JPH02172636A - 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間性
の影響を排除して所望のねじ締付はトルりで確実にねじ
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。

し従来技術］ 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図ないし第５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、その回転軸の回転を受けて
一体に回転するように差動遊星機ｐ４３の一部をなす入
力円板４が配置されている。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の裏面に位置する
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が連結されており、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
。

さらに、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
おり、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７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月により変速リング
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。

また、前記ドライバ本体１にはねじ締付は時ドライバビ
ット８に加わる反力を締付け１〜ルクとして検出する反
力式のトルク検出部１１が取付けられており、このトル
ク検出部１１の検出値がモータ２の正転が停止して後に
表示されるように構成されている。

この自動ねじ締め機では、モータ２が回転してねじ締付
けを開始すると、ドライバビット８に加わる締付はトル
クに応じて生じる反ノ〕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Ｙはさらに遊星コーン５の縁部まで徐々に移動し、
ドライバビット８は零回転に至るまで減速され、第６図
に示す特性曲線のごとくねじ締めが支障なく行われる。

しかも、ドライバビット８が零回転まで減速されて停止
する時、ドライバビット８に加わる反力は前記差動遊星
機構を介してモータ２の本体およびドライバ本体１に加
わり、これが歪み管およびその歪み量を検出する歪みゲ
ージからなるトルク検出部１１で検出されている。

［発明が解決しようとする課題］ この自動ねじ締め機では、ドライバビット８が回転を停
止し、締付けを完了しても、モータ２は継続して回転し
ているため、モータ２の正転を停止させて後、歪みゲー
ジの歪み量がトルク検出部１１の検出値としてＡ−Ｄ変
換部（図示せず）７！−介して表示部（図示せず）に送
られ、締付は完了時の締付はトルク値として表示されて
いる。この場合、所定速度で回転しているモータ２への
パワー供給を停止して後、モータ２の回転軸は前記入力
円板４が遊星コーン５との摩１察力により停止するにと
もなって完全に停止するが、この時にモータ２の回転軸
の持つ慣性がモータ２の本体に加わり、モータ２の本体
およびドライバ本体１がわずかに回転する。そのため、
トルク検出部１１がドライバビット８に加わる反力の外
にドライバ本体１側からの回転によるトルク増ＦＪＯ分
も検出してしまい、正確な締付はトルクを検出できない
等の欠点か生じている。

本発明は上記欠点の除去を目的とするもので、差動遊星
機構の変速リングが遊星コーンの円錐而上の零回転位置
まで移動して締付けか完了したのをドライバビットの回
転停止により検出するとともに、モータの正転を停止す
る前に、Ｉ・ルク検出部の検出値を表示するように構成
した制御装置を提供しようとするものでおる。

［課題を解決するための手段１ 本発明は、上記課題を解決するため、ドライバ本体にモ
ータを固定し、このモータの回転軸にその回転を受けて
回転する入力円板とその外周に摩擦係合する遊星コーン
とこれに摩１寮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
イバビット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
。

前記ドライバ本体の下方には反力式のトルク検出部が連
接されており、モータおよびドライバ本体を介してドラ
イバビットに加わる反力が締付はトルクとして検出され
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、前記ドライバビットにはその回転を検出する回転
検出手段が設けられており、この回転検出手段はその出
力信号によりドライバビットの停止を判断する停止判断
部に接続されている。

この停止判断部の停止検出出力は前記トルク検出部の検
出値の表示タイミングとなるにうに構成され、しかも前
記停止判断部は停止検出出力により時間計上を開始する
タイマに接続されている。

前記タイマの設定時間は前記トルク検出部の検出値の表
示に要する時間以上に設定されており、このタイマのタ
イムアツプ信号が正転電圧遮断指令信号として前記切換
手段に送られるように構成されている。この切換手段は
タイムアツプ信号を受けると、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
に供給する制御部に接続されている。

［作用］ 上記自動ねじ締め機では、作業スタート信号により切換
手段か作動し、モータに所定の電圧が供給され、モータ
が回転する。このモータ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。

この状態で、ねじ締付けが開始されて、ドライバビット
に係る負荷に応じて変速リングに反力が加わると、変速
リングが回動じながら、その軸心方向に移動する。さら
に、前記モータが回転を継続すると、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
判断部から停止検出出力が発信される。この停止検出出
力により、トルク検出部の検出値が表示されるとともに
、この停止検出出力によりタイマが時間計上を開始する
。このタイマがタイムアツプ信号を発信すると、このタ
イムアツプ信号が切換手段に送られ、パワー供給部から
の電圧が遮断される。

この時、モータの回転軸は入ノ〕円板の停止にともなっ
て停止するが、この入力円板と回転軸とが完全に停止す
る際には、これらの持つ慣性によりモータが本体側から
回転軸に対してこれまでと同方向にわずかに回転し、こ
れと一体のドライバ本体が回転する。そのため、これら
を保持するトルク検出部が影響を受けてその検出値が変
化するが、すでにトルク検出部の検出値は表示されてい
るので、このドライバ本体の回転による検出値の増加分
は表示されず、正確な締付はトルクの表示をすることが
できる。

また、前記トルク検出部の検出値を表示して後、パワー
供給部の電圧供給が遮断されると同時に、逆転制御部に
も逆転指令信号が発信され、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ｍ装置へは前記自動ねじ締め槻のモータ（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１２を有し、この作
業スタート部１２は昇降手段１３に接続されている。こ
の作業スタート部１２は起動時の誤動作の防止を含めた
初期カット用パルス発生部１４を介して後記するタイマ
Ｔｂ、停止判断部１５のタイマＴａ、フリップフロップ
Ｆ［をそれぞれリセットするように構成されている。ま
た、前記作業スタート部１２は正転制御部１６に接続さ
れており、この正転制御部１Ｇは後記する切換手段１７
に正転指令信号を送るように構成されている。さらに、
前記正転制御部１６はタイマＴｂのタイムアツプ信号を
受けて遮断指令信号を切換手段１７に発信するように構
成されている。

一方、前記モータ２には切換手段１７を介してパワー供
給部１８が接続されており、またこの切換手段１７には
後記するパルス発生部１９からのパルス信号を受けて逆
転指令信号を発信する逆転制御部２０が接続されており
、パワー供給部１８から正転電圧よりも低い逆転電圧を
モータ２に供給するように構成されている。

また、前記制御装置Ａ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の回転を検出する回転検出手段２２を
有している。この回転検出手段２２はモータ２の負荷電
流を検出してモータ２の回転を検出する方法であっても
よいが、本実施例ではドライバ本体く図示せず）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２３とその一端のスリットの移動路に対応して
配置された回転検出部２４について説明する。この回転
検出部２４は前記スリット円板２３のスリットの通過を
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、この出力パルスが第１増幅部２５、波形整形部
２６、出力パルスのエツジを検出する微分回路２７を介
して、停止判断部１５に送られるように構成されている
。

前記停止判断部１５は、パルス幅検出器の一例をなすタ
イマＴａ、前記微分回路２７からのエツジ検出パルスを
遅延してタイマＴａをセットする第１遅延回路２８、前
記タイマＴａのタイムアツプ信号を記憶する記憶器の一
例をなすフリップフロップＦＦからなっている。前記タ
イマＴａは、前記エツジ検出パルスによりリセッｌへさ
れるとともに、第１遅延回路２８により決まるほんの僅
かな時間経過後、ただちにセットされるように構成され
ている。また、このタイマＴａはセットされて所定時間
ｔａ経過しても回転検出部２４から次の出力パルスが発
信されない時タイムアツプ信号を発信してこれをフリッ
プフロップＥ［に出力するように構成されている。

前記ノリツブフロップ［［は前記タイマＴａのタイムア
ツプ信号を受けてその出力を反転し、その反転出力が後
記するＡ−Ｄ変換部の変換開始指令信号となるように構
成されている。また、この反転出力は前記表示が完了す
るに要する時間を時間計上するタイマ１ｂを作動させる
ように構成されている。このタイマ丁すのタイムアツプ
信号は前記正転制御部１６に送られ、正転指令信号を遮
断するように構成されている。さらに、前記タイマ丁す
のタイムアツプ信号は第２遅延回路３４に送られ、通常
回転しているモータ２が停止するに必要な時間℃またけ
遅延されて後、パルス発生部１９に供給されるように構
成されている。このパルス発生部１９は第２遅延回路３
４の出力信号を受けると、前記逆転制御部２０に所望逆
転時間ｔｐのパルス信号を発信して逆転制御部２０から
逆転指令信号を切換手段１７に送り、所定逆転時間ｔｐ
だけパワー供給部１８からモータ２に逆転電圧を供給す
るように構成されている。また、前記パルス発生部１９
はマシンサイクル完了検出部３５を介してドライバビッ
ト８の昇降手段１３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。

一方、自動ねじ締め機のドライバビット８に加わる反力
をモータ２の本体およびドライバ本体く図示せず）を介
して検出するトルク検出部１１は歪み管１１ａおよび歪
みゲージ１１ｂでなっており、この歪みゲージ１１ｂの
歪み量がトルク検出部１１の検出値としてフィルタ２９
、補正部３６により所定の表示値に変換するため増幅率
の変更ができる第２増幅部３０およびピークホールド部
３１に送られ、さらに△−Ｄ変換部３２に送られて、前
記変換開始指令信号を受けてディジタルの値に変換され
、表示部３３で表示されるように構成されている。前記
ピークホールド部３１および表示部３３は初期カット用
パルス発生部１４からのパルスによりリセットされるよ
うに構成されている。

なお、図示はしないが、作業スタート信号によりサイク
ルタイムオーバ検出部が作動するように構成されており
、その出力が前記正転制御部１６に正転電圧遮断指令信
号として供給されるとともに、前記第２遅延回路３４に
供給され、異常が表示されるように構成されている。

前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１２の出力信号により昇降手段
１３が作動し、ドライバビット８が下降する。同時に、
作業スタート部１２の出力信号が正転制御部１６を介し
て切換手段１７に供給され、第２図Ｃに示すようにパワ
ー供給部１８から正転電圧Ｘがモータ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＞、ｉ
星コーン（図示けず）、カムディスク（図示せず）およ
び変速リング（図示せず）でなる差動遊里機構（図示ぜ
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。

前記モータ２が始動すると、出力パルスは第２図ｄに示
すように波形整形されて後、微分回路２７からのエツジ
検出パルスとして停止判断部１５に供給される。このエ
ツジ検出パルスがタイマＴａをセットしてタイマＴａが
所定設定時間ｔａを時間計上する前に、エツジ検出パル
スが連続して供給される場合には、次のエツジ検出パル
スにより曲記タイマ丁ａ　ｌｙ＜リセットされ、タイマ
ｒａｔまタイムアツプ信号をサラ信しない。また、前記
タイマ丁ａはリセット後ただちにセットされ、次のエツ
ジ検出パルスに備える。この状態で、ねじ締イ」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。

ドライバヒツト８の回転が停止すると、回転検出部２４
からの出力パルスが発信されなくなり、タイマ丁ａが所
定時間ｔａを時間胴上し、タイムアツプ信号を発信する
。前記タイムアツプ信号がフリップフロップＦＦに１ｊ
（１わり、第２図ｅに示すようにフリップフロップ［［
の出力が反転する。この反転出力は、タイマｒｂの時間
計上を開始させる一方、第２図９に示すように変換開始
指令信号となってトルク検出部１１の検出値がＡ−Ｄ変
換部３２でディジタル値に変換され、表示部３３で表示
される。

この表示が完了する時点で、第２図ｆに示すように前記
タイマＴｂが所定時間【ｂを時間計上し、タイムアツプ
信号を発信する。このタイムアツプ信号が正転制御部１
６に送られ、正転指令信号が遮断される。そのため、切
換手段１７が作動して、パワー供給部１８からモータ２
への電圧供給が遮断される。この時、モータ２の回転軸
は入力円板が遊星コーンとの摩擦力により停止するにと
もなって停止するが、この時に持つ慣性でモータ２が本
体側から回転軸に対してそれまでの回転軸と同方向に回
転する。そのため、モータ２はドライバ本体１とともに
回転し、トルク検出部１１の検出値が第２図ｊに示すよ
うにモータ２およびドライバ本体１の回転弁により上昇
するが、この時にはすでに検出値の表示は完了している
ので、締付はトルクの表示に影響を受けない。

一方、前記タイマ丁すのタイムアツプ信号は第２遅延回
路３４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ｔ２だけ遅延され、パルス
発生部１９に供給される。

このパルス発生部１９は第２図１に示すように所定時間
幅ｔｐのパルス信号を梵信し、これが逆転制御部２０に
供給される。この逆転制御部２０はそのパルス信号が発
信される間、切換手段１７に逆転指令信号を送り、パワ
ー供給部１８から正転電圧Ｘ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
の摩擦係合位置か高速側の原位置に復帰し、変速リング
、カムディスクおよび遊里コーンのロックがモータ２側
から解除される。

また、前記パルス発生部１９からのパルス信号はマシン
サイクル完了検出部３５に供給され、その出力信号が昇
降手段１３に供給され、これを作動させてドライバビッ
ト８を上昇させ、次回の作業に備える。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明はドライバ本体に固定され
た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
持部月により規制するとともに、ドライバ本体を反力式
のトルクセンサを持つトルク検出部により保持して、そ
の検出値を表示するように構成し、この検出値の表示を
モータの正転を停止する前に行うように構成しているた
め、 モータの正転停止時に生じるモータの本体側の回転によ
りトルク検出部の歪みゲージがさらに歪んでトルク検出
部の検出値が増加しても、すでに検出値の表示が完了し
ているので、締付はトルクの表示はモータ停止時の影響
をまったく受けず、正確な締付けトルクの表示をするこ
とができる等の利点が必る。

なお、実施例では具体的回路構成で制御装置か構成され
ているが、マイコンを使用することもできる。

【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図の自動ねじ締め機の要部断面
図、第５図は第３図のトルク検出部を示す要部断面図、
第６図は本発明に係わる外勤遊星機構の出力軸の持つ１
〜ルク一回転数特性曲線図である。 八　制御装置、 １　ドライバ本体、　　　　２　モータ、３　差動遊星
機構、　　　　４　人力円板、５　遊星コーン、　　　
　５８　　円周溝、５ｂ’平坦而、　　　　　　５０　
　円錐面、６　カムディスク、　　　　７　変速リング
、８　ドライバビット、　　　９　アーム、１０　　ば
ね、　　　　　　　　１１トルク検出部、１１ａ　ｍみ
管、　　　　　　１１ｂ歪みゲージ、１２　　作業スタ
ート部、　　１３　　昇降手段、１４　　初期カット用
パルス発生部、１５　　停止判断部、１６　　正転制御
部、　　　　１７　　切換手段、１８　　パワー供給部
、　　　１９　　パルス発生部、２０　　逆転制御部、 ２２　　回転検出手段、 ２４　　回転検出部、 ２６　　波形整形部、 ２８　　第１遅延回路、 ３０　　第２増幅部、 ３２Ａ−Ｄ変換部、 ３４　　第２遅延回路、 ３５　　マシンサイクル完了検出部、３６　　補正部、
Ｔａ、ｒｂタイマ、　　　　　［「　フリップフロップ
、スリット円板、 第１増幅部、 微分回路、 フィルタ、 ピークボールド部、 表示部、 第２図 第３図 第６ダ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ドライバ本体（１）の一端にモータ（２）を固定し、こ
   のモータ（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
   成し、さらに前記ドライバ本体（１）に反力式のトルク
   検出部（１１）を取付け、このトルク検出部（１１）の
   検出値を表示部（３３）で表示するように構成する一方
   、 前記モータ（２）に切換手段（１７）を介してパワー供
   給部（１８）を接続するとともに、前記ドライバビット
   （８）の回転を検出する回転検出手段（２２）を設け、
   さらにこの回転検出手段（２２）の出力信号を検出して
   ドライバビット（８）の停止を判断する停止判断部（１
   ５）を設け、この停止判断部（１５）の停止検出出力を
   受けて後前記パワー供給部（１８）からの正転電圧を遮
   断する正転電圧遮断指令信号を切換手段（１７）に送つ
   て、さらにパワー供給部（１８）から逆転電圧をモータ
   （２）に供給する逆転指令信号を切換手段（１７）に送
   る制御部を設けた自動ねじ締め機の制御装置において、 トルク検出部（１１）の検出値の表示タイミングを停止
   判断部（１５）の停止検出出力とするとともに、前記停
   止判断部（１５）の停止検出出力により時間計上を開始
   するタイマＴｂを設け、このタイマＴｂの設定時間を前
   記トルク検出部（１１）の検出値の表示に要する時間以
   上とし、このタイマＴｂのタイムアップ信号を正転電圧
   遮断指令信号として切換手段１７に送るように構成した
   ことを特徴とする制御装置。