JP3569619B2 - Screw fastening method and device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ねじ締め方法及び装置に係り、特に複数のねじをほぼ同時に締め付けるねじ締め方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子機器や精密機械等の各種産業における組立て作業において、ねじ締め作業は最も基本的なものである。
従来のねじ締め方法についてHDD(Hard Disc Drive、固定磁気ディスク装置)装置の組立て作業を例に図6を用いて説明する。図6は、HDD装置を示す斜視図である。
【0003】
図6に示すように、制御用のIC(Integrated Circuit)109等が取付けられたHD(Hard Disk)コントロール基板110の裏側には、ディスク114を回転するためのスピンドルモータ112が取り付けられている。一方、HDコントロール基板110の表側には、複数のディスク114が設けられている。これらのディスク114間にはスペーサ(図示せず)が挟まれており、このスペーサにより各ディスク114は所定の距離ずつ離間している。
【0004】
最上段のディスク114上にはディスククランプ116が取り付けられている。そしてディスククランプ116には4つのねじ穴118a乃至118dが形成されており、4本のねじを用いて締め付けることにより全てのディスク114がスピンドルモータ112の回転軸(図示せず)に固定される。ディスククランプ116には4つのねじ穴118a乃至118dが設けられているため、ねじ締め作業においては、ディスク114が歪んでしまうのを防止すべく、対角のねじを選びながら、小さなトルクから大きなトルクへと数回に分けて全部のねじ締めを行っていた。
【0005】
そして、HDコントロール基板110上に、磁気ヘッド122が設けられた複数のアーム124が取り付けられたヘッド駆動装置120を取り付け、HDD装置が完成する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなディスククランプ116に対してねじ締めを行う場合には、ディスククランプ116が歪みながら締め付けられるため、ディスク114に歪みが生じてしまうことがあった。HDD装置では、磁気ヘッド122がディスク114に接近して設けられるため、ディスク114の歪みは致命的な障害となる。従って、ディスククランプ116に歪みを生じさせることなくねじ締めを行うことが求められる。
【0007】
そこで、複数のねじを同時に締め付けることができるねじ締め装置を用い、複数のねじを同時に締め付けることが考えられる。しかし、単に複数のねじを同時に締め付けるようにしても、ねじのバラツキ、ディスククランプ等の被締め付け体のバラツキ、ねじ締め装置のビットの回転数や発生トルクのバラツキ等の様々な要素により、ディスククランプ等の被締め付け体に歪みを生じることなくねじを締め付けることは非常に困難であった。
【0008】
また、ねじを締め付けることによりディスククランプ等の被締め付け体に回転トルクが生じるが、複数のねじを同時に締め付けると、被締め付け体の回転トルクはねじの個数倍となってしまう。このため、被締め付け体の回転を防止するために、その回転トルクに相当する力で被締め付け体を押さえなければならないという問題もあった。
【0009】
本発明の目的は、被締め付け体に歪みを生じさせることなくねじを締め付けることができるねじ締め方法及び装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、複数のねじを同時に締め付ける場合であっても被締め付け体に生じる回転トルクを抑制することができるねじ締め方法及び装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記目的は、複数のねじを複数箇所に予め設定された設定締め付けトルクで同時に締め付けるように締め付けるねじ締め装置であって、回転に対応してパルス信号を発生するエンコーダが取り付けられたモータによってそれぞれ駆動され、前記複数のねじをそれぞれねじ締めする複数のねじ締め手段と、前記複数のねじ締め手段を同期しながら制御する同期制御手段とを有し、設定締め付けトルクに達するまでの目標設定トルクを複数の段階に設定し、前記同期制御手段は、各段階で、前記複数のねじのすべての締め付けトルクが前記目標設定トルクに達するまで、締め付けトルクを前記目標設定トルクに保持したまま、前記エンコーダからのパルス信号に基づいて、前記複数のねじ締め手段を待機させ、前記複数のねじのすべての締め付けトルクが前記目標設定トルクに達した後に、前記複数のねじ締め手段によるねじ締めを再開させ、前記複数の段階が終了して前記複数のねじのすべての締め付けトルクが前記設定締め付けトルクに達すると、更に所定のホールド時間だけ前記設定締め付けトルクに保った後に、前記複数のねじのすべてのねじ締めを終了することを特徴とするねじ締め装置により達成される。これにより、複数のねじの締め付けトルクをほぼ同じに増加することができるので、被締め付け体に歪みを生じさせることなくねじを締め付けることができる。
【0012】
また、上記目的は、複数のねじを複数箇所に予め設定された設定締め付けトルクで同時に締め付けるように締め付けるねじ締め方法であって、前記複数のねじは、右回りのねじと、左回りのねじとから成り、前記右回りのねじと前記左回りのねじを、被締め付け体に生じる回転トルクを抑制するようにねじ締めすることを特徴とするねじ締め方法により達成される。これにより、被締め付け体に生じる右回りの回転トルクと左回りの回転トルクとが互いに打ち消しあうため、複数のねじを同時に締め付ける場合であっても被締め付け体に生じる回転トルクを抑制することができる。
また、上記のねじ締め方法において、前記複数のねじの内、前記右回りのねじの個数と前記左回りのねじの個数とが、同数であることが望ましい。
【0013】
また、上記目的は、複数のねじを複数箇所に予め設定された設定締め付けトルクで同時に締め付けるように締め付けるねじ締め装置であって、前記複数のねじは、右回りのねじと、左回りのねじとから成り、前記右回りのねじを締める右回りねじ締め手段と、前記左回りのねじを締める左回りねじ締め手段と、前記右回りねじ締め手段と前記左回りねじ締め手段とを、被締め付け体に生じる回転トルクを抑制するようにねじ締め制御する制御手段とを有することを特徴とするねじ締め装置により達成される。これにより、被締め付け体に生じる右回りの回転トルクと左回りの回転トルクとが互いに打ち消しあうため、複数のねじを同時に締め付ける場合であっても被締め付け体に生じる回転トルクを抑制することができる。
また、上記のねじ締め装置において、前記複数のねじの内、前記右回りのねじの個数と前記左回りのねじの個数とが、同数であることが望ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態によるねじ締め方法及び装置を図1乃至図4を用いて説明する。図1は、本実施形態によるねじ締め装置を示すブロック図である。なお、図1におけるドライバユニット14a乃至14dは、ドライバユニット14a乃至14dの下側、即ちビット16a乃至16dの側から見たものである。図2は、本実施形態によるねじ締め装置のドライバユニットを示す側面図である。図3は、本実施形態によるねじ締め装置のねじ締め制御手段とドライバユニットを示すブロック図である。図4は、本実施形態によるねじ締め方法及び装置の動作を示すタイムチャートである。なお、本実施形態では、図6に示すようなHDD装置のディスククランプのねじ締めを例として説明する。
【0015】
(全体構成)
まず、本実施形態によるねじ締め装置の全体構成を図1を用いて説明する。
本実施形態によるねじ締め装置は、同期制御手段10と、4つのねじ締め制御手段12a乃至12dと、4つのドライバユニット14a乃至14dとにより構成されている。
【0016】
本実施形態によるねじ締め装置は、4つのドライバユニット14a乃至14dによるねじの締め付けトルクがほぼ同じに増加するように、4つのねじ締め制御手段12a乃至12dを同期制御手段10により同期制御するものである。設定締め付けトルクに達するまでの目標設定トルクを細かく、例えば8段階に設定し、各段階で4つのねじ締め制御手段12a乃至12dが全て目標設定トルクに達するまで必要に応じて待機し、結果的に4つのねじの締め付けトルクが同じに増加するように同期制御することを主な特徴としている。
【0017】
本実施形態によるねじ締め装置は、図1に示すように、工場等におけるねじ締め作業全体を制御するシーケンサ15に接続されている。シーケンサ15からねじ締め装置に対して、ねじ締め作業の開始・終了の命令が与えられ、この命令に基づいてねじ締め装置は所定のねじ締め動作を行う。
(ドライバユニット)
次に、本実施形態によるねじ締め装置のドライバユニットについて、図1乃至図3を用いて説明する。
【0018】
図1に示すように、ドライバユニット14a乃至14dのビット16a乃至16dは、図6に示すHDD装置のディスククランプ116のねじ穴118a乃至118dの位置に対応するように位置合わせされている。
図2はドライバユニット14の側面図である。図2からわかるように、本実施形態によるねじ締め装置のドライバユニット14は、ビット16が設けられたドライバヘッド部18とサーボモータ20とをオフセットして回転軸の位置をずらしたものである。このような構造にすることにより、複数のドライバユニット14a乃至14dのビット16a乃至16dの位置を、図6に示すディスククランプ116のねじ穴118a乃至118dに対応して接近させることが可能となっている。
【0019】
また、サーボモータ20の回転軸には、サーボモータ20の回転に対応してパルス信号を発生するエンコーダ22が取り付けられている。
なお、エンコーダ22及びサーボモータ20はコネクタ23を介してねじ締め制御手段12に接続されており、ドライバユニット14はねじ締め制御手段12により制御される(図3参照)。
【0020】
また、ドライバユニット14のドライバヘッド部18の先端部には、回転軸方向にスライド可能なスリーブ24が設けられている。スリーブ24はビット16を覆うように設けられており、スリーブ24に設けられた吸気管26から空気を吸気すると、ねじの頭がビット16に吸着される。
(ねじ締め制御手段)
次に、本実施形態によるねじ締め装置のねじ締め制御手段について図1、図3を用いて説明する。
【0021】
図1に示すように、ねじ締め制御手段12a乃至12dはドライバユニット14a乃至14dに対して1つずつ設けられ、シーケンサ15や同期制御手段10からの命令によりドライバユニット14a乃至14dを制御するものである。
図3に示すように、ねじ締め制御手段12には、操作・表示部28が設けられている。操作・表示部28においては、設定スイッチ(図示せず)などを用いて、締め付けトルクの設定、及びねじの回転方向の設定が行われる。そして、設定された締め付けトルク値、及び回転方向は、操作・表示部28に設けられたLED等により表示される。
【0022】
操作・表示部28は制御部30に接続されており、制御部30により設定内容が適宜読み込まれると共に、制御部30からの表示情報等が操作・表示部28により表示される。
また、制御部30には外部制御インターフェイス部32が接続されている。制御部30は、外部制御インターフェイス部32を介して同期制御手段10やシーケンサ15との間で信号の入出力を行う。
【0023】
同期制御手段10からは、例えば、8段階に分けてねじ締めを行う旨の情報が、予め外部制御インターフェイス部32を介して制御部30に入力される。制御部30は、例えば8段階に分けてねじ締めを行う旨の情報と設定ねじ締めトルク値とから各段階における目標設定トルクを求め、各段階のねじ締めにおいてはそれぞれ目標設定トルクに達するようにねじ締めを行うこととなる。
【0024】
制御部30は、シーケンサ15や同期制御手段10からの命令により、サーボ回路34を制御してドライバユニット14のサーボモータ20を回転させる。そしてドライバユニット14のサーボモータ20に取り付けられたエンコーダ22からのパルス信号を確認しながら適切な回転数でねじ締め制御を行う。そして、ねじの締め付けトルクが各段階における目標設定トルクに達すると、同期制御手段10に信号を出力し、同期制御手段10からの命令があるまで待機する。再び同期制御手段10から命令があると、ねじ締め制御手段12は再びねじ締めを開始する。そして同様にして、段階的にねじを締め付けていく。なお、ねじ締め制御手段12の総合的な動作については後述する。
【0025】
(同期制御手段)
次に、本実施形態によるねじ締め装置の同期制御手段について図1及び図4を用いて説明する。
同期制御手段10は、4つのドライバユニット14a乃至14dによる締め付けトルクがほぼ同じに増加するように、4つのねじ締め制御手段12a乃至12dを同期制御するものである。
【0026】
同期制御手段10には、上記に示したように、例えば8段階に分けてねじ締めを行う旨の情報が予め記憶されている。上述したように、この情報はねじ締め制御手段12a乃至12dに出力される。
ねじ締め作業においては、同期制御手段10は、ねじ締め制御手段12a乃至12dから出力されるSYNC信号を監視し、全てのねじ締め制御手段12a乃至12dからSYNC信号が出力されると、全てのねじ締め制御手段12a乃至12dにおいてねじの締め付けトルクが目標設定トルクに達したと判断し、ねじ締め制御手段12a乃至12dに対してACK信号を出力する。
【0027】
ACK信号が出力されると、ねじ締め制御手段12a乃至12dは再びねじ締めを再開し、次の段階の目標設定トルクに達するまでねじ締めを行う。同様にして、4つのねじ締め制御手段12a乃至12dは4つのねじの締め付けトルクが同じに増加するように同期制御され、4つのねじはほぼ均等な締め付けトルクで締め付けられていく。なお、同期制御手段10の総合的な動作については後述する。
【0028】
また、同期制御手段10には、ホールド時間を設定するためのホールド時間設定スイッチ(図示せず)が設けられている。ホールド時間とは、最終的なねじの締め付けトルクを安定させるために、設定締め付けトルクで一定時間ねじを締め付ける時間のことである。ホールド時間設定スイッチを切り換えることにより、ホールド時間は、例えば50ms又は200msに設定される。
【0029】
(シーケンサ)
次に、工場等におけるねじ締め作業全体を制御するシーケンサ15について図1及び図4を用いて説明する。
図1に示すように、シーケンサ15は、本実施形態によるねじ締め装置の同期制御手段10やねじ締め制御手段12a乃至12dに接続され、所定の命令を与えることによりねじ締め作業を制御する。
【0030】
図4に示すように、シーケンサ15は、ねじ締め作業の開始を示すSTART信号を出力する。START信号が入力されると、ねじ締め制御手段12a乃至12dは直ちにドライバユニット14a乃至14dを制御してねじ締めを開始する。
そして、シーケンサ15は、ねじ締め制御手段12a乃至12dから出力されるMTDV(a)信号乃至MTDV(d)信号を監視し、MTDV(a)信号乃至MTDV(d)信号の出力の終了によってねじ締めが終了したことを判断し、START信号の出力を終了する。これにより一連のねじ締め作業が完了することとなる。なお、MTDV(a)信号乃至MTDV(d)信号は、ねじ締め制御手段12a乃至12dが動作中であることを示す信号である。また、シーケンサ15の総合的な動作については後述する。
【0031】
(ねじ締め動作)
次に、本実施形態のねじ締め装置を用いたねじ締め方法について図3及び図4を用いて説明する。
まず、本実施形態によるねじ締め装置の初期設定について図3を用いて説明する。
【0032】
ねじ締め作業の初期設定においては、まず、同期制御手段10とねじ締め制御手段12のパワースイッチ(図示せず)をそれぞれONにする。
同期制御手段10は、8段階に分割してねじ締めを行う旨の情報をねじ締め制御手段12に対して出力する。これに対して、ねじ締め制御手段12の制御部30では、8段階に分割してねじ締めを行う旨の情報を記憶する。
【0033】
そして、同期制御手段10とねじ締め制御手段12の動作設定を行う。同期制御手段10については、ホールド時間設定スイッチを操作して、所望のホールド時間、例えば200msに設定する。ねじ締め制御手段12については、操作・表示部28の操作ボタン等を操作して、締め付けトルクの設定、及びねじ締めの回転方向の設定を行う。
【0034】
こうして本実施形態によるねじ締め装置の初期設定が完了する。
次に、本実施形態によるねじ締め装置を用いたねじ締め方法について図1、図3、及び図4を用いて説明する。
まず、図4に示すように、シーケンサ15からねじ締めを開始する旨のSTART信号が出力される。
【0035】
START信号が入力されると、ねじ締め制御手段12a乃至12dは、ねじ締めの準備段階に入り、それぞれドライバユニット14a乃至14dのサーボモータ20を回転させ始める。これにより、それぞれのドライバユニット14a乃至14dのサーボモータ20は、軽いトルクで回転するアイドリング状態となる。図4のタームチャートにおけるDriver(a)、Driver(b)、Driver(c)、Driver(d)は、それぞれドライバユニット14a、14b、14c、14dの動作状態を示したものである。それぞれのドライバユニット14a乃至14dのスリーブ24の吸気管26から空気を吸気すると、それぞれのビット16a乃至16dの先端にはねじの頭が吸着される。そして、サーボモータ20がアイドリング状態で回転しているため、ねじの頭の溝はビット16a乃至16dに確実に噛み合い、これによりねじ締めの準備が完了する。
【0036】
ねじ締めの準備が完了すると、ねじ締め制御手段12a乃至12dはそれぞれSYNC(a)信号乃至SYNC(d)信号を出力し、待機状態に入る(Wait)。図4のタームチャートにおいて、SYNC(a)信号、SYNC(b)信号、SYNC(c)信号、SYNC(d)信号は、それぞれねじ締め制御手段12a、12b、12c、12dから出力されるSYNC信号を示したものである。
【0037】
一方、同期制御手段10は、SYNC(a)信号乃至SYNC(d)信号を監視し、全てのSYNC信号が出力されたことを確認すると、ねじ締めの準備が整ったと判断して、1回目のACK信号(図4におけるACK1)を出力する。
それぞれのねじ締め制御手段12a乃至12dは、1回目のACK信号が入力されると、ドライバユニット14a乃至14dを制御し、ねじ締めを開始する。ねじ締めが開始されると、図4に示すように、トルクが徐々に上昇していく。そして、ねじ締め制御手段12a乃至12dは、ねじの締め付けトルクが1段階目の目標設定トルクに達するまでねじ締めを行う。そして、ねじの締め付けトルクが1段階目の目標設定トルクに達すると、ねじ締め制御手段12a乃至12dはそれぞれドライバユニット14a乃至14dのサーボモータ20が停動し、SYNC(a)信号乃至SYNC(d)信号を出力し、待機状態に入る(Wait)。
【0038】
一方、同期制御手段10は、SYNC(a)信号乃至SYNC(d)信号を監視し、全てのSYNC信号が出力されたことを確認すると、ねじの締め付けトルクが1段階目の目標設定トルクに達したと判断して、2回目のACK信号(図4におけるACK2)を出力する。
これに対し、それぞれのねじ締め制御手段12a乃至12dは、2回目のACK信号が入力されると、ねじ締めを再開し、2段階目の目標設定トルクまでねじを締め付けるべくドライバユニット14a乃至14dを制御する。
【0039】
この後も同様にしてねじ締めを行っていくと、結果的に4つのねじの締め付けトルクが同じに増加するように、ねじ締めが行われることとなる。
そして、7段階目のねじ締めによって、ねじの締め付けトルクがねじ締め制御手段の操作・表示部から予め設定した設定締め付けトルクに達する。
ねじの締め付けトルクが設定締め付けトルクに達すると、ねじ締め制御手段12a乃至12dはその設定締め付けトルクを保ったまま、それぞれSYNC(a)信号乃至SYNC(d)信号を出力する。そして全てSYNC信号が出力されると、同期制御手段10は8回目のACK信号(図4におけるACK8)を出力する。このACK信号はホールド時間に相当する時間、例えば200ms間に亘って出力される。
【0040】
ねじ締め制御手段12a乃至12dは、8回目のACK信号が出力されている間、ねじの締め付けトルクを設定締め付けトルクに保ち、ねじの締め付けトルクを安定させる。
そして、8回目のACK信号の出力が終了すると、ねじ締め制御手段12a乃至12dはねじ締めを終了する。
【0041】
一方、シーケンサ15は、ねじ締め制御手段12a乃至12dから出力されるMTDV(a)信号乃至MTDV(d)信号を監視しており、MTDV(a)信号乃至MTDV(d)信号の出力の終了によってねじ締めが終了したことを判断し、START信号の出力を終了する。これにより、ねじ締め作業が完了することとなる。
【0042】
このように本実施形態によれば、設定締め付けトルクに達するまでの目標設定トルクを細かく設定し、ねじ締めの各段階においてねじの締め付けトルクが目標設定トルクに達するまで必要に応じて待機するので、結果的にすべてのねじの締め付けトルクが同じに増加するように同期制御することができ、これにより被締め付け体に歪みを生じさせることなくねじを締め付けることができる。
【0043】
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態によるねじ締め方法及び装置を図5を用いて説明する。図5は、本実施形態によるねじ締め装置を示すブロック図である。なお、図5におけるドライバユニット14a乃至14dは、ドライバユニット14a乃至14dの下側、即ちビット16a乃至16dの側から見たものである。図1乃至図4に示す第1実施形態によるねじ締め方法及び装置と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。なお、本実施形態では、図6に示すような4本のねじにより固定されるHDD装置のディスククランプのねじ締めを例に説明する。
【0044】
図6に示すようなHDD装置のディスククランプ116に対して、同時に複数のねじ締めを行うと、通常はディスククランプ116の回転トルクはねじの個数倍となる。そこで、本実施形態では、右回りのねじの個数と左回りのねじの個数とを同数とし、これらのねじをほぼ同時にねじ締めすることにより、ディスククランプ116に生じる右回りの回転トルクと左回りの回転トルクとが互いに打ち消しあうようにすることに主な特徴がある。これにより複数のねじを同時に締め付ける場合であってもディスククランプ116に生じる回転トルクを抑制することができる。なお、本実施形態によるねじ締め方法及び装置は、ねじの回転方向が第1実施形態と異なっている他は、第1実施形態と同様である。
【0045】
上記に示した理由から本実施形態では、右回りのねじの個数と、左回りのねじの個数とを同数とする。従って、図6に示すHDD装置のディスククランプ116のねじ穴118a、118cについては右回りのねじを用い、ねじ穴118b、118dについては左回りのねじを用いる。
ねじ締め装置の初期設定にあたっては、ねじ締め制御手段12a、12cについては、それぞれの操作・表示部28を操作することにより、ねじの回転方向を右回りに設定する。一方、ねじ締め制御手段12b、12dについては、それぞれの操作・表示部28を操作することにより、ねじの回転方向を左回りに設定する。
【0046】
これにより、ディスククランプ116にねじを締め付ける際には、図5に矢印で示すように、ドライバユニット14a、14cのビット16a、16cは右回りに回転し、ねじは右回りに締め付けられる。一方、ドライバユニット14b、14dのビット16b、16dは左回りに回転し、ねじは左回りに締め付けられる。
【0047】
右回りのねじ締めによってディスククランプ116にはねじ2本分の右回りの回転トルクが生じ、左回りのねじ締めによってディスククランプ116にはねじ2本分の左回りの回転トルクが生じる。ところが、右回りのねじの個数と、左回りのねじの個数とが同じであるため、ディスククランプ116の右回りの回転トルクと左回りの回転トルクとは打ち消し合うこととなる。これにより、ディスククランプ116に生じる回転トルクが抑制される。ディスククランプ116には強い回転トルクが発生しないので、強い力でディスククランプ116を押さえる必要がない。
【0048】
また、ねじ締めにおいては、図4に示すように、第1実施形態と同様にして、設定締め付けトルクに達するまでの目標設定トルクを細かく設定し、ねじ締めの各段階においてねじの締め付けトルクが目標設定トルクに達するまで必要に応じて待機し、結果的にすべてのねじの締め付けトルクが同じに増加するように同期制御する。
【0049】
このように本実施形態によれば、右回りのねじの個数と左回りのねじの個数とを同数とし、これらのねじをほぼ同時にねじ締めするので、被締め付け体に生じる右回りの回転トルクと左回りの回転トルクとが互いに打ち消しあい、これにより複数のねじを同時に締め付ける場合であっても被締め付け体に生じる回転トルクを抑制することができる。
【0050】
[変形実施形態]
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、第1及び第2実施形態では、4つのねじを同時に締め付けるべく4つのドライバユニットを設けたが、4つに限定されるものではなく、被締め付け体に締め付けるべきねじの個数にあわせて適宜ドライバユニットやねじ締め制御手段を設ければよい。
【0051】
また、第1及び第2実施形態では、HDD装置のディスククランプのねじ締めを例に説明したが、HDD装置のディスククランプのねじ締めに限定されるものではなく、例えばクッション材を挟んだガスケットカバーのねじ締め等、複数のねじ穴を有する被締め付け体であればあらゆる被締め付け体のねじ締めに適用することができる。
【0052】
また、第1及び第2実施形態では、同期制御手段とねじ締め制御手段とドライバユニットとをそれぞれ別個に設けたが、適宜一体に形成してもよい。
また、第1及び第2実施形態では、8段階に分けてねじ締めを行う場合を例に説明したが、8段階に限定されるものではなく、被締め付け体やねじの種類・長さ等の条件に応じて適宜設定すればよい。
【0053】
また、第1及び第2実施形態では、START信号、MTDV信号、SYNC信号、及びACK信号を図4に示すようなタイムチャートで出力したが、信号の形式やタイミング等はこれらに限定されるものではなく、上記のようにねじ締めが行えるならば適宜信号の形式やタイミング等を設定してもよい。
【0054】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、設定締め付けトルクに達するまでの目標設定トルクを細かく設定し、ねじ締めの各段階においてねじの締め付けトルクが目標設定トルクに達するまで必要に応じて待機するので、結果的にすべてのねじの締め付けトルクが同じに増加するように同期制御することができ、これにより被締め付け体に歪みを生じさせることなくねじを締め付けることができる。
【0055】
また、本発明によれば、右回りのねじの個数と左回りのねじの個数とを同数とし、これらのねじをほぼ同時にねじ締めするので、被締め付け体に生じる右回りの回転トルクと左回りの回転トルクとが互いに打ち消しあい、これにより複数のねじを同時に締め付ける場合であっても被締め付け体に生じる回転トルクを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態によるねじ締め装置を示すブロック図である。
【図2】本発明の第1実施形態によるねじ締め装置のドライバユニットを示す側面図である。
【図3】本発明の第1実施形態によるねじ締め装置のねじ締め制御手段とドライバユニットを示すブロック図である。
【図4】本発明の第1実施形態によるねじ締め方法及び装置の動作を示すタイムチャートである。
【図5】本発明の第2実施形態によるねじ締め装置を示すブロック図である。
【図6】HDD装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
10…同期制御手段
12、12a、12b、12c、12d…ねじ締め制御手段
14、14a、14b、14c、14d…ドライバユニット
15…シーケンサ
16、16a、16b、16c、16d…ビット
18…ドライバヘッド
20…サーボモータ
22…エンコーダ
23…コネクタ
24…スリーブ
26…吸気管
28…操作・表示部
30…制御部
32…外部制御インターフェイス部
34…サーボ回路
109…IC
110…HDコントロール基板
112…スピンドルモータ
114…ディスク
116…ディスククランプ
118a、118b、118c、118d…ねじ穴
120…ヘッド駆動装置
122…磁気ヘッド
124…アーム[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a screw tightening method and apparatus, and more particularly to a screw tightening method and apparatus for tightening a plurality of screws substantially simultaneously.
[0002]
[Prior art]
In the assembly work in various industries such as electronic devices and precision machines, screw tightening work is the most basic.
A conventional screw tightening method will be described with reference to FIG. 6 taking as an example an assembling operation of a hard disk drive (HDD) device. FIG. 6 is a perspective view showing the HDD device.
[0003]
As shown in FIG. 6, a
[0004]
A
[0005]
Then, a
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the screw is tightened to the
[0007]
Therefore, it is conceivable to use a screw fastening device that can simultaneously tighten a plurality of screws and simultaneously tighten a plurality of screws. However, even when simply tightening a plurality of screws at the same time, various factors such as variations in screws, variations in a tightened body such as a disk clamp, variations in the number of rotations of a bit of a screw tightening device, and variations in a generated torque, etc. It is very difficult to tighten the screws without causing distortion of the tightened body.
[0008]
In addition, when a screw is tightened, a rotational torque is generated in a tightened body such as a disk clamp. However, when a plurality of screws are tightened simultaneously, the rotational torque of the tightened body is multiplied by the number of screws. For this reason, there is also a problem that in order to prevent the rotation of the tightened body, the tightened body must be pressed with a force corresponding to the rotation torque.
[0009]
An object of the present invention is to provide a screw tightening method and apparatus capable of tightening a screw without causing distortion of a tightened body.
It is another object of the present invention to provide a screw tightening method and apparatus capable of suppressing a rotational torque generated in a tightened body even when a plurality of screws are tightened simultaneously.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
[0011]
The above object is a screw tightening device for tightening a plurality of screws to be simultaneously tightened at a plurality of locations at a preset tightening torque,Each is driven by a motor equipped with an encoder that generates a pulse signal corresponding to the rotation,A plurality of screw tightening means for screwing the plurality of screws, and a synchronous control means for controlling the plurality of screw tightening means in synchronization with each other, wherein a target set torque until the set tightening torque is reached is adjusted in a plurality of stages. The synchronous control means, at each stage, until the tightening torque of all of the plurality of screws reaches the target set torque, while maintaining the tightening torque at the target set torque,Based on the pulse signal from the encoder,The plurality of screw tightening means are made to stand by, and after all the tightening torques of the plurality of screws reach the target set torque, screw tightening by the plurality of screw tightening means is restarted.When the plurality of steps are completed and all the tightening torques of the plurality of screws reach the set tightening torque, all the screws of the plurality of screws are further maintained at the set tightening torque for a predetermined hold time. Finish tighteningThis is achieved by a screw tightening device characterized in that: Thereby, the tightening torque of the plurality of screws can be increased substantially the same, so that the screws can be tightened without causing distortion in the tightened body.
[0012]
Further, the above object is achieved by setting a plurality of screws at a plurality of locations at a preset tightening torque.AtSometimesTo tightenA method of tightening a screw, comprising:Is, ClockwiseJust, Counterclockwise screwConsists of, The clockwise screw and the counterclockwise screwTo reduce the rotational torque generated in the tightened bodyThis is achieved by a screw tightening method characterized by screwing. Accordingly, the clockwise rotation torque and the counterclockwise rotation torque generated in the tightened body cancel each other, so that even when a plurality of screws are simultaneously tightened, the rotation torque generated in the tightened body can be suppressed. .
In the above screw tightening method, it is preferable that the number of the clockwise screws and the number of the counterclockwise screws are the same among the plurality of screws.
[0013]
Further, the above object is achieved by setting a plurality of screws at a plurality of locations at a preset tightening torque.AtSometimesTo tightenA screw tightening device for tightening, wherein the plurality of screws areIs, ClockwiseJust, Counterclockwise screwConsists ofA clockwise screw tightening means for tightening the clockwise screw, a counterclockwise screw tightening means for tightening the counterclockwise screw, the clockwise screw tightening means and the counterclockwise screw tightening means,To reduce the rotational torque generated in the tightened bodyScrew tighteningSystemControl means for controlling the screw tightening device. Accordingly, the clockwise rotation torque and the counterclockwise rotation torque generated in the tightened body cancel each other, so that even when a plurality of screws are simultaneously tightened, the rotation torque generated in the tightened body can be suppressed. .
In the above screw tightening device, it is preferable that the number of the clockwise screws and the number of the counterclockwise screws are the same among the plurality of screws.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[First Embodiment]
A screw fastening method and apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram illustrating the screw fastening device according to the present embodiment. Note that the
[0015]
(overall structure)
First, the overall configuration of the screw fastening device according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
The screw tightening device according to the present embodiment includes a
[0016]
The screw tightening device according to the present embodiment synchronously controls the four screw tightening control means 12a to 12d by the synchronous control means 10 so that the screw tightening torques of the four
[0017]
As shown in FIG. 1, the screw tightening device according to the present embodiment is connected to a
(Driver unit)
Next, the driver unit of the screw fastening device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
[0018]
As shown in FIG. 1, the
FIG. 2 is a side view of the
[0019]
An
The
[0020]
A
(Screw tightening control means)
Next, the screw tightening control means of the screw tightening device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
[0021]
As shown in FIG. 1, one screw tightening control means 12a to 12d is provided for each of the
As shown in FIG. 3, an operation /
[0022]
The operation /
An external
[0023]
For example, information indicating that screw tightening is performed in eight stages is input from the
[0024]
The
[0025]
(Synchronous control means)
Next, the synchronization control means of the screw fastening device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
The synchronization control means 10 is for synchronously controlling the four screw tightening control means 12a to 12d so that the tightening torques of the four
[0026]
As described above, information indicating that the screw is to be tightened in, for example, eight steps is stored in the synchronization control means 10 in advance. As described above, this information is output to the screw tightening
In the screw tightening operation, the
[0027]
When the ACK signal is output, the screw tightening control means 12a to 12d restart the screw tightening again, and perform the screw tightening until the next set target torque is reached. Similarly, the four screw tightening control means 12a to 12d are synchronously controlled so that the tightening torques of the four screws increase in the same manner, and the four screws are tightened with substantially equal tightening torques. The overall operation of the synchronization control means 10 will be described later.
[0028]
Further, the synchronization control means 10 is provided with a hold time setting switch (not shown) for setting the hold time. The hold time is a time during which the screw is tightened for a certain time with the set tightening torque in order to stabilize the final tightening torque of the screw. By switching the hold time setting switch, the hold time is set to, for example, 50 ms or 200 ms.
[0029]
(Sequencer)
Next, the
As shown in FIG. 1, the
[0030]
As shown in FIG. 4, the
Then, the
[0031]
(Screwing operation)
Next, a screw tightening method using the screw tightening device of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
First, the initial setting of the screw fastening device according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
[0032]
In the initial setting of the screw tightening operation, first, the power switches (not shown) of the synchronous control means 10 and the screw tightening control means 12 are turned on.
The synchronization control means 10 outputs to the screw tightening control means 12 information indicating that screw tightening is performed in eight stages. On the other hand, the
[0033]
Then, the operation setting of the synchronization control means 10 and the screw tightening control means 12 is performed. The synchronization control means 10 operates a hold time setting switch to set a desired hold time, for example, 200 ms. The screw tightening
[0034]
Thus, the initial setting of the screw fastening device according to the present embodiment is completed.
Next, a screw tightening method using the screw tightening device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 3, and 4. FIG.
First, as shown in FIG. 4, the
[0035]
When the START signal is input, the screw tightening
[0036]
When the preparation for screw tightening is completed, the screw tightening control means 12a to 12d output the SYNC (a) signal to SYNC (d) signal, respectively, and enter a standby state (Wait). In the term chart of FIG. 4, the SYNC (a) signal, the SYNC (b) signal, the SYNC (c) signal, and the SYNC (d) signal are the SYNC signals output from the screw tightening control means 12a, 12b, 12c, 12d, respectively. It is shown.
[0037]
On the other hand, the synchronization control means 10 monitors the SYNC (a) to SYNC (d) signals, confirms that all the SYNC signals have been output, determines that the preparation for screw tightening is completed, and performs the first time. An ACK signal (ACK1 in FIG. 4) is output.
When the first ACK signal is input, each of the screw tightening
[0038]
On the other hand, the synchronization control means 10 monitors the SYNC (a) to SYNC (d) signals, and confirms that all the SYNC signals have been output, and when the screw tightening torque reaches the first-stage target set torque. Then, the second ACK signal (ACK2 in FIG. 4) is output.
On the other hand, when the second ACK signal is input, each of the screw tightening control means 12a to 12d restarts the screw tightening, and controls the
[0039]
After that, when the screws are tightened in the same manner, the screws are tightened so that the tightening torque of the four screws increases as a result.
Then, by the seventh-stage screw tightening, the screw tightening torque reaches a preset tightening torque set from the operation / display unit of the screw tightening control unit.
When the screw tightening torque reaches the set tightening torque, the screw tightening control means 12a to 12d output the SYNC (a) signal to the SYNC (d) signal, respectively, while maintaining the set tightening torque. When all the SYNC signals are output, the synchronization control means 10 outputs the eighth ACK signal (ACK8 in FIG. 4). This ACK signal is output for a time corresponding to the hold time, for example, for 200 ms.
[0040]
The screw tightening control means 12a to 12d keep the screw tightening torque at the set tightening torque and stabilize the screw tightening torque while the eighth ACK signal is output.
When the output of the eighth ACK signal ends, the screw tightening control means 12a to 12d ends the screw tightening.
[0041]
On the other hand, the
[0042]
As described above, according to the present embodiment, the target set torque until the set tightening torque is reached is finely set, and in each stage of the screw tightening, it is necessary to wait until the screw tightening torque reaches the target set torque. As a result, synchronous control can be performed so that the tightening torques of all the screws are increased in the same manner, so that the screws can be tightened without causing distortion of the tightened body.
[0043]
[Second embodiment]
A screw tightening method and apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a block diagram illustrating the screw fastening device according to the present embodiment. Note that the
[0044]
When a plurality of screws are simultaneously tightened on the
[0045]
For the reasons described above, in the present embodiment, the number of clockwise screws and the number of counterclockwise screws are the same. Therefore, clockwise screws are used for the
In the initial setting of the screw tightening device, the screw tightening control means 12a and 12c set the rotation direction of the screw clockwise by operating the respective operation /
[0046]
As a result, when the screw is tightened to the
[0047]
The clockwise screw tightening generates a clockwise rotational torque of two screws in the
[0048]
Further, in the screw tightening, as shown in FIG. 4, similarly to the first embodiment, the target set torque until the set tightening torque is reached is finely set, and the screw tightening torque is set at each stage of the screw tightening. It waits as necessary until the set torque is reached, and as a result, synchronous control is performed so that the tightening torque of all screws increases the same.
[0049]
As described above, according to the present embodiment, the number of clockwise screws and the number of counterclockwise screws are set to the same number, and these screws are screwed almost simultaneously. The counterclockwise rotation torque cancels out each other, so that even when a plurality of screws are simultaneously tightened, the rotation torque generated in the tightened body can be suppressed.
[0050]
[Modified embodiment]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible.
For example, in the first and second embodiments, four driver units are provided to simultaneously tighten four screws. However, the number of screw units is not limited to four, and may be appropriately adjusted according to the number of screws to be tightened to the tightened body. What is necessary is just to provide a driver unit and a screw tightening control means.
[0051]
Further, in the first and second embodiments, the screw tightening of the disk clamp of the HDD device has been described as an example. However, the present invention is not limited to the screw tightening of the disk clamp of the HDD device. The present invention can be applied to screw tightening of any tightened body as long as the tightened body has a plurality of screw holes, such as screw tightening.
[0052]
Further, in the first and second embodiments, the synchronization control means, the screw tightening control means, and the driver unit are separately provided, but may be integrally formed as appropriate.
Further, in the first and second embodiments, the case of performing the screw tightening in eight steps has been described as an example. However, the present invention is not limited to the eight steps, and the types and lengths of the body to be tightened and the screws are not limited. What is necessary is just to set suitably according to conditions.
[0053]
In the first and second embodiments, the START signal, the MTDV signal, the SYNC signal, and the ACK signal are output in a time chart as shown in FIG. 4, but the signal format and timing are not limited to these. Instead, if the screw can be tightened as described above, the format and timing of the signal may be appropriately set.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the target set torque until the set tightening torque is reached is finely set, and in each stage of the screw tightening, it is necessary to wait until the screw tightening torque reaches the target set torque. As a result, synchronous control can be performed so that the tightening torques of all the screws are increased in the same manner, so that the screws can be tightened without causing distortion of the tightened body.
[0055]
According to the present invention, the number of clockwise screws and the number of counterclockwise screws are the same, and these screws are screwed almost simultaneously. The rotational torques cancel each other, whereby even when a plurality of screws are simultaneously tightened, the rotational torque generated in the tightened body can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a screw fastening device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view showing a driver unit of the screw fastening device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a screw tightening control unit and a driver unit of the screw tightening device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a time chart showing the operation of the screw fastening method and device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing a screw fastening device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view showing an HDD device.
[Explanation of symbols]
10. Synchronous control means
12, 12a, 12b, 12c, 12d ... screw tightening control means
14, 14a, 14b, 14c, 14d ... driver unit
15 ... sequencer
16, 16a, 16b, 16c, 16d ... bits
18 ... Driver head
20: Servo motor
22 ... Encoder
23… Connector
24 ... Sleeve
26 ... Intake pipe
28 Operation / display section
30 ... Control unit
32 ... External control interface
34 ... servo circuit
109 ... IC
110 ... HD control board
112 ... Spindle motor
114 ... Disk
116… Disc clamp
118a, 118b, 118c, 118d ... screw holes
120 head drive device
122 ... magnetic head
124 ... arm
Claims (5)
回転に対応してパルス信号を発生するエンコーダが取り付けられたモータによってそれぞれ駆動され、前記複数のねじをそれぞれねじ締めする複数のねじ締め手段と、
前記複数のねじ締め手段を同期しながら制御する同期制御手段とを有し、
設定締め付けトルクに達するまでの目標設定トルクを複数の段階に設定し、
前記同期制御手段は、各段階で、前記複数のねじのすべての締め付けトルクが前記目標設定トルクに達するまで、締め付けトルクを前記目標設定トルクに保持したまま、前記エンコーダからのパルス信号に基づいて、前記複数のねじ締め手段を待機させ、前記複数のねじのすべての締め付けトルクが前記目標設定トルクに達した後に、前記複数のねじ締め手段によるねじ締めを再開させ、前記複数の段階が終了して前記複数のねじのすべての締め付けトルクが前記設定締め付けトルクに達すると、更に所定のホールド時間だけ前記設定締め付けトルクに保った後に、前記複数のねじのすべてのねじ締めを終了する
ことを特徴とするねじ締め装置。A screw tightening device for tightening a plurality of screws to be simultaneously tightened at a plurality of locations at a preset tightening torque,
A plurality of screw tightening means, each driven by a motor attached with an encoder that generates a pulse signal corresponding to the rotation, and screwing the plurality of screws,
Synchronous control means for controlling the plurality of screw tightening means while synchronizing,
Set the target set torque until reaching the set tightening torque in multiple stages,
The synchronous control means, at each stage, until all the tightening torques of the plurality of screws reach the target set torque, while maintaining the tightening torque at the target set torque , based on a pulse signal from the encoder, The plurality of screw tightening means are made to stand by, and after all the tightening torques of the plurality of screws reach the target set torque, screw tightening by the plurality of screw tightening means is restarted, and the plurality of steps are completed. When all the tightening torques of the plurality of screws reach the set tightening torque, the screw tightening of all the plurality of screws is terminated after maintaining the set tightening torque for a predetermined hold time. A screw tightening device.
前記複数のねじは、右回りのねじと、左回りのねじとから成り、
前記右回りのねじと前記左回りのねじを、被締め付け体に生じる回転トルクを抑制するようにねじ締めする
ことを特徴とするねじ締め方法。A screw tightening method in which a plurality of screws are simultaneously tightened to a plurality of locations with a preset set tightening torque,
The plurality of screws includes a right-handed screw and a left-handed screw,
A screw tightening method, wherein the clockwise screw and the counterclockwise screw are tightened so as to suppress a rotational torque generated in a tightened body.
前記複数のねじの内、前記右回りのねじの個数と前記左回りのねじの個数とが、同数で
ある
ことを特徴とするねじ締め方法。The screw tightening method according to claim 2 ,
A screw tightening method, wherein the number of the clockwise screws and the number of the counterclockwise screws are the same among the plurality of screws.
前記複数のねじは、右回りのねじと、左回りのねじとから成り、
前記右回りのねじを締める右回りねじ締め手段と、
前記左回りのねじを締める左回りねじ締め手段と、
前記右回りねじ締め手段と前記左回りねじ締め手段とを、被締め付け体に生じる回転トルクを抑制するようにねじ締め制御する制御手段と
を有することを特徴とするねじ締め装置。A screw tightening device for tightening a plurality of screws to be simultaneously tightened at a plurality of locations at a preset tightening torque,
The plurality of screws includes a right-handed screw and a left-handed screw,
Clockwise screw tightening means for tightening the clockwise screw,
Anticlockwise screw tightening means for tightening the anticlockwise screw,
A screw tightening device comprising: a control unit that controls the clockwise screw tightening unit and the counterclockwise screw tightening unit so as to suppress a rotational torque generated in a tightened body.
前記複数のねじの内、前記右回りのねじの個数と前記左回りのねじの個数とが、同数である
ことを特徴とするねじ締め装置。The screw fastening device according to claim 4,
The screw fastening device, wherein the number of the clockwise screws and the number of the counterclockwise screws among the plurality of screws are the same.
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JP35472497A JP3569619B2 (en) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | Screw fastening method and device |
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JPH11188655A JPH11188655A (en) | 1999-07-13 |
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Cited By (3)
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1997
- 1997-12-24 JP JP35472497A patent/JP3569619B2/en not_active Expired - Lifetime
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