JPS6036908B2 - 締付け装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は広くにはファスナーを締付けるための装置に関
し、詳しくは、ファスナー材料の降伏点までまたは縦付
けられる特定ファスナーに対してプロットされたトルク
・回転曲線が平らになることによって特性として付与さ
れる予め決められた鱗線方向荷重が締着部材にかかる他
のある点までファスナーを緒付けるための装置に係る。

機械的緒着装直によって装置されるジョイント構造設計
する際には、同継手を完全な状態に確保するのに綿着装
層が予められた締着力則ち荷重を構造部材に加えるよう
にさせるのが普通である。継手が組立てられる時には、
従って縦着装置が構造部材に予め決られた軸線方向荷重
をかけるように綿付けられることが必要である。然し、
予め決められた荷重をかけるのにナット及びボルトの如
きねじ締着装贋を締付けるための在釆方法は完全には満
足でない。最も正確な方法はボルトの締付けられている
間に同ボルトに対して既に計算された応力ひずみ関係に
よってボルトに作用する応力または荷重と関連づけられ
ることのできる同ボルトの軸線方向ひずみ則ち伸びの測
定を包含する。緒着装層の最も正確で実用的な使用法で
は普通はボルトの伸の測定を可能ならしめないけれども
、伸びの測定されることのできる場合でも、時間のかか
るかつ比較的費用のかかる方法である。従って、この方
法は実験室試験を除いて比較的少し、用途に使用される
。他の既知であり‘まとんどの継手組立作業に最も広く
使用される方法はトルクを制御する工具、即ち、締着部
材に加えられるトルクが予め決められた値に等しいかま
たは同値を少し上廻った時を決定して工具への動力を止
めるように作用する工具の使用を包含する。

トルク測定は比較的容易である。また、トルクはファス
ナーに生じかつ構造部材に働く引張応力または軸線方向
の力に関連づけられるから、予め決められたトルクは理
論的には、継手に対して指定される予め決められた続着
荷車と対応している。然し、組立流れ作業の際ねじ締着
装層を綿付ける時には、実際のトルク・張力関係の広い
範囲の変化が経験される。これらの変化の原因は、ファ
スナー及び締結部材の寸法及び強度の許容公差変化と、
ファスナー及び締結部材の接触表面上の潤滑の有無とを
含めて多様な因子にあり、それらの総べては接触表面間
の摩擦係数を箸るしく変化せしめる。実際には、１つの
ある用途に使用されるボルトにかかる軸線方向荷重の±
３０％までの変化が同一トルク水準に於いて経験される
ことができる。従って、トルク制御方法は非常に正確で
はない。在来締付け方法に関する諸問題を克服しようと
して、他の方法が試みられている。

この方法はポーレィ（Ｐａｕｌｅｙ）氏の１９７２年２
月２２日付米国特許第３６４３５０１号に記３戦されて
おり、かつ緒付けられるファスナーに加えられるトルク
対同装置の縦付けサイクル中の回転に対してプロットさ
れる曲線特有の形を利用する。如何なるファスナーに対
するトルク・回転曲線にでも、ファスナーが回転される
けれども相手の構造部材上にまだ十分には定座させられ
ていない初期範囲即ち予備締付け領域、ファスナーが同
部材の弾性限度内で締付けられる直線状の締付け領域、
及び比例限界を越えて曲線が平らになり始めて最後には
ファスナーの降伏則こ於いて平らになる降伏領域がある
。ポーレィ氏の前記特許に記載されている方法はファス
ナーに加えられるトルクに応じて第１制御アームを駆動
するための第１歯車列と、フアスナ”の回転に応じて第
２制御アームを駆動するための第２歯車列とを有するレ
ンチを利用する。各制御アームはしンチの作動を制御す
る回路に接続されたスイッチ部材の一部を有している。
上記締付け領域内に於けるフアスナ−の回転中は両制御
アームが一緒に駆動されかつスイッチ部材が閉じられて
いる。比例限界を上廻った時には第２制御アームが第１
制御アームよりも速く駆動され、従ってスイッチ部材は
開かれ、制御回路は切られかつレンチは塙まる。理論的
には、レンチはファスナーの降伏点に於いて停まる。ポ
ーレィ氏の前記特許に記載されている装置は様々な理由
で完全には満足でない。

第１に、もしも両制御アームがトルク・回転曲線の縦付
け領域に於いて一緒に回転されるべきであるならば、両
歯車列が適正な関係を保つことができるように曲線の勾
配が前もって知られなければならない。トルク・張力関
係に就いて説明された同じ理由で一群の理論的に同様な
ファスナーに対して作られるトルク・回転関係において
も様々な変化が生ずる。従って、１群の同機なファスナ
ーのうちの如何なる特定のファスナーを緒付ける時にで
も、制御アームを駆動するのに必要な歯車列は異なるこ
とになる。ポーレィ氏の前記特許に記載されている装置
に関する他の問題はジョイントの接触表面のなめらかさ
の不同またねじの一時的豚着またはゲーリング（ｇａｌ
ｌｉｎｇ）によって起きうるトルク・回転間の一時的増
減に由来する。

これらの現象は制御アームを相対的に動かさせかつレン
チを過早に停めさせるスパイク（ｓｐｉｋｅ）をトルク
・回転曲線の締付け領域内に生じさせる。明らかに、レ
ンチの週早停止は装置の正確さ及び信頼性を低下させる
。従って、締付けサイクル中にプロットされる曲線上の
直線性から、または同曲線の最大勾配の点から逸脱した
時確実にかつ正確に決定することのできる締付け装置を
提供するのが本発明の目的である。

ファスナーを、その降伏点まで、またはトルク・回転曲
線の勾配に顕著な変化を有しかつ予め決められた軸線方
向荷重に対応する他の点まで縦付けるための稀付け装置
を提供するのも本発明の目的である。

更に、組立てられる継手の最小限の既往の知識によって
ファスナーを予め決められた鞄線方向荷重まで緒付ける
ためのファスナーを提供するのも本発明の目的である。

最後に、本発明の目的は多用性で信頼性のある経済的で
正確な縦付け装置を提供することである。本発明の上掲
及びその他の目的はファスナーにトルクを加えかつ回転
を与えるためのレンチを有する締付け装置を提供するこ
とによって達成される。

ファスナーに加えられるトルクを表わす信号を発するた
めの第１機構及びファスナーに与えられた回転を表わす
信号を発するためのもう一つの機構が上記しンチと組合
わされる。これらのトルク及び回転両信号に応答可能な
制御装置があって、これら両信号の何れが遠く増しつつ
あるかを決定し、かつもしもトルク信号が回転信号より
も遠く増しつつあるならば回転信号をトルク信号に相当
するように増す。然し、トルク信号が回転信号に比較し
て次第に減る率で変化しつつある時には回転信号が減ら
されずに意思決定信号が発せられて、この信号ファスナ
ーの降伏点に於いて制御信号を発するように処理される
ことができる。更に詳しく説明すれば、本発明の一実施
例に於いて、トルク信号を発するための機構はファスナ
ーに加えられているトルクに比例する出力を出す第１歯
車装置を有し、また回転信号を発するための機構は可変
比歯車装置を有する第２歯車装置を有している。第１歯
車装置は第１電位差計を駆動し、かつ第２歯車装置は第
２電位差計を駆動する。これら両電位差計から出される
両信号は比較され、かつ増分トルク信号が増分回転信号
よりも大きい時には、可変比歯車装置を制御して、回転
信号をトルク信号に相当するまで増す一方向増幅器へ信
号が送られる。増分トルク信号が変成された回転信号に
比較して減る時には意思決定信号が発せられかつ意思決
定回路へ送られて、制御信号を発する。本発明の他の実
施例では、前記両歯車装置及び両電位差計が、ファスナ
ーに加えられたトルク及び同ファスナーの回転を表わす
信号を発するトルクセル及び角符号器によって置換され
かつこれらの信号が上述の如く比較される。最後に、本
発明のもう一つの実施例では、前記両電位差計は一方向
増幅器または意思決定回路の何れかへ出力信号の送られ
るように、第１歯車装置によって駆動される内方部分及
び他方の歯車装置によって駆動される外方部分を有する
単一電位差計によって置換される。意思決定信号の処理
は本発明のその他の二ニの特徴のうちの一特徴に従って
達成されることができる。

一特徴に従って、意思決定信号または同信号の増加率は
ファスナーの降伏点を表わす予め決められた信号と比較
され、かつ制御信号は両信号が実質的に等しい時に発せ
られる。第２の特徴に従えば、意思決定信号はトルクま
たは回転何れかの信号に比例する信号と比較され、かつ
かく比較された信号が予め決められた関係を有する時に
制御信号が発せられる。この第２の特徴に従えば、継手
組立体の予め決められた知識は必要でない。以上に説明
された本発明を一層良く理解するためには二三の好適実
施例の以下の説明が添付図面と共に参照される。添付図
面の第１図を参照すれば、同図には緒付けられるねじ付
ファスナーに対する典型的なトルク・回転曲線が鉛直軸
に沿ってトルクをプロットされかつ水平軸に沿って回転
をプロットされて示されている。

同曲線はトルク及び回転両軸の交点から点Ａまで延びて
いる初期範囲即ち予備締付け領域を有している。予備綿
付け領域内では、締着組立体の両相手ねじが孫合され終
って一方のファスナーが回転されつつあるけれども、回
転しているファスナーの支承面は継手に含まれた構造部
材の隣接面にまだ接触していないか、または両構造部材
をまだ完全には相互に引寄せていないかの何れかである
。曲線上の点Ａに於いて両構造部材はファスナーによっ
て完全に相互に引寄せられてしまって継手の実際の綿付
けが始まる。本技術分野では、点Ａに於けるトルクが一
般に“スナグ（ｓｎｕｇゾトルクと称される。曲線の点
Ａから点Ｂまで延びている緒付け領域内では、緒着荷重
が両構造部材に実際に加えられつつあり、かつ締着組立
体のボルトは誘発される引張荷重によって舷線方向に伸
ばされつつある。締付け領域全体に亘つて曲線は近似的
に線形でありかつある場合には正確に線形であっても構
わない。然し、最も普通である如く、曲線は少しの曲線
をかつ従って点Ｍを有することになり、点Ｍに於いて曲
線の勾配が最大である。点Ｂに於いてはファスナーの比
例限界に到達し終っている。点Ｂを越えれば、トルク及
び回転はもはや近似的に線形の関係ではなくて、図示の
如く曲線の勾配が最大勾配に比して著るしく減らされる
。この応用の目的のために、点Ｂは降伏範囲の開始点と
考えられることになるが理解されるべきは、点Ｂを越え
れば、次第に増す荷重が継手組立体に依然として譲発さ
れることになることである。点Ｃはファスナーの降伏点
に該当し、かっこの点は降伏点の定義が少し変わるけれ
ども、この点を越えればボルトの変形がも卓や純然たる
弾性ではなくなる点であると考えられることができる。
後段に明らかになるように、本発明による緒付け装置は
トルク・回転曲線上の点ＭまたはＢを検知し、かつそれ
に応答してほぼ点Ｃに於いて制御信号を発することがで
きる。更にまた、理解されるべきは、特定の継手組立体
が降伏点に於ける以外の予め決められた荷重に於いて直
緑性からまたは最大勾配の点から偏崎するように構成さ
れた縦着組立体をも有することができることである。こ
のような偏崎は検知されることができかつ制御信号を発
生させるのに使用されることができる。この理由で、降
伏点なる術語は、以下に使用される如く、ファスナーの
製造されている材料の降伏点のみならず予め決められた
締着荷童においてファスナーの構造によって生じさせら
れるトルク・回転曲線の平らになった部分上の点を含む
と解されるべきである。ここで第２図を参照すれば、同
図には本発明のある特徴の理解を容易ならしめるのに説
明されることになる更に２条の曲線が示されている。

第１の曲線はファスナーに加えられたトルクを、締付け
サイクル中に経過した時間に対してプロットしたもので
あってトルクが鉛直軸に沿ってプロットされかつ時間が
水平軸に対してプロットされている。第２の曲線はファ
スナーの角方向変位卸ち回転を、締付けサイクル中に経
過した時間に対してプロットしたものであって、回転が
鉛直軸に沿ってプロットされかつ時間が再び水平軸に沿
ってプロットされている。第２図に示されている両曲線
は正確ではないが本発明のある特徴を理解する際に有用
な概して近い近似である。先ずトルク曲線を見れば、同
曲線にはトルクが何れかと言えば緩徐に増す予備締付け
領域があって、トルク及び時間両軸の交点から点Ｄまで
延びている。従って、点Ｄはトルク・回転曲線上の点Ａ
に相当する。点Ｄから点Ｅまではトルク・回転曲線の点
ＡとＢとの間の範囲と同様にトルク曲線の綿付け領域を
表わしている。トルク曲線のこの締付け領域内では、ト
ルクが予備締付け領域内に於けるよりも概して速く増加
する。最後に、トルク曲線は点Ｅから始まってトルク・
回転曲線上の点Ｃを越える降伏領域に相当する降伏領域
を有し、同領域内ではトルクが比較的緩徐に増大する。
点Ｆはファスナーの降伏点を表わしている。同様に回転
曲線は回転及び時間両藤の交点から点Ｇまで延びている
予備縦付領域点Ｇから日まで延びている縦付け領域、及
び点日から始まる降伏領域を有している。回転曲線上の
点Ｊ‘ま降伏点を表わしている。第２図は本発明による
諸実施例の以下の説明中に参照される。第４図には本発
明による第１実施例の締付け袋贋１０が示されている。

締付け装置１０‘まモー夕１４、駆動軸１６及びドライ
バビット１８を有するレンチ１２を有している。駆動軸
１６は、ドライバビット１８によって係合されたファス
ナーヘトルク及び回転を伝達するのにモータ１４によっ
て回転される。レンチ１２は如何なる在来型式のもので
でもあることができ、かつ最もありふれているように、
モータ１４は適当な制御弁によって制御される作動流体
の流れによって空気発動させられることができる。理解
されるべきはモータ１４が電気、液圧または空気圧、液
圧または電気の何れかの組合せであることもできること
である。レンチの詳しい細部は本発明の適正な理解に不
必要であり、従ってこれ以上明細には説明されない。レ
ンチ１２は如何なる型式でも適当な型式の剛固なフレー
ム２２に榛ばね２４によって装架されており、同榛ばね
はモー夕１４が作動している時に、緒付けられるファス
ナーに加えられるトルクに等しくて同トルクと反対向き
のトルクによって前記の剛因なフレームのあたりでねじ
れる。

榛ばね２４上に損持されて第１歯車部材２６があって、
同都材は出力軸３０に固定された第２歯車部材２８を駆
動する。出力軸３０の一端は電位差計３２の内方心を駆
動するように連続され、かつ歯車部材２８と電位差計３
２との間には滑りクラッチ３４が挿置されている。レン
チ１２が縦着部材を締付けつつある時に、榛ばね２４は
ねじれて歯車部材２６を回転し、同部材は歯車部材２８
及び出力軸３０を回転する。軸３０の回転は締付けられ
るファスナーに加えられるトルクを表わす信号と考えら
れることができ、同信号は電位差計３２の内方心が軸３
０１こよって駆動された時に同電位差計によって電気信
号に変換される。滑りクラッチ３４を使用すれば、スナ
グトルク（第１図及び第２図上のそれぞれ点Ａ及びＤ）
がファスナーに加えられるまで、電位差計３２の内方心
の回転は妨げられ、かつ出力電気信号は阻止される。実
際には、滑りクラッチ３４はスナグトルクの妥当な近似
値に於いて、例えば、ファスナーに加えられるべき公称
トルクの約２０％に於いて係合するように配置される。
駆動軸１６上に担持されてもう１個の歯車部村３５があ
って、同部材はファスナーの緒付けられる時に歯車部材
３８を介して出力麹３６を駆動する。

軸３６の出力は、他の出力轍４２を駆動するように配置
された可変比歯車装置４０を駆動し、出力軸４２の出力
端は電位差計４４の内方心を駆動するように連結されて
いる。軸４２の両端間の中間には、他の滑りクラッチ４
６があって、同クラッチもスナグトルクがファスナーに
加えられるまで電位差計４４の内方心の回転を妨げかつ
出力電気信号を阻止するのに使用される。軸３６の回転
はファスナーの角万向回転を表わす信号と考えられるこ
とができ、同信号は可変比歯車装置４０の調整によって
変成される。従って藤４２の回転は変成された回転信号
を表わす信号と考えられることができかつ電位差計４４
によって電気信号に変換される。本発明の好適実施例に
利用される装置のこれ以上の説明を続ける前に、本発明
の基本的原理が次に説明される。

第２図を参照すれば、同図に示されているトルク及び回
転両曲線は軸３川こよって発せられたトルク信号、及び
軸３６によって発せられた回転信号をプロットした曲線
と考えられることもできる。理解されることができるの
は両曲線の近似的に線形の範囲、即ち、綿付け領域内に
於いて、即ちトルク曲線上の点Ｄ乃至Ｅ、及び回転曲線
上の点Ｇ乃至日に於いて一方の信号、好ましくはトルク
信号が他方の信号、好ましくは回転信号よりも速く増し
つつあることである。両信号間の的確な関係は勿論、綾
ばね２４の可榛性、並びに樺ばね２４と軸３０との間及
び軸１６と３６との間の両歯車比に左右される。指摘さ
れたように、好ましいのは、スナグトルクが加えられて
からトルク信号が最初に回転信号よりも速く増すように
歯車装置を配置することである。本発明の基本原理に従
えば、回転信号は係数Ｘを秦ぜられることによって変成
され、好ましくは回転信号が両曲線の締付け領域のある
部分にわたってトルク信号と等しくなるように、同信号
の増分に係数が秦ぜられる。その結果、第２図のトルク
及び回転両曲線は一致させられる。第４図に示されてい
る本発明の好適実施例に於いて、回転信号の糟倍は可変
比歯車装置４川こよって達成される。

ファスナーが縦付けられトルク・回転曲線のスナグ点に
於いてクラッチ３４及び４６が係合された時に可変比歯
車装置４０は、軸４２の回転が軸３６の回転に等しいよ
うに、即ち、髄４２の最初の回転がファスナーの最初の
回転を表わす信号でもあるように調整される。軸３０及
び４２によって発せられる信号は、既に指摘されてもい
るように、電位差計３２及び４４によってそれぞれ電気
信号に変換され、かつコンパレータ４８へ送られ、同コ
ンパレー外ま最初のトルク及び回転両信号の差を表わす
出力信号を出す差動増幅器の形をしていることができる
。その出力信号は一方向増幅器５０、即ち一方向にのみ
利得特性を有する増幅器へ送られ、そしてこの一方向増
幅器は出力信号を可変比歯車装置４０へ送って、同装置
が同装置の歯車比を増す。可変比歯車装置４０の歯車比
を増すことによって、出力軸４２の回転並びに電位差計
４４の出力は変成される、即ち増された歯車比に等しい
係数Ｘを素ぜられることによって増される。電位差計４
４の出力が電位差計３２の出力に等しい時に、コンパレ
−夕４８は一方向増幅器５０へ大した出力信号を送らな
くなり、そしてこの一方向増幅器は可変比歯車装置４０
へ作動信号を送らなくなる。この点に於いて可変比歯車
装置４０の歯車比は以下に説明される如く僅かに一時的
に一定にされ、かつ回転信号を増倍し続け、かつスナグ
点から測られた回転信号の各増分に対して係数Ｘを乗じ
た変成された回転信号を出す。もしもトルク信号の増加
率が回転信号の増加率に比して再び増すならば、即ち、
トルク信号が電位差計４４よって出される変成された回
転信号に比して増すならば、コンパレータ４８は可変比
歯車装置４０の歯車比を増す一方向増幅器５０へ出力信
号を再び送り、従って歯車装置４０はトルク信号が増加
した点から測られる回転信号の増分に他の係数Ｘ２を乗
ずることによって、回転信号の増分を増倍し、かつ回転
信号のこの新たに増された増分を、軸４２及び電位差計
４４によって出される変成された信号が電位差計３２に
よって出されるトルク信号と再び等しくなるまで回転信
号の既に増された増分に加える。この過程はトルク信号
が変成された回転信号を上廻る度毎に繰返される。明瞭
であるべきは、変成された回転信号が瞬間係数Ｘを乗じ
られた増分回転角全部の合計に等しく、かつ便宜上積算
回転信号と称されることができることである。数学的に
は、積算回転信号はＺＸ△ＲまたはノＸｄＲ と表わされることができ、ここでＸは瞬間係数であり、
かつ△Ｒはファスナーの糟分回転である。

第１図に示されているトルク・回転曲線の締付け範囲、
即ち点ＡからＢまでがもしも正しく線形であるならば、
一方向増幅器５０は可変比歯車装置４０の歯車比を調節
する最初の信号を出すことになって同装置４０が次いで
回転信号を増倍して積算回転信号を出す。曲線が線形な
ので可変比歯車装置はこれ以上調節されない。第１図に
示されている曲線上の点Ｂに到達した時に、回転信号は
トルク信号よりも遠く増しつつあり、かつコンパレータ
４８から出される出力は逆極性信号であり、便宜上逆極
性信号は以下に負と考えられかっこの信号は増幅器５０
が一方向利得特性を有しているので同増幅器を通して送
られることができない。以下に詳しく説明されるように
、この負信号は意思決定回路５，２へ送られて、同回路
がファスナーの降伏点に到達し終った時を示すようにか
つレンチを停止させるのに制御弁２０へ送られる制御信
号を発するように上記負信号を処理する。然し、最も普
通であるように、トルク・回転曲線は締付け範囲に於い
て正確には線形でなく、従って一方向増幅器５０は同曲
線の最大勾配が経験されるまで、即ち同曲線上の点Ｍま
で、絶えず可変比歯車装置４０の整定を調節する。点Ｍ
が経験された時に、積算回転信号はトルク信号よりも遠
く増し始め、かつコンパレータ４８から出される信号は
極性を変え始め、再び便宜上、以下に負と考えられ、か
つ点Ｂに到達して著るしく増加する時まで比較的小さい
値を有している。この負信号は処理されて、ファスナー
の降伏点に到達した時を決定するのにかつ次いでレンチ
を停止させるのに制御弁２０へ送られる制御信号を発す
るのに意思決定回路５２へ送られる。従って、負信号は
意思決定信号である。本発明の上述された説明は第３図
に総図にして示されており、同図は電位差計３２から出
された信号がプロットされて、ファスナーに加えられる
トルクと、電位差計４４が出されて積算回転信号を表わ
す信号との関係を表わしている。

トルク信号は曲線の鉛直軸上にプロットされかつ積算回
転信号は水平軸上にプロットされている。スナグトルク
がファスナーに加えられるまで、即ち、第Ｉ図に示され
ている曲線上の点Ａに到達するまで、何れの電位差計も
出力を出さない。トルク・回転曲線上の点Ａを越えて点
ＢまたはＭまで、稀付け領域の正確な特性に左右されて
トルクの各増分増加△Ｔに対してはトルクの増加と数値
が恐らく等しくない回転増加△Ｒがある。第１図乃至第
３図からトルクの増分増加△Ｔを投影して、見られるこ
とができるのは、本発明によればトルクの各増分増加が
積算回転信号の等しい増分増加×△Ｒに帰着することで
ある。第３図に示されている曲線は積算回転信号がトル
ク信号と等しく維持されるので、第１図に示されている
曲線上の特定な点ＢまたはＭに到達するまで、軸と４５
ｏの角を形成する直線である。適当な点を越えれば、曲
線は平らになり始めて、コンパレータ４８の出力が負で
あることを示す。尚第１図及び第３図を参照して見られ
ることができるのは、如何なる回転増分に対しても、回
転信号が係数Ｘを乗じられることであり、かつ次に説明
されるのは係数Ｘが第１図のトルク・回転曲線の瞬間勾
配を表わしていることである。

締付け範囲内のトルク信号は積算回転信号に等しいから
、次の式が書かれることができる。Ｔ−ＺＸ△Ｒ＝０ 従って、負信号がコンパレータ４８によって出される前
月０ち、点ＢまたはＭに到達する前には、上式は各回転
増分に対して次の式の書かれることができることを意味
している。

Ｘ△Ｒ＝△Ｔ及びＸ＝△Ｔ／△Ｒ 勿論、△Ｔ／△Ｒはトルク・回転曲線の勾配である。

その他の注目される−点はもしもトルク・回転曲線の勾
配が変わるならば、係数Ｘは減少されることがないので
、曲線が最大の瞬間勾配を示すＭ点（曲線の変曲面に相
当する）に達した後の回転の変成はＭ点での瞬間勾配、
即ち曲線の最大瞬間勾配で行われ続ける。本発明の第４
図の実施例の説明を終って、次に、同実施例と併用可能
な異なる意思決定回路５２の示されている第７図乃至第
９図が参照される。

第７図には意思決定回路５２が示されており、同回路は
コンパレータ４８から負信号、即ち、意思決定信号を送
られるコンパレータ５４を有している。コンパレータ６
４へは信号発生器５６からも、降伏点に於いてコンパレ
ータ４８から予期される信号を表わす予め決められた負
信号が送られる。コンパレータ４８から送られる意思決
定信号が信号発生器５６から送られる予め決められた信
号に実質的に等しいかまたはそれよりも負である時には
、制御信号が発せられかつ制御弁２０へ送られて、同弁
を閉じかつレンチを停止させる。注目されるべきはコン
パレータ５４及び信号発生器５６が在来装置であってこ
れ以上説明される必要がないことである。第７図に就い
て説明された意思決定回路は、締付けられる継手の仕様
書が既知である場合、及び降伏点を表わす平均値が予め
決められることができかつ信号発生器５６にセットされ
ることができる場合に特に有用である。

第７図に示されている回路を使用すれば、妥当な程度の
正確さが得られることができる。然し、継手の仕様書が
前もって知られていないか、または更に高い精度が所望
される場合に、意思決定回路は第８図及び第９図に示さ
れている型式を有することができる。第８図には意思決
定回路５２の第２実施例が示されて、同回路はコンパレ
ー夕４８から負の意思決定信号を、かつ電位差計４４か
ら積算回転信号を受ける勾配計５８を有している。

勾配計５８は意思決定信号を入力として各々受けかつ直
列に接続されたシフトレジス夕及び減算回路の形にされ
ても構わない。シフトレジスタはアナログ・ディジタル
コンバータを通して送られる積算回転信号によってクロ
ツクされ、このシフトレジスタの出力は減算回路へ送ら
れ、同回路は勿論、同回路の入力であるシフトされたも
のと、されないものとの２つの意思決定信号を減算して
、積算回転信号に対する意思決定信号の変化率を表わす
出力信号を出す。勾配計５８から出される出力は降伏点
に於ける積算回転信号に対する意思決定信号の予期され
る変化率を表わすと決められている。信号発生器６２か
ら送られる他の負の入力信号を受けるコンパレータ６０
へ送られる。以下に明らかにされるように、積算回転信
号に対する意思決定信号の変化率がトルク・回転曲線の
最大勾配に対して予め決められた関係を有する時に、降
伏点に到達し終っていることは既に決定されており、か
っこの関係は、下に明らかにされることになるように計
算器の性質をしている信号発生器６２にセットされてい
る。コンパレータ６０が同コンパレータの両入力信号の
相等しいこと、または信号発生器６２から送られる信号
よりも勾配計５８から送られる信号の更に負であること
を決定した時に、同コンパレー外ま制御信号を制御弁２
０へ送って同弁を閉じかつレンチを停止される。信号発
生器６２にセットされる関係は次の説明から理解される
ことができる。

コンパレータ４８から発せられる意思決定信号は次の遜
りに表わされることができる。Ｄ＝×ｍ（Ｒ−Ｒｍ）一
（Ｔ−Ｔｍ） 上式に於いてＤは意思決定信号を表わし、Ｘｍはトルク
回転曲線の点Ｍに於ける係数、即ち最大勾配の係数を表
わし、Ｒは瞬間回転を表わし、Ｒｍは点Ｍに於ける回転
を表わし、Ｔは瞬間トルクを表わし、かつＴｍは点Ｍに
於けるトルクを表わしている。

上に説明された記号を使用して説明を続ければ、勾配計
５８の出力は次の通り表わされることができる。△Ｄ／
△Ｒ かつ上式のＤをＲで微分することによって次式カ＃得ら
れる。

麦＝ｘｍ−△△青 ジョン・テイ・ボーイズ（ＪｏｈｎＴ．Ｂｏ侭）氏によ
って“回転または線形剛性を決定する装置及び方 法（
Ａｐｐａｒａｔ眺 めｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏ
ｆＤｅｔｅ肌肌ｎｇＲ０ねｔｉｏｎａｌｏｒ Ｌｉｎｅ
ａｒＳｔｉｆｆｎｅｓｓゾと題して１９７４手９月１９
日付で出願された米国特許出願第５０７４１７号に記載
されている説明から知られているのは、降伏点に於いて
△Ｔ／△Ｒがトルク・回転曲線の最大勾配の約０．２５
から約０．７５までの、かつ最も普通には約０．５０の
値を有することである。

この事実を利用することによって、理解されることがで
きるのは、降伏点が上掲最後の式を次の通りに書換える
ことによって定義されることができることである。Ｘｍ
一０．５０ＸｍまたはＸｍ（１一０．５０）または０．
５０Ｘｍ従って、理解されることができるのは、回転信
号に対する意思決定信号の変化率を表わす信号が約０．
５０Ｘｍに等しいか、またはもしも所望されるならば約
０．２球ｍ乃至０．７球ｍの範囲内にある時に、降伏点
に到達し終っていることである。

従って、信号発生器６２はトルク・回転曲線の最大勾配
Ｘｍを表わす信号を一方向増幅器５０から受け、かつ同
信号発生器は上に説明されたように所望される予め決め
られた関係に従って計算を行なうための計算器回路を有
し、かつ同信号発生器はやはり上に説明されたように勾
配計５８から送られた信号と比較するのにコンパレータ
６０へ送られる信号を上記関係に従って出す。第９図に
示されている意思決定回路５２はコンパレータ４８から
負の意思決定信号を受け、かつ増幅器６６からも負信号
を受けるコンパレータ６４を有している。

増幅器６６から送られる負の信号はファスナーに加えら
れるトルクに、または好ましくはファスナーの回転に比
例し、従ってこの増幅器は何れか一方の電位差計３２ま
たは４４から入力信号を受ける。意思決定回路５２のこ
の実施例によれば、制御弁２０を閉じかつレンチを停止
させる制御信号は意思決定信号がトルクまたは積算回転
何れかの信号に対して予め決められた関係を有する時に
発せられる。従って、増幅器６６はこの予め決められた
関係に従って同器の入力信号を整え、かつ意思決定信号
と比較される負の出力信号を出す。決定されているのは
、増幅器６６がトルク信号または積算回転信号の約一０
．００２乃至−０．０２０の出力信号を出すべきことで
ある。意思決定信号が増幅器６６から出される信号より
も更に負であることをコンパレータ６４が決定した時に
、同コンパレータは制御弁２０へ送られて同弁を閉じか
つレンチを停止させる制御信号を発する。次に第５図を
参照すれば、本発明の他の実施例が示されており、かつ
第４図に示されている実施例と概して同様である。

従って、類似の部分には同じ参照数字が使用されている
。この実施例では歯車部村２６，２８，３５及び３８並
びに可変比歯車装置４０及び電位差計３２及び４４が省
かれている。トルク信号は出力軸１６と、第４図の実施
例のフレーム２２とある程度同様な剛固なフレーム７６
との間に装架されたトルクセル７４によって発せられる
。トルクセル７４は、締着部村に加えられたトルクを表
わす信号を、レンチにかかる反作用トルクの測定によっ
て発するようにホィートストーンブリッジ（図示せず）
に接続されることができ、かつひずみ計７８の取付けら
れた可捺環状部材を有する概して在来通りの装置である
。角方向回転を表わす信号を発するのに、適当な符号器
８０が駆動軸１６の内方延長部上に担持されかつ同駆動
軸と共に回転する。近接探針（近接プローブ）８２がモ
ータ１４のハウジングに貫通して装架されかつ同探針は
符号器８０上に形成された歯の通過を感知して、ファス
ナーの角方向回転の予め決められた増分を表わす信号を
発する。この増分信号は、一方向増幅器５０の出力によ
って制御されて調整される乗算器８４を通して送られる
。この増惜された信号は、第４図の実施例に於いて電位
差計４４によって発せられたのと同様な積算角方向回転
信号を発するのに、適当な加算器８６に加えられる。ト
ルクセル７４及び加算器８６から発せられる両信号はコ
ンパレータ４８を通して送られ、かつ第４図の実施例に
於ける如く処理される。意思決定信号が発せられた時、
同信号は第７図乃至第９図の意思決定回路５２へ送られ
かつ処理されて制御信号を発しかつレンチ１２を停止さ
せる。次に第６図を参照すれば、本発明による縦付け装
置の別な実施例が示されており、この実施例も第４図に
示されているのと概して同様である。

従って、同じ参照数字が詳述はされない類似部分に使用
されている。第６図に見られるように、電位差計３２及
び４４並びにコンパレータ８は省かれて、代りに単一電
位差計８８がある。軸３０が電位差計８８の内方心を駆
動し、かつ軸４２が同電位差計の外方部分即ちスラィダ
組立体を駆動する。電位差計８８の内方心の回転はファ
スナーに加えられたトルクを表わす信号であり、かつ外
方部分の回転は、歯車装置４０の整定が一方向増幅器５
０によて調整されたか否かに応じて、ファスナーの回転
または歯車装置４０の比を秦ぜられた回転の積分を表わ
す信号である。電位差計８８によって発せられる電気信
号は従って第４図の実施例に於いてコンパレータ４８か
ら出される信号と同等である。即ち、もしもこれら両信
号が相等しいならば、同電位差計の内方心及び外方部分
は零位点に於いて一緒に回転して出力を出さない。一方
の信号が他方の信号よりも速く増しつつある時には、電
位差計８８から出される信号は一方向増幅器５０または
第７図によることのできる意思決定回路５２の何れかを
通して送られる。以上には、本発明による締付け装置の
二三の好通実施例が説明されたけれども、様々な改変が
本技術分野に精通せる入々には明白であり、かつ本発明
の前掲特許請求の範囲に記載されている如き所期の範囲
内にある。

【図面の簡単な説明】

第１図は綿付けサイクル中にファスナーによって経験さ
れる典型的なトルク・回転関係の特性を示す曲線の図、
第２図は締付けサイクル中にファスナーによって経験さ
れる典型的なトルク・時間及び回転・時間両関係の特性
を示す曲線の図、第３図は本発明による総付け装置の作
動の基本的原理を示す曲線の図、第４図は本発明の一実
施例による縦付け装置の略図、第５図は本発明の他の実
施例による締付け装置の略図、第６図は本発明の更に他
の実施例による締付け装置の略図、そして第７図乃至第
９図は降伏点に達した時を決定するのに本発明による装
置の諸実施例によって発せられる信号を処理するための
異な回路をそれぞれ示す図である。 １０・・・・・・「締付け装置」、１６・・・・・・「
第２信号を発するための装置ト２４…・・・「第１信号
を発するための装置」、４８・・・・・・「制御装置」
、５２…・・・「制御信号を発するための装置上第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 降伏点が検出されるまでフアスナーを締付けるため
   の締付け装置にして、 前記フアスナーの第１締付け特
   性を表わす第１信号を発するための第１の装置、及び前
   記フアスナーの第２締付け特性を表わす第２信号を発す
   るための第２の装置、 締付けられるフアスナーに対し
   て、ある基準点を原点としてプロツトされることのでき
   る前記第１・第２信号の曲線上において前記第１信号の
   値が前記第２信号の値よりも大きくなつた時を決定し、
   その時の前記曲線の瞬間勾配に相当する係数を前記第２
   信号のその時以降の増分値に乗ずることによつて変成し
   て第１信号の値と等しくなるようにし、それ以降も引続
   く前記第２信号の増分値を変成し続け、もし前記第１信
   号の値が、前記第２信号の増分値に対する前記変成値の
   累積値よりも、再び大きくなつた時は、その時の前記曲
   線の瞬間勾配に相当する、それまでの係数より大きな係
   数を、その時以後の前記第２信号の増分値に乗ずること
   によつて変形し続け、前記第２信号の各増分値に対する
   各変成値の累積値が、前記第１信号の値よりも大きくな
   つた時に意思決定信号を発するために、前記第１及び第
   ２信号に応答する第３の装置、及び 前記フアスナーが
   降伏点に到達した時に制御信号を発するために前記意思
   決定信号に応答する制御装置を有することを特徴とする
   締付け装置。 ２ 特許請求の範囲第１項の締付け装置にして、前記第
   １信号は前記フアスナーに加えられたトルクを表わし、
   かつ前記第２信号は前記フアスナーの回転を表わすこと
   を特徴とする締付け装置。 ３ 特許請求の範囲第２項の締付け装置にして、前記第
   ３の装置は比較装置及び前記第２の装置と前記比較装置
   との間の信号増倍装置を有すること、前記信号増倍装置
   は前記回転信号の増分を増倍するように作動可能であり
   、その出力信号は増分回転に対する前記変成回転信号の
   累積値であること、前記比較装置は前記トルク信号を前
   記変成回転信号の累積値と絶えず比較して何れが大きい
   かを決定しうるように作動するようにされていることを
   特徴とする締付け装置。 ４ 特許請求の範囲第３項の締付け装置にして、前記ト
   ルク信号が前記変成回転信号の累積値よりも大きい時に
   前記比較装置が発する信号が一方向増幅装置へ送られ前
   記信号増倍装置を制御することを特徴とする締付け装置
   。 ５ 特許請求の範囲第１項の締付け装置にして、前記第
   １及び第２の装置は同一の電位差計を駆動するそれぞれ
   の軸を有することを特徴とする締付け装置。 ６ 特許請求の範囲第１項の締付けけ装置にして、前記
   第１の装置は第１電位差計を駆動する軸を有すること、
   及び前記第２の装置は第２電位差計を駆動する軸を有す
   ることを特徴とする締付け装置。 ７ 特許請求の範囲第２項の締付け装置にして、前記第
   １の装置はトルク測定セルを有すること及び前記第２の
   装置は回転増分符号器を有することを特徴とする締付け
   装置。 ８ 特許請求の範囲第１項の締付け装置にして、前記制
   御装置は前記意思決定信号を予め決められた信号と比較
   するための装置を有することを特徴とする締付け装置。 ９ 特許請求の範囲第２項の締付け装置にして、前記制
   御装置は前記意思決定信号の変化率を決定するための装
   置、及び前記トルク・回転曲線の勾配を代表する信号と
   前記意思決定信号の変化率を比較するため、及び前記意
   思決定信号の前記変化率がトルク・回転曲線の勾配を代
   表する信号の予め決められた比率である時を決定するた
   めの装置を有することを特徴とする締付け装置。１０
   特許請求の範囲第９項の締付け装置にして、前記の予め
   決められた比率は約０．２５乃至約０．７５の範囲内に
   あることを特徴とする締付け装置。 １１ 特許請求の範囲第１０項の締付け装置にして、前
   記の予め決められた比率は約０．５０であることを特徴
   とする締付け装置。 １２ 特許請求の範囲第２項の締付け装置にして、前記
   制御装置は前記トルクまたは前記変成回転信号の累積値
   の何れか一方の信号と前記意思決定信号を比較するため
   、及び前記比較された両信号が予め決められた関係を有
   する時に前記制御信号を発するための装置を有すること
   を特徴とする締付け装置。 １３ 特許請求の範囲第１２項の締付け装置にして、前
   記制御信号は前記意思決定信号が前記何れか一方の信号
   の約０．００２乃至約０．０２である時に発せられるこ
   とを特徴とする締付け装置。 １４ 特許請求の範囲第１項の締付け装置にして、前記
   制御信号は前記フアスナーの締付けを停止させるように
   作用できることを特徴とする締付け装置。