JPH02100838A - 自動ねじ締め機の制御装置 - 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、ねじ締め完了時のドライバビットの持つ慣性
の影響を排除して所望のねじ締付はトルクで確実にねじ
締めを行うように構成した自動ねじ締め機の制御装置に
関する。

［従来技術］ 最近、ねじ締め完了時のドライバビットの持つ慣性の影
響を排除して所望のねじ締付はトルクで確実にねじ締め
を行うように構成した自動ねじ締め機が開発されている
。この自動ねじ締め機は、第３図および第４図に示すよ
うにドライバ本体１の一端に固定されたモータ２を有し
ており、このモータはＡＣ，ＤＣのいずれでもよく、ま
たブラシ付モータ、ブラシレスモータのいずれであって
もよい。前記モータ２には、その回転を受けて差動遊星
機構３の一部をなす入力円板４が一体に回転するように
配置されており、この入力円板４の外周には複数個の遊
星コーン５が配置され、その円周溝５ａが前記入力円板
４に摩擦係合して回転するように構成されている。この
遊星コーン５の円錐面５Ｃの央部に位置する平坦面５ｂ
には前記入力円板４と同心上で回転するカムディスク６
が摩擦係合するように配置されている。しかも、このカ
ムディスク６にはこれと一体に回転するようにドライバ
ビット８か連結されており、モータ２の回転がドライバ
ビット８に伝達されるように構成されている。

ざらに、前記遊星コーン５の外周には変速リング７がそ
の円錐面５Ｃと摩擦係合して回転するように配置されて
あり、この変速リング７は一端が回動自在に保持された
アーム９により回動自在に保持されている。しかも、こ
の変速リング９はその摩擦係合位置が高速側に位置する
ようにばね１０により付勢されており、このばね１０と
前記アーム９とからなる弾力保持部材により変速リング
７の摩擦係合位置が規制され、減速比の最大値および締
付はトルクが決定されるように構成されている。

［発明が解決しようとする課題１ この自動ねじ締め）幾では、ドライバビット８に加わる
締伺はトルクに応じて生じる反力トルクにより変速リン
グ７が回動する。この変速リング７の回動による軸心方
向の移動量はばね１０により規制されている関係で、反
力トルクにより変速リング７に生じるばね１０への押圧
力とばね１０の撓みにより生じる弾性力とが均衡する位
置まで変速リング７が移動する。前記ドライバビット８
に係る負・荷が増大すると、変速リング７はさらに遊星
コーン５の縁部まで徐々に移動する。この時、ドライバ
ビット８は零回転に至るまで減速され、第５図に示す特
性曲線のごとくねじ締めが行われる。

このねじ締め機では、変速リング７が一旦遊星コーン５
の円錐面５Ｃの前記零回転位置まで移動すると、モータ
２を停止してドライバビット８の負荷を零としても、変
速リング７が遊星コーン５円錐面５Ｃの高速側の原位置
に復帰しない。だのため、このねじ締め機ではねじ締め
完了毎に、締付けたねじが緩まない程度にモータ２を逆
転し、ドライバビット８に係る逆転方向の負荷に応じて
変速リング７を遊星コーン５の円錐面５Ｃに沿って移動
させて原位置に復帰させている。この場合、ねじ締め完
了はドライバビット８の停止を検出するセンサにより検
出されるのが一般的である。

ところが、モータ２の場合、その経年変化、初期トラブ
ル、ならびに制御装置内の冷却効果の低下による制御素
子特にパワーを制御する打、ＦＥＴ　。

ＳＣＲ等の破損にともない、モータ駆動部が破損するこ
とがおる。また、ＤＣモータにあってはパワー供給部の
平滑用の電解コンデンサおよびブラシの経年変化、電源
ラインの接続不良等による抵抗増あるいはモータ２が四
Ｈ駆動される時等に生じるボリュームの調整ミスにより
、回転速度の低下を招くことがある。ざらには、モータ
２が故障した時等に代用品として使う際に、モータの出
力が小さいものを使うことがある。このような場合には
、締付トルクが所定値に達するまでに、すなわち変速リ
ング７が遊星コーン５に沿って所定零回転位置まで移動
しない内に、モータ２がストールしてしまい、ドライバ
ビット８が停止する。この場合、ドライバビット８の停
止を検出して締付完了を検出する方法では、このドライ
バビット８の停止がねじ締め完了と検出されることとな
り、締付不良を招く等の欠点が生じている。

本発明は上記欠点の除去を目的とするもので、差動遊星
機構を原位置に復帰させるために、モータがストールし
ていないことを検出してモータがストールしていない時
に発生するドライバビットの停止検出信号によりモータ
を逆転させる制御装置を提供しようとするもので必る。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記課題を解決するため、モータにその回転
を受けて回転する入力円板とその外周に摩１寮係合する
遊星コーンとこれに摩擦係合するカムディスクとを介し
てドライバビットが連結されている。また、前記遊星コ
ーンの外周にはこれと摩擦係合する変速リングが配置さ
れ、ドライバピッｌへに係る負荷により変速リングが反
力を受け、この反力を弾力保持部材が受けるように構成
されている。

一方、前記モータには、切換手段を介してパワー供給部
が接続されている。また、前記モータにはそのストール
状態を検出するモータストール検出部が接続されている
。

さらに、前記ドライバビットの停止を検出する回転停止
検出手段が設けられており、しかもこの回転停止検出手
段の停止検出出力と前記モータストール検出部の非スト
ール出力とを受ける時パワー供給部からの正転電圧を遮
断して後、パワー供給部から逆転電圧をモータに供給す
る制御部が設けられている。

［作用］ 上記自動ねじ締め機では、モータに正転電圧を供給して
その回転が遊星コーンと変速リングとの摩擦係合位置で
決まる減速比でドライバビットに伝達され、ドライバビ
ットがねじを締付ける。前記ドライバビットに係る負荷
に応じて変速リングに反力トルクが加わると、変速リン
グが回動しながら、その軸心方向に移動する。この時、
なんらかの理由でモータの出力が低下して、モータが締
付途中でストール状態になると、これがモータストール
検出部で検出され、異常が表示されるとともに、ただち
にモータへのパワー供給が遮断される。

同時に、モータがストール状態となって、ドライバヒラ
１〜が理由し、停止検出出力が発信されても、モータス
トール検出部からストール信号が発信されているため、
停止検出出力は無効となり、モータを逆転ざぜる制御部
を作動させない。

前記モータがその出力を低下させず、ストール状態とな
らずに回転を継続すると、非ストール出力が出力されて
いる。この状態で、変速リングがその軸心方向に移動し
ていき、その減速比が大きくなり、ついには無限大とな
って、ドライバビットが停止し、停止検出出力が発信さ
れると、ストール信号が発信されていないので、この停
止検出出力が有効となり、モータを逆転させる制御部が
作動する。そのため、モータは逆転し、遊星コーンおよ
び変速リングが僅かに逆転し、これらの摩擦係合位置が
高速側の原位置に復帰し、次回の作業に備えることがで
きる。

［実施例］ 以下、実施例を図面について説明する。第１図において
、Ａは第３図に示す自動ねじ締め機の制御装置であり、
この制御装置へは前記自動ねじ締め機のモータ（本実施
例ではＤＣモータについて説明する。〉　２を制御する
ように構成されている。

この制御装置Ａは、作業スタート部１１を有し、この作
業スタート部１１は昇降手段１２に接続されている。ま
た、この作業スタート部１１は起動時の誤動作を防ぐた
めに第１遅延回路３２を介して後記する停止判断部１７
のノリツブフロップ１７ｂに接続され、このフリップフ
ロップ１７ｂのラッチ出力をリセットするように構成さ
れている。さらに、前記作業スター１へ部１１は正転制
御部１３に接続されており、正転制御部１３から後記す
る切換手段１６に正転指令信号を送るように構成されて
いる。前記モータ２にはパワー供給部１４が切換手段１
６を介して接続されている。この切換手段１６は前記正
転制御部１３からの信号によりモータ２への正転電圧を
供給するように構成されている。また、この切換手段１
６は第１オア回路４１を介して後記する停止判断部１７
からの信号あるいは後記するモータストール検出部１９
のストール信号により作動する逆転制御部１８から逆転
指令信号を受けるように構成されており、この逆転指令
信号によりパワー供給部１４から正転電圧よりも低い電
圧値の逆転電圧をモータ２に供給するように構成されて
いる。

前記モータ２には、モータストール検出部１９が接続さ
れており、このモータストール検出部１９の出力か停止
判断部１７に送られるように構成されている。前記モー
タストール検出部１９は、モータ２の電機子巻線に流れ
る負荷電流を検出する電流検出部２０、フィルタ部２１
、増幅器２２、ストール電流値に近い電流値を設定値と
する設定器２３、増幅器２２により増幅された負荷電流
と設定値とを比較する比較器２４、この比較器の一致信
号と前記第１遅延回路３２の出力と正転指令信号との一
致をみる第１アンド回路３７から構成されている。この
第１アンド回路３７の出力、すなわちモータストール検
出部１９のストール出力は第１オア回路４１を介して正
転制御部１３に送られて正転電圧の供給を遮断するとと
もに、直接異常表示部２５に送られて締付異常を表示す
るように構成されている。また、前記ストール出力は第
２オア回路４２およびこの出力により作動する第２遅延
回路３３を介して第４アンド回路４０に接続されており
、停止判断部１７の後記するタイマ１７ａのタイムアツ
プ信号を待ってねじ締め機の原位置への復帰に備えるよ
うに構成されている。また、前記モータストール検出部
１９のストール出力はインバータを介して前記停止判断
部１７の第３アンド回路３９に送られ、そのゲートを閉
じるように構成されている。

また、前記制御装置へは自動ねじ締め機のドライバビッ
ト８の昇降に支障のない位置であればどこでもよいが、
ドライバビット８の停止を検出づる回転停止検出手段２
６を有している。この回転停止検出手段２６はドライバ
本体（図示せず〉と一体に昇降自在かつドライバビット
８と一体に回転するスリット円板２７とその一端のスリ
ン１〜の移動路に対応して配置された回転検出部２８と
を有している。この回転検出部２８は前記スリット円板
２７のスリン１〜の通過を検出するとその間出力パルス
を発信するように構成されており、この出力パルスが増
幅器２９、波形整形部３０および微分回路３１ならびに
前記第１遅延回路３２の出力との一致をみる第２アンド
回路３８を介して停止判断部１７に加わるように構成さ
れている。

前記停止判断部１７はパルス幅検出器の一例をなすタイ
マ１７ａおよび記憶器の一例をなすフリップフロップ１
７ｂならびに前記モータストール検出部１９の出力によ
りゲート開閉する第３アンド回路３９からなっており、
作業スタート信号が発信されて後第１遅延回路３２によ
り決る所定時間（Ｔ１）経過後に回転検出部２８からの
出力パルスにより、タイマ１７ａをリセットして、第３
遅延回路３４により決まるほんの僅かな時間経過後、た
だちにこのタイマ１７ａをセットするように構成されて
いる。しかも、このタイマ１７ａはセットされて所定時
間（Ｔ）しても回転検出部２８から出力パルスが発信さ
れないと、出力信号をフリップフロップ１７ｂに出力す
るように構成されている。前記フリップフロップ１７ｂ
はこの出力信号を受けて第３アンド回路３９に出力信号
を送り、第３アンド回路３９にモータストール検出部１
９から非ストール信号か発信されている時に、前記フリ
ップフロップ１７ｂの出力が第３アンド回路３９を通過
し、停止判断部１７の出力信号として出力されるように
構成されている。前記フリップフロップ１７ｂは次回の
第１遅延回路３２の出力によりリセットされる。

前記停止判断部１７の出力信号は前記正転制御部１３に
供給され、作業スタート部１１からの信号により供給さ
れたモータ２への正転電圧を遮断するように構成されて
いる。また、この出力信号は第２遅延回路３３に供給さ
れ、通常回転しているモータ２が停止するに必要な時間
（Ｔ２）だけ遅延されて後、前記タイマ１７ａのタイム
アツプ信号との一致をみる第４アンド回路４０に送られ
、ざらにこの第４アンド回路４０の出力がパルス発生部
３５に供給されるように構成されている。このパルス発
生部３５は前記逆転制御部１８に所望逆転時間（丁４）
のパルス信号を発信し、逆転指令信号を切換手段１６に
送り、パワー供給部１４からモータ２に逆転電圧を供給
し、モータ２を所定時間だけ逆転するように構成されて
いる。また、前記パルス発生部３５はマシンサイクル完
了検出部３６を介してドライバピッ１−８の昇降手段１
２を作動させてドライバビット８を上昇復帰させるよう
に構成されている。なお、前記第２遅延回路３３には前
記モータストール信号のストール信号が第２オア回路４
２を介して接続されており、ねじ締め機を復帰させる場
合は必ずパルス発生部３５に出力するように構成されて
いる。

上記自動ねじ締め機の制御装置では、第２図ａ、ｂに示
すように作業スタート部１１の出力信号により昇降手段
１２が作動し、ドライバピッ１−８が下降する。同時に
、作業スタート部１１の出力信号が正転制御部１３を介
して切換手段１６に供給されて、第２図Ｃに示すように
パワー供給部１４から正転電圧Ｘかモータ２に供給され
る。モータ２の回転にともなって入力円板（図示せず）
、遊星コーン（図示せず）、カムディスク（図示せず）
および変速リング（図示せず）でなる差動遊星機構（図
示せず）を介してドライバビット８が回転し、ねじ締付
けか開始される。

モータ２が所定の出力を出力する場合には、スリット円
板２７が回転するので、回転検出部２８から出力パルス
が発信される。この出力パルスは波形整形されて後、第
２図ｄに示づように停止判断部１７に供給される。タイ
マ１７ａが所定時間（王）を時間計上する前に、この出
力パルスが連続して供給される場合には、次の出力パル
スにより前記タイマ１７ａがリセットされ、タイマ１７
ａは出力信号を発信しない。また、前記タイマ１７ａは
リセツ１〜後ただちにセットされ、次の出力パルスに備
える。

この状態で、ねじ締付けが進み、ドライバビット８に加
わる負荷に応じて変速リングが回動し、その減速比が連
続的に増大し、ついにはその減速比が無限大となって、
ドライバビット８の回転が停止する。ドライバピッ８８
０回転が停止すると、回転検出部２８からの出力パルス
が発信されなくなり、タイマ１７８が所定時間（Ｔ）を
時間計上し、第２図８に示すように出力信号を発イエす
る。そのため、フリップフロップ１７ｂの出力か反転し
、その出力信号が第３アンド回路３９に加わる。この時
、モータ２は回転を継続しており、モータ２はスト−ル
状態にはならず、モータ２の負荷電流はあらかじめ設定
された所定のストール電流よりも充分小さい値となって
おり、比較器２４からは一致信号が発信されず、第１ア
ンド回路３７からもストール信号が発信されない。すな
わち、モータストール検出部１９は非ス１〜−ル信号を
発信しており、この非ス１ヘール信号がインバータを介
して第３アンド回路３９に供給され、第２図ｆに示すよ
うに第３アンド回路３９はゲートを開いた状態となる。

そのため、第２図りに示すように前記フリップフロップ
１７ｂの出力信号は第３アンド回路３９を通過し、正転
制御部１３に達して正転電圧を遮断する。同時に、第２
遅延回路３３に供給され、第２図りに示すように前記モ
ータ２の通常停止するに必要な時間（■２）だけ遅延さ
れ、第４アンド回路４０を介してパルス発生部３５に供
給される。

このパルス発生部３５は第２図ｉに示すように所定時間
幅（Ｔ４）のパルス信号を発信し、これを逆転制御部１
８に供給する。この逆転制御部１８はそのパルス信号が
発信される間、切換手段１６に逆転指令信号を送り、パ
ワー供給部１４から正転電圧×よりも低い逆転電圧ｙを
モータ２に供給する。モータ２は僅かに逆回転して停止
するが、モータ２の逆回転にともなって遊星コーンおよ
び変速リングが逆転する。そのため、ドライバビット８
に係る逆転方向の負荷に応じて遊星コーンと変速リング
との摩１察係合位置が高速側に復帰し、変速リング、カ
ムディスクおよびｊ姓星コーンのロックがモータ２側か
ら解除される。しかも、前記ドライバビット８に加わる
逆転方向の負荷はほぼ零であるので、その負荷に応じて
変速リングが遊星コーンの円錐面に沿って復帰し、つい
には原位置に復帰する。

しかも、前記逆転電圧ｙは第２図Ｃに示すように正転電
圧Ｘよりも充分小さいので、モータ２の逆転時間が良く
なって−ｂ、ドライバビット８は逆転方向の負荷を受け
るが、この負荷が小さく、ドライバビット８が逆転する
ことにより締付けたねじを緩めるようなことはない。

また、前記パルス発生部３５からのパルス信号はマシン
伏イクル完了検出部３６に供給され、その出力信号が第
２図ｊに示すように昇降手段１２に供給され、これを作
動させてドライバビット８を上昇さけ、次回の作業に備
える。

一方、モータ２がなんらかの理由でその出力を低下さけ
ている場合には、その出力トルクに相当する締付トルク
に達し、締付途中でモータ２はストール状態となる。そ
のため、ドライバビット８は第２図ｄ’に示すように締
付途中で停止し、前記回転停止検出手段２６から曲回同
様に停止検出出力を第２図ｅ°に示すように停止判断部
１７の第３アンド回路３９に送る。この時、電流検出部
２０で検出されたモータ２の負荷電流か急激にストール
電流値に達するので、比較器２９から一致信号が発信さ
れ、すなわち七−タストール検出部１９からス１〜−ル
倹比信号が発信され、異常表示部２５に信号が送られ、
異常表示がなされる。同時に、前記第３アンド回路３９
には、ストール信号が加わるので、第２図［。

に示すように第３アンド回路３９のゲートは閉じており
、前記停止判断部１７は第２図０゛に示すようになんら
出力を発せしない。また、前記ストール信号は前記停止
判断部１７のタイマ１７ａのタイムアツプを待ってパル
ス発生部３５に信号を送り、自動ねじ締め機を原位置に
復帰させ、次回の作業に備えるように構成されている。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明はモータの回転を入力円板
、遊星コーン、カムディスクおよび変速リングでなる差
動遊星機構を介してドライバビットに伝達して変速リン
グの軸心方向の移動を弾力保持部材により規制するとと
もに、モータのストール状態を検出する検出部を設ける
一方、ドライバビットの停止を検出する回転停止検出手
段を設け、モータがストール状態にない時に回転停止検
出部の出力信号によりモータへの正転電圧の供給を停止
し、その後モータに逆転電圧をモータに供給するように
構成しているため、締付の途中でモータの出力がなんら
かの理由で低下し、ドライバビットの回転が停止した場
合と正常の締付を行ってドライバビットが停止した場合
とを判断することができ、締付良否の判定を正確にする
ことができるばかりか、締イ」毎にモータ系の異常特に
モータのステ命のチエツクを行うことができる等の利点
がある。

なお、実施例では、モータを正転させて後、回転検出部
からの出力パルスか発信されなくなるのを検出して、モ
ータを逆転させるように構成しているが、所定時間内の
回転検出部の出力パルスが所定個以下であればモータを
逆回転させるように構成してもよい。また、回転検出部
はスリット円板と光電センサとにより構成されているが
、スリット円板と光電センサとの組合せに代え、外周に
埋設された磁石を有する円板と磁気セン９−との組合せ
を使用することもできるし、オプトエンコーダあるいは
磁気エンコーダ等その他の回転検出手段を使用すること
もできる。ざらに、モータストール検出部は従来周知の
回転検出手段を用いることもでき、またＡＣサーボモー
タあるいはＡＣブラシレスモータの場合には、ホールセ
ンサあるいはレゾルバからの信号を利用してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のブロック図、第２図は第１図のタイム
チャート、第３図は本発明に係わる自動ねじ締め機の全
体説明図、第４図は第３図の自動ねじ締め殿の要部断面
図、第５図は本発明に係わる差動遊星機構の出力軸の持
つトルク−回転数特性曲線図である。 八　制御装置、 １　ドライバ本体、　　　　２ ３　差動遊星機構、　　　　４ ５　遊星コーン、　　　　５ａ ５ｂ　　平坦面、　　　　　　５Ｃ ６カムディスク、　　　　７ ８　ドライバビット、　　　９ １０　　ばね、　　　　　　　　１１ モータ、 入力円板、 円周溝、 円鉗面、 変速リング、 アーム、 作業スタート部、 昇降手段、　　　　　１３　　正転制御部、パワー供給
部、 切換手段、　　　　　１７　　停止判断部、タイマ、　
　　　　　１７ｂフリツプフロツプ、逆転制御部、　　
１９　　モータストール検出部、電流検出部、　　　　
２１　　フィルタ部、増幅器、　　　　　　２３　　設
定器、比較器、　　　　　　２５　　異常表示部、回転
停止検出手段、　２７　　スリット円板、回転検出部、
　　　　２９　　増幅器、波形整形部、　　　　３１　
　微分回路、第１遅延回路、　　　３３　　第２遅延回
路、第３遅延回路、　　　３５　　パルス発生部、マシ
ンサイクル完了検出部、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 モータ２にその回転を受けて回転する入力円板４とその
   外周に摩擦係合する遊星コーン５とこれに摩擦係合する
   カムディスク６とを介してドライバビット８を連結する
   とともに前記遊星コーン５の外周に摩擦係合する変速リ
   ング７を配置してドライバビット８に係る負荷トルクに
   より変速リング７に加わる反力を弾力保持部材により受
   けるように構成する一方、 前記モータ２に切換手段１６を介してパワー供給部１４
   を接続するとともに、前記モータ２のストール状態を検
   出するモータストール検出部１９を設け、さらに、ドラ
   イバビット８の停止を検出する回転停止検出手段２６を
   設け、この回転停止検出手段２６の停止検出出力とモー
   タストール検出部１９の非ストール検出出力とを受ける
   時パワー供給部１４からの正転電圧を遮断して後にパワ
   ー供給部１４から逆転電圧をモータ２に供給する制御部
   を設けたことを特徴とする自動ねじ締め機の制御装置。