JPH02100882A - 電動ドライバーの駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、小ねじ、木ねじ、タッピングねじ等の多様な
ねじを高速でねじ締めでき、かつその締め付はトルクを
高精度に制御できる電動ドライバーの駆動制御方法に関
するものである。

従来の技術 近年、電動ドライバーによるねじ締め作業は、微小ねし
等のねじの多様化や多様なワークの出現により、締め付
はトルクの精度が高くかつ制御の範囲の広い、品位の高
いねじ締め作業が要求されている。

以下、従来の電動ドライバーによるねじ締め作業を説明
する。第４図及び第５図は電気的に締め付はトルクを制
御するようにした電動ドライバーを示す。第４図におい
て、供給電圧をトランス３１にて所定電圧に設定し、整
流器３２で直流に変換し、パワートランジスタ３３にて
モータ３４に対する通電制御を行うようにするとともに
、モータ３４に流れる電流を、電流検出抵抗３５、電流
判定用のレベル調整ボリューム３６及び比較器３７にて
判定し、所定の電流値即ち所定トルクに達すると、トラ
ンジスタ３９にてパワートランジスタ３３を駆動するト
ランジスタ４０をオフさせるように構成している。

次に、動作を説明する。まず、スタート信号にてトラン
ジスタ４０をオンすると、パワートランジスタ３３がオ
ンし、モータ３４に電力が供給されて回転を始める。モ
ータ３４に流れる電流は、第５図に示すように、起動時
に起動電流４１が流れた後、定常電流４２となり、ねじ
がワークに着座すると、回転抵抗が大きくなり、締め付
は電流４３が上昇して発生トルクが大きくなる。締め付
は電流４３がレベル調整ボリューム３６で設定された（
ａ４４に一致すると比較器３７が動作し、トランジスタ
３９がオンし、それに伴ってトランジスタ４０がオフす
ることによりパワートランジスタ３３がオフしてモータ
３４に対する電力供給が停止され、モータ３４が停止し
てねじ締めは完了する。

また、別の従来例として、第６図及び第７図に示すよう
に機械的に締め付はトルクを制御する電動ドライバーも
ある。第６図において、５０はモータ、５１は駆動カム
、５２は従動カム、５３はドライバービット、５４はト
ルクバネ、５５はリミットスイッチ、５６はねじであり
、モータ５０に対して第７図に示す電力供給回路が接続
されている。

動作を説明すると、モータ５０が回転してビット５３に
よりねじ締めが行われ、ねじ５６がワークに着座すると
、トルクが上昇し、トルクバネ５４で設定されたトルク
値に達すると、駆動カム５１と従動カム５２が第６図に
示すように、各々のカムの頭の所へ乗り上げた状態にな
り、リミットスイッチ５５が作動し、モータ５０への通
電がオフされ、ねじ締めが完了する。

しかしながら、電流値でトルクを制御する上記電気的方
法ではモータ３４の高速回転時に電流レベルを判定し、
機械系のイナーシャの影響を無くして停止させるのは非
常に難しく、トルク値のばらつきが大きいという問題が
あり、また機械的方法でもトルク値を細かく設定したり
、広範囲で設定するのが困難で、騒音や寿命の点でも難
点がある。

そこで、本出願人は先に第８図に示すように、モータ６
０を駆動するドライバ一部６１に対する電力供給を、Ｃ
ＰＵ６３から出力されるパルス幅変調制御信号にて制御
されるチョッパ式電源部６２から行い、又ＣＰＵ６３か
らの制御信号とモータ６０からの位相信号をドライバ一
部６１を制御する制御部６４に人力し、かつドライバ一
部６Ｉにおける電流とモータ６０の回転速度をそれぞれ
電流検出部６５及び速度検出部６６で検出してＣＰＵ６
３に入力し、ＲＯＭ６７に格納された締め付はパターン
をＣＰＵ６３にて読み出してモータ６０を制御するよう
に構成し、それによって第９図に示すように、ねじのワ
ークへの着座による締め上げ開始点を電流値の変曲点４
５の検出と速度変化から検出し、この検出に基づいてＣ
ＰＵ６３から逆転制動指令をＴ＋時間出）ｊして制動電
流４６を流し、その後電流値を曲線４７のように漸増さ
せてトルクを上昇させ、予め設定されたトルクを与える
電流値４８で一定時間Ｔ２モータ６０を駆動し、ねじを
締め上げるようにしたものを提案した。（特願昭６２−
２８３５６９号及び特願昭６２−２８３７０号参照。） 発明が解決しようとする課題 ところが、本出願人の先の提案によっても、ねじを高速
で締め込むように、起動後の駆動電圧を高く設定すると
、ドライバービットがねじに係合する時にドライバーピ
ントが高速で回転しているために安定した保合状態が得
られない場合があるという問題があり、またねじがワー
クに着座するまで高速での締め込み動作を継続させてい
るため、着座を検出した後急激に逆転制動をかけても、
機械系のイナーシャが大きい場合に逆転制動が遅れ、ね
じ頭に過大なトルクが作用するという問題がある。

本発明は上記従来の問題点に鑑み、締め付はトルクを高
精度で制御でき、かつねじを高速でねじ込むことができ
、しかもねじとビットの保合状態が安定して得られると
ともに着座時に過大なトルクが作用することのない電動
ドライバーの制御方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するために、起動後ねじのワー
クへのねじ込み開始を検出して駆動電圧を上げ、ワーク
に対するビット位置からねじ位置を検出してねじの着座
直前に駆動電圧を下げ、ねじの着座を駆動部の回転速度
と駆動電流から検出して一定時間逆転駆動電圧をかけて
制動し、その後一定時間低電圧で駆動した後、再度駆動
電圧を漸増させてねじを締め上げて行き、所定電圧に達
すると一定時間保持して予め設定されたトルク値で締め
付けることを特徴とする。

前記着座直前の駆動電圧は、ねじとワークの種類に応じ
て変更するのが好ましい。

又、ねじとワークの種類の組み合わせに応じて駆動制御
パターンを予め設定しておき、ねじとワークの組み合わ
せにより駆動制御パターンを選択して駆動制御するのが
好適である。

作　　　用 本発明によると、起動後ワークへのねじ込み開始までの
駆動電圧を相対的に低く設定できるのでねじにピントが
係合する際の回転速度が高速になり過ぎるということが
なく、ねじとビットの保合状態が安定して得られ、かつ
ねじ込み開始後は駆動電圧を高く設定しているので高速
でねじ込むことができ、さらに着座直前に駆動電圧を低
くして減速するので、ねじを高速でねじ込んでも着座時
に過大なトルクを発生するということはなく、その後逆
転制動によってイナーシャによる影響を無くし、さらに
低い駆動電圧を印加して逆転後のねし頭とビットの再保
合時の衝撃を防止した後漸次駆動電圧を高めてトルクを
漸増させ、所定のトルクで締め付けることにより、高精
度で締め付はトルクを制御することができる。

また、小ねじやタッピングねじ等のねじの種類や金属板
や合成樹脂等のワークの種類に応じてねじ込み開始後着
座までのトルク変化のパターンが異なるため、これらね
じやワークの種類に応じて上記着座直前の駆動電圧を変
更するのが好ましくさらにねじとワークの種類の組み合
わせに応じて駆動制御パターンを予め設定しておき、駆
動制御パターンを選択して駆動制御するようにするのが
好ましい。

実施例 以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図に基づいて説
明する。

第２図において、交流電源から供給された電力はチョッ
パ式電源部ｌに入力され、ドライバ回路２を介してねじ
締めへラド３を回転駆動するモータ４に入力されている
。チョッパ式電源部１は直流に整流して平滑にした後、
ねじ締めヘッド３を駆動制御する第１ＣＰＵ５から出力
されるパルス幅変調制御信号に基づいて電圧制御し、ド
ライバ回路２に出力するように構成されている。ドライ
バ回路２はモータ４の回転位置に応じて各モータコイル
に対する通電制御を行うように構成されている。即ち、
モータ４の回転位相を検出するホール素子などの位相検
出器６からの位相検出信号が制御部７に入力され、この
制御部７にてドライバ回路２の各パワートランジスタ８
ａ〜８ｆを制御するように構成されている。又、この制
御部７には第１ｃＰＵ５から正逆信号が入力されている
。

前記ドライバ回路２には、電流検出用抵抗９が設けられ
ており、電流検出器１０にてモータ４に流れる駆動電流
が検出され、Ａ／Ｄ変換器１１にてデジタル信号に変換
されて前記第１ＣＰＵ５に入力されている。また、前記
位相検出器６からの信号が速度検出器１２に入力され、
モータ４の回転速度が検出され、前記Ａ／Ｄ変換器１１
を介して前記第１　ＣＰＵ５に入力されている。１３は
、制御用ソフト及びねじの種類やワークの種類に応じて
それぞれ予め設定された複数のねじ締めパターンを記憶
させたＲＯＭ、１４はねじ締め条件等を一時記憶するＲ
ＡＭである。１５は、ドライバービット先端とワークの
間の距離が一定値、例えばｌ　ｍａ＋以下になると、こ
れを検出するようにねじ締めヘッド３に取付けられた位
置検出器で、その検出信号が第１　ＣＰＵ５に入力され
ている。

一方、ねじ締めヘッド３は、このねじ締めヘッド３を所
定のねじ締め位置に移動させる移動手段２１に装着され
ており、移動手段２１はその駆動手段２２にて駆動され
る。２３は、ねじ締め装置の全体を制御する第２ＣＰＵ
であり、この第２０ＰＵ２３から制御部２４に位置指令
信号が発せられ、制御部２４からの制御信号に基づいて
駆動手段２２が動作し、ねじ締めヘッド３が所定位置に
位置決めされる。２５は、第２ＣＰＵ２３に対してねじ
締めの位置データ及びそのねし締め位置におけるねじ締
めパターンの種別を入力する人力手段、２６は位置デー
タ及びねじ締めパターンの種別を記憶するＲＡＭ、２７
は制御用ソフトを記憶させたＲＯＭである。又、この第
２ＣＰＵ２３と前記第１ＣＰＵ５とはシリアル通信綿２
８にて接続されており、第２ＣＰＵ２３により位置制御
しようとするねじ締め位置に対応したねじ締めパターン
の種別トを第１ｃＰＵ５に対して通信するように構成さ
れている。

尚、第３図において、Ｄはドライバービット、Ｓはねじ
、Ｐはねじを吸着する吸着パイプ、Ｗはねじで締結すべ
きワークである。

次に動作を説明する。ねじ締め位置とそのねじ締め位置
におけるねじの種類とワークの種類に応したねじ締めパ
ターンを入力手段２５にて予め入力してＲＡＭ２６に記
憶させておき、動作を開始する。第２ＣＰＵ２３はＲＯ
Ｍ２７に格納されたプログラムに沿ってＲＡＭ２６から
ねじ締め位置とパターンを読み出して、ねじ締め位置に
対応する位置指令信号を制御部２４に出力するとともに
シリアル通信線２８を介して第１　ＣＰ　Ｕ　５にその
ねじ締めパターンを通信伝達する。制御部２４は位置指
令信号に基づいて制御信号を駆動手段２２に出力し、こ
の駆動手段２２にて移動手段２１を動作させてねじ締め
ヘッド３を所定位置に位置決めする。

一方、第１　ＣＰ　ｔ、Ｊ　５はねじ締めパターンの種
別を受信すると、そのパターンをＲＯＭ１３から読出し
、そのパターンに沿って制御電圧をモータ４に印加する
ように、チョッパ式電源部１にパルス幅変調制御信号を
出力する。

ねじ締めパターンとしては、例えば第１図に示すような
、パターンがある。第１図においては、実線で示すよう
に小ねじを締め付ける場合のパターンＡ、−点鎖線で示
すように薄板にクツピングねじを締め付ける場合のパタ
ーンＢや破線で示すようにタッピングねじを合成樹脂に
ねし込む場合のパターンＣを示しである。又、第１図（
ａ）は制御電圧のパターン、第１図（ｂ）は上記電圧制
御によりモータ４に流れる電流のパターン、第１図（Ｃ
）はそれに伴う発生トルクのパターンである。

ねじ締め動作においては、まずモータ４を比較的低い電
圧■１で起動すると、起動電流Ｉ０が流れた後初朋電流
Ｉ、が流れ、ドライバービットＤはあまり高速でない速
度で回転し、ねじＳとの係合が安定して確保される。次
に、ねじＳのワークＷに対するねし込みが開始すると、
瞬間的に回転速度が低Ｆし立ち上がり電流■、が流れる
。この電流値の立ち上がりを電流検出器１０にて検出す
ると、モータ４に対する供給電圧を■２に高め、ねじＳ
を高速でねじ込む。このねじ込み時における電流値１ｚ
及び発生トルクＴ２は、パターンＡでは単にねじＳを回
すだけであるのでねじ込み開始時に象、増した後はぼ一
定の低い値を維持し、パターンＢでは薄板にクツピング
するために太き（増加した後ねじＳが薄板を貫通すると
象、減し、パターンＣではタッピングが深くなるのに伴
い増加し続けることになる。

ねじのねし込みが進行して着座状態に近づき、ねじＳの
座とワークＷとの間の間隔が所定値になると、位置検出
器１５から検出信号が出力され、低い電圧■、に切換え
られ、着座時に過大なトルクが発生するのが防止される
。この電圧■３は上記パターンによって異なった値に設
定されている。即ち、パターンＡの小ねじの場合は電圧
を低くして減速効果を大きくし、パターンＣの合成樹脂
のワークＷに対するねし込みの場合はねじ込み深さが深
くなるのに伴ってトルクも大きくなるため、電圧低下は
小さくし、パターンＢの場合はその中間の電圧に低下さ
せる。

次に、第３図（ａ）に示すように、ねじＳがワークＷに
着座すると、ねじＳの回転が停止し、第１図ら）に示す
ように、電流の急激な立ち上がりが生ずるため、この立
ち上がりの変曲点を電流検出器１０で検出し、速度検出
器１２で回転停止を検出することによって、第１ＣＰＵ
５から制御部７に逆転制動指令信号を所定時間出力し、
逆転制動電圧Ｖ、を印加し、制動電流Ｉ４を流して制動
し、ねじ込み時の機械系のイナーシャの影響を無くす。

この時、ドライバービットＤとねじＳの位置関係は、第
３図（ｂ）の状態から第３図（Ｃ）の状態になる。

次に、低い電圧■５を所定時間印加して緩やかに第３図
（Ｃ）の状態から第３図（ｄ）の状態にしてビットＤが
ねし頭に再度当たる時に衝撃が加わらないようにした後
、もう少し高い電圧Ｖ６を印加して締め込み開始トルク
Ｔ６を加えて上記逆転制動によるねじＳの緩みを完全に
解消した後、漸次増加する電圧■７を印加し、所定の締
め付はトルクＴ８に対応する電圧■８に達すると、その
状態を所定時間保持することにより締め付けが完了する
。

その後、上記と同様の動作をワークの各ねじ締め位置に
対して繰り返すことによってワークに対するねじ締め作
業が終了する。このとき、各ねじ締め位置に対して異な
った種類のねじを締め付けることが可能である。

発明の効果 本発明の電動ドライバーの駆動制御方法によれば、以上
の説明から明らかなように、起動後ワークへのねじ込み
開始までの駆動電圧を相対的に低く設定できるのでねじ
にビットが係合する際の回転速度が高速になり過ぎると
いうことがなく、ねじとビットの保合状態が安定して得
られ、かつねじ込み開始後は駆動電圧を高く設定してい
るので高速でねじ込むことができ、さらに着座直前に駆
動電圧を低くするので、ねじを高速でねじ込んでも着座
時に過大なトルクを発生するということはないという効
果が得られる。

また、逆転制動によってイナーシャによる影響を無くし
、さらに低い駆動電圧を印加して逆転後のねし頭とビッ
トの再保合時の衝撃を防止した後漸次駆動電圧を高めて
トルクを漸増させ、所定のトルクで締め付けることによ
り、高精度で締め付はトルクを制御することができる。

また、ねじの種類やワークの種類に応じて着座直前の駆
動電圧を変更することにより、ねじの種類やワークの種
類によるねじ込み時のトルク変化に適正に対応でき、ね
じに過大なトルクを加えることなく高速で確実にねじ込
むことができる。

さらに、ねじとワークの種類の組み合わせに応じて駆動
制御パターンを予め設定しておき、駆動制御パターンを
選択して駆動制御すると複数種類のねじの締め付けを適
正に行うことができる等、大なる効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】 第１図〜第３図は本発明の一実施例を示し、第１図（ａ
）〜（Ｃ）は、ねじ締め時の電圧、電流及びトルク変化
のパターンを示す図、第２図は制御回路のブロック図、
第３図（ａ）はねじの着座状態を示す断面図、第３図（
ｂ）、（Ｃ）、（ｄ）はそれぞれ着座後、逆転制動後及
び再締め付は開始後のねし頭とビットの位置関係を示す
平面図、第４図は従来の電気的制御回路図、第５図は同
電流波形図、第６図は従来の機械的制御方式の構成図、
第７図は同電気回路図、第８図は本出願人が先に提案し
た駆動装置の制御ブロック図、第９図は同電流波形図で
ある。 １・・・・・・チョッパ式電源部、２・・・・・・ドラ
イバ部、４・・・・・・モータ、５・・・・・・第１　
ＣＰＵ、７・・・・・・制御部１０・・・・・・電流検
出器、１２・・・・・・速度検出器、１３・・・・・・
ＲＯＭ、１５・・・・・・位置検出器、２３・・・・・
・第２ＣＰＵ、Ｄ・・・・・・ドライバービット、Ｓ・
・・・・・ねじ、Ｗ・・・・・・ワーク。 代理却酩弁理士　粟野　重孝　はか１名第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）起動後ねじのワークへのねじ込み開始を検出して
   駆動電圧を上げ、ワークに対するビット位置からねじ位
   置を検出してねじの着座直前に駆動電圧を下げ、ねじの
   着座を駆動部の回転速度と駆動電流から検出して一定時
   間逆転駆動電圧をかけて制動し、その後一定時間低電圧
   で駆動した後、再度駆動電圧を漸増させてねじを締め上
   げて行き、所定電圧に達すると一定時間保持して予め設
   定されたトルク値で締め付けることを特徴とする電動ド
   ライバーの駆動制御方法。
2. （２）着座直前の駆動電圧をねじとワークの種類に応じ
   て変更することを特徴とする請求項１記載の電動ドライ
   バーの駆動制御方法。
3. （３）ねじとワークの種類の組み合わせに応じて駆動制
   御パターンを予め設定しておき、ねじとワークの組み合
   わせにより駆動制御パターンを選択して駆動制御するこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載の電動ドライバーの
   駆動制御方法。