JPH0621860U - ボルト締付け装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電動レンチで締付けられるボルト・ナットの
締付け開始点を正確に検出して、一定した正確な締付け
力でボルト・ナットを本締めする。 【構成】 被締付け部材（１）に仮締めされたボルト
（２）とナット（３）を、ナット（３）を所定角度回転
させて本締めするモ−タ（５）内蔵の電動レンチ（４）
の駆動制御を、回転速度検出部（11）と開始点検出部
（12）を備えた回路にて行う。回転速度検出部（11）
は、モ−タ（５）の回転速度を電気信号で検出し、開始
点検出部（12）に送る。開始点検出部（12）は、検出さ
れた回転速度信号レベルのピ−ク値を記憶し、このピ−
ク値に基づいて開始点を検出して、ボルト・ナットの本
締めを開始させる信号を出力する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、鉄骨の橋梁やビルなどの鉄骨部材同士をボルト・ナット締めする電 動式のボルト締付け装置で、詳しくは、トルクレンチ等によりハイテンションボ ルトとナットで被締付け部材を仮締めしてから、ナットを本締めする電動レンチ を有するボルト締付け装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

一般の橋梁の鉄骨部材同士の連結は、被連結部分の複数箇所をボルトとナット で仮締め（一次締め）してから、複数箇所のボルトとナットを順次に本締めする ことで行われる。ボルトとナットの仮締めは、例えばトルクレンチなどを使って 手動で行われ、仮締め後の本締めは、モ−タや減速機を内蔵した電動レンチを使 って自動で行われる。鉄骨部材同士をハイテンションボルトで連結する際に使用 される電動レンチの具体例を、図７を参照して説明する。

【０００３】 図７は、鉄骨の被締付け部材（１）の複数箇所に仮締めされたボルト（ハイテ ンションボルト）（２）とナット（３）、及び、ボルト（２）にナット（３）を １つずつ本締めする電動レンチ（40）を示す。電動レンチ（40）は、Ｌ形の本体 （41）にモ−タ（42）と、減速ギヤからなる減速機（43）を収納し、本体（41） の先端に回転ヘッド（44）を連結した構造である。本体（41）には把手（46）が 固定される。回転ヘッド（44）は、外周に突起状の反力受け（45）を一体に有し 、内部にナット（３）に嵌合して回転させるソケット（図示せず）を有する。回 転ヘッド（44）のソケットをナット（３）に嵌合させ、電源投入でモ−タ（42） を駆動させ、減速機（43）を介して回転ヘッド（44）を回転させると、まず反力 受け（45）が回転し、これが隣のナット（３´）に当った時点からソケットが回 転してナット（３）の本締めが行われる。反力受け（45）が隣のナット（３´） に当るまでモ−タ（42）は高速回転し、反力受け（45）が隣のナット（３´）に 当る時点、つまり、開始点に達した時点からモ−タ（42）は負荷増大にて低速回 転に移行し、ナット（３）の本締めが開始される。ナット（３）の開始点検出は 、モ−タ（42）の駆動電流を基準レベルと比較して行われる。開始点検出後のナ ット締付けは、ナット（３）を、その開始点から１２０゜などの予め設定された 所定角度だけ回転させるナット回転角法で行われる。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上記のような電動レンチでボルトとナットを締付ける際の、電動レ ンチのモ−タの駆動電流波形は、仮締めから本締めに移行する開始点から上昇カ −ブを描く。この駆動電流を利用したボルト・ナットの開始点検出は、駆動電流 の電圧変換値と、開始点に相当する予め設定された基準電圧の比較で行っている 。しかし、駆動電流の開始点付近での値は、ボルト・ナット間の機械的条件のバ ラツキなどで変動し、そのため、駆動電流を単に基準レベルと比較して検出され た開始点にはバラツキがあり、これがボルト・ナットの最終締付け力にバラツキ を生じさせる１つの要因となっている。

【０００５】 また、橋梁などの鉄骨部材のように、複数箇所に仮締めされた複数のボルトに ナットを１つずつ締付ける場合、電動レンチの使用頻度や温度変化によって、電 動レンチの回転性能であるなじみ性が変わる。すなわち、電動レンチは使用回数 が増える程、周囲温度が高い程、よりなじみ性が良くなり、よりスム−ズに回転 する。従って、電動レンチで多数のボルトにナットを順次に締付ける場合、始め のボルトにナットを締付けるときの電動レンチのなじみ性より、終りのボルトに ナットを締付けるときの電動レンチのなじみ性が良く、このなじみ性の変動によ って、モ−タ駆動電流のレベル比較で検出される開始点がバラツキ、最終締付け 力がバラツクことがあった。

【０００６】 本考案は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、 仮締めされた多数のボルト・ナットに対しても、常に精度良く開始点を検出して 、バラツキのない最終締付け力で本締めすることのできる高信頼度のボルト締付 け装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案は、被締付け部材にボルトとナットを仮締めしてから、ナットを本締め するモ−タ内蔵の電動レンチを備え、電動レンチのモ−タの回転速度からボルト ・ナットの締付け開始点を検出するようにして、上記目的を達成するものである 。

【０００８】 具体的に本考案は、上記電動レンチと、この電動レンチに内蔵され、前記モ− タの回転速度を電気信号で検出する回転速度検出部と、回転速度検出部からの回 転速度信号レベルのピ−ク値を記憶し、このピ−ク値近傍の所定の割合のレベル まで回転速度信号レベルが下がった時点を、前記ナットの本締め開始の開始点と して検出する、ナットの本締めの開始点検出部とを具備する。

【０００９】 さらに具体的に本考案は、上記電動レンチと、上記回転速度検出部と、この回 転速度検出部からの回転速度信号を微分して、この微分値が電圧ゼロレベル近傍 の一定レベルと交差する時点を、前記ナットの本締め開始として検出する、ナッ トの本締めの開始検出部とを具備する。

【００１０】

【作用】

電動レンチのモ−タの回転速度は、ボルト・ナットの締付け開始点を境に上昇 から下降へと確実に変化する。この回転速度の変化は、ボルト・ナットの機械的 条件や電動レンチのなじみ性の変動に影響を受けず、ボルト・ナットの締付け開 始点で確実に実行される。従って、モ−タの回転速度の変化点を、回転速度のピ −ク値が一定レベルに下がった時点の検出や、回転速度信号の微分値と基準レベ ルの比較で検出することで、ボルト・ナットの本締めの開始点検出が高精度で行 え、ボルト・ナットの本締めが正確に実行される。

【００１１】

【実施例】

以下、本考案の第１の実施例を図１乃至図４を、第２の実施例を図５及び図６ を参照して説明する。

【００１２】 図１は、図７のボルト（２）にナット（３）を締付ける第１の実施例装置のブ ロック図で、電動レンチ（４）と、その駆動制御部（33）を有する。駆動制御部 （33）は、電動レンチ（４）のモ−タ（５）の回転速度を検出する回転速度検出 部（11）と、検出された回転速度のピ−ク値と基準レベルの比較でボルト・ナッ トの本締め開始点を検出する開始点検出部（12）と、開始点からナット（３）を 所定角度だけ本締めする本締め制御部（13）を有する。

【００１３】 図２及び図３は、電動レンチ（４）の具体例を示す。電動レンチ（４）は、モ −タ（５）を収納する本体部（30）と、本体部（30）の先端に横に間欠回転可能 に連結された減速機（６）と、減速機（６）の先端に回転可能に連結された回転 ヘッド（７）で構成される。本体部（30）には把手（31）が固定され、回転ヘッ ド（７）は外周に反力受け（８）を有する。モ−タ（５）の回転軸（34）は、把 手（31）の手動スイッチ（32）のオン操作で高速回転して、減速機（６）で減速 されて回転ヘッド（７）を回転させる。回転ヘッド（７）は、被締付け部材（１ ）に装着されたボルト（２）のナット（３）に嵌合し、反力受け（８）が隣のナ ット（３´）に当ると、嵌合したナット（３）を回転させて本締めする。モ−タ （５）の回転軸（34）の回転速度は、本体部（30）に内蔵された回転速度検出部 （11）で電気信号にて逐一検出され、駆動制御部（33）で後述のように処理され る。

【００１４】 電動レンチ（４）の本体部（30）に減速機（６）を横に回転可能、つまり、首 振り可能に連結することにより、本体部（30）の把手（31）を図２の実線位置か ら、例えば鎖線位置へと１８０゜移動させて、電動レンチ（４）の使用形態を、 使用場所に応じて変えることができる。このような首振り式電動レンチ（４）に おいては、本体部（30）に回転速度検出部（11）を収納することが、その信号線 を本体部（30）と減速機（６）との回転部分を回避して駆動制御部（33）に配線 する上で望ましい。

【００１５】 回転速度検出部（11）は、例えばモ−タ（５）の回転軸（34）の回転角をパル ス信号で検出するパルス発生器（９）と、パルス信号を回転軸（34）の回転速度 に比例する電圧Ｖに変換するＰ／Ｖ変換回路（10）を備える。パルス発生器（９ ）は、例えば図３に示すように、モ−タ（５）の減速機（６）と反対側に突出さ せた回転軸（34）の周りに光電スイッチ（36）を配置した構成で、回転軸（34） には直径方向に貫通するスリット（35）が形成されている。回転軸（34）が１回 転する毎に、光電スイッチ（36）の投光素子（37）と受光素子（38）の間にスリ ット（35）が２回入り、パルス発生器（９）は２パルスを出力する。この出力パ ルスの周期をＰ／Ｖ変換回路（10）で演算することで、回転速度が電圧変換され て検出される。検出された回転速度電圧Ｖと、モ−タ（５）の駆動で締付けられ るナット（３）の回転角θの関係は、図４の波形（イ）に示すようになる。すな わち、回転ヘッド（７）の反力受け（８）が隣のナット（３´）に当るまでは、 回転速度電圧Ｖは上昇カ−ブを描き、反力受け（８）が隣のナット（３´）に当 り、回転ヘッド（７）で締付けられるナット（３）が締付け開始点Ｐに達した時 点から、回転速度電圧Ｖは下降カ−ブを描く。Ｐ／Ｖ変換回路（10）の回転速度 信号が、次の開始点検出部（12）に送られる。

【００１６】 開始点検出部（12）は、図４の波形（ロ）に示すように、回転速度電圧Ｖの最 大値Ｖｍを記憶するピ−クホ−ルド回路（14）と、開始点検出のための動作レベ ル設定回路（15）と、第１の比較回路（16）を備える。動作レベル設定回路（15 ）は、回転速度電圧Ｖの最大値Ｖｍより数％の所定の割合で小さい電圧レベルＥ を設定する。第１の比較回路（16）は、設定電圧レベルＥとＰ／Ｖ変換回路（10 ）からの回転速度電圧Ｖを比較して、両者が一致する時点、すなわちボルト・ナ ットの締付け開始点Ｐを検出して、本締め制御部（13）にナット本締め開始信号 ａを出力する。回転速度電圧最大値Ｖｍに対する動作レベル設定回路（15）の設 定電圧レベルＥの割合を数％程度に設定しておくと、上昇時の回転速度電圧Ｖの 微小な振れによるレベルダウンで第１の比較器（16）が誤動作せず、ボルト・ナ ットの締付け開始点Ｐの検出が精度良く行える。

【００１７】 本締め制御部（13）は、開始点検出部（12）からの本締め開始信号ａの入力で もって、ナット（３）を予め設定された、例えば１２０゜の所定の回転角だけ回 転させて本締めし、最後に本締め終了信号ｂを出力する。具体的には、本締め制 御部（13）は、パルス発生器（９）からのパルスを回転角度に変換するパルス角 度変換回路（17）と、これからのパルス角度信号をカウントするカウンタ−（18 ）と、第２の比較器（20）、及び、本締め角度設定器（19）を有する。カウンタ −（18）に第１の比較器（16）から本締め開始信号ａが入力されると、図４の波 形（ハ）に示すように、カウンタ−（18）はパルス角度変換回路（17）からのモ −タ（５）の回転角に相当するパルスをカウントし始める。このカウント値が本 締め角度設定器（19）で設定された値になると、第２の比較器（20）が本締め終 了信号ｂを出力して、モ−タ（５）が停止する。モ−タ（５）は、開始点Ｐの検 出から本締め角度設定器（19）で予め設定された所定角度だけ回転して停止し、 ナット（３）の本締めが終了する。この本締めにおけるボルト（２）とナット（ ３）の締付けトルクＴは、図４の波形（ニ）に示すように、開始点Ｐの検出時点 から上昇する。

【００１８】 図５は、本考案第２の実施例装置のブロック図、図６はその波形図である。こ の第２の実施例は、電動レンチ（４）のモ−タ（５）の回転速度を検出する回転 速度検出部（11）と、本締め制御部（13）は第１の実施例と同様であり、相違す るのは開始点検出部（21）のみである。この開始点検出部（21）は、Ｐ／Ｖ変換 回路（10）からの回転速度電圧Ｖを微分回路（22）で微分し、その微分値と動作 レベル設定回路（23）で設定された基準レベルとを第１の比較回路（24）で比較 して、開始点Ｐを検出する。Ｐ／Ｖ変換回路（10）からの回転速度電圧Ｖは、図 ６の波形（イ）に示され、これを微分回路（22）で微分した微分値ｄＶ／ｄθは 、図６の波形（ホ）に示されるように変化する。つまり、微分値ｄＶ／ｄθは、 回転速度電圧Ｖの開始点Ｐの時点で電圧ゼロレベルと略直交して交差する。そこ で動作レベル設定回路（23）で微分値ｄＶ／ｄθと比較する電圧レベルを、ゼロ レベルに設定しておくと、微分値ｄＶ／ｄθがゼロレベルを交差する時点の検出 で、ボルト・ナットの締付け開始点Ｐが正確に検出される。この開始点検出信号 によって本締め制御部（13）のカウンタ−（18）が動作を開始し、ナット（３） の本締めが開始される。

【００１９】

【考案の効果】

本考案によれば、電動レンチのモ−タの回転速度は、ボルト・ナットの機械的 条件や電動レンチのなじみ性の変動に影響を受けることなく、ボルト・ナットの 締付け開始点を境に上昇から下降へと確実に変化し、このモ−タの回転速度の変 化点を、回転速度のピ−ク値が一定割合のレベルに下がった時点の検出や、回転 速度信号の微分値と基準レベルの比較で検出することで、ボルト・ナットの本締 の開始点の検出が確実、高精度で行えるようになり、ボルト・ナットの最終締付 け力を均一に安定化させる上で効果がある。特に、橋梁などの鉄骨部材同士を複 数箇所でボルト締めするような部所において、ボルトの数が多くても、これを均 一な締付け力で締付けることが容易になり、複数のボルト締めの信頼性が一段と 向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１の実施例を示す電動レンチ駆動制
御部のブロック図

【図２】図１のボルト締め装置の電動レンチの具体例を
示す側面図

【図３】図２の電動レンチにおける回転速度検出部の拡
大側面図

【図４】図１の要部の動作波形図

【図５】本考案の第２の実施例を示す電動レンチ駆動制
御部のブロック図

【図６】図５の要部の動作波形図

【図７】一般的電動レンチの動作時の側面図

【符号の説明】

１ 被締付け部材 ２ ボルト ３ ナット ４ 電動レンチ ５ モ−タ 11 回転速度検出部 12 開始点検出部 21 開始点検出部

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボルトと共有して被締付け部材を仮締め
   したナットを、本締めするモ−タ内蔵の電動レンチと、
   電動レンチに内蔵され、前記モ−タの回転速度を電気信
   号で検出する回転速度検出部と、回転速度検出部からの
   回転速度信号レベルのピ−ク値を記憶し、回転速度信号
   レベルがそのピ−ク値近傍の所定の割合のレベルまで下
   がった時点を、前記ナットの本締め開始として検出す
   る、ナットの本締めの開始検出部とを具備したことを特
   徴とするボルト締付け装置。
2. 【請求項２】 ボルトと共有して被締付け部材を仮締め
   したナットを、本締めするモ−タ内蔵の電動レンチと、
   電動レンチに内蔵され、前記モ−タの回転速度を電気信
   号で検出する回転速度検出部と、回転速度検出部からの
   回転速度信号を微分して、この微分値が電圧ゼロレベル
   近傍の一定レベルと交差する時点を、前記ナットの本締
   め開始として検出する、ナットの本締めの開始検出部と
   を具備したことを特徴とするボルト締付け装置。