JPS6125782A - ネジ締め装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、ネジ締付は時の反力トルクを検出し、その検
出出力によりネジ締めトルクを制御するとともに締付は
状態の良否を判別するネジ締め装置に関するものである
。

従来例の構成とその問題点 従来のネジ締め装置で直流モータを使用したものでは、
直流モータとドライバーのビットなどの回転部に生ずる
慣性トルクの影響を受け、ネジの締付はトルクのバラツ
キが大きいという問題点があり、この問題点を解消する
手段として、特開昭５５−１２０９８６号公報において
、直流モータの印加電圧を２段階に切替えて制御するネ
ジ締め装置が公知である。この方式は、単に２段階目で
モータに高い電圧を印加する方法なので、モータトルク
が急激に増加し、締付精度が良くないという問題点と、
タッピンネジや木ネジ等で、最終の締付はトルク値より
もネジが締付は材料にくい込む初期段階のトルク値が大
きい場合において、第１段階の直流モータの印加電圧は
第２段階の印加電圧より低くしておかねばならないため
使用できないという問題点があった。壕だ同様な理由で
、ネジが着座するまでの直流モータの回転数を高くとれ
ないため、ネジ締めに要する時間が長くなるという欠点
もあった。

発明の目的 本発明は、上記従来の問題点を解消するものであり、実
際のネジの締付トルクの反力をトルク検出器で検出し、
その検出出力をマイクロコンピュータで監視しするとと
もに直流モータの印加電圧を制御して、ネジ締めトルク
の制御を行なうネジ締め装置を提撫するものである。

発明の構成 本発明の装置は、直流モータを使用した電動ドライバー
のネジ締付は時の反力トルクを直流モータの電流値とし
て検出する手段と、電流値をデジタル値に変換するアナ
ログ・デジタル変換器と、締付トルクの目標値を設定す
るデジタル式の設定スイッチと、ネジが着座する直前の
タイミングを検出する着座前検出手段と、モータの印加
電圧を自由に可変できるプログラマブル直流電源と、デ
ジタル値を記憶する記憶手段と、一定時間隔ごとにモー
タ電流値を監視し、その中の最大値を前記記憶回路へ更
新して記憶する一方、刻４と変化するトルク検出器の出
力と前記最大値との差を計算し、その差が正の場合にの
みモータの前記プログラマブル電源の出力電圧を時間経
過とともに微増させ、前記モータの電流値と前記デジタ
ルスイッチの値が一致した時、前記プログラマブル直流
電源の出力を零にしてモータを止める手段と、外部から
のネジ締め開始信号を受信し、前記着座前検出手段の信
号が出るまでは定格電圧をモータに印加する手段とで構
成されたネジ締め装置である。

実施例の説明 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図はネジ締め装置の機構部側面図を表す。

第１図において、１は直流モータと減速ギアを組込んだ
ネジ締め用の電動ドライバで、２は電動ドライバーの出
力軸である。電動ドライバ１はブラケット３に固定され
、ブラケット３はプレート４に固定され更に上スライド
シャフト５に増付けられている。エアシリンダ６はブラ
ケット了に固定され、ロッド８の中間部に上スライドブ
ロック６が２個のナラ）ｇ−ａ、９−ｂにより固定され
ている。１ｏはスライドシャフトで上スライドブロック
５が摺動自在にはめ合されている。１１は電動ドライバ
１とビット１２を継ぐジヨイントである。１３はビット
ガイドで下端には供給されてきたネジを保持するキャッ
チャ１４が固定されている。１５はビットガイドブラケ
ットでスライドシャフト１ｏに摺動自在にはめ合された
下スライドブロック１６に固定されている。また下スラ
イドブロック１６はエアシリンダ６のロッド８の下端に
ナラ）９−Ｃで支持されている。ナラ）９−ｂと下スラ
イドブロック１６の間のロッド８にはバネ１７が設けら
れており下スライドブロック１６を常にナラ）９−ｃに
付勢している。１８はスライドシャフト１ｏを支えるブ
ラケットで、ブラケット７と共にシャーシ１９に固定さ
れている。

２Ｑは上スライドブロック６の下降限ストッパである。

２１は下スライドブロック１６の下降限ストッパである
。

第２図は、第１図の電動ドライバ一部分を取外した機構
部の正面図で、リミットスイッチ２２の取付状態を表す
。第３図はネジ締めの先端部とネジ締め物（母材）の関
係を表す。リミットスイッチ２２はスイッチブラケット
２３によりブラケット７に固定されており、その位置は
上下に調節可能である。上スライドブロック５が下降し
て所定の位置に来るとりミツトスイッチ２２がＯＮする
ような構造になっている。このリミットスイッチはネジ
が着座の直前タイミングでＯＮするように位置調整する
。

以上のように構成されたネジ締め装置について以下その
動作を説明する。

電動ドライバ１が回転した状態でエアシリンダ６が下降
すると、そのロッド８に固定された上スライドブロック
５も下降を始め、プレート４、ブラケット３を介してそ
こに取付けられた電動ドライバ１が下降する。また下ス
ライドブロックもバネ１８によりロッド８の下端のナツ
ト９−Ｃに付勢されているので同時に下降し、ビットガ
イドブラケット１５、ビットガイド１３、キャッチャ１
４も下降する。第３図のようにキャッチャ１４に保持さ
れたネジ２４は締付は物２５に到達腰電動ドライバ１の
回転力は出力軸２、ジヨイント１１、ビット１２を介し
てネジ２４に伝達され、締付は物２６に締付けられる。

電動ドライバ１の回転力は即ち締付はトルクであり、そ
の締付はトルクＴ、は第４図のように電動ドライバ１の
直流モータの電流エラに比例しており、　式（１）のよ
うな関係にある。

Ｔ　：　Ｋ、　Ｉ、　十に２　　　　　　　　　　　・
・・・・・（１）（ただし、Ｋ、　、　Ｋ２は定数） したがって、モータ電流エラ　を計測することにより、
トルクＴを算出することができる。

次に第６図により実施例の制御回路の構成について説明
する。破線で囲まれた部分が本発明の制御装置のブロッ
ク図を示す。

電動ドライバの直流モータ１にコネクタ２６１Ｌを介し
て電流工、を供給する。モータ電流工、を電流検出器２
７により検出する。電流検出器２７はたとえば小さな直
列抵抗を使いその両端の電圧降下を測る、あるいは、コ
イルとホール素子を使用することによりモータ電流工、
に比例した電圧を出力するものである。電流検出器２７
の出力は前段増幅器２８１Ｃより増幅され、ローパスフ
ィルタ回路２９により、電動ドライバのモータ１から発
生するノイズや高い周波数の振動成分が遮断されて、ア
ナログ・デジタル変換回路３０（以下Ａ　−０回路と略
す）に入力される。Ａ−Ｄ変換回路３０により、デジタ
ル信号に変換され、モータ電流値はマイクロコンピュー
タ３１に入力される。

マイクロコンピュータ３１（以下マイコンと略す）はＲ
ＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセ
スメモリ）と入出力インターフェイス回路を持ち、演算
機能を備えたものである。

前述のように、電動ドライバ１の出力トルクＴ。

とモータ電流Ｉ、は式（１）の関係にあるので、マイコ
ンは、ローパスフィルタ回路２９の出力電圧Ｖを監視す
ることにより、ネジ締めトルクの値を知ることができる
。以下ローパスフィルタ回路２９の出力電圧をトルク電
圧Ｖと称す。またＡ−Ｄ変換の開始は、マイコン３１か
らのＡＤＳＴ信号の立上りのタイミングで行なわれ、Ａ
−Ｄ変換が完了するとＡＤＩＣＮＤ信号が出力される。

一方、３２は直流電圧出力の実効値を可変することので
きるプログラマブル直流電源で、電動ドライバのモータ
１の印加電圧ｖＭを可変するためのものであり、３３．
３４は設定スイッチで、ネジ締めトルクの目標値モータ
のトルク定数をデジタル値として作業者が設定するため
のものである。

前記エアーシリンダ６はマイコン３１により、リレー３
４を介して制御される。またコネクタ２６Ｃを介して、
外部からの制御信号として５ＴＡＲＴ。

次に本発明の動作内容について、第６図により詳しく説
明する。

電源がＯＮされるとマイコン３１はトルク電圧ＶをＡ−
Ｄ変換回路３０を介して入力する。作業者あるいは他の
自動機からネジ締めの開始を合図する５ＴＡＲＴ信号を
受取ると、まずマイコン３１は、この時のトルク電圧Ｖ
Ｏを記憶する。記憶されたｖＯＯ値はモータ電流が零の
時の値である。

次に、エアーシリンダ６をＯＮするとともに、プログラ
マブル直流電源３２に定格電圧ｖＲに設定し、電動ドラ
イバ１のモータを高速回転させ、外部装置３６に対して
のネジ締め完了を示すＥＮＤ信号をＯＦＦにする。

モータが回転し、ｔ、のタイミングでその速度が安定し
てモータ電流が一定となる。つづいて、ネジが被締結物
にくい込み始めるタイミングｔ２を経てから、前記リミ
ットスイッチ２２より、ネジが着座の直前であることを
示すリミットスイッチのＭＥＡＳ信号がタイミングｔ、
で出力される。

するトマイコン３１は、プログラマブル直流電源３２の
出力ｖＭを零にし、モータの両端子間を短絡して急速停
止させる。この間でもネジは締付けられている。タイミ
ングｔ５から一定時間Ｔ１を経たｔ４の時点でプログラ
マブル直流電源３２の出力電圧ｖＭを目標のネジ締めト
ルクを発生するのに必要な電圧の約Ａ〜％程度の電圧ｖ
ｓに設定する。

するとモータは低い回転数でネジを締付けてゆく。

やがて、タイミングｔ５になると、ネジが着座し、トル
ク電圧Ｖは急激に増加する。マイコン３１はム一り変換
回路３０に対しタイミングｔ５　　の時点から短い周期
でＡ−Ｄ変換開始信号ＡＤＳＴを与え、常時このトルク
電圧Ｖを監視する。ところで、ネジ締め用の直流モータ
電流工、と出力トルクＴ。

は前述の第（１）式のような関係にあるので、３４で示
す設定スイッチＢで設定された値をもとにトルク電圧Ｖ
より、ネジ締め時のトルクＴ、が算出できる。そこで、
このトルク電圧Ｖが設定締付トルクの約Ａ−Ａ程度の値
ｖｔを超過した時点ｔ６において、マイコン３１はプロ
グラマブル直流電源３２の出力ｖＭを一定時間間隔（Δ
Ｔ）で直線的にに増加させてゆく。すでに着座している
のでネジは低速回転で徐々に締付けられる。トルク出力
が所定の締付トルク値ｖ１になるまで、マイコン３１は
ム一り変換回路３ｏの出力を監視する。ところが、第６
図でタイミングがｔ７〜１８．１．〜ｔ１゜のように、
同一電圧をモータに印加してネジ締めすると、ネジ締め
に必要なトルクがいったん減少し、その後再び増加する
ような場合がある。原因は、ネジが着座した後、ネジが
回転する角度によりネジ締めされる母材とネジ類との接
触面・での境界面の摩擦力が異なるためと考えられる。

この場合、マイコン３１はプログラマブル直流３２の出
力ｖＭを時間経過に対し直線的に増加するのを−たん停
止し、一定電圧にする。（ｔ７１　ｔ９の時点）そして
これまでのトルク電圧Ｖの最大値、即ち、タイミングｔ
７ではｖｌの値、タイミングｔ、ではＴ２　　の値を記
憶する。その後、トルク電圧Ｖの値を監視しつつけ、記
憶している最大値ｖ、またはＴ２の値をトルク電圧Ｖが
超過したタイミングｔ８またはｔ、ｏより再びプログラ
マブル直流電源３２の出力を時間に比例して増加させる
。その後、トルク電圧Ｖの値が目標の締付トルクｖＩＬ
となったｔｌ、のタイミングでマイコン４８はプログラ
マブル直流電源３２の出力ｖＭを零にするとともにモー
タへの電圧印加を停止する。

ｔＮの時点から若干の待ち時間を経て、タイミングｔ１
２でマイコン３１は前記のネジ締め完了を示すＥＮＤ信
号をＯＮＬ、信号Ｓ、をＯＦＦしてエアシリンダ６をＯ
ＦＦする。既に述べたようにｖｏの値はトルクが零の時
の値である。　したがって、トルク電圧Ｖの監視のタイ
ミングｔ６〜ｔ、１の間において、マイコン３１は（Ｖ
　−Ｖｏ）　　の値がｖｔまたはＴ４と等しいかどうか
として判断することにより、電流検出器２了や前段増幅
器２８の温度変化等を原因とするドリフト分による誤差
を相殺することも可能である。

タイミングｔｌ２以降、マイコン３１は電源ＯＮの直後
の状態と同じように、Ａ−Ｄ変換器３０を介してトルク
電圧Ｖを入力する。そして再び５ＴＡＲＴ信号がＯＮす
るのを待つ。

ところで、スタート時点から着座の直前壕での間はモー
タに定格電圧が印加されているため、高速のネジ締めが
できるとともに、ネジが締付は材料にくい込む時のトル
クが大きくても問題なくネジ締めできる。またネジの着
座直前までモータを高速回転させるのでネジが材料にく
い込んだ後の時間を短縮できる。そして、ネジの着座の
直前にモータを止め、その後マイコンがプログラマブル
直流電源を制御し、モータを低速回転でネジ締めを行な
い、目標の締付トルクとなった時、モータの印加電圧を
零にする。低速でネジ締めを完了するため、モータの慣
性の影響がなくなり、ネジ締めトルクのバラツキの少な
い正確なネジ締めが可能となる。

以上のように動作させるためのマイクロコンピュータの
概略フローチャートを第７図に示す。なお、タイミング
ｔ、は外部からのＭ］ＩｃＡｓ信号により検出したがマ
イコン３１によりタイマーでｔ。

からｔ５までの時間を管理することによっても同様な制
御が可能である。

一方、３４で示す設定スイッチＢによシモータのトルク
定数を設定しているが、モータが故障するまでは、一定
値であるから、マイコンのＲＯＭ内に、このトルク定数
を記憶させておき、設定スイッチＢを使わずに本発明を
実施できる。

発明の効果 本発明によれば、ネジ締め時の電動ドライバの直流モー
タの電流をＡ−Ｄ変換して、マイクロコンピュータに入
力する一方、プログラマブル電源をマイクロコンピュー
タで制御しネジの着座の直前まで電動ドライバのモータ
に定格電圧を印加し、着座の直前に−たんモータを急速
停止させ、つづいて、徐々にモータの印加電圧を上昇さ
せながら、モータの電流値を監視し、モータの電流値が
減少する傾向の時は、モータの印加電圧を固定し、モー
タ電流の値がそれまでの最大値より増加した場合のみモ
ータの印加電圧を上昇させるようにして、ゆっくりと締
付けるとともに前記トルク検出器の信号出力をマイクロ
コンピュータで監視し、この信号出力があらかじめ設定
された締付トルクとなった時、電動ドライバのモータを
停止させるような制御を行なうことにより、ネジ締め時
間が短縮でき、かつ、締付はトルクのバラツキが少なく
、高精度のネジ締めが行なえるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるネジ締め装置の機構
部の側面図、第２図は第１図から電動ドライバ部分を取
外した機構部の正面図、第３図はネジ締め装置の先端部
の断面図、第４図はモータ電流とトルクの関係図、第６
図は同実施例の制御回路ブＣＩ７り図、第６図は同動作
タイミング図、ｍ　７　図（ａ）　、　（ｂ）Ｈ同マイ
クロコンピュータのフローチャート図である。 １・・・・・・電動ドライバ、２２・・・・・・リミッ
トスイッチ、２了・・・・・・電流検出器、２８・・・
・・前段増幅器、２９・・・・・・ローパスフィルタ回
路、３０・・・・・・ム一り変換回路、３１・・・・マ
イクロコンピュータ、３２・・・・・プログラマブル直
流電源、３３・・・・・・設定スイッチ。 代理人の氏名　央理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図　　　　第２図 第３図 第４図 キジを争りトルり 第５図 第６図 第７図 （の）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）直流モータと、直流モータからの締付トルクをネ
   ジに伝達するビットと、前記直流モータに流れる電流を
   検出する電流検出器と、この電流検出器の信号出力の高
   域成分を除去するローパスフィルタ回路と、このローパ
   スフィルタ回路の出力をデジタル値に変換するアナログ
   ・デジタル変換回路と、ネジ締付トルクの目標値をデジ
   タル値で設定するための設定スイッチと、直流電圧出力
   をデジタル入力信号により可変できるプログラマブル直
   流電源と、ネジの着座直前のタイミングを検出する着座
   前検出手段と前記アナログ・デジタル変換回路の出力と
   前記設定スイッチの目標値を比較して一致信号を出力す
   る比較回路と、外部装置からのネジ締め開始信号を受け
   、前記着座前検出手段の出力を受信するまで前記プログ
   ラマブル直流電源の出力を前記直流モータの定格電圧を
   印加する第１のトルク制御回路と、前記着座検出手段の
   出力を受け、前記プログラマブル直流電源の出力をネジ
   締め目標トルクの数分の１のトルクを直流モータが発生
   するための値となるよう設定し、前記アナログ・デジタ
   ル変換回路の出力を監視してネジが直座するタイミング
   を検出する着座検出手段と、着座検出手段の出力を受け
   、前記アナログ・デジタル変換回路の出力の最大値があ
   るたび更新して記憶する記憶手段と、前記アナログ・デ
   ジタル変換回路の出力と記憶手段の内容との差を計算す
   る減算回路と、前記着座検出手段の出力を受け、前記減
   算回路の出力が正であり、かつ前記比較回路の一致信号
   が出るまで前記プログラマブル直流電源の出力を漸次増
   加する第２のトルク制御回路とを備えたネジ締め装置。