JPH0468097B2 - - Google Patents

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ツトの
持つ慣性の影響を完全に排除して所望のねじ締付
け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 一般に、ねじ締付けトルクを制御する場合に
は、回転駆動源によりドライバビツトを回転さ
せ、このドライバビツトに加わる負荷トルクを適
当な検出手段を用いて検出し、この検出値が設定
値に達すれば、回転駆動源を停止させる方法が一
般的である。この方法では、ねじ締付けトルクの
設定値が低い場合には、ねじ締付け完了時に回転
駆動部の持つ慣性の影響により締付けトルクが設
定値を越え、正確な締付けトルクでねじを締付け
ることができない。そこで、低い設定締付けトル
クであつてもねじを正確に締付けることのできる
ねじ締め機が要望されている。

発明が解決しようとする問題点 本発明は特公昭57−13221号公報に示されるよ
うに回転駆動源を、入力軸より出力軸に至る伝動
系が遊星運動を伴う複数の遊星コーンを含んで構
成され、複数の遊星コーンの円錐面に共通に摩擦
係合する非回転の変速リングが設けられるととも
に、入力軸上の入力円板に摩擦係合する凹断面形
の伝動面と出力軸上のカムデイスクに摩擦係合す
る平坦な伝動面とが遊星コーン上に設けられる形
式の摩擦無断変速機に、負荷トルクの増大にとも
ない、出力軸の回転速度を低下させる方向に変速
リングを自動的に動かすようにする自動変速作用
部を持つ自動変速機として構成し、この自動変速
機の出力側をドライバビツトに連接してねじ締め
を行い、締付けトルクが設定値に達した時回転駆
動源を停止させることなく、ドライバビツトの回
転を零にして、この時の出力トルクでもつて締付
けトルクの保持を行うとともに、ねじ締付け完了
時に生じるドライバビツトとねじ頭部との食付き
による問題を解決するものである。

問題点を解決するための手段 本発明は上記欠点の除去を目的とするもので、
モータにその回転を受けて回転する入力円板とそ
の外周に摩擦係合する遊星コーンとこれに摩擦係
合するカムデイスクとを介してドライバビツトを
連結している。また、前記遊星コーンの外周には
その円錐面に摩擦係合する変速リングが配置され
ており、しかもドライバビツトに係る負荷トルク
により変速リングに加わる反力トルクを弾力保持
部材により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正転電
圧供給部と逆転電圧供給部とが接続されている。

また、ねじ締付けの完了を検出する検出手段と
してモータの負荷電流を検出する第１の検出手段
とその検出値がその飽和電流に近い電流値に達す
ると出力信号を出力する第２の検出手段とが、配
置されており、この検出手段の出力により前記切
換手段を作動させ、正転電圧供給部を遮断して逆
転電圧供給部の逆転電圧を所定時間だけモータに
供給するように構成されている。

作 用 上記自動ねじ締め機の制御装置では、モータに
正転電圧を供給して駆動し、その回転を遊星コー
ンの円錐面に対する変速リングの摩擦係合位置で
決まる減速比でドライバビツトに伝達してねじを
締付ける。ねじを締付けると、ドライバビツトに
係る負荷に応じて変速リングに反力トルクが加わ
る。これにともなつて、変速リングが回動すると
ともにその軸心方向にも移動し、その減速比が大
きくなり、ついには無限大となつて、ドライバビ
ツトの回転が停止して、ねじ締付けを完了する。
これにともない、モータの負荷電流が上昇し、一
定値で飽和状態となるが、この間に負荷電流が飽
和状態となる直前の設定値に達し、ねじ締付け完
了が検出され、その検出出力が出力される。この
出力信号により切換手段が作動し、モータへの正
転電圧の供給を遮断する。この時、遊星コーンと
変速リング、カムデイスクそれぞれの接触点を結
ぶ直線が遊星コーンとほぼ平行となつているの
で、クサビ作用によりカムデイスクはロツクされ
る。その後、逆転電圧供給部から所定時間だけ逆
転電圧がモータに供給され、モータは僅かに逆回
転して停止する。そのため、モータから遊星コー
ンおよび変速リングが僅かに逆転し、摩擦係合位
置が僅かに高速側に復帰する。この摩擦係合位置
の高速側への復帰により、前記変速リング、カム
デイスクおよび遊星コーンのロツクが解除され、
同時にモータの逆転によりドライバビツトの負荷
も軽減されるので、この負荷に対応した位置まで
変速リングが高速側に回動復帰し、ついには原位
置に戻る。その後、ドライバビツトが上昇し、次
回の作業に備える。この時、ドライバビツトの負
荷が完全に軽減されているため、ドライバビツト
とねじとは円滑に離脱することができ、ドライバ
ビツトあるいはねじの損傷は皆無となる。しか
も、機械的なトルク検出機構がないため、差動遊
星機構が持つ出力トルクをロスなくドライバビツ
トに伝達することができ、差動遊星機構の出力ト
ルクで正確に締付けを完了することができる。

実施例 以下、実施例を図面について説明する。第１図
および第２図において、Ａは自動ねじ締め機１の
制御装置であり、第３図に示すフローチヤートに
従つて駆動されるように構成されている。前記制
御装置Ａの説明に先立つて第４図に示される本案
の自動ねじ締め機について説明する。この自動ね
じ締め機１は、ドライバ本体１８の一端に固定さ
れた回転駆動源のモータ１９を有しており、その
回転を受けて差動遊星機構２０の一部を構成する
入力円板２１が回転するように配置されている。
また、この入力円板２１の外周には複数個の遊星
コーン２３が配置されており、その円周溝２３ａ
が前記入力円板２１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２３の円錐面
２３ｃの裏面に位置する平坦面２３ｂには前記入
力円板２１と同心上で回転するカムデイスク２４
が摩擦係合するように配置されている。しかも、
このカムデイスク２４にはこれと一体に回転する
ようにドライバビツト（図示せず）が連結されて
おり、モータ１９の回転がドライバビツトに伝達
されるように構成されている。

さらに、前記遊星コーン２３の外周にはその円
錐面２３ｃと摩擦係合して回転するように変速リ
ング２５が配置されており、この変速リング２５
は一端が回動自在に保持されたアーム３２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２５はその摩擦係合位置が高速側に位置する
ようにばね３１により付勢されており、このばね
３１と前記アーム３２とからなる弾力保持部材に
より変速リング２５の摩擦係合位置で決まる減速
比の最大値および締付けトルクが規制されるよう
に構成されている。この自動ねじ締め機１では、
ドライバビツトに加わる締付けトルクに応じて生
じる反力トルクにより変速リング２５が回動す
る。この変速リング２５の回動による軸心方向の
移動量はばね３１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２５に生じるばね３
１への押圧力とばね３１の撓みにより生じる弾性
力とが均衝する位置まで変速リング２５が移動す
るように構成されている。そのため、ドライバビ
ツトに係る負荷が増大すると、変速リング２５は
遊星コーン２３の縁部まで移動し、ドライバビツ
ト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。

また、前記制御装置Ａはは前記自動ねじ締め機
の回転駆動源のモータ１９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
４１を有し、この作業スタート部４１は正転制御
部４２に接続されている。前記モータ１９には正
転電圧供給部４３と正転電圧よりも低い電圧の逆
転電圧を供給する逆転電圧供給部４４とが切換手
段４５を介して接続されている。この切換手段４
５は前記正転制御部４２からの信号によりモータ
１９へ正転電圧を供給するとともに、後記する
Ａ／Ｄ変換器５４からの変換完了信号により前記
正転電圧を遮断して後、逆転制御部４６からの信
号によりモータ１９に逆転電圧を供給するように
構成されている。しかも、この切換手段４５は正
転電圧と逆転電圧とが同時に供給されないように
構成されている。

また、前記モータ１９にはその電機子巻線に流
れる負荷電流を検出する第１検出手段４７が接続
されており、ドライバビツトの負荷の増大にとも
なつて、その検出値が増加するとともに、モータ
１９回転中にドライバビツトが停止する時には飽
和状態となるように構成されている。この第１検
出手段４７はフイルタ４８およびゲイン補正部４
９を有しており、後記する判定が容易に行えるよ
うに構成されている。しかも、この第１検出手段
４７ねじ締付けの完了を検出する第２検出手段５
０に接続されている。前記第２検出手段５０は、
ねじ締付けの完了を検出するために所望締付けト
ルクに対応した負荷電流飽和時の定電圧値よりも
低い電圧値を設定値Ａとして有する第１設定器５
１、この設定値Ａと前記検出値とを比較する第１
比較器５２およびこの第１比較器５２の出力信号
と後記第３検出手段５５の出力信号とのアンド出
力信号とを受けて所定時間（T1）後に出力信号
を発信する第１遅延回路５３からなつている。こ
の第１遅延回路５３は後記するＡ−Ｄ変換部５４
に変換指令信号を発信するように構成されてい
る。

また、前記第１検出手段４７はモータ１９の回
転停止を検出する第３検出手段５５に接続されて
いる。この第３検出手段５５はモータ１９の回転
停止を検出するためほぼ零に近い値の設定値を有
する第２設定器５６、この設定値と前記検出値と
を比較する第２比較器５７とからなつており、前
記設定値と検出値とが一致した時に第２比較器５
７から出力信号が発信されるように構成されてい
る。

前記第１検出手段４７の検出値はＡ／Ｄ変換部
５４に供給され、前記第２検出手段５０の出力信
号により完全にねじ締付けが完了した時点のアナ
ログ検出値のデジイタル変換が開始され、変換完
了後にこのＡ−Ｄ変換部５４から変換完了信号が
発信されると同時に変換データが出力されるよう
に構成されている。また、前記変換データはトル
ク表示部５８に供給され、前記変換完了信号を受
けてトルク値として表示されるように構成されて
いる。

一方、前記変換完了信号は前記正転制御部４２
に供給され、作業スタート部４１からの信号によ
り供給されたモータ１９への正転電圧を遮断する
ように構成されている。また、この変換完了信号
は第２遅延回路５９に供給され、通常回転してい
るモータ１９が停止するに必要な時間（T2）だ
け遅延されるように構成されている。同時に、こ
の変換完了信号はモータ１９の回転が完全に停止
したことを確認する前記第３検出手段５５からの
出力信号を待つて、パルス発生部６０に供給され
ており、このパルス発生部６０から前記モータ１
９に所望逆転時間（T3）のパルスに応じた出力
信号が逆転制御部４６に入力され、この逆転制御
部４６からの信号により切換手段４５を作動させ
る一方、マシンサイクル完了検出部６１を介して
ドライバビツトの昇降手段６２を作動させてドラ
イバビツトを上昇復帰させるように構成されてい
る。

さらに、前記第１検出手段４７の検出値は締付
良否判定部６３の第３比較器６４に供給され、第
３設定器６９に設定された下限締付けトルクに相
当する電圧値と比較されるように構成されてい
る。この第３比較器６４はこれらが一致した時に
出力信号を発信するように構成されており、この
出力信号が発信されない時に締付不足が検出され
るように構成されている。また、前記締付良否判
定部６３は前記Ａ−Ｄ変換部５４の変換データに
対して第４設定器６５および第５設定器６６に設
定された締付けトルクの上限および下限の設定値
の範囲にあるか否かを判定する第４比較器６７お
よび第５比較器６８から出力信号を受けるように
構成されている。また、前記締付良否判定部６３
はねじ締付開始からねじ締付完了までの時間が所
定時間内であるか否かを判定する判定部（図示せ
ず）を有し、前記変換完了信号を受けて総合的に
ねじ締付の良否を判定して、その良否が締付良否
表示部７０で総合的に表示されるように構成され
ている。

上記自動ねじ締め機の制御装置では、第２図
ａ，ｃに示すように作業スタート部４１の出力信
号がドライバビツトの昇降手段６２に供給されて
昇降手段６２が作動し、ドライバビツトが下降す
る。同時に、作業スタート部４１の出力信号が正
転制御部４２に供給されてこの正転制御部４２か
らの信号により切換手段４５が作動し、第２図ｂ
に示すように正転電圧供給部４３から正転電圧が
モータ１９に供給される。モータ１９の回転にと
もなつて入力円板、遊星コーン、カムデイスクお
よび変速リングでなる差動遊星機構を介してドラ
イバビツトが回転し、ねじ締付けが開始される。
この時、ドライバビツト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つて、ドラ
イバビツトの回転が停止する。一方、第２図ｄに
示すようにドライバビツトに係る負荷に応じてモ
ータ１９の負荷電流が増加するので、この負荷電
流が第１検出手段４７に検出され、第２図ｅに示
すようにその検出値が第１設定器５１の設定値Ａ
と比較される。前記検出値と設定値Ａとが一致す
ると、第２図ｆに示すようにその時点から所定時
間（T1）後に変換指令信号がＡ−Ｄ変換部５４
に供給され、Ａ−Ｄ変換部５４はその時点の検出
値をデイジタルデータに変換し、この変換データ
がトルク表示部５８で表示される。この変換完了
と同時に、変換完了信号が第２図ｇに示すように
正転制御部４２に供給され、モータ１９の回転が
停止する。

一方、前記変換完了信号は第２図ｈに示すよう
に前記モータ１９の通常停止するに必要な時間
（T2）だけ遅延される。同時に、この変換完了信
号は第２図ｉに示すように第３検出手段５５の出
力信号を待つてモータ１９の回転停止が確認され
て後、パルス発生部６０に供給される。このパル
ス発生部６０は第２図ｊに示すように所定時間幅
（T3）のパルス信号を発信し、これを逆転制御部
４６に供給する。この逆転制御部４６はそのパル
信号が発信される間、切換手段４５を作動させ、
逆転電圧供給部４４から逆転電圧をモータ１９に
供給する。モータ１９は僅かに逆転して停止する
が、モータ１９の逆回転にともなつて遊星コーン
および変速リングが逆転する。そのため、遊星コ
ーンと変速リングとの摩擦係合位置が高速側に復
帰し、変速リング、カムデイスクおよび遊星コー
ンのロツクがモータ１９側から解除され、ドライ
バビツトの負荷に対応した反力トルクが変速リン
グに伝達される。この時、前記ドライバビツトに
加わる負荷はモータ１９の逆回転にともなつて軽
減されているので、その負荷に応じて変速リング
が遊星コーの円錐面に沿つて復帰し、ついには原
位置に復帰する。また第２図ｊに示すところのパ
ルス発生部６０からのパルス信号はマシンサイク
ル完了検出部６１供給され、その出力信号が第２
図ｋに示すように昇降手段に供給され、これを作
動させてドライバビツトを上昇させ、次回の作業
に備える。

この時、逆転電圧は第２図ｂに示すように正転
電圧よりも充分さいので、モータ１９の逆転時間
が長くなつていても、ドライバビツトは逆転方向
の負荷を受けるが、この負荷が小さく、ドライバ
ビツトが逆転するようなことはない。

さらに、前記締付良否判定部６３出力信号を送
る第３比較器６４によりその第３設定器６９の下
限締付けトルクに対応する設定値と前記検出値と
が比較され、トルク伝達系に異常がないかが監視
される。また、前記Ａ−Ｄ変換部５４の変換デー
タは第４設定器６５および第５設定器６６の締付
けトルクの上限および下限の設定値とそれぞれ比
較されてねじ締付けトルクの良否が、またねじ締
付けに要した時間が設定時間と比較されてそのね
じ締付け時間により締付け状態が判定され、締付
良否判定部６３で総合的にねじ締付け作業の良否
が判定され、締付良否表示部７０で表示される。

なお、前記トルク表示部５８および締付良否表
示部７０は次回の作業スタート部４１からの信号
によりリセツトされる。

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、カムデイスクおよび変速
リングでなる差動遊星機構を介してドライバビツ
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、モータの負荷
電流を検出してこれが所定値に達するとモータへ
の正転電圧を遮断して逆転電圧を供給し、モータ
を僅かに逆転させるように構成しているため、ね
じ締付け完了時に差動遊星機構がロツク状態で停
止しても、これをモータ側から遊星コーンと変速
リングとを逆転させ、僅かにその摩擦係合位置を
代えて変速リングを逆転方向のドライバビツトに
係る負荷に応じて回動復帰させてついには原位置
に復帰させ、ドライバビツトの負荷を完全に軽減
することができ、ドライバビツトを上昇復帰させ
る際にも、ドライバビツトが円滑にねじから離脱
し、ワークを持上げるようなことが皆無となり、
ねじの頭部またはドライバビツトの破損も皆無と
なる等の利点がある。また、本発明はモータの正
転によるねじ締付けの完了検出をモータの負荷電
流から検出するように構成しているため、ドライ
バビツトの停止を検出するための余分な回転検出
手段すなわちドライバビツトに取付けられるスリ
ツト円板等の余分な機械的構成が不要となり、ド
ライバビツトへの余分な負荷をなくし、差動遊星
機構が持つ出力トルクがロスなくドライバビツト
に加わり、差動遊星機構が持つ出力トルクで正確
に締付けを完了することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のブロツク図、第２図は第１図
の各点における信号波形図、第３図は本発明の動
作を示すフローチヤート、第４図は本発明に係わ
る自動ねじ締め機の要部断面図、第５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
数特性曲線図である。 Ａ……制御装置、１……自動ねじ締め機、１８
……ドライバ本体、１９……モータ、２０……差
動遊星機構、２１……入力円板、２３……遊星コ
ーン、２３ａ……円周溝、２３ｂ……平坦面、２
３ｃ……円錐面、２４……カムデイスク、２５…
…変速リング、３１……ばね、３２……アーム、
４１……作業スタート部、４２……正転制御部、
４３……正転電圧供給部、４４……逆転電圧供給
部、４５……切換手段、４６……逆転制御部、４
７……第１検出手段、４８……フイルタ、４９…
…ゲイン補正部、５０……第２検出手段、５１…
…第１設定器、５２……第１比較器、５３……第
１遅延回路、５４……Ａ−Ｄ変換部、５５……第
３検出手段、５６……第２設定器、５７……第２
比較器、５８……トルク表示部、５９……第２遅
延回路、６０……パルス発生部、６１……マシン
サイクル完了検出部、６２……昇降手段、６３…
…締付良否判定部、６４……第３比較器、６５…
…第４設定器、６６……第５設定器、６７……第
４比較器、６８……第５比較器、６９……第３設
定器、７０……締付良否表示部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ モータ１９にその回転を受けて回転する入力
   円板２１とその外周に摩擦係合する遊星コーン２
   ３とこれに摩擦係合するカムデイスク２４とを介
   してドライバビツトを連結するとともに前記遊星
   コーン２３の外周に摩擦係合する変速リング２５
   を配置してドライバビツトに係る負荷トルクによ
   り変速リング２５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１９に切換手段４５を介して正転電
   圧供給部４３と逆転電圧供給部４４とを接続する
   とともに、モータ１９に流れる負荷電流を検出す
   る第１の検出手段を設け、この検出手段の検出値
   がその飽和電流に近い電流値に達すると出力信号
   を出力する第２の検出手段を設け、これら検出手
   段の出力により前記切換手段４５を作動させて正
   転電圧供給部４３を遮断するとともにモータの停
   止を検出した後、逆転電圧供給部４４の逆転電圧
   を所定時間だけモータ１９に供給するように構成
   し、これを僅かに逆転させてロツク状態を解除
   し、遊星コーン２３と変速リング２５との摩擦係
   合位置をモータ１９側から僅かに高速側に復帰さ
   せ、モータ１９の逆転により軽減されるドライバ
   ビツトに係る負荷に対応して変速リング２５を弾
   力保持部材の弾性力により高速側に回動復帰させ
   るように構成したことを特徴とする自動ねじ締め
   機の制御装置。