JP2647480B2 - ねじの締付方法 - Google Patents
ねじの締付方法Info
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- JP2647480B2 JP2647480B2 JP1032027A JP3202789A JP2647480B2 JP 2647480 B2 JP2647480 B2 JP 2647480B2 JP 1032027 A JP1032027 A JP 1032027A JP 3202789 A JP3202789 A JP 3202789A JP 2647480 B2 JP2647480 B2 JP 2647480B2
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- Japan
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- tightening
- torque
- axial force
- screw member
- screw
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- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
- B25B13/00—Spanners; Wrenches
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D17/00—Control of torque; Control of mechanical power
- G05D17/02—Control of torque; Control of mechanical power characterised by the use of electric means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B13/00—Arrangements for automatically conveying or chucking or guiding stock
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- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
- B25B23/00—Details of, or accessories for, spanners, wrenches, screwdrivers
- B25B23/14—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
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- Automation & Control Theory (AREA)
- Details Of Spanners, Wrenches, And Screw Drivers And Accessories (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、トルク法と角度法とを併用したねじの締付
方法に関するものである。
方法に関するものである。
(従来技術および発明が解決しようとする課題) 通常、ボルト等のねじ部材を弾性限界内において締付
けを行う方法としては、所定トルクに達した時点で締付
けを終了するトルク法が多く採用されてきているが、こ
のトルク法締付は、ねじの摩擦係数の影響を大きく受け
るため、摩擦係数の変動によって締付軸力が大きくばら
つくこととなる。即ち、第4図において、締付トルクT1
となるまで締付けを行ったとすると、ねじの摩擦係数μ
が最大値μmaxから最小値μminに変動した場合には、得
られる締付軸力Fは、F1〜F2となり、極めて大きな変動
が生じるのである。このため、最近では、回転角度によ
ってねじの締付けを行う角度法が普及しつつあるが、こ
の場合においても、回転角度の出発点である着座トルク
までは依然としてねじの摩擦係数の影響を受けることと
なるところから、着座トルクが高い場合には、第4図に
おいて領域Xで示すように、高い締付軸力を得ようとす
ると、摩擦係数が低い場合に降伏域Zに入る可能性があ
る。
けを行う方法としては、所定トルクに達した時点で締付
けを終了するトルク法が多く採用されてきているが、こ
のトルク法締付は、ねじの摩擦係数の影響を大きく受け
るため、摩擦係数の変動によって締付軸力が大きくばら
つくこととなる。即ち、第4図において、締付トルクT1
となるまで締付けを行ったとすると、ねじの摩擦係数μ
が最大値μmaxから最小値μminに変動した場合には、得
られる締付軸力Fは、F1〜F2となり、極めて大きな変動
が生じるのである。このため、最近では、回転角度によ
ってねじの締付けを行う角度法が普及しつつあるが、こ
の場合においても、回転角度の出発点である着座トルク
までは依然としてねじの摩擦係数の影響を受けることと
なるところから、着座トルクが高い場合には、第4図に
おいて領域Xで示すように、高い締付軸力を得ようとす
ると、摩擦係数が低い場合に降伏域Zに入る可能性があ
る。
一方、着座トルクの影響を無くした締付法として、理
論的な着座点を演算して角度のみによって締付を行う方
法がある。しかし、この場合には、トルク法に比べて締
付軸力Fは安定するが、ねじの降伏を考慮すると、第5
図において領域Yで示すように低目の締付軸力で安定せ
ざるを得ないという問題が残る。
論的な着座点を演算して角度のみによって締付を行う方
法がある。しかし、この場合には、トルク法に比べて締
付軸力Fは安定するが、ねじの降伏を考慮すると、第5
図において領域Yで示すように低目の締付軸力で安定せ
ざるを得ないという問題が残る。
上記した如く、トルク法あるいは角度法のいずれを採
用した場合においても、ねじ部材の弾性限界近くにおい
てねじ部材の締付軸力の100%近くを発揮させることが
難しいとされており、解決を要する技術的課題とされて
いる。
用した場合においても、ねじ部材の弾性限界近くにおい
てねじ部材の締付軸力の100%近くを発揮させることが
難しいとされており、解決を要する技術的課題とされて
いる。
なお、特公昭60−14675号公報には、ねじの締付け作
業において不可避的に生ずる増締め角度を定量的に減少
させる方法について開示されているが、該公知例には、
上記の如き技術的課題を解決すべき方途については全く
考慮されていない。
業において不可避的に生ずる増締め角度を定量的に減少
させる方法について開示されているが、該公知例には、
上記の如き技術的課題を解決すべき方途については全く
考慮されていない。
さて、一般に、ねじ部材を締付ける場合においては、
ねじの摩擦係数が高い程低い締付軸力で降伏が起こると
されている。これは、ねじ部材に対して引張応力ととも
にねじり応力が働くためであり、該ねじり応力τは、 τ=16T/πd1 3(8/π)F(d2/d1 3)(1.15μ+tanβ) ……(1) で表される。ここで、τ:ねじり応力成分、T:締付トル
ク、F:締付軸力、d1:ねじ部材の谷径寸法、d2:ねじ部材
の有効径寸法、μ:摩擦係数、β:ねじのリード角であ
る。
ねじの摩擦係数が高い程低い締付軸力で降伏が起こると
されている。これは、ねじ部材に対して引張応力ととも
にねじり応力が働くためであり、該ねじり応力τは、 τ=16T/πd1 3(8/π)F(d2/d1 3)(1.15μ+tanβ) ……(1) で表される。ここで、τ:ねじり応力成分、T:締付トル
ク、F:締付軸力、d1:ねじ部材の谷径寸法、d2:ねじ部材
の有効径寸法、μ:摩擦係数、β:ねじのリード角であ
る。
従って、上記式(1)によれば、摩擦係数μの高い場
合ほどねじり応力τも大きくなり、低い締付軸力Fにお
いてねじの降伏が起こることがわかる。つまり、ねじ部
材の締付軸力を弾性限界付近に維持するためには、ねじ
りの摩擦係数とねじり応力とを考慮した最適な締付けが
必要とされるのである。
合ほどねじり応力τも大きくなり、低い締付軸力Fにお
いてねじの降伏が起こることがわかる。つまり、ねじ部
材の締付軸力を弾性限界付近に維持するためには、ねじ
りの摩擦係数とねじり応力とを考慮した最適な締付けが
必要とされるのである。
本発明者らは、着座トルクを適正に設定することによ
り、該着座トルク達成後において所定回転角度だけ回転
させれば、弾性限界付近において極めて高い締付軸力が
得られることに着目して、本発明をするに至ったのであ
り、本発明は、ねじの摩擦係数が大きく変化した場合で
あっても、常に弾性限界上限付近の締付軸力を保持でき
るようにすることを目的とするものである。
り、該着座トルク達成後において所定回転角度だけ回転
させれば、弾性限界付近において極めて高い締付軸力が
得られることに着目して、本発明をするに至ったのであ
り、本発明は、ねじの摩擦係数が大きく変化した場合で
あっても、常に弾性限界上限付近の締付軸力を保持でき
るようにすることを目的とするものである。
(課題を解決するための手段) 本発明では、上記課題を解決するために、ねじ部材と
該ねじ部材が螺着される被螺着部材との間に生じる摩擦
係数が最大値μmaxおよび最小値μminである場合に、ね
じ部材の弾性限界締付時においてそれぞれ発生する締付
軸力Fからその差ΔFを求め、該締付軸力差ΔFとほぼ
等しい締付軸力差に対応する着座トルクTxを求めて、該
着座トルクTxが得られるまでトルク法により前記ねじ部
材を締付けた後、角度法により所定角度締付けるように
している。
該ねじ部材が螺着される被螺着部材との間に生じる摩擦
係数が最大値μmaxおよび最小値μminである場合に、ね
じ部材の弾性限界締付時においてそれぞれ発生する締付
軸力Fからその差ΔFを求め、該締付軸力差ΔFとほぼ
等しい締付軸力差に対応する着座トルクTxを求めて、該
着座トルクTxが得られるまでトルク法により前記ねじ部
材を締付けた後、角度法により所定角度締付けるように
している。
次に、本発明の理論を第6図を参照して以下に説明す
る。
る。
種々の経験則から定まるねじの摩擦係数の最小値μmi
nおよび最大値μmaxを表す摩擦係数線G1,G2の傾斜を表
す係数をK1,K2とすると、前記摩擦係数線G1,G2は F=K1T ……(2) F=K2T ……(3) で表わされる。
nおよび最大値μmaxを表す摩擦係数線G1,G2の傾斜を表
す係数をK1,K2とすると、前記摩擦係数線G1,G2は F=K1T ……(2) F=K2T ……(3) で表わされる。
従って、該式(2)、(3)と前記式(1)およびね
じ部材のサイズ、形状によって求まる弾性限界時の締付
軸力差ΔFをもとに、これと等しくなる着座トルクTxに
対応する締付軸力差ΔF′は、下記の式より導き出すこ
とができる。
じ部材のサイズ、形状によって求まる弾性限界時の締付
軸力差ΔFをもとに、これと等しくなる着座トルクTxに
対応する締付軸力差ΔF′は、下記の式より導き出すこ
とができる。
F1=K1・Tx ……(4) F2=K2・Tx ……(5) ∴F1−F2=Tx(K1−K2) 従って、F1−F2=ΔFとすると、ΔF=ΔF′時の最
適なる着座トルクTxは、 Tx=ΔF/K1−K2 ……(6) で求められる。
適なる着座トルクTxは、 Tx=ΔF/K1−K2 ……(6) で求められる。
かくして求められた着座トルクTxが得られるまでトル
ク法によりねじの締付けを行った後、角度法により所定
回転角度θだけ締付けるようにすれば、摩擦係数変動が
あった場合においても、弾性限界近くにおいて高い締付
軸力Fが得られることとなるのである。
ク法によりねじの締付けを行った後、角度法により所定
回転角度θだけ締付けるようにすれば、摩擦係数変動が
あった場合においても、弾性限界近くにおいて高い締付
軸力Fが得られることとなるのである。
(発明の効果) 本発明によれば、ねじ部材と該ねじ部材が螺着される
被螺着部材との間に生じる摩擦係数が最大値μmaxおよ
び最小値μminである場合に、ねじ部材の弾性限界締付
時においてそれぞれ発生する締付軸力Fからその差ΔF
を求め、該締付軸力差ΔFとほぼ等しい締付軸力差に対
応する着座トルクTxを求めて、該着座トルクTxが得られ
るまでトルク法により前記ねじ部材を締付けた後、角度
法により所定角度締付けるようにしたので、着座トルク
Txが得られるまでの間における摩擦係数変動の影響が補
正されることとなり、摩擦係数に変動がある場合であっ
ても、常に弾性限界付近まで安定して締付けることがで
き、100%に近い締付軸力が得られるという優れた効果
がある。
被螺着部材との間に生じる摩擦係数が最大値μmaxおよ
び最小値μminである場合に、ねじ部材の弾性限界締付
時においてそれぞれ発生する締付軸力Fからその差ΔF
を求め、該締付軸力差ΔFとほぼ等しい締付軸力差に対
応する着座トルクTxを求めて、該着座トルクTxが得られ
るまでトルク法により前記ねじ部材を締付けた後、角度
法により所定角度締付けるようにしたので、着座トルク
Txが得られるまでの間における摩擦係数変動の影響が補
正されることとなり、摩擦係数に変動がある場合であっ
ても、常に弾性限界付近まで安定して締付けることがで
き、100%に近い締付軸力が得られるという優れた効果
がある。
(実施例) 以下、添付の図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。
る。
本実施例においては、シリンダヘッド取付用のボルト
を締付ける場合について説明する。
を締付ける場合について説明する。
第1図には、本実施例において使用される締付装置の
概略ブロック図が示されている。
概略ブロック図が示されている。
第1図において、符号1はナットランナで、該ナット
ランナ1は、ボルトに対して嵌装されるソケット2、該
ソケット2を回転駆動させるモータ3、前記ソケット2
の回転角度を検出する角度エンコーダ4および締付時に
おけるトルクを検出するトルクトランスジューサ5を備
えている。符号6は前記ナットランナ1の作動制御を司
る制御手段として作用するコンピュータユニット(以
下、CPUという)、7は前記CPU6によって演算された着
座トルクTxに基づいてトルク設定を行うトルク設定器、
8は着座トルクTxが達成された後における回転角度θを
設定する角度設定器、9および10は前記トルク設定器7
および角度設定器8により設定された設定値(即ち、着
座トルクTxおよび回転角度θ)とトルクトランスジュー
サ5および角度エンコーダ4から検出される検出値とを
比較するコンパレータ、11および12はコンパレータ9お
よび10からの出力信号をCPU6へ伝達するゲート、13およ
び14はボルトの摩擦係数の最小値μminおよび最大値μm
axを設定する摩擦係数設定器、15はCPU6からの出力をモ
ータ3へ伝達するサーボアンプである。
ランナ1は、ボルトに対して嵌装されるソケット2、該
ソケット2を回転駆動させるモータ3、前記ソケット2
の回転角度を検出する角度エンコーダ4および締付時に
おけるトルクを検出するトルクトランスジューサ5を備
えている。符号6は前記ナットランナ1の作動制御を司
る制御手段として作用するコンピュータユニット(以
下、CPUという)、7は前記CPU6によって演算された着
座トルクTxに基づいてトルク設定を行うトルク設定器、
8は着座トルクTxが達成された後における回転角度θを
設定する角度設定器、9および10は前記トルク設定器7
および角度設定器8により設定された設定値(即ち、着
座トルクTxおよび回転角度θ)とトルクトランスジュー
サ5および角度エンコーダ4から検出される検出値とを
比較するコンパレータ、11および12はコンパレータ9お
よび10からの出力信号をCPU6へ伝達するゲート、13およ
び14はボルトの摩擦係数の最小値μminおよび最大値μm
axを設定する摩擦係数設定器、15はCPU6からの出力をモ
ータ3へ伝達するサーボアンプである。
上記構成の締付装置によりボルトの締付けを行う場合
の手順を第2図図示のフローチャートを参照して、以下
に詳述する。
の手順を第2図図示のフローチャートを参照して、以下
に詳述する。
ボルトの締付けを行うに当たっては、まず、そのボル
トに関する着座トルクTxの演算を行う。即ち、ステップ
S1において、摩擦係数設定器13,14によりそのボルト特
有の摩擦係数の最小値μminおよび最大値μmaxがCPU6に
インプットされると、CPU6によって前述した式(6)に
基づいて着座トルクTxが演算される(ステップS2)。こ
の時、本実施例では、ΔF:600kg、K1:770、K2:477とな
り、Tx=ΔF/K1−K2=2.05kgと演算される。かくして得
られた着座トルクTxは、トルク設定器7からコンパレー
タ9へ入力される。また、角度設定器8からは予じめ設
定された回転角度θがコンパレータ10へ入力されてい
る。この状態のもとに、ナットランナ1をスタートさ
せ、トルクトランスジューサ5により検出される検出ト
ルクが着座トルクTxに達すると(ステップS5)、その時
点以降におけるナットランナ1の回転角度が設定値θと
なるまで締付けを行い、設定値θに達した時点でナット
ランナ1をストップさせる(ステップS6およびステップ
S7)。
トに関する着座トルクTxの演算を行う。即ち、ステップ
S1において、摩擦係数設定器13,14によりそのボルト特
有の摩擦係数の最小値μminおよび最大値μmaxがCPU6に
インプットされると、CPU6によって前述した式(6)に
基づいて着座トルクTxが演算される(ステップS2)。こ
の時、本実施例では、ΔF:600kg、K1:770、K2:477とな
り、Tx=ΔF/K1−K2=2.05kgと演算される。かくして得
られた着座トルクTxは、トルク設定器7からコンパレー
タ9へ入力される。また、角度設定器8からは予じめ設
定された回転角度θがコンパレータ10へ入力されてい
る。この状態のもとに、ナットランナ1をスタートさ
せ、トルクトランスジューサ5により検出される検出ト
ルクが着座トルクTxに達すると(ステップS5)、その時
点以降におけるナットランナ1の回転角度が設定値θと
なるまで締付けを行い、設定値θに達した時点でナット
ランナ1をストップさせる(ステップS6およびステップ
S7)。
上記の如くしてボルトの締付けを行った場合における
測定結果を第3図に示す。これによれば、本実施例の場
合、領域Aで示すように、降伏域Zの下限となる弾性限
界ラインLに沿った最適な締付けが可能となっており、
摩擦係数の変動が生じても、全てのボルト能力の100%
近くを発揮させることができ、極めて高い締付軸力Fが
得られることがわかる。なお、上記領域A内において締
付軸力に若干のバラツキがあるのは、被締付体の剛性の
バラツキに起因している。ちなみに、トルク法によるね
じ締付の場合には、第3図において斜線部分で示すよう
に極めて大きな締付軸力のバラツキが起きる。
測定結果を第3図に示す。これによれば、本実施例の場
合、領域Aで示すように、降伏域Zの下限となる弾性限
界ラインLに沿った最適な締付けが可能となっており、
摩擦係数の変動が生じても、全てのボルト能力の100%
近くを発揮させることができ、極めて高い締付軸力Fが
得られることがわかる。なお、上記領域A内において締
付軸力に若干のバラツキがあるのは、被締付体の剛性の
バラツキに起因している。ちなみに、トルク法によるね
じ締付の場合には、第3図において斜線部分で示すよう
に極めて大きな締付軸力のバラツキが起きる。
第1図は本発明のねじの締付方法において使用される締
付装置の概略ブロック図、第2図は本発明のねじの締付
方法による締付手順を示すフローチャート、第3図はシ
リンダヘッド取付用のボルトを締付けた場合における発
生軸力の実測結果を示す特性図、第4図は着座トルクが
高い場合における発生軸力を示す特性図、第5図は着座
点演算角度法による発生軸力を示す特性図、第6図は本
発明のねじの締付方法における着座トルクの求め方の模
式図である。
付装置の概略ブロック図、第2図は本発明のねじの締付
方法による締付手順を示すフローチャート、第3図はシ
リンダヘッド取付用のボルトを締付けた場合における発
生軸力の実測結果を示す特性図、第4図は着座トルクが
高い場合における発生軸力を示す特性図、第5図は着座
点演算角度法による発生軸力を示す特性図、第6図は本
発明のねじの締付方法における着座トルクの求め方の模
式図である。
Claims (2)
- 【請求項1】ねじ部材と該ねじ部材が螺着される被螺着
部材との間に生じる摩擦係数が最大値μmaxおよび最小
値μminである場合に、ねじ部材の弾性限界締付時にお
いてそれぞれ発生する締付軸力Fからその差ΔFを求
め、該締付軸力差ΔFとほぼ等しい締付軸力差に対応す
る着座トルクTxを求めて、該着座トルクTxが得られるま
でトルク法により前記ねじ部材を締付けた後、角度法に
より所定角度締付けるようにしたことを特徴とするねじ
の締付方法。 - 【請求項2】前記着座トルクTxは、摩擦係数の最小値μ
minおよび最大値μmaxを表す摩擦係数線G1,G2の傾斜を
表す係数K1,K2と、ねじ部材の弾性限界時における締付
軸力差ΔFとに基づいてTx=ΔF/K1−K2により求めら
れ、前記角度法によるねじ部材の締付は、ねじ部材の回
転角度が予め設定された設定値θに到達するまで行われ
ることを特徴とする前記請求項1記載のねじの締付方
法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1032027A JP2647480B2 (ja) | 1989-02-10 | 1989-02-10 | ねじの締付方法 |
KR1019900001546A KR930003849B1 (ko) | 1989-02-10 | 1990-02-08 | 나사의 조임방법 |
US07/477,527 US4987669A (en) | 1989-02-10 | 1990-02-09 | Method of tightening screw |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1032027A JP2647480B2 (ja) | 1989-02-10 | 1989-02-10 | ねじの締付方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02212076A JPH02212076A (ja) | 1990-08-23 |
JP2647480B2 true JP2647480B2 (ja) | 1997-08-27 |
Family
ID=12347383
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1032027A Expired - Fee Related JP2647480B2 (ja) | 1989-02-10 | 1989-02-10 | ねじの締付方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4987669A (ja) |
JP (1) | JP2647480B2 (ja) |
KR (1) | KR930003849B1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110186610A (zh) * | 2018-02-22 | 2019-08-30 | 丰田自动车株式会社 | 螺栓的轴力测定方法和装置、以及紧固判定方法和装置 |
Families Citing this family (14)
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DE4309016C2 (de) * | 1993-03-20 | 1996-12-19 | Webasto Karosseriesysteme | Vorrichtung und Verfahren zum Ermitteln geeigneter Anzugsmomente für Schraubverbindungen mit selbstschneidenden Schrauben |
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