JPH06287B2 - 自動ねじ締め機の制御装置 - 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ットの持つ慣性
の影響を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］ 最近、ねじ締め完了時のドライバビットの持つ慣性の影
響を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が開発されてい
る。この自動ねじ締め機は、第３図および第４図に示す
ようにドライバ本体1の一端に固定されたモータ2を有し
ており、このモータはＡＣ、ＤＣのいずれでもよく、ま
たブラシ付モータ、ブラシレスモータのいずれであつて
もよい。前記モータ2には、その回転を受けて差動遊星
機構3の一部をなす入力円板4が一体に回転するように配
置されている。この入力円板4の外周には複数個の遊星
コーン5が配置され、その円周溝5aが前記入力円板4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5の円錘面5cの裏面に位置する平坦面5bには前記入
力円板4と同心上で回転するカムディスク6が摩擦係合す
るように配置されている。しかも、このカムディスク6
にはこれと一体に回転するようにドライバビット8が連
結されており、モータ2の回転がドライバビット8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5の外周には変速リング7がその
円錐面5cと摩擦係合して回転するように配置されてお
り、この変速リング7は一端が回動自在に保持されたア
ーム9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7はその摩擦係合位置が高速側に位置するよ
うにばね10により付勢されており、このばね10と前記ア
ーム9とからなる弾力保持部材により変速リング7の摩擦
係合位置が規制され、減速比の最大値および締付けトル
クが決定されるように構成されている。

［発明が解決しようとする課題］ この自動ねじ締め機では、モータ2が回転してねじ締付
けを開始すると、ドライバビット8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7が回動
する。この変速リング7の回動による軸心方向の移動量
はばね10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7に生じるばね10への押圧力とばね10の撓
みにより生じる弾性力と均衡する位置まで変速リング7
が移動する。前記ドライバビット8に係る負荷が増大す
ると、変速リング7はさらに遊星コーン5の縁部まで徐々
に移動し、ドライバビット8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支障なく
行われる。この場合、締付け完了がドライバビット8の
回転停止により検出されるように構成されているため、
電源異常、その調整不足、モータの異常等によってモー
タが所定の回転をしなかったり、ビットの曲り等により
無負荷時にもかかわらずドライバビットの回転が極端に
遅かったりすると、この時点でドライバビット8の回転
が停止したと検出され、モータ2への回転指令が発信さ
れず、ただちにモータ2への電圧供給が遮断され、モー
タ2が停止してしまってねじ締付け作業を行うことがで
きない等の欠点が生じている。また、ねじ締付け中にド
ライバビット8に設けられた回転検出部（図示せず）の
センサが故障していたり、センサと制御装置との接触不
良、センサの検出面へのゴミ等の付着があつて、出力パ
ルスが発信されないことがあると、締付け途中にもかか
わらず締付け完了としてただちにモータ2への電圧供給
が遮断され、モータ2が停止することがある。この時に
は、締付け不良にもかかわらず、正常な締付けと表示さ
れ、正確な締付け判定ができない等の欠点が生じてい
る。

本発明は上記欠点の除去を目的とするもので、差動遊星
機構の変速リングが遊星コーンの円錐面上の零回転位置
まで移動して締付が完了したのをドライバビットの回転
停止により検出するとともに、ドライバビットが回転し
たのを確認して後、ドライバビットの回転停止を検出す
るように構成した制御装置を提供しようとするものであ
る。

［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ィスクとを介して
ドライバビットが連結されている。また、前記遊星コー
ンの外周にはこれと摩擦係合する変速リングが配置さ
れ、ドライバビットに係る負荷により変速リングが反力
を受け、この反力を弾力保持部材が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パワー供給部が
接続されている。

また、前記ドライバビットの回転を一定時間検出する回
転検出部およびこの回転検出部の出力パルスを計数する
カウンタが設けられている。さらに、前記カウンタのカ
ウント終了信号によりゲートを開いて前記出力パルスを
通過させるアンド回路が設けられている。このアンド回
路の出力は、前記アンド回路を通過する出力パルスのパ
ルス幅を検出してドライバビットの停止を判断する停止
判断部に接続されており、しかもこの停止判断部はパワ
ー供給部からの正転電圧を遮断する正転電圧遮断指令信
号を切換手段に送るとともにパワー供給部から逆転電圧
をモータに供給する逆転指令信号を切換手段に送る制御
部に接続されている。

［作用］ 上記自動ねじ締め機では、作業スタート信号により切換
手段が作動し、モータに所定の電圧が供給され、モータ
が回転する。このモータの回転が遊星コーンと変速リン
グとの摩擦係合位置で決まる減速比でドライバビットに
伝達され、ドライバビットがねじを締付ける。同時に、
ドライバビットの回転が回転検出部で検出される。回転
検出部の出力パルスが一定時間カウンタで計数され、設
定値に達すると、カウント終了信号が発信される。この
カウント終了信号がアンド回路のゲートを開いて前記回
転検出部の出力パルスが停止判断部に送られる。停止判
断部が出力パルスのパルス幅の検出を開始する。

この状態で、ねじ締付けが開始されて、ドライバビット
に係る負荷に応じて変速リングに反力トルクが加わる
と、変速リングが回動しながら、その軸心方向に移動す
る。さらに、前記モータが回転を継続すると、変速リン
グがその軸心方向に移動していき、その減速比が大きく
なり、ついには無限大となつて、ドライバビットが停止
し、停止判断部から停止検出出力が発信される。この停
止検出出力が切換手段に送られ、パワー供給部からの電
圧が遮断される。同時に、切換手段に逆転指令信号が発
信され、モータを逆転させる制御部が作動する。そのた
め、モータは逆転し、遊星コーンおよび変速リングが僅
かに逆転し、これらの摩擦係合位置が高速側の原位置に
復帰し、次回の作業に備えることができる。

一方、作業スタート信号によりモータが始動して後、電
源異常、その調整不足、モータ異常等によりモータが所
定の回転をしなかったり、ドライバビットの曲り等によ
り無負荷時にもドライバビットの回転が極端に遅かった
り、また回転検出部内のセンサが故障していたり、セン
サと制御装置との接触不良があつたり、センサの検出面
にゴミが付着していたりして、出力パルスが発信されな
かったりすると、一定時間内に出力パルスがカウンタに
加わらず、カウンタはカウント終了信号を発信しない。
そのため、このような場合には出力パルスが停止判断部
に送られず、ドライバビットの停止が検出されないこと
となり、サイクルタイムオーバにより締付不良が検出さ
れる。

［実施例］ 以下、実施例を図面について説明する。第１図におい
て、Ａは第３図に示す自動ねじ締め機の制御装置であ
り、この制御装置Aは前記自動ねじ締め機のモータ（本
実施例ではＤＣモータについて説明する。）2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11を有し、この作業スタート部11は昇降手段12に
接続されている。この作業スタート部11は起動時の誤動
作を防ぐために初期カット用パルス発生部13を介して後
記する回転確認部14のカウンタ14a、ラッチ回路14b、停
止判断部15のフリップフロップ15aにそれぞれ接続さ
れ、後記する回転確認部14のラッチ出力、停止判断部15
のフリップフロップの反転出力をそれぞれリセットする
とともに後記する設定器14cの設定値をカウンタ14aにセ
ットするように構成されている。また、前記作業スター
ト部11は正転制御部16に接続されており、この正転制御
部16は後記する切換手段17に正転指令信号を送るように
構成されている。さらに、前記正転制御部16は停止判断
部を構成するフリップフロップ15aの反転出力を受けて
遮断指令信号を発信するように構成されている。

一方、前記モータ2には切換手段17を介してパワー供給
部18が接続されており、またこの切換手段17には後記す
る第２パルス発生部29からの信号を受けて逆転指令信号
を発信する逆転制御部20が接続されており、パワー供給
部18から正転電圧よりも低い逆転電圧をモータ2に供給
するように構成されている。

また、前記制御装置Aは自動ねじ締め機のドライバビッ
ト8の昇降に支障のない位置であればどこでもよいが、
ドライバビット8の回転を検出する回転検出手段22を有
している。この回転検出手段22はドライバ本体（図示せ
ず）と一体に昇降自在かつドライバビット8と一体に回
転するスリット円板23とその一端のスリットの移動路に
対応して配置された回転検出部24とを有している。この
回転検出部24は前記スリット円板23のスリットの通過を
検出するとその間出力パルスを発信するように構成され
ており、この出力パルスが増幅部25、波形整形部26、出
力パルスのエッジを検出する微分回路27を介して、回転
確認部14に送られるように構成されている。

前記回転確認部14は、作業スタート信号が発信されてか
ら通常モータ2が高速に達するまでの時間T1が設定され
た第１遅延回路28と、この遅延出力を受けて通常後記す
るカウンタ14aの設定値に所定高速回転下の出力パルス
幅を乗じて得られる時間よりもわずかに長い時間T_p1に
相当するパルス幅を持つパルスを発生する第１パルス発
生部19と、この第１パルス発生部19のパルスと高速指令
信号とが発信されている間出力を発信する第１アンド回
路30と、第１アンド回路30から出力が発信されている間
ゲートを開いて前記出力パルスを通過させる第２アンド
回路31とを有している。

また、前記回転確認部14は設定器14cに設定される設定
値を前記出力パルスの入力により順次減算するカウンタ
14a、前記カウンタ14aのカウント終了信号を一時保持す
るラッチ回路14bおよびそのラッチ出力すなわち回転確
認信号によつてゲートを開いて前記出力パルスを通過さ
せる第３アンド回路32を有している。

前記カウンタ14aは、前記第２アンド回路31のゲートが
開いている間、すなわち第１パルス発生部19からパルス
が出力されている間カウント可能となり、前記第１パル
ス発生部19から出力パルスが出力されない時リセット状
態となるように構成されている。

前記ラッチ回路14bの出力は前記第３アンド回路32のゲ
ートを開く一方で、インバータを介してオア回路33に接
続されて停止判断部15のタイマ15bをリセット状態にす
るように構成されている。

前記停止判断部15は、パルス幅検出器の一例をなすタイ
マ15b、前記第３アンド回路32の出力信号を遅延してタ
イマ15bをセットする第２遅延回路34、前記タイマ15bの
タイムアップ信号を記憶する記憶器の一例をなすフリッ
プフロップ15aからなっている。前記タイマ15bは、前記
回転確認部14のラッチ回路14bから回転確認信号が発信
されると、回転検出部24からの出力パルスを微分して得
られるエッジ検出パルスによりリセットされるととも
に、第２遅延回路34により決まるほんの僅かな時間経過
後、ただちにセットされるように構成されている。ま
た、このタイマ15bはセットされて所定時間Ta経過して
も回転検出部24から次の出力パルスが発信されない時タ
イムアップ信号を発信してこれをフリップフロップ15a
に出力するように構成されている。さらに、前記フリッ
プフロップ15aは前記タイマ15bのタイムアップ信号を受
けてその出力を反転し、その反転出力により前記正転制
御部16から発信される正転指令信号を遮断するように構
成されている。また、前記フリップフロップ15aの反転
出力は第３遅延回路35に送られ、通常回転しているモー
タ2が停止するに必要な時間T3だけ遅延させて後、第２
パルス発生部29に供給されるように構成されている。こ
の第２パルス発生部29は第３遅延回路35の出力信号を受
けると、前記逆転制御部20に所望逆転時間T_P2のパルス
信号を発信して逆転制御部20から逆転指令信号を切換手
段17に送り、所定時間だけパワー供給部18からモータ2
に逆転電圧を供給するように構成されている。また、前
記第２パルス発生部29はマシンサイクル完了検出部36を
介してドライバビット8の昇降手段12を作動させてドラ
イバビット8を上昇復帰させるように構成されている。

また、図示はしないが、作業スタート信号によりサイク
ルタイムオーバ検出部が作動するように構成されてお
り、その出力が前記正転制御部16に正転電圧遮断指令信
号として供給されるとともに、前記第３遅延回路35に供
給し、異常が表示されるように構成されている。

前記自動ねじ締め機の制御装置では、第２図a、bに示す
ように作業スタート部11の出力信号により昇降手段12が
作動し、ドライバビット8が下降する。同時に、作業ス
タート部11の出力信号が正転制御部16を介して切換手段
17に供給され、第２図cに示すようにパワー供給部18か
ら正転電圧xがモータ2に供給されるモータ2の回転にと
もなって入力円板（図示せず）、遊星コーン（図示せ
ず）、カムディスク（図示せず）および変速リング（図
示せず）でなる差動遊星機構（図示せず）を介してドラ
イバビット8が回転し、ねじ締付けが開始される。

前記モータ2を始動して後、第２図d1、d2に示すよう
に、電源異常、その調整不足、モータ2の異常等によつ
てモータ2が所定の回転をしなかったり、ビットの曲り
等により無負荷時にもかかわらずドライバビット8の回
転が極端に遅かったり、また回転検出手段22の回転検出
部24内のセンサが故障していたり、センサと制御装置と
の接触不良、センサの検出面へのゴミ等の付着があつ
て、出力パルスを発信しなかったりすると、第１パルス
発生部19のパルスにより決まる時間T_p1内に、カウンタ1
4aの設定値が零まで減算されないので、第２図e1に示す
ようにカウンタ14aはカウント終了信号を発信しない。
そのため、第３アンド回路32のゲートは閉じた状態に保
持され、停止判断部15には出力パルスが入力せず、タイ
マ15bはリセット状態に保持される。この状態で、モー
タ2は回転を継続すると、サイクルタイムオーバ検出部
がサイクルタイムオーバを検出し、締付不良としてこれ
を外部に知らせることができる。

一方、前記モータ2が始動して後、回転検出部24から正
常に出力パルスが発信されると、この出力パルスは第２
図d3に示すように波形整形されて後、回転確認部14のカ
ウンタ14aに送られる。前記出力パルスが、第１パルス
発生部19のパルスにより決まる時間T_p1内に設定器14cに
設定された設定値だけ換算カウントされると、カウンタ
14aからカウント終了信号が発信され、第２図e2に示す
ようにそのカウント終了信号がラッチ回路14bで一時保
持される。このラッチ回路14bの出力信号は回転確認信
号として第３アンド回路32に送られるので、そのゲート
が開き、以後の出力パルスが停止判断部15に供給される
タイマ15bが所定設定時間Taを時間計上する前に、出力
パルスが連続して供給される場合は、次の出力パルスに
より前記タイマ15bがリセットされ、タイマ15bはタイム
アップ信号を発信しない。また、前記タイマ15bはリセ
ット後ただちにセットされ、次の出力パルスに備える。
この状態で、ねじ締付が進み、ドライバビット8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
ライバビット8の回転が停止する。ドライバビット8の回
転が停止すると、回転検出部24からの出力パルスが発信
されなくなり、タイマ15bが所定時間Taを時間計上し、
タイムアップ信号を発信する。前記タイムアップ信号が
フリップフロップ15aに加わり、第２図fに示すようにフ
リップフロップ15aの出力が反転する。この反転出力が
正転制御部16および切換手段17を作動させ、パワー供給
部18からモータ2への電圧供給が遮断される。

同時に、前記フリップフロップ15aの反転出力は第３遅
延回路35に供給され、第２図hに示すように前記モータ2
の通常停止するに必要な時間T3だけ遅延され、第２パル
ス発生部29に供給される。

この第２パルス発生部29は第２図hに示すように所定時
間幅T_p2のパルス信号を発信し、これを逆転制御部20に
供給する。この逆転制御部20はそのパルス信号が発信さ
れる間、切換手段17に逆転指令信号を送り、パワー供給
部18から正転電圧xよりも低い逆転電圧ｙをモータ2に供
給する。モータ2は僅かに逆回転して停止するが、モー
タ2の逆回転にともなって遊星コーンおよび変速リング
が逆転する。そのため、ドライバビット8に係る逆転方
向の負荷に応じて遊星コーンと変速リングとの摩擦係合
位置が高速側の原位置に復帰し、変速リング、カムディ
スクおよび遊星コーンのロックがモータ2側から解除さ
れる。

また、前記第２パルス発生部29からのパルス信号はマシ
ンサイクル完了検出部36に供給され、その出力信号が第
２図iに示すように昇降手段12に供給され、これを作動
させてドライバビット8を上昇させ、次回の作業に備え
る。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明はモータの回転を入力円
板、遊星コーン、カムディ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ッ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、ドライバビットの回転にともなって発信される
出力パルスを検出し、この出力パルスが確実に発信され
たのを確認して後、前記出力パルスのパルス幅を検出し
て締付けの完了を検出するように構成しているため、電
源異常、その調整不足、モータの異常等によつてモータ
が所定の回転をしなかったり、ビットの曲り等により無
負荷時にもかかわらずドライバビットの回転が極端に遅
かったり、また回転検出部内のセンサが故障していた
り、センサと制御装置との接触不良、センサの検出面へ
のゴミ等の付着があって、ドライバビットの回転にとも
なって所定の出力パルスが発信されないような場合に
は、これを確実に検出して、締付け不良として判定する
ことができ、確実に所定トルクで締付けを行うことがで
きる等の利点がある。また、本発明はドライバビットが
確実に回転していることを認識して後ドライバビットの
停止を確認し、締付完了を検出するように構成している
ため、異常表示時にモータ、ドライバビットの回転を目
視することにより間接的に異常締付けの原因を追及する
ことができる等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のブロック図、第２図は第１図のタイム
チャート、第３図は本発明に係わる自動ねじ締め機の全
体説明図、第４図は第３図の自動ねじ締め機の要部断面
図、第５図は本発明に係わる差動遊星機構の出力軸の持
つトルク−回転数特性曲線図である。 Ａ 制御装置、 １ ドライバ本体、 ２ モータ、 ３ 差動遊星機構、 ４ 入力円板、 ５ 遊星コーン、 ５ａ 円周溝、 ５ｂ 平坦面、 ５ｃ 円錐面、 ６ カムディスク、 ７ 変速リング、 ８ ドライバビット、 ９ アーム、 １０ ばね、 １１ 作業スタート部、 １２ 昇降手段、 １３ 初期カット用パルス発生部、 １４ 回転確認部、 １４ａ カウンタ、 １４ｂ ラッチ回路、 １４ｃ 設定器、 １５ 停止判断部、 １５ａ フリップフロップ、 １５ｂ タイマ、 １６ 正転制御部、 １７ 切換手段、 １８ パワー供給部、 １９ 第１パルス発生部、２０ 逆転制御部、 ２２ 回転検出手段、 ２３ スリット円板、 ２４ 回転検出部、 ２５ 増幅部、 ２６ 波形整形部、 ２７ 微分回路、 ２８ 第１遅延回路、 ２９ 第２パルス発生部、 ３０ 第１アンド回路、 ３１ 第２アンド回路、 ３２ 第３アンド回路、 ３３ オア回路、 ３４ 第２遅延回路、 ３５ 第３遅延回路、 ３６ マシンサイクル完了検出部、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ドライバ本体(1)の一端にモータ(2)を固定
   し、このモータ(2)にその回転を受けて回転する入力円
   板(4)とその外周に摩擦係合する遊星コーン(5)とこれに
   摩擦係合するカムディスク(6)とを介してドライバビッ
   ト(8)を連結するとともに前記遊星コーン(5)の外周に摩
   擦係合する変速リング(7)を配置してドライバビット(8)
   に係る負荷トルクにより変速リング(7)に加わる反力を
   弾力保持部材により受けるように構成した自動ねじ締め
   機において、 モータ(2)に切換手段(17)を介してパワー供給部(18)を
   接続する一方、 ドライバビット(8)の回転を一定時間検出する回転検出
   部(24)を設け、この回転検出部(24)の出力パルスを計数
   するカウンタ（14a）を設け、このカウンタ（14a）のカ
   ウント終了信号によりゲートを開いて前記出力パルスを
   通過させるアンド回路を設け、さらにこのアンド回路を
   通過する出力パルスのパルス幅を検出してドライバビッ
   トの停止を判断する停止判断部(15)を設け、この停止判
   断部(15)の出力を受けるとパワー供給部(18)からの正転
   電圧を遮断する正転電圧遮断指令信号を切換手段(17)に
   送るとともにパワー供給部(18)から逆転電圧をモータ
   (2)に供給する逆転指令信号を切換手段(17)に送る制御
   部を設けたことを特徴とする制御装置。