JP2000088682A - ねじ部品をその降伏点以上に締め付けた際のねじ部品における軸方向負荷を測定する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ねじ部品をその降伏点以上に締め付けた際のね
じ部品における軸方向負荷を測定する場合、摩擦抵抗の
変化及び、それによって塑性変形範囲と同様に、部品の
降伏点で得られる軸方向負荷レベルの変動性を考慮され
ていなかった。 【解決手段】 本発明は、部品の軸方向負荷（Ｎ）を測
定するために、部品の降伏点と最終プレテンションとの
両方に、部品に誘導される超音波の走行時間（Δｔ）の
変化を利用することによって降伏点以上に締め付ける際
のねじ部品の軸方向負荷を測定する方法を提供する。部
品の降伏点は、回転の角度単位の対する瞬間移動トルク
の増加における大きな変化を表示し、部品の実際の型に
おける軸方向（Ｎ）と回転角（Φ）と超音波走行時間
（Δｔ）との関係を測定した予締め付けと部品の超音波
実走行時間（Δｔ）とを比較することによって、測定さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ねじ部品をその降
伏点以上、例えば、部品の塑性変形範囲内で締め付けた
際のねじ部品における軸方向負荷を、部品に誘導される
超音波の走行時間の変化を検出することによって、測定
する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、自動車産業では、種々の自動車
構造に含まれる少なくとも型式のねじの重さを抑制する
のが好ましい。このことは、所定の大きさの部品によっ
て得られる最大締め付け力を利用することによって達成
され、つまり、部品が、降伏点まで例えば弾性変形範囲
を僅かに越える際、締め付けられることを意味する。こ
の周知の方法は、例えば、米国特許明細書第２６００５
４９号に記載されている。

【０００３】ねじ部品をその降伏点以上のレベルに締め
付ける時、軸方向負荷が、軸方向負荷の範囲で回転の角
度に対して比例的に増加しないため、得られる軸方向負
荷を正確に測定することに関して問題が生じる。

【０００４】従来の技術において、塑性変形範囲まで部
品を締め付ける時、達成される軸方向負荷の正確な情報
を得るために有効で単純でかつ信頼性のおける方法は存
在しなかった。

【０００５】良く知られている塑性変形範囲で部品を固
定する方法の内の一つによれば、降伏点が、その降伏点
で得られるトルク成長の重要な変化を検出し、また、そ
の降伏点から所定の角度を越えてねじを締め付けること
によって測定される。この方法によって、部品の大きい
締め付け力は、部品上に正確に得られる軸方向の負荷を
測定できる可能性はなく、降伏点を越えて部品が引っ張
られるために利用される。部品に多様な摩擦抵抗が生
じ、降伏点のみでなく最終締め付け点においても得られ
る軸方向負荷は相当量の散乱が生じる。

【０００６】良く知られている部品の軸方向負荷を測定
する方法、例えば、米国特許明細書第３９６９８１０号
は、その部品に軸方向に誘導される超音波の走行時間の
変化を測定することを開示している。この方法は、部品
の伸びと軸方向負荷とが比例関係である時のみ、超音波
走行時間と軸方向とは直接一致するので、弾性変形範囲
内に部品を締め付ける場合のみに適用される。しかし、
これは、塑性変形範囲の場合ではなく、この範囲は、部
品が小さい軸方向負荷が増加する時のみ伸びるものであ
る。また、この方法は、上述のように、降伏締め付けに
おいて部品の軸方向負荷の測定に有効ではないことを意
味する。

【０００７】また、従来は、部品に誘導される超音波の
走行時間の変化を測定することによって、塑性変形範囲
内で部品を締め付ける場合、部品に得られた軸方向負荷
を測定する方法が提案されていた。この方法は、超音波
走行時間の変化と部品の実際の型の軸方向負荷との関係
を確立して、予締め付けに基づいている。この情報に基
づいて、得られた軸方向負荷は、超音波走行時間の変化
を測定し、走行時間と軸方向負荷との前もって確立され
る関係がその変化に関連づけることによって測定され
る。

【発明が解決しようとする課題】

【０００８】しかし、この公知の方法は、摩擦抵抗の変
化及び、それによって塑性変形範囲と同様に、部品の降
伏点で得られる軸方向負荷レベルの変動性を考慮されて
いない。

【０００９】上記のように、降伏点以上の軸方向負荷
は、部品の伸びに直接対応せず、その上、部品の実質的
な摩擦状態に依存する。部品の大きい摩擦抵抗によっ
て、部品に剪断応力を増加させ、部品の塑性変形がより
小さい軸方向負荷を起こす。従って、ある種の部品にお
ける降伏点の軸方向の負荷が、部品の実際の摩擦状態に
高く依存するので、多様な変化をもたらす。

【課題を解決するための手段】

【００１０】本発明は、部品の最終プレテンションレベ
ルと同様に降伏点における軸方向負荷を測定するため、
ねじ部品に誘導される超音波の走行時間の変化を利用し
て、部品が、降伏点以上のプレテンションまで引っ張ら
れるように、ねじ部品の軸方向負荷を正確に測定する方
法を提供するものである。

【００１１】さらに、本発明の特徴と有利な点は以下の
詳細な説明と請求項から明らかになろう。本発明に係る
新しい方法は、予締め付け検査過程を含み、その過程に
おいて実際の部品の型が、塑性変形範囲のプレテンショ
ンを含む締め付け操作の影響を受ける。この予締め付け
検査は、降伏点を越えるレベルで複数個の部品を締め付
けることと、また適用したトルク、回転角度、軸方向負
荷及び部品に誘導される超音波の走行時間に適した器具
を使用して測定することを含んでいる。

【００１２】その結果、軸方向負荷と回転角度と超音波
走行時間との関係を測定することが可能である。また、
部品が塑性変形し始めるトルクレベルの大きさと散乱を
検査することが可能である。さらに、部品の塑性変形範
囲内の軸方向負荷と超音波の走行時間との関係を測定す
ることも重要である。なぜならこの範囲においてこれら
の関係はもはや比例ではないからである。

【００１３】降伏点以上の軸方向負荷が、降伏点の軸方
向負荷レベルによってどのように変化するかは特に重要
である。摩擦抵抗が高ければ、降伏点の軸方向負荷が低
くなる。上記の説明によれば、軸方向負荷と捻り負荷が
部品にひずみを起こし、また一定レベルで部品材料が降
伏を生じる。これは、大きい摩擦抵抗が部品材料に小さ
い軸方向負荷で降伏を起こすことを意味する。従って、
検査過程において部品が、通常の部品生産で期待され得
る最も低くかつ最も大きい摩擦抵抗を有する。なぜなら
ば、このことは、摩擦抵抗の散乱範囲を表示するだけで
なく、部品の降伏点において期待される小さい軸方向負
荷の散乱範囲も表示するためである。この情報は、使用
される相当大きい部品を測定する時に、決定的に重要な
ことである。

【００１４】超音波の走行時間は、弾性変形の範囲内で
軸方向負荷を与えるので、降伏点を示すこの走行時間を
使用するのは不可能である。その代わり、その降伏点
は、トルクと角度の関係の重要な変化を検出されること
に適している。しかし、それには他の適した方法で検出
され得る。だが、この降伏点において、過程を検査する
予締め付けを行う間に、測定される軸方向負荷と走行時
間との関係に対応させ、続く塑性変形範囲内の軸方向負
荷に関係付けることが可能になるように、超音波の走行
時間は決定される。

【００１５】事実、実際の型の部品は、部品の事前検査
を行っている間に測定されるように、この型の部品に有
効な範囲内で選択される、予め測定された軸方向負荷に
締め付けられる。トルクは部品に適用され、トルクの瞬
間値と回転の角度と超音波走行時間が表示される。超音
波の走行時間が、負荷を追わない状態の部品を介して、
丁度走行時間の値を得るための過程のスタート時点から
表示される。

【００１６】降伏点がトルクと角度との関係の変化によ
って検出されるので、締め付けは、所望の軸方向負荷に
対応する予締め付け検査に従って、波走行時間に継続さ
れる。降伏点における部品を介して、超音波の走行時間
値を表示し、降伏点以上に、示される次の走行時間値を
関係付けることによって、一つの部品からもう一つの部
品の摩擦抵抗における変化を補正し、その部品から得ら
れる軸方向負荷に関して、実質的に向上した結果を得る
ことが可能である。

【発明の実施の形態】

【００１７】添付図面のグラフは、塑性変形範囲内で締
め付けられる際、２つの部品ＩとIIとの各々の軸方向負
荷Ｎとの回転角度Φとの関係を図示した曲線である。２
つの部品の摩擦抵抗の相違に従って、降伏点が軸負荷の
２つの異なるレベルに達成される。すなわち、一方の低
いレベルである軸方向負荷Ｎ_Ｙ１が大きい摩擦抵抗を有
し、他方の高いレベルである軸方向負荷Ｎ_Ｙ２が小さい
摩擦抵抗を生じる。

【００１８】第１図の図表は、超音波の走行時間Δｔ
が、回転角度Φに関係して塑性変形範囲をどのように変
化させるかを点線で示したものである。部品が塑性変形
をしている間に、走行時間は軸方向負荷と共に比例的に
変化するが、降伏点以上の部品材料の塑性変形のため、
走行時間が部品の伸びに対して僅かに遅れて変化する。

【００１９】従って、誘導された超音波の走行時間Δｔ
は、降伏点以上の比例関数によって主に増加し続けるの
に対して、軸方向負荷Ｎは、最も少ない比例関係でない
増加値を得る。グラフの垂直方向矢印は、２つの異なる
軸方向負荷／角度の曲線上の予定された最終走行時間Δ
ｔ_Ｐの突出を示している。これによって、Δｔの一定レ
ベルの２つの部品において、最終軸方向負荷Ｎ_Ｆの大き
な相違が得られることが図示で明らかになっている。こ
れは、実際に各降伏点において得られる軸方向負荷Ｎ
_Ｙ１とＮ_Ｙ２との各々の相違が大きいためである。

【００２０】走行時間のレベルΔｔ_Ｆにおける締め付け
の進行を遮ることを決定される場合、高摩擦の部品Ｉ
は、最終軸方向負荷Ｎ_Ｆ１がかかり、最終負荷Ｎ_Ｆ１は
小さい摩擦部品IIによってかかる最終軸方向負荷Ｎ_Ｆ２
よりも小さくなる。高摩擦部品Ｉは、その降伏点におい
て相対的に小さい軸方向負荷Ｎ_Ｙ１がかかり、この降伏
点は、波走行時間Δｔ_Ｎによって反映される部品の伸び
に達する。他方、低摩擦部品IIは、その降伏点において
相対的に大きい軸方向負荷Ｎ_Ｙ２がかかり、この降伏点
は、部品の伸びが波走行時間Δｔ_Ｙ２によって反映され
る。このことはグラフから理解される。

【００２１】実際の降伏点走行時間Δｔ_Ｙに予定された
最終波走行時間値Δｔ_Ｆを対応させ、その値と予締め付
け検査結果とを比較することによって、最終的に得られ
る軸方向負荷Ｎ_Ｐを測定することが可能である。この新
しい方法に適した応用は、次の方法において制御する締
め付け方法において使用される。 Ｉ）事前検査において、特定の部品の型のために、安全
限界、例えば降伏点より上で越えることのない角度を確
立する。このことは、第２図のα_ｍａｘに図示される。 II）次に、角度α_ｍａｘを締め付ける時、この部品が大
きい摩擦抵抗を有することによって得られることから目
標負荷Ｎ_ＴＬレベルを確立する。このことは図２の曲線
Ｉから理解される。 III)次に、目標負荷レベルＮ_ＴＬに対して特定の型の部
品各々をその降伏点負荷レベルに関わらず、締め付け
る。極端な場合は、図２の部品IIが、目標負荷Ｎ_{Ｔ Ｌ}に
到達するとき、降伏点に丁度達しないために、部品が小
さい摩擦抵抗を有する。

【発明の効果】

【００２２】この方法の有利な点は、得られる軸方向負
荷の分散は最小にしておき、また、同時に最悪の場合、
例えば、大きい摩擦抵抗を備え、降伏点において最も小
さい負荷に達した場合、部品の最大の強度を利用する。
換言するならば、部品の安全限界の角度α_ｍａｘにおい
て得られる得る最大軸方向負荷は、最も小さい降伏点負
荷レベルを有し、このレベルは、部品の特定の型のため
に目標負荷Ｎ_ＴＬに指定されてる。これは、他の部品の
安全限界を越える危険をなくすためである。

【図面の簡単な説明】

【図１】同じ型の２つの部品を塑性変形範囲で締め付け
を示したグラフである。

【図２】同じ進行で、部品の最大許容安全回転角度に関
して、同じ型の２つあるいはそれ以上の部品の期待され
る最大目標負荷を図示したグラフである。

【符号の説明】

Ｎ、Ｎ_Ｆ１、Ｎ_Ｆ２、Ｎ_Ｙ１、Ｎ_Ｙ２、Ｎ_Ｆ・・・・軸
方向負荷 Φ・・・・回転角度 Δｔ、Δｔ_Ｆ、Δｔ_Ｙ１、Δｔ_Ｙ１・・・・超音波の走
行時間

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 部品の降伏点が、２つの締め付けパラメ
   ータの関係の変化の大きさを表示することによって測定
   され、 軸方向負荷（Ｎ）と超音波走行時間（Δｔ）との間の予
   締め付けにおける予定比例関係で従って、部品の降伏点
   における軸方向負荷（Ｎ_Ｙ）が、無負荷状態と部品の降
   伏点との間の超音波走行時間（Δｔ）の実際の相違と、
   負荷を追わない状態と降伏点との間の超音波走行時間
   （Δｔ）の相違とを比較し、 部品に誘導された超音波の走行時間を測定することによ
   って部品の降伏点以上に締め付けるねじ締め部品におけ
   る軸方向負荷（Ｎ）を測定する方法において、 降伏点以上の瞬間的な超音波走行時間（Δｔ）が、部品
   の実際の型の軸方向負荷（Ｎ）と超音波走行時間（Δ
   ｔ）との間の予締め付けにおける予定の関係と比較さ
   れ、この比較によって、一定の超音波走行時間（Δｔ）
   に対する軸方向負荷（Ｎ）を決定する、 ことを特徴とするねじ部品をその降伏点以上に締め付け
   た際のねじ部品における軸方向負荷を測定する方法。
2. 【請求項２】部品の実際の型の摩擦特徴の通常予想され
   る分散を表す多数の部品の事前検査において、前記部品
   の各々の降伏点以上の回転の最大安全角度（α _ｍａｘ）
   に対応する最大超音波走行時間（Δｔ_ｍａｘ）を測定
   し、 最低降伏点を持つ前記部品の最大超音波走行時間が、部
   品の実際の型から安全に予想される最終目標の軸方向負
   荷（Ｎ_Ｆ）に対応する、 ことを特徴とする請求項１に記載のねじ部品をその降伏
   点以上に締め付けた際のねじ部品における軸方向負荷を
   測定する方法。
3. 【請求項３】加えれたトルクの瞬時値と、部品の角位置
   （Φ）と、部品に誘導された超音波の走行時間（Δｔ）
   とを検知し、 降伏点が２つの締め付けパラメータ間のトルク／角度関
   係の変化として検出される降伏点以上の予定の軸方向負
   荷（Ｎ_Ｆ）までねじ部品を締め付ける方法において、 部品の降伏点の超音波走行時間（Δｔ_Ｙ）と無負荷状態
   の部品における予め確立された超音波走行時間（Δｔ）
   とを比較することによって、降伏点の軸方向負荷
   （Ｎ_Ｙ）を測定し、 瞬時の超音波走行時間（Δｔ）が、超音波走行時間（Δ
   ｔ）と軸方向負荷（Ｎ）との間の予締め付けに従って、
   所望の最終軸方向負荷（Ｎ_Ｆ）の相応するレベル（Δｔ
   _Ｆ）に達するまで、降伏点以上に部品を締め付け続け
   る、 ことを特徴とする降伏点以上の予定された軸方向負荷ま
   でねじ部品を締め付ける方法。
4. 【請求項４】実際の多数の部品の事前検査において、部
   品の各々の降伏点以上の回転の最大安全角度
   （α_ｍａｘ）に対応する最大超音波走行時間（Δｔ
   _ｍａｘ）を測定され、 最低降伏点レベルをもつその部品の最大超音波走行時間
   が、部品の実際の型から安全に予想される、最高の最終
   目標の軸方向負荷（Ｎ_Ｆ）に対応する、 ことを特徴とする請求項３に記載の降伏点以上の予定さ
   れた軸方向負荷までねじ部品を締め付ける方法。