JPH06262452A - 自動ネジ締め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ネジ締め時、締付途中に必要なトルクＴ１よ
り最終締付トルクＴ２の方を小さくする必要がある場合
でも精度よくネジ締めが出来る自動ネジ締め装置を提供
する。 【構成】 外部からのネジ締め開始信号及び各種センサ
ーからの検出データを受けて、制御信号を出力するコン
トロール部１と、前記制御信号を受けてモータ４へ駆動
信号を出力する出力アンプ２と、前記モータ４への入力
電流を検出する電流センサー３と、前記駆動信号を受け
て接続されたビットを回転させるモータ４と、前記モー
タ４の回転速度を検出するエンコーダ５と、ネジ頭のワ
ークへの着脱を検出する着座センサー６と、前記モータ
４にカップリング等で直結されたネジ締め用のビット７
とで構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転駆動軸を有するモ
ータと、該モータの駆動軸に連結されたネジ締め用のビ
ットとを備える自動ネジ締め装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の省力化に伴い、多様な分野での生
産ラインの自動化が進んでいる。この様な自動化装置の
中で、最も一般的なものの一つに自動ネジ締め装置があ
る。

【０００３】自動ネジ締め装置では、従来、モータに減
速器を付加し、メカクラッチを介してネジ締めのビット
に動力を伝える方法が一般的に用いられている。この方
法ではネジを締め付けていき、予め設定されたトルク値
に達した時点で、メカクラッチが切れて動力の伝達を遮
断する。ここで、トルク値の設定は、クラッチの押え圧
を変更することにより行なわれる。

【０００４】他の方法として、モータの電流値を検出す
ることにより現在の出力トルク値を測定する方法があ
る。この方法では、モータの電流値が予め設定されたト
ルク値以上になれば自動的に電力の供給を遮断して、モ
ータを停止させる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の方式は、いづれ
の方式も規定のトルク値に達した時点で、動力を遮断し
て、ネジ締め工程を終了するものである。

【０００６】図４は、金属面にタッピングネジによるネ
ジ締めを行った場合の締め付けトルクの経時変化を示す
トルク曲線である。また、図５は、樹脂成形品にタッピ
ングネジによるネジ締めを行った場合の締め付けトルク
の経時変化を示すトルク曲線である。

【０００７】金属面にタッピングネジによるネジ締めを
行った場合、図４に示すようにネジ締め開始ととも出力
トルク値は徐々に増加していき、タッピング中は出力ト
ルク値Ｔ１となる。タッピングが終了に近づくにつれ、
徐々に出力トルク値も減少していきタッピング終了から
ネジ頭の着座まではほぼ一定の値となる。その後、出力
トルク値は急速に増加しトルクアップ時には出力トルク
値Ｔ２となる。ここで出力トルク値Ｔ２は出力トルク値
Ｔ１よりも大きな値である。

【０００８】これに対し、図５に示すように樹脂成形品
にネジ締めを行った場合は、ネジ締めを行っている期間
中はネジ締め箇所は摩擦熱により発熱し、徐々に周囲の
樹脂が柔らかくなり、抵抗が小さくなる。そのため、最
終的に締付完了時に必要なトルク（Ｔ２）は締付開始時
に必要なトルク（Ｔ１）より小さくなってしまう。しか
しながらモータのトルクが変わらないため、ネジ締めが
完了してもモータの回転は止まらず、空回りを始めてし
まう。この様に従来の方式を用いて締付けを行う場合に
は、常に一定のトルクが加えられるため、設定したトル
クの値によっては、最後までネジが締まらずに途中でネ
ジ締めが停止してしまうか、逆にトルクが大きすぎて、
空回りするまで締め続けてしまうことがある。

【０００９】本発明は、上記の点に鑑みなされたもので
あり、ネジ締め途中に必要なトルクＴ１よりも最終締付
トルクＴ２の方を小さくする必要がある場合でも、途中
から自動的にトルクを切り替えることにより精度よくネ
ジ締めが出来る自動ネジ締め装置を提供するものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明にてなる自動ネジ
締め装置は、回転駆動軸を有するモータと、該モータの
駆動軸に連結されたネジ締め用のビットと、モータの回
転速度を検出する回転速度検出手段と、ネジ頭のワーク
への接触を検出する接触検出手段と、前記複数の検出手
段からの検出データを受けて、前記モータを着座するま
では第１の回転速度を維持するとともに、着座後は前記
第１の回転数より小さい第２の回転数にて駆動するため
の制御信号を出力する制御手段と、前記制御信号を受け
てモータへ駆動信号を供給する駆動手段とを具備してな
る。

【００１１】また、上記の自動ネジ締め装置であって、
モータの回転トルクを検出するトルク検出手段を更に備
え、前記制御手段が、着座後にモータが所定のトルクよ
り少ないトルクで駆動されている場合に、前記モータの
回転数を前記第２の回転数となるように前記制御信号を
出力するともに、前記所定のトルクに達したときは、一
定時間その状態を維持するように制御信号を出力するよ
うにすることが特に望ましい。

【００１２】

【作用】上記構成にてなる自動ネジ締め装置によれば、
ネジ締め用のモータは、着座前は第１の回転数を維持し
て駆動されるが、着座後は、第２の回転数まで減速さ
れ、その回転数を維持して駆動される。

【００１３】また、トルク検出手段を備えることによ
り、着座後にモータが所定のトルクより少ないトルクで
駆動されている場合に、前記モータの回転数を前記第２
の回転数となるように制御するとともに、前記所定のト
ルクに達したときは、一定時間その状態を維持するよう
に制御することが可能となる。

【００１４】

【実施例】本発明に係る一実施例のブロック図を図１に
示す。

【００１５】本装置は、ネジ締め指令及び各種センサー
からの検出データを受けて、制御信号を出力するコント
ロール部１と、前記制御信号を受けてモータ４へ駆動信
号を出力する出力アンプ２と、モータ４への入力電流を
検出する電流センサー３と、前記駆動信号を受けてビッ
トを回転させるモータ４と、前記モータ４の回転速度を
検出するエンコーダ５と、ネジ頭のワークへの着座を検
出する着座センサー６と、モータ４にカップリング等で
直結されたネジ締め用のビット７とで構成される。

【００１６】コントロール部１は、別途詳述するが、外
部からのネジ締め開始信号及び各種センサーから検出デ
ータを入力し、それらのデータをもとに制御信号を出力
アンプ２へ出力する。

【００１７】出力アンプ２は、コントロール部１から入
力した制御信号に従ってモータ４を駆動するための駆動
電圧をモータ４へ出力する。
モータ４は、出力アンプ２からの駆動電圧によりカップ
リング等で直結されたネジ締め用のビット７を回転させ
る。

【００１８】電流センサー３は、出力アンプ２からモー
タ４へ供給される駆動信号の電流値を検出する。検出さ
れたデータは、コントロール部１へ供給される。

【００１９】エンコーダ５は、モータ４の回転速度を検
出し、その検出された速度データはコントロール部１へ
供給される。着座センサー６は、締め付けているネジの
頭がワークに接触しているかどうかを検出し、そのデー
タをコントロール部１へ供給する。 以下、本実施例の
動作について、詳細に説明していく。

【００２０】まず、外部よりネジ締め指令信号がコント
ロール部１に入力されると、コントロール部１より制御
信号が出力アンプ２へ出力される。その制御信号を受け
て出力アンプ２はモータ４を起動し、ここには記載して
いないがネジ供給手段より供給されたネジを吸着した状
態でビット７が下降し始める。

【００２１】ここで、コントロール部１は図３に示す回
転速度Ｖとなるようにモータの回転速度の制御を行うも
のであり、モータ４は予め設定された回転速度Ｖ１に達
するまで加速され続ける。モータ４の回転速度ＶがＶ１
に達すると、エンコーダ５からの速度信号を受けてコン
トロール部１は、その値を維持するように、出力アンプ
２へ制御信号を出力する。これにより、出力アンプ２か
らモータ４へ印加されている駆動電圧を制御する。

【００２２】モータ４は、ネジを締め始めると抵抗が増
大するため、ネジ締めを行っていない時に比べて大きな
トルクが必要になる。そのため、モータ４への駆動電圧
が変わらないとモータ４の回転速度が落ちてしまう。こ
こで、上記と同様にコントロール部１がエンコーダ５か
らの速度信号を受けて制御信号を出力アンプ２へ供給
し、モータ４へ印加されている駆動電圧を上昇させるこ
とにより回転速度が一定値Ｖ１で維持される。

【００２３】回転速度Ｖ１でネジ締めが継続し、ネジ頭
がワークに接触すると、着座センサー６がネジ頭のワー
クへの接触を感知し、その感知データをコントロール部
１に供給する。そのデータを受けるとコントロール部１
では、図３に示すようにモータ４の回転速度をＶ１から
Ｖ２へと変化させる。ここで、Ｖ１＞Ｖ２であるためＶ
１で回転を続けた場合に比べ、高速回転による慣性で締
めすぎることがない。また、従来から用いているメカク
ラッチ等を用いたトルク値による制御方法では、樹脂成
形品等の熱変形性の材質で製造されたワークに締付ける
場合、ネジ締めが始まると摩擦熱により取付面の温度が
上昇する。そのため、取付面が柔らかくなり、抵抗が減
少するが、トルク値が一定であるため、回転速度が上が
ってしまう。そして、更に、摩擦熱が発生し、取付面の
温度が上昇するため、更に抵抗が減り、回転速度が速く
なるというサイクルを繰り返し、最終的には、締め過ぎ
てしまいネジが空回りを始めてしまう。しかし、本実施
例では、柔らかくなって負荷トルクが小さくなっても回
転速度は一定であるから、発熱は最小限に押えられ、ト
ルクアップ時の電流Ｉ２を小さめに設定することによ
り、締め過ぎを防止出来る。本実施例のコントロール部
１の達成方法には、二通りあり、一つはハードウェアで
実現する方法であり、もう一つはソフトウェアで実現す
る方法である。

【００２４】ここでは、ソフトウェアで実現する方法
を、図２にフローチャートで示す。

【００２５】以下、コントロール部１の動作を、図２の
フローチャートに基づいて、詳細に説明していく。

【００２６】まず、ネジ締めを開始すると、ステップＳ
１で、着座センサー６がネジ頭のワークへの着座を検出
する。そして、ネジ頭がワークに着座している場合には
ステップＳ７に進み、ネジ頭がワークに着座していない
場合には、ステップＳ２に進む。

【００２７】ステップＳ２では、エンコーダ５がモータ
４の回転速度Ｖを検出し、その検出データをコントロー
ル部１へ供給する。コントロール部１は、その検出デー
タＶと予め設定されている回転速度Ｖ１との比較を行
う。ここで、回転速度Ｖが、Ｖ１より大きい場合には、
ステップＳ３に進み、Ｖ１と同一な場合にはステップＳ
１に戻り、Ｖ１より小さい場合にはステップＳ４に進
む。

【００２８】ステップＳ３では、コントロール部１が出
力した制御信号に従い、出力アンプ２がモータ４への印
可電圧を下げ、モータ４の回転速度Ｖの減速を行い、ス
テップＳ１に戻る。

【００２９】ステップＳ４では、コントロール部１が出
力した制御信号に従い、出力アンプ２がモータ４への印
可電圧を上げることにより、モータ４の回転速度Ｖの加
速を行い、ステップＳ５に進む。

【００３０】ステップＳ５では、モータ４への電流を検
出する電流センサー３がモータ４への電流を検出する。
検出された電流検出データＩはコントロール部１に供給
され、コントロール部１では、その電流検出データＩと
予め設定されている電流値Ｉ１とを比較する。ＩがＩ１
と同じかＩ１より大きい場合はステップＳ６に進む。Ｉ
がＩ１と同じかＩ１より大きいということはネジが傾い
て挿入されている等によりネジが正規に締められない状
態を表しており、従って、ステップＳ６ではネジ締めを
中止する。ステップＳ５にてＩがＩ１より小さいと判定
された場合には、ステップＳ１に戻る。

【００３１】ステップＳ７では、電流センサー３がモー
タ４への流入する電流値の検出を行う。その検出データ
Ｉは、コントロール部１に送られ、コントロール部１で
は電流検出データＩと予め設定された設定値Ｉ２との比
較を行い、ＩがＩ２と同じかＩ２より大きい場合にはス
テップＳ１１に進み、ＩがＩ２より小さい場合にはステ
ップＳ８に進む。

【００３２】ステップＳ８では、エンコーダ５がモータ
４の回転速度Ｖを検出し、その検出データＶをコントロ
ール部１へ供給する。コントロール部１では、その検出
データＶと予め設定された速度Ｖ２とを比較を行う。検
出データＶが設定値Ｖ２より大きい場合には、ステップ
Ｓ９に進み、同じ場合にはステップＳ１に進む。また、
検出データＶが設定値Ｖ２より小さい場合にはステップ
Ｓ１０に進む。

【００３３】ステップＳ９では、コントロール部１より
出力アンプ２へ印加電圧を下げる様に制御信号を出力
し、その制御信号を受けて出力アンプ２ではモータ４へ
の印加電圧を下げてモータ４の回転速度を下げる。

【００３４】一方、ステップＳ１０では、コントロール
部１より出力アンプ２へ印加電圧を上げる様に制御信号
を出力し、その制御信号を受けて出力アンプ２ではモー
タ４への印加電圧を上げてモータ４の回転速度を上げ
る。

【００３５】ステップＳ１１では、コントロール部１
が、現状を維持する制御信号を一定時間出力する。その
制御信号を受けて出力アンプ２は現状の駆動出力を維持
し、モータ４は、予め設定されている時間だけ現状の回
転を維持する。その後モータ４の回転は完了し、ネジ締
めが終了する。

【００３６】ここで、モータ４の回転速度Ｖは、図３に
示すようにＶ１＞Ｖ２であり、着座センサー６がネジ頭
のワークへの着座を検出後は、モータ４は、Ｖ１よりも
低い回転数Ｖ２になる様にコントロール部１により制御
され、ゆっくり回転して着実に締付けるようにする。こ
うすることにより、高速回転による慣性で締めすぎにな
るような事はない。

【００３７】以下、図２のフローチャートと実際のネジ
締め過程に当てはめて再度説明する。

【００３８】まずネジ締めを開始すると、その時点では
当然着座していないので、ステップＳ１はＮＯで抜け、
ステップＳ２に進む。ネジ締めの初期の段階では速度も
Ｖ１に達していないので、ステップＳ４に進み、モータ
の回転速度は加速される。速度ＶがＶ１に達するまでは
ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ４を繰り返す。

【００３９】速度ＶがＶ１に達すると、ステップＳ１に
て着座が検知されるまで、必要があれば速度の減速、加
速を行いながら、この速度Ｖ１を維持する（ステップＳ
１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）。

【００４０】以上により、ネジ頭のワークへの着座まで
は、一定の回転速度Ｖ１が維持される。

【００４１】次いで、ネジ頭がワークへ着座すると、ス
テップＳ１で着座を検知し、ステップＳ７に進む。着座
した当初は、通常電流値Ｉはトルクアップ時の電流Ｉ２
よりも小さいので、ステップＳ７をＮＯで抜けステップ
Ｓ８に進む。着座当初は回転速度ＶはＶ２よりも大きい
ので、ステップＳ９に進み回転速度は減速される。速度
ＶがＶ２に達するまではＳ７、Ｓ８、Ｓ９を繰り返す。

【００４２】速度ＶがＶ２に達すると、ステップＳ７に
て電流値ＩがＩ２よりも大きいかまたは等しいことが検
知されるまで、必要があれば速度の減速、加速を行いな
がら、この速度Ｖ２を維持する（ステップＳ７、Ｓ８、
Ｓ９、Ｓ１０）。

【００４３】以上により、ネジ頭のワークへの着座後、
電流値ＩがＩ２よりも大きいかまたは等しくなるまで、
即ち一定のトルク値以上になるまでは、一定の回転速度
Ｖ２が維持される電流値ＩがＩ２よりも大きいかまたは
等しくなると、ステップＳ７にてこれを検知し、ステッ
プＳ１１にて一定時間この状態を維持してネジ締めを終
了する。

【００４４】以上説明したように、本実施例にてなるネ
ジ締め装置によれば、特に樹脂成形品にネジ締めを行う
場合でも、柔らかくなって負荷トルクが小さくなっても
回転数は一定であるから、発熱は最小限に押えられる。
また、Ｉ２を小さめに設定することにより、締め過ぎに
よるネジ締め不良の発生を防止出来る。

【００４５】

【発明の効果】本発明にてなる自動ネジ締め装置によれ
ば、ネジ締め時において、回転速度を一定に制御すると
ともに、途中から回転速度を自動的に変更することが可
能なため、以下の効果を有する。

【００４６】（１）樹脂成形品へのネジ締めの精度が向
上する。

【００４７】（２）板金へのタッピングネジによるネジ
締めを行う場合も、ネジ締め不良の起こる割合を著しく
減らすことができる。

【００４８】（３）最終締付時には、必要なトルクだけ
を加えることになるので、ネジの頭をつぶしてしまうこ
とがない。

【００４９】（４）一度ラフに締めてあるネジを再度き
っちり締める「増し締め」時にも、回転を遅くして出力
トルクを小さくできるので、ネジの頭をつぶしてしまう
ことがない。

【００５０】（５）ネジ締めの途中ではトルクを増加さ
せて早く回転させることができるので、ネジ締め時間を
短縮することができる。

【００５１】（６）逆に途中で負荷が軽くなって早くま
わりすぎてワークをダメにしてしまうというようなこと
がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】本発明の一実施例に供するコントロール部のフ
ローチャートである。

【図３】本発明の一実施例に供するモータの回転速度パ
ターンを示す。

【図４】金属面へのタッピングネジを用いたネジ締め時
のトルク曲線を示す。

【図５】樹脂成形品へのタッピングネジを用いたネジ締
め時のトルク曲線を示す。

【符号の説明】

１ コントロール部 ２ 出力アンプ ３ 電流センサー ４ モータ ５ エンコーダ ６ 着座センサー ７ ビット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転駆動軸を有するモータと、該モータ
   の駆動軸に連結されたネジ締め用のビットと、モータの
   回転速度を検出する回転速度検出手段と、ネジ頭のワー
   クへの接触を検出する接触検出手段と、前記複数の検出
   手段からの検出データを受けて、前記モータを着座する
   までは第１の回転速度を維持するとともに、着座後は前
   記第１の回転数より小さい第２の回転数にて駆動するた
   めの制御信号を出力する制御手段と、前記制御信号を受
   けてモータへ駆動信号を供給する駆動手段とを具備して
   なることを特徴とする自動ネジ締め装置。
2. 【請求項２】 請求項１の自動ネジ締め装置であって、
   モータの回転トルクを検出するトルク検出手段を更に備
   え、前記制御手段が、着座後にモータが所定のトルクよ
   り少ないトルクで駆動されている場合に、前記モータの
   回転数を前記第２の回転数となるように前記制御信号を
   出力するともに、前記所定のトルクに達したときは、一
   定時間その状態を維持するように制御信号を出力するこ
   とを特徴とする自動ネジ締め装置。