JPH02193582A - ナットランナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はボルトやナンド等のねじ締の為に用いられる
ナツトランナに関する。

〔従来の技術〕

従来のこの種のナットランナは、モータにおいてロータ
に連なっている軸にボルト等を回す為のレンチ部材を連
繋させ、上記モータにおけるコイルには、コイルへの通
電電流を制御するようにした通電制御回路を介して電源
を接続している。

〔発明が解決しようとする課題〕

この従来のナツトランナではレンチ部材によって回され
るボルトが着座した後、それを捻回させてそのボルトに
よる締付を進行させてい（場合、上記ロータの回転トル
クが階段的に増大する為、締付終了時点での締付トルク
が過剰になっていたり不足していたりする問題点があっ
た。

本発明は以上のような点に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは、ボルトによる締付を進行させる場
合に、上記ボルトによる締付トルクの増大を滑らかに進
行させて、締付終了時点での締付トルクを正しく所定の
値にすることを可能にできるようにしたナンドランナを
提供することである。

〔課題を解決する為の手段〕

上記目的を達成する為に、本願発明は前記請求の範囲記
載の通りの手段を講じたものであって、その作用は次の
通りである。

〔作用〕

電源からの電流が通電制御回路により制御されてモータ
のコイルに供給される。するとロータが回り、レンチ部
材が回る。上記ロータの回転の過程においては、ロータ
の刻々の回転位置におけるロータの回転トルクの偏差を
補正するデータが上記通電制御回路に与えられ、上記コ
イルへの供給電流に補正が加えられる。その結果、ロー
タはトルクの変動なく滑らかに回動する。

〔実施例〕

以下本願の実施例を示す図面について説明する。

ナツトランナの全体を示す第１図において、Ａはナツト
ランナの本体、Ｂはその制御装置を示す。

上記本体Ａについて説明すると、１はモータで、例えば
三相四極のブラシレスモーフが用いられる。

該モータは、ケース内にステータと回動自在のロータと
を備える。そして例えば上記ステータに、ロータを回動
させる為の磁束を発生するコイルが備えである。２は減
速器で、その一端は上記ロータの回転軸に連結され、他
端にはトルクセンサ３を介してレンチ部材４が連結しで
ある。５はモータｌに付設した回転位置検出手段で、上
記ロータが１周する過程におけるその刻々の回転位置を
検出する為のものであり、その可動部が上記ロータの回
転軸に連結しである。該手段５としては例えばロータリ
エンコーダが用いられる。

次に制御Ｂ　’ｉｔ置装について説明すると、７はモー
タ駆動回路、８は電源で、例えば直流を源が用いられる
。９は指令装置で、駆動回路７に回転指令及び停止指令
を与えるように構成されており、例えばマイクロコンピ
ュータが用いられる。１０は締付トルク値表示装置を示
す。

このような構成のナツトランナにあっては、指令装置９
から駆動回路７に回転指令が与えられると、駆動回路７
は検出手段５からの検出値を得ながら直流電源８からモ
ータ１のコイルへの通電電流を制御し、その結果モータ
１のロータが回動する。

その回動力は減速器２で減速され、トルクセンサ３を介
してレンチ部材４に与えられそれが回動する。このレン
チ部材４には例えば締付用のボルト４ａが嵌合され、そ
のボルトを螺進及び捻回させる。

上記のようにレンチ部材４によってボルト４ａを捻回さ
せる過程において、トルクセンサ３によって検出され指
令装置９に与えられる締付トルク値の信号が、予め設定
された値となると、指令装置９は駆動回路７に停止指令
を与え（例えば回転指令の伝達を停止し）、その結果モ
ータ１のコイルへの通電が停止されてロータの回動は停
止する。尚表示装置１０は上記の場合における締付トル
ク値を表示する。

次に上記モータ１と駆動回路７との回路構成を示す第２
図について説明する。１１は入力端、１２は通電制御回
路、１３はトルク補正回路、１４は回転速度補正回路を
夫々示す、補正回路１３は記憶手段１５と補正手段１６
とを備える。記憶手段１５には、上記モータ１における
ロータｌａの１周の過程におけるロータ１ａの各回転位
置での回転トルクの偏差を補正する補正データ、例えば
トルクの偏差が正の大きな値となる回転位置では、コイ
ルへの通電電流値を大きく減少せしめる為の指令データ
が、また、トルクの偏差が負の小さな値となる回転位置
では、コイルへの通電電流値を僅かに増大せしめる為の
指令データが記憶されている０回転速度補正回路１４は
、上記回転位置検出手段５と、回転速度検出回路１７と
、補正手段１８と積分回路１９とによって構成しである
。補正手段１８としては例えば加算器が用いられる。

上記構成のものにあっては、入力端１１に回転↑旨令が
与えられる。その回転指令は例えばアナログ信号であり
、そのレベルの大小は、ステータのコイル１ｂへの供給
電流値を指定する０通電制御回路１２は符号１８．１９
．１６で示す部材を介して該回転指令を受け、それに対
応して電源８からコイル１ｂへの通電電流を制御する。

その結果、ロータ１ａはコイル１ｂから発せられる磁束
を受けて回転する。

上記回転の場合において回転速度補正回路１４は次の如
く作用する０回転位置検出手段５はロータ１ａの刻々の
回転位置を検出し、回転位置信号を出力する０回転速度
検出回路１７はその回転位置信号を受けてロータ１ａの
回転速度を検出し速度フィードバック信号を出力する。

その速度フィードバック信号により加算器１日において
上記回転指令に補正が加えられ、更にその補正の加えら
れた回転指令が積分回路１９で積分されて通電制御回路
１２に与えられる。このような作用の結果、ロータ１ａ
は回転指令に正確に対応する速度で回転する。

上記のようにロータ１ａが回転すると、前述の如くレン
チ部材４が回転し、ポル）４ａが螺進せられる。

ポル）４ａが螺進してそれが着座すると、その後のボル
ト４ａの捻回が進むに伴なってロータエａの回転に対す
る負荷が増大する為、ロータ１ａの回転速度が次第に低
下する。すると上記回転速度補正回路１４の作用により
、ロータ１ａの回転速度を上昇すべく上記回転指令のレ
ベルが次第に上昇する。この上昇により、上記コイル１
ｂに供給される電流が次第に増加し、ロータ１ａの回転
トルクが次第に上昇する。その結果、上記着座したポル
）４ａは次第に大きな回転トルクで捻回される。

上記のようなボルト４ａの捻回時におけるロータｌａの
回転の場合、モータ１におけるロータ１ａの磁極やステ
ータの磁極あるいはスロットの存在は、ロータ１ａの１
周の過程における個々の回転位置において、ロータｌａ
の回転トルクに夫々異なる値の偏差（トルクリップルと
呼ばれる）をもたらす、しかしその偏差は補正回路１３
の存在によって除去される。即ち、補正手段１６は上記
回転位置信号を受けて、ロータ１ａの刻々の回転位置で
の補正データを記憶手段から次々と読み出し、その補正
データを通電制御回路１２に与えられる回転指令に次々
と加える。補正回路１３のこのような作用の結果、通電
制御回路工２はそれらの補正データを受けて上記コイル
１ｂに供給する電流に次々と補正を加える。

その結果、ロータ１ａの各回転位置での回転トルクの偏
差が除去され、ロータは極めて滑らかに回転する。この
ようにロータが滑らかに回転することにより、ボルト４
ａの捻回に伴う締付トルクの増大は橿めて滑らかに進行
し、前述の如き設定トルク値までのボルトの締付の正確
化が可能となる。

次に第３図は、上記ナットランナによってボルト締を行
なった場合の結果を示すものである。指令装置９におけ
る締付トルクの設定値を第３図の横軸に示される各値に
して夫々５０ピースの締付を行ない、その後各々のピー
スの実際の締付トルクを測定した。その測定結果は全て
実線矢印で示される範囲の値となっており、またその締
付トルクの平均値は夫々丸印で示される点の値となって
いた。また上記ナットランナにおいて補正回路１３を除
去したものにおいても同様の測定を行なった。

その測定結果は破線矢印で示される範囲に大きくばらつ
いていた。この実験結果から、上記補正回路１３の存在
は、締付終了時点でのトルクを正確化することを可能な
らしめることが理解できる。

次に、第４図（Ａ）　はモータ１におけるロータ１ａの
回転位置と各々の回転位置におけるロータ１ａの回転ト
ルクの関係の一例を示すものであり、三相四極、１２ス
ロツトのブラシレスモータにおいて、コイル１ｂへの電
流をＩＯＡにした場合と５Ａにした場合の各々について
ロータ１ａの上記回転トルクを測定した結果を示すもの
である。

これらのグラフから、上記ロータの各回転位置での回転
トルク値の偏差は、第４図（Ｂ）に示される如くコイル
１ｂへの電流の大きさに依存して大小が変わるものと、
第４図（Ｃ）に示される如く上記電流の大きさには依存
せず常に一定の大きさのものがあることが推察される。

前者は主としてステータやロータの磁極によるものであ
り、後者は主としてステータのスロットによるものであ
る。

従って、上記のようにボルトを捻回させる場合に、モー
タ１が比較的小さな電流で運転される場合には、上記記
憶手段１５には例えば上記第４図（Ｃ）の特性を補正す
る補正データを記憶させてお（と良い。

一方上記の場合にモータ１が大きな電流で運転される場
合には、上記記憶手段１５には、コイルへの所定の通電
電流値例えば最大電流値の場合における、ロータの回転
位置に対応した補正データ、例えば上記第４図（Ｂ）の
特性を補正する補正データを記憶させておく、そして補
正手段１６は、前述の如く回転位置信号を入力すると共
に、コイル１ｂへの通電電流値を示すデータとして回転
指令をも入力して、ロータの回転位置に対応した補正デ
ータを上記所定電流値に対する通電電流値の割合で通電
制御回路１２への回転指令に加えるようにすると良い。

次に第５図は上記補正回路の回路構成の異なる例を示す
もので、前記記憶手段をＲＯＭ２１のデータ記憶４１！
能をもって構成すると共に、前記補正手段を上記ＲＯＭ
２１のデータ続出機能と加算器２２とをもって構成した
例を示すものである。尚２３は周知のＤ−Ａ変換器、２
４はアッテネータで、Ｄ−Ａ変換器２３を通して得られ
る補正データの信号レベルを調節して、前述の如きトル
ク変動の防止が適正に行なわれるようにする為のもので
ある。

このような構成の補正回路においては、ＲＯＭ２１には
上記第４図（Ｃ）の特性を補正するデータを記憶させて
お（とよい。

動作時においては、ＲＯＭ２１に回転位置信号が与えら
れると、ＲＯＭ２１はロータの回転位置に対応した補正
データを出力する。その補正データはＤ−Ａ変換器２３
、アッテネータ２４を経て加算器２２において回転指令
に加算される。

次に第６図は上記補正回路の回路構成の更に異なる例を
示すもので、前記記憶手段をＲＯＭ２５のデータ記憶機
能をもって構成すると共に、前記補正手段を上記ＲＯＭ
２５のデータ読出機能と乗算器２６と加算器２７とをも
って構成した例を示すものである。尚乗算器２６として
は一例としてＤ−Ａ変換機能をも有するものが用いであ
るが、乗算器とＤＡ変換器とは別体に構成してもよい。

また２８はアッテネータで、前記アッテネータ２４と同
様の目的で用いたものである。

このような補正回路においては、ＲＯＭ２５には所定の
コイル電流の場合におけるロータの各回転位置での回転
トルクの偏差を補正するデータ、例えば上記第４図（Ｂ
）におけるＢ１の特性を補正するデータを記憶させてお
く。

動作時においては、ＲＯＭ２５に回転位置信号が与えら
れるとＲＯＭ２５はロータの回転位置に対応した補正デ
ータを乗算器２６に向は出力する０乗算器２６は回転指
令のレベル値からコイル１ｂへの電流値を読み取り、上
記所定の電流値に対するその読み取った電流値の割合を
上記ＲＯＭ２５からの補正データに乗算する０乗算され
た補正データ即ちコイルへの通電電流の値に対応した補
正データはアッテネータ２８を経て、加算器２７におい
て回転指令に加算される。

次に第７図は補正回路の回路構成の更に異なる例を示す
もので、前記第５．６図の再補正回路が組み合わさった
補正回路の例を示すものである。

尚図示の如く加算器２９は共通のものが用いである。

次に第８図はモータと通電制御回路とに係わる回路構成
の一例を示すものである。符号３１〜３６で示される各
部材はいずれも周知のものであり、３１は直流→正弦波
変換回路で、直流の回転指令を正弦波に変換する為のも
のである。３２は正弦波ＰＷＭＷ流制御回路、３３は電
流センサ、３４は電流フィードバック回路、３５はロー
タ位置検出回路で、例えばカウンタや方向弁別回路等で
ある。３６は正弦波発生回路で、ロータの回転位置信号
を正弦波の形態に変換する為のものである。

〔発明の効果〕

以上のように本発明にあっては、ボルト締をする場合、
通電制御回路１２で制御されたｔｌｔ流をコイルｌｂに
通電することにより、ロータ１ａを回動させてレンチ部
材４を回し、ボルト４ａを螺進させられるは勿論のこと
、 上記ボルト４ａが着座後そのボルト４ａを捻回させて、
ボルトによる締付を進行させていく場合、上記ロータ１
ａをトルクリップルなく滑らかに回転させることができ
るから、上記ポル）４ａによる締付トルクの増大を滑ら
かに進行させて、締付終了時点での締付トルクを正しく
所定の値にすることのできる有用性がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本願の実施例を示すもので、第１図はナットラン
ナの全体を示すブロック図、第２図はモータ駆動回路の
構成及びそれとモータとの関係を示すブロック図、第３
図は実験結果を示すグラフ、第４図はロータの回転位置
とロータの回転トルクとの関係の一例を示すグラフ、第
５．６．７図は夫々補正回路の異なる例を示すブロック
図、第８図はモータと通電制御回路に係わる回路構成の
一例を示すブロック図。 １・・・モータ、１ａ・・・ロータ、１ｂ・・・コイル
、４・・・レンチ部材、５・・・回転位置検出手段、１
５・・・記憶手段、１６・・・補正手段。 第 図 第 図 第２図 第６　図 第７図 第 図 第３ 問

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、モータにおいてロータに連なる回転軸には、ボルト
   等を回す為のレンチ部材を連繋させ、上記モータにおけ
   るロータ回転用の磁束を発生する為のコイルには、コイ
   ルへの通電電流を制御するようにした通電制御回路を介
   して電源を接続しているナットランナにおいて、上記ロ
   ータが１周する過程での回転位置を検出する為の回転位
   置検出手段と、上記ロータの１周の過程におけるロータ
   の各回転位置での回転トルクの偏差を補正する補正デー
   タを記憶した記憶手段と、上記回転位置検出手段から回
   転位置の信号を受けて、上記記憶手段にあるその回転位
   置に対応した補正データを上記通電制御回路に与えるよ
   うにした補正手段とを備えていることを特徴とするナッ
   トランナ。 ２、補正手段は、回転位置検出手段からの回転位置の信
   号と、コイルへの通電電流値を示す信号とを受けて、記
   憶手段にある上記回転位置に対応した補正データを上記
   通電電流値に対応した割合で上記通電制御回路に与える
   ようにしてある請求項１記載のナットランナ。