JPH0340546Y2

JPH0340546Y2 -

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Publication number: JPH0340546Y2
Application number: JP1984159585U
Authority: JP
Priority date: 1984-10-22
Filing date: 1984-10-22
Publication date: 1991-08-26
Also published as: JPS6175968U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案は、ナツトランナでボルトやナツト等の
ねじ部材を緩める際にそれらが確実に緩んだか否
かを判別するのに用いるナツトランナ制御装置に
関する。

（従来技術）従来、例えばエンジンのシリンダブロツクにシ
リンダヘツドを組付ける際に、その取付ボルトは
仮締め工程で仮締めされ、本締め工程で仮締め状
態の取付ボルトをナツトランナで一旦緩めてから
全部の取付ボルトについて同一条件で本締めする
という手順で締付けられるのであるが、仮締め状
態の取付ボルトが確実に緩んだことを確認しない
で本締めすると、緩んでいない取付ボルトについ
ては過剰締付けという不具合が発生し、エンジン
の性能低下原因となる。

そこで、この種の組立工程においては、ボルト
やナツトが確実に緩んだことを自動的に検出する
必要に迫られ、例えば、仮締め状態のナツトを緩
める際の検出トルクが仮締めトルクに略等しいト
ルクまで増加したときにはナツトが緩んだものと
判定するようなナツトランナ制御装置が提案され
ている。

しかし、ナツトランナのソケツトがナツトに完
全に係合してナツトが緩められるときにも、ナツ
トランナのソケツトがナツトに係合せずに六角ナ
ツトの角々に衝突しながら空転するときにも、検
出トルクは仮締めトルクに略等しい大きさまで増
加するので、上記装置によつてはナツトが緩んだ
ことを確実に検出することは出来ない。上記ソケ
ツトがナツトに十分に係合せずに、ナツトの６角
の角々に衝突しつつ回転する場合にはトルクの変
化率が大きくなり、比較的短い周期でトルクのピ
ークが現れる。これに対して、ソケツトがナツト
に十分に係合して正しく緩められるときには、ト
ルクの変化率が上記の場合と比較して小さくなる
ことから、この違いに基づいて緩め作業の良否を
判定することが考えられる。

しかしながら、ナツトやボルトの熱処理の不良
によりそれらの硬度が低い場合には、ソケツトが
ナツトに十分に係合せずに、ナツトの６角の角々
に衝突しつつ回転する場合であつても、トルクの
変化率が小さくなることが多いので、緩め作業の
良否を確実に判定することは極めて困難である。

（考案の目的）本考案は、ナツトランナのソケツトでボルトや
ナツトを緩める際にソケツトとの係合不良による
緩め不良を確実に検知し得るようなナツトランナ
制御装置を提供することを目的とする。

（考案の構成）本考案のナツトランナ制御装置は、第１図に機
能ブロツク図で示すように、仮締めされたねじ部
材を緩めるナツトランナの制御装置において、ナ
ツトランナに設けたトルク検出器と、緩めの際に
生じる上昇トルクと下降トルクとからなる緩めト
ルク特性における上昇トルクのピークトルクに近
い第１トルク値を設定する第１トルク設定手段
と、上記緩めトルク特性における下降トルクの、
前記第１トルク値より十分に低い第２トルク値を
設定する第２トルク設定手段と、上記第２トルク
値よりも高い第３トルク値を設定する第３トルク
設定手段と、時間を図る時間計測手段と、上記ト
ルク検出器と第１、第２及び第３トルク設定手段
の出力を受け、時間計測手段と協働して、緩め作
業開始検出トルクが第１トルク値に上昇してから
第２トルク値に減少するまでの経過時間を求め、
この経過時間と予め設定された基準時間との時間
差の正負に応じて緩め作業の良否を判定し、且つ
時間差が正であつても検出トルクが第２トルク値
に減少後緩め許容時間満了までの間に第３トルク
値以上に増加したときには緩め作業を否と判定す
る判定手段とを備えたものである。

（作用）本考案に係るナツトランナ制御装置において
は、第１トルク設定手段を介して緩めの際に生じ
る上昇トルクと下降トルクとからなる緩めトルク
特性における上昇トルクのピークトルクに近い第
１トルク値が設定され、また第２トルク設定手段
を介して上記緩めトルク特性における下降トルク
の、前記第１トルク値より十分に低い第２トルク
値が設定され、また第３トルク設定手段を介して
上記第２トルク値よりも高い第３トルク値が設定
される。

上記判定手段は、ナツトランナに設けたトルク
検出器と第１、第２及び第３トルク設定手段の出
力を受け、時間計測手段と協働して、緩め作業開
始検出トルクが第１トルク値に上昇してから第２
トルク値に減少するまでの経過時間を求め、この
経過時間と予め設定された基準時間との時間差の
正負に応じて緩め作業の良否を判定し、且つ時間
差が正であつても検出トルクが第２トルク値に減
少後緩め許容時間満了までの間に第３トルク値以
上に増加したときには緩め作業を否と判定する。

即ち、ナツトランナのソケツトがボルトやナツ
トに正しく係合して緩められるときには、検出ト
ルクが第１トルク値に上昇してから第２トルク値
に減少するまでの経過時間がある程度長くなる。

これに対して、ソケツトがボルトやナツトに正
しく係合せずにボルトやナツトの６角の角々に衝
突しつつ回転するときにはトルクの上昇と下降の
変化率が大きくなることから、検出トルクが第１
トルク値に上昇してから第２トルク値に減少する
までの経過時間が小さくなる。

従つて、上記経過時間を予め設定した基準時間
と比較することで、緩め作業の良否を判定するこ
とが出来る。

ところで、ソケツトがボルトやナツトに正しく
係合しない場合であつても、ボルトやナツトの熱
処理が不十分でその硬度が低い場合には、ボルト
やナツトの６角の角部の変形を伴うためトルク変
化が緩慢となり、上記経過時間が基準時間よりも
長くなることがあるが、この場合には上記係合不
良の場合と同様、トルクが下降しその後再び上昇
することから、上記経過時間と基準時間との比較
によつて緩め作業を良と判定としたときでも、検
出トルクが第２トルク値に減少後緩め許容時間満
了までの間に第３トルク値以上に増加したときに
は緩め作業を否と判定するようにしてある。

従つて、上記判定手段により、緩め作業の良否
を確実に判定することが出来る。

（考案の効果）本考案に係るナツトランナ制御装置によれば、
上記作用の項で説明したように、トルク検出器と
第１トルク設定手段と第２トルク設定手段と第３
トルク設定手段と時間計測手段と判定手段を設け
たことにより、検出トルクが第１トルク値から第
２トルク値に変化する間の経過時間と基準時間と
の正負に基づく緩め作業の良否判定に加えて、第
２トルク値まで下降後における第３トルク値以上
へのトルク上昇に基づく緩め作業の不良判定とを
介して、ナツトランナのソケツトとねじ部材との
係合不良に起因する緩め作業の不良を確実にかつ
即座に検知することが出来るうえ、所定の緩めト
ルク特性でなされた合格の緩め作業を確実かつ即
座に検知することが出来る。

（実施例）以下、本考案の実施例を図面に基いて説明す
る。

本考案のナツトランナ制御装置は、ナツトラン
ナ１（第３図参照）で予め仮締めされたナツトや
ボルト（以下ねじ部材という）を緩める際にねじ
部材が緩んだか否かを確実に判別するためのもの
で、最初にその基本技術思想について第２図に基
いて説明しておくものとする。

ナツトランナ１でねじ部材を緩める場合、ナツ
トランナ１のソケツト１ａが直ちにねじ部材に係
合すれば、略確実にねじ部材が緩められることに
なるが、ねじ部材の方向が一定していないために
ソケツト１ａがねじ部材に係合せずに初めから終
りまで空転したり、初めのうちは空転していて緩
め工程の終り頃にソケツト１ａがねじ部材に係合
したりする場合には、ねじ部材が確実に緩まない
ことになる。

第２図において縦軸はナツトランナ１のソケツ
ト１ａに連結されたトルク検出器で検出される検
出トルクを示し、横軸は時間を示す。

曲線Ａはねじ部材が確実に緩められるときの正
規の緩め特性曲線であり、横軸方向へ多少前後に
シフトすることはあるが、概ねこのような特性と
なる。これに対して、曲線Ｂはソケツト１ａが空
転するときの特性曲線であり、ソケツト１ａがね
じ部材の六角形の頭部の角々に衝突するため図示
のように比較的短周期で山谷が繰り返し表れる特
性となる。但し、緩め工程の当初のうちはソケツ
ト１ａがねじ部材に係合せずに曲線Ｂの特性を示
し、途中でソケツト１ａが係合して曲線Ａの特性
となることもある。この場合、緩め工程の許容時
間（緩め許容時間）内にねじ部材が完全に緩めら
れることもあるし、時間切れのために完全には緩
められないこともある。曲線Ａでは、上昇トルク
カーブａ１の勾配が緩やかで、下降トルクカーブ
ａ２の勾配が急であるのに対し、曲線Ｂでは上記
上昇トルクカーブａ１の約２倍程の勾配でトルク
が上昇してから上記下降トルクカーブａ２と略同
程度の勾配でトルクが下降する。

従つて、曲線Ａと曲線Ｂとでは、ピークトルク
に近い第１設定トルクT₁（これが、第１トルク値
に相当する）に到達後この第１設定トルクT₁に
比べて十分に小さな第２設定トルクT₂（これが、
第２トルク値に相当する）まで下降するのに要す
る時間（以下、T₁〜T₂時間という）が異なり、
曲線ＡのT₁〜T₂時間をt_A、曲線ＢのT₁〜T₂時間
をt_Bとすると、t_B＜t_Aとなり、t_A及びt_Bはねじ部材
の寸法との関係において実験的に求めることが出
来る。

そして、多少のばらつきを加味してt_Aが取り得
る値の最小値よりも明らかに短い基準時間t₀を設
定し、上記T₁〜T₂時間が基準時間t₀より小さい
ときには曲線Ａに該当せずに曲線Ｂに分類される
ものであるから、ねじ部材が緩んでいないものと
判断し、上記T₁〜T₂時間が基準時間t₀よりも大
きいときにはねじ部材が緩んだものと判断する。

更に確実性を一層期するために、上記T₁〜T₂
時間が基準時間t₀よりも大きい場合であつても、
曲線Ｃで示すように検出トルクが第２設定トルク
T₂まで減少してからこの第２設定トルクT₂より
も大きな第３設定トルクT₃まで再び増加した場
合には、曲線Ｂの特異例であるとしてねじ部材が
緩んでいないものと判断する。すなわち、ねじ部
材の熱処理のバラツキにより、ソケツトと係合す
るねじ部材の角部の硬度が低く、多少変形を伴つ
てソケツトとの係合時の衝撃が緩慢となり、結果
的にT₁〜T₂時間が基準時間t₀より大きくなるこ
とがある。このため、ソケツトとの係合不良の場
合にトルクの後に再び上昇トルクが生ることに着
目して第２設定トルクT₂より大きな第３トルク
を設定するものである。

但し、上記の諸条件はナツトランナ１の作動開
始からねじ部材緩めの１サイクルとして許容され
る緩め許容時間T₀の時限内に満されることが必
要である。

次に、ナツトランナ制御装置２の構成の一実施
例について、第３図のブロツク図に基いて説明す
る。

ナツトランナ１はモータ１ｅとロータリエンコ
ーダ１ｄと減速機１ｃとトルク検出器１ｂとソケ
ツト１ａとを同軸状に直結したもので、トルク検
出器１ｂからの検出トルク信号はナツトランナ制
御装置２へ出力され、ロータリエンコーダ１ｄか
らの検出角度信号はナツトランナ１の本締め制御
回路３へ出力される。

上記ナツトランナ制御装置２は、第１設定トル
クT₁を設定する為のT₁トルク設定器４と、第２
設定トルクT₂を設定する為のT₂トルク設定器５
と、第３設定トルクT₃を設定する為のT₃トルク
設定器６と、T₁トルク検出器４の設定値とトル
ク検出器１ｂからの出力を各々＋端子と−端子と
に受ける第１比較器７と、T₂トルク設定器５の
設定値とトルク検出器１ｂからの出力とを各々＋
端子と−端子とに受ける第２比較器８と、T₃ト
ルク設定器６の設定値とトルク検出器１ｂからの
出力を各々＋端子と−端子とに受ける第３比較器
９と、制御回路１０からの指令信号で開作動して
第２比較器８からの出力を制御回路１０へ出力す
る第１ゲート１１と、制御回路１０からの指令信
号で開作動して第３比較器９からの出力を制御回
路１０へ出力する第２ゲート１２と、制御回路１
０から後述のような各種信号を受けるとともに制
御回路１０へ後述のような各種信号を出力するク
ロツク回路１３と、制御回路１０とから構成され
る。

上記制御回路１０は第１比較器７・第１ゲート
１１・第２ゲート１２・クロツク回路１３から
各々出力を受けるとともに、第１・第２ゲート１
１，１２及びクロツク回路１３へ出力する一方、
実験的に求めたT₁〜T₂時間、つまり基準時間t₀
を記憶し、クロツク回路１３からの出力（実際の
時間）と比較して判定し、さらにナツトランナ１
のモータ１ｅへ作動信号を、警報装置１４へ警報
信号を、また本締め制御回路３へ緩み確認信号を
出力するようになつている。

上記T₁トルク設定器４、T₂トルク設定器５、
T₃トルク設定器６には各々既述の第１設定トル
クT₁、第２設定トルクT₂、第３設定トルクT₃が
設定される。

但し、上記第１設定トルクT₁、第２設定トル
クT₂、第３設定トルクT₃はナツトやボルトを仮
締めするときの締付けトルクと関連づけて予め実
験的に求められるものであるが、第１設定トルク
T₁は緩める為に最低必要なピークトルクに近い
トルク値、第２設定トルクT₂はピークトルクを
経て緩められてから空回り状態になつたときのト
ルク値よりも若干高いトルク値（これは、緩めら
れたときに必らず通過するトルク値である）であ
つても第１設定トルクT₁よりも十分に小さなト
ルク値、第３設定トルクT₃は第２設定トルクT₂
よりも大きなトルク値として設定される。尚、例
えば、仮締めトルクが8.0Kg・ｍのときに、第１
設定トルクT₁＝4.0Kg・ｍ、第２設定トルクT₂＝
2.0Kg・ｍ、第３設定トルクT₃＝3.0Kg・ｍと設定
することが出来る。

上記クロツク回路１３は、制御回路１０からモ
ータ１ｅが作動開始したことを表す信号を受け
て、ナツトランナ１の緩め作動開始からの経過時
間をカウントする一方、制御回路１０からトルク
検出器１ｂにより第１設定トルクT₁が検出され
たことを表わす信号と第２設定トルクT₂が検出
されたことを表す信号を受けてT₁〜T₂時間を求
め、このT₁〜T₂時間を表わす信号を制御回路１
０へ出力する。また、ナツトランナ１の作動開始
からの経過時間が予め設定されている緩め許容時
間T₀になつたときには、その信号がクロツク回
路１３から制御回路１０へ出力され、モータ１ｅ
への作動信号が停止される。

次に、上記ナツトランナ制御装置２の作動につ
いて詳しく説明する。

先ず、ナツトランナ１ａが制御回路１０から作
動信号を受けて作動開始すると、クロツク回路１
３においては作動開始からの経過時間がカウント
されていく。

当初、第１ゲート１１及び第２ゲート１２は閉
じて不導通となつており、トルク検出器１ｂから
の検出トルクが第１設定トルクT₁になるまでは
第１比較器７の出力は「０」である。

その後、検出トルクが第１設定トルクT₁にな
ると、第１比較器７の出力が「１」となり、これ
に対応する信号が制御回路１０からクロツク回路
１３へ出力される。

それと同時に、制御回路１０から第１ゲート１
１へ指令信号が出力され第１ゲート１１が導通と
なる。

その後、検出トルクが減少していつて第２設定
トルクT₂まで減少すると、第２比較器８の出力
が「１」となりその信号が制御回路１０へ出力さ
れ、これに対応する信号が制御回路１０からクロ
ツク回路１３へ出力される。

クロツク回路１３においては、T₁〜T₂時間を
表わす信号を制御回路１０へ出力する。

また、上記第２比較器８の出力が「１」となつ
た後で第２ゲート１２へ指令信号が出力され、第
２ゲート１２が導通となる。

ところで、ナツトランナ１のソケツト１ａがね
じ部材に係合しないときには、通常の場合既に説
明したようにT₁〜T₂時間が基準時間t₀よりも小
さくなるが、この場合には制御回路１０からは警
報装置１４へ緩め許容時間経過後に警報信号が出
力される。

また、T₁〜T₂時間が基準時間t₀よりも大きい
場合であつても、第３比較器９から出力「１」が
出力されたときには、ねじ部材が緩んでいないこ
とから、この場合にも制御回路１０から警報装置
１４へ緩め許容時間経過後に警報信号が出力され
る。

これに対して、T₁〜T₂時間が基準時間t₀より
も大きい場合であつて、第３比較器９から出力
「１」が出力されないきには、ねじ部材が緩めら
れたことが確実なので、この場合には制御回路１
０から本締め制御回路３へ緩め許容時間経過後に
緩み確認信号が出力される。

次に、上記ナツトランナ制御装置２で実行され
る制御手順について第４図のフローチヤートに基
いて説明するが、図中Ｓ１〜Ｓ１４は各ステツプ
を示す。尚、前記第１設定トルクT₁、第２設定
トルクT₂、第３設定トルクT₃を夫々T₁トルク、
T₂トルク、T₃トルクと略記するものとする。

Ｓ１においてスタート後、Ｓ２において検出ト
ルク信号としてT₁トルクが出力したか否かが判
定され、それが出力されたときにはＳ３へ移行し
またねじ部材が存在しなかつたりソケツト１ａが
破損したりしてT₁トルクが出力されないときに
はＳ９へ移行する。

Ｓ９においては緩め許容時間T₀だけ時間経過
したか否かが判定され、緩め許容時間T₀内のと
きにはＳ２へ戻り、時間経過したときにはＳ１２
へ移行し、Ｓ１２において警報信号が出力され
る。

Ｓ３においては検出トルクとしてT₂トルクが
出力したか否かが判定され、それが出力されたと
きにはＳ４へ移行しまたT₂トルクが出力されな
いときにはＳ１０へ移行する。

Ｓ１０においては緩め許容時間T₀だけ時間経
過したか否かが判定され、緩め許容時間T₀内の
ときにはＳ３へ戻り、時間経過したときにはＳ１
２へ移行する。

Ｓ４においてはT₁トルク出力からT₂トルク出
力までの時間即ちT₁〜T₂時間が基準時間t₀より
も小さいか否かが判定され、小さくないときには
緩んだ可能性が高いためＳ５へ移行しまた小さい
ときにはＳ１３へ移行する。

Ｓ１３においては緩め許容時間T₀だけ時間経過
したか否かが判定され、緩め許容時間T₀内のと
きにはＳ２へ戻りまた時間経過したときにはＳ１
４へ移行し、Ｓ１４において警報信号が出力され
る。

Ｓ５においては検出トルクとしてT₃トルクが
出力したか否かが判定され、T₃トルクが出力し
ていないときにはＳ６へ移行しまたT₃トルクが
出力したときにはＳ１１へ移行する。

Ｓ１１においては緩め許容時間T₀だけ時間経
過したか否かが判定され、緩め許容時間T₀内の
ときには再びＳ１１へ移行して時間経過するまで
これを繰り返し、時間経過したときにＳ１２へ移
行する。

Ｓ６においては緩め許容時間T₀だけ時間経過
したか否かが判定され、緩め許容時間T₀内のと
きには再びＳ６へ移行して時間経過するまでこれ
を繰り返し、時間経過したときにＳ７へ移行
し、Ｓ７において緩み確認信号が本締め制御回路
３へ出力される。

Ｓ７，Ｓ１２及びＳ１４からはＳ８へ移行し、
Ｓ８において１工程の制御が終了する。

尚、上記実施例のナツトランナ制御装置２はア
ナログ制御方式によるものであるが、トルク検出
器１ｂからの検出トルク信号をAD変換するＡ／
Ｄ変換器とマイクロコンピユータとROMと
RAM等を用いてデイジタル制御方式のものとし
て構成することも出来ることは勿論である。そし
て、この場合検出トルクの増加開始時点をナツト
ランナ１の作動開始時点とすることも考えられ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の実施例を示すもので、第１図は
本考案の機能ブロツク図、第２図はねじ部材を緩
めるときの検出トルクと時間との関係を示す線
図、第３図はナツトランナ制御装置とその関連装
置のブロツク図、第４図はナツトランナ制御装置
でなされる制御のフローチヤートである。１……ナツトランナ、１ｂ……トルク検出器、
２……ナツトランナ制御装置、T₀……緩め許容
時間、t₀……基準時間、T₁……第１設定トルク、
T₂……第２設定トルク、４……第１トルク設定
器、５……第２トルク設定器、１０……制御回
路、１３……クロツク回路。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】仮締めされたねじ部材を緩めるナツトランナの
制御装置において、ナツトランナに設けたトルク検出器と、緩めの際に生じる上昇トルクと下降トルクとか
らなる緩めトルク特性における上昇トルクのピー
クトルクに近い第１トルク値を設定する第１トル
ク設定手段と、上記緩めトルク特性における下降トルクの、前
記第１トルク値より十分に低い第２トルク値を設
定する第２トルク設定手段と、上記第２トルク値よりも高い第３トルク値を設
定する第３トルク設定手段と、時間を図る時間計測手段と、上記トルク検出器と第１、第２及び第３トルク
設定手段の出力を受け、時間計測手段と協働し
て、緩め作業開始後検出トルクが第１トルク値に
上昇してから第２トルク値に減少するまでの経過
時間を求め、この経過時間と予め設定された基準
時間との時間差の正負に応じて緩め作業の良否を
判定し、且つ時間差が正であつても検出トルクが
第２トルク値に減少後緩め許容時間満了までの間
に第３トルク値以上に増加したときには緩め作業
を否と判定する判定手段と、を備えたことを特徴とするナツトランナ制御装
置。