JPH04310332A - 自動ねじ締め機 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モータの回転を受けて
回転するボックスビットあるいはドライバビットを用い
てボルト、ナットあるいはねじをワークに締付ける際に
モータの慣性の影響を受けずに、またねじがワークに衝
突する際の衝撃的な反力トルクの影響を受けずに締付け
を行うとともに、その締付けトルクをドライバビットに
加わる軸力から正確に検出するように構成した自動ねじ
締め機に関する。

【０００２】

【従来の枝術】一般に、ボルト、ナット、ねじ等の締付
けトルクを制御する場合には、モータによりボックスビ
ットあるいはドライバビット（以下、ドライバビットに
ついて説明する。）を回転させるとともに、このドライ
バビットに加わる負荷に応じて変動するモータの負荷電
流を検出する検出部を設け、その検出値が設定値に達す
れば、その時点から一定時間後にモータを停止させるよ
うに構成した装置、あるいはドライバビットに加わる反
力トルクを歪み管により歪み量に変換してその歪み量を
歪みゲージ等の検出部によリ検出し、これが一定値に達
すればモータを停止させるように構成した装置が一般的
である。これらの装置では、締付け完了の直前でねじの
頭部座面がワークに当接する際に衝撃的な反力トルクが
生じると、これが検出部で検出され、時にはその検出値
が設定値に達してしまい、締付け完了と判定される等の
欠点が生じている。その上、これらの装置では、締付け
を開始して検出値が設定締付けトルクに達すれば、モー
タを停止させている関係で、常にモータ停止時の慣性の
影響で実際の締付けトルクが設定締付けトルクを超えて
しまい、正確な締付け作業が行えない等の欠点が生じて
いる。これら欠点を除去する装置として、設定締付けト
ルクに達すれば、ドライバビットの回転を停止させる自
動変速機を備えた自動ねじ締め機が知られている。この
自動ねじ締め機１の自動変速機１０は、図２に示すよう
にモータ９により回転駆動される入力円板１１と、これ
に摩擦係合する円周溝１２ａを有する複数の遊星コーン
１２と、その裏面の平坦面１２ｃに摩擦係合するカムデ
ィスク１３と、前記遊星コーン１２の円錐面１２ｂに沿
って摩擦係合する変速リング１４と、これを回動可能に
保持するアーム１５と、変速リング１４を高速側に付勢
するばね１７とからなっており、変速リング１４が回動
してアーム１５が傾斜することにより変速リング１４と
遊星コーン１２との摩擦係合位置を変えて減速比を連続
的に変えるように構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような自動変速
機１０を備えた自動ねじ締め機１では、締付け完了の直
前でねじ（図示せず）の頭部座面がワーク（図示せず）
に当接する際に衝撃的な反力トルクが生じても、これが
変速リング１４の回動により吸収されてモータ９側には
伝達されず、この衝撃的な反力トルクがモータ９に加わ
る反力トルクとしてあらわれることはない。また、自動
変速機１０の変速リング１４が遊星コーン１２の円錐面
１２ｂに沿ってその大径側に移動し、その減速比が無限
大となる時点を締付け完了時点としている場合には、締
付け完了時にモータ９が回転しているにも拘わらずドラ
イバビット（図示せず）の回転が停止する関係で、モー
タ９の持つ慣性の影響を受けずに締付けを行うことがで
き、上記自動ねじ締め機１は高精度なねじ締め機として
高い評価を得ている。しかしながら、この自動ねじ締め
機１では、図３に示すようにドライバビットにより締付
けられたねじの締付けトルクを検出するに際して、モー
タ９をドライバ台２側に対して回動可能に保持してこれ
に加わる反力トルクが歪み管２５に貼付した歪みゲージ
等のセンサ２６により締付けトルクとして検出されるよ
うに構成されている。そのため、無負荷時のモータ９の
回転を高速にして締付け作業を行う場合には、無負荷時
のモータ９の回転をあまり上げ過ぎると、その時の慣性
の影響でモータ９に加わる反力トルクが増大してこれが
センサ２６により検出されたり、また逆にモータ９の重
量が重くなり過ぎると、モータ９が締付け時に反力を受
けてもこれがセンサ２６により検出されなかったりする
ことがあり、センサ２６の入力側の慣性モーメントの大
きさがセンサ２６の応答速度、検出精度に影響を及ぼす
等の欠点が生じている。また、この種の反力式のトルク
検出手段が使用されている関係で、トルクの検出速度が
遅く、自動変速機１０の減速比が無限大となってドライ
バビットの回転が停止するまでに、すなわち締付けトル
クが変動している途中で締付けが完了するように設定締
付けトルクが設定されている場合には、特に無負荷時の
モータ９の回転が高速となっていると、トルクの変動も
高速となり、締付けトルクの検出が間に合わず、正確な
締付けができないこととなって、この種の動的なトルク
検出には適さないものとなる等の欠点が生じている。

【０００４】本発明は、上記欠点の除去を目的とするも
ので、締付け完了時のモータの持つ慣性の影響を受けず
、また締付け完了直前の衝撃的なトルクの影響を受けず
、しかも締付けトルクが変動する間に締付け作業を終え
ても締付けトルクを高速で検出して正確な締付けトルク
の制御ができる自動ねじ締め機を提供しようとするもの
である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】昇降駆動源の作動により
昇降するドライバ台が設けられており、このドライバ台
と一体に移動するようにギャケースが配置されている。 このギャケースの底部には内部に突出するスリーブ部を
有する底蓋が固定されており、しかもこのギャケース内
には潤滑油が充填されるように構成されている。また、
前記ギャケース内には、モータの回転駆動により回転さ
れる入力円板と、これに摩擦係合する円周溝を有する複
数の遊星コーンと、その裏面に摩擦係合するカムディス
クとが配置されている。前記遊星コーンの円錐面に沿っ
て変速リングが摩擦係合して配置されており、この変速
リングは前記ドライバ台側に一端が係止されたアームに
より回動可能に保持されている。前記変速リングはばね
により高速側に付勢されており、変速リングの回動によ
り減速比が連続的に変わる自動変速機が構成されている
。

【０００６】さらに、前記カムディスクには出力軸が連
結されており、この出力軸には磁歪センサの一部をなす
検出軸を介して一体化して回転するドライバビットが連
接されている。前記検出軸の周面には磁気歪み発生部が
設けられており、その周囲には所定の磁界を発生する励
磁コイルと磁気検出コイルとが配置されている。この磁
気検出コイルの両端はトルク変換部に接続されており、
磁気歪み発生部にあらわれる透磁率の変化を検出して検
出軸に加わる軸力を締付けトルクとして検出するように
構成されている。

【０００７】また、前記磁気歪み発生部は対向する方向
に傾斜して設けられた２段の検出溝で構成してもよい。 この場合、各段の検出溝の周囲に所定の磁界を発生する
励磁コイルと磁気検出コイルとを配置し、磁気検出コイ
ルそれぞれの両端をトルク変換部に接続して、２段の検
出溝それぞれにあらわれる透磁率の比率からその検出軸
に加わる軸力が締付けトルクとして検出されるように構
成される。

【０００８】

【作用】上記自動ねじ締め機では、無負荷時にモータの
速度を高速にした場合、モータの持つ慣性力が大きくな
り、ドライバビットが大きなトルクを出力し、相対にモ
ータに加わる反力トルクが大きくなるが、締付けトルク
を検出する磁歪センサが配置されたドライバビットには
まったく歪みが生じないため、この反力トルクは締付け
トルクとして検出されない。また、この状態で、締付け
を行うと、締付け完了直前でねじの頭部座面がワークに
当接し、衝撃的な反カトルクが加わるが、この衝撃的な
反力トルクはドライバビット、検出軸および出力軸を介
して自動変速機に伝達され、この反力トルクがその変速
リングの回動により吸収され、この衝撃的な反力トルク
によっては検出軸の歪みが生じず、磁歪センサの出力は
まったく影響を受けない。また、自動変速機の変速リン
グが遊星コーンの円錐面の大径側に移動してその減速比
が無限大となる時点を締付け完了時点に設定する場合、
締付け完了時にはモータが回転しているにも拘わらず、
ドライバビットが停止する関係で、モータの慣性の影響
を受けることなく、締付けを完了する。

【０００９】さらに、自動変速機の変速リングが遊星コ
ーンの円錐面の大径側に移動してその減速比が無限大と
なる直前を締付け完了時点としている場合、すなわちド
ライバビットが回転していて締付けトルクが変動してい
る途中で締付け完了が検出されるように設定締付けトル
クが設定されていても、検出軸に生じる歪みが磁気歪み
発生部で透磁率の変化として検出され、さらにトルク変
換部で締付けトルクとして検出されるため、締付けトル
クの検出が高速となり、無負荷時のモータを高速で回転
させた状態で、しかも動的な設定締付けトルクであって
も、これに正確に締付けることができる。

【００１０】

【実施例】以下、実施例を図面に基づいて説明する。図
１において、１は自動ねじ締め機であり、昇降駆動源の
一例のシリンダ（図示せず）の作動により昇降するドラ
イバ台２およびこれと所定間隔をおいて所定位置まで一
体に下降するチャック台（図示せず）を有している。前
記ドライバ台２には、その上面にセサー台３を介して取
付け台４が固定されてあり、この取付け台４には後記す
る出力軸５を回転自在に案内するスリーブ部６ａを持つ
底蓋６が固定されている。また、この底蓋６にはギャケ
ース７が固定されており、このギャケース７の上部には
上蓋８が固定され、ギャケース７内に潤滑油が充填され
るように構成されている。前記上蓋８には一体化して取
付けられたブラケット８ａを介してモータ９が取付けら
れており、その回転が前記ギャケース７に内蔵された自
動変速機１０の入力円板１１に伝達されるように構成さ
れている。

【００１１】前記自動変速機１０はモーチ９の駆動軸９
ａの回転を受けて回転する入力円板１１を有し、その外
周には摩擦係合する円周溝１２ａを有する複数個の遊星
コーン１２が、またこの遊星コーン１２にはカムディス
ク１３が遊星コーン１２の円錐面１２ｂの裏面に位置す
る平坦面１２ｃに摩擦係合し、かつ前記入力円板１１と
同心上で回転するように配置されている。さらに、前記
遊星コーン１２の円錐面１２ｂには変速リング１４が摩
擦係合して回動自在に配置されており、この変速リング
１４と遊星コーン１２との摩擦係合位置により、その減
速比が連続的に変わるように構成されている。また、こ
の変速リング１４はその外周の複数箇所でアーム１５の
一端に係合されており、このアーム１５の他端は前記底
蓋６に取付けられた固定リング１６に係止され、変速リ
ング１４の高速側の移動量が制限されるように構成され
ている。しかも、前記変速リング１４はばね圧調整手段
（図示せず）に保持されたばね１７により上方に付勢さ
れており、常時アーム１５が直立するように構成されて
いる。

【００１２】また、前記カムディスク１３には、調圧機
構１８を介して前記底蓋６のスリーブ部６ａに回転自在
に案内された出力軸５が連結されており、しかもこの出
力軸５には取付け台４に回転自在に保持された連接軸１
９が連結されている。この連接軸１９には磁歪センサ２
０の一部をなす検出軸２１が連結されており、この検出
軸２１の下端には伝達機構（図示せず）を介してドライ
バビット２２が一体化して回転するように構成されてい
る。前記検出軸２１の中央部には磁気歪み発生部の一例
として２段にわたってお互い対向する方向に傾斜する検
出溝２１ａ，２１ｂが設けられている。各段の検出溝２
１ａ，２１ｂの周囲には一定の磁界を発生する励磁コイ
ル２３と磁気検出コイル２４とが配置されており、各検
出溝２１ａ，２１ｂの透磁率の変化を電流値として検出
するように構成されている。また、前記磁気検出コイル
２４はトルク変換部（図示せず）に接続されており、そ
れぞれの電流値の比率から検出軸２１に生じる歪み量を
検出してこれから検出軸２１に加わる軸力を締付けトル
クとして検出するように構成されている。なお、前記磁
気歪み発生部は検出軸に設けた検出溝でなくてもよく、
透磁率の変化が顕著にあらわれる物質を塗布または貼付
しても同様の効果がある。

【００１３】上記自動ねじ締め機では、モータ９が駆動
されて締付けが開始されると、ドライバビット２２に係
る負荷に応じて自動変速機１０の変速リング１４が遊星
コーン１２の円錐面１２ｂに沿って回動する。そのため
、アーム１５が傾斜して変速リング１４が遊星コーン１
２の大径側に移動させられ、遊星コーン１２と変速リン
グ１４との摩擦係合位置が変更される。従って、自動変
速機１０の減速比が増加してドライバビット２２の回転
数が徐々に減少する。ねじ（図示せず）の座面がワーク
（図示せず）に達してドライバビット２２に係る負荷が
急増し、衝撃的な反力トルクがドライバビット２２に加
わると、変速リング１４がさらに回動し、この衝撃的な
反力トルクは吸収され、磁歪センサ２０の検出軸２１に
はこの衝撃的な反力トルクによるねじれが生じない。

【００１４】しかも、変速リング１４の回動によりアー
ム１５の傾斜が増大して変速リング１４と遊星コーン１
２との摩擦係合位置がさらに大径側に移動して自動変速
機１０の減速比が無限大となる時点を締付け完了時点と
している場合、すなわち入力円板１１が回転しているに
も拘わらずカムディスク１３およびこれと一体のドライ
バビット２２が回転しない状態となっている場合には、
ドライバビット２２にはばね１７の持つ弾性力と変速機
構により決まる一定の出力トルクが出力されており、ね
じはモータ９の慣性の影響を受けることなく、この出力
トルクすなわち所望の設定締付けトルクで締付けられる
。

【００１５】一方、前記摩擦係合位置が遊星コーン１２
の大径側に移動して自動変速機１０の減速比が無限大と
なる直前の締付けトルクを設定締付けトルクとしている
場合、すなわちドライバビット２２が回転していて締付
けトルクが変動している途中で設定締付けトルクに達す
る場合、ドライバビット２２に加わる反力トルクにより
検出軸２１に歪みが加われば、各検出溝２１ａ，２１ｂ
の透磁率の変化が磁歪センサ２０によりただちに電流値
として検出されて、その比率から検出軸２１に加わる軸
力が締付けトルクとして検出される。そのため、検出軸
２１に歪みが加われば、ただちに締付けトルクを得るこ
とができ、締付けトルクの検出が高速に行え、無負荷時
のモータ９を高速で回転させた状態であっても、また動
的な締付けトルク制御であっても、設定締付けトルクの
締付けを正確に行うことができる。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は入力円板
、その回転を受けて回転する遊星コーン、その裏面の平
坦面に摩擦係合するカムディスク、遊星コーンの円錐面
に摩擦係合する変速リング、これを回転可能に保持する
アームおよびこのアームが常時直立するように変速リン
グを付勢するばねからなる自動変速機を設けるとともに
、この自動変速機の出力軸に磁歪センサの検出軸を介し
てドライバビットを一体に回転するように連接し、さら
にこの磁歪センサの出力から検出軸に加わる軸力を締付
けトルクとして検出するトルク変換部を設けているため
、無負荷時にモータの速度を高速にした場合、モータの
持つ慣性力が大きくなり、モータに加わる反力トルクが
大きくなるが、磁歪センサの検出軸には歪みが生じるこ
とがなく、ドライバビットの締付けトルクの検出にまっ
たく影響を与えない。また、本発明によれば締付け完了
直前でねじの頭部座面がワークに当接し、衝撃的な反力
トルクが加わっても、この衝撃的な反力トルクは自動変
速機の変速リングの回動により吸収され、この衝撃的な
反力トルクによっては検出軸の歪みが生じないので、磁
歪センサの出力はまったく影響を受けずに、ドライバビ
ットに加わる反力トルクのみを正確に検出して正確な締
付けトルクの検出を行うことができる。さらに、本発明
によれば、自動変速機の変速リングが遊星コーンの円錐
面の大径側に移動してその減速比が無限大となる時点を
締付け完了時点としておけば、締付け完了時にはモータ
が回転しているにも拘わらず、ドライバビットが停止す
る関係で、モータの慣性の影響を受けることがなく、締
付けを完了することができる。しかも、本発明によれば
、自動変速機の変速リングが遊星コーンの円錐面の大径
側に移動してその減速比が無限大となる直前を締付け完
了時点としている場合、すなわちドライバビットが回転
していて締付けトルクが変動している途中で締付け完了
が検出されるように設定締付けトルクが設定されていて
も、検出軸に生じる歪みから各検出溝に生じる透磁率の
比率をもとに締付けトルクが検出されるため、締付けト
ルクの検出が高速となり、無負荷時のモータを高速で回
転させた状態で、締付けトルクの変動が激しいような場
合であっても、設定締付けトルクの締付けを正確に行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の要部を説明する概略説明図である。

【図２】本発明に係る自動変速機の要部縦断面図である
。

【図３】従来例の要部を説明する概略説明図である。

【符号の説明】

１　　自動ねじ締め機 ２　　ドライバ台 ３　　センサ台 ４　　取付け台 ５　　出力軸 ６　　底蓋 ６ａ　　スリーブ部 ７　　ギャケース ８　　上蓋 ８ａ　　ブラケット ９　　モータ ９ａ　　駆動軸 １０　　自動変速機 １１　　入力円板 １２　　遊星コーン １２ａ　　円周溝 １２ｂ　　円錐面 １２ｃ　　平坦面 １３　　カムディスク １４　　変速リング １５　　アーム １６　　固定リング １７　　ばね １８　　調圧機構 １９　　連接軸 ２０　　磁歪センサ ２１　　検出軸 ２１ａ，２１ｂ　　検出溝 ２２　　ドライバビット ２３　　励磁コイル ２４　　磁気検出コイル ２５　　歪み管 ２６　　センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　昇降駆動源の作動により昇降するドラ
   イバ台と一体に移動するようにギャケースを配置し、こ
   のギャケースの底部に内部に突出するスリーブ部を有す
   る底蓋を固定してこのギャケース内に潤滑油を充填する
   ように構成するとともに、前記ギャケース内にモータの
   回転駆動により回転される入力円板と、これに摩擦係合
   する円周溝を有する複数の遊星コーンと、その裏面に摩
   擦係合するカムディスクとを配置し、さらに前記遊星コ
   ーンの円錐面に沿って変速リングを摩擦係合して配置し
   、この変速リングを前記ドライバ台側に一端が係止され
   たアームにより回動可能に保持するとともにばねにより
   高速側に付勢する一方、前記カムディスクに出力軸を一
   体化して連結し、この出力軸に磁歪センサの検出軸を介
   して一体化して回転するドライバビットを連接し、さら
   に検出軸の周面に磁気歪み発生部を設け、この磁気歪み
   発生部の周囲に励磁コイルおよび磁気検出コイルを配置
   し、磁気検出コイルの両端から磁気歪み発生部にあらわ
   れる透磁率の変化を検出してその検出軸に加わる軸力を
   検出するトルク変換部を設けたことを特徴とする自動ね
   じ締め機。
2. 【請求項２】　　磁気歪み発生部は検出軸の周囲で対向
   する方向に傾斜して設けられた２段の検出溝でなり、各
   検出溝の周囲に励磁コイルおよび磁気検出コイルを配置
   し、各磁気検出コイルの両端に検出溝にあらわれる透磁
   率の変化を検出してその透磁率の変化の比率から検出軸
   に加わる軸力を検出するトルク変換部を設けたことを特
   徴とする請求項１に記載の自動ねじ締め機。