JP2008006561A

JP2008006561A - 自動ねじ締め装置

Info

Publication number: JP2008006561A
Application number: JP2006182071A
Authority: JP
Inventors: Toyoaki Sugano; 豊明菅野
Original assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Current assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2026-06-30
Also published as: JP4481960B2

Abstract

【課題】
極小ねじのように低推力下でのねじ締め等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、締付け用モータ４１によりドライバビット４２が回転するよう構成されたドライバツール４と、これと一体に移動するナット部材２５を有する移動位置制御機構２とを備え、移動位置制御機構２は移動用モータ２３の回転を受けて回転するボールねじ軸２４によりナット部材２５を昇降させる構成であって、前記ボールねじ軸２４に支持力用モータ３１を連結してこの支持力用モータ３１からボールねじ軸２４にナット部材２５が上昇する方向の出力トルクを与えるように構成する一方、
前記移動用モータ２３の上限トルクを支持力用モータ３１の出力トルクよりも大きくした構成である。そのため、ナット部材２５、ドライバツール等の自重を相殺でき、ナット部材２５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等において、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、締付け用回転駆動源によりドライバビットが回転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、移動位置制御機構は移動用回転駆動源の回転を受けて回転するねじ軸により移動部を昇降させる構成である自動ねじ締め装置であって、
前記ねじ軸に支持力用回転駆動源を連結し、この支持力用回転駆動源からねじ軸に移動部が上昇する方向の出力トルクを与えるように構成する一方、
前記移動用回転駆動源の上限トルクを支持力用回転駆動源の出力トルクよりも大きくした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、ねじ軸をボールねじ軸とすることもできる。

本発明の自動ねじ締め装置においては、移動用回転駆動源を駆動して移動部が位置移動制御を受けながら下降し、ドライバビット先端に供給されたねじが一体に下降する。この間に、支持力用回転駆動源が駆動して前記移動部が上昇する方向にねじ軸を回転させるように出力トルクが発生する。この出力トルクにより移動部が上昇方向の力を受けるが、移動用回転駆動源は移動位置制御されているため、その出力トルクが上限トルクまで上昇し、その時の上限トルクと支持力用回転駆動源の出力トルクとの差分で移動部が下降する。この時、支持力用回転駆動源の出力トルクからドライバツールおよび移動部の自重に対応する押圧力が得られるように設定しておくことにより、ドライバツールと移動部との自重による推力を相殺して移動部を下降させることができる。そのため、移動用回転駆動源により発生する押圧力のみを推力としてドライバビットによりねじを締付けることができ、極めて低い領域の推力の制御を行うことができる。また、ねじ軸をボールねじ軸に取り替えても、同様の作用効果を得ることができる。

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回転駆動源の一例の移動用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にカップリング機構２７ａを介して連結されて一体に回転するねじ軸の一例のボールねじ軸２４と、このボールねじ軸２４の螺旋溝に螺合するベアリング（図示せず）を有するナット部材２５とからなっている。前記移動用モータ２３は、後記する支持力用モータ３１の出力トルクよりも大きな上限トルクを出力でき、常時は上限トルクよりも低い設定出力トルクで駆動されてナット部材２５をドライバツール４とともに所定速度で下降させるように構成されている。また、この移動用モータ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移動用パルスエンコーダ２３ｂ（以下、移動用エンコーダ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の回転速度およびナット部材２５の移動距離がフィードバック制御されるように構成されている。

前記ナット部材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その軸線方向に往復移動し、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。また、このナット部材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一体に移動するように構成されている。このドライバツール４は、ドライバ台４ａに設置された締付け用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２７ｃ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の先端に伝わるように構成されている。さらに、前記締付け用モータ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締付け用パルスエンコーダ４１ｂ（以下、締付け用エンコーダ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。

一方、前記下板２１ｂの下面には支持力用回転駆動源の一例の支持力用ＡＣサーボモータ３１（以下、支持力用モータ３１という）がその駆動軸３１ａを上方にしてしかも下板２１ｂを貫通するように取付けられており、この駆動軸３１ａには前記ボールねじ軸２４がカップリング機構２７ｂを介して連結されている。また、この支持力用モータ３１はその駆動軸３１ａの回転に応じたパルス信号を出力可能な支持力用パルスエンコーダ３１ｂ（以下、支持力用エンコーダ３１ｂ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、支持力用モータ３１の出力トルクがフィードバック制御されるように構成されている。さらに、この支持力用モータ３１は所定の出力トルクを設定できるように構成されており、ナット部材２５、ドライバ台４ａおよびドライバツール４の自重に対応した押圧力が得られる出力トルクを出力できるように構成されている。しかも、この支持力用モータ３１の出力トルクは前記移動用モータ２３の設定出力、上限トルクのいずれよりも小さく設定されており、この上限トルクとの差分から設定推力が算出されるように構成されている。

前記制御ユニット５は、制御部５１と、移動用モータ２３を制御するための移動用サーボコントローラ５２ａと、支持力用モータ３１を制御するための支持力用サーボコントローラ５２ｂ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、制御部５１から送られる各種指令信号により各コントローラが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、移動用サーボコントローラ５２ａに所定速度での移動指令信号を送る一方で、移動用エンコーダ３１ｂからのパルス信号を受けて、ドライバビット４２の先端に供給されたねじがワーク（図示せず）に当接する直前位置を検出するように構成されている。また、この制御部５１はこの着座直前位置を検出すると、支持力発生指令信号を支持力用サーボコントローラに送り、支持力用モータ３１を駆動するとともに、支持力用エンコーダ３１ｂからのパルス信号を受けて出力トルクを一定に制御するように構成されている。さらに、制御部５１はスタート信号を受けると、ツールコントローラ５３に高速駆動指令信号を送る一方、前記支持力発生指令信号を出力すると同時にツールコントローラ５３に低速駆動指令信号を送るように構成されている。

前記制御部５１は後記する締付け用エンコーダ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、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してから所定回転角回転するとねじ締め完了を検出するように構成されている。また、この制御部５１はねじ締め完了を検出すると同時に、ツールコントローラ５３、移動用サーボコントローラ５２ａおよび支持力用サーボコントローラ５２ｂに停止指令信号を送るように構成されている。さらに、制御部５１は移動用サーボコントローラ５２ａに前記停止指令信号に続いて逆転指令信号を送る一方、ナット部材２５が上限復帰するのを待って移動用サーボコントローラ５２ａに停止指令信号を送るように構成されている。

前記移動用サーボコントローラ５２ａは、移動指令信号を受けると、移動用モータ２３にパワーを供給してこれを設定出力トルクで回転させる一方、移動用エンコーダ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の移動距離をフィードバック制御するように構成されている。また、移動用サーボコントローラ５２ａは逆転指令信号を受けると移動用モータ２３にパワーを供給してこれを逆転させ、移動台を上限位置に復帰させる一方、停止指令信号を受けると移動用モータ２３へのパワー供給を停止するように構成されている。

前記支持力用サーボコントローラ５２ｂは、支持力発生指令信号を受けると、支持力用モータ３１を駆動してその出力トルクをフィードバック制御し、ナット部材２５が押し上げられる方向の出力トルクを出力して、ナット部材２５、ドライバ台４ａおよびドライバツール4の自重に対応した押圧力が得られるようにように構成されている。また、この支持力用サーボコントローラ５２ｂは停止指令信号を受けると、支持力用モータ３１へのパワー供給を停止し、ボールねじ軸２４の拘束を解くように構成されている。

前記ツールコントローラ５３は、高速駆動指令信号を受けると、締付け用モータ４１を所定の高速度で回転させる一方、低速駆動指令信号を受けると締付け用モータ４１を所定の低速度で回転させるように構成されている。また、このツールコントローラ５３は停止指令信号を受けると、締付けモータ４１へのパワー供給を停止し、ドライバビット４２を停止させるように構成されている。

上記自動ねじ締め装置では、ドライバビット４２の先端にねじが供給された状態で、スタート指令信号が制御部５１に入力すると、制御部５１から締付け用モータ４１に高速回転駆動指令信号が送られ、締付け用モータ４１が所定の高速度で回転する。同時に、制御部５１から移動用サーボコントローラ５２ａに移動指令信号が出力され、移動用サーボコントローラ５２ａは移動用モータ２３をあらかじめ設定された速度で駆動する。そのため、ボールねじ軸２４に螺合するナット部材２５がその移動距離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が一体に下降してドライバビット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からツールコントローラ５３に低速回転指令信号が送られ、移動用モータ２３があらかじめ設定された低速度で回転する。同時に、制御部５１から支持力用サーボコントローラ５２ｂに支持力発生指令信号が送られ、支持力用モータ３１が駆動される。この時、支持力用モータ３１はナット部材２５が上昇する方向の押圧力を発生するように出力トルクを出力するので、ナット部材２５がこの押圧力を受け、ナット部材２５、ドライバ台４ａおよびドライバツール４の自重によりドライバビット４２に加わる推力は相殺される。

また、支持力用モータ３１が駆動される間、移動用モータ２３は支持力用モータ３１の出力トルクよりも大きい出力トルクを出力するので、ボールねじ軸２４は支持力用モータ３１に逆らって回転し、ナット部材２５がドライバツール４とともに下降する。この時、移動用モータ２３は移動位置制御されているため、その出力トルクがどんどん上昇して上限トルクに達し、この上限トルクと支持力用モータ３１の出力トルクとの差分により移動用モータ２３が回転してナット部材２５を前進させる。そのため、締付け用モータ４１の回転を受けて回転するドライバビット４２には、ナット部材２５、ドライバ台４ａおよびドライバツール４の自重による推力が加わらず、移動用モータ２３の上限トルクと支持力用モータ３１の出力トルクの差分から生じる押圧力のみを推力として、ドライバビット４２に作用させることができ、極めて低い領域の推力の制御を行うことができる。

その後、制御部５１が締付け用エンコーダ４１ｂからのパルス信号を受け、ねじ着座時点からドライバビット４２が所定回転角回転してねじ締め完了を検出すると、各コントローラ５２ａ、５２ｂ、５３に停止指令信号を送り、締付け用モータ４１、移動用モータ２３および支持力用モータ３１を停止させる。さらに、移動用モータ２３が停止した後、制御部５１から移動用サーボコントローラ５２ａ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が上昇復帰する。このナット部材２５が上限復帰すると、制御部５１から移動用サーボコントローラ５２ａに停止指令信号が送られ、移動用モータ２３が停止して、ねじ締め作業を完了することができる。

なお、実施の形態では、ねじ締め開始時の移動用モータ２３の出力トルクを支持力用モータ３１の出力トルクよりも大きくしているが、これを小さくしてもよい。この場合、支持力用モータ３１が回転するまでは、移動用モータ２３によりナット部材２５は下降するが、支持力用モータが駆動されると、移動用モータ２３のトルクが上昇して支持力用モータ３１の出力トルクよりも大きくなるまでは移動用モータ２３は回転しないので、ナット部材２５はその位置で停止する。その後、移動用モータ２３が移動位置制御を受けているため、移動用モータ２３の出力トルクが大きくなり、支持力用モータ３１の出力トルクを超えると、ナット部材２５は下降を再開することができる。

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

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移動用パルスエンコーダ
２４ボールねじ軸
２５ナット部材
２６リニアレール
２７ａ、２７ｂ、２７ｃカップリング機構

３１支持力用ＡＣサーボモータ
３１ａ駆動軸
３１ｂ支持力用パルスエンコーダ

４１締付け用ＡＣサーボモータ
４１ａ駆動軸
４１ｂ締付け用パルスエンコーダ
４２ドライバビット

５１制御部
５２ａ移動用サーボコントローラ
５２ｂ支持力用サーボコントローラ
５３ツールコントローラ

Claims

締付け用回転駆動源によりドライバビットが回転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、移動位置制御機構は移動用回転駆動源の回転を受けて回転するねじ軸により移動部を昇降させる構成である自動ねじ締め装置であって、
前記ねじ軸に支持力用回転駆動源を連結し、この支持力用回転駆動源からねじ軸に移動部が上昇する方向の出力トルクを与えるように構成する一方、
前記移動用回転駆動源の上限トルクを支持力用回転駆動源の出力トルクよりも大きくしたことを特徴とする自動ねじ締め装置。
ねじ軸をボールねじ軸とす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。