JPH08336732A - ねじ締付け方法及びこの方法の実施に使用するねじ締付け装置 - Google Patents

ねじ締付け方法及びこの方法の実施に使用するねじ締付け装置

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JPH08336732A
JPH08336732A JP19399495A JP19399495A JPH08336732A JP H08336732 A JPH08336732 A JP H08336732A JP 19399495 A JP19399495 A JP 19399495A JP 19399495 A JP19399495 A JP 19399495A JP H08336732 A JPH08336732 A JP H08336732A
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tightening
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loosening
driver
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Shinjiro Yamazaki
新二郎 山崎
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OKAYAMA PREF GOV SHIN GIJUTSU SHINKO ZAIDAN
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Abstract

(57)【要約】 〔目的〕 ねじを締付ける(本締めする)場合に、個々
のねじで摩擦係数等が異なっていても、夫々のねじに最
も適した本締めトルクが得られるようにする。 〔構成〕 ねじを仮締めすると共に、これを緩める際の
トルクを検出して本締めに必要とするトルクを算出し、
このトルクでねじを本締めする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、個々のねじに最も適し
たトルクで締付けることができるねじ締付け方法及びこ
の方法の実施に使用するねじ締付け装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】ねじを相手部材に締付けるねじ締付け装
置は、従来からいくつかの例が提案されて公知のものと
なっている。しかしながら、これらの例においては、相
手部材にねじを締付ける場合の締付力を設定するため
に、締付け時間が一定になるようにタイマーで設定した
り、ねじの頭部の高さを所定の高さになるように設定し
たり、或いは締付けトルクをトルクリミタで規定したり
していたが、いずれも予め設定した値の条件で一律に締
付けする方法であった(例えば、特開平6−11465
1号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような方法では、
複数個のねじを締付ける場合に全てのねじが適正な締付
けトルクで締付けられているとは限らない。何故なら、
同じ大きさのねじを同一の相手部材に締付けても、各々
ではその精度や表面粗度或いは異物の噛込み等によって
それぞれ摩擦係数等が異なっているからである。従っ
て、当然に一旦締付けたねじを緩めるときの緩めトルク
も各々異なっており、ねじが適正なトルクで締付けられ
ているか否かは、このねじを緩める時の緩めトルクも勘
案して始めて適正かどうかが言えるのである。
【0004】本発明は、このような課題に対処するもの
であり、ねじを締付ける時に要するトルクの算出にその
緩めトルクも考慮することで、それぞれのねじが自然に
緩むことのない適正なトルクで締付けられるようにし、
結果的に、本締めしたねじを、若し強制的に緩めるとし
た場合に、同一種のねじであれば各々のねじをほぼ同じ
トルクで緩めることができるようにしたものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成する為
に、本発明は、下記(a)〜(d)の操作で行なわれる
ことを特徴とするねじ締付け方法を提供する。 (a)ねじを締付けるドライバの駆動を制御するコント
ローラに、ねじ及び相手部材の諸元等に基づく仮締めト
ルクT1 を設定して入力し、この仮締めトルクT1 でド
ライバを駆動してねじを相手部材に仮締めする。 (b)この仮締めを緩める際に要するねじと相手部材間
の摩擦係数等が加味された仮締め緩めトルクT2 をドラ
イバに付設されるトルクセンサで検出してコントローラ
に入力する。 (c)ねじを本締めした際に仮にこれを緩めるとする場
合に要する既に判明している本締め緩め想定トルクT3
をコントローラに入力する。 (d)仮締めトルクT1 及び仮締め緩めトルクT2 並び
に本締め緩め想定トルクT3 に基づいて本締めに要する
本締めトルクT5 をコントローラで算出し、この本締め
トルクT5 でドライバを駆動してねじを相手部材に本締
めする。
【0006】又、本発明は、前記の方法において、仮締
めと、仮締め緩め操作とを複数回行なってねじと相手部
材とのなじみを生じさせると共に、各々の仮締め緩めト
ルクT2 をトルクセンサで検出してその平均値を仮締め
緩めトルクT2 として採用することを特徴とするねじ締
付け方法を提供する。
【0007】更に、本発明は、前記の方法の実施に使用
するねじ締付け装置として、ねじを回転させることがで
きる強制駆動されるドライバと、ドライバの駆動トルク
を検出できるトルクセンサと、トルクセンサの検出値や
入力データを基に所定の演算機能を有してドライバの駆
動を制御できるコントローラとを有することを特徴とす
るねじ締付け装置を提供する。
【0008】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明するが、これは本発明を説明するためのもので
あって、本発明はこの実施例に限定されるものではな
い。図1は、本発明の好適な一実施例のねじ締付装置の
ねじ締付け操作をする主要部分の構成を説明する一部切
欠き縦断面図である。同図において、ねじ締付モータ1
0は、コントローラ12からの指示に基づいて正転、逆
転、停止等の動作をするもので、このねじ締付モータ1
0の外部主軸に連結された軸にトルクセンサ18、ボー
ルスプライン20、ビット(ドライバ)22が設けられ
ており、更に、その先端にはねじを保持し得るジョー2
4が設けられている。
【0009】このジョー24にねじ28をセットするの
であるが、このセットは、ねじ圧送手段26を用いて自
動的に行なうのが通常である。このねじ圧送手段26
は、ねじ28を空圧を用いてチューブの中を圧送するも
のであるが、これらは、例えば、特開平5−28574
8号公報等で既に周知であるので、ここではその詳細な
説明は省略する。トルクセンサ18は、ドライバ22等
にかかるトルクを検出するためのものである。
【0010】トルクセンサ18の先端にはボールスプラ
イン20を介してドライバ22やジョー24が連結され
ている。ボールスプライン20は、押付けシリンダ30
によってドライバ22が上下に移動しても、常にねじ締
付モータ10の動力やねじ28′を締付け、或いは緩め
る時のトルクを相互に伝達自由にするものである。本実
施例のトルクセンサ18は、歪ゲージを利用したもので
あるが、この例に限らず、スリット間を通過する光量が
トルクで変化することを光量センサで検出するものであ
ってもよい。
【0011】押付けシリンダー30は、ドライバ22の
先端が、ねじ圧送手段26の先端よりも上に位置してい
る時にねじ圧送手段26からねじ28′を図2のように
セットした後に、前記のドライバ22を図1のようにジ
ョー24の先端まで押下させるもので、本実施例では空
圧シリンダを用いたが、これに限定する必要はなく、電
動シリンダを用いてもよい。
【0012】コントローラ12の演算やデータの入力等
を受け持つものとして、比較的容易に入手し得る市販品
のパソコン16(14はそのキーボード)を使用してお
り、このパソコン16とコントローラ12とを接続ケー
ブル34(RS232C)で接続した。図4はこの接続
の状態を模式的に示した斜視図である。そして、このコ
ントローラ12を介して前記のねじ締付モータ10を含
む各構成要素を制御するようにした。
【0013】この他、前記のねじ締付け装置のうち、図
1に示す部分を位置的に制御する手段として、これも市
販品の所謂多関節ロボット36を使用し、同じくパソコ
ン16を頭脳部門とするコントローラ12で制御した。
この多関節ロボット36を制御する方法や手段の詳細な
説明は本発明の要旨とは関係ないので、ここでは省略す
るが、概ね図3のような構成となる。
【0014】次に、以上の構成のねじ締付け装置による
ねじ締付けについて説明する。先ず、ねじ及び相手部材
の諸元等に基づく仮締めトルクT1 を設定してこれをコ
ントローラに入力し、この仮締めトルクT1 でドライバ
を駆動してねじを相手部材に仮締めする。仮締めとは、
本締めまでに至らない締付けであり、この仮締めトルク
1 は経験則に基づいて適当に設定する。
【0015】次に、この仮締めを緩め、その際に要する
仮締め緩めトルクT2 をトルクセンサで検出してこれを
コントローラに入力する。この仮締め緩めトルクT
2 は、ねじと相手部材間の摩擦係数等の固有の係数が加
味されたもので、個々のねじ毎に異なるものである。
尚、コントローラでは、これらの仮締めトルクT1 と仮
締め緩めトルクT2 との差からこれら固有の係数が計算
されるから、これらのデータは後述する本締めトルクT
5 の設定を始め、種々の用途に利用できる。
【0016】更に、ねじを本締めしてこれを緩める場合
に要する本締め緩め想定トルクT3をコントローラに入
力する。この本締め緩め想定トルクT3 は、ねじが使用
中に自然に緩むことなく、且つ、十分な軸力が得られて
いる最適の締付け状態にあることを基準とし、これを仮
に強制的に緩めるとした場合に必要とする固有のトルク
のことであり、この値は、ねじの直径、長さ、材質、面
粗度及び相手部材との締付け状態等から理論的又は経験
的に知られているものである。
【0017】そして、これら仮締めトルクT1 、仮締め
緩めトルクT2 及び本締め緩め想定トルクT3 に基づい
て本締めに要する本締めトルクT5 を算出し、この本締
めトルクT5 でドライバ22を駆動してねじを相手部材
に締付けるのである。
【0018】本締めトルクT5 の算出は以下のようにし
て行なう。一例として、M4×16のニッケルメッキね
じを採用した。この場合、仮締めトルクT1 を6.0k
gf・cmに設定して仮締めし、これを緩める時の仮締
め緩めトルクT2 をトルクセンサで測定すると4.5k
gf・cmであった。
【0019】このT1 及びT2 の2つのデータと、予め
コントローラに入力してある7.0kgf・cmの本締
め緩め想定トルクT3 との間には近似的に次の関係が成
り立つ。 T1 :T2 ≒T5 :T3 故に、6.0:4.5≒T5 :7.0となり、本締めト
ルクT5 として約9.3(kgf・cm)が得られる。
【0020】この本締めトルクT5 ≒9.3kgf・c
mが適正なものかどうかをテストする為、このトルクで
本締めしたねじを強制的に緩めてみてそのトルク(本締
め緩め実トルク)T4 をトルクセンサで測定してみた。
このときの本締め緩め実トルクT4 は7.1kgf・c
mが計測された。
【0021】このことから明らかなように、本発明に係
るねじ締付け方法によってねじ締付けを行った場合に
は、本締め緩め実トルクT4 は、本締め緩め想定トルク
3 に非常に近いトルクが常に安定して得られるのであ
る。
【0022】以下に第一の実施例を示すが、本例では、
厚さ3mmの鉄板にねじ孔を20個明けたものを用意
し、厚さ20mmの鉄材で作った相手部材へ前記のねじ
を20本用いて仮締め、仮締め緩め、本締めといった前
述の各操作をした後、本発明の作用効果を確認する為に
再び強制的に緩めて、その時の本締め緩め実トルクT4
を測定した。その結果、T1 〜T5 の各トルクは次の通
りであった(3例を抜粋して記した)。尚、ここで用い
たトルクの単位は「kgf・cm」であるが、SI単位
への移行は「kgf・cm」=「9.8N(ニュート
ン)・cm」で換算できる。
【0023】T1 〜T5 のそれぞれの意味は前述の通り
であるが、念の為にここに再度記しておく。 T1 :仮締めトルク T2 :仮締め緩めトルク T3 :本締め緩め想定トルク T4 :本締め緩め実トルク T5 :本締めトルク。 ねじ番号 T1 2 3 4 5 1 6.0 4.8 5.7 5.7 7.2 5 6.0 4.4 5.7 5.7 7.7 7 6.0 4.2 5.7 5.7 8.2
【0024】この3例を含めたねじ20本について、T
1 を6.0、T3 を5.7とした場合のT4 並びにT5
のトルクは次の通りであった。
【0025】本発明の別の実施例として、前記の仮締め
及び仮締め緩めの操作を複数回(夫々3回)行ない、ね
じと相手部材とのなじみを生じさせた後に本締め操作を
行った。その時の各トルクのデータの一例は次の通りで
あった。 T1 2 2 (平均)T3 4 5 4.4 6.0 4.5 4.8 5.7 5.7 7.7 5.4
【0026】この例を含めたねじ20本について、同じ
くT1 を6.0、T3 を5.7とした場合のT4 及びT
5 のトルクは次の通りであった。
【0027】これらの二つの実施例では、いずれも本発
明の作用効果を確認する為に、一旦、本締めしたねじを
再び緩めてT1 〜T5 の全てのトルクを測定してデータ
を収集したが、本発明を実用に供する場合には、仮締め
トルクT1 と本締め緩め想定トルクT3 の2点のみをコ
ントローラに入力するだけでよく、一旦、本締めしたね
じを再び緩める必要がないことは言うまでもない。
【0028】
【発明の効果】本発明を実施することにより、次のよう
な優れた作用効果が期待できる。 ねじを相手部材に締付ける場合に、個々のねじで摩
擦係数等が異なっていても、夫々のねじに最も適した非
常に安定した締付け結果が得られる(本締めしたねじを
若しも緩めるとしたときの本締め緩め実トルクが安定す
る)。 仮締めによってねじと相手部材との間の相互の接触
面のなじみを生じさせ、その後に本締めすることによ
り、本締めをした後に接触面の面粗度が変化するような
事が極めて少なく非常に安定した締付け結果が得られ
る。 一般的に行なわれている従来のねじ締付け方法で
は、その締付け結果が十分であると言えないのは前述し
た通りであるが、本発明のようにねじの緩めトルクを管
理をする方法で締付けると、個々のねじに対して最も適
した高精度の締付けができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好適な一実施例のねじ締付け装置のね
じ締付け操作をする主要部分の構成を説明する一部切欠
縦断面図である。
【図2】ジョーにねじをセットした状態を説明する縦断
面図である。
【図3】ねじ締付け装置の主要部を多関節ロボットで構
成した状態の側面図である。
【図4】パソコンとコントローラとを接続ケーブルで接
続した状態を模式的に示した斜視図である。
【符号の説明】 10 ねじ締付モータ 12 コントローラ 14 キーボード 16 パソコン 18 トルクセンサ 20 ボールスプライン 22 ドライバ(ビット) 24 ジョー 26 ねじ圧送手段 28 ねじ 28′ねじ 30 押付けシリンダ 34 接続ケーブル 36 多関節ロボット

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記(a)〜(d)の操作で行なわれる
    ことを特徴とするねじ締付け方法。 (a)ねじを締付けるドライバの駆動を制御するコント
    ローラに、ねじ及び相手部材の諸元等に基づく仮締めト
    ルクT1 を設定して入力し、この仮締めトルクT1 でド
    ライバを駆動してねじを相手部材に仮締めする。 (b)この仮締めを緩める際に要するねじと相手部材間
    の摩擦係数等が加味された仮締め緩めトルクT2 をドラ
    イバに付設されるトルクセンサで検出してコントローラ
    に入力する。 (c)ねじを本締めした際に仮にこれを緩めるとする場
    合に要する既に判明している本締め緩め想定トルクT3
    をコントローラに入力する。 (d)仮締めトルクT1 及び仮締め緩めトルクT2 並び
    に本締め緩め想定トルクT3 に基づいて本締めに要する
    本締めトルクT5 をコントローラで算出し、この本締め
    トルクT5 でドライバを駆動してねじを相手部材に本締
    めする。
  2. 【請求項2】 仮締めと、仮締め緩め操作とを複数回行
    なってねじと相手部材とのなじみを生じさせると共に、
    各々の仮締め緩めトルクT2 をトルクセンサで検出して
    その平均値を仮締め緩めトルクT2 として採用すること
    を特徴とする請求項1記載のねじ締付け方法。
  3. 【請求項3】 ねじを回転させることができる強制駆動
    されるドライバと、ドライバの駆動トルクを検出できる
    トルクセンサと、トルクセンサの検出値や入力データを
    基に所定の演算機能を有してドライバの駆動を制御でき
    るコントローラとを有することを特徴とする請求項1又
    は2記載のネジ締付け方法の実施に使用するねじ締付け
    装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11129163A (ja) * 1997-10-29 1999-05-18 Chuo Motor Wheel Co Ltd ねじ締付方法,ねじ締付装置,アタッチメントおよび記録媒体
JP2015226950A (ja) * 2014-05-30 2015-12-17 日東精工株式会社 自動ねじ締め装置
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