JP5775484B2 - ネジ締付方法及びネジ締付装置 - Google Patents
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Description
締付トルクの波形を監視し、スティックスリップ現象が生じたとき、締付トルクの波形を軸力波形に近似して軸力近似締付トルクを演算し、軸力近似締付トルクに基づき、前記ネジ部品の締付を行い、
軸力近似締付トルクの演算は、締付トルクのピークからの低下量が所定のスティックスリップ判定低下量を超えたとき、スティックスリップ現象の発生を検知して、ピーク時の締付トルクを保持し、締付トルクが保持されたピーク時の締付トルクに対して所定の復帰判定量を超えて復帰するまで、又は、所定の期間が経過するまで、ピーク時の締付トルクを保持することにより行うことを特徴とする。
また、本発明に係るネジ締付装置は、モータを駆動源としてネジ部品の締付を行うネジ締付装置であって、締付トルクを検出するトルクセンサと、前記モータの回転を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、締付トルクの波形を監視し、スティックスリップ現象が生じたとき、前記トルクセンサが検出する締付トルクを軸力波形に近似して軸力近似締付トルクを演算し、軸力近似締付トルクに基づき、前記モータの回転を制御し、
締付トルクの波形を監視し、締付トルクのピークからの低下量が所定のスティックスリップ判定低下量を超えたとき、スティックスリップ現象の発生を検知して、ピーク時の締付トルクを保持し、締付トルクが保持されたピーク時の締付トルクに対して所定の復帰判定量を超えて復帰するまで、又は、所定の期間が経過するまで、ピーク時の締付トルクを保持することにより軸力近似締付トルクを演算することを特徴とする。
以下に、本発明において特許請求が可能と認識される発明(以下、「請求可能発明」という場合がある。)の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載,実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の(1)乃至(6)の内容が請求項1乃至6に対応する。
(1)モータを駆動源としてネジ部品の締付を行うネジ締付方法であって、
締付トルクの波形を監視し、スティックスリップ現象が生じたとき、締付トルクの波形を軸力波形に近似して軸力近似締付トルクを演算し、軸力近似締付トルクに基づき、前記ネジ部品の締付を行い、
軸力近似締付トルクの演算は、締付トルクのピークからの低下量が所定のスティックスリップ判定低下量を超えたとき、スティックスリップ現象の発生を検知して、ピーク時の締付トルクを保持し、締付トルクが保持されたピーク時の締付トルクに対して所定の復帰判定量を超えて復帰するまで、又は、所定の期間が経過するまで、ピーク時の締付トルクを保持することにより行うことを特徴とするネジ締付方法。
(2)(1)の構成において、前記ネジ部品の締付角度が所定の規定締付角度に達したとき、締付を終了し、その時点の軸力近似締付トルクが所定の範囲内にあるか否かにより締付の良否を判定することを特徴とするネジ締付方法。
(3)(1)の構成において、軸力近似締付トルクが所定の規定締付トルクに達したとき、締付を終了することを特徴とするネジ締付方法。
(4)モータを駆動源としてネジ部品の締付を行うネジ締付装置であって、締付トルクを検出するトルクセンサと、前記モータの回転を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、締付トルクの波形を監視し、スティックスリップ現象が生じたとき、前記トルクセンサが検出する締付トルクを軸力波形に近似して軸力近似締付トルクを演算し、軸力近似締付トルクに基づき、前記モータの回転を制御し、
締付トルクの波形を監視し、締付トルクのピークからの低下量が所定のスティックスリップ判定低下量を超えたとき、スティックスリップ現象の発生を検知して、ピーク時の締付トルクを保持し、締付トルクが保持されたピーク時の締付トルクに対して所定の復帰判定量を超えて復帰するまで、又は、所定の期間が経過するまで、ピーク時の締付トルクを保持することにより軸力近似締付トルクを演算することを特徴とするネジ締付装置。
(5)(4)の構成において、前記制御装置は、締付角度が所定の規定締付角度に達したとき、締付を終了し、その時点の軸力近似締付トルクが所定の範囲内にあるか否かにより締付の良否を判定することを特徴とするネジ締付装置。
(6)(4)の構成において、前記制御装置は、軸力近似締付トルクが所定の規定締付トルクに達したとき、締付を終了することを特徴とするネジ締付装置。
スティックスリップ現象が生じたときに現れる締付トルク波形の特徴(締付の増分に対する締付トルクの低下が急激であり、同様の波形が周期的に反復される。)に基づき、スリックスリップ現象の発生を検知する。また、スティックスリップ領域における軸力波形の特徴(締付トルクの波形の頂部をなぞるような波形であり、締付トルクが低下した瞬間に軸力は一時的に上昇し、締付トルクの次のピークに向って移行する。)に基づき、締付トルクを軸力トルク波形に近似して軸力近似締付トルクを演算する((1)及び(4))。
角度法を用いてネジ部品の締付を行い、演算した軸力近似締付トルクに基づき、締付の良否の判定を行うことにより、ネジの締付精度を確保しつつ、効率よくネジの締付を行うことができる((2)及び(5))。
演算した軸力近似締付トルクに基づき、トルク法を用いてネジの締付を行う((3)及び(6))。
本実施形態に係るネジ締付装置は、ボルト、ナット等のネジ部品を規定のトルクで締付けて、被結合部材をねじ結合するためのものである。以下、便宜上、スティックスリップ現象が生じるエンジンのシリンダヘッドボルト等の締付を行う場合について説明するが、本発明は、スティックスリップ現象の発生の有無にかかわらず、ネジ部品の締付に適用することができる。
被結合部材にボルト、ナット等のネジ部品を螺合させ、このネジ部品にソケット6を係合して電動モータ2の駆動により締付を行う。制御装置7は、駆動電流の供給により、電動モータ2を所定の速度で回転させ、回転角センサ3からの回転角信号により、ソケット6の回転角度、すなわち、ネジ部品の締付角度θを読込み、トルクセンサ5からのトルク信号により、ネジ部品の締付トルクTを読込む。ネジ部品の締付角度θと、締付トルクT及びネジ部品の軸力Fとの関係を図7及び図8に示す。図7及び図8において、締付角度θは、ネジ部品の締付を開始し、締付トルクTが所定の締付トルクに達した後の締付角度を表している。なお、締付角度θ及び締付トルクTは、それぞれ回転角センサ3及びトルクセンサ5の検出信号に基づく値を表し、軸力Fは、試験データ等に基づく測定値を表している。
図2を参照して、ステップS1で電動モータ2の回転を開始し、ステップS2で回転角センサ3及びトルクセンサ5の検出信号により締付角度θ及び締付トルクTを読込む。ステップS3で締付角度θ及び締付トルクTに基づき、スティックスリップ現象が生じているか否かを判定する。スティックスリップ現象が生じている場合(Yes)には、ステップS4に進み、ステップS4で締付トルクTを軸力波形に近似して軸力近似締付トルクTaを演算してステップS5に進む。スティックスリップ現象が生じていない場合(No)には、そのままステップS5に進む。
図8に示されるように、スティックスリップ領域の締付トルクTの波形は、次のような特徴を有している。
(A)締付角度θの増分Δθに対する締付トルクTの低下が急激である。
(B)同様の波形が周期的に反復される。
締付トルクTの波形に、上記(A)、(B)のような特徴が現れた場合に、スティックスリップ現象が発生したことを検知する。
(C)軸力Fの波形は、締付トルクTの波形の頂部をなぞるような波形である。
(D)軸力Fは、締付トルクTが低下した瞬間に一時的に上昇し、締付トルクTの次周期のピークに向って移行する。
そして、スティックスリップ現象の発生を検知したとき、図5に示すように、上記(C)及び(D)の特徴を有する軸力Fの波形に基づき、締付トルクTを軸力波形に近似して軸力近似締付トルクTaを演算する。
図4を参照して、締付角度θに対する締付トルクTの波形を監視し、締付トルクTのピークからの低下量ΔTが所定のスティックスリップ判定低下量ΔTAを超えたとき(締付角度θ1、θ3及びθ5参照)、スティックスリップ現象が発生したことを検知し、その後、締付トルクTのピークからの低下量ΔTが所定の復帰判定低下量ΔTBを超えて復帰するまで(締付角度θ2参照)、又は、ピークからの締付角度θの増分Δθが所定の復帰増分ΔθAに達するまで(締付角度θ4参照)、前周期のピークの締付角度θ及び締付トルクTの値を保持する演算を行う。このようにして、締付トルクTを軸力波形に近似して演算した軸力近似締付トルクTaの波形を図5に示す。前周期の締付角度θ及び締付トルクTの保持の解除は、締付角度θの増分Δθが復帰増分ΔθAに達するまでとするほか、所定の周期等の期間がカウントできればよく、タイマにより時間をカウントしてもよい。
図3を参照して、ステップS11で電動モータ2の回転を開始し、ステップS12で回転角センサ3及びトルクセンサ5による締付角度θ及び締付トルクTの検出を開始する。ステップS13で締付角度θの一定の増分Δθ毎に締付角度θx及び締付トルクTxを読込む。ステップS14で締付角度θxが規定締付角度θfに達しているか否かを判定する。達している場合(Yes)、ステップS15に進み、ステップS15で締付角度θを締付角度θxとし、軸力近似締付トルクTaを締付トルクTxとして演算を終了する。
Claims (6)
- モータを駆動源としてネジ部品の締付を行うネジ締付方法であって、
締付トルクの波形を監視し、スティックスリップ現象が生じたとき、締付トルクの波形を軸力波形に近似して軸力近似締付トルクを演算し、軸力近似締付トルクに基づき、前記ネジ部品の締付を行い、
軸力近似締付トルクの演算は、締付トルクのピークからの低下量が所定のスティックスリップ判定低下量を超えたとき、スティックスリップ現象の発生を検知して、ピーク時の締付トルクを保持し、締付トルクが保持されたピーク時の締付トルクに対して所定の復帰判定量を超えて復帰するまで、又は、所定の期間が経過するまで、ピーク時の締付トルクを保持することにより行うことを特徴とするネジ締付方法。 - 前記ネジ部品の締付角度が所定の規定締付角度に達したとき、締付を終了し、その時点の軸力近似締付トルクが所定の範囲内にあるか否かにより締付の良否を判定することを特徴とする請求項1に記載のネジ締付方法。
- 軸力近似締付トルクが所定の規定締付トルクに達したとき、締付を終了することを特徴とする請求項1に記載のネジ締付方法。
- モータを駆動源としてネジ部品の締付を行うネジ締付装置であって、締付トルクを検出するトルクセンサと、前記モータの回転を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、締付トルクの波形を監視し、スティックスリップ現象が生じたとき、前記トルクセンサが検出する締付トルクを軸力波形に近似して軸力近似締付トルクを演算し、軸力近似締付トルクに基づき、前記モータの回転を制御し、
締付トルクの波形を監視し、締付トルクのピークからの低下量が所定のスティックスリップ判定低下量を超えたとき、スティックスリップ現象の発生を検知して、ピーク時の締付トルクを保持し、締付トルクが保持されたピーク時の締付トルクに対して所定の復帰判定量を超えて復帰するまで、又は、所定の期間が経過するまで、ピーク時の締付トルクを保持することにより軸力近似締付トルクを演算することを特徴とするネジ締付装置。 - 前記制御装置は、締付角度が所定の規定締付角度に達したとき、締付を終了し、その時点の軸力近似締付トルクが所定の範囲内にあるか否かにより締付の良否を判定することを特徴とする請求項4に記載のネジ締付装置。
- 前記制御装置は、軸力近似締付トルクが所定の規定締付トルクに達したとき、締付を終了することを特徴とする請求項4に記載のネジ締付装置。
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