JP2007276091A - ボルト・ナット電動締付機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】起動スイッチをONにしたときの電流値の急上昇直後の急下降を検出し、ナット締付け開始による電流値の上昇があってから、電流値が急下降した場合において、これをワッシャの内向きフランジが剪断されたと判断し、次に電流値が一次締めトルクに対応する値になれば、モータを停止する。
【選択図】図2
Description
公知の如く、ワンサイドボルト(2)は、通常のボルト・ナットとは違って、ボルト挿入側からナットの締付けができる、即ち、片側からボルト・ナットの締付けができる特徴がある。
シャーボルト(21)は先端に剪断用のチップ(23)を具えている。
シャーワッシャ(25)は、前記スペーサ筒(29)の端面に当接し、スペーサ筒(29)の押圧により剪断されるフランジ(26)を内向きに突設している。
電動締付機(1)は、ケーシング(11)内に、1入力軸、2出力軸の遊星歯車減速機構(14)を収納している。ケーシング先端から同芯に突出したアウターソケット(12)とインナーソケット(13)は、該遊星歯車減速機構(14)の2つの出力軸に互いに逆回転可能に連繋されている。遊星歯車減速機構(14)の入力軸にはモータ(15)が連繋される(例えば、特許文献1)。
電動締付機(1)のインナーソケット(13)をボルトチップ(23)に、アウターソケット(12)をナット(24)に嵌め、電動締付機(1)のトリガー(16)を引いてモータ起動スイッチ(47)をONにする。
起動スイッチ(47)がONになってモータ(15)に通電がなされた瞬間に、図11「イ」に示す如く、モータ(15)の電流値が急上昇し、その直後に「ロ」に示す如く、急下降する。所謂、突入電流(以下、「起動電流」と呼ぶ)の現象である。
この段階ではモータ(15)に殆んど負荷が作用せず、電流値も低い値に収束する。
ナット(24)が着座すると、該ナットの回転によるネジ推力が、鍔用筒部材(27)とスペーサ筒(29)に対する軸方向圧縮力として作用する。鉄骨(3)(3)の孔(31)(31)に嵌まっているスペーサ筒(29)には変形する余地はなく、該孔(31)(31)から外側に位置する鍔用筒部材(27)が、前記軸方向圧縮力によって塑性変形して鍔状に膨らむ(図7参照)。
更に、ナット(24)の回転によるネジ推力が加わると、スペーサ筒(29)がシャーワッシャ(25)の内向きフランジ(26)を剪断する(図8参照)(以下、この状態を「シャーワッシャ(25)の剪断」と呼ぶ)。
上記締付け動作の間、ボルトチップ(23)に係合したインナーソケット(13)は反力受けとなり、ナット(24)とボルト(21)の供回りを防止する。
シャーワッシャ(25)が剪断された瞬間、電流値は急下降して低い値のまま収束する。
以上の工程は、鍔用筒部材(27)に鍔部(28)を形成するため及び鍔部(28)を鉄骨(3)に着座するためのボルト・ナットに対する締付工程であって、鉄骨(3)(3)に対する締付け力は作用していない。
ボルトチップ(23)が剪断されたことで、ワンサイドボルト(2)が所定のトルクで締め付けられていることを保証できる。
図11において、「ヘ」が鉄骨締付け開始時の、「ト」がボルトチップ(23)剪断時の夫々の電流値を示しており、ボルトチップ(23)を剪断した瞬間にモータ(15)への負荷が瞬間的に下がるため、電流値が急下降することが分かる。
この場合、締付け作業者に警報を発して知らせることが必要である。
更に本発明では、電動締付機のモータのスイッチをONにした瞬間に、無負荷であっても電流値が急激に上昇することが、シャーワッシャが剪断されたときの電流値や、一次締めトルクに達したときの電流値と区別できない問題を解決して、正しい制御指令を発することができる電動締付機を明らかにするものである。
ボルト先端のチップに係合するインナーソケットと、
該ボルトに螺合したナットに係合するアウターソケットと、
上記両ソケットに、両ソケットを互いに逆回転させる方向に回転力を付与できる減速機構を介して連繋されたモータと、
該モータの回転を制御する制御部とを具え、
該制御部は、起動スイッチをONにしたときのモータの電流値の急上昇を検出する第1上昇検出手段と、
該第1上昇検出手段が上記電流値の急上昇を検出した直後に、電流値が急下降して収束したことを検出する第1下降検出手段とを有し、
前記制御部は、該第1下降検出手段が、上記電流値の急下降とその収束を検出したときに、起動電流の立上りを終えたと判断し、前記起動スイッチをONにしたときの電流値の急上昇と、後に生じるボルト・ナット締付時の電流値の上昇とを識別する。
ナットに係合するソケットと、ソケットの回転方向に対する反力を受ける反力受けと、ソケットと反力受けに互いに逆回転させる方向に回転力を付与できる減速機構を介して連繋されたモータと、
該モータの回転を制御する制御部とを具え、
該制御部は、起動スイッチをONにしたときのモータの電流値の急上昇を検出する第1上昇検出手段と、
該第1上昇検出手段が上記電流値の急上昇を検出した直後に、電流値が急下降して収束したことを検出する第1下降検出手段とを有し、
前記制御部は、該第1下降検出手段が、上記電流値の急下降とその収束を検出したときに、起動電流の立上りを終えたと判断し、前記起動スイッチをONにしたときの電流値の急上昇と、後に生じるボルト・ナット締付時の電流値の上昇とを識別する。
制御部は、第1下降検出手段が電流値の急下降とその収束を検出した後の電流値の上昇を検出する第2上昇検出手段を有し、該第2上昇検出手段が、予め設定した締付けトルクに対応する電流値を検出したとき、モータの回転を停止する。
シャーワッシャを具えたワンサイドボルトに螺合したナットに係合するアウターソケットと、
該ワンサイドボルト先端のチップに係合するインナーソケットと、
上記両ソケットに互いに逆向きに回転力を付与可能な減速機構を介して連繋されたモータと、
該モータの回転を制御する制御部とを具え、
該制御部は、起動スイッチをONにしたときのモータの電流値の急上昇を検出する第1上昇検出手段と、
該第1上昇検出手段が上記電流値の急上昇を検出した直後に、電流値が急下降して収束したことを検出する第1下降検出手段とを有し、
前記制御部は、該第1下降検出手段が、上記電流値の急下降とその収束を検出したときに、起動電流の立上りを終えたと判断し、前記起動スイッチをONにしたときの電流値の急上昇と、後に生じるボルト・ナット締付時の電流値の上昇とを識別する。
第1下降検出手段が、電流値の急下降とその収束を検出した後に、ナットの締付けによる電流値の上昇があってから電流値が急下降したことを検出する第2下降検出手段を有し、
前記制御部は、該第2下降検出手段が上記電流値の急下降を検出したとき、これをシャーワッシャの内向きフランジが剪断されたと判断する。
制御部は、シャーワッシャの内向きフランジが剪断されたと判断した後に、予め設定した一次締めトルクに対応する電流値に達すればモータを停止する。
必要な本数のボルト・ナットを一次締めした後、同じ電動締付機で該ボルト・ナットを締め付けると、既にシャーワッシャの内向きフランジが剪断されているから、モータのトルクはボルトチップが剪断するまで上昇し、ボルトチップが剪断される。
即ち、電動締付機が本締め可能なトルクを出力できれば、1台の電動締付機で一次締めと本締めが可能となる。
[ワンサイドボルトの電動締付機]
ワンサイドボルト(2)、電動締付機(1)の何れの基本構成も、前記した図6に示す従来例のものと同じである。但し、電動締付機(1)の制御系統が従来とは異なる。
電動締付機の駆動モータ(15)は、モータドライブ回路(41)を介して制御部(44)によって通電のON−OFFが制御される。
電源(4)とモータドライブ回路(41)との間には、電流値を検出する回路電流センサ(43)が設けられている。回路電流センサ(43)からの信号は制御部(44)に入力され、該制御部(44)は回路電流センサ(43)からの信号を受けて、モータドライブ回路(41)を制御する。
制御部(44)には、作業者が一次締めトルクを手動設定するためのトルク設定ダイアル(42)が接続される。
制御部(44)は、電動締付機(1)のトリガー(16)を引いて起動スイッチ(47)をONにした直後に生じる電流値の急上昇とその直後の急下降を検出し、電流値が収束しときに、この特異な電流値パターンをモータ起動時の起動電流による変化と判断する。
又、制御部(44)は、上記起動電流を検出した後に、電流値の上昇があってから電流値が急下降したことを検出すれば、これをナット締付け開始による電流値の上昇及びワンサイドボルト(2)のシャーワッシャ(25)の剪断による電流値の急下降と判断し、この判断の後に、電流値が一次締めトルクに対応する値に達すればモータを停止する。
電動締付機(1)は、警報ブザー、警報ランプ等の警報器(48)にも繋がっており、後記する異常締付けの場合に、警報を発する。
先ず、トリガー(16)を引くことにより、スイッチ(47)を投入してモータ(15)を起動させると、図10「イ」から「ロ」(図11の従来例で説明した「イ」から「ロ」と同様)に示すように、起動電流の電流値パターンが生じる。
前出の如く、ナット(24)が着座して、ワンサイドボルト(2)の鍔用筒部材(27)の塑性変形が始まってモータ(15)に負荷が掛かり、図10の「ハ」から「ニ」に示す様に、電流値が次第に大きくなる。
「ニ」の時点でシャーワッシャ(25)が剪断されて、電流値が急下降して低い値に収束する(「ニ」から「ホ」の間)。
更に、ナット(24)が回転すると、鉄骨(3)(3)に対する締付けが開始され、電流値が徐々に大きくなる(「へ」から「チ」の間)。
電流値が、予め設定した一次締めトルクに対応する値に達すると、制御部(44)からの信号でモータ(15)への通電を遮断する。
従って、ワンサイドボルト(2)が一次締めトルク以上で締め付けられることはない。
トリガー(16)を引くことにより、電動締付機(1)のスイッチ(47)を投入してモータ(15)を起動させると、図10「リ」から「ヌ」に示すように、起動電流のパターンが生じる。
更に続いて、ナット(24)を締め付けるが、ナットは一次締めされているので急激に負荷が作用して、「ヌ」から「ル」に示す如く、電流値は急激に大きくなる。
ナット(24)が締切り状態まで締め付けられると、アウターソケット(12)の回転は止まり、インナーソケット(13)がアウターソケット(12)とは逆方向に回転して、シャーボルト(21)先端のチップ(23)を剪断する。図10の「ル」がチップ剪断時の電流値を示している。
電動締付機(1)の電源プラグ(図示せず)をコンセントに差し込んで、電動締付機(1)に電源を投入する(S000)。このとき電動締付機(1)のトリガー(16)を引いたまま、即ち、電源スイッチ(47)がON状態であれば、モータドライブ回路(41)にモータ駆動の指令は発せられない(S001)。トリガー(16)がフリー状態で電源スイッチ(47)がOFFの状態であればS002に移る。ここでトリガー(16)を引いて電源スイッチ(47)をONにすれば、モータドライブ回路(41)にモータ駆動指令が発せられ(S003)、運転ランプが点灯し(S004)、第1上昇検出手段(図示せず)が、後記する起動電流開始パターン検出サブルーチン(S005)に基づく動作を行い、モータ(15)に通電した直後に発生する起動電流の電流値パターンを検出する。
次に第1下降検出手段(図示せず)が、後記する起動電流収束パターン検出サブルーチン(S006)に基づく動作を行ない、起動電流が収束したことを検出する。
締付機のインナーソケットとアウターソケットに、ボルトチップ及びナットが正しくセットされておれば、前述の如く、ボルト・ナットは締め付けられ、ナット(24)が着座してから鉄骨(3)(3)への締付けが開始され、後記するトルク抜けパターン検出サブルーチン(S0007)によってシャーワッシャー(25)の剪断を検出する。
次に後記する設定電流値検出サブルーチン(S009)によって、ボルト・ナットに対する締付トルクが、前記トルク設定ダイアル(42)によって設定したボルト・ナットの締付けトルクに達するとモータ(15)の回転を停止し(S010)、制御完了を前記「一次締め終了ランプ」で表示し(S011)、前記S001へ戻って次のボルト・ナットの一次締めに備える。
該サブルーチン(S100)において、制御部(44)は電流値のサンプリングを行ない(S101)、電流微分値を差分計算し(S102)、記憶部(45)に格納された第1しきい値と比較する(S103)。微分値の差分計算は、単位時間当りの微分値の累計を、後の累計と前の累計の差を求める。差分計算の結果が第1しきい値よりも大きくなれば起動電流開始と判断する。次に第1下降検出手段が、図2の起動電流収束パターン検出サブルーチン(S006)に基づく動作を行ない、起動電力収束パターンを検出する。
以下の各サブルーチンにおいて、微分値の差分計算とは、上記手法と同じである。
該サブルーチン(200)において、制御部(44)は電流値のサンプリングを行い(S201)、微分値を差分計算し(S202)、記憶部(45)に格納された第2しきい値と比較する(S203)。
差分計算の結果が第2しきい値よりも小さくなれば、起動電流減少開始と判断し、S204に移る。ここで制御部(44)は電流値のサンプリングを行ない、電流微分値の差分計算を行ない(S205)、差分計算の結果が第3しきい値よりも大きくなれば起動電流収束と判断する(S206)。
該トルク抜けパターン検出サブルーチン(300)において、制御部(44)は電流値のサンプリングを行ない(S301)、電流微分値の差分計算を行ない(S302)、差分計算の結果が第4しきい値よりも小さくなればトルク抜け、即ち、シャーワッシャ(25)が剪断されたと判断し(S303)、図2の負荷運転開始パータン検出サブルーチン(S008)に基づく負荷運転開始パターンを検出する。
差分計算の結果が、第5しきい値よりも大きくなれば負荷運転開始(鉄骨への締付け開始)と判断し、図2の設定電流検出サブルーチンに基づく動作を行なう。
差分計算の結果が、第6しきい値よりも大きくなれば、設定電流値検出、即ち、一次締め終了と判断し、図2のS010に移ってモータ(15)への通電を遮断する。更にS011に移って「一次締め終了ランプ」を点灯させる。
一次締めに使用した電動締付機(1)が、本締めに必要なトルクを出力できれば該電動締付機で本締めができる。
このときの電流値を、図10の右端に示す。
前記した図2のS000からS006までは、本締めも一次締めと同様に推移し、次から本締めが開始されて、ボルトチップが剪断するまで締付けが行われる。
図10の「リ」が本締めの際の起動電流値の上端を示し、「ヌ」が収束を示している。「ル」は本締めによってボルトチップ(23)が剪断された時点を示している。
実施例の場合、制御部(44)が、ナット(24)の着座からシャーワッシャ(25)の剪断までの所用時間が予め設定した時間を超えた場合、前記電流値の上昇が緩やかすぎると判断して、警報器(48)を動作させ、更にモータ(15)への通電を遮断する様にしている。
その場合、図2示すフローチャートのS007までの機能により、ボルト・ナットの締付け途上で、ネジ山不良によるネジ山の剪断等の異常事態による急激なトルクの抜けを検出できる。
即ち、図10の「ニ」のシャーワッシャの剪断が該異常事態に相当し、電流値が急下降することで異常事態を認識できる。
但し、先端のチップ(23)が剪断用であり、一次締めすることなく、最初の締付けからチップの剪断までを一度に行う場合、チップを剪断したときに、異常事態と判断するから注意が必要である。
上記第1実施例の電動締付機(1)は、アウターソケット(12)とインナーソケット(13)を具えており、ボルト先端にインナーソケット(13)が係合するチップ(23)を具えたボルト・ナット専用であったが、図12に示す第2実施例の電動締付機(1)は、ボルト先端にチップを具えない通常のボルト・ナット電動締付機に実施したものである。
第2実施例の電動締付機(1)は、図12に示す如く、ケーシング(11)内に、1入力軸、2出力軸の遊星歯車減速機構(14)を収納し、ケーシング先端に回転可能に突設したソケット(12)に遊星歯車減速機構(14)の一方の出力軸を連繋し、他方の出力軸に連繋した反力受け(17)をソケット(12)の軸芯と直交し、或いは斜めに突出させている。
ソケット(12)にナット(24)を係合し、該ナット近傍の別のナット(24a)等の突出部に反力受け(17)を当ててナット(24)の締付けを行う。
通常のボルト・ナットの締付けにおいて、電源入力から一次締め終了まで、及び本締め完了の電流値のパターンは、前記図10と同様のパターンを示し、「ニ」の時点が、ネジ山不良等によるトルクの抜けと判断する。
12 アウターソケット
13 インナーソケット
14 遊星歯車減速機構
15 モータ
2 ワンサイドボルト
21 シャーボルト
23 チップ
24 ナット
25 シャーワッシャ
26 内向きフランジ
27 鍔用筒部材
44 制御部
45 記憶部
Claims (6)
- ボルト先端のチップに係合するインナーソケットと、
該ボルトに螺合したナットに係合するアウターソケットと、
上記両ソケットに、両ソケットを互いに逆回転させる方向に回転力を付与できる減速機構を介して連繋されたモータと、
該モータの回転を制御する制御部とを具え、
該制御部は、起動スイッチをONにしたときのモータの電流値の急上昇である起動電流を検出する第1上昇検出手段と、
該第1上昇検出手段が上記電流値の急上昇を検出した直後に、電流値が急下降して収束したことを検出する第1下降検出手段とを有し、
前記制御部は、該第1下降検出手段が、上記電流値の急下降とその収束を検出したときに、起動電流の立上りを終えたと判断し、前記起動スイッチをONにしたときの電流値の急上昇と、後に生じるボルト・ナット締付時の電流値の上昇とを識別するボルト・ナット電動締付機。 - ナットに係合するソケットと、ソケットの回転方向に対する反力を受ける反力受けと、ソケットと反力受けに互いに逆回転させる方向に回転力を付与できる減速機構を介して連繋されたモータと、
該モータの回転を制御する制御部とを具え、
該制御部は、起動スイッチをONにしたときのモータの電流値の急上昇である起動電流を検出する第1上昇検出手段と、
該第1上昇検出手段が上記電流値の急上昇を検出した直後に、電流値が急下降して収束したことを検出する第1下降検出手段とを有し、
前記制御部は、該第1下降検出手段が、上記電流値の急下降とその収束を検出したときに、起動電流の立上りを終えたと判断し、前記起動スイッチをONにしたときの電流値の急上昇と、後に生じるボルト・ナット締付時の電流値の上昇とを識別するボルト・ナット電動締付機。 - 制御部は、第1下降検出手段が電流値の急下降とその収束を検出した後の電流値の上昇を検出する第2上昇検出手段を有し、該第2上昇検出手段が、予め設定した締付けトルクに対応する電流値を検出したとき、モータの回転を停止する請求項1又は2に記載のボルト・ナット電動締付機。
- シャーワッシャを具えたワンサイドボルトに螺合したナットに係合するアウターソケットと、
該ワンサイドボルト先端のチップに係合するインナーソケットと、
上記両ソケットに互いに逆向きに回転力を付与可能な減速機構を介して連繋されたモータと、
該モータの回転を制御する制御部とを具え、
該制御部は、起動スイッチをONにしたときのモータの電流値の急上昇である起動電流を検出する第1上昇検出手段と、
該第1上昇検出手段が上記電流値の急上昇を検出した直後に、電流値が急下降して収束したことを検出する第1下降検出手段とを有し、
前記制御部は、該第1下降検出手段が、上記電流値の急下降とその収束を検出したときに、起動電流の立上りを終えたと判断し、前記起動スイッチをONにしたときの電流値の急上昇と、後に生じるボルト・ナット締付時の電流値の上昇とを識別するボルト・ナット電動締付機。 - 制御部は、第1下降検出手段が、電流値の急下降とその収束を検出した後に、ナットの締付けによる電流値の上昇があってから電流値が急下降したことを検出する第2下降検出手段を有し、
前記制御部は、該第2下降検出手段が上記電流値の急下降を検出したとき、これをシャーワッシャの内向きフランジが剪断されたと判断する、請求項4に記載のボルト・ナット電動締付機。 - 制御部は、シャーワッシャの内向きフランジが剪断されたと判断した後に、予め設定した一次締めトルクに対応する電流値に達すればモータを停止することを特徴とする、請求項4又は5に記載のボルト・ナット電動締付機。
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