JP2001179645A - Method of controlling screw tightening in proportional range - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ねじ締結体の締付
け作業において、軸力を主柱とした三角形で表示する締
付け線図(以後、締付け三角形と呼ぶ。)を用いて実際
に発生する軸力を算出して、新品のねじ締結体の締め付
けに限らず、中古のねじ締結体における締付けをも適正
なものとする技術に関するものである。適用範囲として
は、手動のハンドツール、動力ナットランナ、衝撃レン
チ(インパクトレンチやオイルパルスレンチを含む)、
油圧駆動式トルクレンチ等である。インパクトレンチと
しては、例えば、実公平4−32225、US.PAT. 2,
285,638、US.PAT. 2,160,150、US.PA
T. 3,661,217、US.PAT. 3,174,59
7、US.PAT. 3,428,137、US.PAT. 3,55
2,499、やその他の類似のクラッチ構造のものを含
む。また、油圧駆動式トルクレンチとしては例えば、U
S.PAT. 4,524,651、US.PAT. 4,619,1
60、やそのほかの類似の構造のものを含む。動力源と
しては、手動、電動、空気駆動、エンジン駆動、油圧駆
動等を含むものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shaft which is actually generated by using a tightening diagram (hereinafter, referred to as a tightening triangle) represented by a triangle having an axial force as a main column in a tightening operation of a screw fastener. The present invention relates to a technique for calculating a force to make proper tightening not only of a new screw fastener but also of a used screw fastener. Applications include manual hand tools, power nutrunners, impact wrenches (including impact wrenches and oil pulse wrenches),
It is a hydraulically driven torque wrench or the like. As an impact wrench, for example, Japanese Utility Model 4-32225, US.PAT.
285,638, US.PAT. 2,160,150, US.PA
T. 3,661,217, US.PAT. 3,174,59
7, US.PAT. 3,428,137, US.PAT. 3,55
2,499, and other similar clutch structures. As a hydraulic drive type torque wrench, for example, U
S.PAT. 4,524,651, US.PAT. 4,619,1
60 and other similar structures. Power sources include manual, electric, pneumatic, engine, and hydraulic drives.
【0002】[0002]
【従来の技術】ねじは、現代の機械文明を支える基本的
な機械要素である。そして今、リサイクル時代を迎える
にあたって、その役割は益々重要なものと考えられる。
しかし、ねじが持つそのような重要な役割にもかかわら
ず、その締付け制御方法と、その実行には、種々課題が
残されている現実がある。品質管理下で施行される新品
の機械組立作業の場合を別として、中古機器・施設・装
置の分解手入れ修理の場合等では、必要なねじ締付け作
業方法と手段の構築が甚だ遅れているのが現状である。
ねじの締付け制御の重要性は、JIS B 1083 1084 「ねじ
の締付け通則」ならびに「ねじ部品の締付け試験方法」
によって、ねじ締付けの意義、基礎、締付け管理方法の
規定が特別に制定されていることからも理解される。し
かし、この規定は、部品等の品質管理を前提としたもの
で、広く存在する非管理下の職場に適用することには無
理がある。JIS規格に示されるねじ締付け管理の方法
は、トルク法、回転角法、トルク勾配法の三つの方法で
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION Screws are the basic mechanical element that supports modern machine civilization. Now, in the era of recycling, its role is considered to be increasingly important.
However, in spite of such an important role of the screw, there is a reality that various problems remain in the tightening control method and its execution. Apart from the case of assembling a new machine under quality control, in the case of disassembly, maintenance and repair of used equipment, facilities and equipment, the construction of necessary screw tightening work methods and means is extremely delayed. It is the current situation.
JIS B 1083 1084 "General rules for tightening screws" and "Test methods for tightening screw parts"
It can also be understood from the fact that the provisions of the significance, basis and tightening management method of screw tightening are specially established. However, this rule is based on the quality control of parts and the like, and it is impossible to apply it to widely existing unmanaged workplaces. There are three methods of screw tightening management indicated in the JIS standard: a torque method, a rotation angle method, and a torque gradient method.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】このうち、トルク勾配
法は、その使用機器や設備に普及性がなく、この方法の
実行は制限されたものとなっている。従って、一般のね
じ締付け作業では、残る二つの方法、特にトルク法が普
及しているのが現状である。従って、以下においては、
この二つの方法に関連してのみ、概要と問題点等を述べ
る。ねじ締付け制御の目的は、強固なねじ締結体を作り
上げることにあり、そのための主たる課題は、指定され
た締付け力(軸力)を付与することである。この場合の
要点は、締付け不足は避けなければならないということ
である。しかし、ねじ締結体においては、締付け作業の
段階で締付け力(軸力)を直接測定することは、構造的
に不可能といえる。それゆえ、トルク法も回転角法も、
軸力管理の立場から見れば間接的な方法になっている。
この観点からJIS規定のトルク法はそのトルク係数を
管理下におくという付帯条件のもつ意味の重要性には重
いものがある。Among them, the torque gradient method is not widely used in equipment and facilities, and the execution of this method is limited. Therefore, in the general screw tightening work, at present, the remaining two methods, particularly the torque method, have become widespread. Therefore, in the following:
Only in connection with these two methods, outlines and problems are described. The purpose of the screw tightening control is to create a strong screw tightening body, and the main problem for that is to apply a specified tightening force (axial force). The point in this case is that insufficient tightening must be avoided. However, it can be said that it is structurally impossible to directly measure the tightening force (axial force) at the stage of the tightening operation of the screw fastener. Therefore, both the torque method and the rotation angle method
It is an indirect method from the viewpoint of axial force management.
From this point of view, the significance of the incidental condition that the torque coefficient under the control of the JIS regulation is controlled is heavy.
【0004】ねじの締付け作業の現場においては、トル
ク法は圧倒的に広く普及している方法である。この方法
は主に締付け摩擦面の摩擦抵抗を介して軸力を判定する
方法である。それゆえ、摺りあう面の摩擦を主成分とす
るトルク係数が分からなければ、締付け力( 軸力) の制
御は成り立たない。このことは、この方法のかかえる大
きな問題点である。大多数のねじ締付け作業の現場で
は、トルク係数を管理下におくことは甚だ困難であるか
らである。[0004] In the field of screw tightening work, the torque method is overwhelmingly widespread. This method mainly determines the axial force through the frictional resistance of the tightening frictional surface. Therefore, the control of the tightening force (axial force) cannot be realized unless the torque coefficient mainly composed of the friction of the sliding surfaces is known. This is a major problem with this method. This is because it is extremely difficult to control the torque coefficient at the site of most screw tightening operations.
【0005】回転角法は、トルク係数に関係なく締付け
力を制御できる方法である。しかしこの方法は、回転角
を測定する精度に難点がある。それは、ねじ(ボルトま
たはナット)の締付け回転角の測定開始点を決定するこ
との困難性である。この方法では、角度測定開始点をね
じ締結体が弾性域における線型領域(比例域)に入った
初点(スナグ点)を合理的に設定しなければならない。
ねじ締結体の締付け初期は、弾性は不安定であり、スナ
グ点を精度よく簡便に設定できる方法や機器は未だ知ら
れていない。The rotation angle method is a method capable of controlling a tightening force regardless of a torque coefficient. However, this method has a drawback in the accuracy of measuring the rotation angle. It is difficult to determine the starting point for measuring the tightening rotation angle of a screw (bolt or nut). In this method, the starting point (snag point) at which the screw fastener enters the linear region (proportional region) in the elastic region must be rationally set as the angle measurement starting point.
The elasticity is unstable at the beginning of tightening of the screw fastening body, and a method and a device that can easily and accurately set a snag point are not yet known.
【0006】次に、ねじ締付け作業を作業現場の観点か
ら考察する。ねじ締結部をもつ製品が工場で組み立てら
れる際は、ねじ類や被締結部材は新品であり、一般には
品質管理され、標準品質が確保されている。また、締結
に必要な設備・機器の備えがあり、その性能も管理され
ている。このことはJIS規定の実行に必要な条件が整
っているということである。従って、組立品質上の問題
が発生する可能性は少ない。しかし、中古製品の分解整
備を行う作業現場での事情は大きく異なっている。ねじ
類や各部品の品質は中古化しており、いわば使用経歴に
よる劣化、個性化を持つようになっている。特に表面状
況の変化による摩擦係数の変化、部品の変形による弾性
状況等の変化が考えられる。その変化を、目視や簡単な
方法で判定できる場合は別として、精密な計測による判
定は、施設や費用の点から実行は現実的に困難である。
このような作業現場では、再組立のねじ締付け作業にJ
IS規定の方法は準用はできても品質確保はその前提条
件を欠いたものとなってしまっているので、中古のねじ
締結体の品質は大きな不安を抱えることになる。このよ
うな作業現場は世界的にも多く存在しリサイクル時代の
大きな問題と思われる。Next, the screw tightening operation will be considered from the viewpoint of the work site. When a product having a screw fastening portion is assembled in a factory, screws and members to be fastened are new, and are generally quality-controlled to ensure standard quality. In addition, there are equipment and devices required for fastening, and the performance is also managed. This means that the conditions necessary for the implementation of the JIS regulations have been met. Therefore, there is little possibility that a problem in assembly quality will occur. However, the situation at the work site where the used products are disassembled and maintained is very different. The quality of screws and parts is second-hand, so that it has deteriorated and individualized due to its use history. In particular, a change in the coefficient of friction due to a change in the surface condition and a change in the elasticity due to the deformation of the component are considered. Unless the change can be determined visually or by a simple method, it is practically difficult to perform the determination by precise measurement in terms of facilities and costs.
At such a work site, J
Although the method specified by the IS can be applied mutatis mutandis, quality assurance lacks its prerequisites, so the quality of used screw fasteners has great anxiety. There are many such work sites worldwide, and this is considered to be a major problem in the age of recycling.
【0007】次に、中古製品のねじ締結の現実の実例を
あげる。例として生活者に身近な乗用車のアクスルハブ
とタイヤホィールを締結するハブボルト・ナットの締付
けをあげる。国産乗用車のハブボルトの寸法は、一般に
はねじ外径12mm長さ40mmが標準である。ホイールの種類
は材質、形状、締付け座面の形状等、多様にわたってい
る。指定締付けトルクは、車種により若干の差があるが
ほぼ100N・m 内外である。締付け力の指定がないのが普
通である。しかし、設計軸力は約40,000N 強としてよ
い。その理由は、中間耐力鋼の12mmボルトの降伏軸力は
約70,000N であるので、その60%は42,000N となる。Next, an actual example of the screw fastening of a used product will be described. As an example, the tightening of hub bolts and nuts that fasten tire wheels to axle hubs of passenger cars familiar to consumers is given. The standard dimensions of hub bolts for domestic passenger cars are generally 12 mm outside diameter and 40 mm long. There are various types of wheels, such as materials, shapes, and shapes of fastening seat surfaces. The specified tightening torque is around 100 N · m, though there is a slight difference depending on the vehicle type. Usually, there is no specification of the tightening force. However, the design axial force may be about 40,000N or more. The reason is that the yield strength of 12mm bolt of intermediate load bearing steel is about 70,000N, 60% of which is 42,000N.
【0008】発明者等は、実車構造とほぼ同様の実験台
を作り、新旧各種のホイールの締付け作業を重ねてき
た。その結果、見かけのトルク係数は、予想外に広範囲
にばらついていることが判明した。低い値は潤滑剤を塗
布した場合の0.1 代程度から、最高は約1近くまで計測
されたのである。また、回転角でみると、ボルト5本用
の鉄製ホイールで、トルク100N・m までの回転角は、締
付け箇所によって40度から129 度までばらついていた。
このように、ねじ締結は中古化にともなって予想外に個
性化が進むことがわかる。このようなトルク係数の不安
定は、同一トルク値による締付けでも締付け力のばらつ
きは約10倍近くに及ぶことを意味している。気をつけな
ければならないのは、トルク係数が高い場合、トルク法
では締付け力が設計値をかなり下回ることである。最も
注意しなければならないのは、高トルク係数と低トルク
締付けとが重なった場合に発生する弱い締付け力の問題
である。締付け軸力が10,000N にも達しない場合が考え
られ、そのような場合にはねじ締結体としての使命を甚
だ果たしていない。The inventors have made an experimental bench substantially similar to the actual vehicle structure, and have repeatedly tightened various kinds of new and old wheels. As a result, the apparent torque coefficient was found to vary unexpectedly over a wide range. The low value was measured from about 0.1 generation when the lubricant was applied, and the maximum was measured to about 1. In terms of rotation angle, the rotation angle up to a torque of 100 N · m for iron bolts for five bolts varied from 40 degrees to 129 degrees depending on the tightening location.
Thus, it can be seen that the screw fastening is unexpectedly individualized with the second-hand use. Such instability of the torque coefficient means that the variation in the tightening force is about 10 times even with the tightening with the same torque value. It should be noted that when the torque coefficient is high, the tightening force is considerably lower than the design value in the torque method. Most notable is the problem of weak tightening forces that occur when high torque coefficients and low torque tightening overlap. It is conceivable that the tightening axial force does not reach 10,000N, and in such a case, the mission as a screw fastener has not been fulfilled significantly.
【0009】トルク係数の問題以外にも、ねじ締結体に
は作業者が判別できない被締結部材の弾性の差というべ
き問題がある。ねじ締結体はほとんどの場合、複数のね
じ締結で成り立っている。この場合、ねじ締付けを1本
づつ順次行うときは、その被締結部材の弾性係数は固有
の偏り以外に、締付け順序によっても変化を受ける。中
古化したねじ締結体では、被締結部材の個性化に加え、
この環境の変化があるので、トルク法はもとより回転角
法も目標を設定することは困難である。従って、従来は
その対応策は野放しの状態といえる状況であった。参考
までに、米国においては、Lost wheel crisis やTorque
gremlinという言葉が登場する状況となっている。この
問題の原因にはねじ締結の品質も大きく関わっているこ
とが指摘されている。[0009] In addition to the problem of the torque coefficient, there is another problem in the screw fastener that is the difference in elasticity of the member to be fastened which cannot be distinguished by the operator. Most screw fasteners consist of a plurality of screw fasteners. In this case, when the screws are sequentially tightened one by one, the elastic modulus of the member to be fastened varies depending on the tightening order in addition to the inherent deviation. In used screw fasteners, in addition to individualizing the members to be fastened,
Because of this change in environment, it is difficult to set a target not only for the torque method but also for the rotation angle method. Therefore, in the past, the countermeasures were in a state of being left unchecked. For reference, in the United States, Lost wheel crisis and Torque
The word gremlin appears. It has been pointed out that the cause of this problem is largely related to the quality of screw fastening.
【0010】本発明では、トルク法、回転角法、双方の
要求を充足して、締付けの軸力制御を可能にする方法を
提案するものである。The present invention proposes a method that satisfies the requirements of both the torque method and the rotation angle method and enables the control of the tightening axial force.
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、ねじ
締結作業の進行にともなう、ねじ回転角あるいは締付け
トルクを検出して、そのねじ締結体が比例域に入った事
を読み取り、比例原点を決定して、そのねじ締結体のね
じ系において予め知られた比例定数を用いて、ねじ回転
角を、ねじ系の伸び成分と被締結部材の縮み成分とに分
け、軸力を主柱とした三角形で表示する締付け線図を決
定し、この締付け線図を用いてねじの締付け軸力を制御
することを特徴とする比例域ねじ締付け制御方法であ
る。ただし、ねじ系とはボルトとナットもしくはそれに
代わるめねじとの組み合わせのシステムを示している。
請求項2の発明は、静力を用いたねじ締付け制御におい
て、ねじ締結作業の進行にともなう、ねじ回転角と締付
けトルクとを並行して検出して、そのねじ締結体が比例
域に入った事を読み取り、比例原点を決定して、そのね
じ締結体のねじ系において予め知られた比例定数を用い
て、ねじ回転角を、ねじ系の伸び成分と被締結部材の縮
み成分とに分け、軸力を主柱とした三角形で表示する締
付け線図を決定し、この締付け線図を用いてねじの締付
け軸力を制御することを特徴とする比例域ねじ締付け制
御方法である。ただし、静力を用いたねじ締付けとは手
動レンチあるいは動力レンチによる静的な力でのねじ締
付けを示している。請求項3の発明は、締付けトルクと
ねじ回転角の両方を同時に連続しては読み取れない場
合、部分的に締付けトルクとねじ回転角の両方を読み取
り、ねじ締結体の締付けトルクをねじ回転角に変換する
ことにより三角形で表示する締付け線図を決定し、この
締付け線図を用いてねじの締め付け軸力を制御すること
を特徴とする比例域ねじ締付け制御方法である。請求項
4の発明は、ねじ締結における締付けトルクと軸力から
算出されたトルク係数に基づいて、締結作業の品質を判
断することを特徴とする比例域ねじ締付け制御方法であ
る。請求項5の発明は、軸力を主柱とした三角形で表示
する締付け線図におけるねじ系の弾性係数Ka,被締結
部材の弾性角度係数Kb,ねじ締結体の弾性角度係数K
として、Kb/KaもしくはK/Kaの値に基づいて、
締結作業の品質を判断することを特徴とする比例域ねじ
締付け方法である。According to a first aspect of the present invention, a screw rotation angle or a tightening torque is detected as the screw fastening operation progresses, and the fact that the screw fastener has entered a proportional range is read. The origin is determined, the screw rotation angle is divided into the elongation component of the screw system and the contraction component of the member to be fastened using the proportional constant known in advance in the screw system of the screw fastening body, and the axial force is determined by the main column. A proportional area screw tightening control method is characterized in that a tightening diagram represented by a triangle is determined, and the tightening axial force of the screw is controlled using the tightening diagram. However, the screw system refers to a combination system of a bolt and a nut or an alternative female screw.
According to a second aspect of the present invention, in the screw tightening control using static force, the screw rotation angle and the tightening torque are detected in parallel with the progress of the screw tightening operation, and the screw tightened body enters the proportional range. By reading the fact, determining the proportional origin, using the proportional constant known in advance in the screw system of the screw fastener, the screw rotation angle is divided into the elongation component of the screw system and the contraction component of the member to be fastened, A proportional area screw tightening control method is characterized in that a tightening diagram represented by a triangle having an axial force as a main column is determined, and the tightening axial force of the screw is controlled using the tightening diagram. However, screw tightening using static force means screw tightening with a static force using a manual wrench or a power wrench. According to the third aspect of the invention, when both the tightening torque and the screw rotation angle cannot be simultaneously read simultaneously, both the tightening torque and the screw rotation angle are partially read, and the tightening torque of the screw fastener is converted to the screw rotation angle. A proportional area screw tightening control method is characterized in that a tightening diagram represented by a triangle is determined by conversion, and the tightening axial force of the screw is controlled using the tightening diagram. The invention according to claim 4 is a proportional area screw tightening control method, wherein the quality of the fastening operation is determined based on a torque coefficient calculated from a tightening torque and an axial force in screw fastening. According to a fifth aspect of the present invention, the elasticity coefficient Ka of the screw system, the elasticity angle coefficient Kb of the member to be fastened, and the elasticity angle coefficient K of the screw fastening body in a fastening diagram represented by a triangle with the axial force as the main column
And based on the value of Kb / Ka or K / Ka,
A proportional area screw tightening method characterized by judging the quality of a fastening operation.
【0011】<1>発明の原理−その1 本発明にかかる締付け制御の原理は基本的には回転角法
に基づいている。しかし、トルク法も使用できる方法を
含んでいる。比例域のねじ締付けのトルク法、回転角法
の原理は簡明で公知のものである。以下にその説明を若
干加える。まず、比例域ねじ締結についての古典的な理
論であり、現在でもこれに代わるものは生まれていない
締付け線図について説明する。本発明は、締付け線図の
理論をメカトロニクス技術によって実用化したものであ
る。<1> Principle of the Invention-Part 1 The principle of the tightening control according to the present invention is basically based on the rotation angle method. However, the torque method also includes methods that can be used. The principles of the torque method and the rotation angle method for screw tightening in the proportional range are simple and known. The explanation will be slightly added below. First, a description will be given of a fastening diagram that is a classic theory of the proportional area screw fastening and has not been replaced by a classical theory at present. The present invention is a practical application of the theory of the tightening diagram by the mechatronics technology.
【0012】(1)締付け線図 第1の原理は、締付け線図から生まれる「締付け三角
形」で表現されるものである。これは比例域のねじ締結
体の原理は比例と平衡の関係であることを示したもので
ある。図1にその代表的なものである△ACDを示し
た。この△ACDの高さの線分ABは軸力を示してい
る。線分ABより左側の△ABCは使用されるねじ系の
線図であり、軸力Fによってねじ系がλaだけ伸びるこ
とを示している。右側の△ABDは被締結部材の変化を
示す線図であり、軸力Fによってλbだけ縮むことを示
している。線分ACは軸力Fに対するλaの変化の過程
を示したものである。角CAB(=角α)はこのねじ系
の弾性を表す弾性角度であり、このねじ系に固有のもの
である。これはtan αによって、このねじ系固有の弾性
角度係数として表現でき、Kaとして表す。また、以下
においては、実用上の都合にあわせて、伸びや縮みをね
じ系の回転角で表すこととする。△ABCの中に横線で
示したa1 はねじ系の伸びに起因するねじ系の中間回転
角であり、中間軸力f1 に対応するものである。中間軸
力f 1 と中間回転角a1 との関係は、a1 =f1 ×Ka
となる。また、そのときのねじ系の伸びをλa1 とする
と、λa1 =a1 ×p/360と表せる。なお、pはね
じのピッチである。(1) Tightening Diagram The first principle is that a “tightening triangle” generated from a fastening diagram
Shape ". This is proportional range screw fastening
The principle of the body shows that there is a relationship between proportion and equilibrium.
is there. Fig. 1 shows a typical ACD.
Was. This line segment AB of the height of ACD indicates the axial force.
You. △ ABC on the left side of line segment AB is
It is a diagram showing that the screw system is extended by λa by the axial force F.
Are shown. △ ABD on the right shows the change of the member to be fastened
FIG. 3 is a diagram showing that the shaft is contracted by λb by an axial force F.
are doing. Line segment AC is the process of change of λa with respect to axial force F
It is shown. Angle CAB (= angle α) is this screw system
Is the elastic angle representing the elasticity of
It is. This is due to the inherent elasticity of this screw system due to tan α.
It can be expressed as an angle coefficient and expressed as Ka. Also,
In the case, in accordance with practical convenience, stretch and shrink
It is expressed by the rotation angle of the same system. △ Horizontal line in ABC
A shown1Is the intermediate rotation of the screw system caused by the elongation of the screw system
Angle and intermediate axial force f1It corresponds to. Intermediate shaft
Force f 1And intermediate rotation angle a1Is related to a1= F1× Ka
Becomes Also, the elongation of the screw system at that time is λa1To be
And λa1= A1× p / 360. In addition, p
It is the same pitch.
【0013】線分ABより右側の△ABDは被締結部材
のものである。△ABCで軸力と伸びとの関係は、△A
BDでは軸力と縮みの関係となる。また、この比例域ね
じの弾性角度はβで、弾性角度係数はtan β=Kbとな
る。中間軸力f1 に対する被締結部材の縮みに起因する
ねじ系の中間回転角はb1 であり、このときのねじ系の
全回転角をθ1 とすると、θ1 =a1 +b1 となる。締
付け三角形は、全ての変化は直線、即ち比例的に変化す
ることを示している。ある一つのねじ締結体に関して
は、この比例の関係は、軸力F、トルクT、ねじ系の伸
びλa、被締結部材の縮みλb、それぞれ相互に成り立
つ。即ち、軸力、トルク、回転角は、それぞれ比例関係
にある。△ ABD on the right side of the line segment AB is for the member to be fastened. The relationship between axial force and elongation in ΔABC is ΔA
In BD, the relationship is between axial force and contraction. The elastic angle of the proportional area screw is β, and the elastic angle coefficient is tan β = Kb. Intermediate rotation angle of the screw system caused shrinkage of the fastening member relative to the intermediate shaft force f 1 is b 1, when the full rotation angle of the screw system at this time is theta 1, the θ 1 = a 1 + b 1 . The tightening triangle shows that all changes change linearly, i.e. proportionally. With respect to a certain screw fastening body, this proportional relationship is established among the axial force F, the torque T, the extension λa of the screw system, and the contraction λb of the member to be fastened. That is, the axial force, the torque, and the rotation angle are in a proportional relationship, respectively.
【0014】第二の原理は、締付け三角形が表すもう一
つの重要な原理であり、ねじ締結体が持つ平衡関係であ
る。ねじ系の伸びの仕事量と、被締結部材の圧縮仕事量
とは、等価の関係であり、これは締め付けの全段階でな
りたつということである。即ち、図1の△ABCと△A
BDとは、見かけの面積は異なっていても、仕事量とし
ては等しくなっているのである。また、この平衡関係
は、締め付けの途中でも変わることはない。図2はその
ことを表したものである。図の△AB1 C1と△AB1
D1 とは、仕事量では等価である。また、当然のことな
がら、四辺形B1 B2 C2 C1 と四辺形B1 B2 D2 C
1 も仕事量では等価である。The second principle is another important principle represented by the tightening triangle, that is, the equilibrium relationship of the screw fastener. The work of elongation of the screw system and the work of compression of the member to be fastened have an equivalent relationship, which means that the work is completed at all stages of tightening. That is, △ ABC and △ A in FIG.
Although the apparent area is different from that of the BD, the amount of work is equal. This equilibrium does not change even during the tightening. FIG. 2 illustrates this. △ AB 1 C 1 and △ AB 1 in the figure
D 1 is equivalent in terms of work load. Naturally, the quadrilateral B 1 B 2 C 2 C 1 and the quadrilateral B 1 B 2 D 2 C
1 is also equivalent in workload.
【0015】(2)固有性と多様性 ねじ締結体には固有性の部分と多様性の部分がある。固
有性の部分とは、ねじ系の軸力と回転角あるいは伸びと
の関係である。即ち、△ABCの軸力Fと伸びλaある
いは回転角との関係は、これと同じ材質で同じ寸法のね
じを使用するねじ締結体では、被締結部材の如何にかか
わらず固有のものである。即ち、ねじ系の弾性角度係数
Kaは、同じ材質で同じ寸法のねじ系では定数となって
いる。この弾性角度係数kaは、一般に言われる、ねじ
系の引っ張りばね定数の逆数に比例した定数である。一
方、被締結部材は各種のものが考えられ多様である。例
えば、乗用車のハブボルトは同じ種類でも、タイヤホイ
ールの種類は多種多様となっている。また、同種の被締
結部材の中でも個体毎に差がある。このことを図3に示
した。締付け三角形は、ねじ系の構造、即ち△ABCの
形は変わらなくても被締結部材の方の△ABDは設計仕
様毎に変化がある。要約するならば、一つのねじ締結部
材はねじ系固有の弾性角度係数Kaと、個体毎に変化す
る被締結部材の弾性角度係数Kbとで成り立っているの
である。両者を合体したこのねじ締結体の弾性角度係数
Kは、K=Ka+Kbと表される。なお、図1におい
て、a1 =f1 ×Ka、b1 =f1 ×Kb、であるの
で、θ1 =a1 +b1 =f1 ×(Ka+Kb)=f1 ×
Kとなる。(2) Uniqueness and Diversity The screw fastener has a uniqueness portion and a diversity portion. The characteristic portion is the relationship between the axial force of the screw system and the rotation angle or elongation. That is, the relationship between the axial force F of △ ABC and the elongation λa or the rotation angle is unique to a screw-fastened body using the same material and the same size screw regardless of the member to be fastened. That is, the elastic angle coefficient Ka of the screw system is a constant for a screw system of the same material and the same dimensions. The elastic angle coefficient ka is a constant that is generally referred to as being proportional to the reciprocal of the tension spring constant of the screw system. On the other hand, various types of members to be fastened are conceivable. For example, even though the hub bolts of passenger cars are the same type, there are various types of tire wheels. In addition, there are differences among individuals of the same type of member to be fastened. This is shown in FIG. In the tightening triangle, the structure of the screw system, that is, the shape of △ ABC does not change, but the △ ABD of the member to be fastened changes for each design specification. In summary, one screw fastening member is made up of an elastic angle coefficient Ka unique to the screw system and an elastic angle coefficient Kb of the member to be fastened that changes for each individual. The elastic angle coefficient K of the screw fastener obtained by combining the two is expressed as K = Ka + Kb. In FIG. 1, since a 1 = f 1 × Ka and b 1 = f 1 × Kb, θ 1 = a 1 + b 1 = f 1 × (Ka + Kb) = f 1 ×
It becomes K.
【0016】(3)独立性 ねじ締結体は、個体毎に独立した力学的パターンである
締付け三角形を持っている。この締付け三角形の特徴
は、ねじ締結の力学的パターンであって、ねじ締結方法
(トルク法や回転角法等)や、手段(工具の種類等)か
ら独立しているということである。ねじ締結の手法や使
用工具には各種の物があるが、締付け三角形がもつパタ
ーンに変化を加えることはできない。逆にいえば、軸力
制御のねじ締結作業では、締付け三角形のパターンを読
み取って、ねじ締結体の健全性を確認しつつ作業を実行
する必要があるということである。特に、中古のねじ締
結体の再組み立ての場合にはこのことは必須のことであ
る。(3) Independence The screw fastener has a fastening triangle which is a mechanical pattern independent of each individual. The feature of the tightening triangle is that it is a dynamic pattern of screw fastening and is independent of the screw fastening method (torque method, rotation angle method, etc.) and means (tool type, etc.). There are various types of screw fastening methods and tools used, but it is not possible to change the pattern of the tightening triangle. Conversely, in the screw fastening operation of the axial force control, it is necessary to read the tightening triangle pattern and execute the operation while confirming the soundness of the screw fastener. This is especially necessary when reassembling used screw fasteners.
【0017】<2>発明の原理−その2 この発明の最大の特徴は、締付け入力が生み出すねじ締
結の進行をねじ系の回転角で読み取り、その値からその
ねじ締結体の締付け三角形を読み出すという点にある。
言うまでもなく、この締付け三角形の半分はねじ系の弾
性角度係数Ka(荷重当たりのねじ系の伸びに起因する
ねじ系の回転角)で形成されている。この係数Kaは予
め求めてある係数であるから、それを規範として、軸力
制御を行うことができるのである。制御に必要なデータ
とその演算はデジタル方式で行うとよい。そのために工
具には小型の専用コンピュータを搭載する。本発明の制
御方法のポイントは、ねじ締結の目的を認識すること、
ねじ締結体のスナグ点を読み出すこと、及び、締付け三
角形を読み出すことにある。<2> Principle of the Invention-Part 2 The most important feature of the present invention is that the progress of the screw fastening generated by the fastening input is read by the rotation angle of the screw system, and the fastening triangle of the screw fastening body is read from the value. On the point.
Needless to say, half of the tightening triangle is formed by the elastic angle coefficient Ka of the screw system (the rotation angle of the screw system due to the elongation of the screw system per load). Since the coefficient Ka is a coefficient obtained in advance, axial force control can be performed using the coefficient Ka as a reference. The data necessary for the control and its calculation may be performed in a digital manner. For this purpose, a small dedicated computer is mounted on the tool. The point of the control method of the present invention is to recognize the purpose of screw fastening,
It is to read out the snag point of the screw fastening body and read out the fastening triangle.
【0018】(1)ねじ締結の目的の認識 ねじ締結の目的はねじ系に必要な軸力を付与することで
ある。そのためには、使用するねじ系の性能と品質を認
識すること、設計軸力を知ること、関連部材の品質を点
検し異常を排除すること、使用工具の機能を認識して目
的の達成に沿うものであるか否かを判定すること等、必
要な学習と段取りを実行する必要がある。(1) Recognition of Purpose of Screw Fastening The purpose of screw fastening is to apply a necessary axial force to a screw system. To do so, recognize the performance and quality of the screw system used, know the design axial force, check the quality of related members and eliminate abnormalities, recognize the functions of the tools used, and meet the objectives. It is necessary to perform necessary learning and setup, such as determining whether or not it is a thing.
【0019】(2)スナグ点のこと 以上において述べてきたことは、ねじ系の伸びも被締結
部材の縮みも完全な比例関係をもつものとしてのことで
あった。しかし、現実には、ねじ系も被締結部材も、そ
れらの各部品は、締付け初期は比例関係をもっていない
のが通常である。現実のねじ締結では、締付け面の接触
は部分的に始まり、順次進行・拡大し、着座という状態
に到達するのである。つまり、ねじ締結体のスナグ点
は、実際のものでは明確に決定できないのである。それ
故に、締付け三角形の原理によって軸力制御の締付けを
実行するには、スナグ点を極力正確に決める必要があ
る。(2) Snag Point What has been described above is that the elongation of the screw system and the shrinkage of the member to be fastened have a completely proportional relationship. However, in reality, both the screw system and the member to be fastened usually have no proportional relationship at the beginning of fastening. In actual screw fastening, the contact of the fastening surface partially starts, progresses and expands in order, and reaches a state of seating. That is, the snug point of the screw fastener cannot be clearly determined by the actual one. Therefore, in order to execute the tightening of the axial force control based on the principle of the tightening triangle, it is necessary to determine the snag point as accurately as possible.
【0020】そこで、本発明においては、スナグ点を決
めるために以下の方法を提案する。 ・使用ねじ系のスナグ点の決め方。 第1の方法は実測で決める方法である。制御対象のねじ
系と同材質同寸法のボルト・ナットをベンチテストで、
軸力と伸びの関係を測定し、回帰法で比例関係を特定す
る方法である。図4の(a)、(b)にその要領を示し
た。第2の方法は使用するねじ系の諸寸法から計算で決
定する方法である。計算方式は各種のものが公表されて
いる。 ・被締結部材のスナグ点について 被締結部材のスナグ点は、単純な形状の場合は別とし
て、一般には決定することは困難である。 ・ねじ締結体全体のスナグ点について ねじ締結体全体のスナグ点は、ねじ系ならびに被締結部
材の双方のスナグ点が満足され、ねじ締結体全体の変形
が軸力に対して比例関係に入った時点と考えられる。従
って、この時点の判別は、ねじ締結体の締付けを実行
し、締付けによるねじ系の全回転角が軸力に対して比例
するようになった時点を読み取ることによって行う。Therefore, in the present invention, the following method is proposed for determining a snag point.・ How to determine the snug point of the used screw system. The first method is a method that is determined by actual measurement. Bolts and nuts of the same material and dimensions as the thread system to be controlled
This method measures the relationship between axial force and elongation and specifies the proportional relationship by regression. 4 (a) and 4 (b) show the outline. The second method is a method of calculating and determining from various dimensions of a screw system to be used. Various calculation methods have been published. -About the snag point of the member to be fastened The snag point of the member to be fastened is generally difficult to determine, except for a simple shape.・ About the snag point of the entire screw fastener The snag point of the entire screw fastener satisfies the snug points of both the screw system and the member to be fastened, and the deformation of the entire screw fastener has a proportional relationship with the axial force. It is considered a point in time. Therefore, the determination at this time is performed by executing the tightening of the screw fastener and reading the time when the total rotation angle of the screw system by the tightening becomes proportional to the axial force.
【0021】(3)締付け三角形の読み取りと締付け制
御 ねじ締結の進行をねじ系の回転角で読み取り、その値か
らそのねじ締結体の締付け三角形を描きとる実際の手法
は、この発明の実用性を決定する最も重要な要素であ
る。そこで、まずこの方法の基本的な考え方、手順につ
いて述べる。この方法は、回転角法を基本とする考え方
である。回転角法で軸力を制御するには、そのねじ締結
体の弾性値が必要である。この発明では、ねじ締結の実
行がもたらすねじ回転角の値そのものから、そのねじ締
結体の弾性値を読み取り、それに基づいて回転角法を実
行するものである。静力式レンチ(手動レンチあるいは
静的な力によって締付けを行う動力レンチを指す。)と
衝撃力式レンチでは、締付け三角形の読み取り手順に若
干の差がある。それは、ねじ回転角からねじ締結体の比
例域を読み取る手法に関する部分である。この点につい
ては後述する。(3) Reading of Tightening Triangle and Tightening Control The actual method of reading the progress of screw tightening by the rotation angle of the screw system and drawing the tightening triangle of the screw tightening body from the value is a practical method of the present invention. The most important factor to decide. Therefore, the basic concept and procedure of this method will be described first. This method is based on the rotation angle method. In order to control the axial force by the rotation angle method, the elasticity of the screw fastener is required. According to the present invention, the elasticity value of the screw fastening body is read from the value of the screw rotation angle itself resulting from the execution of the screw fastening, and the rotation angle method is executed based on the elasticity value. There is a slight difference in the procedure for reading the tightening triangle between a static wrench (refers to a manual wrench or a power wrench that tightens by static force) and an impact wrench. It relates to a technique for reading the proportional area of the screw fastener from the screw rotation angle. This will be described later.
【0022】以下に、静力式レンチの場合に主点をおい
て説明する。まず、締付け三角形の読み取りのステップ
を、図5、図6、図7を主に用いて説明する。まず、前
述したように、予め使用ねじ系の弾性角度係数Ka、並
びにスナグ点を得ておく。次に、ねじ締結体の締付けを
実行するとともに、回転角を読み取る。締付け回転角を
直接読み取る場合は、その値を制御データとして使用す
る。トルク法の場合は、トルク値を回転角値に変換する
ことが必要である。その具体的な方法は後述する。その
次に、比例開始点を特定し、比例原点とねじ締結体の回
転角線Lθを設定する操作を行う。具体的には、ねじ系
の全回転角の進行過程(縦軸は回転角、横軸は入力過程
を示している。)を、図5の曲線O−Aθ1 −Aθ2 の
ように読み取る。同時に、読み取った回転角を、ねじ系
の弾性角度定数Kaで除してゆく。除された値の変化率
が初めて一定となった点(線分X−Xと角度線との交
点)Aθ1 を特定する。Aθ1 は比例域移行点に他なら
ない点である。続いて、比例域判定点Aθ2 を決定す
る。そして、線分Aθ1 −Aθ2 を延長して横軸との交
点Aを決定する。点Aはこのねじ締結体全体の比例原点
となる。そして、線分A−Aθ1 −Aθ2 によって直線
Lθが決定されるのである。Hereinafter, the description will be made with a focus on the case of the static wrench. First, the steps for reading the tightening triangle will be described mainly with reference to FIGS. 5, 6, and 7. FIG. First, as described above, the elastic angle coefficient Ka of the screw system used and the snug point are obtained in advance. Next, the tightening of the screw fastener is performed, and the rotation angle is read. When directly reading the tightening rotation angle, the value is used as control data. In the case of the torque method, it is necessary to convert a torque value into a rotation angle value. The specific method will be described later. Next, an operation of specifying the proportional start point and setting the proportional origin and the rotation angle line Lθ of the screw fastener is performed. Specifically, progression (the vertical axis rotation angle, the horizontal axis represents the input process.) Of the total rotation angle of the screw system to read a curve O-Aθ 1 -Aθ 2 in FIG. At the same time, the read rotation angle is divided by the elastic angle constant Ka of the screw system. Rate of change of the divided value identifies a first time constant and become point (intersection of the line segment X-X and angle line) A.theta. 1. Aθ 1 is a point that none other than the proportional zone transition point. Then, to determine the proportional region determination point A.theta. 2. Then, the intersection A with the horizontal axis is determined by extending the line segment Aθ 1 -Aθ 2 . Point A is the proportional origin of the entire screw fastener. Then, the line segment A-Aθ 1 -Aθ 2 is the linear Lθ is determined.
【0023】そして、スナグ点の位置合わせ、ねじ系の
回転角線La、横軸の軸力線化を行う。図6に見られる
ように、ねじ系のスナグ点(縦軸はねじ回転角、横軸は
軸力)を縦線のX−X線に合わせ、スナグ点となるとき
の軸力とその時のねじ回転角を示す点を縦軸下方に設定
する。この点はねじ系のスナグ点の位置に外ならない。
この点をS点とする。S点と比例原点Aとを結ぶ直線は
La線となる。また、このとき横軸は軸力の目盛りが与
えられる。この過程で比Kb/Kaを求め、ねじ締結体
の健全性を検証する。ねじ締結体の健全性が確認されれ
ば締付け三角形のパターンを決定することができる。こ
のようにして、図6には確定したLθ,La線が形成さ
れ、締付け制御が可能となる。なお、被締結部材の収縮
による回転角線LbはLθ線とLa線の差として算出さ
れる。このようにして要素が確定された締付け三角形を
図7に示した。Then, the positioning of the snug point, the rotation angle line La of the screw system, and the axial force line of the horizontal axis are performed. As shown in FIG. 6, the snug point of the screw system (vertical axis is the screw rotation angle, horizontal axis is the axial force) is aligned with the vertical line XX, and the axial force at the snag point and the screw at that time are adjusted. A point indicating the rotation angle is set below the vertical axis. This point does not deviate from the position of the snug point of the screw system.
This point is designated as point S. The straight line connecting the point S and the proportional origin A is the La line. At this time, the scale of the axial force is given to the horizontal axis. In this process, the ratio Kb / Ka is obtained, and the soundness of the screw fastener is verified. If the soundness of the screw fastener is confirmed, the pattern of the tightening triangle can be determined. In this manner, the determined Lθ, La lines are formed in FIG. 6, and the tightening control can be performed. The rotation angle line Lb due to the contraction of the member to be fastened is calculated as the difference between the Lθ line and the La line. FIG. 7 shows a tightening triangle in which the elements are determined in this manner.
【0024】そして締付け制御を行うのである。スナグ
点の位置合わせが完了した時点で軸力と締付け回転角の
比例定数が決定する。締付け制御は目標軸力をレンチに
与えるだけで、その軸力に対応する回転角に達した時点
でレンチは自動的に停止するように構成される。Then, tightening control is performed. When the positioning of the snug point is completed, a proportional constant between the axial force and the tightening rotation angle is determined. The tightening control is configured to only apply a target axial force to the wrench, and the wrench is automatically stopped when a rotation angle corresponding to the axial force is reached.
【0025】(4)スナグ点の共時性について 乗用自動車用タイヤホイール(使用ねじの外径12mm)の
締付け実験によれば、ねじ系のスナグ点と被締結部材の
スナグ点はほぼ一致し、ねじ締結体全体としてのねじ回
転角の比例域の開始点とはほぼ一致して出現し、共時性
を持っている。図7に示したように、ねじ締結体が比例
域に移行するX−X線は、ねじ径のスナグ点S、被締結
部材の比例域に入った点Dsを含むものである。その時
の軸力はf1 であり、両者の間には、このねじ締結体の
比例関係が成り立つ。締付け三角形の比例関係を基本と
する限り、このことは一般論としても成り立つ。図8に
よって被締結部材の弾性角度係数が各種(Kb1 〜Kb
4 )の場合を以下に説明する。弾性角度係数がKb4 の
場合は、被締結部材の縮みに起因する回転角を”0”と
扱ってもよい。即ち、剛体と見なしうる場合であり、こ
の場合は被締結部材の変形は無視することができる。つ
まり、ねじ系のみが変形する(軸力f1 に対してねじ系
の伸びに起因する回転角がax)。このことは、この点
はスナグ点そのものであることを示している。同様に、
弾性角度係数がKb1 ,Kb2 ,Kb3 の場合は、軸力
f1 に対して比例して発生する被締結部材の縮みに起因
する回転角はbx1 ,bX2 ,bX3 となり、X−X線
から逸脱することはない。また、例えば、鉄製(テーパ
座)のホイールは締付け部分がばね構造となっており、
Kb/Kaが大きな値となるソフトジョイントである。
この場合、被締結部材はねじ系のスナグ点の支配下にあ
る。即ち、ねじ系のスナグ点がねじ締結体のスナグ点と
なるのである。軽合金製(平面座)のものは、Kb/K
aの値が小さなハードジョイントである。このような剛
性の高い被締結部材は、スナグ点を明確には持たないと
思われる。極端な場合には被締結部材が剛体に近い場合
であり、この場合はねじ系は被締結部材に支配され、そ
のスナグ点はねじ系のスナグ点そのものとなる。(4) Synchronization of snag point According to a fastening test of a tire wheel for a passenger car (outer diameter of a used screw is 12 mm), a snag point of a screw system almost coincides with a snag point of a member to be fastened. Appears almost coincident with the starting point of the proportional region of the screw rotation angle as the whole screw fastener, and has synchronism. As shown in FIG. 7, the XX line at which the screw fastening body shifts to the proportional range includes a snag point S of the screw diameter and a point Ds at which the threaded member enters the proportional range. Axial force at that time is f 1, between the two, holds a proportional relationship between the screw fastener. This holds true in general as long as the proportionality of the tightening triangle is based. FIG. 8 shows that the elastic angle coefficient of the member to be fastened is various (Kb 1 to Kb 1 ).
The case 4 ) will be described below. If the elastic angular coefficient of Kb 4, may be treated with a rotation angle caused by the shrinkage of the workpieces "0". That is, it is a case where the member can be regarded as a rigid body, and in this case, the deformation of the member to be fastened can be ignored. In other words, only the screw system is deformed (rotation angle due to the elongation of the screw system to the axial force f 1 is ax). This indicates that this point is the snug point itself. Similarly,
When the elastic angle coefficients are Kb 1 , Kb 2 , and Kb 3 , the rotation angles resulting from the contraction of the member to be fastened in proportion to the axial force f 1 are bx 1 , bX 2 , bX 3 , and X -Do not deviate from X-rays. Also, for example, an iron (taper seat) wheel has a spring structure at the tightening portion,
This is a soft joint in which Kb / Ka has a large value.
In this case, the member to be fastened is subject to the snug point of the screw system. That is, the snag point of the screw system becomes the snag point of the screw fastener. Kb / K made of light alloy (flat seat)
The value of a is a small hard joint. It is considered that such a member having high rigidity does not clearly have a snug point. In an extreme case, the member to be fastened is close to a rigid body. In this case, the screw system is controlled by the member to be fastened, and its snag point is the snug point of the screw system itself.
【0026】(5)スナグ点合わせのばらつきと締付け
精度について ねじ系のスナグ点は、ベンチテスト等でおおよそ明確に
決定できる。しかし、被締結部材の弾性角度係数は千差
万別である。特に、中古のものは、それが著しくかつ個
性的である。従って、締結作業過程でねじ締結体の比例
域移行時点(X−X線)を特定し、それをねじ系のスナ
グ点と同時点に発生すると扱うにはある程度のばらつき
を容認せざるをえない。しかし、本発明によれば、スナ
グ点合わせの誤差率が、締付けの進行にともない急激に
改善される。図6には、乗用車のタイヤホイールの締付
け三角形の例を示した。ねじ外径は12mm、適正軸力は約
40,000Nであるが、少なくとも30,000Nは必要な場合で
ある。このねじ系のスナグ点の軸力は10,000Nである。
スナグ点合わせの段階での±20%の誤差は、軸力にする
と±2,000 Nとなる。この軸力値の誤差範囲は締付けが
進行してもそのまま維持されると考えられる。従って、
締付け精度は軸力30,000Nに対しては±2,000 N、40,0
00Nに対しても±2,000 N、即ち、適正軸力に対して±
5%となる。このような締め付け精度は極めて優れたも
のであると言える。(5) Variation in Snag Point Alignment and Tightening Accuracy The snag point of the screw system can be roughly determined by a bench test or the like. However, the elastic angle coefficients of the members to be fastened vary widely. In particular, used ones are striking and individual. Therefore, a certain degree of variation must be tolerated in order to specify the transition point (XX line) of the screw fastener in the proportional region in the fastening operation process and to treat it at the same time as the snag point of the screw system. . However, according to the present invention, the error rate of snag point alignment is sharply improved as the tightening progresses. FIG. 6 shows an example of a fastening triangle for a tire wheel of a passenger car. Screw outer diameter is 12mm, proper axial force is about
40,000N, but at least 30,000N is required. The axial force at the snug point of this screw system is 10,000N.
The error of ± 20% at the stage of snag point alignment is ± 2,000 N in terms of axial force. It is considered that this error range of the axial force value is maintained as it is even when the tightening proceeds. Therefore,
Tightening accuracy is ± 2,000 N, 40,0 for axial force of 30,000N.
± 2,000 N for 00N, ie ±± for proper axial force
5%. It can be said that such tightening accuracy is extremely excellent.
【0027】(6)ねじ締結体の健全性の検証と異常締
付けの検出 本発明においては、ねじ締結体の比例関係を表す測定値
が許容範囲を外れる場合、または、締付け軸力が正常に
上昇しない場合などには、それをねじ締結体の健全性の
喪失あるいは異常締め付けとして警報を発する機能を装
備することができる。主な場合は、 (a)ねじ締結体が比例域をもたないときはLθ線の上
昇度合いで検出する。 (b)ねじ締結体の締付け硬さが許容値を外れるときは
Kb/Kaの値で検出する。 (c)軸力の上昇が低いとき(共回りの場合など)は、
静力によるねじ締付けの場合には、正常にトルクが上昇
しないことにより検出する。衝撃レンチの場合にはリバ
ウンド値が低いことにより検出する。(6) Verification of Soundness of Screw Fastened Body and Detection of Abnormal Tightening In the present invention, when the measured value indicating the proportional relationship of the screw fastened body is out of an allowable range, or when the tightening axial force increases normally. If not, a function for issuing an alarm as loss of soundness of the screw fastener or abnormal tightening can be provided. The main cases are as follows: (a) When the screw fastening body does not have a proportional range, detection is performed based on the degree of increase of the Lθ line. (B) When the tightening hardness of the screw fastener is outside the allowable value, it is detected by the value of Kb / Ka. (C) When the increase in the axial force is low (such as co-rotation),
In the case of screw tightening by static force, it is detected that the torque does not increase normally. In the case of an impact wrench, detection is made based on a low rebound value.
【0028】[0028]
【発明の実施の形態】<第一実施例> トルクレンチの
場合 以下に、本発明の第一実施例としてのトルクレンチを図
面に基づいて詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS <First Embodiment> In the case of a torque wrench A torque wrench as a first embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
【0029】★図7の(a)、(b)において、本発明
のトルクレンチ13の駆動レバー14は、第一レバー1と第
二レバー2とによって構成されている。第一レバー1
は、主軸9に対して回転自在に構成され、第二レバー2
は、止めねじ10を介して主軸9と一体に回転するように
構成されている。第一レバー1に加えられる回転力は、
コイルばね5、金具3,6、ばね取付け金具4から構成
された中間構造体15を介して第二レバー2に伝達され
て、第二レバー2に伝達された回転力は主軸9を介して
締付け対象のねじを回転させる。中間構造体15の機能
は、以下の二段階より構成されている。第一段階の機能
は、ばね5を介して回転力を伝達するとともに、ねじに
ある一定の回転角を与えることである。第一段階のスト
ロークは、金具3、6の端面5’、6’が接触するまで
の間であり、この間のトルク値と回転角値は、変位セン
サ7によって電気信号として読み取る。読み取ったトル
ク値と回転角値の電気信号は演算・表示装置11に送られ
る。7 (a) and 7 (b), the drive lever 14 of the torque wrench 13 of the present invention comprises a first lever 1 and a second lever 2. First lever 1
Is rotatable with respect to the main shaft 9 and the second lever 2
Is configured to rotate integrally with the main shaft 9 via a set screw 10. The rotational force applied to the first lever 1 is
The rotational force transmitted to the second lever 2 via the intermediate structure 15 composed of the coil spring 5, the metal fittings 3, 6, and the spring mounting metal 4 is tightened via the main shaft 9. Rotate the target screw. The function of the intermediate structure 15 is composed of the following two steps. The function of the first stage is to transmit the rotational force via the spring 5 and to give the screw a certain rotation angle. The stroke of the first stage is until the end faces 5 ′, 6 ′ of the metal fittings 3, 6 come into contact with each other. The torque value and the rotation angle value during this time are read by the displacement sensor 7 as electric signals. The read electrical signals of the torque value and the rotation angle value are sent to the calculation / display device 11.
【0030】第二段階の機能は、金具3、6の接触によ
って、ばね5の作用なしで回転を伝達する機能である。
この段階では、第一、第二レバー1、2が一体となって
作用する普通のトルクレンチとしての動きである。トル
ク値は金具6の圧縮歪みとして現れるので、この圧縮歪
みを金具6に張り付けられたストレインゲージ16によっ
て電気信号として読み取る。このようにして読み取った
トルク値の電気信号は演算・表示装置11に送られる。The function of the second stage is to transmit the rotation by the contact of the metal fittings 3 and 6 without the action of the spring 5.
At this stage, it is a movement as a normal torque wrench in which the first and second levers 1 and 2 work integrally. Since the torque value appears as a compression strain of the metal fitting 6, the compression strain is read as an electric signal by a strain gauge 16 attached to the metal fitting 6. The electric signal of the torque value thus read is sent to the calculation / display device 11.
【0031】前記ばね5には、予めねじ締結体が比例域
に入る軸力を出すときのトルクに相当する力よりも少し
大きめの圧縮力を与えておく。そして、比例域に入るま
では、ばね5は縮まず、第一、第二レバー1、2は間隔
が変化しないままの状態でねじは締め付けられる。ま
た、第一段階が始まる前に、制御規範となるねじ系とス
ナグ点合わせを行う。その時点は締結体が比例域に入っ
た少しあとであり、図11におけるX−X線で表され
る。この線を通過すると第一段階を開始する。即ち、X
−X線までは一般のハンドレンチと同様の動きであり、
制御されていない。The spring 5 is preliminarily provided with a compressive force slightly larger than a force corresponding to a torque when the screw fastening member generates an axial force falling within the proportional range. Until the proportional range is reached, the spring 5 does not contract, and the screw is tightened with the first and second levers 1 and 2 remaining unchanged. Before the first stage starts, a snug point alignment is performed with a screw system serving as a control standard. That time is shortly after the fastener enters the proportional range, and is represented by line XX in FIG. After passing this line, the first stage starts. That is, X
-X-ray is the same movement as a general hand wrench,
Not controlled.
【0032】上述の第一段階において、ねじ締結体の締
付け三角形の要素を読み出すことが行われる。このため
に、この段階の回転角(ねじ回転角)はある一定の角度
δに制限されている。また、この間のトルク値は初期
値、最終値ともに決められたものである。これは、ばね
5の予め与えておく圧縮力を計画的に設定し、使用目的
に合うよう調整することで可能となる。In the first step described above, the reading of the fastening triangle elements of the screw fastener is performed. For this reason, the rotation angle (screw rotation angle) at this stage is limited to a certain angle δ. The torque value during this period is determined both for the initial value and the final value. This can be achieved by systematically setting the pre-applied compression force of the spring 5 and adjusting it to suit the intended use.
【0033】この第一段階の回転角値とトルク値から、
このねじ締結体の比例関係を読み取り、ねじ締結体の締
付け三角形を決定する。それは、第一段階において決定
された二つの小さな△A2 B2 D2 、△A1 B1 C1 は
それぞれ△ABD、△ABCと互いに相似の関係である
からである。もし、比例関係が読み取れない場合には、
工具の初期設定(第一段階の角度とトルク)の再検討が
必要である。From the rotation angle value and the torque value in the first stage,
The proportional relationship of the screw fastener is read, and a tightening triangle of the screw fastener is determined. This is because the two small △ A 2 B 2 D 2 and △ A 1 B 1 C 1 determined in the first stage are similar to △ ABD and △ ABC, respectively. If the proportional relationship cannot be read,
It is necessary to reconsider the initial setting of the tool (the first stage angle and torque).
【0034】第二段階は、第一段階で読み出した締付け
三角形の比例関係を利用して、目標軸力に対する目標ト
ルクあるいは目標回転角を決め、それを実現することで
ある。本工具では、トルク法・回転角法は一つの締付け
行為として両立することとなる。The second step is to determine the target torque or the target rotation angle with respect to the target axial force by using the proportional relationship of the tightening triangle read out in the first step, and realize it. In this tool, the torque method and the rotation angle method are compatible as one tightening action.
【0035】図11は制御作用の説明のための図であ
り、基本原理は図5〜8の場合と全く同じである。一般
のねじ締結体は、スナグ点までは軸力f、トルクT、ね
じ回転角θの間の比例関係は成立せず、制御対象とはな
り得ない。また、スナグ点の位置は、個々のねじ締結体
に固有なものと考えられる。一般に、スナグ点となる時
点(X−X線)は目標軸力(またはトルク)の約30%以
内と考えられる。FIG. 11 is a diagram for explaining the control operation, and the basic principle is exactly the same as in FIGS. In a general screw fastening body, a proportional relationship among the axial force f, the torque T, and the screw rotation angle θ does not hold up to the snag point, and cannot be a controlled object. The position of the snug point is considered to be unique to each screw fastener. In general, it is considered that the time point (XX line) at which the snag point is reached is within about 30% of the target axial force (or torque).
【0036】図11における軸力f0 までの締付け初期
の範囲は制御外である。X−X線がスナグ点の線であ
り、軸力f1 の位置が第一段階の開始線である。そして
軸力f 2 の位置が第一段階の終了線である。この開始線
と終了線におけるトルク値、並びにその間の回転角差δ
は、このトルクレンチにおいて予め設定を行う。そのた
め、ばね取り付け金具4は調節可能となっている。Axial force f in FIG.0Initial tightening up to
Is out of control. XX line is the line of the snug point
The axial force f1Is the starting line of the first stage. And
Axial force f TwoIs the end line of the first stage. This start line
And the torque value at the end line, and the rotational angle difference δ between them
Is set in advance in this torque wrench. That
Therefore, the spring mounting bracket 4 is adjustable.
【0037】図11におけるLθ線は軸力に対する回転
角の変化率を示したものであり、これは読み取ったトル
ク値から回転角値に変換したものである。この変化率
は、第一段階の小さな△Aθ1 Aθ2 D2 に基づいたΔ
θ/ΔTから得る。ここでΔθはδと同値である。ま
た、前記三角形から、この締結体のトルク係数も決定で
きる。トルク係数はΔT/Δf/ねじ径である。The Lθ line in FIG. 11 shows the rate of change of the rotation angle with respect to the axial force, which is obtained by converting the read torque value into a rotation angle value. This rate of change is based on the small ΔAθ 1 Aθ 2 D 2 in the first stage, Δ
Obtained from θ / ΔT. Here, Δθ has the same value as δ. Further, the torque coefficient of the fastening body can be determined from the triangle. The torque coefficient is ΔT / Δf / thread diameter.
【0038】締付け三角形が得られ、トルク係数、トル
クに対する回転角値Δθ/ΔTが分かれば、目標軸力に
対応するトルクも回転角も得られるので軸力制御が可能
となる。なお、トルク係数の読み取りが可能となった時
点で、読み取ったトルク係数の値によっては、締付け作
業を続行するべきかトルク係数安定剤を使用するべきか
を判断することが好ましい。If a tightening triangle is obtained and the torque coefficient and the rotation angle value Δθ / ΔT with respect to the torque are known, the torque and the rotation angle corresponding to the target axial force can be obtained, so that the axial force can be controlled. When the torque coefficient can be read, it is preferable to determine whether to continue the tightening operation or to use the torque coefficient stabilizer depending on the value of the read torque coefficient.
【0039】<第二実施例> ナットランナの場合 図12の(a)、(b)に示したようなナットランナ30
に適用した場合の実施例を以下に説明する。このナット
ランナ30の場合も、締付け制御方法は基本的には図11
の場合と同様であるので、主に相違点を説明する。 (1)制御の開始点について ねじが着座する前の送りの状態や締付け初期の非比例域
は、締付け制御に必要のない工程である。従って、制御
用のデータを読み込まないようにする。そのために、ト
ルクレンチの場合と同様に、目標軸力の約30%位に制御
開始線(軸力f 0 に相当する線)を設定する。この開始
線からトルク値と回転角値の読み取りを開始する。<Second Embodiment> In the case of a nutrunner A nutrunner 30 as shown in FIGS.
An example in which the present invention is applied to will be described below. This nut
Also in the case of the runner 30, the tightening control method is basically the same as in FIG.
Therefore, the differences will be mainly described. (1) Starting point of control The feed state before the screw is seated and the non-proportional area at the beginning of tightening
Is a process that is not necessary for tightening control. Therefore, control
Do not read data for For that,
Control to about 30% of the target axial force as in the case of the Lucent's wrench
Starting line (axial force f 0Is set. This start
Start reading the torque value and the rotation angle value from the line.
【0040】(2)トルク値について ここでは、図12の(a)に示したように、反力受け31
にストレインゲージ32を貼り付けてトルク値を読み取る
例を示した。しかし、このような構成に限定されるもの
ではない。例えば、ナットランナの内部の部品から反力
を読み取る構成が可能である。内部の部品とは例えば遊
星減速歯車装置の内歯車33の外面である。他の方法の一
つは、モータ34の性能が安定したものであれば、歯車装
置と同様に実験で決めることも可能である。また、被締
結部材の状況によっては、その被締結部材の回転を止め
る力からも決めることができる。反力受け31はねじ回転
角の読み取りにも必要であるので、図12の(a)にお
いてはストレインゲージ32を反力受け31に貼り付けた例
で説明した。また、第1実施例の場合と同様に、トルク
値と回転角値は、比例域では部分的測定でもその変換値
を決めることが可能である。(2) Regarding the torque value Here, as shown in FIG.
An example is shown in which the strain gauge 32 is attached and the torque value is read. However, the present invention is not limited to such a configuration. For example, a configuration in which a reaction force is read from components inside the nut runner is possible. The internal component is, for example, the outer surface of the internal gear 33 of the planetary reduction gear device. As another method, if the performance of the motor 34 is stable, it can be determined by an experiment similarly to the gear device. Further, depending on the condition of the member to be fastened, it can be determined from the force for stopping the rotation of the member to be fastened. Since the reaction force receiver 31 is also necessary for reading the screw rotation angle, the example in which the strain gauge 32 is attached to the reaction force receiver 31 has been described with reference to FIG. Further, as in the case of the first embodiment, it is possible to determine the converted values of the torque value and the rotation angle value by partial measurement in the proportional range.
【0041】(3)回転角の読み取りについて 静力を利用する手持ちの動力レンチの回転角の読み取り
は、レンチ本体の手振れがあれば、ねじ回転角とレンチ
の手振れ角の合成されたものとなる。従って、図12の
(a)に示したように、反力受け31で手振れが発生しな
いようにするか、被締結部材(あるいは被締結部材と一
体化したもの)に固定したねじ回転角の読み取り手段が
必要である。また、第一実施例のトルクレンチでの部分
測定法も使える。ナットランナの場合の締付け三角形は
図13に示した。(3) Reading of the rotation angle The rotation angle of the hand-held power wrench utilizing the static force is read by combining the screw rotation angle and the hand movement angle of the wrench if the wrench body shakes. . Therefore, as shown in FIG. 12A, the camera shake is prevented from occurring in the reaction force receiver 31, or the rotation angle of the screw fixed to the member to be fastened (or integrated with the member to be fastened) is read. Means are needed. Also, the partial measurement method using the torque wrench of the first embodiment can be used. The tightening triangle for the nutrunner is shown in FIG.
【0042】<第三実施例> 衝撃レンチの場合 インパクトレンチやオイルパルスレンチ等の衝撃レンチ
に本発明を適用した実施例を、図14のインパクトレン
チ40を例にとって説明する。<Third Embodiment> In the case of an impact wrench An embodiment in which the present invention is applied to an impact wrench such as an impact wrench or an oil pulse wrench will be described using the impact wrench 40 in FIG. 14 as an example.
【0043】図14は第三実施例のインパクトレンチの
要部の縦断側面図である。なお、以下に述べる衝撃レン
チやインパクトレンチはすべて手持ち式のものとする。
図中において、このインパクトレンチ40の後部下面の把
手部のケーシングの内部にはエアモータ41が備えられて
いる。このエアモータ41の駆動軸43の前端には回転円筒
部材44が一体に連結されている。この回転円筒部材44の
円板形状の後壁板における中心部は四角の凹凸の嵌め合
わせ構造によって前記駆動軸43に一体に連結されてい
る。FIG. 14 is a longitudinal sectional side view of a main part of the impact wrench of the third embodiment. The impact wrench and impact wrench described below are all hand-held.
In the figure, an air motor 41 is provided inside a casing of a handle on the rear lower surface of the impact wrench 40. A rotary cylindrical member 44 is integrally connected to a front end of a drive shaft 43 of the air motor 41. The central portion of the rotating cylindrical member 44 in the disk-shaped rear wall plate is integrally connected to the drive shaft 43 by a fitting structure of square irregularities.
【0044】なお、前記エアモータ41は、公知のよう
に、外部から把手部内に設けられている空気供給通路
(図示せず)を通じて圧縮空気を供給し、操作レバー及
び切り換え用バルブ(図示せず)を操作することによっ
て、圧縮空気により右方向又は左方向に高速回転させら
れる構成となっている。そして、公知のように、エアモ
ータ41の駆動軸43の回転によって一体的に回転する回転
円筒部材44の回転力を後述する打撃力伝達機構45を介し
て、先端部がケーシングの前端から前方に突出させられ
たアンビルと称される被駆動軸46に伝達することによ
り、この被駆動軸46の先端に取り付けたソケット体(図
示せず)に装着したねじを締付けるように構成されてい
る。As is well known, the air motor 41 supplies compressed air from the outside through an air supply passage (not shown) provided in the handle, and operates an operation lever and a switching valve (not shown). Is operated to rotate rightward or leftward by compressed air at a high speed. Then, as is well known, the tip of the casing projects forward from the front end of the casing via a striking force transmission mechanism 45 described below, through a striking force transmission mechanism 45 which rotates integrally with the rotation of the drive shaft 43 of the air motor 41. By transmitting the light to a driven shaft 46 called an anvil, the screw attached to a socket body (not shown) attached to the tip of the driven shaft 46 is tightened.
【0045】前記被駆動軸46の後部は大径の胴体部に形
成され、この胴体部は前記回転円筒部材44の中心部に設
けられている。回転円筒部材44は前記被駆動軸46の胴体
部の回りを回転して、上述したように打撃力伝達機構45
を介してその回転力を被駆動軸46に伝達するように構成
されている。この打撃力伝達機構45は、図14及び図1
6に示すように、回転円筒部材44の内周面の適所に内方
に向かって突出した打撃突起45aと、被駆動軸46の胴体
部上に形成した半円形状の支持溝に左右揺動自在に支持
されたアンビル片45bとからなり、このアンビル片45b
を左右方向に傾けた状態にしてこのアンビル片45bの上
向き一側端面に上記打撃突起45aを衝突させるさせるこ
とにより、回転円筒部材44の回転力を被駆動軸46側に伝
達するように構成されている。The rear portion of the driven shaft 46 is formed in a large-diameter body portion, which is provided at the center of the rotary cylindrical member 44. The rotating cylindrical member 44 rotates around the body of the driven shaft 46, and as described above, the striking force transmitting mechanism 45
The torque is transmitted to the driven shaft 46 through the shaft. 14 and FIG.
As shown in FIG. 6, the striking projection 45 a protruding inward at an appropriate position on the inner peripheral surface of the rotary cylindrical member 44 and the semicircular support groove formed on the body of the driven shaft 46 swing right and left. And an anvil piece 45b freely supported.
The rotation force of the rotary cylindrical member 44 is transmitted to the driven shaft 46 by causing the hitting protrusion 45a to collide with the upper end surface of the anvil piece 45b while tilting the anvil piece 45b in the left-right direction. ing.
【0046】前記アンビル片45bは図17に示すよう
に、その先端部にカム板45cが回転円筒部材44の前端部
内周面に設けられている周方向に一定円弧長の凹部内に
位置する時には、打撃突起45aに係合しない中立姿勢を
維持し、凹部から外れて回転円筒部材44の内周面に接し
ながら動く時に、上記打撃突起45aに衝突するような傾
斜姿勢となる。また、アンビル片45bは被駆動軸46の胴
体部内に設けているアンビル片押圧部材、スプリング、
スプリング受止部材によって、常時、中立姿勢となる方
向に力が加えられていると共にスプリング受止部材は回
転円筒部材44の内周カム面に接している。さらに、回転
円筒部材44の内周面において、打撃突起45aの両側には
上記アンビル片45bが傾くのを許容する凹部が形成され
ている。なお、このようなインパクトレンチの構造は既
知のものであるので、詳しい説明は省略する。また、こ
こでは、1回転当たり1回の打撃を発生する構成での説
明を行っているが、1回転当たり2回の打撃を発生する
構成や3回以上の打撃を発生する構成の手持ち式衝撃レ
ンチにも同様に応用できることはいうまでもない。As shown in FIG. 17, when the cam plate 45c is located at the front end of the anvil piece 45b on the inner peripheral surface of the front end of the rotary cylindrical member 44, the anvil piece 45b is located in a concave portion having a constant arc length in the circumferential direction. In addition, while maintaining the neutral posture in which the striking projection 45a is not engaged, and moving while contacting the inner peripheral surface of the rotating cylindrical member 44 outside the concave portion, the inclined posture is such that it collides with the striking projection 45a. Further, the anvil piece 45b is an anvil piece pressing member provided in the body of the driven shaft 46, a spring,
A force is always applied by the spring receiving member in the direction of the neutral position, and the spring receiving member is in contact with the inner peripheral cam surface of the rotary cylindrical member 44. Further, on the inner peripheral surface of the rotating cylindrical member 44, concave portions are formed on both sides of the striking projection 45a to allow the anvil piece 45b to tilt. Since the structure of such an impact wrench is known, detailed description is omitted. Also, here, the description has been given of a configuration in which one impact is generated per rotation. However, a hand-held impact having a configuration in which two impacts are generated per rotation or a configuration in which three or more impacts are generated is performed. It goes without saying that the same can be applied to a wrench.
【0047】前記回転円筒部材44の後端部外周面には所
定数の歯47aが図15のように設けられた歯車体からな
る検出回転体47が一体に固着されている。一方、この検
出回転体47に対向して非回転側である上記ケーシングの
内周面に、周方向に一定の間隔を存して半導体磁気抵抗
素子からなる一対の検出センサ48a、48bが取り付けら
れている。そして、検出回転体47の回転を検出センサ48
a、48bによって検出し、その出力信号を検出センサ48
a、48bに電気的に接続した入力回路50に入力するよう
に構成されている。この入力回路50は、増幅部51、波形
整形部52、中央演算部53、回転角信号出力部54、ねじ締
付け完了検出部55、電磁弁制御部56、及び出力回路57を
介して圧縮空気供給ホース58中に設けられている電磁弁
59に接続されている。On the outer peripheral surface of the rear end of the rotary cylindrical member 44, a detection rotary member 47 composed of a gear body provided with a predetermined number of teeth 47a as shown in FIG. 15 is integrally fixed. On the other hand, a pair of detection sensors 48a and 48b composed of semiconductor magnetoresistive elements are attached to the inner peripheral surface of the casing on the non-rotating side facing the detection rotator 47 at a constant interval in the circumferential direction. ing. The rotation of the detection rotator 47 is detected by a detection sensor 48.
a, 48b, and the output signal is detected by the detection sensor 48.
It is configured to input to an input circuit 50 that is electrically connected to a and b. The input circuit 50 supplies compressed air via an amplification unit 51, a waveform shaping unit 52, a central processing unit 53, a rotation angle signal output unit 54, a screw tightening completion detection unit 55, a solenoid valve control unit 56, and an output circuit 57. Solenoid valve provided in hose 58
Connected to 59.
【0048】以上のように構成したインパクトレンチに
おいては、ボルト・ナット等のねじ回転角を以下のよう
にして読み取る。まず、被駆動軸46の先端部に取り付け
たソケット体に締付けるべきねじ(図示せず)を装着す
るとともに、あらかじめ、ねじ締付け完了検出部55に所
定のねじ締付け角度を入力しておく。その後、電磁弁59
を開放させると共にインパクトレンチ40の操作レバーを
押してインパクトレンチ40に圧縮空気を供給し、エアモ
ータ41をねじの締付け方向(右ねじの場合には時計回り
方向)に回転させると、駆動軸43と回転円筒部材44とが
一体的に回転する。そして、その回転によりカム板45C
が凹部から回転円筒部材44の内周面に接しながら動いて
アンビル片45bが傾き、スプリング受止部材と内周カム
面の摩擦抵抗により、着座までは、回転円筒部材44と被
駆動軸46とが一体的に回転してねじを締付け方向に高速
度で回転させながら進ませる。In the impact wrench configured as described above, the rotation angles of the screws such as bolts and nuts are read as follows. First, a screw (not shown) to be tightened is mounted on a socket body attached to the tip end of the driven shaft 46, and a predetermined screw tightening angle is input to the screw tightening completion detecting unit 55 in advance. After that, the solenoid valve 59
The compressed air is supplied to the impact wrench 40 by pressing the operation lever of the impact wrench 40, and the air motor 41 is rotated in the screw tightening direction (clockwise in the case of a right-handed screw). The cylindrical member 44 rotates integrally. And, by the rotation, the cam plate 45C
Moves while contacting the inner peripheral surface of the rotating cylindrical member 44 from the concave portion, the anvil piece 45b tilts, and the frictional resistance between the spring receiving member and the inner peripheral cam surface causes the rotating cylindrical member 44 and the driven shaft 46 Rotate integrally and rotate the screw in the tightening direction at a high speed to advance.
【0049】ねじが回転しながら進んでいる間、即ち、
座面に着座するまでは、被駆動軸46側には殆ど負荷がか
からず、回転円筒部材44と一体的に回転する歯車体から
なる検出回転体47もねじの締付け方向に高速回転してそ
の歯47aが検出センサ48a、48b上を連続的に通過す
る。このとき、検出センサ48a、48bによって位相のず
れた波形のパルス信号を発生させるが、このパルス信号
は着座するまでは角度検出のための演算には用いられな
い。While the screw is rotating and moving forward, that is,
Until seating on the bearing surface, almost no load is applied to the driven shaft 46 side, and the detection rotating body 47 composed of a gear body that rotates integrally with the rotating cylindrical member 44 also rotates at a high speed in the screw tightening direction. The teeth 47a continuously pass over the detection sensors 48a and 48b. At this time, the detection sensors 48a and 48b generate a pulse signal having a waveform shifted in phase, but this pulse signal is not used for calculation for angle detection until the user is seated.
【0050】回転円筒部材44と共に打撃突起45aとアン
ビル片45bとからなる打撃力伝達機構45を介して被駆動
軸46が一体的に高速回転し、ねじが締付け座面に着座す
ると、被駆動軸46に抵抗トルク(負荷)が発生してその
被駆動軸46の回転が急速に停止に近づき、打撃突起45a
とアンビル片45bとが衝突し、打撃が開始される。その
打撃が終了した後は、アンビル片45bを押圧しているス
プリングの弾性力が打撃突起45aとアンビル片45bとの
係合力に打ち勝ってその係合が解かれ、回転円筒部材44
が被駆動軸46の胴体部回りをフリーランニングする。こ
のフリーランニング中において、回転円筒部材44はエア
モータ41の回転駆動力によって加速される一方、図1
8、図19に示すようにカム板45Cが回転円筒部材44の
内周面に接してアンビル片45bが傾き、回転円筒部材44
がフリーランニング後、図20に示すようにその打撃突
起45aをアンビル片45bに衝撃的に係合させ、その打撃
力によって被駆動軸46に回転円筒部材44の回転力を伝達
してその被駆動軸46を或る角度だけ締付け方向に回転さ
せる。この時の締付け角度を上記検出回転体47と検出セ
ンサ48a、48bとによって検出させる。When the driven shaft 46 rotates at high speed integrally with the rotary cylindrical member 44 via the striking force transmitting mechanism 45 composed of the striking projection 45a and the anvil piece 45b, and when the screw is seated on the tightening seat surface, the driven shaft is rotated. When a resistance torque (load) is generated in the driven shaft 46, the rotation of the driven shaft 46 rapidly approaches the stop, and the striking projection 45a
And the anvil piece 45b collide with each other, and hitting is started. After the impact is completed, the elastic force of the spring pressing the anvil piece 45b overcomes the engaging force between the impact projection 45a and the anvil piece 45b, and the engagement is released, and the rotary cylindrical member 44 is released.
Runs free around the body of the driven shaft 46. During the free running, the rotating cylindrical member 44 is accelerated by the rotational driving force of the air motor 41, while
8. As shown in FIG. 19, the cam plate 45C contacts the inner peripheral surface of the rotary cylindrical member 44, and the anvil piece 45b is tilted.
After free running, as shown in FIG. 20, the striking projection 45a is impactedly engaged with the anvil piece 45b, and the striking force transmits the rotating force of the rotary cylindrical member 44 to the driven shaft 46 to thereby drive the driven shaft 46. The shaft 46 is rotated by a certain angle in the tightening direction. The tightening angle at this time is detected by the detection rotator 47 and the detection sensors 48a and 48b.
【0051】このねじの締付け時に、被駆動軸46側には
エアモータ41の回転力以上の抵抗力が生じているので、
被駆動軸46が上記打撃突起45aによる打撃力で或る角度
だけ締付け方向に回転し終わった瞬間に、回転円筒部材
44が図21に示すように締付け方向と反対方向にリバウ
ンドした後、エアモータ41の回転駆動力によって締付け
方向にフリーランニングし、再び、上記同様にして打撃
突起45aをアンビル片45bに衝撃的に係合させて被駆動
軸46をさらに締付け方向に回転させる。このときのねじ
回転角を上記検出回転体47と検出センサ48a、48bとに
よって読取り、以下、回転円筒部材44がフリーランニン
グをした後、打撃突起45aがアンビル片45bに衝突する
毎にその時のねじ回転角を検出する。なお、出願人は、
上述の構成及びねじ回転角の読み取りを行う手持ち式衝
撃レンチにおける手振れの影響をほとんど受けないねじ
回転角の読み取り方法をすでに出願している(特願平1
1−229277)。この方法によって検出したねじ回
転角は手振れの影響は極めて少ないものである。従っ
て、そのねじ回転角に基づいて締付け三角形を読み取
り、読み取った締付け三角形に基づいて静的な締付けの
場合と同様にして軸力制御を行う。When the screw is tightened, a resistance force greater than the rotation force of the air motor 41 is generated on the driven shaft 46 side.
At the moment when the driven shaft 46 has been rotated in the tightening direction by a certain angle by the impact force of the impact projection 45a, the rotating cylindrical member
After 44 rebounds in the direction opposite to the tightening direction as shown in FIG. 21, free-runs in the tightening direction by the rotational driving force of the air motor 41, and again strikes the striking projection 45a with the anvil piece 45b in the same manner as described above. Then, the driven shaft 46 is further rotated in the tightening direction. The screw rotation angle at this time is read by the detection rotator 47 and the detection sensors 48a and 48b, and thereafter, every time the impact projection 45a collides with the anvil piece 45b after the rotating cylindrical member 44 performs free running, the screw at that time is used. Detect the rotation angle. In addition, the applicant,
A method for reading a screw rotation angle which is hardly affected by hand shake in a hand-held impact wrench for reading the screw rotation angle having the above-described configuration has already been filed.
1-229277). The influence of camera shake on the screw rotation angle detected by this method is extremely small. Therefore, a tightening triangle is read based on the screw rotation angle, and axial force control is performed based on the read tightening triangle in the same manner as in the case of static tightening.
【0052】[0052]
【発明の効果】本発明の締付け制御方法によれば、締付
け三角形を利用してねじ系の弾性角度係数とスナグ点と
を締結作業に先立って得て、これを軸力制御の規範とし
てねじの締付けを制御するので、被締結部材の弾性の如
何に関わらず軸力制御を可能とするのである。また、締
結作業の適切性や蓋然性の判断の指針を与えるのであ
る。このようにして、初めて実用的なねじ締付けの軸力
制御が可能となったのである。ねじ系の弾性角度係数さ
え分かっていれば、弾性角度係数が不明であるねじ締結
体に対しても、その弾性角度係数をリアルタイムで読み
取りながら軸力制御を行えるのである。また、中古のね
じ締結体に対してトルク係数を知ることの難題を回避し
たねじの締付け制御が可能となったのである。また、外
径が18mm程度以上のねじの締結を制御下で簡便に実行で
きることが容易になった。そして、ねじ締付けの最大の
課題であった締付け不足を防止することが可能になった
のである。さらにまた、ねじの設計軸力を明示すること
により、機器並びにねじ構造物の小型軽量化設計に寄与
することができる。また、ねじ締付け作業の目的確認の
啓蒙に関しても有益な手段である。また、軸力制御であ
るので、品質の管理が完全でない補修・整備市場にも締
付け制御手段を提供することが可能になった。そして、
締付け結果で制御するので、ツール側の欠陥等による締
付けへの影響を排除することが可能になった。ツール側
の欠陥とは、能力の不適合であり、能力が過大であた
り、過少であったりする場合である。また、供給されて
いる電圧や空気圧力の変動、ツールの劣化状況や作業者
の熟練度の高低による締付けへの影響を排除できるので
ある。また、ツール側の不適合状態を検証して、より大
型のツールを使用する必要があるか否かの判断も可能に
なる。According to the tightening control method of the present invention, the elastic angle coefficient and the snug point of the screw system are obtained prior to the tightening operation using the tightening triangle, and these are used as the standard of the axial force control. Since the tightening is controlled, the axial force can be controlled regardless of the elasticity of the member to be fastened. It also provides guidelines for determining the appropriateness and probability of fastening work. In this way, for the first time, practical axial force control of screw tightening became possible. As long as the elastic angle coefficient of the screw system is known, the axial force control can be performed on the screw fastener whose elastic angle coefficient is unknown while reading the elastic angle coefficient in real time. Further, it becomes possible to control the tightening of the screw while avoiding the difficulty of knowing the torque coefficient for a used screw fastener. Further, it has become easy to easily perform fastening of a screw having an outer diameter of about 18 mm or more under control. In addition, it has become possible to prevent insufficient tightening, which is the biggest problem in screw tightening. Further, by specifying the design axial force of the screw, it is possible to contribute to a design for reducing the size and weight of the device and the screw structure. It is also a useful tool for raising awareness of the purpose of screw tightening work. In addition, because of the axial force control, it is possible to provide the tightening control means to a repair / maintenance market where quality control is not perfect. And
Since the control is performed based on the tightening result, it is possible to eliminate the influence on the tightening due to a defect on the tool side. A tool-side defect is a mismatch of capabilities, where the capabilities are too high or too low. In addition, it is possible to eliminate the influence on the tightening due to the fluctuation of the supplied voltage and air pressure, the deterioration state of the tool, and the level of skill of the operator. In addition, it is possible to determine whether or not it is necessary to use a larger tool by verifying the nonconformity state on the tool side.
【図1】 代表的な締付け三角形の説明図である。FIG. 1 is an explanatory view of a typical tightening triangle.
【図2】 代表的な締付け三角形の説明図である。FIG. 2 is an explanatory view of a typical tightening triangle.
【図3】 代表的な締付け三角形の説明図である。FIG. 3 is an explanatory view of a typical tightening triangle.
【図4】 実際のボルト・ナットの実測値を示す図であ
る。FIG. 4 is a view showing actual measured values of bolts and nuts;
【図5】 締付け三角形の形成過程を説明する図であ
る。FIG. 5 is a diagram illustrating a process of forming a fastening triangle.
【図6】 締付け三角形の形成過程を説明する図であ
る。FIG. 6 is a diagram illustrating a process of forming a fastening triangle.
【図7】 締付け三角形の形成過程を説明する図であ
る。FIG. 7 is a diagram illustrating a process of forming a fastening triangle.
【図8】 締付け三角形の形成過程を説明する図であ
る。FIG. 8 is a diagram illustrating a process of forming a tightening triangle.
【図9】 締付け精度を説明する図である。FIG. 9 is a view for explaining tightening accuracy.
【図10】 本発明に用いるトルクレンチの概略説明図
である。FIG. 10 is a schematic explanatory view of a torque wrench used in the present invention.
【図11】 トルクレンチの場合の締付け三角形の説明
図である。FIG. 11 is an explanatory view of a tightening triangle in the case of a torque wrench.
【図12】 本発明に用いるナットランナの概略説明図
である。FIG. 12 is a schematic explanatory view of a nut runner used in the present invention.
【図13】 ナットランナの場合の締付け三角形の説明
図である。FIG. 13 is an explanatory diagram of a tightening triangle in the case of a nut runner.
【図14】 インパクトレンチの縦断側面図である。FIG. 14 is a vertical sectional side view of an impact wrench.
【図15】 図14の要部の縦断正面図である。FIG. 15 is a longitudinal sectional front view of a main part of FIG. 14;
【図16】 打撃突起とアンビル片とを備えた打撃力伝
達機構の縦断正面図である。FIG. 16 is a longitudinal sectional front view of a striking force transmission mechanism including a striking projection and an anvil piece.
【図17】 アンビル片を作動させるカム板部分の縦断
正面図である。FIG. 17 is a longitudinal sectional front view of a cam plate portion for operating an anvil piece.
【図18】 フリーランニング時の打撃力伝達機構部分
の縦断正面図である。FIG. 18 is a longitudinal sectional front view of a striking force transmission mechanism during free running.
【図19】 そのカム板の作動状態図である。FIG. 19 is an operation state diagram of the cam plate.
【図20】 打撃時の縦断正面図である。FIG. 20 is a vertical sectional front view at the time of impact.
【図21】 リバウンド時の縦断正面図である。FIG. 21 is a longitudinal sectional front view at the time of rebound.
11 演算・表示装置 13 トルクレンチ 14 駆動レバー 15 中間構造体 7 変位センサ 30 ナットランナ 40 インパクトレンチ 11 Calculation / display device 13 Torque wrench 14 Drive lever 15 Intermediate structure 7 Displacement sensor 30 Nut runner 40 Impact wrench
Claims (5)
角あるいは締付けトルクを検出して、そのねじ締結体が
比例域に入った事を読み取り、比例原点を決定して、そ
のねじ締結体のねじ系において予め知られた比例定数を
用いて、ねじ回転角を、ねじ系の伸び成分と被締結部材
の縮み成分とに分け、軸力を主柱とした三角形で表示す
る締付け線図を決定し、この締付け線図を用いてねじの
締付け軸力を制御することを特徴とする比例域ねじ締付
け制御方法。(ただし、ねじ系とはボルトとナットもし
くはそれに代わるめねじとの組み合わせのシステムを示
している。)The present invention detects a screw rotation angle or a tightening torque with the progress of a screw fastening operation, reads that the screw fastening body has entered a proportional area, determines a proportional origin, and determines a proportional origin. Using the proportional constant known in advance in the screw system, the screw rotation angle is divided into the elongation component of the screw system and the shrinkage component of the member to be fastened, and a tightening diagram is displayed in the form of a triangle with the axial force as the main column. A proportional area screw tightening control method, wherein the tightening axial force of the screw is controlled using the tightening diagram. (However, the thread system refers to a combination system of a bolt and a nut or an alternative female screw.)
じ締結作業の進行にともなう、ねじ回転角と締付けトル
クとを並行して検出して、そのねじ締結体が比例域に入
った事を読み取り、比例原点を決定して、そのねじ締結
体のねじ系において予め知られた比例定数を用いて、ね
じ回転角を、ねじ系の伸び成分と被締結部材の縮み成分
とに分け、軸力を主柱とした三角形で表示する締付け線
図を決定し、この締付け線図を用いてねじの締付け軸力
を制御することを特徴とする比例域ねじ締付け制御方
法。(ただし、静力を用いたねじ締付けとは手動レンチ
あるいは動力レンチによる静的な力でのねじ締付けを示
している。)2. In a screw tightening control using a static force, a screw rotation angle and a tightening torque are detected in parallel with a progress of a screw tightening operation, and it is determined that the screw tightened body has entered a proportional range. Read, determine the origin of proportionality, and divide the screw rotation angle into an elongation component of the screw system and a contraction component of the member to be fastened using the proportional constant known in advance in the screw system of the screw fastening body, A proportional area screw tightening control method, comprising: determining a tightening diagram represented by a triangle having a main column as a main column; and controlling the tightening axial force of the screw using the tightening diagram. (However, screw tightening using static force refers to screw tightening with static force using a manual wrench or power wrench.)
連続しては読み取れない場合、部分的に締付けトルクと
ねじ回転角の両方を読み取り、ねじ締結体の締付けトル
クをねじ回転角に変換することにより三角形で表示する
締付け線図を決定し、この締付け線図を用いてねじの締
め付け軸力を制御することを特徴とする請求項2に記載
の比例域ねじ締付け制御方法。3. When both the tightening torque and the screw rotation angle cannot be read simultaneously and continuously, both the tightening torque and the screw rotation angle are partially read, and the tightening torque of the screw fastener is converted into the screw rotation angle. 3. The proportional area screw tightening control method according to claim 2, wherein a tightening diagram represented by a triangle is determined thereby, and the tightening axial force of the screw is controlled using the tightening diagram.
算出されたトルク係数に基づいて、締結作業の品質を判
断することを特徴とする請求項1、2、3の何れか1項
に記載の比例域ねじ締付け制御方法。4. The method according to claim 1, wherein the quality of the fastening operation is determined based on a torque coefficient calculated from a tightening torque and an axial force in the screw fastening. Proportional area screw tightening control method.
線図におけるねじ系の弾性係数Ka,被締結部材の弾性
角度係数Kb,ねじ締結体の弾性角度係数Kとして、K
b/KaもしくはK/Kaの値に基づいて、締結作業の
品質を判断することを特徴とする請求項1、2、3の何
れか1項に記載の比例域ねじ締付け方法。5. An elastic coefficient Ka of a screw system, an elastic angle coefficient Kb of a member to be fastened, and an elastic angle coefficient K of a screw fastener in a tightening diagram represented by a triangle having an axial force as a main column.
4. The proportional area screw tightening method according to claim 1, wherein the quality of the fastening operation is determined based on the value of b / Ka or K / Ka.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36779999A JP2001179645A (en) | 1999-12-24 | 1999-12-24 | Method of controlling screw tightening in proportional range |
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1999
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