JPS6035593Y2 - ボルト締付機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、荷重制御座金を用いて所定の締付トルクで
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。

ボルトの弾性変形範囲内の設計締付荷重より低い所定の
締付荷重で塑性変形する荷重制御座金を用い、ボルトを
所定の締付荷重で締付けることが従来より行なわてれて
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
および日鉄ポ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
ツトである。

同図Ａの状態からナツト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の軸
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。

一方ボルト締付機に直流直巻電動機を用いた場合には、
締付トルクと電流とが比例する点に着目し、締付中に電
流の時間に対する変化が所定範囲内に収まるように十分
小さくなったことから、荷重制御座金４が突塑性変形中
であることを検出することが従来より考えられている。

第２図は締付時間ｔまたは締付角度θに対する電動機伝
流■の理想状態における関係を示す図である。

この電動機電流■は締付トルクＴに対応している。

この図において、点ａは座金お４の塑性変形開始点、ｂ
は同じくツ塑性変形終了点を示し、この点３〜６間のち
またはθ、においては電動機電流■および締付トルク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。

微分法は電流■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バイパスフィル
タ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Ｉは座金、被締付体１、ナツトの接触面の影響
を受け、実際には第３図のように範囲ａ ” ｂ間で波
釘ちが発生する。

このため微分法では終了点す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Ｉと電流Ｉ
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線通ぎにな
り易いという問題がある。

また締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
った。

この考案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たた微分法や積分法の欠点を解消し
、特に塑性変形範囲ａ −ｂ内において電流Ｉや締付ト
ルクＴに波釘ちが発生してもこの波釘による影響を全く
受けることなく、常に正確な締付トルクでの締付けを可
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。

この考案はこのような目的の遠戚のため、時間に対する
電動機電流の変化が設定値以下になったことから荷重制
御座金の塑性変形開始点を検出る塑性変形開始点検出手
段と、この塑性変形開始点検出手段の出力に基づいて起
算した所定の追加締付量の積算後締付停止信号を出力す
る追加締付量設定手段とを備え、前記塑性変形開始点か
ら前記追加締付量を締付けて締付けを停止するように構
成したものである。

以下図面に基づきこの考案を詳細に説明する。

第４図はこの考案の一実施例を示す全体構成図である。

この図において符号１０は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の回転によってナツト５（第１図参照）
を締付ける。

１６は交流電源、１８はスイッチ、２０はサイリスタ、
２２はシャフト抵抗であり、これらは前記電動機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ート制御回路３８が
出力するゲートパルスＧが入力され、サイリスク２０の
オン・オフによって電動機電流Ｉが制御される。

２４は塑性変形開始点検出手段であり、入力変換器２６
と検出器２８とを備える。

入力変換器２６は電動機電流Ｉ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、前記シャント抵抗２２により検出し
た電流■に基づいてトルク信号Ｔを出力する。

なおこの検出手段２４をデジタル回路で構成する場合に
は、この入力変換器２６をＡ／Ｄ変換器で構成すること
ができる。

検出器２８は前記トルク信号Ｔに基づいて、塑性変形開
始点ａ（第２．３図参照）を求めるものであり、トルク
信号Ｔの時間に対する変化が設定値以下となったことを
検出して信号Ａを出力するものである。

３０はリセット・セット・フリップフロップであり、前
記信号Ａはこのセット入力端Ｓに入力される。

なお、このフリップフロップ３０のリセット入力端Ｒに
は始動時に信号が入り、後記タイマ３４およびオア回路
３６を不作動にする。

３２は追加締付量設定手段であり、この実施例では追加
締付量を、荷重制御座金４とボルト３（第１図）の種類
および締付速度に基づいて予め決めた所定の追加締付時
間ｔ１としたものである。

すなわちこの設定手段３２はタイマ３４で構成され、こ
のタイマ３４はフリップフロップ３０のＱ出力に基づい
て計時を開始し、追加締付時間ｔ□の積算後に締付停止
信号Ｓを出力する。

３６はオア回路であって、タイマ３４の出力である締付
停止信号Ｓと、緊急停止信号ＥＳとが入力される。

３８はゲート制御回路であって、ゲートパルスＧを出力
する。

このゲートパルスＧは前記サイリスタ２０のゲートに入
力され、その結果電流Ｉはこのサイリスタ２０において
半波整流される。

なおこのゲート制御回路３８にはクッションスタート回
路が内蔵脱され、始動電流のピークＣ（第３図参照）が
現われないよう電流Ｉは位相制御される。

ゲート制御回路３８にはオア回路３６の出力が入力され
る。

従ってタイマ３４が停止信号Ｓを出力すると、この停止
信号Ｓはオア回路３６を通ってゲート制御回路３８へ入
力される。

ゲート回路３８はこの締付停止信号Ｓまたは緊急停止信
号ＥＳによりゲートパルスＧの出力を停止する。

すなわち締付けが停止する。

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を出力する。

このため電動機電流Ｉが流れ始める。

なおゲート制御回路３８内のクッションスタート回路の
作用により、電流Ｉは滑らかに増大してゆく。

回転子１２の回転により締付けが進むと先づボルト３が
その弾性域内で変形し、締付トルクＴおよび電流■が増
加する。

荷重制御座金４の塑性変形範囲ａ〜ｂに入る時には、第
２，３図からも明らかなように時間に対する電流Ｉの変
化が小さくなり、この変化が設定値以下になったことが
検出器２８で検知される。

すなわち塑性変形開始点ａがこの検出器２８によって検
出される。

検出器２８の出力信号Ａによりフリップフロップ３０が
セットされ、そのＱ出力端には論理１が出力される。

タイマ３４はこのＱ出力によって追加締付時間の計時を
開始しこの時間の経過後に締付停止信号Ｓを出力する。

このためゲート制御回路３８はゲートパルスＧの出力を
停止するから電動機電流■はＯとなり、締付けは停止す
る。

また締付中に緊急停止する場合は、オア回路３６に緊急
停止信号ＥＳを入力すれば、ゲート制御回路３８はゲー
トパルスＧの発生を停止する。

従って締付けは停止する。

この実施例ではゲート制御回路３８にクッションスター
ト路を設け、始動電流のビピークＣ（第３図）による誤
動作を防止するように構成したが、入力変換器２６など
にタイマを設け、始動時のピークＣに対応する時間だけ
電流■を検出しないように構成してもよい。

第５図は他の実施例を示す全体構成図である。

この実施例は、追加締付量を締付角度θにより設定する
ものである。

すなわち追加締付量設定手段３２Ａは回転子１２の回転
量から締付角度θを検出する締付角検出器３４Ａと、フ
リップフリップ３０のθ出力に基づきこの締付角度の積
算を開始しかつ所定の追加締付角度θ１の積算後に締付
停止信号Ｓを出力する締付角カウンタ３４Ｂとを備える
。

なお前記追加締付角度θ１は荷重制御座金４とボルト３
の種類に基づいて決められるもので、前記第２図の塑性
変形範囲ａ −ｂ間の角度θ１に対応する。

またこの実施０例では、第４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。

以上のようにその考案は荷重制御座金の塑性変形開始点
から所定の追加締付量を締付けた後に締付けを停止する
ように構成したので、従来装置における微分法や積分法
にあった欠点を解消でき、特に塑性変形範囲ａ −ｂ内
における電流および締付トルクの波打ちによる影響を全
く受けることが無くなる。

従って常に正確な締付トルクでボルトを締付けることが
可能になる。

【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図は理
想状態での電動機電流Ｉおよび締付トルクＴの変化曲線
、第３図は実際の電動機電流■の変化曲線、第４図はこ
の考案の一実施例を示す全体構成図、また第５図は同じ
く他の実施例を示す全体構成図である。 ４・・・・・・荷重制御座金、１０・・・・・・直流直
巻電動機、２４・・・・・・塑性変形開始点検出手段、
３２，３２Ａ・・・・・・追加締付量設定手段、３４・
・・・・・タイマ、３４Ａ・・・・・・締付角検出器、
３４Ｂ・・・・・・締付角カウンタ、ち・・・・・・追
加締付時間、θ１・・・・・・追加締付角度、Ｓ・・・
・・・締付停止信号。

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. （１） 直流直巻電動機を備え、設計締付荷重より低
   い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、時間に対する電動機電流
   の変化が設定値以下となったことから前記荷重制御座金
   の塑性変形開始点を検出する塑性変形開始点検出手段と
   、この塑性変形開始点検出手段の出力に基づき起算した
   所定の追加締付量の積算後締付停止信号を出力する追加
   締付量設定手段とを備え、前記塑性変形開始点から前記
   追加締付量を締付けて締付けを停止することを特徴とす
   るボルト締付機。
2. （２）追加締付量設定手段は、塑性変形開始点検出手段
   の出力に基づいて計時を始め所定の追加締付時間の積算
   後に締付停止信号を出力するタイマを備える実用新案登
   録請求の範囲第１項記載のボルト締付機。
3. （３） 追加締付量設定手段は締付角度を検出する締
   付角検出器と、塑性変形開始点検出手段の出力に基づき
   前記締付角度の積算を開始する締付角カウンタを備え、
   前記締付角カウンタは所定の追加締付角度の積算後に締
   付停止信号を出力する実用新案登録請求の範囲第１項記
   載のボルト締付機。