JPS6322067Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、所定の締付荷重で塑性変形する荷重
制御座金を用いて、ボルトを所定の締付荷重で締
付けるボルト締付機の改良に関するものである。

ボルトの規定の締付荷重に対応する締付荷重で
塑性変形する荷重制御座金を用い、前記座金の塑
性変形を監視しながらボルトを締付けることが従
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担化し、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の軸力が略一定となるから、その間の締付トル
クも略一定になる。従つてこの座金４の塑性変形
範囲の終期において締付けを停止すれば、締付荷
重をこの座金４の種類によつ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
内に納まるように十分小さくなつたことから、荷
重制御座金４が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図の曲線Ｉ
は締付時間ｔに対するこの電動機電流Ｉの変化を
示す。従来は例えばこの電流曲線Ｉを微分してそ
の微分値が略０になることを判別したり（微分
法）、積分回路が位相遅れ回路としての作用を持
つことから電流Ｉとその積分値との差が所定値以
下に減小したことから電流Ｉの変化が十分小さく
なつたことを判別（積分法）することにより、塑
性変形範囲ｂを判別していた。

しかしながら第２図からも明らかなように電流
曲線Ｉには電動機の始動時に始動電流によるピー
クａが現れるため、座金の塑性変形範囲ｂ以前に
極大値Ａと極小値Ｂがそれぞれ１度づつ現れる。
前記微分法や積分法では、一般に設定値以下とな
つたか否かを判別する比較器が用いられるが、こ
の場合にはこの積分値などが設定値以下になつた
ことと、負になつたこととを判別できない。この
ため第２図ＩのＡ−Ｂ間と、塑性変形範囲ｂとを
判別できず誤動作の原因となる。従つてこの場合
にはＡ−Ｂ間で微分値などが負になつたことを検
出して塑性変形範囲ｂと区別する回路が新たに必
要になり、装置が複雑化して高価にもなる。また
クツシヨンスタート回路を設けて始動電流のピー
クａが現れないようにした場合には、小電流の時
から測定をするためノイズ等の影響を受け易く誤
動作を発生し易い。

また、前記塑性変形範囲ｂが終了したことを電
流の変化が所定範囲より大きくなつたことから検
出すると、所定の締付荷重よりも大きな荷重で締
付けられ、しかもこの荷重がボルトや部材等の状
態により影響を受ける。

本考案はこのような事情に鑑みなされたもので
あり、構成が簡単で誤動作が発生しにくく信頼性
に富むボルト締付機を提供することを目的とする
ものである。

本考案はこのような目的を達成するため、荷重
制御座金の塑性変形中には締付トルクが一定で、
この時には締付速度も略一定になることに着目
し、締付速度を検出して速度信号を出力する速度
検出器と、前記速度信号を所定時間遅らせて遅延
速度信号を出力する遅延回路と、前記遅延速度信
号から速度信号を減算してその差を出力する減算
回路と、前記差が所定の設定値以下になつたこと
を検出する塑性変形開始点検出回路と、この塑性
変形開始点検出回路が出力した時点を始点として
締付速度を時間積分する積分回路と、前記積分回
路の積分値が所定の値を超えたときに停止信号を
発生する比較回路とを備え、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本考案を詳細に説明す
る。

第２図の曲線Ｎは締付速度Ｎの変化を示す図、
第３図はこの考案の一実施例の回路構成図であ
る。第３図において、符号１０は直流直巻電動機
であつて回転子１２と界磁巻線１４とを備え、こ
の回転子１２の回転によりナツト５（第１図）を
締付ける。１６は交流電源であり、この電源１６
と電動機１０とはサイリスタ１８と共に閉回路を
形成している。サイリスタ１８のゲートには、後
記ゲート制御回路３３からゲートパルスＧが送ら
れ、サイリスタ１８のオン・オフによつて電動機
１０に供給される直流電流Ｉが制御される。なお
この電流Ｉは前記第２図の曲線Ｉに対応する。２
０は速度検出器であつて回転子１２の回転速度か
ら締付速度Ｎを検出して時刻ｔにおける速度信号
Ｎ（ｔ）を出力する。この速度検出器２０として
は、直流タコジエネレータや電機子（回転子１
２）電圧などによるアナログ方式のものや、各種
の近接スイツチを用いたデジタル方式のもの等が
使用可能である。

２２は遅延回路であつて、前記速度信号Ntを
所定時間Δtだけ遅らせて遅延速度信号Ｎ（ｔ−
Δt）を出力する。２４は減算回路であつて遅延
速度信号Ｎ（ｔ−Δt）から速度信号Ｎ（ｔ）を減
算し、その差ΔN、すなわち、ΔN＝Ｎ（ｔ−Δt）
−Ｎ（ｔ）を演算する。

２６は塑性変形開始点検出回路、２８は可変抵
抗からなる設定器であり、塑性変形開始点検出回
路２６はこの設定器２８により決められた所定の
設定値ｘと、前記差ΔNとを比較し、この差ΔN
が設定値ｘ以下になつたことを検出して出力す
る。

３０は積分回路であつて、塑性変形開始点検出
回路２６が出力した時点を始点Ｐとして締付速度
を時間積分して信号を比較回路３２に出力する。
比較回路３２は、前記積分値が設定器３１に設定
した所定の値を超えた時停止信号Ｓを出力する。

３３はゲート制御回路であつて、ゲートパルス
Ｇを出力する。前記サイリスタ１８はこのゲート
パルスＧによつて電流Ｉを半波整流する。このゲ
ート制御回路３３は前記停止信号Ｓが入力される
とゲートパルスＧを停止し、サイリスタ１８をオ
フにする。従つて電動機電流Ｉは遮断され回転子
１２の回転は停止する。すなわち締付けは停止す
る。

次にこの実施例の動作を説明する。ゲートパル
スＧがサイリスタ１８に供給され電動機１０に電
流Ｉ（第２図Ｉ）が流れると、始動時に始動電流
のピークａが現れるが、回転子１２の回転速度は
慣性によつて滑らかに上昇する（第２図Ｎ）。ナ
ツト５の締付けが始まるとボルト３の弾性変形に
よつて締付トルクが次第に上昇し、これに伴つて
締付速度Ｎも次第に減少する。締付荷重が荷重制
御座金４の塑性変形させる荷重に達すると締付ト
ルクは略一定になり、締付速度Ｎも略一定にな
る。その後締付トルク増大により再びボルト３は
弾性変形し、締付速度Ｎも減少してゆく。このよ
うに締付速度曲線Ｎには極大値Ｃが現れる。始動
からこの極大値Ｃに至るまでは前記差ΔNは負で
ある。この極大値Ｃを過ぎるとこの差ΔNは正で
かつ設定値ｘ以上になり、塑性変形範囲ｂに入る
とこの差ΔNは設定値ｘ以下になり、積分回路３
０はこの一連の動作に基づき塑性変形開始点検出
回路２６が出力した時点を始点として締付速度を
時間積分するため積分された値は始点からの締付
角度となるので、この角度が設定器３１の所定値
になつたことを比較回路３２で比較し、停止信号
Ｓを出力し、さらにゲート制御回路３３は、この
停止信号Ｓに基づいてゲートパルスＧを出力する
のを停止し、締付けを終了する。この結果塑性変
形範囲ｂの終期において締付けは停止し、ボルト
３はこの塑性変形範囲ｂに対応する締付荷重で締
付けられることになる。

本考案は以上のように遅延回路により与えられ
る遅延時間間隔の前後における締付速度の差を比
較し、この差が所定の設定値以下になつたことを
塑性変形開始点検出回路で検出し、この塑性変形
開始点検出回路が出力した時点を始点として締付
速度を積分回路で時間積分し、この積分値が所定
の値を超えた時、停止信号を比較回路より発生し
て締付けを停止するように構成したもので、塑性
変形範囲前に生じる締付速度の極大値により誤動
作することなく、しかも、所定の締付荷重を超過
して締付けることもない。また、クツシヨンスタ
ート回路を不要であるから、小電流の時から測定
を始める必要もなくなり、ノイズ等による誤動作
も発生しにくい。さらに速度検出器のデジタル化
が容易であるから、装置全体をデジタル回路で構
成することも容易になり、精度の高い装置とする
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図は電動機電流および締付速度の変形を示す
図、第３図は本考案の一実施例を示す構成図であ
る。 ４……荷重制御座金、２０……速度検出器、２
２……遅延回路、２４……減算回路、２６……塑
性変形開始点検出回路、３０……積分回路、３２
……比較回路、３３……ゲート制御回路、Ｎ……
締付速度、Ｎ（ｔ）……速度信号、Ｎ（ｔ−Δt）
……遅延速度信号、ΔN……差、ｘ……設定値、
Ｓ……停止信号。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
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、
   締付速度を検出して速度信号を出力する速度検出
   器と、前記速度信号を所定時間遅らせて遅延速度
   信号を出力する遅延回路と、前記遅延速度信号か
   ら速度信号を減算してその差を出力する減算回路
   と、前記差が所定の設定値以下になつたことから
   前記荷重制御座金の塑性変形開始点を検出する塑
   性変形開始点検出回路と、前記塑性変形開始点を
   始点として締付速度を時間積分する積分回路と、
   前記積分回路の積分値が所定の値を超えたときに
   停止信号を発生する比較回路とを備え、前記停止
   信号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。