(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータでソケットを回転させてねじ部材を締め付ける締め付け装置であって、
前記電動モータの駆動電流の大きさの制限値をねじ部材が着座して電動モータの回転が落ちた時点から目標締め付けトルクに相当する所定の駆動電流の大きさに達するまで前記電動モータの回転速度に応じて連続的に変化させて制御して締め付けを行い、
該制御は、ねじ部材が着座して電動モータの回転が落ちた時点の初期には駆動電流の大きさの制限値が急激に上昇するが、目標締め付けトルクに相当する所定の駆動電流の大きさに近づくにつれて駆動電流の大きさの制限値の上昇が緩やかとなる連続的な制御であることを特徴とする締め付け装置。
【請求項２】
流体圧モータでソケットを回転させてねじ部材を締め付ける締め付け装置であって、
前記流体圧モータの流体の時間当たりの流量の制限値をねじ部材が着座して流体圧モータの回転が落ちた時点から目標締め付けトルクに相当する所定の時間当たりの流量に達するまで前記流体圧モータの回転速度に応じて連続的に変化させて制御して締め付けを行い、
該制御は、ねじ部材が着座して流体圧モータの回転が落ちた時点の初期には流体圧モータの流体の時間当たりの流量の制限値が急激に上昇するが、目標締め付けトルクに相当する所定の時間当たりの流量の制限値に近づくにつれて時間当たりの流量の上昇が緩やかとなる連続的な制御であることを特徴とする締め付け装置。
【請求項３】
請求項1に記載の締め付け装置であって、
前記電動モータの回転速度の減少に対する前記電動モータの駆動電流の大きさの制限値が上昇する制御は、指数部が負であり該指数部に前記モータの回転速度を含む指数関数で制御されるようになっていることを特徴とする締め付け装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ボルトやナット等のねじ部材の締め付けを自動的に行うナットランナ等の締め付け装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボルトやナット等のねじ部材の締め付けを自動的に行うＡＣサーボナットランナ等の締め付け装置においては、ねじ部材の締め付けトルクを安定させるために、駆動源となるモータのトルク制御が行われる。トルク制御の方法の一例としてストール方式がある。このストール方式については、例えば特開平２−４８１４０号公報に記載されている。
ストール方式とは、図４に示されるように、まずモータに一定電流を供給して無負荷領域ではねじ部材を一定の高速回転をさせて仮締めを行い、ねじ部材が着座して回転数が落ちると供給電流を上昇させ、締め付けトルクを上げて締め付けを行う。そして、供給電流が目標締め付けトルクに相当する所定のストール電流に達した時点で電流の供給を停止して、モータの回転を停止させる制御方式である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかるストール方式においては、図４に示されるように、必ず締め付けトルクのオーバーシュート（締め過ぎ）が発生してしまう。このオーバーシュートはモータの回転速度にほぼ比例するもので、供給電流の上昇中は何の制限もかけず、所定のストール電流に達して始めて制限をかけるストール方式では回避することができないものである。特に、締め付け工程の効率化のためにはねじ部材を高速回転させる必要があることから、オーバーシュートが大きくなってしまうという問題点があった。
そこで、本発明においては、締め付けトルクのオーバーシュートを確実に低減することができる締め付け装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明においては、電動モータでソケットを回転させてねじ部材を締め付ける締め付け装置であって、前記電動モータの駆動電流の大きさの制限値をねじ部材が着座して電動モータの回転が落ちた時点から目標締め付けトルクに相当する所定の駆動電流の大きさに達するまで前記電動モータの回転速度に応じて連続的に変化させて制御して締め付けを行い、該制御は、ねじ部材が着座して電動モータの回転が落ちた時点の初期には駆動電流の大きさの制限値が急激に上昇するが、目標締め付けトルクに相当する所定の駆動電流の大きさに近づくにつれて駆動電流の大きさの制限値の上昇が緩やかとなる連続的な制御であることを特徴とする締め付け装置を創出した。
かかる締め付け装置によれば、ねじ部材が着座しえモータの回転速度が落ちた時点から連続的にモータの駆動電流の大きさが制御されて、駆動電流の大きさが滑らかに上昇する。このように、目標締め付けトルクに相当する所定の駆動電流の大きさに達するまでモータの駆動電流の大きさが連続的に制御されるために、目標締め付けトルクの到達時点においてもオーバーシュートが起こりにくくなる。
このようにして、本発明においては、電動モータの駆動電流の大きさの制限値を連続的に変化させることによって、電動モータの駆動電流の大きさの制限値が一定であった従来技術の問題点を解決して、締め付けトルクのオーバーシュートを確実に低減することができる締め付け装置となる。
【０００５】
また、請求項２に係る発明においては、流体圧モータでソケットを回転させてねじ部材を締め付ける締め付け装置であって、前記流体圧モータの流体の時間当たりの流量の制限値をねじ部材が着座して流体圧モータの回転が落ちた時点から目標締め付けトルクに相当する所定の時間当たりの流量に達するまで前記流体圧モータの回転速度に応じて連続的に変化させて制御して締め付けを行い、該制御は、ねじ部材が着座して流体圧モータの回転が落ちた時点の初期には流体圧モータの流体の時間当たりの流量の制限値が急激に上昇するが、目標締め付けトルクに相当する所定の時間当たりの流量の制限値に近づくにつれて時間当たりの流量の上昇が緩やかとなる連続的な制御であることを特徴とする締め付け装置を創出した。
かかる締め付け装置によれば、ねじ部材が着座して流体圧モータの回転速度が落ちた時点から連続的に流体圧モータの流体の時間当たり流量が制御されて、時間当たりの流量が滑らかに上昇する。このように、目標締め付けトルクに相当する所定の流体の時間当たりの流量に達するまで流体圧モータの流体の時間当たり流量が連続的に制御されるために、目標締め付けトルクの到達時点においてもオーバーシュートが起こりにくくなる。
このようにして、本発明においては、エアモータ、油圧モータ等の流体圧モータを用いた締め付け装置においても、締め付けトルクのオーバーシュートを確実に低減することができる。
【０００６】
さらに、請求項３に係る発明においては、請求項1に記載の締め付け装置であって、前記電動モータの回転速度の減少に対する前記電動モータの駆動電流の大きさの制限値が上昇する制御は、指数部が負であり該指数部に前記モータの回転速度を含む指数関数で制御されるようになっていることを特徴とする締め付け装置を創出した。
このように、モータの駆動電流の大きさが指数部が負であり該指数部に前記モータの回転速度を含む指数関数的に上昇させられることによって、上昇の初期には駆動電流の大きさが急激に上昇するため締め付けトルクもそれに追従して急激に上昇する。そして、目標締め付けトルクに相当する所定の駆動電流の大きさに近づくにつれて駆動電流の大きさの上昇が緩やかになるため、締め付けトルクも緩やかに上昇し、目標締め付けトルクを越えることなく目標締め付けトルクに緩やかに到達する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態
次に、本発明を具現化した第１の実施形態について、図１乃び図２を参照して説明する。まず、本実施形態において用いられる締め付け装置の全体構成について、図１を参照して説明する。
図１に示されるように、本実施形態の締め付け装置１は、ナットランナ２とその制御装置によって構成されている。ナットランナ２はボルト，ナット等のねじ部材に嵌合するソケット４を有しており、このソケット４の回転軸６は減速機構８を介してモータ１０に接続されている。モータ１０には回転速度を測定するための速度検知部１２が設けられており、モータ１０を回転させるための駆動電流は電流アンプ１４から供給される。
【０００８】
速度検知部１２で測定されたモータ１０の回転速度のデータは全体指令部２２へ入力され、全体指令部２２では、後述するようにこの入力データに基づいて電流制限部１８に電流制限値を出力する。
速度指令部２０は、無負荷領域における所定のモータ１０の回転速度の値を指令速度信号として電流指令部１６へ出力する。電流指令部１６ではこの回転速度の値に対応する電流値を算出して、この大きさの電流を電流アンプ１４を介してモータ１０に供給する。
電流制限部１８では、電流アンプ１４から実際にモータ１０に供給される電流値を常に監視して、全体指令部２２から電流制限部１８に入力される電流制限値を越えないように、電流指令部１６に対して割り込み制御をかけている。
【０００９】
次に、かかる構成を有する締め付け装置１によるねじ締め付けの具体例について、図１及び図２を参照して説明する。図２は、本実施形態におけるねじ締め付けの具体例を示すグラフであり、縦軸はモータ１０の回転トルク，モータ１０に供給される電流の制限値及びモータ１０の回転速度を示し、横軸は時間の経過を示している。
本実施形態における電流制限部１８による電流の制限値は、図２中にも示されている次式（１）によって決定される。
ｉＬ（ｔ）＝ｉＴ・ｅｘｐ｛−ｖ（ｔ）／Ｋ｝  …  （１）
ここで、ｉＬ（ｔ）は時刻ｔにおける電流制限値であり、ｉＴは目標トルクを発生させるための電流値、ｖ（ｔ）は時刻ｔにおけるモータの回転速度、そしてＫは定数である。定数Ｋの値は、モータ１０の特性及び締め付けられるねじ部材の特性に応じて、適切な値が選択される。
【００１０】
さて、本実施形態におけるねじ締め付けにおいては、まずモータ１０に一定電流が供給されて、無負荷領域ではねじ部材を一定の高速回転をさせて仮締めが行われる。このとき、速度検知部１２で測定されたモータ１０の回転速度ｖ（ｔ）のデータは全体指令部２２へ入力され、全体指令部２２ではこの回転速度ｖ（ｔ）のデータに基づいて式（１）に従って電流制限値ｉＬ（ｔ）を算出する。
算出された電流制限値ｉＬ（ｔ）のデータは、電流制限部１８に入力され、電流制限部１８では、電流アンプ１４から実際にモータ１０に供給される電流値を常に監視して、電流制限値ｉＬ（ｔ）を越えないように、電流指令部１６に対して割り込み制御をかける。
ねじ部材が着座してモータの回転速度ｖ（ｔ）が減少し始めると、電流制限値ｉＬ（ｔ）は式（１）に従って次第に上昇し始める。この結果、電流アンプ１４からモータ１０に供給される電流値も次第に増加して、モータ１０の回転トルクも上昇し始める。
【００１１】
このように、式（１）に従って電流制限値ｉＬ（ｔ）を次第に増加させることによって、図２に示されるように、上昇の初期には駆動電流の大きさが急激に上昇するため締め付けトルクもそれに追従して急激に上昇する。そして、目標締め付けトルクに相当する所定の駆動電流の大きさに近づくにつれて駆動電流の大きさの上昇が緩やかになるため、締め付けトルクも緩やかに上昇し、目標締め付けトルクを越えることなく目標締め付けトルクに緩やかに到達する。すなわち、モータ１０の回転トルクがオーバーシュートを起こすことなく、ねじ部材が所定のトルクで適切に締め付けられる。
これによって、締め付けトルクのオーバーシュートを確実に低減することができる締め付け装置となる。
【００１２】
本実施形態においては、式（１）に基づいてモータの回転速度ｖ（ｔ）から電流制限値ｉＬ（ｔ）を算出してモータの回転を制御しているが、式（１）に限られることはなく、その他の適切な関係式を用いることもできる。
【００１３】
第２の実施形態
次に、本発明を具現化した第２の実施形態について、図１乃び図３を参照して説明する。本実施形態において用いられる締め付け装置の全体構成は第１の実施形態と同様であるので、図１を参照して説明を省略する。
本実施形態においては、電流制限値をファジィ制御することによって、締め付け装置の制御を行うものである。図３に、ファジィ制御に用いられるメンバーシップ関数の具体例を示す。このようなメンバーシップ関数を全体指令部２２に入力して電流制限値をファジィ制御することによって、モータ１０の回転トルクがオーバーシュートを起こすことなく目標トルクに到達する。これによって、ねじ部材が所定のトルクで適切に締め付けられる。
【００１４】
上記の各実施形態においては、電動モータを制御の対象にしているが、本発明はエアモータ，油圧モータ等の流体圧モータに対しても適用することが可能である。
すなわち、図２に示されるように、締め付けトルクが上昇の初期には急激に上昇し、目標締め付けトルクに近づくにつれて締め付けトルクが緩やかに上昇して、目標締め付けトルクを越えることなく目標締め付けトルクに緩やかに到達するように、流体圧モータの流体の時間当たり流量を制御することによって、オーバーシュートを起こすことなくねじ部材を所定のトルクで適切に締め付けることができる。
締め付け装置のその他の部分の構成，数，接続関係等についても、上記の各実施形態に限定されるものではない。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１乃至請求項３に係る発明においては、締め付けトルクのオーバーシュートを確実に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る締め付け装置の第１及び第２の実施形態に用いられる締め付け装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】締め付け装置の第１の実施形態におけるねじ締め付けの具体例を示すグラフである。
【図３】締め付け装置の第２の実施形態におけるメンバーシップ関数の具体例を示すグラフである。
【図４】従来の締め付け装置におけるねじ締め付けの具体例を示すグラフである。
【符号の説明】
１  締め付け装置
４  ソケット
１０  モータ
【図１】
0003707873.tif 000002
【図２】
0003707873.tif 000003
【図３】
0003707873.tif 000004
【図４】
0003707873.tif 000005