JPH06290B2 - 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図ないし第５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、その回転軸の回転を受けて
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が配置されている。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。また、前記ドラ
イバ本体1にはねじ締付け時ドライバビッ8に加わる反力
を締付けトルクとして検出する反力式のトルク検出部11
が取付けられており、このトルク検出部11の検出値がモ
ータ2の正転が停止して後に表示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が回転してねじ締付
けを開始すると、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1
0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、ド
ライバビット8は零回転に至るまで減速され、第６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。

しかも、ドライバビット8が零回転まで減速されて停止
する時、ドライバビット8に加わる反力は前記差動遊星
機構を介してモータ2の本体およびドライバ本体1に加わ
り、これが歪み管およびその歪み量を検出する歪みゲー
ジからなるトルク検出部11で検出されている。

［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が回転を停
止し、締付けを完了しても、モータ2は継続して回転し
ているため、モータ2の正転を停止させて後、歪みゲー
ジの歪み量がトルク検出部11の検出値としてＡ−Ｄ変換
部（図示せず）を介して表示部（図示せず）に送られ、
締付け完了時の締付けトルク値として表示されている。
この場合、所定速度で回転しているモータ2へのパワー
供給を停止して後、モータ2の回転軸は前記入力円板4が
遊星コーン5との摩擦力により停止するにともなって完
全に停止するが、この時にモータ2の回転軸の持つ慣性
がモータ2の本体に加わり、モータ2の本体およびドライ
バ本体1がわずかに回転する。そのため、トルク検出部1
1がドライバビット8に加わる反力の外にドライバ本体1
側からの回転によるトルク増加分も検出してしまい、正
確な締付けトルクを検出できない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ドライバビットの回
転停止により検出するとともに、モータの正転を停止す
る前に、トルク検出部の検出値を表示するように構成し
た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、ドライバ本体にモ
ータを固定し、この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。

前記ドライバ本体の下方には反力式のトルク検出部が連
接されており、モータおよびドライバ本体を介してドラ
イバビットに加わる反力が締付けトルクとして検出され
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、前記ドライバビットにはその回転を検出する回転
検出手段が設けられており、この回転検出手段はその出
力信号によりドライバビットの停止を判断する停止判断
部に接続されている。

この停止判断部の停止検出出力は前記トルク検出部の検
出値の表示タイミングとなるように構成され、しかも前
記停止判断部は停止検出出力により時間計上を開始する
タイマに接続されている。前記タイマの設定時間は前記
トルク検出の検出値の表示に要する時間以上に設定され
ており、このタイマのタイムアップ信号が正転電圧遮断
指令信号として前記切換手段に送られるように構成され
ている。この切換手段はタイムアップ信号を受けると、
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に接続されて
いる。

［作用］ 上記自動ねじ締め機では、作業スタート信号により切換
手段が作動し、モータに所定の電圧が供給され、モータ
が回転する。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
いには無限大となって、ドライバビットが停止し、停止
判断部から停止検出出力が発信される。この停止検出出
力により、トルク検出部の検出値が表示されるととも
に、この停止検出出力によりタイマが時間計上を開始す
る。このタイマがタイムアップ信号を発信すると、この
タイムアップ信号が切換手段に送られ、パワー供給部か
らの電圧が遮断される。

この時、モータの回転軸は入力円板の停止にともなって
停止するが、この入力円板と回転軸とが完全に停止する
際には、これらの持つ慣性によりモータが本体側から回
転軸に対してこれまでと同方向にわずかに回転し、これ
と一体のドライバ本体が回転する。そのため、これらを
保持するトルク検出部が影響を受けてその検出値が変化
するが、すでにトルク検出部の検出値は表示されている
ので、このドライバ本体の回転による検出値の増加分は
表示されず、正確な締付けトルクの表示をすることがで
きる。

また、前記トルク検出部の検出値を表示して後、パワー
供給部の電圧供給が遮断されると同時に、逆転制御部に
も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。

［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12を有し、この作業スタート部12は昇降手段13に
接続されている。この作業スタート部12は起動時の誤動
作の防止を含めた初期カット用パルス発生部14を介して
後記するタイマTb、停止判断部15のタイマTa、フリップ
フロップFFをそれぞれリセットするように構成されてい
る。また、前記作業スタート部12は正転制御部16に接続
されており、この正転制御部16は後記する切換手段17に
正転指令信号を送るように構成されている。さらに、前
記正転制御部16はタイマTbのタイムアップ信号を受けて
遮断指令信号を切換手段17に発信するように構成されて
いる。

一方、前記モータ2には切換手段17を介してパワー供給
部18が接続されており、またこの切換手段17には後記す
るパルス発生部19からのパルス信号を受けて逆転指令信
号を発信する逆転制御部20が接続されており、パワー供
給部18から正転電圧よりも低い逆転電圧をモータ2に供
給す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の回転を検出する回転検出手段22を有
している。この回転検出手段22はモータ2の負荷電流を
検出してモータ2の回転を検出する方法であってもよい
が、本実施例ではドライバ本体（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23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24について説明する。この回転検出部24
は前記スリット円板23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
出力パルスが第１増幅器25、波形整形部26、出力パルス
のエッジを検出する微分回路27を介して、停止判断部15
に送られるように構成されている。

前記停止判断部15は、パルス幅検出器の一例をなすタイ
マTa、前記微分回路27からのエッジ検出パルスを遅延し
てタイマTaをセットする第１遅延回路28、前記タイマTa
のタイムアップ信号を記憶する記憶器の一例をなすフリ
ップフロップFFからなっている。前記タイマTaは、前記
エッジ検出パルスによりリセットされるとともに、第１
遅延回路28により決まるほんの僅かな時間経過後、ただ
ちにセットされるように構成されている。また、このタ
イマTaはセットされて所定時間ta経過しても回転検出部
24から次の出力パルスが発信されない時タイムアップ信
号を発信してこれをフリップフロップFF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FFは前記タイマTaのタイムアップ
信号を受けてその出力を反転し、その反転出力が後記す
るＡ−Ｄ変換部の変換開始指令信号となるように構成さ
れている。また、この反転出力は前記表示が完了するに
要する時間を時間計上するタイマTbを作動させるように
構成されている。このタイマTbのタイムアップ信号は前
記正転制御部16に送られ、正転指令信号を遮断するよう
に構成されている。さらに、前記タイマTbのタイムアッ
プ信号は第２遅延回路34に送られ、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、パ
ルス発生部19に供給されるように構成されている。この
パルス発生部19は第２遅延回路34の出力信号を受ける
と、前記逆転制御部20に所望逆転時間tpのパルス信号を
発信して逆転制御部20から逆転指令信号を切換手段17に
送り、所定逆転時間tpだけパワー供給部18からモータ2
に逆転電圧を供給するように構成されている。また、前
記パルス発生部19はマシンサイクル完了検出部35を介し
てドライバビット8の昇降手段13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。

一方、自動ねじ締め機のドライバビット8に加わる反力
をモータ2の本体およびドライバ本体（図示せず）を介
して検出するトルク検出部11は歪み管11aおよび歪みゲ
ージ11bでなっており、この歪みゲージ11bの歪み量がト
ルク検出部11の検出値としてフィルタ29、補正部36によ
り所定の表示値に変換するため増幅率の変更ができる第
２増幅部30およびピークホールド部31に送られ、さらに
Ａ−Ｄ変換部32に送られて、前記変換開始指令信号を受
けてディジタルの値に変換され、表示部33で表示される
ように構成されている。前記ピークホールド部31および
表示部33は初期カット用パルス発生部14からのパルスに
よりリセットされるように構成されている。

なお、図示はしないが、作業スタート信号によりサイク
ルタイムオーバ検出部が作動するように構成されてお
り、その出力が前記正転制御部16に正転電圧遮断指令信
号として供給されるとともに、前記第２遅延回路34に供
給され、異常が表示されるように構成されている。

前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12の出力信号により昇降手段13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12の出力信号が正転制御部16を介して切換手段
17に供給され、第２図cに示すようにパワー供給部18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。

前記モータ2が始動すると、出力パルスは第２図dに示す
ように波形整形されて後、微分回路27からのエッジ検出
パルスとして停止判断部15に供給される。このエッジ検
出パルスがタイマTaをセットしてタイマTaが所定設定時
間taを時間計上する前に、エッジ検出パルスが連続して
供給される場合には、次のエッジ検出パルスにより前記
タイマTaがリセットされ、タイマTaはタイムアップ信号
を発信しない。また、前記タイマTaはリセット後ただち
にセットされ、次のエッジ検出パルスに備える。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24か
らの出力パルスが発信されなくなり、タイマtaが所定時
間Taを時間計上し、タイムアップ信号を発信する。前記
タイムアップ信号がフリップフロップFFに加わり、第２
図eに示すようにフリップフロップFFの出力が反転す
る。この反転出力は、タイマTbの時間計上を開始させる
一方、第２図gに示すように変換開始指令信号となって
トルク検出部11の検出値がＡ−Ｄ変換部32でディジタル
値に変換され、表示部33で表示される。

この表示が完了する時点で、第２図fに示すように前記
タイマTbが所定時間tbを時間計上し、タイムアップ信号
を発信する。このタイムアップ信号が正転制御部16に送
られ、正転指令信号が遮断される。そのため、切換手段
17が作動して、パワー供給部18からモータ2への電圧供
給が遮断される。この時、モータ2の回転軸は入力円板
が遊星コーンとの摩擦力により停止するにともなって停
止するが、この時に持つ慣性でモータ2が本体側から回
転軸に対してそれまでの回転軸と同方向に回転する。そ
のため、モータ2はドライバ本体1とともに回転し、トル
ク検出部11の検出値が第２図jに示すようにモータ2およ
びドライバ本体1の回転分により上昇するが、この時に
はすでに検出値の表示は完了しているので、締付けトル
クの表示に影響を受けない。

一方、前記タイマTbのタイムアップ信号は第２遅延回路
34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、パルス発生部19
に供給される。

このパルス発生部19は第２図iに示すように所定時間幅t
pのパルス信号を発信し、これが逆転制御部20に供給さ
れる。この逆転制御部20はそのパルス信号が発信される
間、切換手段17に逆転指令信号を送り、パワー供給部18
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
高速側の原位置に復帰し、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。

また、前記パルス発生部19からのパルス信号はマシンサ
イクル完了検出部35に供給され、その出力信号が昇降手
段13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。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明はドライバ本体に固定され
た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、ドライバ本体を反力式
のトルクセンサを持つトルク検出部により保持して、そ
の検出値を表示するように構成し、この検出値の表示を
モータの正転を停止する前に行うように構成しているた
め、 モータの正転停止時に生じるモータの本体側の回転によ
りトルク検出部の歪みゲージがさらに歪んでトルク検出
部の検出値が増加しても、すでに検出値の表示が完了し
ているので、締付けトルクの表示はモータ停止時の影響
をまったく受けず、正確な締付けトルクの表示をするこ
とができる等の利点がある。

なお、実施例では具体的回路構成で制御装置が構成され
ているが、マイコンを使用することもできる。

【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図は第３図のトルク検出部を示す要部断面図、
第６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 トルク検出部、 １１ａ 歪み管、 １１ｂ 歪みゲージ、 １２ 作業スタート部、１３ 昇降手段、 １４ 初期カット用パルス発生部、 １５ 停止判断部、 １６ 正転制御部、 １７ 切換手段、 １８ パワー供給部、 １９ パルス発生部、 ２０ 逆転制御部、 ２２ 回転検出手段、 ２３ スリット円板、 ２４ 回転検出部、 ２５ 第１増幅部 ２６ 波形整形部、 ２７ 微分回路、 ２８ 第１遅延回路、 ２９ フィルタ、 ３０ 第２増幅部、 ３１ ピークホールド部、 ３２ Ａ−Ｄ変換部、 ３３ 表示部、 ３４ 第２遅延回路、 ３５ マシンサイクル完了検出部、 ３６ 補正部、 Ｔａ，Ｔｂ タイマ、 ＦＦ フリップフロップ、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ドライバ本体(1)の一端にモータ(2)を固定
   し、このモータ(2)にその回転を受けて回転する入力円
   板(4)との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し、さらに前記
   ドライバ本体(1)に反力式のトルク検出部(11)を取付
   け、このトルク検出部(11)の検出値を表示部(33)で表示
   するように構成する一方、 前記モータ(2)に切換手段(17)を介してパワー供給部(1
   8)を接続するとともに、前記ドライバビット(8)の回転
   を検出する回転検出手段(22)を設け、さらにこの回転検
   出手段(22)の出力信号を検出してドライバビット(8)の
   停止を判断する停止判断部(15)を設け、この停止判断部
   (15)の停止検出出力を受けて後前記パワー供給部(18)か
   らの正転電圧を遮断する正転電圧遮断指令信号を切換手
   段(17)に送って、さらにパワー供給部(18)から逆転電圧
   をモータ(2)に供給する逆転指令信号を切換手段(17)に
   送る制御部を設けた自動ねじ締め機の制御装置におい
   て、 トルク検出部(11)の検出値の表示タイミングを停止判断
   部(15)の停止検出出力とするとともに、前記停止判断部
   (15)の停止検出出力により時間計上を開始するタイマTb
   を設け、このタイマTbの設定時間を前記トルク検出部(1
   1)の検出値の表示に要する時間以上とし、このタイマTb
   のタイムアップ信号を正転電圧遮断指令信号として切換
   手段(17)に送るように構成したことを特徴とする制御装
   置。