JPH08294878A - ボルト・ナット締結における締付け軸力の測定方法およびインパクト式ねじ締め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ねじ締結の進行に伴って被締結体のみかけの
剛性が変化する場合であっても、締付け軸力を従来技術
以上に高精度で測定できる方法および装置を提供する。 【構成】 インパクト式ねじ締め装置の出力軸４、また
は該出力軸４に発生するパルス状のトルクを締結部６の
ボルトまたはナットＮに伝えるソケット部分に回転角検
出器２を取付けてインパクトごとのボルトまたはナット
Ｎの回転角を検出し、予め求めてある「インパクトによ
るボルトまたはナットの回転角と締付け軸力との関係」
に基づいてインパクトごとに締付け軸力を求めるように
した、インパクト式ねじ締め装置を用いるボルト・ナッ
ト締結における締付け軸力の測定方法および装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、衝撃力を利用してねじ
締め作業を行うねじ締め装置、例えば、インパクト・レ
ンチやインパクト式ナット・ランナーなど、を用いてね
じ締めを行う際に、ボルトに発生する締付け軸力（以
下、「軸力」と記す）を測定する技術に関し、特に、ボ
ルトやナットの回転角から軸力を測定するのに利用され
るボルト・ナット締結における締付け軸力の測定方法お
よびインパクト式ねじ締め装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のインパクトねじ締めの際にボルト
の回転角を検出することによりボルトの軸力を測定する
方法および装置としては、特願平６−０９９４６４号明
細書および図面に記載のものがある。

【０００３】図２５および図２６は、上記方法および装
置の構成図である。

【０００４】図２５は、全体の構成を示すブロック図で
あり、回転角検出器１０１は、インパクト式ねじ締め機
本体１０２と、締結部１０３との間に配置されている。
また、インパクト式ねじ締め機本体１０２は、電気また
は圧縮空気を動力源とするモータ１０４と、該モータ１
０４の回転力をパルス状のトルクに変換するインパクト
・トルク発生器１０５と、出力軸１０６とからなり、締
結部１０３は、被締結体１０７とボルトＢおよびナット
Ｎからなる。

【０００５】また、回転角検出器１０１と電気的に接続
された演算装置１１０は、回転角検出器１０１から発せ
られる信号を入力として回転角信号をつくる回転角信号
処理部１１０Ａと、「ボルトまたはナットの着座以降の
回転角θＦと締付け軸力Ｆとの関係についてのテーブ
ル」が記録されており、かつ、後述のように上記のテー
ブルを補正する機能をもつ軸力データ・メモリ部１１０
Ｂと、軸力演算部１１０Ｃとからなる。

【０００６】図２７は、演算装置１１０の軸力データ・
メモリ部１１０Ｂに記録されているテーブル（関数）の
一例図である。なお、このテーブルの具体的な値は、ボ
ルトＢと被締結体１０７の組合せでそれぞれ異なる。し
たがって、このようなテーブルが使用対象であるボルト
Ｂと被締結体１０７の組合せごとに関数として用意され
る。そして、軸力演算部１１０Ｃでは後述するようにこ
のテーブルに基づいて締付け軸力が演算される。

【０００７】また、図２６は、回転角検出器１０１の構
成を示す断面図である。

【０００８】図２６において、ソケット１１１は、イン
パクト・トルク発生器１０５の出力軸１０６に発生した
パルス状のトルクをナットＮに伝える部材であり、この
ソケット１１１には、ロータリ・エンコーダのコード・
ホイール１１２が固定されている。また、ソケット１１
１を軸受１１３を介して回転自在に支持する第１のハウ
ジング１１４と、この第１のハウジング１１４が固定さ
れ、かつ図示されていない支持体に固定されている第２
のハウジング１１５と、この第２のハウジング１１５に
固定されたロータリ・エンコーダの検出ヘッド１１６と
が設けられている。

【０００９】次に、図２８および図２９に示すフローチ
ャートに基づいて作用を説明する。なお、図２８および
図２９において、○はその箇所が接続されていることを
示す。

【００１０】まず、図２８のステップＳ２０１およびス
テップＳ２０２において着座判定上限回転角ｓθ_ＭＡＸ
および着座判定下限回転角ｓθ_ＭＩＮの値を、また、ス
テップＳ２０３において領域判定しきい値回転角ｓθ
_ＩＲの値をそれぞれ設定する。

【００１１】次に、ステップＳ２０４でインパクト数の
カウンタをリセットする＜カウントｉ＝０＞。

【００１２】次いで、ステップＳ２０５では、ねじ締め
を開始する。

【００１３】また、ステップＳ２０６〜ステップＳ２０
８はループを形成しており、着座まではインパクトごと
に着座判定を行う。

【００１４】このループにおいて、まず、ステップＳ２
０６でカウントｉを１だけ増加させた後、ステップＳ２
０７でインパクトごとのナットの回転角θ_Ｉ（ｉ）を計
算して記憶する。

【００１５】次に、ステップＳ２０８では、インパクト
ごとのボルトの回転角θ_Ｉ（ｉ）が着座判定上限回転角
ｓθ_ＭＡＸ以下か否かを判断し、ＮＯすなわち未着座で
あれば、ステップＳ２０６に戻ってステップＳ２０８ま
でを繰返す。

【００１６】一方、ステップＳ２０８でＹＥＳになる
と、すなわち、着座と判断すると、ステップＳ２０９に
進み、着座時点における着座以降のナットの回転角θ
_ＦＬを下記の数式により計算し、

【００１７】

【数式１】 このθ_ＦＬの値を着座以降のナットの回転角θ_Ｆ（ｉ）
として記憶する＜θ_{Ｆ（ ｉ）}＝θ_ＦＬ＞。

【００１８】次に、ステップＳ２１０〜ステップＳ２１
２、ステップＳ２１３およびステップＳ２１４よりなる
ループに進み、領域１（部材の座面同士が接触していな
い状態）における締付け軸力の計算、および領域１から
領域２（部材の座面同士が部分的に接触している状態）
への移行タイミングの判定を行う。

【００１９】このループにおいて、まず、ステップＳ２
１０でカウントｉを１だけ増加させた後、ステップＳ２
１１でインパクトごとのナットの回転角θ_Ｉ（ｉ）を計
算して記憶する。

【００２０】次に、ステップＳ２１２では、インパクト
ごとのナットの回転角θ_Ｉ（ｉ）が領域判定しきい値回
転角ｓθ_ＩＲ以下か否かを判断し、ＮＯであれば、すな
わち、締結の進行状態が領域１にあれば、ステップＳ２
１３に進み、着座以降のナットの回転角θ_Ｆ（ｉ）を計
算して記憶する。ただし、

【００２１】

【数式２】 次いで、ステップＳ２１４では、軸力データ・メモリ部
に記録されている「ナットの着座以降の回転角θ_Ｆと締
付け軸力Ｆとの関係についてのテーブル」の領域１にお
ける傾きを用いて締付け軸力Ｆ_（ｉ）を求めて記憶した
後、ステップＳ２１０に戻ってステップＳ２１２までを
繰返す。

【００２２】一方、ステップＳ２１２でＹＥＳになる
と、図２９のステップＳ２１５に進み（○→○）、軸力
データ・メモリ部に記録されている「ナットの着座以降
の回転角θ_Ｆと締付け軸力Ｆとの関係についてのテーブ
ル」を補正する。具体的には、図３０に示すように、こ
の時点における着座以降のナットの回転角θＦ（ｉ）を
領域移行回転角ｓθ_ＦＲとして、領域２および領域３
（部材の座面同士が完全に接触している状態）の特性線
を平行移動することによってテーブルの補正を行う。

【００２３】次に、ステップＳ２１６では、着座以降の
ナットの回転角θ_Ｆ（ｉ）を計算して記憶する。ただ
し、

【００２４】

【数式３】 次いで、ステップＳ２１７で、ステップＳ２１５におい
て補正したテーブルに基づいて締付け軸力Ｆ_（ｉ）を求
めて記憶した後、ステップＳ２１８〜ステップＳ２２２
のループに進み、領域２および領域３における締付け軸
力の計算を行う。

【００２５】このループにおいて、まず、ステップＳ２
１８でカウントｉを１だけ増加させた後、ステップＳ２
１９でインパクトごとのナットの回転角θ_Ｉ（ｉ）を計
算して記憶する。

【００２６】次に、ステップＳ２２０では、着座以降の
ナットの回転角θ_Ｆ（ｉ）を計算して記憶する。ただ
し、

【００２７】

【数式４】 次いで、ステップＳ２２１で、ステップＳ２１５におい
て補正したテーブルに基づいて締付け軸力Ｆ_（ｉ）を求
めて記憶する。

【００２８】次に、ステップＳ２２２では、終了するか
否かを判断し、ＹＥＳであれば、すなわち、終了条件を
満足していれば、そのまま終了し、ＮＯであれば軸力測
定を継続する。すなわち、ステップＳ２１８に戻ってス
テップＳ２２２までを繰返す。

【００２９】したがって、インパクトごとのボルトまた
はナットの回転角から、締結部の複数の部材の座面同士
の接触状態、すなわち、部材の座面同士が接触していな
い領域１の状態か、部材の座面同士が部分的に接触して
いる領域２の状態か、部材の座面同士が完全に接触して
いる領域３の状態かを判定し、上記の「ボルトまたはナ
ットの着座以降の回転角と締付け軸力との関係について
のテーブル」を補正するようにしている。

【００３０】そのため、被締結部の部材の寸法バラツキ
によって、上記の座面同士の接触状態の移行タイミン
グ、特に、座面同士が接触していない状態から部分的に
接触している状態への移行タイミングが、標準テーブル
で設定されているボルトまたはナットの着座以降の回転
角からずれてしまった場合でも、締付け軸力を精度良く
測定できる。

【００３１】

【発明が解決しようとする課題】このように、図２５お
よび図２６に示した従来の装置においては、締結の進行
にともなって前記の比例定数、すなわち、被締結体のみ
かけの剛性、が変化する場合であっても、軸力が発生し
始めてから締結を終了するまでの全範囲について、精度
の良い軸力測定が可能であるが、「ボルトまたはナット
の着座以降の回転角と締付け軸力との関係についてのテ
ーブル」に基づいて締付け軸力を求めており、しかも、
例えば、図２７に示した標準テーブルにおいて領域１か
ら領域２への領域移行を、インパクトごとのボルトまた
はナットの回転角と領域判定しきい値回転角との比較に
より判定して標準テーブルを補正しているため、領域２
において標準テーブルからのズレが発生した場合には、
それによる軸力測定誤差を補正する手段がなく、領域３
における軸力測定精度をさらに高めることが難しい、と
いう問題があったことから、このような問題を解決する
ことが課題としてあった。

【００３２】

【発明の目的】本発明は上記のごとき従来技術のもつ課
題を解決するためになされたものであり、「インパクト
によるボルトまたはナットの回転角と該インパクト後の
締付け軸力との関係」に基づいて締付け軸力を求めるこ
とにより、あるいは、「インパクトによるボルトまたは
ナットの回転角と該インパクト直前の締付け軸力との関
係」に基づいて締付け軸力を求めることにより、ねじ締
結の進行に伴って被締結体のみかけの剛性が変化する場
合であっても、締付け軸力を従来技術以上に高精度で測
定できる方法および装置を提供することを目的としてい
る。

【００３３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。

【００３４】すなわち、本発明に係わるボルト・ナット
締結における締付け軸力の測定方法は、請求項１に記載
しているように、インパクト式ねじ締め装置の出力軸、
または該出力軸に発生するパルス状のトルクを締結部の
ボルトまたはナットに伝えるソケット部分に回転角検出
器を取付けてインパクトごとのボルトまたはナットの回
転角を検出し、予め求めてある「インパクトによるボル
トまたはナットの回転角と締付け軸力との関係」に基づ
いてインパクトごとに締付け軸力を求めるようにしたこ
とを特徴としている。

【００３５】そして、実施態様においては、請求項２に
記載しているように、インパクト式ねじ締め装置の出力
軸、または該出力軸に発生するパルス状のトルクを締結
部のボルトまたはナットに伝えるためのソケット部分に
回転角検出器を取付けてインパクトごとのボルトまたは
ナットの回転角を検出し、予め求めてある「インパクト
によるボルトまたはナットの回転角と該インパクト後の
締付け軸力との関係」に基づいてインパクトごとに締付
け軸力を求めるようになすことができ、このための演算
手段を備えているものとすることができる。

【００３６】なお、上記の回転角検出器は、例えば後記
図１の実施例における回転角検出器に相当し、上記の演
算手段は、例えば、後記図１の実施例における演算装置
に相当するものとすることができる。

【００３７】また、請求項３に記載しているように、イ
ンパクト式ねじ締め装置の出力軸、または該出力軸に発
生するパルス状のトルクを締結部のボルトまたはナット
に伝えるためのソケット部分に回転角検出器を取付けて
インパクトごとのボルトまたはナットの回転角を検出
し、インパクトごとのボルトまたはナットの回転角が
「軸力計算開始判定しきい値回転角」以下の値となった
時点における締付け軸力を、予め求めてある「インパク
トによるボルトまたはナットの回転角と該インパクト後
の締付け軸力との関係」に基づいて求め、以降はインパ
クトごとのボルトまたはナットの回転角に相当する締付
け軸力の増加量を順次加算していくことにより、インパ
クトごとに締付け軸力を求めるようになすことができ、
このための演算手段を備えているものとすることができ
る。

【００３８】なお、上記の回転角検出器は、例えば、後
記図４の実施例における回転角検出器に相当し、上記の
演算手段は、例えば、後記図４の実施例における演算装
置に相当するものとすることができる。

【００３９】さらに、請求項４に記載しているように、
請求項３に記載の締付け軸力の測定方法において、イン
パクトごとのボルトまたはナットの回転角と締付け軸力
の増加量との比例定数、すなわち、被締結体のみかけの
剛性、が締結の進行に伴って変化し、かつ、この締結の
進行プロセスを前記被締結体のみかけの剛性が一定と見
なすことのできる複数個の領域に分割できる場合に、目
標の締付け軸力が含まれる領域まで締結が進行した時点
で締付け軸力の計算を開始するように、「軸力計算開始
判定しきい値回転角」を設定するようになすことがで
き、このための演算手段を備えているものとすることが
できる。

【００４０】同じく、本発明に係わるボルト・ナット締
結における締付け軸力の測定方法の実施態様において
は、請求項５に記載しているように、インパクト式ねじ
締め装置の出力軸、または該出力軸に発生するパルス状
のトルクを締結部のボルトまたはナットに伝えるための
ソケット部分に回転角検出器を取付けてインパクトごと
のボルトまたはナットの回転角を検出し、予め求めてあ
る「インパクトによるボルトまたはナットの回転角と該
インパクト直前の締付け軸力との関係」に基づいて求め
た該インパクト直前の締付け軸力に、該インパクトにお
けるボルトまたはナットの回転角に相当する締付け軸力
の増加量を加算することにより、インパクトごとに締付
け軸力を求めるようになすことができ、このための演算
手段を備えているものとすることができる。

【００４１】なお、上記の回転角検出器は、例えば、後
記図１４の実施例における回転角検出器に相当し、上記
の演算手段は、例えば、後記図１４の実施例における演
算装置に相当するものとすることができる。

【００４２】また、請求項６に記載しているように、イ
ンパクト式ねじ締め装置の出力軸、または該出力軸に発
生するパルス状のトルクを締結部のボルトまたはナット
に伝えるためのソケット部分に回転角検出器を取付けて
インパクトごとのボルトまたはナットの回転角を検出
し、インパクトごとのボルトまたはナットの回転角が
「軸力計算開始判定しきい値回転角」以下の値となった
時点における締付け軸力を、予め求めてある「インパク
トによるボルトまたはナットの回転角と該インパクト直
前の締付け軸力との関係」に基づいて求めた該インパク
ト直前の締付け軸力に、該インパクトにおけるボルトま
たはナットの回転角に相当する締付け軸力の増加量を加
算して求め、以降はインパクトごとのボルトまたはナッ
トの回転角に相当する締付け軸力の増加量を順次加算し
ていくことにより、インパクトごとに締付け軸力を求め
るようになすことができ、このための演算手段を備えて
いるものとすることができる。

【００４３】なお、上記の回転角検出器は、例えば、後
記図１８の実施例における回転角検出器に相当し、上記
の演算手段は、例えば、後記図１８の実施例における演
算装置に相当するものとすることができる。

【００４４】さらに、請求項７に記載しているように、
請求項６に記載の締付け軸力の測定方法において、イン
パクトごとのボルトまたはナットの回転角と締付け軸力
の増加量との比例定数、すなわち、被締結体のみかけの
剛性、が締結の進行に伴って変化し、かつ、この締結の
進行プロセスを前記被締結体のみかけの剛性が一定と見
なすことのできる複数個の領域に分割できる場合に、目
標の締付け軸力が含まれる領域まで締結が進行した時点
で締付け軸力の計算を開始するように、「軸力計算開始
判定しきい値回転角」を設定するようになすことがで
き、このための演算手段を備えているものとすることが
できる。

【００４５】なお、上記の演算手段は、例えば、後記図
１８の実施例における演算装置に相当するものとするこ
とができる。

【００４６】さらに、本発明に係わるインパクト式ねじ
締め装置は、請求項８に記載しているように、駆動出力
にパルス成分を有する駆動手段と、一端にねじとの継手
部を有しかつ前記駆動手段により駆動されることによっ
てねじを締付ける主軸と、前記主軸の回転角を検出する
回転角検出手段をそなえるインパクト式ねじ締め機本体
と、前記回転角検出手段の検出結果に基づいて請求項２
または５に記載の測定方法により締付け軸力を測定する
演算手段を具備したことを特徴としており、請求項９に
記載に記載しているように、請求項８に記載の内容に加
えて、目標とする締付け軸力を実現するように前記駆動
手段へ供給される動力源を制御する制御手段を備えてい
るものとすることができる。

【００４７】また、請求項１０に記載しているように、
駆動出力にパルス成分を有する駆動手段と、一端にねじ
との継手部を有しかつ前記駆動手段により駆動されるこ
とによってねじを締付ける主軸と、上記主軸の回転角を
検出する回転角検出手段をそなえるインパクト式ねじ締
め機本体と、前記回転角検出手段の検出結果に基づいて
請求項３，４または請求項６，７のいずれかに記載の測
定方法により締付け軸力を測定する演算手段を具備した
ものとすることが可能であり、請求項１１に記載してい
るように、請求項１０に記載の内容に加えて、目標とす
る締付け軸力を実現するように前記駆動手段へ供給され
る動力源を制御する制御手段を備えているものとするこ
とができる。

【００４８】

【発明の作用】本発明に係わるボルト・ナット締結にお
ける締付け軸力の測定方法は、請求項１に記載している
ように、インパクト式ねじ締め装置の出力軸、または該
出力軸に発生するパルス状のトルクを締結部のボルトま
たはナットに伝えるソケット部分に回転角検出器を取付
けてインパクトごとのボルトまたはナットの回転角を検
出し、予め求めてある「インパクトによるボルトまたは
ナットの回転角と締付け軸力との関係」に基づいてイン
パクトごとに締付け軸力を求めるようにしたから、締結
の進行に伴って被締結体のみかけの剛性が変化する場合
であっても、締付け軸力は従来技術以上に高精度で測定
されることとなり、目標とする締結力まで精密にねじ締
めが行えることとなる。

【００４９】そして、本発明に係わるボルト・ナット締
結における締付け軸力の測定方法の実施態様において
は、請求項２に記載しているように、インパクトごとの
ボルトまたはナットの回転角を検出し、予め求めてある
「インパクトによるボルトまたはナットの回転角と該イ
ンパクト後の締付け軸力との関係」に基づいてインパク
トごとに締付け軸力を求めるようになすことによって、
締付け軸力は精度良く測定されることとなる。

【００５０】また、請求項３に記載しているように、イ
ンパクトごとのボルトまたはナットの回転角が「軸力計
算開始判定しきい値回転角」以下の値となった時点にお
ける締付け軸力を、予め求めてある「インパクトによる
ボルトまたはナットの回転角と該インパクト後の締付け
軸力との関係」に基づいて求め、以降はインパクトごと
のボルトまたはナットの回転角に相当する締付け軸力の
増加量を順次加算していくことにより、インパクトごと
に締付け軸力を求めるようになすことによって、締付け
軸力の測定開始点における軸力およびそれ以降の軸力が
精度良く測定されることとなる。

【００５１】さらに、請求項４に記載しているように、
被締結体のみかけの剛性が締結の進行に伴って変化し、
かつ、この締結の進行プロセスを前記被締結体のみかけ
の剛性が一定と見なすことのできる複数個の領域に分割
できる場合に、目標の締付け軸力が含まれる領域まで締
結が進行した時点で締付け軸力の計算を開始するよう
に、「軸力計算開始判定しきい値回転角」を設定するよ
うになすことによって、特に目標の締付け軸力が含まれ
る領域において締付け軸力が高精度で測定されることと
なる。

【００５２】ここで、請求項２〜４に記載されたボルト
・ナット締結における締付け軸力の測定方法において、
締付け軸力およびインパクトごとのボルトまたはナット
の回転角の締結の進行に伴う変化について説明する。

【００５３】図１２は、ボルトに発生する締付け軸力Ｆ
およびインパクトごとのナットの回転角θ_Ｉとナットの
着座以降の回転角θ_Ｆとの関係について、図１３に示し
たブッシュＢＳ・ブラケットＢＫ・タイプのボルトＢお
よびナットＮによる締結部位を例にとって、模式的に説
明した図である。

【００５４】図１２に示したように、締結プロセスは、
締結部の部材の座面の接触状態によって３領域に分けら
れる。すなわち、領域１では、ボルトＢおよびナットＮ
とブラケットＢＫとはそれぞれ座面同士が接触している
が、ブッシュＢＳとブラケットＢＫとは座面が接触して
いないため、締付け軸力ＦはブラケットＢＫの曲げ変形
によって増加する。そのため、ナットＮの着座以降の回
転角θ_Ｆと締付け軸力Ｆとの比例係数、すなわち、被締
結体のみかけの剛性は小さく、また、締付け軸力Ｆが小
さいためにねじ面あるいは座面に発生する摩擦力が小さ
いので、インパクトごとのナットＮの回転角θ_Ｉは大き
い。

【００５５】これに対し、領域３では、ボルトＢ、ナッ
トＮ、ブッシュＢＳおよびブラケットＢＫはそれぞれ座
面同士が完全に接触しているため、ボルトに発生する締
付け軸力Ｆは被締結体の圧縮変形によって増加する。そ
のため、被締結体のみかけの剛性は大きく、また、締付
け軸力Ｆが大きいためにねじ面あるいは座面に発生する
摩擦力が大きいので、インパクトごとのナットＮの回転
角θ_Ｉは小さい。

【００５６】そして、領域２は領域１から領域３への遷
移過程であり、領域１から領域２、領域３と締結が進行
していくにつれて被締結体のみかけの剛性は急激に増加
する。このことから、各領域において締付け軸力を高精
度で測定するためには、それぞれの領域への移行タイミ
ングを正確に判定することと、このときの締付け軸力を
正確に求めることが不可欠となる。

【００５７】ここでさらに、インパクトごとのボルトＢ
またはナットＮの回転角と締付け軸力との関係につい
て、インパクトねじ締めにおける力学的挙動に基づいて
説明する。

【００５８】ツールからワークへインパクトのエネルギ
ーが与えられると、ボルトまたはナットはねじ面および
座面に発生する摩擦力を受けながら回転し、ボルトＢの
首下部がねじれながら伸びて締付け軸力が増加する。

【００５９】したがって、ｉ番目のインパクトにおける
締付け弾性エネルギーＵ_Ｅ（ｉ）、摩擦損失エネルギー
Ｕ_Ｆ（ｉ）、残留ねじれエネルギーＵ_Ｔ（ｉ）およびツ
ールの供給エネルギーＡ（一定値とみなす。）の間には

【００６０】

【数式５】 の関係が成立つ。ここで、締付け弾性エネルギーＵ
_Ｅ（ｉ）は、ｉ番目のインパクトによってボルトＢの張
力および被締結体の圧縮力の形で締結部に蓄えられる弾
性エネルギーであり、ｉ番目のインパクトによる締付け
軸力の増加量、ｉ番目のインパクト後の締付け軸力およ
び締付け弾性エネルギー定数を、それぞれΔＦ_（ｉ）、
Ｆ_（ｉ）およびＫ_Ｅとすれば

【００６１】

【数式６】 で表される。なお、締付け弾性エネルギー定数Ｋ_Ｅは、
縦弾性係数Ｅ、ボルト首下部の有効断面積Ｓ_Ａ、被締結
体の弾性変形部を中空円筒と見なしたときの軸垂直断面
積Ｓ_Ｂおよび被締結体の厚さＬ_Ｂに対して

【００６２】

【数式７】 で与えられる。また、摩擦損失エネルギーＥ
_Ｆ（ｉ）は、ｉ番目のインパクトでボルトＢまたはナッ
トＮが回転するとき、ねじ面および座面で発生する摩擦
力に打勝つために費やされるエネルギーであり、摩擦損
失エネルギー定数をＫ_Ｆとすれば

【００６３】

【数式８】 で表される。なお、摩擦損失エネルギー定数Ｋ_Ｆは、領
域３におけるボルトＢまたはナットＮの回転角と締付け
軸力との比例定数Ｋ_ＡＦ、平均動摩擦係数μＤ（一定値
と見なす。）および座面の平均回転半径Ｒ_Ｂに対して

【００６４】

【数式９】 で与えられる。また、残留ねじれエネルギーＥ_Ｔ（ｉ）
は、ｉ番目のインパクトにおいてボルトの首下部に締付
けトルクに釣合うねじれが発生するために蓄えられるね
じれ弾性エネルギーであり（締付け弾性エネルギーとは
異なり締付け軸力としては寄与しない。）、残留ねじれ
エネルギー定数をＫ_Ｔとすれば

【００６５】

【数式１０】 で表される。なお、残留ねじれエネルギー定数Ｋ_Ｔは、
トルク係数Ｋ、ねじの呼び径ｄ、横弾性係数Ｇ、被締結
体の厚さＬ_Ｂおよびボルト首下部の有効半径Ｒ_Ｃに対し
て

【００６６】

【数式１１】 で与えられる。したがって、式（６）、（８）および
（１０）を式（５）に代入すると

【００６７】

【数式１２】 となり、さらに、ｉ番目のインパクトによるボルトＢま
たはナットＮの回転角をθ_Ｉ（ｉ）とすれば、それぞれ
の領域において

【００６８】

【数式１３】 の関係が成り立つから、式（１３）を式（１２）に代入
すると

【００６９】

【数式１４】 となる。この二次方程式からＦ_（ｉ）＞０を満たす解と
して

【００７０】

【数式１５】 が得られる。これにより、ｉ番目のインパクトによるボ
ルトＢまたはナットＮの回転角θ_Ｉ（ｉ）からインパク
ト後の締付け軸力Ｆ_（ｉ）が求まることになる。したが
って、請求項２〜４のように構成することにより、締付
け軸力は精度良く測定されることとなる。

【００７１】さらに、本発明に係わるボルト・ナット締
結における締付け軸力の測定方法の他の実施態様におい
ては、請求項５に記載しているように、インパクトごと
のボルトまたはナットの回転角を検出し、予め求めてあ
る「インパクトによるボルトまたはナットの回転角と該
インパクト直前の締付け軸力との関係」に基づいて求め
た該インパクト直前の締付け軸力に、該インパクトにお
けるボルトまたはナットの回転角に相当する締付け軸力
の増加量を加算することにより、インパクトごとに締付
け軸力を求めるようになすことによって、締付け軸力は
精度良く測定されることとなる。

【００７２】また、請求項６に記載しているように、イ
ンパクトごとのボルトまたはナットの回転角が「軸力計
算開始判定しきい値回転角」以下の値となった時点にお
ける締付け軸力を、予め求めてある「インパクトによる
ボルトまたはナットの回転角と該インパクト直前の締付
け軸力との関係」に基づいて求めた該インパクト直前の
締付け軸力に、該インパクトにおけるボルトまたはナッ
トの回転角に相当する締付け軸力の増加量を加算して求
め、以降はインパクトごとのボルトまたはナットの回転
角に相当する締付け軸力の増加量を順次加算していくこ
とにより、インパクトごとに締付け軸力を求めるような
すことによって、締付け軸力の測定開始点における軸力
およびそれ以降の軸力が精度良く測定されることとな
る。

【００７３】さらに、請求項７に記載しているように、
被締結体のみかけの剛性が締結の進行に伴って変化し、
かつ、この締結の進行プロセスを前記被締結体のみかけ
の剛性が一定と見なすことのできる複数個の領域に分割
できる場合に、目標の締付け軸力が含まれる領域まで締
結が進行した時点で締付け軸力の計算を開始するよう
に、「軸力計算開始判定しきい値回転角」を設定するよ
うなすことによって、特に目標の締付け軸力が含まれる
領域において締付け軸力が高精度で測定されることとな
る。

【００７４】ここで、請求項２〜４に記載された場合と
同様に、請求項５〜７に記載されたボルト・ナット締結
における締付け軸力の測定方法においても、締付け軸力
およびインパクトごとのボルトまたはナットの回転角の
締結の進行に伴う変化について説明する。

【００７５】この場合にも、ボルトに発生する締付け軸
力Ｆおよびインパクトごとのナットの回転角θ_Ｉとナッ
トの着座以降の回転角θ_Ｆとの関係について説明した図
１２、およびブッシュＢＳ・ブラケットＢＫ・タイプの
ボルトＢおよびナットＮによる締結部位を示した図１３
を例にとって説明する。

【００７６】図１２に示したように、締結プロセスは、
締結部の部材の座面の接触状態によって３領域に分けら
れる。すなわち、領域１では、ボルトＢおよびナットＮ
とブラケットＢＫとはそれぞれ座面同士が接触している
が、ブッシュＢＳとブラケットＢＫとは座面が接触して
いないため、締付け軸力ＦはブラケットＢＫの曲げ変形
によって増加する。そのため、ナットＮの着座以降の回
転角θ_Ｆと締付け軸力Ｆとの比例係数、すなわち、被締
結体のみかけの剛性は小さく、また、締付け軸力Ｆが小
さいためにねじ面あるいは座面に発生する摩擦力が小さ
いので、インパクトごとのナットＮの回転角θ_Ｉは大き
い。

【００７７】これに対し、領域３では、ボルトＢ、ナッ
トＮ、ブッシュＢＳおよびブラケットＢＫはそれぞれ座
面同士が完全に接触しているため、ボルトに発生する締
付け軸力Ｆは被締結体の圧縮変形によって増加する。そ
のため、被締結体のみかけの剛性は大きく、また、締付
け軸力Ｆが大きいためにねじ面あるいは座面に発生する
摩擦力が大きいので、インパクトごとのナットＮの回転
角θ_Ｉは小さい。

【００７８】そして、領域２は領域１から領域３への遷
移過程であり、領域１から領域２、領域３と締結が進行
していくにつれて被締結体のみかけの剛性は急激に増加
する。このことから、各領域において締付け軸力を高精
度で測定するためには、それぞれの領域への移行タイミ
ングを正確に判定することと、このときの締付け軸力を
正確に求めることが不可欠となる。

【００７９】ここでさらに、インパクトごとのボルトＢ
またはナットＮの回転角と締付け軸力との関係につい
て、インパクトねじ締めにおける力学的挙動に基づいて
説明する。

【００８０】ツールからワークへインパクトのエネルギ
ーが与えられると、ボルトまたはナットはねじ面および
座面に発生する摩擦力を受けながら回転し、ボルトＢの
首下部がねじれながら伸びて締付け軸力が増加する。

【００８１】したがって、ｉ番目のインパクトにおける
締付け弾性エネルギーＵ_Ｅ（ｉ）、摩擦損失エネルギー
Ｕ_Ｆ（ｉ）、残留ねじれエネルギーＵ_Ｔ（ｉ）およびツ
ールの供給エネルギーＡ（一定値とみなす。）の間には

【００８２】

【数式１６】 の関係が成立つ。ここで、締付け弾性エネルギーＵ
_Ｅ（ｉ）は、ｉ番目のインパクトによってボルトＢの張
力および被締結体の圧縮力の形で締結部に蓄えられる弾
性エネルギーであり、ｉ番目のインパクトによる締付け
軸力の増加量、ｉ番目のインパクトの直前の締付け軸
力、すなわちｉ−１番目のインパクト後の締付け軸力、
および締付け弾性エネルギー定数を、それぞれΔＦ
_（ｉ）、Ｆ_{（ｉ−１）}およびＫ_Ｅとすれば

【００８３】

【数式１７】 で表される。なお、締付け弾性エネルギー定数Ｋ_Ｅは、
縦弾性係数Ｅ、ボルト首下部の有効断面積Ｓ_Ａ、被締結
体の弾性変形部を中空円筒と見なしたときの軸垂直断面
積Ｓ_Ｂおよび被締結体の厚さＬ_Ｂに対して

【００８４】

【数式１８】 で与えられる。また、摩擦損失エネルギーＥ
_Ｆ（ｉ）は、ｉ番目のインパクトでボルトＢまたはナッ
トＮが回転するとき、ねじ面および座面で発生する摩擦
力に打勝つために費やされるエネルギーであり、摩擦損
失エネルギー定数をＫ_Ｆとすれば

【００８５】

【数式１９】 で表される。なお、摩擦損失エネルギー定数Ｋ_Ｆは、領
域３におけるボルトＢまたはナットＮの回転角と締付け
軸力との比例定数Ｋ_ＡＦ、平均動摩擦係数μＤ（一定値
と見なす。）および座面の平均回転半径Ｒ_Ｂに対して

【００８６】

【数式２０】 で与えられる。また、残留ねじれエネルギーＥ_Ｔ（ｉ）
は、ｉ番目のインパクトにおいてボルトの首下部に締付
けトルクに釣合うねじれが発生するために蓄えられるね
じれ弾性エネルギーであり（締付け弾性エネルギーとは
異なり締付け軸力としては寄与しない。）、残留ねじれ
エネルギー定数をＫ_Ｔとすれば

【００８７】

【数式２１】 で表される。なお、残留ねじれエネルギー定数Ｋ_Ｔは、
トルク係数Ｋ、ねじの呼び径ｄ、横弾性係数Ｇ、被締結
体の厚さＬ_Ｂおよびボルト首下部の有効半径Ｒ_Ｃに対し
て

【００８８】

【数式２２】 で与えられる。したがって、式（１７）、（１９）およ
び（２１）を式（１６）に代入すると

【００８９】

【数式２３】 となり、さらに、ｉ番目のインパクトによるボルトＢま
たはナットＮの回転角をθ_Ｉ（ｉ）とすれば、それぞれ
の領域において

【００９０】

【数式２４】 の関係が成り立つから、式（２４）を式（２３）に代入
すると

【００９１】

【数式２５】 となる。この二次方程式からＦ_{（ｉ−１）}＞０を満たす
解として

【００９２】

【数式２６】 が得られる。これにより、ｉ番目のインパクトによるボ
ルトＢまたはナットＮの回転角θ_Ｉ（ｉ）からインパク
トの直前の締付け軸力Ｆ_{（ｉ−１）}が求まることにな
る。したがって、請求項５〜７のように構成することに
より、締付け軸力は精度良く測定されることとなる。

【００９３】さらにまた、本発明に係わるインパクト式
ねじ締め装置は、請求項８に記載しているように、駆動
出力にパルス成分を有する駆動手段と、一端にねじとの
継手部を有しかつ前記駆動手段により駆動されてねじを
締付ける主軸と、前記主軸の回転角を検出する回転角検
出手段をそなえるインパクト式ねじ締め機本体と、前記
回転角検出手段の検出結果に基づいて請求項２または５
に記載の測定方法により締付け軸力を測定する演算手
段、を具備した構成としており、インパクト式ねじ締め
機本体の主軸の回転角を検出し、その検出結果に基づい
て、請求項２または５に記載の測定方法により締付け軸
力を演算手段によって測定するようにしているので、イ
ンパクトねじ締めの際にボルトに発生する締付け軸力が
インパクトごとに精度良く測定されることとなる。

【００９４】また、請求項９に記載しているように、請
求項８に記載のインパクト式ねじ締め装置において、目
標とする締付け軸力を実現するように駆動手段へ供給さ
れる動力源を制御する制御手段を備えたものとすること
によって、締付け軸力をインパクトごとに精度良く測定
しながら、目標とする締結力まで精密にねじ締めが行え
ることとなる。

【００９５】さらに、請求項１０に記載しているよう
に、インパクト式ねじ締め機本体の主軸の回転角を検出
し、その検出結果に基づいて、請求項３，４または請求
項６，７のいずれかに記載の測定方法により締付け軸力
を測定するようになすことによって、被締結体のみかけ
の剛性が締結の進行に伴って変化し、かつ、この締結の
進行プロセスを前記被締結体のみかけの剛性が一定と見
なすことのできる複数個の領域に分割できる場合に、特
に目標締付け軸力が含まれる領域において締付け軸力が
インパクトごとに精度良く測定されることとなる。

【００９６】さらにまた、請求項１１に記載しているよ
うに、請求項１０に記載のインパクト式ねじ締め装置に
おいて、目標とする締付け軸力を実現するように駆動手
段へ供給される動力源を制御するようになすことによっ
て、特に目標締付け軸力が含まれる領域において締付け
軸力をインパクトごとに精度良く測定しながら、目標と
する締結力まで精密にねじ締めが行えることとなる。

【００９７】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。

【００９８】実施例１ 第１の実施例は、インパクトごとのボルトまたはナット
の回転角を検出し、予め求めてある「インパクトによる
ボルトまたはナットの回転角と該インパクト後の締付け
軸力との関係」に基づいてインパクトごとに締付け軸力
を求めるようにした例である。

【００９９】図１は本発明によるインパクト式ねじ締め
装置における第１の実施例のブロック図であり、このイ
ンパクト式ねじ締め装置１に用いられる回転角検出器２
は、図２５および図２６に示した先行例（従来例）と同
様の構成のものであり、略記したインパクト式ねじ締め
機本体（インパクト・トルク発生器３、出力軸４）５と
締結部（ナットＮ）６との間に配置されている。

【０１００】また、上記回転角検出器２と電気的に接続
された演算装置７は、回転角検出器２から発せられる信
号を入力として回転角信号をつくる回転角信号処理部７
Ａと、「インパクトによるボルトまたはナットの回転角
θ_Ｉと該インパクト後の締付け軸力Ｆとの関係について
のテーブル」が記録されている軸力データ・メモリ部７
Ｂと、軸力演算部７Ｃとからなる。

【０１０１】図２は、軸力データ・メモリ部７Ｂに記録
されているテーブル（関数）の一例を示す説明図であ
り、上述の式（１５）の関係を各領域に対して数値化し
たものである。なお、このテーブルの具体的な値は、ボ
ルトと被締結体の組合せでそれぞれ異なる。したがっ
て、このようなテーブルが使用対象であるボルトと被締
結体の組合せごとに関数として用意される。そして、軸
力演算部７Ｃではこのテーブルに基づいて締付け軸力が
演算される。

【０１０２】図３は、第１の実施例と比較例（先行例）
との軸力測定精度についての比較図であり、○印は本実
施例の特性、●印は比較例（先行例）の特性を示す。

【０１０３】ここで示す例は、目標締付け軸力を５０ｋ
ＮとしてＭ１２のボルトおよびナットを用いて着座時の
座面間距離が４０ｍｍの被締結体を締結した場合の結果
を示すものであり、実施例では、図２に示した「インパ
クトによるナットの回転角θ_Ｉと該インパクト後の締付
け軸力Ｆとの関係についてのテーブル」に基づいてイン
パクトごとに締付け軸力Ｆ_（ｉ）を求めている。

【０１０４】一方、比較例では、先行技術（従来技術）
の方式においてｓθ_ＭｉＮ＝１２０ｄｅｇ、ｓθ_ＭＡＸ
＝１８０ｄｅｇとし、「ナットの着座以降の回転角θ_Ｆ
と締付け軸力Ｆとの関係についてのテーブル」について
は図２７に示したものを用い、さらに、領域１から領域
２への移行時に上記のテーブルの領域２および領域３に
おける特性を補正している。

【０１０５】図３の特性から明らかなように、本実施例
における測定精度は、領域１では比較例（先行例）と同
等であるが、比較例（先行例）の領域２および領域３で
見られる精度低下が起きず、全領域において良好に保た
れている。

【０１０６】上記のように、本実施例においては、イン
パクトごとのボルトまたはナットの回転角を検出し、予
め求めてある「インパクトによるボルトまたはナットの
回転角と該インパクト後の締付け軸力との関係」に基づ
いてインパクトごとに締付け軸力を求めるようにしてい
るため、締付け軸力が発生し始めてから締結を終了する
までの全範囲について、締付け軸力を精度良く測定でき
る。

【０１０７】実施例２ 次に、図４は本発明の第２の実施例のブロック図であ
る。

【０１０８】この実施例は、インパクトごとのボルトま
たはナットの回転角を検出し、被締結体のみかけの剛性
が締結の進行に伴って変化し、かつ、この締結の進行プ
ロセスを上記の被締結体のみかけの剛性が一定と見なす
ことのできる複数個の領域に分割できる場合に、インパ
クトごとのボルトまたはナットの回転角が、目標締付け
軸力が含まれる領域まで締結が進行した時点で締付け軸
力の計算を開始するように設定された「軸力計算開始判
定しきい値回転角」以下の値となった時点における締付
け軸力を、予め求めてある「インパクトによるボルトま
たはナットの回転角と該インパクト後の締付け軸力との
関係」に基づいて求め、以降はインパクトごとのボルト
またはナットの回転角に相当する締付け軸力の増加量を
順次加算していくことにより、インパクトごとに締付け
軸力を求めるようにした例である。

【０１０９】まず、図４に基づいて構成を説明する。

【０１１０】図４において、回転角検出器２は、図２５
および図２６に示した先行例（従来例）と同様の構成の
ものであり、略記したインパクト式ねじ締め機本体（イ
ンパクト・トルク発生器３、出力軸４）５と締結部（ナ
ットＮ）６との間に配置されている。

【０１１１】また、上記回転角検出器２と電気的に接続
された演算装置７は、回転角検出器２から発せられる信
号を入力として回転角信号をつくる、第１の実施例と同
様の回転角信号処理部７Ａと、領域３についての「イン
パクトによるボルトまたはナットの回転角θ_Ｉと該イン
パクト後の締付け軸力Ｆとの関係についてのテーブル」
が記録されている軸力データ・メモリ部７Ｂと、第１の
実施例とは少し異なる軸力演算部７Ｃとからなる。

【０１１２】図５は、軸力データ・メモリ部７Ｂに記録
されているテーブル（関数）の一例を示す説明図であ
り、上述の式（１５）の関係を目標軸力が含まれる領域
３に対して数値化したものである。そして、軸力演算部
７Ｃではこのテーブルに基づいて締付け軸力が演算され
る。

【０１１３】図６は、第２の実施例と比較例（先行例）
との軸力測定精度についての比較図であり、○印は本実
施例の特性、●印は比較例（先行例）の特性を示す。

【０１１４】ここで示す例は、第１の実施例と同一の締
結部位についての結果を示すものであり、この実施例で
は、軸力計算開始判定しきい値回転角をｓθ_ＩＣ＝６．
７ｄｅｇとし、図５に示した「インパクトによるナット
の回転角θ_Ｉと該インパクト後の締付け軸力Ｆとの関係
についてのテーブル」に基づいてインパクトごとに締付
け軸力を求めている。

【０１１５】一方、比較例では、先行技術の方式におい
てｓθ_ＭＩＮ＝１２０ｄｅｇ、ｓθ_ＭＡＸ＝１８０ｄｅ
ｇとし、「ナットの着座以降の回転角θ_Ｆと締付け軸力
Ｆとの関係についてのテーブル」については図２７に示
したものを用い、さらに、領域１から領域２への移行時
に上記のテーブルの領域２および領域３における特性を
補正している。

【０１１６】図６の特性から明らかなように、本実施例
における測定精度は、目標締付け軸力の５０ｋＮが含ま
れる領域３において、比較例（先行例）と比較して向上
している。

【０１１７】上記のように、本実施例においては、イン
パクトごとのボルトまたはナットの回転角を検出し、被
締結体のみかけの剛性が締結の進行に伴って変化し、か
つ、この締結の進行プロセスを上記の被締結体のみかけ
の剛性が一定と見なすことのできる複数個の領域に分割
できる場合に、インパクトごとのボルトまたはナットの
回転角が、目標締付け軸力が含まれる領域まで締結が進
行した時点で締付け軸力の計算を開始するように設定さ
れた「 軸力計算開始判定しきい値回転角」 以下の値とな
った時点における締付け軸力を、予め求めてある「イン
パクトによるボルトまたはナットの回転角と該インパク
ト後の締付け軸力との関係」に基づいて求め、以降はイ
ンパクトごとのボルトまたはナットの回転角に相当する
締付け軸力の増加量を順次加算していくことにより、イ
ンパクトごとに締付け軸力を求めるようにしているた
め、特に目標締付け軸力が含まれる領域において、締付
け軸力の測定開始点における軸力およびそれ以降の軸力
を精度良く測定できる。

【０１１８】実施例３ 次に、図７〜図９は、本発明の第３の実施例であり、図
７は本発明実施例のブロック図、図８は圧縮空気を動力
源とするインパクト・レンチ本体の断面図、図９は演算
処理を示すフローチャートである。

【０１１９】この実施例は、インパクト式ねじ締め機本
体の主軸の回転角を検出し、その検出結果に基づいて、
第１の実施例に示した測定方法により締付け軸力を測定
し、目標とする締付け軸力を実現するように駆動手段へ
供給される動力源を制御するようにした例である。

【０１２０】まず、図７において、インパクト式ねじ締
め機本体１５は、モータ１８と、該モータ１８の出力軸
１８ａに接続され、該モータ１８の連続的な回転力をイ
ンパクト・トルクに変換するインパクト・トルク発生器
１３と、該インパクト・トルク発生器１３の出力軸すな
わち主軸１４の回転角を検出する回転角検出部１２と、
上記主軸１４に取付けられた締付けソケット（継手部）
１９とからなる。なお、モータ１８は電動モータ、エア
・モータなどのように駆動力を発生するものであればい
ずれの形式のものでもよい。

【０１２１】上記のインパクト式ねじ締め機本体１５に
は制御装置１７が接続されている。この制御装置１７
は、上記回転角検出部１２からの信号を回転角信号に変
換する、第１の実施例と同様の回転角信号処理部１７
Ａ、軸力データ・メモリ部１７Ｂおよび軸力演算部（締
結力演算部）１７Ｃのほかに、動力制御部１７Ｄを備え
ている。

【０１２２】次に、図８は、本発明の第３の実施例の具
体的な構造例を示すものであり、圧縮空気を動力源とす
るインパクト・レンチとして構成した場合の断面図を示
す。

【０１２３】図８において、２１はインパクト・レンチ
本体（図７のインパクト式ねじ締め機本体１５に相当）
であり、このインパクト・レンチ本体２１内には、給気
部２２、エア．モータ部２３、油圧パルス発生部１３お
よび回転角検出部１２が設けられている。そして、給気
部２２には、エア・モータ部２３に連通するエア通路２
６が形成され、その途中にはメイン・バルブ２７および
切替えバルブ２８がこの順に設けられている。

【０１２４】メイン・バルブ２７は、バルブ操作レバー
３１を引くことによって開き、切替えバルブ２８は回転
切替えレバー３２を所定の回転位置まで回すことによっ
て開くようになっている。エア・モータ部２３は偏心し
たシリンダ内に配置された回転駆動軸３３を備えてお
り、この回転駆動軸３３は、ベーン３４に圧縮空気が作
用することによって回転するようになっている。

【０１２５】油圧パルス発生部１３は、エア・モータ部
２３の回転駆動軸３３に直結されたライナ・ケース３６
内に設けられた主軸１４と、この主軸１４に外装された
ドライビング・ブレード３７とからなり、ライナ・ケー
ス３６内には油液が充満されている。

【０１２６】主軸１４は、一定以上の負荷がないときは
ライナ・ケース３６内面とドライビング・ブレード３７
の抵抗によってエア・モータ部２３の回転駆動軸３３と
ともに回り、一定以上の負荷があるときはリリーフ・バ
ルブ３８を介してドライビング・ブレード３７の内面に
作用する油圧が変動することによって衝撃的に回るよう
になっている。この主軸１４の先端部は、ソケット（ボ
ックス・レンチ）を介してねじに接続するような形状に
なっており、この先端部を所望のねじに合わせることに
よって、ねじ締めを行うことができる。

【０１２７】回転角検出部１２は、主軸１４に固定され
て該主軸１２とともに回転するロータリ・エンコーダの
コード・ホイール１２Ａと、該コード・ホイール１２Ａ
を鋏込むように設けられたロータリ・エンコーダの検出
ヘッド１２Ｂとで構成されており、上記主軸１４の回転
角を検出する。

【０１２８】圧縮空気の遮断機構の構成については、エ
ア・モータ部２３へ送られる圧縮空気を供給・遮断する
ためのシャット・オフ・バルブ３９が、切替えバルブ２
８とエア・モータ部２３とを連絡するエア通路２６の途
中に設けられている。

【０１２９】また、インパクト・レンチ本体２１と電気
的に接続された制御装置１７は図７の制御装置１７に相
当する部分であり、回転角検出部１２から発せられる信
号を入力として回転角信号をつくる回転角信号処理部１
７Ａと、「インパクトによるボルトまたはナットの回転
角θ_Ｉと該インパクト後の締付け軸力Ｆとの関係につい
てのテーブル」が記録されている軸力データ・メモリ部
１７Ｂと、軸力演算部１７Ｃと、締付け軸力が適正範囲
にあるか否かを判定して、シャット・オフ・バルブ３９
への開閉制御信号を送出する動力制御部１７Ｄとからな
る。

【０１３０】次に、図９に示すフローチャートに基づい
て第３の実施例の作用を説明する。

【０１３１】図８に示したインパクト・レンチ本体２１
のバルブ操作レバー３１が引かれることによって給気部
２２から矢印Ａ方向にシャット・オフ・バルブ３９を介
してエア・モータ部２３に送られた圧縮空気により、エ
ア・モータ部２３の回転駆動軸３３が回転し、その回転
力は油圧パルス発生部１３において衝撃的な回転力に変
換され、主軸１４に伝達されて、ねじ締め作業が行われ
る。

【０１３２】まず、ステップＳ１において目標締結力ｃ
Ｆｃの値を設定した後、ステップＳ２でインパクト数の
カウンタをリセットする＜カウントｉ＝０＞。

【０１３３】次に、ステップＳ３では、ねじ締めを開始
する。

【０１３４】ステップＳ４〜ステップＳ８において、ス
テップＳ５は回転角信号処理部１７Ａにおける処理内
容、ステップＳ７およびステップＳ８は動力制御部１７
Ｄにおける処理内容であり、その他は軸力演算部１７Ｃ
における処理内容である。

【０１３５】また、ステップＳ４〜ステップＳ７はルー
プを形成しており、インパクトごとに締付け軸力を求め
る。

【０１３６】このループにおいて、まず、ステップＳ４
でカウントｉを１だけ増加させた後、ステップＳ５でイ
ンパクトごとのナットの回転角θ_Ｉ（ｉ）を計算して記
憶する。次に、ステップＳ６では、軸力データ・メモリ
部１７Ｂに記録されている「インパクトによるナットの
回転角θ_Ｉと該インパクト後の締付け軸力Ｆとの関係に
ついてのテーブル」に基づいてインパクト直後の締付け
軸力Ｆ_（ｉ）を求める。

【０１３７】次いで、ステップＳ７では、締付け軸力Ｆ
_（ｉ）が目標締付け軸力ｃＦｃ以上か否かを判断し、Ｎ
Ｏであれば、ステップＳ４に戻ってステップＳ７までを
繰返す。

【０１３８】一方、ステップＳ７でＹＥＳになると、ス
テップＳ８に進み、カット・オフ命令が出される。これ
によって圧縮空気のバルブが閉じられる。

【０１３９】次に、ステップＳ９では、終了するか否か
を判断し、ＹＥＳであればそのまま終了し、ＮＯであれ
ばステップＳ２に戻って次のねじ締めを行う。

【０１４０】これにより、図３と同様の結果が得られ
る。

【０１４１】上記のように、本実施例においては、イン
パクト式ねじ締め機本体１５の主軸１４の回転角を検出
し、その検出結果に基づいて、実施例１に示した測定方
法により締付け軸力を測定し、目標とする締付け軸力を
実現するように駆動手段へ供給される動力源を制御する
ようにしているため、インパクトねじ締めの際にボルト
に発生する締付け軸力をインパクトごとに精度良く測定
することができるので、目標とする締結力まで精密にね
じ締めを行うことができる。

【０１４２】実施例４ 次に、図１０および図１１は、本発明の第４の実施例で
あり、図１０は本発明のブロック図、図１１は演算処理
を示すフローチャートである。

【０１４３】この実施例は、インパクト式ねじ締め機本
体の主軸の回転角を検出し、その検出結果に基づいて、
実施例２に示した測定方法により締付け軸力を測定し、
目標とする締付け軸力を実現するように駆動手段へ供給
される動力源を制御するようにした例である。

【０１４４】まず、図１０において、インパクト式ねじ
締め機本体１５は、本発明の第３の実施例と同様の構成
となっている。また、上記のインパクト式ねじ締め機本
体１５には制御装置１７が接続されている。この制御装
置１７は、上記回転角検出部１２からの信号を回転角信
号に変換する、第１の実施例と同様の回転角信号処理部
１７Ａ、第２の実施例と同様の軸力データ・メモリ部１
７Ｂおよび軸力演算部（締結力演算部）１７Ｃのほか
に、動力制御部１７Ｄを備えている。

【０１４５】次に、図１１に示すフローチャートに基づ
いて第４の実施例の作用を説明する。

【０１４６】まず、ステップＳ２１において目標締結力
ｃＦｃの値を、また、ステップＳ２２およびステップＳ
２３において軸力計算開始判定しきい値回転角ｓθ_ＩＣ
および締付け軸力の増加量ΔＦ_（ｉ）のインパクトによ
るナットの回転角θ_Ｉ（ｉ）に対する比例定数Ｋ
_ＡＦを、それぞれ設定した後、ステップＳ２４でインパ
クト数のカウンタをリセットする＜カウントｉ＝０＞。

【０１４７】次に、ステップＳ２５では、ねじ締めを開
始する。

【０１４８】ステップＳ２６〜ステップＳ３５におい
て、ステップＳ２７およびステップＳ３２は回転角信号
処理部１７Ａにおける処理内容、ステップＳ３０および
ステップＳ３５は動力制御部１７Ｄにおける処理内容で
あり、その他は軸力演算部１７Ｃにおける処理内容であ
る。

【０１４９】また、ステップＳ２６〜ステップＳ２８は
ループを形成しており、インパクトごとに軸力計算開始
判定を行う。

【０１５０】このループにおいて、まず、ステップＳ２
６でカウントｉを１だけ増加させた後、ステップＳ２７
でインパクトごとのナットの回転角θ_Ｉ（ｉ）を計算し
て記憶する。次に、ステップＳ２８では、インパクトご
とのナットの回転角θ_{Ｉ（ｉ ）}が軸力計算開始判定しき
い値回転角ｓθ_ＩＣ以下か否かを判断し、ＮＯであれ
ば、ステップＳ２６に戻ってステップＳ２８までを繰返
す。

【０１５１】一方、ステップＳ２８でＹＥＳになると、
ステップＳ２９に進み、軸力データ・メモリ部１７Ｂに
記録されている「インパクトによるナットの回転角θ_Ｉ
と該インパクト後の締付け軸力Ｆとの関係についてのテ
ーブル」に基づいてインパクト直後の締付け軸力Ｆ
_（ｉ）を求める。

【０１５２】次に、ステップＳ３０では、締付け軸力Ｆ
_（ｉ）が目標締付け軸力ｃＦｃ以上か否かを判断し、Ｎ
Ｏであれば、ステップＳ３１〜ステップＳ３４およびス
テップＳ３０よりなるループに進み、インパクトごとに
締付け軸力を求めてステップＳ３０に戻る。

【０１５３】このループにおいて、まず、ステップＳ３
１でカウントｉを１だけ増加させた後、ステップＳ３２
でインパクトごとのナットの回転角θ_Ｉ（ｉ）を計算し
て記憶する。

【０１５４】次に、ステップＳ３３では、インパクトに
よる締付け軸力の増加量ΔＦ_（ｉ）を求める。ただし、

【０１５５】

【数式２７】 次いで、ステップＳ３４では、インパクト後の締付け軸
力Ｆ_（ｉ）を求める。ただし、

【０１５６】

【数式２８】 この後、ステップＳ３０に戻り、再び締付け軸力Ｆ
_（ｉ）が目標締付け軸力ｃＦｃ以上か否かを判断する。

【０１５７】一方、ステップＳ３０でＹＥＳになると、
ステップＳ３５に進み、カット・オフ命令が出される。
これによって圧縮空気のバルブが閉じられる。

【０１５８】次に、ステップＳ３６では、終了するか否
かを判断し、ＹＥＳであればそのまま終了し、ＮＯであ
ればステップＳ２４に戻って次のねじ締めを行う。

【０１５９】これにより、図６と同様の結果が得られ
る。

【０１６０】上記のように、本実施例においては、イン
パクト式ねじ締め機本体１５の主軸１４の回転角を検出
し、その検出結果に基づいて、実施例２に示した測定方
法により締付け軸力を測定し、目標とする締付け軸力を
実現するように駆動手段へ供給される動力源を制御する
ようにしているため、特に目標締付け軸力が含まれる領
域において、インパクトねじ締めの際にボルトに発生す
る締付け軸力をインパクトごとに精度良く測定すること
ができるので、目標とする締結力まで精密にねじ締めを
行うことができる。

【０１６１】実施例５ 第５の実施例は、インパクトごとのボルトまたはナット
の回転角を検出し、予め求めてある「インパクトによる
ボルトまたはナットの回転角と該インパクト直前の締付
け軸力との関係」に基づいて求めた該インパクト直前の
締付け軸力に、該インパクトにおけるボルトまたはナッ
トの回転角に相当する締付け軸力の増加量を加算して求
めることにより、締付け軸力を測定するようにした例で
ある。

【０１６２】図１４は本発明によるインパクト式ねじ締
め装置における第５の実施例のブロック図であり、この
インパクト式ねじ締め装置５１に用いられる回転角検出
器５２は、図２５および図２６に示した先行例（従来
例）と同様の構成のものであり、略記したインパクト式
ねじ締め機本体（インパクト・トルク発生器５３、出力
軸５４）５５と締結部（ナットＮ）５６との間に配置さ
れている。

【０１６３】また、上記回転角検出器５２と電気的に接
続された演算装置５７は、回転角検出器５２から発せら
れる信号を入力として回転角信号をつくる回転角信号処
理部５７Ａと、「インパクトによるボルトまたはナット
の回転角θ_Ｉと該インパクト直前の締付け軸力Ｆとの関
係についてのテーブル」および「締付け軸力の増加量Δ
Ｆのインパクトによるボルトまたはナットの回転角θ_Ｉ
に対する比例定数Ｋ_{Ａ Ｆ}と該インパクト直前の締付け軸
力Ｆとの関係についてのテーブル」が記録されている軸
力データ・メモリ部５７Ｂと、軸力演算部５７Ｃとから
なる。

【０１６４】図１５および図１６は、軸力データ・メモ
リ部５７Ｂに記録されているテーブル（関数）の一例を
示す説明図であって、このうち、図１５は上述の式（２
６）の関係を各領域に対して数値化して得られる「イン
パクトによるナットの回転角θ_Ｉと該インパクト直前の
締付け軸力Ｆとの関係についてのテーブル」であり、図
１６は各領域における「締付け軸力の増加量ΔＦのイン
パクトによるナットの回転角θ_Ｉに対する比例定数Ｋ
_ＡＦと該インパクト直前の締付け軸力Ｆとの関係につい
てのテーブル」である。なお、これらのテーブルの具体
的な値は、ボルトと被締結体の組合せでそれぞれ異な
る。したがって、このようなテーブルが使用対象である
ボルトと被締結体の組合せごとに関数として用意され
る。そして、軸力演算部５７Ｃではこれらのテーブルに
基づいて締付け軸力が演算される。

【０１６５】図１７は、第５の実施例と比較例（先行
例）との軸力測定精度についての比較図であり、○印は
本実施例の特性、●印は比較例（先行例）の特性を示
す。

【０１６６】ここで示す例は、目標締付け軸力を５０ｋ
ＮとしてＭ１２のボルトおよびナットを用いて着座時の
座面間距離が４０ｍｍの被締結体を締結した場合の結果
を示すものであり、実施例では、図１５に示した「イン
パクトによるナットの回転角θ_Ｉと該インパクト直前の
締付け軸力Ｆとの関係についてのテーブル」に基づいて
求めた該インパクト直前の締付け軸力Ｆ_{（ｉ−１）}に、
該インパクトにおけるナットの回転角θ_Ｉ（ｉ）に相当
する締付け軸力の増加量ΔＦ_（ｉ）を加算して求めるこ
とにより、インパクトごとに締付け軸力Ｆ（ｉ）を求め
ている。

【０１６７】一方、比較例では、先行技術（従来技術）
の方式においてｓθ_ＭＩＮ＝１２０ｄｅｇ、ｓθ_ＭＡＸ
＝１８０ｄｅｇとし、「ナットの着座以降の回転角θ_Ｆ
と締付け軸力Ｆとの関係についてのテーブル」について
は図２７に示したものを用い、さらに、領域１から領域
２への移行時に上記のテーブルの領域２および領域３に
おける特性を補正している。

【０１６８】図１７の特性から明らかなように、本実施
例における測定精度は、領域１では比較例（先行例）と
同等であるが、比較例（先行例）の領域２および領域３
で見られる精度低下が起きず、全領域において良好に保
たれている。

【０１６９】上記のように、本実施例においては、イン
パクトごとのボルトまたはナットの回転角を検出し、予
め求めてある「インパクトによるボルトまたはナットの
回転角と該インパクト直前の締付け軸力との関係」に基
づいて求めた該インパクト直前の締付け軸力に、該イン
パクトにおけるボルトまたはナットの回転角に相当する
締付け軸力の増加量を加算して求めることにより、イン
パクトごとに締付け軸力を求めるようにしているため、
締付け軸力が発生し始めてから締結を終了するまでの全
範囲について、締付け軸力を精度良く測定できる。

【０１７０】実施例６ 次に、図１８は本発明の第６の実施例のブロック図であ
る。

【０１７１】この実施例は、インパクトごとのボルトま
たはナットの回転角を検出し、被締結体のみかけの剛性
が締結の進行に伴って変化し、かつ、この締結の進行プ
ロセスを上記の被締結体のみかけの剛性が一定と見なす
ことのできる複数個の領域に分割できる場合に、インパ
クトごとのボルトまたはナットの回転角が、目標締付け
軸力が含まれる領域まで締結が進行した時点で締付け軸
力の計算を開始するように設定された「軸力計算開始判
定しきい値回転角」以下の値となった時点における締付
け軸力を、予め求めてある「インパクトによるボルトま
たはナットの回転角と該インパクト直前の締付け軸力と
の関係」に基づいて求めた該インパクト直前の締付け軸
力に、該インパクトにおけるボルトまたはナットの回転
角に相当する締付け軸力の増加量を加算して求め、以降
はインパクトごとのボルトまたはナットの回転角に相当
する締付け軸力の増加量を順次加算していくことによ
り、インパクトごとに締付け軸力を求めるようにした例
である。

【０１７２】まず、図１８に基づいて構成を説明する。

【０１７３】図１８において、回転角検出器５２は、図
２５および図２６に示した先行例（従来例）と同様の構
成のものであり、略記したインパクト式ねじ締め機本体
（インパクト・トルク発生器５３、出力軸５４）５５と
締結部（ナットＮ）６との間に配置されている。

【０１７４】また、上記回転角検出器５２と電気的に接
続された演算装置５７は、回転角検出器５２から発せら
れる信号を入力として回転角信号をつくる、第５の実施
例と同様の回転角信号処理部５７Ａと、領域３について
の「インパクトによるボルトまたはナットの回転角θ_Ｉ
と該インパクト直前の締付け軸力Ｆとの関係についての
テーブル」が記録されている軸力データ・メモリ部５７
Ｂと、第５の実施例とは少し異なる軸力演算部５７Ｃと
からなる。

【０１７５】図１９は、軸力データ・メモリ部５７Ｂに
記録されているテーブル（関数）の一例を示す説明図で
あり、上述の式（２６）の関係を目標軸力が含まれる領
域３に対して数値化したものである。そして、軸力演算
部５７Ｃではこのテーブルに基づいて締付け軸力が演算
される。

【０１７６】図２０は、第６の実施例と比較例（先行
例）との軸力測定精度についての比較図であり、○印は
本実施例の特性、●印は比較例（先行例）の特性を示
す。

【０１７７】ここで示す例は、目標締付け軸力を５０ｋ
ＮとしてＭ１２のボルトおよびナットを用いて着座時の
座面間距離が４０ｍｍの被締結体を締結した場合の結果
であり、この実施例では、軸力計算開始判定しきい値回
転角をｓθ_ＩＣ＝６．７ｄｅｇとし、図１９に示した
「インパクトによるナットの回転角θ_Ｉと該インパクト
直前の締付け軸力Ｆとの関係についてのテーブル」に基
づいてインパクトごとに締付け軸力を求めている。

【０１７８】一方、比較例では、先行技術の方式におい
てｓθ_ＭＩＮ＝１２０ｄｅｇ、ｓθ_ＭＡＸ＝１８０ｄｅ
ｇとし、「ナットの着座以降の回転角θ_Ｆと締付け軸力
Ｆとの関係についてのテーブル」については図２７に示
したものを用い、さらに、領域１から領域２への移行時
に上記のテーブルの領域２および領域３における特性を
補正している。

【０１７９】図２０の特性から明らかなように、本実施
例における測定精度は、目標締付け軸力の５０ｋＮが含
まれる領域３において、比較例（先行例）と比較して向
上している。

【０１８０】上記のように、本実施例においては、イン
パクトごとのボルトまたはナットの回転角を検出し、被
締結体のみかけの剛性が締結の進行に伴って変化し、か
つ、この締結の進行プロセスを上記の被締結体のみかけ
の剛性が一定と見なすことのできる複数個の領域に分割
できる場合に、インパクトごとのボルトまたはナットの
回転角が、目標締付け軸力が含まれる領域まで締結が進
行した時点で締付け軸力の計算を開始するように設定さ
れた「軸力計算開始判定しきい値回転角」以下の値とな
った時点における締付け軸力を、予め求めてある「 イン
パクトによるボルトまたはナットの回転角と該インパク
ト直前の締付け軸力との関係」 に基づいて求めた該イン
パクト直前の締付け軸力に、該インパクトにおけるボル
トまたはナットの回転角に相当する締付け軸力の増加量
を加算して求め、以降はインパクトごとのボルトまたは
ナットの回転角に相当する締付け軸力の増加量を順次加
算していくことにより、インパクトごとに締付け軸力を
求めるようにしているため、特に目標締付け軸力が含ま
れる領域において、締付け軸力の測定開始点における軸
力およびそれ以降の軸力を精度良く測定できる。

【０１８１】実施例７ 次に、図２１および図２２は、本発明の第７の実施例で
あり、図２１は本発明実施例のブロック図、図２２は演
算処理を示すフローチャートである。

【０１８２】この実施例は、インパクト式ねじ締め機本
体の主軸の回転角を検出し、その検出結果に基づいて、
第５の実施例に示した測定方法により締付け軸力を測定
し、目標とする締付け軸力を実現するように駆動手段へ
供給される動力源を制御するようにした例である。

【０１８３】まず、図２１において、インパクト式ねじ
締め機本体６５は、モータ６８と、該モータ６８の出力
軸６８ａに接続され、該モータ６８の連続的な回転力を
インパクト・トルクに変換するインパクト・トルク発生
器６３と、該インパクト・トルク発生器６３の出力軸す
なわち主軸６４の回転角を検出する回転角検出部６２
と、上記主軸６４に取付けられた締付けソケット（継手
部）６９とからなる。なお、モータ６８は電動モータ、
エア・モータなどのように駆動力を発生するものであれ
ばいずれの形式のものでもよい。

【０１８４】上記のインパクト式ねじ締め機本体６５に
は制御装置６７が接続されている。この制御装置６７
は、上記回転角検出部６２からの信号を回転角信号に変
換する、第５の実施例と同様の回転角信号処理部６７
Ａ、軸力データ・メモリ部６７Ｂおよび軸力演算部（締
結力演算部）６７Ｃのほかに、動力制御部６７Ｄを備え
ている。

【０１８５】次に、本実施例７の具体的な適用例は、図
８に示したような圧縮空気を動力源とするインパクト・
レンチ本体２１として構成することができる。

【０１８６】したがって、図８に示したインパクト・レ
ンチ本体２１において、回転角検出部１２，油圧パルス
発生部１３，主軸１４は、それぞれ、図２１に示すイン
パクト式ねじ締め機本体６５における回転角検出部６
２，インパクト・トルク発生器６３，主軸６４に対応す
るものとなる。

【０１８７】また、インパクト・レンチ本体２１と電気
的に接続された制御装置１７は図２１の制御装置６７に
相当する部分となり、回転角検出部６２から発せられる
信号を入力として回転角信号をつくる回転角信号処理部
６７Ａと、「インパクトによるボルトまたはナットの回
転角と該インパクト直前の締付け軸力との関係について
のテーブル」および「締付け軸力の増加量ΔＦのインパ
クトによるボルトまたはナットの回転角θ_Ｉに対する比
例定数Ｋ_ＡＦと該インパクト直前の締付け軸力Ｆとの関
係についてのテーブル」が記録されている軸力データ・
メモリ部６７Ｂと、軸力演算部６７Ｃと、締付け軸力が
適正範囲にあるか否かを判定して、図８に示すシャット
・オフ・バルブ３９への開閉制御信号を送出する動力制
御部６７Ｄとからなる。

【０１８８】次に、図２２に示すフローチャートに基づ
いて第７の実施例の作用を説明する。

【０１８９】図８に示したインパクト・レンチ本体２１
のバルブ操作レバー３１が引かれることによって給気部
２２から矢印Ａ方向にシャット・オフ・バルブ３９を介
してエア・モータ部２３に送られた圧縮空気により、エ
ア・モータ部２３の回転駆動軸３３が回転し、その回転
力は油圧パルス発生部１３において衝撃的な回転力に変
換され、主軸１４（６４）に伝達されて、ねじ締め作業
が行われる。

【０１９０】まず、ステップＳ４１において目標締結力
ｃＦｃの値を設定した後、ステップＳ４２でインパクト
数のカウンタをリセットする＜カウントｉ＝０＞。

【０１９１】次に、ステップＳ４３では、ねじ締めを開
始する。

【０１９２】ステップＳ４４〜ステップＳ５１におい
て、ステップＳ４５は回転角信号処理部６７Ａにおける
処理内容、ステップＳ５０およびステップＳ５１は動力
制御部６７Ｄにおける処理内容であり、その他は軸力演
算部６７Ｃにおける処理内容である。

【０１９３】また、ステップＳ４４〜ステップＳ５０は
ループを形成しており、インパクトごとに締付け軸力を
求める。

【０１９４】このループにおいて、まず、ステップＳ４
４でカウントｉを１だけ増加させた後、ステップＳ４５
でインパクトごとのナットの回転角θ_Ｉ（ｉ）を計算し
て記憶する。次に、ステップＳ４６では、軸力データ・
メモリ部６７Ｂ記録されている「インパクトによるナッ
トの回転角θ_Ｉと該インパクト直前の締付け軸力Ｆとの
関係についてのテーブル」に基づいてインパクト直前の
締付け軸力Ｆ_{（ｉ−１ ）}を求める。

【０１９５】次いで、ステップＳ４７では、軸力データ
・メモリ部６７Ｂに記録されている「締付け軸力の増加
量ΔＦのインパクトによるナットの回転角θ_Ｉに対する
比例定数Ｋ_ＡＦと該インパクト直前の締付け軸力Ｆとの
関係についてのテーブル」に基づいて比例定数Ｋ
_{ＡＦ（ｉ）}を求める。ただし、

【０１９６】

【数式２９】 次に、ステップＳ４８では、インパクトによる締付け軸
力の増加量ΔＦ_（ｉ）を求める。ただし、

【０１９７】

【数式３０】 次いで、ステップＳ４９では、インパクト後の締付け軸
力Ｆ_（ｉ）を求める。ただし、

【０１９８】

【数式３１】 次に、ステップＳ５０では、締付け軸力Ｆ_（ｉ）が目標
締付け軸力ｃＦｃ以上か否かを判断し、ＮＯであれば、
ステップＳ４４に戻ってステップＳ５０までを繰返す。

【０１９９】一方、ステップＳ５０でＹＥＳになると、
ステップＳ５１に進み、カット・オフ命令が出される。
これによって圧縮空気のバルブが閉じられる。

【０２００】次に、ステップＳ５２では、終了するか否
かを判断し、ＹＥＳであればそのまま終了し、ＮＯであ
ればステップＳ４２に戻って次のねじ締めを行う。

【０２０１】これにより、図１７と同様の結果が得られ
る。

【０２０２】上記のように、本実施例においては、イン
パクト式ねじ締め機本体６５の主軸６４の回転角を検出
し、その検出結果に基づいて、実施例５に示した測定方
法により締付け軸力を測定し、目標とする締付け軸力を
実現するように駆動手段へ供給される動力源を制御する
ようにしているため、インパクトねじ締めの際にボルト
に発生する締付け軸力をインパクトごとに精度良く測定
することができるので、目標とする締結力まで精密にね
じ締めを行うことができる。

【０２０３】実施例８ 次に、図２３および図２４は、本発明の第８の実施例で
あり、図２３は本発明のブロック図、図２４は演算処理
を示すフローチャートである。

【０２０４】この実施例は、インパクト式ねじ締め機本
体の主軸の回転角を検出し、その検出結果に基づいて、
実施例６に示した測定方法により締付け軸力を測定し、
目標とする締付け軸力を実現するように駆動手段へ供給
される動力源を制御するようにした例である。

【０２０５】まず、図２３において、インパクト式ねじ
締め機本体６５は、本発明の第７の実施例と同様の構成
となっている。また、上記のインパクト式ねじ締め機本
体６５には制御装置６７が接続されている。この制御装
置６７は、上記回転角検出部６２からの信号を回転角信
号に変換する、第５の実施例と同様の回転角信号処理部
６７Ａ、第６の実施例と同様の軸力データ・メモリ部６
７Ｂおよび軸力演算部（締結力演算部）６７Ｃのほか
に、動力制御部６７Ｄを備えている。

【０２０６】次に、図２４に示すフローチャートに基づ
いて第８の実施例の作用を説明する。

【０２０７】まず、ステップＳ６１において目標締結力
ｃＦｃの値を、またステップＳ６２およびステップＳ６
３において軸力計算開始判定しきい値回転角ｓθ_ＩＣお
よび締付け軸力の増加量ΔＦ_（ｉ）のインパクトによる
ナットの回転角θ_Ｉ（ｉ）に対する比例定数Ｋ_ＡＦを、
それぞれ設定した後、ステップＳ６４でインパクト数の
カウンタをリセットする＜カウントｉ＝０＞。

【０２０８】次に、ステップＳ６５では、ねじ締めを開
始する。

【０２０９】ステップＳ６６〜ステップＳ７７におい
て、ステップＳ６７およびステップＳ７４は回転角信号
処理部６７Ａにおける処理内容、ステップＳ７２および
ステップＳ７７は動力制御部６７Ｄにおける処理内容で
あり、その他は軸力演算部６７Ｃにおける処理内容であ
る。

【０２１０】また、ステップＳ６６〜ステップＳ６８は
ループを形成しており、インパクトごとに軸力計算開始
判定を行う。

【０２１１】このループにおいて、まず、ステップＳ６
６でカウントｉを１だけ増加させた後、ステップＳ６７
でインパクトごとのナットの回転角θ_Ｉ（ｉ）を計算し
て記憶する。次に、ステップＳ６８では、インパクトご
とのナットの回転角θ_{Ｉ（ｉ ）}が軸力計算開始判定しき
い値回転角ｓθ_ＩＣ以下か否かを判断し、ＮＯであれ
ば、ステップＳ６６に戻ってステップＳ６８までを繰返
す。

【０２１２】一方、ステップＳ６８でＹＥＳになると、
ステップＳ６９に進み、軸力データ・メモリ部６７Ｂに
記録されている「インパクトによるナットの回転角θ_Ｉ
と該インパクト直前の締付け軸力Ｆとの関係についての
テーブル」に基づいてインパクト直後の締付け軸力Ｆ
_{（ｉ−１）}を求める。

【０２１３】次に、ステップＳ７０では、インパクトに
よる締付け軸力の増加量ΔＦ_（ｉ）を求める。ただし、

【０２１４】

【数式３２】 次に、ステップＳ７１では、インパクト後の締付け軸力
Ｆ_（ｉ）を求める。ただし、

【０２１５】

【数式３３】 次に、ステップＳ７２では、締付け軸力Ｆ_（ｉ）が目標
締付け軸力ｃＦｃ以上か否かを判断し、ＮＯであれば、
ステップＳ７３〜ステップＳ７６およびステップＳ７２
よりなるループに進み、インパクトごとに締付け軸力を
求めてステップＳ７０に戻る。

【０２１６】このループにおいて、まず、ステップＳ７
３でカウントｉを１だけ増加させた後、ステップＳ７４
でインパクトごとのナットの回転角θ_Ｉ（ｉ）を計算し
て記憶する。

【０２１７】次に、ステップＳ７５では、インパクトに
よる締付け軸力の増加量ΔＦ_（ｉ）を求める。ただし、

【０２１８】

【数式３４】 次いで、ステップＳ７６では、インパクト後の締付け軸
力Ｆ_（ｉ）を求める。ただし、

【０２１９】

【数式３５】 この後、ステップＳ７２に戻り、再び締付け軸力Ｆ
_（ｉ）が目標締付け軸力ｃＦｃ以上か否かを判断する。

【０２２０】一方、ステップＳ７２でＹＥＳになると、
ステップＳ７７に進み、カット・オフ命令が出される。
これによって圧縮空気のバルブが閉じられる。

【０２２１】次に、ステップＳ７８では、終了するか否
かを判断し、ＹＥＳであればそのまま終了し、ＮＯであ
ればステップＳ６４に戻って次のねじ締めを行う。

【０２２２】これにより、図２０と同様の結果が得られ
る。

【０２２３】上記のように、本実施例においては、イン
パクト式ねじ締め機本体６５の主軸６４の回転角を検出
し、その検出結果に基づいて、実施例６に示した測定方
法により締付け軸力を測定し、目標とする締付け軸力を
実現するように駆動手段へ供給される動力源を制御する
ようにしているため、特に目標締付け軸力が含まれる領
域において、インパクトねじ締めの際にボルトに発生す
る締付け軸力をインパクトごとに精度良く測定すること
ができるので、目標とする締結力まで精密にねじ締めを
行うことができる。

【０２２４】

【発明の効果】本発明に係わるボルト・ナット締結にお
ける締付け軸力の測定方法は、請求項１に記載している
ように、インパクト式ねじ締め装置の出力軸、または該
出力軸に発生するパルス状のトルクを締結部のボルトま
たはナットに伝えるソケット部分に回転角検出器を取付
けてインパクトごとのボルトまたはナットの回転角を検
出し、予め求めてある「インパクトによるボルトまたは
ナットの回転角と締付け軸力との関係」に基づいてイン
パクトごとに締付け軸力を求めるようにしたから、締結
の進行に伴って被締結体のみかけの剛性が変化する場合
であっても、締付け軸力を従来技術以上に高精度で測定
することができるようになり、目標とする締結力まで精
密にねじ締めを行うことが可能になるという著しく優れ
た効果がもたらされる。

【０２２５】そして、請求項２に記載しているように、
インパクトごとのボルトまたはナットの回転角を検出
し、予め求めてある「インパクトによるボルトまたはナ
ットの回転角と該インパクト後の締付け軸力との関係」
に基づいてインパクトごとに締付け軸力を求めるように
なすことによって、締付け軸力を精度良く測定すること
が可能になるという著しく優れた効果がもたらされる。

【０２２６】また、請求項３に記載しているように、イ
ンパクトごとのボルトまたはナットの回転角が「軸力計
算開始判定しきい値回転角」以下の値となった時点にお
ける締付け軸力を、予め求めてある「インパクトによる
ボルトまたはナットの回転角と該インパクト後の締付け
軸力との関係」に基づいて求め、以降はインパクトごと
のボルトまたはナットの回転角に相当する締付け軸力の
増加量を順次加算していくことにより、インパクトごと
に締付け軸力を求めるようになすことによって、締付け
軸力の計算開始点における軸力およびそれ以降の軸力を
精度良く測定することが可能になるという著しく優れた
効果がもたらされる。

【０２２７】さらに、請求項４に記載しているように、
被締結体のみかけの剛性が締結の進行に伴って変化し、
かつ、この締結の進行プロセスを前記被締結体のみかけ
の剛性が一定と見なすことのできる複数個の領域に分割
できる場合に、目標の締付け軸力が含まれる領域まで締
結が進行した時点で締付け軸力の計算を開始するよう
に、「軸力計算開始判定しきい値回転角」を設定するよ
うになすことによって、特に目標の締付け軸力が含まれ
る領域において締付け軸力を高精度で測定することが可
能になるという著しく優れた効果がもたらされる。

【０２２８】そしてさらに、請求項５に記載しているよ
うに、インパクトごとのボルトまたはナットの回転角を
検出し、予め求めてある「インパクトによるボルトまた
はナットの回転角と該インパクト直前の締付け軸力との
関係」に基づいて求めた該インパクト直前の締付け軸力
に、該インパクトにおけるボルトまたはナットの回転角
に相当する締付け軸力の増加量を加算することにより、
インパクトごとに締付け軸力を求めるようになすことに
よって、締付け軸力を精度良く測定することが可能にな
るという著しく優れた効果がもたらされる。

【０２２９】また、請求項６に記載しているように、イ
ンパクトごとのボルトまたはナットの回転角が「軸力計
算開始判定しきい値回転角」以下の値となった時点にお
ける締付け軸力を、予め求めてある「インパクトによる
ボルトまたはナットの回転角と該インパクト直前の締付
け軸力との関係」に基づいて求めた該インパクト直前の
締付け軸力に、該インパクトにおけるボルトまたはナッ
トの回転角に相当する締付け軸力の増加量を加算して求
め、以降はインパクトごとのボルトまたはナットの回転
角に相当する締付け軸力の増加量を順次加算していくこ
とにより、インパクトごとに締付け軸力を求めるように
なすことによって、締め付け軸力の計算開始点における
軸力およびそれ以降の軸力を精度良く測定することが可
能になるという著しく優れた効果がもたらされる。

【０２３０】さらに、請求項７に記載しているように、
被締結体のみかけの剛性が締結の進行に伴って変化し、
かつ、この締結の進行プロセスを前記被締結体のみかけ
の剛性が一定と見なすことのできる複数個の領域に分割
できる場合に、目標の締付け軸力が含まれる領域まで締
結が進行した時点で締付け軸力の計算を開始するよう
に、「軸力計算開始判定しきい値回転角」を設定するよ
うになすことによって、特に目標の締付け軸力が含まれ
る領域において締付け軸力を高精度で測定することが可
能になるという著しく優れた効果がもたらされる。

【０２３１】さらにまた、本発明に係わるインパクト式
ねじ締め装置は、請求項８に記載しているように、駆動
出力にパルス成分を有する駆動手段と、一端にねじとの
継手部を有しかつ前記駆動手段により駆動されてねじを
締付ける主軸と、前記主軸の回転角を検出する回転角検
出手段をそなえるインパクト式ねじ締め機本体と、前記
回転角検出手段の検出結果に基づいて請求項２または５
に記載の測定方法により締付け軸力を測定する演算手
段、を具備した構成としており、インパクト式ねじ締め
機本体の主軸の回転角を検出し、その検出結果に基づい
て、請求項２または５に記載の測定方法により締付け軸
力を演算手段によって測定するようにしているので、イ
ンパクトねじ締めの際にボルトに発生する締付け軸力を
インパクトごとに精度良く測定することが可能であると
いう著しく優れた効果がもたらされる。

【０２３２】また、請求項９に記載に記載しているよう
に、請求項８に記載のインパクト式ねじ締め装置におい
て、目標とする締付け軸力を実現するように駆動手段へ
供給される動力源を制御する制御手段を備えたものとす
ることによって、締付け軸力をインパクトごとに精度良
く測定しながら、目標とする締結力まで精密にねじ締め
を行うことが可能になるという著しく優れた効果がもた
らされる。

【０２３３】さらに、請求項１０に記載しているよう
に、インパクト式ねじ締め機本体の主軸の回転角を検出
し、その検出結果に基づいて、請求項３，４または請求
項６，７のいずれかに記載の測定方法により締付け軸力
を測定するようになすことによって、被締結体のみかけ
の剛性が締結の進行に伴って変化し、かつ、この締結の
進行プロセスを前記被締結体のみかけの剛性が一定と見
なすことのできる複数個の領域に分割できる場合に、特
に目標締付け軸力が含まれる領域において締付け軸力を
インパクトごとに精度良く測定することが可能になると
いう著しく優れた効果がもたらされる。

【０２３４】さらにまた、請求項１１に記載しているよ
うに、請求項１０に記載のインパクト式ねじ締め装置に
おいて、目標とする締付け軸力を実現するように駆動手
段へ供給される動力源を制御するようになすことによっ
て、特に目標締付け軸力が含まれる領域において締付け
軸力をインパクトごとに精度良く測定しながら、目標と
する締結力まで精密にねじ締めを行うことが可能になる
という著しく優れた効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のブロック図である。

【図２】第１の実施例の軸力データ・メモリ部７Ｂに記
録されている「インパクトによるボルトまたはナットの
回転角と該インパクト後の締付け軸力との関係ついての
テーブル」の一例を示す説明図である。

【図３】第１の実施例と比較例（先行例）との軸力測定
精度についての比較特性図である。

【図４】本発明の第２の実施例のブロック図である。

【図５】第２の実施例の軸力データ・メモリ部７Ｂに記
録されている「インパクトによるボルトまたはナットの
回転角と該インパクト後の締付け軸力との関係について
のテーブル」の一例を示す説明図である。

【図６】第２の実施例と比較例（先行例）との軸力測定
精度についての比較特性図である。

【図７】本発明の第３の実施例のブロック図である。

【図８】圧縮空気を動力源とするインパクト・レンチと
して構成した場合の断面図である。

【図９】第３の実施例における演算処理を示すフローチ
ャートである。

【図１０】本発明の第４の実施例のブロック図である。

【図１１】第４の実施例における演算処理を示すフロー
チャートである。

【図１２】ボルトに発生する締付け軸力およびインパク
トごとのナットの回転角とナットの着座以降の回転角と
の関係についての模式的な説明図である。

【図１３】ブッシュ・ブラケット・タイプの締結部位の
構成について例示する説明図である。

【図１４】本発明の第５の実施例のブロック図である。

【図１５】第５の実施例の軸力データ・メモリ部５７Ｂ
に記録されている「インパクトによるボルトまたはナッ
トの回転角と該インパクト直前の締付け軸力との関係に
ついてのテーブル」の一例を示す説明図である。

【図１６】第５の実施例の軸力データ・メモリ部５７Ｂ
に記録されている「締付け軸力の増加量のインパクトに
よるナットの回転角に対する比例定数と該インパクト直
前の締付け軸力との関係についてのテーブル」の一例を
示す説明図である。

【図１７】第５の実施例と比較例（先行例）との軸力測
定精度についての比較特性図である。

【図１８】本発明の第６の実施例のブロック図である。

【図１９】第６の実施例の軸力データ・メモリ部５７Ｂ
に記録されている「インパクトによるボルトまたはナッ
トの回転角と該インパクト直前の締付け軸力との関係に
ついてのテーブル」の一例を示す説明図である。

【図２０】第６の実施例と比較例（先行例）との軸力測
定精度についての比較特性図である。

【図２１】本発明の第７の実施例のブロック図である。

【図２２】第７の実施例における演算処理を示すフロー
チャートである。

【図２３】本発明の第８の実施例のブロック図である。

【図２４】第８の実施例における演算処理を示すフロー
チャートである。

【図２５】先行例における軸力測定の全体構成を示すブ
ロック図である。

【図２６】先行例の回転角検出器１０１の構成を示す断
面図である。

【図２７】先行例の軸力データ・メモリ部１１０Ｂに記
録されている「ボルトまたはナットの着座以降の回転角
と締付け軸力との関係についてのテーブル」の一例を示
す説明図である。

【図２８】先行例における演算処理を示すフローチャー
トの一部である。

【図２９】先行例における演算処理を示すフローチャー
トの図２８に続く他の一部である。

【図３０】「ボルトまたはナットの着座以降の回転角と
締付け軸力との関係についてのテーブル」の補正方法に
ついての説明図である。

【符号の説明】

１，５１ インパクト式ねじ締め装置 ２，１２，５２，６２ 回転角検出器（回転角検出部） ３，１３，５３，６３ インパクト・トルク検出器（油
圧パルス発生部） ４，１４，５４，６４ 出力軸（主軸） ５，１５，５５，６５ インパクト式ねじ締め機本体 ６，５６ 締結部 ７，１７，５７，６７ 演算装置（制御装置） ７Ａ，１７Ａ，５７Ａ，６７Ａ 回転角信号処理部 ７Ｂ，１７Ｂ，５７Ｂ，６７Ｂ 軸力データ・メモリ部 ７Ｃ，１７Ｃ，５７Ｃ，６７Ｃ 軸力演算部（締結力演
算部） １７Ｄ，６７Ｄ 動力制御部 １８，６８ モータ １９，６９ 締付けソケット（継手部）

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インパクト式ねじ締め装置の出力軸、ま
   たは該出力軸に発生するパルス状のトルクを締結部のボ
   ルトまたはナットに伝えるソケット部分に回転角検出器
   を取付けてインパクトごとのボルトまたはナットの回転
   角を検出し、予め求めてある「インパクトによるボルト
   またはナットの回転角と締付け軸力との関係」に基づい
   てインパクトごとに締付け軸力を求めることを特徴とす
   る、インパクト式ねじ締め装置を用いるボルト・ナット
   締結における締付け軸力の測定方法。
2. 【請求項２】 インパクト式ねじ締め装置の出力軸、ま
   たは該出力軸に発生するパルス状のトルクを締結部のボ
   ルトまたはナットに伝えるソケット部分に回転角検出器
   を取付けてインパクトごとのボルトまたはナットの回転
   角を検出し、予め求めてある「インパクトによるボルト
   またはナットの回転角と該インパクト後の締付け軸力と
   の関係」に基づいてインパクトごとに締付け軸力を求め
   ることを特徴とする、請求項１に記載のインパクト式ね
   じ締め装置を用いるボルト・ナット締結における締付け
   軸力の測定方法。
3. 【請求項３】 インパクト式ねじ締め装置の出力軸、ま
   たは該出力軸に発生するパルス状のトルクを締結部のボ
   ルトまたはナットに伝えるソケット部分に回転角検出器
   を取付けてインパクトごとのボルトまたはナットの回転
   角を検出し、インパクトごとのボルトまたはナットの回
   転角が「軸力計算開始判定しきい値回転角」以下の値と
   なった時点における締付け軸力を、予め求めてある「イ
   ンパクトによるボルトまたはナットの回転角と該インパ
   クト後の締付け軸力との関係」に基づいて求め、以降は
   インパクトごとのボルトまたはナットの回転角に相当す
   る締付け軸力の増加量を順次加算していくことにより、
   インパクトごとに締付け軸力を求めることを特徴とす
   る、請求項２に記載のインパクト式ねじ締め装置を用い
   るボルト・ナット締結における締付け軸力の測定方法。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の締付け軸力の測定方法
   において、インパクトごとのボルトまたはナットの回転
   角と締付け軸力の増加量との比例定数、すなわち、被締
   結体のみかけの剛性、が締結の進行に伴って変化し、か
   つ、この締結の進行プロセスを前記被締結体のみかけの
   剛性が一定と見なすことのできる複数個の領域に分割で
   きる場合に、目標の締付け軸力が含まれる領域まで締結
   が進行した時点で締付け軸力の計算を開始するように、
   「軸力計算開始判定しきい値回転角」を設定することを
   特徴とする、請求項３に記載のインパクト式ねじ締め装
   置を用いるボルト・ナット締結における締付け軸力の測
   定方法。
5. 【請求項５】 インパクト式ねじ締め装置の出力軸、ま
   たは該出力軸に発生するパルス状のトルクを締結部のボ
   ルトまたはナットに伝えるソケット部分に回転角検出器
   を取付けてインパクトごとのボルトまたはナットの回転
   角を検出し、予め求めてある「インパクトによるボルト
   またはナットの回転角と該インパクト直前の締付け軸力
   との関係」に基づいて求めた該インパクト直前の締付け
   軸力に、該インパクトにおけるボルトまたはナットの回
   転角に相当する締付け軸力の増加量を加算することによ
   り、インパクトごとに締付け軸力を求めることを特徴と
   する、請求項１に記載のインパクト式ねじ締め装置を用
   いるボルト・ナット締結における締付け軸力の測定方
   法。
6. 【請求項６】 インパクト式ねじ締め装置の出力軸、ま
   たは該出力軸に発生するパルス状のトルクを締結部のボ
   ルトまたはナットに伝えるソケット部分に回転角検出器
   を取付けてインパクトごとのボルトまたはナットの回転
   角を検出し、インパクトごとのボルトまたはナットの回
   転角が「軸力計算開始判定しきい値回転角」以下の値と
   なった時点における締付け軸力を、予め求めてある「イ
   ンパクトによるボルトまたはナットの回転角と該インパ
   クト直前の締付け軸力との関係」に基づいて求めた該イ
   ンパクト直前の締付け軸力に、該インパクトにおけるボ
   ルトまたはナットの回転角に相当する締付け軸力の増加
   量を加算して求め、以降はインパクトごとのボルトまた
   はナットの回転角に相当する締付け軸力の増加量を順次
   加算していくことにより、インパクトごとに締付け軸力
   を求めることを特徴とする、請求項５に記載のインパク
   ト式ねじ締め装置を用いるボルト・ナット締結における
   締付け軸力の測定方法。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の締付け軸力の測定方法
   において、インパクトごとのボルトまたはナットの回転
   角と締付け軸力の増加量との比例定数、すなわち、被締
   結体のみかけの剛性、が締結の進行に伴って変化し、か
   つ、この締結の進行プロセスを前記被締結体のみかけの
   剛性が一定と見なすことのできる複数個の領域に分割で
   きる場合に、目標の締付け軸力が含まれる領域まで締結
   が進行した時点で締付け軸力の計算を開始するように、
   「軸力計算開始判定しきい値回転角」を設定することを
   特徴とする、請求項６に記載のインパクト式ねじ締め装
   置を用いるボルト・ナット締結における締付け軸力の測
   定方法。
8. 【請求項８】 駆動出力にパルス成分を有する駆動手段
   と、一端にねじとの継手部を有しかつ前記駆動手段によ
   り駆動されてねじを締付ける主軸と、前記主軸の回転角
   を検出する回転角検出手段をそなえるインパクト式ねじ
   締め機本体と、 前記回転角検出手段の検出結果に基づいて請求項２また
   は５に記載の測定方法により締付け軸力を測定する演算
   手段、 を具備したことを特徴とするインパクト式ねじ締め装
   置。
9. 【請求項９】 請求項８に記載のインパクト式ねじ締め
   装置において、目標とする締付け軸力を実現するべく前
   記駆動手段に供給される動力源を制御する制御手段を備
   えたことを特徴とするインパクト式ねじ締め装置。
10. 【請求項１０】 駆動出力にパルス成分を有する駆動手
    段と、一端にねじとの継手部を有しかつ前記駆動手段に
    より駆動されてねじを締付ける主軸と、前記主軸の回転
    角を検出する回転角検出手段をそなえるインパクト式ね
    じ締め機本体と、 前記回転角検出手段の検出結果に基づいて請求項３，４
    または請求項６，７のいずれかに記載の測定方法により
    締付け軸力を測定する演算手段、 を具備したことを特徴とするインパクト式ねじ締め装
    置。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載のインパクト式ねじ
    締め装置において、目標とする締付け軸力を実現するべ
    く前記駆動手段に供給される動力源を制御する制御手段
    を備えたことを特徴とするインパクト式ねじ締め装置。