JPS6040313Y2 - ボルト締付機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、所定の締付荷重で塑性変形する荷重制御座
金を用いて、ボルトを自動的に締付けるボルト締付機に
関するものである。

ボルトを締付制御する方法としては、トルク制御法およ
びナツト回転角法が一般に用いられている。

しかしながら、トルク制御法はボルトの締付軸力とトル
クとの間の比例関係を利用するものであるが、トルクを
高精度に制御してもボルト、ナツト、座金の表面状態す
なわち摩擦係数の変動により大きな影響を受け、軸力に
誤差が生ずるという不都合がある。

またナツト回転角法は、被締付体間に緩みがなくなった
状態を起点として所定角度だけナツトを回転させて所定
の軸力を得るものであるが、常に同一の起点を求めるこ
とは困難で、起点のバラツキが直接軸力の誤差となると
いう不都合がある。

そこでこのような不都合を除去するため、荷重制御座金
を用いることが従来より提案されている。

この荷重制御座金は厚手の皿型形状を有し、ボルトの設
計締付荷重より低い荷重で塑性変形する座金であり、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）等がある。

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はその締付は前を、Ｂは締付は終了後を示
している。

これらの図で１，２は被締付体、３はこれらの被締付体
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
性変形が進行し平坦化して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
の変化は少ないため、この座金４の変形量を検出するこ
とにより、簡便に軸力が小さい変動範囲内に収まるよう
に締付けを行なうことができる。

そこで従来、このような荷重制御座金を用いてボルトを
自動的に締付けるボルト締付機として、微分法を利用し
たものが提案されている。

微分法を利用したボルト締付機は、ボルトを締付ける直
流直巻電動機の締付はトルクの微分値が、荷重制御座金
が平坦化した時に零になり、その後増加する特性を利用
し、前記微分値が１反軍になってその後増加する時点で
締付けを停止させるものである。

しかしながら、この微分法によるものは、微分回路が高
周波通過フィルタとしても作動するため、外部雑音によ
って誤動作してしまい、安定した締付は作業ができない
という欠点がある。

本考案はこのような欠点に鑑みなされたもので、その目
的は雑音による誤動作が起りにくく、安定した締付けが
可能なボルト締付機を提供することにある。

このような目的を遠戚するため、本考案によるボルト締
付機は、直流直巻電動機の駆動電流を締付はトルク信号
として取り出した上、この締付はトルク信号をそれぞれ
第１および第２の低域フィルタで異なる時間遅延させて
第１および第２の遅延締付はトルク信号を形成し、さら
にこれら各遅延締付はトルク信号間の差を演算し、この
差が１度所定範囲内になった後再び所定範囲外に復帰し
たことを判別して締付けを停止させるようにしたもので
ある。

以下、図示する実施例に基づき本考案を詳細に説明する
。

第２図は本考案の一実施例を示す回路構成図、第３図は
各部出力波形を示す図であり、この実施例は直流直巻電
動機をソフトスタートさせる場合のものである。

第２図において、１０は直流直巻電動機であり、回転子
１０ａと界磁巻線１０ｂとを備え、この回転子１０ａの
回転によりナツトを締付ける。

１１は交流電源であり、この電源１１とモータ１０とは
５ＣＲ（サイリスタ）１２およびシャント抵抗１３と共
に閉回路を形成している。

５ＣＲ１２のゲートには、後記ゲート回路２１から電源
１１に同期したゲートパルスＧが送られ、ｓｃｓ １２
のオン・オフによってモータ１０の電流を制御する。

１４および１５は時定数がτ、τ２ （τ、 ）ｒ２
）に設定された低域フィルタである。

この低域フィルタ１４．１５は、前記シャント抵抗１３
の電圧降下により検出した電動機１０の駆動電流に含ま
れる高周波成分を除去すると共に、それぞれのフィルタ
１４．１５から時間遅れγ１．γ２を持った第１および
第２の遅延締付はトルク信号Ｔ１．Ｔ２を出力させるた
めのものである。

すなわち、電動機１０の駆動電流には電源１１の脈動や
５ＣＲ１２のオン・オフ、あるいは電動機１０の整流子
等による高周波成分が含まれるが、低域フィルタ１４．
１５はこのような高周波成分を除去する作用を行う。

一方、電動機１０はそのトルクＴが駆動電流ｉに比例す
る特性を持っているため、前記シャント抵抗１３によっ
て検出した電動機１０の駆動電流ｉは、回転子１０ａの
回転角θまたは時間ｔに対して第３図のＡに示すように
変化する。

そして、ここではこの駆動電流ｉがナツトの締付はトル
クＴを示す締付はトルク信号として利用されるが、荷重
制御座金が塑性変形し平坦化したことを演算によって検
知するため、低域フィルタ１４の時定数Ｔ□５が一方の
低域フィルタ１５の時定数Ｔ２よりΔ丁だけ大きく設定
され、低域フィルタ１５の出力端から得られる第３図の
Ａに示すような第２の遅延締付はトルク信号Ｔ２に対し
ΔＴだけ時間遅れを有する第３図のＢに示すような第１
の遅延締付はトルク信号Ｔ、が形成される。

なお、第３図において波形Ａ、 Ｂの平坦部ａは荷重制
御座金４が塑性変形している状態に対応している。

次に、１６は前記低域フィルタ１４から出力される第１
の遅延締付はトルク信号Ｔ１と低域フィルタ１５から出
力される第２の締付はトルク信号Ｔ２との差を求める減
算回路であって、ここでは第２の遅延締付はトルク信号
Ｔ２が非反転入力に入力されているので、ナツト５の締
付はトルクの変化に伴ってこの減算回路１６から得られ
る差信号６丁は、第３図のｔ５区間で正、ｔ２区間で零
、ｔ３区間で正となる。

１７は減算回路１６から出力される差信号ΔＴが所定範
囲内か否かを検出する比較回路であって、比較器１７０
と比較入力信号ΔＴｏを設定する可変抵抗器１７１とを
備えている。

減算回路１６から出力される差信号６丁は比較器１７０
の反転入力に入力され、比較入力信号ΔＴｏは非反転入
力に入力されている。

この場合、比較入力信号ΔＴｏは第３図のｔ９区間およ
びｔ、３区間における任意の時刻の波形ＡとＢとの差、
すなわち第２の遅延締付はトルク信号Ｔ２と第１の遅延
締付はトルク信号Ｔ、との差よりやや小さく、かつら区
間における信号Ａと信号Ｂとの差より大きく設定される
。

従って、この比較回路１７は第３図の（区間では、第２
の遅延締付はトルク信号Ｔ２と第１の遅延締付はトルク
信号Ｔ、との差ΔＴがΔＴ〉ΔＴｏであるため“Ｏ“の
比較結果信号を出力し、ち区間ではΔＴ〈ΔＴｏとなる
ため“１′の比較結果信号を出力し、ｔ３区間では再び
ΔＴ〉ΔＴｏとなるため“０゛の比較結果信号を出力す
る。

すなわち、比較回路１７はナツト５の締付はトルクの変
化に追随して“０°゛°１゛“Ｏ゛の信号を順に出力す
る。

１８は、比較回路１７から出力される比較結果信号のう
ち“１９９信号によってセットされ、この４Ｇ １ ｓ
ｔ信号を一時記憶するフリップフロップ（Ｆ／Ｆ）であ
る。

１９は、比較回路１７から出力される比較結果信号を反
転してアンドゲート２０に与えるインバータである。

２０はフリップフロップ１８に一時記憶されそのセット
出力Ｑから出力される゛１°゛信号とインバータ１９の
出力信号との論理積を求め、両者が共に°１゛になった
時に“１゛信号を出力するアンドゲートである。

２１はゲート回路であって、前記５ＣＲ１２に点弧用の
ゲートパルスＧを送ると共に、アンドゲート２０の出力
が論理゛１９９になるとゲートパルスＧの発生を停止し
、ＳＣＲｌ ２をオフとする。

また、このゲート回路２１はゲートパルスＧの発生を停
止した直後に前記フリップフロップ１８に対するリセッ
ト信号を送出する。

従って、ゲート回路２１を作動させてゲートパルスＧを
発生させると、電動機１０に駆動電流が流れて電動機１
０の回転子ｌｅａが回転腰ナツト５の締付けが開始され
るが、その締付はトルクが平坦部ａになると、比較回路
１７から“１゛信号が出力されてフリップフロップ１８
がセットされる。

その後、粘区間になり締付はトルクが平坦部ａから増加
すると比較回路１７から出力される比較結果信号が“０
゛となりインバータ１９の出力が“１′となるため、ア
ンドゲート２０の論理積条件が成立してこのゲート２０
から“１゛信号が出力される。

このため、ゲート回路２１はゲートパルスＧの発生を停
止腰電動機１０への電流は遮断される。

これにより、ナツトの締付けはこの時点で停止される。

従って、インバータ１９、フリップフロップ１８、アン
ドゲート２０から成る部分は、減算回路１６から出力さ
れる差信号Δ丁が１度所定範囲内（ΔＴ〈Δ’ｒｏ）に
なった後再び所定範囲外（６丁〉ΔＴｏ）に復帰したこ
とを判別して停止信号を出力する論理回路として機能し
ていることになる。

このように本実施例においては、第１および第２の遅延
締付はトルク信号間の差が１度所定範囲内になり、その
後所定範囲外に復帰したことを条件に電動機１０による
締付けを停止するようにしたため、荷重制御座金が塑性
変形して平坦化した後に締付はトルクが上昇し始める位
置付近で正確に締付けを停止できる。

特に、高周波通過フィルタとして作動する部分が全く無
く、逆に高周波のノイズは低域フィルタ１４．１５で抑
制されるため、ノイズ等により誤動作することがなく、
安定した締付けを行うことができる。

ところで、第２図に示した回路を起動させる場合、起動
開始時において電動機１０の駆動電流が零であるため、
フリップフロップ１８のセット条件が成立するが、起動
開始後０．１〜０．鍬程度の不動作時間帯を設けるか、
あるいは第４図に示すように検出回路２２を付加腰駆動
電流、すなわち第２の遅延締付はトルク信号Ｔ２が所定
値Ｔｉを越えた以後フリップフロップ１８のセット条件
が成立するようにしても良い。

すなわち、可変抵抗器２２０、比較器２２１、アンドゲ
ート２２２とからなる検出回路２２を付加し、低域フィ
ルタ１５から出力される第２の遅延締付はトルク信号Ｔ
２が可変抵抗器２２０て設定した設定（１ｉより大きい
ことを比較器２２１により検出し、この第２の遅延締付
はトルク信号Ｔ２が設定値Ｔｉよりも大きい時のみアン
ドゲート２２２を開状態とし、比較回路１７から出力さ
れる“１゛信号によってフリップフロップ１８をセット
させるようにする。

可変抵抗器２２０で設定値Ｔｉは零より大きな値であれ
ば良い。

また、直流直巻電動機１０をソフトスタートさせない場
合、その駆動電流には第５図の波形図に示すように起動
開始時に大きな始動電流が現われるが、この場合には電
源投入直後の始動電流が流れる間（０，１〜０５秒程度
）締付トルクを検出しないようにしたりこの締付トルク
を減算回路１６や比較回路１７に入力しないように構成
することにより解決できる。

以上の説明から明らかなように本考案は、直流直巻電動
機の駆動電流を締付はトルク信号として取り出した上、
この締付はトルク信号を異なる時定数の２つの低域フィ
ルタを通過させて第１および第２の遅延締付はトルク信
号を形成腰さらにこれら遅延締付はトルク信号間の差を
演算し、この差が１度所定範囲内になった後再び所定範
囲外に復帰したことを判別して締付けを停止させるよう
にしたものである。

このため、ボルトを自動的に常に適正の軸力で締付ける
ことができる。

特に、低域フィルタを用いているため、ノイズ等により
誤動作することがなく、安定した締付けを行うことがで
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図はこ
の考案の一実施例を示す回路構成図、第３図はソフトス
タート条件において検出される締付はトルク信号の波形
を示す図、第４図は第２図の改良例を示す構成国、第５
図は非ソフトスタート条件において検出される締付はト
ルク信号の波形を示す図である。 ３・・・・・・ボルト、４・・・・・・荷重制御座金、
５・・・・・・ナツト、１０・・・・・・直流直巻電動
機、１４，１５・・・・・・低域フィルタ、１６・・・
・・・減算回路、１７・・・・・・比較回路、１８・・
・・・・フリップフロップ、２１・・・・・・ゲート回
路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ボルトを所定の締付荷重で塑性変形する荷重制御座金を
   介して直流直巻電動機により締付けるボルト締付機にお
   いて、前記直流直巻電動機の駆動電流を締付トルク信号
   としこの締付トルク信号をそれぞれ異なる時間遅延させ
   て第１および第２の遅延締付トルク信号を出力する第１
   および第２の低域フィルタと、前記各遅延締付トルク信
   号間の差を求める減算回路と、前記差と所定値とを比較
   する比較回路と、該比較回路の出力に基づき前記差が１
   度所定範囲内になった後再び所定範囲外に復帰したこと
   を判別して停止信号を出力する論理回路とを備え、前記
   停止信号に基づいて締付けを停止させることを特徴とす
   るボルト締付機。