JP2001121359A - 自動ねじ締め機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】タッピングねじの締め付けにおいて、めねじの
形成が完了した後にトルク制御によるねじ締めを行うこ
とができる自動ねじ締め機の提供。 【解決手段】本発明は、タッピングねじがめねじを形成
する時に発生するトルクに対応するタッピング電流値
と、タッピングねじがめねじを形成するのに要するめね
じ形成回転角度と、タッピングねじの締付けトルクに対
応する締付け電流値とを記憶し、タッピングねじの締め
付け開始からモータ２の電流値を検出し、これがタッピ
ング電流値に達すると、エンコーダによる検出回転角度
がめねじ形成回転角度に達するまでモータ２を回転駆動
し、その後モータ２の電流値を検出してこれが締付け電
流値に達するまでモータ２を駆動する制御ユニット４を
備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワークにねじを締
め付ける時に用いられる自動ねじ締め機に関するもので
ある。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】一般にタッピングねじ
を締め付けた時のトルクの変動は、図４に示すような２
つの起伏を有するカーブとなって現れる。最初の起伏Ａ
は、タッピングねじがワークの下穴にめねじを形成して
いる時に発生するトルクによるものであり、その次の起
伏Ｂは、タッピングねじの頭部がワーク表面に着座して
から発生する正規の最終締付けトルクによるものであ
る。このように、タッピングねじの締付けにおいては、
締付け初期に最終的な締付けトルクに近いめねじ成形ト
ルクが発生するため、トルク制御によるねじ締めが困難
であった。これに鑑みて、タッピングねじの締付けにあ
たっては、締付け時のねじの回転角度を検出してこれが
設定した角度になるとねじ締め作業を完了する、所謂角
度法によるねじ締めが適用されることが多いが、この角
度法によるタッピングねじの締付けにおいては、角度設
定が非常に難しく、ねじの締付け過剰または締付け不足
を容易に発生させてしまっていた。

【０００３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題に鑑
みて創成されたものであり、モータの駆動を受けて回転
可能かつタッピングねじの頭部に係合可能なドライバビ
ットと、モータの回転角度を検出可能なエンコーダとを
有し、前記ドライバビットによってワークにタッピング
ねじを締め付ける自動ねじ締め機であって、タッピング
ねじがめねじを形成する時に発生するトルクに対応する
タッピング電流値と、タッピングねじがめねじを形成す
るのに要するめねじ形成回転角度と、タッピングねじの
締付けトルクに対応する締付け電流値とを記憶し、タッ
ピングねじの締め付け開始からモータの電流値を検出
し、これがタッピング電流値に達すると、エンコーダに
よる検出回転角度がめねじ形成回転角度に達するまでモ
ータを回転駆動し、その後モータの電流値を検出してこ
れが締付け電流値に達するまでモータを駆動する制御ユ
ニットを備えていることを特徴とする。

【０００４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１において、１は螺入にともな
ってワークにめねじを成形するタイプのタッピングねじ
（図示せず）の締め付けに特に適した自動ねじ締め機で
あり、回転駆動源の一例であるモータ２の駆動を受けて
回転可能なドライバビット３を備えている。前記モータ
２は、ＡＣサーボモータであって、出力軸にかかる負荷
が変動しても回転速度を一定に保つことができるととも
に、内蔵のエンコーダ（図示せず）により回転角度を検
出できるように構成されている。また、前記ドライバビ
ット３はタッピングねじの頭部に形成される駆動穴に係
合可能に構成されており、その先端付近はタッピングね
じを吸着保持できるように磁化されている。

【０００５】この自動ねじ締め機１の制御ユニット４
は、前記モータ２と電気的に接続されるメインコントロ
ーラ５と、タッピングねじがめねじを成形し始める時に
発生するタッピングトルク値、タッピングねじがめねじ
成形に要する回転角度（以下、めねじ形成角度とい
う）、タッピングねじの着座時点で発生する仮締めトル
ク値、タッピングねじの最終的な締付けトルク値（以
下、本締めトルク値という）などの設定パラメータの手
動入力が可能な操作部６と、この操作部６によって入力
された前記設定パラメータ、既定の固有パラメータ及び
これらのパラメータを利用して所定のねじ締め動作を行
うねじ締めプログラム等を記憶する記憶部７と、各種情
報を表示する表示部８と、前記ドライバビット３等を昇
降させるための昇降手段（図示せず）等外部機器との間
で信号を入出力するための入出力部９と、モータ２の電
流値を検出可能な電流検出部１０とを備えている。

【０００６】前記操作部６から入力されたタッピングト
ルク値、仮締めトルク値及び本締めトルク値は、それぞ
れのトルク値に対応する電流値（以下、タッピング電流
値、仮締め電流値、本締め電流値という）として記憶部
７に記憶される。これらのトルク値は、事前にねじ締め
試験によってタッピングねじの締付け試験を行い、この
試験結果に基づいて決定される。また、めねじ形成角度
も、ねじ締め試験により、タッピングトルクの発生する
位置からめねじが完全に成形される位置（着座直前の位
置）までの回転角度が調べられ、これに基づいて最適と
判断される回転角度が設定されている。

【０００７】前記メインコントローラ５は、メイン制御
部１１と、前記電流検出部１０によって検出されたモー
タ２の電流値を取得し、これをメイン制御部１１から送
られるタッピング電流値、仮締め電流値、本締め電流値
と比較し、結果をメイン制御部１１に返す電流処理部１
２と、メイン制御部１１からの指令信号を受けてモータ
２の駆動制御を行うモータ駆動部１３と、エンコーダの
信号を解析してある位置からの回転角度を求め、これを
めねじ形成角度と比較し、結果をメイン制御部１１に返
す位置制御部１４とを備えている。このメインコントロ
ーラ５は、タッピングねじの締め付けに際し、図２乃至
図３に示すように、 １）ねじ締め開始指令信号が入力されると、メイン制御
部１１は昇降手段に下降指令信号を出力するとともにモ
ータ駆動部１３にモータ高速駆動指令信号を出力する。
（タイマ作動） ２）電流処理部１２でモータ２の電流値を取得する。 ３）このモータ２の電流値をタッピング電流値と比較
し、タッピング電流値に達している時は、５）にジャン
プする。 ４）メイン制御部１１でタイマのカウント時間を取得
し、これが締付け設定時間に達していない時は、２）に
戻る。達している時は１５）にジャンプする。 ５）位置制御部１４でエンコーダの信号から実回転角度
を読み取る。 ６）実回転角度をめねじ形成角度と比較し、めねじ形成
角度に達した時は８）にジャンプする。 ７）メイン制御部１１でタイマのカウント時間を取得
し、これが締付け設定時間に達していない時は、５）に
戻る。達している時は、１５）にジャンプする。 ８）電流処理部１２でモータ２の電流値を取得する。 ９）このモータ２の電流値を仮締め電流値と比較し、仮
締め電流値に達している時は１１）にジャンプする。 １０）メイン制御部１１でタイマのカウント時間を取得
し、これが設定締付け時間に達していない時は、８）に
戻る。達している時は、１５）にジャンプする。 １１）メイン制御部１１からモータ駆動部１３にモータ
低速駆動信号を出力する。 １２）電流処理部１２でモータ２の電流値を取得する。 １３）このモータ２の電流値を本締め電流値と比較し、
これが本締め電流値に達した時はメイン制御部１１から
モータ駆動部１３にモータ停止指令信号が出力されると
ともに、表示部８に締め付け完了表示指令信号及びトル
ク表示指令信号を出力し、１６）にジャンプする。 １４）メイン制御部１１でタイマのカウント時間を取得
し、これが所定の締付け設定時間に達していない時は、
１２）に戻る。 １５）メイン制御部１１からモータ駆動部１３にモータ
停止指令信号、表示部８に異常表示指令信号をそれぞれ
出力する。 １６）昇降手段に上昇指令信号を出力する。 １７）完了。 となるねじ締め制御を行うように構成されている。

【０００８】上記自動ねじ締め機１においては、ねじを
ドライバビット３の先端に吸着保持した後、ねじ締め開
始信号の入力があると、メイン制御部１１は、昇降手段
（図示せず）に下降指令信号を出力するとともに、モー
タ駆動部１３にモータ高速駆動指令信号を出力する。こ
れにより昇降手段が下降するとともに、モータ２が高速
回転駆動する。したがって、ドライバビット３に保持さ
れたタッピングねじは、ワークにめねじを形成しながら
螺入され始める。この時、モータ２の電流値は電流検出
部１０によって検出され、電流処理部１２に送られる。
電流処理部１２は、この電流値をメイン制御部１１から
送られるタッピング電流値と比較する。これが所定時間
内にタッピング電流値に達しない場合は、メイン制御部
１１においてねじ締め異常と判断され、表示部によって
ねじ締め異常表示がなされる。

【０００９】モータ２の電流値がタッピング電流値に達
すると、メイン制御部１１は位置制御による締付けを実
行する。つまり、モータ２の電流値がタッピング電流値
に達して後は、そこからのモータ２の実回転角度が位置
制御部１４により求められ、これがめねじ形成角度と随
時比較されるのである。この時、実回転角度が設定時間
内にめねじ形成角度に達しない場合は、メイン制御部１
１においてねじ締め異常と判断され、表示部８によって
ねじ締め異常表示がなされる。

【００１０】モータ２の実回転角度がめねじ形成角度に
達すると、メイン制御部１１は再度トルク制御による締
め付けを行う。つまり、メイン制御部１１において記憶
部７に記憶されている仮締め電流値及び本締め電流値が
読み出され、これが電流処理部１２に送られるととも
に、電流処理部１２では、このメイン制御部１１から送
られた電流値データと電流検出部１０によって検出され
たモータ２の検出電流値とが比較される。この時、検出
電流値が所定時間内に仮締め電流値または本締め電流値
に達しない場合は、メイン制御部１１においてねじ締め
異常と判断され、表示部８によってねじ締め異常表示が
なされる。

【００１１】検出電流値が仮締め電流値に達すると、メ
イン制御部１１はモータ駆動部１３にモータ低速駆動指
令信号を出力する。これによって、モータ２は低速回転
駆動に切り換えられる。この低速駆動下で検出電流値が
本締め電流値に達すると、メイン制御部１１は、モータ
駆動部１３にモータ停止指令信号を出力するとともに、
入出力部９から昇降手段に上昇指令信号を出力する。こ
れによってモータ２の駆動が停止するとともに、昇降手
段が上昇してドライバビット３が上昇復帰する。また、
これと同時にメイン制御部１１は、最終的なモータ２の
電流値をトルク値に換算し、表示部８に完了表示指令信
号及びトルク表示指令信号を出力する。これにより、表
示部８においては、ねじ締めが完了表示及びトルク表示
がなされる。

【００１２】以上のように、タッピングねじの締め付け
におけるめねじ成型時初期のトルクをモータ２の電流値
によって検出し、そこから一定回転角度モータ２を駆動
するようにすると、めねじ成形時に発生するトルクを仮
締めトルクまたは本締めトルクとみなしてタッピングね
じの締付け初期にねじ締めを完了してしまうようなこと
もなくなる。また、複数本のタッピングねじを順次締め
付ける場合には、全てのタッピングねじにおいて、確実
にめねじを成形し終わってからトルク制御による締付け
を行うことができるため、各タッピングねじの締付け時
間にばらつきが生じてしまうようなこともない。さら
に、モータ２の電流値比較を行う構造であるため、トル
クセンサなどのトルク検出手段等を必要とせず、極めて
軽量コンパクトな自動ねじ締め機を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自動ねじ締め機の概略説明図であ
る。

【図２】本発明に係る自動ねじ締め機の制御処理の前半
部分を示すフローチャート図である。

【図３】本発明に係る自動ねじ締め機の制御処理の後半
部分を示すフローチャート図である。

【図４】タッピングねじを締め付けた時のトルクカーブ
を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 自動ねじ締め機 ２ モータ ３ ドライバビット ４ 制御ユニット ５ メインコントローラ ６ 操作部 ７ 記憶部 ８ 表示部 ９ 入出力部 １０ 電流検出部 １１ メイン制御部 １２ 電流処理部 １３ モータ駆動部 １４ 位置制御部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】モータの駆動を受けて回転可能かつタッピ
   ングねじの頭部に係合可能なドライバビットと、モータ
   の回転角度を検出可能なエンコーダとを有し、前記ドラ
   イバビットによってワークにタッピングねじを締め付け
   る自動ねじ締め機であって、 タッピングねじがめねじを形成する時に発生するトルク
   に対応するタッピング電流値と、タッピングねじがめね
   じを形成するのに要するめねじ形成回転角度と、タッピ
   ングねじの締付けトルクに対応する締付け電流値とを記
   憶し、 タッピングねじの締め付け開始からモータの電流値を検
   出し、これがタッピング電流値に達すると、エンコーダ
   により検出される回転角度がめねじ形成回転角度に達す
   るまでモータを回転駆動し、その後モータの電流値を検
   出してこれが締付け電流値に達するまでモータを駆動す
   る制御ユニットを備えていることを特徴とする自動ねじ
   締め機。