JP5390226B2

JP5390226B2 - ねじ締め装置

Info

Publication number: JP5390226B2
Application number: JP2009066302A
Authority: JP
Inventors: 勝行戸津
Original assignee: 勝行戸津
Priority date: 2009-03-18
Filing date: 2009-03-18
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2029-03-18
Also published as: JP2010214564A

Description

本発明は、電動モータ等の駆動手段によりドライバービットを回転駆動するように構成したねじ締め装置であって、この装置本体をねじ締め作業者が手に把持して手動により操作するに際して、ねじ孔に対するねじのかじりやねじ浮き等のねじの締付け不良を、容易かつ簡便にして比較的簡単な構成により、低コストで適正かつ確実に検出することができるねじ締め良否判定手段を設けたねじ締め装置に関するものである。

従来において、電動モータ等の駆動手段によりドライバービットを回転駆動してねじ締め作業を行うねじ締め装置として、ねじ締め作業を適正にかつ円滑にして迅速に達成することができる種々の機能を備えたねじ締め装置が提案され、実用化されている。

しかるに、所要のねじ取付け対象物に設けられたねじ孔に対し、ねじ締め装置によりねじの締付けを行う場合において、ねじが完全にねじ込まれない状態のままで、所定のねじ締めトルクに到達して、ねじ締め装置がねじ締めを完了してしまうことがある。また、ねじ孔に適合しないねじを使用した場合には、ねじがねじ孔の開口部またはねじ孔内部で空転し、いつまでも所定のねじ締めトルクに到達することなく、ねじ締め装置がねじ締めを完了しない状態となることがある。

このようなねじ締め不良の原因としては、例えばねじとねじ孔との嵌合不良に起因する場合（かじり現象）や、ねじまたはねじ孔におけるねじ溝の成形不良等に起因する場合（ねじ浮き現象）等が知られている。

そこで、従来のねじ締め装置においては、前述したようなねじ締め不良を検出ないし判定する手段として、ねじがワークに当接して螺合が開始した時から、ねじとワークとの相対運動が停止してねじの締付けが終了するまでの間、ねじを回転させる主軸の位置を検出する手段と、この検出手段により得られたデータと、予め記憶されている正常時の許容値とを比較して、ねじの締付け不良を判定する手段と、を設けたねじの締付け不良検出装置が提案されている（特許文献１参照）。

しかしながら、このようなねじの締付け不良検出装置においては、単にねじを回転させる主軸の位置を検出するだけでは、前述したねじ浮き現象を検出することは可能であるが、ねじがねじ孔に対し適正な位置に螺合した場合であっても、ねじを回転させる主軸が必要以上にねじを回転させる場合には、ねじやねじ孔に損傷を与える可能性があり、またねじの締付けに必要とする回転数に満たない場合には、ねじがねじ孔に対し適正に螺合しない可能性があり、これらの不都合を解消することができない難点がある。

また、従来においては、ナットランナの駆動原の回転数、駆動源に供給される電流値およびナットランナの出力軸に生じるトルク値を検出し、回転数、電流値、トルク値の各々の検出データをそれぞれ経時的な変動パターンとして出力装置に出力して一括表示するとともに、これらの各変動パターンとねじ部品が正常に締め付けられた場合の回転数、電流値、トルク値の各変動パターンとを比較することで、ナットランナの駆動状態、トルク検出部の状態またはねじ部品の締付状態の判定を行うようにしたナットランナの締付良否判定方法が提案されている（特許文献２参照）。

しかしながら、このようなナットランナの締付良否判定方法においては、多くの検出データの蓄積を必要とすると共に、締付良否判定のための手段も煩雑となり、設備コストが著しく増大するばかりでなく、例えば多種類のねじの締付け作業に対応するためには、さらに膨大な締付良否判定のための検出データを必要とし、ねじ締め作業のための設備コストがさらに増大する難点がある。

このような観点から、例えば、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、このビット軸のトルク制御が可能なねじ締め付け機構を有するねじ締め装置において、(1) ビット軸の回転量を検出する回転量検出手段と、(2) 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孔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、(3) この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、また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、を備えたねじ締め装置が提案されている（特許文献３参照）。

そして、前記特許文献３に記載のねじ締め装置においては、さらに、(4) 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設定回転量および上記第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、(5) 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ねじ締め不良判定手段と、を備えることが提案されている。

さらに、代案として、ねじに係合し回転力を与えるドライバービットと、このドライバービットを回転駆動する電動モータと、この電動モータの回転トルクを検出する回転トルク検出手段と、この回転トルク検出手段により検出された回転トルクが所定の第１回転トルクに達してから第１回転トルクよりも高い第２回転トルクに達するまでのねじの回転量を検出（または電動モータの回転時間を計測）する回転量検出手段（または時間計測手段）と、この回転量検出手段（または時間計測手段）により検出された回転量（または回転時間）に基づいてねじの締付け不良を判定する第１判定手段（または第３判定手段）と、を備えているねじ締め装置が提案されている（特許文献４参照）。

前述した特許文献３および特許文献４にそれぞれ記載のねじ締め装置においては、いずれも所要の駆動手段によるねじ締め操作に際してのねじの回転量を検出することにより、検出された回転量がねじ締めに必要な所定の範囲内にあるか否かを判定するものである。この場合、ねじの回転量を検出するに際して、その検出を開始する基準点から、その検出を完了するまでの時点を、それぞれどのようにして適正かつ簡便に設定するかが、ねじの締付けの良否を判定するには、極めて重要なことである。

しかるに、前記特許文献３に記載のねじ締め装置においては、雄ねじの頭が雌ねじ孔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を、基準点として設定し、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ように設定している。また、前記特許文献４に記載のねじ締め装置においては、ねじのねじ頭がねじ孔の開口部周縁と接した際の回転トルク（第１回転トルク）に達した時点を、基準時点として設定し、ねじがねじ孔に所定の締付け状態で締め付けられる回転トルク（第２回転トルク）に達するまでの回転量を設定している。

このように、従来のねじ締め装置においては、ねじの回転量を検出に際して、その検出を開始する基準点を予め設定するトルク値として設定しており、このためねじ締め作業においては、常にねじ締めトルクを検出している必要があることから、ねじ締め装置の制御装置の構成が煩雑となる難点がある。また、前記基準点としてのトルク値の設定についても、雄ねじの頭が雌ねじ孔部に着座した場合に生じるトルクや、ねじのねじ頭がねじ孔の開口部周縁と接した際の回転トルクは、ねじの寸法や種類およびねじの取付け対象物の材質などによってそれぞれトルク値が微妙に変化することから、適正かつ簡便な回転量の検出は困難であり、従ってねじの締付けに際しての良否判定の信頼性にも問題がある。

そこで、本発明者は、前記従来のねじ締め装置における問題点を解消すべく鋭意研究並びに検討を重ねた結果、電動モータ等の駆動手段によりドライバービット等の回転工具を回転駆動してねじ締め作業を行うと共に、所要のねじ取付け対象物に対するねじの締め付け完了に伴い前記回転工具に生じる負荷トルクを検出して、前記負荷トルクが予め設定したトルク値に達した際に、前記回転工具の回転駆動を停止制御するように構成してなるねじ締め装置において、この装置本体をねじ締め作業者が手に把持して手動により操作する場合に、回転工具の回転駆動に伴う回転数や回転時間に基づく回転量を検出するためのエンコーダ等からなる回転量検出手段を前記回転工具または駆動手段に設け、ねじ締め作業に際して回転工具の先端部にねじ頭部を嵌合させたねじのねじ軸先端を、ねじ取付け対象物のねじ孔に位置決め当接した時点において、ねじ締め作業者が回転工具を軸方向に押圧変位することにより、前記回転工具の駆動手段を始動させるためのねじ締め基準時点を設定するための各種の変位検出センサ等からなるねじ締め基準時点設定手段を設け、この基準時点の設定後において前記回転工具の駆動手段を始動させてねじ締めを行うねじ締め始動時点を設定するための駆動スイッチ等からなるねじ締め始動時点設定手段を設け、さらにねじ締めの進行に伴い前記回転工具に生じる負荷トルクが予め設定したトルク値に達した際のねじ締め完了時点を検出するクラッチ機構等からなるねじ締め完了時点検出手段を設け、前記ねじ締め基準時点設定手段による基準時点（ｔ１）の設定後において、前記ねじ締め始動時点設定手段による回転工具の駆動手段のねじ締め始動時点（ｔ２）から、前記ねじ締め完了時点検出手段により検出されるねじ締め完了時点（ｔ３）まで、前記回転量検出手段により検出される回転工具の回転量が、予め設定したねじの適正な締付けに要する回転量としての基準値と比較して、その許容範囲内にあるか否かを判定することにより、ねじの締付け良否の判定を容易かつ簡便にして比較的簡単な構成により、低コストで適正かつ確実に達成することができることを突き止めた。

従って、本発明の目的は、電動モータ等の駆動手段によりドライバービットを回転駆動するように構成したねじ締め装置において、この装置本体をねじ締め作業者が手に把持して手動により操作するに際して、ねじ孔に対するねじのかじりやねじ浮き等のねじの締付け良否を、容易かつ簡便にして比較的簡単な構成により、低コストで適正かつ確実に検出することができるねじ締め装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、本発明の請求項１に記載のねじ締め装置は、電動モータからなる駆動手段により所要の回転工具を回転駆動してねじ締め作業を行うと共に、所要のねじ取付け対象物に対するねじの締め付け完了に伴い前記回転工具に生じる負荷トルクを検出して、前記負荷トルクが予め設定したトルク値に達した際に、前記回転工具の回転駆動を停止制御するように構成してなるねじ締め装置において、
前記回転工具の回転駆動に伴う回転数や回転時間に基づく回転量を検出するために前記回転工具または駆動手段に設けた回転量検出手段と、
回転工具の先端部にねじ頭部を嵌合させたねじのねじ軸先端をねじ取付け対象物のねじ孔に位置決め当接した時点において、前記回転工具を軸方向に押圧することによりねじ締め基準時点（ｔ１）を設定するねじ締め基準時点設定手段と、
前記ねじ締め基準時点設定手段によりねじ締め基準時点が設定された後において、前記回転工具の駆動手段を始動させてねじ締め始動時点（ｔ２）を設定するねじ締め始動時点設定手段と、
前記回転工具の回転駆動により前記ねじ孔に位置決め当接したねじを回動させて前記回転工具に生じる負荷トルクが予め設定したトルク値に達した際のねじ締め完了時点（ｔ３）を検出するねじ締め完了時点検出手段と、
前記ねじ締め基準時点設定手段によるねじ締め基準時点（ｔ１）の設定後において、前記ねじ締め始動時点設定手段により回転工具の駆動手段を始動させるねじ締め始動時点（ｔ２）から、前記ねじ締め完了時点検出手段により検出されたねじ締め完了時点（ｔ３）まで、前記回転量検出手段により検出された回転工具の回転量が、予め設定した基準値と比較してその許容範囲内にあるか否かを判定してねじ締めの良否を判定するねじ締め良否判定手段と、を設けたことを特徴とする。

本発明の請求項２に記載のねじ締め装置は、前記回転量検出手段が、回転工具または駆動手段に設けたエンコーダにより、回転工具の回転駆動に基づく回転数または回転時間を演算するように構成されることを特徴とする。

本発明の請求項３に記載のねじ締め装置は、前記ねじ締め基準時点設定手段が、回転工具ないしその支持軸をそれぞれ軸方向に復帰可能に変位するよう支持する支持部材に対し、前記回転工具または支持軸の軸方向の押圧変位を検出する変位検出センサまたはスイッチ機構を設け、前記回転工具の軸方向への押圧変位を検出してねじ締め基準時点設定信号を出力するように構成されることを特徴とする。

本発明の請求項４に記載のねじ締め装置は、前記ねじ締め始動時点設定手段が、ねじ締め装置の把持部ケーシングの外側面においてスイッチ操作部材によって動作するよう設けた駆動スイッチまたはセンサにより、回転工具を回転駆動する駆動手段を始動させてねじ締め始動時点設定信号を出力するように構成されることを特徴とする。

本発明の請求項５に記載のねじ締め装置は、前記ねじ締め基準時点設定手段を、回転工具ないしその支持軸をそれぞれ軸方向に復帰可能に変位するよう支持する支持部材に対して設けた変位検出センサまたはスイッチ機構により、前記回転工具の軸方向への押圧変位を検出してねじ締め基準時点設定信号を出力するように構成すると共に、
前記変位検出センサまたはスイッチ機構を前記ねじ締め始動時点設定手段として、前記回転工具の軸方向への押圧変位の検出に際し、回転工具を回転駆動する駆動手段を始動させてねじ締め始動時点設定信号を出力するように構成し、
前記ねじ締め基準時点設定手段が出力するねじ締め基準時点設定信号に基づいてねじ締め基準時点（ｔ１）を設定すると同時に、前記ねじ締め始動時点設定手段が出力するねじ締め始動時点設定信号に基づいてねじ締め始動時点（ｔ２）を設定するようにしたことを特徴とする。

本発明の請求項６に記載のねじ締め装置は、前記ねじ締め完了時点検出手段が、回転工具を回転駆動する駆動手段の駆動軸と回転工具との軸結合部に設けたトルク設定クラッチ機構により、回転工具によるねじ締め作業においてその負荷トルクが前記クラッチ機構に予め設定したトルク設定値に到達した際にクラッチ動作してねじ締め完了時点検出信号を出力するように構成されることを特徴とする。

本発明の請求項７に記載のねじ締め装置は、前記ねじ締め完了時点検出手段が、回転工具を回転駆動する電動モータの負荷電流を検出する負荷電流検出手段により、回転工具によるねじ締め作業において検出される電動モータの負荷電流が前記負荷電流検出手段に予め設定した負荷電流値に到達した際にねじ締め完了時点検出信号を出力するように構成
されることを特徴とする。

本発明の請求項１に記載のねじ締め装置によれば、電動モータ等の駆動手段によりドライバービット等の回転工具を回転駆動してねじ締め作業を行うと共に、所要のねじ取付け対象物に対するねじの締め付け完了に伴い前記回転工具に生じる負荷トルクを検出して、前記負荷トルクが予め設定したトルク値に達した際に、前記回転工具の回転駆動を停止制御するように構成してなるねじ締め装置において、回転工具の先端部にねじ頭部を嵌合させたねじのねじ軸先端をねじ取付け対象物のねじ孔に位置決め当接した時点において、前記回転工具を軸方向に押圧することによりねじ締め基準時点を設定するねじ締め基準時点設定手段を設けることによって、前記ねじ締め基準時点設定手段によるねじ締め基準時点（ｔ１）の設定後において、前記回転工具の駆動手段を始動させるねじ締め始動時点（ｔ２）から、前記ねじ締め完了時点検出手段により検出されるねじ締め完了時点（ｔ３）まで、前記回転量検出手段により検出される回転工具の回転量が、予め設定した基準値と比較してその許容範囲内にあるか否かを判定することにより、ねじの締付け良否の判定を容易かつ簡便にして比較的簡単な構成により、低コストで適正かつ確実に達成することができるねじ締め装置を提供することができる。

本発明の請求項２に記載のねじ締め装置によれば、回転量検出手段を、回転工具または駆動手段に設けたエンコーダにより、回転工具の回転駆動に基づく回転数または回転時間を演算するように構成することにより、前述したねじの締付け良否の判定を、容易かつ簡便にして比較的簡単な構成によって、低コストで適正かつ確実に達成することができる。

本発明の請求項３に記載のねじ締め装置によれば、ねじ締め基準時点設定手段を、回転工具ないしその支持軸をそれぞれ軸方向に復帰可能に変位するよう支持する支持部材に対して設けた変位検出センサまたはスイッチ機構により、前記回転工具の軸方向への押圧変位を検出してねじ締め基準時点設定信号を出力するように構成することによって、前述したねじの締付け良否の判定を、容易かつ簡便であり比較的簡単な構成にして、低コストで適正かつ確実に達成することができる。

本発明の請求項４に記載のねじ締め装置によれば、前記ねじ締め始動時点設定手段を、ねじ締め装置の把持部ケーシングの外側面においてスイッチ操作部材によって動作するよう設けた駆動スイッチまたはセンサにより、回転工具を回転駆動する駆動手段を始動させてねじ締め始動時点設定信号を出力するように構成することによって、前述したねじの締付け良否の判定を、容易かつ簡便であり比較的簡単な構成にして、低コストで適正かつ確実に達成することができる。

本発明の請求項５に記載のねじ締め装置によれば、前記ねじ締め基準時点設定手段を、回転工具ないしその支持軸をそれぞれ軸方向に復帰可能に変位するよう支持する支持部材に対して設けた変位検出センサまたはスイッチ機構により、前記回転工具の軸方向への押圧変位を検出してねじ締め基準時点設定信号を出力するように構成すると共に、前記変位検出センサまたはスイッチ機構を前記ねじ締め始動時点設定手段として、前記回転工具の軸方向への押圧変位の検出に際し、回転工具を回転駆動する駆動手段を始動させてねじ締め始動時点設定信号を出力するように構成し、前記ねじ締め基準時点設定手段が出力するねじ締め基準時点設定信号に基づいてねじ締め基準時点（ｔ１）を設定すると同時に、前記ねじ締め始動時点設定手段が出力するねじ締め始動時点設定信号に基づいてねじ締め始動時点（ｔ２）を設定したことによって、前述したねじの締付け良否の判定を、容易かつ簡便であり比較的簡単な構成にして、低コストで適正かつ確実に達成することができる。

本発明の請求項６に記載のねじ締め装置によれば、ねじ締め完了時点検出手段を、回転工具を回転駆動する駆動手段の駆動軸と回転工具との軸結合部に設けたトルク設定クラッチ機構により、回転工具によるねじ締め作業においてその負荷トルクが前記クラッチ機構に予め設定したトルク設定値に到達した際にクラッチ動作してねじ締め完了時点検出信号を出力するように構成することにより、前述したねじの締付け良否の判定を、容易かつ簡便であり比較的簡単な構成にして、低コストで適正かつ確実に達成することができる。

本発明の請求項７に記載のねじ締め装置によれば、ねじ締め完了時点検出手段を、回転工具を回転駆動する電動モータの負荷電流を検出する負荷電流検出手段により、回転工具によるねじ締め作業において検出される電動モータの負荷電流が前記負荷電流検出手段に予め設定した負荷電流値に到達した際にねじ締め完了時点検出信号を出力するように構成することにより、前述したねじの締付け良否の判定を、容易かつ簡便であり比較的簡単な構成にして、低コストで適正かつ確実に達成することができる。

本発明に係るねじ締め装置の一実施例としての電動ドライバーの概略構成とその制御系統を示す説明図である。本発明に係るねじ締め装置においてねじ締め良否判定を行う場合の図１に示す電動ドライバーにおけるねじ締め工程の負荷トルク特性を示す波形図である。図１に示す電動ドライバーによりねじ締め良否判定を行うためのねじ締め制御プログラムを示すフローチャート図である。本発明に係るねじ締め装置の別の実施例としての電動ドライバーの概略構成とその制御系統を示す説明図である。

次に、本発明に係るねじ締め装置の実施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。

図１は、本発明に係るねじ締め装置の一実施例を示す電動ドライバーの概略構成とその制御系統の説明図である。すなわち、図１において、参照符号１０は内部にブラシレスモータ等の電動モータ１２を内蔵しこれにより駆動するように構成した電動ドライバーを示す。この電動ドライバー１０は、前記電動モータ１２の出力軸に適宜減速機構を介して回転工具としてのドライバービット１４を結合保持する従動軸が結合配置され、前記従動軸に対して予め設定した所定値以上の負荷トルクが作用した際に、前記出力軸と従動軸との結合を遮断するように動作するカム係合部を備えたトルク設定クラッチ機構１６が設けられている。また、前記ドライバービット１４は、前記電動モータ１２の出力軸と従動軸との結合部において、軸方向に押圧操作した場合において復帰動作可能に変位するように支持部材１８により保持されている。さらに、前記電動モータ１２を内蔵した電動ドライバー１０の把持部ケーシングの外側面には、電動モータ１２を始動させるための駆動スイッチ２０または磁気センサ等のセンサを操作するためのスイッチ操作部材２２が設けられている。

本実施例の電動ドライバー１０においては、前記ドライバービット１４の支持部材１８に対して、ドライバービット１４の軸方向への押圧操作による変位を検出し、その操作時点をねじ締め基準時点として設定する、ねじ締め基準時点設定手段として、例えば検出用磁石と組み合わせて使用するホール素子からなる磁気センサ等の変位検出センサ２４またはリミットスイッチ等のスイッチ機構が設けられる。また、前記トルク設定クラッチ機構１６に対しては、ねじ締め完了時点としてのクラッチ動作を検出するねじ締め完了時点検出手段として、前記と同様に変位検出センサもしくはリミットスイッチ等からなるスイッチ機構２６または磁気センサ等のセンサが設けられる。

前記電動モータ１２においては、電動モータ１２の駆動および停止を制御するための駆動制御回路３０が接続配置されると共に、回転工具としてのドライバービット１４の回転量を検出するための回転量検出手段としてのエンコーダ３２が設けられている。そして、前記駆動制御回路３０およびエンコーダ３２には、これらの制御を行うためのＣＰＵ４０が設けられている。なお、参照符号Ｐは、前記駆動制御回路３０を介して電動モータ１２を駆動するための電源を示すものである。

すなわち、前記ＣＰＵ４０は、前記駆動制御回路３０に対して、ねじ締め始動時点設定手段としての前記駆動スイッチ２０またはセンサによるねじ締め始動時点設定信号としての駆動スイッチ操作信号Ｓ２１に基づいて、電動モータ１２を始動すると共にその駆動制御を行う電動モータ駆動制御信号Ｓ３１ａを入力し、また前記トルク設定クラッチ機構１６に設けたねじ締め完了時点検出手段としてのスイッチ機構２６から出力されるねじ締め完了時点検出信号としてのクラッチ動作信号Ｓ２７に基づいて電動モータ１２の停止制御を行う電動モータ停止制御信号Ｓ３１ｂを入力するように構成される。

また、前記ＣＰＵ４０は、前記回転量検出手段としてのエンコーダ３２より、回転量検出信号としてのエンコーダ出力信号Ｓ３３を入力すると共に、前記前記支持部材１８に設けたねじ締め基準時点設定手段としての変位検出センサ２４またはスイッチ機構から出力されるねじ締め基準時点設定信号としてのドライバービット１４の変位検出信号Ｓ２５の入力に基づき、前記電動モータ１２の駆動を開始するねじ締め始動時点から、その駆動を停止するに至るねじ締め完了時点までにおいて、回転工具としてのドライバービット１４の回転量を演算するように構成される。そして、このように演算された回転量の検出値に基づいて、ねじ締め良否判定手段４２およびアラーム表示手段４４により、ねじ締め状態の良否判定を行うと共にねじ締め不良の表示を行うように構成される。

次に、前記構成からなる本実施例に係る電動ドライバー１０によるねじ締め良否判定を行うねじ締め工程とその処理内容について、図２および図３に基づいてそれぞれ説明する。

図２は、図１に示す電動ドライバー１０におけるねじ締め工程の負荷トルク特性を示す波形図である。図２に示すように、本発明の電動ドライバー１０においては、ねじ締め操作に際して、最初にドライバービット１４の先端部に使用するねじのねじ頭部を嵌合させ、このねじのねじ軸先端をねじ取付け対象物のねじ孔に位置決め当接した時点において、前記ドライバービット１４を軸方向に押圧操作する。この押圧操作により、前述したように、ドライバービット１４の支持部材１８に設けたねじ締め基準時点設定手段としての変位検出センサ２４またはスイッチ機構が作動してねじ締め基準時点設定信号としての変位検出信号Ｓ２５を出力し、このねじ締め基準時点設定信号Ｓ２５がＣＰＵ４０に入力されてねじ締め基準時点（ｔ１）が設定される。

このねじ締め基準時点（ｔ１）が設定された後において、電動ドライバー１０の把持部ケーシングの外側面に設けたねじ締め始動時点設定手段としての駆動スイッチ２０またはセンサのスイッチ操作部材２２を操作する。この駆動スイッチ２０またはセンサのスイッチ操作により、前述したように、ねじ締め始動時点設定信号としての駆動スイッチ操作信号Ｓ２１を出力し、この駆動スイッチ操作信号Ｓ２１がＣＰＵ４０に入力されて、電動モータ１２の駆動を開始してねじ締め始動時点（ｔ２）を設定すると共に、電動モータ１２の駆動制御回路３０に対し電動モータ駆動制御信号Ｓ３１ａを出力して電動モータ１２の駆動制御を行う。

そして、前記電動モータ１２の駆動に伴い、回転量検出手段としてのエンコーダ３２が作動して、ねじ締め作業を行うドライバービット１４の回転数や回転時間に関する回転量検出信号Ｓ３３を出力し、この回転量検出信号Ｓ３３がＣＰＵ４０に入力されて回転量の演算が行われる。その後、所要のねじ締めが行われて、電動ドライバー１０に設けたトルク設定クラッチ機構１６において、ねじ締めトルクが予め設定したトルク値に達した際には、前記トルク設定クラッチ機構１６に設けたねじ締め完了時点検出手段としてのスイッチ機構２６またはセンサが作動して、ねじ締め完了時点検出信号としてのクラッチ動作信号Ｓ２７を出力し、このクラッチ動作信号Ｓ２７がＣＰＵ４０に入力されてねじ締め完了時点（ｔ３）を設定すると共に、電動モータ１２の駆動制御回路３０に対し電動モータ停止制御信号Ｓ３１ｂを出力して電動モータ１２の停止制御を行う。

このようにして、本発明においては、前記電動モータ１２の駆動に際し、それぞれ設定されたねじ締め始動時点（ｔ２）から、ねじ締め完了時点（ｔ３）をまでにおいて、エンコーダ３２の回転量検出信号Ｓ３３に基づく回転量を演算することにより、ねじの適正なねじ締め回転量を検出することができる。従って、本発明においては、前記ねじ締め基準時点設定手段としての変位検出センサ２４またはスイッチ機構により得られるねじ締め基準時点設定信号Ｓ２５によって設定されるねじ締め基準時点（ｔ１）は、ＣＰＵ４０における回転量検出手段としてのエンコーダ３２により得られる回転量検出信号Ｓ３３に基づく回転量の演算に際し、リセットを行うタイミングとして設定することができる。

図３は、図１に示す電動ドライバーによりねじ締め良否判定を行うためのねじ締め制御プログラムを示すフローチャート図である。前述したように、本発明においては、最初にドライバービット１４の先端部に使用するねじのねじ頭部を嵌合させ、このねじのねじ軸先端をねじ取付け対象物のねじ孔に位置決め当接した時点において、前記ドライバービット１４を軸方向に押圧操作すること（ＳＴＥＰ−１）によって、ＣＰＵ４０においてねじ締め基準時点（ｔ１）が設定される（ＳＴＥＰ−２）。そして、このねじ締め基準時点（ｔ１）を設定するねじ締め基準時点設定信号Ｓ２５は、ＣＰＵ４０におけるエンコーダ３２により得られる回転量検出信号Ｓ３３に基づく回転量の演算に際してのリセット信号として機能する（ＳＴＥＰ−３）。

次いで、前述したように、電動ドライバー１０の駆動を開始するねじ締め始動時点設定手段としての駆動スイッチ２０またはセンサを、スイッチ操作すること（ＳＴＥＰ−４）により、ＣＰＵ４０において電動モータ１２の駆動を開始する時点すなわちねじ締め始動時点ｔ２が設定される（ＳＴＥＰ−５）。そして、ＣＰＵ４０においては、電動モータ１２の駆動制御回路３０に対し電動モータ駆動制御信号Ｓ３１ａを出力して電動モータ１２の駆動制御を行う（ＳＴＥＰ−６）。この電動モータ１２の駆動制御に伴い、エンコーダ３２が作動して、ねじ締め作業を行うドライバービット１４の回転数や回転時間に関する回転量検出信号Ｓ３３が出力され、前述したようにＣＰＵ４０において回転量の演算が行われる（ＳＴＥＰ−７）。

その後、前述したように、所要のねじ締めが行われて、電動ドライバー１０に設けたトルク設定クラッチ機構１６に設けたねじ締め完了時点検出手段としてのスイッチ機構２６またはセンサが作動して（ＳＴＥＰ−８）、ねじ締め完了時点検出信号としてのクラッチ動作信号Ｓ２７により、ＣＰＵ４０においてねじ締め完了時点ｔ３が設定される（ＳＴＥＰ−９）。そして、ＣＰＵ４０においては、電動モータ１２の駆動制御回路３０に対し電動モータ停止制御信号Ｓ３１ｂを出力して電動モータ１２の停止制御を行う（ＳＴＥＰ−１０）。この電動モータ１２の停止制御に伴い、エンコーダ３２の作動が停止して、ＣＰＵ４０における回転量の演算は終了する（ＳＴＥＰ−１１）。

前述したねじ締め完了により、ＣＰＵ４０においては、前述したように、電動モータ１２の駆動に際して、それぞれ設定されたねじ締め始動時点（ｔ２）からねじ締め完了時点（ｔ３）をまでのエンコーダ３２の回転量検出信号Ｓ３３に基づく回転量を演算する（ＳＴＥＰ−１２）。このように演算された回転量の検出値は、ねじ締め良否判定手段４２において、予め設定した基準値と比較し、前記検出値が基準値の許容範囲を超えた場合には、ねじ締め不良と判定するように設定する（ＳＴＥＰ−１３）。そして、ねじ締め不良と判定された場合には、アラーム表示手段４４により、所要のアラーム表示を行うように構成される（ＳＴＥＰ−１４）。

図４は、本発明に係るねじ締め装置の変形実施例を示す電動ドライバーの概略構成とその制御系統の説明図である。本実施例においては、前述した図１に示す実施例に設けたトルク設定クラッチ機構１６とねじ締め完了時点検出手段としてのスイッチ機構２６またはセンサに代えて、電動モータ１２の駆動制御回路３０に、電動モータの負荷電流を検出する負荷電流検出手段を設け、この負荷電流検出手段により検出される負荷電流検出信号Ｓ２９に基づいて、ＣＰＵ４０において予め設定したねじ締め完了トルクとなる設定負荷電流値と比較して、ねじ締め完了時点（ｔ３）を設定するように構成したものである。その他の構成は、前述した図１に示す実施例の構成と全く同じである。従って、図４において、図１に示す構成要素と同一の構成要素については、同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

このように構成される本実施例のねじ締め装置においては、ねじ締め完了時点（ｔ３）の設定について、その検出手段の構成が相違するだけであり、ねじ締め良否判定を行うねじ締め工程とその処理内容については、前述した図２および図３に示す内容と全く同様となるので、前述した説明を参照されたい。

本発明に係るねじ締め装置のさらに別の実施例として、図示しないが、前述した図１に示す実施例のねじ締め装置の構成において、電動モータ１２を内蔵した電動ドライバー１０の把持部ケーシングの外側面に設けた、ねじ締め始動時点設定手段としての駆動スイッチ２０を操作するためのスイッチ操作部材２２を省略し、前記駆動スイッチ２０としての機能を、ドライバービット１４を軸方向に押圧操作した際に動作するドライバービット１４の支持部材１８に設けたねじ締め基準時点設定手段としての変位検出センサ２４またはスイッチ機構に設けるものである。すなわち、この場合、前記変位検出センサ２４またはスイッチ機構は、ねじ締め基準時点設定手段としての機能と、ねじ締め始動時点設定手段である駆動スイッチ２０（プッシュ操作スイッチ）としての機能を有するものとして構成される。

このように構成される本実施例のねじ締め装置においては、ねじ締め操作に際して、前述したように、最初にドライバービット１４の先端部に使用するねじのねじ頭部を嵌合させ、このねじのねじ軸先端をねじ取付け対象物のねじ孔に位置決め当接した時点において、前記ドライバービット１４を軸方向に押圧操作する。この押圧操作により、まずドライバービット１４の支持部材１８に設けた変位検出センサ２４またはスイッチ機構が作動してねじ締め基準時点設定信号としての変位検出信号Ｓ２５を出力し、このねじ締め基準時点設定信号Ｓ２５がＣＰＵ４０に入力されてねじ締め基準時点（ｔ１）が設定される。そして、これとほぼ同時に、前記変位検出信号Ｓ２５は駆動スイッチ（プッシュ操作スイッチ）としての駆動スイッチ信号としてＣＰＵ４０に入力されて、電動モータ１２の駆動を開始する時点すなわちねじ締め始動時点（ｔ２）を設定すると共に、電動モータ１２の駆動制御回路３０に対し電動モータ駆動制御信号Ｓ３１ａを出力して電動モータ１２の駆動制御を行うことができる。

従って、本実施例のねじ締め装置によれば、前記ねじ締め基準時点（ｔ１）と、ねじ締め始動時点（ｔ２）とが、ほぼ同時に設定されることになる。そして、この場合の電動ドライバー１０によるねじ締め良否判定を行うねじ締め工程とその処理内容については、前述した図３に示すねじ締め制御プログラムについては、ドライバービットの押圧操作（ＳＴＥＰ−１）がねじ締め始動時点（ｔ２）の設定を行うことになり（ＳＴＥＰ−５）、駆動スイッチの操作（ＳＴＥＰ−４）が省略されるのみであり、その後の制御プログラムはそのまま適用することができる。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明のねじ締め装置は前述した実施例の電動ドライバーに限定されることなく、例えばエアドライバーやインパクトドライバー等からなるねじ締め装置としても好適に応用することができるばかりでなく、その他本発明の精神を逸脱しない範囲内において多くの設計変更を行うことができる。

１０電動ドライバー
１２電動モータ
１４ドライバービット（回転工具）
１６トルク設定クラッチ機構
１８支持部材
２０駆動スイッチ（ねじ締め始動時点設定手段）
２２スイッチ操作部材
２４変位検出センサ（ねじ締め基準時点設定手段）
２６スイッチ機構（ねじ締め完了時点検出手段）
３０駆動制御回路
３２エンコーダ（回転量検出手段）
４０ＣＰＵ
４２ねじ締め良否判定手段
４４アラーム表示手段
Ｓ２１駆動スイッチ操作信号（ねじ締め始動時点設定信号）
Ｓ２５変位検出信号（ねじ締め基準時点設定信号）
Ｓ２７クラッチ動作信号（ねじ締め完了時点検出信号）
Ｓ２９負荷電流検出信号（ねじ締め完了時点検出信号）
Ｓ３１ａ電動モータ駆動制御信号
Ｓ３１ｂ電動モータ停止制御信号
Ｓ３３エンコーダ出力信号（回転量検出信号）
Ｐ電動モータ駆動電源
ｔ１ねじ締め基準時点
ｔ２ねじ締め始動時点
ｔ３ねじ締め完了時点

特開平４−１１５８３７号公報特許第２５８５７５０号公報特開平７−２２３１３２号公報特開平９−１８３０２７号公報

Claims

電動モータからなる駆動手段により所要の回転工具を回転駆動してねじ締め作業を行うと共に、所要のねじ取付け対象物に対するねじの締め付け完了に伴い前記回転工具に生じる負荷トルクを検出して、前記負荷トルクが予め設定したトルク値に達した際に、前記回転工具の回転駆動を停止制御するように構成してなるねじ締め装置において、
前記回転工具の回転駆動に伴う回転数や回転時間に基づく回転量を検出するために前記回転工具または駆動手段に設けた回転量検出手段と、
回転工具の先端部にねじ頭部を嵌合させたねじのねじ軸先端をねじ取付け対象物のねじ孔に位置決め当接した時点において、前記回転工具を軸方向に押圧することによりねじ締め基準時点（ｔ１）を設定するねじ締め基準時点設定手段と、
前記ねじ締め基準時点設定手段によりねじ締め基準時点が設定された後において、前記回転工具の駆動手段を始動させてねじ締め始動時点（ｔ２）を設定するねじ締め始動時点設定手段と、
前記回転工具の回転駆動により前記ねじ孔に位置決め当接したねじを回動させて前記回転工具に生じる負荷トルクが予め設定したトルク値に達した際のねじ締め完了時点（ｔ３）を検出するねじ締め完了時点検出手段と、
前記ねじ締め基準時点設定手段によるねじ締め基準時点（ｔ１）の設定後において、前記ねじ締め始動時点設定手段により回転工具の駆動手段を始動させるねじ締め始動時点（ｔ２）から、前記ねじ締め完了時点検出手段により検出されるねじ締め完了時点（ｔ３）まで、前記回転量検出手段により検出される回転工具の回転量が、予め設定した基準値と比較してその許容範囲内にあるか否かを判定してねじ締めの良否を判定するねじ締め良否判定手段と、を設けたことを特徴とするねじ締め装置。
前記回転量検出手段は、回転工具または駆動手段に設けたエンコーダにより、回転工具の回転駆動に基づく回転数または回転時間を演算するように構成することを特徴とする請求項１記載のねじ締め装置。
前記ねじ締め基準時点設定手段は、回転工具ないしその支持軸をそれぞれ軸方向に復帰可能に変位するよう支持する支持部材に対して設けた変位検出センサまたはスイッチ機構により、前記回転工具の軸方向への押圧変位を検出してねじ締め基準時点設定信号を出力するように構成したことを特徴とする請求項１または２記載のねじ締め装置。
前記ねじ締め始動時点設定手段は、ねじ締め装置の把持部ケーシングの外側面においてスイッチ操作部材によって動作するよう設けた駆動スイッチまたはセンサにより、回転工具を回転駆動する駆動手段を始動させてねじ締め始動時点設定信号を出力するように構成したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のねじ締め装置。
前記ねじ締め基準時点設定手段を、回転工具ないしその支持軸をそれぞれ軸方向に復帰可能に変位するよう支持する支持部材に対して設けた変位検出センサまたはスイッチ機構により、前記回転工具の軸方向への押圧変位を検出してねじ締め基準時点設定信号を出力するように構成すると共に、
前記変位検出センサまたはスイッチ機構を前記ねじ締め始動時点設定手段として、前記回転工具の軸方向への押圧変位の検出に際し、回転工具を回転駆動する駆動手段を始動させてねじ締め始動時点設定信号を出力するように構成し、
前記ねじ締め基準時点設定手段が出力するねじ締め基準時点設定信号に基づいてねじ締め基準時点（ｔ１）を設定すると同時に、前記ねじ締め始動時点設定手段が出力するねじ締め始動時点設定信号に基づいてねじ締め始動時点（ｔ２）を設定するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載のねじ締め装置。
前記ねじ締め完了時点検出手段は、回転工具を回転駆動する駆動手段の駆動軸と回転工具との軸結合部に設けたトルク設定クラッチ機構により、回転工具によるねじ締め作業においてその負荷トルクが前記クラッチ機構に予め設定したトルク設定値に到達した際にクラッチ動作してねじ締め完了時点検出信号を出力するように構成したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のねじ締め装置。
前記ねじ締め完了時点検出手段は、回転工具を回転駆動する電動モータの負荷電流を検出する負荷電流検出手段により、回転工具によるねじ締め作業において検出される電動モータの負荷電流が前記負荷電流検出手段に予め設定した負荷電流値に到達した際にねじ締め完了時点検出信号を出力するように構成したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のねじ締め装置。