JPH03184773A - ねじの締付方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はねじの締付方法に関する。

（従来技術） ねじの締付方法には、特公昭６０−１４６７５号公報に
示すように、被締付体に対してねじを所定のトルク設定
値まで締付ける方法等、種々のものかある。

ところで、被締付体、該被締付体に締付けられるねじは
、防錆等の観点から塗料が塗布され、被締付体に対して
ねじが締付けられたねじ締結体においては、該被締付体
とねじとの間に塗膜が介在することになっており、この
ようなねじ締結体は、一般に、第４図に示すようにねじ
（ボルト）の伸びと被締付体の縮みとによって釣合うこ
とになっている。

しかし、上記場合において、塗膜の厚みが一定値以上に
なると、締付けを終了しても塗膜は完全にはへたらす、
その締付は終了後の経時変化に伴ってへたつが進行する
ことになっている。このため、第４図と、下記式 とから明らかなように、へたりの進行に伴って、ねじが
徐々に張力を失い、ねじは回らないまま締付は軸力が低
下することになっており、その締付け軸力の低下量Ｆｓ
が大きいときには、第５図に示すように締付は終了時に
確保していたねじのゆるみ限界軸力を割り、ゆるみが発
生することになっている。

この問題を解消するために、■塗膜の厚みを、一定態上
とならないように薄く均一に管理し、塗膜のへたりを極
力生じないようにすること、■組立過程で一律に再締付
けすることによって塗膜を十分へたらして締付は軸力の
低下量を少なくすることが考えられる。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、前者の場合には、防錆等の観点から塗膜の厚み
を一定値以下にできないことがあり、また、塗膜の厚み
をへたつが生じないように薄く均一に管理することは現
状においては困難となっている。

また、後者の場合には、組立過程において、塗膜の厚み
の状態にかかわらず、全てのものに対して一律に再締付
けを行うことになると、再締付けが必要のないものに対
しても行うことになり、組立工数の増加を招き、組立作
業性を低下させることになる。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その目的は
、組立作業性の低下を極力抑えつつ、ねじのゆるみを防
止するねじの締付方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段、作用）かかる目的、を
達成するために本発明にあっては、締付は初期領域で第
１のトルク勾配を求めると共に該締付は初期領域よりも
締付は終了側領域で第２のトルク勾配を求め、前記第２
のトルク勾配に対する前記第１のトルク勾配の勾配比を
演算して、該勾配比が一定値以下のとき、再締付けを行
う、構成としである。

上述の構成により、締付は初期領域では、塗膜の薄いも
ののばね性に比べて塗膜の厚いもののばね性が低くなっ
て、この締付は初期領域における第１のトルク勾配が塗
膜の薄いものよりも塗膜の厚いものの方が小さくなるこ
と、この締付は初期領域を過ぎると、塗膜の厚みの差が
さほどなくなって、その領域における第２のトルク勾配
が塗膜の厚いものも塗膜の薄いものも略等しくなること
、とを利用して、その第１のトルク勾配と第２のトルク
勾配との勾配比が一定値以下か否かを判別することによ
って塗膜の厚みが必要以上に厚いものを選択できること
になり、その塗膜の厚みの厚いものだけを再締付けする
ことによって、そのもののゆるみを防出する一方、再締
付けの必要がないものに対しては再締付けを行うことを
省くことができることになる。このため、組立作業性の
低下を極力抑えつつ、ねじのゆるみを防止することがで
きることになる。

（実施例） 以下１本発明の詳細な説明する。

本実流側においては、被締付体に室料が塗布されたもの
が対象となり、その被締付体に対してねじとしてのボル
トが締付けられたねじ締結体においては、被締付体とボ
ルトとの間に塗膜が介在されることが前提となる。

（＋、　）このような前提の下、先ず、締付は初期領域
で第１のトルク勾配ＲＴ、を求めると共に該締付は初期
領域よりも締付は終了側領域で第２のトルク勾配ＲＴ２
を求める。これは、次の工程において、第１のトルク勾
配ＲＴ、と第２のトルク勾配ＲＴ２との勾配比ＲＴ、／
ＲＴ、を求めることを可能とするために行われる。

締付は初期領域で第１のトルク勾配ＲＴ、をもとめるよ
うにしたのは、締付は初期領域においては塗膜の厚みに
応じてトルク勾配が異なることから、それを、次の工程
で塗膜が薄いものと厚いものとの判別に利用したいから
である。

具体的に説明すると、ねじの締付は理論は下式にて示さ
れる。

ＲＴ＝ｄＴ／ｄθ Ｑ：締付は角度　　Ｋｔ：ボルトのばね定数Ｆ＝締付は
軸力　　ＫＣ：被締付体ばね定数Ｐ：ねじピッチ　　Ｍ
、Ｎ：ボルト形状等により決まる定数 Ｔ：締付はトルク　μ：摩擦係数 ＲＴ：トルク勾配 このことから、トルク勾配ＲＴは、ねじの摩擦係数とね
じ締結体剛性によって決まると言うことができ、摩擦係
数を一定として塗膜の薄いものの（例えば厚み：１０〜
３０ｕｍ）と塗膜の厚いもの（例えば厚みニア０〜１４
０ｔＬｍ）とについて締付は特性を比較した場合には、
第１図に示すように、特性線Ａ（塗膜の薄いもの：正規
の場合）、特性線Ｂ（塗膜の厚いもの）のようになる。

この第１図からも明らかなように、塗膜の薄いものも塗
膜の厚いものも、塗膜のへたり特性として初期に大部分
のへたりを生じ、その後、徐々にへたっていく傾向とな
るが、塗膜の薄いものに比べて厚くなるほど締付は初期
領域のばね性が低くなり、締付は初期領域においては、
塗膜が厚いものの第１のトルク勾配ＲＴ、’は、塗膜の
薄いものの第１のトルク勾配ＲＴ、”　よりも小さくな
る。この結果を次の工程で利用しようとしているのであ
る。

締付は初期領域よりも締付は終了側領域で第２のトルク
勾配を求めるようにしたのは、摩擦係数を一定とした場
合、その領域では、へたつが徐々に進行していっても被
締付体全体のばね性としては塗膜の薄いものと厚いもの
との差がさほどなくなって、第１図に示すように塗膜の
厚いものの第２のトルク勾配ＲＴ２’　も塗膜の薄いも
のの第２のトルク勾配ＲＴ２”　も略等しくなることか
ら、そのことを、次の工程で利用したいからである。

（２）次に、第２のトルク勾配ＲＴ、に対する第１のト
ルク勾配ＲＴ２の勾配比ＲＴ、／ＲＴ２を演算する。こ
れは、勾配比ＲＴ、／ＲＴ２をもって、塗膜が必要以上
に厚いものか否かをｔＩＩ別するために行われる。

勾配比ＲＴ、／ＲＴ２をもって塗膜の厚みを↑１１別す
ることとしたのは、前述の摩擦係数一定の場合には第１
のトルク勾配ＲＴ、を比較対象とすれば足りるのである
が、個々に摩擦係数が変わる場合には、第１、第２のト
ルク勾配ＲＴ、、ＲＴ２の絶対値が変わることから、勾
配比ＲＴ、／ＲＴ２を比較対象とすることによって、摩
擦係数の影響を受けないようにするためである。

すなわち、摩擦係数が変われば、第１、第２のトルク勾
配ＲＴ、、ＲＴ、の絶対値が変わるが、個々の摩擦係数
においては、第２のトルク勾配８丁２は塗膜の厚みに関
係なく略等しいことから、その個々の摩擦係数の場合に
おける第１のトルク勾配ＲＴ、と第２のトルク勾配ＲＴ
２との勾配比ＲＴ、／ＲＴ、をとれば、摩擦係数に係り
なく、塗膜の厚み状態に応じて異なった値となる第１の
トルク勾配ＲＴ、を勾配比ＲＴ、／ＲＴ２に活かすこと
ができることになり、その勾配比ＲＴ、／ＲＴ２を判別
することにすれば、摩擦係数を気にせずに塗膜の厚みの
状態を判定することができるのである。

（３）次に、前記勾配比ＲＴ、／ＲＴ２が一定値に以下
のとき、再締付けを行う。これは、塗膜が必要以上に厚
いものだけを選び、それだけを再締付けしてそのものの
ゆるみを未然に防止する一方、再締付けの必要がないも
の（ゆるみの生じないもの）に対しては再締付けを省く
ためである。

再締付けの対象を、勾配比ＲＴ、／ＲＴ２が一定値に下
のものにしたのは、締付は初期領域よりも締付は終了側
領域においては塗膜の厚いものの第２のトルク勾配ＲＴ
２’　も塗膜の薄いものの第２のトルク勾配ＲＴ２°°
も略等しくなる一方、締付は初期領域においては塗膜の
厚いものの第１のトルク勾配ＲＴ、°が塗膜の薄いもの
の第１のトルク勾配ＲＴ、°゛よりも小さくなり、再締
付けの対象とすべき塗膜の厚いものの勾配比ＲＴ、／Ｒ
Ｔ２が、塗膜の薄いものの場合に比べて小さいものとな
るからである。

上記一定値には、ボルト形状、被締付イ峯形状等により
決定される。

例えば、ねじサイズ：ＭｌｏＸｌ、２５、座面外径：１
７．７ｍｍ、座面内径：　１２．８ｍｍ、被締付長さ：
　Ｉ　１．Ｏｍｍの場合について説明すると、この場合
には、塗膜薄時の軸力と締付は角度の関係が、 軸力Ｆ＝］２０Ｘ締付は角度θ となり、締付はトルクＴと締付は角度０との関係は第６
図に示すようにある。このことから、下記表１に示す結
果が得られることになり、一定値にはに＝０．７８とな
る。したがってに≧ＲＴ、／ＲＴ２のとき、再締付けを
行うことになる。

（以下余白） ゑ１ 上記再締付けは、前述したように、塗膜を十分へたらし
て、第５図に示すように締付は軸力の低下量を少なくし
、ゆるみが生じないようにするために行われる。

したがって、上記各工程からなる締付方法においては、
組立過程において一律に再締付けを行うのではなく、ゆ
るみが生じる塗膜の厚いものについてのみ再締付けを行
うことから、組立て作業性の低下を極力抑えつつ、ねじ
のゆるみを防止できることになる。

次に、上記締付方法を用いた締付装置について説明する
。

この締付装置は、第２図に示すように、ナツトランナ４
がロジック回路５に基づいて制御されるようになってい
る。上記ナツトランナ４はモータ６と該モータ６によっ
て駆動されるソケット７とを有しており、このナツトラ
ンナ４には締付はトルクを検出するトルクトランスデユ
ーサ８と締付は角度を検出する角度パルスエンコーダ９
とが備えられている。

上記ｌ・ルクトランスデューサ８の出力は、第１、第２
、第３．第４、第５、第６比較器１０、ＩＩ、１２．１
３．１４．１５に入力されるようになっている。その第
１、第２、第３、第４、第５比較器１０−１４には、第
１、第２、第３、第４、第５トルク設定器１６．１７．
１８．１９．２０から設定トルク値がそれぞれ入力され
るようになっており、この場合、第１トルク設定器１６
からは設定トルク値Ｔ２、第２トルク設定器１７からは
設定トルク値Ｔ２、第３トルク設定器１８からは設定ト
ルク値Ｔｚ、第４トルク設定器１９からは設定トルク値
Ｔ４、第５トルク設定器２０からは設定トルク値Ｔｇが
出力され、これら設定トルク値ＴＩ　　Ｔ２　、Ｔｉ　
、Ｔ−、Ｔ−はＴ８、Ｔｔ　、Ｔｘ　、：’ｒ４．Ｔ−
の順に大きく設定されている。第１〜第５比較器１０〜
１４は、各設定トルク値とトルクトランスデユーサ８か
らの出力とを比較し、それらが等しくなったとき、出力
信号を出力する機能を有し、第６比較器１５はトルクト
ランデューサ８からの出力がＯか否かを比較し、該出力
がＯのとき、出力信号を出力する機能を有する。この場
合、第１比較器１０の出力信号は第１アナログスイツチ
２１に入力され、第２比較器１１の出力信号は第２アナ
ログスイツチ２２に入力され、第３比較器１２の出力信
号は第３アナログスイツチ２３に入力され、第４比較器
１３の出力信号は第４アナログスイツチ２４に入力され
、第５比較器１４の出力信号は第５アナログスイツチ２
５に入力され、第６比較器１５の出力信号は第６アナロ
グスイツチ２６に人力される。第１〜第６アナログスイ
ツチ２１〜２６は、比較器からの出力信号を入力したと
き作動し、前記ロジック回路５に対して出力信号を出力
するようになっており、このとき、ロジック回路５は出
力信号を出力するようになっている。

前記角度パルスエンコーダ９の出力および前記ロジック
回路５の出力信号は、第１、第２、第３角度計測ゲート
２７．２８．２９にそれぞれ人力されるようになってい
る。各角度計測ゲート２７〜２９は、ロジック回路５が
第１アナログスイツチ２１からの出力信号を受けて出力
信号を出力したとき、ＯＮとされ、そのＯＮとされてい
るときに角度パルスエンコーダの出力を受けて締付は角
度信号を取込み、それをロジック回路５に対して出力す
る機能を有しており、第１角度計測ゲート２７は、ロジ
ック回路５が第２アナログスイツチ２２からの出力信号
を受けて出力信号を出力したときＯＦＦとされ、第２角
度計測ゲート２８は、ロジック回路５が第３アナログス
イツチ２３からの出力信号を受けて出力信号を出力した
ときＯＦＦとされ、第３角度計測ゲート２９は、ロジッ
ク回路５が第４アナログスイツチ２４からの出力信号を
受けて出力信号を出力したときＯＦＦとされるようにな
っている。

前記ロジック回路５は、前述の機能の他に、入力信号を
演算してトルク勾配ＲＴ、　、ＲＴ、を求め、そのＲＴ
、とＲＴ　２との勾配比ＲＴ、／ＲＴ２を演算し、その
勾配比ＲＴ、／ＲＴ、が一定値に以下のとき、再締付け
を開始させる機能、第５、第６アナログスイツチ２５．
２６からの出力信号を受けたとき前記モータ６を停止さ
せる機能を有しており、それに基づく出力信号がサーボ
アンプ３０を介して前記ナツトランナ４のモータ６に入
力されている。

次に、上記締付装置の作用について第３図に示すフロー
チャートに従いつつ説明する。なお、Ｐはステップを示
す。

先ず、スタート信号を受けると、各トルク設定器１６〜
２０において設定トルク値ＴＩ、Ｔｚ、Ｔｚ　、Ｔ４、
Ｔ、をそれぞれ設定しくＰＬ）、その後、サーボアンプ
３０ｆ！：ｆｉ！ＩＪかせでナツトランナ４のモータ６
を回転させ、締付けを開始する（Ｐ２）。

締付けを開始すると、トルクトランスデユーサ８の出力
Ｔが第１〜第５比較器１０〜１４に入力されて該各比較
器の設定トルク値Ｔｒ、Ｔｚ、Ｔ、、Ｔ、、Ｔｇと比較
される。この場合、第１比較２Ｂ　ｔ　ｏにおいて、ト
ルクトランスデユーサ８の出力Ｔが設定トルク値Ｔ１未
満のときには比較が続行される一方（Ｐ３）　、ＴがＴ
１に等しくなったときには、第１比較器１０から第１ア
ナログスイツチ２１に対して出力信号が出力され、その
出力信号によって第１アナログスイツチ２１が作動され
、該第１アナログスイツチ２１はロジック回路５に対し
て出力信号を出力する。これに基づき、ロジック回路５
は、出力信号を出力して、第１〜第３角度計測ゲート２
７〜２９をＯＮとし、設定トルク値ＴＩに対応する締付
は角度から締付は角度の計測を開始する（Ｐ４）。

締付けは進められており、その締付けによって、第２比
較器１１において、トルクトランスデユーサ８の出力Ｔ
が設定トルク値１２未満のときには、比較が続行される
一方（Ｐ５）　、ＴがＴ２に等しくなったときには、第
２比較器１１の出力信号により第２アナログスイツチ２
２が作動され、該第２アナログスイツチ２２はロジック
回路５に対して出力信号を出力する。これにより、ロジ
ック回路５は、第１角度計測ゲート２７に出力信号を出
力して、該第１角度計測ゲート２７をＯＦＦとし、第１
図に示すように、区分域としてのＴ１〜Ｔ２間に対応す
る締付は角度幅ΔθＩ　（又は△θ１　゛）を求め（Ｐ
６）、その区分域でのトルク勾配ＲＴ　＋　　（ＲＴ　
’　　ＲＴ　１”）を、ＲＴＩ　’　＝　（Ｔ２　　Ｔ
１）／Δθ１゜ＲＴＩ　　＝　（Ｔ２−ＴＩ　）／Δθ
。

に基づき求める（Ｐ７）。

締付けはさらに続行されており、第３比較器１２におい
て、トルクトランスデユーサ８の出力Ｔが設定トルク値
下３未満のときには、比較が続行される一方（Ｐ８）、
ＴがＴ３に等しくなったときには、前述同様、第３アナ
ログスイツチ１８、ロジック回路５を介して第２角度計
測ゲート２８がＯＦＦとされる（Ｐ９）。締付けはさら
に続けられ、第４比較器１３．においてトルクトランス
デユーサ８の出力Ｔが設定トルク値下４未満のときには
、比較が続行される一方（ＰＩＯ）、ＴがＴ４に等しく
なったときには、前述同様、第４アナログスイツチ２４
、ロジック回路５を介して第３角度計測ゲート２９がＯ
ＦＦとされ、第１図に示すように区分域７３〜１４間に
対応する締付は角度幅Δ０２　（又は△θ２　″）が求
められ（Ｐｌｌ）、この区分域７３〜１４間におけるト
ルク勾配ＲＴ２　（ＲＴ２’　、ＲＴ２”）が、ＲＴ２
°＝　（Ｔ、　−Ｔ、）／△θ□。

ＲＴ２　＝　（Ｔ、−Ｔ３）／△θ２ によって求められる（Ｐ　ｌ　２）。

さらに締付けが続行され、第５比較器１４においてトル
クトランスデユーサ８の出力Ｔが設定トルク値下８未満
のときには、比較が続行される一方（ＰＩ３）、ＴがＴ
８になったときには、第５アナログスイツチ２５がロジ
ック回路５に対して出力信号を出力し、これにより、ロ
ジック回路５がサーボアンプ３０に停止信号を出力し、
モータ６が停止され、締付けが停止される（ＰＩ４）。

次いで、ロジック回路５は、前記Ｐ７のＲＴ。

と前記Ｐ１２のＲＴ２との勾配比ＲＴ、／ＲＴ２を演算
しくＰＩ３）、その勾配比ＲＴ、／ＲＴ２が一定値に以
下であるか否かを判別する（ＰＩ６）。その判別の結果
、塗膜が薄いために勾配比ＲＴ、／ＲＴ、が一定値Ｋを
越えるとき（第１図中、左側の特性線）には、塗膜のへ
たりを無視できることから、これをもって締付けを終了
する。

一方、塗膜が厚いため勾配比ＲＴ、／ＲＴ２が一定値に
以下のとき（第１図中、右側の特性線）には、塗膜のへ
たりが問題となることから、再締付けが行われることに
なる。このため、先ず、ロジック回路５は逆転信号をサ
ーボアンプ３０に出力してモータ６を逆転させる（Ｐ　
ｌ　７）。この場合、第６比較器１５はトルクトランス
ジューサ８の出力Ｔが０か否かを比較しており、トルク
トランスデユーサ８の出力Ｔが０に等しくならないとき
には逆転を続行する一方、ＴがＯに等しくなったときに
は第６比較器Ｉ５は第６アナログスイツチ２６を作動さ
せ、該第６アナログスイツチ２６は出力信号をロジック
回路５に出力する（ＰＩ８）。これを受けてロジック回
路５はモータ６の逆転を停上しくＰＩ３）、続いてモー
タ６を正転させて締付けを開始させる（Ｐ２Ｏ）。そし
て、この後、第５比較器１４において、トルクトランス
デユーサ８の出力Ｔが設定トルク値７．未満のときには
比較を続行させる一方（Ｐ２１）、ＴがＴｓになったと
きには、前述同様、第５アナログスイツチ２５を経てロ
ジック回路５からサーボアンプ３０に出力信号を出力し
、これにより、モータ６を停止し、締付けを終える（Ｐ
２２）。

以上実施例について説明したが本発明にあっては次のよ
うなものを包含する。

■本発明に係る方法を自動車の足回り締結部、例えばダ
ンパロッド締結部等に用いること。

■本発明に係る方法を角度法締付けに適用すること。

（発明の効果） 本発明は以上述べたように、組立作業性の低下を極力抑
えつつ、ねじのゆるみを防止するねじの締付方法を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る方法を説明する説明図、 第２図は本発明に係る方法を実施する締付装置の一例を
示す図、 第３図は第２図の締付装置の！ＩＩ　１８例を示すフロ
ーチャート、 第４図はねじ締結体におけるボルトの伸びと被締付体の
縮みとの関係を示す図、 第５図は経時変化に伴う締付は軸力の低下を説明する図
モ南ｊ； 第６図は一定値Ｋを求める具体的方法を説明する説明図
である。 Ｔ１〜Ｔ２・・・締付は初期領域 Ｔ３〜Ｔ、・・・締付は初期領域よりも締付は終了側領
域 第１ 図 締付１１閂Ｎ、Ｏ ２丁ブ 図 第４ 図 第５ 図 峙 間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）締付け初期領域で第１のトルク勾配を求めると共
   に該締付け初期領域よりも締付け終了側領域で第２のト
   ルク勾配を求め、 前記第２のトルク勾配に対する前記第１のトルク勾配の
   勾配比を演算して、該勾配比が一定値以下のとき、再締
   付けを行う、 ことを特徴とするねじの締付方法。