JP2007313614A - 自動ねじ締め装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
極小ねじのように低推力下でのねじ締めを行うことができる自動ねじ締め装置を提供すること。
【解決手段】
本発明は、ねじ頭部に係合可能なドライバビット４２を締付け用ＡＣサーボモータ４１により回転駆動するよう構成されたドライバツール４と、このドライバツール４と一体に移動する移動部２ａを有する移動位置制御機構２とを備えた自動ねじ締め装置であって、前記移動部２ａの移動路に位置して、前記ドライバツール４と移動部２ａとの自重を支える自重支持力を発生する支持力発生部３を備えて成る構成である。そのため、ねじ頭部に係合可能なドライバビット４２を回転駆動するよう構成されたドライバツール４と移動位置制御機構２の移動部２ａとの自重を相殺でき、これらの自重による影響を受けることなく、移動部２ａが持つ押圧力を推力としてねじをワークにねじ込むことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークにねじを締付ける際にねじに付与する推力を制御する自動ねじ締め装置に関するものである。

従来、ワークにねじを締付ける場合に用いられる装置として、特許文献１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、締付け用モータの駆動を受けて回転するドライバビットを備えたドライバツールを有し、このドライバツールは移動用サーボモータにより駆動されるボールねじ機構のナット部材と一体にドライバビット軸線方向に往復移動するように構成されたものである。このねじ締め装置では、ドライバビット先端にねじが係合した後、締付け用モータが駆動されてドライバビットが回転し、このドライバビットによりねじに回転が伝達され、当該ねじがワークに締付けられる。この間、移動用サーボモータの回転速度制御およびトルク制御が行われ、これら制御により締付け完了時にドライバツールがねじを押圧する力、所謂推力が任意に変更されるようになっている。

特許第２８９４１９８号公報

近年、各種の電気機器類をはじめとして、様々な機器において超小型化が進んでおり、これにともなって、それらの組立てに用いるねじのサイズも極小化が進んでいる。特に、小型化が著しいデジタル機器については、呼び径が１ｍｍ前後のねじが広く利用される状況となっている。こうした極小ねじを締付ける場合には、締付けトルクは勿論、推力も低いものが求められる。なぜなら、過剰な推力をかけると、めねじおよびおねじを破壊してしまったり、ねじ山同士の過剰摩擦により焼付きを起こしてしまったりするからである。このような極小ねじの締付けにおける適正な推力は、数十グラムから数百グラムである。しかし、上記従来のねじ締め装置においては、ドライバツールやボールねじ機構のナット部材などの質量に基づく推力以下の低い領域の推力をねじに与えることができない。したがって、極小ねじの締付けに必要な低い領域の推力の制御ができず、極小ねじの締付けに用いた場合には、ねじに過剰な推力を与え、上述のような問題によるねじ締め不良を発生させてしまう等の問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、極小ねじのように低推力下でのねじ締めを行う必要があるねじの締付けにおいて、正確な推力を付与して良好なねじ締めを行うことができる自動ねじ締め装置を提供することを目的とする。この目的を達成するために本発明は、ねじ頭部に係合可能なドライバビットを回転駆動源により回転駆動するよう構成されたドライバツールと、このドライバツールと一体に移動する移動部を有する移動位置制御機構とを備えた自動ねじ締め装置であって、前記移動部の移動路に位置して、前記ドライバツールと移動部との自重を支える自重支持力を発生する支持力発生部を備えて成ることを特徴とするものである。

また、本発明は上記目的を達成するために、支持力発生部をドライバツールの移動路に配置している。さらに、支持力発生部をドライバビット先端のねじがワークに当接する直前で作用するように構成している。

本発明の自動ねじ締め装置においては、ドライバビット先端のねじがワークに着座する直前位置まで移動部が移動すると、支持力発生部がドライバツールおよび移動部を支持し、ドライバツールと移動部との自重を支える。この状態で、移動位置制御機構により自重支持力以上の大きさで、ねじを押圧する方向の押圧力を発生させ、この押圧力と自重支持力との差である推力をねじに付与する。このため、ねじを締付ける時にドライバツール等の自重に基づく推力がねじに作用するのを防止するとともに、移動位置制御機構が発生する押圧力を推力とすることができ、ドライバツールと移動部との自重に基づく推力以下の、極めて低い領域の推力の制御を行うことができる。また、支持力発生部は、ドライバツールを支持することによっても同様の効果がある。さらに、支持力発生部はねじがワークに食付く直前まで作動しないため、ねじがワークに食付くまでドライバツールを高速で移動でき、締付け時間を短縮することができる。

以下、図面に基づいて本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１において、１は自動ねじ締め装置であり、移動位置制御機構２と、この移動位置制御機構２により移動を制御されるドライバツール４と、これらを制御する制御ユニット５とから構成されている。

前記移動位置制御機構２は、上板２１ａ、下板２１ｂおよび直立板２１ｃからなるベース２１を有し、上板２１ａに設置された移動用ＡＣサーボモータ２３（以下、移動用モータ２３という）と、その駆動軸２３ａに連結されて一体に回転可能なボールねじ軸２４と、このボールねじ軸２４の螺旋溝に螺合するナット部材２５とからなっている。このナット部材２５は、直立板２１ｃに取付けられたリニアレール２６に案内されており、ボールねじ軸２４の回転にともなって軸線方向に往復移動するように構成されている。また、このナット部材２５は後記するドライバ台４ａとともに移動位置制御機構２の移動部２ａを構成している。

前記移動用モータ２３は、その駆動軸２３ａの回転に応じたパルス信号を出力可能なパルスエンコーダ２３ｂ（以下、エンコーダ２３ｂという）を備えており、このパルス信号が後記する制御部５１に送られ、移動用モータ２３の回転速度とナット部材２５の移動とがフィードバック制御されるように構成されている。また、ナット部材２５にはドライバ台４ａを介してドライバツール４が取付けられており、ナット部材２５の移動にともなってドライバツール４が一体に移動するように構成されている。

前記ドライバツール４は、ドライバ台４ａに設置された回転駆動源の一例の締付け用ＡＣサーボモータ４１（以下、締付け用モータ４１という）と、その駆動軸４１ａに連結されたドライバビット４２とを備えている。前記駆動軸４１ａとドライバビット４２とは、カップリング機構４３を介して直結されており、ドライバ台４ａの移動にともなう力、すなわち推力がドライバビット４２先端に伝わるように構成されている。また、締付け用モータ４１は前記移動用モータ２３と同様、駆動軸４１ａの回転に応じてパルス信号を出力可能なパルスエンコーダ４１ｂ（以下、エンコーダ４１ｂという）を備えており、そのパルス信号が制御部５１に送られ、締付け用モータ４１の回転速度が制御されるように構成されている。さらに、前記ドライバビット４２の先端は横断面十字形状に形成されており、ねじ（図示せず）の頭部に形成される十字形状の駆動穴に係合可能に構成されている。また、このドライバビット４２の先端部は、係合した金属製のねじを磁着保持できるように磁化されている。なお、ドライバビット４２の移動路にねじを保持するチャックユニット（図示せず）を配置して、磁化されてないドライバビット４２によりチャックユニットに保持されたねじをワークに締付けるようにしてもよい。また、締付け用モータ４１はＡＣサーボモータでなくてもよく、トルク検出機能を有するＤＣモータ（図示せず）であってもよい。

前記制御ユニット５は、制御部５１と、移動用モータ２３を制御するためのサーボコントローラ５２と、締付け用モータ４１を制御するためのツールコントローラ５３とを有しており、各コントローラは制御部５１から送られる各種指令信号により駆動されるように構成されている。前記制御部５１は、スタートスイッチ（図示せず）からスタート信号を受けると、サーボコントローラ５２に高速移動指令信号を送る一方、ナット部材２５が上限復帰すると停止指令信号を送るように構成されている。このサーボコントローラ５２は高速移動指令信号を受けると、移動用モータ２３を高速回転駆動し、ナット部材２５とともにドライバツール４を高速で下降させる一方、停止指令信号により移動用モータ２３を停止させるように構成されている。また、制御部５１はエンコーダ２３ｂのパルス信号を受けて移動用モータ２３の速度およびナット部材２５の移動をフィードバック制御するとともに、ねじが着座する直前位置に達するまでは移動用モータ２３のトルクの上限を制御するように構成されている。さらに、制御部５１はドライバビット４２の先端に保持されたねじがワーク（図示せず）に当接する直前に達すると、サーボコントローラ５２に低速移動指令信号を与え、モータ４１を低速度で駆動するように構成されている。しかも、制御部５１はねじのねじ山のリードと締付け用モータ４１の回転速度とから求まるねじのねじ込み速度より若干速い速度で移動用モータ２３を駆動するようにサーボコントローラ５２に指令信号を送る一方、ねじが着座する位置までナット部材２５が下降すると、トルクの上限を解除する指令信号を送るように構成されている。

前記制御部５１はスタート信号を受けると同時に、ツールコントローラ５３に駆動指令信号を送る一方、エンコーダ４１ｂからのパルス信号を受けて締付け用モータ４１の速度を制御してドライバビット４２にあらかじめ設定された設定トルクを与えて締付けを行うとともに、ねじがワークに着座する位置に達してから所定回転角回転すると締付けを完了するように構成されている。また、制御部５１はスタート信号を受けると同時に、Ａ／Ｄコンバータ３５を介して後記する電空レギュレータ３１に作動指令信号を送り、後記するシリンダ３２に任意の圧力のエアを供給するように構成されている。

前記移動位置制御機構２の移動部２ａの一部をなすドライバ台４ａの移動路に位置して、支持力発生部３を構成するシリンダ３２のピストンロッド３２ａが配置されており、このピストンロッド３２ａによりドライバ台４ａを下方から支持できるように構成されている。このシリンダ３２には、ピストンロッド３２ａを押上げる方向の力が発生するように電空レギュレータ３１およびサージタンク３３を介してエア源３４が接続されており、制御部５１からの作動指令信号に応じてエアの圧力を調整し、ドライバツール４と移動部２ａとの自重を相殺する押圧力が得られるように構成されている。また、このシリンダ３２はピストンロッド３２ａやピストン等の可動部の動作に係る摺動抵抗等が極めて小さくなるように設計された低摩擦タイプのエアシリンダでなっており、そのピストンロッド３２ａのストロークは、ワークにねじ込むねじの長さよりも十分に長く設定されている。さらに、前記サージタンク３３はピストンロッド下降時に増加するシリンダ３２の負圧を吸収して、シリンダ３２の負圧が一定に保持されるように構成されている。なお、シリンダ３２はドライバ台の移動路に配置されているが、ドライバツール４の移動路近くに配置して、ドライバツールを直接支持できるようにしてもよい。

上記自動ねじ締め装置では、ドライバビット４２の先端にねじが保持された状態で、スタート指令信号が制御部５１に入力されると、制御部５１から高速移動指令信号がサーボコントローラ５２に出力され、サーボコントローラ５２は移動用モータ２３をあらかじめ設定された高速度で駆動する。そのため、ボールねじ軸２４に螺合するナット部材２５がその移動量を制御されながらボールねじ軸２４に沿って下降する。このナット部材２５の下降にともない、ドライバツール４が一体に下降し、ドライバビット４２の先端のねじがワークの下穴に食付く直前の位置に達すると、制御部５１からサーボコントローラ５２に低速移動指令信号が送られ、移動用モータ２３があらかじめ設定された低速度で駆動され、ドライバ台４ａがシリンダ３２のピストンロッド３２ａに当接しながら下降する。この時、支持力発生部３をなすシリンダ３２はスタート信号が制御部５１に入力された時に送られる作動指令信号により作動しているので、シリンダ３２内には所定圧力のエアが供給されており、ピストンロッド３２ａはドライバ台４ａを一定押圧力で支持する。そのため、ドライバツール４と移動部２ａとの自重がこの押圧力と相殺され、ドライバビット４２の先端のねじにはドライバツール４と移動部２ａとの自重による推力は加わらない。しかも、この時、ねじの螺入速度よりもナット部材２５の下降速度がわずかに大きくなるように各モータは速度制御されているので、その差分による押圧力が推力としてねじに加わる。また、移動用モータ２３のトルクの上限が制御されているので、ドライバツール４もねじの螺入に追随でき、締付けが円滑に進行する。

この状態で、締付け作業が進行してねじがワークに着座する位置までナット部材２５が下降すると、制御部５１からサーボコントローラ５２にトルクの上限を解除するように指令信号が送られ、移動用モータ２３はあらかじめ設定された設定トルクを出力し、この設定トルクと速度で決まる押圧力がドライバビット４２に加わわり、ドライバビット４２のカムアウトが防止される。しかも、この時、ドライバビット４２にはドライバツール４と移動部２ａとの自重による推力は加わってないため、設定トルクと速度の調整により任意の微少な推力を設定することができ、ねじが極小ねじで大きな推力を加えられないような場合にも対応できる。

その後、制御部５１がエンコーダ４１ｂからのパルス信号を受け、着座時点から所定回転角回転したことが検出されると、各コントローラ５２，５３に停止指令信号が送られ、締付け用モータ４１および移動用モータ２３は停止する。移動用モータ２３が停止した後、制御部５１からサーボコントローラ５２に逆転指令信号が送られ、移動用モータ２３が逆転してナット部材２５が上昇する。このナット部材２５が上限復帰すると、制御部５１からサーボコントローラ５３に停止指令信号が送られ、移動用モータが停止して、ねじ締め作業を終了することができる。

本発明に係る自動ねじ締め装置のブロック説明図である。

符号の説明

１ 自動ねじ締め装置
２ 移動位置制御機構
２ａ 移動部
３ 支持力発生部
４ ドライバツール
４ａ ドライバ台
５ 制御ユニット

２１ ベース
２１ａ 上板
２１ｂ 下板
２１ｃ 直立板
２３ 移動用ＡＣサーボモータ
２３ａ 駆動軸
２３ｂ ロータリエンコーダ
２４ ボールねじ軸
２５ ナット部材
２６ リニアレール

３１ 電空レギュレータ
３２ シリンダ
３２ａ ピストンロッド
３３ サージタンク
３４ エア源
３５ Ａ／Ｄコンバータ

４１ 締付け用ＡＣサーボモータ
４１ａ 駆動軸
４１ｂ パルスエンコーダ
４２ ドライバビット
４３ カップリング機構

５１ 制御部
５２ サーボコントローラ
５３ ツールコントローラ

Claims (3)

1. ねじ頭部に係合可能なドライバビットを回転駆動源により回転駆動するよう構成されたドライバツールと、このドライバツールと一体に移動する移動部を有する移動位置制御機構とを備えた自動ねじ締め装置であって、
   前記移動部の移動路に位置して、前記ドライバツールと移動部との自重を支える自重支持力を発生する支持力発生部を備えて成ることを特徴とする自動ねじ締め装置。
2. 支持力発生部は、ドライバツールの移動路に配置してなることを特徴とする請求項１に記載の自動ねじ締め装置。
3. 支持力発生部は、ドライバビット先端のねじがワークに当接する直前で作動するよう構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の自動ねじ締め装置。
   

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