JPS6020871A - 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】 産業上の利用分野 本発明は、カメラなどに用いられる小ねじから自動車な
どに用いられる大型ねしにわたる一般的なねじの締め付
は機に関するものである。

従来例の構成とその問題点 従来の電動又は空気圧式などのねし締め槻に用いている
トルク制御の方法は、クラッチ板をバネ圧で圧接し、こ
のバネ圧を調節設定することによってクラッチが伝達す
る最大回転トルクを制限するごとき構造のものが多く用
いられている。このような機械的摩擦に依存する方法で
は、伝達する回転トルクを精度良く制御することは通常
困難で、２０〜３０％のトルクバラツキが生ずるのが普
通である。

父、別の方法として、機械的クラッチを用いず、電気モ
ータに流れる電流値を測定し、この電流値が設定した値
以上になるとモータ電流を停止させる方法のものがある
。この方法の場合、モータの電流値が増大するのは、次
第にねじが締め付けられきて、モータ回転が拘束され、
モータ停止の直前で電流が急激に増大するものであり、
電流値の増加を検出した時には、すでにねじは締め終っ
ている状態にある。従ってその後で、モータの電流を切
っても、締め付はトルクの制御には、実質的になってい
ないので、３０％以上のトルクバラツキが普通化じてい
る。

発明の目的 本発明は、上記のモータ電流の測定の如き間接的なねじ
締めトルクの計測手段では々く、又バネ圧による機械的
な摩擦の設定の如き不安定な要素に依存するのではなく
、実際にねじに加えられる締め付はトルクそのものを直
接的に計測し、しかもその計測方法は回転トルクを非接
触で計測でき、この計測値によって、回転トルクの駆動
源（モータ）を制御する方式で精度の良いねじ締めトル
ク制御を実施できる手段を提供するものである。

発明の構成 本発明はねじ締め回転駆動源となるモータと、その回転
力を伝達するシャフトと、このシャフトに固着して設け
られ、ねじ頭に接してねじを締めるビットとがあり、ね
じの締め付は時に生ずる−に記シャフトの微小な捩じれ
を検出するために、該シャフトに固着して設けた２枚の
スリット板と、このスリットを照射する光源と、スリッ
トを通過する光量を計測する受光器と、受光器からの信
号を増巾し、上記モータの回転を制御する制御回路から
構成されており、ねじに加へられている回転トルク量の
計測値でモータ駆動を制御するので、締め付はトルク精
度のよいねじ締めを行える効果があり、更に回転トルク
の計測は、回転部分とは非接触状態で行える特長を有し
、これは、回転の負荷にならず、そして摩耗が無がない
という効果がある。

実施例の説明 以下本発明の一実施例について図を用いて説明する。第
１図は、ねじ締め器の一実施例の全体構成を表したもの
であシ、破線１で示しているのは外装の輪郭形状を表し
たもので、その内部に、回転１駆動源となるモータ２が
あり、このモータの回転は、回転速度を減じ、トルク増
を行うための減速器３に直結されている。ここではモー
タと減速器を含めて駆動源と見なしている。この駆動源
による回転はシャフト４（シャフトの軸受は図では省略
しているが外装置によって支持されている）を介して外
装の外にある連結部７を回転させる。

連結部にはビット８が挿入嵌合されて、ビットの先端部
でねじを回転し締めつける。ねじには多種類があって、
ねじの頭部の形状も種々ある。例えば代表的なものでは
プラスねじと呼ばれるものは十形の凹部を有し、マイナ
スねじは一形の凹部を有する。これら使用するねじの頭
部形状に応じて形状の合致する先端形状を一方の端に有
し、他方を連結部に挿入嵌合する形状を有した、ビット
８が第１図の如く連結される。以上の構成でねし頭部に
ビットを嵌合して押しつけモータを回転すればねじが回
転し締め付けが実行される。

ここで、ねじの締め付けが進むに従って、ねじ回転は拘
束されはじめ、更にモータが回転を続けるとシャフト４
に捩じれによる変形が生ずる。この捩じれを計測する手
段がシャフト４に設けられており、この構造を次に詳述
する。

第２図にシャフトの断面図を示しているが、シャフト４
には削った部分の変形容易部４′が設けられていて、同
図Ｃにその斜視図を示す。シャフト４に捩じれ力が加へ
られると４′の部分で変形か生じる。この変形容易部４
′を挾んだ位置に、２枚のスリット板６ａと６ｂをそれ
ぞれの取付金具５ａと５ｂを介して、両スリット板が接
しない、わずかな間Ｉ徐をもって固着して設ける。この
スリット板は、第３図に示すようなスリット１３を全円
周にわた９中心点１５を基準とした放射状に配置してい
る。これらのスリットの形状寸法は重要で、全てのスリ
ットは同一形状で、かつ等ピッチである。そのピッチが
第３図の如く、Ｐであるとき、１つのスリットの１１］
は３ＡＰとする。

今このスリット部１３が光が通過できる透明であるとき
はスリット部以外は不透明の遮光部とする３、このよう
なスリット板の製作は、例えばスリッｉ・板の基材が金
属のような不透明の場合は、透光部を窓のように切り抜
いて、これをスリットとする。文通に基イオが、ガラス
や樹脂の透明なものを用いるときは、白黒写真フィルム
の製法で黒色で不透明部を設けることは容易であり、寸
法的にも高精度に製作できる。

第２図の２枚のスリット板６ａと６ｂはこのようにして
製作した全く同じものを２枚用意して、前述のようにシ
ャフト４に固着きせるのであるが、この２枚のスリット
板の回転角方向の固着位置について次に、説明する。

１つの方法は、２枚のスリット板のスリット１３が完全
に重なる位置（２枚のスリットを通過する光量が最大）
に設ける場合であり（第４図の１６）他の方法は２枚の
スリットが完全にずれる位置（２枚のスリットを通過す
る光量が最少）に設ける場合である（第４図の１７）。

この両方法のどちらを選択するかは任意で、シャフト４
の捩じれ変形に応じて光量を増大方向に変化させるか、
又は減少方向に変化させるかで必要な方を選択すること
ができる。

次に、スリットを照射する光源９ａとその通過光を受光
し電気信号に変換する受光部９ｂを固定して設ける。光
源は通常の白熱電球や、発光ダイオードなどが使用でき
、受光部にはフ−Ａｔ・ｌ・ランジスタや、太陽電池片
を用いる。但し、受光部の受光面積はスリット１３との
特定の重要な関係を要する。第３図の破線１４で囲一つ
だ面積は受９′色面を表したもので、そのｄ〕は正確に
スリットのピッチＰの整数倍（ｎ倍）とする。このよう
な正確な寸法の受光面を得るには、正確な寸法で透光部
を設けたマスクを第２図の１０の如く受光部９ｂの前に
置くことで実現できる。

以上のようなスリットの巾３ＡＰと、スリットのピッチ
Ｐと受光面（マスク透光部）の１］（ｎ−Ｐ）との寸法
関係から成るとき、光源９ａから発した光が１本又はそ
れ以上のスリットを通り受光部に達する総ｙｔ、量はス
リット板の回転移動に関係なく一定である。これは受光
面（マスク透光部１４）と重なるスリットの総面積がス
リット板のどのような回転角に対しても一定であるから
当然である。

但し２枚のスリット板の同時に行う回転移動に対しては
一定であるが、シャフト４が捩じれて、２枚の重なるス
リット位置がずれスリット面積が変化（増大又は減少）
することによるスリット通過光計の変化は、その捷＼受
光量変化となる。

このような構成によって、シャフトか回転する速度には
無関係で、シャフトの捩じれ最に応じた光電変換出力が
受光部から得られる。この出力信号を増１〕回路１１に
よって必要な信号の大きさに増巾する。

第４図のシャフトの捩じれが零のとき光電出力が最大（
破線１６の場合）であれは、捩じれに応じて光電出力は
減少し、シャフトの捩じれかＰ／２に至った時光電出力
は最少となる。これが更に捩じれると次に光電出力は増
加に転するので、捩じれ角はＰ／２に至る範囲を通常の
使用範囲となるよう、シャフトの変形容易部の形状と、
スリットの巾の設定（設計）を行う。捩じれ角かＰ／２
を越える領域での使用も、別の情報処理手段と併用する
ことによって可能であるがこ＼では省略する。

以上の如く増ｌＪ回路１１の出力値によって、シャフト
４のねじれ量、すなわちねじに加えられている締め付け
トルクを計測できるものであり、破計夕１１部は回転し
ていても、これらと光を介して１測しているため、光源
及び受光部は固定のｌＸ非接触削側合実現できる。第１
図の制御回路１２ｂはねじ締め中のモータ２の１駆動制
御を行うと共に、トルク設定部１２ａに手動で設定され
た目標ねし締めトルク値と、上記増巾回路１１からＫｎ
られる計測中の値とを、比較判断し、開側トルクが、目
標トルクに達した瞬間に、モータ１の電流を遮断する制
御を行う。このような比較判断制御はマ・ｆコンなどの
機能を応用ずれば容易に構成できる。

なお、シャフト４には第２図の如く変形容易部４′を設
けているので、この部分の弾性変形の限界を越へる大き
な捩じれ力が加えられると破かいする恐れがある。これ
を未然に防ぐため、シャフトの捩じれ角が使用範囲を越
えて変形させない構造として第２図りのように変形容易
部４１の両側に微少な間隙を介して、ストッパー４〃と
４′′／　を備えることもできる。これらのストッパー
は片方支持のため、通常の使用状態では捩じれ力は加わ
らないが、変形容易部４′が大きく変形した場合ストッ
パーとの間隙を越えて接触し、捩じれに対する抵抗した
支えとなる。これによって使用範囲を越える大きなトル
クから保護するととがてき、その作用が始まるレベルは
ストッパーとの間隙の寸法によって設定できる。

発明の効果 以上のように本発明は、ねじ締め回転駆動となるモータ
とその回転をねじ締めビットに伝達するシャフトと、該
シャフトの一部に変形容易部を設け、これを鋏んだ両側
にスリット板を固着し、そのスリットへ光を照射し、ス
リットの通過光量を光電変換して電気信号として得るこ
とによって、ねじへ加へられている回転トルク量を計測
し、この計測値を用いてモータの駆動を制御する構成に
よって、締め付はトルク精度の良いねじ締めが行え、更
に回転部とは非接触の計測方式により、長寿命で高い信
頼性を得られるなど実用的効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるネジ締め機と回転ト
ルク計測及び計測と制御を行う電気回路のブロック図、
第２図Ａはねじ締めトルクを計測する非接触方式のねじ
締め機の断面図、第２図Ｂはシャフトに２枚のスリット
板を取付金具を介して固着した状態を示す同斜視図、第
２図Ｃはシャフトとその一部に設けた変形容易部の形状
例を表す斜視図、第２図りは変形容易部の弾性変形を越
える過大な変形から保護するためのストッパーを設けた
シャフトの平面図、第３図はスリット板の部分平面図、
第４図はシャフトの捩じれ量と受光部より得られる光電
出力量との関係を示したグラフである。 ２・・・９１．モータ、３・・・・・・減速器、４・・
・・・・シャフト、４′・・・・・・変形容易部、４“
、４＃・・・・ストッパー、６ａ。 ６ｂ・・・・・・スリット板、９ａ・・・・・・光源、
９ｂ・・・・・受：）Ｙ、部、１１・・・・増幅回路、
１２ａ・・・トルク設定部、１２ｂ・・・・・・制御回
路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ねじ締め回転の駆動源となるモータと減速器と、
   その回転力をねじに伝達するシャフトと、スリットを多
   数個円周上に配置して設けた２枚のスリット板と、上記
   シャフトの一部に捩じれ変形を生じ易くした変形容易部
   を設け、この変形容易部を挾んで軸方向両側に、それぞ
   れ上記ス１ノ、ト板を固着し、この２枚のスリット板の
   スリットの一方から光を照射する位置に設けた光源、ス
   リッＩ・全通過した光を受光する位置に設けられ、光電
   変換を行う受光部と、この受光部からの信号を増巾する
   増巾回路と、目標とするねじ締めトルク値を設定できる
   トルク設定部と、この設定値と、上記増ｒｊＪ回路の出
   方値を比較判断して、上記モータ電流の制御を行う制御
   回路とから成るねじ締め機。
2. （２）前記スリット板は、同一形状のスＩ）　ソトを等
   間隔に全周にわたって放射状に配置して設け、このスリ
   ットを通過した光を受光する受光部の円周方向の巾を、
   上記スリットのピッチの整数倍とした特許請求の範囲第
   １項記載のねじ締め機。
3. （３）前記ンー・フト日、変形容易部に近接した位置に
   微小な間隙を介して設けたストッパーを備えた特許請求
   の範囲第１項記載のねじ締め磯。