JPS628732B2

JPS628732B2 -

Info

Publication number: JPS628732B2
Application number: JP5929184A
Authority: JP
Inventors: Tarubotsuto Boizu Jon
Original assignee: SPS Technologies LLC
Current assignee: SPS Technologies LLC
Priority date: 1984-03-26
Filing date: 1984-03-26
Publication date: 1987-02-24
Also published as: JPS59196434A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はステイフネス・メータに関するもので
ある。

フアスナの正確な締付け荷重は、フアスナを含
む継手が使用時に故障するか否かを決定するため
にきわめて重要である。したがつて、フアスナは
調和した予荷重まで締め付けられることが望まし
いわけである。本発明の１つの目的は、たとえば
フアスナまたは継手の塑性変形を伴うことなく達
しうる最大予荷重である所定の予荷重までねじ山
付きフアスナを締め付ける装置を提供することで
ある。第２の目的は、フアスナの締付けに使用さ
れるのみならず、ステイフネス（stiffness）ない
しトルクこう配が測定されることを要求されるそ
の他の用途にも使用される改良されたステイフネ
ス・メータないしトルクこう配計を提供すること
である。

ねじ山付きフアスナを締め付けるに要するトル
クは、数回の変数、すなわち継手ステイフネス、
フアスナ・ステイフネス、表面摩擦およびねじ山
形態などの関数である。フアスナのトルクおよび
回転角の間の関数を示す一般特性が添付図面の第
１図に曲線により示し、図は代表的な用途におけ
るねじ山付きフアスナについて回転角に対してプ
ロツトしたトルクを示す。この曲線のＡ点におけ
る最大こう配は上述の変数の関数である。トルク
こう配は、所与の直径およびねじ山形状のフアス
ナの場合でもひろく変動することがありうるので
ある。こう配が最大値以下に低下し始める締付け
荷重は、摩擦および継手ステイフネスには割合い
に無関係であつて主としてフアスナおよび（また
は）継手の降状強さによつて左右されるものであ
ると認められている。第１図にＸで指示する点
は、フアスナがその降伏強さに近い調和引張応力
まで締め付けられるトルク―回転角曲線上の点を
表わす。フアスナのそれ以上の回転はトルクをそ
の最大値へ接近させ、フアスナ内の引張応力をそ
の極限値へ接近させることになる。フアスナない
しは継手の延性および寸法の如何に応じて、最終
的にはＹで表わした点で破壊が起こることにな
る。

ねじ山付きフアスナの締付けを制御することの
一般目的は、フアスナが降伏を開始することなく
加えうる最大値に近い調和継手予荷重を達成する
ことである。１つの普通の方法は、特定のねじ山
および摩擦状態に関する所望の予荷重を得んとす
る試みにおいて、特定の最大トルクを加えるトル
ク制御装置を使用することである。この方法は、
実際のフアスナ組付け状態下では正確な摩擦状態
がわからないのでトルク―引張り関係に変動が生
ずるという欠点をもつている。これは所与の適用
トルクに対してフアスナ内に引張荷重の変動をも
たらす。摩擦状態には無関係のもう１つの方法
は、フアスナの伸びの測定を含んでいる。たいて
いの場合、伸びの直接測定は不可能であり、した
がつてこの方法の別法は、見積られた伸びが正確
な締付け角までの締付けによつてもたらされる角
制御締付けを利用している。この方法の欠点は、
異なる初期傾斜と最大傾斜とをもつトルク―回転
角曲線について操作するときに、角度測定をどこ
で開始すべきかを決定する点にある。弾性範囲内
の予荷重については、これは代表的な曲線からの
偏差が大きくなるおそれがあるのできわめて困難
である。しかしながら、フアスナの塑性範囲内で
は、角度の誤差は予荷重を目だつて変えることは
なく、偏差は小さいが：しかし非常に短いフアス
ナに対しては、この角度誤差は過度ひずみと結果
として起こる破壊とを起こす可能性がある。した
がつて、角度制御締付けは、塑性変形がフアスナ
の構造上の損傷を起こすことにならない長いフア
スナ（たとえば、６山より多い自由ねじ山をもつ
フアスナ）に対する塑性帯域内において容認しう
るのみである。

したがつて、締付けが停止すべき最適点はトル
ク―回転角曲線のこう配がその最大値からちよう
ど下がり始めた点、すなわちフアスナがまさに降
伏し始めつつある点であることが望ましいのであ
る。第１図のＸをこう配がそのフアスナに対し達
せられた最大こう配の所定比である点として考え
ると、この点はフアスナの形状寸法および摩擦状
態には本質的に無関係である締付荷重を与える締
付けが止められるできである実際の位置を決定す
る。本発明の別な目的は、Ｘ点でただちに締付工
程をやめることができるように締付操作が起こる
や否やその操作中にＸ点を確認できるようにし、
なおそのうえフアスナの継手特性にかかわりな
く、すなわち継手ないしはフアスナの特性または
キヤリブレーシヨンを予め知ることを要せずにＸ
点を確認できるようにするための装置を提供する
ことである。

本発明によると、回転ステイフネスないし直線
ステイフネスを測定する装置、すなわちステイフ
ネス・メータは、部材へ運動を与えるための出力
部材、動力を受け取る入力部材、上記入力部材か
ら上記出力部材へ動力を伝達するための、上記出
力部材と上記入力部材との間の変位可能な連結部
材、上記入力軸の変位を表わす第１連の信号を発
生させるための上記入力部材に感応する第１感知
装置、上記連結部材による上記出力部材の変位を
表わす第２連の信号を発生させるための上記出力
部材に感応する第２感知装置、および上記連結部
材によつて上記入力部材から上記出力部材へ動力
が伝達されているときに上記第２連の信号のうち
の基準数の連続信号中の上記第１連および第２連
の信号のうちの信号の数の差を測定するための上
記第１連および第２連の信号に感応するコンパレ
ータ装置から成つており、上記差はこわさの関数
である。

ステイフネス・メータは、上記部材の駆動中に
任意の所与の点まで得られた最大ステイフネスま
たはトルクこう配を表わす情報を逐次記憶するた
めの上記コンパレータ装置に感応する記憶回路を
含むこともある。

ステイフネス・メータは、上記差が上記記憶回
路によつて記憶された上記最大こう配の所定の比
に達したときに上記入力部材へのトルク入力が止
められるスパナとして使用しうるようなものとす
ることができる。

上記第１および第２感知装置はおのおの、それ
ぞれの入力部材または出力部材に取り付けられて
いてそれぞれの入力部材または出力部材の１回転
中に正確な数の等間隔の信号を発射することがで
きるインクリメンタル・エンコーダであることが
好都合である。

また、本発明は、フアスナへ締付動作を与える
ためのフアスナ係合部材、動力入力部材、上記フ
アスナ係合部材へ動力を伝達するための上記フア
スナ係合工具と上記入力部材との間の変位可能な
連結部材、上記動力入力部材の変位を表わす第１
連の信号を発生させるための上記動力入力部材の
運動に感応する第１感知装置、上記連結部材によ
る上記フアスナ係合部材の変位を表わす第２連の
信号を発生させるための上記フアスナ係合部材の
運動に感知する第２感知装置、動力が上記連結部
材によつて上記動力入力部材から上記フアスナ係
合部材へ伝達されているときの上記第２連の信号
のうちの基準数の連続信号のあいだ、その差が瞬
間こわさの関数である。上記第１連および第２連
の信号中の信号の数の差を測定するための、上記
第１連および第２連の信号に感応するコンパレー
タ装置、フアスナの締付け中に得られる最大ステ
イフネスを表わす情報を逐次記憶しかつフアスナ
の締付け中に得られる最大ステイフネスの所定の
比まで上記瞬間ステイフネスが低下したときに制
御信号を発生させるための上記コンパレータに感
応する記憶回路、および上記入力軸による動力入
力を制御するための上記制御信号に感応する制御
装置から成るフアスナを締め付ける装置をも提供
する。

この装置は特に、ただしそれに限られるのでは
なくねじ山付きフアスナの締付けにも使用するこ
とができ、そしてその場合には、装置はねじ山付
きフアスナへ回転運動を与えるフアスナ係合部
材、回転入力軸、回転動力を上記フアスナ係合部
材へ伝達するための上記出力軸と上記回転動力入
力部材との間のねじれ変位可能な連結部材、上記
回転動力入力部材の回転変位を表わす第１連の信
号を発生させるための上記回転動力入力部材に感
応する第１感知装置、上記連結部材による上記フ
アスナ係合部材の変位を表わす第２連の信号を発
生させるための上記フアスナ係合部材に感応する
第２感知装置、回転動力が上記連結部材によつて
上記回転動力入力部材から上記フアスナ係合部材
へ伝達されているとき、その差がフアスナの瞬間
トルクこう配の関数である上記第１連および第２
連の信号中の信号の数の差を決定するための上記
第１連および第２連の信号に感知するコンパレー
タ装置、フアスナの締付け中に得られる最大トル
クこう配を表わす情報を逐次記憶しかつ上記瞬間
トルクこう配がフアスナの締付け中に得られる最
大トルクこう配の所定の比まで低下してしまつた
ときに制御信号を発生させるための上記コンパレ
ータ装置に感応する回路装置、および上記回転動
力入力部材による動力入力を制御するための上記
制御信号に感応する制御装置から成るものであ
る。

また動力を入力部材から部材へ運動を与える出
力部材へ伝達するために変位可能な連結部材を使
用してステイフネスを測定する方法をも提供しう
るものであり、この場合には測定法は上記入力部
材の変位を表わす第１連の信号を発生させるこ
と、上記連結部材による上記出力部材の変位を表
わす第２連の信号を発生させること、および動力
が上記連結部材によつて上記入力部材から上記出
力部材へ伝達されているときの上記第２連の信号
中の基準数の連続信号のあいだ、その差がステイ
フネスの関数である上記第１連および第２連の信
号中の信号の数の差を計数することによつて上記
第１連および第２連の信号を比較することの手順
から成つている。

また変位可能な連結部材を介してフアスナ係合
部材を駆動する回転動力入力部材によつてフアス
ナを締め付ける方法をも提供するものであり、こ
の場合締付方法は上記回転動力入力部材の変位を
表わす第１連の信号を発生させること、上記連結
部材による上記フアスナ係合部材の変位を表わす
第２連の信号を発生させること、動力が上記連結
部材によつて上記回転動力入力部材から上記フア
スナ係合部材へ伝達されているときの上記第２連
の信号中の基準数の連続信号のあいだ連結部材の
瞬間ステイフネスの関数に相当する差である上記
第１連および第２連の信号中の信号の数の差を計
数することによつて上記第１連および第２連の信
号を比較すること、フアスナの締付け中に得られ
る最大ステイフネスを表わす情報を逐次記憶する
こと、および上記瞬間ステイフネスがフアスナの
締付け中に得られる最大ステイフネスの所定の比
まで低下し終わつたときに上記動力入力部材を制
御する制御信号を発生させることの手順から成つ
ている。

特に、ただしそれに限られるのではないが、こ
の方法は回転動力入力部材がねじれ変位可能な連
結部材を介してフアスナ係合部材を駆動すること
によつてねじ山付きフアスナを締め付けるための
ものとすることができ、この場合その方法は上記
回転動力入力部材の回転変位を表わす第１連の信
号を発生させること、上記フアスナ係合部材の上
記連結部材による変位を表わす第２連の信号を発
生させること、動力が上記連結部材によつて上記
回転動力入力部材から上記フアスナ係合部材へ伝
達されているときの第２連の信号中の基準数の連
続信号のあいだフアスナの瞬間トルクこう配の関
数である差である上記第１連および第２連の信号
中の信号の数の差を計数することによつて上記第
１連および第２連の信号を比較すること、フアス
ナの締付け中に得られる最大トルクこう配を表わ
す情報を逐次記憶すること、および上記瞬間トル
クこう配がフアスナの締付け中に得られる最大ト
ルクこう配の所定の比まで低下し終わつたときに
上記回転動力入力部材を制御する制御信号を発生
させることの諸手順から成るものである。

制御信号は上記瞬間トルクこう配がフアスナの
締付け中に得られる最大トルクこう配の概ね50％
まで低下し終わつたときに発生することが望まし
い。

制御信号は動力入力部材を止めるために使用さ
れるのが普通であるが、しかし用途によつては、
瞬間トルクこう配を最大トルクこう配の上述の所
定比に保持するように動力入力部材を維持するた
めに使用される場合がある。

本発明によつて提供される装置に含まれる理論
は次のとおりである：入力部材と出力部材との間の継手がインクリメ
ンタル・エンコーダを両端に１つずつ取り付けた
概ね直線状の特性をもつねじり方向にたわみ可能
な軸であるかまたはそれと同等のものであると仮
定すると、この軸のねじりステイフネスがＫであ
りφ_１とφ_２が軸の両端の角変位である場合この
軸によつて伝達されらるトルクないし回転モーメ
ントＭは、Ｍ＝Ｋ（0₁−0₂）である。

角変位0₂をもつ軸端を締め付けられるべきフア
スナに結合して他端を電動機その他の駆動装置へ
取り付けた場合、継手によりしたがつてフアスナ
によつて追従されるトルクこう配―回転角特性
は、次式：ｄＭ／ｄ０_２＝Ｋ（ｄ０_１／ｄ０_２−１）によつて与えられる。

この方程式は代替え的な２つの方法で評価する
ことができる。すなわち、上式を展開することで
あり、その第１の方法は、次のとおりである：ただし、ω_１，ω_２は軸の２つの端部の角速度
である。

軸の両インクリメタル・エンコーダからの相次
ぐ信号、即ちパルスの間の時間がt₁およびt₂であ
る場合は、 t₁∝１／ω_１、t₂∝１／ω_２であり、したがつてｄＭ／ｄ０_２＝Ｋｔ_２−ｔ_１／ｔ_１である。

時間t₁とt₂は両インクリメタル・エンコーダに
よつて発生させられる信号、即ちパルスによつて
電子的に測定することができ、こう配算定装置に
よる必要な計算ののちに、ｄＭ／ｄ０_２に比例する出力
信号を求めることができる。

代替え的に、方程式ｄＭ／ｄ０_２＝Ｋ（ｄ０_１／ｄ０_２−１）は、次のように小さな増分値を使用して評価され
る： △Ｍ／△０_２＝Ｋ△０_１−△０_２／△０_２１回転毎に4000〜5000回程度のパルスを供給す
る高分解能インクリメタル・エンコーダを使用す
る場合は、パルス計数によつて△0₂と△0₁をじか
に測定することができる。たとえば、トルク伝達
継手のフアスナ端のエンコーダでたとえば100パ
ルスを計数して△0₂を求める場合、こう配はフア
スナ端のエンコーダによる上記100パルスの発生
中に継手の他端のエンコーダによつて発生させら
れる追加のパルスの数を数えることによつて直接
求められる。たとえば、６つの余部のパルスが継
手のトルク入力端のエンコーダで数えられる場合
は、ｄＭ／ｄ０_２∝６であるゆえに、こう配測定装置は、２個のエンコーダ
によつて発生させられるパルス間の時間間隔に対
応することによつてｔ_２−ｔ_１／ｔ_１を求めねばならぬ
か、さもなければ、単に２個のエンコーダによつて発
生させられるパルスの数を数えるだけで、または
フアスナ端のエンコーダが所与の数のパルス、た
とえば100パルスを発生させるあいだにトルク入
力端のエンコーダによつて発生させられる余部の
パルスの数を測定することによつて△０_１−△０_２／△
０_２を求めねばならぬかのいずれかである。

ここで、すでに述べたように代表的なトルクな
いし回転モーメント―回転角特性である第１図を
参照すると、トルク伝達継手、したがつてフアス
トのたどる曲線を、次の３つの帯域に分割するこ
とができる。

初期予備締めつけ領域、締めつけ領域、およびフアスナの降伏およびその後の故障の領域。

領域内では、フアスナのねじ山のまくれおよ
びでこぼこの影響は無視されねばなららず、した
がつてトルク伝達装置のこう配測定装置は何より
もまず領域を離れてフアスナが領域内で締め
付けられつつあるということを測定するかまたは
知らされねばならない。領域への侵入はエンコ
ーダ信号から引き出されたトルク測定値によるの
が便利である。通例、特性中のこう配は領域内
では概ね一定であり、すなわち曲線は直線に近似
するが：しかし特性が領域内で湾曲させられる
場合、それは代表的な最高値Ａに達することにな
る。フアスナが領域を越えて締め付けられる
と、領域に達し、そして特性のこう配はフアス
ナが降伏し始めるにつれて減少し始め、究極的に
はＹ点でフアスナは破壊することになる。領域
との間の遷移点Ｘは、そのこう配がＡ点の最大
こう配のある比率だけ減じられてしまつている点
である、ということができる。フアスナはＸ点ま
で締め付けられるべきであり、したがつて、こう
配測定装置は領域に達したことを判定すること
ができねばならず、次いで締付け中の瞬間こう配
を測定して連続的にそれをＸ点に達したときを判
定するために最大値Ａと比較することができねば
ならないということが望ましい。こう配測定装置
は、２つのエンコーダから受け取られる信号に感
応する任意の適当な論理回路とすることができ
る。こう配測定装置がＸ点に達したことを検知し
てしまうと、それは作業者がフアスナの締付けを
やめるように停止命令を出すことができる。代替
え的に、駆動電動機その他の装置を自動的に止め
るために停止命令を使用することができる。

つぎに、添付図面参照して、本発明によるねじ
付きフアスナを締め付ける装置の２つの形式を説
明する。

第２図を参照すると、ねじ山付きフアスナが１
で示され、このフアスナは、軸受３の中に回転す
るように取り付けられた軸を有するフアスナを回
すためのねじ回しその他の工具２によつて係合さ
れる。軸受３は相手軸受４とともに出力軸５をさ
さえており、軸５は工具２を駆動的に係合して、
第１インクリメタル・エンコーダ６をささえてい
る。締付け装置は、第２インクリメタル・エンコ
ーダ９を有する入力軸８をささえる別の軸受７を
も備えている。入力軸８は、トルク印加電動機１
０で駆動されるように配置されている。軸８と５
はコイルばね１１で相互に連結されている。電動
機１０が運転されると、それは入力軸８を回し、
これが順に出力軸５を駆動するコイルばね１１を
回転させる。出力軸５はフアスナ１を締め付ける
工具２を回す。

インクリメタル・エンコーダ６と９は、固定光
応答装置その他の固定受信装置（図示せず）と協
力して信号を発生させることのできる光学式、電
磁式その他の種類のものとすることができる。固
定光応答ないし受信装置は、両エンコーダの角回
転またはそれらの、したがつてそれぞれの軸５と
８の角速度に相当する正確な間隔でもたらされる
一連の信号を発生させる。それぞれのエンコーダ
６と９によつて発生させられる信号の周波数は、
それらのそれぞれの角速度ないしそれらの関数を
決定する。エンコーダ６と９によつて発生させら
れる信号間の間隔は、たとえば電子装置によつて
測定することができる。前述のようにそれぞれの
エンコーダによつて発生させられた信号の間の時
間間隔から、または信号の数の計数によつてトル
ク―回転角曲線のこう配を本明細書において説明
したように求めることができ、したがつてこう配
が第１図のＸ点に達したことを指示する値まで低
下したときに、作業者が電動機１０を止めること
になる。エンコーダ６と９の動作によつて発生し
た信号は、電動機１０を止めるべきであることを
作業者に知らせる“停止”信号を発生させる論理
装置に送り込まれるが、あるいは“停止”信号を
自動的に電動機を止めるように使用することがで
きる。別法として、論理装置で発生させられた信
号を“停止”信号とする代わりに該信号フアスナ
を実質的に一定の荷重のもとに保持するのに使用
してもよく、その場合は、その信号を追加の動力
入力の供給されるのを防ぐ制御信号とすることが
できる。

つぎに第３図を参照すると、論理装置はブロツ
ク線図形態で図解されている。線図の上部から始
まつて、参照数字６と９は２つのエンコーダを指
示する。左側のエンコーダ、すなわちフアスナに
近い方のエンコーダはパルス0₂を出し、右側のエ
ンコーダ、すなわち電動機１０に近い方のエンコ
ーダはパルス0₁を出す。パルスの２つの流れはブ
ロツク２０で示す回路へ送られる。これはパルス
0₁と0₂の数を勘定し、あるいはパルスのそれぞれ
の流れのパルス間の時間間隔を測定し、または測
定された角速度からこう配を計算する。ブロツク
２０からの信号は論理回路であるブロツク２１へ
行き、この論理回路２１は帯域に到達したか否
かを判定する。論理回路２１によつて与えられた
答が肯定である場合、信号は論理回路であるブロ
ツク２２へ行く。ブロツク２２は、前述のように
△０_１−△０_２／△０_２またはｔ_２−ｔ_１／ｔ_１を求め
ることによつてこう配の関数を算出する。次いでブロツク２２の出
力信号はブロツク２３へ行く。このブロツクはも
う１つの論理回路であつてこう配関数を前以つて
ブロツク２２で決定され、かつてブロツク２４で
示す回路内に記憶されている記憶最大関数と比較
する回路である。ブロツク２３は、第１図のＸ点
に達したか否かに応じて肯定または否定信号を供
給する。ブロツク２３からの出力信号が肯定であ
る場合、これは上述の停止命令であり、締付けが
ただちに前述のように止められる。ブロツク２３
の出力信号が否定である場合は、ブロツク２２へ
信号が送りもどされてこの回路がこう配関数を連
続的に更新し続け、出力信号をブロツク２３へ送
り続ける。

第４図は、第３図にブロツク２２で指示した電
子回路の主構成部分を示す概略ブロツク線図であ
る。すでに説明したとおり、ブロツク２２はこう
配△０_１−△０_２／△０_２または△Ｍ／△０_２を決定す
る。第４図に示す電子回路は、所与の値△0₂の間に第１インクリ
メタル・エンコーダ９から受けたパルス0₁の数を
測定することによつて、式△０_１／△０_２を計算する。
選定された△0₂の値は弦長さと称せられる。その理由
は、この測定が第１図にa₁，b₁およびa₂，b₂で示
すＭ−０曲線に沿つて連続的に動かされる概ね一
定の長さの弦をまたぐトルク（Ｍ）の読みの間の
差を取ることに相当しているためである。０軸上
への弦長さの投影は、後に説明するように、操作
パルスを受けるたびに操作される弦長さ送りレジ
スタ２７の特性ないしは設定によつて固定され
る。

コイルばね１１の電動機側端部の第１インクリ
メタル・エンコーダ９から受け取られらるパルス
（0₁）は、回転子の回転方向にまさしく関連して、
直接に残留レジスタ２５へゲートされる。残留レ
ジスタ２５の機能はパルス0₁を記憶することであ
る。

コイルばね１１の出力部即ちフアスナ側端部の
第２インクリメタル・エンコーダ６からのパルス
（0₂）は、フアスナが正しい方向に回転しつつある
かどうかを判定するために点検装置２８によつて
点検され、次いで残留レジスタ２５を減少させる
ように用いられる。フアスナ側端部のエンコーダ
６が後方へ回転するものとすると、後方ねじりの
量は任意のパルス0₂が残留レジスタ２５へゲート
されるまえに計数されて等しい前方ねじりによつ
て再格納されねばならない。パルス0₂が残留レジ
スタ２５を減少させてしまうや否や、このレジス
タで示された値が調べられる。それが零より大き
い場合は、パルス0₂より多くのパルス0₁が生じて
しまつており、結果として信号がゲート２９を通
じてこう配レジスタ２６と弦長さシフト・レジス
タ２７の両方へ送られ、そして残留レジスタ２５
を減少させる。弦長さシフト・レジスタ２７は矢
印３０で示すように点検装置２８によつて通され
るパルス0₂を受けるたびに操作され、、そしてシ
フト・レジスタ２７がゲート２９を通じてパルス
を受ける場合もレジスタ２７はその入力部に
“１”を置数する。ゲート２９を通じてパルスを
受けない場合、レジスタ２７は“０”を置数す
る。シフト・レジスタ２７の出力部が“１”を置
数するたびに、それはこう配レジスタ２６を１パ
ルスずつ減少させる。シフト・レジスタ出力部が
“０”を置数したとき、それはこう配レジスタへ
影響を及ぼさない。ゆえに、シフト・レジスタが
正しい向きのパルス0₂の発生によつて操作される
たびに、こう配レジスタは残留レジスタ２５とシ
フト・レジスタ２７の出力部とによつて正の“読
み”が生ずるかどうかに応じて１つずつパルスを
変えるかまたは変えないかのいずれかである。弦
長さシフト・レジスタ２７は、こう配レジスタの
読みが全有効弦長さにわたつて取られるような特
性ないし設定をもつている。弦長さは、“雑音”
すなわち基本信号上に重ねられる望ましからぬ信
号の影響を均分するために、十分に長くなければ
ならない。たとえば１つのパルス0₂に相当する１
゜のねじれ角は、この目的のためには小さ過ぎ
る。トルクを測定すべきねじれ角としては20゜が
適当な値であることが認められたのであるが、し
かし読みが20゜ごとに取られるだけであるなら、
トルク―ねじれ角曲線は追従され得ない。したが
つて、第１図のa₁，b₁やa₂，b₂のような弦は重複
させられており、20゜の弦にわたる△Ｍ／△０_２の測定
は各パルス0₂ごとに、すなわち約１゜のねじれごと
に行なわれるのである。こう配レジスタ２６が常
態として動作しているときは、このレジスタの指
示された読みは試験されフアスナの△Ｍ／△０_２である
。

こう配レジスタ２６からの信号は、最大こう配記
憶回路すなわちブロツク２４とブロツク２３内の
コンパレータとへ送られる（第３図参照）。

フアスナを駆動する電動機を止めるためにコン
パレータ２３によつて与えられる信号は、瞬間ト
ルクが達成された最大トルクの50％まで低下し終
つたときに発生させられる。この理由は、Ｍ―0₂
曲線の導関数、即ち第５図に示すｄＭ／ｄ０_２−d0₂曲
線が同図にＸで指示されている最大値の50％かそれに
近いところに屈曲点をもつていることである。こ
の屈曲点は曲線の最も険しい部分、したがつて曲
線が重ねられた“雑音”曲線を最も急速に通過す
る点でもある。したがつて、Ｘ点は雑音即ち見せ
かけの信号へ最高の免疫性を与える曲線上の点で
ある。

本発明の装置はそのフアスナ締付け形態におい
て本質的にはトルクこう配即ちねじりステイフネ
ス・メータであつて瞬間トルクこう配を最大トル
クこう配と比較することができるので、フアスナ
の締付けを制御する既存の諸方式の制約は解消さ
ねるのである。これらは、最大こう配の近似値を
知るか、所与の締付荷重を与えるトルクを知る
か、あるいは最適締付荷重を保証する角回転を知
るかのいずれかによる、トルク―角特性の比較的
に正確な予備知識を要求するものである。

ここに説明する装置は特別のトルク―回転角特
性の予備知識を必要とするものにあらず、その理
由は最大トルクからの瞬間トルクの偏差が自動的
に決定され、かつ瞬間こう配が最大こう配の任意
の予設定部分（たとえば、50％）であるＸ点に達
したときに締付けが自動的に止められるというこ
とである。したがつて、本発明は周囲の締めつけ
方式に対し好ましい装置を提供するものである。

本発明のフアスナ締付け形式に適用されるもの
に類似する技法を用いて、前述のトルクこう配計
即ちねじりステイフネス・メータを、たとえばね
じかラツク―ピニオン装置のような回転―直線変
換器で回転運動を直線運動に変換することによつ
て、直線ステイフネス・メータに変換することが
できる。別法として、リニア、エンコーダと、そ
れらエンコーダを担持するシヤフト部材間に連結
した線形のばねその他の直線状に弾性の機素とを
使用することができる。こんな要領で、直線系内
の降伏点を前述のねじり系内の降伏点の決定と同
様の方法で決定することができる。ゆえに、たと
えば引張試験機またはクリープ試験機における引
張試験片の降伏点を、標点距離を測定せず力と変
位とを別々に測定することをも要せずに確認する
ことができるわけである。

入力軸と出力軸との連結装置としてコイルばね
１１を使用する代わりに、うず巻ばねを使用する
ことができる。別法として、トルク伝達継手を入
力軸と出力軸との間に連結し、または上記両軸を
形成する両端部をもつねじり棒もしくは管として
もよい。このねじり棒ないし管は金属、ゴム、プ
ラスチツクのいずれでもよく、あるいはこれらの
材料中の任意のものから作つた合成棒ないし管と
することもできる。

第６図は、第２図に示す装置の代りに使用しう
る装置の別形を示す。第２図では、コイルばね１
１は、フアスナが第１図に示すトルク―回転角曲
線をたどるにつれてねじられるほかに、縦軸のま
わりにも回転される。場合によつてはこれらは望
ましくないことであり、代りに第６図に示す装置
を使用することができる。第６図の装置では、不
回転コイルばね３１がトルクを電動機３３で駆動
される入力軸３２から回されるべきフアスナその
他の部材を駆動されるように配置した出力軸３４
へ伝達する。入力軸３２は、線図表示目的のため
に差動歯車列３６として示した伝動装置を収容す
る歯車箱３５を介して、出力軸３４に連結されて
いる。入力軸３２が出力軸３４と同じ速度で駆動
しているとき、即ちトルクＭが一定であるとき、
歯車列３６の一体の運動は生じないが：しかし入
力軸が出力軸より速く動き始めるとき、すなわち
第１図の帯域内にはいると、歯車列は軸３２と
３４の共通軸線のまわりを旋回してその旋回運動
を歯車箱３５のハウジングへ伝達する。コイルば
ね３１の一端は、軸受４２に軸３２と３４の共通
軸線のまわりを旋回するように取り付けられてい
る歯車箱３５の端壁３７に取り付けられている。
コイルばねの他端は固定取付板３８に取り付けら
れており、この板の軸受３９の中で出力軸３４は
自由に回転することができる。入力軸３２は第２
図のエンコーダ９に相当するインクリメタル・エ
ンコーダ４０を担持しており、出力軸３４は第２
図のエンコーダ６に相当するインクリメタル・エ
ンコーダ４１を担持している。Ｘ点に近づいて入
力軸と出力軸との間の差動回転の速度に変化が生
ずると、コイルばね３１は第２図のコイルばね１
１と同様の要領でトルクを伝達するが：しかしば
ね３１は回転せず、ただねじれるだけであり、し
たがつて動的につり合わされることを必要としな
い。入出力両軸間の角偏差はエンコーダ４０と４
１で測定され、それらの信号は前に述べたように
して第３図と第４図に示す論理装置へ通されてそ
れらで処理されることになる。第６図に示す装置
のもう１つの利点は、歯車箱３５を短くして図示
のようにコイルばね３１の中に収めることができ
るため、装置の軸方向長さを縮小しうる点にあ
る。両エンコーダもコイルばねの中に入れること
ができる。別法としてエンコーダ４０を図示のよ
うに歯車箱の入力端に位置決めすることができ、
したがつて低分解能エンコーダを使用して費用を
節減することができる。

装置のいずれの配置（即ち第２図または第６図
の）においても、論理装置に、直線トルク―回転
角関係からの偏差の指示を要せず駆動電動機の自
動停止をも要せずにトルクを電動機からフアスナ
へ伝達する普通の締付装置ないしスパナとして装
置を使用しうるようにするスイツチを備え付ける
ことができる。

第２図には、コイルばね１１が入出力両軸間の
連結装置として使用されており、即ち締付装置は
締付け中に入力トルクが連続的に加えられるスパ
ナとして使用されているけれども、コイルばね１
１の代りに実質的に直線状の非弾性Ｍ―０特性を
もつ連結装置を使用することによつて、縮付装置
をインパクト・レンチとして、即ち入力トルクが
間欠的に段階的に加えられる種類のスパナとして
使用することができるのである。このような場
合、連結装置は、入力トルクの加えられる各期間
のあいだ装置のあともどりを防ぐために、もどり
止め型のばねであるのが有利であろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、代表的に使用されるねじ山付きフア
スナについて回転角に対してプロツトしたトルク
を示すグラフ：第２図は、ステイフネス・メータ
の第１形式の立面図：第３図は、第２図に示すス
テイフネス・メータに関連して使用される論理装
置を図解する線図：第４図は、第３図の論理装置
の特定の一部を詳細に示すブロツク線図：第５図
は、0₂に対してプロツトしたｄＭ／ｄ０_２の曲線である
、第１図から得た導関数曲線のグラフ：および第６
図は、ステイフス・メータの別形を一部正面一部
断面で示す図である。８，３２……入力軸、５，３４……出力軸、１
１，３１……コイルばね、９，４０……第１イン
クリメタル・エンコーダ、６，４１……第２イン
クリメタル・エンコーダ、２２，２３……コンパ
レータ（論理回路）、２４……記憶回路、１……
フアスナ、２……フアスナ係合工具。

Claims

【特許請求の範囲】１任意のトルク―回転角曲線のこう配における
降伏点または同様の意味のある変化を決定するス
テイフネス・メータにおいて、一定部材に与えられるトルクのトルクこう配を
示す変動信号を発生させる装置、前記こう配信号に応答して、該トルク―回転角
曲線の大体において直線状の部分を通じて生じた
最大トルクこう配を示す情報信号を記憶する装
置、および前記こう配信号と前記情報信号を比較し、また
前記こう配信号が前記情報信号の所定の割合まで
変化したときに制御信号を発生させるコンパレー
タ装置を含むステイフネス・メータ。