JPS5854954B2 - ボルト締付機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、設計締付荷重より低い荷重で塑性変形する
荷重制御座金を用いて、ボルトを自動的に締付けるボル
ト締付機に関するものである。

ボルトを締付制御する方法としては、トルク制御法およ
びナツト回転角法が一般に用いられている。

しかしながら、トルク制御法はボルトの締付軸力とトル
クとの間の比例関係を利用するものであるが、トルクを
高精度に制御してもボルト、ナツト、座金の表面状態す
なわち摩擦係数の変動により大きな影響を受け、軸力に
誤差が生ずるという不都合がある。

またナツト回転角法は、被締付体間に緩みがなくなった
状態を起点として所定角度だけナツトを回転させて所定
の軸力を得るものであるが、常に同一の起点を求めるこ
とは困難で、起点のバラツキが直接軸力の誤差となると
いう不都合がある。

そこでこのような不都合を除去するため、荷重制御座金
を用いることが従来より提案されている。

この荷重制御座金は厚手の皿型形状を有し、ボルトの設
計締付荷重より低い荷重で塑性変形する座金であり、例
えば新日本製鉄株式会社および日鉄ポルテン株式会社製
のＬＣ座金（商標名）等がある。

第１図はこのような荷重制御座金の使用状態を示す図で
あり、同図Ａはその締付は前を、Ｂは締付は終了後を示
している。

これらの図で１，２は被締付体、３はこれらの被締付体
１，２を貫通するボルト、４は荷重制御座金、５はナツ
トである。

同図Ａの状態からナツト５を締付けてゆくと座金４の塑
性変形が進行し平坦化してＢの状態になる。

この座金４の塑性変形の過程においてはボルト３の軸力
の変化は少ないため、この座金４の変形量を検出するこ
とにより、簡便に軸力が小さい変動範囲内に収まるよう
に締付けを行なうことができる。

しかしながら従来は、この座金４の変形を目視により検
知して、締付けを終了するようにしていたため、締付作
業が面倒であり、かつ座金４やボルト３のバラツキのた
め、常に理想的な締付けを行なうことは困難であった。

この発明は以上のような事情に鑑みなされたものであり
、荷重制御座金を用いた場合に、ボルトを常に最適な荷
重で自動的に締付けることが可能なボルト締付機を提供
することを目的とするものである。

この発明はこのような目的を達成するため、締付トルク
の時間による一次微分が設定値以上になったことを検出
する一次微分手段と、締付トルクの時間による二次微分
が負になったことを検出し記憶する二次微分手段とを備
え、前記−次微分手段と二次微分手段との出力に基づき
、二次微分値が一度負になった後に一次微分値が前記設
定値以上になったことを検知して締付けを停止させるよ
うに構成したものである。

以下図面に基づいてこの発明の詳細な説明する。

第２図はこの発明の一実施例を示す回路構成図、第３図
は各部出力波形を示す図である。

第２図において１０は直流直巻モータであり、回転子１
０ａと界磁巻線１０ｂとを備え、この回転子１０ａの回
転によりナツトを締付ける。

１１は交流電源であり、この電源１１とモータ１０とは
５ＣＲ（サイリスク）１２およびシャント抵抗１３と共
に閉回路を形成している。

５ＣＲ１２のゲートには、後記ゲート回路４１から電源
１１に同期したゲートパルスが送られ、５Ｃ８１２のオ
ン・オフによってモータ１０の電流を制御する。

１４は低域フィルタである。

前記シャント抵抗１３の電圧降下によりモータ１０の電
流を検出するが、この低域フィルタ１４はこの電流に含
まれる高周波成分を取除く作用を持つ。

すなわちモータ１０の電流には電源１１の脈動や５ＣＲ
１２のオン・オフ、あるいはモータ１０の整流子等によ
る高周波成分が含まれるが、低域フィルタ１４はこれを
取除くものである。

直流直巻モータ１０はそのトルクが電流に比例する特性
を持っている。

従ってナツトの締付トルクＴは回転子１０ａの回転角度
θまたは時間ｔに対して第３図Ａのように変化するが、
その時の電流ｉは同図Ｂのようになり、この電流ｉを表
わす出力が低域フィルタ１４の出力端に現れる。

なお同図Ａにおいて、平坦部ａは前記荷重制御座金４が
塑性変形をしている状態に対応している。

２０は一次微分手段であって、締付トルクＴの時間によ
る一次微分が設定値ｉａ以上になったことを検出するも
のである。

すなわちこの一次微分手段２０は、前記低域フィルタ１
４の出力を微分する微分回路２１と、この微分回路２１
の出力が負入力端に入力された比較器２２と、この比較
器２２の正入力連に設定値ｉａを示す電圧を入力する可
変抵抗からなる設定器２３とを備え、比較器２２は微分
回路２１の出力である一次微分値ｉが設定値ｉａより大
きくなった時に論理１の信号を出力する。

なお微分回路２１は公知の演算増幅器からなるもので、
また２４は低域フィルタ１４と微分回路２１との間に挿
入された結合コンデンサである。

第３図Ｂに示す電流ｉは微分回路２１で微分され、その
出力ｉは同図Ｃのようになる。

３０は二次微分手段であり、締付トルクＴの時間による
二次微分が負になったことを検出し記憶するものである
。

すなわちこの二次微分手段は前記微分回路２１の出力を
微分する微分回路３１と、この微分回路３１の出力を反
転させるインバータ３２と、このインバータ３２の出力
を記憶するフリップフロップ３３とを備え、微分回路３
１の出力である二次微分値ｉが負になった時に、フリッ
プフロップ３３は論理１の信号を出力し、二次微分値ｉ
が再び負になるまでこの状態を維持する。

なお３４は微分回路２１と３１との間に挿入された結合
コンデンサである。

第３図Ｃの出力ｉは微分回路３１で再び微分され同図り
の出力ｉとなる。

４０はアンドゲートであり、前記比較器２２とフリップ
フロップ３３の出力が共に論理１となった時に論理１を
出力する。

４１はゲート回路であり前記５ＣＲ１２にゲートパルス
を送ると共に、アンドゲート４０の出力が論理１の時に
はゲートパルスの発生を停止し、５ＣＲ１２をオフとす
る。

従ってゲート回路４１を作動させてゲートパルスを発生
させるとモータ１０に電流ｉが流れ始める。

そして締付トルクＴが平坦部ａに入る時に、二次微分値
ｉは第３図りに矢印すで示すように負となる。

ｉが一度負になるとそれがフリップフロップ３３に記憶
され、フリップフロップ３３は論理１を出力し続ける。

一方、一次微分値ｉは比較器２２で設定値ｉａと比較さ
れ、この設定値ｉａより大きくなる時、すなわち第３図
ＣのＣ点において、比較比２２は論理１を出力する。

この０点付近は締付トルクＴが平坦部ａを過ぎて再び増
加し始める回転角度θまたは時間ｔに対応している。

第３図から明らかなように設定値ｉａを変化させること
により、このＣ点に対応する締付トルクＴは変化する。

フリップフロップ３３が論理１を出力すればアンドゲー
ト４０は開き、その後比較器２２がＣ点において論理１
を出力すればアンドゲート４０は論理１を出力する。

その結果ゲート回路４１はゲートパルスの発生を停止し
、モータ１０への電流は遮断される。

従ってねじの締付けはここで停止する。

以上の実施例では締付トルクＴをモータ１０の電流から
検知するが、この発明は他の手段によってトルクＴを検
知するようにしてもよい。

例えばモータの固定子側に発生するトルクＴの反力をひ
ずみゲージ等で検出することもできる。

またモータとしては電気モータ以外に、空気圧や油圧に
よるものも使用可能であるのは勿論である。

さらに直入れ起動をする場合には、起動電流に対する０
、１〜０．５秒程度の不動作時間を制御回路にもたせる
ことにより、解決できることも勿論である。

この発明は以上のように締付トルりの二次微分値が一度
負になった後に、一次微分値が設定値以上になったこと
を検知して締付けを停止するようにしたから、荷重制御
座金が塑性変形して平坦化した後に、締付はトルクが上
昇を始める位置付近で正確に締付けを停止できる。

従って荷重制御座金が平坦化したことを目視により検出
する必要がなく、自動的に常に適正な軸力で締付けるこ
とができる。

またボルトや座金のバラツキがあっても、使用するボル
トや座金に応じた適正な締付トルクが常に得られる。

さらに実施例のように電気回路によりこの装置を構成す
れば、装置は比較的簡単で安価になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は荷重制御座金の使用状態を示す図、第２図はこ
の発明の一実施例を示す回路構成図、また第３図は各部
の出力波形を示す図である。 ３・・・・・・ボルト、４・・・・・・荷重制御座金、
２０・・・・・・一次微分手段、３０・・・・・・二次
微分手段、Ｔ・・・・・・締付トルク、ｉａ・・・・・
・設定ｆＬ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 設計締付荷重より低い荷重で塑性変形する荷重制御
   座金を用いてボルトを締付けるボルト締付機におけて、
   締付トルクの時間による一次微分が設定値以上になった
   ことを検出する一次微分手段と、締付トルクの時間によ
   る二次微分が負になったことを検出し記憶する二次微分
   手段とを備え、前記−次微分手段と二次微分手段との出
   力に基づき、二次微分値が一度負になった後に一次微分
   値が前記設定値以上となったことを検知して締付けを停
   止させることを特徴とするボルト締付機。