JPH0639862Y2

JPH0639862Y2 - ナットランナーの締め付け管理装置

Info

Publication number: JPH0639862Y2
Application number: JP10103688U
Authority: JP
Inventors: 茂和矢野; 浩久神徳
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1988-07-29
Filing date: 1988-07-29
Publication date: 1994-10-19
Anticipated expiration: 2003-07-29
Also published as: JPH0223931U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案は、被締め付け部材にナットランナーを用いて取
付られる締め付けボルト及びナットが、所定の締め付け
状態にあるか否かを管理するナットランナーの締め付け
管理装置に関する。

（従来の技術）締め付けボルト及びナットを被締め付け部材に取付け、
その締め付け作業を自動化し、かつ、締め付けを所定状
態に常時管理するという装置が知られている。

締め付け力制御装置付きのナットランナーは、被締め付
け部材上のボルトにナット４を自動的に締め付けると共
に、締め付け状態の良否の管理を可能としている。すな
わち、この種のナットランナーはナット側に締め付けト
ルクを加え、この締め付け時の実際の締め付けトルクと
締め付け角度値を検出し、例えば、第５図に示すよう
に、締め付けトルクと締め付け角度よりなる締め付け軌
跡の傾きαを求め、この締め付け軌跡の傾きαより、ボ
ルトとナットの締め付けが、焼き付き、噛み合い不良等
の不都合がなく、適正になされたか否かを判断してい
る。

なお、ボルトとナットの締め付け処理は、弾性域締め付
け処理、あるいは塑性域締め付け処理の各条件に応じて
行なわれ、各締め付けの適否を判断する締め付け軌跡の
傾きθの許容幅もそれぞれ設定されることとなる。

（考案が解決しようとする課題）ところで、この種のナットランナーの締め付け管理装置
は、各ポイントでの所定締め付け角Δθ当たりの締め付
けトルクΔＴであるトルクレートを算出できる。このト
ルクレート情報にはそれ自体にばらつきがあり、結果と
してその許容幅が広くなり、これより直接に、締め付け
の適否を判断する等の締め付け管理を精度良く成すこと
は難しいものとなっていた。

本考案の目的は、ナット締め付けの適否の判断を精度良
くなすことのできるナットランナーの締め付け管理装置
を提供することにある。

（課題を解決するための手段）上述の目的を達成するために、本考案によるナットラン
ナーの締め付け管理装置は、締め付けボルト及び同ボル
トに螺着されるナットに締め付け力を加えるナットラン
ナーと、上記締め付け力に応じたトルク情報を出力する
トルクセンサと、上記締め付け力に応じた締め付け角度
情報を出力する締め付け角度センサと、上記所定締め付
け角度当たりの締め付けトルクであるトルクレートを算
出するトルクレート算出手段と、上記トルクレート算出
手段より得られた設定スナッグポイント及び設定コント
ロールポイントでの両トルクレートの比較値を算出する
比較値算出手段と、上記トルクレートの比較値が設定域
より外れた際に、締め付け不良を判断する判定制御手段
とを有したことを特徴としている。

（作用）ナットランナーによるナットの締め付け時に、トルクレ
ート算出手段により所定時点でのトルクレートを順次算
出し、比較値算出手段により設定スナッグポイント及び
設定コントロールポイントでの両トルクレートの比較値
を算出し、判定制御手段により上記トルクレートの比較
値が設定域より外れた際に、締め付け不良を判断するこ
ととなる。

（実施例）第１図のナットランナーの締め付け管理装置は、ナット
ランナー10とこれを制御する締め付け制御盤11とで構成
されている。

ナットランナー10は被締め付け部材12に挿通されたボル
ト13に螺合するナット14を所定締め付けトルクで所定締
め付け角で、自動的に締め付け処理出来るもので、ナッ
ト14に嵌着されるソケット15と、締め付け制御盤11のコ
ントローラ16に回転制御されるモータ17と、このモータ
17の駆動軸18よりソケット15に回転力を伝える歯車列19
とから成る。

特に、ソケット15側には締め付け角度を検出する回転角
センサ20が、駆動軸18側には、締め付けトルク情報を出
力する歪ゲージ21がそれぞれ取付けられる。両センサの
出力はコントローラ16に入力される。

コントローラ16はマイクロコンビュータからなり、その
主要部としての中央演算処理装置（以下CPUと記す）161
を備える。同CPUには歪ゲージ21からの検出信号が入力
インターフェイス162、A/Dコンバータ163を介して入力
され、回転角センサ20からの検出信号を入力インターフ
ェイス164を介して入力されるよう構成されている。CPU
はバスラインを介してプログラムデータや固定値データ
を記憶するROM165、更新して書替可能のRAM166との間で
データの授受を行うようになっている。

更に、CPU161からのモータ駆動信号はドライバー167を
介してモータ17に出力され、表示信号はドライバー168
を介して各表示灯に出力されるようになっている。な
お、CPU161は指定回転速度を保持するためのフィードバ
ック制御処理を行なうべくモータ駆動信号をドライバー
167に出力する。このため、ここでは、締め付け角度θ
と経過時間とが比例関係を保っている。

ここで、コントローラ16の働きを機能ブロック図として
表すと、第２図に示すようになる。

まず、入力される締め付けトルク情報Ｔと、締め付け角
度情報θとに応じて、トルクレート算出手段24が所定締
め付け角度Δθ当たりの締め付けトルクΔＴあるトルク
レートΔT/Δθを算出する。

ここでは、予め設定されるサンプリング時間Δｔ毎に、
締め付けトルクを求める。特に、予め設定されるスナッ
グトルクTsに達した時点t1（第３図参照）及びそれより
サンプリング時間Δｔ後の時点t2での各締め付け角度よ
り所定締め付け角Δθ１が算出され、時点t1及びそれよ
りサンプリング時間Δｔ後の時点t2での各締め付けトル
クの増加分ΔT1とが算出され、更に、これらの比である
｜ΔT1/Δθ1|がスナッグポイントspでのトルクレート
として算出される。

同じく、スナッグポイントspより所定締め付け角度θＡ
だけ経過後のコントロールポイントcpに達した時点t4、
及びそれよりサンプリング時間Δｔ前の時点t3での各締
め付け角度より所定締め付け角Δθ２が算出され、時点
t3及びそれよりサンプリング時間Δｔ後の時点t4での各
締め付けトルクの増加分ΔT2とが算出され、更に、これ
らの比である｜ΔT2/Δθ2|がコントロールポイントcp
でのトルクレートとして算出される。

次に、トルクレート算出手段24より得られた設定スナッ
グポイントsp及び設定コントロールポイントcpでの両ト
ルクレートに基づき、比較値算出手段25が両トルクレー
トの比較値である差分を算出する。

すなわち、この比較値算出手段25は｜Δθ1/Δθ1|−｜
ΔT2/Δθ2|＝2|＝αを比較値として算出する。

締め付け判定手段26は、予め設定されている締め付け適
正域β内に比較値αが入っているか否かを判断し、締め
付け不良情報を出力する。

ここでは弾性域締め付けに応じた締め付けを保証するも
のであり、すなわち、本締め時のトルク−角度勾配であ
る締め付け軌跡が所定の直進性を示すか否かを判断する
こととなる。このため、直進性判定のための締め付け適
正域βが予め設定されることとなる。

なお、塑性域締め付けまで連続して行う場合には、その
塑性域締め付け領域においては、締め付け適性域βを設
定することに代えて、各ポイント毎でのトルクレートの
許容幅をそれぞれ設定しておき、各時点毎にトルクレー
トを管理することが望ましい。

更に、設定スナッグポイントsp及び設定コントロールポ
イントcpの両指定ポイントでの各トルクレートが各ポイ
ント毎に設定される許容域内にあるか否かをポイント締
め付け判定手段27が算出し、許容域外にあると締め付け
不良信号を出力する。

このようなナットライナーの締め付け管理装置の作動を
第４図（ａ），（ｂ）のフローチャートに沿って説明す
る。

制御盤のメインスイッチの入力によりコントローラが作
動する。

ここでは、先ず、被締め付け部材12に挿通されたボルト
13に螺合するナット14にナットランナー10のソケット５
が嵌着され締め付けセットがなされる。

この後、制御盤上の締め付け指令スイッチTSがオンされ
ることにより、締め付け指令が発せられ、ボルト13にナ
ット14が高速締め付けされる。その時、第３図に示すよ
うに、ボルト13に対するナット14の相対締め付け角θ
（以後単に角度θと記す）の増加に応じ、締め付けトル
クが増加する。そしてこの締め付けトルクが着座トルク
TOを上回った時点（ステップa2）で、ステップa3に達
し、ここでは、高速締め付け開始時より着座トルクTOに
達するまでの時間（t0-ts）が、高速締め付け開始時よ
りの規定時間ｔα内であったか否かが判断される。規定
時間ｔα内にあるとステップa5に、無かった場合ステッ
プa4に進み、着座トルクタイムがNGとの表示を第１パイ
ロットランプL1で行う。

ステップa5ではドライバー167の出力を断ち、ナットラ
ンナー10を停止させる。そして、この時点以後、設定締
め付け停止時間ｔβの経過を待ち、経過するとステップ
a7に進む。ここでは、低速での本締めに入るべく、ドラ
イバー167に所定の出力信号を与え、これによりモータ
側、即ちソケット側を設定回転数で駆動させる。

この後、締め付けトルクがスナッグトルクTsを上回った
か否かを判断する。そして、本締め開始より時点t1でス
ナッグトルクΔTsに達するまでの経過時間が規定時間tb
以内か否かを判断し、以内ではステップa10にそうでな
いとスナッグトルクタイムNGの表示を第１表示灯L1にて
行なう。

ステップa10では、スナッグトルクTsに達した時点t1よ
り後、所定のサンプル時間Δｔ＝t2-t1毎に、締め付け
トルク値の測定を順次実施する。

この後、時点t1より所定締め付け角度ΔθＡを経過する
のを待ち、すなわちコントロールポイントcpに達するの
を待ち、経過した時点でステップa13に進み、ここで、
締め付けトルク値測定を中止処理する。

この後、ステップa14では時点t1より時点t4のコントロ
ールポイントcpに達するまでの時間が規定時間tc内であ
ったか否かを判断し、適性ではステップa16に、不適
性、すなわち、過度に時間がかかっていた時は、締め付
けトルク値が低いことより、第２表示灯L2でトルク不足
NG表示を行なう。

ステップa16では時点t1,t2,t3,t4を確定し、これらの各
時点でのトルク値をそれぞれ求め、取り込む。その後、
スナッグポイント及びコントロールポイントでの各トル
クレート｜ΔT1/Δθ1|,|ΔT2/Δθ2|を算出する。

ステップa18においては、コントロールポイントcpのト
ルクTcが規定値Tcαを上回ったか否かを判断し、上回っ
ているとステップa20にそうでないと、第２表示灯L2で
トルク不足NG表示を行なう。

ステップa20ではスナッグポイントspでのトルクレート
が許容域内か否か、即ち｜ΔT_1H／Δθ_１｜≦｜ΔT₁／Δθ_１｜≦｜ΔT₁L/Δθ
_１｜を判断し、許容域内ではステップa22に、そうでない
と、弾性締め付け異常と見做し、第３表示灯L3でスナッ
グポイントspでのトルクレートNG表示をする。

ステップa22ではコントロールポイントcpでのトルクレ
ートが許容域内か否か、即ち、｜ΔT_2H／Δθ_２｜≦｜ΔT₂／Δθ_２｜≦｜ΔT₂L/Δθ
_２｜を判断し、許容域内ではステップa24に、そうでない
と、焼付け等の弾性締め付け異常と見做し、第３表示灯
L3により、コントロールポイントcpでのトルクレートNG
の表示をする。

ステップa24ではコントロールポイントcpとスナッグポ
イントspでの各トルクレートの比較値としての差分が、
許容値α内であるのか、否か、即ち｜ΔT₂／Δθ_２｜−｜ΔT₂／Δθ_２｜≦α を判断し、許容値α以内では第４表示灯L4により締め付
けOK表示をして制御を完了させ、そううでないと、不適
正な弾性締め付け、例えば焼付け等の弾性締め付け異常
と見做し、第３表示灯L3によりトルクレート変化量NGの
表示をする。

このように、ボルトナットの自動締め付けを行なうと同
時に、締め付け状態の異常、例えば、弾性締め付け時の
噛み合い不良や焼き付け不良等の締め付け異常を確実に
発見することができる。

上述の処においてコントロールポイントcpでの締め付け
スペック、即ち、コントロールポイントcpのトルクTcが
規定値Tcαを上回ったかを否かを判断し、下回るとトル
ク不足NG表示を行なうというトルク法を採用していた
が、これに代えて角度法を採用してもよい。この場合、
スナッグポイントspよりコントロールポイントcpまでの
締め付け角度ΔθＡが規定値θｃαを上回ったか否かを
判断し、下回ると締め付け角度不足のNG表示を行なうと
いう角度法を採用してもよい。

更に、上述の締め付け処理は弾性域締め付けに適した許
容値がさいようされていたが、弾性域締め付けに続く塑
性域締め付けの場合には、先ず、塑性域内での所定の２
測定点でのトルクレートの変化量を求め、その変化量が
塑性域締め付け時の設定値以内にあるか否か等が判断さ
れることとなる。この場合も上述の実施例と同様の作用
効果を得られる。

更に、上述の実施例では異なる２点の各トルクレートの
比較値として、各トルクレートの差分を採用したが、場
合によっては各トルクレートの比を求め、そのトルクレ
ート比が設定値以内か否かにより締め付け異常を発見す
るよう構成しても良い。

（考案の効果）以上のように、本考案のナットライナーの締め付け管理
装置は、スナッグポイント及びコントロールポイントで
の両トルクレートの変化値を算出し、これが設定値と比
較されて所定値以上の変化量が合った場合にボルトとナ
ットの締め付け状態を不良として判断し、発見すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例としてのナットランナーの締
め付け管理装置の概略全体構成図、第２図は同上装置の
ブロック図、第３図は同上装置の締め付けトルク−角度
特性線図、第４図（ａ），（ｂ）は同上装置で行なう締
め付け不良発見制御のための流れ図、第５図は従来装置
により得られた締め付けトルク−角度特性線図である。 10……ナットランナー、13……ボルト、14……ナット、
16……コントローラ、20……回転角センサ、21……歪ゲ
ージ、24……トルクレート算出手段、25……比較値算出
手段、26……締め付け判定手段、27……ポイント締め付
け判定手段。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】締め付けボルト及び同ボルトに螺着される
ナットに締め付け力を加えるナットランナーと、上記締
め付け力に応じたトルク情報を出力するトルクセンサ
と、上記締め付け力に応じた締め付け角度情報を出力す
る締め付け角度センサと、上記所定締め付け角度当たり
の締め付けトルクであるトルクレートを算出するトルク
レート算出手段と、上記トルクレート算出手段より得ら
れた設定スナッグポイント及び設定コントロールポイン
トでの両トルクレートの比較値を算出する比較値算出手
段と、上記トルクレートの比較値が設定域を外れた際
に、締め付け不良を判断する判定制御手段とを有したナ
ットランナーの締め付け管理装置。