JPS58132426A - 自動ねじ締め機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 を有し、トルクセンサにて検出された軸トルクが所定の
締付希望トルクに達するとモータの駆動を断つようにし
た、いわゆるトルクコ／トロールｆｈ＆付きの自動ねじ
締め躯に関する。

この柚のトルクコントロール機構伺ぎのねじ締め機でね
じをワークに蹄付ける場合、理論」−は最終的なねじの
締付トルクが所定の締付希望トルク値と一致する筈であ
るが、実際上はねし又はワークの材質等に起因する応力
緩和やクリープ現象等によって締付完了後時間の経過と
共に締付トルクが漸減する傾向にある。特にワークとし
てウレタンゴム等の弾性体を用いた場合にこの傾向が顕
著である。従ってトルクコントロール機栴だけでは最終
的なねしの締１・１トルク値を所定の締付希望トルクに
合致させることは多くの場合困難であるといえる。

現在、トルクコントロール機栴を備えたねじ締め機によ
る締付けにおいて生しる」二記弊害を是認し、ねじの締
付トルクが給付希望トルクに台致し締（Ｊ完了しても、
直ちに締付良否の判定はせず、その後一定時間経過した
時点における締柑トルクを検出し、その甑か所定の規格
内にあるかとうかを判別するようにした手段が考えられ
ている。

しかしながら、この手段は細付良の製品のみを選別しよ
うとの観点からの対策であり、前述した応力緩和やクリ
ープ現象等によって最終的な締付トルクが不足する傾向
ｔこあるのを防止することはできないものである。とこ
ろで、応力緩和やクリープ現象等によって最終的な締付
トルクが不足するのは、トルクコントロール機構しか備
えていないねじ締め機によって締付けを行なったことが
一因となっているものであるから、首とひ、ねしバカ等
の本来的なねじ締め不良とは異なり、ねじ紛めを工夫し
、改良することにより締付良品になり得る蓋然性の高い
ものである。従ってかかるものを不良品として本来的な
不良品と同−扱いとすることは資源の無駄使い、エネル
ギーの浪費になり好ましくないものである。

本発明はかかる点にあって、最終的な細１］トルクが規
格内にあるかとうかを判別して良品のみの選別を行なう
前述手段とは観点を変え、締付良品となり得る蓋然性の
高いものは、トルクコントロール機構付きのねじ締め機
を再度作動させて最終的な締付トルクを締何希望トルク
値により一層近付け、締付良品化を図らんとするもので
ある。

即ち、本発明は、冒頭に述べたトルクコントロール機構
刊きの自動ねじ締め機Ｖこおいて、モータが停止した後
一定時間経過した時点における軸トルクを検出し、その
トルク値が所定の給付希望トルク値に達していないとき
モータを再駆動するよう構成したことを整旨としている
。

本発明の実施に際してはモータとしてパルスモータな用
いるのか艮い。そして、パルスモータを用いた場合、ね
じ締め開始時から１ｍ　１−１完了するまでの時間をな
るべ（短縮するために、締付希望トルク値よりも若干低
いトルり値を仮締めトルり値として設定し、軸トルクが
この仮締めトルク値に達するまではパルスモータを高速
で回転するのが望ましい。しかし軸トルクが仮締めトル
ク値に達して後、締付希望トルク値に一致するまで、及
びその後のモータの再駆動時にはパルスモータを低速で
回転するのが良い。締付希望トルク値付近ではなるべく
正確なトルクコントロールを行なうことが望ましいから
である。また、軸トルりが締付希望トルク値に一致しモ
ータが停止した後、再駆動するまでの時間はねじ又はワ
ークによる応力緩和やクリープ現象等の度合を考慮して
決めれは良い。そしてこの時間は一般にタイマに設定す
るのが良い。

更に、パルスモータを再駆動し軸トＡ／りを再ひ締付希
望トルク値に一致させても一定時間経過するとまた応力
緩和等によってねじの締付トｐりが締付希望トルク値よ
り低下する場合はパμス毛−夕を何回も再駆動させれば
良い。但し、ある程度の回数繰返してモータを再駆動さ
せてもなおかつ一定時間経過のねじの締付トルクが締付
希望トルクに近付かない場合は、本来的な締付不良と扱
っていいので、パルスモータを再駆動させる回数は所定
回数に設定できるよう構成するのが良い。

次に図面に基づき本発明の一実施例を説明する。第１図
は自動ねじ締め機の一例として定置式単軸型の自動ねじ
締め機を示し、図中（１１は支柱、（２）は該支柱に取
付けられた支持プレートで、上下端の腕部ｆ３１　＋３
１に棒杆（４１が上下摺動自在に挿通されている。この
棒杆（４）にはねじ紛め機本体（５１を取着する取着部
材（６）が上下摺動自在に挿通されており、両者を引張
りはね（７）が連結している。また、この棒杆（４）に
は止め輪（図示せず）が設けられており、棒杆（４）の
上端と取着部材（６とが一定の間隔に保持されている。

更に棒杆（４、にはキャッチャ（８１を支持する支持板
（９）がスライド自在に挿通され、棒杆下端ｔこ螺入さ
れたナツトααによって受止められている。前記ねじ締
め機本体（５）は、パルスモータαυと、ドライバ、ビ
ットα々と、パルスモータα１１からドライバビット０
２＋に回転動力を伝達する伝達軸αａとから組立てられ
ており、伝達軸α９にはドライバピッ）　０２１の軸ト
ルクを検出するトルクセンサａ〜が設けられている。ま
た、このねじ締め機本体（５）は支持プレー　）　＋２
１に設けられた昇降シリンダαシによって上下昇降運動
可能に構成されている。昇降シリンダ＋１５１の昇降動
作は棒杆（４）を介してキャッチャ（８）にも伝達され
るのでキャッチャ（８）もねじ締め機本体（５）と共に
昇降動作するが、その下降量は棒杆（４１の上端と上側
の腕部（３）によって規制されている。またキャッチャ
（８）は駆動手段α和としてのシリンダΩロッドα力先
端に設けたナツト（１７ａ）に休止可能とされており、
該駆動手段叫の動作によってドライバビットａｚとは別
個独立に上昇動が可能である。

尚、図示はしないが、ねじ締め機本体（５）が上昇し原
位置に復帰しているとスイッチオンするリミットスイッ
チ等の原位置復帰確認用スイッチが設けられている。前
記パＪｖ７．モータ（Ｉｌ、昇降シリンダｔ１５）、駆
動手段Ｏａは第２図に示す回路によって制御され、自動
ねじ細め動作を行なうようにしである。第２図中、Ｑ、
１１はねじ絢めスタート部、鉋はトルクセンサα釦の検
出信号を増幅するバッファアンプ、（ハ）は前記検出信
号のゼロ補正、ゲイン補正をするギヤリプレージョン、
例は所定の仮締付トルク値が設定された設定器、□□□
は所定の締付希望トルク値が設定された設定器、内はト
ルクセンサα旬の検出トルク値と設定器（２）に設定さ
れた仮締付トルり値とを比較する比較器、節は検出トル
ク値と設定器１２５）に設定された締付希望トルク値と
を比較する比較器である。各比較器＠節は２つの入力の
大きさを比較するコンパレータとフリップフロップの直
列回路から構成されている。比較器の出力線中ＦＦはフ
リップフロップの出力を、　ＣＯＭはコンパレータの出
力を意味する。（２）は締付不良リセット部、凶はねじ
締め機本体の原位置復帰確認用リミットスイッチ、■は
パルスモータＯ１１にパワー供給するためのパワー供給
部、　Ｇｌｌはパルスモータ駆動回路、ＣＩＺは雑音に
強い２重積分型のＡ　−り変換器、語は表示駆動部、（
財）はトルク値をディジタル量で表示する表示器、価１
は昇降シリンダαＳを昇降作動させる電磁弁、（ホ）は
駆動手段０６；を駆動する電磁弁、Ｃｌ７１は論理回路
として例えはマイクロコンピュータで、前記パ／Ｉ／ヌ
モータ駆動回路Ｇｌｌに供給する高速、低速パルス列の
発信停止、切換の制御、及び各電磁弁鉋鉤の通電、非通
電制御を行なう。剛はねじ締めの良否を判定、表示する
判定表示器である。

（Ｔａ）　〜（Ｔｅ　）はタイマで、タイマ（Ｔａ）は
、パルスモータａ１１に電力供給するパワー供給部（至
）の平滑コンデンサがねじ締めスタート信号によりチャ
ージ開始されてからチャージ完了するまでの時間に設定
されている。このタイマ（１’ａ）のタイムアンプによ
り論理回路筒か高速パルス列の発信と電磁弁■の通電を
行なう。前記高速パルス列の発信によってパルスモータ
０１１は高速で回転する。また電磁弁（支）１の通電に
よって昇降シリンダＱ５１が作動し、ねじ締め機本体（
５；が下降してねじ締めを開始する。タイマ（Ｔｂ）は
マシンタイムに設定されていて、前記タイマ（Ｔａ）の
タイムアツプにより時間計上を始める。マシンタイムと
は、正常にねじ締めが行なわれた場合に締付開始から締
付完了するまでに通常かかる時間をいう。このタイマ（
Ｔｂ）によって、ねじが存在しない状態でねじ締め動作
を行なっていないかとうか、或いはねじバカになってい
ないかどうかとイマ（Ｔｂ）がタイムアツプ゛すれは、
上記いずれかの異常と考えられるから、タイマ（Ｔｂ）
のタイムアツプ信号によりマシンタイム検出部ｃ］９（
かねじ締め異常と検出し、判定表示部（至）にて締付不
良の表示を行なうと共に、論理回路国を作動し、またパ
ワー供給部缶の作動を停止してねじ締め作業を中止し、
ねじ締め機本体（５）を原位置に復帰させる。タイマ（
Ｔｃ）は仮締め完了後のなじみ時間に設定されている。

仮締めはパ／Ｉ／ヌモータａ■を高速回転してねじ締め
を行なっている段階においてトルクセンサα旬の検出す
る軸トルクが設定器−に設定された仮締付トルク値と一
致した時点で完了するが、この仮締め完了した時点にお
けるトルクセンサ０４１の検出する軸トルクはねじの実
際の締付トルクと等しいとは限らない。

通常ねし又はワークの材質や異常等によってドライバピ
ノｌ−の軸トルクがワークに伝達されるまでに多少時１
％ｉｌがかかるからである。このような伝達遅れに相当
する時間をなじみ時間という。

このため、仮締め完了すれは的ちに高速パルス列から低
速パルス列の切換を行ないパルスモータａＢを低速で回
転させるよりは、軸トルクがねじの実際の締付トルクに
等しくなるまで待っているからパルスモータ（ＩＩＩを
低速で回転させる方が、より正確なトルクコントロール
が行なえる。

従って、前記タイマ（Ｔｃ）によって、なじみ時間を待
ってパルスモータ１１１を低速で回転するようにしてい
る。尚、タイマ（Ｔｃ）のなじみ時間には、パルスモー
タの特性上、仮締め完了してもｌパル７分だけ余分に回
転する場合があるので、この１パルヌ分に相当する時間
も考慮されている。

タイマ（Ｔｄ）はＡ−Ｄ変換器鍮の変換開始条件を作る
。このタイマ（Ｔｄ）はパルスモータに加えられる１パ
ルヌに相当する時間が設定されていて、後述する締付完
了検出部からの完了信号ｔこよって時間計上を始める。

このタイマ（Ｔｄ）の役割は、最終的に締付完了した時
点におけるねじの締付トルクを表示器（財）で表示する
場合、経費完了と同時にパルスモータα１１へのパルス
列供に一４３Ｐ止してもパルスモータαυが１パルヌ分
だけ余分に回転することかあるので、その１パルレス分
の時間たけ遅らせてＡ−Ｄ変換器Ｉ３シの変換動作を開
始させることにある。タイマ（Ｔｅ）は、パワー供給部
■の平滑コンデンサの充電々荷がパワー供給部αの作動
停止時から放電するまでに要する時間に設定されている
。最終的にねじ締めを完了した場合及びねじ締め途中に
マシンタイムを経過した場合、パルスモータ０１）への
パワー供給をも平滑コンデンサの電荷が所定量放電する
までは停動トルクで拘束されているので、パワー供給停
止と同時にねじ締め機本体を上昇させたのではねじにト
ルクがかかった状態でドライバビットがねじから離れる
ことになり、ワークの損傷等を生じることになる。従−
一で、タイマ（ＴＯ）を設けること１こよってこのよう
な支障の発生の防止が図られている。

船は本発明の主要部をます回路で、パルスモータＩｌｌ
を再駆動させる回数を設定する設定器（４１１と、該設
定器＋４１１に設定された回数を読み出すと共に、パル
スモータＯＬＩが再駆動さｒＬる度に読み出した設定回
数から１１　　を減算してゆき、零になった時点で零出
力を発する零検出部（＠と、つ零検出部＋４５より零出
力が発したときのみ給付完了信号ｆａｌを出力し、その
他の場合は再駆動信号（ｂ）を出力する締付完了検出部
（４３１と、タイマ（’Ｉ’ｃ）と同様ななじみ時間乃
至はねじ又はワークの材質等に起因する応力緩和やクリ
ーブ現象等を考慮した一定時間に設定され、前記再駆動
信号（１）１アンプ信号或いは再駆動判別回路■からの
指令（ｃｌのいずれかによって作動する単安定パルス発
生器−とから構成されている。前記再駆動判別内容によ
って指令ｔｅｌ或いはｆｄｌを発するように構成されて
いる。詳しくは、設定器鉋に設定された締付希望トルク
値よりもトルクセンサ（Ｉ４１の検出スる軸トルクが低
く、そのためコンパレータ出力（ＣＯＭ　）が　Ｌ　レ
ベＩしの出力であった場合は、指令ｆｉｌを出す。一方
、トルクセンサ１４の検出する軸トルクが締付希望トル
ク値と略々等し、ｕＩ） く、そのためをこコンパレータ出力（ＣＯＭ）かＨレベ
ルの出力であった場合は、指令（ｃｌを出す。

前記指令［ｄ）により比較器の１のフリップ７０ノブか
りセットされるので、比較器Ｃ？ｌＩが一致出力を発し
なくなる。このことはトルクセンサα旬の検出する軸ト
ルクが締付希望トルク値に達しないのと同じ状態である
から論理回路■がその比較器出力（ＦＦ）に基づいてパ
ルスモータＱｌｌに低速パルス列を供給し、パルスモー
タα心を低速で回転させる。つまり指令（ｄ）が発せら
れることによってパルスモータＧＩ＋の再駆動が行なわ
れるのである。他方指令（Ｑｌが発せられると、この指
令（Ｃ）が単安定パルス発生器（ハ）に加えられるので
、該発検出部（４カに加えられ、読み出した設定回数か
らＩＩ　Ｉ　Ｊ’を減算させる。また同時に前記パルス
は再駆動判別回路（転）にも加えられ、再び判別を促が
す。この場合、比較器−のコンパレータ出力（ＣＯＭ　
）か　Ｈレベルであれは、再ひ指令（Ｃ１が発せられて
単安定パルス発生器−が再ひｌパルスを発する。そして
コンパレータ出力（Ｃ０Ａ４　）がＨレベルである限り
、上記動作が繰返される。

このため、やがて零検出部（転）が零出力を発し、抑付
完了検出部（転）が締付完了信号（ａｔを発する。

この信号＋ａｌ　ｔこより前述したタイマ（Ｔｄ）が作
動さ才し、そのタイマのタイムアツプ信号によりＡ−Ｄ
変換器＠のＡ−Ｄ変換動作が開始する。

次に、上記構成によるねじ締め動作を説明する。ねじ締
めヌタート部１２１１か作動すると、その信号ｔこよっ
てパワー供給部−が作動し、またタイマ（Ｔａ）を介し
て論理回路（９）が高速パルス列の発信、ｔｖＩｉ弁霞
の通電を行なってねじ締め動作が開始される。ドライバ
ビットの軸トルクは遂時トルクセンサα〜で検出されて
おり、トルクセンサＩの検出トルク値が設定器０４１に
設定された仮締めトルク値と一致すると論理回路（資）
が高速／＜　／ｌ／　７列の発信を停止する。そしてタ
イマ（Ｔｃ　）がタイムアツプするのを待って低速パル
ス列を発信し、パルスモータ０１；を低速回転してのね
じ締めを行なう。この場合、タイマ（Ｔｃ）が時間計上
を始めてからタイムアツプするまでの間に、論理回路（
資）を通じて電磁弁Ｃｌ６１が通電され、躯動手段叫が
作動する。駆動手段αｅの作動によってキャッチャ１８
＋が単独で上昇するので仮締め完了した時点においては
ねじの頭部がキャッチャ（８）内ｔこ保持されていたり
、引掛かったりしていても、キャッチャ（８１が上昇し
た後はその状態が解消され、トルクセンサｈによって純
粋に締付トルクに関与している軸トルクのみの検出が行
なオるようになる。

次いで、パルスモータＱｌｌの低速回転による締付中に
トルクセンサ０４の検出する軸トルクが設定器内に設定
した締付希望トルク値１こ一致すると、比較器ｅｌｌの
フリップフロップ出力（ＦＦ）より一致出力が論理回路
僻）に加えられて、低速パ）ｖヌ列の発信を停止する。

かくてパルスモータαＤは停動トルクで拘束された状態
に維持される。また前記一致出力は締付完了検出部−に
も加えられる。この検出部關には零検出部ＩｕＪの出力
が加えられているが、零検出部−がねじ締め開始の段階
で設定器（４１１に設定された設定回数を読み出した状
態のままなので、零出力を発さす、従って検出部（転）
は再駆動信号（ト））を出力する。この信号（ｂｌによ
ってタイマ（Ｔｆ）が作動し、それに設定された一定時
間経過後タイムアッフ゛信号を単安定パルス発生器−に
加える。この信号により発生器（ハ）はｌパルス発生し
、零検出部（Ｏに加える。この場合前記一定時間が経過
した時点においてトルクセンサ圓の検出する軸トルクが
締付希望トルり値と略々等しいと、それはねじ及ひワー
クか応力緩和やクリープ現象等を起していないことを意
味するので、再駆動判別回路（財）が指令ｔｃｌを発し
続け、これｅこまって単安定パルス発生器１ａから１パ
ルヌづつ零検出部（Ｏが零出力を発するまで繰返し発す
る。かくして、零出力が発されると締付完了検出部−が
完了信号１ａ）を発し、タイマ（Ｔｅｌ）を通じてＡ　
−Ｄ　、、変換器曽変換作動させる。Ａ−Ｄ変換器Ｓ々
の変換動作により、締付完了時からタイマ（Ｔｆ）及び
（Ｔｌ１１）に設定された時間が経過した後のトルクセ
ンサαａの検出トルクが表示駆動部關に加えられる。ま
たが （、） Ａ−Ｄ変換器＠の変換動作完了するとその出力信号がパ
ワー供給部■ｔこ加えられ、パルスモータα１）へのパ
ワー供給を停止させる。更に前記Ａ−り変換器＠の出力
信号はタイマ（Ｔｅ）を通じて論理回路Ｇ？ｌ及び判定
表示器（至）及び表示駆動部缶にも加えられる。論理回
路σｌ）はこの信号を受けて電磁弁（至）を非通電し、
ねじ締め機本体（５）を原位置復帰させる。判定表示器
（至）は前記信号を受承駆動部（至）はＡ−Ｄ変換器■
からのディジタル信号を表示器（財）にて表示させる。

一方、タイマ（Ｔｆ）に設定された時間を経過した時点
でトルクセンサαａの検出トルクが締付希望トルク値よ
りも低くなっていると、それはねじ又はワークが応力緩
和又はクリープ現象等を生じているとも考えられるので
、再駆動判別回路（技が指令（ｄｉを発して比較器ｅ＋
のフリップフロップをリセットする。これによって論理
回路筒が低速パルス列を発生し、パルスモータＱ１＋が
低速で再駆動される。そして、この再駆動によるねじ締
めにおいて再びトルクセンサ（１句の検出トルク値が締
付希望トルり値と一致すると、比較器薮の一致出力によ
ってパルスモータ（ＩＤへの低速パルス列の供給が停止
され、また一致出力が締付完了検出部−に加えられる。

このとき、零検出部＋１２の出力が零出力でないと、締
付完了検出部１０が再駆動信号（ｈｌを発し、タイマ（
Ｔｆ）を通じて一定時間後単安定パルヌ発生器卿より１
パルヌを発生さセて零検出部＋４＋＋に加え、その中に
保持されている設定回数から再び１”を減算する。また
、この場合タイマ（’ｒｆ）の設定時間を経過した時点
のトルクセンサα旬の検出トルク値が給付希望トルク値
より低いと再ひ駆動判別回路（４４１が発する指令（ｄ
）に基ついてパルスモータＱｌ＋が上述と同様ｔこ再び
駆動される。パルスモータＯＬｌの再駆動は、タイマ（
Ｔｆ）ｔこ設定された一定時間後のトルクセンサ（１４
＋の検出トｌレク値が締付希望トルク値よりも低い限り
、零検出部（４２１が零出力を発するまで繰返される。

そして、やがて零完了 検出部（転）から零出力が発せられると、５Ｗｌ出部（
４１が完了信号（ａｔを発し、前述した如（、表示器（
至）及び判定表示器（至）による表示並びにねじ締め機
本体（５）の原位置復帰動作が行なわれて、ねじ締め動
作を完了する。

又、１回若しくは数回ｔこ亘るパルスモータ＋１１１の
再駆動によって零検出部（ａの内容が零になっていない
のに、タイマ（Ｔｆ）に設定された一定時間経過後のト
ルクセンサ（１４１の検出トルク値が締付希望トルク値
と一致した場合は、再ひ駆動判別回路（財）の発する指
令（Ｃ）に基ついて単安定パルス発生器（砂が１パルス
づつ繰返し発するために零検出部（４２の内容がやがて
零にされ、これによって締付完了検出部−が完了信号（
ａ）を発し、上述と同様をこしてねじ締め動作を完了す
る。

以上説明した如く本発明に係る自動ねじ締め機によれば
、トルクセンサの検出する軸トルクが一旦締付希望トル
ク値と一致した場合でも、その後一定時間の間ｔこ締付
トルクが減少するなら、モータを再駆動して再び給付希
望トルク値に一致するまでねじ締めを行なうものである
から、単−回のＭｌ−１けだけでは、ねじ又はワークの
材質に起因する応力緩和やクリープ現象等によって最終
的にはトルク不足となるものであっても本発明による再
度の締付けによって最終的な締付トルクを締付希望トル
ク値に一致させ、或いはその値により一層近付けること
ができ、これまでよりより多くのものを締付良品化する
ことができ、よって冒頭に述べたように資源の節約、エ
ネルギーの効率的な利用等多くの効果をもたらすもので
ある。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示し、第１図はねじ締め機の全
体側面図、第２図は電気回路図である。 ［１１１−−−パルスモータ、α２Ｉ−一一ドライバビ
ノト、ａルーーートルクセンサ。 特許出願人　　　日東精工株式会社 第　　１　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. モータと、該モータにより回転駆動されてねじをワーク
   に対し締付けるドライバビットと、ドライバビットの軸
   トルクを検出するトルクセンサとを鳴し、トルクセンサ
   にて検出された軸トルクが所定の締付希望トルク値に達
   するとモータの駆動を断つようにした自動ねじ締め機に
   おいて、前記モータか停止した後一定時間経過した時点
   における軸トルクを枳出し、そのトルり値が所定の締付
   希望トルク値に達していないときモータを再駆動するよ
   う構成したことを特徴とする自動ねじ締め機。