JPS6023953B2 - ボルト締付機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は所定の緒付荷重で塑性変形する荷重制御座金
を用いてボルトを緒付けるボルト縦付機の改良に関する
ものである。

ボルトの弾性変形範囲内の所定の締付荷重で塑性変形す
る荷重制御座金を用い、ボルトを所定の稀付荷重で稀付
けることが従来より行なわれている。

この荷重制御座金としては、例えば新日本製鉄株式会社
および日鉄ボルテン株式会社製のＬＣ座金（商標名）が
知られている。第１図はこのような荷重制御座金の使用
状態を示す図であり、同図Ａはその締付前を、Ｂは締付
終了後を示す。

これらの図で符号１，２は被締付体、３はこれら被締付
体１，２を貫通するボルト、４は荷重制御座金、５はナ
ットである。同図Ａの状態からナット５を締付けてゆく
と座金４の塑性変形が進行して平坦化し、Ｂの状態にな
る。この座金４の塑性変形の過程においては、ボルト３
の鞠力は略一定となるから、その間の締付トルクも略一
定になる。従ってこの座金４の塑性変形範囲の終期にお
いて締付けを停止すれば、締付トルクをこの座金４の種
類によって決まる所定の値にすることができる。第２図
Ａは緒付時間ｔに対する締付トルクＴの関係を示し、図
中点ａは荷重制御座金４の塑性変形開始点、また点ｂは
塑性変形終了点を示す。

このように点ａ〜ｂ間の塑性変形範囲内においては締付
トルクＴは略一定になる。この塑性変形範囲ａ〜ｂを検
出するために従来より微分法や積分法が提案されている
。

微分法はトルクに比例する電流１を微分してその時間に
対する変化（微分値）を算出し、この微分値が略０にな
っていることから範囲ａ〜ｂを検出するものである。し
かしこの微分法では微分演算が一種のハィパスフイル夕
的作用を持つために雑音による誤動作が起き易い。また
電流１は座金、被締付体、ナットの接触面の影響を受け
、実際には範囲ａ〜ｂ間で波打ちが発生する。このため
微分法では終了点ｂを正しく検出できず誤動作し易い。
なお第３図で最初のピークｃは始動電流によるものであ
る。また積分法は、積分回路が一種の位相遅れ回路（遅
延回路）としての作用を持つことを利用し、電流１と電
流１の積分値との差が所定値以上に増大したことから電
流の急変化を検出するものである。

しかしこの方法は雑音に強いが応答性が悪く締過ぎにな
り易いという問題がある。また綿付速度の異なる電動機
を用いる場合には積分回路の応答速度も変える必要があ
りその切換えが困難であつた。この発明はこのような事
情に鑑みなされたものであり、従来装置に用いられてい
た微分法や積分法の欠点を解消し、常に正確な締付トル
クでの縦付けを可能にするボルト締付機を提供すること
を目的とするものである。

この発明はこの目的達成のため、締付トルクを検出して
このトルクを示す信号を出力するトルク検出部と、同期
信号を発生する同期信号発生部と前記トルクを同期信号
に基づいて記憶する記憶部と、次の同期信号に基づき前
記トルク検出部が出力するトルクから前記記憶部が記憶
するトルクを差引いた差を算出する減算部と、前記差が
所定の設定値以下になることを検出する比較部と、この
比較部の出力に基づき前記差が前記設定値以上から一度
この設定値以下になった後復帰することを判別して停止
信号を出力する停止判別部とを備え、前記停止信号に基
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を詳細に説明する。第３図
はこの発明の一実施例の全体構成図である。

この図において符号１川ま直流直巻電動機であって、回
転子１２と界磁巻線１４とを備える。この回転子１２の
回転によってナット５（第１図参照）を綿付ける。１６
は交流電源、１８はスイッチ、２０はサィリスタ、２２
はシヤント抵抗であって、これらは電動機１０と共に閉
回路を形成するように接続されている。

サイリスタ２０のゲートには後記ゲ−ト制御回路３８が
出力するゲ−トパルスＧが入力され、サイリスタ２０の
オン・オフによって電動機電流１が制御される。なおこ
のように直流直巻電動機ＩＤを用いた場合には、緒付ト
ルクＴは電動機電流１に比例する。２４はトルク検出部
であり、前記シャント抵抗２２によって検出した電動機
電流１に基づき綿付トルクＴを検出して、このトルクＴ
を示す信号を出力する。

すなわちこのトルク検出部２４は電動機電流１の脈動成
分やパルス性の雑音を除去するためのローパスフィルタ
やゲイン調整回路などで構成される。なおこの装置をマ
イクロコンピュータなどのデジタル回路で構成する場合
には、このトルク検出部２４をローパスフィルタおよび
Ａ／Ｄ変換器で構成する。２６は同期信号ＣＬを所定時
間△ｔの間隔で出力する同期信号発生器である。

２８は記憶部であり、同期信号ＣＬに基づいてトルク検
出部２４の出力信号であるトルクＴを順次記憶する。

この装置をマイクロコンピュータで構成する場合には、
この記憶部２８はＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ
）に対応する。なおこの記憶部２８に記憶されたトルク
Ｔは次の同期信号ＣＬによって書き換えられ、同期信号
ＣＬの時間間隔△ｔで順次その時のトルクが新たに記憶
されるようになっている。３０は減算部、３２はアナロ
グスイッチである。

アナログスイッチ３２は同期信号ＣＬによって閉路され
て前記トルク検出部２４の出力信号であるトルクＴを減
算部３０へ供給する。減算部３川ま、或る時刻ｔにおけ
る同期信号ＣＬにより記憶部２８に記憶されたその時刻
ｔのトルクＴ（ｔ）を、次の時刻ｔ十△ｔにおける同期
信号ＣＬにより閉路するアナログスイッチ３２を通過し
たトルクＴ（ｔ＋△ｔ）から差引し、てその差△Ｔを算
出する。３４は比較部であり、さらに次の同期信号ＣＬ
に基づき予め定められた設定値△Ｔ（ＳＥＴ）と前記差
△Ｔとを比較し、例えば△Ｔ＝Ｔ（ｔ＋△ｔ）−Ｔ（ｔ
）＞△Ｔ（ＳＥＴ） ・・
・｛ａ’の時には論理１を出力し、△ＴＳ△Ｔ（ＳＥＴ
） の時には論理０を出力するように構成される。

なお前記設定値△Ｔ（ＳＥＴ）は座金の種類などにより
決められるものである。３６は停止判別部であり、前記
比較部３４の出力に基づき、一定の条件を満たす場合に
停止信号Ｓを出力する。

すなわち△Ｔ〉△Ｔ（ＳＥＴ） の状態から、 △Ｔミ△Ｔ（ＳＥＴ） となった後に再び △Ｔ＞△Ｔ（ＳＥＴ） に復帰した時に停止信号Ｓを出力する。

この装置をマイクロコンピュータで構成する場合には減
算部３０、比較部３４、停止判別部３６をＣＰＵ（中央
演算装置）で構成することができ、所定のプログラムに
従って順次ＡＬＵ（算術論理ユニット）で演算・判別さ
せることができる。

なおこの場合には前記アナログスイッチ３２はＣＰＵ内
のデータバススィッチで構成できることは勿論である。
３８はゲート制御回路であり、ゲートパルスＧはを出力
する。

このゲートパルスＧは前記サィリスタ２０のゲートに入
力され、その結果電源１６の交流はこのサィリスタ２川
こおいて半波整流され、電動機１川こ電流１を供給する
。このゲート制御回路３８には前記停止信号Ｓが入力さ
れる。ゲート制御回路３８はこの停止信号Ｓによりゲー
トパルスＧの発生を停止する。なおこのゲート制御回路
３８には、始動電流による誤動作を防止するためにクッ
ションスタート回路を設け、電動機電流１は始動時には
滑らかに増大するように位相制御される。次にこの実施
例の動作を説明する。

スイッチ１８をオンにするとゲート制御回路３８はゲー
トパルスＧを発生し、サイリスタ２０のオン・オフによ
り電動機電流が流れる。ゲート制御回路３８内のクッシ
ョンスタート回路は、始動時に電動機電流１が滑らかに
増加するように作用し、始動直後に急激に流れる始動電
流により誤動作が発生するのを防止している。回転子１
２の回転により縦付けが進むと、先づボルト３がその弾
性域内で変形（伸び）し、締付トルクＴおよび電流１が
増加する。同期信号ＣＬ‘こ基づき、減算部３０は時刻
ｔ＋△ｔとｔにおけるトルクＴ（ｔ十△ｔ），Ｔ（ｔ）
の差△Ｔを順次算出する。第２図Ｂはこの差△Ｔの変化
を示す図である。この図からも明らかなように座金４の
塑性変形範囲ａ〜ｂにおいては△Ｔは略０になる一方、
その前後では正になっている。比較部３４はこの△Ｔが
設定値（略０）以上で論理１、以下で論理０を出力する
から、この世力変化に基づき停止判別部３６は塑性変形
終了点ｂを判別して停止信号Ｓを出力する。この停止信
号Ｓによりゲート制御回路３８はゲートパルスＧの発生
を停止し、綿付けを停止する。第４図は他の実施例の全
体構成図であり、この実施例では、同期信号発生器２６
に同期設定器４０を設け、この周期設定器４０の操作に
よって同期信号ＣＬの時間間隔△ｔを可変としたもので
ある。

この実施例によればこの時間間隔△ｔを調節することに
より、第２図Ｂの△Ｔ曲線を変化させることができ、装
置の感度を調整することが可能になる。

特に塑性変形範囲ａ〜ｂ内で座金、被締付体、ナットの
接触面の影響を受けてトルクＴに波打ちが発生する場合
に、この時間間隔△ｔを適切に決定すれば誤動作を有効
に防止することができる。また座金４、ボルト３の種類
を変えたり異なる速度の電動機を用いる場合にも、最適
な時間間隔△ｔを設定できる。なお第４図においては第
３図と同一部分に同一符号を付したので、その説明は繰
り返えさない。

以上の実施例ではゲート制御回路３８にクッションスタ
ート回路を設け、始動直後に急激に流れる始動電流によ
る誤動作を防止するようにしたが、この発明はトルク検
出部２４等にタイマを設け、始動電流に対応する時間だ
け電流１を検出しないように構成してもよい。また以上
の実施例では差△Ｔを減算部３０で求め、この差△Ｔを
比較部３４において直接設定値△Ｔ（ＳＥＴ）と比較す
るように構成したが、この演算を次のように行なっても
よい。

すなわち設定値△Ｔ（ＳＥＴ）は一般に綿付トルクＴ（
ｔ＋△ｔ）に略比例すると考えられるので、その比例係
数をｋとすれば、前記‘ａー式より△Ｔ−△Ｔ（ＳＥＴ
）＝（１−ｋ）Ｔ（ｔ＋△ｔ）−Ｔ（ｔ）＞０
…｛ｂ’ここにｋは０＜ｋ《１であるから １一ｋ三Ｋ と置けばＫは１に近い数値になる。

従って‘ｂ）式は ＫＴ（ｔ＋△ｔ）−Ｔ（ｔ）＞０ ・・・ｔｃ｝
となる。

このことから前記減算部３０、比較部３４はこの‘ｃ｝
式の判別、すなわちＫＴ（ｔ十△ｔ）とＴ（ｔ）の大小
を比較判別するように構成しても、所期の目的を達成で
きることが鱗る。この【ｃ｝式に基づいて判別する場合
には｛ａー式による場合に比べ比較対象となる数値が大
きい。このためノイズ、オフセット（残留偏差）、ドリ
フト等の影響が小さくなる。また‘ａ’式による場合に
は差△Ｔを差動増幅器により求めかつ増幅する必要があ
り、回路構成が複雑になるが、‘ｃー式による場合はこ
のような差動増幅器は不要で構成が簡単になる。さらに
以上の実施例では、同期信号ＣＬは所定時間間隔△ｔを
持って発生するが、回転子１２の回転角度８を検出しこ
の回転角度のこ同期するように同期信号を発生するよう
に構成することも可能である。この場合には前記時刻ｔ
が角度のこ対応することになる。この発明は以上のよう
に、同期信号に対応する或る時刻ｔまたは角度０の縦付
トルクを、次の同期信号に対応する時刻ｔ＋△ｔまたは
角度８十△８の綿付トルクから差引き、その差が設定値
以上の状態から一度設定値以下になった後再び元の状態
へ復帰したことを判別して綿付けを停止するように構成
したので、微分法による装置のような一種のバイパスフ
ィルタとして作用する微分回路が不要となり、ノイズに
よる誤動作が発生しにくい。

また塑性変形範囲内での綿付トルクの波打ちの影響も受
けにくい。さらに積分法による装置のように、一種の遅
延回路として作動する積分回路が不要であるから、締過
ぎになることがない。特に同期信号の時間または角度間
隔を可変にすれば、座金およびボルトの種類を変えたり
、回転速度の異なる電動機を使用する場合にも、縦付誤
差が少なくかつ常に正確で安定した締付けに最適な時間
または角度間隔を選定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は荷重制御座金の使用状態を示す図、第２図は締
付トルクＴおよび差△Ｔの変化を示す図、第３図はこの
発明の一実施例の全体構成図、第４図は他の実施例の全
体構成図である。 ４・・・・・・荷重制御座金、２４・・・・・・トルク
検出部、２６・・・・・・同期信号発生部、２８・・・
・・・記憶部、３０・…・・減算部、３４・・・・・・
比較部、３６・・・・・・停止判別部、Ｔ・・…・トル
ク、△Ｔ・…・・差、ＣＬ・・・・・・同期信号、Ｓ・
・・・・・停止信号。 ※’図 努Ｚ図 努う図 紫４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 所定の締付荷重で塑性変形する荷重制御座金を用い
   てボルトを締付けるボルト締付機において、締付トルク
   をローパスフイルタを介して電気的に検出してトルクを
   示す信号を出力するトルク検出部と、同期信号を発生す
   る同期信号発生部と、前記トルクを同期信号に基づいて
   記憶する記憶部と、次の同期信号に基づき前記トルク検
   出部が出力するトルクから前記記憶部が記憶するトルク
   を差引いた差を算出する減算部と、前記差が所定の設定
   値以下になることを検出する比較部と、この比較部の出
   力に基づき前記差が前記設定値以上から一度この設定値
   以下になつた後復帰することを判別して停止信号を出力
   する停止判別部とを備え、前記停止信号に基づいて締付
   を停止することを特徴とするボルト締付機。