JPH0760656A - 電気ドライバ−のネジ締付完了の確認方法及びその確認装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は現在、市販されている交流用電
動ドライバ−を何ら改造すること無くネジの締付け完了
信号を取り出す事により簡単、かつ確実にネジの締付完
了の確認をすることができる方法及びその装置を提供す
ることにある。 【構成】本発明に係る電気ドライバ−のネジ締付完了の
確認方法は、交流用電動ドライバ−でネジを締める方法
において、該交流用電動ドライバ−に流れる交流電流の
実効値成分と絶対値成分の変化量を検知してネジが締め
終ったことを確認することを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は小型軽量の交流用電動ド
ライバ−のネジ締付完了の確認方法及びその確認装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の交流用電動ドライバ−はネジの締
付けトルクが一定値に達するとモ−タ−を停止させる為
の制御回路が内蔵されている。また、この交流用電動ド
ライバ−はスタ−トスイッチによりドライバ−駆動用の
モ−タ−を回転させ、ネジ締め開始後に一定トルク値に
達したことを、該モ−タ−と負荷の両者を結合したり、
切り放したりする為の機械的なクラッチで検出し、その
検出信号を制御回路に送りモ−タ−の駆動を停止させ
る。ネジの締付の確認は前記ドライバ−駆動用のモ−タ
が停止したことで作業者がネジの締付けを完了したと判
断している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ネジの締付け
を作業者の判断に任せた場合、まれには電動ドライバ−
を早めに止めてしまったり、ネジが斜めに入った場合は
完全にネジが締る以前にクラッチが作動しモ−タ−が停
止するので、ネジの締付け完了と判断してしまう等の作
業ミスが発生していた。ネジを数多く締めている組み立
て現場ではこのようなネジの取付作業のミスを無くす為
に、ネジの締付け完了を信号で取り出せることが望まれ
ている。それはこの信号を計数装置に入力してネジを全
数締め終ったことを確認することが出来るためである。

【０００４】この実現手段として例えば電動ドライバ−
にトルクセンサを内蔵させたり、クラッチが作動した信
号をスイッチで電動ドライバ−から取り出す等が考えら
れるが構造が複雑になり、小型軽量を必要とする手動工
具ではなかなか普及はしていないのが現状である。そこ
で本発明の目的は上記の点に鑑みてなされたもので、現
在、市販されている交流用電動ドライバ−を何ら改造す
ること無くネジの締付け完了信号を取り出す事により上
記の課題を解決したものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は交流用電動ドラ
イバ−でネジを締める方法において、該交流用電動ドラ
イバ−に流れる交流電流の実効値成分と絶対値成分の変
化量を検知してネジが締め終ったことを確認する電気ド
ライバ−のネジ締付完了の確認方法である。また、本発
明に係る電気ドライバ−のネジ締付完了の確認方法は、
交流用電動ドライバ−でネジを締める方法において、該
交流用電動ドライバ−に流れる交流電流の実効値成分と
絶対値成分の変化量を検知してネジが締め終ったことを
確認するとともにネジの締付開始から完了までの時間計
測と統計処理を併せ行ない正常時との比較演算してネジ
の締付け確認を行なうようにしたものである。

【０００６】さらに、本発明に係る電気ドライバ−のネ
ジ締付完了の確認装置は、電気ドライバ−を駆動させる
商用電源回路に電流センサを設けるとともに該電流セン
サで検出した信号を分離する電流の実効値成分の有無の
判定回路と電流の絶対値成分の有無の判定回路を設け、
かつ前記実効値成分の有無信号及び絶対値成分の有無信
号を下に判定する電動ドライバ−のクラッチがオフの判
定論理回路と電流の実効値成分有りの時間がその上限値
と下限値の範囲に有る事の判定回路を設け、該判定論理
回路からの出力側が締付けトルクが規定値の信号であ
り、かつ前記上限値と下限値の範囲に有る事の判定回路
からの出力側がねじ込み長さ適正である信号の両者が揃
った事でネジ締付け完了と判定する回路を設けたもので
ある。

【０００７】

【作用】本発明に係る電動ドライバ−のネジ締付け動作
について説明する。電動ドライバ−に流れる電流は次の
４つステップのパタ−ンに分類される。 ステップ１： ネジ締め開始時のモ−タ−の起動電流 静止したドライバ−が回転するので大きな電流が流れ
る。これは回転エネルギ−に変わるから、電気エネルギ
−が消費される。 ステップ２： ネジの首下部分までをネジ穴にねじ込む
期間の電流 ネジを締めるときに生じる摩擦損や電動ドライバ−内部
の回転部の機械損で電気エネルギ−が消費される。ほぼ
一定の電流が流れる。

【０００８】ステップ３： ネジがネジ穴に入り最後の
締付けを行う期間 ネジの頭が相手のネジ穴上部に当たり、電動ドライバ−
は固定の為に力を掛けてねじ込むので一般的には電流は
増加する。このステップは短時間で終了する。また、電
流値が顕著に増加する以前に電動ドライバ−のモ−タ−
を停止させることもあるので、必ずしも増加が現れない
場合がある。電動ドライバ−の能力とネジの太さなどい
ろいろの条件で一定のパタ−ンにはならないが、モ−タ
−の停止により電流は大きく減少する。 ステップ４： モ−タ−の停止後、作業者がスタ−トス
イッチを切る迄。 作業者がネジを締め終わったと判断し、スイッチを切る
までには僅かの時間遅れがある。電動ドライバ−に内蔵
されている制御回路にはスイッチが切られるまで僅かに
電流が流れている。この電流はエネルギ−消費の無い無
効成分がほとんどで、実行成分はゼロである。本発明で
はステップ４の時間が原理的には少なくとも５／１００
秒間であればこのステップは認識可能である。（商用周
波数で電流をサンプリングしている制御から生じる）

【０００９】上記のステップを考察してみると、ネジの
締付トルクが一定値に達してクラッチが切れ電動ドライ
バ−が停止したことはステップ３とステップ４を通過し
たことを意味する。これを条件その１とすれば、その意
味するところは電動ドライバ−のトルク検出用のクラッ
チが作動した事を検知したことであり、これは締付トル
クが設定トルクに達した事を意味する。さらに、正常で
ないネジ締付を排除する為に付加条件として条件その２
は、スタ−トからステップ３が終わるまでの時間を付加
する。

【００１０】その目的は、ステップ１からステップ３迄
の時間は電動ドライバ−の回転数に依存するので、この
時間を正常に締付た場合とを比較する。例えば次の例で
は、クラッチが切れる迄の時間はネジを締めた箇所を再
度締めた場合、正常値に比較してネジの締付け時間が短
くなる。また、斜めに入ったネジの場合、ネジの首下が
完全にネジ穴に入らないので締付け時間は短くなる。こ
れら二つの条件でネジの締付完了を確認する。

【００１１】本発明に係る電動ドライバ−の動作検知に
ついて、本発明ではネジの締付け確認に必要な電動ドラ
イバ−の動作ステップを検知する為にホ−ル素子または
電流トランス等の電流センサを用いて電流を検出し、そ
の検出信号を加工して使用する。すなわち、検出した電
流は２つの要素に分ける。交流用電動ドライバ−の電源
は商用周波数の交流を使用する。しかしその電流波形は
サイン波ではなく商用周波数に乗ってはいるが、不規則
な波形をしている。その電流波形から情報を得る為に実
効値と絶対値の二つに分離する。交流電流の実効値はエ
ネルギ−消費分に相当するのでこれを見ることによりモ
−タ−の回転を検知することが出来る。交流電流の実効
値を見るには同期整流回路や数値演算等で実現できる。
この交流電流信号から低域通過フイルタ−等で商用周波
数成分を除くと、モ−タ−が消費するエネルギ−を反映
させることとなる。ステップ１からステップ３迄はこの
交流電流を監視することで電動ドライバ−の状況が把握
できる。ここでモ−タ−は停止しているので、実効値成
分が原理上ゼロになる。

【００１２】交流電流の絶対値は電動ドライバ−の起動
スイッチを反映する。これは電動ドライバ−の特性とし
て起動スイッチを押している間はモ−タ−停止後も電動
ドライバ−へは僅かですが電流は流れている事実によ
る。電流の絶対値は電流センサで検出した電流信号を増
幅後に整流し、これも低域通過フイルタ−を通し商用周
波数成分を除く。この電流信号の有無を監視することで
電動ドライバ−のスタ−トスイッチの動きをチェック出
来る。交流電流の絶対値でもステップに応じてその値が
変化するので、その値を監視すれば各ステップを認識で
きる。しかし、実効値と絶対値の二つに信号に分けるこ
とで、信号の有り無し（０又は１の信号）に変換できる
ので電動ドライバ−の種類に依って、制御回路内部の設
定を調整する事から逃れられる。使い勝手の向上と動作
の安定に寄与することが本発明の特徴である。

【００１３】本発明ではこの実効値と絶対値の二つの信
号から電動ドライバ−の動きを感知する。これを締付条
件その１とする。締付条件その１はこれらの２種類の電
流の有無でネジの締付完了の条件その１がつくられる。 Ｉ 実行成分が現れそして無くなった事。 ステップ１から３迄を経過 II 次いでその後５／１００秒程度電流の絶対値成分が
存在していた事である。 ステップ４を経過 これは、論理回路またはプログラムで容易に判定出来
る。さらに、ネジ締付け時におきる２度締めや、ネジの
引掛かり、斜めに入る等による正常ではない締付けも排
除する為に締付時間を判定条件に組み込む。これをネジ
の締付け完了の条件その２とする。

【００１４】ネジの締付け完了の条件その２は、交流電
流の実行成分の継続時間を測定する。この実行成分の継
続時間と予め設定された締付時間幅とを比較してその幅
の中にあれば条件その２を満たしたことになる。しか
し、この締付時間は通常０．５から１秒程度の時間であ
るからその時間測定が出来なければ意味がない。いかに
正確な値を設定できるかにかかる。従来よりの問題点は
この時間幅の設定にある。電動ドライバ−では締付ける
時間が短く、その時間幅を設定することが困難であっ
た。一方この時間はかなり正確である。それは、通常、
ネジを締める時はネジの頭に電動ドライバ−の先（ビッ
ト）が当てられ、ネジはすでに組付け場所にある。従っ
てネジが締め上がる迄の時間はネジの首下の長さと、モ
−タ−の回転数に依存する。電動ドライバ−が同じで、
締付ける場所やネジが同一ならこの時間の相違はほぼ
０．１秒の単位である。

【００１５】そこで本発明では電動ドライバ−に流れる
電流からこの時間を正確に測定できるので、次のような
時間設定の方法を採用する。 締付時間幅の設定方法 電動ドライバ−に流れる交流電流を実行値成分と絶対値
成分に分離する本発明の方法では、実効値成分の継続時
間を測ればスタ−トからネジの締付け完了迄の時間を正
確に計測することが出来る。このデ−タを基に統計処理
を行う。この実現はマイクロコンピュ−タの実装されて
いる装置では容易に行うことが出来る。

【００１６】適切なネジの締付時間幅を知る為に組み立
てラインで予め使用する電動ドライバ−とネジ、そして
組み付ける部品でテスト締付けを行う。その時間を統計
処理して最大、最小、平均等を表示してネジの締付時間
幅の参考に出来るようにする。従来この時間設定はトル
クセンサを取りつけてそのトルク波形から時間を読み取
りますが、その測定には技術と測定装置が必要で、だれ
もが手軽には出来ない。また電動ドライバ−が変われば
再度測定する必要がある。そこで、本発明では実際にネ
ジを締めるのと同一条件で、締付時間幅を測定できる。
従って電動ドライバ−を交換した場合でも速やかに対応
出来るので、この機能は有効である。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面により説明す
る。図１は電動ドライバ−のモ−タ−電流から二つの信
号を取り出す回路の構成を示すブロック図である。１の
電流センサはホ−ル素子や電流トランスが使用され、電
動ドライバ−に流れる電流を検出する。ここで検出され
た電流信号が次の回路を通して二つの信号に分解され
る。２の同期信号回路は電源周波数に同期したパルス信
号を取り出す。これは次に述べる同期整流回路４で使用
する。３の増幅回路で同期整流と全波整流回路７に必要
な信号レベルまで増幅する。増幅回路３は演算増幅器で
構成する。４の同期整流回路は電源周波数と同相成分を
取出すものである。ここに２の同期信号回路のパルスが
電流信号に対するスイッチング用に使用されている。同
相成分は電流の実効値に相当する。５の低域通過フィル
タ−は同期整流回路４の出力に含まれる交流分を除去す
る。このカット値は電源周波数の１／２以下で行う。こ
れを通す事で電流の実効値成分が取出せる。これを信号
１として図４のグラフに示す。

【００１８】６の電圧比較回路は実効値成分が有るかま
たは無いか決める判定回路である。一般のコンパレ−タ
回路である。この出力は０，１のデジタル信号になる。
これは信号２として図５のグラフに示す。７の全波整流
回路は電流の有る無しを見る為に交流電流を全て＋の直
流に変える。ただ、このままでは脈動が多いのでデジタ
ル化が出来ないので、交流分を除去する為に８の低域通
過フイルタ−が使用される。この出力は信号３として図
５のグラフで示す。この出力もデジタル化する為に９の
電圧比較回路へ接続する。電圧比較回路９の出力は信号
４として図５のグラフで示す。これは絶対値が有る無し
のデジタル信号になる。

【００１９】このようにデジタル化した信号を用いてネ
ジの締付完了信号を取出す事はマイクロコンピュ−タ等
で容易に実現される。時間はマイクロコンピュ−タのタ
イムベ−ス機能で、論理演算は演算機能で、その記憶は
メモリ−で行われる。その判定の方法を図２に示す締付
完了信号の取出しとそのタイムチャ−トに示す。そこで
の条件は前述の通りである。ネジの締付判定の条件設定
での締付時間は重要な役割を果たす。この時間設定の資
料を提供することはこの種の確認方法では大切な事であ
る。しかし従来、電動ドライバ−の動きを正確に検知出
来なかったので、時間の資料提供は困難であったが本発
明では５／１００秒の分解能が有るので、マイクロコン
ピュ−タ等のタイムベ−ス機能で十分正確に計測でき、
デ−タを統計処理しネジの締付時間情報として表示させ
ることができる。この最大値と最小値はネジの締付条件
その２に設定値として十分参考になる値である。その方
法を図３のネジの締付時間の統計処理とその表示と利用
に示した。

【００２０】

【発明の効果】本発明は上記の説明から判るように、電
動ドライバ−の動作を電動ドライバ−を改造せずに、交
流電流でその動きを知り、ネジの締付け完了を検知する
とともに、締付時間を正確に測定しデ−タ処理を行いネ
ジの締付時間のマスクを掛ける事に依り、より正しくネ
ジの締付を確認することができる電気ドライバ−のネジ
締付完了の確認方法及びその確認装置が得られる。ま
た、本発明では電流センサはその性質上回路の電圧を降
下させないので、電動ドライバ−の性能にも全く影響及
ぼさないという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】モ−タ−電流の実効値成分と絶対値の取出しと
その信号変化を示す説明図である。

【図２】ネジ締付完了信号の取出しとそのタイムチャ−
トを示す説明図である。

【図３】ネジ締付時間の統計処理とその表示と利用を示
す説明図である。

【図４】電流の実効値の時間に対する変化を示すグラフ
である。

【図５】電流の絶対値の時間に対する変化を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１ 電流センサ ２ 同期信号回路 ３ 増幅回路 ４ 同期整流回路 ５、８ 低域通過フィルタ− ６ 電流実効値成分有
無の判定回路 ７ 全波整流回路 ９ 電流絶対値有無の
判定回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流用電動ドライバ−でネジを締める方
   法において、該交流用電動ドライバ−に流れる交流電流
   の実効値成分と絶対値成分の変化量を検知してネジが締
   め終ったことを確認することを特徴とする電気ドライバ
   −のネジ締付完了の確認方法。
2. 【請求項２】 交流用電動ドライバ−でネジを締める方
   法において、該交流用電動ドライバ−に流れる交流電流
   の実効値成分と絶対値成分の変化量を検知してネジが締
   め終ったことを確認するとともにネジの締付開始から完
   了までの時間計測と統計処理を併せ行ない正常時との比
   較演算して締付け確認を行なうことを特徴とする電気ド
   ライバ−のネジ締付完了の確認方法。
3. 【請求項３】 電気ドライバ−を駆動させる商用電源回
   路に電流センサを設けるとともに該電流センサで検出し
   た信号を分離する電流の実効値成分の有無の判定回路と
   電流の絶対値成分の有無の判定回路を設け、かつ前記実
   効値成分の有無信号及び絶対値成分の有無信号を下に判
   定する電動ドライバ−のクラッチがオフの判定論理回路
   と電流の実効値成分有りの時間がその上限値と下限値の
   範囲に有る事の判定回路を設け、該判定論理回路からの
   出力側が締付けトルクが規定値の信号であり、かつ前記
   上限値と下限値の範囲に有る事の判定回路からの出力側
   がねじ込み長さ適正である信号の両者が揃った事でネジ
   締付け完了と判定する回路を設けたことを特徴とする電
   気ドライバ−のネジ締付完了の確認装置。