(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加えられたトルクの瞬時値と、部品の角位置（Φ）と、部品に誘導された超音波走行時間（Δｔ）とを検知し、
降伏点がトルク／角度関係の大きな変化として検出される、ねじ部品の降伏点以上の予定の最終の軸方向負荷（ＮＦ）までねじ部品を締め付ける方法において、
ねじ部品を降伏点まで締め付ける工程と、
降伏点以下の範囲内における事前に検討された超音波走行時間（Δｔ）と軸方向負荷（Ｎ）の相関関係に基づいて、降伏点における超音波走行時間（ΔｔＹ）から降伏点における軸方向負荷（ＮＹ）の大きさを測定する工程と、
降伏点以上の範囲内における事前に検討された超音波走行時間（Δｔ）と軸方向負荷（Ｎ）の相関関係に基づいて、所望の最終軸方向負荷（（ＮＦ）に相当するレベルに瞬時に超音波走行時間（Δｔ）が達するまで、部品を降伏点以上まで継続的に締め付ける工程と、
から構成されるねじ部品を締め付ける方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ねじ部品をその降伏点以上、例えば、部品の塑性変形範囲内で締め付けた際のねじ部品における軸方向負荷を、部品に誘導される超音波の走行時間の変化を検出することによって、測定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車産業では、種々の自動車構造に含まれる少なくとも型式のねじの重さを抑制するのが好ましい。このことは、所定の大きさの部品によって得られる最大締め付け力を利用することによって達成され、つまり、部品が、降伏点まで例えば弾性変形範囲を僅かに越える際、締め付けられることを意味する。この周知の方法は、例えば、米国特許明細書第２６００５４９号に記載されている。
【０００３】
ねじ部品をその降伏点以上のレベルに締め付ける時、軸方向負荷が、軸方向負荷の範囲で回転の角度に対して比例的に増加しないため、得られる軸方向負荷を正確に測定することに関して問題が生じる。
【０００４】
従来の技術において、塑性変形範囲まで部品を締め付ける時、達成される軸方向負荷の正確な情報を得るために有効で単純でかつ信頼性のおける方法は存在しなかった。
【０００５】
良く知られている塑性変形範囲で部品を固定する方法の内の一つによれば、降伏点が、その降伏点で得られるトルク成長の重要な変化を検出し、また、その降伏点から所定の角度を越えてねじを締め付けることによって測定される。この方法によって、部品の大きい締め付け力は、部品上に正確に得られる軸方向の負荷を測定できる可能性はなく、降伏点を越えて部品が引っ張られるために利用される。部品に多様な摩擦抵抗が生じ、降伏点のみでなく最終締め付け点においても得られる軸方向負荷は相当量の散乱が生じる。
【０００６】
良く知られている部品の軸方向負荷を測定する方法、例えば、米国特許明細書第３９６９８１０号は、その部品に軸方向に誘導される超音波の走行時間の変化を測定することを開示している。この方法は、部品の伸びと軸方向負荷とが比例関係である時のみ、超音波走行時間と軸方向とは直接一致するので、弾性変形範囲内に部品を締め付ける場合のみに適用される。しかし、これは、塑性変形範囲の場合ではなく、この範囲は、部品が小さい軸方向負荷が増加する時のみ伸びるものである。また、この方法は、上述のように、降伏締め付けにおいて部品の軸方向負荷の測定に有効ではないことを意味する。
【０００７】
また、従来は、部品に誘導される超音波の走行時間の変化を測定することによって、塑性変形範囲内で部品を締め付ける場合、部品に得られた軸方向負荷を測定する方法が提案されていた。この方法は、超音波走行時間の変化と部品の実際の型の軸方向負荷との関係を確立して、予締め付けに基づいている。この情報に基づいて、得られた軸方向負荷は、超音波走行時間の変化を測定し、走行時間と軸方向負荷との前もって確立される関係がその変化に関連づけることによって測定される。
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、この公知の方法は、摩擦抵抗の変化及び、それによって塑性変形範囲と同様に、部品の降伏点で得られる軸方向負荷レベルの変動性を考慮されていない。
【０００９】
上記のように、降伏点以上の軸方向負荷は、部品の伸びに直接対応せず、その上、部品の実質的な摩擦状態に依存する。部品の大きい摩擦抵抗によって、部品に剪断応力を増加させ、部品の塑性変形がより小さい軸方向負荷を起こす。従って、ある種の部品における降伏点の軸方向の負荷が、部品の実際の摩擦状態に高く依存するので、多様な変化をもたらす。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、部品の最終プレテンションレベルと同様に降伏点における軸方向負荷を測定するため、ねじ部品に誘導される超音波の走行時間の変化を利用して、部品が、降伏点以上のプレテンションまで引っ張られるように、ねじ部品の軸方向負荷を正確に測定する方法を提供するものである。
【００１１】
さらに、本発明の特徴と有利な点は以下の詳細な説明と請求項から明らかになろう。
本発明に係る新しい方法は、予締め付け検査過程を含み、その過程において実際の部品の型が、塑性変形範囲のプレテンションを含む締め付け操作の影響を受ける。この予締め付け検査は、降伏点を越えるレベルで複数個の部品を締め付けることと、また適用したトルク、回転角度、軸方向負荷及び部品に誘導される超音波の走行時間に適した器具を使用して測定することを含んでいる。
【００１２】
その結果、軸方向負荷と回転角度と超音波走行時間との関係を測定することが可能である。また、部品が塑性変形し始めるトルクレベルの大きさと散乱を検査することが可能である。さらに、部品の塑性変形範囲内の軸方向負荷と超音波の走行時間との関係を測定することも重要である。なぜならこの範囲においてこれらの関係はもはや比例ではないからである。
【００１３】
降伏点以上の軸方向負荷が、降伏点の軸方向負荷レベルによってどのように変化するかは特に重要である。摩擦抵抗が高ければ、降伏点の軸方向負荷が低くなる。上記の説明によれば、軸方向負荷と捻り負荷が部品にひずみを起こし、また一定レベルで部品材料が降伏を生じる。これは、大きい摩擦抵抗が部品材料に小さい軸方向負荷で降伏を起こすことを意味する。従って、検査過程において部品が、通常の部品生産で期待され得る最も低くかつ最も大きい摩擦抵抗を有する。なぜならば、このことは、摩擦抵抗の散乱範囲を表示するだけでなく、部品の降伏点において期待される小さい軸方向負荷の散乱範囲も表示するためである。この情報は、使用される相当大きい部品を測定する時に、決定的に重要なことである。
【００１４】
超音波の走行時間は、弾性変形の範囲内で軸方向負荷を与えるので、降伏点を示すこの走行時間を使用するのは不可能である。その代わり、その降伏点は、トルクと角度の関係の重要な変化を検出されることに適している。しかし、それには他の適した方法で検出され得る。だが、この降伏点において、過程を検査する予締め付けを行う間に、測定される軸方向負荷と走行時間との関係に対応させ、続く塑性変形範囲内の軸方向負荷に関係付けることが可能になるように、超音波の走行時間は決定される。
【００１５】
事実、実際の型の部品は、部品の事前検査を行っている間に測定されるように、この型の部品に有効な範囲内で選択される、予め測定された軸方向負荷に締め付けられる。トルクは部品に適用され、トルクの瞬間値と回転の角度と超音波走行時間が表示される。超音波の走行時間が、負荷を追わない状態の部品を介して、丁度走行時間の値を得るための過程のスタート時点から表示される。
【００１６】
降伏点がトルクと角度との関係の変化によって検出されるので、締め付けは、所望の軸方向負荷に対応する予締め付け検査に従って、波走行時間に継続される。
降伏点における部品を介して、超音波の走行時間値を表示し、降伏点以上に、示される次の走行時間値を関係付けることによって、一つの部品からもう一つの部品の摩擦抵抗における変化を補正し、その部品から得られる軸方向負荷に関して、実質的に向上した結果を得ることが可能である。
【発明の実施の形態】
【００１７】
添付図面のグラフは、塑性変形範囲内で締め付けられる際、２つの部品ＩとIIとの各々の軸方向負荷Ｎとの回転角度Φとの関係を図示した曲線である。２つの部品の摩擦抵抗の相違に従って、降伏点が軸負荷の２つの異なるレベルに達成される。すなわち、一方の低いレベルである軸方向負荷ＮＹ１が大きい摩擦抵抗を有し、他方の高いレベルである軸方向負荷ＮＹ２が小さい摩擦抵抗を生じる。
【００１８】
第１図の図表は、超音波の走行時間Δｔが、回転角度Φに関係して塑性変形範囲をどのように変化させるかを点線で示したものである。部品が塑性変形をしている間に、走行時間は軸方向負荷と共に比例的に変化するが、降伏点以上の部品材料の塑性変形のため、走行時間が部品の伸びに対して僅かに遅れて変化する。
【００１９】
従って、誘導された超音波の走行時間Δｔは、降伏点以上の比例関数によって主に増加し続けるのに対して、軸方向負荷Ｎは、最も少ない比例関係でない増加値を得る。グラフの垂直方向矢印は、２つの異なる軸方向負荷／角度の曲線上の予定された最終走行時間ΔｔＰの突出を示している。これによって、Δｔの一定レベルの２つの部品において、最終軸方向負荷ＮＦの大きな相違が得られることが図示で明らかになっている。これは、実際に各降伏点において得られる軸方向負荷ＮＹ１とＮＹ２との各々の相違が大きいためである。
【００２０】
走行時間のレベルΔｔＦにおける締め付けの進行を遮ることを決定される場合、高摩擦の部品Ｉは、最終軸方向負荷ＮＦ１がかかり、最終負荷ＮＦ１は小さい摩擦部品IIによってかかる最終軸方向負荷ＮＦ２よりも小さくなる。高摩擦部品Ｉは、その降伏点において相対的に小さい軸方向負荷ＮＹ１がかかり、この降伏点は、波走行時間ΔｔＮによって反映される部品の伸びに達する。他方、低摩擦部品IIは、その降伏点において相対的に大きい軸方向負荷ＮＹ２がかかり、この降伏点は、部品の伸びが波走行時間ΔｔＹ２によって反映される。このことはグラフから理解される。
【００２１】
実際の降伏点走行時間ΔｔＹに予定された最終波走行時間値ΔｔＦを対応させ、その値と予締め付け検査結果とを比較することによって、最終的に得られる軸方向負荷ＮＰを測定することが可能である。
この新しい方法に適した応用は、次の方法において制御する締め付け方法において使用される。
Ｉ）事前検査において、特定の部品の型のために、安全限界、例えば降伏点より上で越えることのない角度を確立する。このことは、第２図のαｍａｘに図示される。
II）次に、角度αｍａｘを締め付ける時、この部品が大きい摩擦抵抗を有することによって得られることから目標負荷ＮＴＬレベルを確立する。このことは図２の曲線Ｉから理解される。
III)次に、目標負荷レベルＮＴＬに対して特定の型の部品各々をその降伏点負荷レベルに関わらず、締め付ける。極端な場合は、図２の部品IIが、目標負荷ＮＴＬに到達するとき、降伏点に丁度達しないために、部品が小さい摩擦抵抗を有する。
【発明の効果】
【００２２】
この方法の有利な点は、得られる軸方向負荷の分散は最小にしておき、また、同時に最悪の場合、例えば、大きい摩擦抵抗を備え、降伏点において最も小さい負荷に達した場合、部品の最大の強度を利用する。
換言するならば、部品の安全限界の角度αｍａｘにおいて得られる得る最大軸方向負荷は、最も小さい降伏点負荷レベルを有し、このレベルは、部品の特定の型のために目標負荷ＮＴＬに指定されてる。これは、他の部品の安全限界を越える危険をなくすためである。
【図面の簡単な説明】
【図１】同じ型の２つの部品を塑性変形範囲で締め付けを示したグラフである。
【図２】同じ進行で、部品の最大許容安全回転角度に関して、同じ型の２つあるいはそれ以上の部品の期待される最大目標負荷を図示したグラフである。
【符号の説明】
Ｎ、ＮＦ１、ＮＦ２、ＮＹ１、ＮＹ２、ＮＦ・・・・軸方向負荷
Φ・・・・回転角度
Δｔ、ΔｔＦ、ΔｔＹ１、ΔｔＹ１・・・・超音波の走行時間
【図１】
0004666698.tif 000002
【図２】
0004666698.tif 000003