JPS5916909B2 - フアスナ−装置の緊締装置及び方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は広くはファスナー（ｆａｓｔｅｎｅｒ）の緊締
装置に関し、詳しくは、ファスナーの降伏点又は緊締さ
れる１つ１つのファスナーについてプロットされるトル
ク−回転曲線のスロープの顕著な変化によって特徴付け
られるファスナーに対する予め定められた軸線方向の荷
重に対応する何等かの同様に顕著な点までファスナーを
緊締する装置に関する。

機械的な締結システムによって固定されるジヨイント構
造の設計に於ては、ファスナーに対して予め定められた
緊締力又は荷重を構造部材に与えて、ジヨイントの確実
性を保証するのが普通である。

従ってジヨイントが組立られる場合に、予め定められた
軸線方向の荷重が組合される構造部材に与えられるよう
に緊締されるのが望ましい。

しかしナツト及びボルトの如きねじ付きファスナーを緊
締し予め定められた荷重を組合された構造部材に与える
には、従来技術の緊締方法は必ずしも完全に満足できる
ものではなかった。

例えば最も正確な緊締技術は、ボルトが緊締される間の
ボルトに働く応力又は軸線方向の荷重に対する伸びに関
係する、ボルトの軸線方向の歪又は伸びを予め計算され
た応カー歪の関係によって測定することを含んでいた。

このような方法は最も正確ではあるが、実際の応用の場
合通常ボルトの伸びの測定が不可能で、伸びが測定出来
るような場合にも時間が力ちり、比較的高価な技術であ
った。

従ってこのような技術は研究所のテスト以外には比較的
応用されることが少かった。

大抵のジヨイント組立作業に普通に使用される他の公知
の緊締技術はトルク制御工具を使用することを含んでい
て、即ちファスナーに与えられるトルクが予め定められ
たトルクに等しいか、これを超過した時を指示してこれ
に応答してファスナーの緊締を停止させる工具を使用す
ることを含んでいる。

トルクの測定は比較的容易で、ｌ・ルクはファスナー内
に生じて構造部材に与えられる軸線方向の力と関連して
いるから、ジヨイントに対して予め定めた緊締荷重に理
論的に対応するようなトルクを予め選択することが出来
る。

併し、組立ライン作業にてねじ込ファスナーを緊締する
時には実際のトルク−荷重の関係に犬なる変化があるこ
とが経験されている。

このような変化はファスナー及び構造部材の寸法及び強
度の許容誤差の変動及びファスナー及び／又は構造部材
の組合う面に潤滑剤があるかないか等のことを含む種々
の要因によって生起され、これらの要因がジヨイントの
組合う面の間の摩擦係数の犬なる変動を生せしめるので
ある。

実際に、ある１つの応用面に使用されるボルトに対する
軸線方向の荷重は±３０％までの変動が同じトルクレベ
ルに於て経験され得るのである。

従ってこのトルク制御方法は極めて正確であるとは言え
ない。

従来技術の緊締方法に付随するこれらの問題を克服せん
として種々の方法が企図されたが、それには緊締サイク
ルの間のファスナーのトルク及び角度変位即ち回転の両
方を測定する工具の使用を含み、又ファスナーのトルク
−回転曲線のスロープがファスナーの降伏点に達したこ
とを示す時を決定し、然る後にファスナーの緊締を停止
するように上述の測定に応答して作動する制御装置を含
んでいる。

このような形式の技術及び工具の例はポーレーに１９７
２年２月２２日に付与された米国特許第３６４３５０１
号及びホーニングその他に１９７２年９月２６日に付与
された米国特許第３６９３７２６号に記載されている。

これらのポーレー及びホーニングその他の特許に記載さ
れた技術及び工具は何れも所望の目的を達成するのに全
般的に満足なものではない。

これらに記載された夫々の技術に於ては緊締を行う前に
緊締される特定のファスナーのトルク−回転の関係を知
ることが必要である。

併しトルク−回転の関係はトルク−荷重の関係が変化す
るのと同じ理由で広範囲にわたって変化し、従って上述
の特許に記載された技術及び工具は事前にジヨイント組
立体の特性が知られていて、平均的な関係が予め定めら
れ工具の作動に利用される場合にしか利用出来ない。

従って上述の特許に記載された技術及び工具の万能性及
び正確さは特に満足であるとは言えない。

従って本発明の目的はファスナー装置を、その降伏点又
は種々の緊締特性に対してプロットされた曲線のスロー
プの顕著な変化を示し、予め定められた軸線方向の荷重
に対応する同様に意味のある点まで正確に緊締する緊締
装置及び方法を提供することである。

本発明の他の目的はファスナー装置を、その降伏点又は
トルク−回転曲線のスロープの顕著な変化を示し、予め
定められた軸線方向の荷重に対応する同様にある点まで
正確に緊締する緊締装置及び方法を提供することである
。

本発明の更に他の目的は組合される特定のジヨイントに
ついての事前の知識を最小限となして予め定められた軸
線方向の荷重までファスナー装置を正確に緊締する緊締
装置及び方法を提供することである。

最後に本発明の目的は万能的で、信頼性があり、経済的
で且つ正確な緊締装置及び方法を提供することである。

本発明の上述及びその他の目的は組立てられるジヨイン
トに組合されたファスナ一部材にトルクを与えてこれに
回転を与えるレンチを含む緊締装置を提供することによ
って達成される。

レンチにはファスナ一部材に与えられるトルクを表わす
信号を発生し、ファスナ一部材の回転を表わす信号を発
生する測定装置が組合され、これらの信号が勾配計算装
置に供給されて緊締される特定のファスナーのトルク及
び回転についてプロットされた曲線のスロープを表わす
信号を発生する如くなっている。

またレンチには計算装置が組合され、トルク−回転曲線
と予め定められた関係を有する理論的曲線を表わす信号
を発生し、又理論的曲線信号を制御装置に供給して、こ
Ｎでこの信号が緊締サイクルの間に発生される前述の他
の信号の１つと共に処理され、処理される信号がファス
ナー装置の降伏点を表わす予め定められた関係を有した
時に制御信号を発生するようになっている。

こ〜に示される本発明の理解を更に良くする為に添附図
面に関連して若干の望ましい具体例について以下の説明
が参照される。

さて第１図を参照し、緊締されるねじ付ファスナーにつ
いての典型的なトルク−回転曲線が示され、トルクが垂
直軸に沿ってプロットされ、角度変位即ち回転が水平軸
に沿ってプロットされている。

この曲線はトルク座標軸及び回転座標軸の交点から概ね
点Ａまで伸長している初期即ち予備緊締領域を含んでい
る。

この予備緊締領域に於てファスナー組立体の組合うねじ
は係合されてファスナーの１方が回転されるが、回転す
るファスナーの座面ばジヨイント構造部材の相手面に接
触していない。

曲線上の点Ａに於て、構造部材がファスナー組立体によ
って互に引寄せられてジヨイントの実際の緊締が開始さ
れる。

点Ａに於けるトルクは通常この方面の技術で「スナツグ
」トルク（’ ｓｎｕｇ’ ” ｔｏｒｑｕｅ ）と
称されている。

点Ａから点Ｂに伸長するこの曲線の緊締領域はジヨイン
ト部材を共に緊締するファスナーによって与えられる軸
線方向の力を示すものであるが、この領域に於ては曲線
は概ね直線状である。

以下に更に詳しく説明される如く、点Ａ及び点Ｂの間の
トルク−回転曲線の直線状の部分にある点Ａ′が選択さ
れることが出来、これが緊締サイクルにて［ターンオン
ゴ点（ゝゝｔｕｒｎ−ｏｎ ／／ｐｏｉｎｔ ）と称ば
れる。

点Ｂにてジヨイント組立体の比例性の限界を超過し、フ
ァスナ一部材の回転がトルクよりも速い比率で増大を開
始する。

本願の目的の為には点Ｂが降伏領域の起点と考えられる
が、点Ｂを超えても附加的な荷重がなおジヨイント組立
体に生起され、但し非直線状の増加率となされることが
理解されねばならない。

点Ｃはジヨイント組立体の降伏点に相当し、降伏点の定
義は僅かに変るけれども、この点を超えてはボルトの歪
又は伸びが純弾性的ではないような点と考えることが出
来る。

以下に於て明らかとなるように、本発明による緊締装置
はトルク−回転曲線上の降伏点Ｃ又は降伏領域内の点Ｂ
及び点Ｃの間の点を検出して、これに応答して制御信号
を発生することが可能である。

成る応用面では点Ｂ及び点Ｃはおおむね一致するもので
あるが、一致しても緊締装置の作動に影響を与えるもの
ではない。

前述にてジヨイント組立体の比例限界及び降伏点につい
て言及したが、通常の設計基準としてこれらの用語は通
常ファスナー組立体の特性に適用され、最も普通には雄
ファスナー即ちボルトに当てはまる。

何故ならばファスナー組立体は通常ジヨイント組立体を
形成する構造部材はど強くないからである。

本発明がトルク−回転曲線又は同様の形状を有する他の
パラメーターの曲線の直線状の部分からの予め定められ
た偏倚を正確に検出することが出来ることを理解せねば
ならない。

更に又特定のジヨイント組立体が、降伏領域の始点以外
の成る予め定められた荷重にてプロットされる曲線が直
線性から外れる如くに構成された、ファスナー組立体を
含み得ることが理解されねばならない。

このような直線性からの脱皮が工具によって検出され制
御信号を発生するのに利用されることが出来るのである
。

この理由により以下に使用される用語「降伏点」はファ
スナーの材料の降伏点のほかに、予め定められた緊締荷
重にてファスナーの形状により起きるトルク−回転曲線
の概ね水平にされた部分上の点をも含むと考えねばなら
ない。

引き続いて第１図を参照し、点線Ｐとして理論的曲線が
示され、この曲線は実際のトルク−回転曲線から一般的
には外れているが、点Ｑより上方は最終的にトルク−回
転曲線の直線状の部分即ち点Ａから点Ｂに伸長する部分
と平行になっている。

曲線Ｐの理論的トルク値は以下に更に詳しく説明される
如くファスナーの全回転角Ｒにトルク−回転曲線の示す
最大勾配ＧＭａｘを絶えず乗じてゆくことによって得ら
れる。

この理論的曲線は点Ｑ以下でトルク−回転曲線の直線状
の部分と同じスロープでトルク及び回転座標軸の交点を
通る直線として伸長する如く単に図解的な目的で示され
ているが、理論的曲線のこの部分は実際上は制御回路に
よっては作られるものではないことは理解されねばなら
ない。

本発明の工具体例によれば事実上実際のトルク−回転曲
線及び理論的曲線の両者を計算し、実際の曲線を連続的
に理論的曲線から差引いて第１図に示される引続く値Ｘ
１、及ヒＸ２を表わす意思決定信号（ｄｅｃｉｓｉｏｎ
ｍａｋｉｎｇｓｉｇｎａｌ）を発生する緊締装置が提
供されるのである。

１定の回転量をへだてた２つの意思決定信号の間の差が
点Ａから点Ｂまでのトルク−回転曲線の直線状の部分の
スロープに対する、予め定められた関係を示した時に制
御信号が発生され、この信号がファスナーの緊締を停止
させるのに利用されることが出来たのである。

さて第２図を参照し、本発明による緊締装置１０の第１
の具体例が示されている。

この緊締装置１０は、モーター１４、出力駆動軸１Ｇ及
び駆動ビット１８を有するレンチ１２を含んでいる。

駆動軸１６はモーター１４によって駆動されて駆動ビッ
ト１８により係合されるファスナ一部材にトルクを与え
て回転を与える。

レンチ１２は何れかの通常の形式のものとなすことが出
来、最も普通に行われる如くモーター１４は空気力で附
勢され、駆動流体の流れが適当な電気的に作動されるン
レノイド制御弁２０によって制御されることが出来る。

モーター１４は又電気的、液圧作動的又は空気力的、液
圧作動的又は電気的駆動の何れの組合せともなし得るこ
とが理解されねばならない。

レンチの正確な詳細構造は本発明の正しい理解の為には
必要ではないから更に詳細な説明は行わない。

モーター１４のハウジング及びレンチが担持される剛性
フレーム２２０間には適当な変換器即ちトルクセル（ｔ
ｏｒｑｕｅ ｃｅｌｌ ） ２４が取付けられ、ファス
ナーに与えられる瞬間的なトルクを表わす変化する信号
を発生するようになっている。

このトルクセル２４は通常の装置の何れかの種類のもの
となすことが出来、こ〜に示された具体例に於ては外周
に取付けられた歪ゲージ２５を有する若干可撓性の環状
部材を含み、レンチに対する反動トルクが測定されて電
気信号が発生されるようになっている。

巳の反動トルクは勿論ファスナーに与えられるトルクと
等しく反対方向のものである。

駆動軸１６上にこれと共に回転するように、又モーター
１４内にあるのが望ましい適当なエンコーダー２６が配
置され、これが近接検出器 （ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ） ２８と
協働してファスナーの増分的角度変位即ち回転を表わす
信号を発生するようになっている。

このエンコーダー２６は適当な種類の装置の何れかにな
すことが出来、この具体例では外周に形成された１連の
歯３０を含んでいる。

近接検出器２８は金属のあることを感知し、従って歯が
通過するのを感知して角度的回転の予め定められた増分
量を表わす電気信号を発生する。

トルク及び回転測定装置の例が説明されたが、上述の結
果を得る為に容易に入手可能の種々の装置の何れも本発
明によって使用可能である。

制御回路がレンチ１２と作動的に組合されてファスナー
の緊締作動を制御し、この制御回路はトルク−回転曲線
の瞬間的な勾配即ちスロープを決定する勾配決定装置を
含むが、このトルク−回転曲線は所望の場合緊締される
特定のファスナーについて図上にプロットされることが
出来、勾配を表わす電気信号を発生する。

この勾配計算装置はシフトレジスター３２を含み、これ
に瞬間的なトルク信号が供給され、■定の回転の増分量
ごとに回転信号によって時間記録（ｃｌｏｃｋ ）され
るようになっている。

従ってシフトレジスター３２の出力は瞬間的な回転の前
の予め定められた数の回転量だけその瞬間より前の時の
トルクを表わす信号である。

適当な減算回路の形態の比較器３４がシフトレジスター
３２の出力及び瞬間的なトルクを表わす信号を受けてそ
の差を表わす出力信号を発生する。

トルク信号は１定の回転の増分量にわたって差引かれる
から、比較器３４からの出力信号はファスナーが緊締さ
れる時のトルク−回転曲線の瞬間的な勾配を表わす。

この点に於て、注意すべきことは、トルク−回転曲線が
点Ａから点Ｂ迄概ね直線状であるが、この部分は個々の
ファスナーの個々の点に於て潤滑剤がないか又は過剰の
為に生ずる、組合うねじの１時的固着又は回転の１時的
増速によって生ぜしめられる、局部的な突起部を含むこ
とがあることである。

従ってトルク−回転曲線が点Ａから点Ｂにかけて正確に
直線状である場合１定の大きさの信号である筈の比較器
３４の出力は成る変化を生ずるのである。

この為に勾配計算装置はトルク−回転曲線に沿う何れか
の点まで、即ち緊締サイクル内の何れかの点までに生ず
る最大勾配を決定して記憶する回路を含むことが出来る
。

実際上曲線の直線状の領域内で生ずる最大勾配は曲線の
この領域に対する勾配と考えられる。

即ち最大勾配のみが記憶されて、以下に詳述する如く理
論的曲線の最終的直線状部分の１定の勾配となる。

従って、貯蔵回路即ち記憶回路が設けられ、この回路が
それまでに生じた最大勾配を表わす信号を貯蔵し又比較
器３８が設けられて瞬間的な勾配信号を記憶回路３６か
らの既に記憶された最大信号と比較するようになされる
。

若し瞬間的な勾配信号が貯蔵された勾配信号よりも大き
い場合には瞬間的勾配信号が記憶回路３６に貯蔵される
のである。

記憶回路３６及び比較器の回路３８の更に詳しい説明は
ジョン・ティー・ボーイズによる回転又は直線的剛性を
決定する装置及び方法に対する１９７３年５月７日付出
願の米国特許願第３５７９２０号の１部継続出願である
１９７４年９月１９日付出願の米国特許願第５０７４１
７号を参照すればよい。

制御回路の残りの部分の説明に進む前に再び第１図が参
照されるが、これに於て理論的曲線の最終的直線状部分
に対する等式が次の如く書き得ることが判る。

ＴＴｈｏｏ−ＲＧＭａＸ 上述の等式に於てＴは理論的トルク値、Ｒは回転の対応
する全角度、ＧＭａＸは理論的曲線の勾配を表わし、こ
の勾配はトルク−回転曲線の直線状の領域に於ける最大
勾配に等しい。

適当な計算装置を設けることによって、理論的曲線を表
わす信号が発生されることが出来る。

制御装置がナスラグ点Ａに達する前に初期即ち予備緊締
領域にて早過ぎる遮断が行われないのを確実にする為に
トルク及び回転の測定は、曲線の直線状の部分上の点Ａ
′に達するまで遅延され得ることは注目されねばならな
い。

換言すれば「ターンオン」点Ａ′より前の回転はトルク
値ＴＡが得られるまで無視される。

実際上トルク−回転曲線のトルク座標軸が位置をずらさ
れて第３図に示される如く点Ａ′を通って伸長するよう
になされるのである。

第３図に示される曲線について、以下の等式が書ける。

ＴＴｈｏｏ−ＲＧＭａＸ＋ＴＡｌ 上述の等式にて、Ｔ は理論的トルク値を、Ｔｈｅ
。

Ｒは「ターンオン」トルク点から測定した対応する回転
の全角度、ＧＭａＸは理論的曲線の勾配即ちスロープ、
ＴＡｌは「ターンオン」 トルク値を示す。

図面及び等式から点Ａ′に於て角度回転の測定を開始す
ることによって回転を測定する為の起点の正確な決定が
必要でないことは明らかである。

更にトルク値Ｔ Ａ／は既に指摘されたように点Ｎがト
ルク−回転曲線の直線状の部分上にあるように選ばれね
ばならないことに注意せねばならない。

計算器４０は乗算及び加算回路であって、このものは記
憶回路３６からそれまでに生じた最大勾配信号ＧＭａＸ
及び近接検出器２８から増分的回転信号を受ける合算即
ち加算回路４２からの信号Ｒを受けて、これを加算し、
ファスナーの全回転量Ｒを表わす出力信号を生ずる。

計算器４０は入力信号Ｒ及びＧＭ ａＸの乗算を行い、
「ターンオン」トルク値を表わす１定の信号’Ｉ’Ａ／
の加算を行う。

計算器４０からの出力信号は理論的曲線上の何れかの点
の瞬間的トルクＴ を表わす。

第３図Ｔｈｅ。

によるトルク座標軸の位置をずらす為にドルクセ・・２
４からＱトｙｖり信号が比較器４１に供給され、この比
較器４１は「ターンオン」トルク値ＴＡｌを表わす信号
であるプレセット信号発生器４３からの他の信号を受け
るようになっている。

近接検出器２８と加算回路４２との間にはアンドゲート
４５があって、これが又比較器４１の出力に接続されて
いる。

このようにしてトルクセル２４からの実際のトルク値が
発生器４３からの予め定められた「ターンオン」トルク
値Ｔ Ａ／に達すると、比較器４１が出力制御信号Ｓを
アンドゲート４５に与えて近接検出器２８から加算回路
４２へ回転信号の通過するのを許す。

従って計算器４０はトルク値ＴＡｌに達するまでは出力
信号を生じない。

計算器４０からの出力信号は、ファスナーに与えられる
瞬間的トルクを表わすトルクセル２４からの出力信号を
受ける減算回路の形態の比較器４４に供給される。

トルクセル２４からの瞬間的トルク信号はトルク−回転
曲線を発生するのに使用され、瞬間的トルクが直線状領
域に於ける理論的トルクから差引かれる時、その差が０
となり、意味のある出力を生じない。

点Ａ′に達するまで比較器４４から出力が生ずるのを阻
止する為にスイッチ４７がトルクセル２４及び比較器４
４に対する１つの入力の間に接続され、スイッチ４７が
比較器４１からの制御信号Ｓによって閉じられる如くな
し得る。

ファスナーがトルク−回転曲線の降伏点即ち点Ｂを超え
て緊締された後で比較器４４はファスナーの回転Ｒの同
じ増分量に分ける２つの曲線のトルク値の間の差を表わ
す信号を出力する。

このような差信号の２つの例は第１及び３図の近似的降
伏点Ｘ１及びＸ２ に示されている。

図面から、理論的及び実際の曲線のトルク値が回転Ｒの
同じ位置にて差引かれ、このようにして比較器４４から
の出力信号が意思決定信号として利用出来ることは明ら
かである。

第１及び３図を参照し、トルク−回転曲線上の点Ｂから
点Ｃの領域に於て、曲線が次第に水平になり、降伏点Ｃ
に於て水平の回転座標軸に平行な直線に近付くことが判
る。

又降伏点Ｃに於て、トルク−回転曲線の直線状の領域に
於て勾配を計算するのに使用された増分量と同じ回転の
増分量△ＲにわたるＸｌ及びＸ２の差は近似的に直線状
の領域に於けるトルク−回転曲線の最大勾配に等しいこ
とが判る。

少しく言葉を変えて言えば降伏点に於て比較器４４から
の１定の回転量をへだてだ２つの意思決定信号の間の差
は第１及び３図に示される如くトルク−回転曲線の直線
状の領域に於ける最大勾配に近似的に等しい。

このような近似的な等値性は回転増分量△Ｒが等しく、
理論的曲線が直線であってトルク−回転曲線が近似的に
回転座標軸に平行な時に同様な三角形が定義され、（Ｘ
２−ＸＩ）が曲線の直線状の領域にて測定された（Ｔ２
−Ｔ１）に等しいから得られるのである。

降伏点に於て実際のトルク−回転曲線が回転座標軸に平
行であるとゆう仮定は正確ではないが、この仮定は合理
的には正しく、緊締されるファスナーの降伏点を検出す
る為の関係を決定するのに利用出来る。

更に又降伏点の正確な近似は比較器４４からの引続く意
思決定信号の間の前述の差がトルク−回転曲線の直線状
の領域の最大勾配の約４０％乃至１００％の間にある時
に指示され得ることが注目される。

換言すれば１定の△Ｒに対して（Ｘ２ ｘｌ） ＝
（０，４０乃至１．００）（Ｔ２−Ｔ１） の時に緊
締装置の遮断が行われることが出来るのである。

従って、上述の関係はレンチ１２を遮断するのに利用さ
れることが出来る。

再び第２図を参照し、比較器４４からの意思決定信号は
シフトレジスター４９及び比較器５１に供給される。

シフトレジスター４９は通常の装置であって、その出力
は近接検出器２８からの回転信号により時間記録（クロ
ック）されて比較器５１に送られる。

従って比較器５１は１定の回転量△Ｒをへだてだ２つの
意思決定信号を受取り、これを差引して意思決定信号の
勾配を表わす出力信号を生せしめる。

２つの意思決定信号の勾配を表わす比較器５１からの出
力信号は記憶回路３６から貯蔵された最大勾配信号を受
入れている比較器４６に供給される。

比較される信号が既述の如く降伏点を示す所望の関係を
有した時に比較器４６によって制御信号が発生されてソ
レノイド弁２０に供給され、弁を閉じて緊締装置１０を
遮断する。

さて第４図を参照し、本発明による緊締装置の他の具体
例の基本的原理を図解的に示している。

特性的トルク−回転曲線は再び第１及び３図と同様に示
され、トルク及び回転座標軸の交点からスナツグ点Ａま
での初期の予備緊締領域と、点Ａから点Ｂまでの概ね直
線状の領域と、降伏点Ｃを含む点Ｂからの非直線状の即
ち降伏領域とを含んでいる。

又第４図には第１図の理論的曲線の直線状の部分と同様
な理論的曲線が示され、この曲線は判る通りトルク−回
転曲線の概ね直線状の部分に平行である。

既述の如くこの曲線の等式は次の如く書ける。

ＴＴｈｅｏ（１）＝ＲＧＭａＸ ここで、ＴＴ ｈｅｏ （１，）は理論的トルク値を表
わし、Ｒは対応する回転角度を示し、ＧＭａｘはトルク
−回転曲線の直線状の領域の最大勾配に等しい理論的曲
線の勾配を表わす。

この理論的曲線をトルク−回転曲線の直線状の部分に重
ね合せる為に値Ｍが理論的トルク値ＴＴ ｈｅｏ （１
）から差引かれなげればならない。

従って重ね合された理論的曲線の等式は次のようになる
。

ＴＴｈｏｏ（２）−ＲＧＭａＸ−Ｍ ここでＭは定数で Ｍ＝ＲＧＭａＸ−ＧＭａｘ−ＴＧＭａＸ に等しい。

こ瓦でＲＧＭａｘは最大勾配に於ける全回転量を表わし
、ＴＧＭａＸは最大勾配における瞬間的トルク値を示す
。

第５図を参照し、第４図に示された原理による緊締装置
５０が示されている。

この緊締装置５０は第２図に示された緊締装置１０の若
干の部分と概ね同様な部分を含み、従って同様な部分に
対して同様な符号が使用されている。

従って緊締装置５０は出力軸１６を有するモーター１４
及び駆動ビット１８を含むレンチ１２を含んでいる。

このレンチ１２はトルクセル２４を担持する剛性フレー
ム部材２２が組合されていて、トルクセル２４はモータ
ー１４のハウジングに連結されてファスナーに与えられ
るトルクを表わす信号を発生するようになっている。

モーター１４のノ・ウジング内で駆動軸１６上に支持さ
れるエンコーダー２６は金属の近接検出器２８と協働し
、軸従ってファスナーの増分的角度変位を表わす信号を
発生するようになっている。

又第２図に示された具体例と同様に制御装置が設けられ
、シフトレジスター３２を含み、このシフトレジスター
はトルクセル２４から瞬間的なトルク信号を受け、近接
検出器２８からの増分的回転信号によって時間記録され
る。

従って、シフトレジスター３２の出力は減算回路の形態
の比較器３４に供給され、この比較器３４は又トルクセ
ル２４から瞬間的なトルク信号を受けて緊締される特定
のファスナーについてプロットされるトルク−回転曲線
の瞬間的勾配を表わす出力信号を発生するようになって
いる。

又緊締装置５０が緊締サイクルの何れの点までにもそれ
までに生じた最大勾配ＧＭａｘを表わす信号を貯蔵する
記憶回路３６及び瞬間的な勾配信号を貯蔵された最大勾
配信号と比較して新しい最大勾配が生じたか否かを決定
する為の比較器３８を含んでいることに注意せねばなら
ない。

本具体例によればトルクセル２４からの瞬間的なトルク
信号がシフトレジスター６０に供給されこれが記憶回路
３６からの最大勾配信号ＧＭａｘによって時間記録（ク
ロック）される。

近接検出器２８からの増分的回転信号が加算回路６２に
供給され、これが記憶回路３６からの最大勾配信号ＧＭ
ａＸによって時間記録（クロック）されるシフトレジス
ター６４に全回転信号Ｒを与える。

トルク−回転曲線の最大勾配に於ける全回転量を表わす
シフトレジスター６４からの出力は乗算器６６の最大勾
配値ＧＭａＸを乗ぜられて乗算器６６の出力が減算回路
６８に送られるが、この減算回路は又トルク−回転曲線
の最大勾配に於ける瞬間的トルクを表わすシフトレジス
ター６０からの出力を受入れる。

減算回路６８は理論的曲線及び実際のトルク−回転曲線
の直線状の部分に重ね合された曲線のトルク値の間の差
Ｍを出力する。

最大勾配ＧＭａＸは加算回路６２からの全回転信号Ｒと
共に乗算器７０に送られ、と瓦で２つの信号の乗算が行
われる。

乗算器７０からの出力は減算回路７２に送られ、こ〜で
回路６８からの出力信号Ｍが差引かれる。

回路７２からの出力信号は第４図に示されるトルク−回
転曲線の直線状の部分に重ね合された理論的曲線の理論
的トルク信号を表わす。

重ね合された理論的曲線を利用する緊締装置の制御を以
下に先ず第４図を参照して説明し、次に第６図に示され
る本発明の他の具体例を参照して説明する。

第４図を参照し、トルク−回転曲線が直線性から外れ始
める時重ね合された理論的曲線は直線の状態を続ける。

理論的及び実際のトルク値が成る典型的な予め定められ
た関係を有する時に降伏点が得られ、緊締装置の遮増が
行われ得ることが見出されている。

このような典型的な関係は重ね合された曲線の理論的ト
ルク値の約７０％乃至９５％の間の実際トルク値である
ことが見出されている。

再び第５図を参照し、減算回路７２からの理論的トルク
値Ｔｙはトルクセル２４によって測定された瞬間的トル
ク値ＴＸと共に割算器７４に導入される。

瞬間的トルクＴＸは理論的トルクＴｙによって割られて
その結果の比率信号が信号発生器γ８からの第２の入力
を受ける比較器７６に送られる。

発生器１８はトルク信号の予め定められた比率を示す信
号例えば近似的に０．７０乃至０．９５の間の信号を発
生して遮断を制御する如くプログラムされている。

割算器γ４からのトルク信号の比率が発生器１８からの
予め定められた信号に等しくなった時に比較器７６によ
りソレノイド弁２０に対する出力信号が発生されて弁を
閉じ、緊締装置５０に対する流体の流れを遮断する。

さて第６図を参照し、本発明による緊締装置の他の具体
例の基本的原理の図解的指示が与えられている。

特性的トルク−回転曲線は再び第１及び４図と同様に既
述のものと同様の意味を有する点Ａ、Ｂ及びＣを有する
如く示されている。

直線状の領域で実際のトルク−回転曲線上に重ね合され
た理論的曲線が示され、これは上述にて第４及び５図を
参照して説明されたと同様な方法で得られる。

又第６図には直線の形状の他の理論的曲線が示されるが
、この曲線はトルク−回転曲線の直線状の部分に平行で
あるが、回転座標軸に沿って位置をずらされて回転の何
れの点Ｒに於てもファスナーに与えられる瞬間的トルク
が予め定められた定数にだけ理論的曲線のトルクよりも
高いようになっている。

Ｋの大きさは、理論的曲線とトルク−回転曲線との交点
が緊締されるファスナーの降伏点Ｃに位置するように予
め定められる。

認められる如く、第６図に於ける図解的指示は材料の降
伏点を決定する古典的なオフセット降伏強度技術（ｏｆ
ｆｓｅｔ ｙｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｔｅｃｈｎ
ｉｑｕｅ ）に若干似ているが、このよく知られた技術
とは、本発明に於けるオフセラ） （ｏｆｆｓｅｔ）が
歪又は回転オフセットではなく応力又はトルクオフセッ
トに基づく点で異なる。

ファスナー装置の降伏点Ｃに於て、実際のトルクは理論
的曲線の理論的トルクに等しい。

従って本発明のこの具体例は実際のトルクを理論的トル
クと比較し、比較される信号が近似的に等しくなった時
に制御信号を発生するのである。

第４及び６図を参照し、理論的曲線の等式が次の如く書
けることが判る。

ＴＴ ｈｅｏ （３）”” （ＲＧＭａｘ−Ｍ） −に
上述の等式に於て、ＴＴ ｈｅｏ （３）は理論的トル
ク値を示し、Ｒは対応する回転角度を示し、ＧＭａｘは
直線状の部分に於けるトルク−回転曲線の最大勾配に等
しい理論的曲線の勾配を示し、Ｋは上述せる予め定め５
られた定数を表わす。

トルク−回転曲線の直線状の領域の下方の回転座標軸上
の何れの点に於ても、理論的トルクＴは定数にだけ実際
の瞬間的トルクよりも小さい。

定数にの値は経験的に決定され、理論的トルクがトルク
−回転曲線の直線状の領域内の瞬間的トルクの約８０％
乃至９８％の範囲にあるように選ばれる。

さて第５及び７図を参照し、トルク−回転曲線の直線状
の部分に重ね合された理論的曲線を表わす信号は以下に
詳述する如く減算回路７２によって発生される。

この出力信号は乗算回路８０からの信号にと共に減算回
路８２に送られ、これの出力が第６図のオフセット即ち
位置をずらされた理論的曲線を示す。

信号には既述せる定数で、これが重ね合された理論的ト
ルク値から連続的に差引かれる。

これは最大勾配に於ける瞬間的なトルク値を示す第５図
のシフトレジスター６０からの信号を利用し、この信号
に信号発生器γ９からの約８０％乃至９８％の間の予め
定められた％の乗算を行うことによって得られる。

信号には回路８２０重ね合された理論的曲線信号から差
引かれ、位置をずらされた理論的曲線を表わす信号を生
じ、この信号は全体の長さが第６図に於ける図解的な図
示の目的に対して最大勾配に於けるトルク−回転曲線の
直線状の部分と平行に示されている。

回路８２からの出力信号はトルクセル２４から瞬間的ト
ルク信号を受けている比較器８４に送られる。

これらの２つの信号が等しくなって第６図の実際のトル
ク−回転曲線に対する位置をずらされた理論的曲線の交
点即ち降伏点Ｃを示す時、信号がソレノイド弁２０に対
して発生されて弁を閉じ、緊締装置に対する流体の流れ
を遮断する。

特定的には説明しなかったけれども、３つの総ての具体
例にて説明されたと同様な原理で作動する制御装置が緊
締装置の遮断を行う為に理論的及び実際の曲線の回転の
関係を利用するように容易に構成出来ることが理解され
ねばならない。

例えば第４図は図解的に、理論的回転量ＲＸが同一のあ
るトルク値ＴＸに於て実際の回転量Ｒｙに対して成る予
め定められた関係を有する時に遮断が同様に行われ得る
ことを示している。

この予め定められた関係は凸型的には約７０％乃至９５
％の間にあることが出来る。

以上の如く本発明の望ましい具体例が若干説明されたが
、多くの利点の内の若干のものは容易に明らかとなる。

上述の緊締装置は夫々組立てられる特定のジヨイントに
ついて事前の知識を最小限にしてファスナーを降伏点ま
で正確に緊締する為の比較的簡単で経済的で且つ信頼性
のある装置を提供する。

夫々の緊締装置は更に信頼性が高く容易に得られる通常
の部品により作られることが出来る。

上述にて本発明による緊締装置の種々の具体例が説明さ
れたが、当業者には特許請求の範囲に限定される如き本
発明の企図された範囲内で種々の変更及び修正が容易に
なし得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第３図は緊締サイクルの間にファスナーに生
ずる典型的なトルク−回転の関係の特性を示し、図解的
に本発明の１具体例の基本的原理を示す曲線のプロット
を示す線図。 第２図は第１図及び第３図に示される原理による緊締装
置の概略的説明図。 第４図は緊締サイクルの間にファスナーに生ずる凸型的
なトルク−回転の関係の特性を示し、本発明の他の具体
例の基本的原理を示す曲線のプロットを示す線図。 第５図は第４図の原理による緊締装置の概略的説明図。 第６図は緊締サイクルの間にファスナーに生ずる典型的
なトルク−回転の関係の特性を示し、本発明の更に他の
具体例の基体的原理を示す曲線のプロットを示す線図。 第７図は第６図に示される原理による第５図の装置を１
部参照する部分的な概略的説明図。 １０・・・・・・緊締装置、１２・・・・・・レンチ、
１４・・・・・・モーター、１６・・・・・・駆動軸、
１８・・・・・・駆動ビット、２０・・・・・・ソレノ
イド制御弁、２４・・・・・・トルクセル、２５・・・
・・・歪ケージ、２６・・・・・・エンコーター、２８
・・・・・・近接検出器、３２・・・・・・シフトレジ
スター、３４・・・・・・比較器、３６・・・・・・記
憶回路、３８・・・・・・比較器、４０・・・・・・最
大勾配計算装置、４１・・・・・・比較器、４２・・・
・・・加算器、４３・・・・・・信号発生器、４４・・
・・・・比較器、４５・・・・・・アンドゲート、４６
・・・・・・比較器、４γ・・・・・・スイッチ、４９
・・・・・・シフトレジスター、５０・・・・・・緊締
装置、６０・・・・−・シフトレジスター、６２・・・
・・・加算回路、６４・・・・・・シフトレジスター、
６６・・・・・・乗算器、６８・・・・・・減算回路、
７０・・・・・・乗算器、７２・・・・・・減算回路、
７４・・・・・・割算器、７６・・・・・・比較器、７
８，７９・・・・・・信号発生器、８０・・・・・・乗
算回路、８２・・・・・・減算回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 降伏点が検出されるまでファスナー装置を緊締する
   緊締装置に於て、前記緊締装置が、ファスナーにトルク
   を与えてこれに回転を与えるレンチ装置と、前記レンチ
   装置に組合され、ファスナーに与えられるトルクを表わ
   す信号と、ファスナーの回転を表わす信号とを発生する
   測定装置と、 前記トルク及び回転の信号に応答して緊締されるファス
   ナーについてプロットされるトルク−回転曲線のスロー
   プを表わす勾配信号を発生する勾配計算装置と、 前記トルク−回転曲線に対して予め定められた関係を有
   する理論的曲線を表わす信号を発生する計算装置と、 前記理論的曲線信号及び前記のその他の信号の１つに応
   答して前記理論的曲線信号及び前記のその他の信号の１
   つがファスナー装置の降伏点を表わす予め定められた関
   係を有した時に制御信号を発生する制御装置と、 を含むことを特徴とする緊締装置。 ２ 前記トルク−回転曲線が直線状及び非直線状の領域
   を有し、又前記計算装置がトルク−回転曲線の直線状の
   領域に重ね合される理論的曲線を表わす信号を発生する
   が、前記理論的曲線がトルク−回転曲線の非直線状の領
   域に於て直線状に留まっていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の緊締装置。 ３ 前記トルク信号が前記理論的曲線信号から差引かれ
   、意思決定信号を生せしめることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載の緊締装置。 ４１定の回転量をへだてた２つの意思決定信号の間の差
   が勾配信号と比較され、前記比較される信号が予め定め
   られた関係を有した時に制御信号が発生されることを特
   徴とする特許請求の範囲第３項記載の緊締装置。 ５ 前記制御装置が１定の回転量をへだてた２つの前記
   意思決定信号の引続く信号の間の差を決定する装置及び
   前記の差を前記トルク−回転曲線の直線状の領域にて発
   生される勾配信号に対して比較する装置を含み、前記制
   御装置は、前記比較される信号が、予め定められた関係
   を有した時に前記制御信号を発生することを特徴とする
   特許請求の範囲第３項記載の緊締装置。 ６ 前記比較される信号が近似的に等しくなった時に前
   記制御信号が発生されることを特徴とする特許請求の範
   囲第５項記載の緊締装置。 ７１定の回転量をへだてた２つの前記意思決定信号の差
   が前記勾配信号の少くとも約４０％で１００％よりも小
   さい時に前記制御信号が発生されることを特徴とする特
   許請求の範囲第５項記載の緊締装置。 ８ 前記トルク−回転曲線が直線状及び非直線状の領域
   を有し、前記計算装置が前記トルク−回転曲線の直線状
   の領域に平行でこの領域から位置がずらされている理論
   的曲線を表わす信号を発生し、前記理論的曲線が前記ト
   ルク−回転曲線の非直線状の領域にて直線状に留まって
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の緊締
   装置。 ９ 前記理論的曲線信号が前記トルク信号と比較され、
   前記比較される信号が予め定められた関係を有した時に
   前記制御信号が発生されることを特徴とする特許請求の
   範囲第８項記載の緊締装置。 １０ 前記比較される信号が近似的に等しくなった時
   に前記制御信号が発生させることを特徴とする特許請求
   の範囲第９項記載の緊締装置。 １１ 前記理論的曲線が予め定められた１定値だけ前
   記トルク−回転曲線から位置がずらされていて、トルク
   −回転曲線の直線状の領域に於て理論的トルクが実際の
   トルクの約８０％乃至９８％の間にある如くなされてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第８項記載の緊締装
   置。 １２ 前記実際のトルク信号及び前記理論的曲線信号
   に基づく比率が計算されて意思決定信号を生せしめるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の緊締装置。 １３ 前記意思決定信号が前記実際のトルク信号及び
   前記理論的曲線信号の間の予め定められた関係を表わす
   信号と比較され、前記比較される信号が近似的に等しく
   なった時に制御信号が発生されることを特徴とする特許
   請求の範囲第１２項記載の緊締装置。 １４ 予め定められた関係を表わす前記信号が約０．
   ７０乃至０．９５の間にあることを特徴とする特許請求
   の範囲第１３項記載の緊締装置。 １５ 前記実際の回転信号及び前記理論的曲線信号に
   基づく比率が計算されて意思決定信号を生せしめること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の緊締装置。 １６ 前記意思決定信号が前記実際の回転信号及び前
   記理論的曲線信号の間の予め定められた関係を表わす信
   号と比較され、前記比較される信号が近似時に等しくな
   った時に制御信号が発生されることを特徴とする特許請
   求の範囲第１５項記載の緊締装置。 １７ 予め定められた関係を表わす前記信号が約７．
   ０乃至０．９５の間にあることを特徴とする特許請求の
   範囲第１６項記載の緊締装置。 １８ 前記制御信号がレンチを遮断する如く作動する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の緊締装置
   。 １９ 予め定められたトルク値がファスナーに与えら
   れた後で前記計算装置を作動させる装置を含むことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の緊締装置。 ２０ 前記トルク−回転曲線が直線状及び非直線状の
   領域を有し、前記計算装置が理論的曲線を表わす信号を
   発生し、この理論的曲線の１部がトルク−回転曲線の直
   線状の領域に平行であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の緊締装置。 ２１ 前記トルク信号が前記理論的曲線信号から差引
   かれて意思決定信号を生せしめることを特徴とする特許
   請求の範囲第２０項記載の緊締装置。 ２２１定の回転量をへだてた２つの前記意思決定信号の
   間の差が勾配信号と比較され、前記比較される信号が予
   め定められた関係を有した時に制御信号が発生されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２１項記載の緊締装置
   。 ２３ 前記制御信号が１定の回転量をへだてだ２つの
   意思決定信号の間の差を決定する装置及び前記の差を前
   記トルク−回転曲線の直線状の領域に於て発生される勾
   配信号と比較する装置を含み、前記比較される信号が予
   め定められた関係を有した時に前記制御装置が前記制御
   信号を発生することを特徴とする特許請求の範囲第２１
   項記載の緊締装置。 ２４ 前記比較される信号が近似的に等しくなった時
   に前記制御信号が発生されることを特徴とする特許請求
   の範囲第２３項記載の緊締装置。 ２５１定の回転量をへだてた２つの前記意思決定信号の
   間の差が前記勾配信号の少くとも４０％で１００％より
   小さい時に前記制御信号が発生されることを特徴とする
   特許請求の範囲第２３項記載の緊締装置。 ２６ 降伏点が検出されるまでファスナー装置を緊締
   する方法に於て、 ファスナーにトルクを与えて回転を与え、ファスナーに
   与えられたトルクを表わす信号を測定し、 ファスナーの回転を表わす信号を測定し、緊締されるフ
   ァスナーについてプロットされ得るトルク−回転曲線の
   スロープを表わす勾配信号を計算し、 前記トルク−回転曲線と予め定められた関係を有する理
   論的曲線を表わす信号を発生し、前記理論的曲線信号及
   び前記のその他の信号の１つがファスナー装置の降伏点
   を表わす予め定められた関係を有した時に制御信号を発
   生する、段階を含むことを特徴とするファスナー装置の
   緊締方法。