JPS584979B2 - ねじつき締め金具組立の品質検討方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はねじつき締め金具の品質検討方法に係る。

これは大量生産作業に特に使用されるのに適する。

品質の検討を必要とする代表的な場合は、内燃機関ビス
タン棒の連結棒ボルトの生産であり、この他にはねじつ
き締め金具に大きい応力がかかるとか繰返し応力がかか
るような組立の生産である。

ねじつき締め金具の従来の品質検討法と異って、本発明
の方法は規定のトルク限界値内でねじつき締め金具の回
転角の増分に対するトルクの変化の量を利用するもので
ある。

本方法は、規定トルク限界値の間で締め金具トルクと回
転との関係に対する上・下の傾き限界値を設定すること
を含む。

新制境界トルク限界値や１つ以上のトルク上限値を含ん
でい（つかのトルク限界値が規定され、別々の測定区域
が定められる。

若し規定限界値の間での締め金具のトルク対回転の関係
が第１の区域の傾き限界値の中にあれば、第１の検討手
続用の品質検討は満たされたことになる。

このトルクが締め金具に応用のかかる間第１の所望トル
クに対する上限値からさらに別の区域に増大すると、同
じような傾き限界値を設定する。

この締つけ作業中締め金具は弾性的に降伏する。

成る特別な場合、降伏は、制御された量のそ性愛形が起
こるような締め金具材料のそ性降伏点までおそらく少し
これを超えて許される。

傾き限界値データをこのように使用することにより、締
め金具の締つけ中不利なねじ状態の存在を検知するここ
ができる。

この状態の締め金具へのトルクは、締め金具の回転の増
大なしに急に増大する。

本検討方法はまた、締め金具のヘッドと締められる部材
の対応表面との間の摩擦面における外部からの金属の存
在や表面異常の存在について検知する。

このような場合、締め金具に加えられるトルクは法外に
増大して欠陥品となる傾向がある。

ねじつき締め金具のドライバからのトルク信号を受けか
つ締め金具の角度の増分データを受けるため制御論理回
路が利用される。

この回路は、これらの情報を用いてトルクと回転角度と
の特性的性能関係における傾きを計算する。

該回路が予めセットする傾き限界値及びトルク限界値に
応じない締め金具を検知できる。

次に図面について本発明を説明する。

第１図において、ボルトをボルト締めされる装置中に締
めつけるとき、ボルトに加えられるトルクとボルトの回
転角度との間の関係が示される。

本発明の方法を利用しうる従来技術のボルト締め装置の
例は米国特許２１７４３５６号、 ２２１１４０１号、３４７２１０２号、 ３４８６４０２号、３８１３９３３号及び３８９５５１
７号に示される。

これらの例は、ボルトに加えられるトルクを検知するた
め変換器と組合わされたトルクレンチを使用することが
公知であることを示している。

このトルク信号は、トルクレンチの動力源のトリガしゃ
断に利用でき、または上か下のトルク限界値を指示する
目視装置を作るのに利用できる。

トルク限界信号は本発明方法において利用され、第１図
のグラフ中水平方向の基準線で示される。

トルク変数に対する第２の変数は回転角度である。

締め金具の初期締つけ中トルクと角度との関係は割に平
たい曲線部分１０により示される。

図示されるようにトルクが増すと、このトルクの増分に
対して割に大きい増分の回転が生じ境界トルクに達する
まで続く。

境界トルクは、ボルト締めされる部分が係合してボルト
が弾性的に降伏し始めるトルク限界値を表わす。

締め金具の張力が増すにつれて、この関係は大体線形で
ある。

このことは曲線部分１２で示される。

中間トルク限界値基準線は第１トルク増分の高いレベル
と第２トルク増分の開始を設定する。

第１トルク増分内の傾き限界は１４，１６で示される。

曲線部分１２は１４と１６との内部にある。

第２トルク増分は、その開始を示す基準線と高トルク限
界値基準線との間で示される。

第２トルク増分に対する傾きの限界は１８，２０で示さ
れる。

特別の関係として、線１８の傾きと線１４の傾きは等し
く線２０の傾きと線１６の傾きとは等しい。

第２トルク増分中における角度とトルクとの関係は２２
で示され、これは本質的に部分１２の延長であり、大抵
の場合ボルト材料弾性限界内での張力状態は線形である
。

所望の最終トルク値に対する区域は、高トルク限界線と
低トルク限界線とにより定められる。

締め金具の品質検討中、最終トルクはこの高トルク及び
低トルクの限界線の内にあるべきであり、またトルク・
角度の関係の傾きは各トルク増分に対する傾き限界線の
内にあるべきである。

第１図に示すように、傾き限界値は第１及び第２のトル
ク増分に対して等しくできる。

第１図はまた、第２のトルク増分内で僅かのそ性愛形が
生ずるかもしれないことを示す。

若し生じるとしてそのそ性愛形の量は、材料による。

然しいづれにしても、そ性愛形を起こす締め金具上のト
ルクは破裂を生ずるトルクよりも著しく低い。

第２図に、代表的欠陥のあるねじつき締め金具のグラフ
が示される。

本発明の検討方法によれば、図示されるような特性をも
つ部品は拒絶される。

同図で、トルク・角度関係は境界トルクより以下では慣
行の形を示すが、境界値に達すると曲線２４の傾きは急
な傾きに変わる。

この傾きは、第２トルク増分は勿論第１トルク増分に対
する傾き限界値の外にある。

この状態は、締め金具がねじ開口中に詰まったときまた
は既に締つけられた締め金具に詰め金具ドライバーが係
合するときに得られる。

後のときの状態は「二重打ち」と称される。

第２図にはまた、代表的な不利なねじ状態が示される。

これは曲線部分２６で示され、任意の角変度化に対する
トルク増大は、境界点を超えた締つけ作業にしたがい異
常に低い。

このような場合トルクの増大は締め金具張力の増大を伴
わない。

締つけ作業中ねじつき締め金具に対する許容トルク・角
度関係は曲線部分２８，３０，３２で示され、部分３２
は高トルク限界値と低トルク限界値との間にある。

若し部分３２が破線延長部に示される限界値の外にでれ
ば、締め金具は過度の降伏に因って不合格にされる。

第３図は、もう１つの欠陥締め金具の状態を示す。

曲線３４は第１トルク増分区域におけるねじつき締め金
具のトルク・角度関係を示す。

この締め金具を受入れている内ねじに「かみつき」が起
こると、張力の対応的増大なしに、角度の変化に対する
トルクの増大は急である。

曲線３４は、第１トルク増分では傾き限界４０，４２０
内部にあるけれども、第２増分では傾き限界３６，３８
の外に示される。

第３図はまた、ボルトの面と締められる部分の隣接面と
の間に金属片がある場合の締め金具に代表的な状態を示
す。

この状態は曲線４４で表わされ、その特徴は、任意の角
度変化に対し比較的小さいトルク増大に対応する第１増
分中の傾きが割合平坦なことである。

第２トルク増分中の傾き増大は、ボルト頭の下または軸
受キャップの面にある金属片が潰れることによって生ず
る。

この傾きの増大はまた、軸受が後方に取つけられている
場合軸受キャップの降伏に続（締め金具の線形弾性降伏
に因るのかもしれない。

曲線の該部分の傾きは所望の限界値を超える。

本発明の方法は、欠陥が第１トルク増分で検知されても
第２トルク増分で検知されてもそれには拘らずに、第２
，３図に示される状態をうける締め金具を拒絶する。

第４図は、トルク監視信号一覧図を示す。

図示される回路は、検討中のねじつき締め金具の駆動モ
ータから制御ライン４６を経てトルク信号を受とる。

トルク信号は公知の変換器によって得られ、この例は前
記米国特許中に示されている。

この信号は出力増巾器４８で増巾される。

増巾器４８の出力側にある電圧ピーク検知器５０は、増
巾器かり受取ったピーク電圧を検知してアナログ信号を
出し、締め金具が締められるときの摩擦の瞬間的変化や
回路不規則性の存在に因る外来の電圧を却ける。

その結果は該検知器のそばに示されるアナログ信号であ
る。

ライン５２の信号はデジタルアナログ変換器５６により
受とられる。

一定周波数タイミングパルスはライン６０から時計ゲー
ト５８により受取られ、ライン６０は慣例の時計タイミ
ング回路により附勢される。

代表的な周波数は毎秒５００キロザイクルである。

計数パルスはゲート６２を経て１０ビツトデジタル計数
器６４に配分される。

計数値は計数器６４からライン６６を経て変換機５６に
移され、変換機は検知器５０出力側の信号とライン６６
の信号との差を示す信号を出力側６８に生ずる。

ライン５２と６６の信号が一致するとき、弁別器７０が
その信号をゲート６２に移しか（て計数器６４に受取ら
れた計数をしゃ断する。

成る計数の値は計数器６４０入力側のライン７２にトル
クパルスとして記録される。

オフセットトルク計数器信号は、ライン７４に受取られ
、ピーク検知器５０を追跡モードに切換えるようゲート
１６を通る。

この信号はまた、３ＫＣ時計８２にカウントアツプゲー
ト８６、カウントダウンゲート８５ヘパルスを送らせる
。

同じ信号はゲート６２を作動しない。

弁別器８４は、ライン５２の検知器５０からの出力信号
の極性を感知して、ゲート８５または８６に、信号の極
性により増分または減少量の計数器８０へ時計パルスを
送らせる。

デジタルからアナログへの変換機７８は、計数器８０を
追跡してアナログ電流をライン４６からのオフセット電
流と合計する。

検知器５０の出力は０ボルトで零になるように極性を選
択する。

計数器８０の出力側は、検知器零のときライン４６にあ
るオフセット）ルク値を示す成る計数を記録する。

この値はライン８８からコンパレータ９０，９２に送ら
れる。

若しオフセットトルクが余りに高いと、ライン９４によ
り附勢される適当な指示器が作動される。

若し余りに低いと、ライン９６により附勢される適当な
指示器が作動される。

ライン８８，９６，９４における信号はランチ９８に貯
えられる。

実際のトルク信号は、検知器５０の出力側に接続される
ライン１００を経て表示器に配分される。

若し電圧が高トルク限界値を超すと、弁別器１０２は動
かされて信号をライン１０４に配送させる。

弁別器１０２０セツトポイントはライン１０６を附勢し
て定められる。

同じよう′・低１ルク限界値は、弁別器１１０がピーク
検知器からの信号を通すときライン１０８の信号により
検知できる。

第３図に示した第２増分開始におけるトルクは、弁別器
１１４が動いて生ずるライン１１２中の信号によって示
される。

弁別器１１６は境界トルクが超されるときライン１１８
の信号を記録する。

第５図に、トルク角度関係における傾きを検知するため
の順序一覧図が示される。

第４図のライン７２に検知されたトルクパルスは論理回
路１２４に受取られる。

この回路は、所謂カウントアツプの部分１２６と所謂カ
ラン）・ダウンの部分１２８とを含む。

適当な角度変換器からの角度パルスはライン１３０から
論理回路１２４により受取られる。

第４図に示した時計・タイミング回路からの時計パルス
はライン１３２から回路１２４により受取られる。

角度パルスは、トルク値が第１増分中にあるとき１２の
バイナリピットをもつ角度計数器１３４により計数され
る。

第１増分に対する最高トルク値に達すると、角度パルス
は、ゲート１３８から前記角度計数器と同じ性能の第２
角度計数器１４０へと送られ始める。

この計数器は、トルク値が第２増分区域中にあるとき論
理回路により受取られた角度パルスを示す二進値を生ず
る。

どちらかの計数器で最大計数に達すると、ゲート１３６
または１３８は余分な計数信号を閉め出す。

論理回路１２４に送られたトルクパルスは、時計カウン
トアツプパルスを第１増分トルク計数器１４２ならびに
第２増分トルク計数器１４４に配送させる。

記録されたトルク読みは、計数器１４２の場合ラッチ回
路１４６中に計数器１４４の場合ラッチ回路１４８中に
貯えられる。

これら回路中の値は、データ母線１５０に送られ、加え
るべきトルク値を示すため適当な指示器に移される。

計数器１３４，１４０中にある角度値はそれぞれセレク
タスイッチ１５２，１５４に送られる。

これらの値は、論理回路により定められる適当な瞬間に
二進計数器１５６に送られる。

論理回路中の時計パルスは計数器１４２，１４４及びプ
レセット計数器１５６のためのカウントダウンサイクル
を起動させる。

若し第１増分角度に対する値が計数器１５６に貯えられ
ると、計数器１５６と１４２とは同時にカウントダウン
サイクルを始める。

このサイクルの間計数器１５６は計数器１４２よりも早
（零の状態に達する。

そのとき、計数器１５６の出力側の検知器１５８は検知
した零信号をカウントダウン論理部分に送り、かくして
計数器１５６に最初の値をリセットし、カウントダウン
サイクルは繰り返される。

このサイクルが計数器１５６で繰り返される数は計数器
１６０により記録される。

最後に計数器１５６はカウントダウンサイクルをしゃ断
する。

そのとき、計数器１６０は繰り返し数を記録し了ってい
る。

要するにこれは、トルク値を第１増分トルク範囲に対す
る角度値で割ったときの商である。

同じ手続が第２増分トルク範囲に対して続けられる。

第３図のトルク角度関係における傾きの値である、サイ
クル計数器１６０中の値は、コンパレータ１６２，１６
４に送られる。

これらコンパレータはそれぞれ低い定格のセットポイン
ト及び高い定格のセットポイントをプリセットされる。

若し計数器の値が低い方のセットポイントより低いと、
成る信号がライン１６６に送られる。

若しその値が高い方のセットポイントより高いと、成る
信号はライン１６８に送られる。

これらの値は第１増分低定格ゲート１７０が第１増分高
定格ゲート１７２かを経て配送される。

第２増分トルク範囲におけるカウントダウンサイクルの
間得られる計数器値に対して、対応するゲー）１７４，
１７６が設けられる。

次いでこれらの値はラッチ１７８゜１８０中に貯えられ
る。

ラッチ１７８に貯えられる値は、第１増分トルク範囲お
ける傾きの読みを表わし、一部１８２で示される出力回
路に適当な指示器を接続して観察できる。

対応する出力回路１８４は第２増分トルク範囲に対する
ランチ１８０中の傾きの値を視るのに使用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は代表的なねじつき締め金具に対するトルク対回
転角度の関係を示した線図、第２図は同じような線図で
不利なねじの状態を示したもの、第３図は第１図と同じ
ような線図で切粉（金属片）の存在する場合の状態を示
したもの、第４図はトルク信号を監視する電子回路を示
す概要図、第５図は締め金具の回転を検知しかつ締つけ
中のトルク・回転角度間の関係における傾きを統合する
ための電子的監視回路を示す概要図である。 １４，１６−−傾き限界（第１トルク増分）；１８．２
０−一傾き限界（第２トルク増分）：２２−一角塵・ト
ルクの関係を示す曲線（第２トルク増分）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ねじつき締め金具組立の品質を検討する方法におい
   て、最小トルク境界値、高・低の最終トルク限界値及び
   中間トルク限界値を設定する段階とこの境界値と中間ト
   ルク限界値との間のトルク範囲及び中間トルク限界値と
   最終トルクとの間のトルク範囲で該締め金具にトルクを
   かける間絶対トルク値を監視しかつ同時に該締め金具を
   締つける間トルク・角度関係の傾きを測定することによ
   り前記の各トルク範囲内での該締め金具の回転を検討す
   る段階と、各トルク範囲内で特定の傾き限界値より高い
   か低いかの値に対する前記の傾き角の変動を検知する段
   階とを有することを特徴とする上記の品質検討方法。 ２ 各トルク範囲に対し上の傾き限界値と下の傾き限界
   値を定めかつ該締め金具の材料に対し所望の最終トルク
   より高い上のトルク限界値と低い下のトルク限界値とを
   定める段階と、高い方のトルク範囲内で該締め金具に加
   えられるトルクが規定の上・下のトルク限界値より高く
   または低く変動するかを検知する段階とを含む特許請求
   の範囲第１項記載の品質検討法。 ３ 各トルク範囲に対して上の傾き限界値と下の傾き限
   界値を定めかつ該締め金具の材料に対し所望の最終トル
   クより高い上のトルク限界値と低い下のトルク限界値と
   を定める段階と、各トルク範囲内におけるトルク・角度
   関係において傾きが規定の傾き限界値より高くまたは低
   く変動するかを検知する段階とを含む特許請求の範囲第
   １項記載の品質検討法。