JP2002086320A - 自動ねじ締め機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複数のエア圧を切り換えて正確なねじの締付け
を行うことができる自動ねじ締め機の提供。 【解決手段】エアシリンダ２の駆動を受けて往復移動可
能かつサーボモータ７の駆動を受けて回転可能なドライ
バビット８と、このドライバビット８によって締付けら
れるねじの締め込み位置を検出可能なエンコーダ７ｂと
を有し、ねじを締付ける過程で必要となるエアシリンダ
２への供給エア圧がねじの締付け過程に応じて複数種設
定されるとともに、前記エンコーダ７ｂが検出したねじ
の締め込み位置に応じて所定の供給エア圧に対応する信
号を出力可能な制御手段２０と、この制御手段２０から
の出力信号に応じてエアシリンダ２に供給するエアの圧
力を調整制御する電空レギュレータ３とを備えている。

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
付ける自動ねじ締め機に関するものであり、詳しくはエ
アシリンダ等のエア圧駆動による往復駆動源のエア圧を
制御することによりねじ締め時の推力を調整する自動ね
じ締め機に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動ねじ締め機では、ねじを締め付けて
いく過程で締付トルクが増大した場合、ドライバビット
に適正な推力を付与しておかないと、ドライバビットが
ねじの駆動穴から外れてしまい、ねじの駆動穴を損傷す
る現象が発生する。これに鑑みて、従来からねじを締め
付ける過程で推力を変更するタイプの自動ねじ締め機が
使用されている。この種の自動ねじ締め機としては、特
開平６−２６２４５３号公報に開示されたねじ締め装置
がよく知られている。このねじ締め装置の概略を説明す
ると、このねじ締め装置は、ワークにねじを締め付ける
過程において３ポイントの位置検出を行い、この位置検
出結果に応じてねじに付与される推力を変更するように
したものである。この推力の変更は、ドライバビットに
推力を付与するサーボモータとねじ直動機構とから成る
往復駆動源において、サーボモータの駆動制御を行うこ
とにより実現される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ねじに与える推力を変
更する場合、急激に推力を変更するとその衝撃でドライ
バビットとねじの駆動穴との係合が解かれる所謂カムア
ウトが発生したり、あるいはねじ、ドライバビット、ド
ライバビットの駆動系等の各部に衝撃が加わってこれら
の損傷を招いたりしてしまう。このため、推力は徐々に
変更するのが好ましいが、上記自動ねじ締め機では、サ
ーボモータの電気的な制御により推力を変更するように
なっているため、推力を徐々に変更するためには、サー
ボモータに負荷する電流値の増減勾配情報等に基づいた
制御が必要になり、制御系が極めて複雑になる問題があ
った。

【０００４】一方、エアシリンダを往復駆動源に用いた
自動ねじ締め機も知られているが、このようなエアシリ
ンダ等のエア圧駆動機器においては、エア圧を絞る程度
の比較的簡単な回路でエア圧が急激に変化しても推力を
滑らかに変動させる構造を得ることができるが、複数の
エア圧を切り換えて利用するためには、エアシリンダ、
エア圧回路等が極めて複雑になってしまう等の問題が発
生していた。

【０００５】

【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、エアの圧力で作動する往復
駆動源と、この往復駆動源の駆動を受けて往復移動可能
かつ回転駆動源の駆動を受けて回転可能なドライバビッ
トと、このドライバビットによって締付けられるねじの
締め込み位置を検出可能な位置検出手段とを有する自動
ねじ締め機であって、ねじを締付ける過程で必要となる
前記往復駆動源への供給エア圧がねじの締付け過程に応
じて複数種設定されるとともに、前記位置検出手段が検
出したねじの締め込み位置に応じて所定の供給エア圧に
対応する信号を出力可能な制御手段と、前記制御手段か
らの出力信号に応じて往復駆動源に供給するエアの圧力
を調整制御する電空レギュレータとを備えていることを
特徴とする。

【０００６】また、本発明は、エアの圧力で作動する往
復駆動源と、この往復駆動源の駆動を受けて往復移動可
能かつ回転駆動源の駆動を受けて回転可能なドライバビ
ットと、このドライバビットによって締付けられるねじ
の締め込み位置を検出可能な位置検出手段とを有する自
動ねじ締め機であって、少なくとも、ねじ締めに伴って
ねじがワークに着座する手前まで前記往復駆動源に供給
されるエアの第１設定エア圧と、ねじがワークに着座す
る手前からねじ締めが完了するまで前記往復駆動源に供
給されるエアの第２設定エア圧とが予めねじの種類に応
じて複数登録設定されるとともに、締付けるねじの種別
を認識してこれに対応する第１設定エア圧および第２設
定エア圧を読み込み、前記位置検出手段が検出したねじ
の締め込み位置に応じて第１設定エア圧に対応する信号
または第２設定エア圧に対応する信号を出力可能な制御
手段と、前記制御手段からの出力信号に応じて往復駆動
源に供給するエアの圧力を調整制御する電空レギュレー
タとを備えていることを特徴とするものでもある。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
の形態を説明する。図１において符号１はワークにねじ
を締結する時に用いられる自動ねじ締め機であり、圧縮
エアの給配に応じて伸長、収縮するピストンロッド２ａ
を備えたエアシリンダ２を有している。このエアシリン
ダ２と圧縮エアの供給源Ｓとは電空レギュレータ３及び
ポート切換用の電磁弁４を介して接続されている。この
電空レギュレータ３は、電気的な信号に応じて供給源Ｓ
から供給された圧縮エアの圧力（以下、エア圧という）
を調整制御するように構成されたものであり、エアシリ
ンダ２は、この電空レギュレータ３によって圧力が変更
された圧縮エアで作動するようになっている。ちなみ
に、エアシリンダ２は、ポート２ｂから圧縮エアが供給
されると、ピストンロッド２ａが伸長し、ポート２ｃか
ら圧縮エアが供給されるとピストンロッド２ｂが収縮す
るようになっている。なお、前記電空レギュレータ３
は、特開平７−３６５５１号公報によって公知のもので
あるので、ここでは詳細な説明は省略する。

【０００８】前記エアシリンダ２のピストンロッド２ａ
には、当該ピストンロッド２ａの伸長、収縮にともなっ
て前進後退するよう、ドライバテーブル５が一体に連結
されている。このドライバテーブル５は案内軸６に摺動
自在に挿通してあり、このドライバテーブル５には駆動
軸７ａを備えたサーボモータ７が設置されている。この
サーボモータ７は特許請求の範囲に記載した位置検出手
段の一例であるエンコーダ７ｂを備えたものであり、こ
のエンコーダ７ｂにより前記駆動軸７ａの回転角度を検
出できるようになっている。また、駆動軸７ａには、ね
じの頭部駆動穴に係合可能な係合部８ａを備えたドライ
バビット８が伝達軸９を介して直結的に連結されてい
る。さらに、前記伝達軸９には、外周方向に突出する被
検出部１０が設けられており、ねじ締め作業時、これが
後述するセンサ１３によって検出されるように構成され
ている。

【０００９】前記ドライバテーブル５の前方には、ドラ
イバテーブル５から延びる支持軸５ａによって常時吊り
下げ支持され、かつ前記案内軸６に沿って摺動自在に配
置されたチャックテーブル１１が設けられている。前記
支持軸５ａはチャックテーブル１１を挿通可能であるた
め、チャックテーブル１１は、所定の位置までドライバ
テーブル５と一緒に下降し、ストッパ（図示せず）に係
止することで、所定の前進位置においてドライバテーブ
ル５に対して停止するように構成されている。

【００１０】前記チャックテーブル１１には、前記ドラ
イバビット８の移動路上にねじを一旦保持可能なチャッ
クユニット１２が取り付けられている。このチャックユ
ニット１２は、ねじ供給装置（図示せず）から供給され
るねじを保持可能かつ前記ドライバビット８の前進にと
もなって押し開けられるように構成されたチャック爪１
２ａを備えて構成されている。また、前記チャックテー
ブル１１には、センサ１３が取り付けられており、この
センサ１３によって前記被検出部１０を検出できるよう
になっている。

【００１１】符号２０は制御手段を示す。この制御手段
２０は、制御部２１と、この制御部２１からの指令を受
けて前記サーボモータ７への負荷電流を変更するモータ
駆動部２２と、締付けるねじの種別コード、このねじの
種別コードに対応して個々に設定される推力切換角度、
最終締付角度、推力情報等の設定パラメータおよび固有
の制御パラメータ・制御プログラム等が登録・記憶され
た記憶部２３と、前記設定パラメータ等のねじ締めに必
要な情報を入力可能な操作部２４と、ねじ締めに係る情
報を表示する表示部２５とを備えている。

【００１２】前記記憶部２３に登録された各推力情報
は、対応するねじを着座手前まで締付ける場合に必要な
低推力を発生されるためのエアシリンダ２への供給エア
圧（以下、第１設定エア圧という）と、対応するねじを
着座手前から締付け完了状態まで締付ける場合に必要な
高推力を発生させるためのエアシリンダ２への供給エア
圧（以下、第２設定エア圧という）とから成る。

【００１３】前記制御部は、図２及び図３に示すよう
に、 （Ｓ０１）スタート指令信号の入力を待つ。 （Ｓ０２）ねじの種別コードを認識して、これに対応す
る第１設定エア圧、第２設定エア圧、推力変更角度、最
終締付角度を読み込む。 （Ｓ０３）第１設定エア圧に相当する第１設定エア圧信
号を電空レギュレータ３に送るとともに、モータ駆動部
２２にモータ駆動指令信号を出力する。 （Ｓ０４）センサ１３の信号の入力を待つ。 （Ｓ０５）エンコーダ７ｂの検出した駆動軸７ａの回転
角度（以下、検出角度という）を読み込む。 （Ｓ０６）検出角度と推力変更角度とを比較し、検出角
度が推力変更角度に達していない場合は（Ｓ０５）に戻
る。 （Ｓ０７）第２設定エア圧に相当する第２設定エア圧信
号を電空レギュレータ３に送る。 （Ｓ０８）エンコーダ７ｂの検出角度を読み込む。 （Ｓ０９）検出角度と締付け完了角度とを比較し、検出
角度が締め付け完了角度に達していない場合は（Ｓ０
８）に戻る。 （Ｓ１０）モータ駆動部２２にモータ停止指令信号を出
力するとともに、表示部２５に完了表示指令信号を出力
する。また、電磁弁４に作動指令信号を出力する。 （Ｓ１１）エンド。 となるねじ締め制御を行うようになっている。

【００１４】本自動ねじ締め機によりワーク（図示せ
ず）にねじを締付ける場合、まず、ねじがチャックユニ
ット１２に供給保持され、続いて電空レギュレータ３に
よって第１設定エア圧に相当する圧力に調整された圧縮
エアがエアシリンダ２にポート２ｂから供給される。こ
れにより、エアシリンダ２のピストンロッド２ａが伸長
し、ドライバテーブル５及びチャックテーブル１１を前
進させる。また、サーボモータ７にはモータ駆動部２２
から負荷電流が供給され、これを受けてサーボモータ７
が駆動し、ドライバビット８を回転させる。

【００１５】チャックテーブル１１は、チャックユニッ
ト１２のチャック爪１２ａ先端がワークに近接しかつこ
れが拡開可能な位置でストッパ（図示せず）の作用で停
止する。このようにチャックテーブル１１が停止して後
もドライバテーブル５等は下降を続けるため、ドライバ
ビット８は回転しながらチャックユニット１２内を前進
する。これにより、チャックユニット１２のチャック爪
１２ａに保持されたねじはワーク上に押し出され、ドラ
イバビット８に係合して回転伝達を受け、ワークに形成
されためねじに螺入される。この時、ねじには第１設定
エア圧に相当する低い推力が付与される。

【００１６】こうして所定の位置、つまりワークのめね
じ入口端面とねじの頭部座面との間隔が所定の間隔にな
る位置、までねじが螺入されると、センサ１３が被検出
部１０を検出する。このセンサ１３の検出信号を受けた
時点から、制御部２１はエンコーダ６ｂの検出角度に基
づく回転角度制御によるねじ締めを実行する。そして、
エンコーダ６ｂの検出角度が推力切換角度に達すると、
制御部２１は電空レギュレータ３に第２設定エア圧に相
当する第２エア圧信号を与える。これを受け、電空レギ
ュレータ３により第２設定エア圧に相当するエア圧に調
整された圧縮エアがエアシリンダ２のポート２ｂに供給
される。なお、推力切換角度は、被検出部１０がセンサ
１３によって検出された位置からねじがワークに着座す
る直前（ねじの頭部座面がワーク表面に当接する直前）
位置まで締め込まれるのに要する回転角度に設定してあ
る。よって、エア圧の切り換えは、ねじがワークに着座
する直前に行われることになる。

【００１７】エアシリンダ２、電空レギュレータ３等の
エア圧駆動機器では、エア圧を突然変更してもエアシリ
ンダ２のシリンダ内等の圧力上昇（降下）に所定の時間
を要するため、ねじに与えられる推力が急激に変化する
ことがない。このため、前述のようにねじがワークに着
座する直前にエア圧を変更すると、ねじの着座による締
付けトルクの増加にともなって推力を上昇させることが
でき、ねじのねじ山及び駆動穴、ドライバビット８の係
合部８ａ等の損壊を防止し、かつねじの締付けトルクの
上昇に合わせて推力を高め、カムアウトの発生をも抑制
することができる。

【００１８】前述のようにして推力が変更されて後、エ
ンコーダ７ｂの検出角度が最終締付角度に達する（ねじ
が締付け完了位置まで締め込まれる）と、サーボモータ
７が停止して表示部２５により締付け完了表示がなされ
る。そして、電磁弁４が作動して、エアシリンダ２への
エアの供給経路が切り換えられ、これによりエアシリン
ダ２のピストンロッド２ａが収縮し、ドライバテーブル
５、チャックテーブル１１等は原位置に復帰する。な
お、この一連のねじの締付け作業において、エンコーダ
７ｂの検出角度が所定時間内に推力変更角度または最終
締付角度に達しない時は、制御部２１から表示部２５に
異常表示指令信号が送られて表示部２５による異常表示
がなされるとともに、サーボモータ７の駆動が停止さ
れ、ねじの締付けが中止される。

【００１９】以上の説明では、ねじ締め状態に応じて２
段にエア圧を切り換える例について述べたが、ねじ締め
の過程に対応してさらに細かくエア圧を変更できるよ
う、制御部２１に３段以上の複数のエア圧を推力情報と
して設定し、エンコーダ７ｂの検出角度に応じてエア圧
を３段以上の複数段に切り換えることも可能である。こ
のように３段以上の複数段にエア圧を切り換えるように
しても上記同様の効果が得られ、しかも、ワークに下穴
及びめねじを形成して締付けられるセルフドリリングね
じ等の、締付け過程でワークに数種の加工処理を行うね
じの締付けにおいても、各加工処理における最適なエア
圧に切り換えてねじを容易かつ確実に締付けることがで
きるといった効果も得ることができる。

【００２０】また、上記説明では位置検出手段の一例と
して示したエンコーダ７ｂによる検出角度によりねじの
締め込み位置を検出しているが、これ以外にも、例えば
特開平１１−１５６６４９号に開示されているように、
ロータリエンコーダの信号からドライバビットの下降量
（下降位置）を検出することによっても、ねじの締め込
み位置は検出可能である。

【００２１】

【発明の効果】本発明の自動ねじ締め機によれば、電空
レギュレータを利用することにより簡単な構成で複数の
エア圧を制御して複数種のねじの締め付けに対応するこ
とができる。また、ねじの種別コードに応じた第１設定
エア圧と第２設定エア圧を選択し、これらをねじの着座
直前に切り換えるようにしているため、締付けトルクの
増加にともなって推力を増大させることができ、急激な
推力の増大にともなうねじ山、駆動穴、ドライバビット
等の損壊を防止できるとともにカムアウトの発生を防止
して正確なねじの締付けを行うことができる等の利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自動ねじ締め機の概略を示す説明図で
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である。

【符号の説明】 １ 自動ねじ締め機 ２ エアシリンダ ３ 電空レギュレータ ７ サーボモータ ７ａ 駆動軸 ７ｂ エンコーダ ８ ドライバビット １０ 被検出部 １３ センサ ２０ 制御手段 ２１ 制御部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エアの圧力で作動する往復駆動源と、この
   往復駆動源の駆動を受けて往復移動可能かつ回転駆動源
   の駆動を受けて回転可能なドライバビットと、このドラ
   イバビットによって締付けられるねじの締め込み位置を
   検出可能な位置検出手段とを有する自動ねじ締め機であ
   って、 ねじを締付ける過程で必要となる前記往復駆動源への供
   給エア圧がねじの締付け過程に応じて複数種設定される
   とともに、前記位置検出手段が検出したねじの締め込み
   位置に応じて所定の供給エア圧に対応する信号を出力可
   能な制御手段と、 前記制御手段からの出力信号に応じて往復駆動源に供給
   するエアの圧力を調整制御する電空レギュレータとを備
   えていることを特徴とする自動ねじ締め機。
2. 【請求項２】エアの圧力で作動する往復駆動源と、この
   往復駆動源の駆動を受けて往復移動可能かつ回転駆動源
   の駆動を受けて回転可能なドライバビットと、このドラ
   イバビットによって締付けられるねじの締め込み位置を
   検出可能な位置検出手段とを有する自動ねじ締め機であ
   って、 少なくとも、ねじ締めに伴ってねじがワークに着座する
   手前まで前記往復駆動源に供給されるエアの第１設定エ
   ア圧と、ねじがワークに着座する手前からねじ締めが完
   了するまで前記往復駆動源に供給されるエアの第２設定
   エア圧とが予めねじの種類に応じて複数登録設定される
   とともに、締付けるねじの種別を認識してこれに対応す
   る第１設定エア圧および第２設定エア圧を読み込み、前
   記位置検出手段が検出したねじの締め込み位置に応じて
   第１設定エア圧に対応する信号または第２設定エア圧に
   対応する信号を出力可能な制御手段と、 前記制御手段からの出力信号に応じて往復駆動源に供給
   するエアの圧力を調整制御する電空レギュレータとを備
   えていることを特徴とする自動ねじ締め機。