JP2953292B2 - ねじ締め装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種の雄ねじをワーク
の雌ねじ穴部に自動的に締め付けるに適したねじ締め装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ねじ締め工程の自動化が進むにつ
れ、各種の雄ねじをワークの雌ねじ穴部に締め付けるに
あたり、締め付けの不良率を低く抑えつつより高速にて
行う技術が要求されている。例えば、従来のねじ締め装
置においては、エアシリンダにより上下方向に軸動され
る電動ドライバの電動モータが、ねじ締め開始信号に基
づき所定のトルクを発生するように電源から電流を供給
されると、電動ドライバがエアシリンダにより下方へ軸
動されながらそのビット軸により電動モータからの所定
トルクにてねじ締めを行うようにしたものがある。

【０００３】そして、このようなねじ締め装置における
ねじ締めの良否判定に関して説明すると、従来は、トル
クデータを参照することで良否判定を行っていた。具体
的には、ビット軸のトルクを監視することにより、所定
の最終設定トルクが出ているか否かを判断し、例えば雌
ねじ穴部のねじ山がつぶれていたりして抵抗が少ない場
合等には、いくら締めても所定の最終設定トルクが出な
いため、ねじ締め不良品と判定するのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ねじ締め装置ではビット軸は速度制御とトルク制御のみ
が行われており、正確なねじ締めの良否判定ができない
ことがあった。すなわち所定の最終トルクが出ていても
適正な締め付け位置に雄ねじが来ていない場合がある。
例えば図９（Ａ）に示すように、雄ねじ１１０とワーク
Ｗとの間に異物Ｘが挟まっており、雄ねじ１１０を雌ね
じ穴部Ｗａに締めて行くと、雄ねじ１１０の頭の部分が
異物Ｘに当接してあたかもワークＷに着座したようにな
る。そして、さらに締めて行くと上記所定の最終トルク
が出るような場合には、トルクだけを監視していると良
判定となってしまう。

【０００５】また別の例を説明する。本来は図９（Ｂ）
に示すように１０ｍｍの止まり穴Ｗｂに雄ねじ１１０を
８ｍｍ螺合させて締め付け完了となる寸法のものにおい
て、図９（Ｃ）に示すように止まり穴Ｗｂが５ｍｍしか
なかった場合には、雄ねじ１１０がワークＷに着座しな
い内に、雄ねじ１１０の先端が止まり穴Ｗｂの底に突き
当たってしまう。そのため、見かけ上トルクは上昇して
所定の最終トルクまで出てしまい、やはり良判定となっ
てしまう。

【０００６】このように、トルクだけを監視している
と、正確なねじ締めの良否判定ができない場合があっ
た。これらの問題を解決するために、例えば、雄ねじ１
１０の頭の位置等を検出してワークＷとの距離を算出
し、その距離が所定値以下であれば適正位置にあるとい
うことで良判定とすることが考えられる。しかしなが
ら、その場合には、雄ねじ１１０の頭の位置を検出する
ための例えば近接スイッチ等が余分に必要となり、ねじ
締め装置の構造が複雑化してしまう。

【０００７】そこで、本発明は、構成を複雑にすること
なく、トルクデータだけに基づいて判断していた場合に
比べてねじ締めの正確な良否判定が可能であり、結果と
してねじ締め不良率の低減に寄与するねじ締め装置を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された請求項１に記載の発明は、駆動手段によりそ
の作動状態に応じ駆動されて回転しつつ軸動し、雄ねじ
をワークの雌ねじ穴部に締め付けるビット軸を備え、該
ビット軸のトルク制御が可能なねじ締め付け機構と、上
記ビット軸の回転量を検出する回転量検出手段と、該回
転量検出手段により検出した回転量に基づき、ねじ締め
動作中、上記ビット軸により締め付けられる雄ねじの頭
が上記雌ねじ穴部に着座した場合に生じる所定のトルク
以上に設定された第１設定トルクが発生した時点から、
その雄ねじの締め上げ完了時に対応する所定の第２設定
トルクが発生するまでの回転変化量を算出する回転変化
量算出手段と、該回転変化量算出手段により算出した回
転変化量が、良好なねじ締めのなされた場合の回転変化
量に対応して予め設定された所定範囲内にある場合に
は、ねじ締めが良好であると判断し、上記所定範囲外で
あれば不良であると判断するねじ締め良否判定手段と、
上記良好なねじ締めのなされた場合に対応する上記第１
設定トルクが発生する時点までに要する第１設定回転量
及び上記第２設定トルクが発生する時点までに要する第
２設定回転量を記憶する設定回転量記憶手段と、上記第
１設定回転量分の回転動作が完了しているにも関わらず
上記第１設定トルクが発生していない場合、または上記
第２設定回転量分の回転動作が完了しているにも関わら
ず上記第２設定トルクが発生していない場合には、上記
回転変化量算出手段による算出処理を行うことなく、ね
じ締めが不良であると判定するねじ締め不良判定手段
と、を備えたことを特徴とするねじ締め装置である。

【０００９】上記第１設定トルクについて補足する。通
常ねじ締め作業をしていくと、ビット軸のトルクは、雄
ねじが雌ねじ穴部に喰い込んでから着座するまでの間は
ほぼ一定であり、着座時にはやや上昇する。そして着座
してから締め上げ完了まではさらに上昇していく。締め
上げ完了は所定の設定トルクに達したときである。通
常、この完了時の設定トルクは着座時の数倍程度に設定
されるので、例えばこの第１設定トルクは、完了時の設
定トルクの５０％程度に設定することが考えられる。も
ちろん着座時のトルクをそのまま用いてもよいが、それ
までのねじ込み作業中において仮に着座時と同じだけの
トルクが発生してしまうと誤判定してしまうので、通常
のねじ込み中には発生し得ないトルクを設定しておくと
さらに好ましい。従って、例えば上記完了時の設定トル
クの５０％程度の設定は現実的にも好ましい。

【００１０】一方、第２設定トルクは締め上げ完了時の
設定トルクとしているが、上述したように、通常、着座
時の数倍程度に設定される。なお、上記第１及び第２設
定トルクは雄ねじやワークの材質・種類等によって個別
に設定しても良い。

【００１１】上記第１及び第２設定回転量の算出の基準
としては、例えばねじ締め開始時を基準としてもよい
し、または雄ねじの雌ねじ穴部への喰い付き始め等を基
準としてもよい。請求項２に記載の発明は、上記請求項
１に記載のねじ締め装置において、上記回転量検出手段
により検出したビット軸の回転量に基づき、該ビット軸
の回転速度制御を可能としたことを特徴とするねじ締め
装置である。

【００１２】

【作用】上記構成を有する請求項１に記載のねじ締め装
置によれば、回転量検出手段によってビット軸の回転量
を検出しており、回転変化量算出手段が、この回転量検
出手段により検出した回転量に基づき、ねじ締め動作
中、ビット軸により締め付けられる雄ねじの頭が雌ねじ
穴部に着座した場合に生じる所定のトルク以上に設定さ
れた第１設定トルクが発生した時点から、その雄ねじの
締め上げ完了時に対応する所定の第２設定トルクが発生
するまでの回転変化量を算出する。

【００１３】そして、ねじ締め良否判定手段は、回転変
化量算出手段により算出した回転変化量が、良好なねじ
締めのなされた場合の回転変化量に対応して予め設定さ
れた所定範囲内にある場合にはねじ締めが良好であると
判断し、所定範囲外であれば不良であると判断する。

【００１４】適切なねじ締め状態となるには、適切な締
め付けトルクが発生しており、かつ雄ねじが雌ねじの適
切な位置までねじ込まれていることが必要である。上記
発明が解決しようとする課題の項でも説明したが、従来
は所定の最終設定トルクが出ているか否かでねじ締めの
良否を判断していたため、例えば図９（Ａ）に示すよう
に、雄ねじ１１０とワークＷとの間に異物Ｘが挟まって
いる場合にでも良判定をしてしまう。つまり、雄ねじ１
１０が異物Ｘに当接してあたかもワークＷに着座したよ
うになり、所定の最終設定トルクさえ発生してしまえ
ば、それが異物によって生じたトルクなのかワークＷへ
のねじ締めで生じたものなのか判断できない。

【００１５】そのような場合、本発明では、第１設定ト
ルクが発生した時点から第２設定トルクが発生するまで
の回転変化量を算出して、その回転変化量が良好なねじ
締めのなされた場合の回転変化量に対応して予め設定さ
れた所定範囲内にあるか否かでねじ締めの良否を判断す
るため、上記異物による場合を検知できるのである。つ
まり、図９（Ａ）において雄ねじ１１０が異物Ｘに当接
してあたかもワークＷに着座したようになり、その後の
締め付けで最終設定トルクが発生したとしても、弾性変
形域や塑性変形域等が異物ＸとワークＷとで異なれば、
上記回転変化量も違ってくるのである。

【００１６】例えば、異物Ｘの方がワークＷより柔らか
い場合、つまり弾性係数が小さい場合は、第１設定トル
クから第２設定トルクに至るまでに非常に小さい回転変
化量で達してしまったり、逆に異物Ｘの方がワークＷよ
り硬い場合、つまり弾性係数が大きい場合は、第１設定
トルクから第２設定トルクに至るまでに非常に大きな回
転変化量を必要としたりするのである。そのため、回転
変化量が所定範囲外であるとして、ねじ締め不良と判断
する。

【００１７】また、図９（Ｂ）に示す場合は、上述した
ように雄ねじ１１０がワークＷに着座しない内に雄ねじ
１１０の先端が止まって穴Ｗｂの底に突き当たってしま
い、あたかもワークＷに着座したようになり、その後の
締め付けで最終設定トルクまで出てしまう。この場合
は、第１設定トルクから第２設定トルクに至るまでに非
常に小さい回転変化量で達してしまうので、通常の着座
から締め上げに至る過程の回転変化量とは明らかに違
い、回転変化量が所定範囲外であるとして、ねじ締め不
良と判断する。

【００１８】このように、第１設定トルクの発生時点か
ら第２設定トルクの発生時点までの回転変化量を、良好
なねじ締めのなされた場合の回転変化量に対応して予め
設定された所定範囲と比較して、所定範囲内にある場合
にはねじ締めが良好であると判断し、所定範囲外であれ
ば不良であると判断することによって、トルクデータだ
けに基づいて判断していた従来の場合に比べて、ねじ締
めの正確な良否判定が可能となる。

【００１９】また、この良否判定に用いるデータとして
検出する必要があるのはトルクデータ以外にはビット軸
の回転量だけでよく、ねじ締め動作自体にビット軸の回
転は必須であり、その回転量のデータを取り出すだけで
あるので、例えば上記発明が解決しようとする課題の項
でも説明したような、雄ねじの頭の位置を検出して判定
する場合に必要であった近接スイッチ等の装置は不必要
となり、特に構成を複雑にすることなくねじ締めの正確
な良否判定が可能となるのである。

【００２０】また、設定回転量記憶手段が、上記良好な
ねじ締めのなされた場合に対応する第１設定トルクが発
生する時点までに要する第１設定回転量及び第２設定ト
ルクが発生する時点までに要する第２設定回転量を記憶
しており、ねじ締め不良判定手段が、第１設定回転量分
の回転動作が完了しているにも関わらず第１設定トルク
が発生していない場合、または第２設定回転量分の回転
動作が完了しているにも関わらず第２設定トルクが発生
していない場合には、回転変化量算出手段による算出処
理を行うことなく、ねじ締めが不良であると判定する。

【００２１】上述したねじ締め良否判定手段の場合は、
第１及び第２設定トルクがそれぞれ発生することを前提
としたが、例えば、雄ねじあるいは雌ねじ穴部のねじ部
分が不良で、締め付けていっても抵抗が少ないため第１
設定トルクさえも発生しないことも考えられる。また、
第１設定トルクは発生しても、その後どれだけ締め上げ
ても第２設定トルクが発生しないような状況も考えられ
る。

【００２２】このような場合、第１設定トルクが発生す
る時点までに要する第１設定回転量分の回転動作が完了
しているにも関わらず第１設定トルクが発生していない
場合には、その時点でねじ締めが不良と判定しても差し
支えなく、その後に上述した回転変化量算出手段による
算出処理を行う必要がない。同様に第２設定トルクが発
生する時点までに要する第２設定回転量分の回転動作が
完了しているにも関わらず第２設定トルクが発生してい
ない場合も、その時点でねじ締めが不良であると判定し
ても差し支えない。

【００２３】このように、ねじ締め不良判定手段によれ
ば、第１設定トルクや第２設定トルクが発生しない状況
であっても、ねじ締めの不良判定ができるので、第１設
定トルク及び第２設定トルクが発生することを前提とし
た上記ねじ締め良否判定手段による良否判定と相まっ
て、さらに確実な良否判定が行える。また、このねじ締
め不良判定手段による不良判定の場合でも、ねじ締め良
否判定手段による良否判定の場合で説明したことと同様
の理由で近接スイッチ等の装置は不必要であり、特に構
成を複雑にすることがない。

【００２４】また、請求項２に記載のねじ締め装置で
は、トルク制御に加えて、ビット軸の回転量に基づき、
例えば回転量の微分値を用いて回転速度データとすれ
ば、ビット軸の回転速度も制御することが可能となる。
この回転速度制御の一例として、例えば、雄ねじの雌ね
じ穴部への喰い付き始めまでの第１段階、喰い付き始め
から雄ねじの雌ねじ穴部への着座前までの第２段階、着
座前から雄ねじの雌ねじ穴部への着座後締め付け完了ま
での第３段階に分けて、回転速度を変更制御すること等
が考えられる。

【００２５】この場合、例えば第１段階では、ビット軸
の回転速度を低くかつ軸動推力を小さくするように駆動
手段の作動状態を制御する。すると、ねじ締め機構にお
いては、ビット軸が低回転速度及び小軸動推力でもって
回転しつつ軸動し、雄ねじを雌ねじ穴部に喰い付かせ
る。この場合、ビット軸の回転速度が低くかつ軸動推力
が小さく設定されているので、雄ねじの前記雌ねじ穴部
への喰い付きを正常にしかも確実に実現できる。

【００２６】また、第２段階では、ビット軸の回転速度
を高くかつ軸動推力を第１段階以上にするように駆動手
段の作動状態を制御する。すると、ビット軸が高回転速
度及び第１段階以上の軸動推力でもって回転しつつ軸動
し、雌ねじ穴部への喰い付き始め後の雄ねじを雌ねじ穴
部にねじ込む。この場合、ビット軸の回転速度が高く設
定されているので、雄ねじの雌ねじ穴部へのねじ込みを
短時間にて適正にしかも確実に実現できる。

【００２７】また、第３段階では、ビット軸の回転速度
を低くかつ軸動推力を第１段階よりも大きくするように
駆動手段の作動状態を制御する。このため、ビット軸低
回転速度及び第１段階よりも大きい軸動推力でもって回
転しつつ軸動し、雌ねじ穴部に対し着座前に達した後の
雄ねじを雌ねじ穴部に着座させた後同雌ねじ穴部に締め
上げる。この場合、ビット軸の回転速度が低くかつ軸動
推力が第１段階よりも大きく設定されているので、雄ね
じの雌ねじ穴部への締め上げを安定にかつ高精度にて確
実に実現できる。

【００２８】以上の第１〜第３の段階を経ることによ
り、雄ねじのねじ締め不良を低減しつつ同雄ねじの雌ね
じ穴部へのねじ締め時間を著しく短縮できる。かかる場
合、第１〜第３の各段階ごとに、ビット軸の回転速度及
び軸動推力が適正に定められているので、ビット軸の先
端が雄ねじの頭から滑ることなく、適正なねじ締め推力
にて、前記雄ねじのねじ締めを確実に達成し得る。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は、本実施例のねじ締め装置の本体を示し
ている。この装置本体は、コ字状支持体１０を備えてお
り、この支持体１０は、適宜な静止部材により図１に示
すように鉛直方向に支持されている。上下軸２０は雄ね
じ軸を構成するもので、この上下軸２０は水平方向に回
転可能に鉛直方向に支持体１０に組み付けられている。
かかる場合、上下軸２０の上端部２１は、支持体１０の
上側腕１１内に回転可能に軸支されており、一方、上下
軸２０の下端部２２は、支持体１０の下側腕１２内に回
転可能に軸支されている。

【００３０】上下軸制御用直流サーボモータ３０は、支
持体１０の上側腕１１上に、上下軸２０と同軸的に装着
されており、この直流サーボモータ３０の回転軸は、支
持体１０の上側腕１１内にて、上下軸２０の上端部２１
に同軸的に連結されている。上下動部材４０は、その円
環部４１にて上下軸２０に同軸的に嵌装されており、円
環部４１は、その雌ねじ穴部にて上下軸２０の雄ねじ部
に上下動可能に螺合している。

【００３１】また、電動ドライバ５０が、上下動部材４
０の円環状支持部４２に組み付けられている。この電動
ドライバ５０は、ビット軸制御用直流サーボモータ５０
ａを備えており、直流サーボモータ５０ａは、支持部４
２の貫通穴４２ａと同軸的に同支持部４２上に直接装着
されている。

【００３２】ビット軸５０ｂはその基端部にて、支持部
４２の貫通穴４２ａ内に、直流サーボモータ５０ａの回
転軸に同軸的に連結支持されており、このビット軸５０
ｂは、上下軸２０に平行に鉛直方向に下方へ延出してい
る。これにより、ビット軸５０ｂは直流サーボモータ５
０ａの回転に応じて正逆自在に回転する。なお、本実施
例では、先端が十字とされたビット軸５０ｂを用いてい
る。

【００３３】一方、ビット軸５０ｂには、その外方から
吸着パイプ５０ｃが同軸的に遊嵌されており、この吸着
パイプ５０ｃは、ビット軸５０ｂに同軸的に遊嵌したコ
イルスプリング５０ｄを介し、上下動部材４０の支持部
４２に下方から鉛直状に支持されている。そして、この
吸着パイプ５０ｃには、内周側と外周側とを連通する連
通穴５３が設けられており、この連通穴５３には、吸着
用コンバム５５からの吸入管５６が取り付けられてい
る。また、この吸入管５６には、内部の圧力を検出する
ための圧力センサ５７が取り付られている。

【００３４】次に、ねじ締め装置の電気的構成について
図１及び図２を参照して説明する。上記直流サーボモー
タ３０にはロータリー型エンコーダ６０が同軸的に組み
付けられており、このエンコーダ６０は、直流サーボモ
ータ３０の回転量、即ち上下軸２０の回転量を計測して
回転量データとしてマイクロコンピュータ８０及び上下
軸駆動用サーボコントローラ９０に出力する。かかる場
合、この回転量データはビット軸５０ｂの先端５１の上
動端から下方への回転量を表し、回転量データが零のと
きビット軸５０ｂの回転量が零である。そして、ビット
軸５０ｂの先端５１の上動端における位置データとこの
回転量によって、ビット軸先端５１の軸動方向（この場
合は上下方向）の位置が判るのである。

【００３５】また、直流サーボモータ５０ａにはロータ
リー型エンコーダ７０が同軸的に組み付けられており、
このエンコーダ７０は、直流サーボモータ５０ａの回転
量、即ちビット軸５０ｂの回転量を計測して回転量デー
タとしてマイクロコンピュータ８０及びビット軸駆動用
サーボコントローラ１０に出力する。

【００３６】マイクロコンピュータ８０は、所定のプロ
グラムに従い、両エンコーダ６０、７０、上下軸駆動用
サーボコントローラ９０及びビット軸駆動用コントロー
ラ１００との協働により実行し、この実行中において、
両サーボコントローラ９０、１００を制御するに必要な
演算処理を行う。但し、その際のプログラムはマイクロ
コンピュータ８０内のＲＯＭ（図示せず）に予め記憶さ
れている。

【００３７】また、マイクロコンピュータ８０のＲＯＭ
には、上下軸推力、ビット軸回転速度、雄ねじの長さ及
びねじピッチ、逆転回転量、逆転回転時推力、着座前回
転量、食いつき回転量範囲、異常トルク、第１及び第２
設定トルク、第１及び第２設定回転量、回転変化量の良
品範囲に係るデータ等が予め記憶されている。

【００３８】但し、これらのデータは次のようにして定
められている。このデータの作成にあたり、本発明者等
がねじ締め時間の短縮やねじ締め不良率の低減に関し、
詳細に検討したところ、次のようなことが確認された。
大きく分けて、ねじ締め動作自体及びそのねじ締め動作
に入る前の、雄ねじ１１０とビット軸５０ｂの先端との
嵌合の２点が重要である。

【００３９】ねじ締め動作に入る前の、雄ねじ１１０と
ビット軸５０ｂの先端５１との嵌合が適切でない状態で
締め付け動作に入った場合の問題について例示すると、
雄ねじ１１０が転倒あるいは斜めになった状態でワーク
Ｗの雌ねじ穴部Ｗａの外端部分に衝突する等して、雄ね
じ１１０が雌ねじ穴部Ｗａを破壊し同雌ねじ穴部Ｗａと
異常な噛み合いとなるねじかじりとなり、ワークＷを壊
してしまう。また、雄ねじ１１０自身にも傷が付き、外
観不良を起こしてしまうのである。

【００４０】従って、両者が適切に嵌合した後で、実際
のねじ締め動作を実行することが肝心である。また、実
際のねじ締め動作における必要な性能や機能には次のよ
うなことが挙げられる。

【００４１】短時間でねじ締めができること。 ねじかじり、ねじの頭つぶし（雄ねじの頭の十字穴の
周縁が削れてしまうことをいう）或いは雄ねじの空回り
等のねじ締め不良を発生させないこと。 ねじ締め不良が発生した場合、１００（％）検出可能
なこと。

【００４２】ねじ締め不良が生じないようにティーチ
ング点（ねじ締め開始位置等）を修正していくこと。そ
して、ねじ締め時間の短縮を実現するにあたっては、ビ
ット軸５０ｂを高速回転させることが必要である。しか
し、ビット軸５０ｂの回転速度を上昇させていくと、ね
じの喰い始め時に生ずるねじかじり、トルク増大時に生
ずるトルク精度の低下やねじ頭の破壊等のねじ締め不良
が起こる。即ち、ねじ締めの高速回転化とねじ締め不良
の低減とは相反する現象が生ずる。しかして、このよう
な現象に対し種々の検討を加えたところ、ねじの喰い始
めとトルク上昇直前には、ビット軸５０ｂの回転速度を
低下させ、その他の場合には、ビット軸５０ｂの回転速
度を高くすれば、ねじ締め不良の低減を図りつつ、ねじ
締め時間の短縮を実現できることが判った。

【００４３】また、ねじ締め不良としては、大きく分け
て２種類ある。一つは、例えばビット軸５０ｂが雄ねじ
１１０の頭から浮いてトルクが上昇しないとか、雄ねじ
１１０の頭、或いは雌ねじをつぶすとかいった種々の現
象の原因が、雄ねじ１１０の雌ねじ穴部Ｗａへの締め付
け時における雄ねじ１１０のねじ進み方向の力（即ちビ
ット軸５０ｂの推力）が適正でないことによる場合であ
る。この場合には、ねじ締め装置側の制御次第で解決す
るものである。もう一つは、例えば図９（Ａ）に示すよ
うに、雄ねじ１１０とワークＷとの間に異物Ｘが挟まっ
た場合や、図９（Ｂ）に示すように１０ｍｍの止まり穴
Ｗｂに雄ねじ１１０を８ｍｍ螺合させて締め付け完了と
なる寸法のものにおいて、図９（Ｃ）に示すように止ま
り穴Ｗｂが５ｍｍしかなかった場合には、雄ねじ１１０
がワークＷに着座しない内に、雄ねじ１１０の先端が止
まり穴Ｗｂの底に突き当たってしまうといった、ねじ締
め装置以外の原因によるものである。

【００４４】上記ねじ締め装置側の制御次第で解決する
ものに対し種々の検討を加えたところ、ねじ締めのトル
ク上昇時には、ビット軸５０ｂの先端５１が雄ねじ１１
０の頭から外れないように、雄ねじ１１０の頭に対する
ビット軸５０ｂの先端の押し付け力を、締め付けトルク
の２０〜３０（％）の力にする必要があることが判っ
た。

【００４５】雄ねじ１１０は、雌ねじ穴部Ｗａに着座す
るまでは、この推力を受けるため、推力が強すぎると、
雌ねじの破壊やねじかじりを起こす。これに対し種々の
検討を加えたところ、上下軸の推力を、ねじの喰い始め
までの時間、雄ねじ１１０の着座後の時間、及びその他
の時間でそれぞれ適正にする必要があることが判った。

【００４６】以上のことから、以下のようにねじ締め工
程を三つの工程に分解できることが判る。 雄ねじ１１０が雌ねじ穴部Ｗａに喰い込むまでの工
程。 雄ねじ１１０が雌ねじ穴部Ｗａに喰い込んでから着座
するまでの工程。

【００４７】雄ねじ１１０が雌ねじ穴部Ｗａに着座し
てからトルク上昇するまでの工程。そして、これらの三
つの工程に分解するためには、ねじ締め装置にねじ締め
状態を検出する機能が要請される。雄ねじ１１０が雌ね
じ穴部Ｗａに喰い込む前後でのトルクの変化は微小であ
るため、ねじの喰い始めは、ビット軸５０ｂのトルクや
回転位置等で検出することは不可能である。しかし、ビ
ット軸５０ｂの先端は雄ねじ１１０に追従して進むた
め、雄ねじ１１０が空回りすればビット軸５０ｂの先端
は同じ位置にある。また、雄ねじ１１０が喰い始めれ
ば、ビット軸５０ｂの先端は雄ねじ１１０のねじピッチ
で進むため、雄ねじ１１０が喰い始めたかどうかは、ビ
ット軸５０ｂの先端の動きに注意しておれば、ねじの喰
い始めを検出することができることが判る。

【００４８】また、雄ねじ１１０の着座時にはビット軸
５０ｂのトルクが上昇するため、ビット軸５０ｂのトル
クの変化に注意しておれば、雄ねじ１１０の着座を検出
することができる。但し、ビット軸５０ｂの高速回転下
では着座検出の時間的精度が低下するので、着座しそう
な時間を予め見計らってビット軸５０ｂの回転速度を低
下させる必要がある。かかる場合、雄ねじ１１０の喰い
始めの時間、ビット軸５０ｂの回転速度及び雄ねじ１１
０のねじピッチが既知であることから、これらに基づ
き、雄ねじ１１０の長さとの関連で、着座しそうな時間
を推定できる。

【００４９】このような本発明者等の検討結果を前提に
すると、雄ねじ１１０のねじ締めパターンとの関連にお
けるビット軸回転速度、上下軸推力及びビット軸トルク
は図３に示すようになる。これによれば、ねじ締めパタ
ーンが開始状態にあるときが、雄ねじ１１０のワークＷ
の雌ねじ穴部Ｗａへの喰い付き始めまでに対応する。ね
じ締めパターンがねじ込み状態にあるときが、雄ねじ１
１０の喰い付き始め後雄ねじ１１０の着座前（雄ねじ１
１０の雌ねじ穴部Ｗａへの締め付けにより雄ねじ１１０
の頭が雌ねじ穴部Ｗａの開口端上に当接する前）までに
対応する。また、ねじ締めパターンが締め上げ状態にあ
るときが、雄ねじ１１０の着座前から着座時までに対応
する。

【００５０】しかして、上下軸推力（上下軸２０が電動
ドライバ５０を上下動させる推力を表し、雄ねじ１１０
の頭に対するビット軸５０ｂの先端の押し付け力に相
当）は、図３にて示すように、ねじ締めパターンの開始
状態、ねじ込み状態及び締め上げ状態に対応して最適推
力調整を確保すべく第１、第２及び第３の上下軸推力と
してそれぞれ設定されている。この場合、第１上下軸推
力から第３上下軸推力にかけて階段状に順次大きく定め
られているが、第１上下軸推力は、雄ねじ１１０の雌ね
じ穴部Ｗａに対する傾きやロッキングを防止しつつ確実
な喰い付きを実現するように、小さく定められている。
第２上下軸推力は、雄ねじ１１０の雌ねじ穴部Ｗａに対
する傾きやロッキングを防止しつつ確実なねじ込みを実
現するように、第１上下軸推力よりも大きく定められて
いる。また、第３上下軸推力は、雄ねじ１１０の締め上
げを十分な下動推力でもって雄ねじ１１０の頭つぶれを
防止しつつ実現するように第２上下軸推力よりも大きく
定められている。

【００５１】また、ビット軸回転速度（ビット軸５０ｂ
の回転速度に相当）は、図３にて示すように、ねじ締め
パターンの開始状態、ねじ込み状態及び締め上げ状態に
対応して第１、第２及び第３のビット軸回転速度として
それぞれ設定されている。この場合、第１ビット軸回転
速度は、雄ねじ１１０の確実な喰い付きを実現するた
め、低い値に定められている。第２ビット軸回転速度
は、雄ねじ１１０のねじ込み時間の短縮を実現するよう
に第１ビット軸回転速度よりもかなり高く定められてい
る。また、第３ビット軸回転速度は、雄ねじ１１０の締
め上げを高精度の安定したトルクで実現するように第１
ビット軸回転速度よりも幾分低い値に定められている。

【００５２】異常トルクは、雄ねじ１１０のねじ込み状
態においてビット軸トルク（ビット軸５０ｂに生ずるト
ルク）が図３にて破線により示すように異常に高くなっ
たときの値に定められている。例えば、異常トルクは、
雄ねじ１１０の雌ねじ穴部Ｗａとの異常な噛み合い状態
に生ずる。設定トルクは、雄ねじ１１０の締め上げ状態
における増大トルクが締め上げ完了に対応するときの値
を表す（図３参照）。また、雄ねじ１１０の長さは雄ね
じ１１０の首下長さをいう。着座前回転量は、雄ねじ１
１０のワークＷの雌ねじ穴部Ｗａへの締め付け終了前の
ビット軸５０ｂの回転量を表す。喰い付き異常回転量範
囲は、雄ねじ１１０が雌ねじ穴部Ｗａと異常に噛み合う
状態でのビット軸５０ｂの異常回転量の範囲を表す。

【００５３】入力装置８０ａは、雄ねじ１１０の雌ねじ
穴部Ｗａへの締め付け状態がねじ浮き状態であると目視
により判断されたとき、操作されてねじ締め不良信号を
マイクロコンピュータ８０に入力する。サーボコントロ
ーラ９０は、図４（Ａ）にて示すように、マイクロコン
ピュータ８０から後述のように上下軸推力の出力指令を
受けると、同サーボコントローラ９０は、直流サーボモ
ータ３０へ付与する上下軸駆動電流Ｉのうちのフィード
バック値をゲインＫｆ倍した値に、前記上下軸推力を加
算し、この加算結果値を、ゲインＫｇ倍して上下軸駆動
電流Ｉとして直流サーボモータ３０に付与する。

【００５４】一方、サーボコントローラ１００は、図４
（Ｂ）にて示すように、マイクロコンピュータ８０から
後述のように上下軸推力の出力指令を受けると、同サー
ボコントローラ１００は、アナログスイッチ１０１を介
し直流サーボモータ５０ａへ付与するビット軸駆動電流
Ｊのうちのフィードバック値をゲインＫF 倍した値に、
前記上下軸推力を加算し、この加算結果値を、ゲインＫ
G 倍してビット軸駆動電流Ｊとしてアナログスイッチ１
０１に付与する。

【００５５】アナログスイッチ１０１は、コンパレータ
１０２からのハイレベルの比較信号に応答して開き、ま
た、コンパレータ１０２からのローレベルの比較信号に
応答して閉じる。これにより、アナログスイッチ１０１
が閉じているとき、直流サーボモータ５０ａはビット軸
駆動電流Ｊを付与される。一方、アナログスイッチ１０
１が開いているとき、直流サーボモータ５０ａはビット
軸駆動電流Ｊの付与から遮断される。

【００５６】コンパレータ１０２は、ビット軸駆動電流
Ｊのうちのフィードバック値を、マイクロコンピュータ
８０からの前記設定トルクに対応するビット軸駆動電流
と比較する。そして、前記フィードバック値が前記設定
トルクに対応するビット軸駆動電流よりも小さいとき、
コンパレータ１０２がローレベルの比較信号をアナログ
スイッチ１０１に出力する。一方、前記フィードバック
値が前記設定トルクに対応するビット軸駆動電流よりも
大きいとき、コンパレータ１０２がハイレベルの比較信
号をアナログスイッチ１０１に出力する。

【００５７】次に、上記構成を有する本実施例のねじ締
め装置の作動について、図５〜７のフローチャートを参
照しながら説明する。まず、図示しないねじ供給機構か
ら雄ねじ１１０（図１参照）を吸着パイプ５０ｃ内にそ
の下方から供給して吸着させる（ステップ１１０。以下
ステップをＳと記す。）。具体的には、吸着用コンバム
５５を作動させると、吸着パイプ５０ｃの連通穴５３に
は吸着用コンバム５５からの吸入管５６が設けられてお
り、雄ねじ１１０は吸い上げられて、吸着パイプ５０ｃ
に把持されることとなる。なお、この把持は、ビット軸
５０ｂと雄ねじ１１０とが同軸上に位置するようになさ
れるのが理想的であるが、吸着動作において、雄ねじ１
１０が斜めになって把持される可能性もある。

【００５８】そのため、本実施例においては、吸入管５
６に取り付けられた圧力センサ５７によって、ねじの吸
着動作が適切に行われたか否かを判定する（Ｓ１２
０）。雄ねじ１１０が吸着パイプ５０ｃの開口部を完全
に塞ぐ状態の場合には、外部から空気が流入しないの
で、適正な値となるが、例えば雄ねじ１１０が斜めにな
って吸着パイプ５０ｃの開口部が完全に塞がれていない
場合には、隙間から外部空気が流入するので適正な値と
ならない。従って、この内部の圧力を監視することによ
って、吸着が適切な否かを判断するのである。吸着状態
が適切でない場合（Ｓ１２０：のＮＯ）には、そのまま
本処理を終了する。なお、このとき「吸着エラー」等の
表示を出す等して、修正を促すようにすると良い。

【００５９】一方、吸着状態が適切な場合（Ｓ１２０：
ＹＥＳ）は、吸着した雄ねじ１１０を、ねじ締め前のテ
ィーチングポイントまで移動させる（Ｓ１３０）。そし
て、雄ねじ１１０を押さえ付ける上下軸推力を設定し
（Ｓ１４０）、ビット軸先端５１と雄ねじ１１０のねじ
頭、雄ねじ１１０の先端と雌ねじ穴部Ｗａが当接する位
置まで下降させる（Ｓ１５０）。このＳ１４０における
上下軸推力について説明すると、この上下軸推力は、後
述する雄ねじ１１０を締め上げる際の上下軸推力と比較
すると相対的に弱い力である。従来のねじ締め装置で
は、締め上げる際に十分な上下軸推力で固定されていた
が、この上下軸推力はかなり強い力であり、雄ねじ１１
０をワークＷの雌ねじ穴部Ｗａに締め付ける前の状態で
この力を加えると、雄ねじ１１０が転倒したりして、締
め不良の原因となる。

【００６０】従って、最低限雄ねじ１１０が転倒しない
ような押圧力であればよい。好ましくは、ビット軸先端
５１が当接する雄ねじ１１０のねじ頭部分や雄ねじ１１
０の先端が当接する雌ねじ穴部Ｗａに傷がつかない程度
の弱い力であることが望ましい。なぜなら、例えねじ締
め自体はうまくいったとしても、雄ねじ１１０のねじ頭
部分に傷があれば、現実には外観不良として製品の価値
が下がるからである。

【００６１】上記Ｓ１５０における所定の位置まで下降
させた後、ビット軸５０ｂを９０度逆転駆動して回転を
止める（Ｓ１６０）。逆転駆動なので、雄ねじ１１０は
雌ねじ穴部Ｗａへは侵入していかず、また、ビット軸５
０ｂには上記所定の上下軸推力が加わっているので、ビ
ット軸先端５１が雄ねじ１１０のねじ頭の穴（十字や一
字）に嵌合していない場合であっても所定角度だけ逆回
転させれば、その逆回転の間に適切に嵌合する可能性が
高くなる。

【００６２】例えば、雄ねじ１１０が多少斜めになって
いて、ビット軸先端５１と雄ねじ１１０のねじ頭に設け
られた十字穴１１３と適正に嵌合しない場合が考えられ
る。また、雄ねじ１１０が直立していても、ビット軸先
端５１と雄ねじ１１０の十字穴１１３とが適正に嵌合し
ない場合はある。

【００６３】このようなときでも、逆転駆動させると、
雄ねじ１１０は雌ねじ穴部Ｗａへは侵入していかず、ビ
ット軸５０ｂの先端５１が雄ねじ１１０の十字穴１１３
に対応する位置に来るとビット軸５０ｂに加わる上下軸
推力のため、ビット軸先端５１が十字穴１１３に嵌合す
る。９０度回転する間に嵌合して、その後雄ねじ１１０
も一緒に逆回転してから止まる。ビット軸先端５１が十
字穴１１３に嵌合することで、雄ねじ１１０は直立す
る。

【００６４】図５に戻り、Ｓ１６０での逆転駆動が終わ
ると、嵌合状態が適切であるか否かを判断する（Ｓ１７
０）。この判断は、ビット軸先端５１の軸動方向（この
場合上下方向）位置のデータに基づいて判断する。例え
ばビット軸先端５１の位置が、雄ねじ１１０の十字穴１
１３底面から所定の高さ以内にあるか否かで判断するこ
とができる。

【００６５】上記Ｓ１６０での逆転駆動によりビット軸
先端５１が雄ねじ１１０の十字穴１１３に適切に嵌合す
る可能性は高くなるのであるが、それでも必ずしも適切
な嵌合が実現するとは限らない。そして、適切に嵌合し
ていない状態のままでねじ締めを実行してしまうと、や
はり雄ねじ１１０がワークＷの雌ねじ穴部Ｗａの外端部
分に衝突する等してねじかじりとなったり、ワークＷを
壊してしまったり、あるいは雄ねじ１１０の十字穴１１
３を壊してしまい、ビット軸先端５１が引っ掛からない
ような状態となったりする可能性がある。

【００６６】従って、嵌合状態が適切な場合（Ｓ１７
０：ＹＥＳ）には、そのままねじ締めを許可し（Ｓ１８
０）、一方、適切に嵌合していない場合（Ｓ１７０：Ｎ
Ｏ）には、Ｓ１６０へ戻って、再度９０度の逆転駆動を
実行させる。そして、Ｓ１７０で嵌合状態が適切か否か
を判断し、適切な嵌合であればＳ１８０へ移行し、一方
不適切な嵌合であれば再度Ｓ１６０へ戻る。

【００６７】このようにして、適切な嵌合の場合はもち
ろんそのままねじ締めを行うことで、ねじ締め不良が生
じことなく作業が進み、不適切な嵌合の場合は再度逆転
駆動させることで、適切な嵌合となる機会を与え、その
再度の逆転駆動で適切に嵌合すれば、そのままねじ締め
に移行するのである。従って、締め不良率の低減効果に
加え、ねじ締め作業の効率を向上させることができる。

【００６８】なお、ビット軸５０ｂを代表とするねじ締
め付け機構側における原因や雄ねじ１１０側の原因等に
よって、Ｓ１６０での逆転駆動を何度させても物理的に
適切な嵌合とならない場合も考えられる。従って、その
ような状況も考慮して、Ｓ１６０の逆転駆動を所定回数
行っても適切な嵌合にならない場合（Ｓ１７０：ＮＯ）
には、エラー表示等をして、図５の処理を終了するよう
にしてもよい。このようにすると、全体としての作業能
率のさらなる向上という点で好ましい。

【００６９】以上説明したように、ビット軸先端５１と
雄ねじ１１０の十字穴１１３との適切な嵌合が完了した
後（Ｓ１７０：ＹＥＳ）、Ｓ１８０でねじ締め処理が許
可されて、図６，７の処理が実行される。図６，７は、
Ｓ１８０でねじ締め処理が許可されて実行される本施例
のねじ締め処理であり、処理が開始すると、ビット軸５
０ｂを正転駆動させる（Ｓ２１０）。このＳ２１０及び
後述するＳ２５０におけるビット軸５０ｂの正転駆動
は、ねじ締め動作そのものであり、その動作内容につい
ては、後で詳しく説明する。

【００７０】続いて、第１設定トルクが発生したか否か
を判断し（Ｓ２２０）、発生していない場合は（Ｓ２２
０：ＮＯ）、現在のビット軸５０ｂの回転量が第１設定
回転量以上であるか否かを判断する（Ｓ２３０）。そし
て、第１設定回転量未満の場合（Ｓ２３０：ＮＯ）に
は、Ｓ２１０へ戻ってビット軸５０ｂの正転駆動を続け
る。第１設定トルク及び第１設定回転量については後述
する。

【００７１】このようにして、ビット軸５０ｂの正転駆
動を続けて、第１設定トルクが発生した場合には（Ｓ２
２０：ＹＥＳ）、その時点でのビット軸５０ｂの回転方
向位置を第１ビット位置として記憶する（Ｓ２４０）。
そして、ビット軸５０ｂの正転駆動を続けさせ（Ｓ２５
０）、続いて、第２設定トルクが発生したか否かを判断
し（Ｓ２６０）、発生していない場合は（Ｓ２６０：Ｎ
Ｏ）、現在のビット軸５０ｂの回転量が第２設定回転量
以上であるか否かを判断する（Ｓ２７０）。そして、第
２設定回転量未満の場合（Ｓ２７０：ＮＯ）には、Ｓ２
５０へ戻ってビット軸５０ｂの正転駆動を続ける。第２
設定トルク及び第２設定回転量については後述する。

【００７２】このようにして、ビット軸５０ｂの正転駆
動を続けて、第２設定トルクが発生した場合には（Ｓ２
６０：ＹＥＳ）、図７のフローチャートに移り、その時
点でのビット軸５０ｂの回転方向位置を第２ビット位置
として記憶する（Ｓ３００）。そして、ビット軸５０ｂ
の回転を停止させ（Ｓ３１０）、ビット軸５０ｂの回転
変化量を算出する。この回転変化量の算出は、第２ビッ
ト位置データから第１ビット位置データを減算して行
う。そして、この回転変化量が良品の場合の回転変化量
を基準として設定された所定範囲の値内であるか否かを
判断し（Ｓ３３０）、所定範囲内の場合には（Ｓ３３
０：ＹＥＳ）、ねじ締めが良好な製品であることを記憶
して（Ｓ３４０）、本処理を終了する。

【００７３】以上の処理が、ねじ締めが良好な場合の基
本的な処理である。ここで、Ｓ２２０，２３０，２６
０，２７０における第１及び第２設定トルクと第１及び
第２設定回転量について説明する。通常ねじ締め作業を
していくと、図３にも示すように、ビット軸５０ｂのト
ルクは、雄ねじ１１０が雌ねじ穴部Ｗａに喰い込んでか
ら着座するまでの間はほぼ一定であり、着座時にはやや
上昇する。そして着座してから締め上げ完了まではさら
に上昇していく。締め上げ完了は所定の設定トルクに達
したときである。本実施例ではこの締め上げ完了時の設
定トルクは着座時の数倍程度に設定されており、本実施
例の第１設定トルクは、締め上げ完了時の設定トルクの
５０％程度に設定されている。この第１設定トルクは着
座時のトルク以上であり、もちろん理論的には着座時の
トルクをそのまま用いてもよいが、それまでのねじ込み
作業中において仮に着座時と同じだけのトルクが発生し
てしまうと誤判定してしまうので、通常のねじ込み中に
は発生し得ないトルクを設定しておくとよい。従って、
本実施例の締め上げ完了時の設定トルクの５０％程度の
設定は現実的にも好ましい。一方、第２設定トルクは、
本実施例の場合は締め上げ完了時の設定トルクをそのま
ま利用している。

【００７４】また、上記第１及び第２設定回転量の算出
の基準としては、ねじ締め開始時を基準としてある。Ｓ
２４０での第１ビット位置及びＳ３００での第２ビット
位置も第１及び第２設定回転量と同様に、ねじ締め開始
時を基準としてある。なお、図３における雄ねじ１１０
の雌ねじ穴部Ｗａへの喰い付き始め等を基準としてもよ
い。

【００７５】上述のＳ３３０までの処理は、図８に示す
ように、第１設定トルクが発生した第１ビット位置と第
２設定トルクが発生した第２ビット位置とを記憶してお
き、それらより回転変化量を算出する。良好な締め上げ
がなされた場合には、この第１設定トルクが発生してか
ら第２設定トルクが発生するまでに要したビット軸５０
ｂの回転変化量は、所定の誤差範囲内に収まる。すなわ
ち、良好な締め上げがなされた場合に図８の曲線のよう
であったとすると、同じ雄ねじ１１０を使用している場
合には、同様の変化曲線となり、第１ビット位置、第２
ビット位置がほぼ等しくなり、当然回転変化量もほぼ等
しくなる。ほぼ等しいとしたのは、雄ねじ１１０や雌ね
じ穴部Ｗａの寸法誤差等によるものであり、回転変化量
の誤差範囲はそう大きなものではない。従って、良好な
締め上げがなされた場合にはその誤差範囲内にはいって
おり、Ｓ３３０で肯定判断となる。

【００７６】一方、Ｓ３３０で否定判断、すなわち回転
変化量が所定範囲外の場合には、ねじ締めが不良な製品
であることを記憶して（Ｓ２９０）、本処理を終了す
る。Ｓ３３０で否定判断となる場合とは、第１設定トル
ク及び第２設定トルクは発生しているが、回転変化量は
所定範囲外となった場合である。このような場合の具体
例としては、例えば図９（Ａ）に示すように、雄ねじ１
１０とワークＷとの間に異物Ｘが挟まっている場合があ
る。つまり、雄ねじ１１０が異物Ｘに当接してあたかも
ワークＷに着座したようになり、第１及び第２設定トル
クが発生してしまったので、トルクだけを監視していて
もそれが異物によって生じたトルクなのかワークＷへの
ねじ締めで生じたものなのか判断できない。

【００７７】そのような場合、本実施例では、上記Ｓ３
３０で回転変化量が所定範囲内にあるか否かでねじ締め
の良否を判断するため、上記異物による場合を不良と判
断できる。つまり、図９（Ａ）において雄ねじ１１０が
異物Ｘに当接してあたかもワークＷに着座したようにな
り、その後の締め付けで最終設定トルクが発生したとし
ても、弾性変形域や塑性変形域等が異物ＸとワークＷと
で異なれば、上記回転変化量も違ってくるのである。

【００７８】例えば、異物Ｘの方がワークＷより柔らか
い場合、つまり弾性係数が小さい場合場合は、第１設定
トルクから第２設定トルクに至るまでに非常に小さい回
転変化量で達してしまったり、逆に異物Ｘの方がワーク
Ｗより硬い場合、つまり弾性係数が大きい場合は、第１
設定トルクから第２設定トルクに至るまでに非常に大き
な回転変化量を必要とするので、回転変化量が所定範囲
外（Ｓ３３０：ＮＯ）であるとして、ねじ締め不良と判
断されることとなる（Ｓ２９０）。

【００７９】また、図９（Ｃ）に示す場合は、雄ねじ１
１０がワークＷに着座しない内に雄ねじ１１０の先端が
止まり穴Ｗｂの底に突き当たってしまい、あたかもワー
クＷに着座したようになり、その後の締め付けで第１及
び第２設定トルクが発生してしまう。この場合は、第１
設定トルクから第２設定トルクに至るまでに非常に小さ
い回転変化量で達してしまうので、通常の着座から締め
上げに至る過程の回転変化量とは明らかに違い、回転変
化量が所定範囲外（Ｓ３３０：ＮＯ）であるとして、ね
じ締め不良と判断されることとなる（Ｓ２９０）。

【００８０】このように、第１設定トルクの発生時点か
ら第２設定トルクの発生時点までの回転変化量を、良好
なねじ締めのなされた場合の回転変化量に対応して予め
設定された所定範囲と比較して、所定範囲内にある場合
にはねじ締めが良好であると判断し、所定範囲外であれ
ば不良であると判断することによって、トルクデータだ
けに基づいて判断していた従来の場合に比べて、ねじ締
めの正確な良否判定が可能となる。

【００８１】但し、本実施例の場合は、Ｓ２３０で肯定
判断の場合とＳ２７０で肯定判断の場合には、やはりビ
ット軸５０ｂの回転を停止させ（Ｓ２８０）、Ｓ２９０
へ移行してねじ締めが不良な製品であることを記憶する
ルーチンとなっている。図９（Ａ）あるいは図９（Ｃ）
に示す場合には、これらＳ２３０あるいはＳ２７０での
判断で、Ｓ２８０，２９０側へ移行する可能性もある。

【００８２】そこで、続いてこれらＳ２３０あるいはＳ
２７０で肯定判断されて、Ｓ２８０，２９０側へ移行す
る場合について説明する。Ｓ２３０で肯定判断がされる
場合とは、ねじ締め動作をしていき（Ｓ２１０）、第１
設定トルクが発生していない（Ｓ２２０：ＮＯ）にも関
わらず、第１設定回転量以上となってしまった場合であ
る。また、Ｓ２７０で肯定判断がされる場合とは、第１
設定トルクは発生したが（Ｓ２２０：ＹＥＳ）、その後
のねじ締め動作（Ｓ２５０）により、第２設定トルクが
発生していない（Ｓ２６０：ＮＯ）にも関わらず、第２
設定回転量以上となってしまった場合である。

【００８３】上記Ｓ３３０の判断は、第１及び第２設定
トルクがそれぞれ発生すること（Ｓ２２０：ＹＥＳ，Ｓ
２６０：ＹＥＳ）を前提としたが、例えば、雄ねじ１１
０あるいは雌ねじ穴部Ｗａのねじ部分が不良のため、締
め付けていっても抵抗が少なく着座した後でトルクが上
昇せずに第１設定トルクさえも発生しないことも考えら
れる。また、第１設定トルクは発生しても、その後どれ
だけ締め上げても第２設定トルクが発生しないような状
況も考えられる。

【００８４】このような場合、第１設定トルクが発生す
る時点までに要する第１設定回転量分の回転動作が完了
しているにも関わらず第１設定トルクが発生していない
場合には、その時点でねじ締めが不良と判定しても差し
支えない。つまり、Ｓ３３０での良否判断を行うまでも
なく不良と判断できるのである。同様に第２設定トルク
が発生する時点までに要する第２設定回転量分の回転動
作が完了しているにも関わらず第２設定トルクが発生し
ていない場合も、その時点でねじ締めが不良であると判
定しても差し支えない。

【００８５】このように、本実施例では、第１設定トル
クや第２設定トルクが発生しない状況であっても、ねじ
締めの不良判定ができるので、第１設定トルク及び第２
設定トルクが発生することを前提とした上記Ｓ３３０で
の判断と相まって、さらに確実な良否判定が行える。

【００８６】以上、本発明の主要点であるねじ締めの良
否判定にかかる部分について詳述したが、次に、Ｓ２１
０，２５０でのビット軸５０ｂの正転駆動、すなわちね
じ締め動作について補足説明しておく。本実施例におい
ては、ねじ締めパターンが、図３にて示したように、開
始状態、ねじ込み状態及び締め上げ状態に三分割されて
いる。そして、ねじ締めパターンの開始状態、ねじ込み
状態及び締め上げ状態にそれぞれ対応して第１、第２及
び第３のビット軸回転速度を定めるとともに、第１ビッ
ト軸回転速度を低く、第２ビット軸回転速度を高く、か
つ第３ビット軸回転速度を低く設定し、また、ねじ締め
パターンの開始状態、ねじ込み状態及び締め上げ状態に
それぞれ対応して第１、第２及び第３の上下軸推力を適
正な値に設定してある。

【００８７】これにより、ねじ締めパターンの開始状態
では、ビット軸５０ｂの回転速度を低くかつ軸動推力を
小さくするように、各サーボモータ３０、５０ａのトル
ク及び回転速度が制御される。このため、上下軸２０が
サーボモータ３０により駆動されて第１上下軸推力でも
って上下動部材４０を下動し、ビット軸５０ｂが、上下
動部材４０と共に第１上下軸推力でもって下動しつつ、
サーボモータ５０ａにより第１ビット軸回転速度にて駆
動されて、雄ねじ１１０を雄ねじ穴部Ｗａに喰い付かせ
る。

【００８８】この場合、上述のように、前記開始状態で
は、ビット軸５０ｂの回転速度が低くかつ下動推力が小
さいので、雄ねじ１１０の雌ねじ穴部Ｗａへの喰い付き
を正常にしかも確実に実現できる。また、喰い付き始め
の判別をビット軸５０ｂの一回転あたりの下動量でもっ
て行うようにすれば、雌ねじ穴部Ｗａへの喰い付きの判
断が高精度にてなされ得る。また、上述のように第１上
下軸推力及び第１ビット軸回転速度が定められているの
で、雄ねじ１１０や雌ねじ穴部Ｗａを破壊しない程度の
力でもってねじの喰い合いを促進できる。

【００８９】また、前記ねじ締め状態では、ビット軸５
０ｂの回転速度を高くかつ軸動推力を前記開始状態より
も大きくするように、各サーボモータ３０、５０ａのト
ルク及び回転速度が制御される。このため、上下軸２０
がサーボモータ３０により駆動されて第２上下軸推力で
もって上下動部材４０を下動し、ビット軸５０ｂが、上
下動部材４０と共に第２上下軸推力でもって下動しつ
つ、サーボモータ５０ａにより第２ビット軸回転速度に
て駆動されて、雌ねじ穴部Ｗａに喰い付き始め後の雄ね
じ１１０を雌ねじ穴部Ｗａにねじ込む。

【００９０】この場合、上述のように、前記ねじ締め状
態では、ビット軸５０ｂの回転速度が高くかつ軸動推力
が前記開始状態よりも大きいので、雄ねじ１１０の雌ね
じ穴部Ｗａへのねじ込みを短時間にて適正にしかも確実
に実現できる。また、前記締め上げ状態では、ビット軸
５０ｂの回転速度を低くかつ軸動推力を前記ねじ締め状
態よりも大きくするように、各サーボモータ３０、５０
ａのトルク及び回転速度が制御される。このため、上下
軸２０がサーボモータ３０により駆動されて第３上下軸
推力でもって上下動部材４０を下動し、ビット軸５０ｂ
が、上下動部材４０と共に第３上下軸推力でもって下動
しつつ、サーボモータ５０ａにより第３ビット軸回転速
度にて駆動されて、雌ねじ穴部Ｗａに対し着座前に達し
た後の雄ねじ１１０を雌ねじ穴部Ｗａに着座させた後同
雌ねじ穴部Ｗａに締め上げる。

【００９１】この場合、上述のように、前記締め上げ状
態では、ビット軸５０ｂの回転速度が低くかつ軸動推力
が前記ねじ締め状態よりも大きいので、雄ねじ１１０の
雌ねじ穴部Ｗａへの締め上げを安定にかつ高精度にて確
実に実現できる。また、ステップ２３０にて着座前回転
量を判別し、これによって、その後の締め上げ時に必要
なトルク増大をタイミングよく的確に実現できる。

【００９２】以上の開始状態、ねじ込み状態及び締め上
げ状態を経ることにより、雄ねじ１１０のねじ締め不良
を低減しつつ同雄ねじ１１０の雌ねじ穴部Ｗａへのねじ
締め時間を著しく短縮できる。かかる場合、前記開始状
態、ねじ込み状態及び締め上げ状態の各状態ごとに、ビ
ット軸５０ｂの回転速度及び軸動推力が適正に定められ
ているので、ビット軸５０ｂの先端が雄ねじ１１０の頭
から滑ることなく、最適なねじ締め推力にて、雄ねじ１
１０のねじ締めを確実に達成し得る。

【００９３】以上本発明は、このような実施例に何等限
定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲にお
いて種々成る態様で実施し得る。例えば、上記実施例に
おいては、直流サーボモータ５０ａの回転軸をビット軸
５０ｂと同軸的に直接連結するようにしたが、これに代
えて、直流サーボモータ５０ａの回転軸を、適宜な減速
機構を介してビット軸５０ｂと同軸的に連結して実施し
てもよい。

【００９４】また、上記実施例においては、マイクロコ
ンピュータ８０のＲＯＭに記憶される上下軸推力、ビッ
ト軸回転速度、雄ねじの長さ及びねじピッチ、逆転回転
量、逆転回転時推力、着座前回転量、喰い付き回転量範
囲、異常トルク、第１及び第２設定トルク、第１及び第
２設定回転量、回転変化量の良品範囲に係るデータ等
は、一種類の雄ねじを対象に特定されているが、複数種
類の雄ねじに対して本発明を適用する場合には、各種類
毎の雄ねじに対してそれぞれ上記各データを作成して記
憶すればよい。さらに、本発明の実施にあたっては、雄
ねじ１１０の頭の穴は十字穴１１３に限ることなく、例
えば、一字穴であってもよい。

【００９５】また、図１０に示すようなフェールセーフ
機構を採用すれば、信頼性が向上する。その機構を概説
すると、エンコンダー６０，７０が直流サーボモータ３
０，５０ａの回転量をそれぞれ計測し、その回転量デー
タはエンコーダ処理回路Ｍ１を介して位置制御ループＭ
２と速度制御ループＭ３とに供給される。位置制御ルー
プＭ２、速度制御ループＭ３、電流制御ループＭ４、パ
ワー回路Ｍ５、そして上記直流サーボモータ３０，５０
ａが順番に接続して、制御ループを構成している。パワ
ー回路Ｍ５には電流検出回路Ｍ６が接続され、そのデー
タは電流制御ループＭ４に供給される。

【００９６】各ブロックにおける作用等を簡単に説明す
ると、まずエンコーダ処理回路Ｍ１はエンコンダー６
０，７０からの回転量データを入力して、エンコンーダ
６０，７の断線等を検出する。また、位置制御ループＭ
２と回転量データに基づいて位置偏差の過大エラーを検
出し、速度制御ループＭ３は速度以上を検出する。また
電流制御ループＭ４は過負荷エラーの検出を行い、パワ
ー回路Ｍ５は過電流の保護回路として作用する。そして
パワー回路Ｍ５に接続された電流検出回路Ｍ６は過電流
エラーを検出する。

【００９７】この場合、速度異常が検出された場合に
は、モータ焼き付き防止のため直流サーボモータ３０，
５０ａを停止する。また、直流サーボモータ３０の電流
値はトルクに対応しているので、過電流の場合は過大な
トルクが発生してしまうので、やはり停止させて、上記
実施例における雄ねじ１１０やワークＷ、特に雌ねじ穴
部Ｗａの破損を防止する。

【００９８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のねじ締め
装置によれば、第１設定トルク発生時点から第２設定ト
ルク発生時点までの回転変化量が、良好なねじ締めのな
された場合の回転変化量に対応して予め設定された所定
範囲内にあればねじ締めが良好であると判断し、所定範
囲外であれば不良であると判断することによって、トル
クデータだけに基づいて判断していた従来の場合に比べ
て、特に構成を複雑にすることなく、ねじ締めの正確な
良否判定が可能となる。

【００９９】また、第１設定トルクや第２設定トルクが
発生しない状況であっても、ねじ締めの不良判定ができ
るので、第１設定トルク及び第２設定トルクが発生する
ことを前提とした上記良否判定と相まって、さらに確実
な良否判定が行える。

【０１００】また、請求項２に記載のねじ締め装置で
は、トルク制御に加えて、回転速度も制御することが可
能となり、例えば開始状態、ねじ込み状態及び締め上げ
状態における最適な回転速度に制御することで、ねじ締
め装置側の制御が原因で生じるねじ締め不良率の低減の
点で好ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例のねじ締め装置本体の概略
側面図である。

【図２】 同本実施例のねじ締め装置の電気的構成を示
すブロック図である。

【図３】 ねじ締めパターンの各状態との関連における
ビット軸回転速度、上下軸推力及びビット軸トルクの変
化を示す説明図である。

【図４】 図２の上下軸駆動用サーボコントローラ及び
ビット軸駆動用サーボコントローラの模式的回路構成図
である。

【図５】 図２のマイクロコンピュータにおいて実行さ
れるねじ締め前処理を示すフローチャートである。

【図６】 図２のマイクロコンピュータにおいて実行さ
れるねじ締め処理の前半を示すフローチャートである。

【図７】 同ねじ締め処理の後半を示すフローチャート
である。

【図８】 第１及び第２設定トルクと第１及び第２ビッ
ト位置を示すための説明図である。

【図９】 ねじ締め不良状態例を示す概略側面図であ
る。

【図１０】 フェールセーフ機構を採用した場合の概
略ブロック図である。

【符号の説明】

１０…支持体、 ２０…上下軸、 ３０…上下軸制
御用直流サーボモータ、４０…上下動部材、 ５０…電
動ドライバ、５０ａ…ビット軸制御用直流サーボモー
タ、 ５０ｂ…ビット軸、５０ｃ…吸着パイプ、 ５０
ｄ…コイルスプリング、 ５１…ビット軸先端、６０，
７０…エンコーダ、 ８０…マイクロコンピュータ、８
０ａ…入力装置、 ９０，１００…サーボコントロー
ラ、 １１３…十字穴、Ｗ…ワーク、 Ｗａ…雌ねじ穴
部、 Ｗｂ…止まり穴、 Ｘ…異物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23P 19/06 B25B 23/14 610

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動手段によりその作動状態に応じ駆動
   されて回転しつつ軸動し、雄ねじをワークの雌ねじ穴部
   に締め付けるビット軸を備え、該ビット軸のトルク制御
   が可能なねじ締め付け機構と、 上記ビット軸の回転量を検出する回転量検出手段と、 該回転量検出手段により検出した回転量に基づき、ねじ
   締め動作中、上記ビット軸により締め付けられる雄ねじ
   の頭が上記雌ねじ穴部に着座した場合に生じる所定のト
   ルク以上に設定された第１設定トルクが発生した時点か
   ら、その雄ねじの締め上げ完了時に対応する所定の第２
   設定トルクが発生するまでの回転変化量を算出する回転
   変化量算出手段と、 該回転変化量算出手段により算出した回転変化量が、良
   好なねじ締めのなされた場合の回転変化量に対応して予
   め設定された所定範囲内にある場合には、ねじ締めが良
   好であると判断し、上記所定範囲外であれば不良である
   と判断するねじ締め良否判定手段と、上記良好なねじ締めのなされた場合に対応する上記第１
   設定トルクが発生する時点までに要する第１設定回転量
   及び上記第２設定トルクが発生する時点までに要する第
   ２設定回転量を記憶する設定回転量記憶手段と、 上記第１設定回転量分の回転動作が完了しているにも関
   わらず上記第１設定トルクが発生していない場合、また
   は上記第２設定回転量分の回転動作が完了しているにも
   関わらず上記第２設定トルクが発生していない場合に
   は、上記回転変化量算出手段による算出処理を行うこと
   なく、ねじ締めが不良であると判定するねじ締め不良判
   定手段と、 を備えたことを特徴とするねじ締め装置。
2. 【請求項２】 上記請求項１に記載のねじ締め装置にお
   いて、上記回転量検出手段により検出したビット軸の回転量に
   基づき、該ビット軸の回転速度制御を可能とした ことを
   特徴とするねじ締め装置。