JPS6119573A

JPS6119573A - ボルトの締付け方法

Info

Publication number: JPS6119573A
Application number: JP14005184A
Authority: JP
Inventors: 真金青木; 道内　信之; 渕上　正朗
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1984-07-06
Filing date: 1984-07-06
Publication date: 1986-01-28

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】「発明の技術分野」本発明は、ボルトの締付は方法に関するものである。

「従来の技術」メルトが所定角度締付けられる毎に締付はトルクの勾配
を検出し、このトルク勾配がその最大値よシも一定以上
減少した場合にボルトが降伏点まで締付けられたとみな
して該ボルトの締付けを停止する方法が従来提案されて
いる。

「発明が解決しようとする問題点」ざルトを締付けている途中において、たとえば該ボルト
のネジ山にゴミをかみ込んだ場合、ゲルトは回転するも
のの締付はトルクは増加しないという現象、つまシ上記
締付はトルクの勾配が大きく減少するという現象（すベ
シノイズと呼ばれている）が発生する。

上記従来方法では、かかる場合にゲルトが降伏点まで締
付けられたと判断するので、上記ボルトの締付けが完了
していないにもかかわらずその締付けが停止されるとい
う不都合を生じていた。

「問題点を解決するための手段」本発明は、上記従来方法の問題点を解決するため、ゲル
トが締付は方向に微小角度θ６だけ回転される毎に締付
はトルクの勾・配を検出し、上記トルク勾配がその最大
値をα倍した第１のしきい値以下となったさいに、上！
６角度θｇのステップでＮ（２以上の整数）ステップだ
け上記ボルトを更に締に締付けるとともに、個９々のス
テップの締付けが終了する毎にその時点でのトルク勾配
の値が第２のしきい値よシも小さいか否かを判断し、そ
れらのトルク勾配がいずれも上記第２のしきい値以下で
ある場合にボルトの締付けを停止するようにしている。

「作　用」本発明では、トルク勾配が降伏点検出用のしきい値以下
に減少した場合に、さらにボルトを上記角度θＳまたは
Ｎ・θ、たけ締付けて該ざルトが真の降伏点に達するま
で締付けられたか否かを判断する。

「実施例」以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図ないし第６図は、本発明に係るゲルトの締付方法
の一実施例を示したフローチャートである。また第７図
はこの方法を実施するためのボルト締付装置の一例を示
し、上記フローチャートに　　。

示す処理手順はこの締付装置に備えられたマイクロコン
ピュータ１によって実行される２゜第７図に示したゲル
ト締付装置は、ボルト２を締付けるためのボルト締結機
３を備え、該ボルト締結機は可逆転モータ４（その駆動
源として拡電動機、油圧モータ、空圧モータ等が使用さ
れる）と、該モータの動力をソケットレンチ５に伝達さ
せる減速機６およびクラッチ７と、上記ソケットレンチ
５によるゲルト２の締付はトルクを電気信号として検出
するトルク検出器８と、上記ソケ。

トレンチ５が微小角度θ４回転される毎にノ４ルス信号
を出力する例えばインクリメンタルエンコーダ等のパル
ス発生器９とから構成されている。

本実施例に係るボルトの締付は方法は、このゲルト締付
は装置を用いて以下のように実施される。

すなわち、第１図に示すように、まずサンプリング回転
角度θ、、平均値算出用回転角度間隔θＳ，５降伏点検
出用のトルク勾配しきい値（最大トルク勾配（ＭＧ）Ｘ
α）を設定する係数α（たとえば０．７〜α３に設定さ
れる）、降伏点真偽判定用しきい値ＭＧＸβを設定する
係数β、降伏点真偽判定用の締付はステップＮ等の条件
が設定される（ステラ７’１００）。

この条件設定後、第７図に示したマイクロコンピュータ
１の中央処理装置１０（以下、ＧＪと略称する）よｊＤ
　Ｉ１０ポート１１に締付は開始信号が出力される。こ
の結果、駆動回路１２を介してモータ４とクラッチ７が
起動され、ボルト２の締付けが開始される（ステラｆ１
０１　）。

第２図は、第１図のステ、ゾ１０２に示す差分値計算処
理の一例を詳細に示している。同第２図に示す如くこの
ステップ１０２においては、まずＣＰＵ　１０に白鷺さ
れた差分カウンタのカウント値に、降伏点真偽判断のた
めの回転ステ、ｆ数カウンタのカウント値Ｎおよびサン
プリング個数カウンタのカウント値ａが各々［＝Ｑ　、
Ｎ＝０およびａ　＝　０に初期値化される（ステップ１
０２Ａ。

１０２Ｂおよび１０２Ｃ）。

ついで上記差分カウンタの値が１つ増加され（ステ、グ
１０２Ｄ）、同時にＩｌｏ　／−）　１１に回転角入力
信号が出力される。これによ〕ノ臂ルス発生器９よ多出
力されるノ４ルス信号が取シ込まれ、そしてこのパルス
信号の数が予設定数つま少第８図に示すサンプリング用
回転角度θ、に対応する数に達したか否かの判断がなさ
れる（ステップ１０２Ｅ）。しかして、この判断がＹＥ
Ｓになると、上記サンプリング個数カウンタの値ａが１
つ増加され（ステ、グ１０２Ｆ）、同時にその時点のト
ルク値Ｔ、を示すトルク検出器８の出力がサンプリング
される（ステラ７’１０２Ｇ’）、；サンプリングされ
たトルク値Ｔ１は、ＣＰＵＩｃ内の平均値レジスタにお
いてこのレジスタの記憶値（最初は零）に加算され、そ
してその加算結果Ｓ　（Ｋ）に対する平均値ｓ、　（Ｋ
）＝　８（Ｋ）が演算される（ステ、グ１０２Ｈ）。

ステ、ノー０２ｇ〜１０２Ｈに示す処理は、次のステｙ
　７’　１０２　Ｉに示す判断がＹＥＳとなるまで、つ
まｂ締付はトルクのサンプリング個数を示すカステップ
１０２Ｈにおける平均値８．（Ｋ）は第８図における角
度ステッｆ０８中にサンプリングされたａ＝Ｍ個のトル
ク値の平均値を示唆している。

ステラ：７’１０２Ｉの判断がＹＥＳとなると、差分カ
ウンタの値ＫがＫ）１であるか否かの判断がなされる（
ステラ７’１０２Ｊ）。現時点においてこの差分カウン
タの値Ｋ１１ｌであるからこのステ。

７’１０２Ｊの判断はＮＯであシ、シたがって前記ステ
ップ１０２Ｃ〜１０２Ｊに示す内容が再び実行される。

セしてＫ）１となると、つｌ）平均値５Ａ（Ｋ）が２つ
求まると１．現角度ストップθＳでの平均値５Ａ（Ｋ）
と１つ前の角度ステップθＳについての平均値Ｓ、（Ｋ
−１）との差Ｇ　（Ｋ）がトルク勾配として計算される
（ステラｆ１０２Ｋ）。

差分値Ｇ　（Ｋ）が算出されると、第１図のステ。

プ１０３に示す最大差分値の東進処理が実行されるが、
現時点においては１つの差分値Ｇ　（Ｋ）が求められた
だけであるから、この差分値が最大差分値ＭＧとして最
大差分値レジスタに記憶される。

ステ、ｆ１０４では、第２図のステップ１０２にで求め
られたトルク勾配たる差分値Ｇ　（Ｋ）が上型最大差分
値ＭＧに係数α（この実施例では０．５）を掛けたしき
い値ＭＧＸα以下になったか否かが判断されるが、現時
点においてはＧ　（Ｋ）　＝ＭＧであることから、この
判断はＮＱであシ、シたがって第２図に示したステップ
１０２Ｃ〜１０２にの内容が再び実行される。

かくして、ぎルト９が角度θＳ回転される毎に順次トル
ク勾配たる差分値Ｇ　（Ｋ）が計算され、かつこの差分
値Ｇ　（Ｋ）の最大値ＭＧが更新される。

ところで、ステップ１０４の判断がＹＥＳになったとし
ても、必ずしもゲルトが降伏点まで締付けられたとは限
らない。すなわち、前述したようにゲルトのネジ出にゴ
ミ等が噛み込まれた場合などにおいては、第８図にＸで
示す如くトルクカーブ上に平坦部分（スベリノイズ）が
生じ、かかる場合にはざルトが降伏点まで締付゛けられ
ていないにもかかわらずトルク勾配の値がしきい値ＭＧ
Ｘα以下となる。

そこで本発明では、真の降体点までゲルトが締付けられ
たことを確認するため以下のような処理テ、ゾでＮステ
、ｆ回転させ、そのさいステップ１０５で個々のステッ
プについての回転が終了したか否かを判断するとともに
、このステラ：７′。１０５の判断がＹＥＳとなる毎に
前記回転ステップ数カウンタの値Ｎ　；ｌｉ：二１つ増
加しくステ、グ１０．７）、さらに個々の回転のステッ
プについての回転が終了した時点でのトルク勾配Ｇ（Ｋ
＋１・０．　）　、　Ｇ（Ｋ＋２・θ、）。

・・・がしきい値りよシも小さいか否かを判断している
（ステ、グ１０７）。

第３図は、ステ、ゾ１０７におけるしきい値り、をステ
、ｆｌ　０４における判断基準に用いたしきい値ＭＧＸ
αと同様な値に設定した実施例を示している。

いま、第８図に示したＰ点において第１図に示したステ
ップ１０４の判断がＹＥＳになると、その時点より角度
０．だけ回転され喪ときのトルク勾配Ｇ（Ｋ十θＳ）は
第８図の例ではＧ　（Ｋ＋　ｅ、）＜ＭＧＸαである。

それ故、第３図に示したステ、ｆ１０７−１の判断はＹ
ＥＳとな）、その結果、第１図に示したステップ１θＳ
の゛判断、つまシカウンタの値Ｎが設定数（たとえば２
〜５に設定される）Ｋ達したか否かの判断が実行される
。このステ、ゾ１θＳの判断は現時点においてＮＯであ
るから、再び前記ステ、デ１０２Ｃ〜１０２におよびス
テップ１０３〜１０６の内容が実行され、そして第３図
に示したステップ１０７−１においてＧ（Ｋ＋２・θＳ
）くＭＧＸαなる判断が実行される。

第８図に示したＰ点で擬似的な降伏点が検出された場合
、その後において必ずトルク勾配が増加する現象を生じ
、同図の例ではＧ　（Ｋ＋２・θ、）＞ＭＧＸαとなる
。そこでこの場合、ステ、ゾ１０７−１の判断がＮＯと
なって第２図に示すステッ７’１０２Ｂ以後の内容が再
び実行される。つｔｂ＝ｐルトの締付けが続行される。

そして、たとえば第８図に示す真の降伏点Ｐ’に達する
角度までボルトが回転されて、第１図に示したステップ
１０４の判断がＹＥＳになると、前記と同様にメルトが
角度θＳのステップでＮステップ回転される。上記真の
降伏点Ｐ′が現われた場合、第８図に示すようにそれ以
後に検出されるト〃り勾配はいずれもしきい値ＭＧＸα
を越えない。つまシステップ１０７−１の判断がＮＱに
なることは無い。それ故、カウンタの値Ｎが設宥回数ま
で増加されてステ、７’１θＳの判断がＹＥＳとなシ、
その時点でボルトの締付けが停止される（ステップ１０
９）。なお、必要に応じて、締付停止時またはこの停止
時に到るまでのトルクデータ、回転角データ等がインタ
ーフェース１５を介してプリンタ１６に記録され、また
ＣＲＴ　１７に表示される（ステ、グ１１０）。

第４図は、上記ステップ１０７の判断の他の実施例１０
７−２を示し、この実施例では、前記しきい値りを第９
図に示す値Ｇ　（Ｋ）、つまり擬似降伏点Ｐまたは真の
降伏点Ｐ′が検出された時のトルク勾配値Ｇ（Ｋ）に設
定している。擬似降伏点Ｐが検出された場合、前記角度
範囲Ｎ・θＳの間において検出されるトルク勾配のいず
れかあるいは全て　　Ｉがしきい値ｃ　（Ｋ）よシも大
きくなるので、ステップ１θＳの判断はＹＥＳにならな
いが、真の降伏点Ｐ′が検出された場答、その時点以後
の角度範囲Ｎ・θＳで検出される各トルク勾配の値はい
ずれもしきい値Ｇ　（Ｋ）以下となる。それ故、この実
施例−においても、真の降伏点Ｐ′が検出されたときの
みボルトの締付けが停止される。

第５図は、前記しきい値りをＭＧＸβに設定したさい値
をもち、したがって、この実施例に係るしきい値ＭＧＸ
βはたとえば第１θ図に示すような態様で設定される。

第６図もステップ１０７の別の実施例１０７−４を示し
、この実施例ではしきい値りとしてトルク勾配値Ｇ（Ｋ
＋（Ｎ−１）・θａ）を用いている。このしきい値Ｌ＝
Ｇ（Ｋ＋（Ｎ−１）・θＳ）は、紐Ｎ＝１のときのトル
ク勾配Ｇ（Ｋ＋θ、）に対しＩ、＝Ｇ（Ｋ）となｐ、Ｎ
、＝２およびＮ＝３のときのトルク勾配Ｇ（Ｋ＋２・θ
、）およびＧ　（Ｋ−１−３・θＳ）に対しＬ＝Ｇ（Ｋ
＋−，）およびＧ（Ｋ＋２θＢ）となる。それ故、この
実施例の場合、ステラｆｌＯ７に−おいて第８図の角度
範囲Ｎ・θＳで検出される各トルク勾配がそれらのトル
ク勾配についての角度ステップの１つ前の角度ステップ
において検出されるトルク勾配と比較されることにな池
。

擬似降伏点Ｐが検出された場合、前述したようにその直
後に必ずトルク勾配が増加する状態、つまりＧ（Ｋ−１
−Ｎ・θ、）Ｑｃ（Ｋ＋（ｒＪ−ｔ）・θ、）となる状
態が現われ、とのためステップ１０７の判断がＮＯとな
る。それ故、ステ、ゾ１０８においてＮが設定数に到達
せず、その結果、ざルトは継続して締付けられる。

これに対し降伏点Ｐ′が検出された場合には、第８図等
に示す如く角度Ｎ・０８中で検出される各トルク勾配の
値がいずれも１つ前の角度ステップにおけるトルク勾配
の値よシ減少する。つｔｂ個々のトルク勾配が順次減少
する傾向を呈する。それ故、かかる場合にはボルトがＮ
・θＳだけ回転された時点でステ、ゾ１θＳの判断−１
）Ｅ　ＹＥＳとなシ、これによってボルトの締付けが停
止される。

なお、第１図に示したステラｆ１θＳの設定回数Ｎは、
角度Ｎ−θ、がスベリノイズをクリアできる大きさをも
つように設定され、角度θＳが１°〜１０゜程度の場合
、たとえばＮ＝＝２〜５に設定される。

第１２図は、Ｍ１２＆ルトの軸カー沖び線図と、従来の
ボルト締付は方法および本発明に係るボルト締付は方法
の各締付は停止精度■および■とを示している。なお−
１■のデータはＮ・θ、＝２０°、α＝０．６に設定し
た場合における第３図、第４図、第５図および第６図の
実施例に基づくものである。

第１Ｌ図において、従来法による締付停止精度■は前記
した擬似降伏点が現われない場合のものであシ、その軸
力のバラツキは±２．０％である。

本発明に係る方法によれば、上記擬似降伏点が現われる
現われないにかかわらず軸力のバラツキが±１．２チの
範囲内にあシ、これは締付は停止精度が優れていること
を示唆している。なお、本発明の方法においては、ゲル
トが降伏点に達するまで締付けられたのちさらに上記角
度・′ρ鳴だけ締付けられるので、ボルトが８０　ｔｌ
ｔｎだけ塑性域側に伸びることになるが、この程度の伸
びは何ら問題とはならない。

上記実施例では、第２図に示したように、卦飴尖＃栂零
社ｆｆルトが角度０８回転される毎にその角度中でサン
プリングされるトルクの平均値を求め、　−この平均値
の差分をとることによってトルク勾配を得ているが、第
１１図に示す如く角度θＳの区間でサンプリングされる
各締付はトルクの平均値Ｓ　（Ｊ）をサンプリング個数
が１つ増加する毎に求め、平均値ｓ　（Ｔ）とｍサンプ
リングステップ前における平均値Ｓ（Ｊ−ｍ　）との差
をトルク勾配とｅヱ求めるようにしてもよい。また同図
における角度θＳの区間の始端と終端におけるトルクの
差をトルク勾配として求めてもよい。

さらに上記実施例では、ステップ１０４に示すしきい値
をＭＧＸαに設定しているが、たとえｉ最大差分値ＭＧ
と第２．第３番目に大きな差分値の平均値をとシ、この
平均値をα倍した値をこのステップ１０４におけるしき
い値として用いてもよい。又同様に、第７５．１図に示
したしきい値ＭＧＸβ　　　　。

も上記平均値を１倍した値に置き換えることかできる。

゛「発明の効果」本発明によれば、真の降伏点が現われたときのみゲルト
の締付けが停止されるので、擬似降伏点。

のためにメルトの締付は停止されるという従来方法の問
題点を解消してぎルトを適正かつ確実に締付けることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明°に係るボルト締付は方法
の実施例を示したフローチャート、第７図は本発明の方
法を実施するための装置の一例を示したブロック図、第
８図、第９図および第１０図は各々第３図、第４図およ
び第５図に示したトルク勾配の比較手順を説明するグラ
フ、第１１図はトルク勾配を求めるための他の方法を例
示したグラフ、第１２図は従来のボルト締付は方法と本
発明に係るボルト締付は方法における締付は停止精度を
各々を示したグラフである。１・・・マイクロコンピュータ、２・・・ボルト、３・
・・ボルト締結機、４・・・モータ、８・・・トルク検
出器、９・・・パルス発生器、ｌＯ・・・ＣＰＵ。第１図第３図第５図第８図団鉱角　０第１０図回転角　θ 第１１図第１２図イ申　ひ゛　　（ｍｍ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ボルトが締付け方向に所定角度θ＿Ｓだけ回転さ
れる毎に締付けトルクの勾配を検出し、このトルク勾配
がそれまでに検出されたトルク勾配の最大値もしくはそ
れに近い値をα（＜１）倍した第１のしきい値以下とな
った場合に更に上記ボルトをθ＿Ｓの角度ステップでＮ
（２以上の整数）ステップ締付けるとともに、個々の角
度ステップの締付けが終了する毎にそれらの時点での各
トルク勾配の値が第２のしきい値よりも小さいか否かを
判断し、該各トルク勾配の値がいずれも上記第２のしき
い値以下の場合に上記ボルトの締付けを停止することを
特徴とするボルトの締付け方法。
（２）上記第２のしきい値が上記第１のしきい値と同じ
値である特許請求の範囲第（１）項記載のボルトの締付
け方法。
（３）上記第２のしきい値は、上記トルク勾配が上記第
１のしきい値以下となった場合の該トルク勾配の値であ
る特許請求の範囲第（１）項記載のボルトの締付け方法
。
（４）上記第２のしきい値が、上記トルク勾配の最大値
をβ（＜１）倍した値である特許請求の範囲第（１）項
記載のボルトの締付け方法。
（５）上記第２のしきい値が、上記個々の角度ステップ
の直前の角度ステップにおいて検出されたトルク勾配値
である特許請求の範囲第（１）項記載のボルトの締付け
方法。