JP2004330383A

JP2004330383A - ねじ締め装置

Info

Publication number: JP2004330383A
Application number: JP2003132240A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Kirimura; 和也桐村; Toyoaki Sugano; 豊明菅野; Masatomo Adachi; 正知足立
Original assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Current assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】ねじのねじ込み位置に応じてドライバビットからねじに与えられる押圧力を適正にするねじ締め装置の提供。
【解決手段】本発明は、ＡＣサーボモータ５１の駆動を受けて回転可能かつねじに係合可能なドライバビット５３を有するねじ締めツール５と、このねじ締めツール５を軸方向に往復移動操作可能なエアシリンダ機構３とを有する。
前記エアシリンダ機構３は、作動流体であるエアの圧力を調節可能な電空レギュレータ３４を有し、この電空レギュレータ３４を制御し、ねじのねじ込み位置に応じてエアシリンダ機構３へ供給されるエアの圧力を調節することにより、ドライバビット５３からねじに与えられる押圧力を適正に変更できるようになっている。
【選択図】図１

Description

【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ねじ締めツールからねじに与えられる押圧力を適宜変更可能なねじ締め装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特許文献に示すようなねじ締め装置が知られている。このねじ締め装置は、エアシリンダの駆動を受けて往復移動するブラケットに電動ドライバを設置し、この電動ドライバの出力軸にはビット駆動軸を介してねじ締めビットが連結されている。また、ブラケットには、前記ビット駆動軸を内包する真空パイプが往復移動可能に配置され、この真空パイプには、前記ねじ締めビットを内包する吸着パイプが連設される。
【０００３】
前記従来のねじ締め装置においては、エアシリンダの作動によりブラケットを前進させ、ねじ締めビット、吸着パイプ等をワークに向けて移動させる。その過程で、真空パイプを通じて吸着パイプからエアが吸引され、吸着パイプ内にはねじが吸引保持される。そして、吸着パイプがワークに接すると、吸着パイプに対してねじ締めビットが前進し、ねじをワーク上に押し出す。同時に電動ドライバが駆動してねじ締めビットが回転駆動され、ドライバビットからねじに回転伝達がなされてねじがワークのめねじに締め付けられる。
【０００４】
【特許文献】特開平６−３９６５３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のねじ締め装置においては、ワークのめねじにねじをねじ込んで締め付ける時、エアシリンダの力でドライバビットがねじに押圧される。この場合、エアシリンダには一定のエア圧が加えられるため、ドライバビットからねじに与えられる押圧力は、ねじ込み開始から締付け完了までの間、ほぼ一定である。一般には、ねじの頭部座面がワークに着座して以降、締付トルクが増大すると、ドライバビットが回転にともなってねじから外れてしまう、所謂カムアウトが発生するため、締付トルクが大きくなる過程ではカムアウトを防ぐために押圧力を高める必要がある。従って、エアシリンダに加えるエア圧は、通常、ねじが着座して後の締付トルク増大に対処して高く設定される。しかし、そうすると低い押圧力でねじ込みが行える着座までのねじ込み過程でねじに加わる押圧力も高くなるため、ねじのねじ部とめねじとの間に不必要な摩擦が生じてねじおよびめねじの摩耗を生じる等の不具合が発生する。
【０００６】
【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、回転駆動源の駆動を受けて回転可能かつねじに係合可能なドライバビットを有するねじ締めツールと、前記ねじ締めツールを軸方向に往復移動操作可能な流体圧作動機構とを有するねじ締め装置において、前記流体圧作動機構は作動流体の圧力を調節可能な流体圧調節手段を有し、また、前記ねじのねじ込み位置に応じて前記流体圧調節手段から生まれる作動流体の圧力が所定の圧力となるよう当該流体圧調節手段を制御する制御手段を備えていることを特徴とする。
【０００７】
なお、前記ねじ締めツールは、ドライバビットからねじに与えられる押圧力に応じた信号を出力可能な押圧力検出手段を有し、また、前記制御手段は、前記押圧力検出手段の出力信号を受けて流体圧調節手段の作動指令信号を補正するよう構成されていることが望ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１において、１はねじ締め装置であり、コラム２に配した流体圧作動機構の一例であるエアシリンダ機構３と、このエアシリンダ機構３のピストンロッド３１に連結された移動テーブル４と、この移動テーブル４に配置されたねじ締めツール５と、エアシリンダ機構３およびねじ締めツール５の制御を行うための制御手段６とを備えている。
【０００９】
前記エアシリンダ機構３は、圧縮空気（以下、単にエアという）を作動流体として作動するものであり、前記ピストンロッド３１と、このピストンロッド３１のピストン部３１ａが収容され、当該ピストン部３１ａによって２気室に分割されるシリンダ３２と、このシリンダ３２の各気室へのエアの給・排気を制御する周知の電磁弁３３と、この電磁弁３３に接続された流体圧調節手段の一例である電空レギュレータ３４と、前記ピストンロッド３１のピストン部３１ａを検知可能なスイッチ３５ａ〜３５ｅとを備える。
【００１０】
前記電空レギュレータ３４は、制御手段６からの指令（電気信号）に応じて電磁弁３３に供給するエアの圧力（以下、エア圧という場合がある）を調節するものである。また、前記各スイッチ３５ａ〜３５ｅは、図２に示すように、原点位置、ねじ８０がワークに接触する手前の所定位置（以下、ワーク手前ねじ位置という）、ねじ８０がワークのめねじに接触する位置（以下、ねじ込み開始位置という）、ねじ８０が着座する直前の位置（以下、着座前位置という）、およびねじ８０が最終的に締付けられる位置（以下、締付完了位置という）をそれぞれ検出するためのものである。
【００１１】
前記ねじ締めツール５は、回転駆動源の一例であるＡＣサーボモータ５１（以下、モータ５１という）の駆動を受けて回転する駆動軸５１ａを有し、駆動軸５１ａには、伝達軸５２を介してドライバビット５３が連結されている。この駆動軸５１ａ、伝達軸５２、ドライバビット５３は、間に緩衝機構等を設けず直結されている。なお、ドライバビット５３はエア吸引を行う吸引スリーブ５４に内包してあり、この吸引スリーブ５４にねじ８０を吸引し、ねじ８０をドライバビット５３先端に保持できるように構成される。
【００１２】
また、前記モータ５１には移動テーブル４に据えられる台座５５が設けられ、この台座５５には、押圧力検出手段７が配置してある。この押圧力検出手段７は、図３に示すように、ブリッジ回路を構成するよう台座５５に貼付された歪みゲージ７１でなる検出抵抗と、このブリッジ回路に基準電圧を供給する電源７２と、ブリッジ回路の出力端に接続された信号増幅用の差動アンプ７３と、この差動アンプ７３の出力端に接続されて差動アンプ７３の出力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部７４とを備えている。このＡ／Ｄ変換部７４は、制御手段６の後記制御部６１に接続されている。
【００１３】
前記歪みゲージ７１で構成されるブリッジ回路の出力電圧は、ねじ締めツール５の軸方向（矢印Ｙ方向）に台座５５が歪むのに応じて変動する。つまり、エアシリンダ機構３の作動を受けてねじ締めツール５が軸方向に移動し、これによってドライバビット５３がねじ８０に押圧された時、その軸方向の反力を受けて台座５５が歪むのを検出できるのである。このブリッジ回路の出力電圧信号は、差動アンプ７３で増幅され、Ａ／Ｄ変換部７４でディジタル変換されて制御部６１に送られ、ここで解析される。これにより、ドライバビット５３からねじ８０に与えられる押圧力を検出できるよう構成されている。
【００１４】
前記制御手段６は、制御部６１と、この制御部６１からの指令を受けて前記電空レギュレータ３４の作動を制御するシリンダ駆動部６２と、制御部６１からの指令を受けて前記モータ５１の駆動を制御するモータ駆動部６３と、前記スイッチ３５ａ〜３５ｅの信号を処理するスイッチ信号処理部６４と、各種制御データ等を記憶保持するための記憶部６５と、情報表示用の表示部６６と、各種設定値を入力可能な入力部６７とを備える。
【００１５】
前記記憶部６５には、ねじ８０が着座した後、最終的に締付けられるまでに発生する所定の前段トルクおよび、ねじ８０が最終的に締付けられた状態で発生する最終締付トルクにそれぞれ対応するモータ５１の負荷電流値（以下、それぞれ前段電流値、最終締付電流値という）も予め登録されている。また、記憶部６５には、前記ねじ締め過程における各位置において電空レギュレータ３４に与える指令値が予め登録されている。
【００１６】
制御部６１は、図４および図５に示すように、
Ｓ１：スタート信号の入力を待つ。
Ｓ２：シリンダ駆動部６２に高圧作動指令信号を送るとともに、モータ駆動部６３に高速駆動指令信号を送る。
Ｓ３：ねじがワーク手前ねじ位置に達し、スイッチ３５ｂがＯＮするのを待つ。
Ｓ４：シリンダ駆動部６２に低圧作動指令信号を送る。
Ｓ５：ねじがねじ込み開始位置に達してスイッチ３５ｃがＯＮするのを待つ。
Ｓ６：シリンダ駆動部６２に中圧作動指令信号を送る。
Ｓ７：押圧力検出手段７の信号から押圧力の実測値を割り出す。
Ｓ８：押圧力の実測値と中圧作動指令信号による押圧力の指令値との差分から、
それまでの中圧作動指令信号を補正し、これをシリンダ駆動部６２に送る。
Ｓ９：スイッチ３５ｄの状態を見てねじが着座前位置に達したか確認する。スイッチ３５ｄがＯＮしていない場合は、Ｓ７に戻る。
Ｓ１０：シリンダ駆動部６２に高圧作動指令信号を送る。
Ｓ１１：押圧力検出手段７の信号から押圧力の実測値を割り出す。
Ｓ１２：押圧力の実測値と高圧作動指令信号による押圧力の指令値との差分から、それまでの高圧作動指令信号を補正し、これをシリンダ駆動部６２に送る。
Ｓ１３：フラグの状態を確認し、フラグが立っている場合はＳ１８にジャンプする。
Ｓ１４：モータ駆動部６３からモータ５１の負荷電流値を取得する。
Ｓ１５：負荷電流値が前段電流値に達しているか否かを確認し、達していない場合はＳ１１に戻る。
Ｓ１６：フラグを立てる。
Ｓ１７：モータ駆動部６３に低速駆動指令信号を送る。
Ｓ１８：モータ駆動部６３からモータ５１の負荷電流値を取得する。
Ｓ１９：取得した負荷電流値が最終締付電流値に達しているか否かを確認し、達していない場合はＳ１１に戻る。
Ｓ２０：スイッチ３５ｅの状態を見てねじが締付完了位置に達したか確認する。スイッチ３５ｅがＯＮしていなければＳ２６にジャンプする。
Ｓ２１：シリンダ駆動部６２およびモータ駆動部６３に停止指令信号、表示部６６に締付完了表示指令信号を送る。
Ｓ２２：シリンダ駆動部６２に復動指令信号を送る。
Ｓ２３：スイッチ３５ａがＯＮするのを待つ。
Ｓ２４：シリンダ駆動部６２に停止指令信号を送る。
Ｓ２５：フラグを倒してエンド。
Ｓ２６：シリンダ駆動部６２およびモータ駆動部６３に停止指令信号、表示部６６にエラー表示指令信号を送り、Ｓ２２にジャンプする。
の処理手順でねじ締め制御を行う。なお、図４および図５では省略しているが、制御部６１は、ねじ締め制御の開始時点から内蔵タイマ（図示せず）による計時を行い、ねじ締め作業時間をチェックする。そして、所定ねじ締め作業時間内にねじ締め制御が完了しない場合には、作業を中断し、表示部６６にエラー表示を行う。また、図４および図５では、文字数の都合上、シリンダ駆動部６２をＳＤ、モータ駆動部６３をＭＤと表現している。
【００１７】
次に本ねじ締め装置１の作用について図面に従って説明する。
スタート信号が入力されると、まず、シリンダ駆動部６２からの指令信号を受けて電空レギュレータ３４がエア圧を所定の高圧値に調節するとともに、シリンダ駆動部６２からの指令信号により電磁弁３３が作動する。これにより、シリンダ３２にはピストンロッド３１が伸びる方向に高圧のエアが供給されるため、移動テーブル４ないしねじ締めツール５が高速で下降する。
【００１８】
ねじ締めツール５が下降する過程で、吸引スリーブ５４内にはねじ８０が吸引保持される。そして、吸引スリーブ５４がワークに接すると、吸引スリーブ５４に対してドライバビット５３が下降し、ねじ８０をワーク側に押し出す。これにより、ねじ８０がワーク手前ねじ位置（スイッチ３５ｂがＯＮする位置）に達すると、電空レギュレータ３４はエア圧を所定の低圧に調節する。この結果、ドライバビット５３の下降速度が減じられ、ねじ８０がワークに接する時の衝撃を緩和することができる。
【００１９】
ねじ８０がねじ込み開始位置（スイッチ３５ｃがＯＮする位置）に達すると、ねじ８０はドライバビット５３と係合して回転伝達を受け、ワークのめねじにねじ込まれる。また、ねじ８０がねじ込み開始位置に達すると、電空レギュレータ３４はエア圧を所定の中圧値に調節する。これにより、シリンダ３２に供給されるエアは中圧に切り替えられるため、ドライバビット５３は、ねじ８０からカムアウトせず、かつねじ８０を必要以上に押圧しない程度の押圧力でねじ８０に押圧されることになる。
【００２０】
前述のようにエアシリンダ機構３が中圧のエアで作動する間、ドライバビット５３からねじ８０に与えられている押圧力が押圧力検出手段７の信号から割り出され、これが指令値と比較され、その差分に応じてシリンダ駆動部６２へ与える中圧作動指令信号の補正が繰り返される。これにより押圧力が適正に維持されるため、ねじ８０のねじ部とめねじとに余計な摩擦抵抗を生じさせることなく、しかもカムアウトを確実に防止しつつ、ねじ８０を高速でねじ込むことが可能である。
【００２１】
ねじ込みにともなってねじ８０が着座前位置（スイッチ３５ｄがＯＮする位置）に達すると、電空レギュレータ３４はエア圧を所定の高圧値に調節する。これにより、シリンダ３２に供給されるエアの圧力が高圧に切り替えられるため、ドライバビット５３からねじ８０に与えられる押圧力が高められる。よって、続くねじ８０の着座にともなって急激に増加する締付トルクの反力で、カムアウトが生じるのを防止できる。
【００２２】
ねじ８０が着座した後、モータ５１の負荷電流値が前段電流値に達したことが検出されると、モータ５１は低速駆動に切り替えられる。これにより、ドライバビット５３は低速回転に切り替わり、ねじ８０を最終締付トルクが発生するまで（モータ５１の負荷電流値が最終締付電流値に到達するまで）慎重に締め付けることができる。
【００２３】
着座前位置からモータ５１の負荷電流値が最終締付電流値に到達するまでの間、前述同様にシリンダ駆動部６２への指令値が補正され、押圧力が適正に維持される。よって、エアシリンダ機構３が高圧のエアで作動する間のカムアウトの発生を防止し、確実にねじ８０を締め付けることができる。
【００２４】
モータ５１の負荷電流値が最終締付電流値に達すると、ねじ８０が最終締付位置に到達しているか否かがスイッチ３５ｅの状態から確認される。これにより、ねじ８０の締付トルクと締付高さの両方が確認されることとなり、両方共ＯＫである場合には締付完了となる。この時、スイッチ３５ｅがＯＮしていなければ、締付高さ不良でエラーとなる。このようにしてねじ８０の締め付けが完了すると、シリンダ駆動部５２からの指令信号により電磁弁３３が切り替えられ、ピストンロッド３１がシリンダ３２内に後退する。これにより、ねじ締めツール５は原点位置に戻され、次の作業に備える。
【００２５】
なお、以上の説明では流体圧作動機構の一例としてエアシリンダ機構３を用いたが、流体圧作動機構として油圧の加除によってピストンロッドが作動する周知の油圧シリンダ機構を用いても得られる効果は同じである。
【００２６】
【発明の効果】
本発明に係るねじ締め装置は、エアシリンダ機構等の流体圧作動機構における作動流体の圧力を調節可能な流体圧調節手段を有し、この流体圧調節手段を制御し、ねじのねじ込み位置に応じて作動流体の圧力を所定の圧力に調節するように構成されている。このため、ねじのねじ込み位置に応じてドライバビットがねじを押圧する力を適正に変更することができ、ねじの締付けを正確に、効率よく行うことができる等の利点がある。また、ドライバビットからねじに与えられている押圧力に応じて流体圧調節手段の作動指令信号を補正するため、常時押圧力を適正に維持することが可能である。従って、精度の高い押圧力管理を実現し、前述の効果をより顕著にする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全体説明図である。
【図２】本発明に係るねじ締め装置によるねじ締めの過程とＡＣサーボモータの駆動制御および押圧力の変化の関係を示す説明図である。
【図３】本発明に係るねじ締め装置の要部を示すブロック説明図である。
【図４】本発明に係るねじ締め装置によるねじ締め制御処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係るねじ締め装置によるねじ締め制御処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ねじ締め装置
２コラム
３エアシリンダ機構
３１ピストンロッド
３２シリンダ
３３電磁弁
３４電空レギュレータ
３５ａ〜３５ｅスイッチ
５ねじ締めツール
５１ＡＣサーボモータ
５２伝達軸
５３ドライバビット
５４吸引スリーブ
５５台座
６制御手段
６１制御部
６２シリンダ駆動部
６３モータ駆動部
６４スイッチ信号処理部
６５記憶部
６６表示部
６７入力部
７押圧力検出手段
７１歪みゲージ
７２電源
７３差動アンプ
７４Ａ／Ｄ変換部

Claims

回転駆動源の駆動を受けて回転可能かつねじに係合可能なドライバビットを有するねじ締めツールと、前記ねじ締めツールを軸方向に往復移動操作可能な流体圧作動機構とを有するねじ締め装置において、
前記流体圧作動機構は作動流体の圧力を調節可能な流体圧調節手段を有し、
また、前記ねじのねじ込み位置に応じて前記流体圧調節手段から生まれる作動流体の圧力が所定の圧力となるよう当該流体圧調節手段を制御する制御手段を備えていることを特徴とするねじ締め装置。
ねじ締めツールは、ドライバビットからねじに与えられる押圧力に応じた信号を出力可能な押圧力検出手段を有し、また、制御手段は、前記押圧力検出手段の出力信号を受けて流体圧調節手段の作動指令信号を補正するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載のねじ締め装置。