(57)【要約】【課題】ネジ締め作業時の電動ドライバーに流れる電流波形を計測し、その状態を判定することにより、確かなトルクで確実にネジが締められていることを監視する。【解決手段】特殊ビットを装着した電動ドライバーに流れる電流波形を計測し、電動ドライバーのモーターに流れる電流の変化により判別された、空運転、ネジ締め運転、２度締め運転、ネジ緩め運転の４つの運転パターンと、それらの運転時間との組み合せによって、電動ドライバーによるネジ締め作業の状態が、少なくとも、短い時間の空運転か、２度締め運転か、ネジ締め運転か、頭部破壊か、長い空運転か、緩め運転かを判断する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネジの締付けまたは緩めを行う電動ドライバーにおいて、ビットの先端部と、電動ドライバーのモーターに結合するクランプ部との間に、トルクの伝達を抑制する弾性部品を設け、該弾性部品は、ネジの締付けまたは緩めを行う場合、電動ドライバーのモーターに流れる電流を変化させるように作用することを特徴とする電動ドライバー。
【請求項２】
ネジ締め作業の動作状態を判別するネジ締め状況判定方法において、
ビットの先端部と電動ドライバーのモーターに結合するクランプ部との間に、トルクの伝達を抑制する弾性部品を設け、該弾性部材がネジの締付けまたは緩めを行う場合の電動ドライバーのモーターに流れる電流を変化させるように作用する電動ドライバーと、該電動ドライバーのネジ締め作業時の前記モーターの電流を収集してネジ締め作業の動作状態を判別する制御装置とを備え、
該制御装置は、予め保持している電動ドライバーのモーターに流れる電流の変化による空運転、ネジ締め運転、２度締め運転、ネジ緩め運転の４つの運転パターンと、それらの運転時間との組み合せによって、電動ドライバーによるネジ締め作業の状態が、少なくとも、短い時間の空運転か、２度締め運転か、ネジ締め運転か、頭部破壊か、長い空運転か、ネジ緩め運転かを判断することを特徴とするネジ締め状況判定方法。
【請求項３】
前記制御装置は、運転パターンがネジ締め運転であると判定した場合、その電動ドライバーに流れる電流と電圧とを計測した結果から、トルク値を演算することを特徴とする請求項２記載のネジ締め状況判定方法。
【請求項４】
ネジ締め作業の動作状態を判別するネジ締め判定システムにおいて、
ビットの先端部と電動ドライバーのモーターに結合するクランプ部との間に、トルクの伝達を抑制する弾性部品を設け、該弾性部材がネジの締付けまたは緩めを行う場合の電動ドライバーのモーターに流れる電流を変化させるように作用する電動ドライバーと、該電動ドライバーのネジ締め作業時の前記モーターの電流を収集してネジ締め作業の動作状態を判別する制御装置とを備え、
該制御装置は、予め保持している電動ドライバーのモーターに流れる電流の変化による空運転、ネジ締め運転、２度締め運転、ネジ緩め運転の４つの運転パターンと、それらの運転時間との組み合せによって、電動ドライバーによるネジ締め作業の状態が、少なくとも、短い時間の空運転か、２度締め運転か、ネジ締め運転か、頭部破壊か、長い空運転か、ネジ緩め運転かを判断することを特徴とするネジ締め判定システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記電動ドライバーのネジ締め作業時の前記モーターの電流と電圧とをデジタル信号に変換する変換機を介して収集するデータ収集手段と、ネジ締め作業の動作状態を判別する判定手段とを備えて構成されることを特徴とする請求項４記載のネジ締め判定システム。
【請求項６】
前記制御装置と前記電動ドライバーの複数台とを、複数の電動ドライバーのそれぞれに対応するＰＬＣを介して接続し、前記電動ドライバー毎のデータ収集手段を前記ＰＬＣのそれぞれに設けたことを特徴とする請求項５記載のネジ締め判定システム。
【請求項７】
前記制御装置は、通信回線を介して作業支援システム、ネジ供給システムを含む他のシステムに接続されており、他のシステムからネジの図番や個数の情報を取得し、判定に必要な設定情報の選択、使用させる電動ドライバーの選択を行い、ネジ締め作業の状態を判定した結果を記録し、その情報を通信回線を介して前記他のシステムへ提供することを特徴とする請求項４記載のネジ締め判定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動ドライバー、ネジ締め状況判定方法及びネジ締め判定システムに係り、特に、一般に市販されている電動ドライバーを用いて行うネジ締め作業において、ネジ穴にネジを締め付けるネジ締め作業の状態を判定する電動ドライバー、ネジ締め状況判定方法及びネジ締め判定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に市販されている電動ドライバーは、そのネジ締めトルクが、予め設定されたトルク値に達する（トルクアップ）とネジ締めを停止するように制御されている。このネジ締めトルクが設定されたトルク値に達したことの確認は、作業者がネジ締め作業中に、電動ドライバーがトルクアップして停止したことにより行われており、これにより、ネジが締まったことの確認ができる。
【０００３】
前述の確認を自動化した従来技術として、例えば、非特許文献１等に記載された技術が知られている。この従来技術は、トルクアップの状態を接点信号として出力することができるようにした電動ドライバーに関するものである。この従来技術による電動ドライバーは、トルクアップの状態を示す出力信号だけでなく、トルクアップ信号に加えてスタート信号、逆転信号の全体で３種類の電動ドライバーの状態を示す出力信号を出力することができるが、何れの出力も接点の開閉信号である。このため、この従来技術による電動ドライバーは、トルクアップを検出して出力することはできても、トルクアップ時のトルク値を検出することができず、また、逆転状態を示す逆転信号を出力することができるが、その逆転が、空運転かネジを緩める運転かを利用者に判別させることができるものではないため、緩めたネジを再度締めた場合、ネジ締め個数が不一致となるという問題を生じさせていた。
【０００４】
また、タッピングネジ等のタップを切らない下穴に直接ネジを締め付ける電動ドライバーに関する従来技術として、例えば、特許文献１等に記載された技術が知られている。この特許文献１に記載の従来技術は、商用電源により駆動される電動ドライバーに関するもので、電動ドライバーの駆動電流を検出する電流計と、ＰＣ等による制御手段を備えて、制御手段が電動ドライバーの駆動電流の検出値に基づいて、ドライバーのトルクを算出して、ネジの締め付けを最適に制御するというものである。
【０００５】
この従来技術による電動ドライバーの制御技術は、ビットの部分にバネ等の弾性部品を付加しなくても、ネジ締め運転時の電流波形を計測することができるものであるが、２度締め運転やネジ緩め運転の電流波形には変化が現れないものである。
【０００６】
図１４は市販されている電動ドライバーにより、タッピングネジの締め付けを行った場合に、モーターに流れる交流電流の電流波形を示す図であり、以下、これについて説明する。
【０００７】
図１４（ａ）は電動ドライバーを空運転させた場合の電流波形を示している。この場合、運転開始直後の（ｅ−１）の時点で大きな起動電流が流れ、その後緩やかに減衰し（ｅ−２）の時点で安定した電流波形となる。また、電動ドライバーを停止させれば、それと同時に、電流波形も（ｅ−３）の時点で消滅する。
【０００８】
図１４（ｂ）は電動ドライバーにネジ締め運転をさせた場合の電流波形を示している。この場合、空運転を行わせた場合と同様に、運転開始直後の（ｆ−１）の時点で発生した大きな起動電流が（ｆ−２）の時点で安定するものの、ネジがタップを切り始める（ｆ−３）の時点から電流が徐々に増加しトルクアップして電動ドライバーの運転が停止させられると、それと同時に、電流波形も（ｆ−４）の時点で消滅する。
【０００９】
図１４（ｃ）は電動ドライバーにネジの２度締め運転をさせた場合の電流波形を示している。この場合、運転開始直後の（ｇ−１）の時点で発生した大きな起動電流が（ｇ−２）の時点まで減衰していくが、そのままトルクアップして電動ドライバーの運転が停止させられるので、電流波形も同時に消滅する。
【００１０】
図１４（ｄ）は電動ドライバーにネジ緩め運転をさせた場合の電流波形を示している。この場合、運転開始直後の（ｈ−１）の時点で大きな起動電流が流れ、その後緩やかに減衰し（ｈ−２）の時点で安定した電流波形となる。また、電動ドライバーの運転が停止させられると、それと同時に、電流波形も（ｈ−３）の時点で消滅する。
【００１１】
前述したように、市販されている電動ドライバーにより、タッピングネジの締め付けを行った場合のモーターに流れる交流電流の電流波形は、ネジの２度締め運転を行ったときには、停止までの時間が短いものの、ネジ締め運転以外の場合の電流波形が、空運転の場合と同様な電流波形になってしまう。
【非特許文献１】日東工器株式会社 電動ドライバー総合カタログ
【特許文献１】特開２００３−１９１１７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述した従来技術は、いずれも、締め付けを行ったネジが規定のトルクで締め付けられているか否かについての確認が、日常点検等によりトルクチェッカーを用いた設定値の確認を行うことにより間接的に行われるだけであって、製品に使用したネジが、規定のトルクで締められていることを確認する方法がなかった。そのため、前述の従来技術は、落下等により故障した電動ドライバーをそのまま使用して、ネジが規定のトルクで締められていなかった場合等にも、そのことを、故障した電動ドライバーの点検が行われるまで作業者が気づかないという問題を生じさせている。
【００１３】
また、一般に、ネジの締め付け作業の途中で、作業者が締めたネジを緩め、再度締め直す当の非定常な動作を行った場合に、ネジの締め忘れ等の発生率が高くなるが、トルクアップ信号を出力しているだけの従来技術は、ネジ締め作業を必要個数分確実に実行したか否かを確認することができない等の問題点を有している。このようなネジ締め不良を防止するためには、確かなトルクで確実にネジを締め付けたという動作状態を確実に把握できることが重要となる。
【００１４】
本発明の目的は、前述したような点に鑑み、ネジ締め作業時の電動ドライバーに流れる電流と電圧との波形を計測し、その状態を判定することにより、確かなトルクで確実にネジが締められていることを監視し、ネジ締め不良を防止することができるようにした電動ドライバー、ネジ締め状況判定方法及びネジ締め判定システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によれば前記目的は、ネジ締め作業の動作状態を判別するネジ締め状況判定方法において、ビットの先端部と電動ドライバーのモーターに結合するクランプ部との間に、トルクの伝達を抑制する弾性部品を設け、該弾性部品がネジの締付けまたは緩めを行う場合の電動ドライバーのモーターに流れる電流を変化させるように作用する電動ドライバーと、該電動ドライバーのネジ締め作業時の前記モーターの電流と電圧とを収集してネジ締め作業の動作状態を判別する制御装置とを備え、該制御装置は、予め保持している電動ドライバーのモーターに流れる電流の変化による空運転、ネジ締め運転、２度締め運転、ネジ緩め運転の４つの運転パターンと、それらの運転時間との組み合せによって、電動ドライバーによるネジ締め作業の状態が、少なくとも、短い時間の空運転か、２度締め運転か、ネジ締め運転か、頭部破壊か、長い空運転か、緩め運転かを判断することにより達成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、製品組立てにおけるネジ締め作業を常に監視することができるので、ネジ締め忘れや締め付けトルクの不足等によるネジ締めの不良を低減することができ、ネジ締め作業の状態を判定した結果を記録することにより、不良が発生した場合にも、その作業状態を解析することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明によるネジ締め状況判定方法及びネジ締め判定システムの実施形態を図面により詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明で電動ドライバーに使用するビット（本明細書では特殊ビットということとする）の第１の構成例を示す図である。
【００１９】
本発明で使用する特殊ビット１００の第１の構成例は、図１に示すように、電動ドライバーに接続するクランプ部１０１と、図示しないネジを締め付けるビット先端部１０２との間を、ベアリング又はメタルブッシュ（以下、単に軸受けという）１１３等により接続し、クランプ部１０１とビット先端部１０２との間にひねりバネ１１５を配した構造を有している。
【００２０】
この特殊ビット１００は、電動ドライバーにクランプ部１０１を取り付け、ビット先端部１０２を固定して、クランプ部１０１を右回転させた場合、ひねりバネ１１５が閉じる方向にねじられることにより、クランプ部１０１とビット先端部１０２との間で、徐々にネジを締めるためのトルク負荷を増加させることができるような構造となっている。また、この特殊ビット１００は、逆にクランプ部１０１を左回転させた場合、ひねりバネ１１５が開く方向にねじられることになるが、この場合にも、クランプ部１０１とビット先端部１０２との間で、徐々にネジを緩めるためのトルク負荷を増加させることができるような構造となっている。
【００２１】
図２は本発明で電動ドライバーに使用する特殊ビットの第２の構成例を示す図である。
【００２２】
本発明で使用する特殊ビット１００の第２の構成例は、図２（ａ）に示すように、電動ドライバーに接続するクランプ部１０１と、図示しないネジを締め付けるビット先端部１０２との間を、リードボールネジ又はすべりナット（以下、単に回転軸という）１１０等により接続して構成されている。回転軸１１０は、クランプ部１０１との接続点に軸受け１１３を配し、ビット先端部１０２との接続点に軸受け１１４を配して支持される構造となっている。軸受け１１３、１１４は、それぞれ、フレーム１０３により保持されており、フレーム１０３の相互間が筒状部材１１６により連結されている。
【００２３】
また、リードボールネジである回転軸１１０は、図２（ｂ）に示すように、その軸１２０に取り付けられたナット１２１を挟んで、圧縮コイルバネ又はゴム（以下、単に弾性部品という）１１１、１１２等が取り付けられた構造となっており、軸１２０の表面に刻まれた螺旋状の溝１２２に沿ってナット１２１が上下する。
【００２４】
前述の説明において、トルクの伝達を抑制する弾性部品は、トルクの伝達を抑制する機能を有し、ネジの締付けまたは緩めを行う場合に電動ドライバーのモーターに流れる電流を変化させている。
【００２５】
図４は図２に示した特殊ビット１００の動作原理を説明する図であり、次に、これについて説明する。
【００２６】
いま、図４（ａ）に示す静止状態から、図４（ｂ）に示すように、ビット先端部１０２を固定してクランプ部１０１を右回転させたものとする。この場合、図４（ｄ）に示しているように、回転軸１１０の軸１２０に螺旋状に刻まれた溝１２２に沿ってナット１２１がクランプ部１０１の方向に押し上げられ、弾性部品１１１が圧縮される。図２に示した特殊ビット１００は、この弾性部品１１１の圧縮の作用により、クランプ部１０１とビット先端部１０２との間で、徐々にネジを締めるためのトルク負荷を増加することができる構造となっている。
【００２７】
また、この特殊ビット１００は、逆に、図４（ａ）に示す静止状態から、図４（ｃ）に示すように、ビット先端部１０２を固定してクランプ部１０１を左回転させた場合、図４（ｄ）に示しているように、回転軸１１０の軸１２０に螺旋状に刻まれた溝１２２に沿って、ナット１２１が押し下げられ、弾性部品１１２が圧縮される。図２に示した特殊ビット１００は、この弾性部品１１２の圧縮の作用により、クランプ部１０１とビット先端部１０２との間で、徐々にネジを緩めるためのトルク負荷を増加させることができる構造となっている。
【００２８】
図２に示して説明した特殊ビット１００の最大の特徴は、ネジ締め時とネジ緩め時とで圧縮される弾性部品であるバネが異なっているので、バネ強度を個別に設定できる点にある。
【００２９】
図３は本発明で電動ドライバーに使用する特殊ビットの第３の構成例を示す図である。
【００３０】
本発明で使用する特殊ビット１００の第３の構成例は、図２に示して説明した第２の構成例での構造から片側の弾性部品１１１又は１１２の何れかを取り除いた構成を有するものである。図３（ａ）に示す例は、弾性部品１１１を取り除いた場合を示す例であり、弾性部品１１２の上部をナット１２１に固定し、下部を軸受け１１４を保持しているフレーム１０３に固定した構造となっている。
【００３１】
そして、図３（ａ）に示す特殊ビット１００は、ビット先端部１０２を固定して、クランプ部１０１を右回転させた場合、図３（ｂ）に示しているように、回転軸１１０の軸１２０に螺旋状に刻まれた溝１２２に沿って、ナット１２１がクランプ部１０１の方向に押し上げられ、弾性部品１１２が引っ張られる。図３に示した特殊ビット１００は、この弾性部品１１２の引っ張りの作用により、クランプ部１０１とビット先端部１０２との間で、徐々にネジを締めるためのトルク負荷を増加させることができる構造となっている。
【００３２】
また、この特殊ビット１００は、逆に、クランプ部１０１を左回転させた場合、図３（ｂ）に示しているように、回転軸１１０の軸１２０に螺旋状に刻まれた溝１２２に沿って、ナット１２１がビット先端部１０２側に押し下げられ、弾性部品１１２が圧縮される。図３に示した特殊ビット１００は、この弾性部品１１２の圧縮の作用により、クランプ部１０１とビット先端部１０２との間で、徐々にネジを緩めるためのトルク負荷を増加することができる構造となっている。
【００３３】
図５は図２に示して説明した第２の構成例による特殊ビット１００を電動ドライバーに取り付けてネジの締め付けを行った場合に、モーターに流れる交流電流の電流波形を示す図であり、以下、これについて説明する。
【００３４】
図５（ａ）は電動ドライバーを空運転させた場合の電流波形を示している。この場合、運転開始直後の（ａ−１）の時点で大きな起動電流が流れ、その後緩やかに減衰し（ａ−２）の時点で安定した電流波形となる。また、電動ドライバーを停止させれば、それと同時に、電流波形も（ａ−３）の時点で消滅する。
【００３５】
図５（ｂ）は電動ドライバーにネジ締め運転をさせた場合の電流波形を示している。この場合、空運転を行わせた場合と同様に、運転開始直後の（ｂ−１）の時点で発生した大きな起動電流が（ｂ−２）の時点で安定するものの、ネジが締まり始める（ｂ−３）の時点から電流が徐々に増加しトルクアップして電動ドライバーの運転が停止させられると、それと同時に、電流波形も（ｂ−４）の時点で消滅する。このネジが締まり始めた後の電流の増加は、弾性部品１１１が圧縮されたことにより現れる波形である。
【００３６】
図５（ｃ）は電動ドライバーにネジの２度締め運転をさせた場合の電流波形を示している。この場合、運転開始直後の（ｃ−１）の時点で発生した大きな起動電流が（ｃ−２）の時点まで減衰していくが、その後、ネジ締め運転の場合と同様に電流が徐々に増加しトルクアップして電動ドライバーの運転が停止させられると、それと同時に、電流波形も（ｃ−３）の時点で消滅する。この２度締め運転での電流増加は、弾性部品１１１が圧縮されたことにより現れる波形である。
【００３７】
図５（ｄ）は電動ドライバーにネジの緩め運転をさせた場合の電流波形を示している。この場合、空運転の場合と同様に、運転開始直後の（ｄ−１）の時点で大きな起動電流が流れ、その後緩やかに（ｄ−２）の時点まで一旦減衰し、その後、再びネジが緩むトルクの増加により電流も増加し、ネジが緩んだ（ｄ−３）の時点で安定した電流波形となる。また、電動ドライバーが停止させられると、それと同時に、電流波形も（ｄ−４）の時点で消滅する。前述の（ｄ−２）の時点からの電流の増加は、弾性部品１１２が圧縮されたことにより現れる波形である。
【００３８】
本発明は、その詳細を後述するように、図５により説明した空運転、ネジ締め運転、２度締め運転、ネジ緩め運転の電流波形を各作業での電動ドライバーの運転時に計測して取得し、事前にサンプリングして保持している波形との相違点を制御装置に演算処理を行わせることにより検出して運転パターンを判定するものである。
【００３９】
前述で説明したような運転パターンは、ネジの長さ毎に予め計測された結果として、その所要時間と共に記憶装置に格納保持し、ネジ締め作業の動作状態の判別に使用することができる。
【００４０】
図６は作業中に計測取得した電動ドライバーの電流波形と運転時間との組み合せによりネジ締め作業の動作状態を判別することができることを説明する図である。
【００４１】
図６（ａ）は図５により説明した運転パターンの判定法によりネジ締め運転と判定することができる電流波形を示している。この例の場合、運転時間ｔを組み合せることによりネジの長さ間違いを判定させることができる。すなわち、予め正しい長さのネジを締める場合に必要な運転時間を求めておき、実際のネジ締め時の運転時間ｔが、予め求めていた運転時間（ネジ締め時間）より長い場合、正しい長さのネジより長いネジを誤って締め付けたと判断させ、逆に、実際のネジ締め時の運転時間ｔが、予め求めていたネジ締め時間より短い場合、正しい長さのネジより短いネジを誤って締め付けたと判断させる。このような判断を行わせることにより、締め付けるべきネジの長さ間違いを判定させることができる。
【００４２】
図６（ｂ）は図５により説明した運転パターンの判定法によりネジ緩め運転と判定することができる電流波形を示している。この例の場合、運転時間ｔを組み合せることによりネジを緩めただけか、ネジを外したのかを判断させることができる。すなわち、ネジ緩め運転の実際の運転時間ｔがネジの長さに従って予め設定したネジ緩め時間より長いか同じ場合、ネジを外したと判断させ、逆に短い場合、ネジを緩めたのみで外れていない状態にあると判断させる。このような判断を行わせることにより、ネジの脱着を判定させることができる。
【００４３】
図６（ｃ）はネジ緩め運転とネジ締め運転との組み合せによる動作で、緩めたネジを締め直した場合の電流波形の例を示しており、緩めたネジの締め直しを判定させることができることを説明するものである。いま、ネジ緩め運転の運転時間ｔ1 をネジが緩められる状態までとし、次に、ネジ締め運転を運転時間ｔ2 だけ行ったものとする。この場合、ネジ締め運転の運転時間ｔ2 が予め求めておいたネジを最初から締める場合に必要なネジ締め時間より短く、ｔ1−ｔ2が予め求めておいたネジの締め直し補正時間と同じである場合、締まっているネジを緩め、再度締め直したネジ締め直し運転と判定させることができる。
【００４４】
図６（ｄ）は空運転とネジ締め運転との組み合せによる動作で、１本のネジを仮止めし、別の１本のネジを本締めし、その後仮止めしたネジを本締めした場合の電流波形の例を示しており、仮止めしたネジがその後本締めされたことを判定することができることを説明するものである。いま、運転時間ｔ1 の仮止め運転を行ったものとする。この場合、図５により説明した運転パターンには、仮止めのパターンが存在しないため、運転時間ｔ1 の仮止め運転は空運転であると判定される。しかし、その後、運転時間ｔ3 のネジ締め運転が行われ、この運転時間ｔ3 が予め求めておいたネジを最初から締める場合に必要なネジ締め時間より短く、ｔ1＋ｔ3がネジの仮／本締め時間と同じである場合、運転時間ｔ1 の判定を空運転から仮止め運転に変更し、運転時間ｔ3 を本締め運転と判定する。なお、仮止め運転と本締め運転との間に、別のネジに対するネジ締め運転が運転時間ｔ2 行われた場合にも、前述の判定には影響しない。
【００４５】
図６（ｅ）はネジ締め運転と空運転とが連続した電流波形の例を示しており、ネジ締めの後、ネジ頭部が破損したことを判定させることができるものである。運転時間ｔ1 の電流波形の運転パターンは、ネジ締め運転と一致しているが、その後、空運転の運転パターンによる運転が運転時間ｔ2 が連続する場合、ネジ頭部破損運転と判定させることができる。
【００４６】
図７はネジ締め運転時の電力の積分値とその締め付けトルクとの関係をグラフ化して示した図である。図７において、Ｘ軸は図５（ｂ）に示すネジ締め運転波形の（ｂ−３）時点以降の電力積分値を表し、Ｙ軸は締め付けトルクを現している。このグラフから判るように、電力積分値とトルクとの間には一定の比例関係にあると言える。この比例関係を利用することにより、サンプリングした電力積分値から締め付けトルクを求めることができる。この締め付けトルクは、後述するように、制御装置が演算処理を行うことにより算出することができる。
【００４７】
図８は本発明の実施形態によるネジ締め状況判定の処理動作を説明するフローチャートであり、次に、これについて説明する。なお、この処理を行う制御装置については後述する。
【００４８】
（１）制御装置は、電動ドライバーの運転が開始されると、その運転時間の計測を行い、運転時間を取得し、その運転時間が予め設定されて保持している規定時間と比較し、計測した運転時間が規定時間より短いか長いかを判定する。なお、規定時間は、ネジ締めを行うネジの長さに従って、そのネジが２度締めされた場合に必要とされる時間程度に設定される（ステップ６００、７００、６０１）。
【００４９】
（２）ステップ６０１の判定で、計測した運転時間が規定時間より短かった場合、電動ドライバーの負荷電流が空運転時の電流程度（なし）か、空運転時の電流より多い（あり）かを判定し、電動ドライバーの負荷電流が空運転時の電流（なし）程度であった場合、短い時間の空運転と判断し、また、空運転時の電流より多かった（あり）場合、２度締め運転と判断する（ステップ６０２、７０１、７０２）。
【００５０】
（３）ステップ６０１の判定で、計測した運転時間が規定時間より長かった場合、電動ドライバーの負荷電流が空運転時の電流程度（なし）か、空運転時の電流より多い（あり）かを判定し、電動ドライバーの負荷電流が空運転時の電流（なし）程度であった場合、電流パターンがネジ緩めの負荷電流を持つ電流パターンとなっている（あり）か否（なし）を判定する（ステップ６０３、６０４）。
【００５１】
（４）ステップ６０４の判定で、電流パターンがネジ緩めの負荷電流を持つ電流パターンとなっていなかった（なし）場合、長い時間の空運転と判断し、また、ネジ緩めの負荷電流があった場合、図１０に示して後述するネジ緩め運転の判定処理を行う（ステップ７０５、７０６）。
【００５２】
（５）ステップ６０３の判定で、電動ドライバーの負荷電流が空運転時の電流より多かった（あり）場合、電流パターンがネジ締め運転の電流パターンに続いて無負荷電流が継続したパターンとなっているか否かを判定し、無負荷電流が継続したパターンとなっていた場合、ネジ頭部破損と判断し、また、無負荷電流が継続しなかった場合、図９に示して後述するネジ締め運転の判定処理を行う（ステップ６０５、７０４、７０３）。
【００５３】
図９はネジ締め運転時の各種の状況の判定の処理動作を説明するフローチャートであり、次に、これについて説明する。
【００５４】
（１）図８により説明したフローのステップ７０３で、ネジ締め運転と判定された場合、予め求めておいた正しい長さのネジを締める場合に必要な運転時間である規定値と、実際に計測したネジ締め時の運転時間とを比較し、実際に計測したネジ締め時の運転時間が、規定値の範囲内か、規定値より長いか、規定値より短いかを判定する（ステップ６０６）。
【００５５】
（２）ステップ６０６の判定で、実際に計測したネジ締め時の運転時間が、規定値の範囲内であった場合、正常なネジ締め運転が行われたと判定し、図７により説明した方法に従ってトルク演算を行ってトルク値を算出する（ステップ７０７、６０７、７１２）。
【００５６】
（３）ステップ６０６の判定で、実際に計測したネジ締め時の運転時間が、規定値より長かった場合、正しい長さのネジより長いネジを誤って締め付けたと判断する（ステップ７０８）。
【００５７】
（４）ステップ６０６の判定で、実際に計測したネジ締め時の運転時間が、規定値より短かった場合、以前に行った運転の運転状態の記録から直前に行った運転の運転状態の判定を行う（ステップ６０８）。
【００５８】
（５）ステップ６０８の判定で、直前の運転状態が緩め運転で、その運転時間が一定の範囲内にあった場合、締め直し運転が行われたと判断する（ステップ７１１）。
【００５９】
（６）ステップ６０８の判定で、直前の運転状態が空運転で、その運転時間が一定の範囲内にあった場合、仮締め後に本締め運転が行われたと判断し、直前の記録である空運転を仮止め運転に変更し、今回の締め運転を本締め運転であると判断する（ステップ７０９）。
【００６０】
（７）ステップ６０８の判定で、直前の運転状態が緩め運転でもなく、空運転でもなかった場合、ステップ６０８で判定した直前の運転状態の記録が先頭行の記録であるか否かを判定する（ステップ６０９）。
【００６１】
（８）ステップ６０９の判定で、ステップ６０８で判定した直前の運転状態の記録が先頭行の記録であった場合、正しい長さのネジより短い長さのネジを誤って締め付けたと判断する（ステップ７１０）。
【００６２】
（９）ステップ６０９の判定で、ステップ６０８で判定した直前の運転状態の記録が先頭行の記録ではなかった場合、運転状態が空運転または締め直し運転であるか、それ以外であるかを判定する（ステップ６１０）。
【００６３】
（10）ステップ６１０の判定で、運転状態が空運転または締め直し運転であった場合、１つ前の行の記録に遡り、その記録について、ステップ６０８からの運転状態の判定処理に戻って処理を続ける（ステップ６１２）。
【００６４】
（11）ステップ６１０の判定で、運転状態が空運転または締め直し運転でなく、それ以外であった場合、ステップ６０８での運転状態の判定が締め直し運転以外となるようにフラグを立てて、１つ前の行の記録に遡り、その記録について、ステップ６０８からの運転状態の判定処理に戻って処理を続ける（ステップ６１１、６１２）。
【００６５】
図１０はネジ緩め運転時の各種の状況の判定の処理動作を説明するフローチャートであり、次に、これについて説明する。
【００６６】
（１）図８により説明したフローのステップ７０６で、ネジ緩め運転と判定された場合、ネジ緩め運転の実際の運転時間がネジの長さに従って予め設定したネジ緩め時間より長いか、短いかを判定する（ステップ６１３）。
【００６７】
（２）ステップ６１３の判定で、ネジ緩め運転の実際の運転時間がネジの長さに従って予め設定したネジ緩め時間より長かった場合、ネジを外したと判断し、逆に短かった場合、ネジを緩めたのみで外れていない状態にあると判断する（ステップ７１３、７１４）。
【００６８】
図１１は本発明の一実施形態によるネジ締め判定システムの基本構成を示すブロック図である。
【００６９】
図１１に示す本発明の一実施形態によるネジ締め判定システムは、図１〜図４に示して説明した特殊ビット１００を取り付けた電動ドライバー５００に電力の供給を行うＡＣ１００Ｖの商用電源に接続された専用コンセント３００と、この専用コンセント３００に接続され電動ドライバー５００の駆動電流を検出し、そのアナログ信号を受け取ってデジタル信号に変換する変換機４００と、変換されたデジタル信号を受け取って前述で説明した本発明での判断処理を行う制御装置２００とにより構成される。
【００７０】
本発明での判断処理を制御装置２００に行わせるためには、電動ドライバー５００に流れる電流と電圧とを、変換機や制御装置でも扱えるように降圧することが重要である。そのため、本発明の実施形態では、図示していないが、電流要素を、直列に挿入した電力用抵抗器により分圧し、その両端の電位を電流に換算する方法を採用して取得し、また、電圧要素を、並列に接続した電力用変圧器により降圧する方法を採用して取得することとした。
【００７１】
また、制御装置２００は、ＰＣに代表されるＣＰＵ、ＨＤＤ等による記憶装置、メモリ、表示装置、マウス、キーボード等による入力装置を備えた情報処理装置内に構築することができる。そして、前述で説明した本発明の実施形態での処理は、記憶装置内に格納されているプログラムをメモリ内にロードし、このプログラムをＣＰＵに実行させることにより実現している。
【００７２】
図１１示した本発明の実施形態によるネジ締め判定システムにおいて、特殊ビット１００を装着した電動ドライバー５００を使用してネジ締め作業を行うと、電動ドライバー５００のモーターに電流が流れる。このときの電流要素と電圧要素とを計測するため、専用コンセント３００内に、前述で説明した電力用抵抗器と電力用変圧器とを備え、その働きにより降圧した電圧を、アナログ信号として変換機４００へ送る。変換機４００は、専用コンセント３００から受け取ったアナログ信号をデジタル信号に変換して制御装置２００へ送る。制御装置２００は、受け取ったデジタル信号に基づいて、前述で説明したような演算処理を実行して、ネジ締めの状態を判定し表示する。
【００７３】
図１２は制御装置２００の構成例を説明する図である。図１２に示す制御装置２００は、制御装置２００内に保持されるプログラムのみを示している。
【００７４】
図１２（ａ）は、制御装置２００が変換機４００から送られてきたデジタル信号を収集し、演算処理できる形式に変換する収集プログラム２１０と、受け取ったデータに基づきネジ締め作業の状態を判定する判定プログラム２２０とから構成されている例である。この例の場合、１つの制御装置２００内に必要な全てのプログラムを格納して構築することができるためシステムの構成を簡素化することができる。しかし、この例の構成は、接続することができる電動ドライバー数が制限されるため、セル生産方式に採用するのが有効である。
【００７５】
図１２（ｂ）は、変換機４００をＰＬＣ４１０に変更し、デジタル信号を収集する収集プログラムの機能をＰＬＣ側に持たせ、収集したデータをＬＡＮ回線を通して制御装置２００に送信するようにした例である。この例の制御装置２００は、受信したデータを判定プログラム２２０により処理してネジ締め作業の状態を判定している。この例の構成は、システムの構成要素が分散するためシステムの構成が複雑になるが、接続することができる電動ドライバー数を、制御装置２００の処理速度の範囲内で無制限に増設することが可能であるため、ライン生産方式に採用するのが適していると言える。
【００７６】
図１３は本発明の実施形態によるネジ締め判定システムを他のシステムと共に接続して生産管理システムを構成した場合の例を示すブロック図である。
【００７７】
図１３に示す生産管理システムは、データベース５０が接続された生産用サーバ４０と、前述までに接続した本発明の実施形態による制御装置２００によるネジ締め判定システム１０と、作業支援システム２０と、ネジ供給システム３０とがＬＡＮ回線により相互に通信可能に接続されて構成されている。なお、前述における生産用サーバ４０と、作業支援システム２０と、ネジ供給システム３０とは、前述で説明した説明装置２００の場合と同様に、情報処理装置の中に構築される。
【００７８】
前述において、作業支援システム２０は、組立てを行う製品を識別し、製品情報を生産用サーバ４０にＬＡＮ回線を介して送信する。生産用サーバ４０は、データベース５０に保管されている組立てに必要な情報を、作業支援システム２０にＬＡＮ回線を介して送信することにより、作業支援システム２０が工程順に作業図面を表示する。この作業支援システムに表示された工程にネジ締め作業が存在する場合、ネジの図番や個数等の情報が、ネジ供給システム３０と、本発明の実施形態によるネジ締め判定システム１０とにＬＡＮ回線を介して送信される。ネジの図番や個数等の情報を受信したネジ供給システム３０は、必要なネジを個数を図示しないネジ配膳用のトレイ内に自動配膳する。
【００７９】
また、ネジ締め判定システム１０は、他のシステムからネジの図番や個数の情報を取得し、判定に必要な設定情報の選択等を行う。さらに、ネジ締め判定システム１０は、ネジの締め付けトルクに適合した電動ドライバー５００が接続された専用コンセント３００に電源を供給するように制御を行う。これにより、電動ドライバー５００が複数台分散して配布されている場合にも、電動ドライバー５００の誤使用の防止を図ることができる。作業を行う場所の作業員は、ネジ供給システム３０が自動配膳したネジを電動ドライバー５００を使用して締め付けの作業を行う。ネジ締め判定システム１０は、その演算の結果、表示された工程内のネジの全てに対するネジ締めの作業が完了すると、作業支援システム２０に対し、ＬＡＮ回線を介して完了信号を送信すると共に、生産用サーバ４０を介してデータベース５０に対してＬＡＮ回線を通してネジ締めの記録を送信し保管させる。完了信号を受け取った作業支援システム２０は、次の工程の作業図面を表示する。
【００８０】
生産管理システムを前述したような構成とすることにより、組立てラインにおけるネジ締め作業を総合的に管理することが可能となる。
【００８１】
前述で説明した本発明の実施形態は、タップの切られたネジ穴にネジを締め付ける場合にも、また、タップを切られていない下穴にタッピングネジを直接締め付ける場合にも適用することができる。
【００８２】
前述した本発明の実施形態での各処理は、プログラムにより構成し、本発明が備えるＣＰＵに実行させることができ、また、それらのプログラムは、ＦＤ、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ等の記録媒体に格納して提供することができ、また、ネットワークを介してデジタル情報により提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、ライン生産やセル生産等の生産方式を問わず、製品の組立てにおけるネジ締め作業に幅広く活用することができ、また、通信回線を使用して他のシステムからネジの図番や個数などの情報の取得や、判定結果を他のシステムへ提供することにより、ネジの準備から取り付け指示により、ネジ締め状態を常に監視することができるシステムとして利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明で電動ドライバーに使用する特殊ビットの第１の構成例を示す図である。
【図２】本発明で電動ドライバーに使用する特殊ビットの第２の構成例を示す図である。
【図３】本発明で電動ドライバーに使用する特殊ビットの第３の構成例を示す図である。
【図４】図２に示した特殊ビットの動作原理を説明する図である。
【図５】図２に示して説明した第２の構成例による特殊ビットを電動ドライバーに取り付けてネジの締め付けを行った場合に、モーターに流れる交流電流の電流波形を示す図である。
【図６】作業中に計測取得した電動ドライバーの電流波形と運転時間との組み合せによりネジ締め作業の動作状態を判別することができることを説明する図である。
【図７】ネジ締め運転時の電力の積分値とその締め付けトルクとの関係をグラフ化して示した図である。
【図８】本発明の実施形態によるネジ締め状況判定の処理動作を説明するフローチャートである。
【図９】ネジ締め運転時の各種の状況の判定の処理動作を説明するフローチャートである。
【図１０】ネジ緩め運転時の各種の状況の判定の処理動作を説明するフローチャートである。
【図１１】本発明の一実施形態によるネジ締め判定システムの基本構成を示すブロック図である。
【図１２】制御装置の構成例を説明する図である。
【図１３】図１３は本発明の実施形態によるネジ締め判定システムを他のシステムと共に接続して生産管理システムを構成した場合の例を示すブロック図である。
【図１４】市販されている電動ドライバーにより、タッピングネジの締め付けを行った場合に、モーターに流れる交流電流の電流波形を示す図である。
【符号の説明】
【００８５】
１０  ネジ締め判定システム
２０  作業支援システム
３０  ネジ供給システム
４０  生産用サーバ
５０  データベース
１００  特殊ビット
１０１  クランプ部
１０２  ビット先端部
１０３  フレーム部
１１０  リードボールネジ又はすべりナット（回転軸）
１１１、１１２  圧縮コイルバネ又はゴム
１１３、１１４  ベアリング又はメタルブッシュ（軸受け）
１１５  ひねりバネ
１１６  筒状部材
１２０  軸
１２１  ナット
１２２  螺旋状に刻まれた溝
２００  制御装置
２１０  収集プログラム
２２０  判定プログラム
４００  変換機
４１０、４１１、……、４１ｎ  ＰＬＣ
５００  電動ドライバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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