JPH0436812B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、回転駆動源の回転を受けて回転する
ドライバビツトを昇降手段の作動により往復移動
するように構成した自動ねじ締め機において、ド
ライバビツト先端のねじの着座を検出するねじ着
座検出装置に関する。

従来技術および発明が解決しようとする問題点 一般に、ねじ、ボルト等をワークの所定の位置
に締付ける場合には、モータの回転を受けて回転
するドライバビツトを有する自動ねじ締め機が利
用されている。この自動ねじ締め機では、最終の
締付トルクを所定値に制御するためにモータを制
御する各種の制御装置が創案されている。この制
御装置の一例として、モータの負荷電流を検出し
てその電流値が所定値に達すると、モータの回転
を停止させる装置がある。この装置では、ねじを
めねじが形成された下穴に螺入する際には、締付
トルクをほぼ所定値に制御できるが、タツピンね
じの場合には、ワークの下穴にめねじを成形する
時点でモータの負荷電流が設定値以上に達するこ
とがあり、その時点でモータが停止して締付作業
を途中で中止し、所定の締付作業を行うことがで
きない等の欠点が生じている。この欠点を除去す
るため、ドライバビツトの高さを検出することに
よりねじ座面がワークの座面に着座する時点を検
出してこの時点以降にモータの制御装置を作動さ
せる方法が考えられているが、この装置でも、正
確にねじの着座を検出することができず、なお確
実な締付を行えない等の欠点が生じている。ま
た、ねじが着座した時点を検出する方法として
は、ねじ締付時のモータに流れる単位時間当たり
の負荷電流の増加分、すなわち勾配を常時検出し
てその勾配が所定範囲内になればねじの着座後の
負荷電流の上昇としてねじの着座と判断する方法
も考えられているが、この方法では負荷電流に含
まれるノイズ分に対しても、その変化を正確に検
出してしまうため、極めて誤動作の多いものとな
り、実用に供さない等の欠点が生じており、正確
でかつ誤動作のないねじ着座検出装置が要望され
ている。

問題点を解決するための手段 本発明は、上記要望に沿つて発明されたもの
で、モータの回転を受けて回転するドライバビツ
トおよびこれを昇降させる昇降手段が設けられて
いる。また、前記ドライバビツトに係る負荷トル
クを検出する検出手段が設けられている。前記検
出手段とともに、締付開始時の締付トルクに対応
する第１設定値を設定する第１設定器および所望
締付トルクよりも低い締付トルクに対応する第２
設定値を設定する第２設定器が設けられている。
また、前記検出手段の検出値と前記第１設定値と
を比較する第１比較器および前記検出値と前記第
２設定値とを比較する第２比較器が設けられてい
る。さらに、締付下限時間が設定された第４タイ
マおよび締付上限時間が設定された第５タイマが
設けられており、これらタイマは前記第１比較器
の一致信号で時間計上を開始する一方で、前記検
出値が第１設定値より低下するとただちにリセツ
トされるように構成されている。しかも、前記第
４タイマがタイムアツプして第５タイマがタイム
アツプするまでに前記第２比較器から一致信号を
受けると出力信号を発信する着座判定部が設けら
れており、この着座判定部の出力信号を受けてモ
ータを任意に制御するよう構成されている。

作 用 上記自動ねじ締め機では、モータが回転し、締
付が開始されると、ドライバビツトに係る負荷ト
ルクが検出手段により検出される。この検出値が
締付開始時を示す第１設定値に達すると第１比較
器から一致信号が発信され、第４タイマおよび第
５タイマが時間計上する。前記各タイマにより設
定された締付下限時間および締付上限時間内に第
２比較器から一致信号が発信されると、前記検出
値の上昇勾配がねじ着座後の締付トルクの上昇を
示す所定勾配範囲内にあることとなり、着座判定
部から出力信号が発信される。その後、必要に応
じてモータを制御して、これを停止させたり、速
度を切換えたりすることができる。

一方、前記所定時間内に第２比較器から一致信
号が発信されないと、検出値の上昇勾配がねじ着
座後の締付トルクの上昇を示す所定勾配範囲内に
ないことになり、下穴にめねじを成形する際の検
出値の上昇と判断して前記第５タイマのタイムア
ツプ信号により着座判定部が第２比較器の一致信
号を受付けなくなり、その後に第２比較器から一
致信号が発信されても、着座判定部は出力信号を
発信しない。この時、前記第４タイマおよび第５
タイマはしばらくタイムアツプ信号を発信した状
態を継続し、前記検出値が第１設定値よりも低下
した時点で、リセツトされ、その後の第１比較器
および第２比較器の一致信号による真のねじ着座
の検出に備える。

実施例 以下、実施例を差動遊星機構が使用された減速
機を介してモータの回転を受けるドライバビツト
を有する自動ねじ締め機について説明する。第２
図および第３図において、１は自動ねじ締め機で
あり、そのブラケツト２に上下方向に摺動自在に
案内されたガイドロツド３と一体のドライバ台４
がチヤツク台５と所定間隔をおいて一体に移動自
在かつ相対移動自在に配置されている。前記ドラ
イバ台４は昇降手段６を構成するシリンダの作動
により昇降するように構成され、しかもこのドラ
イバ台４にはドライバ本体８が固定さている。こ
のドライバ本体８の上端には、回転駆動源のモー
タ９が固定され、その駆動軸には差動遊星機構１
０の一部を構成する入力円板１１が一体に回転す
るように連結されている。また、この入力円板１
１の外周には複数個の遊星コーン１２がコーン保
持具１３を介して配置されており、この遊星コー
ン１２は伝動面として円錐面１２ａとその裏面の
平坦面１２ｂとこれに隣接して位置する円周溝１
２ｃとが形成されている。前記遊星コーン１２の
円周溝１２ｃには前記入力円板１１が、平坦面１
２ｂには前記入力円板１１と同心上で回転するカ
ムデイスク１４が摩擦係合するように配置されて
おり、前記入力円板１１の回転がカムデイスク１
４に伝達可能に構成されている。このカムデイス
ク１４には前記ドライバ台４に固定されてかつ前
記ドライバ本体８内に位置する内筒部８ａに回転
自在に保持された連接軸１５、連接機構１６およ
びユニバーサルジヨイント１７を介してドライバ
ビツト１８が連接されている。前記連接機構１６
はカムデイスク１４側に連結される軸部１６ａと
これが嵌合する筒部１６ｂとを有し、軸部１６ａ
に植設されたピン１６ｃが筒部１６ｂに削設され
た案内溝１６ｄに係合するとともに前記軸部１６
ａと筒部１６ｂとはばね１６ｅにより離れる方向
に付勢されて一体に回転自在にかつ相対移動自在
に構成されている。

また、前記遊星コーン１２の外周にはその円錐
面１２ａと摩擦係合して回転するように変速リン
グ１９が配置されており、この変速リング１９は
その摩擦係合位置が高速側に位置するようにばね
２０により付勢されている。また、この変速リン
グ１９は前記内筒部８ａ側に回動自在に保持され
たアーム２１により回動自在に保持されており、
このアーム２１と前記ばね２０とからなる弾力保
持部材により変速リング１９の摩擦係合位置を決
めるように構成されている。また、前記差動遊星
機構１０では、変速リング１９が負荷トルクを受
けて回動し、そのばね２０への押圧力とばね２０
の撓みにより生じる弾性力とが均衡する位置で停
止し、入力円板１１の回転を減速してカムデイス
ク１４に伝達し、ついには変速リング１９が遊星
コーン１２の縁部まで移動してカムデイスク１４
を零回転に至らせ、第４図に示す特性曲線のごと
く、締付トルクが出力されるように構成されてい
る。

さらに、前記チヤツク台５には一対のチヤツク
爪２２ａを有するチヤツクユニツト２２が固定さ
れており、このチヤツクユニツト２２には前記ド
ライバビツト１８が挿通してチヤツク爪２２ａに
保持されたねじ（図示せず）を所定位置まで押出
すように構成されている。

一方、前記モータ９は制御装置Ａにより制御さ
れるように構成されている。この制御装置Ａは、
第１図に示すようにモータ９に正転電圧を供給す
る正転電圧供給部４０と、逆転電圧を供給する逆
転電圧供給部４１と、正転電圧供給部４０と逆転
電圧供給部４１とを切換える切換手段４２と、こ
の切換手段４２に正転指令信号を与える正転制御
部４３と、逆転指令信号を与える逆転制御部４４
と、作業スタート信号を発信する作業スタート部
４５と、ドライバビツト１８によるねじ締付の完
了を検出する締付完了検出部４６と、後記する締
付不良判定部６１と、第１タイマT1を強制リセ
ツトするリセツト部５７とを有している。前記正
転制御部４３は、高パルス列を発信するパルス発
生部でなつており、切換手段４２をなすスイツチ
ング部を作動させて正転電圧をモータ９に供給す
るように構成されている。また、前記作業スター
ト部４５は正転制御部４３および昇降手段６に接
続されており、作業スタート信号により前記正転
制御部４３を作動させるとともに、前記昇降手段
６を作動させて、ドライバビツト１８を下降させ
るように構成されている。また、前記作業スター
ト信号は後記する判定表示部４７および着座判定
部４８をリセツトするとともに、マシンタイムを
検出する第１タイマT1を時間計上させるように
構成されている。また、前記切換手段４２は逆転
制御部４４からの逆転指令信号を受け、そのスイ
ツチング部を作動して前記モータ９に逆転電圧供
給部４１から逆転電圧を供給するように構成され
ている。前記逆転制御部４４は後記する第２タイ
マT2のタイムアツプ信号を受けて作動するパル
ス発生部５９からのパルスに応じて逆転指令信号
を発信するように構成されている。

さらに、前記締付完了検出部４６は、トルク検
出部５０と、ねじ着座検出装置５１とからなつて
いる。前記トルク検出部５０は、前記モータ９の
電機子巻線に流れる負荷電流に応じた電圧を検出
する検出手段５２を有し、この検出手段５２はフ
イルタ５３および増幅器５４を介してねじ着座検
出装置５１の一部を兼用する第２比較器６０の一
方の入力端に接続されている。この第２比較器６
０の他方の入力には所望締付トルクよりも低い締
付トルクに対応した第２設定値を設定する第２設
定器５８が接続されており、前記検出値がこの第
２設定値に一致すると、一致信号が発信されるよ
うに構成されている。この第２比較器６０は着座
判定部４８を介して第３タイマT3に接続されて
おり、この着座判定部４８が作動する時、第３タ
イマT3は前記第２比較器６０の一致信号を受け
て所定時間（T3）後にタイムアツプ信号を発信
するように構成されている。尚、トルク検出部５
０は検出値が所定値に達したことを検出するに際
して、ねじ着座検出装置５１の第２比較器６０お
よび第２設定器５８を使用しているが、別個に比
較器および設定器を設けてもよい。

また、前記第３タイマT3のタイムアツプ信号
は前記締付完了検出部４６のトルクアツプ信号と
してオア回路を介して前記正転制御部４３に供給
され、切換手段４２に正転停止指令信号を供給す
るように構成されている。同時に、前記第３タイ
マT3のタイムアツプ信号は通常回転しているモ
ータ９が停止するに必要な時間（T2）が設定さ
れた第２タイマT2を介してパルス発生部５９に
供給されるよう構成されている。このパルス発生
部５９は、所望逆転時間に対応するパルス幅を有
するパルスを発生するように構成されており、こ
のパルスが前記逆転制御部４４に送られ、このパ
ルスのパルス幅に応じた逆転指令信号を発信して
モータ９をわずかに逆転させるように構成されて
いる。また、前記第２タイマT2のタイムアツプ
信号はマシンサイクル完了検出部４９を介してド
ライバビツト１８の昇降手段６を作動させ、ドラ
イバビツト１８を上昇復帰させてすべての作業を
完了するように構成されている。

また、前記ねじ着座検出装置５１は前記トルク
検出部５０の一部を兼用する第２設定器５８と、
その第２設定値と検出値と比較する第２比較器６
０と、締付開始時の締付トルクに対応する第１設
定値を設定する第１設定器５６と、その第１設定
値と前記検出値とを比較する第１比較器５５と、
着座判定部４８とを有し、前記第１比較器５５の
一致信号は締付下限時間が設定された第４タイマ
T4および締付上限時間が設定された第５タイマ
T5を作動させるように構成されている。また、
前記着座判定部４８は前記第４タイマT4および
第５タイマT5で設定された時間内に第２比較器
６０から発信される一致信号を受けて出力信号を
発信するように構成されている。一方、前記第４
タイマT4はそのタイムアツプ信号を締付不良判
定部６１に送り、このタイムアツプ信号以前に前
記第２比較器６０から一致信号が発信されれば、
締付不良信号を判定表示部４７に供給するように
構成されている。尚、前記判定表示部４７は前記
第１タイマT1のタイムアツプ信号を受けてマシ
ンタイムオーバを表示するようにも構成されてい
る。さらに、前記第５タイマT5はそのタイムア
ツプ信号により着座判定部４８が第２比較器６０
の一致信号を受付けられないようにして、前記検
出値が第１設定値より低下して第１比較器５５か
ら一致信号が発信されなくなると、第５タイマ
T5は第４タイマT4とともにリセツトされ、再度
第１比較器５５から発信される一致信号に備える
ように構成されている。尚、前記第４タイマT4
および第５タイマT5の設定時間は実際にねじを
ワークに締付けて得られる時間から経験的に選択
される。

上記自動ねじ締め機の制御装置では、作業スタ
ート部４５の作業スタート信号によりドライバビ
ツト１８の昇降手段６が作動し、ドライバ台４と
ともにドライバビツト１８が下降する。同時に、
作業スタート信号により正転制御部４３および切
換手段４２が作動し、モータ９に正転電圧供給部
４０から正転電圧が供給される。前記モータ９の
回転にともなつて入力円板１１、遊星コーン１
２、カムデイスク１４および変速リング１９でな
る差動遊星機構１０を介してドライバビツト１８
が回転する。前記昇降手段６の作動によりドライ
バビツト１８がチヤツク爪２２ａに保持されるね
じを押出し、その先端がワーク（図示せず）の下
穴に当接する。これにともなつて、連接機構１６
の軸部１６ａが筒部１６ｂに対して前進しなが
ら、ねじ締付が開始される。（以下、第５図参照）
ドライバビツト１８に係る負荷トルクの上昇にと
もなつてモータ９の負荷電流が上昇し、検出値が
締付開始時点を示す締付トルクに対応する第１設
定値に達すると、第１比較器５５から一致信号が
発信され、第４タイマT4および第５タイマT5が
時間計上する。前記検出値が前記第４タイマT4
からタイムアツプ信号が発信される時点に、所望
締付トルクに対応する第２設定値に達すると、第
２比較器６０から一致信号が発信される。この場
合、着座判定部４８が第２比較器６０からの一致
信号を受付られない状態にあるので、着座判定部
４８からは出力信号が発信されず、検出値の上昇
勾配が急過ぎて、ねじの斜め食付きと判断し、締
付不良判定部６１から不良検出信号が発信され
て、判定表示部４７で不良表示される。

また、前記第４タイマT4がタイムアツプ信号
を発信して着座判定部４８を入力受付け状態にさ
せて後、前記検出値が第５タイマT5に設定され
た締付上限時間内に第２設定値に達せず、前記第
５タイマT5がタイムアツプすると、着座判定部
４８が第２比較器６０の一致信号を受付けなくな
り、その後に第２比較器６０から一致信号が発信
されても、着座判定部４８は出力信号を発信せ
ず、前記検出値の上昇勾配が緩かで、めねじ成形
時の検出値の上昇と判断する。そのため、前記モ
ータ９は継続して回転する。

前記モータ９が回転を継続して、めねじの成形
が完了する時点に達すると、前記検出値が第１設
定値よりも低下し、前記第５タイマT5が第４タ
イマT4とともにリセツトされる。これにより、
再度第１比較器５５の一致信号に備える。

その後、前記検出値が上昇して前記第１設定値
に達すると、前記第４タイマT4および第５タイ
マT5が再度時間計上する。前記検出値が締付下
限時間から締付上限時間内に第２設定値に達する
と、検出値の上昇勾配はねじが正常に着座して後
の締付トルクの上昇を示す所定勾配範囲内にある
と判断され、ねじが座面に着座したことが検出さ
れる。そのため、トルク検出部５０を兼用する第
２比較器６０から一致信号が発信される時点で、
着座判定部４８が出力信号を発信する。この出力
信号により、第３タイマT3が時間計上を開始し、
そのタイムアツプ信号がトルクアツプ信号として
正転制御部４３に送られ、正転停止指令信号が発
信されてモータ９が停止する。同時に、前記タイ
ムアツプ信号は第２タイマT2に送られ、第２タ
イマT2が時間計上をする。前記モータ９が停止
するに必要な時間（T2）が経過して、この第２
タイマT2から発信されるタイムアツプ信号によ
りパルス発生部５９が作動して所定逆転時間を設
定するパルスを発生する。このパルスが逆転制御
部４４を作動させて切換手段４２を逆転側に切換
えるとともに、前記パルスに応じた短時間のパル
スが発信され、逆転電圧供給部４１から逆転電圧
がモータ９に供給される。これにより、モータ９
がわずかに逆回転し、ドライバビツト１８に係る
負荷がモータ９側から軽減され、変速リング１９
が遊星コーン１２に沿つて徐々に復帰し、差動遊
星機構１０およびドライバビツト１８のロツク状
態が解除される。また、前記タイムアツプ信号は
マシンサイクル完了検出部４９に供給され、その
出力信号が昇降手段６に供給され、昇降手段６が
作動してドライバビツト１８が上昇し、次回の作
業に備える。

発明の効果 以上説明したように、本発明はドライバビツト
に係る負荷トルクを検出する検出手段と、２種類
の設定値と比較する２個の比較器と、所定範囲の
時間を設定する２個のタイマとから構成し、ねじ
締付時の検出値の上昇勾配を判定して所定範囲内
にある時出力信号を発信するように構成している
ため、タツピンねじを締付ける際の複雑な締付ト
ルクの変化に対しても確実にねじの着座を検出す
ることができるばかりか、検出値に瞬間的にノイ
ズ分が含まれることがあつて、ねじ着座検出が開
始されても、これがノイズ分によるものであれ
ば、自動的にリセツトされ、誤動作のまつたくな
いねじ着座検出装置を提供することができる等の
利点がある。

なお、実施例は１個のモータのオンオフ制御を
行つているが、モータを２個配置してねじが着座
するまでの締付けようモータ、ねじが着座して後
の締付けようモータとし、これらモータのオンオ
フ制御を行うようにすることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のブロツク図、第２図は本発明
の全体図、第３図は本発明に係わる自動ねじ締め
機の要部断面図、第４図は本発明に係わる自動変
速機の出力軸の持つトルク−回転数特性曲線図、
第５図は本発明の動作を説明するフローチヤート
である。 １……自動ねじ締め機、２……ブラケツト、３
……ガイドロツド、４……ドライバ台、５……チ
ヤツク台、６……昇降手段、８……ドライバ本
体、８ａ……内筒部、９……モータ、１０……差
動遊星機構、１１……入力円板、１２……遊星コ
ーン、１２ａ……円錐面、１２ｂ……平坦面、１
２ｃ……円周溝、１３……コーン保持具、１４…
…カムデイスク、１５……連接軸、１６……連接
機構、１６ａ……軸部、１６ｂ……筒部、１６ｃ
……ピン、１６ｄ……案内溝、１６ｅ……ばね、
１７……ユニバーサルジヨイント、１８……ドラ
イバビツト、１９……変速リング、２０……ば
ね、２１……アーム、２２……チヤツクユニツ
ト、２２ａ……チヤツク爪、Ａ……制御装置、４
０……正転電圧供給部、４１……逆転電圧供給
部、４２……切換手段、４３……正転制御部、４
４……逆転制御部、４５……作業スタート部、４
６……締付完了検出部、４７……判定表示部、４
８……着座判定部、４９……マシンサイクル完了
検出部、５０……トルク検出部、５１……ねじ着
座検出装置、５２……検出手段、５３……フイル
タ、５４……増幅器、５５……第１比較器、５６
……第１設定器、５７……リセツト部、５８……
第２設定器、５９……パルス発生部、６０……第
２比較器、６１……締付不良判定部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ モータの回転を受けて回転するドライバビツ
   トを昇降手段により昇降させるように構成した自
   動ねじ締め機において、 ドライバビツトに係る負荷トルクを検出する検
   出手段を設けるとともに、締付開始時点の締付ト
   ルクに対応する第１設定値を設定する第１設定器
   および所望締付トルクよりも低い締付トルクに対
   応する第２設定値が設定された第２設定器、前記
   第１設定器の第１設定値と前記検出値とを比較す
   る第１比較器および前記第２設定値と前記検出値
   とを比較する第２比較器を設け、さらに締付下限
   時間が設定された第４タイマおよび締付上限時間
   が設定された第５タイマを設け、前記第１比較器
   の一致信号により前記第４タイマおよび第５タイ
   マの時間計上を開始させて前記検出値が第１設定
   値より低下した時点で前記第４タイマおよび第５
   タイマをリセツトするように構成する一方、前記
   第４タイマがタイムアツプして第５タイマがタイ
   ムアツプするまでに第２比較器の一致信号を受け
   ると出力信号を発信する着座判定部を設けたこと
   を特徴とするねじ着座検出装置。