JPS5890473A - 締付方法選択式ボルト締付装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この祐明は、デジタル演算装置ｆｔ用い、トルク法１回
転角法および軸力１１壇法、あるいはトルク法１回転角
法、トルク・回転角法および軸力管理法の各締付方法の
１つを自由に選択できる締付方法選択式ポルト締付装置
に関するものである。

従来よりボルトまたはすｙトの締付法としてトルク法、
回転角法、トルク・回転角法、軸力管理法など種々の方
法が知られている。トルク・回転角法はボルトの弾性域
内のトルクまたはトルク変化率を検出し、これらが所定
値となる締付位置な起点として、ボルトの所定軸力に対
応するよう予め定めた回転角０８の締付けを行なうもの
である。

回転角法は重ね合わせた＠締結体間にはだすきがなくな
った状態を起点とし、ボルトの所定軸力に対応するよ５
に予め定めた回転角＃ヨな締付けることにより締付けを
終了するものである。トルク法は、ボルトの所定軸力に
対応するよう予め定めた締付トルク値まで締付けて締付
けを終了するものである。また軸力官理法は軸力と回転
角および締付トルクの関係から敢終目標軸力に対応する
トルクな算出して締付げを行なうものである。

しかしながら前記回転角法は起点の誤差がｖＩＬｉＩ禮
付誤差、となる欠点を有する反面、締付力の厳格な１ｉ
１理な必要としない場合には簡易Ｋｍ付けを行なえると
いう長所を有する。また前記トルク法は、軸力とトルク
との比例関係を利用しているため、回転角法に比ベトル
クレンチにより、トルクチェックすることができるとい
う長所を有するが、各ボルトの摩擦係数の相違による軸
力とトルクとの比例定数のばらつきを無視しているため
、締付乗件の異なるボルトな締付ける場合には軸力にば
らつきが生じるという欠点な膏する。さらに軸力管理法
は、各ボルトにつき前記摩擦係数の相違を考慮している
から各ボルトの軸力を正しく目標軸力に一玖させること
ができ、正確な締付けな行なうことができる反曲、従来
装置はアナログ回路で構成されていたため、ボルトの呼
び径、材質などくより決まる一定数の入力が大変で、精
度な向上させるのが困薙であったー このように各締付法にはそれぞれ長所と短所とがあるた
め、ボルトの要求締付精度等に対応して、それぞれの締
付法を使い分けることが必要である。

しかしながら従来のボルト締付装置は単一の締付法に適
応するように作られているため、締付法が裏なればそれ
に対応して別の両性装置を用意する必要が生じるという
不都合があった。　　、この発明はこのような不都合に
鑑みなされたものであり、トルク法２回転角法および軸
力管理法を自由に選択でき、１ＩＩＩ付乗件に対応して
ＩＩｋ４な締１−ｊ汰を株用することができるボルドー
締付装置な提供することを第１の目的とする。また、こ
の発明はトルク法、回転角法および軸力ｗ理法だけでな
く、トルク・回転角法による締付法も選択９盾としたポ
ルト締付値：ｔを提供することを第２の目的とする。

この発明はこの第１の目的な４成するため、電動機の締
付トルクおよび締付回転角をデジタル信号として検出す
るものにおいて、トルク法０回転角法および軸力雪層＠
に従った各演算プログラムを記憶するメモリと、前記メ
モリが記憶するいずれかの両肘方法の演算プログラムを
選択する選択スイッチと、この選択スイッチ（より選択
された締付方法の演算プログラムに従って演算を行ない
締付停止信号な出力するデジタル演算装置とを備え、締
付方法を選択可能としたものである。

またこの発明は前記第２の目的を連成するためメモリに
はトルク法、回転角法および軸力管理法だけでなくトル
ク・（ロ）転角法の演算プログラムも予め記憶し、この
トルク・回転角法による締付方法も選択可能としたもの
である。以下図示する夷ｊｍ　ｖｌｌ　ｌ’（々づき、
この発明の詳細な説明する。

第１図は本発明によるボルト締付装置の第１実１１１Ｉ
例を示すブロック図である。第１図において付号ｌは文
流電−であり、この電源ｌの電力はスイッチ２、半導体
スイッチ３．直−ｔｍ巻′鴫動機４からなる閉回路へ供
給される。５は電動機４の回転に伴ないボルト・ナツト
の締付回転角度Δ＃＠＃に角度パルスＰ（Δ＃）な出力
する回転角検出器、６はトルク検出器であり、このトル
ク検出器６は嵯助倹４の締付反力な受ける部位に貼着さ
れたストレインゲージを備え、ｉａ何反力による歪みを
電気１６号に変換することにより＃何トルクケ検出する
。

７はこの締付トルクを示す電気信号をデジタル信号ＴＫ
度侠するＡＤ変換器である。８はデジタル漬Ｊｌ＋Ｌ装
置であり、この演算装置８は後記するフローチャートに
従い、所定の演算４ｒ：順次行なう。９はこの演算装置
ｔ８が所定の演算を行なうための演算プログラムな記憶
しているメモリ、ｌＯはしきい１１Ｔｔｈ、ボルトに関
するデータ、さらに締付装置のＵ歓鄭分の慣性纏率など
種々の設足値を設定する入出力披直、また１１は位相制
御回路、１２はゲートパルス発生回路である０位相制＃
回路１１は演算装置８が発生する締付停止信号Ｓに基づ
き、ゲートパルス嘘生回路１２がゲートパルスＧを発生
するのを停止させ、半導体スイッチ３４１：開路させる
ことによって＃ＬＩＩｂ機４の電源を４断する。１３は
スイッチ２の開成を検出して演算装置８に対して７Ｘｌ
ｌ開始倍号を出力する電源電圧検出器である。１４は選
択スイッチである。前記メモリ９にはトルク法の演算プ
ログラムＰＲＧ（Ｔ）１回転書法のプログラムＰＲＧ（
Ｒ）、軸力管理法のプログラムＰＲＧ（Ｊ）および場合
によってはトルク・回転角法のプログラムＰＲＧ（ＴＲ
）が予め記憶され、選択スイッチ１４で選択されたプロ
グラム（よって２１８装置８は作動する。

第２，３図はこの実施力の全体動作を示すフローチャー
トである。

先ず選択スイッチ１４を所定位置にして締付方法な選択
する。次にスイッチ２を閉成すると電線電圧検出器１３
はこのスイッチ２の開成を検出して潰１ＭｍＢへｔＡＪ
！開縮信号を送る。演算装置８は先−ｔ’選択スイッチ
１４がトルク法を選択しているか否か判別しくステップ
１００）、）ルクｆｆｆ選択していればメそり９よりト
ルク法のプログラムＰＲＧ（Ｔ）を順仄絖出し演算する
。トルク法ｔｔ選択してなければ回転角法か否か判別し
くステップ１０２）、そうならばＰＲＧ（Ｒ）　ｆｔそ
５でなければＰＲＧ（Ｊ）な統込む、なお、トルク・回
転書法も備える装置の場合は、第３図のよ５にさらに軸
力管理法か否か判別しくステップ１０４）、ＰＲＧ（Ｊ
）かＰ　ＲＧ　（ＴＲ）かを選択する。

以下トルク法、１ｇ１転角法、トルク・回転角法および
軸力１１理法のそれぞれのプログラムＰＲＧ（Ｔ）。

）’ＲＧ（Ｒ）、ＰＲＧ（Ｊ）、ＰＲＧ（ＴＲ）を、頑
次フローチャートによって説明する。

゛＜トルク法ン 第４図は、トルク法の７０−チャート、第５図はその−
ｆｔ特性図である。演算装置８は選択スイッチ１４がト
ルク法を選択している時には、そのプログラムＰｔＬＧ
（Ｔ）の始めにおいて、位相制御回路１１へ締付動作開
始信号を送り、ゲートパルス発生回路１２から位相制御
されたゲートパルスＧを発生させる。このため半導体ス
イッチ３はトリガパルスＧに同期した位相で点値し、電
ＩＩＪ機４に駆動ｔｔＩＬが流れ始めて電動機４は回転
し始める。ボルトが締付けられてゆ（に従い、−転角検
出器５は予め決められた所足回転角Δ０毎に角度パルス
Ｐ（Δθ）を出力する。またＡＤ変換器７は刻々と変化
する締付トルクＴｋデジタル信号として出力し続ける。

演算装ｊｌｓは入出力装置１０１’Ｃより設定されたし
きい１Ｔｔｈを続込む一方、デジタル化した締付トルク
Ｔｔ角度パルスＰ（Δθ）毎に続込み両者を比較して（
ステップ２００）、締付トルクＴがしきい値Ｔｔｈを越
えるまで、噴次新しい締付トルクＴを読込み、この比較
動作を繰り照光す、なお、しきい（ｌＴｔｈは、第５図
に示す弾性域Ａ円において最終目標締付トルクＴ３より
’ｆ”Ｐ小さいトルク値として設定されている。一方演
Ａｉｄ８はりｑ、クバルス釦生器を内蔵し、締付開始後
の所要時開ｔを積鉢している。ステップ２００の条件成
立までのこの所要時間ｔが設定時間１１以上になると、
そのことがステップ２０２で判別され、ボルトがナツト
と共回りしているものとして警報を発しくステップ２０
４）Ｍｌ付けを停止する。またステップ１０００条件成
立までの所要時間ｔが設定時間ｔ２以下であれば、その
ことがステップ２０６で判別され、ねじ山のに形などに
よりボルトまたはナツトがロックしているか、またはす
でに締付が終了しているものとして暗線な発しくステッ
プ２０４）、締付けな停止する。すなわちステップ２０
２　、２０４　、２０４は締付トルクＴがしきい値Ｔｔ
ｈになるまでの所要時間ｔがｔｚ　＜　ｔ　＜　ｔｌの
範囲外になったことから異常を検出して警報ｔｌ−発生
させる一方、締付停止信号Ｓを位相制御回路１１へ送り
半導体スイッチ３１に開路させてＫ１１１機４の電ｍ４
ｔ４断するａｔ検検出ステダグなっている。

この央應例では締付は量な正確に営理するために゛電源
Ｊ１１１＋後の慣性による増締量を補正している。

このためここで先ずこの慣性油止の原理な説明する。今
、摩擦を省略すれば、総何時の運動方程式％式％ ここにＪは電動機の出力軸でみた慣性ｍ半、ｅはボルト
の締付開始後の回転角、ＥはボルトのはねＴ 定数で、Ｅ＝ｄａ　　であり、あらかじめ近４！憾を設
定するか、締付中に測定した値を使用してもよい。

Ｔは電ｌＩｂ機のトルク、またｔは時間を示す、電源の
遣欧漫においてはＴは零になるから、この時には が成立する。この（２）式を％　ｔ＝ｏで０＝θ（１，
ｄ＃／ｄｔ＝ω０という初期条件の下で解けばとなる。

ここにβ２＝　Ｅ／Ｊ　、　ｔｐ　＝　＋ｉｏ−’（＃
ｏβ／ω＠　）である、この（３）式より電源４斬後の
回転角θの最大葎θ□は となる。

一方、ボルトの最大締付トルクＴｌｎは回転角θの蝋大
輪θｒｎにおけるものであるから次のようになる。

Ｔ、ｎ＝Ｅ＃□ ここで４１ｉ１１遣Ｗｆｒ直前における電動機の速度変
動率が小さければ、電源遣欧直前の締付トルクＴＯはＴ
ｏユＥａ。

となるから、（５）式は結局次のようになる。

Ｔ、ｎ＝　Ｔ、’　＋　ＪＥ＊（１”　　　　　・−・
−（６）この（６）式から明らかなように、電源遣欧直
前における締付トルクＴｏとその時の角速度ωＯが既知
であれば、最大締付トルクＴ、すなわち慣性による増締
量な考慮した最終締付トルクＴｅを予測することができ
る。このＴｅが最終予測締付トルクであり、この＃何ト
ルクＴ８を速やかに算出しこの締付トｌＩりＴｅがボル
トの種嫡に応じて予め設定された最終目標締付トルクＴ
ｓに達した時に電源を遍＃ｒすれば、常に最終目標締付
トルク′ｒ、で正確ＫＡ付けることかり１１になる。ま
た（４）式からも同様に１ｇ１転角０についても予測で
きる。

演算装置８は締付トルクＴがしきい儀Ｔｔｈを越えると
（ステップ２００）、その時の締付トルクＴを前記（６
）式における初期値Ｔｏとして一時記憶する一方、その
時の回転角検出器５の角度パルスＰ（Δθ）の時間間隔
から角速度ω、を算出しこれを角速度ωの初期値ω０と
して一時記憶する（ステップ２０８　）　＊すなわち角
速度ωは角度パルスＰ（八〇）の時間間隔に反比例し、
この時間開ｌ１Ｍはこの時間聞隔内に積算されたクロッ
クパルス数Ｎに比例するから、結局角速度ωはこのクロ
ックパルス数Ｎに逆比例するものとして算出される。ｆ
！４算装置８はこれらの初期値Ｔｏ、ω０を用いて前記
（６）式の演算を行ない、最終予ｌｉＩｌｌ１Ｍｉ付ト
ルクＴｅな算出する（予測ステップ２１０）。そしてこ
の最終予測締付トルクＴｅが最終目標４何トルクＴ、な
越えるまで角度パルスＰ（Δ＃）毎に新たに締付トルク
Ｔｏな此込むとＡｖｃ角速度ω０を算出しステップ２０
８．２１０の演算を嫌り慈えすく停止判別ステップ２１
２）１１このステップ２１２の条件成立までの所要時間
ｔは、前記スナップ２０２　、２０６と同様にステップ
２１４　、２１６において設定値ｔ１’　＋　ｔｌ’と
比較され異常の封無が＠にされる。そしてこれらステッ
プ２１４　、２１６で異常が検出されれば、１１報を猪
しくステップ２０４）、１４常が無ければ警報な父する
ことなく締付けを停止する。

この実施例において、共まわりな検出するステ、プ２０
２　、２１４の警報と、ねじ山の異常などを検出するス
テップ２０６　、２１６の警報乙な別々に設ければ、１
４常の４１類も即座に知ることができる。

またこの実施例では、ステップ２０８　、２１０でステ
ップ２１２０条件成立までの間順次新たな締付トルクＴ
０と角速度ω０とを続ろ曽えてＩＩｋ終予醐総付締付ク
Ｔ６を算出しているので非常に正−であるが。

この発明はｄＸ６図のように構成してもよい、すなわち
こり第６凶の実施例では、締付トルクＴがしきい値Ｔｔ
ｈｔｔａ＆えた後（ステップ２００）のｅルク増加蓋（
ＴＴｏ）が（’ｒ、−’ｒ、）　　を越えると（停止判
別ステップ２１８）ＩＩＩ付けを停止し、この条件成立
までの所要時間ｔが設定値ｔ１１を越えるとステップ２
２０で共まわりが発生しているか、または、ボルトが塑
性域に入ったことを判別するよ５Ｋしたものである。

この実施例によれば、演算時間が比較的扱いステップ２
１０の実行が１回で済むので、待に高地で締付けを行な
う装置に適する。なおこの第６−においては第４図と同
一ステップには同一符号を何したので、その説明は繰り
龜えさない。

く回転用法ン 第７図は回転角法のフローチャート、第８図はその踊付
特性図である。第１図に示した構成においては締付回転
角０は角度検出器５が出力する角度パルスＰ（△θ）な
積算することにより検出する。

演算装置８は先ず締付けが正常に進行してボルトの弾性
域ＡＫ入ったことを判別する（第７−。

ステップ３００）、すなわち始点から弾性域Ａに入るま
での回転角０はボルト、被締付体によりほぼ決っている
から１弾性域Ａ［入る設定１１１ｓｔ入出力５ｋｌｔｌ
Ｏから読込み、１転角０をこの設定値０１と比較し、回
転角−がこの設定４１！Ｌ＃１に達するまでこの比奴動
作ｋｍ９　ａ、ｔス＊　スＴ　ｙ　）３０２　、３０４
　。

３０６および３２４　、３２６は前記第５，６図と同様
の異常検出ステップである。

演算装置Ｓは次に回転角−がしきい値ｊｔｌ＆’越した
ことなしきい値判別ステップ３０８で判別する。

このしきい値＃ｔｈは最終日ＩＩＡ締付角＃。より小さ
い角度として予め設定され、入出力装置１０に入力され
ている。

回転角θがしきい値＃　ｔｈ　Ｋ道するとその時の回転
角−が前記（４）式における初期値−８として読込まれ
ると共に、その時の前記回転角検出ｆＦｓの角度ハルス
Ｐ（０）の時間間隔から角速度―ｅが算出される（ステ
ップ３１４）＊すなわち角速度ω・は角度パルスＰ（−
）の時間間隔に反比例し、この時間間隔はこの時間間隔
内に積算されたクロックツ（ルス数Ｎに比例するから、
結局角速度ωＯはこのクロックツ（ルス敏Ｎに逆比例す
るものとして算出される。この角速度ω０は予め設定さ
れた角速度ω１と比較され（ステップａｔｓ）、ａ＋ｏ
＞ω！であれば共まわりと判断され警報を発した後（ス
テップ５ＳＳ）、締付停止信号Ｓｔ出力して締付けを停
止させる。すなわち共まわりが発生すると回転適度が達
くなるからである。共まわりが発生していなければ、予
測ステップ３２０において最終ｆａｌＩ付角Ｉｆ　ｉｋ
算出し、この最終予測締付角ａｆがｆｉｇ目標４付角＃
、を越えるまで順次ステップ３１４．３１６．３２０の
演算を繰り返えす（停止判別ステップ３２２）。

またこの実施例ではステップ３λ４〜３２２でステップ
３２２０条件成立までの関１ａ次角通度と回転角の初期
値ω。、０゜を新たに読み替えて最終目標締付角１ｊｆ
ｆｔ算出しているので、非常に正確になるが、この発明
は４９図のように構成してもよい。

すなわちこの第９図の実施例では１回転角−がしきい値
θｔｂｔ’ｍえた俊（ステップ３０８）の増締量（θ−
ａ、１）が（＃、−＃ｆ）な越えると（停止判別ステッ
プ３３０）締付な停止し、この条件成立ま１の所曽時聞
ｔが設定値ｂ”　ｔ＋ｉ！ｌえるとステップ３３２で共
まわりと判別するよ５Ｋしたものである。

この第９図の実施例によれば演算時間が比較的長いステ
ップ３２Ｏの実行が１１ｇＩで済むので、待にＡ域で総
付けを行なう装置に遍する。

くトルク・回転角法〉 第１０図はトルク・Ｉｇｌ＠角法の７ｏ−チャート、第
１１図はその締付特性図である。第１１図中人点が弾性
域の始めを、またＢ１１！が締付終了を示す、先ず入出
力装置１０１’Ｃより、Ａ点に対応する設定トルク値Ｔ
８．このＡ点からＢ点までの回転角＃、＝　１ｂ−＃１
等の禰々の値が入力される。なお締付トルクＴの回−角
−に対する変化は、ナツトとｉ１１締結体との接合−の
摩擦抵抗により変化するが１弾性域に入る＃（おいては
接触圧が小さいためこの摩擦抵抗の差がｉ＃何トルクＴ
に与える変化は少ない。

このため弾性域に入りた［ｕｋで急激に増大し始めるト
ルクな設定トルクＴ、とすれば、はぼ正確に弾性域のｌ
１１３ｉＬを検出できる。また（２）転角＃、はポルト
の検知により決まるもので、ポルトの軸力がポルトの伸
びに比例し、この伸びが回転角０ＫＪｔｆ！！すること
から、目標とする軸力に対応して決定される。

演算装置８け入出力の装置１Ｇにより設定された設定ト
ルク値Ｔａ　’ｋ　ａ込む一方、デジタル化した一付ト
ルクＴ％：角度パルスＰ（Δ＃）＃６に読込む両者を比
較して（トルク判別ステップ４０Ｇ　）　、　１ｌｉＩ
付トルクＴが設定トルク（ＩＴ、Ｊ越えるまで、順次新
しい締付トルクＴを読込み、この比較動作を橡り返えす
ステップ４０２　、４０４　、４０６は前記第４図等と
同様のａｔ検出ステップである。

演算装置８は締付角検出器５が出力する角度パルスＰ（
Δ＃）Ｋ：基づき１回転角−＝ΣΔ−゛を算出する。演
算装置ｔｍは前記ステップ４００の条件成立時における
回転角−を、講１１図におけるＡ点の回転角ａ１として
記憶しくステップ４０８）、このＡ点に起点として回転
角＃！な順次算出して一時記憶する（回転角算出ステッ
プ４１Ｇ　）　、すなわちこの回転角＃工は＃ｘ；θ−
０１として算出される。演算装置８は次にこの回転角＃
工と予め入力されたＩ＆定回転角ａｌｌとな比較し、＃
よく＃８０間は再度ステップ４１Ｇで新たな回転角Ｉな
用いて回転角θ、を算出し、＃８〉θ、となると締付停
止信号Ｓを出力する（鰺止ｖ！ＩＩ）ｊＪ　Ｘ　？　Ｆ
　フ４１２　）　ａこの実施例ではＡｌｌ検出用のステ
ップ４０２，４０４．４０６をトルク判別ステップ４０
０に設けたが、同様の異常検出ステップな他のステップ
、例えば停止判別ステップ４Ｈに設けてもよく、またこ
れら各ステップ４００　、４１２のいずれかに設けても
よい。

またこの実施例では読込んだトルフッ１回転角＃工なＩ
ｆＬ接各接定設定１ａ、１１．と比較しているが、実際
にはｌＩ俸低抵抗相違などにより回転速度が興なるため
、その慣性による影響な＃記（４）式な用いて補正すれ
ば、一層正確な制御が可ｔｌｉＫなる。

ｍ１２図はこのような慣性補正な行った実施例のフロー
チャートであり、ステップ４１４で電劇遣斬＠前の回転
角＃０な記憶すると共和、角度パルスＰ（Δθ）聞に積
算されたクロックパルス数Ｎの逆数から内域＆　４１１
ｇ　４ｔ　Ｊ［出し記憶する。そしてステップ４１６で
前記（４）式の演算を行ない最終回転角＃６を算出する
。

以上第１０〜１２図の実施例では、トルクＴが設定トル
ク値Ｔ８を越えたことから（トルク判別ステップ４０Ｇ
　）　Ａ点を検出しているが、このＡ点はトルクＴの増
加率ΔＴに基づいて判別するよ５ｉｃ＃成してもよい０
例えばこの増加率ΔＴが予め記憶された設定値以上にな
りたことからＡ点を判別したり、この増加率Δ丁の変化
率、すなわち（ΔＴ。

−ΔＴ！ｌ−１）が予め記憶した設定値以上になったこ
とからＡ点を判別するように構成すれば、摩擦抵抗の差
による誤差を排除でき、常に正確に弾性域のＩＯＭな判
別できる。

第１３図は戊者の場合の実施例を示すフローチャートで
あり、演算装置８は連続する角度パルスＰ（Δ＃）によ
り読込まれた各トルクＴカ、　’ｒＩ、−ｔ　の差ΔＴ
ｒ２、 ΔＴｎ＝　Ｔ、　−Ｔｌｍ−１ な算出して一時記憶しくステツク４１ｇ　）　、４１ｍ
するこの差ΔＴＤ、Ｔ、、の差、すなわち増加率ΔＴの
変化率ΔＴエニーＴｎ−１を算出して設定値αと比較す
る（トルク判別ステップ４２０Ｊ、そしてこの変化率が
α以上になることからＡ点な判別する。

く−力富浦法ン 軸力管理法の原理はい（つか考えられるがここでは２つ
の原理とそれに基づ（実施ｆｌｋｍ明する。

先ず、第１の原理ｋｌ！明する。第１４図はその締付特
性な示す図であり、この図では横軸ＫＩＩａ何角０、蝦
軸の上方へ締付トルクＴ、縦軸の下方へ軸力Ｎが示され
ている。ボルトの軸力Ｎは弾性域内においてはボルトの
伸びに比例し、この伸びは締付角θに比νりする。この
比例関係を低糞し軸力Ｎが０となる点？：＃＝Ｏと仮定
する。この仮想したσ＝Ｏの点を原点とすれば、軸力Ｎ
と締付角Ｏの関係は凶ボのように原点を通る直線となり
、ばね定数が同一のボルトであれば、すなわち同一種類
のボルトであればｔＫこのａｉｍ上な軸力Ｎと締付角−
は液化する。従ってボルトにより予め決められた最終自
４１Ｉ軸力Ｎ、が与えられればＩ＆終目標締付角０８も
ｍ−的に決まる。ただし、Ｍ何途中の軸力Ｎは画定が困
難であり、従って前記した＃士。

の原点を決定することも国難である。

一方、＊付角θと締付トルクＴとの関係は、ボルト・ナ
ツトと被締結材との接触部分などの＊＊係１１［Ｋより
変化する。第１４図中特性ムは摩擦係数が小さい場合、
特性Ｂは大きい場合な示す、このため最終目標締付角０
．が一義的に決りてもこの締付角＃８に対する最終目標
締付トルクＴ、は特性ム、Ｂで異なる。しかし特性Ａ、
Ｂが隠線となる弾性域内では、これら直線は原点を通る
ので、Ｔ＝八へ／ΔＯＸθ となる、従って最終目標締付トルクＴ８は、特性ムの場
合は Ｔ、（Ａ）　＝　（ΔＴ／Δθ）ム×＃８特性Ｂの場合
は Ｔ、（Ｂ）　＝　（ΔＴ／Δａ）ＢｘｅｌＩとして算出
できる。

以上のように締付角Δ＃２０ｎ−θ。−ＩＫ対する締付
トルクＴの変化麓ΔＴｘ　Ｔ、　−Ｔｎ−、と、Ｉ＆終
目標締付角＃、とｔ東岸することにより最終目標＃１ｉ
ｆｆ）ルクＴ、を算出し、締付トルクＴがこのトルクＴ
、に達した時に締付停止すれば、最終目標軸力Ｎ、で正
確に艙↑グけることができる。なおａシムＩは定数とな
るからＴｌ　”　Ｋ（Ｔｌ　−’ｒ、−ｉ　）　＋　Ｋ
　”　　”　　”””（’）Δθ として算出してもよい。

＄Ｉｓ図東言この第１０Ｉ［ｊｌＫよる実施例の７０−
チャートである。演算装置８は入出力装置１０により設
定されたしきい値Ｔｔｈを読込む一方、締付トルクＴを
角度パルスＰ（Δ＃）４４Ｋｍ込み両者を比較し、Ｔ）
Ｔｔｈとなるまで順次新しい締付トルクＴを疏込んでこ
の比較動作を碌り返えす（ステ１１６０Ｇ　）　＠　Ｘ
テップ５０２　、５０４　、５０６は前記した各実１例
と同様な＾當検出ステップｔある。

演算装置８は、設定締付角Δ−毎［＃ａ何角検出器５が
出力する角度パルスＰ（Δ＃）Ｋ基づき、成る締付角＃
。とその前の締付角ａｌｌ−ＩＫ対する締付トルクＴゎ
、Ｔゎ−１を順次書き換えながら一時記憶している。そ
してステップ５００の条件が成立するとｌＩＪ記（７ン
式の演算を行ない（ステップ５０８　＞　。

目標−力Ｎ、　Ｋ対応する最終目標締付トルクＴ、　４
を葬出し、この締付トルクＴ、を記憶する。電動機４の
回転と共に増加する締付途中の締付トルクＴｎがこのス
テップ５０８で算出した最終目標１１Ｎ）ルクＴ、に一
致した時に電動機４な停止させれば。

一応目標軸力Ｎ、で締付けができることＫなる。

しかしこの実施力では電動機電源遮断直後の慣性による
増締量も考慮し回転が完全に停止した時の最終締付トル
クＴ＠な予測し、この最終締付トルクＴ０が前記最終目
標締付トルクＴ１１を越えた時に電源な遮断するように
している。すなわちステップ５１２では時点りでｔｇを
遮断した場合の慣性による影響を考直した最終締付トル
クＴｅを（６）式から予測する（予測ステップ）、ステ
ップ５１４はこの予測した最終締付トルクＴ６が前記最
終月ｓｉｍ付トルクＴ、を越えたか否かを判別し、この
条件成立までの開角度パルスＰ（Δ＃）毎に新たｋその
時点の締付トルクＴｆｌと回転速度Ｎｎから角速度−０
な求め（ステップ５ｔＯ）、これらを新たな初期値とし
てステップ５１２　、５１４の演算を噛り返えす（停止
判別ステップ）、このステップ５１４の条件成立までの
所！’嗜間ｔは、ステップ５０２　、５１１１１１と同
様にステップ５１６　、５１８の設定＊ｔｓ’　　ｔｘ
’と比較され、ＪＫＩｇ’の［８が判別される。そして
これらステップ５１６　、５１８で興常が検出されれば
警報を発しくステップ５Ｏａ）、異常が無ければ締付け
な停止する。なお前記予幽ステップ５１２の演算に必要
な慣性論率Ｊやばね定ａＥなどの定数は、入出力装置ｔ
ｏｉｃより予め入力されているか、またはメモリ９に記
憶され−Ｃ−１る。

？：ＫＫ軸力＊Ｓ法の第２の原理な説明する。第１６図
は締付特性図であり、この図で横軸には締付角ａ、岨軸
の上方へ締付トルクＴ、廠−の下方へ軸力Ｎが示されて
いる。ボルトの軸力Ｎは弾性域内ではボルトの伸び（比
例し、この伸びは締付角−に比例するので、この比例関
係を延長し、軸力Ｎが０となる点をａ冨Ｏと仮定する。

この仮想したー：＝Ｏの点な原点とすれば、ｌ１ｌｌｌ
力Ｎは締付角＃に対し図示のように原点を通る直繊上を
変化する。

従って同−橋蟻のボルトであれば、予め決められた軸力
、すなわち最終目標軸力Ｎ、が与えられれば、その時の
１＆終目橡締何角０．も一義的に決まる。ただし、ｌｉ
ｊ付途中の軸力Ｎは画定が国甑であり、従って前記した
０＝Ｏの原点な決定することも困離である。

一方締付トルクＴは、ボルト・ナツトと値緬結材との接
触部分などの摩擦係数の大小によりて変化する。第１６
図中特性ムはこの摩擦係数が小の場合、特性Ｂは中の場
合、特性Ｃは大の場合な示している。このため最終目橡
纏何角＃、での締付トルク、すなわち最終目標締付トル
クＴ、は特性Ａ、Ｂ、ＣＫよりＴ、（Ａ）、　ＴＩＩＣ
Ｂ）、　Ｔ、（Ｃ）と変化する。

今１弾性域内の成る締付トルクすなわちしきい値Ｔｔｈ
における締付角０をしきい締付角＃ｔとし、例えば特性
Ａに対するこのしきい締付角を＃１（Ａ）とすれば、第
１６図から が成立することが明らかである。このしきい締付角＃ｔ
（Ａ）から厳科目標締付角−８までの締付角。

すなわち追加締付角＃８は、特性ムの場合は＃Ｘ（Ａ）
　＝　＃、−ａｔ（ム） であるから、結局 が成立する。この式を一般化すれば次式が得られる。

第１７図はこの（８）式を示す図であり、この図から明
らかなよ５［、Ｌきい締付角θｔを始点として締付が進
行するにつれ、追加締付角−，−１−＃ｌ　　が増加し
、この締付魂中の追加締付角＃８に対する（８）式の１
橡締付トルクＴ、も増大する。この目標締付トルクＴ８
が現実の締付トルクＴに等しくなった時。

すなわち（８）式の曲線が、特性ム、Ｂ、Ｃをしきい締
付角＃ｔ（ム）、　＃１（Ｂ）、　Ｉｔ（Ｃ）だけ平行
移動した１４１Ａ’、Ｂ’、Ｃ’ト交わ；６ＷＩＩＫｍ
ｆｔ停止すれば、最＃１！１目標−何角＃、すなわち軸
力Ｎ、で締付けることができる。

４１８図はこの第２の原理による実施例のフローチャー
トである。この図ではｓｌＩ記ｊｌｌｓｌｌ！ｉＩのス
テラ１５０８が、遍加締付角＃ｘ９Ｉ：算出するステッ
プ５２０と、（８）式の演鼻な行なうステップ５２２に
変化しただけであるから、同一ステップに同−付号な何
すことによりその説明は省（。

以上詳細に＠明した各締付方法の夷１例では。

第１図に示すように締付トルクＴをストレイ／ゲージで
求めた匝ＡＤ変換し、また−転角Ｏを角度パルスＰ（Δ
０）を積算することによりそれぞれ求めたものであるが
、これらトルクＴ、８転角−は種々の方法で求めること
がｏＪｌｌｉであり、以下この種々の方法を説明する。

第１９図と第２０図はその一実施例を示すブロック図と
７０−チャートである。この実１例は締付トルクＴ　ｔ
ｔｌｔｍ機電流から求める一方、締付角−は締付角検出
器５が所定締付角Δ＃帰に出力する角度パルスＰ（Δ０
）により求めるよう構成したものである。

＠１９図において２．０は電動機４に直列接続された電
流検出用抵抗器、２２はこの抵ａ器２００両瑞電圧から
電動機電流を４５１出しこれをデジタル信号ＩＤに変換
するＡＤ変換器、２４はこのデジタル信号ＩＤにより任
意の回転角０Ｉ）における締付トルクＴおよび角速度ω
な算出する第２のデジタル演算装置。

２６はこの第２の演算！Ａｌｔの演算プログラムな記憶
するメモリである。この図においては前記第１図と同一
部分には同一符号を付したので、その説明は繰り返えさ
ない。

次にこの実施例の動作を第２０図に基づき説明する。ス
イッチ２の閉成により、演算装置８は位相制御回路１１
．ゲートパルス回路１２を介し半導体スイッチ３を点弧
させ、電動機４１’＠動させる・ＡＤ変挟器２２は電動
機電ｆＩＬＩｋ示す抵抗器２０の両端電圧な、交流電源
ｌより極めて短かい周期で量子化してデジタル信号■Ｄ
とする。第２の演算＠＠２４はこのデジタル信号ＩＤを
交流電＃ｉｌの半周期または１周ＭＫ亘り積分すること
により電流の実効値ＩＭ＝ΣＩＤを算出する一方、角度
パルスＰ（Δ＃）の時間間隔内に積算されるクロックパ
ルス数Ｎの逆数ｌ／ｌＩＪから角速度ωを算出し、さら
に角度パルスＰ（八〇）毎に所定回転角Δ−を加算する
ことにより回転角θを葎出する（ステップ５５０　）　
＊　＊たこの第２の演算装置２４は、また連続する２つ
の角度パルスＰ（Δθ）が出力される回転角θ１１−１
＋　ｅｎＫおける角速度の差から、角加速度ｄω／ｄ　
ｔを算出する（ステップ５５２）。

一方、直流電動機では、その出力トルクＴは。

Ｔ＝にΦＩＭ となる、ここにΦは磁束、ｋは定数である。しかし、電
ｍＩａ付機として実際に締付け（寄与するトｄ＃ ルクＴは、速度変動時の慣性による影響（Ｊπ）。

およびＭＩＩｋトルク（Ｔｆ）を考慮すると次式のよう
になる。

ｄω Ｔ＝にΦＩＭ　−Ｊ　−−Ｔｆ　　　　　・・・・・・
・・・（９）ｔ 第２の演算装置２４はこの（９）式の演算を行って実際
の締付トルクＴｔｔＪ！出しくステップ５５４）、前【
回転角０と共に出力する。

第２１と第２２図は他の実施例のブロック図と７０−チ
ャートである。この実施例は締付トルクを電動機電流に
より求め、回転角θは電動機電流および電圧と電動機の
速度特性式とに基づいてデジタル的に算出するように構
成したものである。

第２１図において３ｏは電動機電圧をデジタル信号ＶＤ
に変換するＤ変換＃、３２は第２のデジタル演算装置、
３４はこの演算ｇｔ瀘３２の演算プログラムを記憶して
いるメモリである。この図においては、前記第１．１９
図と同一部分に同一符号な付したのでその説明は繰り返
えさない。

この実施例においてスイッチ２の閉成により電動機４に
電流が流れると、電動機電流と電圧がそれぞれＡＤ変換
器２２．３０により交流電源周期より機めて坦かい周期
で量子化されたデジタル信号ＩＯ、Ｖｎに変換される。

第２の演ｌｉ装置３２はこれらデジタル信号ＩＤ　、　
ＶＤを順次読込みこれらを交流電源の半周期または１Ｍ
１期に亘り積分して実効値ＩＭ＝ΣＩＤおよびｖＭ＝Σ
ｖＤを算出する（Ｍ２２図のステップ６０Ｇ）ｅ 一般にｌｌ［巻簀流子電動機の角速度ωは仄の速度特性
式により求められる。

とこＶＣＲは１ｍｍ低抵抗Φは磁束、ｋは定数である。

磁束Φは一般には電ｆｉＩ−の関数となるが、その変化
特性は予めメモリ３４Ｖｃ記慣されているものとする。

第２の演算装置３２は、前記ＡＤ変換器２２　、３０が
出力する電流ＩＭｔ順ｖＣ読込んで四式の演算を行ない
角速度ωを算出する一方【ステ・プロ０２　）　、　＠
記（９）式の演算を行なって実際に締付けに寄与する＃
Ｉ竹トルクＴ９ｒ：Ｊ！出する（ステップｅｏ４）＊第
２の＄算装置３２はこれら角速度ωと締付トルクＴを電
源の半周期または１周期蜂（出力する。

０４算装置８はこの第２の演算装置３２が出力する角速
度ω。およびトルクＴｒ、を所定の時間間隔で順次挽込
み、 ０＝ωｎｔ の１係から締付角−を算出する一方（ステップ６０６）
、所定締付角Δθ毎にその時の＃付トルクＴと共にこれ
らθ、Ｔを出力する。

以上の第１〜２２図（示した実施例では角速度ωが締付
けの進行につれて変化するものであるが。

この発明は角速度ωが一定となるように速度制御するも
のにも適用可能である０例えば電機子逆起電圧が角速度
ωに比例することを利用し、この逆起電圧の変化に応じ
て半導体スイッチ３の導通角を制御することにより角速
度ωを一定に制御するものがある。

第２３図はこのように角速度ωな一定にした一実施例の
７０−チャートである。この実施例では電動機電圧なＡ
Ｄ変換器でデジタル信号ｖＤとした後、これを交流電源
の半周期または１周期に亘って６１１分すること（より
電圧の実効値Ｖｖ＆求め（ステップ７００）、前記（１
時式の速度特性式により電動機電ｉＩＭを演算しくステ
ップ７０２）、さらにこれら電圧ｖＭ、電ｆｌＬＩＭを
用いて前記（９）弐により締付トルクＴｔ−算出する（
ステップ７０４　）　、またスで電動機電流から締付ト
ルクＴＩｋ求める場合に、ステップ２１０　、３２０　
、４１６　、５１Ｇにおいて慣性および摩擦によるトル
クの減少を考慮しているので、トルク’ｌ’＆）正−な
検出が可能になるが、この発明はこれらの怖正なしな（
ても一応ＷｄＡの１約を連成できることは明らかである
。

この発明は以上のように複数の締付方法ｔ−選択できる
ようにしたので１ｗＪ付条件の相違ＪＰ、要求される締
付精度に対応して′１＆増な締付方法を自由に選択する
ことができ、しかも１台の装置で足りるから締付方法に
よって異なる締付装置を用意する必要がない、また電源
を遮断するまでの処理はすべてデジタル信号処理により
行なわれるので。

アナログ信号によるものに比べて信号処理中の位相遅れ
や信号保持手段による＃４差が茜生ぜず、締付精度が着
しく向上する。

また、トルク判別ステップＪＰ停止判別ステップにこれ
らの判２１１Ｊ＊件成立までの所要時間から締付１４帛
を検出する！Ａ常慣出ステップを設けた場合には、ボル
トの共まわりやねじ山の異常などを確実に検知できる。

さらにとの発明はデジタル演Ｊｌｆ装置を用いているの
で、プログラムを変更するだけで巣常慎出ステップを設
けることができる。また槽々の設定値やプログラムの変
Ｊ［ｊｌＣより、ボルトの種類や締付条件が変化してい
ても柔＠ｉｃ対処でき、汎用性に冨むという効果もある
。

【図面の簡単な説明】

Ｎ１図はこの発明の１実施例のブロック図、第２．３図
はその全体動作のフローチャート、第４図と第５図はト
ルク法のフローチャートと特性図、第６図はトルク法の
他の実施例の７０−チャート。 第７図と第８図は回転角法の７０−チャートと特性図、
第９図は回転角法の他の実施例の７０−チャート、第１
Ｏ図と第１１図はトルク・回転角法の７０−チャートと
その特性因、第１２　、１３図は同じく他の実Ｍｆｌｌ
のフローチャート、第１４　、１５図は軸力管理法の第
１の原理による特性図とその実施例のフローチャート、
第１６　、１７図は同じく第２の＃ｆＡ理による特性図
、第１８図はその実施例の７０−チャート、第１９〜２
３図はトルクと回転角を検出する実４・・・＃Ｌ動機、
８区・デジタル演算装置、９・・・メモｊＪ、１４・・
・選択スイッチ、Ｔ・・・締付トルク、＃＝−緬何回転
角、Ｓ・・・締付停止信号。 特許出願人　株式会社芝浦裏作所 代理人　弁理士　山　１）文　雄 第十図 第Ｓ図 丁 →θ、Ｌ 第１３図 第１７図 第１８図 第２０図　　　　　≠２２Ｉｌ！Ｉ θ９丁 第２３図 θ、Ｔ ４８９−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （リ　電Ｊｌｌ１機の締付トルクおよび締付＠転角をデ
   ジタル信号として検出するものにおいて、トルク法５回
   転角法および軸力管理法に従りたログラムを選択する選
   択スイッチと、この選択スイッチにより選択された締付
   方法の演算プログラムに従りて演算な行ない＃ｌ何停止
   信号を出力するデジタル演算装置とを備え、締付方法を
   選択可能としたことを特徴とする締付方法選択式ボルド
   ー付装置。 （２）　　締付トルクは電動機の締付反力を１醐するス
   トレインゲージにより検出し、締付回転角は回転角検出
   器が設定回転角毎に出力する角度ノベルスな積算するこ
   とにより検出する特許請求の範１１項記執の締付方法選
   択式ポルト締付装置。 （３）　　締付トルクは電動機電流から求め、締付回転
   角は回転角検出器が設定回転角毎（出力する角度パルス
   を積算すること（より求める特許請求の範ＷｊＡ第１項
   記載の締付方法選択式ボルト締付装置。 （４）　　Ｍ何トルクは電動機電流により求め、締付回
   転角は電動機電流と電動機電圧とｔ用い電動機の速度特
   性式によってデジタル的に算出する特許請求の範Ｉａｌ
   ｌ１１項記載の締付方法選択式ボルト締付装置。 （５）電動機は角速度が一定となるように位相制御され
   、締付トルクは電働機電圧と速度特性式からデジタル的
   に算出し、また締付回転角は前記角速度と時開の積から
   算出する特許請求の範囲第１項記載の締付方法選択式ボ
   ルト締付装置。 （６）電動機の締付トルクおよび締付回転角をデジタル
   信号として検出するものにおいて、トルク法、回転角法
   、トルク・回転角法および軸カバ理法に従った各演算ブ
   ロクラムを記憶するメモリと、＊記メモリが記憶するい
   ずれかの締付方法の演算プログラムを選択する選択スイ
   ッチと、この選択スイッチにより選択された締付方法の
   演算プログラムに従って演算を行ない締付停止信号を出
   力するデジタル演算装置とな備え、締付方法な選択可能
   としたことを特徴とする締付方法選択式ボルト締付装置
   。