JPS5916910B2 - マルチプルナツトランナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、磁性材料で作られた複数個のボルト、ナット
を複数個のナットランナで同時に締付けて、５組立構造
物を締結するマルチプルナットランナにおいて、前記各
ボルトの鉄損を測定し、その測定した鉄損から、前記各
ボルトに作用する軸力を検出し、前記各ボルトの軸力が
所定の軸力になるように各ナットランナを制御して、前
記各ボルトの９ 軸力が所定の軸力に達した時に前記各
ナットランナを同時に停止させてボルトの締付けを行な
うマルチプルナットランナに関するものである。

従来、自動車等の車軸の車輪ハブに車輪を取付ける場合
のナットの締付け、又は鋼管等をフラン５ ジ接手で連
結する場のフランジボルトの締付け等の場合、複数個の
ボルト、ナットを順次に１個ずつ締付けて行くと、後の
ボルト、ナットを締付け：７一る時に、前に締付けたボ
ルト、ナツトが緩むことがある。

これを防止するために、締付順序を１つ置きにしたり、
又は対角線方向にして、一度に締付けることなく、数回
に分けて徐々に締付けを行なうため、作業能率が低下し
かつ熟練を要するという欠点があつた。また、これ等の
ボルト軸力の管理は、ボルト、ナツトの締付トルクを規
制するトルク法や、ボルト、ナツトの回転角を規制する
回転角法によつて行なわれているが、これ等の方法は、
締付トルクや回転角を介して間接にボルトの軸力を管理
するものであるから、その締付精度及び締付に対する信
頼性が劣るという欠点があつた。また、複数個のボルト
、ナツトを同時に締付ける油圧式又は空気式の多軸締付
装置が知られているが、油圧式のものは重量が大きくて
操作性が悪く、空気式のものは軽量で操作性は良いが、
締付精度が悪く、騒音が高いという欠点があつた。

本発明は、上記の欠点を除去するためになされたもので
、それぞれ直巻整流子電動機（以下、電動機と略記する
）で駆動される複数個のナツトランナを有し、各ナツト
ランナがそれぞれ磁性材料で作られたボルトを、その軸
力を磁気的方法で検出しながら締付け、総てのボルト軸
力が所定の軸力に達すると、電動機出力にリミツタがか
かるようにして、総ての電動機の回転がほぼ零回転にな
つた時点を検出し、総ての電動機の電流を同時に遮断し
て、総てのボルト、ナツトの締付けを完了し、操作性が
良くて熟練を必要とせず、高い締付精度と締付けに対す
る高い信頼性を有し、軽量で騒音の小さいマルチプルナ
ツトランナを提供するものである。なお、上述のボルト
の軸力を検出する磁気的方法は、従来のトルク法、回転
角法の欠点を除去するために、最近使用されているもの
で、磁性材料の鉄損とその磁性材料に作用する引張応力
又は圧縮応力の間には密接な関係があることを利用した
ものである。

第１図は、横軸に引張応力及び圧縮応力を、縦軸に鉄損
を取つて、磁性材料に作用する応力と鉄損の関係を示し
たものである。図から明らかなように、圧縮応力と鉄損
はほぼ直線関係にあるので、この関係を利用すれば、磁
性材料に作用している圧縮応力を高い精度で検出するこ
とができる。一般に、ボルトを締付けると、ボルトの軸
部には、その長手方向にボルト軸力に対応した引張応力
が作用し、ボルトの頭部表層部には、ボルト軸力に対応
した圧縮応力が作用する。

従つて、ボルトの頭部表層部の鉄損を測定して、そのボ
ルトに作用している軸力を非常に高い精度で測定するこ
とができる。通常、磁性材料で作られたボルトの鉄損を
測定するには、第２図に示すように、組立構造物１，１
１を締結しているボルト２及びナツト３の内、ボルト２
の頭部上面に磁気センサ４を当接させて鉄損を測定し、
その測定した鉄損を軸力検出回路（図示せず）に入力し
て、ボルト２に作用している軸力を検出する。

磁気センサ４は断面コの字形の鉄心５に一次コイル（励
磁コイル）６及び二次コイル（出力[ヮ沒d圧コイル）７
を巻いて構成されている。一次コイル６の口出線８を外
部電源（図示せず）に、二次コイル７の口出線９を制御
装置（図示せず）に接続し、一次コイル６を交流励磁す
ると、鉄心５からの磁束はボルト２の頭部表層部を矢印
の方向に流れ、再び鉄心５に戻る閉磁路を形成する。こ
の場合、二次コイル７に誘起される出力[ヮ沒d圧を予め
設定された設定電圧に等しくなるように、一次コイル６
の励磁電流を制御し、ボルト２の頭部表層部の磁束を一
定になるようにして、一次コイル６の励磁電流と二次コ
イル７の出力[ヮ沒d圧を鉄損測定回路（図示せず）に入
力すれば、ボルト２の頭部表層部の鉄損を測定すること
ができる。この測定された鉄損をＷｉ、ボルト２に応力
、従つて軸力が作用していない時の鉄損をＷＯとすると
、第１図の関係から、ボルト２に作用する圧縮応力は（
Ｗｉ−ＷＯ）に比例し、これに常数αを乗じ、α（Ｗｉ
−ＷＯ）からボルト２に作用しているボルト軸力を検出
することができる。ここに、αは磁束量、ボルトの種類
、磁気センサの種類等により決まる常数である。次に、
本発明の一実施例を図面について詳細に説明する。第３
図は本発明の一実施例の最も簡単な場合として、２個の
ナツトランナを用いたマルチプルナツトランナの要部断
面図、第４図は第３図のマルチプルナツトランナの制御
装置のプロツク線図、第５図はリミツトスイツチを取付
けた磁気センサをボルト２の頭部上面に当接させた場合
の正面図、第６図及び第７図は第３図のマルチプルナツ
トランナに磁気センサがボルトの頭部上面に当接してい
ることを検知する当接検知装置を設けた場合の制御装置
のプロツク線図である。

第２図乃至第７図において、同一番号は同一部材を示す
ものとする。

第３図において、マルチプルナツトランナ１０は、フレ
ーム１１に取付けられたナツトランナ１２，１２（スイ
ツチ１３及び制御装置１４より構成されている。

ナツトランナ１２，１７は、それぞれ電動機１５，１５
１、前記電動機１５，１５′に直結された減速装置１６
，１６′、出力軸１７，１７′、前記出力軸１７，１γ
に着脱自在に取付けられたソケツト１８，１８′より構
成されている。

制御装置１４は、磁気センサ４，４′、制御回路１９及
び外部電源接続用接栓２０より構され、第４図にそのプ
ロツク線図が示されている。

第４図、第６図及び第７図において一点鎖線で囲まれた
部分は、制御装置１４及び後述の制御装置１４′，１４
″に含まれない部品で、接続関係を示すために記載した
ものである。第４図において、電動機１５，１５″はそ
れぞれ電機子１５Ａ，１５″Ａ及び直巻界磁巻線１５Ｆ
，１５′Ｆを有し、それぞれサイリスタ回路２１，２１
′を介して共通のスイツチ１３に接続されている。

制御回路１９はサイリスタ回路２１，２１１と、磁気セ
ンサ４，４″よりの入力を増幅する増幅器２２，２２１
と、前記増幅器２２，２７の出力を入力して鉄損を測定
する鉄損測定回路２３，２３″と、締付けるべきボルト
に軸力が作用していない時の鉄損ＷＯを設定するＷＯ設
定器２４，２４′と、鉄損測定回路２３，２３″及びＷ
Ｏ設定器２４，２４″より入力された鉄損からボルト軸
力を検出する軸力検出回路２５，２５″と、所定のボル
ト軸力を設定する軸力設定器２６と、軸力検出回路２５
，２５″により検出された検出軸力が軸力設定器２６に
設定された設定軸力に達するようにサイリスタ回路２１
，２１′を介して電動機１５，１５′を制御し、検出軸
力が設定軸力に達すると、サイリスタ回路２１，２『を
介して電動機１５，１５７にリミツタがかかるように電
動機１５，１５′を制御する位相制御回路２７，２ｒと
、電動機１５，１５１の回転がほぼ零回転になつたこと
を検出して信号を出力する回転検出回路２８，２８″と
、電動機１５，１５′の記動時の回転検出回路２８，２
８′の出力信号による制御装置１４の誤動作を防止する
ための不感帯回路２９，２９′と、回転検出回路２８，
２８′の出力信号を入力して、論理積信号を出力するア
ンド回路３０と、アンド回路３０の出力信号により付勢
され、サイリスタ回路２１，２１′をゲート遮断して、
電動機１５，１５″を停止させるゲート遮断回路３１，
３１′より構成されている。

次に、以上の構成を有するマルチプルナツトランナの作
用について説明する。接栓２０を外部電源に接続し、Ｗ
Ｏ設定器２４，２４′に予め求めておいた鉄損ＷＯ又は
現場で締付けるべきボルトに軸力が作用していないとき
測定したＷＯを、軸力設定器２６に締付けるべきボルト
の所定の軸力を設定し、ナツトランナ１２，１２′のソ
ケツト１８，１８′を、ポルト２，７に螺合されたナツ
ト３，３″に嵌合させ、磁気センサ４，４′をそれぞれ
ボルト２，２′の頭部上面に当接させて、スイツチ１３
を入れると、電動機１５，１５′は位相制御回路２７，
２７７及びサイリスタ回路２１，２１′を介して起動し
、電動機１５，１５７の回転は減速装置１６，１６″、
出力軸１７，１７″を介してソケツト１８，１８′に伝
達され、ソケツト１８，１８／に嵌合されたナツト３，
３を回転させる。

ナツト３，３″が自由回転の状態から回転しながら下降
し、組立構造物１″に接触し、ボルト２，２′と共に組
立構造物１，１１を締付け始めると、ボルト２，２／の
頭部上面に当接している磁気センサ４，４″の一次コイ
ルの励磁電流と二次コイルの出力[ヮ沒d圧が増幅器２２
，２７を介して鉄損測定回路２３，２３１に入力され、
鉄損測定回路２３，２３は前記磁気センサ４，４′の入
力より鉄損を測定し、その測定した鉄損Ｗｉを軸力検出
回路２５，２５１に対して出力する。軸力検出回路２５
，２５１は、鉄損測定回路２３，２３゛より入力された
鉄損Ｗｉと、ＷＯ設定器２４，２４′より入力された鉄
損ＷＯより、既述のように、α（Ｗｉ−ＷＯ）よりボル
ト２，２″の軸力を検出して、その検出軸力を出力する
。この検出軸力は、軸力設定器２６に設定された設定軸
力と突き合わされ、その結果は信号として位相制御回路
２７，２γに入力される。この信号により、位相制御回
路２７，２γは、ボルト２，２′の検出軸力が軸力設定
器２６の設定軸力に達するように電動機１５，１５″の
出力を制御し、ボルト２，２″の検出軸力が軸力設定器
２６の設定軸力に達すると、電動機１５，１５′の出力
にリミツタがかＸるように制御する。即ち、ボルト２，
２′の軸力が軸力設定器２６の設定軸力を超えないよう
に制限すると共に、締付け中に、もし一方のボルトが緩
むと、そのボルトの軸力が設定軸力より減少するので、
再びその緩んだボルトの軸力が設定軸力になるまで締付
けを行なうように、電動機１５，１５′を制御する。一
方、電動機１５，１５７の回転は回転検出回路２８，２
８１により検出され、不感帯回路２９，２９′を介して
アンド回路３０に入力される。このようにして、ボルト
２，２″が設定軸力で締付けられ、電動機１５，１５″
の回転がほぼ零回転になつた時に、アンド回路３０より
論理積信号が出力され、ゲート遮断回路３１，３Ｖを付
勢し、サイリスタ回路２１，２Ｖをゲート遮断して電動
機１５，１５′を停止させ、ボルト２，２″の締付けを
完了する。しかし、マルチプルナツトランナ１０を用い
て、ボルト、ナツトの締付け中に、何等かの原因で磁気
センサ４，４′の少なくとも一つがポルトの頭部上面か
ら離脱すると、磁気センサの離脱したボルトの鉄損が測
定できず、従つてそのボルトの軸力が検出できなくなる
ので、その制御回路が動作せず、磁気センサの離脱した
ボルトは締め過ぎられたり、場合によつては捩じ切られ
ることがある。

これを防止するために、磁気センサがボルトの頭部上面
に当接していることを確認し、もし少なくとも一つの磁
気センサがボルトの頭部上面より離脱した場合はマルチ
プルナツトランナを停止させる当接検知手段が必要とな
る。第５図はリミツトスイツチを使用した当接検知手段
の一実施例を示したもので、磁気センサ４，４′の側面
にリミツトスイツチ３２，３２′を取付け、磁気センサ
４，４″をボルト２，２″の頭部上面に当接させると、
リミツトスイツチ３２，３２′のアクチユエータ３３，
３３′も同時にボルト２，７の頭部上面に当接して、リ
ミツトスイツチ３２，３２／が動作し、磁気センサ４，
４′がボルト２，２′の頭部上面に当接していることを
知らせる当接信号を出力するようにしたものである。

第６図は上述の当接検知手段を利用した当接検知装置３
４を、第４図の制御装置１４の制御回路１９に組込み、
制御装置１４′及び制御回路１９′とした場合のプロツ
ク線図である。

当接検出装置３４はリミツトスイツチ３２，３２″と、
前記リミツトスイツチ３２，３２″の出力を入力し、論
理積信号を出力する当接アンド回路３５と、前記当接ア
ンド回路３５の出力信号により動作する当接検知回路３
６とより構成されている。当接検知装置３４及び制御装
置１４′の作用は次の通りである。

リミツトスイツチ３２，３７の当接信号が当接アンド回
路３５に入力されると、アンド回路３５は論理積信号を
当接検知回路３６に対して出力する。

このアンド回路３５の出力信号により当接検知回路３６
は動作し、位相制御回路２７，２ｒを付勢し、サイリス
タ回路２１，２１′を介して電動機１５，１５′を起動
させる。ボルト、ナツト締付け中もし、センサ４，４５
の内少なくとも一方がボルト２，２″の頭部上面より離
脱すると、当接アンド回路３５から信号が出力されず、
当接検知回路３６が動作しなくなるので、電動機１５，
１５′は停止する。それ以後の制御装置１４″の作用は
、第４図の制御装置１４の作用と全く同様である。また
、他の当接検知手段としては、締付ける前のボルトの頭
部上面に磁気センサを当接させて鉄損を測定し、この測
定された鉄損が、予め設定された設定鉄損値を超えた時
に、磁気センサがボルトの頭部上面に当接していること
を知らせる当接信号を出力する手段がある。第７図は、
この当接検知手段を利用した当接検知装置３７を、第４
図の制御装置１４の制御回路１９に組込み、制御装置１
４汲び制御回路１９Ｃした場合のプロツク線図である。

当接検知装置３７は、鉄損測定回路２３，２３″より入
力された鉄損を、鉄損設定器３９より入力された設定鉄
損値と比較し、鉄損測定回路２３，２３′より入力され
た鉄損が設定鉄損値を超えると当接アンド回路４０に対
して当接信号を出力する比較器３８，３８′と、所定の
鉄損値、例えばボルトに軸力が作用していない時は、既
述の鉄損ＷＯのばらつきの下限値よりはるかに小さい値
を設定する鉄損設定器３９と、比較器３８，３８″の出
力を入力し、論理債信号を出力する当接アンド回路４０
と、前記当接アンド回路４０の出力信号により動作する
当接検知回路４１とより構成されている。当接検知装置
３７及び制御装置１１の作用は次の通りである。

予め鉄損設定器３９に所定の鉄損値を設定する。

比較器３８，３８″は、鉄損測定回路２３，２３より入
力された鉄損値と、鉄損設定器３９より入力された設定
鉄損値を比較し、鉄損測定回路２３，２３′より入力さ
れた鉄損値が設定鉄損値を超えると、当接信号を当接ア
ンド回路４０に対して出力する。比較器３８，３８″の
当接信号が当接アンド回路４０に入力されると、前記当
接アンド回路４０は論理積信号を当接検知回路４１に対
して出力する。この当接アンド回路４０の出力信号によ
り当接検知回路４１は動作し、位相制御回路２７，２７
／を付勢し、サイリスタ回路２１，２Ｖを介して電動機
１５，１５′を起動させる。ボルト、ナツト締付け中、
もし磁気センサ４，４″の内少なくとも一方がボルト２
，７の頭部上面より離脱すると、当接アンド回路４０か
ら信号が出力されず、当接検知回路４１が動作しなくな
るので、電動機１５，１５１よ停止する。それ以後の制
御装置１４″Ｏ作用は、第４図の制御装置１４と全く同
様である。また、上述の各当接検知装置の当接検知回路
が動作すると同時に、作業者にそれを知らせるために、
作業者の目につき易い所に表示灯を点灯させることもで
きる。また、ねじ締付中に、少なくとも一つの磁気セン
サがボルトの頭部上面より離脱した場合には、それを作
業者に知らせるために警報を発し、同時に磁気センサが
離脱したナツトランナを停止させるか、又は総てのナツ
トランナを停止させる警報装置を設けることもできる。
以上のように、本発明のマルチプルナツトランナは、電
動機で駆動され、打撃機構を使用せず、磁気センサを締
付けるべき各ボルトの頭部上面に当接させるだけの簡単
な操作で、各ボルトの鉄損を測定し、その測定した鉄損
から、各ボルトに作用する軸力を検出し検出軸力が所定
の設定軸力に達した時点を検出して、総てのナツトラン
ナを同時に停止させてボルトの締付けを完了させるので
、騒音が小さく、複数個のボルトを同時に均一かつ確実
に、簡単な操作で締付けることができる。従つて、作業
者の熟練を必要とせず、作業能率は向上する。また、ボ
ルトの軸力を従来のトルク法や回転角法のように締付ト
ルクや回転角によつて間接に軸力を管理するのではなく
、直接軸力を測定して軸力を管理するので、高いボルト
、ナツトの締付精度とボルト、ナツトの締付けに対する
信頼性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は磁性材料に作用する応力と鉄損の関係を示す特
性曲線図、第２図はボルトの頭部表層部の鉄損測定の説
明図、第３図は本発明の一実施例の要部断面図、第４図
は第３図の制御装置のプロツク線図、第５図は磁気セン
サにリミツトスイツチを取付けた正面図、第６図、第７
図は本発明の他の実施例の制御装置のプロツク線図であ
る。 ４，４′・・・・・・磁気センサ、１０・・・゛゛マル
チプルナツトランナ、１２，１２１・・・・・・ナツト
ランナ、１４，１４″，１４久・・・・・制御装置、１
５，１５″・・・・・・直巻整流子電動機、１９，１９
１，１９久・・・・・制御回路、２１，２『・・・・・
・サイリスタ回路、２２，２２″・・・・・・増幅器、
２３，２３″・・・・・・鉄損測定回路、２４，２４″
・・・・・・ＷＯ設定器、２５，２５″・・・・・・軸
力検出回路、２６・・・・・・軸力設定器、２７，２７
″・・・・・・位相制御回路、２８，２８′・・・・・
・回転検出回路、２９，２９ζ・・・・・不感帯回路、
３０・・・・・・アンド回路、３１，３１″・・・・・
・ゲート遮断回路、３２，３２″・・・・・・リミツト
スィッチ、３４，３７・・・・・・当接検知装置、３５
，４０・・・・・・当接アンド回路、３６，４１・・・
・・・当接検知回路、３８・・・・・・比較器、３９・
・・・・・鉄損設定器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ それぞれ直巻整流子電動機（以下、電動機と略記す
   る）により駆動され、磁性材料で作られた複数個のボル
   ト、ナットを同時に締付けて、組立構造物を締結する複
   数個のナットランナに、前記ナットランナ毎に、前記ボ
   ルトの頭部上面に磁気センサを当接させて前記ボルトの
   鉄損を測定する鉄損測定回路と、この測定された鉄損よ
   り前記ボルトに作用する軸力を検出する軸力検出回路と
   、この検出された検出軸力が軸力設定器に設定された設
   定軸力に達すると、電動機出力にリミッタがかかるよう
   に制御する位相制御回路と、前記電動機が回転状態から
   ほぼ零回転になつた時にそれを検出する回転検出回路と
   、前記電動機の電流を遮断する電流遮断回路とを設け、
   更に前記各回転検出回路の検出出力の論理積信号を出力
   するアンド回路と、前記アンド回路の出力信号により前
   記各電流遮断回路を動作させる回路とを設けたことを特
   徴とするマルチプルナットランナ。 ２ それぞれ直巻整流子電動機（以下、電動機と略記す
   る）により駆動され、磁性材料で作られた複数個のボル
   ト、ナットを同時に締付けて、組立構造物を締結する複
   数個のナットランナに、前記ナットランナ毎に、前記ボ
   ルトの頭部上面に磁気センサを当接させ、その磁気セン
   サが当接していることを検知して当接信号を出力する当
   接検知装置と、前記ボルトの頭部上面に当接させた前記
   磁気センサにより前記ボルトの鉄損を測定する鉄損測定
   回路と、この測定された鉄損より前記ボルトに作用する
   軸力を検出する軸力検出回路と、前記軸力検出回路より
   検出された検出軸力が軸力設定器に設定された設定軸力
   に達すると、電動機出力にリミッタがかかるように制御
   する位相制御回路と、前記電動機が回転状態からほぼ零
   回転になつた時に、それを検出する回転検出回路と、前
   記電動機の電流を遮断する電流遮断回路とを設け、更に
   前記各当接検知回路の当接信号の論理積信号を出力する
   当接アンド回路と、前記当接アンド回路の出力信号によ
   り前記各電動機を同時に起動させる起動回路と、前記各
   回転検出回路の検出出力の論理積信号を出力するアンド
   回路と、前記アンド回路の出力信号により前記各電流遮
   断回路を動作させる回路とを設けたことを特徴とするマ
   ルチプルナットランナ。