JP2003181727A - ねじ締め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複数のねじ締め位置にねじを締め付ける場合に
迅速な作業を実現するねじ締め装置の提供。 【解決手段】本発明は、ねじの頭部に係合可能なドライ
バビット１２を回転駆動するように構成されたねじ締め
ツール１０と、このねじ締めツール１０を往復移動させ
る往復移動手段２０とを備えている。ねじ締めツール１
０は、制御手段３０による動作制御により、ワークに所
定のねじを全て締付け終わるまでの間は予め設定された
待機位置パラメータに基づいて原点よりもワークに近い
待機位置Ａ点に復帰するように動作する。これにより、
逐一原点に復帰することがなくなるため、迅速なねじ締
め作業を行うことができる。また、待機位置Ａ点はワー
クのねじ締め位置毎に設定されており、よって、ねじ締
め位置毎のねじ締めサイクルタイムを安定させることが
可能になる。

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
め付けるねじ締め装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ワークにねじを締め付ける時には、従来
から様々なねじ締め装置が使用されている。その中で
も、一般に大量のねじを締め付ける現場においては、自
動機タイプのものが広く用いられている。この自動機タ
イプのねじ締め装置は、ねじに係合可能な構成のドライ
バビットをモータにより回転駆動するように構成したね
じ締めツールと、このねじ締めツールをドライバビット
の軸線方向に往復移動可能に保持する往復駆動ユニット
と、このねじ締めツールおよび往復駆動ユニットを一体
に移動操作するロボットユニットとから構成されてい
る。そして、ロボットユニットの作動によりねじ締めツ
ールをワーク上に設定される所定のねじ締め位置に移動
させて位置決めし、往復駆動ユニットの作動によりねじ
締めツールをワークに向かって移動させるとともに、モ
ータの駆動によりドライバビットを回転駆動し、ドライ
バビット先端に係合保持したねじをワークに締め付ける
処理を行うようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のね
じ締め装置においては、ワークに複数のねじ締めポイン
トが設定されているような場合、ねじ締めツールは、ね
じを締付け終わる度に往復駆動源の原点位置まで復帰
し、ロボットユニットにより次のねじ締めポイント上に
位置決めされている。通常、ねじ締め装置は様々なワー
クに対応してねじ締めを行わなければならないため、前
述の原点位置は十分に余裕を持った位置に設定される。
このため、ワークにねじを締め付ける際、ねじ締めツー
ルがワークに到達するのに時間がかかり、ねじ締め作業
のサイクルタイムが長くなってしまうとともに、ワーク
の形状に応じてサイクルタイムが変動してしまい、安定
したねじ締め作業を行うことができない等の不具合が発
生していた。

【０００４】

【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、ねじの頭部に係合可能なド
ライバビットを回転駆動するように構成されたねじ締め
ツールと、このねじ締めツールを往復移動させる往復移
動手段とを備えたねじ締め装置であって、ワークに所定
のねじを全て締付け終わるまでの間は予め設定された待
機位置パラメータに基づいて原点よりもワークに近いね
じ締めツールの待機位置にねじ締めツールを復帰動作さ
せる制御を行う制御手段を有していることを特徴とする
ものである。なお、前記待機位置パラメータはワーク上
のねじを締め付ける位置毎に設定されることが望まし
い。

【０００５】

【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はねじ締め装置
であり、ビット回転駆動用モータ１１（以下、回転用モ
ータ１１という）の出力軸１１ａにドライバビット１２
を連結して成るねじ締めツール１０と、このねじ締めツ
ール１０を前記ドライバビット１２の軸線方向に往復移
動可能に保持する往復移動手段２０と、これらの制御手
段３０とを備えている。

【０００６】前記ねじ締めツール１０においては、回転
用モータ１１の出力軸１１ａとドライバビット１２とが
直結される構造になっており、回転用モータ１１に対し
てドライバビット１２が軸方向に移動（緩衝動作）でき
ないように構成されている。また、ドライバビット１２
はねじを吸着保持できるよう、磁化されたものが採用さ
れている。

【０００７】前記往復移動手段２０は、ＡＣサーボモー
タである移動用モータ２１と、この移動用モータ２１の
出力軸２１ａの回転量を検出可能な位置検出手段の一例
であるエンコーダ２２と、前記移動用モータ２１の駆動
を受けて作動するボールねじ機構２３と、このボールね
じ機構２３の軸受部２３ｂに連結されたテーブル２４と
から成る推力付与手段を有している。この往復移動手段
２０におけるボールねじ機構２３は、ボールねじ軸２３
ａに軸受部２３ｂを螺合させて成る一般的なものであ
り、移動用モータ２１の駆動を受けてボールねじ軸２３
ａが回転することにより、軸受部２３ｂと前記テーブル
２４とをボールねじ軸２３ａの延びる方向に一体に移動
させ得るように構成されている。

【０００８】一方、前記制御手段３０は、前記回転用モ
ータ１１の駆動を制御するねじ締めツールコントローラ
４０（以下、ツールコントローラ４０という）と、前記
移動用モータ２１の駆動を制御するサーボ駆動コントロ
ーラ５０（以下、サーボコントローラ５０という）と、
これらコントローラ４０，５０からの信号に基づいて演
算処理を行う制御部６０とを備えている。

【０００９】前記ツールコントローラ４０は、回転用モ
ータ１１と接続されており、この回転用モータ１１の負
荷電流値に応じて回転用モータ１１の駆動／停止を切り
換えるように構成されている。つまり、ねじの締付け時
には、締付けトルクの増大に比例して増加する回転用モ
ータ１１の負荷電流値により、ねじが所定の締付けトル
クまで締め付けられたか否かを判断し、これが所定の値
になると、回転用モータ１１の駆動を停止するように構
成されている。

【００１０】また、前記サーボコントローラ５０は、往
復移動手段２０における移動用モータ２１およびエンコ
ーダ２２と接続されており、エンコーダ２２の出力する
パルス信号（移動用モータ２１の回転角度）とボールね
じ軸２３ａのリードとから軸受部２３ｂの移動量、すな
わちねじ締めツール１０の移動位置、を判別するように
なっている。そして、このねじ締めツール１０の移動位
置に応じて移動用モータ２１の駆動を制御するように構
成されている。

【００１１】ワークにねじ込まれるねじは、ワークに予
め形成されためねじにねじ込まれる一般的なねじ（以
下、一般ねじという）と、ワークに予め形成された下穴
にめねじを成形しながらねじ込まれるめねじ成形タイプ
のねじ（以下、タッピンねじという）と、ワークに下穴
とめねじとを成形しながらねじ込まれる下穴・めねじ成
形タイプのねじ（以下、ドリルねじという）とに大別す
ることができる。そして、これらのねじを締め付ける作
業の過程を分析すると、その過程でのねじ締めツール１
０の移動位置にねじの種類に応じた特徴点があることが
わかる。この特徴点をまとめたのが、図２であるが、同
図に示すように、ねじ締め作業過程におけるねじ締めツ
ール１０の移動位置の特徴点としては、 Ｏ点：原点 Ａ点：作業中のねじ締めツール１０の待機位置 Ｂ点：ねじ先端がワークに当接する手前までねじを移動
させた時の位置＝ねじ込み開始前の所定位置 Ｃ点：ドリルねじのねじ込みにおいて、ワークに下穴成
形を終える位置までドリルねじをねじ込んだ時の位置 Ｄ点：ドリルねじおよびタッピンねじのねじ込みにおい
て、下穴へのめねじ成形（タップ加工）が終わる位置ま
でドリルねじまたはタッピンねじをねじ込んだときの位
置 Ｅ点：ねじの頭部座面がワークに着座する付近までねじ
をねじ込んだ時の位置 Ｆ点：ワークに撓み等が発生していない正規の状態での
ねじ締め完了位置 Ｇ点：ねじ締めツールを最終的に到達させる目標位置で
あって、ねじ締め装置からねじに付与される推力等によ
りワークが撓んだ場合等のワーク表面のＦ点からのずれ
量等を考慮した位置 がある。この内、ねじ締めツール１０の作業中待機位置
Ａ点は、同一形状の複数のワークに対して順次ねじ締め
を行う場合や、一つのワークに対して複数のねじを締め
付ける場合等において、ねじ締めツール１０の原点（Ｏ
点）復帰を制限し、速やかに次のねじ締めポイントへの
ねじ締め動作に移行できるように設定されるものであ
る。

【００１２】本ねじ締め装置では、前記ねじ締め過程上
の特徴点を推力および速度の切換ポイントとし、これら
切換ポイントの内、ねじの種類に応じて必要なポイント
を設定してねじ締めを行う。そのために必要な制御パラ
メータは、図３に示すように、前記制御部６０における
例えばハードディスク装置、メモリ装置等の記憶部（図
示せず）に備えられた寸法データ設定テーブル、トルク
制御テーブル、速度テーブル、ねじ締めポイントテーブ
ルの各テーブルに設定される。

【００１３】前記寸法データ設定テーブルには、図３
（ａ）に示すように、ねじ種コード、ねじ長さ、ねじ穴
手前オフセット、Ｆ−Ｃ間距離、Ｆ−Ｄ間距離、Ｆ−Ｅ
間距離およびＦ−Ｇ間距離の各フィールドが設けられて
おり、ねじ種コード毎に、ねじの長さ、ねじ穴手前のオ
フセット量、Ｆ点からＣ点までの距離、Ｆ点からＤ点ま
での距離、Ｆ点からＥ点までの距離およびＦ点からＧ点
までの距離を各設定できるようになっている。ここで、
ねじ長さとは、ねじの頭部を除いた軸方向の長さ、すな
わち所謂ねじの首下長さを示し、また、ねじ穴手前オフ
セットとは、Ｂ点からワーク表面までの任意の距離を示
す。Ｂ点は、このねじ長さとねじ穴手前オフセットとを
加算することにより設定され、その設定位置は、ワーク
表面からねじ穴手前オフセット分離れた位置となる。

【００１４】また、前記トルクテーブルには、図３
（ｂ）に示すように、トルクコード、第１制限トルク、
第２制限トルク、第３制限トルク、第４制限トルク、第
５制限トルクの各フィールドが設けられており、トルク
コード毎に、Ａ−Ｂ点間での移動用モータ２１の駆動ト
ルクである第１制限トルク、Ｂ−Ｃ点間での移動用モー
タ２１の駆動トルクである第２制限トルク、Ｃ−Ｄ点間
での移動用モータ２１の駆動トルクである第３制限トル
ク、Ｄ−Ｅ点間での移動用モータ２１の駆動トルクであ
る第４制限トルク、Ｅ−Ｆ（またはＧ）点間での移動用
モータ２１の駆動トルクである第５制限トルクをそれぞ
れ設定できる。これらの制限トルクで移動用モータ２１
が駆動されることにより、ねじ締めツール１０を通じて
ねじに付与される推力は制限トルクに応じて変更される
こととなる。

【００１５】また、前記速度テーブルには、図３（ｃ）
に示すように、速度コード、第１速度、第２速度、第３
速度の各フィールドが設けられており、これらのフィー
ルドには、速度コードに応じて、Ａ−Ｂ点間での移動速
度である第１速度、Ｂ−Ｆ（またはＧ）点間での移動速
度である第２速度および原点からＡ点へ移動する時また
はＦ点（またはＧ点）からＡ点（または原点）に復動す
る時の移動速度である第３速度をそれぞれ設定できるよ
うになっている。

【００１６】また、ねじ種登録テーブルには、図３
（ｄ）に示すように、ねじ種コード、ねじ種類の各フィ
ールドが設けられており、ねじ種コードフィールドに
は、前述の寸法データ設定テーブルにおけるねじ種コー
ドと同じねじ種コードが登録され、ねじ種類フィールド
には、一般ねじ、タッピンねじ、ドリルねじといった所
定のねじの大別種類が設定される。このねじ種登録テー
ブルは、前記寸法データ設定テーブルとねじ種コードを
キーとしてリレーションシップが組まれている。これに
より、ねじ締め制御において、ねじ締めポイントテーブ
ルの所定のレコードのデータを取得する際、寸法データ
設定テーブルを通じてねじ種登録テーブルが参照され、
寸法データ設定テーブルのねじ種コードに応じたねじの
種類データを取得することができる。

【００１７】また、前記ねじ締めポイントテーブルは、
ワーク上のねじを締め付ける位置毎に異なるねじ締め情
報を設定するために設けられているものであり、図３
（ｅ）に示すように、最大９９箇所のねじ締めポイント
について、Ａ点位置データ、Ｆ点位置データ、ねじ寸
法、制限トルク、速度、完了幅（＋）および完了幅
（−）の各フィールドにパラメータを設定できるように
なっている。Ａ点位置データのフィールドに入力される
データは待機位置パラメータであり、ここには原点（Ｏ
点）からＡ点までの距離が入力設定される。また、Ｆ点
位置データのフィールドにはＡ点からＦ点までの距離が
入力設定される。さらに、完了幅（＋）、完了幅（−）
の各フィールドには、Ｆ点およびＧ点にそれぞれ所定の
許容範囲を持たせるための寸法数値が設定される。

【００１８】前記ねじ締めポイントテーブルは、前記寸
法データ設定テーブルのねじ種コード、トルクテーブル
のトルクコード、速度テーブルの速度コードをそれぞれ
キーとして、各テーブルとリレーションシップが組まれ
ている。これにより、前述の「ねじ寸法」フィールドに
はねじ種コード、「制限トルク」フィールドにはトルク
コード、「速度」フィールドには速度コード、の各キー
をそれぞれ設定しておくことにより、ねじ締め制御時、
寸法データ設定テーブル、トルクテーブル、速度テーブ
ルのそれぞれにおける対応レコード、すなわち、ねじ締
めポイントテーブルに設定されたキーと同一のキーがあ
るレコード、の値が参照され取得されるようになってい
る。なお、本実施の形態では、９９箇所のねじ締めポイ
ントを設定するようにしているが、設定可能なねじ締め
ポイント数はこれに限定されるものではない。

【００１９】制御部６０は、図４および図５に示すよう
に、 Ｓ００１：ねじ締めスタート信号を待つ。 Ｓ００２：ツールコントローラ４０へトルクチャンネル
（以下、トルクＣＨという）を指定するとともに、サー
ボコントローラ５０へねじ締めポイントコードを出力
し、これを保持する。 Ｓ００３：ツールコントローラ４０、サーボコントロー
ラ５０へそれぞれスタート信号を出力する。 Ｓ００４：ツールコントローラ４０からＯＫ信号または
ＮＧ信号の内の何れかが入力されるのを待つ。 Ｓ００５：ツールコントローラ４０からの信号がＮＧ信
号なら、Ｓ０１４にジャンプする。 Ｓ００６：サーボコントローラ５０からＦ点完了信号、
Ｇ点完了信号またはＮＧ信号の内の何れかが入力される
のを待つ。 Ｓ００７：サーボコントローラ５０からの信号がＦ点完
了信号またはＧ点完了信号でない場合（ＮＧ信号の場
合）、Ｓ０１５にジャンプする。 Ｓ００８：完了信号がＦ点完了信号でない場合（Ｇ点完
了信号である場合）、Ｓ０１５にジャンプする。 Ｓ００９：表示部（図示せず）にねじ締めＯＫ表示指令
信号およびねじ高さＯＫ表示指令信号を出力する。 Ｓ０１０：全てのねじ締めが完了したか否かを確認し、
していない場合はＳ０１６にジャンプする。 Ｓ０１１：サーボコントローラ５０に原点復帰信号を出
力する。 Ｓ０１２：サーボコントローラ５０から原点復帰完了信
号が入力されるのを待つ。 Ｓ０１３：エンド。 Ｓ０１４：表示部にねじ締めＮＧ表示指令信号を出力
し、Ｓ０１０にジャンプする。 Ｓ０１５：表示部にねじ締めＯＫ表示指令信号およびね
じ高さＮＧ表示指令信号を出力し、Ｓ０１０にジャンプ
する。 Ｓ０１６：サーボコントローラ５０にＡ点復帰信号を出
力する。 Ｓ０１７：サーボコントローラ５０からＡ点復帰完了信
号が入力されるのを待ち、入力されたらＳ００２にジャ
ンプする。 の各ステップで成るメイン制御処理を実行する。

【００２０】また、ツールコントローラ４０は、図６に
示すように、 Ｓ１０１：制御部６０からスタート信号が入力されるの
を待つ。 Ｓ１０２：制御部６０から送られたトルクＣＨを読み込
み、同トルクＣＨに予め設定された最終締付けトルクに
相当する完了電流値を設定する。 Ｓ１０３：回転用モータ１１に駆動信号を出力する。
（回転用モータ１１が駆動、同時にタイマスタート） Ｓ１０４：サーボコントローラ５０からねじの種類を読
み込む。 Ｓ１０５：ねじの種類がタッピンねじまたはドリルねじ
の場合Ｓ１１２にジャンプする。 Ｓ１０６：回転用モータ１１の負荷電流値が完了電流値
に達する（トルクアップする）か、タイマがタイムアッ
プするかの何れかを待つ。 Ｓ１０７：回転用モータ１１に停止信号を出力する。
（回転用モータ１１停止） Ｓ１０８：トルクアップしていない場合（タイマがタイ
ムアップした場合）には、Ｓ１１１にジャンプする。 Ｓ１０９：制御部６０にＯＫ信号を出力する。 Ｓ１１０：エンド。 Ｓ１１１：制御部６０にＮＧ信号を出力し、Ｓ１１０に
ジャンプする。 Ｓ１１２：タイマがタイムアップしている場合はＳ１１
１へジャンプする。 Ｓ１１３：サーボコントローラ５０からねじ締めツール
１０の移動位置を読み込む。 Ｓ１１４：ねじ締めツール１０がＤ点に到達している場
合はＳ１０６にジャンプし、到達していない場合はＳ１
１２にジャンプする。 の各ステップで成るツールコントローラ制御処理を実行
する。

【００２１】また、サーボコントローラ５０は、図７な
いし図１０に示すように、 Ｓ２０１：制御部６０からスタート信号が入力されるの
を待つ。 Ｓ２０２：制御部６０から送られたねじ締めポイントコ
ードを読み込み、同コードに基づいてねじ締めポイント
テーブル、寸法データ設定テーブル、トルクテーブル、
速度テーブル、ねじ種登録テーブルの各対応レコードの
データ（制御パラメータ）を設定する。 Ｓ２０３：制御パラメータに基づき、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ
点、Ｅ点、Ｇ点をそれぞれ算出する。 Ｓ２０４：Ａ点位置データに基づき、定格トルク値、第
３速度で移動用モータ２１を駆動する。 Ｓ２０５：所定時間内にエンコーダ２２から入力される
パルス信号数の増減値が０の場合（ねじ締めツール１０
が移動できず、移動用モータ２１がストールして回転し
なくなっている場合）、Ｓ２２６にジャンプする。 Ｓ２０６：エンコーダ２２からのパルス信号を監視して
Ａ点に到達したか否かを確認し、到達していない場合は
Ｓ２０５にジャンプする。 Ｓ２０７：第１速度、第１制限トルクで移動用モータ２
１を駆動する。 Ｓ２０８：所定時間内にエンコーダ２２から入力される
パルス信号数の増減値が０の場合（ねじ締めツール１０
が移動できず、移動用モータ２１がストールして回転し
なくなっている場合）、Ｓ２２６にジャンプする。 Ｓ２０９：エンコーダ２２からのパルス信号を監視して
Ｂ点に到達したか否かを確認し、到達していない場合は
Ｓ２０８にジャンプする。 Ｓ２１０：第２速度、第２制限トルクで移動用モータ２
１を駆動する。これにより、速度がねじ締め用に減速さ
れるとともに、ねじ締めツール１０を通じてねじに付与
される推力が変更される。 Ｓ２１１：ねじの種類がドリルねじでない場合（一般ね
じか、タッピンねじの場合）、Ｓ２１５にジャンプす
る。 Ｓ２１２：所定時間内にエンコーダ２２から入力される
パルス信号数の増減値が０の場合（ねじ締めツール１０
が移動できず、移動用モータ２１がストールして回転し
なくなっている場合）、Ｓ２２６にジャンプする。 Ｓ２１３：エンコーダ２２からのパルス信号を監視して
Ｃ点に到達したか否かを確認し、到達していない場合は
Ｓ２１２にジャンプする。 Ｓ２１４：第３制限トルクで移動用モータ２１を駆動す
る。これにより推力が変更される。 Ｓ２１５：ねじの種類がドリルねじまたはタッピンねじ
でない場合（一般ねじの場合）、Ｓ２１９にジャンプす
る。 Ｓ２１６：所定時間内にエンコーダ２２から入力される
パルス信号数の増減値が０の場合（ねじ締めツール１０
が移動できず、移動用モータ２１がストールして回転し
なくなっている場合）、Ｓ２２６にジャンプする。 Ｓ２１７：エンコーダ２２からのパルス信号を監視して
Ｄ点に到達したか否かを確認し、到達していない場合は
Ｓ２１６にジャンプする。 Ｓ２１８：第４制限トルクで移動用モータ２１を駆動す
る。これにより推力が変更される。 Ｓ２１９：所定時間内にエンコーダ２２から入力される
パルス信号数の増減値が０の場合、Ｓ２２６にジャンプ
する。 Ｓ２２０：エンコーダ２２からのパルス信号を監視して
Ｅ点に到達したか否かを確認し、到達していない場合は
Ｓ２１９にジャンプする。 Ｓ２２１：第５制限トルクで移動用モータ２１を駆動す
る。これにより推力が変更される。 Ｓ２２２：所定時間内にエンコーダ２２から入力される
パルス信号数の増減値が０になる（移動用モータ２１が
停止する）か、もしくはＧ点へ到達するのを待つ。 Ｓ２２３：速度０（ゼロ）、制限トルク０（ゼロ）で移
動用モータ２１を駆動する。 Ｓ２２４：エンコーダ２２からのパルス信号により、Ｆ
点の前後に完了幅（＋）、完了幅（−）の各値を設定し
た所定の範囲内でねじ締めツール１０が停止したか否か
を確認し、範囲内で停止している場合はＳ２３３にジャ
ンプする。 Ｓ２２５：エンコーダ２２からのパルス信号により、Ｇ
点の前後に完了幅（＋）、完了幅（−）の各値を設定し
た所定の範囲内にねじ締めツール１０が停止したか否か
を確認し、範囲内で停止している場合はＳ２３４にジャ
ンプする。 Ｓ２２６：制御部６０にＮＧ信号を出力する。 Ｓ２２７：制御部６０からＡ点復帰信号または原点復帰
信号が入力されるのを待つ。 Ｓ２２８：復帰信号が原点復帰信号の場合はＳ２３５に
ジャンプする。 Ｓ２２９：移動用モータ２１に逆転駆動信号を出力し、
第３速度、定格トルク値で移動用モータ２１を逆転駆動
させる。 Ｓ２３０：エンコーダ２２からのパルス信号を監視して
Ａ点到達を待つ。 Ｓ２３１：移動用モータ２１に停止信号を出力するとと
もに、制御部６０へＡ点復帰完了信号を出力する。 Ｓ２３２：エンド。 Ｓ２３３：制御部６０へＦ点完了信号を出力し、Ｓ２２
７にジャンプする。 Ｓ２３４：制御部６０へＧ点完了信号を出力し、Ｓ２２
７にジャンプする。 Ｓ２３５：移動用モータ２１に逆転駆動信号を出力し、
第３速度、定格トルク値で移動用モータ２１を逆転駆動
させる。 Ｓ２３６：エンコーダ２２からのパルス信号を監視して
原点到達を待つ。 Ｓ２３７：移動用モータ２１に停止信号を出力するとと
もに、制御部６０へ原点復帰完了信号を出力した後、Ｓ
２３２にジャンプする。 の各ステップで成るサーボコントローラ制御処理を実行
する。なお、この図７ないし図１０においては省略した
が、このサーボコントローラ制御処理においては、エラ
ー発生時等における制御部６０からの復帰信号入力が常
時監視されており、復帰信号が入力された場合には、処
理を中止してステップＳ２２８からの処理に移行するよ
うになっている。

【００２２】次に、図２ないし図１２に基づいて本ねじ
締め装置によるねじ締め作業を説明すると、本ねじ締め
装置によりねじを締め付ける場合には、予め制御部６０
の寸法データ設定テーブル、トルクテーブル、速度テー
ブル、ねじ種登録テーブルおよびねじ締めポイントテー
ブルに必要な制御パラメータを設定する。この時、締付
け対象がタッピンねじであって、Ｃ点での推力変更が不
要になる場合には、トルクテーブルにおける第３制限ト
ルクの設定は省略することができ、また、一般ねじの場
合には、Ｃ点およびＤ点での推力変更が不要になるた
め、トルクテーブルにおける第３制限トルクおよび第４
制限トルクの設定を省略することができる。なお、この
制御パラメータの入力設定は、制御手段３０に備えられ
たテンキー等の操作部（図示せず）から行う。

【００２３】締め付けるねじの種類およびワークのねじ
締めポイントに対応した制御パラメータを設定した後、
制御手段３０の図示しないスタートスイッチが押される
と、図示しないロボットの作動によりねじ締め装置１が
ワークにおける最初のねじ締め位置の上方に位置決めさ
れる。ロボットは、予め設定されているティーチングプ
ログラムと、ねじ締め装置１からのねじ締め作業完了信
号とに従い、以後、ワークに設けられる複数のねじ締め
位置に順次ねじ締め装置１を位置決めするものである。
その後、制御部６０にはねじ締めスタート信号が入力さ
れ、これに応じてツールコントローラ４０にはトルクＣ
Ｈ、サーボコントローラ５０にはねじ締めポイントコー
ドがそれぞれ指定されるとともに、ツールコントローラ
４０、サーボコントローラ５０にそれぞれスタート信号
が出力される。なお、ねじ締めポイントコードは、ねじ
締めポイントテーブルのポイント番号を示すものであ
り、制御サイクル毎にねじ締めポイントテーブルのパラ
メータが設定されているレコードのポイント番号が昇順
に指定される。

【００２４】ツールコントローラ４０においては、制御
部６０から指定されたトルクＣＨに予め登録されている
完了電流値が内部設定されるとともに、回転用モータ１
１に駆動信号が出力される。これにより、ねじ締めツー
ル１０の回転用モータ１１が駆動し、ドライバビット１
２を回転させる。

【００２５】また、サーボコントローラ５０において
は、制御部６０から指定されたねじ締めポイントコード
と一致するポイント番号を持つレコードがねじ締めポイ
ントテーブルの中から選択され、同レコードの制御パラ
メータが取得される。この時、詳細な制御パラメータ
は、リレーションが組まれている寸法データ設定テーブ
ル、トルクテーブル、速度テーブル、ねじ種登録テーブ
ルの対応レコードからそれぞれ取得される。そして、取
得された制御パラメータの内、Ｆ点ポイントデータ、Ｆ
−Ｃ間距離、Ｆ−Ｄ間距離、Ｆ−Ｅ間距離、Ｆ−Ｇ間距
離、ねじ穴手前オフセット、ねじ長さに基づいて、推力
および速度の各切換ポイントとなるＢ点、Ｃ点、Ｄ点、
Ｅ点およびねじ締めツール１０の最終的な到達位置（目
標位置）とされるＧ点が算出される。なお、これらの各
点はＦ点ポイントデータを基準に算出される。つまり、
本実施の形態ではＦ点をねじ締め完了の基準位置とし
て、ここを過ぎた目標位置たるＧ点および推力切換ポイ
ントたるＢ，Ｃ，Ｄ，Ｅの各点がサーボコントローラ５
０で設定されるのである。

【００２６】前述のように推力および速度の切換ポイン
トが算出されて後、移動用モータ２１はモータ本来の定
格トルク値と第３速度で回転駆動される。これにより、
ボールねじ機構２３が作動し、テーブル２４およびねじ
締めツール１０をＡ点に移動させる。こうしてねじ締め
ツール１０がＡ点に到達すると、次に移動用モータ２１
は第１制限トルクと第１速度で回転駆動される。これに
より、ボールねじ機構２３が作動し、ドライバビット１
２の先端前方方向へテーブル２４およびねじ締めツール
１０を高速で前進移動させる。この過程で、ドライバビ
ット１２先端にはねじが係合保持される。なお、ねじに
ついては、予めドライバビット１２の移動路上にねじ一
時保持手段（図示せず）によって保持しておく。

【００２７】ねじ締めツール１０が前進してＢ点に到達
すると、これを受けて移動用モータ２１が第２制限トル
クと第２速度で駆動されるよう移動用モータ２１の駆動
切換が行われる。これにより、ねじ締めツール１０の下
降速度は、ねじの種類に関係なく所定の低速度に切り換
えられ、ねじ先端が高速でワークに衝突してワークおよ
びねじを破損してしまう不具合が防止される。

【００２８】第２制限トルク以降の制限トルクは、ねじ
の種類に応じてその設定内容が異なる。したがって、そ
れらの制限トルクで移動用モータ２１が駆動されること
によってねじ締めツール１０からねじに負荷される推力
もねじの種類に応じて異なるものとなる。そこで、ここ
からは、ねじの種類毎にＢ点以降のねじ締め動作につい
て、それぞれ最も一般的な例を紹介していくこととす
る。

【００２９】◎一般ねじの場合（図１１（ａ）及び図１
２（ａ）参照） 一般ねじの場合、予めワークにはめねじが形成されてい
るので、最初からねじを高い推力で押圧しておかなくて
も、ワークにねじを螺入していくことができる。逆に、
最初からあまり高い推力を負荷すると、ねじまたはめね
じの破壊を招く恐れがある。したがって、一般ねじの場
合、第２制限トルクは比較的低い値に設定され、よっ
て、ねじにはねじ締めツール１０を通じて低推力が負荷
される。この時、ドライバビット１２は回転用モータ１
１の駆動で回転しているため、ねじは低推力が負荷され
た状態でワークにねじ込まれる。

【００３０】この一般ねじの場合、ねじ締めの過程で、
下穴成形、めねじ成形は共に存在しないため、Ｃ点、Ｄ
点は設定されず（図８のＳ２１１およびＳ２１５参
照）、ねじがＥ点に達した時点、つまり、ねじがワーク
に着座する付近位置に達した時点、で次の推力への切換
が行われる。

【００３１】ねじ締めツール１０がＥ点に達して後、す
なわちねじがワーク表面に着座する付近までねじ込まれ
て後は、締付けトルクの増大にともなってドライバビッ
ト１２がねじの頭部から外れてしまう現象（以下、この
現象をカムアウトと称する）が生じやすくなる。したが
って、このカムアウトを防止するため、ねじ締めツール
１０がＥ点に到達すると、移動用モータ２１が第５制限
トルクにより駆動され、これによってねじには高推力が
負荷される。

【００３２】◎タッピンねじの場合（図１１（ｂ）及び
図１２（ｂ）参照） タッピンねじの場合、ワークへのねじ込み開始直後から
予め成形されている下穴にめねじが成形され始め、これ
によって締付けトルクが増大する。この締付けトルクに
よるカムアウトを防止するため、タッピンねじの場合に
は、第２制限トルクが一般ねじの場合よりも高めの値に
設定され、これにより、ねじにはねじ締めツール１０を
通じて中推力が負荷される。なお、このタッピンねじの
場合、ねじ締めの過程で、下穴成形は必要ないため、Ｃ
点は設定されない（図８のＳ２１１参照）。

【００３３】ねじ締めツール１０がＤ点に到達すると、
すなわちねじがワークの下穴にめねじを成形し終わる位
置までねじ込まれると、移動用モータ２１は第４制限ト
ルクで駆動される。これにより、ねじにはねじ締めツー
ル１０を通じて低推力が負荷される。ねじ締めツール１
０がＤ点に達して後Ｅ点に達するまでの間は、ワークに
めねじを成形し終わっているので、締付けトルクも低
い。したがって、Ｄ点からＥ点までの間は、一般ねじと
同様に低推力でねじ込むのが最適なのである。ただし、
下穴が有底である場合等には、ねじを締め終わるまでめ
ねじ成形が継続されるため、Ｄ点で推力を低推力に切換
えることは好ましくない。この場合には、Ｅ点まで同じ
中推力が維持されるか、あるいはＤ点で高推力に切り換
えられるよう、第４制限トルクを設定しておくのがよ
い。こうして、ねじ締めツール１０ががＥ点に達して後
は、一般ねじの場合と同様に高推力がねじに負荷されて
ねじの締め付けが行われる。

【００３４】◎ドリルねじの場合（図１１（ｃ）及び図
１２（ｃ）参照） ドリルねじの場合、ワークへのねじ込み開始直後から下
穴が成形され始めるため、この時に最終締付けトルクよ
りも大きな締付けトルクが発生する。従って、ドリルね
じの場合には、第２制限トルクが他の制限トルクと比べ
て最も高い値に設定される。よって、Ｂ点を過ぎると、
ドリルねじにはねじ締めツール１０を通じて超高推力が
負荷される。これにより、下穴成形時に発生する締付け
トルクによってドライバビット１２がカムアウトするの
を防止しつつ良好に下穴成形を行うことができる。

【００３５】ねじ締めツールがＣ点に到達すると、すな
わちドリルねじがワークに下穴を成形し終わる位置まで
ねじ込まれると、次に制限トルクは第３制限トルクに切
り換えられる。ここからは下穴にめねじを成形する工程
になるため、この第３制限トルクで移動用モータ２１が
駆動されることにより、ねじには前述のタッピンねじの
場合と同様、中推力が負荷される。これにより、ドライ
バビット１２のカムアウトを防止しつつ良好なめねじ成
形を行うことができる。この後の推力変更は、基本的に
タッピンねじと同様であるが、このドリルねじを締付け
る際にも、ワークが厚い場合にはＣ点およびＤ点で各適
用される第３，第４制限トルク値を中推力以上の高い推
力が負荷される値に設定しておくとよい。

【００３６】以上のように、ねじの種類に応じて推力と
速度の切換ポイントが選択され、これら切換ポイントで
速度と推力が変更されてねじの締付けが行われるのであ
るが、その際、回転用モータ１１の負荷電流値を見るこ
とによりねじの締付けトルクの良否が判別される。つま
り、回転用モータ１１の負荷電流値は、ねじの締付トル
クに対応して増減されるため、これを完了電流値と比較
することにより、ねじが所定のトルクまで締付けられた
かどうかを判別できる。この回転用モータ１１の負荷電
流値が完了電流値に達すると、回転用モータ１１の駆動
が停止されるとともに、ツールコントローラ４０から制
御部６０にＯＫ信号が出力される。この時、タイマによ
る計測時間が経過しても回転用モータ１１の負荷電流値
が完了電流値に達しない場合には、回転用モータ１１の
駆動が停止されるとともに、ツールコントローラ４０か
ら制御部６０にＮＧ信号が送られる。なお、締め付けら
れるねじがタッピンねじかドリルねじの場合には、下穴
およびめねじ成形時にドライバビットに作用する負荷ト
ルクが大きくなり、これによって回転用モータ１１の負
荷電流値が完了電流値に達し、トルクアップしてしまう
ことがある。これを防止するため、ツールコントローラ
４０はねじ締めツール１０がＧ点に達するまで回転用モ
ータ１１の負荷電流値を完了電流値と比較しない制御を
行う。

【００３７】また、サーボコントローラ５０において
は、エンコーダ２２のパルス信号数から移動用モータ２
１の回転量が０になった（ねじ締めツール１０の移動量
が０になり停止した）こと、またはねじ締めツール１０
がＧ点に到達したことの何れかが判明すると、移動用モ
ータ２１が速度０（ゼロ）、制限トルク０（ゼロ）で駆
動される。これにより、移動用モータ２１の出力軸２１
ａは回転フリーになる。よって、ボールねじ機構２３の
ボールねじ軸２３ａも回転フリーになり、このため、推
力の影響でワークに撓み等の弾性変形が発生している場
合には、ワークを反発力により元の状態に戻すことがで
きる。その結果、エンコーダ２２のパルス信号数も変化
し、ねじ締めツール１０の停止位置も適正化される。

【００３８】その後、ねじ締めツール１０が停止した位
置が制御パラメータの内のＦ点ポイントデータ、完了幅
（＋）および完了幅（−）とで決定されるＦ点の許容範
囲内に収まっている場合には、サーボコントローラ５０
から制御部６０にＦ点完了信号が送られる。また、ねじ
締めツール１０がＧ点の前後に完了幅（＋）および完了
幅（−）を適用したＧ点の許容範囲内に到達している場
合には、制御部６０にＧ点完了信号が送られる。さら
に、ねじ締めツール１０の停止位置が前記の何れにも該
当しない場合には、制御部６０にＮＧ信号が送信され
る。これらツールコントローラ４０およびサーボコント
ローラ５０から入力される各信号を受け、制御部６０で
は、ねじの締付けトルク、ねじ込み高さの良否が判定さ
れ、これらに基づいた結果表示がなされる。この時、ね
じ締めツール１０がＦ点の許容範囲に到達していない場
合は、ねじがワークに着座せずに浮いた状態であり、ま
た、Ｆ点の許容範囲を過ぎている場合には、ねじがワー
クにめり込んでいる状態にある。このため、Ｆ点完了信
号以外の信号がサーボコントローラ５０から発せられた
時には、制御部６０はねじの締め込み高さ不良と判定
し、この結果、表示部にはねじ高さＮＧ表示がなされ
る。

【００３９】前述のように、最終的なねじの締付け完了
位置であるＦ点を過ぎた所定の位置Ｇ点を最終的な到達
目標位置としてねじ締めツール１０を移動させることに
より、推力により撓み等の弾性変形を生ずるワーク、加
工誤差の大きいワーク等、ねじをねじ込む時にワークに
おけるねじ着座面が正規の位置からねじの螺入進行方向
にずれてしまうワークにねじを締め付ける場合にも、撓
み等の分、ねじ締めツール１０が余分に移動可能とな
る。よって、撓み等が発生してもねじを正確に締め込む
ことが可能となる。また、ねじ締めツール１０の移動が
停止した後に移動用モータ２１を速度ゼロ、制限トルク
ゼロで駆動して推力を除去しているため、ワークが弾性
変形したりしている場合には、これを元に戻すことがで
き、ワークにおける正規のねじ着座面位置に設定される
締付け完了位置Ｆ点の許容範囲内にねじが締め付けられ
ているか否かを正確にチェックすることができる。

【００４０】前述のようにしてねじ締め作業が完了する
と、移動用モータ２１は高速で逆転駆動され、これによ
りねじ締めツール１０は待機ポイントＡ点に復帰して次
のねじ締め作業に備えて待機する。このように任意に設
定可能な待機位置Ａ点にねじ締めツール１０を戻すよう
にすると、原点Ｏ点まで戻す場合に比べ、次のねじ締め
作業に移る際のねじ締めツール１０の移動量を少なくす
ることができ、連続的なねじ締め作業を効率よく行うこ
とが可能となる。

【００４１】前述の処理を繰り返し、ねじ締めポイント
テーブル中のパラメータが設定されている全てのレコー
ドについてねじ締め作業が完了すると、制御部６０から
サーボコントローラ５０に原点復帰信号が送られ、これ
を受けてサーボコントローラ５０は定格トルク、第３速
度（高速）で移動用モータ２１を逆転駆動する。これに
より、ねじ締めツール１０は原点Ｏ点に復帰してねじ締
め作業を完了する。

【００４２】なお、以上の説明では、Ｇ点に到達した場
合にはねじの締め込み高さをＮＧと判定する処理を紹介
したが、完了幅（＋）または完了幅（−）の設定値をＦ
−Ｇ間距離に設定された値よりも大きくすることで、Ｇ
点到達についてねじの締め込み高さをＯＫと判定する処
理を行うことが可能である。

【００４３】

【発明の効果】本発明のねじ締め装置によれば、ワーク
に所定のねじを全て締付け終わるまでの間は予め設定さ
れた待機位置パラメータに基づいて原点よりもワークに
近いねじ締めツールの待機位置にねじ締めツールを復帰
動作させるようになっているため、ねじ締めツールを速
やかにワークに到達させてねじ締めを行うことが可能と
なり、ワークに複数のねじを締め付けていく場合等に迅
速にねじ締め作業を行うことが可能になる等の利点があ
る。また、待機位置パラメータはワーク上のねじを締め
付ける位置毎に設定されるため、ねじの締付け位置毎の
ねじ締めサイクルタイムを安定させることができる等の
利点もある。

【００４４】また、本発明のねじ締め装置によれば、上
述の課題に対応した効果以外に次のような効果が得られ
る。すなわち、ねじの種類とねじの寸法とねじ締めの基
準となる位置（上記実施の形態の欄でいうＦ点）とに応
じて推力の切換ポイントを設定し、この推力切換ポイン
ト毎に推力の切換を行うようになっているため、ねじの
種類とねじ込み位置に応じて適正に推力を調整し、正確
なねじ締めを行うことができる。このようにすると、特
許第２８０５８２０号公報に示されるように、ねじ種類
毎に設定されたトルクパターンに沿ってモータの駆動ト
ルクを制限して推力を調整する場合に比べ、制御に必要
なデータ量が格段に少なくなり、ねじ締め制御処理を高
速化できる。また、寸法データ設定テーブルに設定され
るねじの寸法関係のパラメータ、トルクテーブルに設定
される制限トルクのパラメータ、速度テーブルに設定さ
れる速度のパラメータをそれぞれ自在に組み合わせ、き
め細かなねじの締め付けを行うことができる等の利点も
ある。さらに、往復移動手段によってねじ込み位置の検
出と推力の切換とを行っているため、ねじ締めツールを
必要な機種に自由に変更することが可能になる。一方、
ねじの種類に応じて必要な推力切換ポイントを選択し、
その推力切換ポイントに対応するねじ締め推力パラメー
タ（制限トルク）に基づいて移動用モータを駆動制御し
ているため、一般ねじ、タッピンねじ、ドリルねじ等の
締付け形態の異なる各種ねじの締付けを極めて効率よく
行うことができる等の利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るねじ締め装置の概略構造説明図で
ある

【図２】ねじを締め付ける作業の過程における特徴点と
移動用モータの駆動切換の関係を示す説明図である。

【図３】制御パラメータを設定登録するための各種テー
ブルの説明図である。

【図４】制御部のメイン制御処理の前段を示すフローチ
ャートである。

【図５】制御部のメイン制御処理の後段を示すフローチ
ャートである。

【図６】ツールコントローラの制御処理を示すフローチ
ャートである。

【図７】サーボコントローラの制御処理の前段を示すフ
ローチャートである。

【図８】サーボコントローラの制御処理の中段前半を示
すフローチャートである。

【図９】サーボコントローラの制御処理の中段後半を示
すフローチャートである。

【図１０】サーボコントローラの制御処理の後段を示す
フローチャートである。

【図１１】ねじを締め付ける時の推力変更パターン例を
ねじ種毎に示した説明図である。

【図１２】ねじを締め付ける時の推力と速度の変更パタ
ーン例をねじ種毎に示した説明図である。

【符号の説明】

１ ねじ締め装置 １０ ねじ締めツール １１ ビット回転駆動用モータ １２ ドライバビット ２０ 往復移動手段 ２１ 移動用モータ ２２ エンコーダ ２３ ボールねじ機構 ２４ テーブル ３０ 制御手段 ４０ ねじ締めツールコントローラ ５０ サーボ駆動コントローラ ６０ 制御部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ねじの頭部に係合可能なドライバビットを
   回転駆動するように構成されたねじ締めツールと、この
   ねじ締めツールを往復移動させる往復移動手段とを備え
   たねじ締め装置であって、 ワークに所定のねじを全て締付け終わるまでの間は予め
   設定された待機位置パラメータに基づいて原点よりもワ
   ークに近いねじ締めツールの待機位置にねじ締めツール
   を復帰動作させる制御を行う制御手段を有していること
   を特徴とするねじ締め装置。
2. 【請求項２】待機位置パラメータはワーク上のねじを締
   め付ける位置毎に設定されることを特徴とする請求項１
   に記載のねじ締め装置。