JPH08112776A

JPH08112776A - 締付制御装置

Info

Publication number: JPH08112776A
Application number: JP27602994A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Sugizaki; 和彦杉▲崎▼
Original assignee: SUGISAKI KEIKI KK
Current assignee: SUGISAKI KEIKI KK
Priority date: 1994-10-14
Filing date: 1994-10-14
Publication date: 1996-05-07

Abstract

(57)【要約】【目的】ネジ部材を自動締着するときに、簡単な構成
で常に適切な位置で締着終了を行なう。【構成】電動ドライバによりネジに自動的に回転駆動
力を与え、このネジを被締着部材に自動締着するに際
し、ネジ部材に加わるトルクＴfを検出し、トルク検出
値が所定値Ｖstepずつアップする毎にパルスＳＰを発生
させる。パルスＳＰのパルス間隔に応じた電圧Ｖ₂を求
め、その最大値に対して所定数分の１の電圧Ｖ₃を設定
し、電圧Ｖ₂が設定電圧Ｖ₃を下回ったときに、電動ドラ
イバに停止信号を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ネジやナット等のネジ
部材を電動モータ等を用いて締めつけるときに、ネジ部
材を壊すことなく最適な締付位置で電動モータ等を停止
させる締付制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術】電動ドライバ等でネジを回転して被締着部
材にネジを締め付ける場合、締め付けすぎると、ネジ頭
のドライバ差込溝を壊してしまい、ネジを外すことがで
きなくなってしまう。また締め付けが弱すぎると、ネジ
が経年的に緩くなり、外れてしまうという問題がある。
そこで、電動ドライバ等でネジやナット等のネジ部材を
締め付けるとき、最適な締め付け位置になったことを検
出して電動ドライバ等を停止させる必要がある。

【０００３】ネジ部材を被締着部材に締め付けるとき、
ネジ部材に加わるトルクの時間変化を見ると、締め付け
るに従って、ネジ部材のネジ山が被締着部材のネジ山か
ら反力を受けて上昇する。この反力は、最初はネジ山同
士の弾性変形によるため急激に上昇し、その後、ネジ山
同士の変形は塑性域に入るため、トルク上昇は緩やかと
なる。つまり、トルク上昇曲線はＳ字カーブとなる。Ｊ
ＩＳ等では、ネジ等を締め付けたとき、Ｓ字カーブの最
大トルク勾配位置を過ぎてこの最大トルク勾配の１／２
〜１／３程度にトルク上昇程度が低下したとき、締め付
けを終了することを推奨している。このため従来は、ネ
ジ部材が所定角度回転する毎に、あるいは所定時間経過
する毎にネジ部材に加わるトルクを検出し、その所定時
間毎のトルク検出値を演算処理し、電動ドライバ等を停
止させる最適ポイントを求めている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術は、
演算処理が必要なために、ＣＰＵの様な高価な電子部品
が必要になるという問題がある。また、上述したＪＩＳ
の推奨する方法を容易に実現するものではないという問
題もある。

【０００５】

【発明の目的】本発明は、前述した従来技術に内在して
いる欠点に鑑み、これを好適に解決するべく提案された
ものであって、簡単な構成でしかもＪＩＳの推奨する方
法を実現する締付制御装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述した課題を克服し、
所期の目的を達成するため本発明は、駆動力付与手段に
よりネジ部材に自動的に回転駆動力を与え、該ネジ部材
を被締着部材に自動締着する締付制御装置において、ネ
ジ部材に加わるトルクを検出するトルク検出手段と、ト
ルク検出値が所定値ずつアップする毎にパルスを発生す
るパルス発生手段と、トルク検出値が高くなる毎に短く
なる各パルスのパルス時間間隔を監視し、パルス時間間
隔の最小値を検出する最小値検出手段と、該最小値の検
出以後に長くなるパルスの時間間隔が、前記最小値に対
し設定値倍になったとき前記駆動力付与手段に駆動停止
信号を与える停止手段とを備えたことを特徴とする。

【０００７】また、前記最小値検出手段は、前記パルス
に基づく信号を積分してパルス時間間隔に対応する電圧
値を発生させて、前記最小値に対応する第１電圧値を求
め、前記停止手段は、前記パルス時間間隔に対応して変
動する前記電圧値が、前記第１電圧値に対し設定値倍と
なる第２電圧値になったとき、前記駆動力付与手段に駆
動停止信号を与える構成とする。

【０００８】

【作用】従来は、横軸に時間あるいはネジ部材の回転角
度をとり、縦軸に検出トルクの大きさをとり、横軸の所
定間隔毎に縦軸のトルクの大きさを検出していたが、本
発明では、縦軸のトルクの大きさを監視し、トルク検出
値の大きさが所定値アップする毎にパルスを発生させ
る。このパルスを横軸にとった場合、トルク曲線におい
て最大トルク勾配を与える位置で発生されるパルス間の
時間間隔が一番短くなる。従ってパルス時間間隔最小値
を、最大トルク勾配とみなすことができる。それ以後は
パルス時間間隔は長くなるが、その長さがパルス時間間
隔最小値の設定倍になったとき、例えば２倍になったと
き、トルク勾配は１／２になったとみなせるので、最適
位置で駆動力付与手段に停止信号を与えることが可能と
なる。

【０００９】パルス間の時間間隔は、クロックを計数し
て直接求めることもできるが、好適には、パルス時間間
隔を電圧に変換し、この電圧値を監視して停止制御を行
なう構成とすると、回路構成や回路コストの低減を図る
ことができる。

【００１０】

【実施例】次に本発明に係る締付制御装置について、好
適な実施例を挙げて添付図面を参照しながら説明する。

【００１１】図１は、本発明の実施例に係る締付制御装
置の制御原理を示す説明図である。電動ドライバ等でネ
ジ部材を締め付け、締め付けが強くなるに従って、その
駆動軸が捻れる。従って、その捻れ量を検出すること
で、トルクの大きさを知ることができる。トルクの大き
さは、捻れ量の大きさに比例して発生される電圧ＶTと
して検出する。この様にして検出されるトルク曲線Ｔf
は、横軸に時間をとったとき、図１(ａ)に示すように、
Ｓ字カーブとなる。このＳ字カーブの最大勾配の１／２
〜１／３になったとき、電動ドライバを停止させるよう
に制御する。

【００１２】そこで、まずトルクの上昇を監視し、トル
ク検出値が所定値Ｖstep上昇する毎に、図１(ｂ)に示す
パルスを発生させる。トルク曲線Ｔfは、前述したよう
に、Ｓ字カーブとなるので、パルス間の時間間隔は最初
は長く、次第に短くなり、再び長くなる。トルク曲線Ｔ
fの勾配は、各パルス間の時間間隔とＶstepとの比で表
わされるが、Ｖstepは所定値であるため、パルス間の時
間間隔が最小となった位置が最大勾配つまり時間微分最
大となる。このため、時間間隔最小を与える時間間隔に
対し、パルス間の時間間隔が２倍になったとき勾配は１
／２倍となり、３倍になったとき勾配は１／３となる。
なお、以下に述べる実施例では、パルス間の時間間隔
を、電圧に変換(図１(ｃ))して停止制御を行なう。

【００１３】図２は、本発明の実施例に係る締付制御装
置の回路構成図である。コンパレータ４の一方の入力端
子には、トルク検出値Ｔf(ＶT)が入力される。またコン
パレータ４の他方の入力端子には、比較電圧Ｖrefが入
力される。この比較電圧Ｖrefは、トルク検出値ＶTが比
較電圧Ｖrefに達してコンパレータ４がパルスＳＰを出
力すると、次にＶref＝Ｖref＋Ｖstepに更新される。

【００１４】この更新を行なう構成が、比較電圧設定部
１、加算回路２および２段のサンプルホールド回路３
ａ,３ｂである。比較電圧設定部１では、前記の所定値
Ｖstepを可変設定し(この設定値を小さくするほど、高
精度の制御が可能となる。例えば、トルク最大値に対応
する電圧の１００分の１の電圧を所定値Ｖstepとするこ
とで、精度を１％とすることができる。)、加算回路２
の一方の入力端子に入れる。加算回路２の出力を２段の
サンプルホールド回路３ａ,３ｂに入れ、サンプルホー
ルド回路３ｂの出力を加算回路２の他方の入力端子に戻
すと共に、これをコンパレータ４に比較電圧Ｖrefとし
て与える。サンプルホールド回路３ａ,３ｂを２段にす
るのは、Ｖrefを加算回路２にフィードバックしたとき
の発振を防止するためであり、発振が他の手段で防止さ
れれば１段でも構わない。

【００１５】前記構成により、コンパレータ４からは、
図１(ｂ)に示すパルスＳＰが出力される。このパルスＳ
Ｐは、２段のモノマルチタイマ５ａ,５ｂに入力され
る。モノマルチタイマ５ａは、パルスＳＰの立ち上がり
時点でのみ立ち下がるサンプリングパルスＳＴ₁を作
り、モノマルチタイマ５ｂは、サンプリングパルスＳＴ
₁の立ち上がり時点でのみ立ち下がるサンプリングパル
スＳＴ₂を作る。前記のサンプリングホールド回路３ａ
は、このパルスＳＴ₁をサンプリングパルスとしてサン
プル動作を行ない、サンプリングホールド回路３ｂは、
パルスＳＴ₂をサンプリングパルスとしてサンプル動作
を行なう。

【００１６】前述したようにして発生させたパルスＳ
Ｐ、パルスＳＴ₁またはパルスＳＴ₂のパルス間の時間間
隔を監視することで最大勾配を知ることはできるが、本
実施例では、以下の構成により時間間隔に応じた電圧を
発生させ、電圧値に基づいて駆動力付与手段の停止制御
を行なう。

【００１７】図２に示す積分回路６は、オペアンプ６ａ
と帰還用コンデンサ６ｂとで構成される。オペアンプ６
ａの非反転入力端子(コンデンサ６ｂは反転入力端子に
接続される)にはプラスの所定電圧Ｖが印加されてお
り、該非反転入力端子にダイオードＤのアノードが接続
され、該ダイオードＤのカソードが、前記モノマルチタ
イマ５ｂのパルスＳＴ₂出力端子に接続される。

【００１８】この構成により、オペアンプ６ａの非反転
入力端子には、最大値が所定電圧ＶとなるパルスＳＴ₁
と相似形のパルス電圧が印加される。このため、オペア
ンプ６ａの出力端子からは、パルス信号ＳＴ₁が零にな
ったときに最大電圧Ｖに復帰し、それ以降は積分機能で
電圧が減少する作用を繰り返す図１(ｃ)に示す電圧曲線
Ｖ₁が出力される。この電圧Ｖ₁を、サンプルホールド回
路７が前記のサンプリングパルスＳＴ₁でサンプルホー
ルドすると、図１(ｄ)に示すように、電圧曲線Ｖ₁が立
ち下がった時点の電圧を保持したＶ₂曲線が得られる。

【００１９】電圧Ｖ₂は、次のピークホールド回路８に
より、最大値が保持される。制御電圧設定手段９は、こ
の最大値を例えば１／２倍に分圧した設定電圧Ｖ₃を発
生させる。そして制御回路１０は、この設定電圧Ｖ₃と
サンプルホールド回路７の出力電圧Ｖ₂とを比較し、電
圧Ｖ₂が設定電圧Ｖ₃を下回ったとき、停止信号を出力し
駆動力付与手段を停止させる。

【００２０】このように本実施例では、積分回路を用い
てトルク曲線の勾配に応じた電圧を発生させ、この電圧
に基づいて電動ドライバ等の停止信号を作成するため、
低コストな回路構成素子を用いて締付制御装置を構成で
きる。

【００２１】

【発明の効果】前述したように、本発明に係る締付制御
装置によれば、トルク曲線の勾配が最大勾配の所定数分
の１の勾配になったときに自動的に駆動力付与手段を停
止できるので、常に適切なトルクでネジ部材を自動締着
できるという効果がある。また、簡単な構成であるので
コストを低減し得る利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る締付制御装置の締め付け
原理を示す説明図である。

【図２】本発明の実施例に係る締付制御装置の回路構成
図である。

【符号の説明】

１比較電圧設定部２加算回路３ａ,３ｂサンプルホールド回路４コンパレータ５ａ,５ｂモノマルチタイマ６積分回路７サンプルホールド回路８ピークホールド回路９制御電圧設定手段１０制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動力付与手段によりネジ部材に自動的
に回転駆動力を与え、該ネジ部材を被締着部材に自動締
着する締付制御装置において、ネジ部材に加わるトルクを検出するトルク検出手段と、トルク検出値が所定値ずつアップする毎にパルスを発生
するパルス発生手段と、トルク検出値が高くなる毎に短くなる各パルスのパルス
時間間隔を監視し、パルス時間間隔の最小値を検出する
最小値検出手段と、該最小値の検出以後に長くなるパルスの時間間隔が、前
記最小値に対し設定値倍になったとき前記駆動力付与手
段に駆動停止信号を与える停止手段とを備えたことを特
徴とする締付制御装置。
【請求項２】前記最小値検出手段は、前記パルスに基
づく信号を積分してパルス時間間隔に対応する電圧値を
発生させて、前記最小値に対応する第１電圧値を求め、
前記停止手段は、前記パルス時間間隔に対応して変動す
る前記電圧値が、前記第１電圧値に対し設定値倍となる
第２電圧値になったとき、前記駆動力付与手段に駆動停
止信号を与える請求項１記載の締付制御装置。