JPS587430B2 - 締着部材閉締付装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は締着部材を締付ける方法およびシステムに関し
、特に該締着部材を所要の軸線方向負荷が生じるまで締
付けるための方法およびシステムに関する。

機械的締着システムによって装着される構造継手を設計
する場合には、該継手の完全な状態を確実にするために
構造部材上に所要の締着力すなわち負荷を加えるような
締着部材を使用するのが普通である。

したがって継手を組立てる時には締着部材を締付け、関
連する構造部材上に所定の軸線方向負荷が生じるように
なすことが望ましい。

しかしながら関連構造部材上に所定の負荷を加えるため
にナットおよびボルトの如きねじ付き締着部材を締付け
る在来の締付け技術は満足すべきものではない。

たとえば最も正確な締付け技術はボルトを締付ける時に
該ボルトの軸線方向ひずみすなわち伸びを測定する段階
と、前もって計算された応力−ひずみ関係によって前記
伸びをボルトに働らく応力すなわち軸線方向負荷に関係
付ける段階とを有している。

最も正確なかつ実際的な用途においては普通ボルトの伸
びを測定することはできず、この伸びを測定し得るとし
てもこれは時間を要するかつ比較的高価な作業となる。

したがってこの技術は研究所の実験以外はその用途は比
較的少ない。

他の周知の締付け技術および多くの継手組立作業に最も
普通に使用される技術においてはトルクを制御し得る工
具が使用され、すなわち締着部材に加えられるトルクが
所定のトルクに等しくなりまたはこの所定のトルクを超
過した時にはこれを表示し、かつこれに応答して締着部
材の締付けを停止するようになった工具が使用される。

トルクの測定は比較的容易であり、かつこのトルクは締
着部材内に発生して構造部材に働らく軸線方向の力に関
連しているから、前記所定のトルクは継手に対して指定
された所要の締着負荷に対応して理論的に選択すること
ができる。

しかしながら組立ライン作業においてねじ付き締着部材
を締付ける時には、実際にはトルク−負荷関係に大きな
変動が生じる。

このような変動は種々の要因、たとえば締着部材および
構造部材の寸法および強度に対する許容公差の変動、締
着部材および（または）構造部材の相手面における潤滑
剤の存在または欠除等の如き要因に基ずくもので、これ
ら要因はさらに継手の相手面間の摩擦係数を著しく変動
させる。

実際上特定の用途に使用されるボルトの場合はその上に
働らく軸線方向負荷は同じトルクの大きさに対して±３
０％の変化がある。

したがって前記トルク制御技術はあまり正確ではない。

したがって本発明の目的は締着部材を所要の軸線方向負
荷が生じるまで締付けるための締付け方法およびシステ
ムを供することである。

本発明の他の目的は締着部材を所要の軸線方向負荷が生
じるまで締付けるための締付け方法およびシステムにお
いて、締付けんとするある型の締着部材の全体的な所定
の特性関係を使用し、しかも特定の締着部材に対する特
定の所定関係を使用することなく締付けを行い得るよう
になった締付け方法およびシステムを供することである
。

本発明の他の目的は締着部材の降伏点における締付け入
力特性を測定することにより、該締着部材を所要の軸線
方向負荷が生じるまで締付けるための締付け方法および
システムを供することである。

本発明のなお他の目的は締着部材を所要の軸線方向負荷
が生じるまで締付けるために締付け方法およびシステム
において信頼性の大なるかつ経済高な、しかも精度の高
い方法およびシステムを供することである。

本発明の前記目的および他の目的は継手部材内の締着部
材を回転させるトルクを加えることにより、該締着部材
を降伏点に達するまで締付け、なるべく前記締着部材を
締付ける時にプロットし得るトルク一回転曲線の入力特
性の一つを測定し、かつ降伏点における前記測定された
特性の大きさを決定し、該降伏点における締着部材上の
軸線方向負荷を決定し得るようになすことによって達成
される。

次に継手組立体内に所要の負荷を発生させるに要する前
記測定された特性の大きさを決定し、かつ前記測定され
た入力特性を再び測定しつつある間に前記締着部材に再
びトルクを加え、前記測定された特性が所要負荷を発生
させるに要する入力と実質的に等しくなった時に前記ト
ルクの適用を中止する。

前記締付けシステムは前記締着部材にトルクを加え該締
着部材を回転させることによってこの締付部材をその降
伏点に達するまで締付けるレンチと、前記締着部材が締
付けられつつある間に入力特性、なるべくはトルク一回
転曲線の一つを測定し、かつ該特性を表わす信号を発生
するようになった装置とを有している。

なお前記締着部材がその降伏点に達した時を決定し、か
つレンチを停止させる作動信号を発生する装置と、降伏
点における前記測定された入力特性に応答し、締付けら
れつつある特定締着部材の降伏点における軸線方向負荷
を決定する作動装置とが設けられている。

さらに前記軸線方向負荷を表わす信号に応答し、前記締
着部材内に所要の軸線方向負荷を発生させるに要する前
記測定された入力特性の大きさを決定し、かつこれを表
わす信号を記憶するようになった装置が設けられている
。

次に再び前記入力特性を測定しかつこれを表わす信号を
発生しつつある間に前記レンチを作動して再び締着部材
にトルクを加える。

このトルクを再び加えつつある間に発生される信号は前
記記憶された信号と比較され、これら比較された信号が
実質的に等しければ制御信号が発生され、この信号は再
びレンチを停止させるために使用される。

さらに詳述すれば前記好適な方法およびシステムによれ
ば締付けんとする締着部材のトルクまたは角回転が測定
され、かつこの測定値が締付けんとする一般型の締着部
材に対する負荷と測定された特性との間のある関係を表
わす曲線と共に使用される。

この関係はもちろん前もって定められており、かつ前記
システムにおいては記憶装置内に記憶され、この記憶装
置が降伏点において走査されて前記対応する測定特性に
おける前記締着部材上の軸線方向負荷を決定するように
なっている。

次に添付図面によって本発明の実施例を説明する。

第１図はねじ付き締着部材を締付ける場合の典型的なト
ルク一回転曲線を示すもので、トルクは垂直軸線に沿っ
てプロットされ、かつ角度的変位すなわち回転は水平軸
線に沿ってプロットされている。

前記曲線はトルク軸線と回転軸線との交点から点Ａに延
びる初期区域すなわち予備締付け区域を有している。

この予備締付け区域においては締着部材組立体の補合ね
じが係合しかつ締着部材の一つが回転せしめられるが、
回転締着部材の支承面はまだ継手内の構造部材の隣接面
とは接触していない。

曲線上の点Ａにおいては構造部材が締着部材組立体によ
って相互に引寄せられ、かつ継手の実際の締付けがはじ
まる。

工業技術においては点Ａにおけるトルクは普通“スナッ
グ”トルクと称される。

曲線の点Ａから点Ｂに延びる締付け区域においては締着
部材内に軸線方向の力が発生し、この力は締着力として
構造部材に加えられる。

この区域においては曲線は全体的に線形である。

点Ｂにおいては継手組立体の比例限度を超過し、かつ締
着部材の回転はトルクより大なる速度で増加しはじめる
。

本願の目的に対しては点Ｂは降伏区域の開始点と考えら
れるが、点Ｂを越えてもなお継手組立体には負荷が誘発
され、しかもこの負荷は非線形速度で増加することが分
かる。

点Ｃは継手組立体の降伏点に相当し、かつ降伏点の定義
が幾分変るとしても、この点を越えたボルトのひずみす
なわち伸びがもはや完全に弾性的なものでなくなる点と
考えるべきである。

第２図は軸線方向負荷およびねじり負荷を同時に受ける
特定の型の締着部材に対する降伏点を表わす曲線Ｄであ
り、軸線方向負荷は垂直軸線に沿ってプロットされ、か
つトルクは水平軸線に沿ってプロットされている。

曲線Ｄは実際には無数の降伏点よりなるものであるが、
図には締着部材に加えられた軸線方向負荷およびねじり
負荷のいくつかの組合わせによって測定された三つの点
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が示されている。

締着部材に対しては該締着部材とその相手面との間の摩
擦係数すなわち摩擦特性によって軸線方向負荷およびね
じり負荷の種々の組合わせが測定された。

摩擦がない場合、すなわち軸線方向負荷だけの場合は降
伏点は曲線Ｄ上の点Ｃａに対応し、摩擦係数が無限大の
場合、すなわちねじり負荷だけの場合は降伏点は曲線Ｄ
上の点Ｃ１に対応する。

したがってそれぞれ負荷−トルク曲線Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３
上の降伏点に対応する降伏点Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は異なる
摩擦特性の締着部材に対する負荷−トルク関係を表わす
。

曲線Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３は降伏点に対しては線形であり、
かつ第２図によって明らかな如く、締着部材の締付けに
対して負荷−トルク関係を利用する時に経験する変動は
摩擦特性の変動に起因するものである。

本発明の作動原理の一つによれば、任意の特定の締着部
材に対して実際的に摩擦特性を測定することができ、し
たがって正確な負荷−トルク関係すなわち曲線Ｆ１、Ｆ
２、Ｆ３をプロットすることができる。

さらに第２図によって明らかな如く、点ＣＸから点Ｃｔ
に延びる曲線Ｄの一部分は全体が放物線を呈しており、
該部分におけるトルクの各値は二つの異なる負荷値に対
応している。

しかしながら実際にはこの曲線部分は実際に経験される
よりは相当大きな摩擦特性に対する降伏点を表わすもの
であり、本発明の目的に対しては無視することができる
。

締着部材を締付けている間にトルク軸線上に投影点Ｃｔ
より大なるトルク値が生じれば、継手組立体内に重大な
欠陥が存在し、したがって締着部材の締付けを中止すべ
きであることを表わす。

第３図は本発明の好適な方法によって締着部材を締付け
る時の締付けサイクルを負荷−トルク曲線で表わしたも
のである。

締着部材内に誘発された曲線方向負荷は垂直軸線に沿っ
てプロットさヘかつトルクは水平軸線に沿ってプロット
されている。

締着部材に加えられる締付けトルクは負荷およびトルク
軸線の交点の右側に示され、かつ締着部材に加えられる
弛めトルクは負荷およびトルク軸線の左側に示されてい
る。

トルクは締着部材に加えられかつ締着部材が締付けられ
る時に測定される。

締着部材の降伏点（第３図のＣｎ）においてトルクの適
用を中止し、かつこの降伏点において加えられたトルク
が記録される。

このようにしてトルクは既知となったから、今締付けら
れた型の締着部材に対する降伏点における軸線方向負荷
およびねじり負荷の所定の関係、すなわち第２図に示さ
れた曲線Ｄと同様な曲線を参照し、前記降伏点において
締着部材内に発生した負荷および該締着部材に対する正
確な摩擦特性を決定することができる。

たとえば降伏点において締着部材に加えられたトルクが
第２図に示された曲線Ｄの水平軸上に位置しておけば、
曲線Ｄ上の対応する点は垂直軸線上の対応する点と同様
に位置決めすることができ、この点は締着部材に加えら
れる軸線負荷を表わす。

なお曲線Ｄ上の特定の点を知ることにより、締付けんと
する特定継手に対する摩擦特性を知ることができ、次の
式を解くことによって決定することができる。

Ｆ＝（Ｔｙ）／（ＬｙＤ） 式中Ｆは特定継手の摩擦特性を表わし、この値は実際に
は締着部材および継手相手面間の種々の摩擦係数と、該
継手のある種の寸法特性との組合わせであり、Ｔｙは降
伏点におけるトルクを表わし、Ｌｙは降伏点における軸
線方向負荷を表わし、かつＤは締付けられる締着部材の
基準直径を表わす。

これう既知の特性から、締着部材内に所要の軸線方向負
荷を発生させるために必要なトルクを決定することがで
きる。

所要の軸線方向負荷を発生させるに必要なトルクを決定
するための一つの技術によれば、簡単な式を次のように
して解くことができる。

Ｔｄ＝Ｌｄ・ＦＤ 前記式においてＬｄは締着部材内に発生せしむべき所要
の軸線方向負荷、Ｔｄは締着部材内に所要の軸線方向負
荷を発生させるために必要なトルク、Ｆは継手の摩擦特
性、かつＤは締付けんとする締着部材の基準直径を表わ
す。

ＬｄおよびＤは予じめ定めされた値であるから、前述の
如くＦを決定すればこの式をＴｄに対して解くことがで
きる。

締着部材内に所要の負荷を発生させるに必要なトルクを
決定するための別の技術においては、第２図の曲線Ｆ１
、Ｆ２、Ｆ３に示されているような、降伏点に至るまで
の負荷およびトルク間の実質的に線形の関係が使用され
る。

これらの曲線によれば次の関係の成立つことは明らかで
ある。

（Ｔｄ）／（Ｌｄ）＝（Ｔｙ）／（Ｌｙ）前記式におい
てＬｄは締着部材内に発生せしむべき所要の軸線方向負
荷、Ｔｄは締着部材内に所要の軸線方向負荷を発生させ
るに要するトルク、Ｌｙは降伏点において締着部材に加
えられる軸線方向負荷、Ｔｙは降伏点において締着部材
に加えられるトルクを表わす。

交差掛算を行えば前記式を次のように書換えることがで
きる。

Ｔｄ＝Ｌｄ（Ｔｙ）／（Ｌｙ） Ｌｄは既知であるから、締着部材を締付ける時にＴｙを
記録すれば、曲線Ｄと同様な曲線からＬｙを決定するこ
とができ、前記式はＴｄに対して解くことができる。

所要の軸線方向負荷を発生させるに必要なトルクを決定
するために前記技術を使用することができるが、このト
ルクが一旦決定されれば締着部材に再びトルクを加える
ことができる。

しかしながらこの追加トルクは締着部材を弛めるように
加えられ、かつこの時加えられる弛めトルクが締着部材
内に所要の負荷を発生させるに要するトルクと実質的に
等しくなった時にトルクの適用を中止する。

この時点において締着部材に働らく負荷は所要の負荷と
ほぼ等しくなる。

第３図において典型的な締付けおよび弛め作業を行う時
の負荷一トルク関係は実線によって示されている。

弛めトルクは締付けトルクと反対の方向に作用するから
、この弛めトルクは負荷軸線の左側にプロットされてい
る。

締着部材を実際に弛めるに要するトルクは該締着部材を
締付けるに要するトルクより小であり、かつ曲線上の点
Ｘによって表わされる如く締着部材を一旦実際に弛めれ
ば、締着部材に加えられる弛めトルクは負荷に対して線
形関係を有するように減少し、最後には締着部材に負荷
もトルクも作用しないようになる。

この点においては曲線は負荷−トルク軸線の交点に達す
る。

点Ｘからその終点に至るまでの間においては弛めトルク
の曲線は締付けトルク曲線とは対応せず、したがって締
着部材を前記技術にしたがって決定されたトルクまで弛
めれば、該締着部材内に所要負荷とほぼ等しい、しかし
ながら正確には等しくない軸線方向負荷を発生させる。

精度を高めるためには締着部材を、継手内に所要の負荷
を発生させるに要するトルクよりわずかに小さなトルク
となるまで弛めるべきであることが判かつており、これ
は曲線上の点ｙによって表わされている。

最終弛めトルクは継手内に所要の負荷を発生させるに要
するトルクより少なくとも約５％小さくなるようにすべ
きである。

次に第３図の点線によって示される如く再び締着部材に
トルクを加え、かつ締付けトルクが締着部材上に所要軸
線方向の負荷を発生させるに要するトルクと等しくなっ
た時に（第３図の締付け曲線上の点ｚ）、トルクの適用
が中止される。

締着部材を再び締付ければ該締着部材を降伏点まで締付
けた時の負荷−トルク関係が再び得られ、したがって本
方法の精度が改良される。

第２Ａ図は同様な継手内における特定の型の締着部材に
対する軸線方向負荷一回転関係を表わす曲線Ｅを示すも
のである。

同じ継手内における特定の型の締着部材に対しては負荷
一回転関係は継手の摩擦特性とは無関係であり、したが
って摩擦特性の如何にかかわらず単一の曲線をプロット
することができる。

しかしながら降伏点は軸線方向負荷およびねじり負荷の
両方によって決定され、かつねじり負荷は締付けんとす
る特定継手の摩擦特性によって決まるものであるから、
降伏点は曲線に沿って変化する。

したがって降伏点は第２Ａ図の曲線上の点Ｇによって表
わされる区域に位置している。

以上のことを念頭に置いて、本発明の方法を測定特性か
回転である場合について説明する。

この方法によれば締着部材にトルクが加えられ、その角
回転が測定される。

締着部材の降伏点においでトルクの適用が中止され、か
つ第２Ａ図に示される如き所定の負荷−角回転関係を使
用し、降伏点における締着部材に対する負荷を決定する
。

軸線方向負荷および回転の実質的に線形の関係を使用す
れば前述の場合と同様な（トルクを使用せずに角回転を
使用する以外は）比率が得られる。

前述の比例式の場合と同様に交差掛算を行うことによっ
て、締着部材に所要の軸線方向負荷を発生させるに必要
な角回転に対する式を求め、かつこれを解くことができ
る。

一旦このような決定がなされれば、締着部材に再びトル
クを加え、実際の角回転が該締着部材内の所要の軸線方
向負荷を発生させるに要する角回転と実質的に等しくな
るまで弛める。

しかしながらトルクを特有の入力として利用する場合の
方法とは異なり、弛め負荷一角回転曲線は一般に締付け
負荷一角回転曲線と対称的であり、締着部材はその中に
所要の負荷を発生させるに必要な角回転まで弛められ、
再びこれを締付ける必要はない。

言うまでもなくこれは入力特性としてトルクを利用する
場合よりも有利である。

しかしながらトルクを測定することが望ましい。

その理由は角回転の測定は該測定を行うための開始点す
なわち零を決定する段階を含みかつある種の翻訳が必要
でありかつ誤差が生じるからである。

所要の軸線方向負荷を発生させるに必要な回転を決定す
るために比例技術を使用すれば前記の如き誤差を最少限
に止めることができるが、締付けサイクルを行う時に小
さな誤差が導入され、得られる結果の精度に影響をおよ
ぼすことがある。

これに反しトルクの場合は翻訳を必要としないからこの
ような問題は生じない。

第４図は本発明による締付けシステム１０を示す。

この締付けシステム１０はレンチ１２を有し、該レンチ
はモーター１４、出力駆動軸１６および駆動ビット１８
よりなっている。

駆動軸１６はモーター１４によって駆動され、駆動ビッ
ト１８と係合する締着部材にトルクを加えこれを回転さ
せるようになっている。

モーターが一つの方向に回転すれば締着部材に締付けト
ルクが加えられ、かつ該モーターが反対方向に回転すれ
ば締着部材に弛めトルクが加えられる。

レンチ１２は任意の普通の型のものとなすことができ、
かつ最も普通の場合は空気駆動式のものとされ、動力流
体の流れは適当な電気作動制御弁２０．２１によって制
御される。

制御弁２０は締付けトルクを加え、かつ制御弁２１は弛
めトルクを加える。

モーター１４はなお電気、液圧または空気圧、液圧ある
いは電気の任意の組合わせによって駆動し得るものと解
すべきである。

レンチの詳細は本発明を理解するためには必ずしも必要
ではないからその詳細な説明は省略する。

モーター１４のハウジングと、レンチを担持する剛直な
枠２２との間には適当な変換器すなわちトルクセル２４
が装架され、締着部材に加えられる瞬時トルクを表わす
変動信号を発生するようになっている。

このトルクセル２４は任意の普通の装着となすことがで
き、かつ図示の実施例においては幾分可撓性の環状部材
よりなり、その外周にひずみ計２５が装着され、レンチ
に働らく反動トルクを測定すると共にこのトルクを表わ
す電気信号を発生するようになっている。

反動トルクはもちろん締着部材に加えられるトルクと実
質的に大きさは等しくかつその方向は反対である。

なるべくモーター１４の内部において駆動軸１６の上に
は該軸と共に回転し得るように適当な符号器２６が装架
され、該符号器は近接検出器２８と共働して締着部材の
増分角度変位、すなわち回転を表わす信号を発生するよ
うになっている。

符号器２６は適当な装置となすことができ、この実施例
においてはその外周に形成された一連の歯を有している
。

近接検出器２８は金属の存在、したがって歯の通過を感
知し、かつ角回転の所定の増分を表わす電気信号を発生
する。

以上トルクおよび回転測定装置の実施例について説明し
たが、本発明に対しては前記の如き結果を得るための種
々の装置を使用し得るものと解すべきである。

制御回路はレンチ１２と作動的に関連し、締着部材の締
付けを制御するようになっており、かつ勾配計算システ
ムを有し、該システムは締付けんとする特定締着部材に
対してプロツトされたトルク−回転曲線の瞬間的勾配す
なわち傾斜を決定しかつこの勾配を表わす電気信号を発
生し得るようになっている。

前記勾配計算システムはシフトレジスタ装置３２よりな
り、該装置には瞬間的トルク信号が送給されかつその出
力は角回転の一定の増分において回転信号によりクロツ
クされている。

したがってシフトレジスタ装置３２の出力はトルク、す
なわち瞬間的回転に先行する所定の回転度数を表わす信
号である。

適当な減算回路の形をなした比較器３４はシフトレジス
タ３２の出力を受入れ、したがってまた瞬間的トルクを
表わす信号を受入れ、かつ差を表わす出力信号を表わす
。

トルク信号は回転の一定増分を引かれたものであるから
、比較器３４の出力信号は締付けんとする締着部材に対
するトルク−回転曲線の瞬間的勾配を表わす。

この点に関しでは、前述の如くトルク−回転曲線は点Ａ
から点Ｂまでは全体的に線形であるが、正確な線形では
なく、さらに継手の相手面の特定個所に潤滑剤がない場
合また潤滑剤が多過ぎるために特定締着部材の曲線に一
時的なスパイクの生じ得ることに注意すべきである。

したがって比較器３４の出力、すなわちもし前記トルク
−回転曲線が前記の点から正確に線形を呈している場合
には一定大きさを有する信号にある程度の変化が生じる
。

前記の如き理由により、勾配計算システムはトルク−回
転曲線に沿った任意の点、すなわち締付けサイクルの任
意の点までに生じる最大勾配を決定しかつこれを記憶す
るための回路を含むものとなすことができる。

実際的に曲線の線形区域内に生じる最大勾配は曲線の該
区域に対する勾配と考えられる。

したがって記憶回路３６が設けられ、該回路は最大勾配
を表わす信号を記憶しかつ瞬間的勾配信号をこの記憶さ
れた最大信号と比較する。

瞬間的勾配信号が記憶された勾配信号より大であれば、
この瞬間的勾配信号か記憶され、次の瞬間的勾配と比較
されるようになる。

記憶回路３６をさらに詳しく知るためにはＪｏｈｎ Ｔ
．Ｂｏｙｓの共願、ＳＰＳ Ｄｏｃｋｅｔ７３６−８１
４、“回転型または線形剛度を決定する装置および方法
”を参照すべきである。

この出願は昭和４８年５月７日付、特願第３５７，９２
０号、“回転型または線形剛度を決定する装置および方
法”の続きをなすものである。

前記共願に記載されている如く、普通の締着部材を締付
ける場合には瞬間的トルク勾配が最大トルク勾配に関係
付けられ、瞬間的トルク勾配が締着部材の降伏点におい
て最大トルク勾配の２５−７５％、なるべくは約５０％
となるようにされる。

比較器回路３８を使用することにより比較器３４からの
瞬間的勾配信号は記憶回路３６からの最大勾配信号と比
較され、かつこの瞬間的勾配信号が最大勾配信号より小
さければ、比較器回路３８は降伏点まで締付けられた締
着部材組立体を表わす検出信号を発生する。

比較器３８から出た検出信号は制御弁２０に送給され、
したがって該弁は閉じて工具を停止させる。

制御弁２０の閉鎖と同時に、前記検出信号がスイッチ装
置４２を閉じ、トルクセル２４からの信号、すなわち降
伏点において締着部材に加えられる瞬間的トルクを表わ
す信号が記憶装置４０に送給され、該記憶装置は締付け
んとする普通型締着部材の降伏点にける軸線方向負荷お
よびねじり負荷の所定の関係、すなわち第２図の曲線Ｄ
と同様な曲線を記憶する。

したがって降伏点におけるトルクを表わす信号が記憶装
置４０によって処理される時には、該記憶装置が走査さ
れかつ降伏点において加えられるトルクに対応する負荷
が測定される。

後述の如く継手の摩擦特性も記憶装置４０内において測
定することができる。

記憶装置４０は降伏点においで締着部材に加えられる軸
線方向負荷を表わす出力信号を発生し、かつこの信号は
適当な比較器回路４６に送給される。

この回路４６は信号発生器４８から、締着部材内に発生
せしむべき所要の負荷を表わす入力信号を受入れる。

比較した信号が等しければ、締着部材は所要の負荷まで
締付けられ、かつ比較器４６は出力信号を発生しないよ
うになり、締付けサイクルは終了する。

しかしながらもし必要であれば、比較器４６が表示ラン
プまたは同様な表示装置に出力信号を送給し、該表示装
置によって締付けサイクルの終了と、締着部材が所要の
軸線方向負荷まで締付けられたことを表わすようになす
ことができる。

信号発生器４８からの入力信号が記憶装置４０からの入
力信号より大であれば、所要の負荷が降伏点における軸
線方向負荷を超過し、継手組立体に欠陥のあることを表
わす。

もし必要であれば比較器４６は他の表示ランプまたは他
の同様な装置に出力信号を送給し、該装置を作動して欠
陥を表示するようになすことができる。

しかしながら最も普通の場合は降伏点における締着部材
に対する実際の負荷は所要の負荷より大であり、かつ比
較器４６は出力信号を発生し、記憶装置４０および計算
器回路５０間に接続されたスイッチ装置４７を閉じ、継
手内に所要の負荷を発生させるに要するトルクを決定す
るようになっている。

計算機回路５０は前記技術の何れかにしたがって作動し
、締着部材内に所要の軸線方向負荷を発生させるに要す
るトルクを決定するようになっている。

第３図に示された実施例においては、計算機回路５０は
前述の式Ｔｄ＝Ｌｄを解き、したがって信号発生器４８
から所要の負荷を表わす信号、他の前段信号発生器５２
から直径Ｄを表わす他の信号、記憶装置４０からは摩擦
特性Ｆを表わす出力信号、すなわちスイッチ装置４７を
通して送給される信号を受入れる。

計算機回路５０は適当な掛算回路の形をなし、かつ締着
部材を所要の負荷まで締付けるに必要なトルクを表わす
出力信号を発生する。

なお計算機回路５０は式ＴＤ＝（Ｔｙ）／（Ｌｙ）を解
くことができ、かつ適当な掛算および割算回路の形を有
するものとなすことができる。

第５図はこのような回路および前記式を解くための入力
を示す。

この計算機回路５０Ａは信号発生器４８から締着部材内
に発生せしむべき所要負荷を表わす信号、記憶装置４０
から降伏点における締着部材上の軸線方向負荷を表わす
信号、すなわち比較器４６からの信号によってスイッチ
装置４７が閉じた時に該スイッチ装置を通しで送給され
る信号、および降伏点においてトルクセル２４から締着
部材に加えられるトルクを表わす信号、すなわちスイッ
チ装置４２を通して送給される信号を受入れる。

計算か行われた後、この計算機回路５０Ａは前記締着部
材を所要負荷まで締付けるに必要なトルクを表わす出力
信号を発生する。

前記計算機回路が正確な動作を行うにもかかわらず、締
着部材内に所要の軸線方向負荷を発生させるに必要なト
ルクを表わす信号は適当な記憶回路５４内に記憶され、
後でレンチが作動する場合に前記締着部材に加えられる
実際のトルクと比較し、前記レンチを何時停止せしむべ
きかを決定するようになっている。

再び第３図を参照すれば負荷−トルク関係に対する弛め
曲線は締付け曲線と対称的でないことが分かる。

したがってさらに精度を大とするために、本発明の好適
な実施例は他の計算機回路５６を有し、この回路は記憶
回路５４から出力信号を受入れ、締着部材内に所要の負
荷を発生させるに要するトルクよりわずかに小さな、な
るべくは少なくとも５％小さなトルクを計算し、かつ第
３図に示された弛め曲線上の点２に対応する停止点を表
わす信号を発生する。

計算機回路５６から出る他の信号は逆転弁２１に送給さ
れ、レンチ１２内のモーター１４を逆転せしめそれによ
って締着部材に弛めトルクを加える。

これと同時に停止点を表わす計算機回路５６からの信号
は比較器５８に送給され、この比較器はなお締着部材に
加えられた弛めトルクを表わすトルクセル２４からの入
力信号を受入れる。

比較器５８は前記信号を比較し、かつ比較した信号が等
しければこの比較器５８から制御信号が発生し、該信号
は逆転弁２１に送給されてこの弁を閉じかつ締着部材に
対する弛めトルクの適用を停止させる。

前記信号はなおパルス遅延回路６０にも送給される。

モーター１４を停止させるに十分な時間が経過した後、
パルス遅延回路６０は制御弁２０に信号を送給してこの
弁を開き、締着部材に再び締付けトルクを加えるように
なり、かつ前記信号は記憶回路５４および比較器６４間
に接続されたスイッチ装置６２にも送給される。

記憶回路５４から出た信号はこの時比較器６４に送給さ
れ、かつ前述の如く締着部材内に所要の軸線方向負荷を
発生させるに要するトルクを表わす。

比較器６４はなおトルクセル２４から、締着部材に再び
加えられつつある締付けトルクを表わす信号を受入れる
。

比較器６４内において比較された信号が等しければ、出
力信号が発生し、この信号は制御弁２０に送給されて該
弁を閉じかつモーター１４を停止させる。

したがって締着部材が所要の軸線方向負荷まで締付けら
れたことが分かる。

もし必要であれば締着部材内に所要の軸線方向負荷を発
生させるに要するトルクを表わす信号、すなわち記憶回
路５４からの信号を比較器に送給することができ、該比
較器は弛めトルクを表わす信号を受入れ、比較した信号
が等しければモーターは停止せしめられかつ締付けサイ
クルは終了する。

このようなシステムは第５図に示されたものほど正確で
はないが、ある種の用途に対しては妥当な精度を与える
。

本発明による方法の説明において明らかにした如く、本
発明を実施する際に測定されかつ利用される入力特性は
トルクではなく締着部材の角回転である。

第６図には第４図に示された締付けシステムと同様なｉ
付けシステムが示されているが、このシステムの異なる
点は制御回路に利用される入力特性が角回転であると言
うことである。

したがって第６図の実施例の同様な部品に関する詳細は
省略するが、第４図の説明に使用された同じ参照数字に
添字Ｂを付したものによって表わされている。

基本的システムは同様であるが、近接検出器２８Ｂは増
分角回転を表わす信号を発生するから、このシステム内
には適当な加算および記憶回路７０が接続され、前記近
接検出器から信号を受入れ、これら信号を加算しかつ締
着部材の全角回転を表わす信号を発生する。

したがって降伏点に達した後は、比較器３８Ｂによって
形成された検出信号を使用して弁２０Ｂが閉じるように
なっており、かつこの検出信号はなお回路７０および記
憶装置４０Ｂ間のスイッチ４２Ｂに送給され、該記憶装
置は締付けんとする型の締着部材に対する軸線方向負荷
および角回転の関係、すなわち第２Ａ図に示された曲線
と同様な曲線を記憶している。

回路７０からきた信号は記憶装置４０Ｂを走査し、かつ
第４図および５図の実施例におけるトルク信号の場合と
同様に、前記記憶装置は降伏点における締着部材上の軸
線方向負荷を決定し、該負荷を表わす出力信号を発生す
る。

降伏点における負荷を表わす信号は比較器４６Ｂに送給
され、該比較器内において締着部材内に発生せしむべき
所要負荷を表わす信号発生器４８Ｂからの信号と比較さ
れ、ボルト上の実際の負荷が所要の負荷より小さいか、
該負荷に等しいかまたはそれより大であるかが決定され
る。

もしこの負荷が所要負荷より小さいかまたはこれと等し
ければ、比較器４６Ｂからは出力が発生せず、または第
４図の実施例の比較器４６の場合に説明せる如く適当な
表示ランプを作動するような出力信号が発生する。

もしこの負荷が所要負荷より大きければ比較器４６Ｂか
らの出力信号はスイッチ装置４７Ｂに送給され、継手組
立体上の軸線方向負荷を表かす信号か記憶装置４０Ｂか
ら計算機回路５０Ｂに送給され、この計算機回路はなお
締着部材上に発生せしむべき所要負荷を表わす信号発生
器４８Ｂからの入力信号と、締付けつつある締着部材の
降伏点における角回転を表わす加算および記憶回路７０
からの入力信号とを受入れる。

計算機回路５０Ａと同様に、回路５０Ｂは入力信号を処
理し、かつ式Ｒｄ＝Ｌｄ（Ｒｙ）／（Ｌｙ）を解くため
に適当な掛算回路を有している。

この式中Ｒｄは所要の軸線方向負荷を発生させるに要す
る締着部材の角回転、Ｌｄは所要の軸線方向負荷、Ｒｙ
は降伏点における角回転、Ｌｙは降伏点における軸線方
向負荷を表わす。

したがって計算機回路５０Ｂからの出力信号は締着部材
内に所要の軸線方向負荷を発生させるに要する角回転を
表わす。

計算機回路５０Ｂからの出力信号は比較器７４に送給さ
れ、この比較器はなお降伏点の角回転を表わす加算およ
び記憶回路７０からの信号を受入れ、信号の減算を行い
締着部材を降伏点から所要の軸線方向負荷まで弛めるに
要する角回転の変化を決定する。

したがって比較器７４からの出力信号はこの角回転の変
化を表わしかつ記憶回路５４Ｂに送給される。

この記憶回路は減算回路の形をなした他の比較器６４Ｂ
に送給を行う。

比較器７４からの他の出力信号は制御弁２１を開いて締
着部材に弛めトルクを加え、かつ比較器８２間に接続さ
れたスイッチ８０を閉じる。

この比較器はトルクセル２４Ｂおよびプレセット信号発
生器８４から信号を受入れる。

信号発生器８４からの信号は締着部材に加うべき最小の
トルクを表わし、かつトルクセル２４Ｂからの信号はも
ちろん該締着部材に加うべきトルクを表わす。

瞬間的トルクか最小トルクを超過すれば、比較器８２は
出力信号を発生し、この信号は近接検出器２８Ｂおよび
カウンタ８８間に接続されたスイッチ８６を閉じる。

したがって締着部材が弛められれば締着部材の回転の増
分を表わす信号がカウンタ８２に加えられ、かつ比較器
６４Ｂに送給される。

比較器６４Ｂに送給された信号が実質的に等しければ、
締着部材の角回転は該締着部材内に所要の負荷を発生さ
せるに要する角回転と実質的に等しい。

この点において比較器６８Ｂは出力信号を発生し、この
信号は制御弁２１に挟給されてこの弁を閉じかつモータ
ー１４を停止させる。

比較器８２を使用することにより、カウンタ８８は近接
検出器２８Ｂからの信号、すなわち構成部材に対する許
容公差に起因するレンチ１４Ｂのバンクラッシュを表わ
す信号を計数しないようになることが分かる。

前述の如ぐ持有の入力として角回転を使用することによ
り、締着部材は所要の軸線方向負荷を発生させるに要す
る回転角度まで直接弛めることができ、かつ特有入力と
してトルクを使用する時のように精度を高めるための再
締付けを必要としない。

以上本発明の種々の実施例について説明したが、本発明
は特許請求の範囲内において種々の変型を行い得るもの
と解すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は締付けサイクルを行う時に締着部材に生じる曲
型的なトルク一回転関係の特性を示す曲線で、本発明の
基礎的原理を表わすものである。 第２図は締着部材上に生じる軸線方向負荷およびねじり
負荷の組合わせ関係およびその降伏点における関係を示
す曲線で、第２Ａ図は締着部材の軸線方向負荷と角回転
との関係を示す曲線である。 第３図は本発明の１実施例による締付けサイクルを行う
時に締着部材に生じる典型的な負荷−トルク関係を示す
曲線である。 第４図は本発明の１実施例による締付けシステムの略線
図である。 第５図は第４図に示されたと同様な締付けシステムの１
部分の略線図であるが、本発明の他の実施例によるもの
である。 第６図は本発明のなお他の実施例による締付けシステム
の略線図である。 図において１０は締付けシステム、１２はレンチ、１４
はモーター、１６は駆動軸、１８は駆動ビット、２０．
２１は制御弁、２２は枠、２４はトルクセル、２５はひ
ずみ計、２６は符号器、２８は近接検出器、３２はシフ
トレジスタ装置、３４は比較器、３６は記憶器回路、３
８は比較器回路、４０は記憶装置、４２はスイッチ装置
、４６は比較器回路、４７はスイッチ装置、４８は信号
発生器、５０．５０Ａは計算器回路、５２は前段信号発
生器、５４は記憶回路、５６は計算機回路、５８は比較
器、６０はパルス遅延回路、６２はスイッチ装置、６４
は比較器である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 締着部材を所要の軸線方向負荷まで締付けるための
   締付け装置にして、 前記締着部材にトルクを加え且つ回転を与えるためのレ
   ンチ装置であって、該レンチ装置は、前記締着部材が締
   付けられる時に該締着部材に生じせしめられる入力特性
   （例えば、トルク及び回転）のうちの一つを測定する測
   定装置と、前記締着部材が降伏点に達した時を決定しか
   つトルクの適用を停止させる降伏点決定装置とを有して
   いるレンチ装置と、 前記降伏点決定装置および前記測定装置に応答して、前
   記締着部材内に所要の軸線方向負荷を発生させるに要す
   る前記測定された入力特性を計算する計算装置と、 前記レンチ装置と前記計算装置との間に作動連結されて
   いて前記測定された入力特性が前記計算された入力特性
   と実質的に等しくなるまで再び前記締着部材にトルクを
   加えるようになった制御装置と、を有している締付け装
   置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の締付け装置において、
   前記締着部材内に所要の軸線方向負荷を発生させるに要
   する前記入力特性を計算するための前記計算装置は、締
   付けられつつある前記締着部材と同様の形式の締着部材
   に対する軸線方向負荷と測定された入力特性との所定の
   関係を記憶するための記憶装置を有している締付け装置
   。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の締付け装置において、
   前記制御装置は、前記締着部材に加えられつつある弛め
   トルクが前記計算されたトルクとほぼ等しくなるまで該
   締着部材に該弛めトルクを加えるべく作動するよう構成
   されている締付け装置。 ４ 特許請求の範囲第３項記載の締付け装置において、
   前記制御装置は、前記締着部材に作用せしめられる弛め
   トルクが前記計算されたトルクの所定の百分率に達する
   まで前記締着部材に該弛めトルクを加えるべく作動する
   よう構成されている締付け装置。 ５ 特許請求の範囲第４項記載の締付け装置においで、
   前記所定の百分率は前記計算されたトルクより少なくと
   も５％少ない締付け装置。 ６ 特許請求の範囲第１項記載の締付け装置において、
   前記制御装置は、測定された角回転が計算された角回転
   と実質的に等しくなるまで前記締着部材に弛めトルクを
   加えるべく作動するよう構成されている締付け装置。