JPS5822689B2 - シメツケゴノボルト ナツトルイ ノ シメツケトルクソクテイソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は締付後のボルト、ナツト等の締付トルク測定方
法に関する。

第１図に示す如くボルト１によって被締付材２が固定台
３に固定されている場合、基本的には被締付材が矢印の
方向に何反で押えつけられているかということが問題で
ある。

しかしながら、被締付材が何ｋｙで押えつけられている
か、あるいはそれを制御することは、これらに何等かの
検出装置を附加する以外には直接知りようがない。

更に困ったことには、被締付材が固定されたことがこれ
自体製品化されたことになシ、この状態で出荷されてい
くことである。

ボルトと被締付材、締付材と被締付材の間にその圧力を
検出する何かを挿入することはナンセンスである。

何故ならば、検査後それを取り除かなければならず、再
び締付けても、検査時の圧力に復元させることはきわめ
て困難な事柄だからである。

一般的には締付けられる圧力をボルトの締付トルクに換
算して表わしている。

締付けられるカーＦ１締付トルクーＴ１ネジのつる巻角
−α、摩擦角−ρ、ネジ部の半径−Ｒとすれば、近似的
に Ｆキ□ ・・・・・・・・・・・・（１）Ｒ＃ｔａｎ
（α＋β） 上式で表わすことができる。

一般的には、被締付材が何ｋｇで締付けられているかを
云わず、もっばらボルトが何ｋｇ−ｍのトルクで締付け
られているかを組立時における指標としているのが実情
である。

次に第２図に示すように、ボルトの締付トルクは、ボル
トの締付回転角に比例する。

これは動ｌ・ルク線図である。

連続的に動的に締付けて行けばトルクはＥＦ線上にある
であろう。

もし、少しづつ締付けて行くならば、静トルク線図はＣ
Ｄ線で表わすことができる。

今α２角度つますＴ２トルクで締付けたいと仮定しよう
。

しかしながら、何等かの外的要因でＡ点つまシα１なる
角度で停止してしまったと想定する。

締付トルクはＴ２が必要であるから、この時点でＴ２迄
トルクを上昇させる。

しかしながらＡ点における静トルクはＴ２ よりも大き
いＴ□であるから、Ｔ２トルクを与えても、ボルトは回
転し得す、結果的にはＴ３ トルクしか与えなかったこ
とに力る。

第２図Ａ点における静トルクは線状形で立上っているが
、横軸を回転角で表わしている限シ、スケールをいくら
延ばしても線状でしか表現できない。

何となれば静トルクは回転角が零のときだけだからであ
る。

横軸を回転角ではなしに、時間に置き換えれば静トルク
と動トルクの境界を明瞭に表わすことができる。

（第３図参照）静トルクと動トルクはピーク値地点で分
岐する。

以上のことから、締付トルクは、静トルクと動トルクと
の間に境界があるということだけでなく、同じ締付回転
角上でもトルク値に幅があることが判明する。

前記（１）式を変更して、トルクに対する方式とＴキＦ
−Ｒ−ｔａｎ（α＋β） ・・・・・・・・・・・・（
２）すれば、ρ（摩擦角）が動摩擦と静止摩擦とに差が
ある以上、当然締付トルクも動トルクと静トルクに差が
あって当部前である。

動トルクと静トルクを、実際問題どう区分するか、ある
いは、それを混同せずにどう検出するかにかかつてくる
。

締付後のトルクを測定しようとすれば、第４図に示す締
付材Ａと被締付材ＢとボルトＣとスパナＤのいずれかに
何らかの細工をして置く以外に不可能である。

ボルトＣを何らかの方法で動かさない限シ、締付時のト
ルクを推定することはできない。

一般的に云って下記に示す３つの方法が考えられる。

（１）増 締 （２）戻 し く３）再 締 これらのそれぞれの方法について詳しく検討して見よう
。

（１）増締について 増締を行うと第５図に示すようにトルクは静。

トルクの境界迄トルク値は上昇し、動トルクになるとト
ルク値は下降し再び増大する。

その時のＡ点のトルク値は締付トルクに近いものである
ことは推定できる。

その誤差δはコンスタントで、しかも余り大きな値では
ないと考えられる。

何故ならばＡ点は締付られた時の回転角と殆んど差がな
いと推察できるからである。

従って、確実にしかも連続的に増締めのトルクを与える
ことが可能であるならば、増締めによって締付時のトル
クを近似的に測定することが可能であろう。

（２）戻し 戻しの場合のトルクは前記（２）式を変形して下式で表
わされる。

Ｔ字Ｆ−Ｒ−１ａｎ（ρ−α）・・・・・・・・・・・
・（３）つまり締付けと明らかにトルクは相違する。

その差は、ｊａｎ （α＋β）とｔａｎ （ρ−α）の
差ばかりではなく、締付時には六角ボルトのコーナー等
で被締付材の面を切削するという事象もあって、単にα
を計算上から求め補正したとしてもネジ穴、ネジ部の加
工誤差やボルトの曲り具合等によって実際のαも変って
くるから、高精度の測定は望め得ぬであろう。

（３）再締め この方法では特に問題は２つある。

第１の問題は締付けられた時点での締付角度の測定であ
る。

第４図に示すように締付材Ａに対するボルトＣの回転位
置の測定である。

実際には締付材ＡおよびボルトＣに角度を測定し得る物
を固定するのはワークピースによって違うであろうし、
またその取付の手段も煩雑である。

第２の問題は締付けられた位置まで動トルクで確実に再
締めができるかということである。

以上の３つの方法を比較するとき、若干の技術上の問題
はさておき、（１）の増締めが最も良い方法であると考
えられる。

増締めを行うことで、技術的な問題を検討して見たい。

前記した、確実でしかも連続的に増締めのトルクを与え
ることに対する解決方法についてである。

もしワークピースを増締め工具に対して確実に固定する
ことができれば、（つまり測定具としてハンディタイプ
でなければ）、解決は易いが、そうでなければ、第６図
に示すようにフライホイール方式に頼るしか方法はない
。

ＤＣモータ４によってフライホイール５を徐々に回転さ
せる。

ＤＣモータ４の出力が小さければ、フライホイール５が
定められた回転数に違する迄は時間がかかるが、その反
面フライホイール５の回転上昇時のケース６に与える反
力は少ない。

フライホイール５が定められた回転数に達すると、タコ
ゼネレータ７の信号によ、９ＤＣモータ４への電源供給
を停止し、ブレーキ８が動作しケース６に回転力が伝わ
り、ソケット９に回転力が伝わシソケラト９にモーメン
トの支点なしのトルクを与える。

このトルクは、フライホイールのイナーシャが静的ピー
クトルクを充分に上廻っている彦らば確実でしかも連続
的な動トルクを与えることができる。

ケ−スとソケットの中間部にあるトランスデユーザー１
０でトルクを検出すればよい。

トルクはトランスデユーザーを用いて電気的に検出され
るわけであり、その方法はトルクが一定以上になった時
点以降の最小トルクを測定することである。

最小値の測定であるから、例えば手動等で締付けた場合
は、締付けが進行した時点のトルク減少なのか、人間が
力を抜いた為のトルク減少なのかの判別がつかない。

それを確実にするには、ボルト又はナツトの回転角を検
出し、確かに角度が変化した時点の最少値を測定すれば
理論的には目的を達する。

しかしながら、被締付物の形状その他で、回転角の検出
は実用上困難な点がある。

しかしながら、もし増締めが確実に行なわれるならば回
転角の検出等は不要となる。

トルクを確実に伝達する最大の条件は、特に人間がそれ
を行う場合力の支点をなくする以外に方法はない。

そのためには、第７図に示すように、フライホイールを
使用することが最良の方法である。

フライホイール１９はＤＣモータ１２で回転。エネルギ
ーを与えられる。

そのエネルギーを噛合いクラッチ２０で、瞬間的にボル
トまたはナツトに与えるならば、その際には力の支点は
存在し得す、貯えられた回転エネルギーは確実にボルト
、ナツトに与えるととができるはずである。

ＤＣモ：−タ１２を使用した理由は、ＤＣモータは与え
る電圧によって回転数を制御することができ、従って同
一のフライホイールに与える回転エネルギーも制御する
ことが可能となり、ボルト、ナツトに必要以上のトルク
や有害なトルクを与えることを。

禁止することができるからである。

実際のトルク測定は、トルクが第３図Ｔ１ に達してか
ら測定を始め、最小値Ｔ２ よりもトルクが上昇した
Ｔ３で測定を終了することになる。

第７図について更に詳しく述べると、回転軸 、２２を
支持するヒンジ２３をヒンジボルト２４を支点として矢
印Ａ方向に倒しておきフライホイール１９と回転軸２２
の噛合いクラッチ２０をはずしておく。

次にオペレーティングユニットのボタンを押し２てＤＣ
モータ１２を回転し、第３図に示すように、締付状態に
あるボルトまたはナツトの最大静トルク１０以上のトル
クを有する指定された回転数に達すると、モータへの電
源供給が停止され、それと同時に表示ランプが点灯する
。

次にトランスデユーサ−１４にソケット（ツール）を装
着し、これを締付けられたポルＩｔたはナツトにはめ込
む。

前記したようにフライホイール１９にはＤＣモータ１２
によって定められた回転の運動エネルギーが与えられて
おり、第７図矢印Ｂ方向にヒンジ２３を倒すと、噛合い
クラッチ２０が瞬間に連結し、フライホイール１９の回
転エネルギーが回転軸２２のトランスデユーサ−１４を
介して締付けられたボルトまたはナツトに伝達され増締
めを行う。

この場合、フライホイール１９とボルトまたはナツトと
の間に介された回転軸２２は、弾性体の働きをなし、ク
ラッチ２０を連結するとフライホール１９の前記一定ト
ルクは徐々にボルトまたはナツトにかかり、このボルト
またはナツトを回転させようとするトルクは第３図のト
ルク曲線を描くことになる。

そしてこのトルク曲線の最初の極大値Ｔ１ の後の極小
値Ｔ３をトランスデユーサ−１４とこの出力を得てトル
ク値を検出するトルクインジケーターで検出すれば、こ
の極小値Ｔ３はボルトまたはナツトの締付時のトルクを
近似的に表わすもので、それを定められた方程式に従い
補正し、本ユニットで増締め測定を行う前の締付トルク
として表示ましくはアウトプットする。

この発明の測定方法は、締付けられた後のボルトまたは
ナツトの締付時のトルク値をほぼ正確に測定することを
可能にした。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであって、第１図はボ
ルトによる被締付材の締付状態を示す断面図、第２図は
ボルトの締付トルクの線図、第３図はボルトの締付トル
クの静トルクから動トルクへの移行状態を示す線図、第
４図はボルトとツールの関係を示す断面図、第５図は増
締トルク線図、第６図は増給装置の断面図、第７図はト
ルク検出装置の拡大断面図、第８図は締付トルク検出装
置のブロックダイヤグラムである。 １：ボルト、２：被締付材、３：固定台、４：ＤＣモー
タ、５：フライホイール、６：ケース、７：タコゼネレ
ータ、８ニブレーキ、９：ソケット、１０ニドランスデ
ユーサー、１２：ＤＣモータ、１４ニドランスデユーサ
ー、１９：フライホイール、２０：噛合いクラッチ、２
２：回転軸、２３：ヒンジ、２４：ヒンジボルト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 弾性体の一方の端を締付トルクを測定する為の締付
   状態にあるボルトまたはナツトに固設し、弾性体の他方
   の端に瞬時に一定トルクを印加し、弾性体の一方の端に
   生じるボルトまたはナツトの増給過程における締付トル
   クのトルク曲線の最初の極大の後の極小時のトルク値で
   、締付状態にあるボルトまたはナツトの締付トルクを測
   定する締付後のボルト、ナツト類の締付トルク測定方法
   。