JPS6325916B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高速低トルク用直巻整流子電動機と
低速高トルク用直巻整流子電動機の２台の電動機
を有し、トルク法によりボルト・ナツトの締付け
を行なうボルト締付機に関するものである。

（発明の背景） 通常、組立構造物のボルト締付作業において
は、仮締作業を行なわず、ボルト・ナツトが何回
か空転して締付部材に当り、所定の締付トルク又
は回転角度に達した時点でボルト・ナツトの締付
けを完了する。即ち、ボルト・ナツトが自由回転
状態から締付作業が行なわれる。しかも、ボルト
一本当りの締付所要時間をなるべく短かくして、
作業効率を上げなければならない。

一般に、ボルト締付機を使用するボルト・ナツ
トの締付作業において、ボルト・ナツトの締付ト
ルクが設定締付トルクT₀に達し、ボルト締付機
の動力を遮断した時のボルト締付機の出力軸の回
転数をω₀、ボルト締付機の回転部分の慣性能率
をＪ、比例常数をｋ、ボルト・ナツトに作用する
最終締付トルクをＴとすると、 Ｔ＝√₀ ²＋₀ ² の関係があり、ω₀が大きい程慣性の最終締付ト
ルクＴへの影響が大きく、また、ω₀が小さい程
慣性の最終締付トルクＴへの影響は小さくなる
が、ボルト・ナツトの締付所要時間は長くなる。
従つて、ボルト・ナツトを設定締付トルクで短時
間に締付けるには、自由回転時（軽負荷時）に
は、ボルト・ナツトを高速低トルクで回転させ、
締付時（負荷が所定値を超えた時）には低速高ト
ルクで回転させればよい。

然るに、一台の原動機を大きな減速比を有する
減速装置と連結して、低速高トルクで使用する従
来のボルト締付機では、ボルト締付作業におい
て、ボルト・ナツトの自由回転時も、締付時もボ
ルト・ナツトを同じ低速で回転させ、設定締付ト
ルク又は設定回転角度でボルト・ナツトを締付け
るので、ボルト・ナツトの締付作業に長時間を必
要とした。

また、一台の原動機を第１段減速装置、摩擦ク
ラツチ、一方向クラツチ及び第２段減速装置と連
結し、ボルト・ナツトの自由回転時は第１減速装
置のみでボルト・ナツトを高速低トルクで回転さ
せ、ボルト・ナツトが締付部材に密着してボル
ト・ナツトの締付トルクが増加しそのトルクが所
定値に達し、摩擦クラツチにすべりを生ずると、
一方向クラツチと第２段減速装置によつて、自動
的に低速高トルクに切換えられ、ボルト・ナツト
を設定締付トルク又は設定回転角度で締付けるボ
ルト締付機も従来からある。このボルト締付機で
は摩擦クラツチは低速締付中はすべりを生じるた
め、摩擦クラツチの寿命が短いという欠点があつ
た。また、二つのモータを使用してボルト・ナツ
トを締付ける方式（特開昭52―80599号）もある
が、この場合は二つのモータに常に電流が流れた
ままとなつており、不経済であるとともに本締め
は、かさ歯車を使用している為、動力レンチ自体
が大型になる等の欠点がある。

（発明の目的） 本発明は以上の点に鑑み、摩擦クラツチ等を使
用せず、２台のモータを任意に選択可能で高速低
トルクから低速高トルクへの切換えを自動的に行
ない、トルク法によりボルト・ナツトを締付ける
所要時間を最短にして、作業能率を向上させるボ
ルト締付機を提供することを目的とする。

（発明の構成） 本発明によればこの目的は、軽負荷時には、ボ
ルト・ナツトを高速低トルクで仮締めトルクまで
締付ける高速低トルク用電動機と：負荷が仮締め
トルク値を超えると前記高速低トルク用電動機の
サイリスタ回路のゲートを遮断するとともに低速
高トルク用電動機を作動させる信号を出力する高
速低トルク用電動機電流遮断手段と；この高速低
トルク用電動機電流遮断手段からの信号により作
動し、一方向クラツチを介して低速高トルクで本
締めトルクまでボルト・ナツトを締付ける低速高
トルク用電動機と；この低速高トルク用電動機の
締付トルクが予め設定された本締めトルク値にな
つた時、前記低速高トルク用電動機のサイリスタ
回路のゲートを遮断する低速高トルク用電動機電
流遮断手段とからなることを特徴とするボルト締
付機により達成される。

（実施例） 第１図は、本発明のボルト締付機の機械的構造
の概略図、第２図〜第６図は夫々本発明のボルト
締付機の制御回路の実施例を示すブロツク線図
で、第２図、第３図、第５図の高速低トルク用電
動機電流遮断手段は、高速低トルク用電動機の電
流とトルク設定器に設定された仮締めトルク値に
対応する電流値とを比較し、両者が等しくなつた
とき低速高トルク用電動機を作動させる信号を出
力する第１比較器Ａと；この第１比較器Ａからの
信号で付勢され停止信号を出力するゲート遮断回
路２３と；このゲート遮断回路２３からの停止信
号でサイリスタ回路１５のゲートを遮断する位相
制御回路３１とから構成されている。また、第４
図、第６図の高速低トルク用電動機電流遮断手段
は、高速低トルク用電動機の回転がほぼ零回転に
なつたときこれを検出して低速高トルク用電動機
を作動させる信号を出力する零回転検出器３２
と；この零回転検出器３２からの信号で付勢さ
れ、停止信号を出力するゲート遮断回路２３と；
このゲート遮断回路２３からの停止信号でサイリ
スタ回路１５のゲートを遮断する位相制御回路３
１から構成されている。

また、第２図、第３図、第４図の低速高トルク
用電動機電流遮断手段は、低速高トルク用電動機
の電流とトルク設定器２７に設定された本締めト
ルク値に対応する電流値とを比較し、両者が等し
くなつたとき信号を出力する第２比較器Ｂと；こ
の第２比較器Ｂからの信号で付勢され停止信号を
出力するゲート遮断回路２８と；ゲート遮断回路
２８からの停止信号でサイリスタ回路１６のゲー
トを遮断する位相制御回路３４とから構成されて
いる。

また、第５図、第６図の低速高トルク用電動機
電流遮断手段は、低速高トルク用電動機の回転が
ほぼ零回転になつてときこれを検出して信号を出
力する零回転検出器３５と；この零回転検出器３
５の信号で付勢され、停止信号を出力するゲート
遮断回路２８と；このゲート遮断回路２８からの
停止信号でサイリスタ回路１６のゲートを遮断す
る位相制御回路３４とから構成されている。

なお、第１図乃至第６図において、同一番号は
同一部材を表わす。

第１図において、ボルト締付機１は、高速低ト
ルク用電動機３（以下、電動機３と略記する）、
減速機構４及びこの減速機構４の出力軸に取付け
られ、ソケツト軸９に固着された歯車１２と噛合
う歯車１１より成る高速低トルク伝達部５と、低
速高トルク用電動機６（以下、電動機６と略記す
る）及び減速機構７より成る低速高トルク伝達部
８と、ソケツト軸９、このソケツト軸９に着脱自
在に取付けられたソケツト１０及びソケツト軸９
に固定され、減速機構４の出力軸に取付けられた
歯車１１と噛合う歯車１２より成るソケツト駆動
部１３と、一方向クラツチ１４と、制御装置２及
びボルト締付機１を外部電源（図示せず）と接続
する接栓３７とより構成され、高速低トルク伝達
部５は歯車１１と噛合う歯車１２を介して、低速
高トルク伝達部８は一方向クラツチ１４を介し
て、それぞれソケツト駆動部１３に連結されてい
る。また、第２図は発明のボルト締付機の制御回
路の一実施例であり、図において、電動機３及び
電動機６は、それぞれ電機子３Ａ，６Ａ及び直巻
界磁巻線３Ｆ，６Ｆを有し、それぞれサイリスタ
回路１５，１６に直列に接続され共通のスイツチ
１７を介して接栓３７に接続されている。電動機
３の制御回路は速度設定器１８、ソフトスタート
回路１９、サイリスタ回路１５、電流検出器２
０、増幅器２１、仮締めトルク設定器２２（以
下、トルク設定器２２と略記する）及び第１比較
器Ａとゲート遮断回路２３と位相制御回路３１と
からなる高速低トルク用電動機電流遮断手段とか
ら構成され、電動機６の制御回路はフトスタート
回路２４、サイリスタ回路１６、電流検出器２
５、増幅器２６、本締めトルク設定器２７（以下
トルク設定器２７と略記する）及び第２比較器Ｂ
とゲート遮断回路２８と位相制御回路３４からな
る低速高トルク用電動機電流遮断手段とから構成
されている。いま、接栓３７を外部電源に接続
し、ソケツト１０を締付けようとするボルト・ナ
ツトに嵌合させ、スイツチ１７を入れると、ソフ
トスタート回路１９が付勢され、電動機３はサイ
リスタ回路１５、位相制御回路３１を介してソフ
トスタートし、その回転数は速度設定器１８に設
定された回転数まで徐々に上昇し、その回転は高
速低トルク伝達部５より歯車１１，１２を介し
て、ソケツト駆動部１３に伝達され、ソケツト１
０を高速回転させる。この回転は一方向クラツチ
１４により遮断され、低速高トルク伝達部８には
伝達されない。従つて、ボルト・ナツトは高速で
自由回転し、ボルト・ナツトが締付部材（図示せ
ず）密着すると電動機３の電流が増加する。この
電動機３の電流は電流検出器２０より検出され、
増幅器２１を介して取り出されて、予めトルク設
定器２２に設定された仮締めトルク値と第１比較
器Ａでつき合わされ、電動機３の電流が前記仮締
めトルク値に対応する電流値に等しくなつた時、
信号をゲート遮断回路２３に送り、ゲート遮断回
路２３を付勢し、このゲート遮断回路２３よりの
停止信号を位相制御回路３１に出力し、サイリス
タ回路１５をゲート遮断して電動機３を停止させ
る。また、第１比較器Ａの信号は同時に、電動機
６の制御回路のソフトスタート回路２４に送ら
れ、ソフトスタート回路２４が付勢される。ソフ
トスタート回路２４が付勢されると位相制御回路
３４とサイリスタ回路１６を介して電動機６がソ
フトスタートし、同時に低速高トルク伝達部８は
一方向クラツチ１４と係合して、電動機６の回転
をソケツト駆動部１３に伝達し、ボルト・ナツト
を低速高トルクで締付ける。電動機６の電流は電
流検出器２５により検出され、増幅器２６を介し
て取り出されて、予めトルク設定器２７に設定さ
れた本締めトルク値と第２比較器Ｂでつき合わさ
れ、電動機６の電流が前記設定された本締めトル
ク値に対応する電流値に等しくなつた時、信号を
ゲート遮断回路２８に送り、ゲート遮断回路２８
を付勢し、このゲート遮断回路２８よりの停止信
号を位相制御回路３４に出力し、サイリスタ回路
１６をゲート遮断して電動機６を停止させる。従
つて、ボルト・ナツトはトルク設定器２７に設定
された本締めトルク値で正しく締付けられる。次
いで、スイツチ１７をきると全ての回路がリセツ
トされ、ボルト締付機１のソケツト１０を次のボ
ルト・ナツトに嵌合させて、上述の操作を繰返え
せば、連続してボルト・ナツトの締付作業を行な
うことができる。なお、この場合、速度設定器１
８は除去してもよい。

第３図は、本発明のボルト締付機の制御回路の
他の実施例のブロツク線図で、第２図の電動機３
の制御回路において、ソフトスタート回路１９を
除去して、サイリスタ回路１５とゲート遮断回路
２３の間に位相制御回路３１と速度設定器１８を
設け、また、電流検出器２０と増幅器２１の間に
不感帯回路２９を設けたもので、その他の構成は
全く第２図と同じである。即ち、スイツチ１７を
入れると、電動機３はサイリスタ回路１５を介し
て、速度設定器１８に設定された回転数まで急激
に上昇するが、電動機３の起動電流によつて、ゲ
ート遮断回路２３が付勢されないように、電動機
３の起動時より一定時間、電流検出器２０によつ
て検出された電動機３の電流がトルク設定器２２
の仮締めトルク値と第１比較器Ａでつき合わされ
ないようにするために不感帯回路２９を設けたも
のである。その他の作用、効果は第２図の場合と
同じである。なお、この場合、速度設定器１８を
除去してもよい。

第４図は、本発明のボルト締付機の制御回路の
他の実施例をブロツク線図で示したものである。
図において、電動機３及び電動機６は、それぞれ
電機子３Ａ，６Ａ及び直巻界磁巻線３Ｆ，６Ｆを
有し、それぞれサイリスタ回路１５，１６に直列
に接続され共通のスイツチ１７を介して接栓３７
に接続されている。電動機３の制御回路はサイリ
スタ回路１５、電流検出器２０、増幅器２１、第
１比較器Ａ、仮締めトルク用電流制限設定器３０
（以下、電流制限設定器３０と略記する）、及び零
回転検出器３２とゲート遮断回路２３と位相制御
回路３１からなる高速低トルク用電動機電流遮断
手段とから構成され、電動機６の制御回路の構成
は第２図の電動機６の場合と全く同じである。い
ま、接栓３７を外部電源に接続し、ソケツト１０
を締付けようとするボルト・ナツトに嵌合させ、
スイツチ１７を入れると、電動機３はサイリスタ
回路１５を介して起動し、その回転は高速低トル
ク伝達部５より歯車１１，１２を介して、ソケツ
ト駆動軸１３に伝達され、ソケツト１０を高速低
トルクで回転させる。従つて、ボルト・ナツトは
高速で自由回転し、ボルト・ナツトが締付部材
（図示せず）に密着し、なお回転しようとすると、
ボルト・ナツトに作用する締付トルクが増加する
ので、電動機３の電流は増加し、ボルト・ナツト
を締付けていく。この電動機３の電流は、電流検
出器２０により検出され、増幅器２１を介して取
り出され、予め電流制限設定器３０に設定された
設定電流値と第１比較器Ａでつき合わされ、位相
制御回路３１によりサイリスタ回路１５を制御し
ている。これによりボルト・ナツトが締付けられ
ていき、前記電流制限設定器３０の設定電流値に
電動機３の電流が達すると、上記位相制御回路３
１により位相がしぼられ、そのため電動機３の回
転は次第に下がつてきて電動機３の回転状態が零
回転検出器３２によつて検出され、電動機３の回
転がほぼ零回転になつた時、信号をゲート遮断回
路２３に送り、ゲート遮断回路２３を付勢し、こ
のゲート遮断回路２３よりの停止信号を位相制御
回路３１に出力し、サイリスタ回路１５をゲート
遮断して電動機３を停止させる。また、零回転検
出器３２の信号は同時に、電動機６の制御回路の
ソフトスタート回路２４に送られ、ソフトスター
ト回路２４が付勢されると位相制御回路３４を介
して電動機６がソフトスタートし、第２図の場合
と全く同様にして、ボルト・ナツトはトルク設定
器２７に設された本締めトルク値で正しく締付け
られる。

なお、零回転検出器３２が電動機３の起動瞬時
に作動しないように、零回転検出器３２には積分
器が組込まれている。

第５図は、本発明のボルト締付機の制御回路の
他の実施例をブロツク線図で示したものである。
図において、電動機３及び電動機６は、それぞれ
電機子３Ａ，６Ａ及び直巻界磁巻線３Ｆ，６Ｆを
有し、それぞれサイリスタ回路１５，１６に直列
に接続され共通のスイツチ１７を介して接栓３７
に接続されている。電動機３の制御回路の構成は
第２図の電動機２の場合と全く同じであり、電動
機６の制御回路はサイリスタ回路１６、電流検出
器２５、増幅器２６、第２比較器Ｂ、本締めトル
ク用電流制限設定器３３（以上電流制限設定器３
３と略記する）、スイツチ３６及び零回転検出器
３５とゲート遮断回路２８と位相制御回路３４か
らなる低速高トルク用電動機電流遮断手段とから
構成されている。いま、第２図の場合と同様に、
第１比較器Ａよりの信号により電動機６の制御回
路のスイツチ３６が閉じると、電動機６は位相制
御回路３４及びサイリスタ回路１６を介して起動
し、と同時に低速高トルク伝達部８は一方向クラ
ツチ１４と係合して、電動機６の回転をソケツト
駆動部１３に伝達しボルト・ナツトの締付けを開
始し、電動機６の電流は増加する。また、ソケツ
ト駆動部１３の出力トルクとボルト・ナツトの締
付トルクとが平衡した点で電動機６は停止しよう
とし、電動機６の電流は益々増加する。この電動
機６の電流は、電流検出器２５により検出され、
増幅器２６を介して取り出され、予め電流制限設
定器３３に設定された設定電流値と第２比較器Ｂ
でつき合わされ、位相制御回路３４によりサイリ
スタ回路１６を制御している。これによりボル
ト・ナツトが締付けられていき、前記電流制限設
定器３３の設定電流値に電動機６の電流が達する
と上記位相制御回路３４により位相がしぼられ、
そのため電動機６の回転は次第に下がつてきて電
動機６の回転状態が零回転検出器３５により検出
され、電動機６の回転がほぼ零回転になつた時、
信号をゲート遮断回路２８に送り、ゲート遮断回
路２８を付勢し、このゲート遮断回路２８よりの
停止信号を位相制御回路３４に出力し、サイリス
タ回路１６をゲート遮断して電動機６を停止させ
る。この場合、電流制限設定器３３の設定電流値
を、ボルト・ナツトの本締めトルク値に対応する
電流値に設定しておけば、ボルト・ナツトは本締
めトルクで正しく締付けられる。

なお、零回転検出器３５が電動機６の起動瞬時
に作動しないように、零回転検出器３５には積分
器が組込まれている。

第６図は、本発明のボルト締付機の制御回路の
他の実施例をブロツク線図で示したものである。
図において、電動機３及び電動機６は、それぞれ
電機子３Ａ，６Ａ及び直巻界磁巻線３Ｆ，６Ｆを
有し、それぞれサイリスタ回路１５，１６に直列
に接続され共通のスイツチ１７を介して接栓３７
に接続されている。電動機３の制御回路の構成は
第４図の電動機３の場合と全く同じであり、電動
機６の制御回路の構成は第５図の電動機６の場合
と全く同じである。電動機３の制御回路の零回転
検出器３２により電動機３の回転がほぼ零回転に
なつたことが検出されると、この信号がゲート遮
断回路２３に出力されると同時に電動機６の制御
回路が付勢される。その他の作用、効果は電動機
３の制御回路は第４図の場合と、電動機６の制御
回路は第５図の場合とそれぞれ同じである。

（発明の効果） 以上のように、本発明のボルト締付機を使用す
れば、軽負荷時には、高速低トルク用電動機によ
りボルト・ナツトを高速低トルクで回転させ、ボ
ルト・ナツトが締付部材に密着して、ボルト・ナ
ツトの締付トルクが増加し、これが仮締めトルク
に達すると自動的に高速低トルク用電動機電流遮
断手段で高速低トルク用電動機の電流を遮断し、
それと同時に一方向クラツチを介して低速高トル
ク用電動機を作動させて、低速高トルクでボル
ト・ナツトを設定された本締めトルクまで締付け
ているので、省エネ効果があるとともにボルト・
ナツトを設定された本締めトルクで正しく締付け
ることができる。また、高速低トルク用電動機と
低速高トルク用電動機の２台の電動機を任意に選
択できるので、トルク法によるボルト・ナツトの
締付所要時間を最短にすることができ、従つて、
作業能率が向上する。また、摩擦クラツチ等を使
用していないので、摩擦クラツチによる欠点が全
くなくなる。また、低速高トルク用電動機の出力
軸とソケツト軸が同一軸線上にあるので、動力伝
達ロスが少なくなるので電動機が従来の２モータ
方式に比し小型化できる等その効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のボルト締付機の機械的構造の
概略図、第２図〜第６図はそれぞれ本発明のボル
ト締付機の制御回路の実施例を示すブロツク線図
である。 １…ボルト締付機、２…制御装置、３…高速低
トルク用直巻整流子電動機、４，７…減速機構、
５…高速低トルク伝達部、６…低速高トルク用直
巻整流子電動機、８…低速高トルク伝達部、９…
ソケツト軸、１０…ソケツト、１１，１２…歯
車、１３…ソケツト駆動部、１４…一方向クラツ
チ、１５，１６…サイリスタ回路、１８…速度設
定器、１９，２４…ソフトスタート回路、２０，
２５…電流検出器、２１，２６…増幅器、２２…
仮締めトルク設定器、２３，２８…ゲート遮断回
路、２７…本締めトルク設定器、２９…不感帯回
路、３０…仮締めトルク用電流制限設定器、３
１，３４…位相制御回路、３２，３５…零回転検
出器、３３…本締めトルク用電流制限設定器、Ａ
…第１比較器、Ｂ…第２比較器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 軽負荷時には、ボルト・ナツトを高速低トル
   クで仮締めトルクまで締付ける高速低トルク用電
   動機と；負荷が仮締めトルク値を超えると前記高
   速低トルク用電動機のサイリスタ回路のゲートを
   遮断するとともに低速高トルク用電動機を作動さ
   せる信号を出力する高速低トルク用電動機電流遮
   断手段と；この高速低トルク用電動機電流遮断手
   段からの信号により作動し、一方向クラツチを介
   して低速高トルクで本締めトルクまでボルト・ナ
   ツトを締付ける低速高トルク用電動機と；この低
   速高トルク用電動機の締付トルクが予め設定され
   た本締めトルク値になつた時、前記低速高トルク
   用電動機のサイリスタ回路のゲートを遮断する低
   速高トルク用電動機電流遮断手段とからなること
   を特徴とするボルト締付機。 ２ 高速低トルク用電動機電流遮断手段が、高速
   低トルク用電動機の電流とトルク設定器に設定さ
   れた仮締めトルク値に対応する電流値とを比較
   し、両者が等しくなつたとき低速高トルク用電動
   機を作動させる信号を出力する比較器と；この比
   較器からの信号で付勢され、停止信号を出力する
   ゲート遮断回路と；このゲート遮断回路からの停
   止信号でサイリスタ回路のゲートを遮断する位相
   制御回路とからなる特許請求の範囲第１項記載の
   ボルト締付機。 ３ 高速低トルク用電動機電流遮断手段が、高速
   低トルク用電動機の回転がほぼ零回転になつたと
   きこれを検出して低速高トルク用電動機を作動さ
   せる信号を出力する零回転検出器と；この零回転
   検出器からの信号で付勢され、停止信号を出力す
   るゲート遮断回路と；このゲート遮断回路からの
   停止信号でサイリスタ回路のゲートを遮断する位
   相制御回路とからなる特許請求の範囲第１項記載
   のボルト締付機。 ４ 低速高トルク用電動機電流遮断手段が、低速
   高トルク用電動機の電流とトルク設定器に設定さ
   れた本締めトルク値に対応する電流値とを比較
   し、両者が等しくなつたとき信号を出力する比較
   器と；この比較器からの信号で付勢され停止信号
   を出力するゲート遮断回路と；このゲート遮断回
   路からの停止信号でサイリスタ回路のゲートを遮
   断する位相制御回路とからなる特許請求の範囲第
   １項記載のボルト締付機。 ５ 低速高トルク用電動機電流遮断手段が、低速
   高トルク用電動機の回転がほぼ零回転になつたと
   きこれを検出して信号を出力する零回転検出器
   と；この零回転検出器の信号で付勢され、停止信
   号を出力するゲート遮断回路と；このゲート遮断
   回路からの停止信号でサイリスタ回路のゲートを
   遮断する位相制御回路とからなる特許請求の範囲
   第１項記載のボルト締付機。