JPH0373231A - ネジ締め装置 - 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】 〔概　要〕 電動ドライバー或いはエアドライバーを用いたメジ締め
装置に関し、 実際にビットがネジを押しつける力を精度良く制御する
ことを目的とし、 ビットの先端に吸着保持したネジを回転させるドライバ
ーと、該ドライバーの回転軸方向にドライバーを駆動す
るＺ軸駆動機構と、該Ｚ軸駆動機構を制御するＺ軸制御
回路とを備えたネジ締め装置において、前記ビットの回
転軸方向に加わる外力を検出する力検出手段を備え、前
記Ｚ軸制御回路によって、前記力検出手段の出力値を力
指令値に一致させるよう前記Ｚ軸駆動機構を駆動制御す
るよう構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、電動ドライバー或いはエアードライバーを用
いたネジ締め装置に係わり、特にネジ頭部にドライバー
のビットを弱い力で接触させるネジ締め装置に関する。

ファクトリオートメーション（ＦＡ）の進展に伴い、各
種の作業がロボットに置き換えられつつあり、比較的高
度とされている機械部品の組み立てもロボットを用いて
行われるようになっている。

この組立作業においては、ロボットが一方の部品の指定
位置に他の部品を設置する作業の他に、ネジ締結によっ
て機械部品を他の装置に固定するネジ締め作業がある。

ネジ締め作業は、電動ドライバー１いはエアードライバ
ー等のドライバーをロボットやその他の駆動機構に取り
つけたネジ締め装置で行われる。

ネジ締め装置でネジを自動的に締める場合、ネジ締め装
置には、ドライバーのビ・ントをネジ頭部の溝（六角穴
や十字溝、マイナス溝等）にはめて一定の力で押しつけ
ながら、ネジの進行速度に合わせてビットを下降させる
機能が必要である。

〔従来の技術〕

第５図は、従来のネジ締め装置の構成を示す図である。

図において、■はネジ締めを行うドライバーであり、図
示していないドライバー制御回路によってドライバーｌ
内のモータの起動／停止が制御される。

２は吸着スリーブであり、スリーブ内の空気を真空ポン
プ２２で吸引することによってネジ９１をビット３の先
端部に吸着保持する。

ドライバー１は、Ｘ軸駆動機構４、Ｙ軸駆動機構５、Ｘ
軸駆動機構６によってＸＹＺ方向に移動させられる。ド
ライバー１は、平行板バネ構造の力センサ−７１を介し
てＺ軸回動部７に連結している。力センサ−７１の板バ
ネ７２には、歪みゲージ７３が貼られていて、ドライバ
ー１のＺ軸方向に作用する外力を検出する。

８はＸ軸駆動機構６を制御する制御回路である。

移動指令回路８１は、ドライバー１のＺ軸方向への押し
つけ力を指示する力指令値と、ドライバー１の実際の押
しつけ力を示す力センサ７１からの力信号１６を比較し
て、力信号が力指令値に一致するようにＺ軸の移動指令
値を生成して、サーボ制御回路８２に出力する。サーボ
制御回路８２は、移動指令値に従ってＸ軸駆動機構６の
モータ６１をサーボ制御する。

第６図は、上記ネジ締め装置を用いたネジ締め作業の例
を示す図である。第６図に示す例は、磁気ディスク装置
の磁気ディスク円板を１００をクランパ１０１により円
板１００の中心部にある図示してないシャフトに固定す
る作業である。

ネジ締めは以下の手順で行う。

■ドライバー１はネジ供給機９へ移動し、ネジ９１を一
本吸着する。

■ドライバーｌはクランパー１０１のネジ穴１０１ａへ
移動し、ネジ９１を途中まで締める。　（仮締め）■ネ
ジ穴１０１ｂ、　１０１ｃに対しても、■■を繰り返し
て仮締めする。

■ドライバー１はネジ穴Ｉｏｔａへ移動し、ネジ９１を
規定のトルクで締めつける。（本締め）■ネジ穴１０１
ｂ、　１０１ｃに対しても、■を繰り返して本締めする
。

■３本のネジ９１の締めつけトルクをバランスさせるた
めに、ネジ穴１０１ａ、　１０１ｂ、　１０１ｃに対し
て■を繰り返してもう一度ネジ締めする。　（増し締め
〉 ネジ締め装置で安定にネジ締めを行うためには、ビット
３がネジ９１を押しつける力を正確に制御する必要があ
る。

Ｍ３＋ネジを締める場合を例に挙げて説明する。

＋ネジ用のビット先端の形状を第７図に、＋ネジの頭部
の形状を第８図に示す。上記の手順■〜■の本締めと増
し締めにおいては、ネジ穴に既に締められているネジ９
１にドライバー１を下降させて、ビット３を当ててから
ネジ締めするが、ビット３がネジ９１に接触するとき、
ビットの山３ａの向きと十字溝９１ａの向きはランダム
であるので、ビット３が十字溝９１ａにはまらない場合
が生じる。

この状態でビット３を回転させると、ビットの山３ａと
十字溝の山９１ｂが擦れ合って傷９１ｃがつく。

傷９１ｃの大きさは、Ｍ３＋ネジの場合、約０．１１１
１１〜０．３１Ｉｍと小さく、肉眼では殆ど判らない。

しかし、磁気ディスク装置のように極度に塵埃を嫌う精
密機械の場合、０．１ｍ＋＊−０，３＋ａｍ　（７）ネ
シノ破片が磁気ディスク装置内にあると、ヘッドクラッ
シュ等の重大障害を引き起こすおそれがあり、傷の発生
はネジ締めの自動化を図る上で重要な問題である。

この例の場合、ネジ２７に傷をつけないようにするため
には、ビット３を、約２００ｇｆ以下の力でネジの頭部
に接触させる必要がある。

次に、ビット３が十字溝９１ａにはまってネジを回転さ
せているときには、ネジ９１は部品の中へ進んで行くが
、このときビット３が十字溝９１ａから外れないように
ビット３を、約５００ｇｆ〜１ｋｇｆＯ力でネジ９１に
押しつける必要がある。

さらに、ネジ９１を締めつけるときには、ビット３の回
転トルクによってビット３が十字溝９１ａから浮き上が
らないようにビット３を、約１ｋｇｆ〜１．５ｋｇｆの
力でネジ９１に押しつける必要がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

第９図は、ネジ締め動作中のドライバー１の先端部の状
態を示す図である。

ドライバー１の押しつけ力をＦ、としたとき、Ｆ、は図
に示すように、ビット３がネジ９１を押しつける力Ｆｂ
、と、吸着スリーブ２とスリーブガイド２１間の摩擦力
に対抗する力Ｆｓ＋　とに分割される。

前述のように、ネジ締めを安定に行うためには、ビット
３がネジ９１を押す力Ｆｂ、を制御できることが必要で
ある。従来例では、第５図に示したように、ドライバー
１の押しつけ力を力センサ−７１で検出し、力信号をＺ
軸制御回路日へフィードバックして押しつけ力を制御し
ている。しかし、力センサ−７１はドライバー１とＺ軸
回動部７の中間に位置しているため、力センサ−７１で
検出する力はＦｂ＋　とＦｓ、の合力即ちＦｌとなり、
Ｆｂ＋だけ分離して検出することができない。そのため
、Ｆｌは一定の値に制御されるが、スリーブ２とスリー
ブガイド２１の間の摩擦やこしりの程度によってＦｓ＋
が変化すると、ビット３の押しつけ力Ｆｂ、も変化して
しまい、ネジ締めを安定に行うことができない。

さらに例えば、第１０図に示すように、スリーブ２が部
品に接触し、ビット３は未だネジ９１に接触していない
状態でスリーブ２が傾いてスリーブガイド２１との間の
摩擦が大きくなったり、或いはこじった場合、Ｆｓｚ＝
Ｆｚとなった時点でドライバー１の下降は停止し、ビッ
ト３がネジ９１に接触する前にネジ締め作業は中断して
しまうという問題が生ずる。

本発明が解決しようとする課題は、このような従来の問
題点を解消し、ビットがネジを押しつける力を正確に制
御できるネジ締め装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は、本発明の構成と原理を示す図である。

図において、１はドライバーであり、３はドライバー１
のチャックに取りつけられたビットである。

２は吸着スリーブであり、ネジを吸着保持する。

２１はスリーブガイドである。

３１は力検出手段であり、ビット３の回転軸方向に加わ
る外力Ｆｌを検出する。

８はＺ軸制御回路であり、移動指令回路８１とサーボ制
御回路８２からなる。

８１は移動指令回路であり、検出された力信号を図示し
てない主制御部から与えられる力指令値に一致させるよ
う移動指令値を生成し出力する。

８２はサーボ制御回路であり、与えられた移動指令値に
従ってＺ軸駆動機構のモータをサーボ制御する。

〔作　用〕

本発明では、ドライバー１が押しつける力ではなく、真
にビット３がネジ９１を押しつける力Ｆｂを、移動指令
回路８１にフィードバックして、ビット３がネジ９１を
押しつける力を精密に制御する。

そのため、本発明では、ビット３のＺ軸方向に加わる力
Ｆｂを検出する力検出手段３１を設け、真にビットに加
わる力Ｆｂを検出して移動指令回路８１にフィードバッ
クする。

これによって、移動指令回路８１は、真にビットに加わ
る力信号Ｆｂをフィードバック値として、ビットに加わ
る力を力指令値に一致させるよう移動指令値を生成して
サーボ制御回路８２に出力し、サーボ制御回路はこの移
動指令値によってＺ軸駆動機構６のモータをサーボ制御
する。

このように、真にビット３に加わる力Ｆｂをフィードバ
ックして制御することにより、ビット３の押しつけ力を
精度良く制御することが可能となる。

〔実施例］ 第２図は、本発明の第一の実施例の構成を示す図である
。

本実施例では、ドライバーが押しっける力およびスリー
ブとスリーブガイドが押しつける力をそれぞれ力センサ
で検出し、前者から後者を減算してビットが押しつける
力を求めて、ビットの押しつけ力を制御するものである
。

第２図において、第５図と異なる点は、スリーブガイド
２１とドライバー１の接続部分に力センサＢ２３を取り
つけて、スリーブ２とスリーブガイド２１の間のｇ振力
やこじりによってスリーブ２の部品１００を押しつける
力を検出し、力信号をＺ軸制御回路８ヘフィードバック
する点、およびＺ軸制御回路８内にカセンサＡ７１の出
力する力信号から力センサＢ２３の出力する力信号を減
算して糾御信号を生成する差回路８３を設けた点にある
。

ここで、ドライバー１の押しつけ力をＦ、スリーブ２の
押しつけ力をＦｓとすると、力制御信号の値は、Ｆ−Ｆ
ｓとなり、これはビット３がネジ９１を真に押しつける
力Ｆｂに等しくなる。従って、この力制御信号を移動指
令回路８１へ人力し、移動指令回路８１がビット３の押
しつけ力を指示する力指令値と比較して力制御信号が指
令値に一致するようにＺ軸指令値を生成する。そして、
サーボ制御回路８２がこの移動指令値に基づいてＺ軸駆
動機構６のモータをサーボ制御すれば、ビットの押しつ
け力を正確に制御できる。

第３図は、本発明の第一の実施例の要部構成を示す図で
ある。

２３はカセンサーＢであり、平行板バネ２４の各板バネ
に歪みゲージ２５を貼り付けた構造である。

力センサ−Ｂ２３の一端はドライバー１に固定され、他
端はスリーブガイド２１に固定されている。

力センサ−Ｂ２３は、Ｘ方向に一対、図示していないが
Ｙ方向にも一対配置され、ＸＹ方向の４箇所でスリーブ
２の押しつけ力を検出する。力センサ−Ｂ２３は、同時
に、平行板バネ構造によってスリーブガイド２１を一定
位置に保持する役目も果たしている。

スリーブガイド２１およびスリーブ２は、力センサ−Ｂ
２３だけを介してドライバー１に接続されているので、
ネジ締め中にスリーブ２が部品１００に加える力は、全
てが力センサ−Ｂ２３で検出される。

第４図は、本発明の第二の実施例の要部構成を示す図で
ある。

本実施例では、第５図で示した従来例における力センサ
−７１は不要であり、Ｚ軸制御回路Ｓは第５図で示した
従来例と同一である（第２図に示した差回路は不要）の
で、ビット３に加わる力を検出する部分の具体的構成の
みを示す。

３１はカセンサーＣであり、平行板バネ３２に歪みゲー
ジ３３を貼り付けた構造である。ビット３は回転し、一
方力センサーＣ３１はドライバー１側に固定されるので
、ビット３と力センサ−Ｃ３１はベアリング３４を介し
て連結している。ベアリング３４としては、スラストベ
アリングを使用した。

力センサ−Ｃ３１の他端は、部材３５によってドライバ
ー１に連結しである。力センサ−Ｃ３１は、Ｘ方向に一
対、図示してないがＹ方向にも一対配置され、Ｘ、Ｙ方
向の４箇所でビット３を支持し、ビット３の押しつけ力
を検出する。この構成によって、ビット３は力センサ−
Ｃ３１を介してドライバー１から両持ち構造で安定に支
持される。

ビット３に荷重が加わると、ビット３はＺ軸方向に微小
変位するので、ビット２をドライバー１に連結するチャ
ック部１１には、ビット３の変位を吸収するすき間１２
を設けた。

このように、本実施例では、力センサＣ３１のみにより
真にビット３に作用する力のみを検出することが可能と
なる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明によれば、実際に
ビットがネジを押しつける力だけを検出して制御するの
で、吸着スリーブの摩擦やこじりに影響されずビットの
押しつけ力を精度よく制御でき、極めて安定にネジ締め
を行うネジ締め装置を提供できるという著しい工業的効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成と原理を示す図、第２図は本発明
の第一の実施例の構成を示す図、第３図ば本発明の第一
の実施例の要部構成を示す図、 第４図は本発明の第二の実施例の要部構成を示す図、 第５図はネジ締め装置の従来例を示す図、第６図はネジ
締め装置によるネジ締め作業例を示す図、 第７図はビットの先端形状を示す図、 第８図は＋ネジの頭部形状を示す図、 第９図はネジ締め動作中のドライバーの先端部の状態を
示す図、 第１０図はネジ締め動作時の異常状態を示す図である。 図において、 １はドライバー　　　　　２は吸着スリーブ、３はビッ
ト、　　　　　　４はＸ軸駆動機構、５はＹ軸駆動機構
、　　　６はＺ軸駆動機構、７はＺ軸可動部、　　　　
８はＺ軸制御回路、９はネジ供給機、　　　　１１はチ
ャ・ンク部、１２はすき間、　　　　　　　２１はスリ
ーブガイド、２２は真空ポンプ、 ２３、３１．７１は力センサ−（力検出手段）、２４、
３２．７２は平行板バネ、 ２５、３３．７３は歪みゲージ、 ３ａはビットの山、　　　　　３４はベアリング、３５
は部材、　　　　　　　　６１はモータ、８１は移動指
令回路、　　　８２はサーボ制御回路、８３は減算手段
（差回路）、９１はネジ、９１ａは十字溝、　　　　　
９１ｂは十字溝の山、９１ｃは傷、　　　　　　　１０
０は部品（円板）、１０１はクランパ、 １０１ａ、　１０１ｂ、　１０１ｃはネジ穴、を示す。 １トライバ゛ 木金明の横へ′と片部１示す図 第１図 ｐ− − 〈トー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ビット（３）の先端に吸着保持したネジ（９１）を回転
   させるドライバー（１）と、該ドライバー（１）の回転
   軸方向に該ドライバー（１）を駆動するＺ軸駆動機構（
   ６）と、該Ｚ軸駆動機構（６）を制御するＺ軸制御回路
   （８）とを備えたネジ締め装置において、前記ビット（
   ３）の回転軸方向に加わる外力を検出する力検出手段（
   ３１）を備え、 前記Ｚ軸制御回路（８）によって、前記力検出手段（３
   １）の出力値を力指令値に一致させるよう前記Ｚ軸駆動
   機構（６）を駆動制御することを特徴とするネジ締め装
   置。