JPH081455A - 自動ねじ締め方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ねじの種類や締め付けトルクに応じて効率的
で最適なねじ締め制御を行うことができる自動ねじ締め
方法及び装置を提供する。 【構成】 ねじを予め設定された設定締め付けトルクで
自動的に締め付ける自動ねじ締め装置である。ねじを回
転させる回転手段１２と、ねじの締め付けトルクに対す
る回転手段１２の最適回転数をそれぞれ記憶する記憶手
段３５と、回転手段１２によるねじの締め付けトルクを
設定するトルク設定手段２２、４９と、記憶手段３５の
記憶内容に基づいて、設定締め付けトルクに対する回転
手段１２の最適回転数を設定する最適回転数設定手段２
２、３４とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はねじを予め設定された締
め付けトルクで自動的に締め付ける自動ねじ締め方法及
び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】時計、カメラ等の精密機器、コンピュー
タ、ディスクメモリ装置等の電子機器等の各種産業にお
ける組立て作業において、ねじ締め作業は最も基本的な
ものである。このねじ締め作業は、モータ動力によりね
じ締めを行う自動ねじ締め装置を用いて行われる。

【０００３】一般にねじ締め作業においては、締め付け
トルクを予め設定した値にすることが求められている。
このため締め付けトルクを設定できるようにした自動ド
ライバ装置が提案されている。設定された締め付けトル
クでのねじ締めを確実に効率的に行うためには、モータ
の回転数の設定が非常に重要である。回転数が速すぎる
と慣性によりねじの締めすぎが生じ、回転数が遅すぎる
とねじ締め時間がかかりすぎることになるからである。

【０００４】このため、従来の自動ドライバ装置でも、
ねじ締めするねじ種と設定された締め付けトルクに基づ
いて最適回転数を設定し、確実で効率的なねじ締め作業
を実現しようとしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
自動ドライバ装置では、特定の締め付けトルクに対して
最適回転数を設定し、他のトルク値に対して直線近似し
た回転数を設定するようにしている。このため、締め付
けトルクの全範囲について最適回転数を設定することが
できず、確実で効率的なねじ締め作業ができないという
問題があった。

【０００６】本発明の目的は、ねじの種類や締め付けト
ルクに応じて効率的で最適なねじ締め制御を行うことが
できる自動ねじ締め方法及び装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、ねじを予め
設定された設定締め付けトルクで自動的に締め付ける自
動ねじ締め方法において、前記ねじを回転させる回転手
段による前記ねじの締め付けトルクを設定し、前記ねじ
の締め付けトルクに対する前記回転手段の最適回転数が
記憶された記憶手段の記憶内容に基づいて、前記設定締
め付けトルクに対する前記回転手段の最適回転数を設定
することを特徴とする自動ねじ締め方法によって達成さ
れる。

【０００８】また、上記目的は、ねじを予め設定された
設定締め付けトルクで自動的に締め付ける自動ねじ締め
装置において、前記ねじを回転させる回転手段と、前記
ねじの締め付けトルクに対する前記回転手段の最適回転
数をそれぞれ記憶する記憶手段と、前記回転手段による
前記ねじの締め付けトルクを設定するトルク設定手段
と、前記記憶手段の記憶内容に基づいて、前記設定締め
付けトルクに対する前記回転手段の最適回転数を設定す
る最適回転数設定手段とを備えたことを特徴とする自動
ねじ締め装置によって達成される。

【０００９】

【作用】本発明によれば、ねじを回転させる回転手段に
よるねじの締め付けトルクを設定し、ねじの締め付けト
ルクに対する回転手段の最適回転数が記憶された記憶手
段の記憶内容に基づいて、設定締め付けトルクに対する
回転手段の最適回転数を設定するようにしたので、ねじ
の種類や締め付けトルクに応じて効率的で最適なねじ締
め制御を行うことができる。

【００１０】

【実施例】本発明の一実施例による自動ねじ締め装置を
図１乃至図６を用いて説明する。本実施例による自動ね
じ締め装置は、ねじ締めを行うドライバユニット１０
と、ドライバユニット１０を制御する制御ユニット２０
に分かれている。これらドライバユニット１０と制御ユ
ニット２０はコネクタ３２により接続されている。

【００１１】ドライバユニット１０にはねじ締めを行う
回転手段であるモータ１２が設けられている。このモー
タ１２の回転軸には、先端でねじを回転するビット１４
が取付けられ、この回転軸の後端には、モータ１２の回
転数を検出するため回転に応じたパルス信号を出力する
エンコーダ１６が取付けられている。なお、エンコーダ
１６の代わりにタコジェネレータを用いてもよい。

【００１２】制御ユニット２０には、例えばマイクロコ
ンピュータにより構成された制御部２２が設けられ、自
動ねじ締め装置の全体を制御している。制御ユニット２
０には、自動ねじ締め装置への各種指示を入力する入力
部２４と、その指示内容を表示する表示部２６とが設け
られ、制御部２２に接続されている。これら入力部２４
及び表示部２６は、図２に示す制御ユニット２０の前面
パネル２８上に設けられている。

【００１３】図２に示すように、前面パネル２８上部左
には、ねじ種選択スイッチ２４ａが設けられ、Ｍ1.0 か
らＭ2.0 の４種類のねじ種を選択するようになってい
る。ねじ種選択スイッチ２４ａ上部には現在選択された
ねじ種を表示するねじ種表示部２６ａが設けられてい
る。前面パネル２８上部右には、締め付けトルクを設定
するトルク設定スイッチ２４ｂが設けられている。この
トルク設定スイッチ２４ｂは、０．１Ｎ・ｍの位の値を
設定するスイッチと、０．０１Ｎ・ｍの位の値を設定す
るスイッチと、０．００１Ｎ・ｍの位の値を設定するス
イッチという３つのスイッチにより構成されている。ト
ルク設定スイッチ２４ｂ上部には設定された締め付けト
ルクの値を表示するトルク表示部２６ｂが設けられてい
る。

【００１４】前面パネル２８の中央部には、モータ１２
の回転方向を切換える正／逆転切換スイッチ２４ｃと、
リモートとマニュアルを切換えるリモート／マニュアル
切換スイッチ２４ｄが設けられている。前面パネル２８
下部左には、電源スイッチ３０が設けられ、下部右には
ドライバユニット１０を接続するためのコネクタ３２が
設けられている。

【００１５】制御ユニット２０による基本的制御は、ね
じ着座前は、モータ１２が選択されたねじ種と設定締め
付けトルクに基づいた最適回転数になるような定速制御
を行い、ねじ着座後は、選択されたねじ種に応じて定め
られる締め付けトルクの時間変化特性に基づいて、締め
付けトルクを設定締め付けトルクまで上昇させながら、
刻々変化する締め付けトルクを越えないように制限して
モータ１２を電流制御するものである。

【００１６】入力部２４のトルク設定スイッチ２４ｂに
より設定された締め付けトルクのデータと、入力部２４
のねじ種選択スイッチ２４ａにより選択されたねじ種
は、制御部２２に記憶される。効率よくねじ締めを行う
ためには、モータ１２を高速回転させて短時間でねじ締
めを行うことが望ましい。しかし、モータ１２の回転が
早くなり過ぎると着座時に慣性により設定された締め付
けトルクを越えてしまい、ねじの頭切れなどの事故が起
きやすくなる。したがって、設定された締め付けトルク
を越えることなく、最も効率的にねじ締めを行うことが
できる最適回転数でモータ１２を回転させることが必要
である。このようにモータ１２の最適回転数は設定され
た締め付けトルクに応じて異なると共に、同じ締め付け
トルクでも締め付けるねじの径により異なる。

【００１７】トルク回転数テーブル３５は、ねじ種毎
に、締め付けトルクに対する最適回転数の値が格納され
たテーブルである。例えば、図３（ａ）は、Ｍ３−鉄の
ねじ種における締め付けトルクに対する最適回転数を実
験的に求めたものである。トルク回転数テーブル３５に
は、図３（ａ）のグラフに従って、締め付けトルクに対
する最適回転数の値が記憶されている。他のねじ種につ
いても、締め付けトルクに対する最適回転数の値を実験
的に求め、テーブルとして記憶しておく。

【００１８】制御部２２は、トルク回転数テーブル３５
から、選択されたねじ種のテーブルを選択し、選択され
たテーブルに基づいて、設定締め付けトルクに対する最
適回転数を求め、その最適回転数のデジタル値をＤ／Ａ
変換部３４に出力する。従来は、図３（ｂ）に示すよう
に、例えば、締め付けトルクの最小値に対する最適回転
数を定め、他のトルクに対して直線近似したり（図３
（ｂ）：グラフａ）、締め付けトルクの中間値に対する
最適回転数を定め、他のトルクに対して直線近似したり
（図３（ｂ）：グラフｂ）していた。このため、単に直
線近似するだけでは、図３（ａ）の実験値（図３
（ｂ）：グラフｃ）から他のトルク値でずれてしまい。
締め付けトルクの全範囲において最適回転数とはならな
い。

【００１９】これに対し、本実施例では、締め付けトル
クに対する最適回転数をテーブルとして記憶しているの
で、締め付けトルクの全範囲において最適回転数でねじ
締め制御することができる。ドライバユニット１０のエ
ンコーダ１６からのパルス信号は入力回路４２を介して
制御部２２と定速制御部４４に出力される。定速制御部
４４は、モータ１２の回転数が、Ｄ／Ａ変換部３４から
出力される最適定速回転になるようにモータ１２を制御
するような定速制御信号を出力する。すなわち、モータ
１２の回転数が低いとモータ電流を大きくして回転数が
上昇するようにし、モータ１２の回転数が高いとモータ
電流を小さくして回転数が低くなるような定速制御信号
を出力する。

【００２０】定速制御部４４からの定速制御信号は、最
適回転数からのずれに応じてモータ電流すなわち回転ト
ルクを変化させるように変化する。ねじが着座するとモ
ータ１２の回転数が急激に減少して最適回転数から大き
くずれて定速制御信号がステップ状に立上る。この定速
制御信号をそのままモータ駆動部３８に入力してモータ
１２を駆動すると、ねじ着座時のモータ１２の電流変化
が急激すぎて設定された締め付けトルク以上のトルクが
ねじに加わるおそれがある。

【００２１】このため、定速制御部４４からの定速制御
信号の時間変化をコントロールする必要がある。しか
も、締め付けトルクの最適な時間変化特性は、ねじ種や
ねじ締め条件により異なるので、制御部２２に締め付け
トルクの最適な時間変化曲線を予め記憶させておく。Ｄ
／Ａ変換部４９は、記憶された締め付けトルクの最適な
時間変化曲線に応じて変化するデジタルの締め付けトル
ク信号をアナログ信号に変換し、モータ電流制限部３６
に出力する。モータ電流制限部３６は、このような締め
付けトルクの時間変化特性に応じて定速制御信号を制限
し、最終的には締め付けトルクの時間変化特性に応じて
モータを駆動制御する。

【００２２】立上り制御部５０は、定速制御部４４から
の定速制御信号の立上りを一定程度鈍らせて、モータ１
２の回転トルクの立上りを鈍らせるようにする。定速制
御信号の急激な変化があっても急激に変化せず、締め付
けトルクの時間変化特性に対して追随できるようにして
おく。モータ駆動部３８は、立上り制御部５０により変
化させられた定速制御信号に応じたモータ電流が流れる
ようにモータ駆動信号をモータ１２に出力する。

【００２３】ねじが着座すると、前述のようにモータ１
２の回転数が減少して定速制御信号が大きくなり回転ト
ルクが上昇する。トルク制限手段としてのモータ電流制
限部３６は、ねじ着座後に上昇するモータ１２の回転ト
ルクが、Ｄ／Ａ変換部４９からの時間変化曲線に応じて
締め付けトルクを越えないように、モータ駆動部３８に
よるモータ電流を制限する。

【００２４】起動制御部５２は、制御部２２からの信号
により、ねじ締めの終了及び起動を制御する。すなわ
ち、ねじ締め終了信号が入力されると制御部２２は締め
付けられる板などの被締め付け体のばね性が安定する時
間、例えば、０．３秒だけモータ電流を切ることなく停
動状態を維持し、その後モータ電流をきるためのモータ
停止信号を起動制御部５２に出力する。モータ停止後、
例えば、１秒後には、モータ起動信号を起動制御部５２
に出力して、次のねじ締めのためにモータ１２の回転を
制御する。

【００２５】着座検出部５４は、モータ電流制限部３６
からの出力信号によりモータ１２が停動トルクに達して
着座したことを検出し、着座検出信号を制御部２２に出
力する。次に、本実施例の自動ねじ締め装置を用いたね
じ締め動作について説明する。まず、電源スイッチ３０
をオンするとモータ１２が軽いトルクで回転する定速回
転状態となる。

【００２６】次に、ねじ締めが行われるねじ種をねじ種
選択スイッチ２４ａにより選択する。選択結果はねじ種
表示部２６ａに表示される。同様に、ねじを締め付ける
締め付けトルクをトルク設定スイッチ２４ｂを操作して
設定する。設定された締め付けトルク値はトルク表示部
２６ｂに表示される。制御部２２は、トルク回転数テー
ブル３５を参照して、選択されたねじ種と設定された締
め付けトルクの値に基づいた最適回転数を決定し、その
デジタル値をＤ／Ａ変換部３４に出力する。

【００２７】次に、ドライバユニット１０のビット１４
先端に真空によりねじをチャッキングする。なお、真空
チャッキングは周知技術であるので詳細な説明を省略す
る。モータ１２がアイドリング状態で回転しているの
で、チャッキングしたねじの頭の溝がビット１４に自動
的に噛み合う。次に、ビット１４先端にチャッキングさ
れたねじをねじ穴に合わせてねじ締めを開始する。

【００２８】ねじ締めを開始すると、定速制御部４４
は、モータ１２の回転数がＡ／Ｄ変換部４９から出力さ
れている最適回転数になるような定速制御信号を出力す
る。ねじが着座するまでは、ねじ穴の雌ねじの山とねじ
の雄ねじの山が噛み合ってねじ込まれていくだけである
から負荷トルクが小さく、最適回転数でねじが回転され
る。

【００２９】ねじが着座すると急激に回転が減少するの
で、定速制御部４４からの定速制御信号がモータ１２を
最適回転数で回転させるように急激に立上がる。立上り
制御部５０は、抵抗とコンデンサによるＣＲ時定数によ
り定速制御信号の急激な立上りを鈍らせるようにモータ
駆動部３８を制御する。定速制御信号が増大していく
と、モータ電流制限部３６は、Ｄ／Ａ変換部４９から出
力される締め付けトルクの時間変化特性に応じて、締め
付けトルクを越えようとすると、定速制御信号が増大し
ないように制限する。このため、ねじ着座後の定速制御
部４４によるモータ電流は、Ｄ／Ａ変換部４９からの締
め付けトルクの時間変化特性に応じた締め付け制御がな
され、最終的には設定された締め付けトルクでねじ締め
が行われる。

【００３０】着座検出部５４によりねじが着座したこと
が検出され、エンコーダ１６のパルス信号からモータ１
２の回転が停止したことが検出されると、制御部２２か
らの信号により起動制御部５２は０．３秒間だけモータ
電流を切ることなく停動状態を維持し、その後モータ１
２の電流を切る。これによりねじ締めを終了する。続い
て、制御部２２からの信号により起動制御部５２はモー
タを１秒間停止させた後にモータ１２の回転を再開し、
次のねじ締めのためにアイドリング状態に戻る。

【００３１】このように本実施例によれば、ねじを回転
させるモータによるねじの締め付けトルクを設定し、ね
じの締め付けトルクに対するモータの最適回転数が記憶
されたトルク回転数テーブルに基づいて、設定締め付け
トルクに対するモータの最適回転数を設定するようにし
たので、ねじの種類や締め付けトルクに応じて効率的で
最適なねじ締め制御を行うことができる。

【００３２】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、ねじを回
転させる回転手段によるねじの締め付けトルクを設定
し、ねじの締め付けトルクに対する回転手段の最適回転
数が記憶された記憶手段の記憶内容に基づいて、設定締
め付けトルクに対する回転手段の最適回転数を設定する
ようにしたので、ねじの種類や締め付けトルクに応じて
効率的で最適なねじ締め制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による自動ねじ締め装置のブ
ロック図である。

【図２】本発明の一実施例による自動ねじ締め装置の制
御ユニットの前面パネルを示す図である。

【図３】本発明の一実施例による自動ねじ締め装置にお
ける設定トルクと最適回転数の関係を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１０…ドライバユニット １２…モータ １４…ビット １６…エンコーダ ２０…制御ユニット ２２…制御部 ２４…入力部 ２４ａ…ねじ種選択スイッチ ２４ｂ…トルク設定スイッチ ２４ｃ…正／逆転切換スイッチ ２４ｄ…リモート／マニュアル切換スイッチ ２６…表示部 ２６ａ…ねじ種表示部 ２６ｂ…トルク表示部 ２８…前面パネル ３０…電源スイッチ ３２…コネクタ ３４…Ｄ／Ａ変換部 ３５…トルク回転数テーブル ３６…モータ電流制限部 ３８…モータ駆動部 ４０…モータ電流検出抵抗 ４２…入力回路 ４４…定速制御部 ４９…Ｄ／Ａ変換部 ５０…立上り制御部 ５２…起動制御部 ５４…着座検出部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ねじを予め設定された設定締め付けトル
   クで自動的に締め付ける自動ねじ締め方法において、 前記ねじを回転させる回転手段による前記ねじの締め付
   けトルクを設定し、 前記ねじの締め付けトルクに対する前記回転手段の最適
   回転数が記憶された記憶手段の記憶内容に基づいて、前
   記設定締め付けトルクに対する前記回転手段の最適回転
   数を設定することを特徴とする自動ねじ締め方法。
2. 【請求項２】 ねじを予め設定された設定締め付けトル
   クで自動的に締め付ける自動ねじ締め装置において、 前記ねじを回転させる回転手段と、 前記ねじの締め付けトルクに対する前記回転手段の最適
   回転数をそれぞれ記憶する記憶手段と、 前記回転手段による前記ねじの締め付けトルクを設定す
   るトルク設定手段と、 前記記憶手段の記憶内容に基づいて、前記設定締め付け
   トルクに対する前記回転手段の最適回転数を設定する最
   適回転数設定手段とを備えたことを特徴とする自動ねじ
   締め装置。