JP4009760B2 - ねじ部材締付方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、六角穴付きボルト、六角ボルト、ナット等のねじ部材を複数本同時に締め付けるためのねじ部材締付方法に関し、特に、半導体製造用ガス制御装置に設けられ高い気密性を保つことが必要なマスフローコントローラ等を取り付けるねじ部材を締め付けるのに適したねじ部材締付方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造用のガス制御装置に設けられ高い気密性を保つことが必要なマスフローコントローラ等の制御器は、通常ガスケット等のシール部材が端面に配されて片側４本ずつの六角穴付きボルトで止められている。ボルトを締め付けるトルクが弱すぎるとシール不良が起こり、強すぎるとガスケットが変形することによってシール不良が起こるため、各ボルトを適正なトルクで締め付けなければならない。また、締め付ける途中において１本のボルトだけが他よりも強い力で締め付けられたとき、すなわち片締めとなったときにも、ガスケットが変形することによってシール不良が起こるため、各ボルトを均等に締め付けることが要求される。そこで、マスフローコントローラを取り付ける場合、まず、各ボルトを手で締め付けておいてから、六角レンチを用いて４本のボルトのうちいずれかのボルトを規定締付量の何分の一かの所定量で締め付けてから、次は、対角位置にある２本目のボルトを同じ量だけ締め付け、次は、この隣の３本目のボルトを同じ量だけ締め付け、次に、３本目のボルトの対角位置にある４本目のボルトを同じ量だけ締め付け、次に、１本目のボルトに戻って同様の作業を繰り返し、各ボルトを少しずつ均等に締め付けてすべてのボルトを規定締付量締め付けるという締付方法が行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のように、六角レンチを用いてねじ部材を締め付ける締付方法には、次のような問題があった。
【０００４】
１．所定量だけ少しずつ順次ボルトを回転させるという作業が面倒である。
【０００５】
２．１回分の締付量を大きくすると、締付作業は楽になるが、片締めによりガスケットが変形する可能性が増すため、シール不良の危険性が増す。
【０００６】
３．各ボルトを手締めの後六角レンチで何度回転させるべきかが決められているが、手作業に頼っているため、回転角度の精度が十分でなく、各ボルトの締付トルクが適正値から外れてシール不良が起こることがある。
【０００７】
この発明の目的は、半導体製造用ガス制御装置に設けられ高い気密性を保つことが必要なマスフローコントローラ等の取付用ねじ部材の締付けに用いることにより、所定角度だけ少しずつ順次ねじ部材を回転させるという面倒な作業やシール不良が起こる危険性をなくし、各ねじ部材を適正な締付トルクで締め付けることができるねじ部材締付方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明によるねじ部材締付方法は、４本以上のねじ部材の締付けを駆動手段により行うねじ部材締付方法であって、これらのねじ部材を複数のねじ部材からなる複数組に分け、各組に対して、各ねじ部材ごとに締付量および締付トルクを検出しながら締め付けていき、まず、締付トルクがスタートポイント設定用規定値に達するまで締め付け、次いで、スタートポイント設定用規定値の締付トルクを基準とする各ねじ部材の締付量が規定値に達したときに締付量が絶対レベル判定用規定範囲内に達したとして締付けを停止し、さらに、各ねじ部材間でその締付トルクの差が片締め判定用規定範囲内にある場合に締付けが正常と判定することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項１の発明のねじ部材締付方法によると、各ねじ部材の締付量（例えば回転数）が規定値に達した場合、各ねじ部材間の締付トルクの差が規定範囲内にあるかどうかを判定し、この差が規定範囲よりも大きい場合には、片締めと判定する。これにより、ねじ部材ごとの締付トルクを適正値とするとともに、各ねじ部材間の締付量の差も適正値として、複数のねじ部材を締め付けることができるので、片締めを防止して、各ねじ部材を適正に締め付けることができる。
【００１０】
請求項１の発明によるねじ部材締付方法において、締付量規定値が、最終締付量の規定値よりも小さい値とされており、締付けが正常と判定したときに、各ねじ部材を最終締付量の適正値に達するまで締め付けることが好ましい。
【００１２】
請求項２の発明のねじ部材締付方法によると、各ねじ部材ごとの締付トルクが規定値に達した場合、各ねじ部材間の締付量（例えば回転数）の差が規定範囲内にあるかどうかを判定し、この差が規定範囲よりも大きい場合には、片締めと判定する。これにより、ねじ部材ごとの締付トルクを適正値とするとともに、各ねじ部材間の締付量の差も適正値として、複数のねじ部材を締め付けることができるので、片締めを防止して、各ねじ部材を適正に締め付けることができる。
【００１３】
請求項２の発明によるねじ部材締付方法において、締付けトルク規定値が、最終トルクの適正値よりも小さい値とされており、締付けが正常と判定したときに、各ねじ部材を最終締付けトルクの適正値に達するまで締め付けることが好ましい。このようにすると、複数のねじ部材のうちのいずれかが締付け過ぎとなることが防止され、各ねじ部材をより均等に締め付けることができる。
【００１４】
また、いずれかのねじ部材について所定の下限締付量に達する前に締付トルクが規定値を越えたとき、異常と判定して締付けを停止することが好ましい。
【００１５】
請求項１および請求項２のねじ部材締付方法において、４本のねじ部材を締め付けるさいには、まず、対角位置にある２本のねじ部材を先に締め付けて、次いで、残りの逆の対角位置にある２本のねじ部材を締め付けるようにしてもよい。このようにすると、２本のねじ部材を同時に締め付けるさいの締付方法を用いて、４本のねじ部材を締め付けることができ、４本のねじ部材を同時に締め付ける場合に比べて、判定用プログラムを簡単にすることができる。
【００１６】
４本以上のねじ部材を２本ずつ締め付けていくさいには、まず、対角位置にある２本のねじ部材を所定量だけ予備締めし、次いで、これらとは逆の対角位置にある２本のねじ部材を所定量だけ予備締めし、その後、対角位置にある２本のねじ部材を最終規定範囲まで本締めし、最後に、逆の対角位置にあるねじ部材を最終規定範囲まで本締めすることが好ましい。この際、対角用ねじ部材と逆対角用ねじ部材とで締付トルクのスタートポイント設定用規定値が異なったものとされることが好ましい。このようにすると、対角位置にある２本のねじ部材を最終まで一気に締め付ける場合に比べて、各ねじ部材を均等に締め付けていくことができる。
【００１７】
ねじ部材締付量としては、ねじ部材の回転角度（回転数）や変位量が使用される。ねじ部材の回転角度は、例えばエンコーダにより求めることができる。ねじ部材の変位量は、ポテンショメータ、うず電流変位センサ、レーザー式変位センサ等により求めることができる。締付トルクは、例えば回転軸に歪ゲージを貼り付けて、回転軸の歪を締付トルク検出器により換算することにより求めることができる。締付トルクは磁歪式トルクセンサにより求めることもできる。また、ねじ部材締付量は、モータの回転数から求めることもできる。また、締付トルクは、モータの駆動電流が締付トルクと同じ傾向のグラフとなることを利用して、モータの駆動電流から算出することもできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。以下の説明において、先端とは、締付けを行うさいにねじ部材に近い側をいい、基端とは、この逆をいうものとする。
【００１９】
図１は、この発明のねじ部材締付方法に使用される装置の一例を示しており、この締付装置(1) は、ガス制御装置(41)において、マスフローコントローラ(42)等を取り付ける六角穴付きボルト(44)等のねじ部材を締め付けたり緩めたりするさいに用いられる。マスフローコントローラ(42)は、ガスケット(43)を用いたシール部分を有しており、マスフローコントローラ(42)両側のフランジ部(42a) にあけられた４つのねじ孔(45)にそれぞれ六角穴付きボルト(44)がねじ込まれている。この締付装置(1) によると、４本のボルト(44)のうち対角位置にある２本のボルト(44)を同時に締め付けたり緩めたりすることができる。 締付装置(1) は、ボディ(2) と、ボディ(2) 内に設けられた左右のモータ(3) と、各モータ(3) の駆動軸の先端にそれぞれジョイント(5) を介して取り付けられた平歯車(4) と、平歯車(4) に噛み合うピニオン(7) をそれぞれ基端に有する左右の回転軸(6) と、左右の回転軸(6) の先端に設けられた左右のレンチ部(8) と、ボディ(2) 内に設けられて左右のモータ(3) を制御する制御部(9) とを備えている。ボディ(2) は直方体状であり、ボディ(2) の基端側の端壁(2a)には、把手(23)、コネクタ(24)、正転・逆転切換スイッチ(25)およびオン・オフ用ボタンスイッチ(26)が設けられている。平歯車(4) とモータ(3) の駆動軸との間には、平歯車(4) がモータ(3) の駆動軸に対して若干空転できる遊びが形成されている。左右の回転軸(6) は、ボディ(2) の先端側の端壁(2b)を貫通しており、その基端部近くが、ボディ(2) の先端側の端壁(2b)に回転自在に支持されている。ボディ(2) の先端側の端壁(2b)に連なって、左右の回転軸(6) を納める軸受部(10)が設けられている。左右の回転軸(6) の先端には、回転軸(6) と同軸の小径部(11)が設けられている。平歯車(4) とモータ(3) の駆動軸との間に遊びがあるため、モータ(3) の駆動軸が回転し始めてから回転軸(6) が回転し始めるまでには若干のずれがあり、その後、回転軸(6) はモータ(3) の駆動軸の回転に伴って回転する。レンチ部(8) の先端には、ボルト(44)の六角穴に対応する断面形状の六角柱部(18)が設けられている。レンチ部(8) は、段付きボルト(21)により、軸方向に移動自在に回転軸(6) に結合されている。レンチ部(8) の六角柱部(18)に、３つの板バネよりなるボルト保持部(22)が設けられている。このボルト保持部(22)によって、六角穴付きボルト(44)の頭部を保持することができる。制御部(9) は、マイコンなどからなり、各ボルト(44)ごとの締付けを絶対レベルとして適正かどうか判定するとともに、各ボルト(44)間で片締めが起こっていないかの相対レベルの判定も行いながら、各モータ(3) を制御する。
【００２０】
ねじ部材締付量としては、ボルト(44)の回転角度やボルト(44)の変位量が使用される。ボルト(44)の回転角度は、例えばエンコーダにより求めることができる。ボルト(44)の回転角度を回転軸(6) の回転角度から求めることももちろん可能である。回転角度の検出は、ポテンショメータを使用しアナログ信号を角度に換算することにより行うこともできる。ボルト(44)の変位量は、ボルト(44)とマスフローコントローラ(42)との距離をポテンショメータ、うず電流変位センサ、レーザー式変位センサ等により測定することにより求めることができる。締付トルクは、回転軸(6) に歪ゲージを貼り付けて、回転軸(6) の歪を締付トルク検出器により換算することにより得ることができる。締付トルクは磁歪式トルクセンサにより求めることもできる。また、モータ(3) の駆動電流が締付トルクと同じ傾向のグラフとなることを利用して、締付トルクをモータ(3) の駆動電流から算出することもできる。
【００２１】
図２から図４までは、この締付装置(1) を用いて被締付部材の４隅に配置された４本のボルトを締め付けていくときの締付方法の１実施形態（ボルト回転数制御方式）のフロー図を示している。図５は、対角位置にある２本のボルトに対して、それぞればね座金を使用し、正常な締付けを行ったときのボルト回転数とボルトトルクとの関係を示している。
【００２２】
図５によると、ボルトが回転し始めてからばね座金に当たるまでは、一定の小さいトルクで締め付けられていき、ボルトがばね座金に当たってから被締付部材の表面（フランジ）に密着するまで、ほぼ同じ傾きでトルクが増加していく。ボルトがフランジに密着すると、トルクの傾きが大きくなり、以後同じ傾きでトルクが増加していく。ここで、ボルトがフランジに密着したときの適正締付トルクは、１０ｋｇｆ・ｃｍであり、締付終了時点での適正締付トルクは、３０ｋｇｆ・ｃｍであるとする。
【００２３】
図２に基づいて、まず、このボルト回転数制御方式の締付方法のメインルーチンについて説明する。
【００２４】
まず、マイコンのハード側の初期設定を行い、各パラメータ、ポートおよびメモリを設定する（ステップ１）。ここで、スタートキーをオンにすると（ステップ２）、４本のボルトのうち対角線位置にある２本のボルトの予備締めが実施される（ステップ３）。ステップ３においては、まず、ボルト予備締め回転数およびスタートポイント用トルクが設定される（ステップ４）。このさい、スタートポイント設定用規定トルクとして、ボルトがばね座金に当たって締付トルクが増加し始めてからすぐのトルク値が選ばれ、ボルト予備締め規定回転数は、このトルク値となる回転数を基準とし、ここからボルトがフランジに密着するまでの回転数とされる（図５参照）。次いで、後述する予備締めルーチンに基づいて、対角ボルトが適正に予備締めされたかどうかを判定する（ステップ５）。
【００２５】
対角ボルトの予備締めがＯＫであれば、一旦締付装置(1) を対角ボルトから外して、逆対角ボルトにセットする。そして、スタートキーをオンにすると（ステップ６）、逆対角ボルトの予備締めが実施される（ステップ７）。ステップ７は、ステップ３と同様であり、まず、ボルト予備締め回転数およびスタートポイント用トルクが設定され（ステップ８）、次いで、予備締めルーチンに基づいて、逆対角ボルトが適正に予備締めされたかどうかを判定する（ステップ９）。このさい、ボルト予備締め規定回転数およびスタートポイント用規定トルクについては、初めの対角ボルトと逆対角ボルトとで締付のトルク曲線が異なるため、実際の締付結果に基づいた逆対角ボルト用の値が設定される。
【００２６】
逆対角ボルトの予備締めが終了すると、締付装置(1) を逆対角ボルトから外して、対角ボルトにセットする。そして、スタートキーをオンにすると（ステップ１０）、後述する本締めルーチンに基づいて対角ボルトの本締めが実施される（ステップ１１）。さらに、締付装置(1) を対角ボルトから外して、逆対角ボルトにセットして、スタートキーをオンにすると（ステップ１２）、本締めルーチンに基づいて対角ボルトの本締めが実施され、４本のボルトに対する一連の締付作業が完了する（ステップ１３）。さらに別の４本のボルトを締め付ける場合には、ステップ２に戻って上記ステップを繰り返す。
【００２７】
上記において、ボルトは、予備締め時には高速で、本締め時には低速で回転させられる。予備締め時には、前半は高速、後半は低速としてもよい。また、スタートポイント設定用規定トルクとして、ボルトがばね座金に当たって締付トルクが増加し始めてからすぐのトルク値が選ばれているが、これに代えて、ボルトがねじ孔に掛かった時のトルクやボルトが１山〜２山回った時のトルクなどを用いてもよい。
【００２８】
次に、図３を参照して、この締付方法の予備締めルーチンについて説明する。
【００２９】
まず、ボルト▲１▼およびボルト▲２▼を高速で回転させて締付を開始するとともに、トルク▲１▼、トルク▲２▼、回転数▲１▼および回転数▲２▼のフラグをクリアする（ステップ２１）。トルク▲１▼およびトルク▲２▼のフラグは、ボルト▲１▼およびボルト▲２▼がスタートポイント設定用規定トルク以上になればオンされる。また、回転数▲１▼および回転数▲２▼のフラグは、ボルト▲１▼およびボルト▲２▼がボルト予備締め規定回転数以上になればオンされる。
【００３０】
次いで、トルク▲１▼のフラグがオンかどうかを判定する（ステップ２２）。トルク▲１▼のフラグがオンの場合、トルク▲２▼のフラグがオンかどうかを判定する（ステップ２３）。ここで、トルク▲２▼のフラグがオンであれば、ボルト▲１▼およびボルト▲２▼がともにスタートポイントに達したと判定して、ステップ３０に進む。ステップ２２においてトルク▲１▼のフラグがオンでない場合は、ボルト▲１▼のトルクを読み込んで（ステップ２７）、これがスタートポイント設定用規定トルク以上であるかを判定する（ステップ２８）。ステップ２８において、ボルト▲１▼のトルクがスタートポイント設定用規定トルク以上である場合は、トルク▲１▼のフラグをオンとするとともに、ボルト▲１▼の締付を停止して（ステップ２９）、ステップ２３に進む。ステップ２８において、ボルト▲１▼のトルクがスタートポイント設定用規定トルク以上でない場合は、そのままステップ２３に進む。ステップ２３においてトルク▲２▼のフラグがオンでない場合は、ボルト▲２▼のトルクを読み込んで（ステップ２４）、これがスタートポイント設定用規定トルク以上であるかを判定する（ステップ２５）。ステップ２５において、ボルト▲２▼のトルクがスタートポイント設定用規定トルク以上である場合は、トルク▲２▼のフラグをオンとするとともに、ボルト▲２▼の締付を停止して（ステップ２６）、ステップ２２に進む。ステップ２５において、ボルト▲２▼のトルクがスタートポイント設定用規定トルク以上でない場合は、そのままステップ２２に進む。
【００３１】
上記のステップ２２〜２９において、いずれか一方のボルトが先に規定トルクに達した場合は、そのボルトの締付が停止され、他方のボルトに対しては、規定トルクに達するまで締付を継続する。こうして、両方のボルトの締付トルクが規定トルクになったところで、ステップ３０以降のボルト回転数を基準とする予備締めに進む。
【００３２】
ステップ３０以降では、まず、回転数▲１▼のフラグがオンかどうかを判定し（ステップ３０）。回転数▲１▼のフラグがオンの場合、回転数▲２▼のフラグがオンかどうかを判定する（ステップ３１）。ここで、回転数▲２▼のフラグがオンの場合、ボルト▲１▼およびボルト▲２▼の予備締め回転数の絶対レベルは、規定範囲内に達したと判定されたことになり、相対レベルの判定に移行する。すなわち、トルク▲１▼とトルク▲２▼とを比較し（ステップ４０）、トルク▲１▼が大きい場合には、トルク▲１▼からトルク▲２▼を引き算してトルク差ΔＴを求め（ステップ４１）、トルク▲１▼がトルク▲２▼以下であるときは、トルク▲２▼からトルク▲１▼を引き算してトルク差ΔＴを求める（ステップ４２）。そして、トルク差ΔＴが規定範囲内であるかどうかを判定する（ステップ４３）。トルク差ΔＴが規定範囲内であれば、締付がＯＫと判定されて終了する（ステップ４４）。トルク差ΔＴが規定範囲内になければ、片締めと判定して、片締めエラーを表示して（ステップ４５）、手動モードルーチンに切り換える（ステップ４６）。
【００３３】
ステップ３０において、回転数▲１▼のフラグがオンでない場合、ボルト▲１▼の締付を開始するとともに（ステップ３６）、ボルト▲１▼の回転数を読み込んで（ステップ３７）、これがボルト予備締めの規定回転数以上であるかを判定する（ステップ３８）。ボルト▲１▼が規定回転数以上である場合は、ボルト▲１▼のほうの予備締めは正常に行われたと判定して、回転数▲１▼のフラグをオンとするとともに、ボルト▲１▼の締付を停止して（ステップ３９）、ステップ３１に進む。ステップ３１において、回転数▲２▼のフラグがオンでない場合、ボルト▲２▼の締付を開始するとともに（ステップ３２）、ボルト▲２▼の回転数を読み込んで（ステップ３３）、これがボルト予備締めの規定回転数以上であるかを判定する（ステップ３４）。ボルト▲２▼が規定回転数以上である場合は、ボルト▲２▼のほうの予備締めは正常に行われたと判定して、回転数▲２▼のフラグをオンとするとともに、ボルト▲２▼の締付を停止して（ステップ３５）、ステップ３０に進む。
【００３４】
上記のステップ３０〜３９において、いずれか一方のボルトが先に規定回転数に達した場合は、そのボルトの締付が停止され、他方のボルトに対しては、規定回転数に達するまで締付を継続する。こうして、両方のボルトの回転数が規定回転数以上になったところで、ステップ４０以降の相対レベル判定が実施される。
【００３５】
次に、図４を参照して、この締付方法の本締めルーチンについて説明する。
【００３６】
まず、ボルト▲１▼およびボルト▲２▼を低速で回転させて締付を開始し、回転数▲１▼および回転数▲２▼のフラグをクリアする（ステップ５１）。回転数▲１▼および回転数▲２▼のフラグは、ボルト▲１▼およびボルト▲２▼が規定のボルト本締め回転数以上となればオンされる。ここで、ボルト本締め回転数は、ボルト予備締め回転数を基準として、これからボルト最終締め回転数までの回転数とされる。そして、回転数▲１▼のフラグがオンかどうかを判定する（ステップ５２）。ステップ５２において回転数▲１▼のフラグがオンである場合、回転数▲２▼のフラグがオンかどうかを判定する（ステップ５３）。ステップ５３において回転数▲２▼のフラグがオンの場合、締付がＯＫと判定されて終了する。
【００３７】
ステップ５２において回転数▲１▼のフラグがオンでない場合、ボルト▲１▼の回転数▲１▼を読み込んで、これが本締め回転数以上であるかを判定する（ステップ５８）。回転数▲１▼が本締め回転数以上である場合は、ボルト▲１▼のほうの本締めは正常に行われたと判定して、ボルト▲１▼の締付を停止し（ステップ５９）、回転数▲１▼のフラグをオンとし（ステップ６０）、回転数▲２▼のフラグがオンかどうかを判定するステップ５３に進む。回転数▲１▼が本締め回転数以上でない場合は、ボルト▲１▼のほうの締付を継続して、回転数▲２▼のフラグがオンかどうかを判定するステップ５３に進む。ステップ５３において、回転数▲２▼のフラグがオンでない場合は、ボルト▲２▼の回転数▲２▼を読み込んで、これが本締め回転数以上であるかを判定する（ステップ５５）。回転数▲２▼が本締め回転数以上である場合は、ボルト▲２▼のほうの本締めは正常に行われたと判定して、ボルト▲２▼の締付を停止して（ステップ５６）、回転数▲２▼のフラグをオンとし（ステップ５７）、回転数▲１▼のフラグがオンかどうかを判定するステップ５２に戻る。こうして、回転数▲１▼および回転数▲２▼のフラグが最終的には両方ともオンとなり、ステップ５４に進んで締付が終了することになる。
【００３８】
こうして２本のボルトを同時に締め付けることができる締付装置(1) を用いて、４本のボルトを均等にかつ適正トルクで締め付けることができる。
【００３９】
上記本締めルーチンにおいては、予備締めルーチンで締付トルクが規定範囲内にあるかどうかを判定しているので、締付トルクが規定範囲内にあるかどうかを判定することは不要であり、その分プログラムを簡略化することができる。もちろん、最終の締付トルクが規定範囲内にあるかどうかを判定するようにしてもよいし、本締めを予備締めルーチンと全く同様にして行ってもよい。
【００４０】
図６から図８までは、この締付装置(1) を用いて被締付部材の４隅に配置された４本のボルトを締め付けていくときの締付方法の他の実施形態（ボルト締付トルク制御方式）のフロー図を示している。図９は、図５に示したボルト回転数とボルトトルクとの関係のグラフにおいて、縦軸および横軸の目盛りをこの締付方法に合わせて変更したものであり、ボルトがｎ回転したときにフランジに密着し、このときの適正締付トルク（予備締めトルク）は、１０ｋｇｆ・ｃｍであることを示している。
【００４１】
図６に基づいて、まず、このボルト締付トルク制御方式の締付方法のメインルーチンを説明する。
【００４２】
まず、マイコンのハード側の初期設定を行い、各パラメータ、ポートおよびメモリを設定する（ステップ１）。ここで、スタートキーをオンにすると（ステップ２）、４本のボルトのうち対角線位置にある２本のボルトの予備締めが実施される（ステップ３）。ステップ３においては、まず、ボルト規定回転数および対角ボルト用規定トルクが設定される（ステップ４）。このさい、ボルト規定回転数については、ボルト１回転を基準としてこれに所要の範囲を付加することにより得られる規定回転数上限と規定回転数下限とを基準値とする。規定トルクについては、ボルトがちょうど１回転したときの締付トルクとされる。次いで、後述する予備締めルーチンに基づいて、ボルトの最初の１回転に対する締付トルクが規定トルクの範囲にあるかどうかを判定する（ステップ５）。この締付がＯＫであれば、締付トルクが予備締めトルク（１０ｋｇｆ・ｃｍ）に達しているかどうかを判定する（ステップ６）。締付トルクが予備締めトルクに達していない場合は、次のボルト規定回転数および対角ボルト用規定トルクが設定されて（ステップ７）、ステップ５に進む。ここで、ボルト規定回転数は、ボルト１回転を基準とし、ボルトの各回転数に対応してそれぞれ規定トルクが設定され、ボルトがｎ回転となるまで、ステップ５の予備ルーチンが繰り返される。なお、ボルト規定回転数は、予備締めの後半部分においては例えば半回転に変更して、判定の頻度を増して精度アップを図るようにしてもよい。予備ルーチンにおいて異常がなければ締付けトルクが予備締めトルク（１０ｋｇｆ・ｃｍ）に達し、ステップ３の対角ボルト予備締めが終了する。
【００４３】
ここで、一旦締付装置(1) を対角ボルトから外して、逆対角ボルトにセットする。そして、スタートキーをオンにすると（ステップ８）、逆対角ボルトの予備締めが実施される（ステップ９）。ステップ９は、ステップ３と同様であり、ボルト規定回転数および逆対角ボルト用規定トルクが設定され（ステップ１０）、予備締めルーチンで締付トルクが規定トルクの範囲にあるかどうかを判定し（ステップ１１）、この締付がＯＫであれば締付けトルクが予備締めトルク（１０ｋｇｆ・ｃｍ）に達しているかどうかを判定し（ステップ１２）、締付トルクが予備締めトルクに達していない場合は、次のボルト規定回転数および逆対角ボルト用規定トルクが設定されて（ステップ１３）、ステップ１１の予備締めルーチンに進み、予備締めルーチンにおいて異常がなければ締付トルクが予備締めトルク（１０ｋｇｆ・ｃｍ）に達して、ステップ９の逆対角ボルト予備締めが終了する。ステップ１０および１３における規定トルクについては、初めの対角ボルトと逆対角ボルトとで締付のトルク曲線が異なるため、実際の締付結果に基づいた逆対角ボルト用規定トルクが別途設定される。
【００４４】
逆対角ボルトの予備締めが終了すると、締付装置(1) を逆対角ボルトから外して、対角ボルトにセットする。そして、スタートキーをオンにすると（ステップ１４）、後述する本締めルーチンに基づいて対角ボルトの本締めが実施される（ステップ１５）。ステップ１５において、対角ボルトを本締めトルク（３０ｋｇｆ・ｃｍ）まで締め付ける。ここで、締付装置(1) を対角ボルトから外して、逆対角ボルトにセットする。そして、スタートキーをオンにすると（ステップ１６）、本締めルーチンに基づいて逆対角ボルトの本締めが実施され、逆対角ボルトが本締めトルク（３０ｋｇｆ・ｃｍ）まで締め付けられて、４本のボルトに対する一連の締付作業が完了する（ステップ１７）。さらに別の４本のボルトを締め付ける場合には、ステップ２に戻って上記ステップを繰り返す。
【００４５】
上記において、ボルトは、予備締め時には高速で、本締め時には低速で回転させられる。予備締め時には、前半は高速、後半は低速としてもよい。
【００４６】
次に、図７を参照して、この締付方法の予備締めルーチンについて説明する。
【００４７】
まず、ボルト▲１▼およびボルト▲２▼を高速で回転させて締付を開始するとともに、トルク▲１▼およびトルク▲２▼のフラグをクリアする（ステップ２１）。トルク▲１▼およびトルク▲２▼のフラグは、ボルト▲１▼およびボルト▲２▼が規定回転数に対応する締付トルク以上になればオンされる。次いで、トルク▲１▼のフラグがオンかどうかを判定する（ステップ２２）。トルク▲１▼のフラグがオンの場合、トルク▲２▼のフラグがオンかどうかを判定する（ステップ２３）。
【００４８】
ここで、トルク▲２▼のフラグがオンであれば、ボルト▲１▼およびボルト▲２▼の締付トルクの絶対レベルは、規定範囲内にあると判定されたことになり、相対レベルの判定に移行する。すなわち、ボルト▲１▼の回転数▲１▼とボルト▲２▼の回転数▲２▼との大きさを比較し（ステップ２４）、回転数▲１▼が大きい場合には、回転数▲１▼から回転数▲２▼を引き算してボルト回転数差ΔＰを求め（ステップ２５）、回転数▲１▼が回転数▲２▼以下であるときは、回転数▲２▼から回転数▲１▼を引き算してボルト回転数差ΔＰを求める（ステップ２６）。そして、このボルト回転数差ΔＰが規定範囲内であるかどうかを判定する（ステップ２７）。ボルト回転数差ΔＰが規定範囲内であれば、締付がＯＫと判定されて終了する（ステップ４２）。ステップ２７において、ボルト回転数差ΔＰが規定範囲内になければ、片締めと判定して、片締めエラーを表示して（ステップ４３）、手動モードルーチンに切り換える（ステップ４４）。
【００４９】
ステップ２２において、トルク▲１▼のフラグがオンでない場合は、回転数▲１▼を読み込んで、これが規定回転数下限以上であるかを判定する（ステップ３５）。ステップ３５において、回転数▲１▼が規定回転数下限以上である場合は、さらに、回転数▲１▼がボルト規定回転数上限以下であるかを判定する（ステップ３６）。ステップ３６において回転数▲１▼が規定回転数上限以下である場合は、ボルト▲１▼のトルク▲１▼を読み込んで（ステップ３７）、これが規定トルク以上であるかを判定する（ステップ３８）。トルク▲１▼が規定トルク以上である場合は、ボルト▲１▼のほうの締付は正常に行われたと判定して、ボルト▲１▼の締付を停止し（ステップ３９）、トルク▲１▼のフラグをオンとし（ステップ４０）、トルク▲２▼のフラグがオンかどうかを判定するステップ２３に進む。ステップ３８において、トルク▲１▼が規定トルク以上でない場合は、ボルト▲１▼の締付を継続しながら、トルク▲２▼のフラグがオンかどうかを判定するステップ２３に進む。ステップ３５において、回転数▲１▼が規定回転数下限以上でない場合は、トルク▲１▼を読み込んで、これが規定トルク以下であるかを判定する（ステップ４１）。そして、トルク▲１▼が規定トルク以下である場合には、ボルト▲１▼の締付を継続しながら、トルク▲２▼のフラグがオンかどうかを判定するステップ２３に進む。ステップ４１において、トルク▲１▼が規定トルク以下でない場合は、回転数▲１▼が規定回転数下限に達する以前にトルク▲１▼が規定トルクに達したということで、トルク異常を表示して（ステップ４４）、手動モードルーチンに切り換える（ステップ４５）。
【００５０】
ステップ２３において、トルク▲２▼のフラグがオンでない場合は、回転数▲２▼を読み込んで、ボルト▲１▼に対するステップ３５〜４１と同様の作業を行う。すなわち、回転数▲２▼が規定回転数下限以上であるかを判定し（ステップ２８）、回転数▲２▼が規定回転数下限以上である場合は、さらに、回転数▲２▼が規定回転数上限以下であるかを判定する（ステップ２９）。ステップ２９において回転数▲２▼が規定回転数上限以下である場合は、ボルト▲２▼のトルク▲２▼を読み込んで（ステップ３０）、これが規定トルク以上であるかを判定する（ステップ３１）。トルク▲２▼が規定トルク以上である場合は、ボルト▲２▼のほうの締付は正常に行われたと判定して、ボルト▲２▼の締付を停止し（ステップ３２）、トルク▲２▼のフラグをオンとし（ステップ３３）、トルク▲１▼のフラグがオンかどうかを判定するステップ２２に戻る。ステップ３１において、トルク▲２▼が規定トルク以上でない場合は、ボルト▲１▼の締付を継続しながら、トルク▲１▼のフラグがオンかどうかを判定するステップ２２に戻る。ステップ２８において、回転数▲２▼が規定回転数下限以上でない場合は、トルク▲２▼を読み込んで、これが規定トルク以下であるかを判定する（ステップ３４）。そして、トルク▲２▼が規定トルク以下である場合には、トルク▲１▼のフラグがオンであるかを判定するステップ２２に戻る。ステップ３４において、トルク▲２▼が規定トルク以下でない場合は、回転数▲２▼がボルト規定回転数下限に達する以前に、トルク▲２▼が規定トルクに達したということで、トルク異常を表示して（ステップ４４）、手動モードルーチンに切り換える（ステップ４５）。
【００５１】
トルク▲１▼およびトルク▲２▼が異常でない場合は、最終的にトルク▲１▼およびトルク▲２▼のフラグが両方ともオンとなり、ステップ２４の回転数▲１▼と回転数▲２▼との大きさを比較する相対レベル判定ステップに進むことになる。
【００５２】
上記予備締めルーチンにおいて、例えばボルト▲１▼のトルク▲１▼が先に規定トルクに達した場合、ボルト▲１▼の締付が停止され、ボルト▲２▼だけが締め付けられる。したがって、ボルト▲１▼が締付過ぎとなることがない。そして、トルク▲２▼が規定トルクに達しないうちに、ボルト▲２▼の回転数▲２▼が規定回転数上限を越えたときには、片締めと判定される。また、ボルト▲２▼の回転数▲２▼が規定回転数上限に達する以前に、トルク▲２▼が規定トルクに達したとしても、ボルト▲２▼の回転数▲２▼が、ボルト▲１▼の回転数▲１▼に比べて大きくなり過ぎた場合は、ステップ２７で片締めと判定される。また、ボルト▲１▼▲２▼のトルク▲１▼▲２▼が規定トルクに達した場合であっても、このときの回転数▲１▼▲２▼が規定回転数下限に達していない場合は、ステップ３４または４１において、異常と判定される。これにより、例えばシール部分に配置されるべきガスケットの入れ忘れが防止される。このようにして、規定トルクに達するとともに、そのときの回転数が規定範囲内にある場合だけが、適正締付とと判定され、これに合致したものが次のステップに進むことができる。
【００５３】
次に、図８を参照して、この締付方法の本締めルーチンについて説明する。
【００５４】
まず、ボルト▲１▼およびボルト▲２▼を低速で回転させて締付を開始し、トルク▲１▼およびトルク▲２▼のフラグをクリアする（ステップ５１）。トルク▲１▼およびトルク▲２▼のフラグは、ボルト▲１▼およびボルト▲２▼が規定の最終締付トルク以上となればオンされる。次いで、トルク▲１▼のフラグがオンかどうかを判定する（ステップ５２）。ステップ５２においてトルク▲１▼のフラグがオンである場合、トルク▲２▼のフラグがオンかどうかを判定する（ステップ５３）。ステップ５３においてトルク▲２▼のフラグがオンの場合、締付がＯＫと判定されて終了する（ステップ５４）。
【００５５】
ステップ５２においてトルク▲１▼のフラグがオンでない場合、ボルト▲１▼のトルク▲１▼を読み込んで（ステップ５９）、これが最終締付トルク以上であるかを判定する（ステップ６０）。ステップ６０において、トルク▲１▼が最終締付トルク以上である場合は、ボルト▲１▼のほうの本締めは正常に行われたと判定して、ボルト▲１▼の締付を停止し（ステップ６１）、トルク▲１▼のフラグをオンとし（ステップ６２）、トルク▲２▼のフラグがオンかどうかを判定するステップ５３に進む。ステップ６０において、トルク▲１▼が最終締付トルク以上でない場合は、ボルト▲１▼のほうの締付を継続して、トルク▲２▼のフラグがオンかどうかを判定するステップ５３に進む。ステップ５３において、トルク▲２▼のフラグがオンでない場合は、ボルト▲２▼のトルク▲２▼を読み込んで（ステップ５５）、これが最終締付トルク以上であるかを判定する（ステップ５６）。ステップ５６において、トルク▲２▼が最終締付トルク以上である場合は、ボルト▲２▼のほうの本締めは正常に行われたと判定して、ボルト▲２▼の締付を停止して（ステップ５７）、トルク▲２▼のフラグをオンとし（ステップ５８）、トルク▲１▼のフラグがオンかどうかを判定するステップ５２に戻る。ステップ５６において、トルク▲２▼が最終締付トルク以上でない場合は、ボルト▲２▼のほうの締付を継続して、トルク▲１▼のフラグがオンかどうかを判定するステップ５２に戻る。こうして、トルク▲１▼およびトルク▲２▼のフラグが最終的には両方ともオンとなり、ステップ５４に進んで締付が終了することになる。
【００５６】
上記本締めルーチンにおいては、予備締めルーチンで規定トルクに達しかつ回転数が規定範囲内にあるものだけが選別されているので、回転数が規定範囲内にあるかどうかを判定することは不要であり、その分プログラムを簡略化することができる。もちろん、最終の回転数が規定範囲内にあるかどうかを判定するようにしてもよいし、本締めを予備締めルーチンと全く同様にして行ってもよい。
【００５７】
このようにして、この締付方法でも、ボルト回転数制御方式の締付方法と同様、２本のボルトを同時に締め付けることができる締付装置(1) を用いて、４本のボルトを均等にかつ適正トルクで締め付けることができる。
【００５８】
このボルト締付トルク制御方式の締付方法は、ボルト回転数制御方式の締付方法と比べた場合、締付の初期段階から数回にわたって締付が適正かどうかを判定しているので、早期に締付の異常を発見することができ、ボルトの変形や被締付部材の変形を未然に防ぐことができるという効果を有している。
【００５９】
なお、上記ボルト回転数制御方式およびボルト締付トルク制御方式の締付方法においては、対角位置または逆対角位置にある２本のボルトを同時に回転させているが、同時でなく１本ずつ回転させることも可能である。これに対応して、締付装置も２本の回転軸を１本ずつ回転させる構成であってもよい。さらに、上記ボルト回転数制御方式およびボルト締付トルク制御方式の締付方法においては、締付を予備締めと本締めとに分けて行ったが、本締めルーチンは使用せず、図３または図７のフローチャートに示す予備締めルーチンと同様のステップで締付を最終まで行ってもよい。図３または図７のフローチャートは、２本のボルトを締め付ける場合についてのものであるが、これを３本締付用や４本締付用に拡張することは容易であり、この拡張されたフローチャートに基づいて、３本または４本以上のボルトを同時に締め付けることも可能となる。一方、上記の締付装置(1) は、２本のボルト(44)を同時に締め付けるものであるが、回転軸(6) 、レンチ部(8) およびモータ(3) を３組または４組以上使用することにより、３本または４本以上のボルトを同時に締め付ける多軸の締付装置も簡単に得ることができる。この多軸締付装置を用いると、３本または４本以上のボルトを同時に締め付けることができる。例えば、４軸の締付装置を用いるとともに、４本のボルトについて絶対レベルと相対レベルとをを判定しながら締め付けを行う締付方法を用いることにより、４本のボルトを同時に締め付けることができる。このねじ部材締付方法によると、予備締めの段階を省略して、最終締付トルクに達するまで一気に締め付けることも可能となり、締付作業が簡単になる。一方、上記で詳しく示したように、２本のボルトを同時に締め付けることができる締付装置(1) を用いるようにすると、装置およびその制御用プログラムが、４本締付用のねじ部材締付方法の場合に比べて、簡略化することができるという利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるねじ部材締付方法を示す一部を切欠いた斜視図である。
【図２】この発明によるねじ部材締付方法を用いてボルト回転数制御方式で締め付けるさいのメインルーチンのフロー図である。
【図３】同予備締めルーチンのフロー図である。
【図４】同本締めルーチンのフロー図である。
【図５】上記ボルト回転数制御方式における全体判定の概略を示すボルト回転数とボルトトルクとのグラフである。
【図６】この発明によるねじ部材締付方法を用いてボルト締付トルク制御方式で締め付けるさいのメインルーチンのフロー図である。
【図７】同予備締めルーチンのフロー図である。
【図８】同本締めルーチンのフロー図である。
【図９】上記ボルト締付トルク制御方式における全体判定の概略を示すボルト回転数とボルトトルクとのグラフである。
【符号の説明】
(1) 締付装置
(3) 左右のモータ
(6) 左右の回転軸
(8) 左右のレンチ部
(9) 制御部
(44) 六角穴付きボルト
(45) ねじ穴

Claims (4)

1. ４本以上のねじ部材の締付けを駆動手段により行うねじ部材締付方法であって、これらのねじ部材を複数のねじ部材からなる複数組に分け、各組に対して、各ねじ部材ごとに締付量および締付トルクを検出しながら締め付けていき、まず、締付トルクがスタートポイント設定用規定値に達するまで締め付け、次いで、スタートポイント設定用規定値の締付トルクを基準とする各ねじ部材の締付量が規定値に達したときに締付量が絶対レベル判定用規定範囲内に達したとして締付けを停止し、さらに、各ねじ部材間でその締付トルクの差が片締め判定用規定範囲内にある場合に締付けが正常と判定することを特徴とするねじ部材締付方法。
2. ４本のねじ部材の締付けを行うにさいして、これらのねじ部材を対角位置にある２本のねじ部材からなる組と逆の対角位置にある２本のねじ部材からなる組とに分けるとともに、対角用ねじ部材と逆対角用ねじ部材とで締付トルクのスタートポイント設定用規定値が異なったものとされていることを特徴とする請求項１のねじ部材締付方法。
3. 締付量規定値が、最終締付量の規定値よりも小さい値とされており、締付けが正常と判定したときに、各ねじ部材を最終締付量の適正値に達するまで締め付けることを特徴とする請求項１のねじ部材締付方法。
4. いずれかのねじ部材について所定の下限締付量に達する前に締付トルクが規定値を越えたとき、異常と判定して締付けを停止することを特徴とする請求項１のねじ部材締付方法。

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