JPS6331900Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はたとえばある物体（工作物等）に被締
付材を締付けるネジやボルト、ナツト（一般にい
ずれも複数個、以下ネジにて代表させる）を同時
に自動的に締付ける電動工具であるナツトランナ
ーの締付自動制御回路に関するものである。

まず従来の技術について説明する。従来はナツ
トランナによるネジ締付けの制御および良否の判
定を締付トルクの規正のみに頼つているが、品質
管理が特に重要視されるネジ締付けの分野では、
締付トルクを規定しその値で制御する方法であつ
ても、着座直後から最終締付位置までの回転角度
を計数してその範囲を定めモニターする方法や、
着座後から何度回転させるといういわゆる定角度
締付け法や、定角度締付け法に最終締付トルクモ
ニタを付加する方法が用いられている。締付の角
度は着座、つまりネジ座面と被締付材が密着する
前は計数が不要であり、着座直後からナツトラン
ナが停止するまでの角度が重要なのである。しか
しながらトルク測定値から着座点を検出すること
は極めて困難でこれまで実用されていなかつた。
ここで着座について説明する。第１図はボルトま
たはネジ１を締付材２と被締付材３にねじ込み、
締付材２と被締付材３および被締付材３とネジ１
の頭部Ｄの座面が各密着状態になることすなわち
ネジが着座状態にあることを示す断面図である。
これに対し第３図は実際のネジの締付状態を示す
断面図で、ネジの軸心に対する各面の直角度が
α₁，α₂，α₃のような製造誤差があり、各の面が密
着する以前からトルクが発生し、トルクのみから
正確な着座点を検知することはできない。

第２図は締付角度とトルクの特性例図で、理想
的なネジおよび締付材を用いた場合にはトルク特
性は直線t₀線で表わされ、着座点はＰ点と判定で
きる。しかし実際にはトルク特性は第２図のt₁あ
るいはt₂曲線のように変化しＰ点の判定は極めて
困難である。

ところでボルトの弾性域での締付けにおいて、
縦軸にトルク、横軸に締付角度をとると、締付工
具（ナツトランナ）の回転速度が一定であればト
ルク特性は直線となるので、この性質を利用すれ
ば容易に着座点を推定できる。すなわち第４図に
示すように特性線の直線部分にトルクT₁とトル
クT₂を選定し、その２点を直線で結び、その延
長線とトルクゼロの線の交点を求めればこれは着
座点と推定できる。しかし実際の締付は着座後は
大きいものでも1/2回転程度であり、その所要時
間は極めて短い。その間にT₂およびT₁のトルク
の値から点Ｐを見付け、その点から最終締付時ま
での締付角度を計数することは簡単なことではな
い。まして通常の締付作業は１軸で行うことはま
れであつて大多数は多軸同時締付であるから、軸
毎に上記の演算を行うことは至難のわざである。

本考案はこのような欠点を除いたもので、上記
の困難な演算が不要でしかも簡単に着座点Ｐを見
出し、Ｐ点から最終締付時までの回転角度を計数
できる演算回路を具えたことが特徴で締付の品質
管理に重要な貢献をするものである。以下さらに
具体的に本考案を説明する。

最初に本考案に使用される締付工具（ナツトラ
ンナー）について説明する。第５図はその構成例
図で、Ｍはモータ、４は一般にネジの回転角度を
検知するロータリエンコーダ、５は減速歯車、６
はネジ用ソケツト（図示せず）等を取付けるネジ
締付駆動軸、７は締付トルクを検知するトルクト
ランスジユーサまたはトルク検知器である。この
ような構成のナツトランナはすでに市販品があ
り、一般に販売されているものがそのまま利用で
きるが、条件を明らかに言えば角度検出エンコー
ダおよびトルクトランスジユーサを具備するナツ
トランナでなければならない。そしてそのロータ
リエンコーダ４およびトルクトランスジユーサ７
よりの各出力が締付制御に利用される。

次に第８図は本考案を実施したネジの回転角度
の演算回路図であるが、まずその動作原理につい
て説明する。

第４図に示すネジの締付角度とトルク特性の直
線部にトルク設定値T₁とその２倍のトルク値T₂
を選定し、ネジ締付のトルクが設定値T₁に達し
たら角度計数を開始し、T₁からT₂の間に締付ト
ルクがある間は角度を２倍に計数し、締付トルク
がT₂を越えてからは角度は１対１すなわち正常
に計数するものとする。いまネジの頭部が被締付
材３に着座してからトルクが設定値T₁に達する
までのネジの回転角をθ₁，T₁からT₂に達するま
での回転角をθ₂，T₂から所要の最終締付トルク
値T₃に達するまでの回転角をθ₃とすれば、2T₁＝
T₂であるから着座点からT₂点までの回転角はT₁
からT₂の間を２倍の角度計算を行つた場合と同
一になるから θ₁＝θ₂、θ_T＝2θ₂＋θ₃＝θ₁＋θ₂＋θ₃ が成立する。この式から明らかなようにトルク
T₁，T₂の値から着座点Ｐを見出す面倒な計数を
する必要なく、ただ簡単な2θ₂とθ₃の角度を計数
すればよく甚だ簡単となる。第８図はこれら角度
またはトルクを計数検出する回路（計数のゲート
回路）である。

ところでロータリエンコーダ４の出力は方形波
で、その波形は第６図に示すように１周期1θは
通常1゜程度である。この方形波はたとえば第８図
最上段のインバータＩ，Ｒ，Ｃ、ANDゲート
GB，GCにて構成されるシユミツトトリガによつ
て第６図の，の波形に変換される。GBゲー
ト側は積分型微分回路とも呼ばれ入力波形の立
上りでのＲ，Ｃで決まる短時間のパルスを発生
し、GCゲート側は入力波形の立下りでの短
時間パルスを発生する。とのパルスを加算す
るとのパルスに対して２倍の数になることがわ
かる。なお，波形の発生には入力の立上
り、立下り以外の方法もあり、との間隔も
θ／２に限らずこれ以下の任意の時間差としても
よいことは以下の説明から明らかである。

次にトルクT₂設定器（図示せず）からの設定
トルクT₂に相当する電圧が演算増幅器T₂Aの出
力側抵抗R₁＋R₂に与えられ、R₁＝R₂とする。
C₁，C₂はそれぞれコンパレータで、その基準入
力はC₂がT₂，C₁がT₂／２でいずれもトルクトラ
ンスジユーサ７よりの入力と比較される。コンパ
レータC₁の出力によつて開閉されるANDゲート
Ｇ２はコンパレータC₁への入力がT₂／２＝T₁を
越えると開となり、以後（トルクトランスジユー
サ７よりの入力がある限り）開のまゝとなる。す
なわちこの間はパルスをすべて通しその出力
は第７図のようになる。またコンパレータC₂は
締付トルクすなわちトルクトランスジユーサ７よ
りの入力がT₂／２を越えてT₂に達するまで出力
を生じ、従つてANDゲートＧ１は締付トルクが
T₂／２を越えてT₂に達する間のみ開となり、こ
の間のパルスを通しその出力は第７図に示す
ようになる。第７図は第４図のトルク特性に合わ
せてゲートＧ１、ゲートＧ２の出力波形を示した
もので、トルクがT₂を越えた後はＧ４，Ｇ１共
にオフとなるからのパルスのみが出力される。

ゲートＧ１およびゲートＧ２の出力は第８図の
ようにORゲートＧ３を通じて計数回路８で加算
され、その値は表示器９に表示されるが、締付ト
ルクがT₃に達すればモータを停止するのでその
ときの値は第７図のθ_Tを示すことになる。

第８図の下段の回路は本考案の応用回路で、ネ
ジの締付を着座後規定のトルクT₃または回転角
θ_Tにおいて停止させるためのモータＭの停止信号
M_cの発生用回路である。コンパレータC₃にては
トルクトランスジユーサよりの入力とT₃設定器
よりの入力とを比較し、トルクトランスジユーサ
よりの入力がT₃入力より大となればモータ停止
信号M_cを発生する。他方計数回路８は上記のよ
うにゲートＧ３よりのパルス数を計数し、締付ト
ルクT₂以後のパルス数すなわち回転角θ₃を検知
してθ₃に達した場合に直接モータ停止信号M_cを
発生させるか、または計数回路８から計数値がθ_T
に達した場合に一定電圧をコンパレータ１０に出
力し、コンパレータ１０のもう１つの入力である
締付角度設定器１１よりの入力と比較し、設定値
に達すれば停止信号M_cを発生させるなど種々な
M_c発生方法がある。第８図の例はトルク法また
は角度法のいずれかが使用できるように切換スイ
ツチSWを設けた場合で、実際にはいずれか１つ
の方法を選べばよい。なおいずれの締付方法を採
用しても締付トルクが設定値T₂を越えた時点で
すでに自動的に着座点からの角度計数を行つてい
ることになり、定められた角度でモータを停止さ
せるにしろ、定められた締付トルクでモータを停
止させるにしろ正確に着座後の検出が行われてい
る。

以上詳細に説明したように本考案のナツトラン
ナ制御回路では複雑な演算処理を必要とせず、簡
単なゲート回路とコンパレータのみを用いてネジ
締付の着座点から締付角度θ_Tを正確に計数し表示
できることが特徴で、またその結果として正しい
締付と締付停止を自動的に行わせることができる
など実用上の効果は著しいものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図はネジ頭部が着座状態にある場合の断面
図、第２図はネジ締付角度とトルクの特性例図、
第３図は実際のネジの締付状態を示す断面図、第
４図は本考案のネジ締付におけるトルクと締付角
度の特性例図、第５図は本考案に使用されるナツ
トランナの構成図、第６図は第５図中のロータリ
エンコーダの出力波形とこれより得られるパルス
群の波形図、第７図は第８図の動作説明図、第８
図は本考案のボルト着座後の設定トルクまたは回
転角検出回路構成図である。 １……ボルト、２……締付材、３……被締付
材、Ｄ……ボルト１の頭部、Ｐ……着座点、Ｍ…
…モータ、M_c……モータ停止信号、４……ロー
タリエンコーダ、５……減速歯車、７……トルク
トランスジユーサ、６……駆動軸、８……計数回
路、９……表示器、１０……比較器、１１……締
付角度設定器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ネジの最終締付トルクT₃の設定回路、T₃より
   小さい一定トルクT₂の設定回路、ネジ締付工具
   に取付けられネジの回転角度を検知するロータリ
   エンコーダの矩形波出力からその半周期以内のタ
   イミング差を持ちかつ同数のパルスを発生する第
   １および第２のゲート回路、上記第１および第２
   ゲート回路の出力パルスの加算回路と加算結果の
   表示器、ネジ締付開始後前記のネジ締付工具に取
   付けられネジの締付けトルクを検出するトルク検
   出器よりの検出トルクＴを上記T₂設定回路の設
   定値と比較してＴT₂／２ならば第１および第
   ２ゲートを共にオンとし、Ｔ＝T₂に達すれば第
   １および第２ゲートの一方のみオフとする第３の
   ゲート回路、Ｔ＝T₃に達すればT₃設定回路の設
   定値との一致を検出しナツトランナの停止信号を
   出す回路を具備し、ナツトランナ停止時に回転角
   度θ_Tを表示し得るようにしたことを特徴とするネ
   ジ締付における着座後の締付度制御回路。