締付装置及び回転角法による締付方法
【課題】締め付け作業毎にスナグ点を求めることで締め付け作業を最適になし得る、締付装置及び回転角法による締付方法を提供する。
【解決手段】締付部品２を回転して締め付る駆動部１１と、締付部品２に加わるトルク及び締付部品２の回転角度を検出する検出部１２と、検出部１２で検出した値からスナグ点を判定する判定部１４と、を設ける。判定部１４は、締付部品２の一定の回転角度毎におけるトルクの変化量を算出し、その変化量が一定とみなされる範囲となったときをスナグ点と判定する。
【解決手段】締付部品２を回転して締め付る駆動部１１と、締付部品２に加わるトルク及び締付部品２の回転角度を検出する検出部１２と、検出部１２で検出した値からスナグ点を判定する判定部１４と、を設ける。判定部１４は、締付部品２の一定の回転角度毎におけるトルクの変化量を算出し、その変化量が一定とみなされる範囲となったときをスナグ点と判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじやボルトなどの締付部品の締付装置及び回転角法による締付方法に関し、詳細には、締付部品の回転角度−トルク線図におけるスナグ点（「着座点」とも言う。）を締付作業毎に求めることができる、締付装置及び回転角法による締付方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のなどの組立製品を製造する作業工程においては、ボルトやナットにより締結される組立作業又は組付作業が行われている。ボルトやネットなどの締結具では弛みが生じると、締結機能そのものを失ってしまう。弛みの一番の原因は締め付け不足であり、弛みを防止するためには、締め付け精度を向上させることで弛みを防止している。
【０００３】
特許文献１には、ボルトの軸力管理に際し、最小の軸力ばらつきで目標とする軸力が得られるボルト、ナットの回転角法締付の最適条件を求める方法が開示されている。
【０００４】
ボルトの回転角度とそれに応じて変化する軸力とには一定の関係があると言われており、ボルトを回転させると、軸力は緩やかに増加し、次に回転角度と軸力との間に比例関係が認められ、その後、ボルトの材質が降伏点に到達して軸力が回転角度に応じて増加しなくなる。この回転角度−軸力線図はボルトによっても締付け物の製造上のばらつきによって異なるため、ボルトの軸力管理の手法として、締め付け角度を管理して目的の締め付け軸力を得る方法がある。この方法は、或る基準値からスタートしてボルトで決められた角度だけ回転させ、目的の締め付け軸力を得ている。この基準値としては締め付け角度の開始点としており、このときのトルクをスナグトルクと呼んでいる。
【０００５】
従来、多数のボルトを準備して、適当なスナグトルクと回転角度との組み合わせのデータを計測し、目的の締め付け軸力を得るのに最適なスナグトルクと回転角度の組を設定してボルトの軸力管理を行っていた。特許文献１では、複数本のボルトについてそれぞれ仮定のスナグトルク及び角度だけ締め付けを行い、各仮定のスナグトルク締め付け角度に対する軸力のばらつきを求め、軸力のばらつきが極小となるときのトルク値をスナグトルクとして決めている。これにより、スナグトルクと回転角度の組み合わせを適切なものとし、そのスナグトルクと回転角度の組によってボルト締めを行った場合に軸力のばらつきを最小現に抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１５８３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されている方法、すなわちボルト、ナットの回転角法締付けの最適条件を求める方法では、事前に複数本のボルトを準備して実験を行い、その結果からスナグトルクを求める必要がある。
【０００８】
また、実験のときと実際の締結のときとで、摩擦係数が異なると、適切なスナグトルクが求められていることにはならず、ボルトやナットなどの締付作業が行われていない結果を招いてしまう。
【０００９】
そこで、本発明では、締付作業毎にスナグ点を求めることで締付作業を最適になし得る、締付装置及び回転角法による締付方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明による締付装置は、締付部品を回転して締め付る駆動部と、締付部品に加えるトルク及び締付部品の回転角度を検出する検出部と、検出部で検出した値からスナグ点を判定する判定部とを備え、判定部が、締付部品の一定の回転角度毎におけるトルクの変化量を算出し、その変化量が一定とみなされる範囲となったときをスナグ点と判定することを特徴とする。
【００１１】
本発明の回転角法による締付方法は、締付部品の微小回転角度に対するトルク値の変化を求め、その変化量が一定とみなされる範囲内となったとき、スナグ点を判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、予めスナグ点を求めるための多数の実験を行う必要がなく、さらには、摩擦係数が締め付け毎に異なるという影響を排除して締付作業を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る締付装置の機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る回転角法による締付方法を説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態に係る回転角法による締付方法におけるフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明するが、本発明は以下の説明に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された範囲及びそれと均等な範囲にも及ぶことは説明するまでもない。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係る締付装置の構成図である。本発明の実施形態に係る締付装置１は、ねじやナットなどの締付部品２に回転力を付与して締め付けを行う駆動部１１と、締付部品２の回転角度及びトルクを計測する検出部１２と、検出部１２からのデータを取り込む収集部１３と、収集部１３で取り込まれたデータからスナグ点を判定する判定部１４とを備える。
【００１６】
駆動部１１は、締付部品２に当接したり冠着して締付部品２に回転力を与えるものである。締付部品２が頭部２ａとねじ本体部２ｂとを有するボルトである場合には、駆動部１１はボルト２の頭部２ａを掴んで頭部２ａを回転するものである。駆動部１１には、図示しないスイッチなどが取り付けられ、スイッチがＯＮになると駆動部１１が締付部品２を回転し、判定部１４から停止信号の入力があるとその回転を停止する。スイッチの代わりに回転を開始する信号の入力が駆動部１１にあると回転を開始するようにしてもよい。
【００１７】
検出部１２はトルクセンサーと回転センサーとを備え、締付部品２に加わるトルク及び締付部品２の回転角度を計測する。センサーによる計測は例えば時間単位で行われる。
【００１８】
収集部１３は検出部１２で計測したトルク及び回転角度のデータを任意の間隔でサンプリングして判定部１４に出力するものである。
【００１９】
判定部１４は収集部１３から出力されたトルク及び回転角度のサンプリングデータからスナグ点を判定する。判定部１４は、サンプリングして入力されたトルクＴ、回転角度θのデータから一定の回転角度Δθに対するトルクＴを順次求める。つまり、入力された回転角度θの変化を見ながら一定の回転角度Δθに対するトルクＴの値の変化を求める。そのトルクＴの値の変化が一定になったとき、スナグ点を判定する。詳細については後述する。判定部１４はロジック回路で実現してもよいし、コンピュータで判定プログラムを実行することで実現してもよい。
【００２０】
次に、本発明の実施形態に係る回転角法による締付方法について説明する。図２は、本発明の実施形態に係る回転角法による締付方法を説明するための図である。図２において、横軸が回転角度、縦軸がトルクである。図２に示すグラフは、検出部１２で測定した回転角度及びトルクの値をプロットして得られるものでもある。検出部１２及び収集部１３により回転角度とトルクの各値をサンプリングし、判定部１４において一定の微小角度Δθに対するトルク値の変化ΔＴの変化量を求める。スナグ点に近づくと微小トルク量ΔＴの増加量が一定値になる。そこで、本発明に係る回転角法による締付方法では、微小トルク量ΔＴ、即ちトルクの変化量ΔＴが一定になったときをスナグ点とし、そのときのトルクＴの値をスナグトルクとする。
【００２１】
以下、図１に示す締付装置１による締付方法を具体的に説明する。図３は、本発明の実施形態に係る回転角法による締付方法において、特に判定部１４におけるフローを示す図である。
【００２２】
図１に例示するように部材５ａ，５b同士を締付部品２で締め付けることを想定して具体的に説明すると、部材５ａ，５b同士を重ねて締付部品２を挿入する。この図では部材５ｂの下側にナット５ｃが固定されており、締付部品２が螺合することで締め付けされる。駆動部１１のスイッチがＯＮになると、駆動部１１が駆動開始の信号の入力を受けると共に判定部１４に対して判定開始の信号が入力される（ＳＴＥＰ１）。すると、駆動部１１が締付部品２を回転し始める。
【００２３】
検出部１２は、締付部品２の回転角度θと、駆動部１１から締付部品２に加わるトルクＴとを所定の時間間隔で計測する。収集部１３はその計測データの入力を受ける。検出部１２から回転角度θの最初の入力があると（ＳＴＥＰ２でＹｅｓ）、収集部１３は、微小な一定の角度毎に対するトルクＴｉを算出して判定部１４に出力する（ＳＴＥＰ３）。即ち、収集部１３は、回転角度θ１，θ２（＝θ１＋Δθ），・・・毎にトルク値Ｔ１，Ｔ２，・・・の入力があるので、その入力毎にトルク値の変化量ΔＴ１（＝Ｔ２−Ｔ１）、ΔＴ２（＝Ｔ３−Ｔ２）、・・・を求める。
【００２４】
このトルク値の変化量が一定になったとき（ＳＴＥＰ５でＹｅｓ。なお、図３のＳＴＥＰ５の誤差εはゼロとする。）スナグ点を通過したと判定し（ＳＴＥＰ６）、そのときのトルク値Ｔｉをスナグトルクとする。判定部１４は、スナグ点を通過したことを判定すると、そのときから締付部品２が所定の角度だけさらに回転するか否か判定し、所定の角度だけさらに回転したと判定すると、締付部品２に対して停止信号を出力する。なお、トルク値Ｔｉが入力される毎にＳＴＥＰ４及びＳＴＥＰ５がなされ、ＳＴＥＰ５でＮｏの場合にはＳＴＥＰ６でｉを一つ繰り上げることになる。
【００２５】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、締付け毎にスナグ点を判定するので、予備実験が不要となる。実際の締付部品２での締付作業毎にスナグ点を求めるので、確実に締め付け作業がなされたかの品質保持にも寄与する。締付作業毎に締付部品２の摩擦係数に違いがあってもその違いを加味してスナグ点を求めることができる。
【００２６】
上述の説明では、微小な一定の回転角度Δθ毎に対するトルクの変化量ΔＴｉが一定となる場合、つまり、ΔＴｉとΔＴｉ＋１とが同じになったときのｉ番目をスナグ点としているが、測定誤差などを加味して、微小な一定の回転角度Δθ毎におけるトルク値の変化量が所定の範囲内にあれば（図３においてＳＴＥＰ５のεがゼロでない場合）トルク値の増加量を一定とみなして、所定の範囲内となったときをスナグ点としてもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１：締付装置
２：締付部品（ボルト）
２ａ：頭部
２ｂ：ねじ本体部
５ａ，５b：部材
５ｃ：ナット
１１：駆動部
１２：測定部
１３：収集部
１４：判定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじやボルトなどの締付部品の締付装置及び回転角法による締付方法に関し、詳細には、締付部品の回転角度−トルク線図におけるスナグ点（「着座点」とも言う。）を締付作業毎に求めることができる、締付装置及び回転角法による締付方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のなどの組立製品を製造する作業工程においては、ボルトやナットにより締結される組立作業又は組付作業が行われている。ボルトやネットなどの締結具では弛みが生じると、締結機能そのものを失ってしまう。弛みの一番の原因は締め付け不足であり、弛みを防止するためには、締め付け精度を向上させることで弛みを防止している。
【０００３】
特許文献１には、ボルトの軸力管理に際し、最小の軸力ばらつきで目標とする軸力が得られるボルト、ナットの回転角法締付の最適条件を求める方法が開示されている。
【０００４】
ボルトの回転角度とそれに応じて変化する軸力とには一定の関係があると言われており、ボルトを回転させると、軸力は緩やかに増加し、次に回転角度と軸力との間に比例関係が認められ、その後、ボルトの材質が降伏点に到達して軸力が回転角度に応じて増加しなくなる。この回転角度−軸力線図はボルトによっても締付け物の製造上のばらつきによって異なるため、ボルトの軸力管理の手法として、締め付け角度を管理して目的の締め付け軸力を得る方法がある。この方法は、或る基準値からスタートしてボルトで決められた角度だけ回転させ、目的の締め付け軸力を得ている。この基準値としては締め付け角度の開始点としており、このときのトルクをスナグトルクと呼んでいる。
【０００５】
従来、多数のボルトを準備して、適当なスナグトルクと回転角度との組み合わせのデータを計測し、目的の締め付け軸力を得るのに最適なスナグトルクと回転角度の組を設定してボルトの軸力管理を行っていた。特許文献１では、複数本のボルトについてそれぞれ仮定のスナグトルク及び角度だけ締め付けを行い、各仮定のスナグトルク締め付け角度に対する軸力のばらつきを求め、軸力のばらつきが極小となるときのトルク値をスナグトルクとして決めている。これにより、スナグトルクと回転角度の組み合わせを適切なものとし、そのスナグトルクと回転角度の組によってボルト締めを行った場合に軸力のばらつきを最小現に抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１５８３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されている方法、すなわちボルト、ナットの回転角法締付けの最適条件を求める方法では、事前に複数本のボルトを準備して実験を行い、その結果からスナグトルクを求める必要がある。
【０００８】
また、実験のときと実際の締結のときとで、摩擦係数が異なると、適切なスナグトルクが求められていることにはならず、ボルトやナットなどの締付作業が行われていない結果を招いてしまう。
【０００９】
そこで、本発明では、締付作業毎にスナグ点を求めることで締付作業を最適になし得る、締付装置及び回転角法による締付方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明による締付装置は、締付部品を回転して締め付る駆動部と、締付部品に加えるトルク及び締付部品の回転角度を検出する検出部と、検出部で検出した値からスナグ点を判定する判定部とを備え、判定部が、締付部品の一定の回転角度毎におけるトルクの変化量を算出し、その変化量が一定とみなされる範囲となったときをスナグ点と判定することを特徴とする。
【００１１】
本発明の回転角法による締付方法は、締付部品の微小回転角度に対するトルク値の変化を求め、その変化量が一定とみなされる範囲内となったとき、スナグ点を判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、予めスナグ点を求めるための多数の実験を行う必要がなく、さらには、摩擦係数が締め付け毎に異なるという影響を排除して締付作業を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る締付装置の機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る回転角法による締付方法を説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態に係る回転角法による締付方法におけるフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明するが、本発明は以下の説明に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された範囲及びそれと均等な範囲にも及ぶことは説明するまでもない。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係る締付装置の構成図である。本発明の実施形態に係る締付装置１は、ねじやナットなどの締付部品２に回転力を付与して締め付けを行う駆動部１１と、締付部品２の回転角度及びトルクを計測する検出部１２と、検出部１２からのデータを取り込む収集部１３と、収集部１３で取り込まれたデータからスナグ点を判定する判定部１４とを備える。
【００１６】
駆動部１１は、締付部品２に当接したり冠着して締付部品２に回転力を与えるものである。締付部品２が頭部２ａとねじ本体部２ｂとを有するボルトである場合には、駆動部１１はボルト２の頭部２ａを掴んで頭部２ａを回転するものである。駆動部１１には、図示しないスイッチなどが取り付けられ、スイッチがＯＮになると駆動部１１が締付部品２を回転し、判定部１４から停止信号の入力があるとその回転を停止する。スイッチの代わりに回転を開始する信号の入力が駆動部１１にあると回転を開始するようにしてもよい。
【００１７】
検出部１２はトルクセンサーと回転センサーとを備え、締付部品２に加わるトルク及び締付部品２の回転角度を計測する。センサーによる計測は例えば時間単位で行われる。
【００１８】
収集部１３は検出部１２で計測したトルク及び回転角度のデータを任意の間隔でサンプリングして判定部１４に出力するものである。
【００１９】
判定部１４は収集部１３から出力されたトルク及び回転角度のサンプリングデータからスナグ点を判定する。判定部１４は、サンプリングして入力されたトルクＴ、回転角度θのデータから一定の回転角度Δθに対するトルクＴを順次求める。つまり、入力された回転角度θの変化を見ながら一定の回転角度Δθに対するトルクＴの値の変化を求める。そのトルクＴの値の変化が一定になったとき、スナグ点を判定する。詳細については後述する。判定部１４はロジック回路で実現してもよいし、コンピュータで判定プログラムを実行することで実現してもよい。
【００２０】
次に、本発明の実施形態に係る回転角法による締付方法について説明する。図２は、本発明の実施形態に係る回転角法による締付方法を説明するための図である。図２において、横軸が回転角度、縦軸がトルクである。図２に示すグラフは、検出部１２で測定した回転角度及びトルクの値をプロットして得られるものでもある。検出部１２及び収集部１３により回転角度とトルクの各値をサンプリングし、判定部１４において一定の微小角度Δθに対するトルク値の変化ΔＴの変化量を求める。スナグ点に近づくと微小トルク量ΔＴの増加量が一定値になる。そこで、本発明に係る回転角法による締付方法では、微小トルク量ΔＴ、即ちトルクの変化量ΔＴが一定になったときをスナグ点とし、そのときのトルクＴの値をスナグトルクとする。
【００２１】
以下、図１に示す締付装置１による締付方法を具体的に説明する。図３は、本発明の実施形態に係る回転角法による締付方法において、特に判定部１４におけるフローを示す図である。
【００２２】
図１に例示するように部材５ａ，５b同士を締付部品２で締め付けることを想定して具体的に説明すると、部材５ａ，５b同士を重ねて締付部品２を挿入する。この図では部材５ｂの下側にナット５ｃが固定されており、締付部品２が螺合することで締め付けされる。駆動部１１のスイッチがＯＮになると、駆動部１１が駆動開始の信号の入力を受けると共に判定部１４に対して判定開始の信号が入力される（ＳＴＥＰ１）。すると、駆動部１１が締付部品２を回転し始める。
【００２３】
検出部１２は、締付部品２の回転角度θと、駆動部１１から締付部品２に加わるトルクＴとを所定の時間間隔で計測する。収集部１３はその計測データの入力を受ける。検出部１２から回転角度θの最初の入力があると（ＳＴＥＰ２でＹｅｓ）、収集部１３は、微小な一定の角度毎に対するトルクＴｉを算出して判定部１４に出力する（ＳＴＥＰ３）。即ち、収集部１３は、回転角度θ１，θ２（＝θ１＋Δθ），・・・毎にトルク値Ｔ１，Ｔ２，・・・の入力があるので、その入力毎にトルク値の変化量ΔＴ１（＝Ｔ２−Ｔ１）、ΔＴ２（＝Ｔ３−Ｔ２）、・・・を求める。
【００２４】
このトルク値の変化量が一定になったとき（ＳＴＥＰ５でＹｅｓ。なお、図３のＳＴＥＰ５の誤差εはゼロとする。）スナグ点を通過したと判定し（ＳＴＥＰ６）、そのときのトルク値Ｔｉをスナグトルクとする。判定部１４は、スナグ点を通過したことを判定すると、そのときから締付部品２が所定の角度だけさらに回転するか否か判定し、所定の角度だけさらに回転したと判定すると、締付部品２に対して停止信号を出力する。なお、トルク値Ｔｉが入力される毎にＳＴＥＰ４及びＳＴＥＰ５がなされ、ＳＴＥＰ５でＮｏの場合にはＳＴＥＰ６でｉを一つ繰り上げることになる。
【００２５】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、締付け毎にスナグ点を判定するので、予備実験が不要となる。実際の締付部品２での締付作業毎にスナグ点を求めるので、確実に締め付け作業がなされたかの品質保持にも寄与する。締付作業毎に締付部品２の摩擦係数に違いがあってもその違いを加味してスナグ点を求めることができる。
【００２６】
上述の説明では、微小な一定の回転角度Δθ毎に対するトルクの変化量ΔＴｉが一定となる場合、つまり、ΔＴｉとΔＴｉ＋１とが同じになったときのｉ番目をスナグ点としているが、測定誤差などを加味して、微小な一定の回転角度Δθ毎におけるトルク値の変化量が所定の範囲内にあれば（図３においてＳＴＥＰ５のεがゼロでない場合）トルク値の増加量を一定とみなして、所定の範囲内となったときをスナグ点としてもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１：締付装置
２：締付部品（ボルト）
２ａ：頭部
２ｂ：ねじ本体部
５ａ，５b：部材
５ｃ：ナット
１１：駆動部
１２：測定部
１３：収集部
１４：判定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
締付部品を回転して締め付る駆動部と、上記締付部品に加えるトルク及び上記締付部品の回転角度を検出する検出部と、該検出部で検出した値からスナグ点を判定する判定部とを備え、
上記判定部が、上記締付部品の一定の回転角度毎におけるトルクの変化量を算出し、その変化量が一定とみなされる範囲となったときをスナグ点と判定する、締付装置。
【請求項２】
前記判定部は、スナグ点における回転角度から所定の角度だけ締付部品が回転したと判定すると、前記駆動部に対して前記締付部品の回転を停止する信号を出力する、請求項１に記載の締付装置。
【請求項３】
締付部品の微小回転角度に対するトルク値の変化を求め、その変化量が一定とみなされる範囲内となったとき、スナグ点を判定する、回転角法による締付方法。
【請求項１】
締付部品を回転して締め付る駆動部と、上記締付部品に加えるトルク及び上記締付部品の回転角度を検出する検出部と、該検出部で検出した値からスナグ点を判定する判定部とを備え、
上記判定部が、上記締付部品の一定の回転角度毎におけるトルクの変化量を算出し、その変化量が一定とみなされる範囲となったときをスナグ点と判定する、締付装置。
【請求項２】
前記判定部は、スナグ点における回転角度から所定の角度だけ締付部品が回転したと判定すると、前記駆動部に対して前記締付部品の回転を停止する信号を出力する、請求項１に記載の締付装置。
【請求項３】
締付部品の微小回転角度に対するトルク値の変化を求め、その変化量が一定とみなされる範囲内となったとき、スナグ点を判定する、回転角法による締付方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１１０６７２（Ｐ２０１１−１１０６７２Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７０７７３（Ｐ２００９−２７０７７３）
【出願日】平成２１年１１月２７日（２００９．１１．２７）
【出願人】（０００１５７０８３）関東自動車工業株式会社 (1,164)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２７日（２００９．１１．２７）
【出願人】（０００１５７０８３）関東自動車工業株式会社 (1,164)
【Ｆターム（参考）】
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