JPH10193230A - 動力式ねじ締め機の締結制御方法及び回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ねじ締結時におけるオーバトルクの発生を最
少限に抑制することができる動力式ねじ締め機の締結制
御方法及びその制御回路の開発。 【解決手段】 ねじ締め機の回転数とトルクとの関係で
示されるねじ締結要求曲線に対して近似値であり、かつ
その曲線値よりも大きい値で示される特性であり、さら
に該特性は直流電動機が保有する最大能力特性線と負荷
が要求する最大能力特性線との間で垂下特性線を有して
いる直流電動機の出力特性を得ること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流電動機を駆動
源とするねじ締め機によるねじ締め作業時に生じるオー
バートルクを最小に制御するものであって、特に構造簡
単にして安価に構成することができる回路構成によって
オーバートルクの発生を抑制することができる電動式ね
じ締め機の締結制御方法及び回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば直流電動機を駆動源として内蔵す
る電動式トルクレンチは周知であり、これらの電動式ト
ルクレンチによるねじ締付作業時の締結速度（回転数）
特性及び締結トルク特性の概念は、図３及び図４で示す
如くである。

【０００３】つまり、ねじの締付開始に際して電動機に
給電を行なうと、電動機の回転は急速に上昇し、また締
付開始トルクは一時的に上昇する。その後ねじは着座す
るまでの間、零に近い低トルクでしかも作業効率を高め
るための高速度（Ｎｏ’）でねじ締めが継続される。そ
してねじが着座すると同時に締付トルクが急上昇し、ま
た締付速度が降下する。かくして、ねじが着座した後
は、電動機による回転は低速となるも、高トルクによ
り、ねじの締結が締結トルク値（Ｔｏ）でなされる。こ
の締結トルク値（Ｔｏ）を、機械的又は電気的（電気子
電流の上昇）により検出し、締結トルク値（Ｔｏ）が規
定値に達したとき、電動機へ給電を遮断して、電動機の
回転を停止させるが、この給電遮断時において、電動機
には、締付速度（Ｎｏ）が残存しているために、締結ね
じに対してその残存速度（Ｎｏ）によるオーバートルク
（Ｔｏ’）が発生することになる。

【０００４】すなわち、ねじの締付トルクが（Ｔｏ）の
とき、電動機の回転数が（Ｎｏ）であれば、電動機への
給電を遮断しても、電動機の回転エネルギ（慣性エネル
ギ）は、ねじ締結のエネルギとして用いられ、そのねじ
の締結トルクは（Ｔｏ’）まで上昇し、これがねじ締結
後の回転エネルギ（オーバートルク）として働く。また
このオーバートルクは、使用電動機の発生トルクの大小
又はねじの締結特性（Ｑの変化）によりバラツキが生じ
る等のことで、電動機による駆動力を使用するねじ締結
時においては、ねじの締結力（締結トルク）を一定とす
ることも困難であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このようなことから、
直流電動機を駆動源として使用するねじ締め機における
上記オーバートルクの抑制手段として、従来では、締結
トルク値（Ｔｏ）以後に発生する回転エネルギを締結系
以外へ自動的に放出することが考えられているが、上記
回転エネルギを締付系以外へ放出するには制御回路にお
けるスイッチ構造が複雑となり、さらにはエネルギ吸収
のための大型抵抗器等が必要となり、このために上記制
御回路を具備せしめた制御機構が大型化し、しかもコス
トが高くなる等のことで該制御機構をトルクレンチ等の
ねじ締結機内へ内蔵使用することが不可能であって、実
用性に欠けるものであった。

【０００６】本発明は、かかることに着目してなされた
もので、ねじ締結時におけるオーバトルクの発生を最少
限に抑制することができる動力式ねじ締め機の締結制御
方法の提供を第１の目的とする。

【０００７】また本発明では、ねじ締結時におけるオー
バートルクの発生を最少限に抑制することができと共
に、その制御を可能とする制御回路の構成を簡素化かつ
小型化することを可能とならしめて、上記制御回路の動
力式ねじ締め機への内蔵を可能ならしめる動力式ねじ締
め機の締結制御回路の提供を第２の目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、請求項１では電動式ねじ締め機内蔵の直流電
動機の出力特性が、ねじ締め機の回転数とトルクとの関
係で示されるねじ締結要求曲線に対して近似値であり、
かつその曲線値よりも大きい値で示される特性であり、
さらに該特性は直流電動機が保有する最大能力特性線と
負荷が要求する最大能力特性線との間で垂下特性線を有
している動力式ねじ締め機の締結制御方法であることを
特徴としている。

【０００９】また上記第２の目的を達成するために請求
項２では、ねじ締結用直流電動機を駆動するトランジス
タと、上記直流電動機によるねじの締結トルクが規定の
締結トルク値に達したときに到達信号を発生するトルク
検出器と、回転数とトルクとの関係で示される直流電動
機保有の最大能力特性線の所望位置から、負荷が要求す
る最大能力特性線に向けて垂下される垂下特性線の設定
器と、上記トルク検出器から出力される締結トルク到達
信号により、上記トランジスタへの電源供給を遮断する
スイッチを有している動力式ねじ締め機の締結制御回路
を特徴としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に本発明を図面に示す実施形
態に基いて詳細に説明する。

【００１１】先ず図１により、本実施形態の動力式ねじ
締め機及びその締結制御回路について説明する。

【００１２】１はねじ締めのために使用される磁石式の
直流電動機であって、この直流電動機１の駆動軸２は、
減速機３、及びトルク検出器４を介して出力軸５に連結
されている。そのトルク検出器４は、直流電動機１によ
るねじの締結トルクが規定（設定）の締結トルク値に達
したとき、例えばトグルリンク等による機械的動作を介
して到達信号を発生するものである。

【００１３】６は直流電動機の駆動電源となるバッテリ
ー、７は直流電動機１の駆動を制御するためのトランジ
スタ、８はそのトランジスタと直流電動機１との間に介
在されて、直流電動機の発生トルク値に相当する電気量
を検出するモータトルク検出器、９は転流ダイオードを
示す。

【００１４】１０は上記トランジスタ７のベースに接続
されるトランジスタドライブ回路、１１はトランジスタ
ドライブ回路の入力側に接続される増幅回路、１２は垂
下特性設定機、１３はトランジスタドライブ回路１０を
遮断するための遮断スイッチ、１４は制御回路電源を示
す。

【００１５】次に上記実施形態による作用について述べ
る。

【００１６】一般的に直流電動機によるねじ締め駆動時
のモータ駆動電圧をパラメータ（Ｖａ），（Ｖｂ），
（Ｖｃ）としたときの直流電動機の回転数とトルクとの
特性図は図２で示す如き比例特性で表わされる。この特
性図において、ねじの締結要求曲線（Ａ）は、比例特性
線（Ｖａ）及び比例特性線（Ｖｃ）の内側、つまり比例
特性線（Ｖａ）及び（Ｖｂ）が示す回転数値及びトルク
値よりも小さい値の範囲内で設定する。

【００１７】そこで本発明にあっては、上記比例特性線
（Ｖａ）を直流電動機が保有する最大能力特性線とし、
また比例特性線（Ｖｃ）を負荷が要求する最大能力特性
線とするとき、それらの比例特性線（Ｖａ）及び（Ｖ
ｃ）がねじの締結要求曲線（Ａ）に沿って近似値となる
制御電圧で、上記直流電動機１を駆動すれば、該直流電
動機１の給電遮断後に生じるオーバートルクを最少限と
することができるものである。

【００１８】従ってこの実施形態にあっては、図１の制
御回路において、比例特性線（Ｖａ）の締結要求曲線
（Ａ）に接近する位置から、直流電動機１の回転数を垂
下制御を行なうための垂下特性設定器１２を設けて、こ
の垂下特性設定器１２により直流電動機１の回転数を比
例特性線（Ｖｃ）における回転数まで垂下させる垂下特
性線（Ｖｄ）を設定してなる直流電動機の出力特性
（Ｓ）を得るものである。なお、このときの比例特性線
（Ｖｃ）は、負荷の増大と共に、電流（Ｉ₃ ）にまで達
するように選択される。

【００１９】そこで上記特性線（Ｖａ）−垂下特性線
（Ｖｄ）−比例特性線（Ｖｃ）からなる直流電動機１の
出力特性に基いて直流電動機を駆動制御して、ねじの締
付けを進行させ、その結果、所定の締結トルク値に達し
たことがトルク検出器４により検出されると、このトル
ク検出器４からの信号で遮断スイッチ１３が動作し、こ
れによりトランジスタドライブ回路１０及びトランジス
タ７の動作で直流電動機１への給電が遮断する。この直
流電動機１への給電遮断時の直流電動機の運転状況は、
（Ｐ₂ ）点で示すように、その回転数が（Ｎ₂ ）にまで
低下されており、またこのときのトルク値は（Ｔ₁ ）と
極く小さいものであるから、直流電動機への給電遮断後
におけるオーバートルク量を極く小さく抑制することが
できる。

【００２０】つまり従来においては、図２で示すように
直流電動機の出力特性を直流電動機が保有する最大能力
特性線（Ｖａ）に基いて駆動しているものであるため
に、直流電動機への給電遮断時（Ｐ₁ ）における直流電
動機の回転数は（Ｎ₁ ）と高速回転であるために、その
給電遮断後における回転エネルギ（オーバートルク）の
発生量が比較的大であるのに対し、本発明では、上記の
ようにオーバートルクの発生量を極めて小さくすること
ができる。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ねじ締め
機における直流電動機を、ねじの締結要求曲線（Ａ）の
特性と近似である出力特性（Ｓ）で駆動制御するもので
あるから、直流電動機の給電遮断後における回転エネル
ギ（オーバートルク量）を小さくすることができ、これ
によって締結ねじの締結トルクの均一化と精度を高める
ことができる。

【００２２】また本発明によれば、上記出力特性（Ｓ）
を得るための回路構成として、垂下特性設定器を増設す
るのみであるので、その回路の小型化、経済性が高めら
れ、特にその回路をねじ締め機内へ内蔵するに有利とな
り、実用性にも優れたものであるという作用効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態であるねじ締め機締結制御回
路図。

【図２】本発明の実施形態であるねじ締め機締結制御回
路による直流電動機の出力特性図。

【図３】ねじ締め機による締付速度と時間との関係を示
した特性図。

【図４】ねじ締め機による締付トルクと時間との関係を
示した特性図。

【符号の説明】

１…直流電動機 ２…駆動軸 ３…減速機 ４…トルク検出器 ５…出力軸 ６…バッテリー ７…トランジスタ ８…モータトルク
検出器 ９…転流ダイオード １０…トランジス
タドライブ回路 １１…増幅回路 １２…垂下特性設
定器 １３…遮断スイッチ １４…制御回路電
源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動式ねじ締め機内蔵の直流電動機の出
   力特性（Ｓ）が、ねじ締め機の回転数（Ｎ）とトルク
   （Ｔ）との関係で示されるねじ締結要求曲線（Ａ）に対
   して近似値であり、かつその曲線（Ａ）値よりも大きい
   値で示される特性であり、さらに該特性は直流電動機が
   保有する最大能力特性線（Ｖａ）と負荷が要求する最大
   能力特性線（Ｖｃ）との間で垂下特性線（Ｖｄ）を有し
   ていることを特徴とする動力式ねじ締め機の締結制御方
   法。
2. 【請求項２】 ねじ締結用直流電動機（１）を駆動する
   トランジスタ（７）と、上記直流電動機（１）によるね
   じの締結トルクが規定の締結トルク値に達したときに到
   達信号を発生するトルク検出器（４）と、回転数とトル
   クとの関係で示される直流電動機保有の最大能力特性線
   （Ｖａ）の所望位置から、負荷が要求する最大能力特性
   線（Ｖｃ）に向けて垂下される垂下特性線（Ｖｄ）の設
   定器（１２）と、上記トルク検出器（４）から出力され
   る締結トルク到達信号により、上記トランジスタ（７）
   への電源供給を遮断するスイッチ（１３）を有している
   ことを特徴とする動力式ねじ締め機の締結制御回路。