JPH0230833B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、一般にナツトランナーと呼称される
ねじ締め装置によつて、ボルトやナツト等のねじ
部品を自動的に締め付けるときのねじ締め方法に
関するものである。

（従来の技術及びその問題点） 従来のねじ締め装置は、ねじ部品を保持するソ
ケツトの回転駆動源としてDCサーボモーターが
使用されている。このDCサーボモーターは、回
転速度の制御精度や応答性が優れている反面、構
造が比較的複雑で保守点検を必要とし、高価であ
り、又、ねじ部品が着座する迄の高速回転時には
殆どトルクが必要でないにも拘わらず消費電力が
大きく、ランニングコストが高くつくと云う欠点
があつた。

又、このようなねじ締め装置を使用する従来の
ねじ締め方法では、例えば特開昭59−88265号公
報に記載されているように、ねじ部品が着座する
迄は高速回転させ、所定の着座トルクに達した後
は減速させて所定の締付トルクに達する迄低速回
転駆動していた。このように高速回転のままでね
じ部品を着座させ、着座トルクを検出してから低
速に切り換えてねじ部品の本締めを行う従来方法
では、ねじ部品の着座後の機械的慣性による回転
角度が大きくなり、低速回転駆動による本締めに
利用出来る回転角度が少なくなる。しかも、ねじ
部品の着座後の機械的慣性による回転角度は一定
せず、大きくばらつくので、締め付けられるねじ
部品の着座ポイント（着座時のねじ部品の位相）
が不安定となる。

上記のように、ねじ部品の着座後の機械的慣性
による回転角度が大きくなると云うことは、低速
回転駆動による本締め開始時のトルクが着座トル
クよりも大幅に大きくなつていて、本締め開始
後、締付トルクに達するまでのトルク変化量が非
常に小さくなる可能性がある。従つて、締付トル
クに達したことだけを検出して本締めを終了させ
るように制御するトルク法に於いても、極短時間
の内の僅かなトルク変化を正確に捉える必要があ
るので、高精度の制御を行うことが困難である。

又、低速回転駆動による本締めに利用出来る回
転角度が少なくなり、しかも着座ポイントが安定
しないと云うことは、着座後の本締め時に於ける
ねじ部品（ソケツト）の回転角度によつて駆動系
を制御する角度法やトルク角度併用法による場合
には、本来の制御が出来なくなつたり、最終締付
トルクに大きなばらつきを伴うことになり、実用
上多大の支障を来すことになる。従つて従来は、
着座トルクを検出する迄の高速回転と云えども比
較的低速に抑えなければならず、締め付け完了迄
のサイクルタイムを十分に短縮することが出来な
かつた。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記のような従来の問題点を解決する
ために、ねじ締め用ソケツトを駆動するのにDC
サーボモーターではなく誘導電動機を使用し、こ
の誘導電動機の始動、変速、制動停止を行うイン
バーターと、当該インバーターを制御する制御手
段とを併用する。そして前記制御手段により前記
インバーターを制御するために、前記ソケツトの
トルクを検出するトルク検出器と、前記ソケツト
に装着されたねじ部品が着座したときの着座トル
クを設定しておくトルク設定器と、前記トルク検
出器の検出トルクと前記トルク設定器の設定着座
トルクとを比較して両者が一致したときに制御信
号を出力する比較器と、高速駆動時間と制動停止
時間とを設定しておくタイマーを使用する。

然して、前記設定高速駆動時間は、前記ソケツ
トが始動してから高速回転のままで前記ねじ部品
が着座する迄の所要時間よりも若干短く設定して
おき、これら各設定時間経過時に前記タイマーか
ら出力されるタイムアツプ信号と前記比較器から
の制御信号とに基づいて前記制御手段により前記
インバーターを制御することにより、前記ソケツ
トを始動させてから前記設定高速駆動時間を経過
する迄は前記ソケツトを高速回転させ、前記設定
高速駆動時間経過後は前記ソケツトを減速させ、
前記比較器から前記制御信号が出力されたときに
前記ソケツトを制動し、この制動後、前記設定制
動停止時間を経過した後に前記ソケツトを低速回
転させて前記ねじ部品の本締めを行わせ、本締め
後、前記ソケツトを制動停止させるように、前記
誘導電動機を駆動することを特徴とするねじ締め
方法を提案するものである。

（発明の作用） 上記の本発明ねじ締め方法は、高速回転のまま
でねじ部品を着座させ、着座トルクの検出に基づ
いて低速に切り換え、そのまま本締めを行う従来
方法とは根本的に異なり、タイマー管理により、
ねじ部品が着座する直前にソケツト（ねじ部品）
の回転速度を高速から低速に切り換えて低速回転
状態でねじ部品を着座させる。即ち、予め設定さ
れた高速駆動時間が経過したときに高速回転から
低速回転に切り換えるのであるが、この切り換え
時期がねじ部品の着座前となるように、当該高速
駆動時間は、高速回転のままでねじ部品が着座す
る迄の所要時間よりも若干短く設定しなければな
らない。具体的な方法としては、学習作業とし
て、取り扱うねじ部品を実際に前記高速で回転駆
動してねじ締めを行い、高速回転のままでねじ部
品が着座する迄に要する時間を計測し、この計測
時間より若干短い時間を前記高速駆動時間として
タイマーに設定すれば良い。

尚、前記トルク検出器の検出トルクが設定着座
トルクと一致したときに前記比較器から制御信号
が出力されるので、この制御信号の出力されたこ
とを以てねじ部品の着座時期を知り得る。従つ
て、ソケツト回転駆動開始時点からの自動計時を
前記制御信号の出力時に停止させる方法により、
前記着座迄の所要時間を知ることが出来る。勿
論、取り扱うねじ部品のねじ条件と高速回転駆動
時の速度とから着座迄の所要時間を演算し、この
演算結果に基づいて前記高速駆動時間を設定する
ことも可能である。

上記のように着座前に高速回転から低速回転に
切り換えるのであるが、次にトルク管理により、
ねじ部品の着座を検出してソケツト（ねじ部品）
を一旦制動停止させるのであるから、ソケツト
（ねじ部品）の始動開始時から着座直前までの、
ねじ締め行程の大部分を占める領域でのソケツト
回転速度を十分に高めながら、ねじ部品着座時の
機械的慣性を十分に小さくし、尚且つ制動停止に
より、ねじ部品の着座ポイントを安定させると共
に、本締め開始時のトルクが設定着座トルクより
も実質的に上回るのを防止することが出来るの
で、本締めの間のトルク変化量と本締めのために
残された締め代（角度）とを大きくし得ると共
に、これらのバラツキは少なくすることが出来
る。

尚、タイマーに於いて設定された制動停止時間
は、ねじ部品の着座時から本締め開始迄の間にね
じ部品（ソケツト）を一旦停止させるために必要
な時間であるが、全体のサイクルタイムを退縮す
るために出来る限り短く設定するのが望ましい。

上記のようにしてねじ部品を着座させ、着座後
一旦制動停止させたのち、低速回転による本締め
を行わせるのであるが、この本締めは、従来周知
のトルク法、角度法、トルク角度併用法等に従つ
て行い、設定された締付トルクに達したとき、或
いは設定された角度の回転が完了したときに、制
動停止させて本締めを終了させれば良い。

（実施例） 以下に本発明の一実施例を添付の例示図に基づ
いて説明する。

第１図に於いて、装置本体１は、ねじ部品を保
持して回転駆動するソケツト４を減速機３を介し
て駆動する三相誘導式の電動機２と、ソケツト４
に作用するトルクを検出するトルク検出器５とを
備えており、トルク検出器５は、電動機２及び減
速機３のケーシングと一体的に固定され、その端
面５ａを所要のフレーム等に取り付けて使用する
ようになつている。

前記電動機２は、インバーター６によつて始
動、変速、回転方向切り換え、及び制動されるも
のであつて、制動時には、電動機２を発電機とし
て発電電力を消費させて制動する回生ブレーキ、
電動機２の固定子に直流電流を流して制動するダ
イナミツクブレーキ、及び逆転方向の位相の電力
を供給して制動する逆相ブレーキ等を選択的にか
けることが出来る。第２図は、インバーター６に
よつて制御される電動機２の回転数に対する電流
及びトルクの変化を示すグラフである。

制御装置７は、前記トルク検出器５からの検出
トルク信号を受けると共に、インバーター６を制
御するものであつて、トルク検出器５からの検出
トルク信号を増幅する増幅器８、比較器９，１
０、着座トルク設定器１１、締付トルク設定器１
２、タイマー２０、及び制御手段１３から構成さ
れており、前記増幅器８で増幅された検出トルク
（信号）は前記比較器９，１０に入力され、比較
器９に於いては、着座トルク設定器１１に於いて
設定された着座トルク（信号レベル）TQ１と比
較され、比較器１０に於いては、締付トルク設定
器１２に於いて設定された締付トルク（信号レベ
ル）TQ２と比較される。然して検出トルクが前
記着座トルクTQ１や締付トルクTQ２と等しく
なつたとき又は大きくなつたとき、各比較器９，
１０は制御手段１３に制御信号を出力する。

制御手段１３はマイクロコンピユーター等によ
つて構成されるもので、各比較器９，１０の出力
信号及び前記タイマー２０からのタイムアツプ信
号をもとに、インバーター６に対して回転方向、
回転速度、及びブレーキの種類とその制動タイミ
ング等に関する指令を、採用するねじ締め方法
（トルク法、角度法、トルク角度併用法等）に基
づいて予め設定されたプログラムに従つて与える
ことが出来る。

前記タイマー２０は、構成を理解し易くするた
めに独立した機器として図示したが、前記制御手
段１３を構成するマイクロコンピユーター等が具
備しているタイマー機能を利用するのが一般的で
ある。然してこのタイマー２０には、本発明方法
に於いて使用する高速駆動時間Ｔ１と制動停止時
間Ｔ２の他、この実施例での制御に利用される時
間Ｔ３，Ｔ４が設定され、制御手段１３からの計
時開始指令に基づいて計時を開始し、各々の設定
時間が経過したときにタイムアツプ信号を制御手
段１３に対して出力するものである。

前記タイマー２０に於いて設定される高速駆動
時間Ｔ１は、先に詳述したように、ねじ部品をセ
ツトした前記ソケツト４を高速回転させて通常の
ねじ締めを行つたとき、前記ソケツト４が始動し
てから高速回転のままで前記ねじ部品が着座する
迄の所要時間よりも若干短く設定される。このよ
うにして設定された高速駆動時間Ｔ１を含む各設
定時間Ｔ１〜Ｔ４の経過時に前記タイマー２０か
ら出力されるタイムアツプ信号と前記比較器９，
１０からの制御信号とに基づいて前記制御手段１
３が前記インバーター６を介して電動機２を制御
し、第３図に示す通りの本発明ねじ締め方法が実
施される。

第３図の上のグラフはソケツト４に作用するト
ルクの変化を表し、下のグラフは電動機２（ソケ
ツト４）の回転速度の変化を表している。同図に
示すように先ず電動機２を低速度ｎ１で始動し、
一定時間経過後に高速度ｎ２に増速し、回転開始
後、前記高速駆動時間Ｔ１が経過したときに、タ
イマー２０から出力されるタイムアツプ信号に従
つて中速度ｎ３まで減速する。前記高速駆動時間
Ｔ１は、ねじ部品が着座する1/2〜１回転手前で
タイムアツプとなるように設定するのが望まし
い。そしてトルク検出器５の検出トルク値が着座
トルク設定器１１で設定された着座トルクTQ１
に達したときに、比較器９から出力される制御信
号に従つて電動機２を制動停止させる。

次に、予め設定された極短い制動停止時間Ｔ２
が経過したときに、タイマー２０から出力される
タイムアツプ信号に従つて本締めを開始し、前記
低速度ｎ１よりも更に低速の低速度ｎ４で電動機
２を回転駆動してねじ部品の本締めを行う。この
間、検出トルク値は略直線的に増大し、やがて締
付トルク設定器１２で設定された締付トルクTQ
２に達するので、このとき比較器１０から出力さ
れる制御信号に従つて電動機２を制動停止させ
る。

上記の本締め制御方法は所謂トルク法に基づく
ものであるが、角度法による場合は、従来周知の
ようにソケツト４の角度検出器と角度設定器とが
併用され、低速度ｎ４による本締め開始時以降の
ソケツト４の回転角度が設定角度となつたときに
電動機２が制動停止せしめられる。

尚、この実施例では、第１図に示すように、本
締め終了時の最大検出トルク値をピークホールド
部１４に於いて保持し、その値が、予め設定器１
７，１８に於いて設定された締付トルクの下限値
TQ３と上限値TQ４との間にあるか否かを比較
器１５，１６に於いて検出し、最大検出トルク値
が下限値TQ３と上限値TQ４との間にあれば正
常、なければNG信号を出力させると共に、必要
に応じて表示器１９により表示させることが出来
る。又、前記の角度法による場合は、本締め角度
許容範囲を設定しておく設定器を併用し、前記角
度検出器が検出する本締め終了時の角度が許容範
囲内であるか否かをチエツクさせて、必要な信号
を出力させたり表示させることが出来る。

更にこの実施例では、本締め終了時の電動機２
の制動停止後、予め設定された極短い設定時間Ｔ
３が経過すれば、前記低速度ｎ４よりも更に低速
の極低速度ｎ５により電動機２を設定時間Ｔ４だ
け逆回転駆動し、ねじ部品とソケツト４との係合
を解いてねじ部品からソケツト４を離脱させ易い
状態とすることが出来る。このときの逆転トルク
は締付トルクTQ２よりもはるかに小さく、又、
回転速度も極低速であるから、一旦締め付けられ
たねじ部品が弛む恐れはない。

（発明の効果） 以上のように本発明のねじ締め方法によれば、
ねじ締め用ソケツトをインバーター制御される誘
導電動機によつて駆動するのであるから、DCサ
ーボモーターを駆動源に使用する従来方法より
も、使用するねじ締め装置の構造が簡単で保守も
容易となり、安価に実施することが出来る。

しかも、ソケツト（ねじ部品）の始動開始時か
ら着座直前までの、ねじ締め行程の大部分を占め
る領域でのソケツト回転速度を十分に高めて、締
付完了迄のサイクルタイムを十分に短縮させなが
ら、着座ポイントを安定させ、本締めの間のトル
ク変化量と本締めのために残された締め代（角
度）とを大きくし得ると共に、これらのバラツキ
は少なくすることが出来る。

従つて、着座後に行う本締めの制御が容易であ
り、最終締付トルクのバラツキの少ない高精度の
ねじ締めが容易に行える。特に、トルク法に基づ
いて本締めを行う場合、本締めの間のトルク変化
を管理する時間が長くなり、しかもその間のトル
ク変化量も大きいので、トルク変化に基づく制御
が容易であり、高精度のねじ締めが容易に行える
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図はねじ締め装置を説明するブロツク線
図、第２図は誘導電動機の特性を説明するグラ
フ、第３図は本発明方法を説明するグラフであ
る。 ２……誘導電動機、３……減速機、４……ねじ
締め用ソケツト、５……トルク検出器、６……イ
ンバーター、７……制御装置、９，１０……比較
器、１１……着座トルク設定器、１２……締付ト
ルク設定器、１３……制御手段、２０……タイマ
ー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ねじ締め用ソケツトを駆動する誘導電動機
   と、前記ソケツトのトルクを検出するトルク検出
   器と、前記誘導電動機の始動、変速、制動停止を
   行うインバーターと、当該インバーターを制御す
   る制御手段と、前記ソケツトに装着されたねじ部
   品が着座したときの着座トルクを設定しておくト
   ルク設定器と、前記トルク検出器の検出トルクと
   前記トルク設定器の設定着座トルクとを比較して
   両者が一致したときに制御信号を出力する比較器
   と、高速駆動時間と制動停止時間とを設定してお
   くタイマーとを使用し、前記設定高速駆動時間
   は、前記ソケツトが始動してから高速回転のまま
   で前記ねじ部品が着座する迄の所要時間よりも若
   干短く設定し、これら各設定時間経過時に前記タ
   イマーから出力されるタイムアツプ信号と前記比
   較器からの制御信号とに基づいて前記制御手段に
   より前記インバーターを制御することにより、前
   記ソケツトを始動させてから前記設定高速駆動時
   間を経過する迄は前記ソケツトを高速回転させ、
   前記設定高速駆動時間経過後は前記ソケツトを減
   速させ、前記比較器から前記制御信号が出力され
   たときに前記ソケツトを制動し、この制動後、前
   記設定制動停止時間を経過した後に前記ソケツト
   を低速回転させて前記ねじ部品の本締めを行わ
   せ、本締め後、前記ソケツトを制動停止させるよ
   うに、前記誘導電動機を駆動することを特徴とす
   るねじ締め方法。