JPH03294123A - ねじ締付方法 - 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 本発明はねじ締付方法に係り、特に、締付異常を高い精
度で判定できるねじ締付方法に関するものである。

従来の技術 ねじ部材を被締付部材に螺合して締付けを行う際に、ね
じ山の潰れや異物の噛込み等による締付異常を検出する
方法として、トルク・角度法やトルクレート法などが知
られている。トルク・角度法は、特開昭５９−１３４６
７０号公報等に記載されているもので、締付終了時のト
ルクＴおよび回転角度θが例えば第６図に斜線で示され
ている予め定められた許容範囲内にあるか否かによって
締付異常を判定するものである。また、トルクレート法
は、特開昭５８−５１０８３号公報等に記載されている
もので、同じく第６図に示されているように、締付過程
におけるトルクレートすなわち回転角度変化Δθに対す
るトルク変化ΔＴの割合ΔＴ／Δθを検出し、その値が
所定値以下か否かによって締付異常を判定するものであ
る。

なお、上記回転角度θは、回転速度が一定であれば締付
時間に対応するため、その場合には回転角度θΦ替わり
に締付時間を用いても実質的に同じである。また、トル
クレート法は、トルクＴが回転角度θに対して略比例的
に増加する弾性締付域内で判定を行うこととなる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、このような異常検出方法においても、必
ずしも高い精度で締付異常を検出し得ないことがあった
。すなわち、本発明者等の実験によれば、ねじ山の漬れ
や異物噛込み等の異常がある場合、第６図に一点鎖線で
示されているように締付初期にトルクが一時的に横這い
状態となった後正常時のトルク波形に戻ることがあり、
その場合には締付終了時のトルクおよび回転角度から異
常検出を行うトルク・角度法ではその異常を検出し得な
いのであり、また、トルクレート法においては、トルク
が回転角度に対して略比例的に増加する比較的トルクが
高い締付域で異常検出が行われるため、やはり上記異常
を検出し得ないことがあったのである。

なお、上記トルクの横這い状態を検出できれは異常判定
を行うことが可能であるが、ねじ山の潰れの程度や異物
の材質、大きさなどによって横這い時のトルクの大きさ
や継続時間にばらつきがあるため、従来のように締付過
程で横這い状態を高い精度で検出することは困難なので
ある。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その
目的とするところは、上記のようにトルクが横這い状態
から正常波形に戻るような場合でもその締付異常を高い
精度で検出できるようにすることにある。

課題を解決するための手段 かかる目的を達成するためには、−旦締め付けたねじ部
材を緩めてその時のトルク波形から異常判定を行うよう
にすれば良く、本発明は、ねじ部材を被締付部材に螺合
して締め付ける方法であって、（ａ）前記ねじ部材を、
回転角度に対してトルクが略比例的に増加する弾性締付
域内の途中まで前記被締付部材に締め付ける仮締工程と
、伽）その仮締工程において仮締めされた前記ねじ部材
を逆回転させて緩める緩め工程と、（Ｃ）その緩め工程
におけるトルクと回転角度との関係が所定の許容範囲内
であるか否かによって締付異常の有無を判定する異常判
定工程と、（ハ）その異常判定工程において異常なしと
判定された場合に前記ねじ部材を前記被締付部材に完全
に締め付ける本締工程とを有することを特徴とする。

作用および発明の効果 このようなねじ締付方法においては、先ず、仮締工程で
ねじ部材は弾性締付域内の途中まで被締付部材に締め付
けられ、その後、緩め工程で逆回転させられて緩められ
る。この時、上記仮締工程でねじ部材が正常に締め付け
られている場合には、緩め工程におけるトルクは回転角
度に対して略比例的に低下するが、ねじ山の潰れや異物
の噛込みなどの締付異常が存在する場合には、トルクは
緩め工程の初期において横這い状態となる。このため、
異常１ＪＩ定工程において上記緩め工程におけるトルク
と回転角度との関係が所定の許容範囲を逸脱したか否か
を検出することにより、締付異常の有無が高い精度で判
定される。そして、異常なしと判定された場合に、本締
工程においてねじ部材を被締付部材に完全に締め付ける
ことにより、連の締付作業は終了する。

ここで、このようにねじ部材を弾性締付域まで仮締めし
た後−旦緩め、その緩める過程で締付異常を判定するよ
うにすれば、異物噛込み等の締付異常が存在する場合に
は緩め過程の初期にトルクが横這い状態となるため、締
付時にトルクが横這い状態となった後正常波形に戻って
しまうような場合でも、高い精度でその締付異常の有無
を判定することができ、このような締付異常を有する状
態でねじ部材を被締付部材に締め付けてしまうことが良
好に回避されるのである。

また、締付異常が存在しない場合には、緩め工程におけ
るトルクは回転角度に対して略比例的に減少するため、
正常時に誤って異常判定が為される恐れがなく、正常な
ねじ部材や被締付部材を廃棄してしまうことがないとと
もに、ねじ締付装置や組付装置等による作業能率が向上
する利点がある。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明方法を好適に実施できるねじ締付装置の
骨子図である。かかる第１図において、１０はＡＣサー
ボモータであり、減速機１４を介してソケット１８を回
転駆動することにより、ねじ部材としてのボルト２４を
、雌ねじが形成された被締付部材２６に螺合して締め付
けるようになっている。ＡＣサーボモータ１０は、マイ
クロコンピュータ２０からドライバアンプ２２に出力さ
れる駆動信号ＳＤに従ってソケット１８を正逆両方向へ
回転駆動するようになっているとともに、マイクロコン
ピュータ２０には、回転センサ１２およびトルクセンサ
１６からソケット１８の回転角度θを表す回転信号Ｓθ
およびトルクＴを表すトルク信号ＳＴが供給されるよう
になっている。

上記マイクロコンピュータ２０は、ＲＯＭに予め記憶さ
れたプログラムに従って信号処理を行うことにより、第
２図のフローチャートに示されているように締付制御を
行う、以下、かかる第２図を参照しつつその作動を説明
する。

先ず、ステップＳ１においてはＡＣサーボモータ１０に
よりソケット１８が正回転させられ、ボルト２４が被締
付部材２６に螺合されて締め付けられる。続くステップ
Ｓ２においては、トルク信号ＳＴが表す締付トルクＴが
予め定められた仮締トルクＴ、に達したか否かが判断さ
れ、締付トルクＴが仮締トルクＴ、に達すると、ステッ
プＳ３が実行されてＡＣサーボモータ１０の作動が停止
させられ、ボルト２４の締付けが停止する。第３図は上
記ステップＳ１〜Ｓ３におけるトルク波形を示した図で
、回転角度θ１は仮締終了時の回転位置である。また、
上記仮締トルクＴ、は、締付トルクＴが回転角度θに対
して略比例的に増加する弾性締付域内で締付けが停止す
るように、ボルト２４や被締付部材２６の材質等を考慮
して定められている。上記ステップＳ１〜Ｓ３は仮締工
程に相当する。

そして、次のステップＳ４において締付状態が異常か否
かを判定するための許容範囲Ｅが設定される。この許容
範囲Ｅは、上記仮締めされたボルト２４を緩める際に、
その緩めトルクと回転角度との関係から異常判定を行う
ためのもので、仮締時の最大トルクＴ２および仮締終了
時の回転角度θ１を基準として例えば第４図に斜線で示
されているように設定される。なお、この許容範囲Ｅは
摩擦係数のばらつきなどボルト２４や被締付部材２６の
個体差等を考慮して所定の幅をもって定められるが、仮
締時のトルクレートを求めることにより許容幅を狭くす
ることもできる。また、この許容範囲Ｅを前記仮締トル
クＴ１に基づいて予め一定の範囲に設定することも可能
である。

次のステップＳ５においては、ＡＣサーボモータ１０に
よりソケット１８が低速で逆回転させられ、ボルト２４
が緩められる。また、ステップＳ６においては、トルク
信号ＳＴが表す緩めトルクＴおよび回転信号Ｓθが表す
回転角度θが前記許容範囲Ｅ内か否かによって締付異常
の有無が判定される。すなわち、締付異常が存在しない
場合には、緩めトルクＴは第４図に実線で示されている
ように回転角度θに対して略比例的に減少し、前記許容
範囲Ｅ内に位置するが、異物噛込みやねじ山の潰れ等の
締付異常が存在する場合には、緩めトルクＴは緩め始め
に第４図に一点鎖線で示されているように横這い状態と
なり、許容範囲Ｅを逸脱してしまうのである。

そして、上記ステップＳ６において異常ありと判定され
た場合には、続いてステップＳ１２が実行されてＡＣサ
ーボモータ１０の作動が停止させられる。また、ステッ
プＳ６の判定が異常なしの場合にはステップＳ７が実行
されて、トルク信号ＳＴが表す緩めトルクＴが略零とな
ったか否かが判断され、略零となるまで前記ステップＳ
５およびＳ６が繰り返されるとともに、緩めトルクＴが
略零になるとステップＳ８においてＡＣサーボモータ１
０の作動が停止させられる。第４図は上記ステップＳ５
〜Ｓ８におけるトルク波形を示した図で、回転角度θ２
は緩めトルクＴが略零となった位置であり、回転角度θ
、はソケット１８の逆回転が停止した位置である。前記
ステップＳ５は緩め工程に相当し、ステップＳ６は異常
判定工程に相当する。

上記ステップＳ８においてボルト２４の緩め動作が停止
させられると、続いてステップＳ９が実行され、前記ス
テップＳ１と同様にしてボルト２４が再び被締付部材２
６に締め付けられる。そして、ステップＳＩＯにおいて
トルク信号ＳＴが表す締付トルクＴが予め定められた本
締トルクＴ３に達したか否かが判断され、締付トルクＴ
が本締トルクＴ１に達すると、ステップＳ１１が実行さ
れてＡＣサーボモータ１０の作動が停止させられて、一
連の締付動作は終了する。第５図は上記ステップ８９〜
３１１におけるトルク波形を示した図である。かかるス
テップ３９〜３１１は本締工程に相当する。なお、締付
終了時の回転角度θ４が予め定められた一定の範囲内か
否か、或いは本締工程におけるトルクレートが予め定め
られた一定の範囲内か否か等により、再度締付異常の有
無を判定することもできる。

ここで、このような本実施例のねじ締付方法においては
、ボルト２４を弾性締付域まで仮締めした後逆回転させ
て緩め、その緩め過程で締付異常の有無を判定するよう
になっているため、締付時にトルクＴが横這い状態とな
った後正常波形に戻ってしまうような場合でも、高い精
度でその締付異常の有無を判定することができる。これ
により、異物噛込み等の締付異常を有する状態でボルト
２４を被締付部材２６に締め付けてしまうことが良好に
回避され、例えば着座不良に伴う軸力不足によるコンロ
ッドの足出しや、ねじの緩みによる油漏れ、水漏れ等を
ねじ締付工程で手直しできるようになる。

また、締付異常が存在しない場合には、緩めトルクＴは
回転角度θに対して略比例的に減少するため、正常時に
誤って異常判定が為される恐れがなく、正常なボルト２
４や被締付部材２６を廃棄してしまうことがないととも
に、ねじ締付装置による作業能率が向上する利点がある
。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明゛
したが、本発明は他の態様で実施することもできる。

例えば、前記実施例の仮締工程では予め定められた仮締
トルクＴ、までボルト２４の締付けを行うようになって
いるが、弾性締付域内で締付けが停止するように仮締回
転角度を設定したり、締付゛過程でトルクレートを検出
してそのトルクレートが略一定となった後一定回転角度
だけ締付けを行って停止したりするようにしても良い。

また、前記実施例の緩め工程ではトルクＴが略零となる
までボルト２４を緩めるようになっているが、異物噛込
み等の締付異常が存在する場合には緩め工程の初期にト
ルクＴが横這い状態となるため、仮締トルクＴ１や仮締
時の最大トルクＴ２、或いは仮締終了時の回転角度θ１
などを基準として予め定められた一定トルクまたは一定
回転角度だけ緩めるだけでも差支えない。

また、前記実施例では仮締時の最大トルクＴ２および仮
締終了時の回転角度θ１を基準として許容範囲Ｅが設定
され、緩め工程における緩めトルクＴや回転角度θがそ
の許容範囲Ｅから逸脱したか否かによって異常判定を行
うようになっているが、緩め工程におけるトルクレート
が予め設定されたトルクレートの許容範囲を逸脱したか
否かによって異常判定を行ったり、予め定められた一定
の回転角度だけ緩められる間のトルク変動幅が予め設定
された許容範囲を逸脱したか否かによって異常判定を行
ったりするなど、少なくともトルクと回転角度との関係
に基づいて異常判定を行うようになっておれば良い。

また、前記実施例の本締工程では予め定められた本締ト
ルクＴ３までボルト２４を締め付けるようになっている
が、予め定められた本締回転角度まで締め付けるように
したり、トルクレートに基づいて塑性締付域まで締め付
けたりするなど、従来から知られている種々の締付手法
を採用できる。

また、上記本締工程において一定の本締回転角度までボ
ルト２４を締め付ける場合には、前記緩め工程でトルク
Ｔが略零となった時の回転角度θ２を基準として本締回
転角度を設定することが望ましい。すなわち、その回転
角度θ２は、ボルト２４の座面が被締付部材２６の座面
から離れた時であるため、その回転角度θ２を基準とし
て一定の本締回転角度だけボルト２４を締め付けるよう
にすれば、ねじ面や座面の摩擦係数のばらつきに拘らず
常に略一定の軸力が得られるのである。

また、前記実施例ではボルト２４を被締付部材２６に締
め付ける場合について説明したが、ナツトなどの他のね
じ部材を締め付ける場合にも本発明は同様に適用され得
る。

また、前記実施例のねじ締付装置はあくまでも一例であ
り、各部の構成を適宜変更できることは勿論である。

その他−々例示はしないが、本発明は当業者の知識に基
づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を好適に実施できるねじ締付装置の
骨子図である。第２図は第１図の装置の作動を説明する
フローチャートである。第３図は第２図の５ｌ−３３に
おけるトルク波形を示す図である。第４図は第２図のＳ
５〜Ｓ８におけるトルク波形を示す図である。第５図は
第２図のＳ９〜Ｓｌｌにおけるトルク波形を示す図であ
る。第６図は従来のねじ締付時における異常判定方法と
その問題点を説明するための図である。 ２４：ボルト（ねじ部材）　２６：被締付部材Ｔ：トル
ク　　　　　　θ：回転角度 Ｅ：許容範囲 Ｓｌ、３２．　　Ｓ３：仮締工程 Ｓ５：緩め工程 Ｓ６：異常判定工程 ３９．３１０，３１１：本締工程

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ねじ部材を被締付部材に螺合して締め付ける方法であっ
   て、 前記ねじ部材を、回転角度に対してトルクが略比例的に
   増加する弾性締付域内の途中まで前記被締付部材に締め
   付ける仮締工程と、 該仮締工程において仮締めされた前記ねじ部材を逆回転
   させて緩める緩め工程と、 該緩め工程におけるトルクと回転角度との関係が所定の
   許容範囲内であるか否かによって締付異常の有無を判定
   する異常判定工程と、 該異常判定工程において異常なしと判定された場合に前
   記ねじ部材を前記被締付部材に完全に締め付ける本締工
   程と を有することを特徴とするねじ締付方法。