JP2011110672A - Fastening device and fastening method by rotation angle method - Google Patents
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Description
本発明は、ねじやボルトなどの締付部品の締付装置及び回転角法による締付方法に関し、詳細には、締付部品の回転角度−トルク線図におけるスナグ点(「着座点」とも言う。)を締付作業毎に求めることができる、締付装置及び回転角法による締付方法に関する。 The present invention relates to a tightening device for tightening parts such as screws and bolts, and a tightening method using a rotation angle method, and more specifically, a snag point (also referred to as a “seating point” in a rotation angle-torque diagram of the tightening part. )) Can be obtained for each tightening operation, and relates to a tightening method using a rotation angle method.
自動車のなどの組立製品を製造する作業工程においては、ボルトやナットにより締結される組立作業又は組付作業が行われている。ボルトやネットなどの締結具では弛みが生じると、締結機能そのものを失ってしまう。弛みの一番の原因は締め付け不足であり、弛みを防止するためには、締め付け精度を向上させることで弛みを防止している。 In an operation process for manufacturing an assembly product such as an automobile, an assembly operation or an assembly operation that is fastened with bolts or nuts is performed. When loosening occurs in a fastener such as a bolt or a net, the fastening function itself is lost. The main cause of loosening is insufficient tightening. In order to prevent loosening, the loosening is prevented by improving the tightening accuracy.
特許文献1には、ボルトの軸力管理に際し、最小の軸力ばらつきで目標とする軸力が得られるボルト、ナットの回転角法締付の最適条件を求める方法が開示されている。
ボルトの回転角度とそれに応じて変化する軸力とには一定の関係があると言われており、ボルトを回転させると、軸力は緩やかに増加し、次に回転角度と軸力との間に比例関係が認められ、その後、ボルトの材質が降伏点に到達して軸力が回転角度に応じて増加しなくなる。この回転角度−軸力線図はボルトによっても締付け物の製造上のばらつきによって異なるため、ボルトの軸力管理の手法として、締め付け角度を管理して目的の締め付け軸力を得る方法がある。この方法は、或る基準値からスタートしてボルトで決められた角度だけ回転させ、目的の締め付け軸力を得ている。この基準値としては締め付け角度の開始点としており、このときのトルクをスナグトルクと呼んでいる。 It is said that there is a certain relationship between the rotation angle of the bolt and the axial force that changes accordingly, and when the bolt is rotated, the axial force increases slowly and then between the rotation angle and the axial force. After that, the bolt material reaches the yield point and the axial force does not increase according to the rotation angle. Since this rotation angle-axial force diagram varies depending on the manufacturing variation of the tightened product, there is a method of managing the tightening angle to obtain the target tightening axial force as a method of managing the axial force of the bolt. This method starts from a certain reference value and rotates it by an angle determined by a bolt to obtain a target tightening axial force. This reference value is the starting point of the tightening angle, and the torque at this time is called the snag torque.
従来、多数のボルトを準備して、適当なスナグトルクと回転角度との組み合わせのデータを計測し、目的の締め付け軸力を得るのに最適なスナグトルクと回転角度の組を設定してボルトの軸力管理を行っていた。特許文献1では、複数本のボルトについてそれぞれ仮定のスナグトルク及び角度だけ締め付けを行い、各仮定のスナグトルク締め付け角度に対する軸力のばらつきを求め、軸力のばらつきが極小となるときのトルク値をスナグトルクとして決めている。これにより、スナグトルクと回転角度の組み合わせを適切なものとし、そのスナグトルクと回転角度の組によってボルト締めを行った場合に軸力のばらつきを最小現に抑えることができる。
Conventionally, a large number of bolts are prepared, data on the combination of appropriate snag torque and rotation angle is measured, and the optimum set of snag torque and rotation angle is set to obtain the desired tightening axial force. I was managing. In
しかしながら、特許文献1に開示されている方法、すなわちボルト、ナットの回転角法締付けの最適条件を求める方法では、事前に複数本のボルトを準備して実験を行い、その結果からスナグトルクを求める必要がある。
However, in the method disclosed in
また、実験のときと実際の締結のときとで、摩擦係数が異なると、適切なスナグトルクが求められていることにはならず、ボルトやナットなどの締付作業が行われていない結果を招いてしまう。 Also, if the friction coefficient differs between the experiment and the actual fastening, an appropriate snag torque is not required, and the result is that tightening work such as bolts and nuts is not performed. I will.
そこで、本発明では、締付作業毎にスナグ点を求めることで締付作業を最適になし得る、締付装置及び回転角法による締付方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a tightening device and a tightening method based on a rotation angle method that can optimally perform a tightening operation by obtaining a snag point for each tightening operation.
上記目的を達成するために、本発明による締付装置は、締付部品を回転して締め付る駆動部と、締付部品に加えるトルク及び締付部品の回転角度を検出する検出部と、検出部で検出した値からスナグ点を判定する判定部とを備え、判定部が、締付部品の一定の回転角度毎におけるトルクの変化量を算出し、その変化量が一定とみなされる範囲となったときをスナグ点と判定することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a tightening device according to the present invention includes a drive unit that rotates and tightens a tightening component, a detection unit that detects torque applied to the tightening component and a rotation angle of the tightening component, and A determination unit that determines a snag point from a value detected by the detection unit, the determination unit calculates a torque change amount at each fixed rotation angle of the tightening part, and a range in which the change amount is considered constant It is characterized by determining when it becomes a snag point.
本発明の回転角法による締付方法は、締付部品の微小回転角度に対するトルク値の変化を求め、その変化量が一定とみなされる範囲内となったとき、スナグ点を判定することを特徴とする。 The tightening method according to the rotation angle method of the present invention is characterized in that a change in torque value with respect to a minute rotation angle of a tightening part is obtained, and a snag point is determined when the amount of change is within a range that is considered constant. And
本発明によれば、予めスナグ点を求めるための多数の実験を行う必要がなく、さらには、摩擦係数が締め付け毎に異なるという影響を排除して締付作業を確実に行うことができる。 According to the present invention, it is not necessary to perform a number of experiments for obtaining the snag point in advance, and furthermore, the tightening operation can be reliably performed by eliminating the influence that the friction coefficient differs for each tightening.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明するが、本発明は以下の説明に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された範囲及びそれと均等な範囲にも及ぶことは説明するまでもない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and extends to the scope described in the claims and the equivalent scope thereof. Needless to explain.
図1は、本発明の実施形態に係る締付装置の構成図である。本発明の実施形態に係る締付装置1は、ねじやナットなどの締付部品2に回転力を付与して締め付けを行う駆動部11と、締付部品2の回転角度及びトルクを計測する検出部12と、検出部12からのデータを取り込む収集部13と、収集部13で取り込まれたデータからスナグ点を判定する判定部14とを備える。
FIG. 1 is a configuration diagram of a tightening device according to an embodiment of the present invention. A
駆動部11は、締付部品2に当接したり冠着して締付部品2に回転力を与えるものである。締付部品2が頭部2aとねじ本体部2bとを有するボルトである場合には、駆動部11はボルト2の頭部2aを掴んで頭部2aを回転するものである。駆動部11には、図示しないスイッチなどが取り付けられ、スイッチがONになると駆動部11が締付部品2を回転し、判定部14から停止信号の入力があるとその回転を停止する。スイッチの代わりに回転を開始する信号の入力が駆動部11にあると回転を開始するようにしてもよい。
The
検出部12はトルクセンサーと回転センサーとを備え、締付部品2に加わるトルク及び締付部品2の回転角度を計測する。センサーによる計測は例えば時間単位で行われる。
The
収集部13は検出部12で計測したトルク及び回転角度のデータを任意の間隔でサンプリングして判定部14に出力するものである。
The
判定部14は収集部13から出力されたトルク及び回転角度のサンプリングデータからスナグ点を判定する。判定部14は、サンプリングして入力されたトルクT、回転角度θのデータから一定の回転角度Δθに対するトルクTを順次求める。つまり、入力された回転角度θの変化を見ながら一定の回転角度Δθに対するトルクTの値の変化を求める。そのトルクTの値の変化が一定になったとき、スナグ点を判定する。詳細については後述する。判定部14はロジック回路で実現してもよいし、コンピュータで判定プログラムを実行することで実現してもよい。
The
次に、本発明の実施形態に係る回転角法による締付方法について説明する。図2は、本発明の実施形態に係る回転角法による締付方法を説明するための図である。図2において、横軸が回転角度、縦軸がトルクである。図2に示すグラフは、検出部12で測定した回転角度及びトルクの値をプロットして得られるものでもある。検出部12及び収集部13により回転角度とトルクの各値をサンプリングし、判定部14において一定の微小角度Δθに対するトルク値の変化ΔTの変化量を求める。スナグ点に近づくと微小トルク量ΔTの増加量が一定値になる。そこで、本発明に係る回転角法による締付方法では、微小トルク量ΔT、即ちトルクの変化量ΔTが一定になったときをスナグ点とし、そのときのトルクTの値をスナグトルクとする。
Next, a tightening method based on the rotation angle method according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a view for explaining a tightening method by a rotation angle method according to the embodiment of the present invention. In FIG. 2, the horizontal axis represents the rotation angle and the vertical axis represents the torque. The graph shown in FIG. 2 is also obtained by plotting the rotation angle and torque values measured by the
以下、図1に示す締付装置1による締付方法を具体的に説明する。図3は、本発明の実施形態に係る回転角法による締付方法において、特に判定部14におけるフローを示す図である。
Hereinafter, the tightening method by the tightening
図1に例示するように部材5a,5b同士を締付部品2で締め付けることを想定して具体的に説明すると、部材5a,5b同士を重ねて締付部品2を挿入する。この図では部材5bの下側にナット5cが固定されており、締付部品2が螺合することで締め付けされる。駆動部11のスイッチがONになると、駆動部11が駆動開始の信号の入力を受けると共に判定部14に対して判定開始の信号が入力される(STEP1)。すると、駆動部11が締付部品2を回転し始める。
Specifically, assuming that the
検出部12は、締付部品2の回転角度θと、駆動部11から締付部品2に加わるトルクTとを所定の時間間隔で計測する。収集部13はその計測データの入力を受ける。検出部12から回転角度θの最初の入力があると(STEP2でYes)、収集部13は、微小な一定の角度毎に対するトルクTiを算出して判定部14に出力する(STEP3)。即ち、収集部13は、回転角度θ1,θ2(=θ1+Δθ),・・・毎にトルク値T1,T2,・・・の入力があるので、その入力毎にトルク値の変化量ΔT1(=T2−T1)、ΔT2(=T3−T2)、・・・を求める。
The
このトルク値の変化量が一定になったとき(STEP5でYes。なお、図3のSTEP5の誤差εはゼロとする。)スナグ点を通過したと判定し(STEP6)、そのときのトルク値Tiをスナグトルクとする。判定部14は、スナグ点を通過したことを判定すると、そのときから締付部品2が所定の角度だけさらに回転するか否か判定し、所定の角度だけさらに回転したと判定すると、締付部品2に対して停止信号を出力する。なお、トルク値Tiが入力される毎にSTEP4及びSTEP5がなされ、STEP5でNoの場合にはSTEP6でiを一つ繰り上げることになる。
When the amount of change in the torque value becomes constant (YES in STEP 5), it is determined that the snag point has been passed (STEP 6), and the torque value T at that time is determined. Let i be the snag torque. When the
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、締付け毎にスナグ点を判定するので、予備実験が不要となる。実際の締付部品2での締付作業毎にスナグ点を求めるので、確実に締め付け作業がなされたかの品質保持にも寄与する。締付作業毎に締付部品2の摩擦係数に違いがあってもその違いを加味してスナグ点を求めることができる。
As described above, according to the embodiment of the present invention, since the snag point is determined for each tightening, a preliminary experiment becomes unnecessary. Since the snag point is obtained for each tightening operation with the
上述の説明では、微小な一定の回転角度Δθ毎に対するトルクの変化量ΔTiが一定となる場合、つまり、ΔTiとΔTi+1とが同じになったときのi番目をスナグ点としているが、測定誤差などを加味して、微小な一定の回転角度Δθ毎におけるトルク値の変化量が所定の範囲内にあれば(図3においてSTEP5のεがゼロでない場合)トルク値の増加量を一定とみなして、所定の範囲内となったときをスナグ点としてもよい。 In the above description, when the torque change amount ΔT i for each small constant rotation angle Δθ is constant, that is, the i-th when ΔT i and ΔT i + 1 are the same, the snag point is used. In consideration of measurement errors and the like, if the amount of change in the torque value for each minute constant rotation angle Δθ is within a predetermined range (when ε in STEP 5 in FIG. 3 is not zero), the amount of increase in the torque value is constant. In view of this, a snag point may be set when it falls within a predetermined range.
1:締付装置
2:締付部品(ボルト)
2a:頭部
2b:ねじ本体部
5a,5b:部材
5c:ナット
11:駆動部
12:測定部
13:収集部
14:判定部
1: Tightening device 2: Tightening parts (bolts)
2a:
Claims (3)
上記判定部が、上記締付部品の一定の回転角度毎におけるトルクの変化量を算出し、その変化量が一定とみなされる範囲となったときをスナグ点と判定する、締付装置。 A drive unit that rotates and tightens a tightening component, a detection unit that detects a torque applied to the tightening component and a rotation angle of the tightening component, and a determination that determines a snag point from a value detected by the detection unit With
The tightening device, wherein the determination unit calculates a torque change amount for each fixed rotation angle of the tightening component and determines a snag point when the change amount is within a range that is considered constant.
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