JPS6274579A - 空気圧による振動ねじ締結方法および装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、空気圧に↓る振動ねじ締結方法および装置に
関し、さらに詳しくいえば、一定空気圧の圧気源に切換
弁を介して接続された可逆回転エアモータを使用してね
じ締結工具に振動１周期中ねじ締付は方向に締付は角θ
Ｏ回転し、ねじゆるめ方向にゆるめ角θム回転（但し１
θｏ１〉１θム１）する如き極低周波振動トルクを付与
することによシ該ねじ締結工具に係合せしめたねじ部材
の締結を行なうねじ締結技術に関する。

〔発明の背景〕

ねじは、最も基本的な機械要素の一つでちゃ。

組立分解の可能な締結用要素として非常に広範囲な工業
的分野に利用されており、航空機、自動車その他振動を
受ける各種の機械の信頼性や経済性などの要求がますま
す厳しくなる中で、この要求に応える信頼性の高いねじ
の締付けが要望されてきている。

一般論として、機械部品のうちで、ざルトやナツトなど
のねじ部品で結合してできるねじ締結体の信頼性は、次
の■ないし■の三つの要因に依存するといわれている。

■　形状、材料、加工法に起因するボルト・ナンドなど
のねじ部品自体の信頼性 ■　設計段階における締付は力の設定に関する信頼性 ■　締付は作業段階において予め設定された締付は力（
Ｍルト軸力）で締付けられているか否かの信頼性 上記要因■ないし■のうち一つでも不十分であれば、ね
じ締結体としての機能が十分発揮されず、ねじのゆるみ
やボルトの破損などの原因となる。

ところでねじの締付けは、従来からドライバー、モンキ
ース１？す、レンチなどのねじ締結工具を用いて行なわ
れていたが、最近ではねじ締め作業の自動化技術の進歩
によって、作業能率の向上を図るため、多量のねじ部材
の現場におけるねじ締め作業にはトルク電動機あるいは
エアモータ金柑いたねじ締結工具が使用嘔れるようにな
った。而して、ねじ締付けの管理には、締付はトルクに
よって締付は力を管理するトルク法がトルクレンチやト
ルクドライバーなどの比較的簡単な工具に工って行なわ
れるので現在量も一般的に行なわれている。

しかしながら、上記のトルク法によって締付はトルクを
十分管理してねじ締付は作業を行なっても、締付は工具
の精度、ねじの工作精度、表面処理及び潤滑条件などに
よって、ねじ面、？ルト頭部座面及びナツト座面相互間
に作、用する固体摩擦係数は広範囲にばらつき多量のね
じ部材についてねじ締付けを実施する場合の究極の目的
であるばらつきのない均一なボルト軸力を得ることは、
非常に困難な実状であった。

本発明者は、ねじ締付は作業時における上記したばらつ
きのない均一なりＷルト軸力を得ることを目的としてさ
きに振動による座面やねじ面の固体摩擦のみかゆの減少
効果およびそれら相互間の振−によるなじみ効果を利用
した振動ねじ締結技術（峙開昭５４−１１８θＯ０号公
報参照）を開発した。この振動ねじ締結技術は、定速直
流サー〆・モータに、直流と交流とを重畳印加してモー
タ軸に一方向回転運動とねじり振動との重畳運動を発生
せしめ、該重畳運動をモータ軸に連結固定した共振用弾
性棒を介して、該弾性棒と一体もしくはこれに連結固定
したねじ締結工具に伝え、該ねじ締結工具に係合するね
じ部材の締結を行なうというものである。

上記の電動機を用いる振動ねじ締結においては、従来の
定速電動機を用いたねじ締結に比べて、ねじυ振動によ
りねじ面での固体摩擦を等制約に減小させるとともにね
じ面のなじみ効果を生ずるため、結果的にトルク係数が
減少し、そのばらつきも少なくなり高精度のねじ締結が
期待できるよう罠なうた。

しかしながら電動機を用いる振動ねじ締結の場合の振動
数は２０　Ｈｚないし３０　Ｈｚ程度の低周波数であシ
、しかも締付は工具とサー？モータのロータとの共振振
動数で振動締結を行なうものであったから、ねじシ振動
の角変位振幅は１°ないし４゜程度であまり大きくとれ
ない。そのため、一方向回転の回転数（直流分）を犬き
くとると摩擦力の正負の切換えができないことから、上
記回転数（直流分）を低くおさえねばならず、その結果
ねじ面になじみ効果を発生するのに時間を要し、所定の
締結トルクで締結を完了するまでに時間がかかるという
難点があシ、また大きな締結トルクを得るためには、使
用するモータや電源を大型化しなければならず、装置全
体としてコスト高となる不利を免かれなかった。

〔発明の目的〕

本発明は、上記した実状に鑑みてなされたもので、その
目的はよしシ振動を利用するねじ締結方法の特性を失う
ことなしに、前記した電動機を用いた振動ねじ締結方法
、および装置における問題点を解消する空気圧による振
動ねじ締結方法および装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

前記目的を達成するため、本発明による振動ねじ締結方
法は、一定空気圧の圧気源に切換弁を介して接続された
可逆回転エアモータを使用し、前記切換弁の制御により
、前記エアモータのモータ軸に、振動１周期中ねじ締付
は方向に締付は角θＯ回転し、ねじゆるめ方向にゆるめ
角θム回転（但し１θｏ１〉１θム１）する如き極低周
波振動トルクを付与し、これによって前記モータ軸に連
結固定したねじ締結工具に係合せしめたねじ部材の締結
を行なうことを特徴とするものであシ、また本発明によ
る振動ねじ締結装置は、一定空気圧の圧気源と、該圧気
源に切換弁を介して接続される可逆回転エアモータと、
該エアモータのモータ軸に、振動１周期中ねじ締付は方
向に締付は角θＯ回転しねじゆるめ方向にゆるめ角θム
回転（但し１θｏ１〉１θＡｌ　）する如き極低周波振
動トルクを付与するように前記切換弁を制御する手段と
、前記モータ軸に連結固定されたねじ締結工具とからな
ることを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下図面を参照し、本発明の一実施例について詳細に説
明する。第１図は、特に実験を目的として、軸力検出器
およびトルク検出用工具動力計を付設した本発明による
振動ねじ締結装置の概略説明図で、同図中１はコンプレ
ッサ、２は圧力コントロールユニットで、これらは可逆
回転エアーモータ５に対し゛一定圧力の圧気を供給する
ための圧気源を構成している。

３はダブシンレフ４２３位置形の切換弁でタイマー６の
セットによりＯないし１０Ｈｚの極低周波数で切換えが
可能であり、該切換えによりエアモータ５をねじ締付は
方向とねじゆるめ方向とに交互に回転駆動する。この場
合、第２図に示すように切換弁３とエアモータ５との間
の正転側管路７および逆転側管路８中にそれぞれ配設さ
れたスピードコントローラ４により、振動１周期中ねじ
締付は方向にθＯだけ回転し、ねじゆるめ方向にθＯよ
シは小さいθムだけ回転するように制御することができ
る。なお第２図中９はタイマー５によシ発生される電気
信号を切換弁に印加するためのりレーゲックス、１０は
排気消音器である。

第１図において、１１はモータ軸で該モータ軸１１にス
クロールチャック１２によりねじ締結工具（六角棒）１
３が連結固定される。ねじ締結されるべきねじ部材は、
図示例では六角穴付きざルト１４および該ボルト１４の
ねじに螺合されるナツト１５であり、？シト１４とナツ
ト１５の間には平座金１６および軸力検出器１７が介装
され、またナツト１５はトルク検出用工具動力計１８中
に設置される。なお実際のねじ締め作業の場合、前記平
座金１６および軸力検出器１７がメルト１４とナツト１
５により締結される被締結部材となるものである。

次に第２図ないし第４図を参照して、本発明によるねじ
締結の動作について説明する。

第２図において、コンプレッサー１によシ圧縮された空
気は、排水器付フィルタ、内部ノ母イロソト方式減圧弁
、圧力計およびリューブリケータ等１−ｔｒエアコント
ロールユニット２に送られ、そこで一定の圧力に調整さ
れた圧縮空気は、ソレノイド切換弁３に供給される。

切換弁３はエアーモータ５の正転側（ねじ締付は方向）
管路７に接続するポー）Ａ、逆転側（ねじめるめ方向）
管路８に接続するボートＢ、排気消音器１０に接続する
排気ポートＲ，、Ｒ２および給気、ｐ−トｐの５ポ一ト
３位置形ソレノイドパルプであって、タイマー６のＯＮ
Ｔｉｍのに締付は方向の時間を、またＯＦＦ　Ｔｉｍｅ
にゆるめ方向の時間を設定し、それぞれリレーがツクス
９を介して切換弁３のソレノイドに配線する。

今すレーデックス９からの締付は用電気信号がソレノイ
ドに印加されると切換弁３が正転側に作動し、給気ボー
トＰとポート人が接続されまたポー）Ｂと排気ポートＲ
２が接続される。かくして一定空気圧の圧気は正転側配
管７のスピードコントローラ４の逆止弁を開いてエアー
モータ５に供給され、該エアモータ５を、ねじ締付は方
向に設定されたＯＮ　Ｔｉｍｅの時間に応じた締付は角
θ０だげ回転させ、一方エアモータ５からの排気は、逆
転側配管８のスピードコントローラ４の可変絞シ弁を通
りポートＢ、排気ボートＲ２および排気消音器１０を経
て排出される。

次に、リレーゲックス９からのゆるめ用電気信号がソレ
ノイドに印加されると、切換弁３が逆転側に作動し、給
気ボートＰとポー）Ｂが接続されまたボートＡと排気ポ
ートＲ４が接続される。かくして一定空気圧の圧気は逆
転側管路８のスピードコントローラ４の逆止弁を開いて
エアモータ５に供給され、該エアモータ５をねじゆるめ
方向に設定されたＯＦＦ　Ｔｉｍｅの時間に応じたゆる
め角θムだけ回転させ、一方エアモータ５からの排気は
正転側配管７のスピードコントローラ４の可変絞シ弁を
通り、ボートＡ、排気ポートＲ４および排気消音器１０
を経て排出される。

上記の締付は角θ０およびゆるめ角θムは正転側配ｇ７
および逆転側管８に配設されたそれぞれのスピードコン
トローラ４の可変絞シ弁を調整することにより１θｏ１
〉１０Ａ１に設定されるが、本発明に設定するのがねじ
締結能率上好ましい。

第３図は本発明による振動ねじ締結時における締結工具
の運動態様を示すもので、エアモータ５のモータ軸１１
および該軸１１に連結固定された締結工具（六角棒）１
３は、図示の如くねじ締付は方向にθＯだけ回転し、そ
の後ねじゆるめ方向にθｈｆ？：け回転する動作を０（
ｆ≦１０Ｈｚなる極低周波数で反覆する。これによって
、ねじの締付けが始まる前は、振動１周期毎に１θｏ１
−１θＡ１だげねじ締付は方向に回転が進行し、ねじの
締付けが始まると締付は角θ０およびゆるめ角θ、はい
ずれも逐次小さくな）、最終的には零となってねじの締
付けが完了する。

第４図は、振動数４　Ｈｚ、初期締付角４０°初期ゆる
め角２４°で、Ｍ８六角穴付きボルトを締付けた場合に
生ずる締結トルクおよびメルト軸力をそれぞれトルク検
出用工具動力計１８および軸力検出器を用いてレコーダ
上に記録した波形を示すグラフ図で、この図から理解さ
れるように締結トルクＩｄｙｙルト軸力の増大と共に近
似的な正弦波で増大していくが、ゲルト軸力は初期の段
階では締付は向側で増大し、ゆるめ向側で若干減少して
いる。

そして締付トルクが大きくなると、締付は向側ではボル
ト軸力は増大するが、ゆるめ向側では停滞し、さらに締
結トルクが設定気圧に近づくと、ねじ面での相対すベシ
が殆んど零になり、最終的に締結が完了する。したがっ
て、図示の領域Ｉの中でＦｉ「シまシーゆるめ」と「し
まシのみ」の二つの現象が存在し、領域■に入って締結
完了となる。

〔発明の効果〕

ねじ締結時に生ずる締結トルクをＴ、＋ｆシルト力をＦ
、ねじの呼称径をｄとするとき、締結トルクＴは、Ｔ　
＝　Ｋ−Ｆ−ｄで表わされ、この比較定数Ｋをトルク係
数と称するが、同一締結トルクでもってゲルト軸力を増
大させるｖｃはトルク係数をできるだけ小さい値となる
ようにすればよい。また、同規格の多量のねじ部材につ
いてねじ締結作業を実施する場合トルク係数の標準偏差
値が小さければそれだけ設定締付はトルクで締付けられ
ているか否かの信頼性が高いといえる。

本発明の空気圧による振動ねじ締結方法によれば、ねじ
締結工具が第３図および第４図について説明したような
工具運動によってねじの締結作業を実施する結果として
、ねじ面の繰返し摩擦によってねじ面における摩擦係数
の等測的減小効果やなじみ効果が生じ、このため、振動
を伴なわない定速のエアモータや直流サーボモータを用
いるねじ締結方法に比較してトルク係数およびその標準
偏差値がいずれも小さい値となり、同じ締結トルクでも
ってボルト軸力を増大し、高精度で信頼性の高いねじ締
結を達成することができる。

さらに、前記した定速直流サーボ・モータに直流と交流
とを重畳印加して一方向回転運動とねじシ振動とのｉ畳
運動を利用する電動機を用いた振動ねじ締結方法と比較
して１本発明の振動ねじ締結方法では振動の角度変位振
幅がはるかに大きくとれるのでねじ面における摩擦力の
正負の切換えが容易に行なわれ、その結果ねじ面になじ
み効果を発生させるのに比較的時間を必要とせず、短時
間で締結が完了する。また本発明では、エアモータを使
用するので、大きな締結トルクを必要とする場合におい
てもねじ締結装置本体についてはコンＡクトかつ小型化
できる利点を有する。

【図面の簡単な説明】 第１図は１本発明による振動ねじ締結装置を含む実験装
置を示す概要説明図、第２図は第１図に示す装置におけ
る空気圧式速度制御回路説明図、第３図は本発明におけ
る振動によるねじ締結工具の運動態様説明図、第４図は
本発明の振動締結時における締結トルクとボルト軸力の
関係を示すグラフ図である。 １・・・コンプレッサー ２・・・圧力コントロールユニット ３・・・切換弁　　　　　　４・・・スピードコントロ
ーラ５・・・エアモータ　　　６・・・タイマー７・・
・正転側管路　　　８・・・逆転側管路９・・・リレー
ボックス　ｌＯ・・・排気消音器１１・・・モータ軸　
　　１２・・・スクロールチャック１３・・・締結工具
（六角１４１） １４・・・六角穴付きメルト １５・・・ナラ）　　　　　１６・・・平座金１７・・
・軸力検出器 １８・・・トルク検出用工具動力計 第１図 ７ニコソプし−・ノｆｆ−７，５１す・ントク：ｇ−カ
コントロールユニ・ソト　　７乙：箪産金、５：ンレノ
イド゛へ゛ルフ”　　　　　　　１４３由カネ健出器く
蒼エアー七−夕−１６外ルク、埃出用工具ψカカ訂４−
二・５２′イ“ｚ２′− ７７：、モ、−ダー傘由 ７４ニスクロール４イ・ンフ ７５：締付工具（ｒＪ、榛） ７４！：人山穴付水′ルト 第３図 第４図 軸力

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一定空気圧の圧気源に切換弁を介して接続された可
   逆回転エアモータを使用し、前記切換弁の制御により、
   前記エアモータのモータ軸に、振動１周期中ねじ締付け
   方向に締付け角θ＿Ｏ回転し、ねじゆるめ方向にゆるめ
   角θ＿Ａ回転（但し｜θ＿Ｏ｜＞｜θ＿Ａ｜）する如き
   極低周波振動トルクを付与し、これによって前記モータ
   軸に連結固定したねじ締結工具に係合せしめたねじ部材
   の締結を行なうことを特徴とする空気圧による振動ねじ
   締結方法。 ２、一定空気圧の圧気源と、該圧気源に切換弁を介して
   接続される可逆回転エアモータと、該エアモータのモー
   タ軸に、振動１周期中ねじ締付け方向に締付け角θ＿Ｏ
   回転し、ねじゆるめ方向にゆるめ角θ＿Ａ回転（但し｜
   θ＿Ｏ｜＞｜θ＿Ａ｜）する如き極低周波振動トルクを
   付与するように前記切換弁を制御する手段と、前記モー
   タ軸に連結固定されたねじ締結工具とからなることを特
   徴とする空気圧による振動ねじ締結装置。