JP2006110657A - ナットランナ及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 締め付け開始から着座までの締め付け時、締め付けトルクが所定値でなかったり、あるいは変動するような締め付け対象物について、締め付け開始から着座を経て締め付け完了に至るまで確実な締め付けを達成する。
【解決手段】 締め付け開始から着座まで締め付け対象物を高速回転で締め付け、その着座後から締め付け完了まで前記締め付け対象物を低速回転で締め付けるナットランナの制御方法であって、前記締め付け対象物の締め付け開始から着座までの間での締め付けトルクＴが、予め設定された上限値Ｔ_Hと下限値Ｔ_Lの判定領域Ａ内にあるか否かを判定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、締め付け開始から着座までボルトやナット等の締め付け対象物を例えば高速回転で締め付け、その着座後から締め付け完了まで締め付け対象物を例えば低速回転で締め付けるナットランナ及びその制御方法に関する。

ボルトやナット等をワークに自動締付けするナットランナの制御方法としては、ボルトやナット等の締め付けトルクで締め付け精度を評価するトルク方式が一般的である。このトルク方式によるナットランナにおいては、ナットランナ本体から延びる出力軸にソケットを設け、そのソケットをボルトやナット等に着脱可能に嵌合させ、外部のコントローラからの制御信号に基づいて、前述のナットランナ本体に内蔵された駆動モータを回転制御することにより、ソケットを回転させてボルトやナット等の締め付けが行われる。なお、ナットランナ本体には、駆動モータの他、締め付けトルクを検出するためのトルクセンサ等が内蔵されている。

前述のコントローラでは、一般的に、締め付け開始から着座までボルトやナット等を高速回転で締め付け、その着座後から締め付け完了までボルトやナット等を低速回転で締め付ける。その締め付け工程でのトルクと回転角度の関係をトルク波形として図４に示す。

ナットランナのソケットをボルトやナット等に嵌合させた状態で回転させて締付け動作を開始する。この締め付け開始からボルトやナット等の着座までは、締め付けサイクルタイムを短縮するためにナットランナを高速回転させることにより一定の締め付けトルクＴ₀で締め付け動作が行われる。締め付け動作の開始後、トルクセンサにより着座トルクＴ₁を検出し、その着座トルクＴ₁に達した時点から目標トルクＴ₂に達するまで、ナットランナを低速回転させ、その目標トルクＴ₂に達した時点で締め付け動作を完了する。

ところで、締め付け対象物としては、通常のボルト以外にも、例えばシール付きボルトや、ねじを切りながら締め付ける形態のボルト等のように緩み止めを実現容易にしたタイプのものがある。これら締め付け対象物をナットランナにより締め付けようとした場合、図５に示すように締め付け開始から着座までの高速回転時、締め付けトルクＴが通常のボルトを締め付ける場合の締め付けトルクＴ₀（図４参照）よりも大きくなる。

ここで、シール付きボルトの場合、シール材が塗布されていなかったり、そのシール材が不十分であると、図６の細線で示すように締め付け開始から着座までの高速回転時、締め付けトルクが小さくなる（異常品Ｃ）。逆に、シール材の塗布量が多いと、同図の破線で示すように締め付け開始から着座までの高速回転時、締め付けトルクが大きくなる（異常品Ａ）。また、ねじを切りながら締め付ける形態のボルトの場合、ボルト不良や雌ねじ部分の不良により、同図の鎖線で示すように締め付け開始から着座までの高速回転時、締め付けトルクが変動する（異常品Ｂ）。

このようにシール付きボルトや、ねじを切りながら締め付ける形態のボルト等のように締め付け開始から着座までの締め付け時、締め付けトルクが所定値でなかったり、あるいは変動するような締め付け対象物に対して、着座トルクＴ₁に達した時点から目標トルクＴ₂に達するまで締め付け動作を続行した場合、ボルトをワークに対して確実に締め付けたとは言いがたく、最終製品としてボルトの締め付け不良が発生する可能性があった。

そこで、本発明は前述した問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、締め付け開始から着座までの締め付け時、締め付けトルクが所定値でなかったり、あるいは変動するような締め付け対象物について、締め付け開始から着座を経て締め付け完了に至るまで確実な締め付けを達成し得るナットランナ及びその制御方法を提供することにある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明に係るナットランナの制御方法は、締め付け開始から着座まで、およびその着座後から締め付け完了まで、締め付け対象物をそれぞれ所定の回転数でもって締め付けるナットランナの制御方法であって、前記締め付け対象物の締め付け開始から着座までの間での締め付けトルクが、予め設定された上限値と下限値の判定領域内にあるか否かを判定することを特徴とする。

また、本発明に係るナットランナは、締め付け開始から着座まで、およびその着座後から締め付け完了まで、締め付け対象物をそれぞれ所定の回転数でもって締め付けるナットランナであって、前記締め付け対象物の締め付け開始から着座までの間での締め付けトルクが、予め設定された上限値と下限値の判定領域内にあるか否かを判定するコントローラを具備したことを特徴とする。なお、このコントローラは、ナットランナに内蔵される以外に、ナットランナとは別体の制御装置として構成することも可能である。

本発明では、締め付け対象物の締め付け開始から着座までの間での締め付けトルクが、予め設定された上限値と下限値の判定領域内にあるか否かを判定するようにした。つまり、締め付け対象物が着座するまでの締め付け過程において、その締め付けトルクが上下限値からなる判定領域にあるか否かを判定するようにした。なお、この判定は、締め付け対象物の着座時点あるいは締め付け完了時点のいずれであってもよい。

このようにすれば、シール付きボルトや、ねじを切りながら締め付ける形態のボルト等のように締め付け開始から着座までの締め付け時、締め付けトルクが所定値でなかったり、あるいは変動するような締め付け対象物に対して、締め付け開始から着座までの締め付けが適正に行われたか否かを判定することができ、締め付け対象物の確実な締め付けが行えるかの判断基準となる。

ここで、締め付け開始時の締め付けトルクは０であるため、判定開始時点をどのようにして設定するかが問題となる。この点、ナットランナのソケットと締め付け対象物が嵌合する前の空転時間も存在するため、前述の判定開始時点の設定が困難である。

そこで、前述の構成において、判定領域は、締め付け対象物の着座を検出した時点から遡及して判定開始の締め付け角度が設定され、その判定開始の締め付け角度から所定の角度幅でもって判定終了の締め付け角度が設定されていることが望ましい。

締め付け対象物が例えばボルトの場合、ボルトの長さが同じであり、かつ、リード角が一定であれば、ボルトが雌ねじと嵌合してから着座するまでは一定の回転角度となることから、締め付け対象物の着座を検出した時点から遡及して判定開始の締め付け角度を設定し、その判定開始の締め付け角度から所定の角度幅でもって判定終了の締め付け角度を設定すれば、締め付け開始から着座の間で判定領域を容易に設けることができる。

なお、前述した判定領域は、上限値と下限値について、判定開始の締め付け角度と判定終了の締め付け角度を同一とするＯＫ判定領域とすればよいが、その判定開始の締め付け角度と判定終了の締め付け角度を上限値と下限値について必ずしも同一とする必要はない。そのため、判定領域は、上限値についての判定開始の締め付け角度を締め付け開始とする上限ＮＧ判定領域と、下限値についての判定終了の締め付け角度を着座とする下限ＮＧ判定領域とすることも可能である。

本発明によれば、締め付け対象物の締め付け開始から着座までの間での締め付けトルクが、予め設定された上限値と下限値の判定領域内にあるか否かを判定するようにしたことにより、締め付け開始から着座までの締め付け時、締め付けトルクが所定値でなかったり、あるいは変動するような締め付け対象物に対して、締め付け開始から着座までの締め付けが適正に行われたか否かを判定することができるので、締め付け開始から着座を経て締め付け完了に至るまでの確実な締め付けを達成することができる。

本発明は、例えば自動車の製造ラインに設置された自動機のナットランナに適用可能であり、その実施形態におけるナットランナは、図３に示すように駆動モータ１、減速機２、トルクセンサ３、エンコーダ４（角度センサ）を備え、駆動モータ１が減速機２を介してソケット５を回転させて、ソケット５に嵌合された締め付け対象物６であるボルト（あるいはナット）をワークに締め付ける。この締め付け時のソケット５に負荷される締め付けトルクをトルクセンサ３で検出し、その検出されたトルク信号をコントローラ７にフィードバックし、トルク制御に利用される。また、締め付け時のソケット５の回転速度をエンコーダ４で検出し、この検出されたエンコーダ信号をコントローラ７にフィードバックし、速度制御に利用される。このコントローラ７では、これらトルク信号および速度信号に基づいてナットランナを回転制御し、ソケット５に嵌合された締め付け対象物６をワークに着座させた上で最終的に締め付け固定するようにしている。

この実施形態のナットランナでは、コントローラ７による制御でもって、締め付け開始から着座までボルトやナット等の締め付け対象物６を例えば高速回転で締め付け、その着座後から締め付け完了まで締め付け対象物６を例えば低速回転で締め付ける。通常のボルトやナット等の締め付け対象物６の場合、その締め付け工程でのトルクと回転角度の関係は図４に示すトルク波形のとおりである。

つまり、ナットランナのソケット５を締め付け対象物６に嵌合させた状態で回転させて締付け動作を開始する。この締め付け開始から締め付け対象物６の着座までは、締め付けサイクルタイムを短縮するためにナットランナを高速回転させることにより一定の締め付けトルクＴ₀で締め付け動作が行われる。締め付け動作の開始後、トルクセンサ３により着座トルクＴ₁を検出し、その着座トルクＴ₁に達した時点から目標トルクＴ₂に達するまで、ナットランナを低速回転させ、その目標トルクＴ₂に達した時点で締め付け動作を完了する。

ここで、締め付け対象物６としては、通常のボルトやナット等以外に、例えばシール付きボルトや、ねじを切りながら締め付ける形態のボルト等のように緩み止めを実現容易にしたタイプのものがある。これら締め付け対象物６をナットランナにより締め付けようとした場合、締め付け開始から着座までの高速回転時、締め付けトルクＴが通常のボルト等を締め付ける場合の締め付けトルクＴ₀（図４参照）よりも大きくなる（図５参照）。

ここで、シール付きボルトの場合、シール材が塗布されていなかったり、そのシール材が不十分であると、図６の細線で示すように締め付け開始から着座までの高速回転時、締め付けトルクが小さくなる（異常品Ｃ）。逆に、シール材の塗布量が多いと、同図の破線で示すように締め付け開始から着座までの高速回転時、締め付けトルクが大きくなる（異常品Ａ）。また、ねじを切りながら締め付ける形態のボルトの場合、ボルト不良や雌ねじ部分の不良により、同図の鎖線で示すように締め付け開始から着座までの高速回転時、締め付けトルクが変動する（異常品Ｂ）。

このようにシール付きボルトや、ねじを切りながら締め付ける形態のボルト等のように締め付け開始から着座までの締め付け時、締め付けトルクが所定値でなかったり、あるいは変動するような締め付け対象物６を異常品として、着座に達した時点で締め付け開始から着座までの締め付けが不良であることを判定する必要がある。

そこで、この実施形態のナットランナでは、図１に示すように締め付け開始から着座までの間での締め付けトルクＴが、予め設定された上限値Ｔ_Hと下限値Ｔ_LのＯＫ判定領域Ａ内にあるか否かを締め付け対象物６の着座時に判定する（図中斜線部分参照）。つまり、締め付け対象物６が着座するまでの締め付け過程において、その締め付けトルクが上限値Ｔ_Hと下限値Ｔ_Lで規定されたＯＫ判定領域Ａ（図中斜線部分）にあるか否かを締め付け対象物６が着座した時点で判定する。締め付けトルクＴが図１に示すＯＫ判定領域Ａを逸脱すれば、その締め付け対象物６を異常品として判定する。

このようにすれば、シール付きボルトや、ねじを切りながら締め付ける形態のボルト等のように締め付け開始から着座までの締め付け時、締め付けトルクが所定値でなかったり、あるいは変動するような締め付け対象物６に対して、締め付け開始から着座までの締め付けが適正に行われたか否かを判定することができる。

例えば、シール付きボルトの場合、シール材が塗布されていなかったり、そのシール材が不十分であると（図６の細線で示す異常品Ｃ）、締め付け開始から着座までの間での締め付けトルクＴがＯＫ判定領域Ａの下限値Ｔ_Lを下回ることになる。逆に、シール材の塗布量が多いと（図６の破線で示す異常品Ａ）、締め付け開始から着座までの間での締め付けトルクＴがＯＫ判定領域Ａの上限値Ｔ_Hを上回ることになる。また、ねじを切りながら締め付ける形態のボルトの場合、ボルト不良や雌ねじ部分の不良があると（図６の鎖線で示す異常品Ｂ）、締め付け開始から着座までの締め付けトルクＴが変動してＯＫ判定領域Ａの上限値Ｔ_Hを上回るかあるいは下限値Ｔ_Lを下回ることになる。

このように締め付け開始から着座までの締め付けが適正に行われたか否かを判定することにより、締め付け開始から着座を経て締め付け完了に至るまでの確実な締め付けが行えるかの判断基準となる。なお、この判定は、締め付け対象物６が着座した時点、あるいは、着座トルクＴ₁に達した時点から目標トルクＴ₂に達するまで締め付け動作を続行し、締め付け対象物６の締め付けが完了した時点のいずれであってもよい。

ここで、締め付け開始時の締め付けトルクは０であるため、判定開始時点をどのようにして設定するかが問題となる。この点、ナットランナのソケット５と締め付け対象物６が嵌合する前の空転時間も存在するため、前述の判定開始時点の設定が困難である。

そこで、締め付け対象物６が例えばボルトの場合、ボルトの長さが同じであり、かつ、リード角が一定であれば、ボルトが雌ねじと嵌合してから着座するまでは一定の回転角度となることから、締め付け対象物６の着座を検出した時点から遡及して上限値Ｔ_Hおよび下限値Ｔ_Lの判定開始の締め付け角度θstartを設定し、その判定開始の締め付け角度θstartから所定の角度幅でもって判定終了の締め付け角度θendを設定すれば、締め付け開始から着座の間で、上限値Ｔ_Hおよび下限値Ｔ_LからなるＯＫ判定領域Ａを容易に設けることができる。なお、前述した所定の角度幅（θstart〜θend）は、ボルトが雌ねじと嵌合してから着座するまでは一定の回転角度から任意に設定可能である。

前述したＯＫ判定領域Ａの設定においては、上限値Ｔ_Hと下限値Ｔ_Lの両方について、判定開始を締め付け角度θstartとし、判定終了を締め付け角度θendとする必要があるが、図２に示すような上限ＮＧ判定領域Ａ_Hおよび下限ＮＧ判定領域Ａ_Lを設定する場合には、上限値Ｔ_Hと下限値Ｔ_Lの両方について、判定開始を締め付け角度θstartとし、判定終了を締め付け角度θendとする必要はない。

つまり、上限値Ｔ_Hについての上限ＮＧ判定領域Ａ_H（図中上側斜線部分）では、判定開始の締め付け角度を締め付け開始時点の角度（＝０）とし、下限値Ｔ_Lについての下限ＮＧ判定領域Ａ_L（図中下側斜線部分）では、判定終了の締め付け角度を着座時点の角度とすればよい。なお、上限ＮＧ判定領域Ａ_Hの判定終了の締め付け角度は、前述した図１のＯＫ判定領域Ａにおける判定終了の締め付け角度θendと同一であり、下限ＮＧ判定領域Ａ_Lの判定開始の締め付け角度は、前述した図１のＯＫ判定領域Ａにおける判定開始の締め付け角度θstartと同一である。

この場合、締め付け開始から着座までの締め付けに関する上限値Ｔ_Hの判定は、締め付け開始直後から判定終了の締め付け角度θendまでを基準とし、下限値Ｔ_Lの判定は、判定開始の締め付け角度θstartから着座時点までを基準として行われる。つまり、締め付けトルクＴが図２に示す上限ＮＧ判定領域Ａ_Hあるいは下限ＮＧ判定領域Ａ_Lに入ると、その締め付け対象物６を異常品として判定する。

本発明の実施形態において、シール付きボルトを締め付け対象物とした締め付け工程でのトルクと回転角度の関係で、締め付け開始から着座までの間で設定した判定領域の一例を説明するためのトルク波形図である。 本発明の実施形態において、シール付きボルトを締め付け対象物とした締め付け工程でのトルクと回転角度の関係で、締め付け開始から着座までの間で設定した判定領域の他例を説明するためのトルク波形図である。 本発明の実施形態で、ナットランナの基本構成を示す概略図である。 通常のボルトを締め付け対象物とした締め付け工程でのトルクと回転角度の関係を示すトルク波形図である。 シール付きボルトを締め付け対象物とした締め付け工程でのトルクと回転角度の関係を示すトルク波形図である。 異常品のシール付きボルト等を締め付け対象物とした締め付け工程でのトルクと回転角度の関係を示すトルク波形図である。

符号の説明

７ コントローラ
Ａ 判定領域（ＯＫ判定領域）
Ａ_H 判定領域（上限ＮＧ判定領域）
Ａ_L 判定領域（下限ＮＧ判定領域）
Ｔ 締め付けトルク
Ｔ_H 上限値
Ｔ_L 下限値

Claims (8)

1. 締め付け開始から着座まで、およびその着座後から締め付け完了まで、締め付け対象物をそれぞれ所定の回転数でもって締め付けるナットランナの制御方法であって、前記締め付け対象物の締め付け開始から着座までの間での締め付けトルクが、予め設定された上限値と下限値の判定領域内にあるか否かを判定することを特徴とするナットランナの制御方法。
2. 前記判定領域は、締め付け対象物の着座を検出した時点から遡及して判定開始の締め付け角度が設定され、その判定開始の締め付け角度から所定の角度幅でもって判定終了の締め付け角度が設定されている請求項１に記載のナットランナの制御方法。
3. 前記判定領域は、上限値と下限値について、判定開始の締め付け角度と判定終了の締め付け角度を同一とするＯＫ判定領域とした請求項１又は２に記載のナットランナの制御方法。
4. 前記判定領域は、上限値についての判定開始の締め付け角度を締め付け開始とする上限ＮＧ判定領域と、下限値についての判定終了の締め付け角度を着座とする下限ＮＧ判定領域とした請求項１又は２に記載のナットランナの制御方法。
5. 締め付け開始から着座まで、およびその着座後から締め付け完了まで、締め付け対象物をそれぞれ所定の回転数でもって締め付けるナットランナであって、前記締め付け対象物の締め付け開始から着座までの間での締め付けトルクが、予め設定された上限値と下限値の判定領域内にあるか否かを判定するコントローラを具備したことを特徴とするナットランナ。
6. 前記コントローラは、締め付け対象物の着座を検出した時点から遡及して判定開始の締め付け角度が設定され、その判定開始の締め付け角度から所定の角度幅でもって判定終了の締め付け角度が設定された判定領域に基づいて締め付け異常を判定するようにした請求項５に記載のナットランナ。
7. 前記コントローラは、上限値と下限値について、判定開始の締め付け角度と判定終了の締め付け角度を同一とするＯＫ判定領域に基づいて締め付け異常を判定するようにした請求項５又は６に記載のナットランナ。
8. 前記コントローラは、上限値についての判定開始の締め付け角度を締め付け開始とする上限ＮＧ判定領域と、下限値についての判定終了の締め付け角度を着座とする下限ＮＧ判定領域に基づいて締め付け異常を判定するようにした請求項５又は６に記載のナットランナ。

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