JPH08229841A - 定軸力ボルト締着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ボルト頭部とボルト嵌合部又はナ
ットとボルト底部の嵌合状態に係わらず一定の反射波が
得られて、締付軸力に変動を生じない定軸力ボルト締着
装置を提供することを目的とする。 【構成】 モーター４からの動力が伝達されて回転する
出力軸８に、ボルトＡ又はナットＢが嵌合されるソケッ
ト１２を前記出力軸８の回転と連動させ、押圧スプリン
グ１７で下方向に押圧される電極針１６を前記出力軸８
内に設け、この電極針１６の下端をボルトＡの頭部Ａ１
の頂面又はボルト底面Ａ３に設けられたピエゾ超音波セ
ンサーＡ２に接触させ、電極針１６とソケット１２に軸
力コントローラー１９を接続した定軸力ボルト締着装置
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モーター等の駆動源の
回転力が伝達され、ボルトを締着する出力軸のトルクが
定軸力に達した際に、モーターの回転を自動的に停止す
る定軸力ボルト締着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からピエゾ素子に機械的な衝撃を与
えると、ピエゾ素子は電気的なパルス電圧を発生し、逆
にピエゾ素子にパルス電圧を印加すると振動することが
知られている。

【０００３】又、ボルトが締着されると、その締着力で
ボルトが伸長し、且つその伸長で生じる内部歪みで、ボ
ルト端面から加えられた超音波パルスが反対側の端面で
反射され、超音波パルスが加えられた端面に到達する伝
搬時間が長くなることが判明している。

【０００４】このようなボルトの締着力でボルト内の信
号の伝搬時間が変化するのを利用し、ボルトの締着力を
超音波パルスの伝搬時間の変化で検出することによっ
て、定軸力でのボルトの締着が行われるようになってき
た。

【０００５】従来のこの種の定軸力ボルト締着装置の一
例としては、特開昭６２−２８７９８１号公報記載のス
クリュウ締付工具があり、このスクリュウ締付工具はボ
ルトを回転させる出力軸にピエゾ超音波センサーを設置
し、このピエゾ超音波センサーにパルス電圧を加え、ピ
エゾ超音波センサーから出射された超音波パルス信号の
反射をピエゾ超音波センサーで受信して、これを電気信
号に変換することで、ボルトの締着状態を把握し、一定
のトルクに達した際にモーターの停止で出力軸を止める
ものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このようなスクリュウ
締付工具は、ピエゾ超音波センサーが設けられている出
力軸と、この出力軸に嵌合しているボルト頭部の接触状
態は一定でないために、ピエゾ超音波センサーから出射
された超音波パルスが、接触面の抵抗により伝搬時間が
変化し、ボルトの締付トルクによる伸長の変化が正確に
測定できず、従って正確な軸力でのボルトの締着が行え
なかった。

【０００７】本発明は、近来ボルト頭部の頂面内又はネ
ジ部先端の底面にピエゾ電気薄膜を形成したボルトが実
用化されているのに着目し、従来のスクリュウ締付工具
の前述の問題点を解決するために、このピエゾ電気薄膜
にパルス電圧を印加することで、ボルト頭部とボルト嵌
合部又はボルト底部とナットの接触状態に係わらず、一
定の速度での伝搬を可能とし、締付軸力に変動を生じな
い定軸力ボルト締着装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決する手段】本発明は、前述の目的を達成す
るための定軸力ボルト締着装置の手段に関し、請求項１
記載の手段は、駆動源からの動力が伝達されて回転する
出力軸と、該出力軸の回転に連動して回転するボルト又
はナット嵌合用ソケットと、前記出力軸内に設けられて
付勢部材により下方向に押圧されボルトの頭部頂面又は
ネジ部先端底面に設けられたピエゾ超音波センサーに接
触する電極針と、前記電極針とソケットに接続される定
軸力測定手段とを備えたことを特徴とする。

【０００９】又、定軸力測定手段をピエゾ超音波センサ
ーに入出力し、入力と出力による伝搬時間を測定して、
定軸力での締着を判断する軸力コントロラーと、該軸力
コントローラーに接続されて、駆動源であるモーターへ
の出力をコントロールするモーターコントローラーとで
構成し、さらに、モーターの回転伝達経路中にトルクセ
ンサーが設けられると共に、モーターの回転がギアを介
して出力軸に伝達させても良い。

【００１０】又、前記出力軸心とモーターの軸心とが直
角方向に配置され、モーター軸の回転が伝達される回転
軸と出力軸間に回転を伝達するベベルギアを設け、或い
は、前記モーターの回転を伝達するカップリングがモー
ターと出力軸との間に設けられ、電極針と出力軸との間
には軸力コントローラーに接続したスリップリングを設
けることもできる。

【００１１】

【作用】前記した如く構成した本発明の定軸力ボルト締
着装置は、駆動源の回転が伝達されて出力軸が回転する
と、ソケットも出力軸の回転に伴って回転し、ソケット
に嵌められているボルトの頭部又はナットを回転してボ
ルトが締付られるが、定軸力測定手段からのパルス電圧
が、付勢部材の付勢でボルト頭の頂面又は底面のピエゾ
超音波センサーに接触している電極針に伝えられ、この
パルス電圧がボルト頂面又は底面のピエゾ超音波センサ
ーに印加される。

【００１２】すると、ピエゾ超音波センサーは超音波パ
ルスを出射し、この信号はボルト底面又は頂面で反射さ
れ、この反射波がボルト頂面又は底面からピエゾ超音波
センサーに伝えられてパルス電圧に変換されて出力軸に
伝えられ、このパルス電圧の出力から入力までの伝搬時
間を測定することによって、ボルトに対する締付軸力の
測定が行われ、定軸力に達した際に出力軸の回転が停止
され、定軸力での締着が行われる。

【００１３】又、軸力コントローラーから前記のパルス
信号が電極針に送られ、その反射波を測定して伝搬時間
により締着力が定軸力に達したか否かの判断を軸力コン
トローラーで行って、定軸力に到達すると軸力コントロ
ーラーがモーターコントローラーに出力してモーターを
停止させ、定軸力でのボルトの締付が行われる。

【００１４】さらに、前記のモーターから出力軸に至る
動力伝達経路中に設けたトルクセンサーで、出力軸に伝
達するトルクを監視し、且つ出力軸のギアを、モーター
で駆動されるギアで回転させるようにしたものである。

【００１５】又、モーターと出力軸とを直角方向に配置
して、この定軸力ボルト締着装置の高さを小さくすると
共に、モーターを握り易くし、更に出力軸にはモーター
の回転をベベルギアで伝達し、手で定軸力ボルト締着装
置を持つハンドツールとしての作業をやり易くしたもの
である。

【００１６】さらに、モーターと出力軸がカップリング
結合されていて、モーターの回転中は電極針も回転して
いるような場合に、電極針と出力軸間に設けたスリップ
リングにより、定軸力測定手段のパルス電圧をボルト頂
面又は底面のピエゾ超音波センサーに伝えられるように
した。

【００１７】

【実施例】次に、本発明を一定の場所に設置されるロボ
ットのような定軸力ボルト締着装置に実施した実施例
を、図１〜図４について、以下に説明する。この実施例
においては、ロボットのような所定の位置に移動した
り、締着されるボルトが移動してくる場所の設置板１
に、ギアボックス２が取り付けられている。

【００１８】このギアボックス２の上部には伝達される
中間軸におけるトルクを測定して表示するトルクセンサ
ー３が設けられ、更にその上部にはモーター４の回転速
度を減速する減速ギアボックス５を介在させ、これにモ
ーター４が取り付けられるもので、このモーター４には
エンコーダーが設けられ、後述のモーターコントローラ
ー６から出力されたコードに従って、モーター４の回転
速度、並びに停止が制御される。

【００１９】ギアボックス２内でモーター４からの回転
が伝達されているギアに噛合するギア７を設けた出力軸
８は、上下をギアボックス２の軸受け９で軸承されてお
り、その下部を断面正方形の嵌合軸１０として、その側
面に係合部１１が設けられている。

【００２０】一方、ボルトＡの６角形状の頭部Ａ１又は
ナットＢに嵌合する６角孔が穿設されているソケット１
２には、嵌合軸１０の係合部１１に係合する押しピン１
３が出没可能に設けられ、押しピン１３をソケット１２
内に押し込むようにして、押しピン１３と係合部１１を
係合させ、ソケット１２が嵌合軸１０の回転と連動する
ように嵌着できる。

【００２１】出力軸８内に、絶縁チューブ１４を介して
電極ホルダー１５が収容され、該電極ホルダー１５内に
は、その内部を上下にスライドできると共に、出力軸８
の下端に先端が露呈している電極針１６とを収容し、電
極ホルダー１５と電極針１６との間に押圧スプリング１
７を介在させ、電極ホルダー１５の上端には該電極ホル
ダーとの間でスリップする電極リング１８がギアケース
に取り付けられているハウジング２ａに固定されてい
る。

【００２２】一方、軸力コントローラー１９に接続され
ているコネクター２０が前記ハウジング２ａの頂部に嵌
着されており、このコネクター２０と電極リング１８、
およびハウジング２ａとの間にはリード線２１が配線さ
れ、軸力コントローラー１９からのパルス電圧が電極リ
ング１８、電極ホルダー１５を介して電極針１６に伝え
られる。

【００２３】又、ボルトＡの頭部Ａ１における頂面又は
ネジ先端の底部Ａ３における底面は凹んでいて、これに
ピエゾ電気薄膜で形成されたピエゾ超音波センサーＡ２
が形成され、電極針１６が押圧スプリング１７の押圧力
でピエゾ超音波センサーＡ２に圧接されることで、電極
針１６に伝達されたパルス電圧がピエゾ超音波センサー
Ａ２に印加されると、ピエゾ超音波センサーＡ２はこれ
を超音波パルスに変換して、ボルト底面又は頂面に向け
て出射する。

【００２４】この超音波パルスはボルトＡの底面又は頂
面で反射されて、再びピエゾ超音波センサーＡ２に到達
し、ピエゾ超音波センサーＡ２はこれをパルス電圧に変
換するものであるが、このパルス電圧の受信とパルス電
圧の出力は、コネクター２０の一方の端子、電極リング
１８、電極ホルダー１５、電極針１６、ソケット１３、
出力軸８、コネクター２０の他方の端子で構成される回
路によって、送受信回路２２との間を伝達させることが
できる。

【００２５】この送受信回路２２の出射するパルス電圧
と、受信したパルス電圧の間の差の時間によってボルト
Ａの伝搬時間が測定され、ー御回路２３に入力される
が、この制御回路２３には、設定回路２４で予め設定さ
れたそのボルトＡに対する適正な軸力値に対する伝搬時
間および適正なトルク値と回転角度範囲が入力されるよ
うになっている。

【００２６】この制御回路２３と送受信回路２２は、図
２の軸力コントローラー１９とモーターコントローラー
６で構成されており、図４のフローチャートに従って動
作するもので、ステップＳ１〜ステップＳ２は本来のボ
ルト締付工程に先立って行われる前工程である。

【００２７】この工程は、先ずステップＳ１において、
設定回路２４での入力を記録するレジスターｅの内容を
クリアしてｅ＝０に、次いでステップＳ２で前記設定回
路２４で設定された目標軸力Ｔｍを得るための伝搬時間
が予め入力される。なお、この目標値は、ボルト材質、
熱処理等の物性及びその温度による補正値等が考慮され
る。

【００２８】そして、ステップＳ３から以後は実質的な
ボルトの締付工程に入るもので、ステップＳ３では制御
回路２３からの出力に基づいて送受信回路２２からパル
ス電圧をボルトＡのピエゾ超音波センサーＡ２に出力し
て超音波パルスを出射させ、その反射波により変換され
たパルス電圧が送受信回路２２に入力されて、ステップ
Ｓ４でパルス電圧の送受信の時間差による伝搬時間Ｔが
制御回路２３で検出される。

【００２９】制御回路２３はこの伝搬時間Ｔが先に設定
した目標軸力Ｔｍに等しいか否かをステップＳ５で判断
し、小さい場合にはステップＳ５で繰り返し反復する
が、この伝搬時間ＴがＴｍと等しいか、大きくなった場
合に始めてステップＳ６に進み、モーターコントローラ
ー６に出力し、モーターコントローラー６はモーターの
エンコーダーに指令してモーターの回転を止め、このフ
ローチャートが終了すると共に、定軸力ボルト締着装置
が停止する。

【００３０】このようにして、定軸力によるボルトの締
着が行われるが、前記のステップＳ４におけるＴがＴｍ
に等しいか、大きくなった場合以後も伝搬時間の測定を
継続し、これを換算した軸力値を表示するようにすれ
ば、締付以後のボルトの緩み具合を知ることもでき、更
に一度緩めたボルトの再締付する所謂「なじみ締付」も
締着トルクの測定を行いながらできるものである。又、
内蔵トルクセンサーおよび回転角度センサーの値も同時
計測すれば、より確実な締め付け管理が可能となる。

【００３１】請求項４に該当し、図５に示す第２実施例
においては、出力軸８とモーター４で駆動される駆動軸
３０とは直角方向に配設され、駆動軸３０と出力軸８に
設けられたベベルギア３１、３２によって、駆動軸３０
の回転が出力軸８に伝達される。

【００３２】そして、前実施例と同様に、出力軸８に絶
縁支持されている電極ホルダー１５と、出力軸８内を挿
通して出力軸８から絶縁されている電極針１６との間に
は、電極針１６を下方に向けて押圧する押圧スプリング
１７が架設されており、出力軸８の下端に着脱自在で回
転方向に連動するソケット１２に嵌め込まれたボルトＡ
の頭部Ａ１又は底面Ａ３の上面のピエゾ超音波センサー
Ａ２に電極針１６が圧接されるようになっている。

【００３３】電極針１６とソケット１２は送受信回路２
２に接続され、前実施例の回路が前実施例のフローチャ
ートと同じ動作を行って、ボルトＡの定軸力締着が行う
ことができるれるもので、モーター４と出力軸８とが直
角位置にあるので、全高を低くすることができ、ハンド
ツールとして使い易い形態とすることができるものであ
る。

【００３４】請求項５に該当し、図６に示す第３実施例
においては、出力軸８の上端にカップリング３５が設け
られていて、このカップリング３５にモーター４からの
回転軸３６の下端が嵌着されており、モーター４が出力
軸８の上方に位置し、従ってこの実施例においては全高
が高くなると共に、電極ホルダー１５が出力軸８と一緒
に回転している。

【００３５】そのために、前各実施例のような送受信回
路２２に接続されたリード線を直接電極ホルダー１５に
接触して非回転の電極リング２０を設けることができ
ず、リード線が捩じれてしまうために、電極ホルダー１
５に螺合するビス３７で出力軸８に絶縁されているスリ
ップリング３８を出力軸８に取り付け、ハウジング３９
に絶縁して取り付けられると共に、バネ４０で押圧され
ている電極ブラシ４１をスリップリング３８に接触させ
たもので、その他は第１実施例と変わらない。

【００３６】このように、出力軸８と電極ホルダー１
５、電極針１６が回転し、電極リング２０をハウジング
２ａに設けることができない場合に、回転するスリップ
リング３８と電極ブラシ４１を設けることによって、送
受信回路２２からのパルス信号を電極針１６に伝えるこ
とができるものである。

【００３７】

【発明の効果】本発明は叙上のように、ボルトの頂面又
は底面に予め設けられているピエゾ超音波センサーにパ
ルス電圧を印加して超音波パルスを出射させ、この反射
波を受信したピエゾ超音波センサーがパルス電圧に変換
するので、従来の出力軸に超音波センサーを設けた場合
のようなボルト頭部又は底部と出力軸の接触状態、その
他の送信と受信の伝搬時間が変化する原因がなくなり、
不正確な要因が入り込む余地のない伝搬時間の測定がで
きる。

【００３８】従って、伝搬時間の狂いによる出力軸の軸
力の測定誤差がなくなり、正確な定軸力でのボルトの締
着を行うことができ、この締着後も測定を継続して、こ
れを表示させることによって締付停止後における軸力低
下を観察することも可能で、この時の軸力低下に対して
再締付を行わせることもでき、又、その時のトルク、角
度計測値と合わせて合計３件による総合判別が可能であ
る。

【００３９】しかも、ボルトの締着を一旦緩めた後に再
締付する「なじみ締付」も可能で、更にソケットの交換
で種々のボルト頭部の形状や大きさに対応させることも
可能となる等の利点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の要部の断面図である。

【図２】同上の全体の正面図である。

【図３】同上の回路のブロック図である。

【図４】同上によるフローチャートである。

【図５】第２実施例の要部の断面図である。

【図６】第３実施例の一部を断面とした正面図である。

【符号の説明】

Ａ ボルト Ａ１ 頭部 Ａ２ ピエゾ超音波センサー Ａ３ 底部 Ｂ ナットＢ ３ トルクセンサー ４ モーター ６ モーターコントローラー ７ ギア ８ 出力軸 １２ ソケット １６ 電極針 １７ 押圧スプリング １９ 定軸力コントローラー ３１、３２ ベベルギア ３５ カップリング ３８ スリップリング

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動源からの動力が伝達されて回転する
   出力軸と、該出力軸の回転に連動して回転するボルト又
   はナット嵌合用ソケットと、前記出力軸内に設けられて
   付勢部材により下方向に押圧されボルトの頭部頂面又は
   ネジ部先端の底面に設けられたピエゾ超音波センサーに
   接触する電極針と、前記電極針とソケットに接続される
   定軸力測定手段とを備えたことを特徴とする定軸力ボル
   ト締着装置。
2. 【請求項２】 前記定軸力測定手段は、ピエゾ超音波セ
   ンサーに入出力し、入力と出力による伝搬時間を測定し
   て、定軸力での締着を判断する軸力コントロラーと、該
   軸力コントローラーに接続されて、駆動源であるモータ
   ーへの出力をコントロールするモーターコントローラー
   とで構成されることを特徴とする請求項１記載の定軸力
   ボルト締着装置。
3. 【請求項３】 モーターの回転伝達経路中にトルクセン
   サーが設けられると共に、モーターの回転がギアを介し
   て出力軸に伝達されることを特徴とする請求項１記載の
   定軸力ボルト締着装置。
4. 【請求項４】 前記出力軸心とモーターの軸心とが直角
   方向に配置され、モーター軸の回転が伝達される回転軸
   と出力軸間に回転を伝達するベベルギアを設けたことを
   特徴とする請求項１記載の定軸力ボルト締着装置。
5. 【請求項５】 前記モーターの回転を伝達するカップリ
   ングがモーターと出力軸との間に設けられ、電極針と出
   力軸との間には軸力コントローラーに接続したスリップ
   リングが設けられていることを特徴とする請求項１記載
   の定軸力ボルト締着装置。