JPS6051997B2 - 電動ねじ締付け機の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は各種産業機器、家電製品の組立に使用する電動
ねじ締付け機の制御装置に関するものである。

自動ねじ締付け機の駆動源には制御の容易なことと、ね
じバカ検出の必要から電動機が使用されているが、従来
の電動ねじ締付け機においては、電動機の負荷電流を検
出してこれを停止させる形式を採用していたため、ねじ
締め上り時の電動機停止の直後に電動機の回転の慣性モ
ーメントがねじ締付けのトルクに大きく影響する。した
がつて、電動機の制御はこの慣性モーメントを考慮して
設定する必要があり、また、小ねじを締付ける場合はス
プリングワッシャ等の弾性介在物の有無によつて締付け
の度合が大きく変化する。このように電動機の慣性モー
メントという不安定要素のために締付けの度合にバラツ
キが生ずる欠点がある。本発明は上記のような電動機の
慣性モーメントがねじ締付けのトルクに及ぼす影響を排
除することを目的とするものであつて、まづ、最終の締
付けトルクに達しない弱いトルクで締付け、所定のトル
クに達するまでのねじの回転角を少くし、以後の締付け
に電動機の慣性モーメントを殆んど消滅させたいわゆる
静的トルクをねじに付与しようとするものであり、電動
機の静的トルクを数段階に分けて次第にこれを増大させ
て最終的な締付けのトルクに達するよう制御するもので
ある。

本発明の実施例を図面について説明する。第１図は本発
明の装置の電気回路図で、直流電源１の陽極にはコンデ
ンサ２、抵抗６、２６、１３の一端、トランジスタ１２
のコレクタおよびリレー２８（ＲＹＩ）とダイオード２
９の並列回路の一端が接続されている。コンデンサ２の
他端は抵抗３、４の接続点に接続され、抵抗４の他端は
トランジスタ８のベースと抵抗５との接続点に接続さ゛
れている。トランジスタ８のエミッタは抵抗６の他端と
抵抗７との接続点に接続され、抵抗７の他端は直流電源
１の陰極に接続されている。トランジスタ８のコレクタ
は抵抗９、１０、２５を介してトランジスタ２２、１１
、２７のベースにそれ・ぞれ接続され、トランジスタ２
２のエミッタは直流電源１の陰極に、トランジスタ１１
のエミッタはダイオード２３を介してトランジスタ１２
の工ミッタに接続されている。トランジスタ１１のコレ
クタは抵抗２６，５の他端に接続され、トランジスタ１
２のベースには抵抗１３の他端とトランジスタ１４，２
２のコレクタが接続されている。トランジスタ２７のエ
ミッタは直流電源１の陰極に接続され、そのコレクタは
前記リレー２８とダイオード２９の並列回路の他端は接
続されている。トランジスタ１４のエミッタはツェナー
ダイオード１５のカソードに、ツェナーダイオード１５
のアノードは直流電源１の陰極に接続されている。トラ
ンジスタ１２のエミッタはトルク設定器１６のａ端子と
抵抗１７、スタート信号の入力端子２４ｄおよびダイオ
ード２３の接続点に接続されている。抵抗１７の他端は
抵抗１８に、抵抗１８の他端は直流電源１の陰極に接続
されている。トランジスタ１４のベースはトルク設定器
１６の可変端子ｂに接続され、トルク設定器１６のｃ端
子は直流電源１の陰極に接続されている。スタート信号
の入力端子２４ｅは直流電動機１９と抵抗２０を介して
直流電源１の陰極に接続されている。抵抗１７，１８の
接続点と、直流電動機１９と抵抗２０の接続点はそれぞ
れ電圧比較器２１の非反転入力端子および反転入力端子
に接続され、該電圧比較器２１の出力は抵抗３の他端に
接続されている。第２図は本発明の装置の各段切換制御
回路図で、直流電源３１の陽極にはリレー３２，３５，
遅延リレー３３、ステッピングリレー３４が接続されて
いる。リレー３２（ＲＹ２）の他端はリレー接点３６（
ＲＹｌ）を介して、また、遅延リレ．一３（ＴＲｌ）の
他端はリレー接点３８（ＲＹ３）リレー接点３７（ＲＹ
２）を介して、それぞれ直流電源３１の陰極に接続され
ている。遅延リレー３３とリレー接点３８の接続点はス
テッピングリレー３４（ＲＳＷｌ）のセットコイルＳＣ
に接続さ．れ、そのリセットコイルＲＣはリレー接点４
０（ＲＹ３）、リレー接点３９（ＲＹ２）を介して直流
電源３１の陰極に接続されている。リレー３５（ＲＹ３
）の他端はステッピングリレー３４のコンタクト４２に
接続され、該コンタクト４２の各接・点はセレクトスイ
ッチ４１の各接点に接続されている。セレクトスイッチ
４１の共通端子は直流電源３１の陰極に接続されている
。遅延リレー３３の接点４３はスタート信号によつて第
１図のスタート信号の入力端子２４のＤ，ｅに接続され
る。５０はトルク設定用のステッピングリレー３４のコ
ンタクトで、各接点５０−１ないし５０−７間には抵抗
４４ないし４９がそれぞれ接続されてトルク設定器１６
が構成される。

ステッピングリレー３４のコンタクト５０は第１図の可
変端子ｂに、接点５０−１はａ端子に、接点５０−７は
ｃ端子に、それぞれ接続される。ねじ締付け完了の信号
はリレー３２の接点５２とリレー３５の接点ノ５１に直
列接続され、双方のリレーが動作すればねじ締付け完了
の信号がえられるようになつている。外部入力スタート
信号の入力スイッチ５３は遅延リレー３３の接点４３に
接続され、これが直流電動機１９を起動させる。次に本
発明の装置の作用を設定する。

第１図において、トランジスタ１２，１牡ツェナーダイ
オード１５、抵抗１３，トルク設定器１６は定電圧電源
回路を構成しており、トルク設定器１６により出力電圧
か変化する。いま、外部入力スタート信号の入力スイッ
チ５３がオンになつて直流電動機１９が起動すると、そ
の電流は抵抗２０によつて検出され、電圧比較器２１の
反転入力端子に加えられる。抵抗１７，１８の分圧比は
直流電動機１９の起動時に抵抗２０の両端に生ずる電圧
が抵抗１８の両端の電圧よりも大きくなるよう設定され
ている。したがつて直流電動機１９の起動時には電圧比
較器２１の出力が反転してコンデンサ２を抵抗３を通し
て充電する。コンデンサ２と抵抗３による積分回路の時
定数は、起動時間よりも長く設定されているのでトラン
ジスタ８をオンにするまでには至らない。また、トラン
ジスタ２２もオンにならないので前記定電圧電源回路の
出力が遮断されることはない。したがつて直流電動機１
９はその起動によつて回転を停止することなく定常の回
転状態でねじの締付けを行なう、ねじ締付けが進行し、
直流電動機１９の負荷が増加してその電流が所定の値に
達すると、前述の起動時と同様に電圧比較器２１の出力
が反転してコンデンサ２が抵抗３を通して充電されるが
、直流電動機１９は停止しているので起動時よりも起動
電流に等しいロック電流が長く持続するため、トランジ
スタ８はオンになる。したがつてトランジスタ２２がオ
ンになるので抵抗１３を介してトランジスタ１２のベー
スからエミッタに流れるベース電流がなくなり、前記定
電圧電源回路の出力を遮断し、直流電動機１９は停止す
る。また、トランジスタ８がオンになると抵抗２５を介
してトランジスタ２７のベースに流れ、トランジスタ２
７はオンになり、リレー２８が作動して第２図のリレー
接点３６が閉じる。この接点３６が閉じるとリレー３２
が動作してリレー接点３７がオンになりリレー接点３８
を介して遅延リレー３３が作動すると共にステッピング
リレー３４のセットコイルＳＣに電流が流れてコンタク
ト４２，５０がそれぞれステップする。遅延リレー３３
がタイムアップするとその接点４３がオフとなり、第１
図のスタート信号の入力端子２４がオフになると保持回
路が解除され、リレー２８がオフになる。リレー２８が
オフになるとリレー接点３６がオフになり、リレー３２
がオフとなつて遅延リレー３３の電流がなくなりリレー
接点４３がオンとなる。こ）で第１図の回路が作動して
再びねじ締付けが行なわれるのであるが、ステッピング
リレー３４のコンタクト５０によつてトルク設定の電位
が下一つて第１図の定電圧電源回路の電圧が上昇し、直
流電動機１９のトルクが１段アップした状態でねじ締付
けが行なわれる。次に直流電動機１９が停止し、リレー
２８が作動するとリレー接点３６がオンになりリレー３
２が作動する。この動作を繰返してねじの締けを段階的
にトルクアップした状態で行なう。この段階的ねじ締付
け設定用のセレクトスイッチ４１の設定値まで、所定の
回数だけステッピングリレー３４のコンタクトが移動す
るとリレー３５が動作する。すなわち、トルク設定器１
６の比較電圧の漸増回路が制御され、カウンターとして
作用する。直流電動機１９がトルクアップしてリレー２
８が作動し、リレー接点３６で作動する接点５２と、リ
レー３５の接点５１の直列接続によつてねじ締付け完了
の信号が発生し、この信号によつて直流電動機１９が停
止する。直流電動機１９が停止するとトランジスタ１１
のエミッタ電流はダイオード２３を通して直流電動機１
９に流れ、トランジスタ１１と抵抗４，５，６，７，１
０，２６およびダイオード２３により自己保持回路を構
成し、この自己保持回路によつて定電圧電源回路の遮断
を持続する。したがつて電圧比較器２１の信号がなくな
つてもトランジスタ２２がオンの状態を維持して直流電
動機１９に前記定電圧電源回路の電圧を供給することは
ない。この状態は外部入力スタート信号の入力スイッチ
５３がオフになるまで維持される。この入力スイッチ５
３がオフになると前記自己保持回路は解除され、トラン
ジスタ２２がオフとなり、再び前記定電圧電源回路の定
電圧が出力され、ねじ締付けの開始前、すなわち直流電
動機１９の起動前の状態にもどる。本発明においては電
動機が一定の負荷電流に達すると電流を遮断してねじの
締付けを行なうものであるが、いま、ねじの締付けに要
するエネルギーをＥ１電動機に供給される電気エネルギ
をＥｅ．．機械的慣性による回転エネルギーをＥｉとす
るとＥｊは電動機回転子の慣性モーメントＩによつてほ
Ｓ゛決定されるから、回転角速度をωにすると、また、
ねじに与えられるトルクをＴ１回転角をθとすると、と
なり、第３図に示すような仮定のトルク曲線ｐを想定す
ることができ、ねじに与えられるエネルギーが一定であ
ればθが小さくなるとＴがそれに比例して増大する。

角速度ωはθの関数（ω＝ＤＯ／Ｄｔ）てあるから、電
動機回転子の慣性モーメントがねじ締付けのトルクに大
きく作用することがわかる。なお、第３図において、ｑ
は実トルク曲線である。本発明におけるねじ締付けのエ
ネルギーは電気的エネルギー（電動機出力）Ｅｅｎ（ｎ
＝１，２，３・・・・・ｍ）と電動機回転子の貫性エネ
ルギーＥｉｎ（ｎ＝１，２，３・・・・・ｍ）の総和で
あり、これが、ねじ締付けのトルクに還元されるもので
あるから第４図および第５図に示すように、ねじの回転
角がθ１のときのねじ締付けのトルクをＴｌ，θ２のと
きのねじ締付けのトルクをＴ２とすると、ねじに与えら
れるエネルギーＥはである。

しかし、Ｅｉ（＝ＹＥｉｎ＝Ｙｌｌ２ｎ二１ｎ−１ｊω
Ｈ）のうち、ｎ＝２，３・・・・・・ｍ回目のＥｉｎは
第１回目のエネルギーＥｉｌに比べＥｉｌ〉〉Ｅｉｎ（
ｎ＝２，３・・・・・・ｍ）・・・・・（６）であるか
ら電動機回転子の慣性モーメントによる成分は微小であ
る。

したがつてＴ１′−Ｔ２・・・・・・（７）であり、回
転角のいかんにか）わらず常に同一のトルクで締付ける
ことができる。以上述べたように本発明の装置は電動機
の電気的エネルギーが一定であればねじの種類（小ねじ
、タップねじ、木ねじ等）、大きさおよび中間介在物（
ワッシャ、バッキング）の有無にか）わらず所定のトル
クでねじの締付けを行なうことができる。

また、数段階の電圧切換えはねじ締付けのダクトに応じ
て適宜の段数に設定することができ、電動機をロック状
態に保持する時間も可変であるからねじ締付けの時間が
制約されることもない。したがつて最近特に重視されて
いるねじ締付けのトルクの管理を容易に行なうことがで
きるばかりでなく、ねじ締め工程の変更時において電動
機の出力トルク（ロックトルク）を設定するだけで所定
のトルクをうることができるので、締付け機種の変更、
トルク値の変更が容易であるなど、；いくたのすぐれた
効果を有し、各種機器組立の生産性を向上する上に寄与
するところがきわめて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の電気回路図で、第２図はその
多段切換え制御回路図である。 第３図はねじの回転角に対するトルク曲線、第４図およ
び第５図はねじの回転角に対する本発明の多段締め制御
時の模擬トルク線図である。１・・・・・・直流電源、
２・・・・・コンデンサ、３，４，５，６，７，９，１
０，１３，１７，１８，２０，２５，２６・・・・・・
抵抗、８・・・・・ＰＮＰトランジスタ、１１，１２，
１４，２２，２７・・・・・ＮＰＮトランジスタ、１５
・・・・・・ツェナーダイオード、１６・・・トルク設
定器、１９・・・・・・直流電動機、２１・・・・電圧
比較器、２３，２９・・・・・ダイオード、２４・・・
・スタート信号の入力端子、２８，３２，３５・・・リ
レー、３１・・・・・・直流電源、３３・・・・・・遅
延リレー、３４・・・・・・ステッピングリレー、３６
，３７，３８，３９，４０・・・・リレー接点、４１・
・・セレクトスイッチ、４２，５０・・・・・・ステッ
ピングリレーのコンタクト、４３・・・・・遅延リレー
４３の接点、４，４〜４９・・・・・・抵抗、５１・・
・・・・リレー３５の接点、５２・・・・・・リレー３
２の接点、５３・・・・・・スタート信号の入力スイッ
チ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ねじの締付けトルクをうけるための電動機に電力を
   供給する定電圧電源回路と、前記電動機の負荷電流に比
   例する電圧と比較基準電圧とを比較する比較器と、前記
   比較器が所定の時間連続して出力したとき前記電動機へ
   の電源の供給を遮断するスイッチ回路と、前記比較器の
   出力に応じて比較基準電圧を所定の回数だけ漸増させる
   トルク設定器と、該トルク設定器による比較基準電圧の
   漸増回路を制御するカウンターとよりなることを特徴と
   する電動ねじ締付け機の制御装置。