JPH11156740A - ボルト締結機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 イナーシャの影響下でも所望のボルトの締結
を高精度に行う締結機１を提供する。 【解決手段】 マイコン１４からのモータ１５を駆動す
るための出力は、Ｉ／Ｆ回路１６を介してパワー部１７
に出力され、パワー部１７は、Ｉ／Ｆ回路１６からの予
め設定されるモータ回転数に対応した位相角でモータ１
５を回転駆動し、パワー部１７とモータ１５間に設けら
れたモータ電流検出回路１９でモータ電流を検出するこ
とにより、モータ１５の負荷の大きさ、即ち、トルクを
検出でき、モータ１５には回転数検出部２０が設けら
れ、検出された回転数データはマイコン１４に入力さ
れ、マイコン１４のメモリ２１にはトルクモード位相角
データテーブルと変換テーブルとが設定され、マイコン
１４は各データテーブルを用いて、新規設定トルク値や
回転角度が小さいと、モータ１５に印加される駆動電圧
を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボルト締結機に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ボルト締め作業を行う際に、従来から、
電動のボルト締結機（以下、締結機）が用いられてい
る。この締結機では、一定の駆動電圧が印加される内蔵
されたモータがギア等を用いた変速機構を介して、ボル
トの頭部に適合した形状の締結具を回転駆動している。
また、ボルトを締結する際に、過度に大きな締結トルク
を与えるとボルトやナット等のネジ山が潰れて、ボルト
やナットによって締結される複数の部材間の適正な締結
圧力が得られない等の不具合を生じることになる。ま
た、過少な締結トルクであれば、ボルトが充分に締結さ
れず、使用中にボルトが緩む等の不具合を生じる。この
ため、従来から、適切な締結状態を得るために、締結機
において、ボルトを締結する際に、所望のトルク値と回
転角度のデータを設定できる技術が用いられている。こ
の従来技術では、ボルトを予め設定したトルク値となる
まで締結（以下、トルク締めと記す）した後、続いて予
め設定した回転角度だけ締結（以下、角度締めと記す）
するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の締結
機において、前記角度締めに要する回転角度が小さい場
合、所定の回転角度の締結が終了してモータが停止する
状態になっても、モータの回転子の慣性力（以下、イナ
ーシャ）により、モータが直ちには停止せず、ボルトを
前記所定の回転角度を超えて締結してしまうという問題
点がある。また、イナーシャは、締結機の使用状態によ
って変化するので、角度締めの際の締付角度がばらつく
という問題点がある。このとき、図３（２）に示される
ように、回転角度が小さいほど前記イナーシャの影響が
大きい。

【０００４】本発明は、上記問題点を解決しようとして
成されたものであり、その目的は、イナーシャの影響下
においても、所望の程度のボルトの締結を高精度に行う
ことができる使用性が向上されたボルト締結機を提供す
ることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のボルト締結機に
おいて、ボルトを保持して締結する締結具を、位相制御
された駆動電圧が印加されたモータで回転駆動する場
合、使用者は、ボルト締結に必要なトルク値と回転角度
とをボルト締結機に予め設定する。ボルトを、前記トル
ク値まで締結した後、前記予め設定された回転角度に基
づいて、回転角度テーブルから対応する角度モード位相
データテーブルを選択し、次に予め設定されたトルク値
に基づいて、角度モード位相データテーブルから、対応
する位相データを読み出して、モータを回転駆動する。

【０００６】このとき、前記位相データテーブルは、前
記複数の回転角度にそれぞれ対応して設けられ、各位相
データテーブルの位相データは、前記予め設定されるト
ルク値と回転角度とに対応して、前記回転角度での締結
が終了したタイミングで、モータの回転が速やかに停止
される態様に定められている。

【０００７】従って、任意のトルク値と回転角度とを予
め設定した場合でも、ボルトは前記所定のトルク値にな
るまで締結された後、所定の回転角度で締結され、しか
も、この回転角度での締結が終了した時点でモータは速
やかに停止される。これにより、前記所定の回転角度に
よる締結に要する回転角度が小さい場合でも、モータが
慣性力によってボルトを所定の前記回転角度を超えて締
結してしまうという事態が防止される。これにより、所
望の程度のボルトの締結を高精度に行うことができる。

【０００８】また、本発明において、ボルト締結機は、
前記ボルトが前記回転角度で締結される前段に締結され
る程度を規定する前記トルク値の設定可能な複数のトル
ク値範囲と、各トルク値範囲にそれぞれ対応して、該ト
ルク値範囲が増大するに従い、該モータへ印加される駆
動電圧が漸増する態様に定められる該駆動電圧の位相制
御用の複数の位相データが記憶されている複数の角度モ
ード位相データテーブルとを備える場合がある。

【０００９】この場合、ボルトを締結する設定トルクに
対応してモータに印加される駆動電圧が漸増するように
調整されるので、設定トルク値が小さい場合、ボルトを
所定のトルク値まで締結した時点で、モータの前述した
慣性力でボルトを締結する実際のトルクが前記所定のト
ルク値を超える事態が防止される。従って、この場合で
は、前記請求項１に関して説明した作用効果に加え、ボ
ルトを所定のトルク値まで締結する段階においても、所
望の程度のボルトの締結を高精度に行うことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明を実施例について以下に説
明する。

【００１１】図１〜図６に本発明の一実施例を示す。図
１は本実施例の締結機１の電気的構成を示すブロック図
であり、図２は本実施例の締結機１の斜視図であり、図
３は本実施例及び従来技術の締結機の動作を説明する図
であり、図４は締結機１のメモリの記憶内容を説明する
ブロック図であり、図５は締結機１のメモリの他の記憶
内容を説明するブロック図であり、図６は本実施例の動
作を説明するフローチャートである。

【００１２】以下、図２を参照して、締結機１の構成に
付いて説明する。締結機１は、略円筒状の外形の本体２
と、本体２の一端部に装着された締結具３と、本体２の
他端部に一体に形成されている握り部４とを備えてい
る。本体２の内部には、ユニバーサルモータなどのモー
タと速度変換機構（共に図示せず）とが内蔵されてい
る。握り部４は作業者が手で把持できるように形成さ
れ、把持状態で指が位置する箇所に引き金状の電源スイ
ッチ５が配置されている。電源スイッチ５の近傍には、
引き金状の電源スイッチ５を引いた状態を固定するロッ
クスイッチ６が設けられている。本体２の握り部４付近
には、前記モータの回転、従って締結具３の回転を所定
の正回転と逆回転との間で切り換える切換スイッチ７が
配置されている。また、本体２の頂部には、ボルト締結
の際の最大トルク値や最大回転角等の締結条件値を入力
するための入力スイッチ９が設けられている。前記握り
部４の先端には電源コード１０が連結されている。

【００１３】以下、図１を参照して、締結機１の電気的
構成について説明する。締結機１は、商用交流電源１２
に前記電源コード１０を介して接続される制御電源部１
３を介して駆動電圧が供給されるマイクロコンピュータ
（以下、マイコン）１４を備える。マイコン１４からの
モータ１５を駆動するための出力は、インターフェイス
回路（以下、Ｉ／Ｆ回路）１６を介してパワー部１７に
出力される。

【００１４】パワー部１７は、例としてトライアック等
を備え、Ｉ／Ｆ回路１６からの例として予め設定される
モータ回転数に対応した位相角でモータ１５に印加す
る。パワー部１７の前記オン／オフ動作によってモータ
１５は所定の回転速度で回転駆動される。

【００１５】パワー部１７とモータ１５間には、例とし
て変流器等のモータ電流検出回路１９が設けられ、モー
タ１５に流れる電流を検出し、検出された電流値はマイ
コン１４に出力される。モータ電流検出回路１９でモー
タ電流を検出することにより、モータ１５の負荷の大き
さ、即ち、モータ１５のトルクを検出することができ
る。また、モータ１５の回転軸（図示せず）には、例と
してパルスジェネレータ等、モータ１５の回転角度を検
出する回転角度検出部２０が設けられ、検出された回転
角度データはマイコン１４に入力される。また、マイコ
ン１４にはメモリ２１が設けられ、後述するような複数
種類のデータテーブルが記憶される。

【００１６】以下、図１〜図３を参照して、本実施例の
締結機１の動作の概略について説明する。本実施例の締
結機１は、ボルトを締結するに際して、締結機１に入力
スイッチ９を用いて、所望のトルク値と回転角度とを入
力する。締結機１は、ボルト締結時に、まず設定トルク
値となるまで締結され、次に設定回転角度でボルトを締
結する。即ち、最初にトルク締めを行い次に角度締めを
行うものである。本実施例の締結機１は、図３（１）に
示されるように、例として、設定トルク値の大小の別、
及び設定回転角度の大小の別の４種類の組合せに対応し
て、設定角度が小さい場合で設定トルク値が小さい場合
と大きい場合、更に、設定角度が大きい場合で設定トル
ク値が小さい場合と大きい場合に順に対応して、モータ
１５へ印加される駆動電圧Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおいて、 Ｄ＞Ｂ，Ｃ＞Ａ ・・・（１） の関係が成立するようにするものである。ここで、駆動
電圧Ｂ，Ｃの大小関係は、設定トルク値及び回転角度の
実際の設定値の大小関係に依存する。

【００１７】締結機１において、モータ１５に印加され
る駆動電圧を上記のように制御することにより、詳しく
は後述するように、設定トルク値や回転角度が比較的小
さい場合でも、ボルトを設定トルク値や回転角度に対し
て過大な程度に締結する事態を防止するものである。以
下の詳細な説明では、前記設定トルク値や回転角度に関
しては、前記概念を説明した値の大小の２値の区分では
なく、更に詳細な区分を行う場合について説明する。

【００１８】以下、図４及び図５を参照して、締結機１
のメモリ２１の内容について説明する。メモリ２１に
は、図４に示されるトルクモード位相角データテーブル
２２と、図５に示される変換テーブル２３とが設定され
ている。図４のトルクモード位相角データテーブル２２
は、締結機１に設定可能な前記トルク値の範囲を複数の
トルク値部分範囲２４に区分して書き込まれているトル
ク値領域２５と、各トルク値部分範囲２４にそれぞれ対
応して設けられ、各トルク値部分範囲２４のトルク値範
囲に対応して、モータ印加電圧欄に示されるように、設
定トルク値が次第に大きくなるに従いモータ印加電圧が
増大する設定態様で決定されたトルクモード位相角デー
タθ１，θ２，・・，θ１０がそれぞれ書き込まれてい
るトルクモード位相角データ領域２６とを備えている。
モータ印加電圧の欄は、このトルクモード位相角データ
テーブル２２の説明のために設けた欄であり、実際のテ
ーブルには設けられないものである。

【００１９】一方、図５に示される変換テーブル２３
は、締結機１に設定可能な前記回転角度の範囲を、例と
して、０゜〜１０゜、１１゜〜２０゜、・・・、１６１
゜〜１７０゜および１７１゜〜１８０゜の１８個等の複
数の角度部分範囲２７に区分してそれぞれ上記範囲の回
転角度が予め書き込まれている回転角度テーブル２８を
備えている。更に、変換テーブル２３は、回転角度テー
ブル２８の複数の角度部分範囲２７にそれぞれ対応付け
られて設けられている複数の角度モード位相角データテ
ーブル２９−１，２９−２，・・・，２９−１８（総称
する場合は符号２９で示す）を備えている。

【００２０】各角度モード位相角データテーブル２９
は、締結機１に設定可能な前記トルク値の範囲が複数の
トルク値部分範囲３０に区分して書き込まれているトル
ク値領域３１と、各トルク値部分範囲３０にそれぞれ対
応して設けられ、各トルク値部分範囲３０のトルク値範
囲に対応して、設定トルク値が次第に大きくなるに従い
モータ印加電圧が漸減する前述したような設定態様で決
定された角度モード位相角データθ１−１，θ１−２，
・・・，θ１８−１０がそれぞれ書き込まれている角度
モード位相角データ領域３２とを備えている。各角度モ
ード位相角データテーブル２９の角度モード位相角デー
タは、対応する前記角度部分範囲２７に設定された回転
角度の範囲の程度に対応して、前述したような設定態様
で決定されるそれぞれ個別に設定された値である。

【００２１】以下、図６を併せて参照して、本実施例の
締結機１の動作について説明する。図６のフローチャー
トは、締結機１の電源スイッチ５をオンに切り替えてか
らであり、その前段に利用者は前記入力スイッチ９を用
いて、前述したようなボルト締結に必要なトルク値及び
回転角度を新規に設定する。設定された入力トルク値及
び入力回転角度は、締結機１のメモリ２１に書き込まれ
る。

【００２２】電源スイッチ１５がオンに切り替えられる
と、図６の処理が開始される。ステップａ１において、
マイコン１４は前記新規設定の回転角度をメモり２１か
ら読み出し、ステップａ２において前記新規設定のトル
ク値をメモり２１から読み出す。ステップａ３におい
て、マイコン１４は、前記トルクモード位相角データテ
ーブル２２と角度モード位相角データテーブル２９とを
参照し、必要な位相角データを読み出す。トルクモード
位相角データテーブル２２において、マイコン１４は、
前記読み出された新規設定トルク値が属するトルク値部
分範囲２４を決定し、決定されたトルク値部分範囲２４
に対応するトルクモード位相角データを位相角データ領
域２６から読み出す。一方、マイコン１４は、変換テー
ブル２３における角度モード位相角データテーブル２９
において、前記読み出された新規設定回転角度が属する
角度部分範囲２７を決定し、決定された角度部分範囲２
７に対応する角度モード位相角データテーブル２９を決
定する。決定された角度モード位相角データテーブル２
９において、マイコン１４は、前記読み出された新規設
定トルク値が属するトルク値部分範囲３０を決定し、決
定されたトルク値部分範囲３０に対応する角度モード位
相角データ領域３２を決定し、決定された角度モード位
相角データ領域３２から角度モード位相角データを読み
出す。

【００２３】ステップａ４において、マイコン１４は前
記トルクモード位相角データと角度モード位相角データ
とをメモリ２１に記憶する。ステップａ５において、マ
イコン１４は、前記トルクモード位相角データに基づい
て、前記パワー部１７でモータ１５にトルクモード位相
角で位相制御された駆動電圧を供給し、ボルト（図示せ
ず）の締結を進行させ、ステップａ６でモータ１５の回
転トルクが前記新規設定トルク値となったことが判断さ
せるまで、この締結動作を継続する。

【００２４】ステップａ６の判断が肯定になると、マイ
コン１４はステップａ７において、前記読み出された角
度モード位相角データでモータ１５を回転駆動し、ステ
ップａ８の判断が肯定になるまでボルトの締結を継続す
る。ステップａ８の判断が肯定になると、マイコン１４
はモータ１５を停止させ、締結動作は終了する。

【００２５】このような、本実施例の締結機１におい
て、トルクモード位相角データは、前述したように新規
設定トルク値が大きいほど、モータ１５に印加される駆
動電圧が大きくなる態様に定められ、角度モード位相角
データは、前述したように新規設定トルク値が小さいほ
ど、また、新規設定回転角度が小さいほど、モータ１５
に印加される駆動電圧が小さくなる態様に定められてい
る。従って、前記モータ１５の停止時において、モータ
１５の回転子（図示せず）等の慣性力のイナーシャが作
用しても、直ちにモータ１５を停止することが可能にな
る。これにより、前記新規設定回転角度が小さい場合で
も、モータ１５がイナーシャによってボルトを所定の回
転角度を超えて締結してしまうという事態が防止され
る。これにより、所望の程度のボルトの締結を高精度に
行うことができる。

【００２６】また、本発実施例の締結機１では、締結動
作開始直後のトルク締めの場合でも、ボルトを締結する
新規設定トルク値に対応して、新規設定トルク値が大き
くなるほどモータ１５に印加される駆動電圧が漸増され
るようにトルクモード位相角データが定められ、モータ
１５に印加される駆動電圧が詳細に調整されている。従
って、ボルトを新規設定トルク値まで締結した時点で、
モータ１５の前述したイナーシャでボルトを締結する実
際のトルクが前記新規設定トルク値を超える事態が防止
される。従って、ボルトを所望の程度に締結する動作を
更に高精度に行うことができる。

【００２７】また、実際の締結機１において、モータ１
５の回転軸の回転角度と締結具３の回転角度とは、これ
らの間にギアボックスなどが介在していて同一ではない
が、回転軸と締結具３の回転数比となるギア比は、マイ
コン１４で補正演算を行って補正することができる。

【００２８】前記実施例の構成及び作用は、本発明の一
実施例を示すものであり、本発明を限定するものではな
い。本発明は、本発明の精神を逸脱しない範囲で、広い
変形例を含むものである。

【００２９】

【発明の効果】請求項１の発明に従えば、ボルトを、新
規設定トルク値まで締結した後、予め設定された回転角
度に基づいて、回転角度テーブルから対応する角度モー
ド位相データテーブルを選択し、次に新規設定されたト
ルク値に基づいて、角度モード位相データテーブルか
ら、対応する位相角データを読み出して、モータを回転
駆動するようにした。このとき、前記位相データテーブ
ルは、前記複数の回転角度にそれぞれ対応して設けら
れ、各位相データテーブルの位相データは、前記予め設
定されるトルク値と回転角度とに対応して、前記回転角
度での締結が終了したタイミングで、モータの回転が速
やかに停止される態様に定められている。

【００３０】従って、任意のトルク値と回転角度とを予
め設定した場合でも、ボルトは前記所定のトルク値にな
るまで締結された後、所定の回転角度で締結され、しか
も、この回転角度での締結が終了した時点でモータは速
やかに停止される。これにより、前記所定の回転角度に
よる締結に要する回転角度が小さい場合でも、モータが
慣性力によってボルトを所定の前記回転角度を超えて締
結してしまうという事態が防止される。これにより、所
望の程度のボルトの締結を高精度に行うことができる。

【００３１】また、本発明において、ボルト締結機は、
前記ボルトが前記回転角度で締結される前段に締結され
る程度を規定する前記トルク値の設定可能な複数のトル
ク値範囲と、各トルク値範囲にそれぞれ対応して、該ト
ルク値範囲が増大するに従い、該モータへ印加される駆
動電圧が漸増する態様に定められる該駆動電圧の位相制
御用の複数の位相データが記憶されている複数のトルク
モード位相データテーブルとを備える場合がある。

【００３２】この場合、ボルトを締結するトルクに対応
してモータに印加される駆動電圧が詳細に調整されるの
で、ボルトを所定のトルク値まで締結した時点で、モー
タの前述した慣性力でボルトを締結する実際のトルクが
前記所定のトルク値を超える事態が防止される。従っ
て、この場合では、前記請求項１に関して説明した作用
効果に加え、ボルトを所定のトルク値まで締結する段階
においても、所望の程度のボルトの締結を高精度に行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の締結機１の電気的構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】本実施例の締結機１の斜視図である。

【図３】本実施例及び従来技術の締結機の動作を説明す
る図である。

【図４】締結機１のメモリ２１の記憶内容を説明するブ
ロック図である。

【図５】締結機１のメモリ２１の他の記憶内容を説明す
るブロック図である。

【図６】本実施例の動作を説明するフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１ ボルト締結機 ３ 締結具 ５ 電源スイッチ ９ 入力スイッチ １４ マイクロコンピュータ １５ モータ １７ パワー部 １９ モータ電流検出回路 ２０ 回転数検出部 ２１ メモリ ２２ トルクモード位相角データテーブル ２３ 変換テーブル ２４ トルク値部分範囲 ２５ トルク値領域 ２６ トルクモード位相角データ領域 ２７ 角度部分範囲 ２８ 回転角度テーブル ２９ 角度モード位相角データテーブル ３０ トルク値部分範囲 ３１ トルク値領域 ３２ 角度モード位相角データ領域

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】位相制御された駆動電圧が印加されて、ボ
   ルトを保持して締結する締結具を回転駆動するモータ
   と、 該ボルトが、予め設定されたトルク値まで締結された
   後、続いて締結される程度を規定する予め設定される回
   転角度の設定可能な複数の回転角度範囲が記憶された回
   転角度テーブルと、 該複数の回転角度にそれぞれ対応して定められ、該ボル
   トが該回転角度で締結される前段に締結される程度を規
   定する該トルク値の設定可能な複数のトルク値範囲と、
   各トルク値範囲にそれぞれ対応して設けられ、該予め設
   定されるトルク値と回転角度とに対応して、該回転角度
   での締結が終了したタイミングで該モータの回転が速や
   かに停止される態様に定められる該駆動電圧の位相制御
   用の複数の位相データが記憶されている複数の角度モー
   ド位相データテーブルと、 該ボルトを、該トルク値まで締結した後、該予め設定さ
   れた回転角度に基づいて、該回転角度テーブルから対応
   する該角度モード位相データテーブルを選択し、該予め
   設定されたトルク値に基づいて、該角度モード位相デー
   タテーブルから、対応する位相データを読み出して、該
   モータを回転駆動する制御部とを備えるボルト締結機。
2. 【請求項２】前記ボルトが前記回転角度で締結される前
   段に締結される程度を規定する前記トルク値の設定可能
   な複数のトルク値範囲と、各トルク値範囲にそれぞれ対
   応して、該トルク値範囲が増大するに従い、該モータへ
   印加される駆動電圧が漸増する態様に定められる前記駆
   動電圧の位相制御用の複数の位相データが記憶されてい
   る複数のトルクモード位相データテーブルを備え、 前記制御部は、該予め設定されたトルク値に基づいて、
   該トルクモード位相データテーブルから対応する該トル
   クモード位相データを読み出して、該モータを回転駆動
   し、該ボルトを予め設定されたトルク値まで締結した
   後、前記角度モード位相データテーブルを用いる前記モ
   ータの回転駆動を行う請求項１に記載のボルト締結機。