JPH05212632A - 自動ねじ締め機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 実際のねじ締めに要した締め付けトルクを締
め付け毎に正確に検出し、表示することができる自動ね
じ締め機を提供することを目的とする。 【構成】 モータ５の回転を受けて回転するドライバビ
ット２３の反力トルクを検出するトルク検出手段とモー
タの回転を減速するギア部とを具備したギアドセンサを
用いた自動ねじ締め機において、上記モータ５に回転停
止指令を発した後、モータ５の反転の瞬間を検出するモ
ータ反転検出手段と、上記モータ反転検出手段がモータ
５の反転の瞬間を検出した時点までのギアドセンサの検
出トルク値のピーク値を表示する表示手段とを有するこ
とを特徴とする。

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
転するドライバビットを持つ自動ねじ締め機に関し、特
にモータの回転停止を正確に検出してねじ、ボルト等の
締め付けに実際に要した締め付けトルクを正確に検出
し、表示することができる自動ねじ締め機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ねじ、ボルト等の締め付けトルク
を制御する場合には、モータの回転を受けて回転するド
ライバビットに加わる反力トルクを歪みゲージ等のトル
ク検出手段により検出し、この時の検出値が予め設定し
た締め付けトルク値に達すれば締め付け完了としてモー
タを停止させ、その時の検出値を締め付けトルクとして
表示するのが一般的である。

【０００３】しかしながら、予め設定した締め付けトル
ク値に達した時に、モータに直ちに回転停止指令を発し
てもモータは直ちに回転を停止しない。そのため、実際
の締め付けトルクはモータの回転停止指令発信時の設定
締め付けトルク値ではなく、モータの回転停止指令発信
時点のモータの持っている運動エネルギーがなす仕事
量、即ちオーバーシュート分の影響によるトルク増加分
を含んだトルクになる。

【０００４】そこで、このトルクを検出するためにモー
タの回転が停止したことを検出する必要があるが、これ
を正確に検出する方法がなく、便宜上モータ停止指令時
に時間計上するタイマのタイムアップ時点をモータの回
転停止と判定し、そのタイムアップ時点までのピークト
ルク値を検出して表示する方法が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、モータの回
転を受けて回転するドライバビットの反力トルクを検出
するトルク検出手段とモータの回転を減速するギア部と
を具備したいわゆるギアドセンサを用いた場合は、特に
モータに回転停止指令を発した後モータの慣性（運動エ
ネルギー）の影響がなくなってモータの回転が停止する
瞬間に、ギアドセンサのギア部の歪み（撓み）が元に戻
ることに伴って直ちにモータがわずかに反転する。この
モータの反転の影響でトルク検出手段の検出トルク値の
増加を招いている。したがって、上記の如くモータの回
転停止時を単にタイマによって計測したのでは、タイマ
時間によってはモータ反転時の影響を含んだ検出トルク
値を表示することとなったり、また依然としてオーバシ
ュート分の影響を含んだ検出トルク値を表示することと
なる。しかも、モータが反転する際のトルク増加分は実
際のねじ締めには関与していないのに対して、オーバシ
ュート分の影響は実際のねじ締めに関与しているため、
上記方法では前述のいずれの影響も配慮して実際のねじ
締めに要したトルクを正確に表示することができないと
いう課題を有する。

【０００６】本発明は上記課題に鑑み、実際のねじ締め
に要した締め付けトルクを締め付け毎に正確に検出し、
表示することができる自動ねじ締め機を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、モータの回転を受けて回転するドライバビッ
トの反力トルクを検出するトルク検出手段と、モータの
回転を減速するギア部とを具備したギアドセンサを用い
た自動ねじ締め機において、上記モータに回転停止指令
を発した後、モータが反転する瞬間を検出するモータ反
転検出手段と、上記モータ反転検出手段がモータの反転
の瞬間を検出した時点までのギアドセンサの検出トルク
値のピーク値を表示する表示手段とを有することを特徴
とする。

【０００８】更に、上記モータ反転検出手段は、モータ
の端子電圧の極性が変わる瞬間を検出するモータ端子電
圧検出手段であることを特徴とする。加えて、モータの
回転を受けて回転するドライバビットの反力トルクを検
出するトルク検出手段を備えた自動ねじ締め機におい
て、上記モータに回転停止指令を発した後、モータが反
転する瞬間を検出するモータ反転検出手段と、上記モー
タ反転検出手段がモータの反転の瞬間を検出した時点ま
でのトルク検出手段の検出トルク値のピーク値を表示す
る表示手段とを有することを特徴とする。

【０００９】

【作用】上記構成によれば、モータに回転停止指令を発
した後、モータの慣性（運動エネルギー）による影響が
なくなってギアドセンサのギア部の歪み（撓み）が元に
戻ることに伴ってモータが反転するが、この瞬間をモー
タ反転検出手段により検出することができる。その結
果、ギア部の歪み（撓み）が元に戻ることに伴ってモー
タが逆転する際のトルク増加分を除いて、しかもモータ
回転停止指令後のオーバシュート分の影響を考慮した、
実際のねじ締めに要した締め付けトルクを締め付け毎に
正確に検出し、表示することができる。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の一実施例に係る自動ねじ締め
機の構成を示すブロック図であり、このねじ締め機は自
動ねじ締め機本体１と制御装置２４とから構成されてい
る。上記自動ねじ締め機本体１は、昇降駆動源２６の作
動により昇降するドライバ台２にギアケース３を介して
固定されたドライバ本体４を有しており、このドライバ
本体４内には潤滑オイルが充填されている。前記ドライ
バ本体４の一端には回転駆動源のモータ５（例えば、Ｄ
Ｃサーボモータ）が固定されている。このモータ５は、
ドライバ本体４内の減速機（図示せず）を介してドライ
バ本体４の一部に回転自在に保持された出力軸１７が、
またこの出力軸１７には連接具１８を介して後述する太
陽ギア１９ａが連結されており、前記モータ５、出力軸
１７及び太陽ギア１９ａが一体に回転するように構成さ
れている。前記出力軸１７の下端には前記ギアケース３
内に位置する差動遊星ギア機構１９の太陽ギア１９ａが
連結されており、この太陽ギア１９ａに等間隔をおいて
噛合する３個の遊星ギア１９ｂが遊星ギア台１９ｃに支
持されて配置されている。また、前記遊星ギア１９ｂは
ギアケース３内で回転自在に保持された内歯ギアを有す
るリングギア部１９ｄの内歯ギアに歯合しており、出力
軸１７の回転が所定比に減速されて遊星ギア台１９ｃに
伝達されるように構成されている。前記リングギア部１
９ｄには前記出力軸１７を内包するように配置されたト
ルク検出部の一例である歪み管２０が固定されている。
前記歪み管２０にはその歪み量を検出するストレンゲー
ジ２１が貼付されており、歪み管２０の歪み量を検出し
てリングギア部１９ｄに加わる反力トルクを検出できる
ように構成されている。前記遊星ギア台１９ｃには、伝
達機構２２を介してドライバビット２３が連結されてお
り、モータ５の回転がドライバビット２３に伝達される
ように構成されている。

【００１１】上記制御装置２４は作業スタート指令を出
力する作業スタート部２５と、作業スタート指令を受け
て作動を開始する昇降駆動源駆動部２６ａと、モータ５
を駆動するモータ駆動部２７と、ねじ締め情報を設定す
る設定部２９と、Ａ／Ｄ変換部３０と、Ｓ／Ｈ回路３１
と、表示部３４と、良否判定出力部３５と、モータ５が
これまでの回転方向とは反対の方向に反転する瞬間を検
出するモータ端子電圧検出部３６と、ドライバビット２
３が原位置にあるかどうか検出する原位置検出部３７
と、前記モータ駆動部２７にパワーを供給するパワー供
給部３８と、フォトカプラ３９と、入力回路４０と、バ
ッテリ４１と、補正部４２と、前記ストレンゲージ２１
により検出された検出値を増幅する増幅部４３と、フィ
ルタ部４４と、制御部４５とから構成されている。

【００１２】上記制御部４５は、前記モータ駆動部２７
にモータ５の速度指令値を与える速度指令部６と、ＲＡ
Ｍ３２と、ＲＯＭ３３とを有している。前記ＲＯＭ３３
は、自動ねじ締め機を動作させるプログラムの他にねじ
締め情報の標準データを処理するプログラムを格納して
いる（図２〜図８参照）。また、前記ＲＡＭ３２は、前
記ＲＯＭ３３に格納されたねじ締め情報の標準データ
や、書き換えられたねじ締め情報を記憶する。前記ねじ
締め情報としては、例えば図９に示す如く、小ねじ（Ｍ
６×１５）を平座金を介在させて焼き入れナットにねじ
込んだ場合の高速かつ高精度なねじ締めを示すトルク特
性（図１０参照）が得られるよう仮締めトルク値、本締
めトルク値、ねじ込み開始時の速度オフセット値、仮締
め時の速度勾配及び最高回転、仮締め完了後の再スター
ト指令値（モータの回転停止指令発信後、リングギア部
１９ｄの歪みが元に戻ることに伴ってモータ５がこれま
での回転方向とは反対の方向に反転しはじめる瞬間）、
本締め開始時の速度オフセット値、本締め時の速度勾配
及び最高回転、逆転トルク値、逆転開始時の速度オフセ
ット値、食い付き解除時の速度勾配及び最高回転等のね
じ締め情報を設定することができる。

【００１３】上記設定部２９は、ねじ締め情報を設定す
るためのテンキー２９ａを有している。ここで、ねじ締
め情報とは上述した本締めトルク値等をいうが、これら
の情報は必ずしもすべて設定する必要はなく、必要な情
報だけを設定することも可能である。なお、必要に応
じ、仮締めトルク値、仮締め時の速度勾配及び最高回
転、仮締め完了後の再スタート指令値、本締め開始時の
速度オフセット値を除くことも可能である。

【００１４】上記モータ駆動部２７は、モータ５の正逆
駆動に適するようにトランジスタ４個或いは８個を使っ
たＨ回路を採用しているので、モータの正逆転に対し迅
速に応答することができる。上記Ａ／Ｄ変換部３０は、
高速Ａ／Ｄコンバータ（例えば、精度１２ｂｉｔ、変換
時間１２μｓｅｃ）を採用しているので、ねじ締めトル
クの変動に対して正確に追従することができる。

【００１５】上記良否判定出力部３５は、ねじ締め結果
の良否判定出力の他にトルク値のデジタル信号を出力し
たり、ねじ締めトルクをアナログ出力できるので、ねじ
締め過程のモニタリングを行うことが可能である。ま
た、上記表示部３４はねじ締め結果のトルク値表示の
他、ねじ締め結果の良否判定等のイルミネーション表示
等もすることができるのでねじ締めの品質管理を担って
いる。

【００１６】図２〜５は本発明の一実施例に係る自動ね
じ締め機の動作を示すフローチャートである。先ず、♯
１においてＲＯＭ３３の中に格納されているねじ締め情
報の標準データがＲＡＭ３２の所定エリアに書き込まれ
ているか判断し、書き込まれていなければ書き込み指令
を待って（♯２）、ＲＯＭ３３の中のねじ締め情報の標
準データをＲＡＭ３２の所定エリアに書き込む（♯
３）。

【００１７】ここで、標準データの変更指令があれば
（♯４）、♯５の変更処理（後述する）を行った後♯６
に進む一方、標準データの変更がなければ（♯４）、直
ちに♯６に進む。♯６で原位置検出部３７によりドライ
バビット２３が原位置にあるのを確認した後、作業スタ
ート部２５からの作業スタート指令を待って（♯７）、
昇降駆動源２６からのドライバビット下降指令に基づい
てドライバビット２３を下降させ（♯８）、ＲＡＭ３２
の所定エリアにねじ締め情報（仮締めトルク値、ねじ込
み開始時の速度オフセット値、仮締め開始時の速度勾配
・最高回転）を読み込む（♯９）。

【００１８】次に、モータ駆動部２７からのモータ正転
指令があれば（♯１０）、前記ねじ締め情報に基づいて
モータ５を正転させてねじ込みを開始する。そして、ね
じの頭部座面がワークに到達すると、ねじ締めの負荷ト
ルクが増加し、この負荷トルクをＡ／Ｄ変換部３０でＡ
／Ｄ変換してトルク値として読み込み（♯１１）、予め
設定した仮締めトルク値に達したかどうか判断する（♯
１２）。仮締めトルク値に達していなければ、モータ５
が最高回転に達するのを待って（♯１３）、速度勾配を
０にセットする一方（♯１４）、モータ５が最高回転に
達していなければ、これまでの読み込んだ速度勾配をそ
のまま指示し（♯１５）、♯１０に戻る。

【００１９】♯１２において、検出値が予め設定した仮
締めトルク値に達すると、モータ５に回転停止指令を送
る（♯１６）。ここで、モータ端子電圧検出部３６によ
って、モータ５の端子電圧の極性が変わる瞬間、即ちモ
ータ５がこれまでの回転方向とは反対の方向に反転する
瞬間を確認すると（♯１７）、ＲＡＭ３２の所定エリア
にねじ締め情報（本締めトルク値、本締め開始時の速度
オフセット値、本締め時の速度勾配・最高回転）を読み
込む（♯１８）。

【００２０】♯１９では、♯１６のモータ停止指令発信
後、リングギア部１９ｄの歪み（撓み）が元に戻ること
に伴ってモータ５が反転しはじめる瞬間をモータ正転指
令として、前記ねじ締め情報に基づいてモータ５を正転
させて本締めを開始する。この場合、モータ５が反転し
はじめる瞬間、即ちモータが停止する瞬間を検出して直
ちにモータ５に正転指令を発信することができるので、
仮締め完了後のオーバーシュートの影響は本締めに影響
しない。

【００２１】♯２０では、本締めに伴って負荷トルクが
増加し、この負荷トルクをＡ／Ｄ変換部３０でＡ／Ｄ変
換してトルク値として読み込む。トルク値が予め設定し
た本締めトルク値に達していなければ（♯２１）、モー
タ５が最高回転に達するのを待って（♯２２）、速度勾
配を０にセットする一方（♯２３）、モータ５が最高回
転に達していなければ、これまでの読み込んだ速度勾配
をそのまま指示し（♯２４）、♯１９に戻る。

【００２２】♯２１において、検出値が予め設定した本
締めトルク値に達するとモータ５に回転停止指令を送り
（♯２５）、この時の負荷トルクをＡ／Ｄ変換部３０で
Ａ／Ｄ変換してトルク値として読み込み、ピークトルク
値を検出する（♯２６）。ここで、モータ端子電圧検出
部３６によって、モータ５の端子電圧の極性が変わる瞬
間、即ちモータ５が一旦反転して停止する瞬間を確認す
ると（♯２７）、その瞬間までのこのモータのオーバー
シュート分の影響を含んだ検出トルク値のピーク値を表
示部３４に表示する（♯２８）。

【００２３】♯２９及び♯３０において、前記ピークト
ルク値が予め設定したトルク値の許容範囲内（上限又は
下限）にあるか判断し、許容範囲内になければ上限又は
下限の異常表示を行う一方（♯３１、♯３２）、許容範
囲内にあれば表示部３４にＯＫ表示を行い（♯３３）、
良否判定出力部３５により良否判定が出力される（♯３
４）。

【００２４】♯３５ではねじ締め情報（逆転トルク値、
逆転開始時の速度オフセット値、食い付き解除時の速度
勾配・最高回転）をＲＡＭ３２の所定エリアに読み込
み、＃３６のモータ逆転指令に基づいてモータ５を短時
間逆転させ、ねじ頭とドライバビット２３の食い付きを
解除する。♯３７では、逆転時の負荷トルクをＡ／Ｄ変
換部３０でＡ／Ｄ変換してトルク値として読み込み、こ
のトルク値が予め設定した逆転トルク値に達したかどう
か判断する（♯３８）。

【００２５】ここで、検出値が予め設定した逆転トルク
値に達していなければ、モータ５が最高（逆転）回転に
達するのを待って（♯３９）、速度勾配を０にセットす
る一方（♯４０）、モータ５が最高（逆転）回転に達し
ていなければ、これまでの読み込んだ速度勾配をそのま
ま指示し（♯４１）、♯３６に戻る。♯３８において、
検出値が予め設定した逆転トルク値に達すると、♯４２
のモータ停止指令に基づいてモータ５を停止させ、♯４
３のドライバビット上昇復帰指令に基づいてドライバビ
ット２３を上昇させる。

【００２６】以上で、１サイクルを完了し次のスタート
指令を待つ。図６〜８は、標準データの変更動作を示す
フローチャートである。ＲＡＭ３２の所定エリアに書き
込まれた標準データを変更する場合は、ねじ締め情報
（ねじ込み開始時の速度オフセット値、仮締め時の速度
勾配及び最高回転、仮締めトルク値、仮締め完了後の再
スタート指令値、本締め開始時の速度オフセット値、本
締め時の速度勾配及び最高回転、本締めトルク値、下限
トルク値、上限トルク値、逆転開始時の速度オフセット
値、食い付き解除時の速度勾配・最高回転、逆転時の最
大トルク値、表示補正値）の中の変更したい情報を読み
出し、テンキー２９ａで所望の値に変更することが可能
である（♯５１〜８２）。

【００２７】上記実施例においては、モータ反転検出手
段としてモータ５の端子電圧を検出するモータ端子電圧
検出部３６を設けたが、モータの種類、精度、価格等に
応じて例えばツェナーダイオードの定電圧効果と整流効
果とを利用する手段、モータと直列に負荷抵抗を接続し
てモータの負荷電流を検出する手段、エンコーダ・タコ
ジェネ・ホール素子等を使用してモータの回転数を検出
する手段等を設けることも可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上の本発明によれば、モータの回転停
止指令発信後にモータの慣性（運動エネルギー）による
影響がなくなってモータが停止すると直ちにギア部の歪
み（撓み）が元に戻ることに伴ってモータがこれまでの
回転方向とは反対の方向に反転する際のトルク増加分を
除き、しかもモータの回転停止指令後のオーバシュート
分の影響を考慮した、実際のねじ締めに要した締め付け
トルクを締め付け毎に正確に検出し、表示することがで
きるという効果を奏する。

【００２９】また、本発明によれば、モータ停止時点を
タイマ時間により決めるのではなく、モータの確実な停
止を検出しているため、ギア部を持たないセンサを用い
たねじ締め機にも利用でき、この場合には、締め付け完
了時にモータが停止すると無駄な時間を待つことなく直
ちに締め付けを完了することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る自動ねじ締め機の構成
を示すブロック図である。

【図２】本発明の一実施例に係る自動ねじ締め機の動作
を示すフローチャートである。

【図３】本発明の一実施例に係る自動ねじ締め機の動作
を示すフローチャートである。

【図４】本発明の一実施例に係る自動ねじ締め機の動作
を示すフローチャートである。

【図５】本発明の一実施例に係る自動ねじ締め機の動作
を示すフローチャートである。

【図６】本発明の一実施例に係る自動ねじ締め機の標準
データの変更動作を示すフローチャートである。

【図７】本発明の一実施例に係る自動ねじ締め機の標準
データの変更動作を示すフローチャートである。

【図８】本発明の一実施例に係る自動ねじ締め機の標準
データの変更動作を示すフローチャートである。

【図９】小ねじ（Ｍ６×１５）に平座金を介在させて焼
き入れナットにねじ込んだ状態を示す図である。

【図１０】図９におけるトルク特性図である。

【符号の説明】

１ 自動ねじ締め機本体 ５ モータ １９ 差動遊星ギア機構 ２０ 歪み管 ２３ ドライバビット ２７ モータ駆動部 ３４ 表示部 ３６ モータ端子電圧検出部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータの回転を受けて回転するドライ
   バビットの反力トルクを検出するトルク検出手段と、モ
   ータの回転を減速するギア部とを具備したギアドセンサ
   を用いた自動ねじ締め機において、 上記モータに回転停止指令を発した後、モータが反転す
   る瞬間を検出するモータ反転検出手段と、 上記モータ反転検出手段がモータの反転の瞬間を検出し
   た時点までのギアドセンサの検出トルク値のピーク値を
   表示する表示手段とを有することを特徴とする自動ねじ
   締め機。
2. 【請求項２】 上記モータ反転検出手段は、モータの
   端子電圧の極性が変わる瞬間を検出するモータ端子電圧
   検出手段であることを特徴とする請求項１記載の自動ね
   じ締め機。
3. 【請求項３】 モータの回転を受けて回転するドライ
   バビットの反力トルクを検出するトルク検出手段を備え
   た自動ねじ締め機において、 上記モータに回転停止指令を発した後、モータが反転す
   る瞬間を検出するモータ反転検出手段と、 上記モータ反転検出手段がモータの反転の瞬間を検出し
   た時点までのトルク検出手段の検出トルク値のピーク値
   を表示する表示手段とを有することを特徴とする自動ね
   じ締め機。