(57)【要約】【課題】電動式のモータを回転駆動源とするインパクト式のネジ締め装置において、締付トルクの精度の向上とネジ締めに要する時間の短縮を図ること。【解決手段】電動式のモータを回転駆動源とするインパクト式のネジ締め装置の制御方法であって、モータに電流を間欠的に供給してモータの回転により負荷に与えられるトルクが時間軸上でパルス状となるように、モータを回転駆動するとともに、トルクが第１の設定値である目標接近トルクＴＱＮに達した後は、トルクの各パルス状の回毎の増加分が目標接近トルクＴＱＮに達する前よりも小さくなるように、各パルス状の回毎の電流を制御する。【選択図】      図６
2006315125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動式のモータを回転駆動源とするインパクト式のネジ締め装置の制御方法であって、
前記モータに電流を間欠的に供給して前記モータの回転により負荷に与えられるトルクが時間軸上でパルス状となるように、前記モータを回転駆動するとともに、
前記トルクが第１の設定値に達した後は、前記トルクの各パルス状の回毎の増加分が前記第１の設定値に達する前よりも小さくなるように、各パルス状の回毎の前記電流を制御する、
ことを特徴とするインパクト式のネジ締め装置の制御方法。
【請求項２】
前記モータの回転により負荷に与えられるトルクが第１の設定値に達するまでの第１ステージでは、前記モータに供給する電流を各パルス状の回毎に増加し、前記トルクが前記第１の設定値に達した後の第２ステージでは、前記モータに供給する電流の各パルス状の回毎の増加分を前記第１ステージよりも小さくする、
請求項１記載のインパクト式のネジ締め装置の制御方法。
【請求項３】
前記トルクが第１の設定値に達したときに、前記モータに供給する各パルス状の回毎の前記電流の値を小さくする、
請求項２記載のインパクト式のネジ締め装置の制御方法。
【請求項４】
前記モータの回転により負荷に与えられるトルクが第１の設定値に達したときに、前記モータに供給する各パルス状の回毎の前記電流の値を小さくする、
請求項１記載のインパクト式のネジ締め装置の制御方法。
【請求項５】
前記モータの回転により負荷に与えられるトルクが第１の設定値に達するまでの第１ステージでは、各パルス状の回毎に電流の大きさが第１のスロープで変化するように前記モータに供給し、
前記モータの回転により負荷に与えられるトルクが前記第１の設定値に達した後の第２ステージでは、最初に前記モータに供給する各パルス状の電流の値を小さくし、その後に、各パルス状の回毎に電流の大きさが第２のスロープで変化するように前記モータに供給する、
請求項１記載のインパクト式のネジ締め装置の制御方法。
【請求項６】
前記第２のスロープの傾斜角度を前記第１のスロープよりも緩く設定する、
請求項５記載のインパクト式のネジ締め装置の制御方法。
【請求項７】
電動式のモータを回転駆動源とするインパクト式のネジ締め装置の制御方法であって、
前記モータに電流を間欠的に供給して前記モータの発生するトルクが時間軸上でパルス状となるように前記モータを駆動するとともに、
前記モータの発生するトルクが第１の設定値に達するまでの第１ステージでは、各パルス状の回毎に同じ大きさの電流を前記モータに供給し、
前記モータの発生するトルクが前記第１の設定値に達した後の第２ステージでは、最初に前記モータに供給する各パルス状の電流の値を小さくし、その後に、前記モータに供給する電流を各パルス状の回毎に増大する、
ことを特徴とするインパクト式のネジ締め装置の制御方法。
【請求項８】
前記モータの回転により負荷に与えられるトルクが第２の設定値に達したときに前記モータへの電流の供給を停止する、
請求項１ないし７のいずれかに記載のインパクト式のネジ締め装置の制御方法。
【請求項９】
電動式のモータを回転駆動源とするインパクト式のネジ締め装置の制御装置であって、
前記モータに電流を間欠的に供給して前記モータの回転により負荷に与えられるトルクが時間軸上でパルス状となるように前記モータを回転駆動制御するパルス駆動手段と、
前記トルクが第１の設定値に達した後は、前記トルクの各パルス状の回毎の増加分が前記第１の設定値に達する前よりも小さくなるように、各パルス状の回毎の前記電流を制御する、パルス制御手段と、
を有してなることを特徴とするネジ締め装置の制御装置。
【請求項１０】
電動式のモータを回転駆動源とするインパクト式のネジ締め装置の制御装置であって、
前記モータに電流を間欠的に供給して前記モータの回転により負荷に与えられるトルクが時間軸上でパルス状となるように前記モータを回転駆動制御するパルス駆動手段と、
前記トルクが第１の設定値に達するまでの第１ステージでは前記モータに供給する電流を各パルス状の回毎に増加し、前記トルクが前記第１の設定値に達した後の第２ステージでは前記モータに供給する電流の各パルス状の回毎の増加分を前記第１ステージよりも小さくするように制御する、パルス制御手段と、
を有してなることを特徴とするネジ締め装置の制御装置。
【請求項１１】
電動式のモータを回転駆動源とするインパクト式のネジ締め装置の制御装置であって、
前記モータに電流を間欠的に供給して前記モータの回転により負荷に与えられるトルクが時間軸上でパルス状となるように前記モータを回転駆動制御するパルス駆動手段と、
前記トルクが第１の設定値に達するまでの第１ステージでは、各パルス状の回毎に電流の大きさが第１のスロープで変化するように制御し、前記トルクが前記第１の設定値に達した後の第２ステージでは、最初に前記モータに供給する各パルス状の電流の値を小さくし、その後に、各パルス状の回毎に電流の大きさが第２のスロープで変化するように制御する、パルス制御手段と、
を有してなることを特徴とするネジ締め装置の制御装置。
【請求項１２】
電動式のモータを回転駆動源とするインパクト式のネジ締め装置の制御装置であって、
前記モータによるネジの締付トルクを検出するトルク検出手段と、
前記締付トルクに対する第１の設定値および第２の設定値を設定する設定手段と、
前記モータに電流を間欠的に供給して前記締付トルクが時間軸上でパルス状に発生するように前記モータを回転駆動制御するパルス駆動手段と、
前記締付トルクが第１の設定値に達した後は、前記締付トルクの各パルス状の回毎の増加分が前記第１の設定値に達する前よりも小さくなるように、各パルス状の回毎の前記電流を制御する、パルス制御手段と、
前記締付トルクが前記第２の設定値に達したときに前記モータへの電流の供給を停止する停止制御手段と、
を有することを特徴とするネジ締め装置の制御装置。
【請求項１３】
電動式のモータを回転駆動源とするネジ締め装置本体と、
前記モータによるネジの締付トルクを検出するトルク検出手段と、
前記締付トルクに対する第１の設定値および第２の設定値を設定する設定手段と、
前記モータに電流を間欠的に供給して前記締付トルクが時間軸上でパルス状に発生するように前記モータを回転駆動制御するパルス駆動手段と、
前記締付トルクが第１の設定値に達した後は、前記締付トルクの各パルス状の回毎の増加分が前記第１の設定値に達する前よりも小さくなるように、各パルス状の回毎の前記電流を制御する、パルス制御手段と、
前記締付トルクが前記第２の設定値に達したときに前記モータへの電流の供給を停止する停止制御手段と、
を有することを特徴とするネジ締め装置。                             
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インパクト式のネジ締め装置の制御方法および装置に関し、特に、片手持ちに適するように反力を軽減したネジ締め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ボルトやネジを所定のトルクで締付けるために、動力式のネジ締め装置が用いられている。ネジ締め装置においては、軸を連続的に回転させてネジを締付けるとともに、トルクがある値になれば動力を切るかまたはクラッチをすべらせる制御が一般的に行われている。
【０００３】
ところで、各種の組み立てラインにおいて、コンベア上のワークに対し、作業者がネジ締め装置を手で持ってネジの締付け作業を行うことがしばしばある。
【０００４】
その場合に、作業性の点から、ネジ締め装置を片手持ちで操作できることが望まれる。片手持ちのネジ締め装置では、ネジ締めの反動を片手で受けなければならないので、締付トルクの増大にしたがってその反動が作業者の負荷として問題となってくる。
【０００５】
上に述べたように軸を連続的に回転する方式のものは、締付トルクの反力（リアクション）を作業者の手で直接に受けるので、作業者の負荷が大きい。この反力を軽減するために、回転体のロ−タイナ−シャによる衝動を利用したインパクト方式が用いられている。
【０００６】
しかし、従来のインパクト方式のネジ締め装置では、衝突エネルギ発生機構とソケットとを介してネジを締め付けるので、それらの伝達効率のバラツキによって締付トルクの精度が大きく上下し、精度を必要とするネジ締めには不向きである。精度を向上するために、軸の先端部にクラッチ機構を設け、必要以上のトルフが入力された場合にクラッチが滑ってトルクを制御する方法などが用いられている。
【０００７】
このような事情から、反力の低減および精度の向上という２つの課題に対し、２つの機能（インパクト発生部、クラッチ機構）の両方を兼ね備えたオイルパルスレンチと呼称されるネジ締め装置が普及している。
【０００８】
オイルパルスレンチは、通常、駆動源であるエアモータと、インパルスを発生し、そのオイル圧をクラッチ機構として使用できるバイパスバルブとが一体で構成されたオイルパルス部を有している。
【０００９】
しかし、オイルパルスレンチには、クラッチ機構として働くバイパスバルブの油圧の調整が面倒である、オイルパルス発生部の劣化にともなう再調整および部品交換を頻繁に行う必要がある、オイル温度によって締付トルクの精度が変動する、オイルパルス部の発熱が大きいのでこれの対策が必要である、などの種々の問題がある。
【００１０】
従来のオイルパルスレンチの問題点を解消した装置として、電動式のモータを用いたネジ締め装置が提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−１６７６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１のネジ締め装置によると、モータに電流を間欠的に供給してモータがパルス状のトルクを発生するように構成されている。これによって作業者への反力が小さいにもかかわらず精度が良好であり、作業者が片手でネジ締め作業を行うことができる。
【００１２】
しかし、ネジ締め作業における締付トルクの精度の向上とネジ締めに要する時間の短縮について本発明者らは鋭意研究を行い、上のネジ締め装置の改良を行った。
【００１３】
したがって、本発明の目的は、電動式のモータを回転駆動源とするインパクト式のネジ締め装置において、締付トルクの精度の向上とネジ締めに要する時間の短縮を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る制御方法は、電動式のモータを回転駆動源とするインパクト式のネジ締め装置の制御方法であって、前記モータに電流を間欠的に供給して前記モータの回転により負荷に与えられるトルクが時間軸上でパルス状となるように、前記モータを回転駆動するとともに、前記トルクが第１の設定値に達した後は、前記トルクの各パルス状の回毎の増加分が前記第１の設定値に達する前よりも小さくなるように、各パルス状の回毎の前記電流を制御する。
【００１５】
好ましくは、前記モータの回転により負荷に与えられるトルクが第１の設定値に達するまでの第１ステージでは、前記モータに供給する電流を各パルス状の回毎に増加し、前記トルクが前記第１の設定値に達した後の第２ステージでは、前記モータに供給する電流の各パルス状の回毎の増加分を前記第１ステージよりも小さくする。
【００１６】
また、前記モータの回転により負荷に与えられるトルクが第１の設定値に達したときに、前記モータに供給する各パルス状の回毎の前記電流の値を小さくする。
【００１７】
また、前記モータの回転により負荷に与えられるトルクが第１の設定値に達するまでの第１ステージでは、各パルス状の回毎に電流の大きさが第１のスロープで変化するように前記モータに供給し、前記モータの回転により負荷に与えられるトルクが前記第１の設定値に達した後の第２ステージでは、最初に前記モータに供給する各パルス状の電流の値を小さくし、その後に、各パルス状の回毎に電流の大きさが第２のスロープで変化するように前記モータに供給する。
【００１８】
好ましくは、前記第２のスロープの傾斜角度を前記第１のスロープよりも緩く設定する。または、前記第１のスロープの傾斜角度を０度に設定する。
【００１９】
また、前記モータの回転により負荷に与えられるトルクが第２の設定値に達したときに前記モータへの電流の供給を停止する。
【００２０】
本発明に係る制御装置は、電動式のモータを回転駆動源とするインパクト式のネジ締め装置の制御装置であって、前記モータに電流を間欠的に供給して前記モータの回転により負荷に与えられるトルクが時間軸上でパルス状となるように前記モータを回転駆動制御するパルス駆動手段と、前記トルクが第１の設定値に達した後は、前記トルクの各パルス状の回毎の増加分が前記第１の設定値に達する前よりも小さくなるように、各パルス状の回毎の前記電流を制御する、パルス制御手段と、を有して構成される。
【００２１】
また、前記モータによるネジの締付トルクを検出するトルク検出手段と、
前記締付トルクに対する第１の設定値および第２の設定値を設定する設定手段と、前記モータに電流を間欠的に供給して前記締付トルクが時間軸上でパルス状に発生するように前記モータを回転駆動制御するパルス駆動手段と、前記締付トルクが第１の設定値に達した後は、前記締付トルクの各パルス状の回毎の増加分が前記第１の設定値に達する前よりも小さくなるように、各パルス状の回毎の前記電流を制御する、パルス制御手段と、前記締付トルクが前記第２の設定値に達したときに前記モータへの電流の供給を停止する停止制御手段とを有する。
【００２２】
本発明に係るネジ締め装置は、電動式のモータを回転駆動源とするネジ締め装置本体と、前記モータによるネジの締付トルクを検出するトルク検出手段と、前記締付トルクに対する第１の設定値および第２の設定値を設定する設定手段と、前記モータに電流を間欠的に供給して前記締付トルクが時間軸上でパルス状に発生するように前記モータを回転駆動制御するパルス駆動手段と、前記締付トルクが第１の設定値に達した後は、前記締付トルクの各パルス状の回毎の増加分が前記第１の設定値に達する前よりも小さくなるように、各パルス状の回毎の前記電流を制御する、パルス制御手段と、前記締付トルクが前記第２の設定値に達したときに前記モータへの電流の供給を停止する停止制御手段とを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
〔第１の実施形態〕
図１は本発明の第１の実施形態のネジ締め装置１の全体の構成を示すブロック図である。
【００２４】
図１において、ネジ締め装置１は、ネジ締め装置本体３、および、サーボドライバ７と制御用コントローラ８とを有した制御装置４からなる。
【００２５】
ネジ締め装置本体３は、モータ１１、衝撃発生装置１２、トルクセンサ１３、エンコーダ１４、出力軸１５、および、図示しないケーシング、スイッチなどからなる。
【００２６】
モータ１１には、例えば、３相のＡＣサーボモータが用いられる。衝撃発生装置１２は、モータ１１の回転力を間歇的な衝撃力に変換する衝突エネルギ発生機構である。衝撃発生装置１２として種々の機構が用いられるが、本実施形態では遊星ギヤなどからなる減速ギヤが用いられている。遊星ギヤのバックラッシュ（遊び）およびジョイント部などの遊びが、衝撃発生のために利用される。つまり、遊星ギヤなどの高速側が何回転か回転する間に、低速側のギヤが遊びの分だけ回転し、低速側で噛み合ったギヤ同士が実際に当たったときに衝撃を発生する。高速側が回転する間に蓄えられた慣性力によって大きな衝撃となる。衝撃発生装置１２として、他に、２ハンマ機構、スウィングハンマ機構、その他のハンマ機構、オイルパルス機構などを用いることができる。２ハンマ機構を用いた場合は、モータ１１の１回転で２打撃となる。スウィングハンマ機構を用いた場合には、１回転で１打撃となり、１打撃の出力が大きい。これらの衝撃発生装置１２は公知である。
【００２７】
トルクセンサ１３は、モータ１１によるネジの締付トルクＴＱを検出し、検出信号Ｓ３１を出力する。本実施形態では、モータ１１の出力するトルクのうち、出力軸１５に発生するトルク、つまり負荷であるネジを締付けるトルク（締付トルク）を直接的に検出する。したがって、トルクセンサ１３から得られる検出信号Ｓ３１は、衝撃発生装置１２による衝撃によってネジに加えられる実際の締付トルクＴＱの波形を表すことになる。
【００２８】
エンコーダ１４は、モータ１１の回転速度を検出するためのものであり、モータ１１の回転数に比例した個数のパルス信号を出力する。
【００２９】
ネジ締め装置本体３は、作業者が片手で握るためのハンドルグリップ部を有し、全体として片手で操作が可能な形状のケーシングで覆われている。図示しないスイッチを操作することによって、電源のオンオフが制御される。
【００３０】
サーボドライバ７は、電源部２１、インバータ２２、ＡＤ変換器２３、加算器２４、速度誤差アンプ２５、切り替え器２６、リミット回路２７、電流制御演算部２８、ＰＷＭ回路２９、ゲートドライブ３０、エンコーダ信号処理部３１、速度検出部３２、電流検出器３３，３４、およびＡＤ変換器３５，３６などからなる。
【００３１】
制御用コントローラ８は、プリアンプ４１、ＡＤ変換器４２、パラメータ格納部４３、および指令制御部４４などからなる。指令制御部４４には、速度／電流指令演算部５１、運転制御モード切替え部５２、および速度／電流リミット部５３などが設けられる。
【００３２】
電源部２１は、例えばＡＣ１００ボルトの交流電力を整流し、適当な種々の電圧の直流電力に変換する。直流電力は、インバータ２２、およびその他の回路および各部に供給される。
【００３３】
ＡＤ変換器２３は、速度／電流指令演算部５１から出力される速度／電流指令（速度／トルク指令）Ｓ１を入力し、それに応じたデジタル値の指令データＤ１を出力する。指令データＤ１は、運転モードに応じて、速度指令データＤ１Ｓとなったり、電流（トルク）指令データＤ１Ｔとなったりする。
【００３４】
加算器２４は、ＡＤ変換器２３から出力される指令データＤ１から、速度検出部３２から出力される速度データＤ２１を差し引く。
【００３５】
速度誤差アンプ２５は、加算器２４から出力される速度指令データＤ２を差動増幅する。
【００３６】
切り替え器２６は、運転制御モード切替え部５２からの制御切替え指令Ｓ２に応じて、速度誤差アンプ２５の出力する速度指令データＤ３とＡＤ変換器２３の出力する電流指令データＤ１Ｔとを切り替える。つまり、速度制御を行うときには速度誤差アンプ２５の出力する速度指令データＤ３に、電流制御（トルク制御）を行うときにはＡＤ変換器２３の出力する電流指令データＤ１Ｔに、それぞれ接続されるように切り替える。
【００３７】
リミット回路２７は、速度／電流リミット部５３からの速度／電流リミット指令（速度／トルクリミット指令）Ｓ３に基づいて、モータ１１の回転速度または電流の最大値を制限するように制御する。
【００３８】
電流制御演算部２８は、リミット回路２７の出力する指令データＤ４、エンコーダ信号処理部３１の出力するデータＤ５、およびＡＤ変換器３５，３６の出力する電流データＤ６，Ｄ７に基づいて、モータ１１に流す電流値を演算し、電流指令データＤ８として出力する。
【００３９】
ＰＷＭ回路２９は、電流制御演算部２８の出力する電流指令データＤ８に基づいて、ＰＷＭ（パルス幅変調）を行い、パルス幅変調の行われたパルス信号Ｄ１０を出力する。
【００４０】
ゲートドライブ３０は、パルス信号Ｄ１０に基づいて、インバータ２２の各スイッチング素子のゲートをオンオフするためのパルス信号Ｄ１１を生成する。
【００４１】
エンコーダ信号処理部３１は、エンコーダ１４から出力されるパルス信号の信号処理を行う。
【００４２】
速度検出部３２は、エンコーダ信号処理部３１から出力される信号に基づいて、速度を検出し、速度に応じた値を示す速度データＤ２１を出力する。したがって、速度データＤ２１は、モータ１１の実際の回転速度を表すことになる。
【００４３】
電流検出器３３，３４は、モータ１１に流れるｕ相およびｗ相の電流（モータ電流）ｉを検出する。ＡＤ変換器３５，３６は、電流検出器３３，３４により検出されたモータ電流ｉを、それぞれデジタル値の電流データＤ６，Ｄ７に変換する。
【００４４】
プリアンプ４１は、トルクセンサ１３によって検出された検出信号Ｓ３１を増幅する。ＡＤ変換器４２は、プリアンプ４１の出力する信号Ｓ３２をデジタル値のトルクデータＤ３１に変換し、速度／電流指令演算部５１に出力する。トルクデータＤ３１は、上に述べたように、ネジに対する実際の締付トルクＴＱを示すデータである。
【００４５】
パラメータ格納部４３は、速度／電流指令演算部５１などの演算に必要な種々のパラメータを格納する。パラメータとして、例えば、最小の電流値、計測開始トルク、着座トルクＴＳ、目標接近トルクＴＱＮ、目標トルクＴＱＪ、締付トルクＴＱの最大値ＴＱＭ、電流スロープθ、第１スロープθ１、および第２スロープθ２などがある。これらのパラメータは、設定器４５により設定される。設定器４５として、デジタルスイッチ、テンキー、タッチパネル、または切替えスイッチなどが用いられる。
【００４６】
なお、目標接近トルクＴＱＮは、変更トルク（Ｃｈａｎｇｅ  Ｔｏｒｑｕｅ）ともいい、本発明の第１の設定値に相当する。目標トルクＴＱＪは、ターゲットトルク（Ｔａｒｇｅｔ  Ｔｏｒｑｕｅ）ともいい、本発明の第２の設定値に相当する。第１スロープθ１および第２スロープθ２は、それぞれ、本発明における第１ステージまたは第２ステージにおける電流の増加分（増大分）による電流指令データＤ１Ｔの時間軸に対する傾斜角度に相当する。本実施形態において、第２スロープθ２は第１スロープθ１よりも緩い傾斜である。
【００４７】
速度／電流指令演算部５１は、ＡＤ変換器４２からのトルクデータＤ３１、パラメータ格納部４３からのパラメータなどに基づいて、速度指令値および指令用の電流値を演算し、速度／電流（トルク）指令Ｓ１として出力する。
【００４８】
なお、速度／電流（トルク）指令Ｓ１のうちの電流指令Ｓ１Ｔは、後述する電流パルスＤＰがオン時間ＴＮの間のみ、指令用の電流値を出力し、オフ時間ＴＦの間は、電流指令Ｓ１Ｔをゼロとする。
【００４９】
運転制御モード切替え部５２は、速度制御モードと電流制御（トルク制御）モードとを切り替える。
【００５０】
速度制御モードでは、モータ１１の回転速度が、速度指令データＤ１Ｓにより設定された速度となるように制御を行う。負荷が変動しても、設定された速度となるように、モータ１１に流れる電流を制御する。速度制御モードでは、電流のリミット値を設けることができる。電流のリミット値により、電流の最大値が制限される。したがって、負荷の状態によっては、設定された速度に達しない場合がある。
【００５１】
電流制御モードでは、モータ１１に流れる電流が、電流指令データＤ１Ｔにより設定された電流値となるように制御を行う。モータ１１の回転速度は、設定された電流値と負荷の状態とによって変化する。電流制御モードでは、回転速度のリミット値を設けることができる。モータ１１の回転速度がリミット値に達すると、電流値が制限される。
【００５２】
切り替え器２６によって、速度制御モードでは速度指令データＤ３が選択され、電流制御モードでは電流指令データＤ１Ｔが選択される。
【００５３】
自動運転時の締付け動作において、最初は速度制御モードで運転を行い、出力軸１５を高速回転させる。出力軸１５に発生する締付トルクＴＱが予め設定された着座トルクＴＳに達したときに、負荷であるネジが着座したと判断し、電流制御モードに切り替える。電流制御モードでは、電流指令データＤ１Ｔにより示される出力トルクが得られるように、モータ１１に流れる電流を制御する。
【００５４】
手動運転時では、図示しない切り替えスイッチの操作に応じて、いずれかのモードが設定される。
【００５５】
速度／電流リミット部５３は、速度および電流（トルク）の最大値を設定し、設定した値をリミット回路２７に与える。
【００５６】
制御用コントローラ８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、その他の周辺素子などを用いて構成される。上に述べた速度／電流指令演算部５１、運転制御モード切替え部５２、および速度／電流リミット部５３などは、ＲＯＭに格納されたプログラムがＣＰＵで実行されることによって実現される。それらの一部をハードウエア回路で実現することも可能である。
【００５７】
制御用コントローラ８は、データまたは指令を入力するための入力装置、締付けの良否結果などを表示するための表示装置、他のデータ処理システムまたは制御装置との通信のための通信装置などを備える。
【００５８】
次に、本実施形態における制御方法の原理について、後で出てくる図９を参照して説明する。
【００５９】
まず、締付トルクＴＱの反力を低減するための制御（無反力制御）について説明する。
【００６０】
ネジ締め装置本体３は、そのハンドルグリップ部を作業者が握り、片手で持って操作する。作業者への反力を低減するために、モータ１１の作動を、電流が連続的に流れる連続運転ではなく、パルス状の電流による間欠運転とする。
【００６１】
すなわち、図９に示すように、指令データＤ１（電流指令データＤ１Ｔ）により、モータ１１に対して、パルス状の電流（電流パルスＤＰ）を間欠的に供給する。電流パルスＤＰは、可変設定可能なオン時間ＴＮとオフ時間ＴＦとを有し、所定の周期、つまりオン時間ＴＮとオフ時間ＴＦとの合計時間の周期で繰り返される。電流パルスＤＰの高さについては、後で説明するようにトルク２段制御が行われる。
【００６２】
図９において、電流パルスＤＰがオンすることによってモータ１１が回転を開始し、徐々に回転速度が上昇する。モータ１１が所定の角度または所定の回転数だけ回転すると、衝撃発生装置１２において、回転する入力側の部材が出力側の部材に衝突し、これによって衝撃が発生する。つまり、衝撃発生装置１２における入力側の部材の慣性エネルギーが、当該部材の衝突によって出力側の部材に衝撃力として伝達され、その衝撃力によって大きなトルクを発生させる。このトルクが、負荷であるネジに締付トルクＴＱとして作用する。衝撃の瞬間ｔimp から短時間の間、例えば０．０１〜０．００５ｓｅｃ程度の間に、入力側の部材の慣性エネルギーのほとんどが出力側の部材に伝達され、ネジに伝達される。これによってモータ１１の回転速度はほぼ零まで低下する。そして、その後に、モータ１１の回転が再開され、次の衝撃のための慣性エネルギーが蓄えられることになる。
【００６３】
さて、本実施形態では、衝撃の瞬間ｔimp に、またはその微小幅の前後、特に微小幅の後に、モータ１１に流れる電流を停止する。つまりモータ１１への電力の供給を停止する。電流を停止するタイミングとして、モータ１１の回転速度が最大となったタイミングを用いる。例えば、モータ１１の回転速度が上昇から下降に転換するタイミングを検出する。そのための検出方法として、例えば、一定の短い時間間隔ｔｓで回転速度をサンプリングし、サンプリング値が前回のサンプリング値よりも小さくなったときに、回転速度が最大となったものとする。実際には、ノイズなどによる誤検出を防止するため、サンプリング値が複数回（例えば３回）連続して前回よりも小さくなったときに、回転速度が最大となったことを検出する。このようにして検出されたタイミングで電流パルスＤＰがオフとなるように、電流指令データＤ１Ｔを作成する。なお、時間間隔ｔｓは、例えば０．５ｍｓｅｃに設定される。
【００６４】
このように、モータ１１の回転速度が最大となったときにモータ１１への電力の供給を停止することにより、衝撃の発生後の無駄な締付トルクを生成することがなくなり、作業者に作用する反力は、概ね、衝撃の瞬間ｔimp においてモータ１１が発生している瞬間的なトルクのみとなる。これにより、作業者への反力が大幅に低減する。
【００６５】
すなわち、もし、衝撃の発生後においてもオン時間ＴＮが経過するまでモータ１１に電流を供給し続けた場合には、その電流によってトルクが発生し、これが作業者への反力として作用する。この反力つまりその電流によって発生するトルクは、ネジの締付けにはほとんど寄与しない。本実施形態の制御によると、この無駄な締付トルクＴＱをほとんどゼロにすることができ、これによって作業者への反力を大幅に低減することができる。
【００６６】
さて、本実施形態においては、このような電流パルスＤＰを、各パルスの回毎にするように発生させる。つまり、モータ１１に供給する電流が各パルスの回毎に増大し、モータ１１により発生するトルクが各パルスの回毎に増大するように、駆動制御する。そして、目標接近トルクＴＱＮに達するまでを第１ステージとし、目標接近トルクＴＱＮに達してから目標トルクＴＱＪに達するまでを第２ステージとする。第１ステージでは、電流パルスＤの増加分（増大分）つまりモータ１１に供給する電流の増加分を大きく設定し、第２ステージではそれを小さく設定する。つまり、第２ステージでは、電流パルスＤの増加分が第１ステージの場合よりも小さくする。このようなトルク２段制御について、以下においてさらに詳しく説明する。
【００６７】
次に、ネジ締め装置１の制御方法について、締付け工程の手順および動作を示すフローチャートおよび動作状態を示す図を参照して説明する。
【００６８】
図２はネジ締め装置１の締付け動作の手順を示すフローチャート、図３は電流制御のルーチンを示すフローチャート、図４は最大回転検出処理のルーチンを示すフローチャート、図５はトルク２段制御処理のルーチンを示すフローチャート、図６はネジ締め装置１によるネジ締め動作の全体の状態を示す図、図７は電流パルスＤＰの増加分の変化の様子を拡大して示す図、図８はモータ１１の回転速度と電流指令データＤ１Ｔとの関係を示す図、図９は電流パルスＤＰの制御の様子を詳しく示す図である。
【００６９】
図６に示すように、締付け動作は、時刻ｔ０〜ｔ２の間の速度制御モードによる動作、および時刻ｔ２〜ｔ４の間の電流制御モードによる動作からなる。
【００７０】
図２において、まず、速度制御モードによる速度制御が行われる（＃１１）。速度制御では、速度指令データＤ１Ｓによってモータ１１の回転速度が設定される。速度指令値が徐々に増大され、モータ１１の回転速度も増大する。所定の回転速度になると、一定値に維持される。これによって、モータ１１が高速回転し、ネジの着座までの仮締めが行われる。その間において、締付トルクＴＱが計測開始トルクを越えると、計測を開始する。
【００７１】
締付トルクＴＱが着座トルクＴＳに達すると（＃１２でイエス）、ネジが着座したと判断し、モータ１１を急停止させる（＃１３）。
【００７２】
モータ１１を急停止させるために、モータ１１の速度指令値をゼロとし、且つモータ１１をロックするための電流を流してブレーキをかける。そして、電流制御モードに切り替える（＃１４）。
【００７３】
電流制御モードでは、まず、モータ１１に対して、空転回転に必要な最小の電流値ＳＴ１を電流指令データＤ１Ｔとして設定する（＃１５）。
【００７４】
そして、締付トルクＴＱが目標トルクＴＱＪに達するまでの間（＃１７でノー）、電流制御を行う（＃１６）。
【００７５】
締付トルクＴＱが目標トルクＴＱＪに達すると（＃１７でイエス）、モータ１１を停止させる（＃１８）。モータ１１を停止させるために、電流パルスＤＰの供給を停止し、モータ１１に流れる電流をゼロにする。
【００７６】
そして、最終の締付トルクＴＱおよびそれまでに現れた最大値ＴＱＭについて、設定された上下限値の範囲内に入っているか否かを判定し、判定結果を表示装置の表示面に表示する（＃１９）。
【００７７】
電流制御では、電流指令データＤ１Ｔによってモータ１１に流れる電流が設定される。モータ１１に流れる電流の大きさに応じて、モータ１１の立ち上がり、つまり回転速度が決まり、これに応じて衝撃による締付トルクＴＱの大きさが決まる。
【００７８】
図３において、時間間隔ｔｓが経過する毎に（＃２１でイエス）、ステップ＃２２以下の処理を行う。すなわち、時間間隔ｔｓが経過する毎に、まず、締付トルクＴＱおよび回転速度（速度データＤ２１）を計測してその値を取り込む（＃２２，２３）。
【００７９】
次に、最大回転検出処理を行い（＃２４）、トルク２段制御を行う（＃２５）。
【００８０】
オン時間ＴＮの間であり（＃２６でイエス）、かつ、後に述べる最大回転検出フラグが「１」でなければ（＃２７でノー）、モータ１１に与えるために算出された適当な電流値を電流指令データＤ１Ｔとして出力する（＃２８）。オフ時間ＴＦの間であるか（＃２６でノー）、または最大回転検出フラグが「１」であれば（＃２７でイエス）、電流指令データＤ１Ｔをゼロとする（＃２９）。
【００８１】
なお、モータ１１の電磁作用および過度現象によって、電流指令データＤ１Ｔの値とモータ１１に実際に流れる電流値とは一致しない。
【００８２】
図４において、最大回転検出処理では、モータ１１の回転速度が最大となったタイミングを検出する。つまり、サンプリング値が前回のサンプリング値よりも小さくなったときに（＃３１でイエス）、カウンタのカウント値に「１」を加える（＃３２）。カウント値が「３」になったときに（＃３３でイエス）、最大回転検出フラグを「１」にする（＃３４）。ステップ＃３１においてサンプリング値が前回よりも小さくならなかったときには（＃３１でノー）、カウント値を「０」にする（＃３５）。
【００８３】
この処理によって最大回転検出フラグが「１」になっている場合に、図３のステップ＃２７においてイエスとなり、電流指令データＤ１Ｔすなわち電流パルスＤＰがオフとなる。
【００８４】
つまり、図８に示すように、各電流パルスＤＰについて、モータ１１の回転速度が最大となったときに、その電流パルスＤＰをオフするように制御する。
【００８５】
なお、このように、サンプリング値が複数回（ここでは３回）連続して前回よりも小さくなったときに回転速度が最大となったことを検出するので、ノイズなどによる誤検出が防止される。
【００８６】
図５において、トルク２段制御では、締付トルクＴＱが目標接近トルクＴＱＮに達していないときには（＃４１でノー）、電流値に増加分ΔＩ１を加算する（＃４２）。締付トルクＴＱが目標接近トルクＴＱＮに達した後は（＃４１でイエス）、電流値に増加分ΔＩ２を加算する（＃４３）。なお、増加分ΔＩ２は、増加分ΔＩ１よりも小さい値である。
【００８７】
すなわち、図６に示すように、電流制御モードにおいては、モータ１１に供給する電流が電流パルスＤＰの発生する回毎に増大するように制御する。締付トルクＴＱが目標接近トルクＴＱＮに達するまでが第１ステージであり、目標接近トルクＴＱＮに達した後が第２ステージである。
【００８８】
図７によく示されるように、第１ステージにおける電流パルスＤＰの増加分ΔＩ１は、第２ステージにおける電流パルスＤＰの増加分ΔＩ２よりも大きい。第１ステージにおける電流パルスＤＰの増加分ΔＩ１は、ユーザにより設定された第１スロープθ１に基づいて算出される。また、第２ステージにおける電流パルスＤＰの増加分ΔＩ２は、ユーザにより設定された第２スロープθ２に基づいて算出される。
【００８９】
なお、ユーザによる設定の方法として種々の方法を用いることが可能である。例えば次の方法を用いることが可能である。
（１）  θ１、θ２を直接的に入力する。
（２）  ΔＩ１、ΔＩ２を直接的に入力する。
（３）  θ１またはΔＩ１を直接的に入力し、θ２またはΔＩ２は、θ１またはΔＩ１に対する比率を入力する。
（４）  第１ステージまたは第２ステージの所要時間を入力する。
（５）  第１ステージまたは第２ステージの基準時間に対する比率を入力する。
【００９０】
いずれの場合も、第１スロープθ１を適当に大きくすることによってネジ締めに要する時間が短縮される。そして、第２スロープθ２を小さくすることによって１回当たりの電流の増加分ΔＩ１が小さくなり、締付トルクの精度が向上する。
【００９１】
なお、このようなトルク２段制御の演算は、速度／電流指令演算部５１によって行われる。つまり、速度／電流指令演算部５１から出力される電流指令Ｓ１によって、パルスの１回毎に電流を増大するように制御される。上の説明において、電流パルスＤＰは、速度／電流指令演算部５１から出力される電流指令Ｓ１の信号波形であると考えてよい。電流パルスＤＰを、ＡＤ変換器２３から出力される電流指令データＤ１Ｔまたは電流制御演算部２８から出力される電流指令データＤ８であると考える場合には、電流パルスＤＰの高さは、そのデータ値の大きさを模式的に示していると考えればよい。
【００９２】
また、目標接近トルクＴＱＮは、目標トルクＴＱＪよりも小さく、目標トルクＴＱＪに近くなるように設定する。目標接近トルクＴＱＮの設定は、例えば、目標トルクＴＱＪに対する比率を入力し、または目標接近トルクＴＱＮそれ自体を入力することにより行うことができる。例えば、目標トルクＴＱＪの８０パーセント程度になるように目標接近トルクＴＱＮを設定する。
【００９３】
上に述べたように、電流制御を行うことにより、衝撃の発生後の無駄な締付トルクを生成することがなくなる。その結果、作業者に作用する反力が大幅に低減する。これによって、締付トルクＴＱが大きい場合であっても、ネジ締め装置本体３を片手で持って使用することが可能である。そして、トルク２段制御を行うことにより、締付トルクの精度の向上とネジ締めに要する時間の短縮を図ることができる。
【００９４】
また、パラメータを変更することにより、目標トルクＴＱＪ、締付精度、ネジ締めに要する時間、または反力の度合などを容易に制御することができる。また、従来のような消耗部品であるオイルパルス部やクラッチ機構などが不要であるので、メンテナンスが容易であり、システムの安定性を長期間に渡って維持することができる。
【００９５】
電動式のモータ１１を用いて制御を行うため、エネルギー効率が高く、従来のようにエアモータが必要条件となり易いオイルパルスレンチよりも大幅な省エネルギー化とダストミストなどの無いクリーン化を図ることが可能となる。
【００９６】
負荷の種類または状態などに応じて、オン時間ＴＮまたは／およびオフ時間ＴＦを可変することにより、締付け精度、ネジ締めに要する時間、および反力の状態を最適の状態に設定することができる。
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００９７】
上に述べた第１の実施形態では、第２ステージにおける電流パルスＤＰの増加分ΔＩ２を、第１ステージにおける電流パルスＤＰの増加分ΔＩ１よりも小さくした。これによって、締付トルクＴＱが第１の設定値である目標接近トルクＴＱＮに達した後は、締付トルクＴＱの各パルス状の回毎の増加分が目標接近トルクＴＱＮに達する前よりも小さくなるように、電流パルスＤＰの増加分ΔＩ２を制御した。
【００９８】
これに対して第２の実施形態では、締付トルクＴＱが目標接近トルクＴＱＮに達したときに、モータ１１に供給する各パルス状の回毎の電流の値を小さくする。これ以外の機能および構成については第１の実施形態と同じ部分が多いので、第１の実施形態と同じ部分については説明を省略しまたは簡略化し、第１の実施形態との相違点についてのみ以下に説明する。第３の実施形態についても同様である。
【００９９】
図１０は本発明の第２の実施形態のトルク２段制御処理のルーチンを示すフローチャート、図１１は第２の実施形態のトルク２段制御の様子を示す図である。図１２は第２の実施形態のトルク２段制御の変形例を示す図である。
【０１００】
図１０において、トルク２段制御では、締付トルクＴＱが目標接近トルクＴＱＮに達していないときには（＃５１でノー）、電流パルスＤＰの電流値をＤ１Ｔ１に設定する（＃５２）。締付トルクＴＱが目標接近トルクＴＱＮに達した後は（＃５１でイエス）、電流パルスＤＰの電流値を、Ｄ１Ｔ１よりも小さいＤ１Ｔ２に設定する（＃５３）。
【０１０１】
すなわち、図１１に示すように、電流制御モードにおいて、モータ１１に供給する電流が、第２ステージにおいて第１ステージよりも低下するように制御する。具体的には、第１ステージでは、電流指令データＤ１Ｔによる電流パルスＤＰの値（電流値）がＤ１Ｔ１で一定であり、第２ステージでは、電流値をＤ１Ｔ１からＤ１Ｔ２に低下させる。締付トルクＴＱが目標トルクＴＱＪに達したときに、電流指令データＤ１Ｔをゼロにする。
【０１０２】
このようにトルク２段制御を行うことによって、第１の実施形態の場合と同様に、締付トルクの精度の向上とネジ締めに要する時間の短縮を図ることができる。なお、電流値Ｄ１Ｔ１、Ｄ１Ｔ２の値は、種々の値に設定することが可能である。
【０１０３】
上に述べた第２の実施形態においては、締付トルクＴＱが目標接近トルクＴＱＮに達した時点で、電流指令データＤ１Ｔの値を下げ、モータ１１に供給する電流を低下させたが、第１ステージおよび第２ステージのそれぞれの間において、電流指令データＤ１Ｔの値はＤ１Ｔ１，Ｄ１Ｔ２で一定であった。しかし、それぞれのステージにおいて電流指令データＤ１Ｔの値を変化させてもよい。その具体例を次にあげる。
（１）  図１２（Ａ）に示すように、第１ステージにおいては、電流値Ｄ１Ｔ１を一定とし、目標接近トルクＴＱＮに達した時点で電流値を低下させてＤ１Ｔ２とし、その後、第２ステージの間において、電流パルスＤＰの回毎に、電流値を所定の増加分ΔＩ２ずつ増大させる。
（２）  図１２（Ｂ）に示すように、第１ステージにおいては、電流値を、Ｄ１Ｔ１から、電流パルスＤＰの回毎に所定の増加分ΔＩ１ずつ増大させる。目標接近トルクＴＱＮに達した時点で電流値を低下させてＤ１Ｔ２とし、その後、第２ステージの間において、電流値Ｄ１Ｔ２を一定とする。なお、この場合に、電流値Ｄ１Ｔ１とＤ１Ｔ２とは同じであってもよく、また異なっていてもよい。
（３）  図１２（Ｃ）に示すように、第１ステージにおいては、電流値を、Ｄ１Ｔ１から、電流パルスＤＰの回毎に所定の増加分ΔＩ１ずつ増大させる。目標接近トルクＴＱＮに達した時点で電流値を低下させてＤ１Ｔ２とし、その後、第２ステージの間において、電流パルスＤＰの回毎に、電流値を所定の増加分ΔＩ２ずつ増大させる。
【０１０４】
これらの変形例において、増加分ΔＩ１，ΔＩ２は種々の値に設定することが可能である。また、増加分ΔＩ１とΔＩ２とは同じであってもよく、また異なっていてもよい。
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【０１０５】
図１３は本発明の第３の実施形態のトルク２段制御処理のルーチンを示すフローチャートである。
【０１０６】
第３の実施形態では、第１の実施形態と第２の実施形態とを組み合わせる。つまり、図１３に示すように、第１ステージにおいて、初回のみ、電流パルスＤＰの電流値をＤ１Ｔ１に設定する（＃６１）。その後において、締付トルクＴＱが目標接近トルクＴＱＮに達していないときには（＃６２でノー）、電流値に増加分ΔＩ１を加算する（＃６３）。締付トルクＴＱが目標接近トルクＴＱＮに達した後は（＃６２でイエス）、初回のみ電流パルスＤＰの電流値をＤ１Ｔ２に設定し（＃６４）、その後は電流値に増加分ΔＩ２を加算する（＃６５）。なお、増加分ΔＩ２は増加分ΔＩ１よりも小さい値である。
【０１０７】
つまり、第３の実施形態は、上に述べた第２の実施形態の変形例（３）の特別の場合であり、図１２（Ｃ）における増加分ΔＩ２が増加分ΔＩ１よりも小さい場合である。
【０１０８】
第３の実施形態のようにトルク２段制御を行うことによって、第１の実施形態の場合と同様に、締付トルクの精度の向上とネジ締めに要する時間の短縮を図ることができる。なお、第１の実施形態、第２の実施形態、その変形例、第３の実施形態のいずれを採用するかは、ネジの種類、サイズ、締め付け部材の材質および状態など、負荷の状況に応じて選択すればよい。
【０１０９】
なお、第１の実施形態の特徴的な構成は請求項２および１０に、第２の実施形態は請求項４〜７および１１に、第３の実施形態は請求項３に、それぞれ対応する。
【０１１０】
上の実施形態において、モータ１１が最大回転速度となったことを検出するのに、上に述べた以外の種々のセンサ、回路、デバイス、演算方法、またはプログラムなどを用いることができる。
【０１１１】
また、上の実施形態においては、締付トルクＴＱを検出するためにトルクセンサ１３を用いているが、トルクセンサ１３を用いることなく、モータ１１の回転速度に基づいて演算によって締付トルクＴＱを求めてもよい。つまり、モータ１１の回転速度が分かれば、ネジ締め装置本体３の機械的な構造などから締付トルクＴＱを計算によって求めることができる。そのような計算式またはプログラムを適当なメモリに格納しておき、回転速度が検出される度毎にリアルタイムで締付トルクＴＱを求めればよい。また、演算で求めるのではなく、回転速度と締付トルクＴＱとの対応をテーブルのようにして格納しておき、回転速度の検出の度毎に締付トルクＴＱをテーブルから読みだすようにしてもよい。また、その場合に、読み出した値に対して、適当な補間演算を行ってより正確な締付トルクＴＱと求めるようにしてもよい。つまり、この場合に、エンコーダ１４、速度検出部３２、または指令制御部４４などがトルク検出手段となり得る。また、モータ１１の回転速度の検出のために、回転速度に比例したアナログ信号を出力するセンサ、その他のセンサを用いてもよい。
【０１１２】
上の実施形態において、ネジ締め装置本体３、制御装置４、ネジ締め装置１の全体または各部の構造、形状、個数、処理の内容または順序などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明は、自動車、自動化機械、その他各種装置の組み立てラインにおけるネジ締作業に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明に係るネジ締め装置の全体の構成を示すブロック図である。
【図２】ネジ締め装置の締付け動作の手順を示すフローチャートである。
【図３】電流制御のルーチンを示すフローチャートである。
【図４】最大回転検出処理のルーチンを示すフローチャートである。
【図５】トルク２段制御処理のルーチンを示すフローチャートである。
【図６】ネジ締め装置によるネジ締め動作の全体の状態を示す図である。
【図７】電流パルスの増加分の変化の様子を拡大して示す図である。
【図８】モータの回転速度と電流指令データとの関係を示す図である。
【図９】電流パルスの制御の様子を詳しく示す図である。
【図１０】第２の実施形態のトルク２段制御処理を示すフローチャートである。
【図１１】第２の実施形態のトルク２段制御の様子を示す図である。
【図１２】第２の実施形態のトルク２段制御の変形例を示す図である。
【図１３】第３の実施形態のトルク２段制御処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１５】
１  ネジ締め装置
３  ネジ締め装置本体
４  制御装置
８  制御用コントローラ
１１  モータ
１３  トルクセンサ
１４  エンコーダ
３２  速度検出部
４４  指令制御部（パルス駆動手段、パルス制御手段）
４５  設定器（設定手段）
５１  速度／電流指令演算部
ＴＱ  締付トルク
ＴＱＮ  目標接近トルク（第１の設定値）
ＴＱＪ  目標トルク（第２の設定値）
θ１  第１スロープ（第１の増加分）
θ２  第２スロープ（第２の増加分）
ΔＩ１  増加分（第１の増加分）
ΔＩ２  増加分（第２の増加分）
Ｄ１Ｔ  電流指令データ
ＤＰ  電流パルス
【図１】
2006315125.tif 000003
【図２】
2006315125.tif 000004
【図３】
2006315125.tif 000005
【図４】
2006315125.tif 000006
【図５】
2006315125.tif 000007
【図６】
2006315125.tif 000008
【図７】
2006315125.tif 000009
【図８】
2006315125.tif 000010
【図９】
2006315125.tif 000011
【図１０】
2006315125.tif 000012
【図１１】
2006315125.tif 000013
【図１２】
2006315125.tif 000014
【図１３】
2006315125.tif 000015