JPH06286B2 - 自動ねじ締め機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ねじ締め完了時のドライバビットの持つ慣性
の影響を排除して所望のねじ締付けトルクで確実にねじ
締めを行うように構成した自動ねじ締め機に関する。

［従来技術］ 最近、ねじ締め完了時のドライバビットの持つ慣性の影
響を排除して所望のねじ締付けトルクで確実にねじ締め
を行うように構成した自動ねじ締め機が開発されてい
る。この自動ねじ締め機は、第３図および第４図に示す
ようにドライバ本体1の一端に固定されたモータ2を有し
ており、このモータ2はＡＣ、ＤＣのいずれでもよく、
またブラシ付きモータ、ブラシレスモータのいずれであ
つてもよい。前記モータ2には、その回転軸（図示せ
ず）の回転を受けて一体に回転するように差動遊星機構
3の一部をなす入力円板4が連結されている。この入力円
板4の外周には複数個の遊星コーン5が配置され、その円
周溝5aが前記入力円板4に摩擦係合して回転するように
構成されている。この遊星コーン5の円錐面5cの裏面に
位置する平坦面5bには前記入力円板4と同心上で回転す
るカムディスク6が摩擦係合するように配置されてい
る。しかも、このカムディスク6にはこれと一体に回転
する出力軸20を介してドライバビット8が連結されてお
り、モータ2の回転がドライバビット8に伝達されるよう
に構成されている。

さらに、前記遊星コーン5の外周には変速リング7がその
円錐面5cと摩擦係合して回転するように配置されてお
り、この変速リング7は一端が回転自在に保持された複
数本のアーム9により回動自在に保持されている。しか
も、この変速リング7はその摩擦係合位置が高速側に位
置するようにばね10により付勢されており、このばね10
と前記アーム9とからなる弾力保持部材により変速リン
グ7の摩擦係合位置が規制され、減速比の最大値および
締付けトルクが決定されるように構成されている。

この自動ねじ締め機では、モータ2が回転して後、昇降
手段13が作動し、ねじ締付けを開始すると、ドライバビ
ット8に加わる負荷に応じて生じる反力により変速リン
グ7が回動する。この変速リング7の回転による軸心方向
の移動量はばね10により規制されている関係で、反力に
より変速リング7に生じるばね10への押圧力とばね10の
撓みにより生じる弾性力とが均衡する位置まで変速リン
グ7が移動する。前記ドライバビット8に係る負荷が増大
すると、変速リング7はさらに遊星コーン5の縁部まで徐
々に移動し、出力軸20およびドライバビット8は零回転
に至るまで減速され、第５図に示す特性曲線のごとくね
じ締めが支障なく行われる。

［発明が解決しようとする課題］ この自動ねじ締め機では、出力軸20が回転を停止し、締
付けを完了しても、出力軸20には前記差動遊星機構3の
持つ特性により所定トルクが継続して加わり、すなわち
セルフロックされた状態に保持される。そのため、次回
の作業を行うに際して、ドライバビット8を上昇復帰さ
せる前に、モータ2を一旦停止させて、その後にモータ2
をわずかな時間逆転させ、差動遊星機構3を原位置に復
帰させて、出力軸20に加わる負荷を解除するように構成
されている。この場合、モータ2の逆転時間が必要以上
に長いと、出力軸20が逆転方向に回転することになり、
この時に出力軸20に作用するトルクが一旦締付けられた
ねじの戻しトルクよりも大きい場合には、ドライバビッ
ト8が逆転し、一旦締付けられたねじが緩んでしまう等
の欠点が生じている。

本発明は上記欠点の除去を目的とするもので、差動遊星
機構の変速リングが遊星コーンの円錐面上の零回転位置
まで移動して締付けが完了したのを差動遊星機構の出力
軸の回転停止により検出するとともに、モータの正転を
停止して後、モータを逆転させ、同時に出力軸の逆転角
度を検出してこれが検出されるとただちにモータの逆転
を停止するように構成した自動ねじ締め機を提供しよう
とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記課題を解決するため、モータの回転軸に
その回転を受けて回転する入力円板とその外周に摩擦係
合する遊星コーンとこれに摩擦係合するカムディスクと
これと一体に回転する出力軸とを介してドライバビット
が連結されている。前記遊星コーンの外周にはこれと摩
擦係合する変速リングが配置され、ドライバビットに係
る負荷により変速リングが反力を受け、この反力を弾力
保持部材が受けるように構成されている。また、前記出
力軸の回転を検出する回転検出手段が配置されている。

一方、前記モータの制御装置は、作業スタート信号を受
けてモータに正転電圧を供給し、モータを所定速度で正
転させる一方、前記回転検出手段からの出力軸の停止検
出信号を受けるとモータの正転を停止し、その後モータ
を逆転させる逆転指令信号を発信してモータに正転時よ
りも低い逆転電圧を供給してモータを逆転させるように
構成されている。

また、前記制御装置は、 １）逆転指令信号を受けると、出力軸の回転を検出する
回転検出手段からの出力パルスを計測し、この計測値が
出力軸の逆転を検出するために必要な逆転角度検出パル
ス数としてあらかじめ設定された設定値に達したかを判
断する。

２）計測値が設定値に達しない時、１）に戻る。

３）モータに逆転停止指令信号を発信する。

ように構成されている。前記設定値は、出力軸の逆転の
開始を検出できるように１であつてもよい。また、前記
設定値はドライバビットの食付きの解除も併せてできる
ように１以外の値であつてもよい。

［作用］ 上記自動ねじ締め機では、作業スタート信号によりモー
タが回転し、このモータの回転が遊星コーンと変速リン
グとの摩擦係合位置で決まる減速比で出力軸およびドラ
イバビットに伝達され、ドライバビットがねじを締付け
る。

この状態で、ねじ締付けが開始されて、ドライバビット
に係る負荷に応じて変速リングに反力が加わると、変速
リングが回動しながら、その軸心方向に移動する。さら
に、前記モータが回転を継続すると、変速リングがその
軸心方向に移動していき、その減速比が大きくなり、つ
いには無限大となつて、ドライバビットが停止し、次に
出力軸が停止すると、回転検出手段から出力軸の停止検
出信号が発信される。この停止検出信号により、モータ
の正転を停止させて後、逆転指令信号が発信され、モー
タを逆転させる制御部が作動する。そのため、モータは
逆転し、遊星コーンおよび変速リングが僅かに逆転し、
これらの摩擦係合位置が高速側の原位置に復帰し、次回
の作業に備えることができる。

この場合、モータを逆転させることにより差動遊星機構
を原位置に復帰させるにともなって、出力軸が逆転する
ことになるが、設定値を１としておけば、出力軸の逆転
開始がただちに検出され、出力軸はトルク伝達系のねじ
れ角に相当する角度だけ逆転するにとどまり、ドライバ
ビットに逆転方向のトルクを作用させることなしに、モ
ータの逆転がただちに停止する。そのため、締付けトル
クが小さい場合であつても、一旦締付けたねじが緩むよ
うなことはない。

また、モータの逆転により出力軸に作用するトルクが一
旦締付けられたねじの戻しトルクよりも充分に小さい
時、前記設定値を１以外の適当な値としておけば、差動
遊星機構を原位置に復帰させるとともに、出力軸と一体
のドライバビットの食付きの解除に必要なだけ逆転させ
て後、モータの逆転を停止させることもできる。

［実施例］ 以下、実施例を図面について説明する。第１図におい
て、Ａは第３図に示す自動ねじ締め機の制御装置であ
り、前記自動ねじ締め機のモータ（本実施例ではＤＣモ
ータについて説明する。）2を制御するように構成され
ている。この制御装置Ａは、マイコン制御部11を有し、
このマイコン制御部11にはＩ／Ｏインターフェース12を
介して昇降手段13、モータ駆動部14、作業スタート部1
5、原位置確認部16およびドライバビット8の回転を検出
する回転検出手段17が接続されている。前記昇降手段13
は自動ねじ締め機のモータ2およびこの回転を受けて回
転するドライバビット8を昇降させるように構成されて
いる。また、前記モータ駆動部14は正転制御部14aおよ
び逆転制御部14bを有し、正転制御部14aは正転指令信号
を受けるとパワー供給部14cからモータ2を正転させるに
必要な正転電圧をモータ2に供給する駆動回路14dを作動
させるように、また逆転制御部14bは逆転指令信号を受
けると、パワー供給部14cからモータ2を逆転させるに必
要な逆転電圧をモータ2に供給する駆動回路14dを作動さ
せるように構成されている。前記駆動回路14dには正転
電圧よりも十分に低い逆転電圧を設定する逆転電圧設定
部14eが接続されており、モータ逆転時に差動遊星機構3
が原位置に復帰するに際して後記する設定値によつて差
動遊星機構3の出力軸20がトルク伝達系のねじれ角に相
当する角度だけ逆転したり、あるいは出力軸20がドライ
バビット8の食付き解除に必要なだけ逆転させることが
あつても、一旦締付けたねじを緩めないように構成され
ている。

また、前記作業スタート部15は、Ｉ／Ｏインターフェー
ス12を介して作業スタート信号をマイコン制御部11に送
り、これを作動させるように構成されている。さらに、
原位置確認部16は昇降手段13の上昇復帰を確認し、マイ
コン制御部11にサイクル完了信号を送るように構成され
ている。さらに、前記回転検出手段17は自動ねじ締め機
のドライバビット8の昇降に支障のない位置に設けられ
ている。この回転検出手段17はドライバ本体1と一体に
昇降自在かつドライバビット8と一体に回転するスリッ
ト円板17aおよびその一端のスリットの移動路に対応し
て配置された回転検出部17bでなっている。この回転検
出部17bは前記スリット円板17aのスリットの通過を検出
するとその間出力パルスを発信するように構成されてお
り、この出力パルスが増幅部18、波形整形部19を介し
て、マイコン制御部11に送られるように構成されてい
る。

前記マイコン制御部11は、第２図に示すように １）原位置確認部16からのサイクル完了信号の有無を判
断し、サイクル完了信号がないとき、１４）にジャンプ
する。

２）作業スタート信号を受け、正転制御部14aに正転指
令信号を送り、モータ2を所定速度で正転させる。

３）昇降手段13に下降指令信号を送り、これを作動さ
せ、モータ2およびドライバビット8と一体のドライバ本
体1を下降させる。

４）一定サンプリング周期で回転検出手段17からの入力
信号レベルの変化を検出し、出力軸停止と判断できるよ
うに設定された一定時間内に入力信号レベルに変化があ
るかを判断する。

５）一定時間内に入力信号レベルに変化がある時、４）
に戻る。

６）一定時間内に入力信号レベルに変化がない時、締付
け完了信号を正転停止指令信号として正転制御部14aに
送り、正転指令信号を遮断するとともに、モータ2が通
常停止するに必要な時間を設定時間とするタイマを作動
する。

７）タイマからタイムアップ信号が発信されるのを待
つ。

８）逆転制御部14bに逆転指令信号を送り、モータ2を逆
転させる。

９）回転検出手段17からの出力パルスの計測を開始し、
モータ2の逆転による出力軸の逆転角度を検出する。

１０）計測値が出力軸の逆転角度を検出するために必要
な逆転角度検出パルス数としてあらかじめ設定された設
定値になるのを待つ。この時、前記設定値が1であると
きには、出力軸20の逆転開始が検出でき、前記設定値を
１以外の数値としておけば、出力軸20の逆転の検出と併
せてドライバビット8の食付きの解除を検出することが
できる。

１１）逆転制御部14bに逆転停止指令信号を送り、モー
タ2の逆転を停止させる。

１２）昇降手段13に上昇指令信号を与える。

１３）原位置確認部16からのサイクル完了信号を待つ。

１４）エンド。

となるように構成されている。

なお、図示しないが、前記マイコン制御部は作業スター
ト信号を受けると、サイクルタイムオーバを検出するよ
うに構成されており、サイクルタイムオーバとなると、
ただちにモータを停止させて出力軸の負荷を解除するに
必要な処置をするとともに、異常表示をするように構成
されている。また、図示はしないが、前記自動ねじ締め
機に、ドライバビットに加わる反力を検出する手段とし
て、モータの本体側の回転により変位する歪み管とその
歪み量を検出する歪みゲージとからなるトルク検出部を
配置し、この歪み量がトルク検出部の検出値としてフィ
ルタおよび増幅率を変更する補正部を持つ増幅部を介し
てマイコン制御部に送られるように構成することもでき
る。この場合には、回転検出手段からの出力パルスを検
出することにより、出力軸の逆転を検出してモータを停
止させる方法に代え、モータ逆転時のドライバビットに
加わる反力を検出して差動遊星機構から生じるドライバ
ビットのセルフロックが完全に解除されるのを検出する
ことによりモータの逆転を停止させるようにすることも
できる。

前記自動ねじ締め機では、原位置確認部16からサイクル
完了信号が発信されている場合に、作業スタート部15か
ら作業スタート信号が発信されると、正転制御部14aに
正転指令信号が送られて正転制御部14aが作動する。こ
れにより、パワー供給部14cから正転電圧が駆動回路14d
を通ってモータ2に送られ、モータ2が所定速度で回転す
る。同時に、昇降手段13が作動し、モータ2およびドラ
イバビット8が一体に下降する。

前記モータ2の回転にともなって入力円板（図示せ
ず）、遊星コーン（図示せず）、カムディスク（図示せ
ず）および変速リング（図示せず）でなる差動遊星機構
（図示せず）を介してドライバビット8が回転し、ねじ
締付けが開始される。

前記モータ2が回転すると、回転検出部17bから出力パル
スが増幅され、波形整形されて後、Ｉ／Ｏインターフェ
ース12に送られる。マイコン制御部11は一定サンプリン
グ周期で出力変化を判断し、回転検出手段17からの出力
パルスのパルス増幅を検出し、このパルス幅によりドラ
イバビット8および出力軸20の停止が判断される。前記
ドライバビット8に加わる反力が大きくなつて、変速リ
ングが回転しながら、遊星コーンの円錐面に沿って移動
し、ついにはその縁部まで移動してドライバビット8は
零回転に至るまで減速され、ねじを所定締付けトルクで
締付けることができる。

この時、前記回転検出手段17からの出力パルスのパルス
幅は、ドライバビット8および出力軸20の停止を判断す
る所定幅になつたことが検出され、出力軸20の停止検出
信号が発信され、締付け完了が検出される。この締付け
完了により、正転制御部14aに正転停止指令信号が発信
され、駆動回路14dを通してパワー供給部14cからモータ
2への正転電圧の供給が停止する。同時に、通常モータ2
が停止するために必要な時間が設定されたタイマが作動
し、そのタイムアップ信号を待つ。このタイムアップ信
号により、逆転制御部14bに逆転指令信号が送られ、逆
転制御部14bが駆動回路14dを作動し、パワー供給部14c
から前記正転電圧よりも十分小さい逆転電圧がモータ2
に供給され、モータ2が逆転する。

その後、出力軸20の逆転を検出するため、回転検出手段
17からの出力パルスの計測を開始し、この計測値が設定
値になるのを待つ。この時、設定値が1である場合に
は、出力軸20の逆転開始がただちに検出され、トルク伝
達系のねじれ角に相当する角度だけ逆転するにとどま
り、ドライバビット8には逆転方向のトルクが作用する
ことなしに、逆転制御部14bに逆転停止指令信号が送ら
れ、パワー供給部14cから駆動回路14dを介して送られる
逆転電圧の供給が遮断され、モータ2の逆転が停止す
る。

また設定値が１以外の数値である時には、出力軸20が逆
転し、前記出力パルスの計測値が設定値に達すると、前
記同様に逆転停止指令信号が逆転制御部14bに送られ、
モータ2の逆転が停止する。この時には、出力軸20が希
望の逆転の角度逆転するので、ドライバビット8となじ
との食付きは完全に解除される。

さらに、前記モータ2に逆転停止指令信号を送って後、
昇降手段13に上昇指令信号が送られ、昇降手段13が作動
し、モータ2およびドライバビット8を上昇させる。昇降
手段13が上昇復帰すると、原位置確認部16からサイクル
完了信号が発信され、次回の作業に備えることができ
る。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明はモータの回転を入力円
板、遊星コーン、カムディスクおよび変速リングでなる
差動遊星機構を介してドライバビットに伝達して変速リ
ングの軸心方向の移動を弾力保持部材により規制すると
ともに、ねじ締付け完了時にモータの正転を停止させて
後モータを逆転させることにより、ねじ締付け完了時に
変速リングが遊星コーンの縁部に達して生じる差動遊星
機構のセルフロックを解除するとともに、差動遊星機構
の出力軸の逆転を検出するとモータの逆転を停止させる
ように構成しているため、 モータ逆転時に出力軸が逆転を開始すればドライバビッ
トに逆転方向のトルクを作用させることなくただちにモ
ータの逆転を停止させることができ、逆転時間を設定す
る必要がなく、逆転時間の設定ミスによりドライバビッ
トが逆転させてしまうようなことがなく、締付けトルク
が小さくても、一旦締付けたねじを緩めるようなことは
皆無となり、確実な締付けが可能となる等の利点があ
る。また、本発明は出力軸の逆転角度検出パルス数を制
御できるため、締付けトルク値が高くてドライバビット
とねじとが食付くことがあつても、出力軸を所定角度逆
転させることができ、ドライバビットとねじとの食付き
を完全に解除することもできる等の利点がある。さら
に、本発明は、モータ逆転時のドライバビットに加わる
トルクを検出するように構成しておけば、差動遊星機構
のセルフロックの解除を確実に行うことができ、ドライ
バビットに負荷が加わった状態で、ドライバビットを上
昇復帰させることがなくなり、ドライバビットの損傷も
皆無となる等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のブロック図、第２図は本発明の動作を
説明するフローチャート、第３図は本発明に係わる自動
ねじ締め機の全体説明図、第４図は第３図の自動ねじ締
め機の要部断面図、第５図は本発明に係わる差動遊星機
構の出力軸の持つトルク−回転数特性曲線図である。 Ａ 制御装置、 １ ドライバ本体、 ２ モータ ３ 差動遊星機構、 ４ 入力円板、 ５ 遊星コーン、 ５ａ 円周溝、 ５ｂ 平坦面、 ５ｃ 円錐面、 ６ カムディスク、 ７ 変速リング、 ８ ドライバビット、 ９ アーム、 １０ ばね、 １１ マイコン制御部、 １２ Ｉ／Ｏインターフェース、 １３ 昇降手段、 １４ モータ駆動部、 １４ａ 正転制御部、 １４ｂ 逆転制御部、 １４ｃ パワー供給部、 １４ｄ 駆動回路、 １４ｅ 逆転電圧設定部、 １５ 作業スタート部、 １６ 原位置確認部、 １７ 回転検出手段、 １７ａ スリット円板、 １７ｂ 回転検出部、 １８ 増幅部、 １９ 波形整形部、 ２０ 出力軸、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】モータ(2)の回転を受けて回転する入力円
   板(4)とその外周に摩擦係合する遊星コーン(5)とこれに
   摩擦係合するカムディスク(6)とこのカムディスク(6)と
   一体に回転する出力軸(20)とを介してドライバビット
   (8)を連結するとともに前記遊星コーン(5)の外周に摩擦
   係合する変速リング(7)を配置してドライバビット(8)に
   係る負荷により変速リング(7)に加わる反力を弾力保持
   部材により受けるように構成し、さらに前記出力軸(20)
   の回転を検出する回転検出手段(17)を設ける一方、 作業スタート信号を受けてモータ(2)に正転電圧を供給
   し、モータ(2)を所定速度で正転させるとともに、回転
   検出手段(17)からの出力軸(20)の停止検出信号を受ける
   とモータ(2)の正転を停止し、その後モータ(2)を逆転さ
   せる逆転指令信号を発信してモータ(2)に正転時よりも
   低い逆転電圧を供給してモータ(2)をわずかに逆転させ
   る制御装置を備えた自動ねじ締め機において、 制御装置を、 １）逆転指令信号を受けると、出力軸(20)の回転を検出
   する回転検出手段(17)からの出力パルスを計測し、この
   計測値が出力軸(20)の逆転を検出するために必要な逆転
   角度検出パルス数としてあらかじめ設定された設定値に
   達したかを判断する。 ２）計測値が設定値に達しない時、１）に戻る。 ３）モータ(2)に逆転停止指令信号を発信する。 構成としたことを特徴とする自動ねじ締め機。