JPS6399180A - 締付トルク制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、締付トルク制御装置に関し、特にボルト又は
ナツト締付用のナットランチにおける締付トルク制御装
置に関する。

（従来技術） 従来、ボルト又はナットを所定トルクで締付けるための
ナツトランナとして、駆動モータの出力軸にオフセット
ギヤ系を介してボルト・ナット締付用ソケットを連結し
、駆動モータの出力トルクを検出するトルク検出手段と
、ボルト・ナット締付トルクを設定するトルク設定手段
とを設け、制御装置によりトルク検出手段からの出力と
トルク設定手段からの出力とに基いて駆動モータを制御
するように構成したものが採用されることが少なくない
。

上記ナツトランナにおいては、駆動モータの出力軸に対
してソケットをオフセットギヤ系を介してオフセットさ
せることが可能となるので、例えば、円周上に小ピンチ
で配置された複数のボルトやナットを同時に締付は得る
マルチソケットのナツトランナなどとして一般に用いら
れている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記従来のナツトランナの制御装置では、ボルト又はナ
ットの締付はトルクが所定の設定トルクとなるように制
御するのに、トルク設定手段で設定された設定トルク値
と、トルク検出手段で検出された駆動モータの出力トル
クとに基いて制御しているだけである。

ところが、上記トルク検出手段では駆動モータの出力ト
ルクを検出するようになっていることがら、実際のボル
ト又はナツトの締付トルクを検出することはできない。

即ち、このトルク検出手段ではオフセットギヤ系の抵抗
トルクやボルト又はナットの着座前におけるボルトとナ
ット間の抵抗トルクをも含めて検出しているので、これ
ら抵抗トルクと正味の締付トルクとを加算したトルクを
締付トルクとして検出することになる。

そして、ギヤ系の抵抗トルクはギヤ系の摩耗度などに応
じてギヤ効率が変動すると変動するので、一定の値では
ない。

このため、上記従来のナツトランナの制御装置では、正
味の締付トルクを高精度に制御することができないとい
う問題がある。

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る締付トルク制御装置は、駆動モータと、こ
の駆動モータの出力軸にギヤ系を介して連結されたボル
ト・ナット締付用ソケットと、駆動モータの出力トルク
を検出するトルク検出手段と、ボルト・ナット締付トル
クを設定するトルク設定手段と、トルク検出手段からの
出力とトルク設定手段からの出力とに基いて駆動モータ
を制御する制御装置とを備えたナツトランナにおいて、
上記制御装置に、上記トルク検出手段からの出力に基い
てボルト又はナット着座前における抵抗トルクを検出す
るとともに、その抵抗トルクを上記トルク設定手段から
の設定トルクに加算して補正設定トルクを求める補正手
段を設けるとともに、上記出力トルクが上記補正設定ト
ルクとなるように上記駆動モータを制御する制御手段を
設けたものである。

（作用） 本発明に係る締付トルク制御装置においては、トルク設
定手段によってボルト・ナット締付トルクを設定してお
いて、駆動モータによりギヤ系を介してボルト・ナット
締付用ソケットを回転させる。このとき、トルク検出手
段により駆動モータの出力トルクが検出される。制御装
置は、トルク検出手段からの出力とトルク設定手段から
の出力とに基いて駆動モータを制御する。

上記制御装置の補正手段は、上記トルク検出手段からの
出力に基いてボルト又はナット着座前における抵抗トル
クを検出するとともに、その抵抗ｌ・ルクを上記トルク
設定手段からの設定トルクに加算して補正設定トルクを
求める。また、制御装置の制御手段は、上記出力トルク
が上記補正設定トルクとなるように上記駆動モータを制
御する。

（発明の効果） 本発明に係る締付トルク制御装置によれば、以上説明し
たように、着座前の抵抗トルクを検出しその抵抗トルク
を加味して設定トルクを補正するようにしたので、抵抗
トルクが変動しても締付トルクが設定トルクとなるよう
に高精度に制御することが出来、締付トルクの精度を大
幅に向上させることが出来る。

しかも、ナツトランナの制御装置に筒車な構成の補正手
段と制御手段とを付加するだけなので、容易且つ安価に
実施することが出来る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図に示すように、本実施例におけるナツトランナ本
体１には制御装置２が接続され、制御装置２にはさらに
データ入力装置３及び作業開始指令手段４が接続されて
いる。− ナツトランナ本体１には、減速ギヤ付きの駆動モータ５
が設けられ、駆動モータ５の出力軸６にはオフセントギ
ヤ系７０入力軸が連結され、オフセットギヤ系７の出力
軸８にはボルト又はナツト（図示時）に嵌合させるソケ
ット９が取付けられている。このオフセットギヤ系７に
よって、ソケット９は駆動モータ５の出力軸６に対して
オフセントした位置に配置されている。また、駆動モー
タ５の出力軸側部分には、駆動モータ５の出力トルクを
検出するトルクトランスジューサ１０が設けられている
。

上記データ入力装置３は、例えばキーボードからなり、
キーボードのキーを押下することによって所望のデータ
を制御装置２に入力できるようになっている。また、作
業開始指令手段４は、例えばオペレータが操作する押し
ボタンであるが、これ以外に他の駆動制御手段からの作
業開始指令信号を入力するようにしてもよい。

上記制御装置２は、マイクロコンピュータを主体に構成
され、ＣＰＵ　（中央演算装置）１１と、ＣＰＵＩＩに
接続されたＲＯＭ　（リード・オンリ・メモリ）１２と
ＲＡＭ　（ランダム・アクセス・メモリ）１３と、入出
力インターフェイス１６とから構成されている。ＣＰＵ
ＩＩには、入出力インターフェイス１６を介して、デー
タ入力装置３と作業開始指令手段４が接続され、またＡ
／Ｄ変換器１４を介してトルクトランスジューサ１０が
、パワーアンプ１５を介して駆動モータ５が接続されて
いる。

上記ＲＯＭ１２には、データ入力装置３、作業開始手段
４及びトルクトランスジューサ５からの入力信号に基い
て後述の如く駆動モータ５を制？ｆｆ１ｌする制御プロ
グラムが記憶されている。上記ＲＡＭ１３は、ＣＰＵＩ
　１で演算処理した結果を一時的に記憶する各種メモリ
の他、設定された設定締付トルクＴ０を記憶する設定締
付トルクメモリ、ボルト又はナツトの着座前における抵
抗トルクＡを記憶する抵抗トルクメモリ、抵抗トルクＡ
の許容上・下限値±αを記憶する上・下限値メモリ及び
上記設定締付トルクＴ０と抵抗トルクＡとを加算して得
られる補正設定トルクＴ１を記憶する補正設定トルクメ
モリを有している。

ＣＰＵＩ　１では、ＲＯＭ１２から制御プログラムを読
み出し、この制御プログラムに基いて、ＲＡＭ１３に対
してデータの書き込み・読み出しを行ない、データ入力
装置３、作業開始指令手段４、トルクトランスジューサ
１０からのデータを入力し、後述のような制御を駆動モ
ータ５に対して行なうようになっている。

次に、上記実施例における制御のルーチンについて第２
図のフローチャートに基いて説明する。

制御装置２に電源が投入されるとこの制御が開始され、
ステップＳｔ（以下、単に８１で、表わし、他のステッ
プも同様に扱う）において、一般的な初期設定が行なわ
れ、ＲＯＭ１２の制御プログラムが読出される。また、
この段階において、データ入力装置３から、所望の設定
締付トルクＴ。及び上・下限値±αがＣＰＵＩ　１に入
力され、各データがＲＡＭ１３の各メモリに記憶される
。

Ｓ２では、作業開始指令手段４によりナツト締付作業開
始指令が発せられるのを待つ。その間にオペレータは、
ソケット９を締付対象となるボルトの先端部のナツトに
係合させる。次にオペレータは、作業開始指令手段４の
開始ボタンを押下してナット締付作業開始指令を発する
。該指令が制御装置２に入力されると、Ｓ３においてナ
ツトランナ本体１の駆動モータ５がスタートする。

Ｓ４では、ナツトランナスタートから駆動モータ５が定
速回転になるのに必要な所定時間経過したか否かが判断
され、所定時間経過すると、Ｓ５においてトルクトラン
スジューサ１０により駆動モータ５の出力トルクが検出
される。上記所定時間は、ナツトが着座してしまう前に
おいて、駆動モータ５が始動後に定速回転となるのに要
する時間であり、予め実験によって得られプログラムに
定数として格納されている。従って、この場合に検出さ
れる駆動トルクは、オフセットギヤ系７の回転抵抗やナ
ツトとボルトの螺合部の抵抗に起因する抵抗トルクＡで
あり、この抵抗トルクＡは抵抗トルクメモリにストアさ
れる。

次に８６では、上記抵抗トルクＡが許容範囲である上・
下限値±α内か否かを判断する。範囲外であればＳ７で
アラーム処理した後、Ｓｌｌにおいて駆動モータ５を停
止しＳ２に戻る。

このＳ６での判断によりオフセットギヤ系７の破損やナ
ツト不良等を検知できる。Ｓ６の判断がＹｅｓであれば
、Ｓ８にｆ多行する。

Ｓ８では、抵抗トルクＡを設定締付トルクＴ０に加え補
正設定トルクＴ、が演算され、この補正設定トルクＴ３
が補正設定トルクメモリにストアされる。

Ｓ９では、トルクトランスジューサ１０により駆動トル
クを検出し、Ｓ１０ではそのトルクが補正設定トルクＴ
、になったか否かを判断し、Ｎ。

であればＳ９に戻る。この間、駆動モータ５は回転を続
け、ナツトはボルトに螺合していって、駆動トルクが補
正設定トルクＴ、になると、Ｓｌｌに移行し、駆動モー
フ５を停止してからＳ２に戻る。この停止後オペレータ
は、ナツトランナ本体１を、ボルトに螺着されたナット
から外す。

このように、駆動トルクが補正設定トルクＴ１となるま
で締めつけた結果、ナットは設定締付トルクＴ０でボル
トに螺着される。

ここで、上記実施例を次のように部分的に変更すること
も有り得る。

（１）上記実施例ではナツトをボルトに螺合させながら
補正設定トルクＴ３を求めて制御するようにしたが、ナ
ツトをボルトに螺合させる前に、ナツトランナ本体１単
独で抵抗トルクＡを検出するため次のように制御しても
よい。

第３図において、Ｓ２１はＳＬ（第２図）に相当するも
ので、Ｓ２２では補正設定トルクＴ３を求める補正作業
の開始を待つが、この場合にはナツトランナ本体１のソ
ケット９をナツトに係合させることなく、開始ボタンの
操作等により補正作業が開始される。Ｓ２３、Ｓ２４、
Ｓ２５は夫々Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５（第２図）に相当するも
のである。ただし、この場合はナツトとボルトのねじ間
の抵抗は計測されず、オフセットギヤ系７の回転抵抗が
抵抗トルクＡとなる。Ｓ２６で一旦駆動モータ５を停止
する。Ｓ２７、Ｓ２８、Ｓ２９は夫々Ｓ６、Ｓ７．３８
（第２図）に相当するものである。３３０ではナツト締
付作業の開始指令を待ち、その間にオペレータはナツト
ランナ本体１を移動させて、ソケット９を締付対象とな
るボルトの先端部のナツトに係合させる。

次に、オペレータが再び開始ボタンを押下することによ
りナツト締付作業開始指令を発すると、Ｓ３１に移行す
る。

Ｓ３１では、駆動モータ５がスタートする。Ｓ３２、Ｓ
３３、Ｓ３４は夫々Ｓ９、ＳＩＯ，Ｓｔｌ　（第２図）
に相当するものである。

（２）上記実施例では、マイクロコンピュータを用いた
デジタル処理による制御を採用したが、コンパレータや
加算器等によるアナログ処理と論理回路を組み合せて制
御する構成としてもよい。

（３）上記実施例では、駆動モータ５のスタートからの
経過時間によって駆動モータ５が定速回転となったこと
を判断したが、回転数センサを用いて直接的に検出する
構成としてもよい。

（４）設定締付トルクＴ０としてオフセットギヤ７を取
り付けた状態で計測した値を採用し、その後のオフセッ
トギヤ７のギヤ効率変化を加減算することによって補正
設定トルクＴつを得る構成としてもよい。

（５）　　ナットではなくボルトにソケット９を保合さ
せて締付ける場合にも、本願の装置を同様に適用できる
のはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図はナットラ
ンチの全体構成図、第２図はその締付トルク制御の制御
ルーチンのフローチャート、第３図は変形例に係る第２
図相当図である。 ２・・制御装置、　３・・データ入力装置、５・・駆動
モータ、　６・・出力軸、　７・・オフセットギヤ系、
　９・・ソケット、　　１０・・トルクトランスジュー
サ。 特　許　出　願　人　　マツダ株式会社第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）駆動モータと、この駆動モータの出力軸にギヤ系
   を介して連結されたボルト・ナット締付用ソケットと、
   駆動モータの出力トルクを検出するトルク検出手段と、
   ボルト・ナット締付トルクを設定するトルク設定手段と
   、トルク検出手段からの出力とトルク設定手段からの出
   力とに基いて駆動モータを制御する制御装置とを備えた
   ナットランナにおいて、 上記制御装置に、上記トルク検出手段からの出力に基い
   てボルト又はナット着座前における抵抗トルクを検出す
   るとともに、その抵抗トルクを上記トルク設定手段から
   の設定トルクに加算して補正設定トルクを求める補正手
   段と、 上記出力トルクが上記補正設定トルクとなるように上記
   駆動モータを制御する制御手段とを設けたことを特徴と
   する締付トルク制御装置。