JP2001162460A - 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トルク
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、タッピングねじの最終締付けトルク
に対応する最終締付けトルクとを記憶し、タッピングね
じの締め付け開始からトルクセンサ４によりドライバビ
ット３に作用する軸トルクを検出し、これがタッピング
トルクに達すると、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、
その後トルクセンサ４による検出トルクが最終締付けト
ルク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、このドライバビットに作用する軸トルクを検出
可能なトルクセンサと、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タ
ッピングトルクと、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、タッピングねじの最
終締付けトルクとを記憶し、タッピングねじの締め付け
開始からトルクセンサの検出トルクとタッピングトルク
とを比較し、これがタッピングトルクに達すると、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、その後トルクセンサ
の検出トルクが最終締付けトルク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と、このモータ
２の駆動を受けて回転可能なドライバビット３と、この
ドライバビット３に作用する軸トルクを検出可能なトル
クセンサ４とを備えている。

【０００５】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。

【０００６】この自動ねじ締め機１の制御ユニット１０
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１１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、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、タッピングねじの最終締付けトルク（以下、本締め
トルクという）などの設定パラメータの手動入力が可能
な操作部１２と、この操作部１２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１３と、各種情報を表
示する表示部１４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１５と、トルクセンサ４
の信号を増幅する増幅部１６と、この増幅部１６によっ
て増幅されたトルク信号をディジタル変換するＡ／Ｄ変
換部１７とを備えている。

【０００７】前記操作部１２から入力されたタッピング
トルク、仮締めトルク及び本締めトルクは記憶部１３に
記憶される。これらのトルクは、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たものである。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。

【０００８】前記メインコントローラ１１は、メイン制
御部２１と、トルクセンサ４による検出トルクを取得
し、これをメイン制御部２１から必要に応じて選択的に
送られるタッピングトルク、仮締めトルク、本締めトル
クの何れかと比較し、結果をメイン制御部２１に返すト
ルク処理部２２と、メイン制御部２１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２３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２１に返す位置制御部２４とを備えている。

【０００９】前記メインコントローラ１１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２１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２３にモータ高速駆動指令信号を出力する。
（タイマ作動） ２）トルク処理部２２でトルクセンサ４の検出トルクを
取得する。 ３）この検出トルクをタッピングトルクと比較し、タッ
ピングトルクに達している時は、５）にジャンプする。 ４）メイン制御部２１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２４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２１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）トルク処理部２２でトルクセンサ４の検出トルクを
取得する。 ９）この検出トルクを仮締めトルクと比較し、仮締めト
ルクに達している時は１１）にジャンプする。 １０）メイン制御部２１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２１からモータ駆動部２３にモータ
低速駆動信号を出力する。 １２）トルク処理部２２でトルクセンサ４の検出トルク
を取得する。 １３）この検出トルクを本締めトルクと比較し、これが
本締めトルクに達した時はメイン制御部２１からモータ
駆動部２３にモータ停止指令信号が出力されるととも
に、表示部１４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２１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２１からモータ駆動部２３にモータ
停止指令信号、表示部１４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。

【００１０】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２１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２３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、ドライバビットに作用する軸
トルクは、トルクセンサ４によって検出され、増幅部１
６及びＡ／Ｄ変換部１７を介してトルク処理部２２に送
られる。トルク処理部２２は、この検出トルクをメイン
制御部２１から送られるタッピングトルクと比較する。
これが所定時間内にタッピングトルクに達しない場合
は、メイン制御部２１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。

【００１１】検出トルクがタッピングトルクに達する
と、メイン制御部２１は位置制御による締付けを実行す
る。つまり、検出トルクがタッピングトルクに達して後
は、そこからのモータ２の実回転角度が位置制御部２４
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２１において
ねじ締め異常と判断され、表示部１４によってねじ締め
異常表示がなされる。

【００１２】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２１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２１において記憶
部１３に記憶されている仮締めトルク及び本締めトルク
が読み出され、これがトルク処理部２２に送られるとと
もに、トルク処理部２２では、このメイン制御部２１か
ら送られたトルクデータとトルクセンサ４によって検出
された検出トルクとの比較判定が行われる。この時、検
出トルクが所定時間内に仮締めトルクを経由して本締め
トルクに達しない場合は、メイン制御部２１においてね
じ締め異常と判断され、表示部１４によってねじ締め異
常表示がなされる。

【００１３】検出トルクが仮締めトルクに達すると、メ
イン制御部２１はモータ駆動部２３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トルクが
本締めトルクに達すると、メイン制御部２１は、モータ
駆動部２３にモータ停止指令信号を出力するとともに、
入出力部１５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２１は、表示部１４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１４においては、ねじ締めが完了表示
及び締付けトルク表示がなされる。

【００１４】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トルクセンサによ
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不具合の
発生がなくなる。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。このため、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がな
い。さらに、トルクセンサによる検出トルクはドライバ
ビットに作用する実トルクであるため、検出トルクの信
頼性が極めて高く、よって、信頼性が高くかつ正確なタ
ッピングねじの締付けを行うことが可能である。

【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 トルクセンサ １０ 制御ユニット １１ メインコントローラ １２ 操作部 １３ 記憶部 １４ 表示部 １５ 入出力部 ２１ メイン制御部 ２２ トルク処理部 ２３ モータ駆動部 ２４ 位置制御部

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年７月１４日（２０００．７．１
４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【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、このドライバビットに作用する軸トルクを検出
可能なトルクセンサと、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初期の段階で発
生するタッピングトルクと、タッピングねじの締付け開
始からタッピングトルクが発生するまでに要するタイマ
計測時間と、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、タッピングねじの最終締付
けトルクとを記憶し、タッピングねじの締め付け開始か
らタイマ計測時間が経過するまでの間トルクセンサの検
出トルクとタッピングトルクとを比較し、検出トルクが
タイマ計測時間内にタッピングトルクに達するとエンコ
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、その後トルクセンサの
検出トルクが最終締付けトルク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。

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、このド
   ライバビットに作用する軸トルクを検出可能なトルクセ
   ンサと、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タッピ
   ングトルクと、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、タッピングねじの最終締
   付けトルクとを記憶し、 タッピングねじの締め付け開始からトルクセンサの検出
   トルクとタッピングトルクとを比較し、これがタッピン
   グトルクに達すると、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、その後トルクセンサの検出トルクが最終締付けト
   ルク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。