JPH08281567A - 正弦波駆動ナットランナ - Google Patents
正弦波駆動ナットランナInfo
- Publication number
- JPH08281567A JPH08281567A JP8892295A JP8892295A JPH08281567A JP H08281567 A JPH08281567 A JP H08281567A JP 8892295 A JP8892295 A JP 8892295A JP 8892295 A JP8892295 A JP 8892295A JP H08281567 A JPH08281567 A JP H08281567A
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- JP
- Japan
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- torque
- tightening
- sine wave
- servo motor
- nut runner
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- Pending
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- Details Of Spanners, Wrenches, And Screw Drivers And Accessories (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ねじを降伏点法で締め付ける際の締め付け精
度を向上させる。 【構成】 フィードバックされた検知信号を基に正弦波
駆動のサーボモータ（７）を回転制御し、ソケット
（２）に嵌合したねじを、角度あたりのトルク上昇率の
変化であるトルクレートを監視しながら所定の締め付け
力で締め付ける。
度を向上させる。 【構成】 フィードバックされた検知信号を基に正弦波
駆動のサーボモータ（７）を回転制御し、ソケット
（２）に嵌合したねじを、角度あたりのトルク上昇率の
変化であるトルクレートを監視しながら所定の締め付け
力で締め付ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ねじ、ボルト等の締結
部材を所定トルクで自動締め付けする際に用いられるナ
ットランナの改良に関する。
部材を所定トルクで自動締め付けする際に用いられるナ
ットランナの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車工業を始めとする各種組み立て工
程では、生産性の向上及び省力化による生産コストの低
減を主目的として自動ねじ締め付け機（ナットランナ）
が多用されている。このナットランナは、トルクセンサ
や角度センサ等からの検出信号に基づいてサーボモータ
をフィードバック制御することにより、ねじ等の締結部
材を自動的に締め付けて所定の締め付け力（軸力）を得
るものである。このナットランナにおける締め付け方法
には各種のものがあり、代表的なものを挙げれば、締め
付け力をトルクセンサで検出した締め付けトルクで管理
するトルク法、締め付け開始直後の低い締め付けトルク
（スナッグトルク）を検出し、その点からトルクと無関
係に一定角度だけ回転させるトルク−角度法等がある。
程では、生産性の向上及び省力化による生産コストの低
減を主目的として自動ねじ締め付け機（ナットランナ）
が多用されている。このナットランナは、トルクセンサ
や角度センサ等からの検出信号に基づいてサーボモータ
をフィードバック制御することにより、ねじ等の締結部
材を自動的に締め付けて所定の締め付け力（軸力）を得
るものである。このナットランナにおける締め付け方法
には各種のものがあり、代表的なものを挙げれば、締め
付け力をトルクセンサで検出した締め付けトルクで管理
するトルク法、締め付け開始直後の低い締め付けトルク
（スナッグトルク）を検出し、その点からトルクと無関
係に一定角度だけ回転させるトルク−角度法等がある。
【０００３】また、近年では、同寸法のねじでより大き
な締め付け力を得るべく、ねじをその材料降伏点を越え
た塑性域で締め付ける降伏点法（トルク勾配法）も使用
される傾向にある。以下、この降伏点法の原理を説明す
る。
な締め付け力を得るべく、ねじをその材料降伏点を越え
た塑性域で締め付ける降伏点法（トルク勾配法）も使用
される傾向にある。以下、この降伏点法の原理を説明す
る。
【０００４】一般に、ねじの締め付けにおいて、縦軸に
締め付けトルク、横軸に回転角度をとると、図５に示す
ように、トルク−回転角度曲線は、ねじ材料の荷重−延
び曲線と略一致する。すなわち、比例限度では直線的に
上昇し、その後、材料降伏点Ｙを境として次第に勾配が
緩やかになる。従って、予め設定したトルクTS（スナッ
グトルク）以降でトルク上昇曲線の勾配dT／dθ（トル
クレート）を検出してこれを逐次管理すると、トルクレ
ートは、締め付けが進行して材料降伏点Ｙをすぎるころ
から徐々に小さくなる（破線で示す）。以上の点から、
最大のトルクレート（普通は材料降伏点Ｙの直前で現わ
れる）からある割合だけトルクレートが下がった時点で
急激にブレーキをかけ、ナットランナを停止させれば、
ねじをその塑性域内で締め付けて大きな締め付け力を得
ることが可能となる。
締め付けトルク、横軸に回転角度をとると、図５に示す
ように、トルク−回転角度曲線は、ねじ材料の荷重−延
び曲線と略一致する。すなわち、比例限度では直線的に
上昇し、その後、材料降伏点Ｙを境として次第に勾配が
緩やかになる。従って、予め設定したトルクTS（スナッ
グトルク）以降でトルク上昇曲線の勾配dT／dθ（トル
クレート）を検出してこれを逐次管理すると、トルクレ
ートは、締め付けが進行して材料降伏点Ｙをすぎるころ
から徐々に小さくなる（破線で示す）。以上の点から、
最大のトルクレート（普通は材料降伏点Ｙの直前で現わ
れる）からある割合だけトルクレートが下がった時点で
急激にブレーキをかけ、ナットランナを停止させれば、
ねじをその塑性域内で締め付けて大きな締め付け力を得
ることが可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ナットラン
ナの駆動源であるサーボモータには、大きく分けて矩形
波により駆動されるものと正弦波により駆動されるもの
との二種類がある。ナットランナ用のサーボモータは、
通常の条件に比べて高回転域で使用されることが多く
（15000rpm程度）、そのような高回転域で正弦波駆動を
行なえば、制御が困難化してコスト的にも不利になるこ
とから、従来では、駆動源として矩形波駆動のサーボモ
ータを使用するのが一般的であった。
ナの駆動源であるサーボモータには、大きく分けて矩形
波により駆動されるものと正弦波により駆動されるもの
との二種類がある。ナットランナ用のサーボモータは、
通常の条件に比べて高回転域で使用されることが多く
（15000rpm程度）、そのような高回転域で正弦波駆動を
行なえば、制御が困難化してコスト的にも不利になるこ
とから、従来では、駆動源として矩形波駆動のサーボモ
ータを使用するのが一般的であった。
【０００６】しかし、矩形波駆動のサーボモータは正弦
波駆動のサーボモータに比べて回転ムラが大きく、軸ト
ルクのトルクリップルも大きいという欠点がある。その
ため、トルクセンサでの検出トルクも図６に示すように
リップル幅（ｔ）を有する波状となる。この場合には、
実トルクが目標トルクに達する以前に検出トルクが目標
トルクに達し、これによりサーボモータに停止命令がな
されるため、目標トルクと実トルクとの間の誤差（ａ）
や締め付け角度に誤差（ｂ）を生じやすい。そのため、
トルク法やトルク−角度法では、十分な締め付け精度を
得ることが困難であった。
波駆動のサーボモータに比べて回転ムラが大きく、軸ト
ルクのトルクリップルも大きいという欠点がある。その
ため、トルクセンサでの検出トルクも図６に示すように
リップル幅（ｔ）を有する波状となる。この場合には、
実トルクが目標トルクに達する以前に検出トルクが目標
トルクに達し、これによりサーボモータに停止命令がな
されるため、目標トルクと実トルクとの間の誤差（ａ）
や締め付け角度に誤差（ｂ）を生じやすい。そのため、
トルク法やトルク−角度法では、十分な締め付け精度を
得ることが困難であった。
【０００７】また、降伏点法でも、締め付けトルクや回
転角を管理することに変わりはないため、同様の理由か
ら締め付け精度の低下が予想される。特に降伏点法で
は、図７に示すように、トルク勾配の小さい塑性域Ｓで
のトルクレートが重視されるが、この領域では、検出ト
ルクと実トルクとの間に僅かな誤差があってもトルクレ
ートに大きな誤差が生じるため、締め付け精度が大きく
悪化する。従って、締め付けトルクの検出精度向上に対
する要請は、他の締め付け方法に比べて際立って大きい
といえる。
転角を管理することに変わりはないため、同様の理由か
ら締め付け精度の低下が予想される。特に降伏点法で
は、図７に示すように、トルク勾配の小さい塑性域Ｓで
のトルクレートが重視されるが、この領域では、検出ト
ルクと実トルクとの間に僅かな誤差があってもトルクレ
ートに大きな誤差が生じるため、締め付け精度が大きく
悪化する。従って、締め付けトルクの検出精度向上に対
する要請は、他の締め付け方法に比べて際立って大きい
といえる。
【０００８】そこで、本発明では、締め付けトルクのト
ルクリップルを少なくして締め付け精度を向上させるこ
とを目的とする。
ルクリップルを少なくして締め付け精度を向上させるこ
とを目的とする。
【０００９】また、本発明は、降伏点法で締め付ける際
の締め付け精度を向上させることも目的とする。
の締め付け精度を向上させることも目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、フィードバックされた検知信号を基に
駆動源を回転制御して締結部材を所定の締め付け力で締
め付けるものにおいて、駆動源を正弦波駆動のサーボモ
ータで構成した。
め、本発明では、フィードバックされた検知信号を基に
駆動源を回転制御して締結部材を所定の締め付け力で締
め付けるものにおいて、駆動源を正弦波駆動のサーボモ
ータで構成した。
【００１１】フィードバックされた検知信号を基に駆動
源を回転制御し、締結部材を、角度あたりのトルク上昇
率の変化であるトルクレートを監視して所定の締め付け
力で締め付けるものにおいて、駆動源を正弦波駆動のサ
ーボモータで構成した。
源を回転制御し、締結部材を、角度あたりのトルク上昇
率の変化であるトルクレートを監視して所定の締め付け
力で締め付けるものにおいて、駆動源を正弦波駆動のサ
ーボモータで構成した。
【００１２】また、フィードバックされた検知信号を基
に駆動源を回転制御して締結部材を所定の締め付け力で
締め付けるものであって、角度あたりのトルク上昇率の
変化であるトルクレートを監視し、トルクレートが材料
降伏点をすぎて最大トルクレートから所定の割合だけ低
下したところで締め付けを終了するものにおいて、駆動
源を正弦波駆動のサーボモータで構成した。
に駆動源を回転制御して締結部材を所定の締め付け力で
締め付けるものであって、角度あたりのトルク上昇率の
変化であるトルクレートを監視し、トルクレートが材料
降伏点をすぎて最大トルクレートから所定の割合だけ低
下したところで締め付けを終了するものにおいて、駆動
源を正弦波駆動のサーボモータで構成した。
【００１３】
【作用】正弦波駆動のサーボモータは、矩形波駆動のサ
ーボモータに比べて回転ムラが小さく、軸トルクのトル
クリップルも小さいという特徴を有する。従って、フィ
ードバックされた検知信号を基に駆動源を回転制御して
締結部材を所定の締め付け力で締め付けるに際し、検出
トルクと実トルクとを略一致させることができ、そのた
め、締め付け精度を向上させることができる。
ーボモータに比べて回転ムラが小さく、軸トルクのトル
クリップルも小さいという特徴を有する。従って、フィ
ードバックされた検知信号を基に駆動源を回転制御して
締結部材を所定の締め付け力で締め付けるに際し、検出
トルクと実トルクとを略一致させることができ、そのた
め、締め付け精度を向上させることができる。
【００１４】また、同様の理由から、検出トルクの誤差
による影響を受けやすい塑性域でのトルクレートを重視
する降伏点法においても、締め付け精度を各段に向上さ
せることができる。
による影響を受けやすい塑性域でのトルクレートを重視
する降伏点法においても、締め付け精度を各段に向上さ
せることができる。
【００１５】
【実施例】図１に示すように、ナットランナは、スピン
ドル（１）と、先端部にねじの頭部と嵌合するソケット
（２）を備えたソケットアッシー（３）とで構成され
る。スピンドル（１）は、トルクセンサ及び角度センサ
を内蔵する検出部（５）と、サーボモータ（７）（駆動
源）と、減速機（６）とからなる。検出部（５）は、ソ
ケットアッシー（３）の締め付けトルクや回転角度を逐
次検出し、これらの検出信号を制御部（８）に入力す
る。制御部（８）では、この検出信号に基づいて動作信
号を生成し、これをスピンドル（１）のサーボモータ
（７）に入力してスピンドル（１）をフィードバック制
御させる。
ドル（１）と、先端部にねじの頭部と嵌合するソケット
（２）を備えたソケットアッシー（３）とで構成され
る。スピンドル（１）は、トルクセンサ及び角度センサ
を内蔵する検出部（５）と、サーボモータ（７）（駆動
源）と、減速機（６）とからなる。検出部（５）は、ソ
ケットアッシー（３）の締め付けトルクや回転角度を逐
次検出し、これらの検出信号を制御部（８）に入力す
る。制御部（８）では、この検出信号に基づいて動作信
号を生成し、これをスピンドル（１）のサーボモータ
（７）に入力してスピンドル（１）をフィードバック制
御させる。
【００１６】本発明では、サーボモータ（７）として、
動作信号を従来のような矩形波ではなく、正弦波とした
正弦波駆動のサーボモータを使用する。この正弦波駆動
のサーボモータ（７）は、矩形波駆動のサーボモータに
比べて、その軸トルクの変動が少ないという特徴を有す
る。従って、上記ナットランナを使用して実際にねじの
締め付けを行なうと、トルク曲線は、図２に示すように
トルクリップル幅の小さい滑らかな曲線となる（但し、
この図面はトルク−時間曲線である）。従って、例えば
トルク法により締め付けを行なう場合でもトルクセンサ
の検出トルクと実トルクとを略一致させることができ、
高精度の締め付け精度を得ることが可能となる。また検
出トルクの精度向上と共に、検出角度の精度向上も達成
されるので、トルク−角度法を選択する場合でも、同様
に高い締め付け精度を確保することができる。
動作信号を従来のような矩形波ではなく、正弦波とした
正弦波駆動のサーボモータを使用する。この正弦波駆動
のサーボモータ（７）は、矩形波駆動のサーボモータに
比べて、その軸トルクの変動が少ないという特徴を有す
る。従って、上記ナットランナを使用して実際にねじの
締め付けを行なうと、トルク曲線は、図２に示すように
トルクリップル幅の小さい滑らかな曲線となる（但し、
この図面はトルク−時間曲線である）。従って、例えば
トルク法により締め付けを行なう場合でもトルクセンサ
の検出トルクと実トルクとを略一致させることができ、
高精度の締め付け精度を得ることが可能となる。また検
出トルクの精度向上と共に、検出角度の精度向上も達成
されるので、トルク−角度法を選択する場合でも、同様
に高い締め付け精度を確保することができる。
【００１７】なお、図３は、図２の測定を行なった際の
トルク−角度曲線の一部であり、図４は、矩形波駆動の
サーボモータを使用して図３と同条件で締め付けを行な
った場合の実測トルク−角度曲線の一部である。この図
４と図３を比較すれば、正弦波駆動とすることにより、
トルク曲線が安定化することが容易に理解できる。
トルク−角度曲線の一部であり、図４は、矩形波駆動の
サーボモータを使用して図３と同条件で締め付けを行な
った場合の実測トルク−角度曲線の一部である。この図
４と図３を比較すれば、正弦波駆動とすることにより、
トルク曲線が安定化することが容易に理解できる。
【００１８】さらに、本発明は、降伏点法による締め付
けを行なう場合に特に際立って顕著な効果を奏する。上
述したように、降伏点法では、トルク勾配の小さい塑性
域でのトルクレートが重視され、検出トルクの誤差が締
め付け精度に与える影響も他の締め付け方法に比べて極
めて大きいのであるが、正弦波駆動のサーボモータ
（７）を使用することにより、トルク曲線のリップル幅
を小さくして塑性域でのトルクレートを安定化させるの
で、高精度の締め付けを行なうことができる。
けを行なう場合に特に際立って顕著な効果を奏する。上
述したように、降伏点法では、トルク勾配の小さい塑性
域でのトルクレートが重視され、検出トルクの誤差が締
め付け精度に与える影響も他の締め付け方法に比べて極
めて大きいのであるが、正弦波駆動のサーボモータ
（７）を使用することにより、トルク曲線のリップル幅
を小さくして塑性域でのトルクレートを安定化させるの
で、高精度の締め付けを行なうことができる。
【００１９】なお、本発明は、上述した、トルク法、ト
ルク−角度法及び降伏点法に限らず、他のあらゆる締め
付け方法を採用する場合にも同様の効果を奏することが
可能である。
ルク−角度法及び降伏点法に限らず、他のあらゆる締め
付け方法を採用する場合にも同様の効果を奏することが
可能である。
【００２０】
【発明の効果】このように本発明によれば、締め付けト
ルクのリップル幅を小さくして検出トルクと実トルクと
を略一致させることができるので、いかなる締め付け方
法を採用する場合にも締結部材の締め付け精度を大きく
向上させることができる。
ルクのリップル幅を小さくして検出トルクと実トルクと
を略一致させることができるので、いかなる締め付け方
法を採用する場合にも締結部材の締め付け精度を大きく
向上させることができる。
【００２１】また、締め付け精度に問題のあった降伏点
法において、塑性域の締め付け精度を大きく改善するこ
とができ、強力な締め付け力が得られるという降伏点法
の特徴を活かしてその利用範囲の拡大に寄与することが
できる。
法において、塑性域の締め付け精度を大きく改善するこ
とができ、強力な締め付け力が得られるという降伏点法
の特徴を活かしてその利用範囲の拡大に寄与することが
できる。
【図１】本発明にかかるナットランナを示すブロック図
である。
である。
【図２】本発明にかかるナットランナの実測トルク−時
間曲線を示す図である。
間曲線を示す図である。
【図３】本発明にかかるナットランナの実測トルク−角
度曲線を示す図である。
度曲線を示す図である。
【図４】従来のナットランナの実測トルク−角度曲線を
示す図である。
示す図である。
【図５】降伏点法の原理を説明するトルク−角度曲線で
ある。
ある。
【図６】従来のナットランナにおけるトルク−角度曲線
を示す図である。
を示す図である。
【図７】従来のナットランナにおける材料降伏点近傍の
トルク−角度曲線を示す図である。
トルク−角度曲線を示す図である。
１ スピンドル ２ ソケット ３ ソケットアッシー ５ 検出部 ６ 減速機 ７ サーボモータ（駆動源）
Claims (3)
- 【請求項１】 フィードバックされた検知信号を基に駆
動源を回転制御して締結部材を所定の締め付け力で締め
付けるものにおいて、 駆動源を正弦波駆動のサーボモータで構成したことを特
徴とする正弦波駆動ナットランナ。 - 【請求項２】 フィードバックされた検知信号を基に駆
動源を回転制御し、締結部材を、角度あたりのトルク上
昇率の変化であるトルクレートを監視して所定の締め付
け力で締め付けるものにおいて、 駆動源を正弦波駆動のサーボモータで構成したことを特
徴とする正弦波駆動ナットランナ。 - 【請求項３】 フィードバックされた検知信号を基に駆
動源を回転制御して締結部材を所定の締め付け力で締め
付けるものであって、角度あたりのトルク上昇率の変化
であるトルクレートを監視し、トルクレートが材料降伏
点をすぎて最大トルクレートから所定の割合だけ低下し
たところで締め付けを終了するものにおいて、 駆動源を正弦波駆動のサーボモータで構成したことを特
徴とする正弦波駆動ナットランナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8892295A JPH08281567A (ja) | 1995-04-14 | 1995-04-14 | 正弦波駆動ナットランナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8892295A JPH08281567A (ja) | 1995-04-14 | 1995-04-14 | 正弦波駆動ナットランナ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08281567A true JPH08281567A (ja) | 1996-10-29 |
Family
ID=13956415
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8892295A Pending JPH08281567A (ja) | 1995-04-14 | 1995-04-14 | 正弦波駆動ナットランナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08281567A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010255710A (ja) * | 2009-04-23 | 2010-11-11 | Jfe Steel Corp | 油井管用特殊ねじ継手の締め付け方法 |
| JP2016528968A (ja) * | 2013-07-19 | 2016-09-23 | プロ−デツクス・インコーポレイテツド | トルク制限ドライバ |
| US11882991B2 (en) | 2018-08-20 | 2024-01-30 | Pro-Dex, Inc. | Torque-limiting devices, systems, and methods |
| US11890144B2 (en) | 2016-06-07 | 2024-02-06 | Pro-Dex, Inc. | Torque-limiting screwdriver devices, systems, and methods |
-
1995
- 1995-04-14 JP JP8892295A patent/JPH08281567A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010255710A (ja) * | 2009-04-23 | 2010-11-11 | Jfe Steel Corp | 油井管用特殊ねじ継手の締め付け方法 |
| JP2016528968A (ja) * | 2013-07-19 | 2016-09-23 | プロ−デツクス・インコーポレイテツド | トルク制限ドライバ |
| US11890144B2 (en) | 2016-06-07 | 2024-02-06 | Pro-Dex, Inc. | Torque-limiting screwdriver devices, systems, and methods |
| US11882991B2 (en) | 2018-08-20 | 2024-01-30 | Pro-Dex, Inc. | Torque-limiting devices, systems, and methods |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040819 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040924 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050628 |