(57)【要約】【課題】  手持ち型の電動式ナットランナを用いた場合、着座トルクから目標トルクへ達するまでの締め付け時に生じる反力を低減する。【解決手段】  締め付け対象物が着座した時の着座トルクＴSから前記締め付け対象物が締め付け完了した時の目標トルクＴCまで前記締め付け対象物を締め付けるナットランナの制御方法であって、前記着座トルクＴSから目標トルクＴCに達するまでの間で、高速な締め付け動作と低速な締め付け動作を繰り返すように高速な締め付け動作における速度ＶHnおよび時間ｔHnと低速な締め付け動作における速度ＶLnおよび時間ｔLnを制御する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
締め付け対象物が着座した時の着座トルクから前記締め付け対象物が締め付け完了した時の目標トルクまで前記締め付け対象物を締め付けるナットランナの制御方法であって、前記着座トルクから目標トルクに達するまでの間で、高速な締め付け動作と低速な締め付け動作を繰り返すように各締め付け動作における速度と時間を制御することを特徴とするナットランナの制御方法。
【請求項２】
前記高速な締め付け動作における速度を、その締め付け動作ごとに締め付けトルクの上昇に伴って一定あるいは可変とした請求項１に記載のナットランナの制御方法。
【請求項３】
前記高速な締め付け動作における時間を、その締め付け動作ごとに締め付けトルクの上昇に伴って一定あるいは可変とした請求項１又は２に記載のナットランナの制御方法。
【請求項４】
前記低速な締め付け動作における速度を、その締め付け動作ごとに締め付けトルクの上昇に伴って一定あるいは可変とした請求項１〜３のいずれか一項に記載のナットランナの制御方法。
【請求項５】
前記低速な締め付け動作における時間を、その締め付け動作ごとに締め付けトルクの上昇に伴って一定あるいは可変とした請求項１〜４のいずれか一項に記載のナットランナの制御方法。
【請求項６】
締め付け対象物が着座した時の着座トルクから前記締め付け対象物が締め付け完了した時の目標トルクまで前記締め付け対象物を締め付けるナットランナであって、前記着座トルクから目標トルクに達するまでの間で、高速な締め付け動作と低速な締め付け動作を繰り返すように各締め付け動作における速度と時間を制御するコントローラを具備したことを特徴とするナットランナ。
【請求項７】
前記コントローラは、高速な締め付け動作における速度が、その締め付け動作ごとに締め付けトルクの上昇に伴って一定あるいは可変となるように制御する請求項６に記載のナットランナ。
【請求項８】
前記コントローラは、高速な締め付け動作における時間が、その締め付け動作ごとに締め付けトルクの上昇に伴って一定あるいは可変となるように制御する請求項６又は７に記載のナットランナ。
【請求項９】
前記コントローラは、低速な締め付け動作における速度が、その締め付け動作ごとに締め付けトルクの上昇に伴って一定あるいは可変となるように制御する請求項６〜８のいずれか一項に記載のナットランナ。
【請求項１０】
前記コントローラは、低速な締め付け動作における時間が、その締め付け動作ごとに締め付けトルクの上昇に伴って一定あるいは可変となるように制御する請求項６〜９のいずれか一項に記載のナットランナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボルトやナット等の締め付け対象物が着座した時の着座トルクから締め付け対象物が締め付け完了した時の目標トルクまで締め付け対象物を締め付けるナットランナ及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボルトやナット等をワークに自動締付けするナットランナの制御方法としては、ボルトやナット等の締め付けトルクで締め付け精度を評価するトルク方式が一般的である。このトルク方式によるナットランナにおいては、ナットランナ本体から延びる出力軸にソケットを設け、そのソケットをボルトやナット等に着脱可能に嵌合させ、外部のコントローラからの制御信号に基づいて、前述のナットランナ本体に内蔵された駆動モータを回転制御することにより、ソケットを回転させてボルトやナット等の締め付けが行われる。なお、ナットランナ本体には、駆動モータの他、締め付けトルクを検出するためのトルクセンサが内蔵されている。
【０００３】
前述のコントローラでは、ボルトやナット等が着座した時の着座トルクからボルトやナット等が締め付け完了した時の目標トルクまでボルトやナット等を締め付けるが、その締め付け工程での時間とトルクおよび速度との関係を図７に示す。また、図８はナットランナによる締め付け工程でのアルゴリズムを示すフローチャートを示す。
【０００４】
ナットランナのソケットをボルトやナット等に嵌合させた状態で回転させて締付け動作を開始する（STEP１）。この締め付け動作の開始からボルトやナット等が着座するまでは、締め付けサイクルタイムを短縮するためにナットランナを速度ＶSで高速回転させている（STEP２）。この着座点での着座トルクＴSはコントローラにて予め設定されている。
【０００５】
ナットランナによる締め付け動作の開始後、その着座トルクＴSをトルクセンサにより検出し（STEP３）、着座トルクＴSに達した時点で速度ＶHを設定した上で（STEP４）、その速度ＶHでボルトやナット等を締め付け動作する（STEP５）。そして、コントローラにて予め設定されている目標トルクＴCに達したか否かを検出し（STEP６）、その目標トルクＴCに達した時点で締め付け動作を停止する（STEP７）。
【０００６】
その後、トルクや回転角などの諸条件が所定の許容範囲内であるか否かを判定した上で（STEP８）、締め付け工程を終了する（STEP９）。このように着座点から締め付け完了点までは、コントローラにて予め設定された速度ＶH（固定値）に基づいて、ソケットが一定回転するようにコントローラで回転速度を制御している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−３２６２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来では、前述したように着座トルクＴSから一定の速度ＶHで連続して目標トルクＴCまで締め付けていた。つまり、着座トルクＴSまでは高速回転で締め付けが行われ、その後、一定の速度ＶHで目標トルクＴCまで締め付けるのが一般的であった。このように一定の速度ＶHで目標トルクＴCまで締め付けを行うと、手持ち型の電動式ナットランナを用いた場合、締め付けトルクに比例して反力が大きくなることから、作業者への精神的かつ肉体的な負担となる。
【０００８】
ここで、締め付けが低速であるほど、目標トルクＴCに到達するまでの時間が長くなるため、反力のかかる時間も長くなる。逆に、締め付けを高速で行うことにより、反力のかかる時間を短くすることは可能であるが、製品の締め付け品質を保証する精度に問題が生じる可能性がある。
【０００９】
そこで、本発明は前述した問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、手持ち型の電動式ナットランナを用いた場合、着座トルクから目標トルクへ達するまでの締め付け時に生じる反力を低減し得るナットランナ及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明に係るナットランナの制御方法は、締め付け対象物が着座した時の着座トルクから前記締め付け対象物が締め付け完了した時の目標トルクまで前記締め付け対象物を締め付けるナットランナの制御方法であって、前記着座トルクから目標トルクに達するまでの間で、高速な締め付け動作と低速な締め付け動作を繰り返すように各締め付け動作における速度と時間を制御することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るナットランナは、締め付け対象物が着座した時の着座トルクから前記締め付け対象物が締め付け完了した時の目標トルクまで前記締め付け対象物を締め付けるナットランナであって、前記着座トルクから目標トルクに達するまでの間で、高速な締め付け動作と低速な締め付け動作を繰り返すように各締め付け動作における速度と時間を制御するコントローラを具備したことを特徴とする。なお、このコントローラは、ナットランナに内蔵される以外に、ナットランナとは別体の制御装置として構成することも可能である。
【００１２】
本発明では、着座トルクから目標トルクに達するまでの間で、高速な締め付け動作と低速な締め付け動作を繰り返すように各締め付け動作における速度と時間を制御することにより、手持ち型の電動式ナットランナを用いた場合、締め付けトルクに比例して生じる反力を分散させることができるので、その反力の低減化が可能となる。
【００１３】
前述の構成において、高速な締め付け動作における速度または時間を、その締め付け動作ごとに締め付けトルクの上昇に伴って一定あるいは可変とすることが可能である。また、低速な締め付け動作における速度または時間も、その締め付け動作ごとに締め付けトルクの上昇に伴って一定あるいは可変とすることが可能である。
【００１４】
このように高速な締め付け動作における速度または時間や、低速な締め付け動作における速度または時間を、その締め付け動作ごとに締め付け工程中のトルク上昇に伴って一定あるいは可変とすることにより、締め付け対象物の材質やワッシャ等の介在物の有無や個数が変更されても、その変更に迅速かつ容易に対応することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、着座トルクから目標トルクに達するまでの間で、高速な締め付け動作と低速な締め付け動作を繰り返すように各締め付け動作における速度と時間を制御することにより、手持ち型の電動式ナットランナを用いた場合、締め付けトルクに比例して生じる反力を低減することができるので、作業者への精神的かつ肉体的負担を軽減でき、締め付け精度を確保して製品の締め付け品質を保証できると共に使い勝手のよいナットランナを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態として、手持ち型の電動式ナットランナについて詳述する。この手持ち型電動式ナットランナは、図２に示すようにアンプ１１、レゾルバ１２、サーボモータ１３、トルクセンサ１４を内蔵したナットランナ本体１５の先端に減速機１６を介してソケット１７を設け、そのソケット１７が締め付け対象物であるボルト１８の頭部に着脱可能に嵌合される。締め付け対象物としては、ボルト１８以外にナットも可能である。なお、前述のアンプ１１は、トルクセンサ１４からの検出信号に基づいてサーボモータ１３を制御するものであり、レゾルバ１２は、サーボモータ１３の回転角を制御するものである。図中、１９はスイッチである。
【００１７】
また、この手持ち型電動式ナットランナは、制御信号に基づいてサーボモータ１３を駆動させて出力軸先端のソケット１７を回転制御するコントローラ２１を具備する。コントローラ２１は、ＣＰＵ２２、サーボアンプ回路２３、Ｉ／Ｆ回路２４、Ａ／Ｄ変換回路２５で構成されている。なお、サーボアンプ回路２３は、ＣＰＵ２２の制御信号に基づいてサーボモータ１３を制御するものである。
【００１８】
この実施形態の手持ち型電動式ナットランナでは、以下の制御方法に基づいてサーボモータ１３を回転制御することによりボルト１８を締め付ける。図１はナットランナの締付け動作における時間とトルクおよび速度との関係の一例を示し、図３は図１のような締め付け工程でのアルゴリズムを示すフローチャートを示す。
【００１９】
まず、ナットランナのソケットをボルト１８に嵌合させた状態で回転させて締付け動作を開始する（STEP１）。ここで、カウンタ値ｎ＝０にしてそのカウンタ値を初期化する（STEP２）。この締め付け動作の開始からボルト１８が着座するまでは、締め付けサイクルタイムを短縮するためにナットランナを速度ＶSで高速回転させている（STEP３）。この着座点での着座トルクＴSはコントローラ２１にて予め設定されている。
【００２０】
ナットランナによる締め付け動作の開始後、その着座トルクＴSをトルクセンサ１４により検出する（STEP４）。着座トルクＴSに達した時点から目標トルクＴCに達して締め付けが完了する時点までは、コントローラ２１にて予め設定されたアルゴリズムに基づいて、以下のようにサーボモータ１３を回転制御する。
【００２１】
ボルト１８が着座した時の着座トルクＴSからボルト１８が締め付け完了した時の目標トルクＴCに達するまでの間で、高速な締め付け動作と低速な締め付け動作を繰り返すように高速な締め付け動作における速度ＶHnと時間ｔHn、および低速な締め付け動作における速度ＶLnと時間ｔLnを制御する。
【００２２】
つまり、着座トルクＴSに達した時点で、カウンタ値をｎからｎ＋１にカウントアップし（STEP５）、高速な締め付け動作における速度ＶHnと時間ｔHnを設定した上で（STEP６）、その速度ＶHnでボルト１８を時間ｔHnだけ締め付け動作する（STEP７）。なお、図１の締め付け工程では、高速な締め付け動作における速度ＶHnを各締め付け動作を通して常に一定に保持し、高速な締め付け動作における時間ｔHnを各締め付け動作ごとに一定に保持するように設定されている。その締め付け動作が完了した時点で目標トルクＴCに達しているか否かを検出し（STEP８）、目標トルクＴCに達していなければ、低速な締め付け動作における速度ＶLnと時間ｔLnを設定し（STEP９）、その速度ＶLnでボルト１８を時間ｔLnだけ締め付け動作する（STEP１０）。その締め付け動作が完了した時点で、目標トルクＴCに達しているか否かを検出し（STEP１１）、目標トルクＴCに達していなければ、速度ＶHnでボルト１８を時間ｔHnだけ締め付ける高速な締め付け動作と、速度ＶLnでボルト１８を時間ｔLnだけ締め付ける低速な締め付け動作を繰り返す。
【００２３】
なお、前述した高速な締め付け動作における速度ＶHnと時間ｔHnの設定（STEP５）、および低速な締め付け動作における速度ＶLnと時間ｔLnの設定（STEP９）は、予め設定されている着座トルクＴSと目標トルクＴCから所定の演算処理により締め付け動作ごとにその都度設定すればよく、それ以外に、着座トルクＴSと目標トルクＴCのように予め設定しておくことも可能である。
【００２４】
そして、速度ＶHnでボルト１８を時間ｔHnだけ締め付ける高速な締め付け動作の後、あるいは、速度ＶLnでボルト１８を時間ｔLnだけ締め付ける低速な締め付け動作の後、目標トルクＴCに達しているか否かを検出し（STEP８，STEP１１）、目標トルクＴCに達していれば、締め付け動作を停止する（STEP１２）。その後、トルクや回転角などの諸条件が所定の許容範囲内であるか否かを判定した上で（STEP１３）、締め付け工程を終了する（STEP１４）。
【００２５】
このように着座トルクＴSから目標トルクＴCに達するまでの間で、高速な締め付け動作と低速な締め付け動作を繰り返すように高速な締め付け動作における速度ＶHnと時間ｔHn、および低速な締め付け動作における速度ＶLnと時間ｔLnを制御することにより、締め付けトルクに比例して生じる反力を分散させることができるので、その反力の低減化が可能となる。
【００２６】
図１の締め付け工程では、低速な締め付け動作における速度ＶLnは、高速な締め付け動作における一定の速度ＶHnに対して締め付けトルクの上昇に伴って可変とし、反力の小さい低トルク域（ｎ＝１，２，…）で高速な締め付け動作における速度ＶHnとの差を小さく、かつ、反力の大きい高トルク域（ｎ＝…，ｎ−１，ｎ）で高速な締め付け動作における速度ＶHnとの差を大きくしている。この低速な締め付け動作における速度ＶLnは、ゼロまたは若干の負値（逆転）とすることも可能である。
【００２７】
また、低速な締め付け動作における時間ｔLnについても、高速な締め付け動作における一定の時間ｔHnに対して締め付けトルクの上昇に伴って可変とし、反力の小さい低トルク域（ｎ＝１，２，…）で高速な締め付け動作における時間ｔHnとの差を小さく、かつ、反力の大きい高トルク域（ｎ＝…，ｎ−１，ｎ）で高速な締め付け動作における時間ｔHnとの差を大きくする。このように低速な締め付け動作における速度ＶLnまたは時間ｔLnを、締め付け工程中のトルク上昇に伴って自動可変とすることにより、作業者が感じる反力および衝撃を最小限に抑制することができる。
【００２８】
なお、図１の締め付け工程では、高速な締め付け動作における時間ｔHnをその締め付け動作ごとに一定とした場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、例えば、図４および図５に示すような締め付け工程についても適用可能である。
【００２９】
この図４に示す締め付け工程では、高速な締め付け動作における時間ｔHnを締め付けトルクの上昇に伴ってその締め付け動作ごとに単調に増加させている。逆に、図５に示す締め付け工程では、高速な締め付け動作における時間ｔHnを締め付けトルクの上昇に伴ってその締め付け動作ごとに単調に減少させている。また、図４および図５の締め付け工程では、高速な締め付け動作における時間ｔHnを単調に増加あるいは減少させているが、変則的に増加あるいは減少させることも可能である。
【００３０】
図１、図４および図５の締め付け工程では、低速な締め付け動作における速度ＶLnを締め付けトルクの上昇に伴って可変とし、反力の小さい低トルク域（ｎ＝１，２，…）で高速な締め付け動作における速度ＶHnとの差を小さく、かつ、反力の大きい高トルク域（ｎ＝…，ｎ−１，ｎ）で高速な締め付け動作における速度ＶHnとの差を大きくしている。本発明はこれに限定されることなく、逆に、低速な締め付け動作における速度ＶLnを、反力の小さい低トルク域（ｎ＝１，２，…）で高速な締め付け動作における速度ＶHnとの差を大きく、かつ、反力の大きい高トルク域（ｎ＝…，ｎ−１，ｎ）で高速な締め付け動作における速度ＶHnとの差を小さくするように設定してもよい。また、低速な締め付け動作における速度ＶLnを締め付けトルクの上昇にかかわらず一定とすることも可能である。また、低速な締め付け動作における速度ＶLnを単調に増加あるいは減少させる以外に、変則的に増加あるいは減少させることも可能である。
【００３１】
さらに、図１、図４および図５の締め付け工程では、低速な締め付け動作における時間ｔLnをその締め付け動作ごとに単調に増加させているが、これ以外に、低速な締め付け動作における時間ｔLnをその締め付け動作ごとに単調に減少させたり、あるいは、変則的に増加あるいは減少させることも可能である。
【００３２】
また、図１、図４および図５の締め付け工程では、高速な締め付け動作における速度ＶHnをその締め付け動作を通して常に一定にしているが、これ以外に、図６に示すように高速な締め付け動作における速度ＶHnをその締め付け動作ごとに単調に増加させたり、あるいは、図示しないが、その速度ＶHnをその締め付け動作ごとに単調に減少させたり、変則的に増加あるいは減少させることも可能である。
【００３３】
以上で説明したような、高速な締め付け動作における速度ＶHnまたは時間ｔHnや、低速な締め付け動作における速度ＶLnまたは時間ｔLnの設定は、ボルト１８を締め付ける対象物の材質やワッシャ等の介在物の有無や個数に応じて変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態で、締付け工程における時間とトルクおよび速度との関係の一例を示す特性図である。
【図２】本発明の実施形態で、手持ち型電動式ナットランナを示すブロック構成図である。
【図３】図１、図４、図５および図６の締め付け動作のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図４】本発明の他の実施形態で、締付け工程における時間とトルクおよび速度との関係の他例を示す特性図である。
【図５】本発明の他の実施形態で、締付け工程における時間とトルクおよび速度との関係の他例を示す特性図である。
【図６】本発明の他の実施形態で、締付け工程における時間とトルクおよび速度との関係の他例を示す特性図である。
【図７】従来例における締付け工程における時間とトルクおよび速度との関係を示す特性図である。
【図８】従来例で、締め付け動作のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３５】
１８  締め付け対象物（ボルト）
２１  コントローラ
ＴC  目標トルク
ＴS  着座トルク
ＶHn  高速な締め付け動作における速度
ＶLn  低速な締め付け動作における速度
ｔHn  高速な締め付け動作における時間
ｔLn  低速な締め付け動作における時間
【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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