JPH0325305B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の技術分野 本発明は、ねじの締付を行うためのナツトラン
ナの制御に関するものであり、特にねじの塑性域
締結を行うためのナツトランナの制御回路に関す
るものである。

(2) 従来技術とその問題点 近年、工業製品の量産組立において、ねじの締
結をする場合に、弾性域から塑性域に移行後所定
の回転角だけ回転後締結を完了するいわゆる塑性
域締結が行われるようになつて来た。しかしなが
ら、ナツトランナのトルク特製において弾性域か
ら塑性域に移行する境界点を誤りなしに検知する
ことが困難であるために、従来技術では、所望の
塑性域締結をする場合の正規のトルクより低い値
のトルクでしかねじの締結が行われない欠点があ
る。

(3) 発明の目的 本発明の目的は、弾性域から塑性域に移行する
境界点を検知することなしに、正規のトルクでね
じの塑性域締結を完結することができるように構
成されたねじの塑性域締結をするためのナツトラ
ンナ制御回路を提供することにある。

(4) 発明の構成 この目的達成のために、本発明のナツトランナ
制御回路は、ねじの締結トルクを検出するトルク
検出器と、そのねじを締付けするナツトランナの
回路角度を示す出力を出す回転角度検出器と、そ
のねじの弾性域における締結中の第１の回転角度
θ₁内でのトルク上昇度T₀／θ₁を前記トルク検出器
の出力から検知する第１の検知手段と、その検知
されたトルク上昇度T₀／θ₁をその第１の回転角
度θ₁の終点P₀で一時記憶するとともにその終点P₀
でのトルク検出器の出力値を記憶するメモリと、
その第１の回転角度θ₁の終点P₀からそのねじの塑
性域締結を行うに必要な第２の回転角度θ₂だけ経
過した時点P₀を検知する第２の検知手段と、そ
の第２の検知手段により検知された時点P₀′から
該終点P₀でのトルク検出器の出力値に前記トル
ク上昇度T₀／θ₁で順次トルク値を加算せしめる
加算手段と、その加算手段の加算出力値と前記ト
ルク検出器の出力値とを比較し一致したときに一
致出力を出す比較器と、その一致出力によりその
ねじ締付けする前記ナツトランナのモータ急速に
停止させるモータ停止制御回路とを備えている。

（発明の原理） 本発明の原理及び具体的構成例についての理解
を容易にするために、まずねじの締結における弾
性域と塑性域について説明する。

たとえば６角ボルトなどの頭部（ナツト）を有
するねじを締結する場合に、締結工具の回転速度
が一定であればねじの座面の着座後はトルクは第
１図に示すように傾斜角αで直線的にＰ点まで立
上り、Ｐ点を過ぎると回転角度に対するトルクの
増加率は減少し、Ｐ点以前に比較して平坦にな
る。このＰ点は弾性域と塑性域の境界点になる。
塑性域締結とはＰ点より更に回転角度θ₂の増締を
行うことである。この締結を可能とするための従
来装置における必須条件は、点Ｐを確実に捕捉す
ることである。点Ｐを求めるには回転角度に対す
るトルクの増加量を微分しその値が一定値以下に
なるのを判定して決定する以外にはない。すなわ
ち、微小回転角度dθ、回転角度dθ間におけるト
ルクの増加量をdTとすれば、dT／dθ＝tanαと表
わすことができる。さらに、Ｐ点以降はdT／dθ
０となるから、dT／dθが一定の値以下になる
ことによつてＰ点を検知することができる。

しかしながら、実際の締結においては、第２図
に一例を示すようにトルクの大きさは全上昇期間
に亘つて起伏を伴いながら上昇する場合と、大部
分は滑らかに変化するが一部に起伏（凹凸）を伴
つて上昇する場合とがある。そのためもしある中
間位置のP_X点にてdT／dθ０となつたとすれ
ば、この点をＰ点とみなしそこからθ₂度増締する
と、第２図の破線のような締結を行うことにな
り、実際に締結しようとする実線のトルクからは
るかに低いトルクの締結しか行わないことにな
る。

本発明は上記のような誤動作を確実に排除する
もので、原理上、弾性域と塑性域との境界点の検
知は不要である。第３図により、本発明制御回路
の原理を説明する。この第３図において、締結時
にトルクがT₁からT₂に達する間のトルクの増加
量T₀とその間の回転角度θ₁との比（上昇度）
T₀／θ₁とその時のトルクT₂とを後述のピークメ
モリ回路に記憶させ、点P₀からθ₂角度経過後
（P₀′）に前記の記憶値を再現させ、回転角度の増
加に従つて記憶されたトルク値T₂を記憶された
上昇度T₀／θ₁で順次上昇させて行き、その上昇
するトルク値と実際の締結トルクとの交点P₁で
ねじ締結器を停止させる。その結果はＰ点からθ₂
度で締結した場合と同様になり、Ｐ点を捕捉しな
くても正しい締結が可能である。

（実施例） 第４図は本発明のねじ締結器の塑性域締結制御
回路の構成例ブロツク図で、これによつて本発明
の構成と作用をさらに具体的に説明する。第４図
において、最下段の１はねじ締結器（ナツトラン
ナとも呼ばれる）であり、減速器１−２を介して
締結対象であるねじの頭部やナツトに合わせたソ
ケツト２を定速駆動するモータ１−４、トルク検
出器１−１、ソケツトの回転角度検出器１−３が
収容されている。このトルク検出器１−１、回転
角度検出器１−３の各出力が本締結器制御回路の
入力となり、駆動モータ１−４はモータ駆動回路
５によつて駆動−運転−停止が制御される。

いま、ねじ締結器１の締結トルクがトルク検出
器１−１の出力にて第３図のT₁に達すると、コ
ンパレータ２２の出力が発生し、ロジツク回路７
はアナログスイツチ２４をオンにしてトルク信号
S_Tをピークホールド（ピークメモリ）回路２５に
与えて刻々のトルクピーク値を記憶させる。なお
２１，２２，２３はコンパレータ、３は第３図の
実験特性より予め定めてある第１のトルクT₁を
設定するT₁トルク設定器、４は実験特性より予
め定めてある第２のトルクT₂を設定するT₂トル
ク設定器である。ピークホールド回路２５に記憶
されたトルクピーク値はねじ締結の進行に伴つて
上昇し、このときアナログスイツチ３０はオフの
状態にあるから、ピークホールド回路２５の出力
が与えられる（直流）電圧ホロワ１１の出力E₁
と抵抗３１とコンデンサ２８の回路を経た出力
E₀には電圧差が生ずる。この差がE₁−E₀＝ΔEと
なり、こΔEは前記回転角度dθ内におけるトルク
の増加量dTに比例する値（上昇度）である。な
ぜなら、E₁は現在のトルクピーク値に比例する
電圧であり、E₀は抵抗３１の値R₂とコンデンサ
２８の値C₁で定まる遅延時間だけ以前のトルク
ピーク値に比例する電圧である。この電圧ホロワ
１１、抵抗３１、コンデンサ２８、減算器１２
が、締付対象のねじの弾性域における締付中の第
１の角度範囲θ内でのトルク上昇ΔEをトルク検
出器１−１の出力から検知する第１の検知手段で
ある。このΔEはこのようにして減算器１２にて
得られ、これはこのときオン状態にあるアナログ
スイツチ２６を介してピークホールド回路２７に
送られて回転角度θ₁経過時（すなわちトルク検出
器１−１の出力が第２のトルク値T₂になるとき）
の上昇度ΔEの値がこのピークホールド回路２７
に記憶保持される。一方、そのときのトルク検出
器１−１の出力値はピークホールド回路２に記憶
保持されていることになる。

締付トルクが第３図の第２のトルクT₂に達す
ると、コンパレータ２１がT₂トルク設定器４の
出力との一致から出力を生じ、これがロジツク回
路７よりピークホールド回路２５，２７に信号を
出力させ、これと同時にロジツク回路７はアナロ
グスイツチ２４と２６を断にするオフ信号を送出
する。さらにこのとき同時にロジツク回路７ゲー
ト６を開くのでトルクT₂の時点より始まる回転
角度検出器１−３よりの信号がカウンタ８にて計
数され、その計数値がθ₂角度設定器１０の設定値
θ₂と一致すると、比較器９が出力を生じてこれを
ロジツク路７に送出する。これにより、第３図
P₀点から水平方向にθ₂だけの移動が完了しP₀′に
なつたことになる。ゲート６、カウンタ８、比較
器９、θ₂角度設定器１０が、第１の角度範囲θ₁の
終点P₀から前記ねじの塑性域締結を行うに必要
な第２の回転角度範囲θ₂だけ経過した時点P₀′を
検知する第２の検知手段を構成する。

このときロジツク回路７はこの入力によつてア
ナログスイツチ３０をオンとするが、ピークホー
ルド回路２５側には抵抗２９が接続されているの
で、このとき加算器１３の出力がそのまま電圧ホ
ロワ１１の入力となる。そして〔加算器１３、ア
ナログスイツチ３０、電圧ホロワ１１、抵抗器３
１、コンデンサ２８〕による閉ループ回路が成立
する。ここで、加算器１３の一方の入力はトルク
T₂の時点におけるピークホールド回路２７の出
力ΔE（上昇度）であり、他方の入力は抵抗３１及
びコンデンサ２８の回路の出力E₀（このときのE₀
をE₀′とする）であるが、E₀′はトルクT₂時点から
θ₂カウント完了までの時間を経ているため、トル
クT₂の時点の電圧ホロワ１１の出力E₁にほぼ等
しい値まで上昇している。従つて、加算器１３の
出力はΔEとE₁の和E₁＋ΔEとなり、これが電圧ホ
ロワ１１に再入力され、先にΔEを求めた抵抗３
１及びコンデンサ２８よりなる同じ遅延回路によ
つてE₀′に加えられるから、E₀′の連続的電圧増加
量は（E₁＋ΔE）−E₁＝ΔEとなり、この電圧増加
量ΔEは正確に前記の角度αに正比例した電圧と
なり、この出力電圧E₀′が次第に上昇してゆくこ
とになる。この電圧E₀′とトルク検出器１−１の
トルク信号とが一致すると、この時の動作状態は
第３図のP₁点に達したことになり、このときの
コンパレータ２３の出力がロジツク回路７に入力
されるので、ロジツク回路７はモータ駆動回路５
に停止信号を送つて、モータ１−４すなわち締結
工具１の回転を急速に停止させる。またこのとき
ロジツク回路７より２４，３０，２６，２５，２
７、ゲート６等をリセツトしておく、 (5) 発明の効果 以上詳細に説明したように、本発明回路を実施
すれば、弾性域から塑性域に移行する境界点を検
知することなしに、ねじの塑性域締結を定められ
たトルク値でかつ定められた回転角度に正確に行
うことができるので、統一された正確なねじの締
結が自動的に得られ工数の節減と品質向上に著し
い貢献が期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図はねじの塑性域締結時における回転角度
対トルク特性図、第２図はねじの塑性域締結にお
ける誤動作を説明するための回転角度対トルク特
性図、第３図は本発明の原理を説明するための回
転角度対トルク特性図、第４図は本発明の実施例
を示すブロツク図である。 １……ナツトランナ、１−１……トルク検出
器、１−２……減衰器、１−３……回転角度検出
器、１−４……モータ、２……ソケツト、３……
T₁トルク設定器、４……T₂トルク設定器、５…
…モータ駆動回路、６……ゲート、７……ロジツ
ク回路、８……カウンター、９……比較器、１０
……θ₂角度設定器、１１……電圧ホロワ、１２…
…減算器、１３……加算器、２１，２２，２３…
…比較器、２４，２６，３０……アナログスイツ
チ、２５，２７……ピークホールド回路、２８…
…コンデンサ、２９，３１……抵抗。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ねじの締付トルクを検出するトルク検出部
   と、前記ねじを締付けするナツトランナの回転角
   度を示す出力を出す回転角度検出器と、前記ねじ
   の弾性域における締付中の第１の回転角度範囲内
   でのトルク上昇度を前記トルク検出器の出力から
   検知する第１の検知手段と、該第１の検知手段に
   より検知された前記トルク上昇度をその第１の回
   転角度範囲の終点で一時記憶するとともに該終点
   での前記トルク検出器の出力値を記憶するメモリ
   と、前記第１の回転角度範囲の終点から前記ねじ
   の塑性域締付を行うに必要な第２の回転角度範囲
   だけ経過した時点を検知する第２の検知手段と、
   該第２の検知手段により検知された前記時点から
   該終点での前記トルク検出器の出力値に前記トル
   ク上昇度で順次トルク値を加算せしめる加算手段
   と、該加算手段の加算出力値と前記トルク検出器
   の出力値とを比較し一致したときに一致出力を出
   す比較器と、該比較器の一致出力により前記ナツ
   トランナのモータを急速に停止させるモータ停止
   制御手段とを備えたナツトランナ制御回路。