(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ締付手段を使用したねじの締付過程で、このねじの弾性域における締付トルクの変化量と締付角度の変化量との比からなるトルクレートを求めた後、このトルクレートに基づいてねじの塑性変形量を除いた締付軸力の測定基準角度を求めるとともに、この測定基準角度を基点として締付軸力の測定時点におけるねじの締付角度を測定し、この締付角度の測定値に対応したねじの締付軸力を、予め求めた締付角度と締付軸力との関係から測定することを特徴とするねじの締付軸力測定方法。
【請求項２】
請求項１記載のねじの締付軸力測定方法において、締め付けられるねじの弾性域内における少なくとも二点の締付角度に対応した締付トルクからトルクレートを演算するように構成したことを特徴とするねじの締付軸力測定方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の締付軸力測定方法において、ねじの締付角度及び締付トルクを座標軸とする座標系の測定点を通ってねじの弾性域におけるトルク勾配と平行に伸びるラインと、上記座標系の締付トルクが０となるラインとの交点を求め、この交点の締付角度を締付軸力の測定基準角度として設定するように構成したことを特徴とするねじの締付軸力測定方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の締付軸力測定方法において、ねじの締付角度及び締付トルクを座標軸とする座標系に表示されるねじの弾性域におけるトルク勾配の延長ラインと、上記座標系の締付トルクが０となるラインとの交点を求め、この交点の座標を理論着座点として設定した後、この理論着座点を基点にして締付軸力の測定時点における締付角度を測定するとともに、上記測定基準角度を求め、上記締付角度の測定値から測定基準角度を減算することにより、この測定基準角度を基点とした締付軸力の測定時点におけるねじの締付角度を求めるように構成したことを特徴とするねじの締付軸力測定方法。
【請求項５】
ねじ締付手段を使用したねじの締付過程で、このねじの弾性域における締付トルクの変化量と締付角度の変化量との比からなるトルクレートを求めた後、このトルクレートに基づいてねじの塑性変形量を除いた締付軸力の測定基準角度を求めるとともに、この測定基準角度を基点として締付軸力の測定時点におけるねじの締付角度を測定し、この締付角度の測定値に基づいて予め設定された締付軸力が得られるようにねじの締付状態を制御することを特徴とするねじの締付軸力測定方法を用いたねじ締付方法。
【請求項６】
ねじ締付手段を使用したねじの締付過程で、このねじの弾性域における締付トルクの変化量と締付角度の変化量との比からなるトルクレートを求め、このトルクレートに基づいてねじの塑性変形量を除いた締付軸力の測定基準角度を求めるとともに、この測定基準角度を基点として締付軸力の測定時点におけるねじの締付角度を測定し、この締付角度の測定値に対応したねじの締付軸力を、予め求めた締付角度と締付軸力との関係から測定した後、この締付軸力の測定値に基づいてねじの締付状態が適正であるか否かを判別することを特徴とするねじの締付軸力測定方法を用いたねじ締付方法。
【請求項７】
ねじ締付手段を使用したねじの締付過程で、このねじの弾性域における締付トルクの変化量と締付角度の変化量との比からなるトルクレートを求めるトルクレート演算部と、このトルクレートの演算値に基づいてねじの塑性変形量を除いた締付軸力の測定基準角度を求める基準角度演算部と、この基準角度演算部によって求められた測定基準角度を基点として締付軸力の測定時におけるねじの締付角度を測定する締付角度測定部と、この締付角度の測定値に対応した締付軸力を、予め求めた締付角度と締付軸力との関係から求める締付軸力測定部とを備えたことを特徴とするねじの締付軸力測定装置。
【請求項８】
請求項７記載のねじの締付軸力測定装置において、締め付けられるねじの弾性域内における少なくとも二点の締付角度に対応した締付トルクから上記トルクレート演算部によりトルクレートを求めるように構成したことを特徴とするねじの締付軸力測定装置。
【請求項９】
請求項７または請求項８記載のねじの締付軸力測定装置において、ねじの締付角度及び締付トルクを座標軸とする座標系の測定点を通ってねじの弾性域におけるトルク勾配と平行に伸びるラインと、上記座標系の締付トルクが０となるラインとの交点の締付角度を基準角度演算部により求め、この交点の締付角度を締付軸力の測定基準角度として設定するように構成したことを特徴とするねじの締付軸力測定装置。
【請求項１０】
請求項７〜請求項９のいずれかに記載のねじの締付軸力測定装置において、ねじの締付角度及び締付トルクを座標軸とする座標系に表示されるねじの弾性域におけるトルク勾配の延長ラインと、上記座標系の締付トルクが０となるラインとの交点を求め、この交点の座標を理論着座点として設定し、この理論着座点を基点として締付軸力の測定時点における締付角度を締付角度測定部により測定するとともに、上記測定基準角度を基準角度演算部により求め、上記締付角度の測定値から締付軸力の測定基準角度を減算することにより、この測定基準角度を基点とした締付軸力の測定時点における締付角度を求めるように構成したことを特徴とするねじの締付軸力測定装置。
【請求項１１】
ねじ締付手段を使用したねじの締付過程で、このねじの弾性域における締付トルクの変化量と締付角度の変化量との比からなるトルクレートを求めるトルクレート演算部と、このトルクレートの演算値に基づいてねじの塑性変形量を除いた締付軸力の測定基準角度を求める基準角度演算部と、この基準角度演算部によって演算された測定基準角度を基点として締付軸力の測定時点におけるねじの締付角度を測定する締付角度測定部と、この締付角度の測定値に基づき、予め設定された締付軸力が得られるようにねじの締付状態を制御する締付状態制御部とを備えたことを特徴とするねじの締付装置。
【請求項１２】
ねじ締付手段を使用したねじの締付過程で、このねじの弾性域における締付トルクの変化量と締付角度の変化量との比からなるトルクレートを求めるトルクレート演算部と、このトルクレートの演算値に基づいてねじの塑性変形量を除いた締付軸力の測定基準角度を求める基準角度演算部と、この基準角度演算部によって演算された測定基準角度を基点として締付軸力の測定時におけるねじの締付角度を測定する締付角度測定部と、この締付角度の測定値に対応したねじの締付軸力を、予め求めた締付角度と締付軸力との関係から測定する締付軸力測定部と、この締付軸力測定部により測定されたねじの締付軸力に基づいてねじの締付状態が適正であるか否かを判別する締付状態判別部とを備えたことを特徴とするねじの締付装置。
【請求項１３】
請求項１２記載のねじの締付装置において、上記締付状態判別部によるねじの締付状態の判別結果を表示する表示手段を備えたことを特徴とするねじの締付装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ねじの締付軸力測定方法及び該測定方法を用いたねじ締付方法並びにこれらの装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ねじの締付状態が適正であるか否かを判断する要素としては、ねじを締め付けることによって作用する締付軸力が最も重要であるが、この締付軸力を直接測定することが困難である。このため、従来は、ねじの締付時に作用する駆動モータのトルクをトルクトランジューサ等により監視しつつねじの締付状態を制御するトルク制御方式、または締付角度を検出するエンコーダの検出信号を用いて、ねじが一定トルクからさらに予め設定された角度まで回転したことが確認された時点でねじの締付を終了させる定トルク・回転角度制御方式により、ねじの締付状態を制御して締付軸力を弾性域内に設定することが行われている。
【０００３】
上記トルク制御方式は、ねじの座面と被締付面との間の摩擦係数に関係なくねじの締付状態を制御するように構成されているので、上記摩擦係数に応じて変化する締付軸力の制御を実行することができない。上記定トルク・回転角度制御方式も、同様に定トルクとなるまでは、ねじの座面と被締付面との間の摩擦係数の影響を受けることになるため、この摩擦係数によって締付後の軸力が変動することになる。
【０００４】
また、ねじの締付において、ねじには締付応力とともに、上記ねじの座面と被締付面との間の摩擦によって捻じり応力が働く。このため、捻じり応力の高い、つまり上記摩擦係数の高い場合は、低い締付軸力で、ねじに降伏が起こることになる。ねじの降伏が起こらないようにトルク制御するためには、上記摩擦係数の低い場合を考慮してトルク制御することになるため、高い摩擦係数の場合は、ねじが有する能力の限界まで締付軸力を作用させることができないという問題がある。一方、定トルク・角度制御方式も定トルクの設定値によって締付後の締付軸力は大きく変動し、ねじが有する能力の限界まで締め付けることが困難となる問題が生じていた。
【０００５】
このため、例えば特許公報第２６１９６２８号に示されるように、第１の行程で、ねじの締付途中においてねじの座面と被締付面との摩擦係数と対応関係にあるトルクレートを求め、第２の行程で、上記トルクレートから理論着座点を演算し、第３の行程で、ねじのサイズや被締付体のばね定数により決定される締付係数を基にして上記理論着座点から弾性限界点までの理論増締角度を算出し、第４の行程で、上記理論増締角度に基づいてねじの締付角度を制御することにより、ねじの能力を充分に活用して高い締付軸力が得られるようにしたものが知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に示されるように、ねじの締付途中において上記摩擦係数と対応関係にあるトルクレートを求めた後、このトルクレートから理論着座点を演算してこの理論着座点からから弾性限界点までの理論増締角度を設定するように構成した場合には、ねじの弾性域内では、ねじの座面と被締付面との摩擦係数の影響を受けることなく、締付軸力を設定することができるため、ねじに作用する締付軸力を適正に制御することができる。
【０００７】
しかし、ねじの能力を充分に活用して高い締付軸力が得られるようにするため、この締付軸力をねじの弾性限度を越えた塑性域に設定するように構成した場合、この塑性域では、上記摩擦係数に応じてねじの締付角度と締付軸力との関係が大きく変化することが知られており、これによって予め設定された締付軸力が得られるように制御することができないという問題があった。
【０００８】
すなわち、ねじの降伏軸力Ｆｙは、ＪＩＳＢ１０８３に規定された次式（数１）によって表わされ、この式（数１）から図７に示すように、ねじの弾性限界を越えて塑性域まで締め付けると、ねじの締付角度が等しい場合においても、摩擦係数μが小さい程、ねじに作用する締付軸力Ｆが大きくなることがわかる。なお下記式（数１）において、σｙはねじの降伏軸力、Ａｓはねじの有効断面積、ｐはねじのピッチ、ｄｓはねじの有効径、Ｕはねじ山の全角である。
【０００９】
【数１】
0003835023.tif 000002
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑み、塑性域までねじを締め付けた場合においても、ねじの締付軸力に対応した値を正確に測定することができるとともに、この測定値に基づいてねじの締付力を適正に制御することができるねじの締付軸力測定方法及び該測定方法を用いたねじ締付方法並びにこれらの装置を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、ねじ締付手段を使用したねじの締付過程で、このねじの弾性域における締付トルクの変化量と締付角度の変化量との比からなるトルクレートを求めた後、このトルクレートに基づいてねじの塑性変形量を除いた締付軸力の測定基準角度を求めるとともに、この測定基準角度に基点として締付軸力の測定時点におけるねじの締付角度を測定し、この締付角度の測定値に対応したねじの締付軸力を、予め求めた締付角度と締付軸力との関係から測定するものである。
【００１２】
この構成によれば、上記トルクレートに応じて求められたねじの塑性変形量を除いた締付軸力の測定基準角度を基点として、締付軸力の測定時点におけるねじの弾性変形量に対応した締付角度が求められるとともに、この締付角度に対応した締付軸力が測定されることにより、塑性域までねじを締め付けた場合においても、ねじの締付軸力が正確に求められることになる。
【００１３】
請求項２に係る発明は、上記請求項１記載のねじの締付軸力測定方法において、締め付けられるねじの弾性域内における少なくとも二点の締付角度に対応した締付トルクからトルクレートを求めるように構成したものである。
【００１４】
この構成によれば、ねじの締付角度と、締付トルクとが比例関係にあるねじの弾性域内において、締付トルクの変化量と締付角度の変化量との比からなるトルクレートが容易かつ適正に求められるため、このトルクレートに基づいてねじの弾性変形量に対応したねじの塑性変形量を除いた締付軸力の測定基準角度が正確に求められることになる。
【００１５】
請求項３に係る発明は、上記請求項１または請求項２記載の締付軸力測定方法において、ねじの締付角度及び締付トルクを座標軸とする座標系の測定点を通ってねじの弾性域におけるトルク勾配と平行に伸びるラインと、上記座標系の締付トルクが０となるラインとの交点を求め、この交点の締付角度を締付軸力の測定基準角度として設定するように構成したものである。
【００１６】
この構成によれば、ねじの締付角度と締付トルクを座標軸とする座標系から、上記ねじの塑性変形量を除いた測定基準角度が容易かつ適正に求められ、この測定基準角度を基点として締付軸力の測定時点におけるねじの弾性変形量に対応した締付角度が正確に求められることになる。
【００１７】
請求項４に係る発明は、上記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の締付軸力測定方法において、ねじの締付角度及び締付トルクを座標軸とする座標系に表示されるねじの弾性域におけるトルク勾配の延長ラインと、上記座標系の締付トルクが０となるラインとの交点を求め、この交点の座標を理論着座点として設定した後、この理論着座点を基点にして締付軸力の測定時点における締付角度を測定するとともに、上記測定基準角度を求め、上記締付角度の測定値から測定基準角度を減算することにより、この測定基準角度を基点とした締付軸力の測定時点におけるねじの締付角度を求めるように構成したものである。
【００１８】
この構成によれば、ねじの締付角度及び締付トルクを座標軸とする座標系から、上記理論着座点を基点にして、締付軸力の測定時点におけるねじの塑性変形量を除いた締付角度が容易かつ適正に求められ、この締付角度に基づいてねじの弾性変形量に対応した締付軸力が正確に求められることになる。
【００１９】
請求項５に係る発明は、ねじ締付手段を使用したねじの締付過程で、このねじの弾性域における締付トルクの変化量と締付角度の変化量との比からなるトルクレートを求めた後、このトルクレートに基づいてねじの塑性変形量を除いた締付軸力の測定基準角度を求めるとともに、この測定基準角度を基点として締付軸力の測定時点におけるねじの締付角度を測定し、この締付角度の測定値に基づいて、予め設定された締付軸力が得られるようにねじの締付状態を制御するものである。
【００２０】
この構成によれば、上記トルクレートに基づいて、ねじの塑性変形量を除いたを除いた締付軸力の測定基準角度が求められるとともに、この測定基準角度を基点として締付軸力の測定時点におけるねじの弾性変形量に対応した締付角度が容易かつ適正に求められるとともに、この締付角度の測定値に基づいてねじの締付状態が制御されることにより、塑性域までねじを締め付けた場合においても、ねじの締付軸力が予め設定された適正値になるように調節されることになる。
【００２１】
請求項６に係る発明は、ねじ締付手段を使用したねじの締付過程で、このねじの弾性域における締付トルクの変化量と締付角度の変化量との比からなるトルクレートを求め、このトルクレートに基づいてねじの塑性変形量を除いた締付軸力の測定基準角度を求めるとともに、この測定基準角度を基点として締付軸力の測定時点におけるねじの締付角度を測定し、この締付角度の測定値に対応したねじの締付軸力を、予め求めた締付角度と締付軸力との関係から測定した後、この締付軸力の測定値に基づいてねじの締付状態が適正であるか否かを判別するものである。
【００２２】
この構成によれば、ねじの締付の締付過程で上記トルクレートに応じて求められた測定基準角度を基点としてねじの塑性変形量を除いた締付軸力の測定基準角度が求められるとともに、この測定基準角度を基点として締付軸力の測定時点におけるねじの弾性変形量に対応した締付角度が容易かつ適正に求められ、この締付角度の測定値に対応した締付軸力が求められることにより、塑性域までねじを締め付けた場合においても、ねじの締付軸力が正確に求められるとともに、この締付軸力の測定値に基づき、ねじの締付状態が適正であるか否か正確に判別されることになる。
【００２３】
請求項７に係る発明は、ねじ締付手段を使用したねじの締付過程で、このねじの弾性域における締付トルクの変化量と締付角度の変化量との比からなるトルクレートを求めるトルクレート演算部と、このトルクレートの演算値に基づいてねじの塑性変形量を除いた締付軸力の測定基準角度を求める基準角度演算部と、この基準角度演算部によって求められた測定基準角度を基点として締付軸力の測定時におけるねじの締付角度を測定する締付角度測定部と、この締付角度の測定値に対応した締付軸力を、予め求めた締付角度と締付軸力との関係から求める締付軸力測定部とを備えたものである。
【００２４】
この構成によれば、上記トルクレート演算部により求められたトルクレートに基づいてねじの塑性変形量を除いた締付軸力の測定基準角度が上記基準角度演算部により求められるとともに、この測定基準角度を基点として締付軸力の測定時におけるねじの弾性変形量に対応した締付角度が上記締付角度測定部により正確かつ容易に求められることにより、塑性域までねじが締め付けられた場合であっても、上記締付角度測定部によって求められた締付角度に対応した締付軸力が上記締付軸力測定部により正確に求められることになる。
【００２５】
請求項８に係る発明は、上記請求項７記載のねじの締付軸力測定装置において、締め付けられるねじの弾性域内における少なくとも二点の締付角度に対応した締付トルクから上記トルクレート演算部によりトルクレートを求めるように構成したものである。
【００２６】
この構成によれば、ねじの締付角度と、締付トルクとが比例関係にあるねじの弾性域内で、締付トルクの変化量と締付角度の変化量との比からなるトルクレートがトルクレート演算部において適正に求められることになる。
【００２７】
請求項９に係る発明は、上記請求項７または請求項８記載のねじの締付軸力測定装置において、ねじの締付角度及び締付トルクを座標軸とする座標系の測定点を通ってねじの弾性域におけるトルク勾配と平行に伸びるラインと、上記座標系の締付トルクが０となるラインとの交点の締付角度を基準角度演算部により求め、この交点の締付角度を締付軸力の測定基準角度として設定するように構成したものである。
【００２８】
この構成によれば、ねじの締付角度及び締付トルクを座標軸とする座標系から、上記ねじの塑性変形量を除いた締付軸力の測定基準角度が容易かつ適正に求められ、この測定基準角度を基点として締付角度の測定時点におけるねじの弾性変形量に対応した締付角度が正確に求められることになる。
【００２９】
請求項１０に係る発明は、上記請求項７〜請求項９のいずれかに記載のねじの締付軸力測定装置において、ねじの締付角度及び締付トルクを座標軸とする座標系に表示されるねじの弾性域におけるトルク勾配の延長ラインと、上記座標系の締付トルクが０となるラインとの交点を求め、この交点の座標を理論着座点として設定し、この理論着座点を基点として締付軸力の測定時点における締付角度を締付角度測定部により測定するとともに、上記測定基準角度を基準角度演算部により求め、上記締付角度の測定値から締付軸力の測定基準角度を減算することにより、この測定基準角度を基点とした締付軸力の測定時点における締付角度を求めるように構成したものである。
【００３０】
この構成によれば、上記理論着座点を基点にして、ねじの締付角度及び締付トルクを座標軸とする座標系から、上記ねじの塑性変形量を除いた締付軸力の測定時点における締付角度が上記締付角度測定部により容易かつ適正に測定され、この締付角度の測定値に基づいてねじの弾性変形量に対応した締付軸力が上記締付軸力測定部により正確に測定されることにより、塑性域までねじを締め付けた場合においても、ねじの締付軸力が正確に求められることになる。
【００３１】
請求項１１に係る発明は、ねじ締付手段を使用したねじの締付過程で、このねじの弾性域における締付トルクの変化量と締付角度の変化量との比からなるトルクレートを求めるトルクレート演算部と、このトルクレートの演算値に基づいてねじの塑性変形量を除いた締付軸力の測定基準角度を求める基準角度演算部と、この基準角度演算部により求められた測定順角度を基点として締付軸力の測定時点におけるねじの締付角度を測定する締付角度測定部と、この締付角度の測定値に基づき、予め設定された締付軸力が得られるようにねじの締付状態を制御する締付状態制御部とを備えたものである。
【００３２】
この構成によれば、上記トルクレート演算部により求められたトルクレートに基づいて、ねじの塑性変形量を除いた締付軸力の測定基準角度が上記基準角度演算部により求められるとともに、この基準角度演算部により求められた測定基準角度を基点として締付軸力の測定時点におけるねじの弾性変形量に対応した締付角度が容易かつ適正に上記締付角度測定部により測定され、この締付角度の測定値に基づいてねじの締付状態が上記締付状態制御部により制御されることにより、塑性域までねじを締め付けた場合においても、ねじの締付軸力が予め設定された適正値となるように調節されることになる。
【００３３】
請求項１２に係る発明は、ねじ締付手段を使用したねじの締付過程で、このねじの弾性域における締付トルクの変化量と締付角度の変化量との比からなるトルクレートを求めるトルクレート演算部と、このトルクレートの演算値に基づいてねじの塑性変形量を除いた締付軸力の測定基準角度を求める基準角度演算部と、この基準角度演算部によって演算された測定基準角度を基点として締付軸力の測定時におけるねじの締付角度を測定する締付角度測定部と、この締付角度の測定値に対応したねじの締付軸力を、予め求めた締付角度と締付軸力との関係から測定する締付軸力測定部と、この締付軸力測定部により測定されたねじの締付軸力に基づいてねじの締付状態が適正であるか否かを判別する締付状態判別部とを備えたものである。
【００３４】
この構成によれば、上記トルクレート演算部により求められたトルクレートに基づいて、ねじの塑性変形量を除いた締付軸力の測定基準角度が上記基準角度演算部により求められるとともに、この測定基準角度の演算値に基づいて締付軸力の測定時点におけるねじの弾性変形量に対応したねじの締付角度が上記締付角度測定手段により測定された後、この締付軸力の測定値と、予め設定された締付軸力の目標値とが上記締付状態判別部において比較される等により、塑性域までねじを締め付けた場合においても、ねじの締付状態が適正であるか否かが正確に判別されることになる。
【００３５】
請求項１３に係る発明は、上記請求項１２記載のねじの締付装置において、上記締付状態判別部によるねじの締付状態の判別結果を表示する表示手段を備えたものである。
【００３６】
上記構成によれば、表示手段において表示されるねじの締付状態の判別結果に応じ、ねじの締付状態が適正であるか否かが容易かつ適正に判別されることになる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るねじの締付装置の実施形態を示している。このねじの締付装置には、ねじの頭部に係合されるソケット１と、このソケット１によってねじに付与されるトルクを調節するトルクトランスデューサ２と、上記ソケット１によって締め付けられるねじの締付トルクを検出する締付トルク検出器３と、上記ソケット１を回転駆動する駆動モータ４と、この駆動モータ４の回転角度を検出することによりねじの締付角度を測定する角度エンコーダ５とを備えたナットランナ６からなるねじ締付手段が設けられている。
【００３８】
また、上記ねじの締付装置は、ねじの弾性域内において第１締付トルクを設定する第１締付トルク設定器７と、ねじの弾性域内において上記第１締付トルクよりも大きな値の第２締付トルクを設定する第２締付トルク設定器８と、上記締付トルク検出器３によって検出されたねじの締付トルクと上記第１締付トルク設定器７によって設定された第１締付トルクとを比較して両トルクの一致信号を出力する第１コンパレータ９と、上記締付トルク検出器３によって検出されたねじの締付トルクと上記第２締付トルク設定器８によって設定された第２締付トルクとを比較して両トルクの一致信号を出力する第２コンパレータ１０と、第１，第２コンパレータ９，１０から出力される一致信号に対応した制御信号をＣＰＵ１１に出力する第１，第２アナログスイッチ１２，１３とを備えている。
【００３９】
さらに、上記ねじの締付装置には、ねじを締め付けることにより生じる締付軸力の目標値に対応した目標締付角度を設定する目標締付角度設定部１４と、上記第１，第２アナログスイッチ１２，１３から制御信号が出力された時点における上記角度エンコーダ５の検出角度を測定するための制御信号をＣＰＵ１１に入力する角度ゲート１５と、ＣＰＵ１１から出力される制御信号に応じて上記駆動モータ４を制御するサーボアンプ１６と、ＣＰＵ１１から出力される制御信号に応じてねじの締付軸力を表示する表示手段１７とが設けられている。
【００４０】
また、上記ＣＰＵ１１には、ナットランナ６によるねじの締付過程で、このねじの弾性域における締付トルクの変化量と締付角度の変化量との比からなるトルクレートを求めるトルクレート演算部１８と、このトルクレート演算部１８により求められたトルクレートに基づいてねじの塑性変形量を除いた締付軸力の測定基準角度を求める基準角度演算部１９と、この基準角度演算部１９により求められた測定基準角度を基点として締付軸力の測定時におけるねじの締付角度を測定する締付角度測定部２０と、この締付角度測定部２０により測定された締付角度に対応した締付軸力を、予め求めた締付角度と締付軸力との関係から測定する締付軸力測定部２１と、上記締付角度測定部２０により測定された締付角度に基づいてねじの締付状態を制御する締付状態制御部２２とが設けられている。
【００４１】
次に、上記ねじの締付装置によってねじを締め付ける際に実行されるねじの締付軸力測定方法及びこの測定方法を用いたねじの締付方法を、図２及び図３に示すフローチャートに説明する。まずステップＳ１において、図外の入力スイッチの操作に応じ、ナットランナ６の駆動モータ４を回転させてねじの締付を開始した後、ステップＳ２において、図外のキーボード等からなる入力手段により入力されたねじのサイズ等に対応した第１締付トルクＴ１を上記第１設定器７により設定する。次いで、ステップＳ３において、上記締付トルク検出器３によって検出されたねじの締付トルクＴと、上記第１締付トルクＴ１とを第１コンパレータ９で比較して両トルクＴ，Ｔ１が等しいか否かを判定する。
【００４２】
上記ステップＳ３でＹＥＳと判定されると、ステップＳ４において上記角度ゲート１５をＯＮ状態とし、この時点における上記ねじの締付角度θ１の測定値を入力するとともに、ステップＳ５において上記ねじのサイズ等に対応した第２締付トルクＴ２を上記第２設定器８により設定する。次いで、ステップＳ６において、上記締付トルク検出器３により検出されたねじの締め付けトルクＴと、上記第２締付トルクＴ２とを第２コンパレータ１０で比較して両トルクＴ，Ｔ２が等しいか否かを判定する。
【００４３】
上記ステップＳ６でＹＥＳと判定されると、ステップＳ７において上記角度ゲート１５をＯＦＦ状態とし、この時点における上記ねじの締付角度θ２の測定値を入力するとともに、ステップＳ８において、上記第１，第２締付トルクＴ１，Ｔ２と、上記ねじの締付角度θ１，θ２の検出値とに基づき、ねじの弾性域における締付トルクＴの変化量ΔＴ（＝Ｔ２−Ｔ１）と、締付角度θの変化量Δθ（＝θ２−θ１）との比からなるトルクレートＣを上記トルクレート演算部１８により演算して求める。その後、ステップＳ９において、上記トルクレートＣに基づいてねじの理論着座点θＯを上記基準角度演算部１９により演算して求める。
【００４４】
すなわち、ねじの締付開始当初は、ねじの座面と被締付面との間の摩擦係数に対応した一定の滑りが生じた後、弾性域内では、図４に示すように、ねじの締付角度θに比例して締付トルクＴが増大するため、上記締付トルクＴの変化量ΔＴ（＝Ｔ２−Ｔ１）と、締付角度θの変化量Δθ（＝θ２−θ１）とに基づいてトルクレートＣ（＝ΔＴ／Δθ）を算出する。そして、ねじの締付角度θ及び締付トルクＴを座標軸とした図４に示す座標系に表示されるねじの弾性域におけるトルク勾配α、つまり上記弾性域内においてトルクレートＣを演算する際に測定した締付トルクＴの変化状態を示す直線αの延長ラインと、上記座標系の締付トルクＴが０となるライン、つまり上記座標系の横軸との交点を求め、この交点の座標を理論着座点θＯとして設定することにより、ねじの座面と被締付面との間に上記滑りがないと仮定した理論着座点を求める。
【００４５】
次いで、ステップＳ１０において、締付軸力の測定時点である現時点の締付トルクＴの検出値ＴＢと、締付角度θの検出値θＢとを入力した後、ステップＳ１１において、ねじの締付角度θ及び締付トルクＴを座標軸とする図４に示す座標系の測定点Ｂを通って上記ねじの弾性域におけるトルク勾配αと平行に伸びるラインβと、上記座標系の締付トルクＴが０となるライン（横軸）との交点を上記基準角度演算部１９により演算して求め、この交点の締付角度θを締付軸力の測定基準角度θＡとして設定する。
【００４６】
そして、ステップＳ１２において、上記測定基準角度θＡから現時点の締付角度θＢまでの締付角度θの変化量ΔθＡ（＝θＢ−θＡ）を上記締付角度測定部２０により演算して求め、上記変化量ΔθＡを締付軸力測定時点における締付角度ΔθＡとして設定した後、ステップＳ１３において、上記締付角度ΔθＡに対応したねじの締付軸力ＦＡを、予め設定された締付角度θと締付軸力Ｆと関係から上記締付軸力測定部２１により測定し、この締付軸力ＦＡを上記表示手段１７において表示させる。
【００４７】
すなわち、ねじの理論着座点θＯからねじの締付が開始されると仮定した場合、ねじの弾性域内においては、図５に示すように、ねじの締付角度θに比例して締付軸力Ｆが変化するとともに、ねじの締付軸力Ｆが弾性域ＦＣを越えると、ねじに塑性変形が生じるため、ねじの締付角度θと締付軸力Ｆとの比例関係が崩れ、締付角度θの増大量に対する締付軸力Ｆの増大量が次第に低下する傾向が生じる。そして、上記弾性域ＦＣをわずかに越えた締付軸力ＦＡとなるまでねじを締め付けた後、このねじの塑性域から引張り荷重を除去すると、上記弾性域内におけるねじの変位ラインα１と平行なラインβ１に沿って締付軸力Ｆが減少し、ねじには、上記理論着座点θＯから、上記ラインβ１と、図５に示す座標系の横軸との交点における締付角度θＡまでの締付角度θの変化量ΔθＯに相当する塑性変形が生じることになる。
【００４８】
また、上記のように弾性域ＦＣをわずかに越えた締付軸力ＦＡとなるまでねじを締め付けた場合には、上記ねじの塑性変形量ΔθＯを除いた締付軸力Ｆの測定基準角度θＡを基点としたねじの締付角度に比例して、締付軸力Ｆが変化することになる。そして、ねじの弾性域内においては、下記式（数２）に示す関係があるため、この式（数２）からねじに締付角度θに対応した締付軸力Ｆを求め、あるいは予め求めた実験データから上記締付軸力Ｆを推定することができる。なお、下記式（数２）において、ｐはねじのピッチ、Ｋｂはねじの引張りばね定数、Ｋｃは被締付体の圧縮ばね定数である。
【００４９】
【数２】
0003835023.tif 000003
【００５０】
したがって、図４に示す座標系において、測定点Ｂを通ってねじの弾性域におけるトルク勾配αと平行に伸びるラインβと、上記座標系の締付トルクＴが０となるラインとの交点を求め、この交点の締付角度θを締付軸力Ｆの測定基準角度θＡとして設定し、この測定基準角度θＡから現時点の締付角度θＢまでの締付角度θの変化量ΔθＡを求め、この変化量ΔθＡを、上記測定基準角度θＡを基点とした測定時点における締付角度ΔθＡとして設定することにより、この締付角度ΔθＡと、上記式（数２）とに基づいて、現時点の締付軸力Ｆを求めることができる。つまり、上記理論着座点θＯを基点として測定した現時点における締付角度θの変化量ΔθＢから、上記理論着座点θＯを基点として求めた締付角度θの塑性変形量ΔθＯを減算することにより、上記軸力基準角度θＡから現時点の締付角度θＢまでの締付角度θの変化量ΔθＡを求め、この変化量ΔθＡに基づいて上記締付軸力ＦＡを間接的に測定することができる。
【００５１】
次いで、ステップＳ１４において、入力手段により入力されたねじのサイズ等に基づき、初期に締付部品に必要とする目標締付角度θａを上記目標締付角度設定部１４により設定した後、ステップＳ１５において、上記目標締付角度θａと、ステップＳ１２で求めた上記測定基準角度θＡを基点とする締付角度ΔθＡとを比較することにより、ねじの締付軸力Ｆが、目標値となったか否かを上記締付状態制御部２２により判定する。このステップＳ１５でＮＯと判定された場合には、上記ステップＳ１０にリターンしてねじの締付動作を継続する。
【００５２】
そして、上記ステップＳ１５でＹＥＳと判定されて、現時点における締付軸力Ｆに対応した上記測定基準角度θＡを基点とする締付角度ΔθＡが、上記目標締付角度θａと等しくなり、ねじの締付軸力Ｆが、目標値となったことが確認された時点で、ステップＳ１６において、ねじ締付手段を構成するナットランナ６の駆動モータ４を停止させる制御信号を上記締付状態制御部２２からサーボアンプ１６に出力してねじの締付動作を終了する。
【００５３】
このようにナットランナ６からなるねじ締付手段を使用したねじの締付過程で、このねじの弾性域における締付トルクＴの変化量ΔＴと締付角度θの変化量Δθとの比からなるトルクレートＣを求めた後、このトルクレートＣからねじの塑性変形量ΔθＯを除いた締付軸力Ｆの測定基準角度θＡを求めるとともに、この測定基準角度θＡを基点にして締付軸力Ｆの測定時点におけるねじの締付角度ΔθＡを測定し、この締付角度ΔθＡに対応したねじの締付軸力Ｆを、予め求めた締付角度θと締付軸力Ｆとの関係から上記締付軸力測定部２１において測定するようにしたため、ねじの弾性限度を越えて塑性域までねじを締め付けた場合においても、ねじの締付軸力Ｆを正確に測定することができるとともに、この締付軸力Ｆの測定値に基づいてねじの締付状態を適正に制御することができる。
【００５４】
すなわち、同一サイズのねじにおいて、図６に示すように、ねじの座面と被締付面との間の摩擦係数が高いねじＨと、同摩擦係数が低いねじＬとを、弾性限度を越えて塑性域まで締め付けた場合、摩擦係数の高いねじＨは、摩擦係数の低いねじＬに比べてねじを締め付けるのに大きな締付トルクＴが必要であるとともに、早期に弾性限度を越える傾向があるため、θＯからの角度制御よる締付では、締付後に生じる塑性変形量ΔθＯも大きくなる傾向がある。また、上記のように弾性域をわずかに越えた締付軸力Ｆとなるまでねじを締め付けた場合には、上記ねじの塑性変形量ΔθＯを除いた締付軸力Ｆの測定基準角度θＡを基点としたねじの締付角度θに比例して、締付軸力Ｆが変化することが分かっているため、上記塑性変形量ΔθＯを除いた締付軸力Ｆの測定基準角度θＡを求め、この測定基準角度θＡを基点にして締付軸力Ｆの測定時点におけるねじの締付角度ΔθＡを測定することにより、このねじの締付角度ΔθＡと、予め求めた締付角度θと締付軸力Ｆとの関係から、ねじの締付過程でその締付軸力Ｆを適正に求めることができる。
【００５５】
したがって、上記理論着座点θＯから締付軸力Ｆの測定時点までの締付角度の変化量ΔθＢから上記塑性変形量ΔθＯを減算した値からなる締付角度θの変化量ΔθＡに基づいて上記締付軸力測定部２１により測定された締付軸力Ｆを、上記表示手段１７において表示し、この表示を見ながらねじの締付状態を制御することにより、上記摩擦係数の高いねじＨにおいてねじの能力が最大限に発揮されるようにねじの締付量を調節することができる。また、摩擦係数の小さいねじＬにおいても、上記摩擦係数の高いねじＨと同一の値に設定された目標締付軸力となるようにねじの締付状態を制御することにより、上記ねじＨと同一の締付軸力に設定してねじの能力を充分に発揮させることができる。
【００５６】
そして、ねじの締付作業の終了後に、上記表示手段１７に表示された締付軸力Ｆに応じてねじの締付状態が適正であるか否かを判別し、上記締付軸力Ｆが目標値よりも小さい場合には、ねじをさらに締め付けて増締を行い、逆に上記締付軸力Ｆが目標値よりも大きい場合には、ねじの締付量が過多であると判断して新たなねじと交換するなど、ねじの締付不良が発生するのを確実に防止することができる。
【００５７】
また、上記実施形態では、締め付けられるねじの弾性域内における少なくとも二点の締付角度θ１，θ２に対応した締付トルクＴ１，Ｔ２からトルクレートＣを求めるように構成したため、ねじの締付角度θと、締付トルクＴとが比例関係にあるねじの弾性域内において、締付トルクの変化量ΔＴと締付角度の変化量Δθとの比からなるトルクレートＣを容易かつ適正に求めることができ、このトルクレートＣに基づいて上記ねじの塑性変形量ΔθＯを除いた締付軸力Ｆの測定基準角度θＢを正確に求めることができる。
【００５８】
さらに、上記実施形態では、ねじの締付角度θ及び締付トルクＴを座標軸とする座標系の測定点Ｂを通ってねじの弾性域におけるトルク勾配αと平行に伸びるラインβと、上記座標系の締付トルクが０となるラインとの交点を求め、この交点の締付角度θを締付軸力Ｆの測定基準角度θＡとして設定するように構成したため、上記座標系から、ねじの塑性変形量ΔθＯを除いた測定基準角度θＡを容易かつ適正に求めることができ、この測定基準角度θＢを基点として締付軸力Ｆの測定時点における上記ねじの締付角度ΔθＡを正確に求めることができる。
【００５９】
また、上記実施形態に示すように、ねじの締付角度θ及び締付トルクＴを座標軸とする座標系に表示されるねじの弾性域におけるトルク勾配αの延長ラインと、上記座標系の締付トルクが０となるラインとの交点を求め、この交点の座標を理論着座点θＯとして設定した後、この理論着座点θＯを基点として締付軸力Ｆの測定時点における締付角度θＢを測定するとともに、上記理論着座点θＯを基点として測定基準角度θＡを求め、上記締付角度θＢの測定値から測定基準角度θＡを減算することにより、ねじの塑性変形量ΔθＯを除いたねじの締付角度ΔθＡを求めるように構成した場合には、同じ着座点θＯを基点として測定された締付角度θに基づき、上記ねじの塑性変形量ΔθＯを除いたねじの締付角度ΔθＡを容易かつ適正に測定することができる。
【００６０】
また、上記実施形態では、トルクレートＣの演算値に基づいてねじの塑性変形量ΔθＯを除いた締付軸力Ｆの測定基準角度θＡを基準角度演算部１９により求めるとともに、この基準角度演算部１９により求められた測定基準角度θＡを基点として締付軸力Ｆの測定時点におけるねじの締付角度ΔθＡを締付角度測定部２０により測定し、この締付角度ΔθＡの測定値に基づき、予め設定された締付軸力Ｆが得られるようにねじの締付状態を締付状態制御部２２により制御し、この締付状態制御部２２において、上記締付角度ΔθＡの測定値と、予め設定された目標締付角度θａとを比較して両者が一致した時点でねじの締付作業を終了させるように構成したため、ねじの締付作業を自動化してねじの締付量を適正に制御することができる。
【００６１】
なお、上記実施形態に代え、締付軸力測定部２１により測定されたねじの締付軸力Ｆに基づいてねじの締付状態が適正であるか否かを判別する締付状態判別部とを設け、この締付状態判別部において、上記締付軸力Ｆの測定値と、予め設定された締付軸力Ｆの目標値とを比較して両者が一致した時点でねじの締付作業を終了させる締付状態制御部を設けた構造としてもよい。このように構成した場合には、上記ねじの締付軸力Ｆに基づいてねじの締付状態を、より正確に制御することができる。
【００６２】
また、上記締付状態判別部によるねじの締付状態の判別結果を表示する表示手段を設け、この表示手段において表示された締付状態の判別結果に応じ、ねじの締付状態が適正であるか否かを作業者が判別するように構成してもよい。
【００６３】
さらに、上記のように測定基準角度θＡを基点とした締付角度ΔθＡの測定値に基づき、予め設定された締付軸力Ｆが得られるようにねじの締付状態を制御する締付状態制御部２２を備えたねじの締付装置において、ねじの締付時における摩擦係数を測定する摩擦係数測定部を設け、この摩擦係数の測定値に基づいてねじの降伏軸力に対応したねじの目標締付角度を上記目標締付角度設定部１４により設定するように構成してもよい。
【００６４】
すなわち、図６に示すように上記摩擦係数に応じて、ねじの締付角度θと締付トルクＴとの関係が変化するため、この関係に基づいて上記ねじの締付時における摩擦係数を摩擦係数測定部により測定するようにしてもよい。そして、上記式（数１）に示すように、上記摩擦係数μに基づいてねじの降伏軸力Ｆｙが変化するため、このねじの降伏軸力Ｆｙに応じて、ねじの能力が最大限に発揮されるように上記目標締付角度を設定することにより、上記摩擦係数μに対応したねじの締付制御を適正に実行することができる。
【００６５】
また、上記のように締付軸力測定部２１により測定されたねじの締付軸力Ｆに基づいてねじの締付状態が適正であるか否かを判別する締付状態判別部を備えたねじの締付装置において、ねじの締付時における摩擦係数を測定する摩擦係数測定部と、この摩擦係数の測定値に基づいてねじの降伏軸力に対応したねじの目標締付軸力を設定する目標締付軸力設定部を設けた構造としてもよい。この場合においても、上記摩擦係数μに応じて変化するねじの降伏軸力Ｆｙに基づき、上記ねじの締付状態が適正であるか否かの判別基準となる締付軸力Ｆの目標値を適正に設定することにより、上記摩擦係数μに対応したねじの締付制御を適正に実行することができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るねじの締付軸力測定方法及び同装置は、ねじ締付手段を使用したねじの締付過程で、このねじの弾性域における締付トルクの変化量と締付角度の変化量との比からなるトルクレートを求めた後、このトルクレートに基づいてねじの塑性変形量を除いた締付軸力の測定基準角度を求めるとともに、この測定基準角度を基点として締付軸力の測定時点におけるねじの締付角度を測定し、この締付角度の測定値に対応したねじの締付軸力を、予め求めた締付角度と締付軸力との関係から測定するように構成したため、ねじの弾性限度を越えて塑性域までねじを締め付けた場合においても、ねじの締付軸力を正確に測定することができる。
【００６７】
また、本発明に係るねじの締付方法及び同装置は、ねじ締付手段を使用したねじの締付過程で、このねじの弾性域における締付トルクの変化量と締付角度の変化量との比からなるトルクレートを求めた後、このトルクレートに基づいてねじの塑性変形量を除いた締付軸力の測定基準角度を求めるとともに、この測定基準角度を基点として締付軸力の測定時点におけるねじの締付角度を測定し、この締付角度の測定値に基づいて、予め設定された締付軸力が得られるようにねじの締付状態を制御するように構成したため、ねじの弾性限度を越えて塑性域までねじを締め付けた場合においても、上記ねじの締付軸力が適正値となるように、ねじの締付状態を容易かつ正確に制御することができる。
【００６８】
さらに、本発明に係るねじの締付方法及び同装置は、ねじ締付手段を使用したねじの締付過程で、このねじの弾性域における締付トルクの変化量と締付角度の変化量との比からなるトルクレートを求めた後、このトルクレートに基づいてねじの塑性変形量を除いた締付軸力の測定基準角度を求めるとともに、この測定基準角度を基点として締付軸力の測定時点におけるねじの締付角度を測定し、この締付角度の測定値に対応したねじの締付軸力を、予め求めた締付角度と締付軸力との関係から求め、この締付軸力に基づいてねじの締付状態が適正であるか否かを判別するように構成したため、ねじの弾性限度を越えて塑性域までねじを締め付けた場合においても、上記ねじの締付軸力が適正であるか否かを容易かつ正確に判別できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るねじの締付装置の実施形態を示す説明図である。
【図２】ねじの締付制御動作の前半部を示すフローチャートである。
【図３】ねじの締付制御動作の後半部を示すフローチャートである。
【図４】ねじの締付角度と締付トルクとの対応関係を示すグラフである。
【図５】ねじの締付角度と締付軸力との対応関係を示すグラフである。
【図６】摩擦係数の異なるねじを締め付けた場合におけるねじの締付角度と締付トルクとの対応関係を示すグラフである。
【図７】摩擦係数の異なるねじを締め付けた場合におけるねじの締付角度と締付軸力との対応関係を示すグラフである。
【符号の説明】
６  ナットランナ（ねじ締付手段）
１４  目標締付角度設定部
１８  トルクレート演算部
１９  基準角度演算部
２０  締付角度測定部
２１  締付軸力測定部
２２  締付状態制御部
【図１】
0003835023.tif 000004
【図２】
0003835023.tif 000005
【図３】
0003835023.tif 000006
【図４】
0003835023.tif 000007
【図５】
0003835023.tif 000008
【図６】
0003835023.tif 000009
【図７】
0003835023.tif 000010