JP4340085B2

JP4340085B2 - ねじ締め装置

Info

Publication number: JP4340085B2
Application number: JP2003078435A
Authority: JP
Inventors: 正幸斎藤; 芳樹今川
Original assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Current assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2023-03-20
Also published as: JP2004283948A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ねじ、ボルト等のねじ部品をワークに締め付ける場合に用いられるねじ締め装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ねじ締め装置の一例として、特許文献のねじ締め装置が知られている。このねじ締め装置は、ねじの頭部に形成された駆動穴に係合可能なねじ締めビットを有し、このねじ締めビットをビット駆動軸を介して電動ドライバに連結する構造である。このねじ締め装置でワークにねじを締め付ける場合、ねじの駆動穴にねじ締めビットを係合させた状態で電動ドライバを駆動する。これにより、ねじ締めビットからねじに回転力が伝達され、ねじはワークの所定のねじ穴に締め付けられる。
【０００３】
【特許文献】
特開平６−３９６５３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のねじ締め装置においては、高い最終締付トルクを得ようとする場合、当然に出力トルクの大きい電動ドライバを使用することになる。このような電動ドライバにおいては、高いトルクを得るよう設定された減速機の減速比の影響で、ねじ締めビット等のねじ締め工具の最高回転数は低くなる。従って、さほど締付トルクを必要としない着座までのねじ込み段階等においても、高トルク低速のねじ込みが行われることになり、よって、ねじ部品締め付けに要する時間が非常に長くなってしまう等の問題が発生していた。また、出力トルクの大きい電動ドライバは、減速機等の影響で駆動時の慣性が非常に大きくなる。よって、着座までのねじ込み段階で電動ドライバを高回転数で駆動すると、ねじ部品の頭部座面がワークに着座した時点でねじ部品に電動ドライバの駆動による慣性トルクが作用し、ねじ部品が必要以上の締付トルクで締め付けられてしまう等の問題が発生していた。
【０００５】
【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、ねじ部品に係合して当該ねじ部品に回転力を伝達可能なねじ締め工具と、このねじ締め工具に回転伝達可能に連結された駆動軸と、この駆動軸を高速で回転駆動可能な第１回転駆動手段と、この第１回転駆動手段の出力軸と前記駆動軸とを連結するように設けられたワンウェイクラッチと、このワンウェイクラッチを回転駆動可能かつ前記第１回転駆動手段よりも高いトルクで駆動可能な第２回転駆動手段と、これら第１回転駆動手段と第２回転駆動手段とにそれぞれ設けられて、これら回転駆動手段の出力軸の回転角を検出可能な回転検出手段とを有するねじ締め装置において、ワンウェイクラッチは、第１回転駆動手段がねじ部品を締め付ける方向にねじ締め工具を回転させるよう駆動した時、前記駆動軸に対して空転作用を生じ、第２回転駆動手段がねじ部品を締め付ける方向にねじ締め工具を回転させるよう駆動した時、当該駆動軸と一体に回転するように構成され、一方、第１回転駆動手段の出力軸は、第２回転駆動手段の駆動時、ワンウェイクラッチの回転に従動して駆動するように当該ワンウェイクラッチに連結されたねじ締め装置であって、第２回転駆動手段の駆動時、各回転検出手段の信号から得られる回転角度を比較するように構成されていることを特徴とする。
【０００６】
なお、前記第１回転駆動手段は、ねじ部品が着座した時に慣性の影響で当該ねじ部品を所定のトルクまで締め付けることがない回転数で駆動することが望ましい。また、前記ワンウェイクラッチは、第１回転駆動手段がねじ部品を締め付ける方向にねじ締め工具を回転させるよう駆動した時、駆動軸に対して空転作用を生じ、第２回転駆動手段がねじ部品を締め付ける方向にねじ締め工具を回転させるよう駆動した時、駆動軸と一体に回転するよう構成されていることが望ましい。また、前記第１回転駆動手段と第２回転駆動手段は、ねじ部品の締め付けが完了した後、共にねじ部品を締め付ける方向とは逆方向にねじ締め工具を回転させるよう駆動することが望ましい。また、前記第１回転駆動手段と第２回転駆動手段とには、それぞれ回転検出手段が設けられていることが望ましい。この場合、各回転検出手段の信号から得られる回転角度を比較する制御部を有することが望ましい。
【０００７】
【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る。このねじ締め装置１は、ワークにねじ部品の一例である六角ボルト（図示せず；以下、単にボルトという）を締め付ける場合に用いられるものであり、ボルトの頭部に係合して当該ボルトに回転力を伝達可能なねじ締め工具の一例であるソケット２を有する。このソケット２は、ハウジング３に回転自在に配置された駆動軸４に連結されている。この駆動軸４は、第１回転駆動手段の一例である第１電動ドライバ５の出力軸５ａに連結されており、第１電動ドライバ５の駆動を受けて回転するよう構成されている。また、この駆動軸４には、ワンウェイクラッチ６が組み付けられており、このワンウェイクラッチ６には従動ギヤ７が一体に回転するように取付けてある。この従動ギヤ７には、第２回転駆動手段の一例である第２電動ドライバ８の駆動を受けて回転する駆動ギヤ９が噛合させてある。このような構造にすると、従動ギヤ７と駆動ギヤ９の組み合わせで、第１電動ドライバ５と第２電動ドライバ８はそのままに、減速比を各種に変更することも可能である。
【０００８】
前記第１電動ドライバ５は、ＡＣサーボモータと、このＡＣサーボモータの出力を所定のギヤ比で減速する減速機とで構成されている。この減速機のギヤ比により、第１電動ドライバ５は、ボルト頭部座面がワーク表面に着座して締付トルクが僅かに増すことで容易にストールするように構成されている。実際の第１電動ドライバ５の最大出力トルクは数Ｎ・ｍ程度である。このため、第１電動ドライバ５は、極めて高速での回転駆動が可能であり、高回転数域で回転駆動した場合の慣性も非常に小さい。なお、前述の「ストール」とは、第１電動ドライバ５の出力軸５ａが回転負荷により回転できなくなる現象を指す。
【０００９】
一方、前記第２電動ドライバ８は、第１電動ドライバ５のものより十分に大きな能力のＡＣサーボモータと、このＡＣサーボモータの出力を所定のギヤ比で減速する減速機とで構成されており、この減速機のギヤ比により、第１電動ドライバ５よりも十分に大きい出力トルク（数百Ｎ・ｍ）を得られるように構成されている。
【００１０】
前記ワンウェイクラッチ６は、内輪６ａが駆動軸４と一体に固定してあり、この内輪６ａの外周に位置する外輪６ｂが前記従動ギヤ７に固定してある。外輪６ｂは、ボルトの締め付け方向の回転が与えられた場合、内輪６ａと固着して一体に回転し、これとは逆方向の回転が与えられた場合は、内輪６ａに対して空転するよう構成されている。換言すると、内輪６ａは、ボルトの締め付け方向の回転が与えられた場合に外輪６ｂに対して空転する。よって、第１電動ドライバ５がボルトを締め付ける方向にソケット２を回転させるよう駆動した場合、内輪６ａと外輪６ｂとには滑りが生じ、ソケット２には第１電動ドライバ５の駆動力のみが伝達される。また、第２電動ドライバ８がボルトを締め付ける方向にソケット２を回転させるよう駆動した場合、内輪６ａと外輪６ｂとは固着して一体に回転可能となり、よって、ソケット２には第２電動ドライバ８の駆動力が伝達される。
【００１１】
また、前記ハウジング３の下部には、前記駆動軸４が挿通する筒状の起歪管１０が取付けてある。この起歪管１０下部が固定される取付フランジ１１は、往復移動ユニット（図示せず）により駆動軸４の軸方向に往復移動操作されるテーブル１２に固定されている。これにより、ソケット２がボルトを締め付ける時の締付トルクの反力が起歪管１０に伝達され、当該反力に応じて起歪管１０が捻れるようになっている。この起歪管１０には、歪みゲージ１３が貼付してあり、起歪管１０の歪みに応じた電気信号を出力するように構成されている。これら起歪管１０、歪みゲージ１３により、トルクセンサが構成されており、歪みゲージ１３の信号から制御部１４において締付トルクの判定が行われる。
【００１２】
また、前記第１，第２電動ドライバ５，８には、回転検出手段の一例として、それぞれの出力軸５ａ，８ａの回転に応じたパルス信号を発するエンコーダ５ｂ，８ｂが内蔵されている。前記制御部１４では、このエンコーダ５ｂ，８ｂの各出力を処理することにより、ボルトの締付角度を検出できるように構成されている。
【００１３】
次に本ねじ締め装置１の作用について説明する。
本ねじ締め装置１によるねじ部品締め付けの例として、ボルトの頭部座面がワーク表面に着座した後に発生するスナグトルクを基準に、そこからボルトを塑性域まで締め付ける、所謂塑性域締め付けについて説明する。なお、本実施の形態で紹介する塑性域締め付けは、スナグトルクをＴｓ、締め付け完了時の締付トルクをＴｅとして、図２の締付トルク特性を示すものである。この図２に示すように、スナグトルクは締付トルク曲線の変曲点を示すトルク値であり、最終締付トルクＴｅに対して十分に小さい値をとる。
【００１４】
第１電動ドライバ５の駆動によりソケット２をボルト締付方向に回転させながらテーブル１２を下降させ、ワークの下穴に嵌められているボルトの頭部にソケット２を合致係合させると、ボルトはソケット２から回転伝達を受けてねじ穴にねじ込まれる。この時、駆動軸４はワンウェイクラッチ６の作用で従動ギヤ７に対して空転する。よって、ソケット２には、第１電動ドライバ５の駆動力のみが伝達される。
【００１５】
ワークにボルト頭部座面が着座した瞬間、ボルトには第１電動ドライバ５の慣性の影響で衝撃トルクが作用する。この衝撃トルクにより、ボルトは第１電動ドライバ５の能力以上のトルクで締め付けられてしまう。これに対し、第１電動ドライバ５は、ボルトを衝撃トルクによりスナグトルクＴｓまで締め付けることがない最大の回転数で駆動制御される。これについて、第１電動ドライバ５はボルトが着座した初期の僅かな締付トルクの増加でストールするように構成されているから、慣性は非常に小さい。よって、第１電動ドライバ５を高回転数域で駆動しても、着座時の衝撃トルクでボルトがスナグトルクＴｓまで締め付けられるのを防止することができる。このことから、本ねじ締め装置１においては、着座までのボルトのねじ込みを高速に行うことができる。
【００１６】
また、第１電動ドライバ５は、ボルトの着座時点で容易にストールする程度のものであるため、例えばめねじの成形不良、ボルトの斜め食い付き等の影響でボルトを正常にねじ込めない場合にもストールする。よって、このような場合にボルトを無理にねじ込んで、ボルトおよびめねじを損傷するような不具合の発生を防止することもできる。
【００１７】
制御部１４において、エンコーダ５ｂのパルス信号から第１電動ドライバ５のＡＣサーボモータがストールしたことが検知されるとともに、ソケット２の高さを検出するセンサ（図示せず）等の信号からボルトが着座高さまでねじ込まれたことが検知されると、制御部１４は、ボルトが正常に着座したと判断する。これにより第１電動ドライバ５の駆動が停止されるとともに、第２電動ドライバ８が駆動する。これにより、駆動ギヤ９、従動ギヤ７を介してワンウェイクラッチ６に駆動力が伝達される。この時、ワンウェイクラッチ６の内輪６ａと外輪６ｂとはロックするため、第２電動ドライバ８の駆動力が駆動軸４ないしソケット２に伝達される。
【００１８】
その後、制御部１４は、歪みゲージ１３の信号から締付トルクがスナグトルクＴｓに達したことが判明すると、そこからエンコーダ８ｂのパルス信号を見てスナグトルク発生ポイントからのボルトの回転角度を監視する。そして、回転角度が所定値θに達すると、第２電動ドライバ８の駆動を停止するとともに、最終締付トルクＴｅが所定範囲内に収まっているか否かをチェックし、ボルト締め付け合否の判定を行う。なお、前述のスナグトルク発生ポイントからのボルトの回転角度θは、ボルトを降伏点を超えた塑性域まで締め付ける角度に相当する。
【００１９】
続いて制御部１４は、第２電動ドライバ８をボルトを締め付ける時とは逆方向に駆動する（以下、この駆動を逆駆動という；第１電動ドライバ５についても同様）とともに、第１電動ドライバ５を所定角度（５°程度）逆駆動する。これにより、ソケット２は第１電動ドライバ５の逆駆動を受けてボルト緩め方向に僅かに回転するため、ソケット２とボルト頭部との圧着を確実に解くことができる。この後、第１，第２電動ドライバ５，８の駆動が停止され、往復移動ユニットの作動によりテーブル１２が原位置に復帰動作し、次の作業に備える。なお、第１電動ドライバ５と第２電動ドライバ８の逆駆動時には、第１電動ドライバ５よりも第２電動ドライバ８の方が高回転数で駆動することが好ましい。
【００２０】
前述のボルト締め付け作業時に第２電動ドライバ８が駆動した場合、駆動停止している第１電動ドライバ５の出力軸５ａも駆動軸４の回転を受けて従動的に回転する。このため、制御部１４は、エンコーダ５ｂの信号も得ることができる。よって、制御部１４ではエンコーダ５ｂ，８ｂの各信号から回転角度を知ることができ、これらを比較して精度の高い回転角度の判定を行うことができる。また、例えばワンウェイクラッチ６の劣化等により、第２電動ドライバ８駆動下でワンウェイクラッチ６と駆動軸４とに滑りが生じている場合等には、エンコーダ５ｂ，８ｂの信号から得られる回転角度に差が生じる。このことから、構成部品の異常を早期に発見して交換することが可能になり、ボルトの締め付け品質を維持することが可能である。
【００２１】
上述の塑性域でのボルトの締め付けにおいては、最終的に非常に高い締付トルク（数百Ｎ・ｍ）が必要となる。これに対応して、第２電動ドライバ８はソケット２を高トルクで回転駆動できる。このように高い締付トルクが得られる第２電動ドライバ８の駆動下では、必然的にソケット２の回転数が低下してしまうが、前述の通り、ボルトの着座までは第１電動ドライバ５の駆動により高速でねじ込みが行われているため、ボルト締め付けに要する時間は全体として大幅に短縮される。このように、本ねじ締め装置１においては、高い締付トルクが求められる塑性域へのボルトの締め付けにおいても、作業を迅速かつ効率よく行うことが可能になる。
【００２２】
なお、以上の説明ではねじ部品の一例としてボルトを例に挙げたが、小ねじ等、他のねじ部品であっても同様の効果が得られる。また、第１電動ドライバおよび第２電動ドライバにはＡＣサーボモータを採用したが、これについても、その他のモータまたは手段を適用できるものである。さらに、スナグトルク発生ポイントを基準に所定角度θ分ボルトを締め付ける例を紹介したが、これ以外にも、・予め設定した最終締付トルクに到達するまでボルトを締め付ける、所謂トルク法による締め付け過程でスナグトルク等を取得する方式
・スナグトルクの発生点から締付トルクの勾配をチェックしていく、所謂トルク勾配法に基づく締め付け方式
等々、ねじ部品の着座後に発生する比較的低いトルク値をデータとして取得する締め付け方式において、本発明の技術的思想は極めて有効である。また、ボルトの着座を検出する例としては、上記以外にも、第１電動ドライバ５のＡＣサーボモータのストールと締め付け開始からの時間とから着座を検出する方法など、各種のものが適用できる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明のねじ締め装置によれば、低い締付トルクでの締め付け領域においては第１回転駆動手段を駆動し、高い締付トルクが必要な締め付け領域では第２回転駆動手段を駆動したねじ締めを行うことができる。よって、高い締付トルクが求められるねじ部品の締め付け作業も迅速に行うことができる等の利点がある。また、ねじ部品の着座後に発生する比較的低いレベルの所定トルクを検出する必要がある場合において、その所定トルクに到達する前に第１回転駆動手段から第２回転駆動手段に駆動の切り替えを行っても、第１回転駆動手段の慣性で締付トルクが前記所定トルクを超えてしまうようなことがない。よって、所定トルクを確実に検出して精度の高いねじ部品の締め付けを行うことができる等の利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るねじ締め装置の要部拡大一部切欠断面図である。
【図２】塑性域角度法締め付け作業における回転角度に対する締付トルクの特性を示した説明図である。
【符号の説明】
１ねじ締め装置
２ソケット
３ハウジング
４駆動軸
５第１電動ドライバ
６ワンウェイクラッチ
７従動ギヤ
８第２電動ドライバ
９駆動ギヤ
１０起歪管
１１取付フランジ
１２テーブル
１３歪みゲージ
１４制御部

Claims

ねじ部品に係合して当該ねじ部品に回転力を伝達可能なねじ締め工具と、このねじ締め工具に回転伝達可能に連結された駆動軸と、この駆動軸を高速で回転駆動可能な第１回転駆動手段と、この第１回転駆動手段の出力軸と前記駆動軸とを連結するように設けられたワンウェイクラッチと、このワンウェイクラッチを回転駆動可能かつ前記第１回転駆動手段よりも高いトルクで駆動可能な第２回転駆動手段と、これら第１回転駆動手段と第２回転駆動手段とにそれぞれ設けられて、これら回転駆動手段の出力軸の回転角を検出可能な回転検出手段とを有するねじ締め装置において、
ワンウェイクラッチは、第１回転駆動手段がねじ部品を締め付ける方向にねじ締め工具を回転させるよう駆動した時、前記駆動軸に対して空転作用を生じ、第２回転駆動手段がねじ部品を締め付ける方向にねじ締め工具を回転させるよう駆動した時、当該駆動軸と一体に回転するように構成され、一方、第１回転駆動手段の出力軸は、第２回転駆動手段の駆動時、ワンウェイクラッチの回転に従動して駆動するように当該ワンウェイクラッチに連結されたねじ締め装置であって、
第２回転駆動手段の駆動時、各回転検出手段の信号から得られる回転角度を比較するように構成されていることを特徴とするねじ締め装置。