JP2017109259A - 自動ねじ締め装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ねじ部品当接時の衝撃力を軽減するとともに、ドライバツールに加わる推力の影響を排除した締付けを行うことができる自動ねじ締め装置を提供する。【解決手段】ドライバツール４と一体に移動する移動部５ｇを有する移動位置制御機構５と、ドライバツール４と移動部５ｇとの移動に制動を加える低摩擦シリンダ１７とを備え、移動位置制御機構５はねじ当接時の移動部５ｇの移動速度をほぼゼロに保持する制御部１９を有し、低摩擦シリンダ１７はドライバツール４と移動部５ｇとの自重よりも大きく、かつ移動部５ｇの推力よりも小さい範囲の任意の制動力を持つ構成であることを特徴としている。この構成によれば、ねじ当接時のねじ２の衝撃力を軽減しながら、移動部５ｇの推力と低摩擦シリンダ１７の制動力との差分を保持する範囲で低摩擦シリンダ１７の制動力を大きくできる。これにより、移動部５ｇの推力を任意に大きくでき、移動部５ｇの移動速度の選択幅を広くできる。【選択図】図１

Description

本発明は、ねじ、ボルト等のねじ部品を相手部材に締付ける際に、ねじ部品が相手部材に当接する時の衝撃を軽減して締付けを行うことができる自動ねじ締め装置に関するものである。

従来、ねじ部品の締付けに際しては、締付用モータの回転を受けて回転するドライバツールが多用されている。この種のドライバツールは、各種の移動手段により相手部材に向かって移動するように配置されており、その移動路に供給されるねじ部品を相手部材に当接させた後、これを相手部材に成形されためねじ部に締付けるように構成されている。また、前記移動手段としては、締付工程においてドライバツールの移動速度や移動時にドライバツールに加わる推力を任意に調整できることから、ＡＣサーボモータの回転を受けて回転するボールねじおよび軸受ナット部を備えた移動位置制御機構がしばしば利用されている。図１１に示すように、この種のドライバツール５４による締付途中にあっては、締付開始（図１１（ａ）参照）からねじ部品の一例のねじ５２が相手部材５３に着座する直前（図１１（ｃ）参照）までは低推力が、また着座直前には高推力（ともに、図１１中実太線参照）がドライバツール５４に付与されている。この状態下で、ねじ５２が相手部材５３に当接する直前（図１１（ｂ）参照）に達すると、ドライバツール５４の移動速度、すなわちねじ５２の移動速度を高速から低速に切り替えるような制御が行われている。これにより、ねじ５２の当接により相手部材５３が受ける力、すなわち衝撃力は軽減されるが、特にドライバツール５４が上下方向に移動するように配置される場合には、ドライバツール５４およびこのドライバツール５４を移動させる軸受ナット部を含む移動部（いずれも、図示せず）の自重がねじ５２に加わることとなる。そのため、ねじ５２が相手部材５３に当接する時の衝撃力は、この自重による影響が大きく、速度面の軽減があっても、依然としてかなり大きなものとなっている（図１１（ｂ）中、実細線参照）。

近年、各種製品の超小型化、軽量化が進み、相手部材として比較的やわらかいアルミダイカストの使用が進み、このアルミダイカストにあらかじめめねじ部を成形しておき、このめねじ部にねじ部品をねじ込む締付工程が増加している。このような締付けにあっては、前述の衝撃力がアルミダイカストに成形されるめねじ部に加わるが、めねじ部は十分な剛性を有しないことから、その一部が破壊される。そのため、ねじ部品がねじ込まれる際には、ねじ部品の斜め締付けを招いたり、ねじ部品のねじ山が半ピッチずれてめねじ部に締付けられたりして、正常にねじの締付けを行うことができないという問題が生じている。

また、前述の締付けにあっては、ドライバツール５４に設けたトルクセンサ（図示せず）を用いた締付トルク制御が一般的に行われているが、その際に前述の衝撃力をトルクセンサが検出してしまい、特に低トルク域での締付制御を行うことができないという問題が発生している。

さらに、前述の製品の超小型化、軽量化にともなって、特に精密機器類にあっては電装部品を装着する実装基板の薄板化が進んでいる。このような実装基板に電装部品をねじにより取付ける際には、ねじが実装基板に当接する時にねじの持つ衝撃力が大きいと、実装基板が反り返ってその破損を招いたり、実装基板に取付けられた電装部品の故障を招いたりするというような問題の発生の恐れが生じている。

これら問題を解消するために、ドライバツールおよびこのドライバツールとともに移動する移動部の自重を相殺してねじに加わる衝撃力を軽減してねじの締付けを行うことができる、特許文献１に記載の自動ねじ締め装置が創案されている。この自動ねじ締め装置５１は、図１２に示すように、ねじ（図示せず）の頭部に係合可能なドライバビット５６を締付用ＡＣサーボモータＭ１により回転駆動するように構成されたドライバツール５４と、このドライバツール５４と一体に移動するドライバ台５５ｆを持つ移動部５５ｇを有する移動位置制御機構５５とを備えている。前記移動位置制御機構５５は、移動用ＡＣサーボモータＭ２の回転を受けて回転するボールねじ５５ｄと軸受ナット部５５ｅとを備えており、ボールねじ５５ｄの回転にともなって軸受ナット部５５ｅがドライバ台５５ｆとともにリニアレール５５ｈに沿って移動するように構成されている。また、この自動ねじ締め装置５１は前記移動部５５ｇの移動路に位置して支持力発生部６７を備えており、この支持力発生部６７に供給されるエアの圧力をエアレギュレータ７３およびエアサージタンク７２ａにより調整、保持してドライバツール５４と移動部５５ｇとの自重を支える自重支持力を発生させるように構成されている。この装置によれば、支持力発生部６７で発生する自重支持力によりドライバツール５４とその移動部５５ｇとの自重を相殺でき、これらの自重がドライバビット５６およびその先端のねじに加わることがなく、移動部５５ｇが持つ推力のみでねじを相手部材（図示せず）に締付けることができる。

特開２００７−３１３６１４号公報

前述の自動ねじ締め装置５１では、ねじが相手部材に当接する際にドライバツール５４および移動位置制御機構５５の移動部５５ｇの移動速度を低速に切り替えることにより、ねじの持つ衝撃力は破壊力とならない程度までに軽減され、前述の問題を解消することができる。しかしながら、この自動ねじ締め装置５１では、ねじが相手部材にねじ込まれる時には、ねじが相手部材にねじ込まれる速度よりわずかに早い速度でドライバビット５６を移動させ、ドライバビット５６にわずかな推力を加える締付が行われている。そのため、ねじが相手部材に着座する時にドライバビット５６にカムアウト力が発生することから、このカムアウト力に打ち勝つように移動用ＡＣサーボモータＭ２が最大トルクを出力して、ドライバビット５６に最大推力が加えられている。この推力は、カムアウト防止には有効であるが、トルクセンサ（図示せず）を備えて締付制御を行うようなドライバツール５４にあっては、トルクセンサはこの推力による抵抗力を含めた値として締付トルク値を検出することになる。そのため、正確な締付トルク制御を行うことができないという問題が発生している。

また、この時、設定締付トルク値が低い領域にある時には、前述の推力が大きくなると、この推力による抵抗力が設定締付トルク値を超えてしまうことから、ドライバビット５６に付与する推力を前述のカムアウトを防止できる範囲で小さくしておかねばならない。

前記推力を小さくするためには、移動用ＡＣサーボモータＭ２に流れる電流値を制限して、移動部５５ｇの推力に係る移動用ＡＣサーボモータＭ２の出力トルクを小さくする必要がある。しかしながら、移動位置制御機構５５に使用される移動用ＡＣサーボモータＭ２は図１０に示す出力トルク―回転速度特性、言い換えれば移動部５５ｇの推力―移動速度特性を有していることから、推力、すなわち出力トルクが小さいと移動用モータＭ２の回転速度、すなわち移動部５５ｇの移動速度が制限されてしまう（図中、△・×印参照）。そのため、移動用ＡＣサーボモータＭ２の出力トルクを小さくすると、ドライバツール５４および移動部５５ｇの移動速度の選択幅が制限される。これにより、ねじ当接時の速度を低速に保持しながら、ねじが相手部材に当接するまでの移動速度を高速に設定するようなことができず、締付開始から締付完了までの締付けに要する時間を短縮することができないという問題が生じている。

本発明の目的は、上記問題を同時に解消することであり、ねじ部品が相手部材に当接する時に相手部材がねじ部品から受ける衝撃を軽減するとともに、ドライバツールに加わる推力の影響を排除した締付けを行うことができる自動ねじ締め装置を提供することである。

本発明の自動ねじ締め装置は、上記目的を達成するために、ねじ部品に係合可能な駆動ビットを締付用モータにより回転駆動するよう構成されるドライバツールと、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、前記ドライバツールと移動部との移動に制動を加える制動力発生部とを備える自動ねじ締め装置であって、前記移動位置制御機構はねじ部品が相手部材に当接する時にドライバツールとともに移動する移動部の移動速度をほぼゼロまたはゼロ後ほぼゼロに保持する制御部を有し、前記制動力発生部はドライバツールと移動部との自重よりも大きく、かつ移動部の推力よりも小さい範囲の任意の制動力を持つ構成となっている。この構成により、ねじ部品が相手部材に当接する時に相手部材がねじ部品から受ける衝撃力は破壊力を持たない程度まで軽減され、相手部材が剛性の低いアルミダイカストであっても、これに成形されためねじ部が破壊されることがない。これにより、ねじ部品の斜め締付けを招いたり、ねじ部品のねじ山が半ピッチずれてめねじ部に締付けられたりするようなことがなく、正常にねじ部品の締付けを行うことができる。また、前述の締付けにあっては、トルクセンサを用いて締付トルク制御が行われることがあるが、その際に前述の衝撃力がトルクセンサにより締付トルクとして検出される。この時には、前述したように衝撃力は軽減されているため、その締付制御に影響を与えることがなく、正確な締付制御を行うことができる。さらに、前述の衝撃力は軽減されていることから、相手部材が薄板化された実装基板であっても、ねじ部品が当接する時に実装基板が反り返ってその破損を招いたり、実装基板に取付けられた電装部品の故障を招いたりするというようなことは発生しない。

本発明の移動位置制御機構は、ねじ部品が相手部材のめねじ部に当接する時およびねじ部品が着座する時にドライバツールのドライバビットがカムアウトするのを適正な推力で防止し、トルクセンサを使用して締付トルク制御が行われるような場合に、ドライバツールの推力の影響を受けずに正確な締付トルク制御を行うことができる好適例として、移動部に発生する推力と制動力発生部の制動力との差分をドライバツールに加える適正推力として設定する制御部を有することが望ましい。

また、本発明の移動位置制御機構は、ねじ部品が持つ衝撃力を軽減しながら、締付開始からねじ部品が相手部材のめねじ部に当接するまでの間にドライバツールおよびねじ部品を高速で移動させて、この移動に要する時間を短縮し、締付時間の短縮する好適例として、移動部に推力を発生させる移動用ＡＣサーボモータを駆動する移動用モータ駆動部を有し、移動用ＡＣサーボモータにより発生する推力と制動力発生部の制動力との差分を保持しながら、制動力発生部の制動力を大きくして、移動用ＡＣサーボモータの速度の選択幅を広くする構成であることが望ましい。

本発明のドライバツールは、ねじ部品が相手部材に当接する時に相手部材のめねじ部に損傷があってもねじ部品が斜め食付きを起こさないようにするために、締付用モータを有し、この締付用モータをねじ部品が相手部材に当接する時に一旦逆転して後、正転するように構成することが望ましい。

その他に、本発明の制動力発生部は、制動力発生部の作動時に制動力発生部に生じる抵抗力を小さくしてこの抵抗力から生じる推力を小さくして低トルク域での締付トルク制御を行えるようにするため、常時突出するピストンロッドを有する低摩擦シリンダでなり、この低摩擦シリンダをドライバツールと一体に移動する構成とすることが望ましい。

以上説明した本発明によれば、ねじ部品が相手部材に当接する時に相手部材がねじ部品から受ける衝撃を軽減するとともに、ドライバツールに加わる推力の影響を排除した締付けを行うことができる自動ねじ締め装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係るねじ締め装置の締付工程におけるドライバビットの推力および移動速度の制御状態を説明する説明図。 本発明の実施形態に係るねじ締め装置の正面図。 図２のＡ−Ａ線断面図。 本発明の実施形態に係るねじ締め装置の制御装置を説明するブロック図。 本発明の実施形態に係るねじ締め装置の締付け開始時を説明する動作図。 本発明の実施形態に係るねじ締め装置の吸引スリーブ下死点時を説明する動作図。 本発明の実施形態に係るねじ締め装置のねじ部品当接直前時を説明する動作図。 本発明の実施形態に係るねじ締め装置のねじ部品着座直前時を説明する動作図。 本発明の実施形態に係るねじ締め装置の締付完了時を説明する動作図。 本発明の実施形態に係るねじ締め装置に使用される締付用ＡＣサーボモータの出力トルク―回転速度（推力―移動速度）特性表。 従来の一般的なドライバツールの締付工程におけるドライバビットに加わる推力および移動速度の制御状態を説明する説明図。 従来の自動ねじ締め装置の概略構成を説明する説明図。

以下、本発明の実施形態に係る自動ねじ締め装置を図面に基づき説明する。図２および図３に示すように、１は自動ねじ締め装置であり、支柱（図示せず）に取付けられる定置式であっても、ロボット（図示せず）の先端に取付けられる先端ツールのいずれであってもよい。この自動ねじ締め装置１は、ねじ部品の一例のねじ２を相手部材３に締付けるドライバツール４と、これを所定位置まで移動させる移動位置制御機構５とを有している。前記ドライバツール４は、ねじ２に係合可能な駆動ビットの一例のドライバビット６と、このドライバビット６を回転駆動する締付用ＡＣサーボモータ（以下、締付用モータという）Ｍ１とを有している。前記駆動ビットは、前記ドライバビット６に限定されるものではなく、ねじ部品に応じて、例えばねじ部品がボルト（図示せず）、またはナット（図示せず）である時にはボックスビット（図示せず）に取り換えられる。

前記移動位置制御機構５は、直立する基板５ａの上、下部にそれぞれ固定される上ブラケット５ｂ、下ブラケット５ｃ、これら上、下ブラケット５ｂ、５ｃ間に回転可能に保持されるボールねじ５ｄおよび軸受ナット部５ｅを有している。前記軸受ナット部５ｅは、ボールねじ５ｄに螺合しており、ボールねじ５ｄの回転にともなってボールねじ５ｄに沿って移動するように構成されている。また、前記移動位置制御機構５は、前記上ブラケット５ｂに駆動軸（図示せず）を上方にしてかつボールねじ５ｄと並列に取付けられる移動用ＡＣサーボモータ（以下、移動用モータという）Ｍ２（図４参照）を有している。この移動用モータＭ２の駆動軸は、前記上ブラケット５ｂを貫通し、駆動用プーリ（図示せず）、被動用プーリ７ｂおよびこれらを巻回する伝達ベルト（図示せず）でなるプーリ機構７および被動プーリ７ｂと一体に回転する軸継手８を介してボールねじ５ｄに接続されている。前記プーリ機構７は、駆動用プーリまたは被動用プーリ７ｂのいずれかを交換して、その伝達比率を変え、移動用モータＭ２の回転をボールねじ５ｄに伝達するように構成されている。これにより、ボールねじ５ｄの最大速度を移動用モータＭ２よりも遅くして、出力トルクを大きくでき、小さいパワーの移動用モータ（図示せず）の代用が可能となる。また、移動用モータを小さいパワーのものに代えなければ、推力設定範囲の拡大が可能となる。

前記移動位置制御機構５は前記軸受ナット部５ｅと一体に移動するドライバ台５ｆを有し、この軸受ナット部５ｅとドライバ台５ｆとにより移動位置制御機構５の移動部５ｇが構成されている。このドライバ台５ｆは、前記上、下ブラケット５ｂ，５ｃに並列に固定される２本のガイドシャフト（図中１本のみ記載）９に摺動可能に案内されており、移動用モータＭ２の正転または逆転により軸受ナット部５ｅがボールねじ５ｄに沿って移動するにともなって昇降するように構成されている。前記ドライバ台５ｆは、図示はしないが、移動部５ｇを前記基板５ａに取付けられるリニアレール（図示せず）に沿って移動する構成であってもよい。

前記ドライバ台５ｆには、前記締付用モータＭ１がその駆動軸Ｍ１ａを下方にして、かつドライバ台５ｆを貫通するように取付けられている。この締付用モータＭ１の駆動軸Ｍ１ａにはドライバビット６を一端に持つ連接軸１０が連結具１１を介して後退可能に連結されており、ドライバビット６が相手部材３に当接しても後退できるように構成されている。なお、前記連結具１１は前記連接軸１０を後退できないような直結する構成であってもよい。

また、前記ドライバ台５ｆには、その下面側に位置して前記連結具１１および連接軸１０を内方に位置させる保持スリーブ１２が取付けられており、この保持スリーブ１２には同心上に位置するスリーブ取付具１３が回転しないように、かつ後退可能に弾力付勢されて取付けられている。前記スリーブ取付具１３には、吸引スリーブ１４が前記連接軸１０およびドライバビット６の周囲を隙間を持って覆うように取付けられており、その下端はドライバビット６の先端よりも下方に位置している。また、前記スリーブ取付具１３にはホース継手１３ａが吸引スリーブ１４の内部に連通するように取付けられており、このホース継手１３ａを介してエア吸引機構（図示せず）が接続されている。このエア吸引機構は、吸引スリーブ１４内のエアを吸引して、後記チャック爪１６ｃに保持されるねじ２をドライバビット６の先端に吸着するように構成されている。

前記吸引スリーブ１４の先端は、前記下ブラケット５ｃにチャック台１５を介して取付けられるチャックユニット１６内を挿通可能に配置されており、前記ドライバ台５ｆの下降にともなってドライバビット６とともにチャックユニット１６から突出する構成となっている。また、この吸引スリーブ１４にはストッパリング１４ａが固定されており、このストッパリング１４ａがチャックユニット１６の上端に当接することにより吸引スリーブ１４はその位置を下死点としで停止するように構成されている。このストッパリング１４ａの取付け位置は、吸引スリーブ１４が相手部材３に当接する直前の位置で停止できる位置に設定されている。

前記チャックユニット１６は、前記吸引スリーブ１４が通過する貫通穴１６ａを有するチャック本体１６ｂと、貫通穴１６ａを常時閉止するように弾力付勢される一対のチャック爪１６ｃ、１６ｃ（以下、チャック爪１６ｃという）と、このチャック爪１６ｃの開放を抑えるチャック爪抑え１６ｄとを有している。前記チャック本体１６ｂの貫通穴１６ａ内には、吸引スリーブ１４の先端が後記連接パイプ１６ｅの先端上方に位置するように配置されおり、吸引スリーブ１４の下降時にはその移動路から連接パイプ１６ｅを押し出し、後記ねじ保持穴１６ｆに供給されるねじ２を吸引するように構成されている。前記チャック爪１６ｃは、吸引スリーブ１４の移動路上にねじ保持穴１６ｆを有しており、このねじ保持穴１６ｆにエア給送されるねじ２を保持するように構成されている。前記チャック爪抑え１６ｄは、チャック爪１６ｃに嵌合可能な嵌合凹部１６ｄ１を有し、連接パイプ１６ｅの上側に面して回転自在に配置されている。また、このチャック爪抑え１６ｄは後記ねじりコイルばね１６ｊにより弾力付勢されて、その一部は連接パイプ１６ｅに当接するとともに、嵌合凹部１６ｄ１はチャック爪１６ｃに嵌合している。これにより、チャック爪１６ｃがエア給送されるねじ２の衝突により開放されることがなく、また連接パイプ１６ｅの回転によりチャック爪抑え１６ｄが一体に回転してその嵌合凹部１６ｄ１がチャック爪１６ｃから離れ、チャック爪１６ｃとの係合が解かれる構成が得られる。

前記チャック本体１６ｂには、前記貫通穴１６ａに斜めに連接する連接パイプ１６ｅがその先端を常時ねじ保持穴１６ｆの上方に位置するようにねじりコイルばね１６ｊにより弾力付勢されて配置されている。この連接パイプ１６ｅは、吸引スリーブ１４の通過時に吸引スリーブ１４により押し出されるように回転してその先端をチャック爪１６ｃ外に位置させるとともに、前記チャック爪抑え１６ｄをチャック爪１６ｃが開放可能な位置まで回転させる構成となっている。また、前記チャック本体１６ｂには前記連接パイプ１６ｅに連通するねじ案内穴１６ｇが設けられており、このねじ案内穴１６ｇに連通するようにねじ２をエア給送するねじ供給ホース１６ｈが取付けられている。

前記ドライバ台５ｆには、図２に示すように制動力発生部を構成する低摩擦シリンダ１７が取付けられており、そのピストンロッド１７ａの先端はドライバ台５ｆよりも下方に位置するように構成されている。前記低摩擦シリンダ１７は、その作動時に生じる抵抗力が小さいため、この抵抗力から生じる推力も小さく、低トルク域での締付トルク精度に影響を与えない。また、前記ピストンロッド１７ａの移動路上にはストッパボルト１７ｂが取付けられており、吸引スリーブ１４の先端がその下死点に達する前に、ピストンロッド１７ａがストッパボルト１７ｂに当接して所定の制動力でドライバ台５ｆの移動に制動を加えるように構成されている。

前記自動ねじ締め装置１の制御装置１８は、図４に示すように各種駆動信号を出力する制御部１９と、移動用モータＭ２を駆動する移動用モータ駆動部２０と、締付用モータＭ１を駆動する締付用モータ駆動部２１と、低摩擦シリンダ１７に所定の制動力を出力させるシリンダ駆動部２２とを備えている。前記移動用モータ駆動部２０は、パルスエンコーダＥにより検出される移動用モータＭ２の回転量から移動用モータＭ２の回転速度を検出してこの回転速度が各目標速度指令値に対応する速度に保持されるように移動用モータＭ２にパワーを供給するように構成されている。また、この移動用モータ駆動部２０は、前述のパワー供給と同時に、移動用モータＭ２の出力トルクに係る電流値を検出して、これを各目標トルク指令値に保持するように構成されている。この移動用モータＭ２の電流値、すなわち出力トルクの制御により、ボールねじ５ｄの回転にともなって移動する軸受ナット部５ｅおよびドライバ台５ｆでなる移動部５ｇに加わる推力が制御される。

前記締付用モータ駆動部２１は、目標締付速度指令値に応じた速度で締付用モータＭ１を回転させ、その回転を受けて回転するドライバビット６に生じる締付トルクをトルクセンサ（図示せず）により検出して、これが目標締付トルクとなるように締付制御を行うように構成されている。

前記シリンダ駆動部２２は、電空変換部２３ａに入力される後記制動力発生指令値に応じてエアの圧力を調整する電空レギュレータ２３を有し、エア源からのエアがエアサージタンク２２ａを介して所定圧力に調整、保持されて低摩擦シリンダ１７に供給されるように構成されている。前記電空レギュレータ２３は、エアの圧力を調整することにより低摩擦シリンダ１７のピストンロッド１７ａにドライバツール４と移動部５ｇとの自重よりも大きく、かつ前記移動用モータＭ２の回転により移動部５ｇに生じる推力よりも小さい範囲の任意の制動力を持たせる構成となっている。この構成により、ドライバツール４および移動部５ｇの自重を移動用モータＭ２の駆動にともなって発生する推力の一部により相殺して、ドライバツール４およびその先端のねじ２が持つ衝撃力を軽減することができる。また、前述の構成により、移動用モータＭ２の回転にともなって移動部５ｇに発生する推力とドライバツール４および移動部５ｇの自重との差分をドライバビット６およびねじ２に加える適正推力として移動用モータＭ２の各目標トルクを設定することができる。

また、前記制動力は前述の範囲で設定可能であることから、前記差分を保持しながら制動力を大きくすることができるので、移動用モータＭ２により発生する移動部５ｇの推力を任意に大きく設定することができる。この推力が大きくなると、移動位置制御機構５に使用される移動用モータＭ２の特性（図１０参照）からして、移動用モータＭ２の移動速度の選択幅が広くなる。

前記制御部１９は、図１および図４に示すようにスタートスイッチ（図示せず）から締付スタート信号を受けると、移動用モータ駆動部２０から送られる移動用モータＭ２の回転量を基に移動位置制御機構５の移動部５ｇ、すなわちドライバツール４の一部をなすドライバビット６の先端位置を検出して、このドライバビット６の先端位置に応じて移動用モータ駆動部２０、締付用モータ駆動部２１、シリンダ駆動部２２、ねじ供給部（図示せず）、エア吸引機構（図示せず）それぞれに目標速度指令値（第１、第２、第３の３種類）、目標トルク指令値（第１、第２、第３の３種類）、目標締付速度指令値（第１、第２、第３の３種類）、制動力発生指令値、ねじ供給指令信号その他の駆動信号を出力するように構成されている。

前記第１目標速度指令値、第２目標速度指令値、第３目標速度指令値は、それぞれ締付開始時、ねじ当接直前時、ねじ込み開始時のドライバビット６の移動速度を設定するもので、移動用モータＭ２の最大速度が得られる値、前記最大速度の２％程度の速度が得られる値、前記最大速度の５％程度の速度が得られる値が選択されている。

前記第１目標トルク指令値、第２目標トルク指令値、第３トルク指令値は、それぞれねじ込み時、ねじ着座時、締付完了時にドライバビット６がカムアウトするのを防止できる推力が得られる値となっている。前記カムアウト時のカムアウト力は、締付作業開始前にドライバビット６をねじ込み時、ねじ着座時、締付完了時それぞれの移動速度で移動させた状態で、前記ねじ２に対応するテストピースを備える荷重検出治具（図示せず）によって検出される。

前記第１目標締付速度指令値、第２目標締付速度指令値、第３目標締付速度指令値は、締付段階に応じたドライバビット６の回転速度を設定している。すなわち、前記第１目標締付速度指令値はねじ２が相手部材３のめねじ部３ａに当接する時にドライバビット６をわずかに回転する程度の速度で逆転させ、前記第２目標締付速度指令値はドライバビット６を高速（締付用モータ２１の締付速度とねじ２のピッチにより決まる仮締め速度）で回転させる値となっている。さらに、前記第３目標締付速度指令値は着座直後にドライバビット６を高速から低速（急激に上昇する締付トルクの検出ができる本締め速度）に切り替えて回転させる値となっている。

前記制御部１９は、具体的には締付開始時には、制動力発生指令値、ねじ供給指令信号およびエア吸引指令信号を送った後に、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように移動用モータ駆動部２０に高速度が得られる第１目標速度指令値と、ねじ２が相手部材３のめねじ部３ａにねじ込まれる際にドライバビット６がカムアウトしない程度の推力が得られる第１目標トルク指令値とを送るように構成されている。前記制御部１９は、図１（ｃ）に示すように前記ドライバビット６の先端に保持されるねじ２が相手部材３のめねじ部３ａに当接する直前位置に達すると、前述の第１目標トルク指令値を維持しながら、移動用モータ駆動部２０にねじ込み速度よりも遅い速度（本実施形態では、ほぼゼロであるが、ゼロとしてその後にほぼゼロであってもよい）が得られる第２目標速度指令値を送り、前記ねじ２が相手部材３のめねじ部３ａに当接するまでの時間経過後にねじ込み速度よりもわずかに早い速度が得られる第３目標速度指令値を送るように構成されている。これにより、ねじ２が相手部材３に当接する時のドライバツール４の移動速度をほぼゼロにする構成およびねじ２が相手部材３のめねじ部３ａに当接してから着座するまでの間の推力の増加を招かず、低トルク域での締付トルク制御に影響を与えない構成が得られる。

前記制御部１９は、前記ねじ２が相手部材３のめねじ部３ａに当接する位置に達すると、締付用モータ駆動部２１にわずかに回転する程度の速度が得られる第１目標締付速度指令値とともに逆転駆動指令信号を送るように構成されている。また、この制御部１９は逆転駆動指令信号を送って後ねじ込み速度、すなわち仮締め速度を得る第２目標締付速度指令値とともに正転駆動指令信号を送るように構成されている。さらに、前記制御部１９は図１（ｄ）に示すように前記ねじ２が相手部材３に着座する直前位置、図１（ｅ）に示す締付完了位置に達すると、前述の第３目標速度指令値を保持しながら、それぞれ第２目標トルク指令値、第３目標トルク指令値を移動用モータ駆動部２０に送るように構成されている。

上記ねじ締め装置１において、スタートスイッチ（図示せず）から締付スタート信号が出力されると、ねじ供給指令信号がねじ供給部に、エア吸引指令信号がエア吸引機構に送られる。これにより、図５に示すようにねじ２がチャックユニット１６のチャック爪１６ｃ内にエア給送されるとともに、吸引スリーブ１４に連接されるエア吸引機構が作動する。これとともに、制動力発生指令値がシリンダ駆動部２２内の電空レギュレータ２３の電空変換部２３ａに送られ（図４参照）、低摩擦シリンダ１７には制動力発生指令値に応じた圧力のエアが供給され、そのシリンダロッド１７ａは所定の制動力を保持する状態となる。

前記締付スタート信号が出力されると同時に、図１（ａ）および図５に示すように第１目標速度指令値および第１目標トルク指令値が移動用モータ駆動部２０に送られ（図４参照）、移動用モータＭ２が高速で回転し、軸受けナット部５ｅが高速で、かつ第１目標トルク指令値に応じた推力を保持して移動する。前記移動用モータＭ２の回転にともなって、その回転量がパルスエンコーダＥにより検出され、軸受ナット部５ｅおよびドライバ台５ｆでなる移動位置制御機構５の移動部５ｇの位置、すなわちドライバツール４の一部をなすドライバビット６および吸引スリーブ１４の位置が検出される。このドライバビット６および吸引スリーブ１４がチャック爪１６ｃを押し開いて通過する際には、チャック爪１６ｃに保持されるねじ２は吸引スリーブ１４内に吸引され、ドライバビット６の先端に保持される。この時、前記第１目標トルク指令値は、移動用モータＭ２の回転により生じる推力とドライバツール４および位置移動制御機構５の移動部５ｇの自重との差分がねじ着座直前までの間ドライバビット６およびねじ２に加える適正推力となるように設定されている。また、前記低摩擦シリンダ１７の制動力は前記差分を保持しながら、前述の範囲で大きくなるように設定されている。そのため、ドライバツール４および移動部５ｇの自重を移動用モータＭ２により発生する推力の一部により相殺して、ドライバツール４およびその先端のねじ２が持つ衝撃力を軽減すると同時に、移動用モータＭ２の回転により生じる推力を前記差分が保持される範囲で任意に大きくすることができる。これにより、位置移動制御機構５に使用される移動用モータＭ２の特性に基づき、移動用モータＭ２の速度を幅広く選択できる（図１０参照）。そのため、ねじ２が相手部材３に当接する際の速度をほぼゼロに保持しながら、締付開始からドライバビット６の先端のねじ２が相手部材３のめねじ部３ａに当接する直前までの移動部５ｇの速度をより高速に設定することができる。

前記移動用モータＭ２が駆動されて、ドライバビット６および吸引スリーブ１４が移動し、図１（ｂ）に示すように吸引スリーブ１４の先端が相手部材３に取付けられる被締結部材２４に近くなると、低摩擦シリンダ１７のピストンロッド１７ａがストッパボルト１７ｂに当接する。これにより、移動用モータＭ２により発生する推力と低摩擦シリンダ１７の制動力との差分がドライバビット６とねじ２に加える適正推力として保持されながら、ドライバビット６およびねじ２は吸引スリーブ１４とともに移動する。

前記ドライバビット６および吸引スリーブ１４がさらに移動し、図６に示すように吸引スリーブ１４の先端が被締結部材２４に近くなる。この時、吸引スリーブ１４に取付けられたストッパリング１４ａがチャックユニット１６の上端に当接し、この位置が吸引スリーブ１４の下死点となって吸引スリーブ１４が停止する。その後は、ドライバビット６およびねじ２が吸引スリーブ１４に対して移動することとなり、ねじ２が吸引スリーブ１４から突き出ることができる。

この状態で、ドライバビット６およびねじ２がさらに移動して、図１（ｃ）および図７に示すようにねじ２が相手部材３のめねじ部３ａに当接する直前位置に達すると、ドライバビット６とねじ２に前述の差分の力が加わった状態を保持しながら、第２目標速度指令値が移動用モータ駆動部２０に送られる（図４参照）。そのため、移動用モータＭ２がほぼゼロとなる速度で回転し、軸受けナット部５ｅがほぼゼロとなる速度で移動する。この時、ドライバツール４および移動部５ｇの自重は低摩擦シリンダ１７の制動力の一部により相殺されているので、ドライバビット６およびねじ２に加わる力は、移動用モータＭ２により発生する推力のみとなる。そのため、ドライバビット６およびねじ２が持つ運動エネルギーは従来と比べ格段に小さくなり、ねじ２が相手部材３のめねじ部３ａに当接する時に相手部材３がねじ２から受ける衝撃力は破壊力を持たない程度まで軽減される。これにより、相手部材３が剛性の低いアルミダイカストであっても、これに成形されためねじ部３ａを破壊することがないばかりか、その後の締付工程においてねじ２の斜め締付けを招いたり、ねじ２のねじ山が半ピッチずれてめねじ部３ａに締付けられたりするようなことがなく、正常にねじ２の締付けを行うことができる。

また、前記締付用モータＭ１にトルクセンサが配置されて、締付トルク制御が行われるような場合には、前述の衝撃力がこのトルクセンサにより検出されるが、この時には前述したように衝撃力は軽減されている。そのため、ねじ２が相手部材３に当接する際の抵抗力は小さく、低トルク域での締付制御であっても、その締付精度に影響を与えることがない。

前記ドライバビット６およびねじ２がさらに移動して、ねじ２が相手部材３のめねじ部３ａに当接する位置に達すると、ドライバビット６とねじ２に前述の差分の力が加わった状態を保持しながら、第３目標速度指令値が移動用モータ駆動部２０に送られる（図１（ｃ）参照）。そのため、移動用モータＭ２が軸受けナット部５ｅをねじ込み速度よりわずかに早い速度で移動させるように回転し、軸受けナット部５ｅとともにドライバツール４が移動する。この時、逆転駆動指令信号が第１目標締付速度指令値とともに締付用モータ駆動部２１に送られ（図４参照）、締付用モータＭ１は一旦逆転する。その後、正転駆動指令信号がねじ込み速度、すなわち仮締め速度を得る第２目標締付速度指令値とともに締付用モータ駆動部２１に送られ、締付用モータＭ１は正転する。これにより、相手部材３のめねじ部３ａに損傷があってもねじ２が斜め食付きを起こすようなことはない。また、ドライバビット６は前述のねじ込み速度、すなわち仮締め速度を保ちながら移動するので、ねじ２が相手部材３に当接してから着座するまでの間にドライバビット６およびねじ２に加わる推力が増加することがなく、低トルク域での締付トルク精度に影響を与えるようなことがない。その上、前述したようにねじ当接時にねじ２の持つ衝撃力は軽減されているので、相手部材３が薄板化された実装基板であっても実装基板が反り返ってその破損を招いたり、実装基板に取付けられた電装部品の故障を招いたりするというようなことは発生しない。

前記ドライバビット６およびねじ２がさらに移動して、図１（ｄ）および図８に示すようにねじ２が相手部材３に着座する直前位置に達すると、前述のドライバビット６の速度が保持された状態で、第２トルク指令値が移動用モータ駆動部２０に送られる（図４参照）。そのため、移動用モータＭ２はねじ着座時にカムアウトが発生しない十分な出力トルクを保持して回転し、軸受けナット部５ｅおよびドライバ台５ｆでなる移動部５ｇが前述の出力トルクによって発生する推力を持って移動する。これにより、ドライバビット６およびねじ２はねじ着座時にカムアウトが発生しない十分な推力を持つことができる。

前記ドライバビット６およびねじ２がさらに移動して、図１（ｅ）および図９に示すように前記ねじ２が相手部材３に着座して締付完了直前位置に達すると、前述のドライバツール４の移動速度が保持された状態で、第３目標トルク指令値が移動用モータ駆動部２０に送られる（図４参照）。そのため、締付完了までカムアウトが発生しない十分な出力トルクを保持して移動用モータＭ２が回転し、軸受けナット部５ｅおよびドライバ台５ｆでなる移動部５ｇが前述の出力トルクにより発生する推力を持って移動する。同時に、本締め速度を得る第３目標締付速度指令値が締付用モータ駆動部２１に送られ、ねじ２の締付けが本締め速度で継続されるので、締付トルクが増加して目標締付トルクに達すると、締付用モータＭ１および移動用モータＭ２が停止して所定の締付けを完了することができる。この時、この締付トルクの増加にともなって、ドライバビット６に大きなカムアウト力が発生するが、前記移動部５ｇ、すなわちドライバビット６に加わる推力により、カムアウトが発生することはない。

以上説明したように、本発明はねじ２に係合可能なドライバビット６を締付用モータＭ１により回転駆動するよう構成されるドライバツール４と、このドライバツール４と一体に移動する移動部５ｇを有する移動位置制御機構５と、前記ドライバツール４と移動部５ｇとの移動に制動を加える低摩擦シリンダ１７とを備え、前記移動位置制御機構５はねじ２が相手部材３に当接する時にドライバツール４とともに移動する移動部５ｇの移動速度をほぼゼロまたはゼロ後ほぼゼロに保持する制御部１９を有し、前記低摩擦シリンダ１７はドライバツール４と移動部５ｇとの自重よりも大きく、かつ前記移動部５ｇの推力よりも小さい範囲の任意の制動力を持つ構成となっている。この構成により、ねじ２が相手部材３に当接する時に相手部材３がねじ２から受ける衝撃力は破壊力を持たない程度まで軽減されることとなり、相手部材３が剛性の低いアルミダイカストであっても、これに成形されためねじ部３ａが破壊されることがない。これにより、ねじ２の斜め締付けを招いたり、ねじ２のねじ山が半ピッチずれてめねじ部３ａに締付けられたりするようなことがなく、正常にねじ２の締付けを行うことができる。また、前述の締付けにあっては、トルクセンサを用いて締付トルク制御が行われることがあるが、その際に前述の衝撃力がトルクセンサにより検出される。この時には、前述したように衝撃力は軽減されており、またドライバツール４に加えられる推力も設定どおりの適正な推力に保持されるため、低トルク域での締付制御であっても、その制御に影響を与えることがない。さらに、相手部材３が薄板化された実装基板であっても、ねじ当接時にねじ２の持つ衝撃力は軽減されているので、実装基板が反り返ってその破損を招いたり、実装基板に取付けられた電装部品の故障を招いたりするようなことは発生しない。

本発明の移動位置制御機構５は、前記移動部５ｇに発生する推力と低摩擦シリンダ１７の制動力との差分をドライバツール４に加える適正推力として設定する制御部１９を有していてもよい。この場合、ねじ２が相手部材３に当接してから着座するまでの間にねじ２に加わる推力が増加することがなく、特に低トルク域での締付トルク精度に悪影響を与えるようなことがなくなる。

また、本発明の移動位置制御機構５は、前記移動部５ｇに推力を発生させる移動用モータＭ２を駆動する移動用モータ駆動部２０を有し、移動用モータＭ２により発生する推力と低摩擦シリンダ１７の制動力との差分を保持しながら、低摩擦シリンダ１７の制動力を大きくして、移動用モータＭ２の速度の選択幅を広くする構成であってもよい。この場合、ねじ２が相手部材３に当接する直前のドライバツール４の移動速度をほほゼロに保持しながら、締付開始からねじ２が相手部材３のめねじ部３ａに当接するまでの間にドライバツール４を高速で移動させて、この間の移動に要する時間を短縮し、締付時間を短縮することができる。

本発明のドライバツール４は、締付用モータＭ１を有し、この締付用モータＭ１をねじ２が相手部材３に当接する時に一旦逆転して後、正転する構成としてもよい。この場合、ねじ２が相手部材３に当接する時に相手部材３のめねじ部３ａに損傷があってもねじ２が斜め食付きを起こすようなことは起こらない。

また、本発明は、常時突出するピストンロッド１７ａを有する低摩擦シリンダ１７をドライバツール４と一体に移動するように構成してもよい。これにより、低摩擦シリンダ１７の作動時に低摩擦シリンダ１７に生じる抵抗力が小さくなり、この抵抗力から生じる推力も小さくなって低トルク域での締付トルク制御を正確に行うことができる。

なお、本発明の各部の具体的な構成は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１…自動ねじ締め装置、
２…ねじ、
３…相手部材、
４…ドライバツール、
５…移動位置制御機構、
５ｇ…移動部、
６…ドライバビット、
１４…吸引スリーブ、
１６ｃ…チャック爪、
１７…低摩擦シリンダ、
１７ａ…ピストンロッド、
１７ｂ…ストッパボルト、
１９…制御部、

Claims (5)

1. ねじ部品に係合可能な駆動ビットを締付用モータにより回転駆動するよう構成されるドライバツールと、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、前記ドライバツールと移動部との移動に制動を加える制動力発生部とを備える自動ねじ締め装置であって、前記移動位置制御機構はねじ部品が相手部材に当接する時にドライバツールとともに移動する移動部の移動速度をほぼゼロまたはゼロ後ほぼゼロに保持する制御部を有し、前記制動力発生部はドライバツールと移動部との自重よりも大きく、かつ移動部の推力よりも小さい範囲の任意の制動力を持つ構成であることを特徴とする自動ねじ締め装置。
2. 前記移動位置制御機構は、移動部に発生する推力と制動力発生部の制動力との差分をドライバツールに加える適正推力として設定する制御部を有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。
3. 前記移動位置制御機構は、移動部に推力を発生させる移動用ＡＣサーボモータを駆動する移動用モータ駆動部を有し、移動用ＡＣサーボモータにより発生する推力と制動力発生部の制動力との差分を保持しながら、制動力発生部の制動力を大きくして、移動用ＡＣサーボモータの速度の選択幅を広くするように構成され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。
4. 前記ドライバツールは、締付用モータを有し、この締付用モータをねじ部品が相手部材に当接する時に一旦逆転して後、正転するように構成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の自動ねじ締め装置。
5. 前記制動力発生部は、常時突出するピストンロッドを有する低摩擦シリンダでなり、この低摩擦シリンダをドライバツールと一体に移動する構成とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の自動ねじ締め装置。

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