JPH06288B2 - 自動ねじ締め機の制御装置 - 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の制御装置に
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、このモータはＡＣ、ＤＣのいずれでもよく、ま
たブラシ付モータ、ブラシレスモータのいずれであって
もよい。前記モータ2には、その回転を受けて差動遊星
機構3の一部をなす入力円板4が一体に回転するように配
置されており、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ようにドライバビット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は一端が回動自在に保持されたア
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9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。

［発明が解決しようとする課題］ この自動ねじ締め機では、ドライバビット8に加わる締
付けトルクに応じて生じる反力トルクにより変速リング
7が回動する。この変速リング7の回動による軸心方向の
移動量はばね10により規制されている関係で、反力トル
クにより変速リング7に生じるばね10への押圧力とばね1
0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
で徐々に移動する。この時、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
じ締めが行われる。

このねじ締め機では、変速リング7が一旦遊星コーン5の
円錐面5cの前記零回転位置まで移動すると、モータ2を
停止してドライバビット8の負荷を零としても、変速リ
ング7が遊星コーン5円錐面5cの高速側の原位置に復帰し
ない。そのため、このねじ締め機ではねじ締め完了毎
に、締付けたねじが緩まない程度にモータ2を逆転し、
ドライバビット8に係る逆転方向の負荷に応じて変速リ
ング7を遊星コーン5の円錐面5cに沿って移動させて原位
置に復帰させている。この場合、ねじ締め完了はドライ
バビット8の停止を検出するセンサにより検出されるの
が一般的である。

ところが、モータ2の場合、その経年変化、初期トラブ
ル、ならびに制御装置内の冷却効果の低下による制御素
子特にパワーを制御するTr、FET、SCR等の破損にともな
い、モータ駆動部が破損することがある。また、ＤＣモ
ータにあってはパワー供給部の平滑用の電界コンデンサ
およびブラシの経年変化、電源ラインの接続不良等によ
る抵抗増あるいはモータ2がPWM駆動される時等に生じる
ボリュームの調整ミスにより、回転速度の低下を招くこ
とがある。さらには、モータ2が故障した時等に代用品
として使う際に、モータの出力が小さいものを使うこと
がある。このような場合には、締付トルクが所定値に達
するまでに、すなわち変速リング7が遊星コーン5に沿っ
て所定零回転位置まで移動しない内に、モータ2がスト
ールしてしまい、ドライバビット8が停止する。この場
合、ドライバビット8の停止を検出して締付完了を検出
する方法では、このドライバビット8の停止がねじ締め
完了と検出されることとなり、締付不良を招く等の欠点
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
機構を原位置に復帰させるために、モータがストールし
ていないことを検出してモータがストールしていない時
に発生するドライバビットの停止検出信号によりモータ
を逆転させる制御装置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を介して
ドライバビットが連結されている。また、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。

一方、前記モータには、切換手段を介してパワー供給部
が接続されている。また、前記モータにはそのストール
状態を検出するモータストール検出部が接続されてい
る。

さらに、前記ドライバビットの停止を検出する回転停止
検出手段が設けられており、しかもこの回転停止検出手
段の停止検出出力と前記モータストール検出部の非スト
ール出力とを受ける時パワー供給部からの正転電圧を遮
断して後、パワー供給部から逆転電圧をモータに供給す
る制御部が設けられている。

［作用］ 上記自動ねじ締め機では、モータに正転電圧を供給して
そ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。前記ドライバビットに係る負荷
に応じて変速リングに反力トルクが加わると、変速リン
グが回動しながら、その軸心方向に移動する。この時、
なんらかの理由でモータの出力が低下して、モータが締
付途中でストール状態になると、これがモータストール
検出部で検出され、異常が表示されるとともに、ただち
にモータへのパワー供給が遮断される。

同時に、モータがストール状態となつて、ドライバビッ
トが停止し、停止検出出力が発信されても、モータスト
ール検出部からストール信号が発信されているため、停
止検出出力は無効となり、モータを逆転させる制御部を
作動させない。

前記モータがその出力を低下させず、ストール状態とな
らずに回転を継続すると、非ストール出力が出力されて
いる。この状態で、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
って、ドライバビットが停止し、停止検出出力が発信さ
れると、ストール信号が発信されていないので、この停
止検出出力が有効となり、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。

［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、この制御装置Aは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、作業スタ
ート部11を有し、この作業スタート部11は昇降手段12に
接続されている。また、この作業スタート部11は起動時
の誤動作を防ぐために第１遅延回路32を介して後記する
停止判断部17のフリップフロップ17bに接続され、この
フリップフロップ17bのラッチ出力をリセットするよう
に構成されている。さらに、前記作業スタート部11は正
転制御部13に接続されており、正転制御部13から後記す
る切換手段16に正転指令信号を送るように構成されてい
る。前記モータ2にはパワー供給部14が切換手段16を介
して接続されている。この切換手段16は前記正転制御部
13からの信号によりモータ2への正転電圧を供給するよ
うに構成されている。また、この切換手段16は第１オア
回路41を介して後記する停止判断部17からの信号あるい
は後記するモータストール検出部19のストール信号によ
り作動する逆転制御部18から逆転指令信号を受けるよう
に構成されており、この逆転指令信号によりパワー供給
部14から正転電圧よりも低い電圧値の逆転電圧をモータ
2に供給するように構成されている。

前記モータ2には、モータストール検出部19が接続され
ており、このモータストール検出部19の出力が停止判断
部17に送られるように構成されている。前記モータスト
ール検出部19は、モータ2の電機子巻線に流れる負荷電
流を検出する電流検出部20、フィルタ部21、増幅器22、
ストール電流値に近い電流値を設定値とする設定器23、
増幅器22により増幅された負荷電流と設定値とを比較す
る比較器24、この比較器の一致信号と前記第１遅延回路
32の出力と正転指令信号との一致をみる第１アンド回路
37から構成されている。この第１アンド回路37の出力、
すなわちモータストール検出部１９のストール出力は第
１オア回路41を介して正転制御部13に送られて正転電圧
の供給を遮断するとともに、直接異常表示部25に送られ
て締付異常を表示するように構成されている。また、前
記ストール出力は第２オア回路42およびこの出力により
作動する第２遅延回路33を介して第４アンド回路40に接
続されており、停止判断部17の後記するタイマ17aのタ
イムアップ信号を待ってねじ締め機の原位置への復帰に
備えるように構成されている。また、前記モータストー
ル検出部19のストール出力はインバータを介して前記停
止判断部17の第３アンド回路39に送られ、そのゲートを
閉じるように構成されている。

また、前記制御装置A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であればどこでもよいが、
ドライバビット8の停止を検出する回転停止検出手段26
を有している。この回転停止検出手段26はドライバ本体
（図示せず）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27と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28を有してい
る。この回転検出部28は前記スリット円板27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機29、波形整形
部30および微分回路31ならびに前記第１遅延回路32の出
力との一致をみる第２アンド回路38を介して停止判断部
17に加わるように構成されている。

前記停止判断部17はパルス幅検出器の一例をなすタイマ
17aおよび記憶器の一例をなすフリップフロップ17bなら
びに前記モータストール検出部19の出力によりゲート開
閉する第３アンド回路39からなっており、作業スタート
信号が発信されて後第１遅延回路32により決る所定時間
(T1)経過後に回転検出部28からの出力パルスにより、タ
イマ17aをリセットして、第３遅延回路34により決まる
ほんの僅かな時間経過後、ただちにこのタイマ17aをセ
ットするように構成されている。しかも、このタイマ17
aはセットされて所定時間(T)しても回転検出部28から出
力パルスが発信されないと、出力信号をフリップフロッ
プ17bに出力するように構成されている。前記フリップ
フロップ17bはこの出力信号を受けて第３アンド回路39
に出力信号を送り、第３アンド回路39にモータストール
検出部19から非ストール信号が発信されている時に、前
記フリップフロップ17bの出力が第３アンド回路39を通
過し、停止判断部17の出力信号として出力されるように
構成されている。前記フリップフロップ17bは次回の第
１遅延回路32の出力によりリセットされる。

前記停止判断部17の出力信号は前記正転制御部13に供給
され、作業スタート部11からの信号により供給されたモ
ータ2への正転電圧を遮断するように構成されている。
また、この出力信号は第２遅延回路33に供給され、通常
回転しているモータ2が停止するに必要な時間(T2)だけ
遅延されて後、前記タイマ17aのタイムアップ信号との
一致をみる第４アンド回路40に送られ、さらにこの第４
アンド回路40の出力がパルス発生部35に供給されるよう
に構成されている。このパルス発生部35は前記逆転制御
部18に所望逆転時間(T4)のパルス信号を発信し、逆転指
令信号を切換手段16に送り、パワー供給部14からモータ
2に逆転電圧を供給し、モータ2を所定時間だけ逆転する
ように構成されている。また、前記パルス発生部35はマ
シンサイクル完了検出部36を介してドライバビット8の
昇降手段12を作動させてドライバビット8を上昇復帰さ
せるように構成されている。なお、前記第２遅延回路33
には前記モータストール信号のストール信号が第２オア
回路42を介して接続されており、ねじ締め機を復帰させ
る場合は必ずパルス発生部35に出力するように構成され
ている。

上記自動ねじ締め機の制御装置では、第２図a、bに示す
ように作業スタート部11の出力信号により昇降手段12が
作動し、ドライバビット8が下降する。同時に、作業ス
タート部11の出力信号が正転制御部13を介して切換手段
16に供給されて、第２図cに示すようにパワー供給部14
から正転電圧xがモータ2に供給される。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。

モータ2が所定の出力を出力する場合には、スリット円
板27が回転するので、回転検出部28から出力パルスが発
信される。この出力パルスは波形整形されて後、第２図
dに示すように停止判断部17に供給される。タイマ17aは
所定時間（Ｔ）を時間計上する前に、この出力パルスが
連続して供給される場合には、次の出力パルスにより前
記タイマ17aがリセットされ、タイマ17aは出力信号を発
信しない。また、前記タイマ17aはリセット後ただちに
セットされ、次の出力パルスに備える。この状態で、ね
じ締付けが進み、ドライバビット8に加わる負荷に応じ
て変速リングが回動し、その減速比が連続的に増大し、
ついにはその減速比が無限大となって、ドライバビット
8の回転が停止する。ドライバビット8の回転が停止する
と、回転検出部28からの出力パルスが発信されなくな
り、タイマ17aが所定時間（Ｔ）を時間計上し、第２図e
に示すように出力信号を発信する。そのため、フリップ
フロップ17bの出力が反転し、その出力信号が第３アン
ド回路39に加わる。この時、モータ2は回転を継続して
おり、モータ2はストール状態にはならず、モータ2の負
荷電流はあらかじめ設定された所定のストール電流より
も充分小さい値となっており、比較器24からは一致信号
が発信されず、第１アンド回路37からもストール信号が
発信されない。すなわち、モータストール検出部19は非
ストール信号を発信しており、この非ストール信号がイ
ンバータを介して第３アンド回路39に供給され、第２図
fに示すように第３アンド回路39はゲートを開いた状態
となる。そのため、第２図gに示すように前記フリップ
フロップ17bの出力信号は第３アンド回路39を通過し、
正転制御部13に達して正転電圧を遮断する。同時に、第
２遅延回路33に供給され、第２図hに示すように前記モ
ータ2の通常停止するに必要な時間(T2)だけ遅延され、
第４アンド回路40を介してパルス発生部35に供給され
る。

このパルス発生部35は第２図iに示すように所定時間幅
(T4)のパルス信号を発信し、これを逆転制御部18に供給
する。この逆転制御部18はそのパルス信号が発信される
間、切換手段16に逆転指令信号を送り、パワー供給部14
から正転電圧xよりも低い逆転電圧yをモータ2に供給す
る。モータ2は僅かに逆回転して停止するが、モータ2の
逆回転にともなって遊星コーンおよび変速リングが逆転
する。そのため、ドライバビット8に係る逆転方向の負
荷に応じて遊星コーンと変速リングとの摩擦係合位置が
高速側に復帰し、変速リング、カムディスクおよび遊星
コーンのロックがモータ2側から解除される。しかも、
前記ドライバビット8に加わる逆転方向の負荷はほぼ零
であるので、その負荷に応じて変速リングが遊星コーン
の円錐面に沿って復帰し、ついには原位置に復帰する。
しかも、前記逆転電圧yは第２図cに示すように正転電圧
xよりも充分小さいので、モータ2の逆転時間が長くなっ
ても、ドライバビット8は逆転方向の負荷を受けるが、
この負荷が小さく、ドライバビット8が逆転することに
より締付けたねじを緩めるようなことはない。

また、前記パルス発生部35からのパルス信号はマシンサ
イクル完了検出部36に供給され、その出力信号が第２図
jに示すように昇降手段12に供給され、これを作動させ
てドライバビット8を上昇させ、次回の作業に備える。

一方、モータ2がなんらかの理由でその出力を低下させ
ている場合には、その出力トルクに相当する締付トルク
に達し、締付途中でモータ2はストール状態となる。そ
のため、ドライバビット8は第２図d'に示すように締付
途中で停止し、前記回転停止検出手段26から前回同様に
停止検出出力を第２図e'に示すように停止判断部17の第
３アンド回路39に送る。この時、電流検出部20で検出さ
れたモータ2の負荷電流が急激にストール電流値に達す
るので、比較器29から一致信号が発信され、すなわちモ
ータストール検出部19からストール検出信号が発信さ
れ、異常表示部25に信号が送られ、異常表示がなされ
る。同時に、前記第３アンド回路39には、ストール信号
が加わるので、第２図f'に示すように第３アンド回路39
のゲートは閉じており、前記停止判断部17は第２図g'に
示すようになんら出力を発せしない。また、前記ストー
ル信号は前記停止判断部17のタイマ17aのタイムアップ
を持ってパルス発生部35に信号を送り、自動ねじ締め機
を原位置に復帰させ、次回の作業に備えるように構成さ
れている。

［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、モータのストール状態を検出する検出部を設け
る一方、ドライバビットの停止を検出する回転停止検出
手段を設け、モータがストール状態にない時に回転停止
検出部の出力信号によりモータへの正転電圧の供給を停
止し、その後モータに逆転電圧をモータに供給するよう
に構成しているため、締付の途中でモータの出力がなん
らかの理由で低下し、ドライバビットの回転が停止した
場合と正常の締付を行ってドライバビットが停止した場
合とを判断することができ、締付良否の判定を正確にす
ることができるばかりか、締付毎にモータ系の異常時に
モータの寿命のチェックを行うことができる等の利点が
ある。

なお、実施例では、モータを正転させて後、回転検出部
からの出力パルスが発信されなくなるのを検出して、モ
ータを逆転させるように構成しているが、所定時間内の
回転検出部の出力パルスが所定個以下であればモータを
逆回転させるように構成してもよい。また、回転検出部
はスリット円板と光電センサとにより構成されている
が、スリット円板と光電センサとの組合せに代え、外周
に埋設された磁石を有する円板と磁気センサとの組合せ
を使用することもできるし、オプトエンコーダあるいは
磁気エンコーダ等その他の回転検出手段を使用すること
もできる。さらに、モータストール検出部は従来周知の
回転検出手段を用いることもでき、またＡＣサーボモー
タあるいはＡＣブラシレスモータの場合には、ホールセ
ンサあるいはレゾルバからの信号を利用してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のブロック図、第２図は第１図のタイム
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 作業スタート部、 １２ 昇降手段、 １３ 正転制御部、 １４ パワー供給部、 １６ 切換手段、 １７ 停止判断部、 １７ａ タイマ、 １７ｂ フリップフロップ、 １８ 逆転制御部、 １９ モータストール検出部、 ２０ 電流検出部、 ２１ フィルタ部、 ２２ 増幅器、 ２３ 設定器、 ２４ 比較器、 ２５ 異常表示部、 ２６ 回転停止検出手段、 ２７ スリット円板、 ２８ 回転検出部、 ２９ 増幅器、 ３０ 波形整形部、 ３１ 微分回路、 ３２ 第１遅延回路、 ３３ 第２遅延回路、 ３４ 第３遅延回路、 ３５ パルス発生部、 ３６ マシンサイクル完了検出部、 ３７ 第１アンド回路、３８ 第２アンド回路、 ３９ 第３アンド回路、４０ 第４アンド回路、 ４１ 第１オア回路、 ４２ 第２オア回路、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】モータ２にそ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
   負荷トルクにより変速リング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する一方、 前記モータ２に切換手段16を介してパワー供給部14を接
   続するとともに、前記モータ２のストール状態を検出す
   るモータストール検出部19を設け、 さらに、ドライバビット８の停止を検出する回転停止検
   出手段26を設け、この回転停止検出手段26の停止検出出
   力とモータストール検出部19の非ストール検出出力とを
   受ける時パワー供給部14からの正転電圧を遮断して後に
   パワー供給部14から逆転電圧をモータ２に供給する制御
   部を設けたことを特徴とする自動ねじ締め機の制御装
   置。