JPS5946747B2 - ボルト締付機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、規定の締付軸力で自動的にボルトを締付け
るボルト締付機の改良に関するものである。

従来より、締付トルクの時間による二次微分値が負にな
ることから締付トルク曲線の変曲点を求め、この変曲点
の付近で締付けを停止するようにしたボルト締付機が知
られている。

しかし、このようなボルト締付機では、締付けの途中で
ボルトとナツトが共まわりした時には、共まわりを始め
た瞬間に二次微分値が負になって締付けが停止し、正規
の締付けが完了しているのか否か目視による伴定か困難
になるという問題がある。

また予備締めしであるボルトをこのような従来の締付機
で締付ける場合は、締付機が締付けを開始する瞬間に締
付けが停止してしまい、適正な締付トルクでの締付けが
できないという不都合もあった。

第１図はこの締付けの過程を示す図であって、直流直巻
モータを使った締付機のモータ電流により締付トルク検
出したものである。

同図Ａはそのモータ電流ｉの時間ｔによる変化を、同図
ＢとＣはそれぞれ電流ｉの時間による一次微分ｉと二次
微分ｉをそれぞれ示している。

これらの図Ａ、Ｂ。Ｃにおいて、実線ａは正規の締付け
が行なわれている場合を、一点鎖線すは締付途中で共ま
わりが発生した場合を、また二点鎖線Ｃは予備締めしで
ある場合をそれぞれ示している。

同図Ａにおいて最初のピークｄは、モータの起動電流を
示す。

この起動電流の二次微分値は同図Ｃに示すように負。

になるが、このことを検出して誤って締付けを終了する
のを防止するため、０．５秒程度のオン・ディレィ・タ
イマを用いている。

すなわちこのオン・ディレィ・タイマは起動電流によっ
ては締付機が停止しないようにする作用をもつ。

正規の締付けが行なわれている時には、同図Ａにおける
変曲点すなわち耐力点ｅにおいて、同図Ｃに示すように
三方微分値が負になり、締付けが停止し、適正な締付軸
力による締付けが可能である。

しかしボルトとナツトが共まわりした時には、同図Ａの
ｂに示すように締付は途中で電流ｉ、すなわち締付トル
クが一定になり、それ以上増加しなくなる。

そしてその二次微分値は電流ｉが一定になり始める瞬間
ｆに負になり（同図Ｃのｇ）、ここで締付けが停止する
。

また予備締めしである場合には、起動電流の直後に別の
変曲点ｈ（同図Ａ）が現われ、このためにその二次微分
値も負になって（同図Ｃｊ）締付けが停止してしまう。

以上のように従来の締付機では共まわりした場合や予備
線めしである場合においては、正規の締付はトルクにな
る前に停止してしまい、適正なボルトの軸力が得られな
いばかりか、正規の締付けが完了したか否かを伴別する
のが、前記したように困難であった。

この発明は以上のような不都合に鑑みなされたものであ
り、正規の締付けが完了した場合だけ締付けを停止し、
目視による判別が不要で、常に適正な締付けを行なうこ
とが可能なボルト締付機を提供することを目的とするも
のである。

この発明はこのような目的を達成するため、締付トルク
が一定値以上であることを検出して出力するトルク検出
手段と、前記締付トルクの時間による一次微分値が一定
値以下であることを検出し出力する一次微分手段とを備
え、前記トルク検出手段および一次微分手段の各出力と
、締付トルクの時間による二次微分値が負になったこと
とに基づいて締付けを停止するように構成したものであ
る。

以下図面に基づいてこの発明の詳細な説明する。

第２図はこの発明の一実施例を示す回路構成図である。

この図において符号１は直流直巻モータであり、２と３
はこのモータ１を構成する回転子と界磁巻線である。

このモータ１には交流電源４、スイッチ５．５ＣＲ（サ
イリスタ）６、およびシャント抵抗７が直列に閉回路を
形成するように接続されている。

回転子２には不図示のナツト締付用工具が取付ゆられ、
この回転子２の回転により締付けが行なわれる。

モータ電流ｉは前記シャント抵抗７における電圧降下に
よって検出され、この電圧降下は低域フィルタ８におい
て、５ＣＲ６の断続や交流の脈動およびモータ１の整流
に伴なうノイズ等が消される。

１０はトルク検出手段であって公知の演算増幅器からな
る比較器１１と、その逆相入力端に接続された可変抵抗
器１２とを備え、比較器１１の正相入力端には前記低域
フィルタ８の出力が入力されている。

この低域フィルタ８の出力としては、前記モータ電流ｉ
に対応する電圧信号が現れているから、この電圧信号が
可変抵抗器１２の設定電圧より大となった時に、比較器
１１は論理「１」を出力する。

従ってこの可変抵抗器１２はモータ電流ｉすなわち締付
トルクの下限値の１つを規定するものであり、前記第１
図Ａにおける電流ｉ。

を設定するものである。この電流ｉ。

は前記した共まわりした場合（一点鎖線す参照）の電流
より大きく設定され、同図Ａの正規の締付過程を示す実
線ａ上においては点ｋが対応する。

２０は一次微分手段であり、前記低域フィルタ８の出力
を微分する微分回路２１と、演算増幅器からなる比較器
２２と、この比較器２２の正相入力端に接続された可変
抵抗器２３とを備え、微分回路２１の出力は比較器２２
の逆相入力端に入力されている。

従って微分回路２１の出力電圧が可変抵抗器２３の設定
電圧より低くなると比較器２２は論理「１」を出力する
。

この可変抵抗器２３は第１図Ｂにおける一次微分値を示
す曲線の下降過程における値、例えばｉｌ を決める
ものであり、同図Ｂの実線ａ上においては点ｌに対応す
る。

一次微分曲線の下降過程は同図Ａにおける変曲点ｅと実
線ａの最大値である最大応力点ｍの間に対応するから、
結局可変抵抗器２３の抵抗値を変化させることにより、
点ｅと点ｍの間における電流ｉを設定することができる
。

すなわちボルト応力の耐力点から最大応力点に対応する
。

なお同図Ｂにおける前記実線ａは、点ｎにおいても１１
に等しくなるが、この点ｎにおいては後記するように
二次微分値が負にならないため考慮する必要が無くなる
。

３０は微分回路であり、前記微分回路２１の出力を再び
微分し二次微分値を求めるものである。

３１はインバータであって、微分回路３０の出力である
二次微分値が負の時に論理「１」を出力する。

４０はオン・ディレィ・タイマであり、前記スイッチ５
をオンにしだ後０．５秒経過後に論理「１」を出力する
。

このタイマ４０は第１図におけるピークｄ、すなわちモ
ータ１の始動時における起動電流による誤動作を防ぐ作
用をもつ。

５０は４人カアンド・ゲートであり、前記トルク検出手
段１０、一次微分手段２０、インバータ３０およびタイ
マ４０の各出力が入力され、これら各入力が全て論理「
１」の時に論理「１」を出力する。

６０はゲート回路であり、前記アンド・ゲート５０の出
力が論理「０」の時はゲートパルスＧを発生し続け、前
記５ＣＲ６を断・絞制御する。

すなわちこの５ＣＲ６は交流電源４の交流を半波整流し
、モータ１に直流電流を導く。

このゲート回路６０は、アンド・ゲート５０の出力が論
理「１」となった時にはゲートパルスＧを出力するのを
停止する。

従ってモータ１の回転は停止し、ボルトの締付けが終了
する。

次にこの実施例の動作を第１図を用いて説明する。

今ボルトが正規の締付過程にある時は、スイッチ５をオ
ンにした後タイマ４０の出力が論理「１」となる。

電流ｉ−ｂ″−ｉ０ （第１図Ａ、ａｋ）を越えると
トルク検出手段１０が論理「１」を出力する。

さらに締付けが進み二次微分値が負になり、電流ｉが変
曲点ｅを越えるとインバータ３１は論理「１」を出力す
る。

さらにまた一次微分値が１１（同図８点ｌ）より小さく
なると一次微分手段２０が論理「１」を出力する。

この時の点ｌは同図Ａにおける点０に対応し、この点０
は前記したように変曲点ｅと最大応力へｍの間に位置す
る。

以上の４つの論理「１」に基づいてアンド・ゲート５０
が論理「１」を出力し、モータ１を停止させる。

共まわりが生じる場合には、電流ｉがｉ。

まで達しないから、トルク検出手段１０の出力は論理「
０」となり、モータ１は回転し続けることになる。

従ってモータ１が停止しないことから、共まわりが発生
していることを容易に知ることができる。

また予備締めしである場合においては、同図への別の変
曲点りで一次微分値が１１ より大きいため一次微分
手段２０の出力が論理「０」となる。

従ってモータ１はこの変曲点り付近では停止することは
なく、さらに電流ｉの大きい点ｐで停止する。

この点ｐは前記点０と同一の電流ｉであり、正規の締付
トルクによる締付けが行なわれていることになる。

この実施例では直流直巻モータ１の締付トルクが電流ｉ
に比例することを利用しているが、油圧モータ、空気モ
ータ等を使用することも勿論可能である。

またこの実施例は全て電気的に構成したから構成が非常
に簡単で安価になる。

さらにこの実施例ではオン・ディレィ・タイマ４０によ
りモータ１の起動電流による誤動作を防止しているが、
このタイマ４０はこの発明に必須のものではない。

例えばモータ１の固定子側に発生する締付トルクの反力
により、締付トルクを検出する場合、あるいはＳＣＲを
移相制御しソフトスタートする場合等には、このような
タイマは不要である。

この発明は以上のように、締付トルクが一定値以上であ
ること、締付トルクの一次微分値が一定値以下であるこ
と、および二次微分値が負であること、という３つの判
定に基づいて締付けを停止するように構成した・から、
ボルトとナツトが共まわりした時にはモータが停止しな
いことによって、共まわりしていることを極めて容易に
知ることができる。

また予備締めしである場合にも正規の締付軸力での締付
けを行なうことができる。

従って不完全な締付けが起こることが無くなり、常に適
正な締付軸力による締付けが可能となる。

さらに一次微分値の設定値、あるいは一次微分値と締付
トルクの固設定値を変化させれば、締付軸力は変曲点す
なわち耐力点ｅと最大応力点ｍとの間において任意の点
で停止させることも可能であり、締付軸力の調節ができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は締付けの過程を示す図、第２図はこの発明の一
実施例な示す回路構成図である。 １０・・・トルク検出手段、２０・・・一次微分手段、
ｅ・・・変曲点。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 締付トルクの時間による二次微分値が負になること
   から締付トルク曲線の変曲点を求め締付けを停止するボ
   ルト締付機において、前記締付トルクが一定以上である
   ことを検出し出力するトルク検出手段と、前記締付トル
   クの時間による一次微分値が一定値以下であることを検
   出し出力する一次微分手段とを備え、前記トルク検出手
   段および一次微分手段の各出力と、前記二次微分値が負
   になったこととに基づいて締付けを停止することを特徴
   とするボルト締付機。