(57)【要約】  ネジを締め付ける電動ドライバ（１１０）と、本締めモードと仮締めモードを切り替えるモードスイッチ（１２２）と、モードスイッチが本締めモードに設定されたときに動作し、トルクアップした前記ネジの本数を計数するカウンタ（１３４）と、仮締めモードにおける電動ドライバの駆動時間を設定するタイマ（１２４）と、モードスイッチが仮締めモードに設定されて電動ドライバの回転開始操作がなされると電動ドライバを前記駆動時間だけ回転して停止する制御部（１２１）とを有することを特徴とするネジ締め装置（１００）を提供する。
2008105057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネジを締め付ける電動ドライバと、
前記ネジを着座後にトルクアップする本締めモードと、前記ネジを着座前の所定量だけ締め付ける仮締めモードを切り替えるモードスイッチと、
前記モードスイッチが前記本締めモードに設定されたときに動作し、前記モードスイッチが前記仮締めモードに設定されたときには動作せず、トルクアップした前記ネジの本数を計数するカウンタと、
前記仮締めモードにおける前記電動ドライバの駆動時間を設定するタイマと、
前記モードスイッチが前記仮締めモードに設定されて前記電動ドライバの回転開始操作がなされると前記電動ドライバを前記駆動時間だけ回転して停止する制御部とを有することを特徴とするネジ締め装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記仮締めモードにおける前記電動ドライバの回転速度を前記本締めモードにおける前記電動ドライバの回転速度よりも小さく設定することを特徴とする請求項１記載のネジ締め装置。
【請求項３】
ネジを締め付ける電動ドライバの駆動を制御する方法であって、
前記ネジを着座後にトルクアップする本締めモードにおいてトルクアップした前記ネジの本数を計数するステップと、
前記電動ドライバの駆動時間を設定するステップと、
前記ネジを着座前の所定量だけ締め付ける仮締めモードにおいて前記電動ドライバの回転開始操作がなされると、前記電動ドライバを前記駆動時間だけ回転して停止するステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項４】
前記仮締めモードにおける前記電動ドライバの回転速度は前記本締めモードにおける前記電動ドライバの回転速度よりも小さいことを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
ネジを締め付ける電動ドライバを使用して部品を被締結物に複数箇所ネジ止めすることによって製品を製造する方法であって、
前記ネジを着座後にトルクアップする本締めモードにおいてトルクアップした前記ネジの本数を計数するステップと、
前記電動ドライバの駆動時間を設定するステップと、
前記ネジを着座前の所定量だけ締め付ける仮締めモードにおいて前記電動ドライバの回転開始操作がなされると、前記電動ドライバを前記駆動時間だけ回転して停止するステップとを有することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ネジを締め付けるドライバを有するネジ締め装置に関する。
【技術背景】
【０００２】
手動によるネジ締め作業においてはネジの締め忘れを防ぐために、従来から、トルクアップしたネジの本数を計数するカウンタを設けていた。カウンタに予めネジの本数を入力し、ネジ締め完了毎にカウンタのカウントダウン又はカウントアップする。ユーザはネジ締め作業が終了したと判断したときのカウンタ値が０又は所定の本数であればネジの締め忘れはないことになる。そうでなければ締め忘れたネジがあることになる。
【０００３】
手動のネジ締め作業はネジを一本ずつ締め付ける。部品取り付け用のネジの本数が多い場合、ネジを順次完全に締め付けて固定（以下、これを「本締め」と呼ぶ）すると、部品のネジ孔と被締結物のネジ孔がずれてその後のネジ締めが困難又は不能になり易い。そこで、部品の取り付け位置を調整することができるように、ネジを着座位置から浮かせる仮締めを行う。仮締め終了後に、全てのネジを本締めする。なお、ネジの座面がネジ孔の回りの面に接触することを「着座」と呼ぶ。また、着座したネジを所定のトルクで締め付けて固定することを「トルクアップ」と呼ぶ。
【０００４】
従来技術としては、特許文献１及び２がある。
【特許文献１】特開平１０−６２３５号公報
【特許文献２】特開平１０−８０８７２号公報
【発明の開示】
【０００５】
従来は、ドライバのスタートスイッチ又はレバーを素早く動かすことで仮締め量を調節していたため、仮締め量が人によりばらついて仮締め中にネジが着座することがあった。特に、ネジのネジ部が短い場合には調節が困難である。この場合は、着座したネジを緩める必要がある。着座から緩める際にカウンタは誤動作し易く、カウンタ値が狂うことによってネジの締め忘れ防止が不十分となっていた。
【０００６】
本発明は、仮締めを確実に行ってネジの締め忘れ防止の実効を図るネジ締め装置に関する。
【０００７】
本発明の一側面としてのネジ締め装置は、ネジを締め付ける電動ドライバと、前記ネジを着座後にトルクアップする本締めモードと、前記ネジを着座前の所定量だけ締め付ける仮締めモードを切り替えるモードスイッチと、前記モードスイッチが前記本締めモードに設定されたときに動作し、前記モードスイッチが前記仮締めモードに設定されたときには動作せず、トルクアップした前記ネジの本数を計数するカウンタと、前記仮締めモードにおける前記電動ドライバの駆動時間を設定するタイマと、前記モードスイッチが前記仮締めモードに設定されて前記電動ドライバの回転開始操作がなされると前記電動ドライバを前記駆動時間だけ回転して停止する制御部とを有することを特徴とする。かかるネジ締め装置は、カウンタが本締めモードにおいてのみ動作し仮締めモードの影響を受けないので従来のような仮締めに伴う誤動作が発生しない。この結果、本締め時のネジの締め忘れを防止することができる。また、タイマが仮締め時間を設定するので仮締め量のばらつきや着座を防止することができる。特に、ネジ部が短いネジを一度の操作で確実に仮締めすることができるので仮締めするときの仮締めが容易になる。前記制御部は、前記仮締めモードにおける前記電動ドライバの回転速度を前記本締めモードにおける前記電動ドライバの回転速度よりも小さく設定することが好ましい。回転速度を小さくすることで、仮締め時間を長く設定でき、仮締め制御が容易になる。
【０００８】
本発明の別の側面としての制御方法は、ネジを締め付ける電動ドライバの駆動を制御する方法であって、前記ネジを着座後にトルクアップする本締めモードにおいてトルクアップした前記ネジの本数を計数するステップと、前記電動ドライバの駆動時間を設定するステップと、前記ネジを着座前の所定量だけ締め付ける仮締めモードにおいて前記電動ドライバの回転開始操作がなされると、前記電動ドライバを前記駆動時間だけ回転して停止するステップとを有することを特徴とする。かかる方法も上述のネジ締め装置と同様の作用を奏することができる。前記仮締めモードにおける前記電動ドライバの回転速度は前記本締めモードにおける前記電動ドライバの回転速度よりも小さいことが好ましい。仮締め時間を長く設定することによって仮締め制御が容易になる。
【０００９】
本発明の別の側面としての製造方法は、ネジを締め付ける電動ドライバを使用して部品を被締結物に複数箇所ネジ止めすることによって製品を製造する方法であって上述の制御方法を有することを特徴とする。かかる方法も上述のネジ締め装置と同様の作用を奏することができる。
【００１０】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一側面としてのネジ締め装置のブロック図である。
【図２】図２（ａ）は、仮締め状態のネジ、部品及び被締結物の位置関係を示す部分断面図である。図２（ｂ）は、着座したネジ、部品及び被締結物の位置関係を示す部分断面図である。
【図３】図１に示すネジ締め装置の動作を説明するフローチャートである。
【図４】図１に示すドライバの変形例の断面図である。
【図５】図５（ａ）乃至図５（ｅ）は、ネジの締め付け状態に応じた図４に示すドライバの回転速度を従来と本実施例とで比較する断面図である。
【図６】図５（ａ）乃至図５（ｅ）に示すように図４に示すドライバの回転速度を本実施例の制御方法に基づいて制御した場合のトルク状態の変移を示すグラフである。
【図７】図５（ａ）乃至図５（ｅ）に示すように図４に示すドライバの回転速度を従来例のように高速で維持した場合のトルク状態の変移を示すグラフである。
【図８】図４に示すネジ締め装置の動作を説明するフローチャートである。
【図９】図９（ａ）及び図９（ｂ）は図１に示すドライバの変形例の正面図と側面図である。
【図１０】図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すドライバを利用したネジ締め装置の主要部のブロック図である。
【図１１】図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すドライバを利用した制御方法のタイミングチャートである。
【図１２】図１１に示す制御方法のフローチャートである。
【図１３】図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すドライバを利用した別の制御方法のタイミングチャートである。
【図１４】図１３に示す制御方法のフローチャートである。
【図１５】図１３に示す制御方法の変形例のタイミングチャートである。
【図１６】図１５に示す制御方法のフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、ネジ締め装置１００について説明する。ネジ締め装置１００は、電動ドライバ１１０と、仮締め制御ユニット１２０と、本締め制御ユニット１３０とを有する。ネジ締め装置１００は、従来の電動ドライバ１１０と本締め制御ユニット１３０との組み合わせに仮締め制御ユニット１２０を追加したものであり、従来の構成を大幅に変更せずにオプションとして追加することができるという特長を有する。【００１３】
電動ドライバ１１０は、ユーザが手動で操作してネジ１０を締め付ける。ドライバ１１０は、本体１１２と、ビット１１４と、レバー１１６と、ケーブル１１８とを有する。【００１４】
本体１１２は、ユーザによって把持される部位であり、内部にはモータが搭載されており、ビット１１４にモータ軸がクラッチを介して接続されている。ビット１１４は、一端が本体１１２に接続されると共に他端がネジ１０のリセス１２に係合して本体１１２によって回転される部位である。【００１５】
レバー１１６は、ユーザによって操作され、本体１１２の電源をオン及びオフするスタートスイッチであり、モータへの通電をオンオフする。レバー１１６は、図１に示す状態がオフ状態であり、ユーザによって本体側に力を加えられると回転して本体１１２の電源が入る。ユーザが手を離すと時計回りに回転して図１に示す状態に復帰する。レバー１１６が引かれてオン状態になっている間は原則として本体１１２内のモータが回転する。従来は、ユーザはレバー１１６を素早く操作することによって仮締め量を調節していた。【００１６】
仮締め制御ユニット１２０は、ドライバ１１０の仮締め動作を制御し、制御部１２１と、モードスイッチ１２２と、タイマ１２４と、タイマ入力部１２５と、端子１２８と及び１２９とを有する。【００１７】
制御部１２１は、仮締め制御ユニット１２０内部に設けられ、図１では概略的に点線で示されている。制御部１２１は、ＭＰＵやメモリなどを含み、各部を制御する。モードスイッチ１２２は、ネジを着座まで締め付ける本締めモードと、ネジを着座せずに着座前の所定量だけ締め付ける仮締めモードとを切り替える。タイマ１２４は、仮締めモードにおけるドライバ１１０の駆動時間を設定する。タイマ入力部１２５は、ユーザが駆動時間を任意にタイマ１２４に設定する場合に使用される。端子１２８にはケールブＣの一端が接続される。端子１２９にはドライバ１１０のケーブル１１８が接続される。【００１８】
本締め制御ユニット１３０は、ドライバ１１０の本締め動作を制御するが、ユーザは従来のようにレバー１１６を素早く操作して仮締めを行うこともできる。本締め制御ユニット１３０は、制御部１３１と、電源スイッチ１３２と、正逆転スイッチ１３３と、カウンタ１３４と、カウンタ設定部１３５と、端子１３８とを有する。【００１９】
制御部１３１は、本締め制御ユニット１３０内部に設けられ、図１では概略的に点線で示されている。制御部１３１は、ＭＰＵやメモリなどを含み、各部を制御する。別の実施例では制御部１２１と１３１は一体に構成される。【００２０】
電源スイッチ１３２は、ユーザによって操作され、本締め制御ユニット１３０の電源をオンオフする。正逆転スイッチ１３３は、ドライバ１１０の回転方向をネジが締まる正方向に回転させるか、ネジを緩める逆方向に回転させるかを切り替える。カウンタ１３４は、モードスイッチ１２２が本締めモードに設定されたときに動作し、仮締めモードに設定されたときには動作しない。カウンタ１３４は、トルクアップしたネジ１０の本数を計数する。カウンタ設定部１３５は、ユーザが任意にカウンタ１３４にネジの本数を設定する場合に使用される。端子１３８にはケールブＣの他端が接続され、これにより、仮締め制御ユニット１２０と本締め制御ユニット１３０とは電気的に接続される。本実施例では、仮締め制御ユニット１２０は、本締め制御ユニット１３０から電源を得てその一部をドライバ１１０に供給しているが、仮締め制御ユニット１２０は独自に電源ケーブルを有して電源を得てもよい。【００２１】
以下、図２（ａ）乃至図３を参照して、ネジ締め装置１００の動作について説明する。ここで、図２（ａ）は、仮締め状態のネジ１０、部品２０及び被締結物３０の位置関係を示す部分断面図である。図２（ｂ）は、着座したネジ１０、部品２０及び被締結物３０の位置関係を示す部分断面図である。図３は、ネジ締め装置１００の動作を説明するフローチャートである。【００２２】
まず、ユーザは電源スイッチ１３２をオンにして仮締め制御ユニット１２０と本締め制御ユニット１３０の電源を入れる。次いで、ユーザは仮締めを設定及び開始する（ステップ１００２）。即ち、モードスイッチ１２２を仮締めに設定し、正逆転スイッチ１３３を正回転に設定する。モードスイッチ１２２が仮締めモードを設定するとドライバ１１０の動作は仮締め制御ユニット１２０の制御部１２１のみによって制御される。次に、ユーザはタイマ入力部１２５を介して駆動時間を、例えば、０．２秒と設定する（ステップ１００４）。次いで、
次に、ユーザは、ビット１１４の先端をネジ１０のリセス１２に嵌合してレバー１１６を引く。それに応答して、制御部１２１はドライバ１１０への通電を開始し、ドライバ１１０を回転する（ステップ１００６）。同時に、タイマ１２４がカウントダウンを開始する。カウントダウンは仮締め制御ユニット１２０の内部クロックを利用することができる。タイマ１２４に設定された駆動時間が０になったと判断すると（ステップ１００８）、制御部１２１はドライバ１１０への通電を停止する（ステップ１０１０）。この結果、ビット１１４はタイマ１２４で設定された駆動時間だけしか回転しないのでばらつきのない仮締め量をネジ１０に与えることができる。仮締め量を与えられたネジ１０は図２（ａ）に示すようになる。【００２３】
この際、制御部１２１は、仮締めモードにおけるドライバ１１０の回転速度を本締めモードにおけるそれよりも小さく、例えば、半分に設定する。これにより、タイマ１２４の駆動時間長くすることができ、制御が容易になるため、仮締め量の精度を高めることができる。仮締め動作により、本締め動作において被締結物３０のネジ孔３２と部品２０のバカ孔２２がずれて他のネジ１０の挿入ができなくなることを防止することができる。【００２４】
次に、ユーザは本締めを設定及び開始する（ステップ１０１２）。即ち、モードスイッチ１２２を本締めに設定し、正逆転スイッチ１１５を正回転に設定する。モードスイッチ１２２が本締めモードを設定するとドライバ１１０の動作は本締め制御ユニット１３０の制御部１３１のみによって制御される。次に、ユーザはカウンタ設定部１３５を操作してネジ本数をカウンタ１３４に入力する（ステップ１０１４）。【００２５】
次に、ユーザは、ビット１１４の先端をネジ１０のリセス１２に嵌合してレバー１１６を引く。それに応答して、制御部１３１はドライバ１１０への通電を開始し、ドライバ１１０を回転する（ステップ１０１６）。これにより、図２（ｂ）に示すように、ネジ１０を本締めする。ネジ１０が着座まではモータ軸とカムクラッチが一体的に回転するがネジがトルクアップするとそのトルクでモータ軸がカムを乗り上げて回転が停止する。回転停止に応答してカウンタ１３４がカウントダウンする（ステップ１０１８）。【００２６】
ユーザは全てのネジを本締めしたと判断するとカウンタ１３４を見る（ステップ１０２０）。カウンタ１３４の値がゼロであれば本締めを終了する。カウンタ１３４がゼロでなければ締め忘れたネジがあるのでこれを本締めする。この結果、締め忘れを防止することができる。【００２７】
本締めモードは、上述のように、制御部１３１は回転速度を仮締めモードのそれよりも大きく設定して本締めを迅速に行う。また、仮締め時にカウンタ１３４が動作することはないから仮締めによるカウンタ１３４の誤動作を防止することができ、締め忘れを防止することができる。【００２８】
本実施例のネジ締め装置１００は、特にネジ部の短いネジを仮締めする場合に適している。従来のように、本締め制御ユニット１３０のみとレバー１１６のオン操作時間のみによって仮締めを行うとレバー１１６を０．２秒だけオンにすることは困難である。ネジ部が短いネジは、３回転程度でネジは着座してしまうため、着座した場合にはユーザは正逆転スイッチ１３３を逆転にしてネジを緩める必要があるが、ここでもレバー１１６を０．２秒だけオンにすることは困難である。本実施例のようにタイマ１２４を備えた仮締め制御ユニット１２０を使用することによって仮締めを確実に行うことができる。【００２９】
着座時のトルクを小さくする別のドライバ１１０Ａの内部構造を図４に示す。ドライバ１１０Ａは、サーボモータ１４０と、カップリング（軸継手）１４１と、ユニバーサルジョイント（自在継手）１４２と、直線摺動軸１４３と、ユニバーサルジョイント１４４と、カップリング１４５と、ビット１１４Ａと、検出部１５０と、エンコーダ１５８とを有する。【００３０】
サーボモータ１４０はモータ軸１４０ａを回転する。カップリング１４１はモータ軸とユニバーサルジョイント１４２の軸を結合する。ユニバーサルジョイント１４２はモータ軸１４０ａの回転を角度を付けて直線摺動軸１４３に伝達する。直線摺動軸１４３は矢印方向に摺動可能な軸である。ユニバーサルジョイント１４４は直線摺動軸１４３の回転を角度を付けてビット１１４Ａに伝達する。【００３１】
ドライバ１１０Ａはビット１１４Ａに対してサーボモータ１４０が偏芯している。かかる偏芯はドライバ１１０Ａに必須の構成ではない。従って、サーボモータ１４０のモータ軸１４０ａがビット１１４Ａとは直線的に又は同心円状に配置されてもよい。【００３２】
但し、偏芯した構成は好ましい場合がある。例えば、クランプリングには６つのネジ孔が設けられており、６つのネジを同時に締め付ける場合があり、６つのドライバ１１０Ａを同時に使用する場合がある。この場合、サーボモータ１４０のモータ軸１４０ａがビット１１４Ａと同心円状にあると６つのドライバ１１０Ａのサーボモータ１４０がぶつかり、複数のドライバ１１０Ａを隣接して配置できなくなる。本実施例のように偏芯していればかかる問題を解決することもできる。【００３３】
上記の例では、ドライバ１１０Ａは自動でネジ締めを行うが、手動で一つのドライバ１１０Ａを使用する場合にも偏芯した構成が好ましい場合がある。例えば、ネジ止めする近傍に背の高い部品や壁があり、これとサーボモータ１４０がぶつかるような場合である。【００３４】
カップリング１４５は検出部１５０とビット１１４Ａとを結合する。検出部１５０は、後述する挿入直前の位置を検出する。検出部１５０は、センサ取付部１５１と、センサ１５２と、接続板１５３と、サンサドグ１５４と、回り止め１５５と、固定ブロック１５６とを有する。なお検出部１５０の構成は単なる例示である。【００３５】
センサ取付部１５１は、センサ１５２を固定ブロック１５６の側壁１５６ａに垂直に取り付ける棒状部材である。センサ１５２は光電センサである。接続板１５３は、カップリング１４５に一端が結合され、他端にセンサドグ１５４が取り付けられる平板部材である。センサドグ１５４は遮光板である。回り止め１５５は、センサドグ１５４の回転を防止する棒状部材であり、接続板１５５を貫通する。固定ブロック１５６は側壁１５６ａと底部１５６ｂからなり、断面Ｌ字形状を有する。底部１５６ｂには回り止め１５５が垂直に取り付けられる。【００３６】
エンコーダ１５８は、サーボモータ１４０のモータ軸１４０ａの回転角度を検出する。【００３７】
ビット１１４Ａが上下移動するとセンサドグ１５４もカップリング１４５に接続された接続板１５３と共に上下移動する。この時のセンサ１５２の光路を遮光する位置を原点に設定してセンサドグ１５４を配置すれば原点検出を容易に行うことができる。【００３８】
ネジ１０の部品２０への挿入状態を図５（ａ）乃至図５（ｅ）に示す。図５（ａ）は、挿入開始のネジ１０と部品２０の位置関係を示す断面図である。図４（ｂ）は、挿入直前のネジ１０と部品２０の位置関係を示す断面図である。図４（ｃ）は、着座直前のネジ１０と部品２０の位置関係を示す断面図である。図４（ｄ）は、ネジ１０が着座した状態を示す断面図である。図４（ｅ）は、トルクアップを受けているネジ１０と部品２０の位置関係を示す断面図である。また、図６は、本実施例のネジ締め方法を適用した場合の時間とトルクの関係を示すグラフである。【００３９】
本実施例では仮締めは行わないため、図４に示すドライバ１１０Ａを本締め制御ユニット１３０Ａに取り付ける。本締め制御ユニット１３０Ａは、制御ユニット１３０に入力部１３６が設けられた構成をしている。入力部１３６は、エンコーダ１５８が検出するモータ軸１４０ａの回転量（本実施例では４回転）を設定する。本締め制御ユニット１３０Ａは検出部１５０及びエンコーダ１５８の出力を取得し、制御部１３１はこれらの出力に基づいてサーボモータ１４０への通電のオンオフ及び回転速度を制御する。また、本実施例では、ドライバ１１０Ａは手動でも自動でもよい。手動の場合にはユーザはドライバ１１０Ａのレバー１１６を引き、自動の場合には本締め制御ユニット１３０Ａのスイッチ又はドライバ１１０Ａに接続された装置のスイッチを介してドライバ１１０Ａの駆動を開始することができる。【００４０】
本実施例では、図５（ｂ）に示す挿入直前状態のネジ１０の位置を原点に設定している。ネジ１０のネジ部の長さと一回転あたりのピッチ量を予め取得しておく。例えば、ネジ１０のネジ部の長さが５ｍｍであり、一回転あたり１ｍｍ挿入されるとすると、図５（ｂ）に示す状態から５回転すると図５（ｄ）に示すように着座することになる。【００４１】
そこで、本実施例では、図５（ｃ）に示す着座直前の状態、例えば、ネジ１０が４回転した状態、までは高速でネジ１０を回転させ、最後の１回転は低速で回転させる。高速は、例えば、５００回転であり、低速は、例えば、１０回転である。ユーザは入力部１３６を介して４回転を入力してもよいし、ネジ部の長さとピッチ量を入力して制御部１３１が４回転を算出してもよい。【００４２】
以下、ドライバ１１０Ａを有するネジ締め装置１００Ａの動作を図５（ａ）乃至図８を参照して説明する。図７は、図６に対比される従来の高速度で本締めを行う方法における時間とトルクの関係を示すグラフである。図８は、ネジ締め装置１００Ａの動作を説明するためのフローチャートである。【００４３】
まず、ユーザは、本締め制御装置１３０Ａの電源スイッチ１３２を入れて本締めを設定及び開始する（ステップ１１０２）。次に、ユーザは、検出部１５０を調節してセンサ１５２が検出する原点位置が図５（ｂ）に示す挿入直前位置に設定する（ステップ１１０４）。次に、ユーザは入力部１３６を介して図５（ｂ）に示す状態から図５（ｄ）に示す状態までの回転情報を入力する（ステップ１１０６）。更に、ユーザはカウンタ設定部１３５を操作してネジ本数をカウンタ１３４に入力する（ステップ１１０８）。【００４４】
次に、ユーザは、ビット１１４の先端をネジ１０のリセス１２に嵌合してレバー１１６を引く。それに応答して、制御部１３１はドライバ１１０への通電を開始し、ドライバ１１０を回転する（ステップ１１１０）。図５（ａ）に示す挿入開始状態から検出部１５０が図５（ｂ）に示す挿入直前状態を検出するまでは制御部１３１はサーボモータ１４０を高速で回転する。【００４５】
制御部１３１は、検出部１５０が図５（ｂ）に示す挿入直前状態を検出してその旨の通知を検出部１５０から受信すると（ステップ１１１２）、エンコーダ１５８による検出結果の受信を開始する（ステップ１１１４）。エンコーダ１５８が図５（ｃ）に示す着座直前状態を検出するまではサーボモータ１４０を高速で回転する。【００４６】
次に、制御部１３１は、モータ軸１４０ａが４回転したことをエンコーダ１５８が検出してその旨の通知をエンコーダ１５８から受信するとネジ１０が図５（ｃ）に示す着座直前位置にあると判断し（ステップ１１１６）、サーボモータ１４０の動作モードを高速モードから低速モードに切り替える（ステップ１１１８）。  この結果、図６に示すように、図５（ｄ）に示す着座時のトルクを小さくすることができる。【００４７】
制御部１３１は、図５（ｄ）に示すネジ１０の着座を検出すると（ステップ１１２０）、再び高速モードに変更する（ステップ１１２２）。着座は、後述するように、電圧値、エンコーダの値、ホール素子の値などから検出することができる。次に、制御部１３１は規定トルクに到達したらネジ締めを終了する。ネジ締め装置１００は規定トルクをドライバ１１０内のカムを利用して検出していたが、ネジ締め装置１００Ａはトルク値を監視することによって規定トルクを検出する。その後、制御部１３１は、カウンタ１３４にカウントダウンさせる（ステップ１１２６）。【００４８】
高速モードに切り替えることによって部品がバネ部材である場合やネジと部品の間にバネ座金などのバネ部材を介在させてこれに所定の弾性力をもたせるのに必要な時間が短くなる。この結果、図５（ｅ）に示すネジ締めを大きすぎないトルクで行うことができる。図６と図７を比較すると、本実施例の締め付け制御方法によれば着座時のトルクが激減することが理解される。【００４９】
ユーザは全てのネジを本締めしたと判断するとカウンタ１３４を見る（ステップ１１２８）。カウンタ１３４の値がゼロであれば本締めを終了する。カウンタ１３４がゼロでなければ締め忘れたネジがあるのでこれを本締めする。この結果、締め忘れを防止することができる。【００５０】
このように、本実施例によれば、着座時のトルクを規格値内に収める精度が向上し、部品（例えば、クランプリング）及び被締結物（例えば、スピンドルモータのハブ）からなる製品（例えば、ハードディスク装置）の品質が安定する。また、サーボモータ１４０や機構部の高剛性化をすることなく、ドライバ１１０Ａの寿命を従来のような高速度のみを行う場合よりも延ばすことができる。【００５１】
電動ドライバ１１０は、図１に示すように、仮締め制御ユニット１２０が別体であったが、本発明は、仮締め制御ユニット１２０が電動ドライバ１１０又は本締め制御ユニット１３０と一体になった構成を妨げるものではない。図９（ａ）は、仮締め制御ユニット１２０と一体になった電動ドライバ１１０Ｂの正面図であり、図９（ｂ）は電動ドライバ１１０Ｂの側面図である。【００５２】
電動ドライバ１１０Ｂは、モードスイッチ１１３と正逆転スイッチ１１５が本体１１２Ａの表面に取り付けられている点で電動ドライバ１１０とは異なる。また、ドライバ１１０Ｂはエンコーダ１５８を内蔵しているがドライバ１１０はエンコーダを内蔵していない点でも相違する。更に、電動ドライバ１１０Ｂは図１に示す本締め制御ユニット１３０と類似の本締め制御ユニット１３０Ｂに取り付けられる。本締め制御ユニット１３０Ｂは正逆転スイッチ１１５を有さず、入力部１３６を有する点で本締め制御ユニット１３０とは異なる。また、ドライバ１１０Ｂの動作はドライバ１１０及び１１０Ａのいずれとも異なる。【００５３】
モードスイッチ１１３と正逆転スイッチ１１５とネジ締め動作との関係を表１に示す。【００５４】
【表１】
2008105057.tif 000003
【００５５】
モードスイッチ１１３で必要な動作を設定しておき、レバー１１６を握るとその動作を実行する。動作実行中にレバー１１６を放すとその場で動作を中断する。本締め動作中にレバー１１６を放して中断するなど異常終了したときは、自動的にネジ緩め量だけ戻して、正しく本締めされていないことを目視できるようにする。仮締め動作でも、着座点付近で異常が発生する場合もあるため、異常時はネジを緩めて終了する。【００５６】
本締め制御ユニット１３０Ｂのカウンタ１３４は、本締めが成功し、ビット回転量から仮締め後の本締めであることが確認されたときにカウントアップ（＋１）する。ネジ抜取又はネジ緩め動作が成功し、電流値から測定したその時の戻しトルク値が規定値以上ならば、本締めされていたネジが緩められたとしてカウントダウン（−１）する。押しボタンスイッチにより、任意の時点で計数値を０にリセットできる。なお、これらのカウントアップ、カウントダウンをカウントダウン、カウントアップに変更すれば図１の実施例と同様になる。【００５７】
以下、図１０を参照して、ドライバ１１０Ｂを有するネジ締め装置１００Ｂの主要構成について説明する。ここで、図１０は、ネジ締め装置１００Ｂの主要構成のブロック図である。【００５８】
スイッチ１１３、１１５及びレバー１１６はユーザの指示をＭＰＵに伝える。本締め制御ユニット１３０Ｂは、制御部１３１と、カウンタ１３４と、角度カウンタ１６０と、Ｄ／Ａ変換器１６１と、パワーアンプ１６２と、Ａ／Ｄ変換器１６３とを含む。【００５９】
制御部１３１はＭＰＵからなり、ユーザの指示に応じてモータ１４０を制御するマイクロコントローラである。制御部１３１は、プログラムを記憶するＲＯＭ、一時記憶用ＲＡＭ等を同一チップに内蔵する小型のコンピュータである。【００６０】
角度カウンタ１６０は、モータ１４０の回転量を計測するためのアップダウン・カウンタで、インクリメンタル型エンコーダ１５８の出力パルスを計数する。更に、モータ１４０の回転量の測定値をＭＰＵによりギアの減速比で割り算してビット１１４の回転量に変換する。レバー１１６を握って動作が開始される時に０に初期化され、その後の動作中のビット回転量を測定する。ビット回転速度は、ＭＰＵにより単位時間毎（１ｍｓｅｃ程度）  のビット回転量の増減量を測定し、その時間間隔で割って算出する。【００６１】
Ｄ／Ａ変換器１６１は、ＭＰＵでトルク制御、速度制御、角度制御のために計算されたモータ１４０へのデジタルの操作量をアナログ電圧に変換して次のパワーアンプ１６２へ出力する。【００６２】
パワーアンプ１６２は、Ｄ／Ａ変換器１６１の出力に比例した電圧でモータ１４０を駆動する。Ｄ／Ａ変換器１６１をＰＷＭ（パルス幅変調器）、パワーアンプをＦＥＴによるスイッチング回路に交換してデジタル制御でモータ１４０を駆動することもできる。【００６３】
Ａ／Ｄ変換器１６３は、モータ巻線に直列に挿入した抵抗器の両端の電圧としてのアナログ値をデジタル値に変換して、ＭＰＵで抵抗値で割り算しモータ電流値を測定する。更に、ＭＰＵで、モータ１４０のトルク定数とギアの減速比を乗算すると、ビット出力トルクが得られる。【００６４】
エンコーダ１５８は、モータ１４０の回転量を測定するためのインクリメンタル型ロータリエンコーダである。スリットを透過する光の明暗を検知することで微小回転量ごとにオン／オフする。矩形波信号を発生でき、更に互いに９０度の位相差を持つ２相の矩形波を発生させるタイプでは、信号の進み／遅れの解析により回転方向の検出も可能になる。モータ１４０の絶対角度を検出するアブソリュート型のエンコーダを使用してもよい。その場合はカウンタ１６０を使用せずに直接ＭＰＵに回転角度を読み込み、初期化の代わりに、動作開始時点の回転角度をＭＰＵ内に記憶しておき、動作中の回転量はこの記憶値を減算して動作開始からのモータ１４０の回転量とする。【００６５】
モータ１４０は、ブラシ付きＤＣサーボモータで、モータ電流に比例したトルクを発生する。モータは３相ブラシレスモータを使用してもよい。その場合はエンコーダ計測のモータ回転角情報を用いて正弦波転流制御を行う部分を追加することで、ブラシの代わりをさせる必要がある。操作量（入口）とモータ電流（出口）ではＤＣサーボモータと等価になり、基本的な動作はＤＣサーボモータを用いた場合と変わらない。【００６６】
ギア１４６は、モータ１４０の出力トルクをギアの減速比倍に増力してビット１１４を回転させる。その代わり、ビット回転速度は１／減速比に減速される。図４では、要素１４１乃至１４５がギア１４６に相当する。トルクが小さい時など、ギア等の減速機を使用せずにモータの回転をそのままビットに伝えることも可能で、その場合は減速比を１とする。【００６７】
カウンタ１３４は、ネジ１０の締め忘れ防止のため、本締めに成功したネジ１０の数を計数するアップダウン・カウンタである。ユーザがカウンタ設定部１３５を操作してカウンタをゼロにする。本実施例では、仮締めされているネジの本締めに成功したときにＭＰＵの指示で＋１とし、本締めされているネジを緩めたり抜き取ったりした場合には−１とする。その場合、ビット１１４を逆転させたときの戻しトルクを電流値で測定し、これが規定値以上のときだけ締まっていたネジ１０を緩めたとものして、本締め成功計数値をカウントダウン（−１）する。【００６８】
本実施例では仮締め量を一定に制御するために２つの制御方法を使用する。第１の制御方法は、タイマ１２４で仮締め時間を計測する代わりにエンコーダ１５８でビット回転量（仮締め回転量）を計測して着座せずに仮締め量を得る。第２の制御方法は、一旦ネジを着座させて着座を検出と同時に正転を停止し、仮締め量だけ逆転させて仮締め量を得る。即ち、第２の制御方法は、締め付けを途中で止めずに一旦ネジ１０が着座するまでビット１１４を回転させる。なお、本実施例では、ドライバ１１０Ｂは手動操作されるが、これら２つの制御方法は自動締め付け装置にも適用可能である。【００６９】
以下、第１の制御方法を図１１及び図１２を参照して説明する。ここで、図１１は、第１の制御方法のタイミングチャートである。図１２は、第１の制御方法のフローチャートである。【００７０】
最初に、ユーザは仮締めを設定及び開始する（Ｐ１、ステップ１２０２）。即ち、モードスイッチ１１３を仮締めに設定し、正逆転スイッチ１１５を正回転に設定してレバー１１６を引く。着磁したビット１１４を鉄製の十字穴付ネジ１０のリセス１２に嵌合してバカ孔２２及び雌ネジ孔３２の入口に設定し、仮締めのシーケンスを開始する。【００７１】
まず、バカ孔２２及びネジ孔３２の入口でのカジリ（焼き付き）防止のために微小量逆転する（Ｐ２、ステップ１２０４）。これは、ネジが倒れている状態でいきなり正転するとカジリが発生し易いので、微小量（９０度〜３６０度程度）逆転してネジ１０、バカ穴２２及びネジ穴３２に真っ直ぐに整列させる。なお、カジリとは、ネジの熱伝導率が低く熱膨張率が高いため、電動工具などで締め付けると摩擦熱によりネジ部が膨張して雄ネジと雌ネジが密着し、動かなくなることをいう。【００７２】
次に、バカ孔２２及びネジ孔３２の入口でのカジリ防止のために最初は低速でビット１１４を回転する（Ｐ３、ステップ１２０６）。低速期間は回転量としてユーザが入力部１３６を介して本締め制御ユニット１３０Ｂに予め登録している。制御部１３１はその回転量に到達したかどうかをエンコーダ１５８を利用して判断する。低速は、例えば、２回転である。【００７３】
次に、締め付け時間の短縮のために着座直前までは高速でビット１１４を回転する（Ｐ４、ステップ１２０８）。着座直前であるかどうかはエンコーダ１５８を利用する。例えば、ネジ１０のネジ部の長さが５ｍｍであり、一回転あたり１ｍｍ挿入されるとすると５回転で着座する。このため、ステップ１２０８は、ネジ１０が４回転した状態をエンコーダ１５８が検出するまではビット１１４を高速で回転する。ユーザが着座直前の回転量を入力部１３６を介して本締め制御ユニット１３０Ｂに予め登録する点は本締め制御ユニット１３０Ａと同様である。制御部１３１はその回転量に到達したかどうかをエンコーダ１５８を利用して判断する。なお、低速モードは、例えば、１０回転、高速モードは、例えば、５００回転である。【００７４】
次に、制御部１３１は着座直前位置にネジ１０が到達したと判断するとビット１１４を減速及び停止する（Ｐ５、ステップ１２１０）。着座前に停止しているのでネジ１０が浮いている（Ｐ６）。但し、エンコーダ１５８を利用した回転量で規定するため、ネジ１０のネジ部の長さが異なると仮締め量も異なる。この状態では、ネジ１０はまだ着座していないために衝撃（トルク）は殆ど無い（Ｐ１２）。【００７５】
次に、ユーザは本締めを設定及び開始する（Ｐ７、ステップ１２１２）。即ち、モードスイッチ１１３を本締めに設定し、正逆転スイッチ１１５を正回転に設定してレバー１１６を引く。ビット１１４をネジ１０のリセス１２に嵌合し、本締めのシーケンスを開始する。まず、二度締めを想定し最初は低速でビット１１４を回転する（Ｐ８、ステップ１２１４）。即ち、本締め後にネジ１０を締める場合もあるため、回転量からこれを検出する間、低速でビット１１４を回転する。低速度を指令して回転量が増加しないときは本締め後にネジ１０を締めると判断して着座済とし、速度制御を終了してトルクアップに移行する。【００７６】
次に、締め付け時間の短縮のために着座直前までは高速でビット１１４を回転する（Ｐ９、ステップ１２１６）。【００７７】
次に、着座時の衝撃（トルク）を抑えるためにビット１１４を低速で回転する（Ｐ１０、ステップ１２１８）。この結果、ネジ１０は着座する（Ｐ１１、ステップ１２２０）。ネジ１０が着座するとビット１１４の回転速度が下がるので、回転速度が規定値以下となったことを検出して着座と判断する。代わりに、モータ電流値が規定値以上に増加したことを検出したり、エンコーダ１５８を利用して回転量を検出したり、三相モータのホール素子信号のパルス発生間隔が規定より長いことを利用して回転速度が低下したことを検出してもよい。【００７８】
着座時の回転速度は低速であるので着座検出遅れによる電流と慣性力の両面でトルクを小さくすることができる（Ｐ１３）。これにより、制御部１３１は、ビット１１４の回転速度制御を終了する。【００７９】
次に、制御部１３１は指定のトルク曲線に従ってトルクアップ制御を開始する（Ｐ１４、ステップ１２２２）。次に、制御部１３１は最大締め付けトルクのところで指定時間トルクを保持し、締め付けを安定させる（Ｐ１５、ステップ１２２４）。次に、制御部１３１は、回転量から仮締めからの本締めであること、及び、正常にトルクアップ及びトルクホールドが行なわれたと判断すると、本締め成功のネジ１０の本数を計数するためのパルス（＋１）を１個出力する（Ｐ１６、ステップ１２２６）。本締め後のネジを更に本締めしたことがビット回転量から検出された場合は、本締め成功の計数パルスを出力しない。なお、仮締めにより、本締めを忘れていることに目視だけで容易に気づくことができる。【００８０】
本締めの途中で、何らかの異常が検出され、最終締め付けトルクまでトルクアップできなかったときは、ビット１１４を逆転してネジ１０を仮締め位置まで戻す。これにより、締め忘れが容易に発見できるようにする。また、異常の原因を取り除いたあと再度同じ手順で本締めができる。【００８１】
以下、第２の制御方法を図１３及び図１４を参照して説明する。ここで、図１３は、第２の制御方法のタイミングチャートである。図１４は、第２の制御方法のフローチャートである。図１４において図１２と同様のステップについては同様の参照符号を付して説明は省略する。ステップ１２０２からステップ１２０８までは図１２と同様である。【００８２】
制御部１３１は着座直前位置にネジ１０が到達したと判断するとビット１１４を低速で回転する（Ｐ２１、ステップ１３０２）。低速モードの回転数は、例えば、１０回転である。【００８３】
次に、ビット１１４の回転速度の低下で着座を検出し、ビット１１４の回転速度制御を終了して逆転のための角度制御に切り替える（Ｐ２２、ステップ１３０４）。着座検出遅れのため、速度制御の最後の部分の電流により一瞬トルクを発生する（Ｐ２５）。バネ座金が無い場合など着座の衝撃は一瞬である場合には、着座検出が遅れるため速度制御を終了間際のモータ電流により一瞬トルクが発生する場合があるからである。このときのモータ電流値を計測して規定値以上になれば着座と判定することも可能である。また、この時、制御部１３１はユーザに正逆転スイッチ１１５を切り替えるように促してユーザが切り替えてもよいし、制御部１３１が自動で切り替えてもよい。更に、着座時の衝撃が逆転時のトルクに現れる（Ｐ２６）。逆転により、着座時の衝撃で締め込んだねじの戻しトルクの大きさが電流に現れるからである。Ｐ２６の電流値がＰ２５の電流値よりも大きい場合はビット回転速度と回転部分のイナーシャに比例し、衝撃吸収時間に反比例する慣性力が加算されていることになる。【００８４】
次に、制御部１３１は、仮締めのため指定回転量（仮締め量）だけ逆転してネジ１０を着座位置から浮かせる（Ｐ２３、ステップ１３０６）。仮締め量はユーザが入力部１３６を介して本締め制御ユニット１３０Ｂに予め登録している。制御部１３１はその回転量に到達したかどうかをエンコーダ１５８を利用して判断する。このように、着座検出後はトルクアップせずに所定の回転量だけ逆転して、ネジ頭と部品２０との間に仮締め量に対応した隙間を形成する。ねじ込むときの摩擦抵抗が大きく変動するネジ１０に対しても仮締め量を正確に制御することができる。これにより、部品２０を微小に動かすことができ、他のネジ１０を締めやすくする。全てのネジ１０が仮締めされると、必要に応じて部品２０を正しい位置に微小移動して固定する。【００８５】
次に、ユーザは本締めを設定及び開始する（Ｐ７、ステップ１２１２）。ステップ１２１４及び１２１６を経て、着座時の衝撃（トルク）を抑えるためにビット１１４を低速で回転する（Ｐ２４、ステップ１３０８）。着座に接近すると着座時の衝撃を抑えるため減速する。仮締め量分だけ回転すれば着座することが分かっているので減速時期を着座直前に設定することができる。この期間は十分短いために仮締め時よりも着座時のトルクを抑えることができる。その後は、ステップ１２２０乃至１２２８が行われる。【００８６】
以下、第２の制御方法の変形例を図１５及び図１６を参照して説明する。ここで、図１３は、第２の制御方法の変形例のタイミングチャートである。図１６は、第２の制御方法の変形例のフローチャートである。図１６において図１４と同様のステップについては同様の参照符号を付して説明は省略する。ステップ１２０２からステップ１３０４までは図１４と同様である。【００８７】
制御部１３１は、仮締めのため指定回転量（仮締め量）だけ逆転してネジ１０を着座位置から浮かせるが仮締め量はリセス１２の方向又はビット１１４の方向が揃うように微調整する（Ｐ２７、ステップ１３１０）。これにより、本締め時にビット１１４とリセス１２が同じ角度で嵌合できるようになる。また、ネジ１０のネジ部の長さが変わっても、仮締め量を常に同一量に制御することができる。また、戻し角度は微小なので必要な仮締め量を確保しつつリセス１２の方向を揃えることができる。【００８８】
リセス１２の方向を揃えるためにはビット１１４の原点センサを設けてもよい。但し、そこまで厳格にしなくてもよい。例えば、微修正された最終位置決め角度が、リセス１２が十字穴の場合９０度（又は±４５度）ステップ、６角穴の場合は６０度（又は±３０度）ステップ、両者混合の場合は１８０度（又は±９０度）ステップの飛び飛びの値とすればよい。この方法は、特別なハードを必要としない計算方法を工夫するだけの方法であるので安価である。図１５の横に十字穴のリセス１２が揃う様子を示す。【００８９】
その後は、ステップ１２１２乃至１２２４が行われる。次に、ビット１１４の方向を揃えるために微小量逆転する（Ｐ２８、ステップ１３１２）。この結果、次のネジの本締め時にビット１１４とリセス１２が同じ角度で嵌合することができる。このため、トルクホールドからトルクが解放された後でビット１１４を逆転させる。この場合、正転することも考えられるが、リセス１２とビット１１４の結合が外される前にレバー１１６が開放されると正転の場合に締め過ぎてしまうため、逆転の方が安全である。なお、このとき、電流を監視してトルクが掛かっていないことを確認、トルクが掛かっていたならば異常終了とする。リセス１２の方向を揃えるためには、最終位置決め角度が、リセス１２が十字穴の場合９０度ステップ、６角穴の場合は６０度ステップの飛び飛びの値で一番回転量が少ない値とする。【００９０】
その後は、ステップ１２２６乃至１２２８が行われる。なお、逆転時の電流値を測定し、規定以上の大きな電流が流れた場合はリセス１２とビット１１４の結合が外れる前に逆転しネジ１０を緩めたとして異常終了とし、Ｐ１６のパルスは出力しない。【００９１】
本締め、仮締めで異常が発生してネジ１０を指定回転量だけ緩める場合も、最終的に逆転して位置決めする角度をリセスの形状に応じて９０度ステップ、６０度ステップなどの飛び飛びの角度でのみ停止するように戻し角度を選択すれば、ビット１１４の方向を揃えて動作を終了することができる。ねじ緩め、ねじ抜取動作時も、完了後にリセス１２の方向が同じになるような９０度ステップ、６０度ステップの回転量に設定しておけば、これらの動作後もビット１１４の方向が常に揃う。又、これらの動作中にレバー１１６が放されて動作を中断する場合も、この飛び飛びの角度で停止させる。【００９２】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、様々な変形及び変更が可能である。
【産業上の利用の可能性】
【００９３】
本発明によれば、仮締めを確実に行ってネジの締め忘れ防止の実効を図るネジ締め装置を提供することができる。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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