスエンコーダ９の出力および前記ロジック
回路５の出力信号は、第ｌ、第２、第３角度計測ゲート
！９．２０、２１にそれぞれ入力されるようになってい
る。各角度計油１ゲート１９〜２１は、ロジック回路５
が第ｌアナログスイッチｌ６からの出力信号を受けて出
力信号を出力したとき、ＯＮとされ、そのＯＮとされて
いるときに角度パルスエンコーダの出力を受けて締付け
角度信号を取込み、それをロジック回路５に対して出力
する機能を有しており、第１角度計測ゲート１９は、ロ
ジック回路５が第２アナログスイッチｌ７からの出力信
号を受けて出力信号を出力したときＯＦＦとされ、第２
角度計測ゲート２０は、ロジック回路５が第３アナログ
スイッチ１８からの出力信号を受けて出力信号を出力し
たときＯＦＦされるようになっている。

前記ロジック回路５は、前述の機能の他に、入力信号を
演算してトルク勾配を求め、それらを比較して大きいも
のを選択し、それに基づき理論着座点Ｐ０を求め、その
理論着座点Ｐ０を基準として所定角度θだけ締付けられ
たか否かを判断する機能を有しており、それに基づく出
力信号がサーボアンブ２２を介して前記ナットランナ４
のモータ６に入力されている。

次に、上記締付装置の作用について第４図に示すフロー
チャートに従いつつ説明する。なお、Ｐはステップを示
す。

先ず、スタート信号を受けると、各トルク設定器１３〜
ｌ５において設定トルク｛［！ＴＩ　　７２、Ｔ３をそ
れぞれ設定し（ＰＩ｝、その後、サーボアンブ２２を働
かせてナットランナ４のモータ６を回転させ、締付けを
開始する（Ｐ２）。

締付けを開始すると、トルクトランスデューサ８の出力
Ｔが第１〜第３比較器１０〜１２に入力されて該各比較
器の設定トルク値Ｔ　＋　　Ｔ　２Ｔ２と比較される。

この場合、第１比較器１０において、トルクトランスデ
ューサ８の出力Ｔが設定トルク値Ｔ１未満のときには比
較が続行される一方（Ｐ３）　　ＴがＴＩ　に等しくな
ったときには、第１比較器ｌＯから第１アナログスイッ
チｌ６に対して出力信号が出力され、その出力信号によ
って第１アナログスイッチ１６が作動され、該第１アナ
ログスイッチｌ６はロジック回路５に対して出力信号を
出力する。これに基づき、ロジック回路５は、出力信号
を出力して、第１〜第３角度計測ゲート１９〜２１をＯ
Ｎとし、設定トルク値Ｔ！に対応する締付け角度θ１か
ら締付け角度の計測を開始する（Ｐ４）。

締付けは進められており、その締付けによって、第２比
較ｉｌｌにおいて、トルクトランスデューサ８の出力Ｔ
が設定トルク値Ｔ２未満のときには、比較が続行される
一方（Ｐ５）　　ＴがＴ２に等しくなったときには、第
２比較器１）の出力信号により第２アナログスイッチ１
７が作動され、該第２アナログスイッチｌ７はロジック
回路５に対して出力信号を出力する。これにより、ロジ
ック回路５は、第１角度計測ゲートｌ９に出力信号を出
力して、該第ｌ角度計測ゲートｌ９をＯＦＦとし、区分
域としてのＴ１〜Ｔ２間に対応する締付け角度幅△θ，
を求め（Ｐ６）．その区分域でのトルク勾配Ｒ　Ｔ　＋
を、 ＲＴＩ　＝　（Ｔ２　　Ｔ＋　）／△θｌに基づき求め
る（Ｐ７）。

締付けはさらに続行されており、第３比較器１２におい
て、トルクトランスデューサ８の出力Ｔが設定トルク値
Ｔ，未満のときには、比較が続行される一方（Ｐ８）．
ＴがＴ３に等しくなったときには、前述同様、第３アナ
ログスイッチ１８．ロジック回路５を介して第２角度計
測ゲート２０がＯＦＦされ、区分域Ｔ２〜Ｔ３間に対応
する締付け角度幅△θ２が求められ（Ｐ９）　、この区
分域Ｔ２〜Ｔ３間におけるトルク勾配Ｒ　Ｔ　２が、Ｒ
Ｔ２　＝　（Ｔ３−Ｔ２　）／△θ２によって求められ
る（Ｐ　Ｌ　Ｏ）。

次いで、ロジック回路５は、前記Ｐ７のＲＴ，とＰＩＯ
のＲＴ２との差分の絶対値を演算して、それが許容でき
る程度に微小であるか（Ｐｌｌのαは判別値）否かを判
別し（Ｐｌｌ）．差分が許容上限以上の場合にはＰ７の
ＲＴ，とＰＩＯのＲＴ２と比較する（Ｐ　１　２）。そ
の比較の結果、第２図に示すように、区分域Ｔ，〜Ｔ２
間に締付けトルクの急変部が存在するためにＲＴ２がＲ
Ｔ，よりも大きい場合には、その大きいＲＴ２に基づい
て理論着座点Ｐ。が求められ、その逆に、ＲＴ１がＲＴ
２よりも大きい場合には、ＲＴ２における区分域に締付
けトルクの急変部があることから、ＲＴ，に基づいて理
論着座点Ｐ。が求められる（Ｐ１４）。

そして、この後、続行中の締付けの締付け角度が、前記
理論着座点Ｐ。から所定角度θだけ締付けられたか否か
が判別され（Ｐ１５）、締付け角度が所定角度θにまで
達しない場合には締付けが続行される一方、締付け角度
が所定角度θに達すると、ロジック回路５からサーボア
ンブ２２に出力信号が出力されてモータ６が停出され、
締付けが止められる（Ｐ　１　６）。

一方、前記Ｐｌｌにおいて、ＲＴ．とＲＴ．の差分が許
容上限未満である場合には、Ｒ　Ｔ　ｚとＲＴ１とが等
しいか否かが判別され（Ｐｌ７）、ＲＴ，とＲＴ２が等
しいときには，締付けトルクの急変部が存在しないこと
から、ＲＴ，（又はＲＴ．）に基づいて理論着座点Ｐ。

が求められ、この後、前記Ｐ１５以降の処理が行われる
。これに対して、前記Ｐｌ７においてＲＴ，とＲ　Ｔ　
２とが等しくないときには、許容範囲内にあることから
、新たなトルク勾配ＲＴ３が、 ＲＴ３　＝　（Ｔ３−Ｔ．）／　（Δθ，＋△θ２）に
よって求められ（Ｐ１９）、そのＲＴ．に基づいて理論
着座点Ｐ。が求められ、この後、前記Ｐｌ５以降の処理
が行われる。

（発明の効果） 本発明は以上述べたように、ワッシャ等の介在部材が被
締付体とねじとの間に介在されるとしても、安定した高
い軸力を得ることができるねじの締付方法を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図には、被締付体に対してボルトを、該両者間にワ
ッシャを介在させて締付ける状態を示す図、 第２図は、本発明に係る方法を説明する説明図、 第３図は本発明に係る方法を実施する締付装置の一例を
示す図、 第４図は、第３図の締付装置の制御例を示すフローチャ
ート、 第５図は従来に係る方法を説明する説明図である。 ■・・・ボルト ２・・・ワッシャ ３・・・被締付体 Ｐａ　・・・理論着座点 θ ・所定角度 第１ 図 第２ 図 ｅ 第３ 図 第５ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被締付体に対してねじを、該被締付体と該ねじと
   の間に介在部材を介在させて締付け、その締付けは、締
   付け途中域においてトルク勾配を求めて理論着座点を導
   き、該理論着座点を基準として所定角度だけ行うように
   したねじの締付方法において、 前記締付け途中域を複数の区分域に区分し、前記区分域
   毎にトルク勾配をそれぞれ求めて該トルク勾配を比較し
   、 前記トルク勾配のうち最も小さいトルク勾配以外のトル
   ク勾配に基づいて前記理論着座点を導く、 ことを特徴とするねじの締付方法。