JPH0679551A - 自動ネジ締め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】タップの塑性加工時のトルク値と、最終締め付
けトルク値とを、適正な値に切り換える自動ネジ締め装
置を提供する。 【構成】ネジ締め開始時においては、トルク切換部１２
によって第１の出力トルク選択部８側に切り換えること
により、第１の出力トルク選択部８により選択された出
力トルク値でタップの塑性加工を行い、トルク切換用セ
ンサ１４によりタップの塑性加工の完了を検出すると、
トルク切換部１２によって第２の出力トルク選択部９側
に切り換えることにより、第２の出力トルク選択部９に
より設定された最終締め付けトルク値で、引き続きタッ
プタイトネジの締め付けを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、打ち抜き状態の下穴に
タップタイトネジをネジ込むことにより、まず下穴にタ
ップの塑性加工を行い、この後タップタイトネジをさら
にネジ込んで最終的なネジ締めを行う自動ネジ締め装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、従来の自動ネジ締め装置は、ネ
ジ締め駆動用として直流電動モータを使用し、電圧調整
用ボリュームで必要とするトルク値をセッティングする
ようになっている。

【０００３】つまり、ネジ締めサイクル中は、トルク値
はセットされた値に固定され、途中で切り換えることが
できないようになっている。

【０００４】そのため、このような従来の自動ネジ締め
装置では、被加工部材に打ち抜き状に開設された下穴
に、タップを切ってからネジをネジ込む必要があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近時で
は、ネジ締めとは別工程として行われていた下穴加工
（タップ加工）工程を、ネジ締めと一連に行うことによ
って、コストダウン化を図ろうとする傾向にある。つま
り、タップタイトネジを使用することにより、このタッ
プタイトネジによって、まず下穴にタップの塑性加工を
行い、この後引き続いてタップタイトネジをネジ込むこ
とにより、最終的なネジ締めを行うのである。この場
合、タップの塑性加工時のトルク値が、最終締め付けト
ルク値より大きいことから、以下のような問題が発生す
る。

【０００６】すなわち、自動ネジ締め装置をタップの塑
性加工時のトルク値に設定すると、最終的に締め付けた
時点でネジが強く締まり過ぎ、後でユーザがネジを外そ
うとしても緩めるのが困難な場合がある。また、設定ト
ルク値が強すぎると、タップが崩れていわゆるネジバカ
状態となったり、切粉が発生する等して製品不良件数が
増加し、品質の低下を招く最悪の事態となる。下穴の微
妙なバラツキに影響されやすく、下穴径に応じてその都
度シビアなトルク設定が必要になる。

【０００７】本発明はかかる実情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、タップの塑性加工時のトルク値と、最
終締め付けトルク値とを、適正な値に切り換えられるよ
うにした自動ネジ締め装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の自動ネジ締め装置は、打ち抜き状態の下穴
にタップタイトネジをネジ込むことにより、まず下穴に
タップの塑性加工を行い、この後タップタイトネジをさ
らにネジ込んで最終的なネジ締めを行うものにおいて、
前記タップタイトネジの種類に応じた種別信号を入力す
る種別信号入力手段と、前記種別信号入力手段により入
力された種別信号に基づき、タップタイトネジの種類に
応じたタップ塑性加工時の出力トルク値を設定する第１
の出力トルク値設定手段と、前記種別信号入力手段によ
り入力された種別信号に基づき、タップタイトネジの種
類に応じた最終締め付けトルク値を設定する第２の出力
トルク値設定手段と、前記タップタイトネジによるタッ
プの塑性加工の完了時点を検出する検出手段と、前記種
別信号入力手段により入力された種別信号に基づいて前
記第１の出力トルク値設定手段により設定された出力ト
ルク値でタップの塑性加工を行うとともに、前記検出手
段によりタップの塑性加工の完了を検出したとき、前記
種別信号入力手段により入力された種別信号に基づいて
前記第２の出力トルク値設定手段により設定された最終
締め付けトルク値でタップタイトネジの締め付けを行う
締め付け制御手段とを備えた構成とする。

【０００９】

【作用】種別信号入力手段により、ネジ締めすべきタッ
プタイトネジの種類（ネジ径等）を示す種別信号が入力
されると、第１の出力トルク値設定手段では、この種別
信号に基づき、タップタイトネジの種類に応じたタップ
塑性加工時の出力トルク値を設定するとともに、第２の
出力トルク値設定手段では、この種別信号に基づき、タ
ップタイトネジの種類に応じた最終締め付けトルク値を
設定する。

【００１０】この後、ネジ締め機によってタップタイト
ネジによるネジ締めを開始すると、締め付け制御手段
は、まず第１の出力トルク値設定手段により設定された
トルク値で、被加工部材に開設された下穴に、タップタ
イトネジによるタップの塑性加工を行う。そして、検出
手段によりタップの塑性加工を完了したことを示す検出
信号を受けると、締め付け制御手段は、この時点でタッ
プタイトネジの締め付けトルク値を、第２の出力トルク
値設定手段により設定された最終締め付けトルク値に切
り換え、この最終締め付けトルク値でタップタイトネジ
の締め付けを行う。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００１２】図２は、本発明の自動ネジ締め装置が適用
されるネジ締め機の外観図を示している。

【００１３】図２において、このネジ締め機は、従来の
ネジ締め機と同様の構成となっており、先端部分にネジ
（タップタイトネジ）４１を真空吸着等により取り付け
て被加工部材５１の下穴５２に対し締め付けを行うビッ
ト（ドライバー）４２、このビット４２を収納するビッ
トホルダ４３、ビットホルダ４３内に収納された状態の
ビット４２の先端部分（ドライバーヘッド）に図示しな
いフィーダよりタップタイトネジ４１の供給を行うネジ
供給部４４、ビットホルダ４３に取り付けられたトルク
切換用センサ１４、ビット４２を回転駆動するＤＣモー
タ４７、ＤＣモータ４７の回転をビット４２に伝達する
ためのビット駆動軸４６、ビットホルダ４３を支持する
とともにＤＣモータ４７を支持する支持部４５、ビット
４２と共にビットホルダ４３を前後進させるビットホル
ダ前後進用シリンダ４８、ビットホルダ４３のみの前進
を停止するためのバンパーバネ４９等によって構成され
ている。

【００１４】すなわち、ネジ締めの開始信号によるＤＣ
モータ４７の回転に従って、ビットホルダ前後進用シリ
ンダ４８が動作し、ビットホルダ４３がビット４２とと
もに前進する。このとき、ビット４２はビットホルダ４
３内に収納されており、ビット４２の先端部分に取り付
けられたタップタイトネジ４１もビットホルダ４３内に
ある。そして、被加工部材（ワーク）５１にビットホル
ダ４３の先端が当たった時点で、バンパーバネ４９によ
りビットホルダ４３のみの前進が停止され、これよりネ
ジ締めが開始される。

【００１５】すなわち、タップタイトネジ４１によって
被加工部材５１の下穴５２にタップの塑性加工を行い、
この後タップタイトネジ４１をさらにネジ込んで、ネジ
頭が着座するまで、最終的なネジ締めを行う。

【００１６】図１は、上記構成のネジ締め機に適用した
本発明の自動ネジ締め装置の電気的構成を示すブロック
図である。

【００１７】同図において、ネジ締めの開始信号等を出
力する操作入力部１の出力は、所定のＤＣ電圧を出力す
るＤＣ電圧出力部２に導かれており、ＤＣ電圧出力部２
の出力は、ＡＶＲ３を介してトルク設定出力電圧選択部
４に導かれている。そして、トルク設定出力電圧選択部
４の出力は、モータドライブ出力部５に導かれており、
モータドライブ出力部５の出力は、ＤＣモータ４７と、
出力電流検出部７とに導かれている。

【００１８】一方、タップタイトネジ４１の種類に応じ
た種別信号等を出力する操作入力部１の出力は、タップ
塑性加工時の出力トルク値を選択する第１の出力トルク
選択部８と、タップタイトネジ４１の最終締め付けトル
ク値を選択する第２の出力トルク選択部９とに導かれて
おり、第１の出力トルク選択部８には、タップタイトネ
ジ４１の種類に応じたタップ塑性加工時の適正な出力ト
ルク値を格納する塑性加工出力トルクデータ格納部１０
の出力が導かれている。また、第２の出力トルク選択部
９には、タップタイトネジ４１の種類に応じた適正な最
終締め付けトルク値を格納する最終締め付けトルクデー
タ格納部１１の出力が導かれている。

【００１９】例えば、Ｍ３のタップタイトネジ４１の場
合、塑性加工出力トルクデータ格納部１０には１５kgc
m、最終締め付けトルクデータ格納部１１には１０kgcm
の各トルクデータが格納されており、またＭ４のタップ
タイトネジ４１の場合、塑性加工出力トルクデータ格納
部１０には２０kgcm、最終締め付けトルクデータ格納部
１１には１５kgcmの各トルクデータが格納されている。

【００２０】第１の出力トルク選択部８は、操作入力部
１からの種別信号に基づき、その種別信号によって示さ
れたタップタイトネジ４１の種類に応じたタップ塑性加
工時の出力トルク値を、塑性加工出力トルクデータ格納
部１０から読み出すようになっている。また、第２の出
力トルク選択部９は、操作入力部１からの種別信号に基
づき、その種別信号によって示されたタップタイトネジ
４１の種類に応じた最終締め付けトルク値を、最終締め
付けトルクデータ格納部１１から読み出すようになって
いる。

【００２１】第１の出力トルク選択部８の出力、及び第
２の出力トルク選択部９の出力は、トルク切換部１２に
導かれており、トルク切換部１２の出力は、トルク設定
出力電圧選択部４に導かれている。また、トルク切換部
１２には、トルク切換用センサ１４の出力が導かれてい
る。

【００２２】トルク切換部１２は、ネジ締めの開始時点
では、第１の出力トルク選択部８により選択された出力
トルク値のデータをトルク設定出力電圧選択部４に出力
し、トルク切換用センサ１４よりタップ塑性加工の完了
を示す信号が与えられると、第２の出力トルク選択部９
により選択された出力トルク値のデータをトルク設定出
力電圧選択部４に出力するようになっている。

【００２３】また、第２の出力トルク選択部９の出力
は、トルクアップコンパレータ１３の一方の入力に導か
れており、他方の入力には、出力電流検出部７の出力が
導かれている。そして、トルクアップコンパレータ１３
の出力は、停止信号としてモータドライブ出力部５に導
かれるとともに、外部出力信号として、図示しない別の
系に出力されている。

【００２４】トルクアップコンパレータ１３は、第２の
出力トルク選択部９から与えられた最終締め付けトルク
値を比較基準値とし、この比較基準値によって示される
電流値と、出力電流検出部７により検出された電流値と
の比較を行い、検出電流値が比較基準値を超えたとき、
トルクアップ信号を出力して、モータドライブ出力部５
の動作を停止するようになっている。

【００２５】なお、操作入力部１から出力されるネジ締
めの開始信号や、タップタイトネジ４１の種類に応じた
種別信号等は、例えばネジ締め機本体のシーケンサーよ
り与えられる。

【００２６】また、上記構成において、第１の出力トル
ク選択部８と塑性加工出力トルクデータ格納部１０とが
第１の出力トルク値設定手段に対応し、第２の出力トル
ク選択部９と最終締め付けトルクデータ格納部１１とが
第２の出力トルク値設定手段に対応し、トルク切換部１
２が締め付け制御手段に対応している。

【００２７】次に、上記構成の自動ネジ締め装置の動作
を説明する。

【００２８】操作入力部１より、ネジ締めの開始信号と
種別信号とが入力されると、ＤＣ出力部２では、この開
始信号に基づいてＤＣ電圧を出力する。このＤＣ電圧は
ＡＶＲ３を介してトルク設定出力電圧選択部４に与えら
れる。

【００２９】一方、第１の出力トルク選択部８及び第２
の出力トルク選択部９に種別信号（例えば、Ｍ４）が与
えられると、第１の出力トルク選択部８は、塑性加工出
力トルクデータ格納部１０から、Ｍ４のタップタイトネ
ジ４１に対応するトルクデータ（例えば、２０kgcm）を
読み出してトルク切換部１２に与える。また、第２の出
力トルク選択部９は、最終締め付けトルクデータ格納部
１１から、Ｍ４のタップタイトネジ４１に対応するトル
クデータ（例えば、１５kgcm）を読み出してトルク切換
部１２に与える。

【００３０】トルク切換部１２は、ネジ締めの開始時点
では、第１の出力トルク選択部８により選択されたトル
クデータ（２０kgcm）をトルク設定出力電圧選択部４に
出力することから、トルク設定出力電圧選択部４は、ト
ルク値が２０kgcmに相当する電圧値を選択して、モータ
ドライブ出力部５に出力し、ＤＣモータ４７を駆動す
る。これにより、タップタイトネジ４１は、被加工物５
１の下穴５２に対して、約２０kgcmの加工トルクでもっ
て、タップの塑性加工を行うことになる。

【００３１】この後、タップの塑性加工を完了すると、
これをトルク切換用センサ１４が検出して、検出信号を
トルク切換部１２に与える。トルク切換部１２は、この
検出信号に基づき、第２の出力トルク選択部９により選
択されたトルクデータ（１５kgcm）をトルク設定出力電
圧選択部４に出力することから、トルク設定出力電圧選
択部４は、トルク値が１５kgcmに相当する電圧値を選択
して、モータドライブ出力部５に出力し、ＤＣモータ４
７を駆動する。これにより、タップタイトネジ４１は、
被加工物５１の下穴５２に対して、最終締め付けトルク
値でタップタイトネジ４１の締め付けを行うことにな
る。

【００３２】このとき、トルクアップコンパレータ１３
は、第２の出力トルク選択部９より与えられた最終締め
付けトルク値を比較基準値として入力しており、この比
較基準値によって示される電流値と、出力電流検出部７
により検出された電流値との比較を行っている。そし
て、タップタイトネジ４１が被加工物５１の表面に着座
すると、過負荷状態となって出力電流検出部７により検
出される電流値が増加し、検出電流値が比較基準値を超
えるので、トルクアップコンパレータ１３は、検出電流
値が比較基準値を超えた時点でトルクアップ信号を出力
する。

【００３３】モータドライブ出力部５は、このトルクア
ップ信号を受けて動作を停止するとともに、ＤＣモータ
４７を逆転してビット４２を後退させ、元の位置に復帰
させる。

【００３４】これにより、タップタイトネジ４１は、適
正なトルク値で被加工物５１の下穴５２に締め付けられ
ることになる。

【００３５】図３に示す表は、本発明の自動ネジ締め装
置を導入前と導入後の、Ｍ４Ｓタイトネジの最終締め付
けトルク実測値の一例を示している。

【００３６】導入前と導入後とを比べると、Ｍ４Ｓタイ
トネジの管理基準値（２０±４kgcm）に対し、導入前は
締め付けトルクの平均値が４０kgcmと大幅に超えるだけ
でなく、その最大値と最小値との差も９．８kgcmと大き
くなって、締め付け状態のバラツキも大きくなってい
る。これに対し、本装置を導入後は、締め付けトルクの
平均値が２１kgcmと管理基準値内となり、しかもその最
大値と最小値との差も４．４kgcmと小さいことから、Ｓ
タイトネジがバラツキ少なく適正な状態で締め付けられ
ていることが分かる。

【００３７】なお、図示は省略しているが、ビットの先
端部分に高さ検知センサを取り付けて、最終締め付け時
のタップタイトネジ４１のネジ頭と被加工物５１の表面
との隙間を検知するようにしてもよい。このように、高
さ検知センサを併せて用いることにより、最終締め付け
時の種々のネジ不良を検出することができる。

【００３８】すなわち、最終ネジ締めを開始後、ｔ秒間
（このｔ秒は、最終ネジ締めが正常に行われた場合に必
要となる時間より若干長い、例えば３秒等に設定され
る）経過しても、トルクアップコンパレータ１３からト
ルクアップ信号が出力されない場合には、ネジバカ状態
の発生やネジの脱落等が考えられるので、この場合に
は、ネジ不良を知らせる警報音を報知する等の対応を取
ることができる。また、トルクアップ信号が出力された
にも係わらず、高さ検知センサよりネジ頭と着座ポイン
トとの間に隙間があることを示す信号が与えられた場合
には、例えばネジが斜めにネジ込まれたために途中で停
止したと考えられるので、この場合にも、ネジ不良を知
らせる警報音を報知する等の対応を取ることができるも
のである。

【００３９】

【発明の効果】本発明の自動ネジ締め装置は、ネジ締め
開始時においては第１の出力トルク値設定手段により設
定された出力トルク値でタップの塑性加工を行い、検出
手段によりタップの塑性加工の完了を検出すると、第２
の出力トルク値設定手段により設定された最終締め付け
トルク値で引き続きタップタイトネジの締め付けを行う
ように構成したので、タップタイトネジは適正な最終締
め付けトルク値で被加工物の下穴に締め付けられるとい
った効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自動ネジ締め装置の電気的構成を示す
ブロック図である。

【図２】本発明の自動ネジ締め装置が適用されるネジ締
め機の外観図である。

【図３】本発明の自動ネジ締め装置を導入前と導入後
の、Ｍ４Ｓタイトネジの最終締め付けトルク実測値の一
例を示す表である。

【符号の説明】

１ 操作入力部 ８ 第１の出力トルク選択部 ９ 第２の出力トルク選択部 １２ トルク切換部 １４ トルク切換用センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 打ち抜き状態の下穴にタップタイトネジ
   をネジ込むことにより、まず下穴にタップの塑性加工を
   行い、この後タップタイトネジをさらにネジ込んで最終
   的なネジ締めを行う自動ネジ締め装置において、 前記タップタイトネジの種類に応じた種別信号を入力す
   る種別信号入力手段と、 前記種別信号入力手段により入力された種別信号に基づ
   き、タップタイトネジの種類に応じたタップ塑性加工時
   の出力トルク値を設定する第１の出力トルク値設定手段
   と、 前記種別信号入力手段により入力された種別信号に基づ
   き、タップタイトネジの種類に応じた最終締め付けトル
   ク値を設定する第２の出力トルク値設定手段と、 前記タップタイトネジによるタップの塑性加工の完了時
   点を検出する検出手段と、 前記種別信号入力手段により入力された種別信号に基づ
   いて前記第１の出力トルク値設定手段により設定された
   出力トルク値でタップの塑性加工を行うとともに、前記
   検出手段によりタップの塑性加工の完了を検出したと
   き、前記種別信号入力手段により入力された種別信号に
   基づいて前記第２の出力トルク値設定手段により設定さ
   れた最終締め付けトルク値でタップタイトネジの締め付
   けを行う締め付け制御手段とを備えたことを特徴とする
   自動ネジ締め装置。