(57)【要約】【課題】回転角度差によるトルク検出を安定して行うことができる部品締結ドライバユニットの提供。【解決手段】本発明は、ＡＣサーボモータ２０の駆動軸２０ａと駆動工具２５とをねじりコイルばね２２を介して連結し、駆動軸２０ａの絶対回転角度を示す信号を出力可能なレゾルバ２１と、駆動工具２５の絶対回転角度を示す信号を出力可能なレゾルバ２４と、制御ユニット３とを備えている。制御ユニット３は、これらレゾルバ２１，２４の信号からＡＣサーボモータ２０が駆動していない状態での駆動軸２０ａと駆動工具２４との固有回転角度差を割り出し、この固有回転角度差が部品締結時の回転負荷トルクを検出するための回転角度差の使用領域よりも低い領域にあるか否かを確認する。【選択図】図１
2006055955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動手段と、この回転駆動手段の駆動軸と弾性部材を介して連結された駆動工具とを有する部品締結ドライバユニットであって、
前記回転駆動手段の駆動軸の絶対回転角度を示す信号を出力可能な第一回転角検出手段と、前記駆動工具の絶対回転角度を示す信号を出力可能な第二回転角検出手段と、これら第一回転角検出手段と第二回転角検出手段とから回転駆動手段が駆動していない状態で出力される各信号から駆動軸と駆動工具との固有回転角度差を割り出し、この固有回転角度差が前記回転駆動手段の駆動により駆動工具が回転する時に第一回転角検出手段および第二回転角検出手段からそれぞれ発せられる信号から得られる回転角度差の使用領域よりも低い領域にあるか否かを確認する制御ユニットとを備えていることを特徴とする部品締結ドライバユニット。
【請求項２】
第一、第二回転角検出手段は共にレゾルバであり、弾性部材はねじりコイルばねであることを特徴とする請求項１に記載の部品締結ドライバユニット。
【請求項３】
制御ユニットは、固有回転角度差の確認を部品の締結作業毎に行うものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の部品締結ドライバユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークにねじ等の部品を締結する部品締結ドライバユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ワークにねじを締結するため、特許文献１に開示されたねじ締め装置が使用されている。このねじ締め装置は、モータの駆動軸と、この駆動軸の同軸線上に回転自在に設けられた出力軸とをコイルばねで連結し、駆動軸と出力軸との双方の回転を検出するためのエンコーダをそれぞれ設け、さらに出力軸には一体に回転するドライバビットを連結して成るものである。このねじ締め装置を用いてワークにねじを締め付ける場合には、ドライバビットをねじ頭部に係合させ、これをモータの駆動により回転させてねじに回転を付与する。この時、ねじの締め込みに伴ってドライバビットには相応の締付トルクが作用するため、これがドライバビットの回転負荷となってコイルばねがねじれる。結果、２つのエンコーダによって検出されるドライバビットの回転角度とモータ駆動軸の回転角度とに差が生じることとなるため、この回転角度差から締付トルクを割り出すことができる。
【０００３】
【特許文献１】特開平２００３−１６６８８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来のねじ締め装置において、締付トルク精度は、コイルばねの特性や出力軸等の回転部品と周囲との摩擦に大きく左右される。例えば、コイルばねが経年変化（ヘタリ）を生じると、トルク伝達性能等が変化し、これによって両エンコーダの回転角度差から割り出される締付トルクと、実際にねじに伝えられているトルクとの間に誤差が生じる恐れがある。軸受の劣化による焼き付きにより、出力軸の回転負荷が大きくなる場合も同様である。また、コイルばねについては、経年変化によるねじり方向の歪みが限界を超えると、破断することすらある。こういったことから、コイルばねの歪みや回転部品の摩擦状態を把握し、それに基づいて適切な部品交換時期を見極めることがねじ締め装置の効率的な運用には必要不可欠であるが、従来のねじ締め装置においては、コイルばね等の状態を知ることができず、これにより締付トルク精度が不安定になる等の問題が発生していた。特に、最近では極小精密ねじ等の小さなねじに対応して低い領域の締付トルク管理が望まれているが、こうした低い領域の締付トルク管理においては前述の問題が顕著になる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、回転角度差によるトルク検出を安定して行うことができる部品締結ドライバユニットの提供を目的とする。この目的を達成するために本発明は、回転駆動手段と、この回転駆動手段の駆動軸と弾性部材を介して連結された駆動工具とを有する部品締結ドライバユニットであって、前記回転駆動手段の駆動軸の絶対回転角度を示す信号を出力可能な第一回転角検出手段と、前記駆動工具の絶対回転角度を示す信号を出力可能な第二回転角検出手段と、これら第一回転角検出手段と第二回転角検出手段とから回転駆動手段が駆動していない状態で出力される各信号から駆動軸と駆動工具との固有回転角度差を割り出し、この固有回転角度差が前記回転駆動手段の駆動により駆動工具が回転する時に第一回転角検出手段および第二回転角検出手段からそれぞれ発せられる信号から得られる回転角度差の使用領域よりも低い領域にあるか否かを確認する制御ユニットとを備えていることを特徴とする。なお、前記第一、第二回転角検出手段は共にレゾルバであり、前記弾性部材はねじりコイルばねであることが望ましい。また、前記制御ユニットは、固有回転角度差の確認を部品の締結作業毎に行うものであることが望ましい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の部品締結ドライバユニットは、回転駆動手段の駆動軸と駆動工具との固有回転角度差が締付トルク検出に実際に利用する回転角度差の領域よりも低い領域にあるか否かを確認するものである。よって、回転駆動手段の駆動軸と駆動工具との間にある弾性部材の経年変化による歪み、回転部品の摩擦状態等を把握することができ、その結果により適切に部品の点検修理・交換を行うことができる。このため、回転角度差によるトルク検出を常に正確かつ安定して行うことができる等の利点がある。こういった効果を背景に本部品締結ドライバユニットでは、第一、第二回転角検出手段として分解能の高いレゾルバを採用し、また弾性部材として低いトルク領域でねじれる特性のねじりコイルばねを選定することにより、低い領域の締付トルク検出を常に正確かつ安定して行うことが可能になる。この結果、従来極めて困難であったＭ２以下の極小ねじのトルク管理締結も容易になる等の利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面に基づいて本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１において、１は部品締結ドライバユニットであり、ツールユニット２と、このツールユニット２を制御する制御ユニット３とを有する。
【０００８】
前記ツールユニット２は、回転駆動手段の一例としてＡＣサーボモータ２０（以下、単にモータ２０という）を有する。このモータ２０には、第一回転角検出手段の一例であるレゾルバ２１が組み付けられている。また、モータ２０の駆動軸２０ａには、弾性部材の一例であるねじりコイルばね２２（以下、コイルばね２２という）の一端が連結してあり、このコイルばね２２の他端は伝達軸２３に連結されている。この伝達軸２３は軸受により回転自在に支持されており、この伝達軸２３は、第二回転角検出手段の一例であるレゾルバ２４に連結されている。また、このレゾルバ２４には、ねじの十字状駆動穴に係合可能な先端形状を成す駆動工具２５が伝達軸２３と一体に回転するよう連結されている。このようにモータ２０の駆動軸２０ａないし駆動工具２５は、一体に回転するようになっており、駆動工具２５に回転負荷トルクが作用すると、これに伴ってコイルばね２２がねじれ、駆動軸２０ａと駆動工具２５との回転角度差が生じるようになっている。なお、コイルばね２２は駆動軸２０ａと伝達軸２３とに対して軸方向に移動可能に支持されており、これにより、コイルばね２２のねじれに伴う伸縮を許容するようになっている。
【０００９】
前記レゾルバ２１，２４は同様の構造であり、公知の構造のものである。図面で断面を示しているレゾルバ２４を例に説明すると、このレゾルバ２４は、励磁コイルと位置検出コイルとを備えるステータ２４ａ内に、回転トランス部を有するロータ２４ｂを回転自在に配置して成るものであり、励磁コイルから回転トランス部に励磁電圧を与えると、位置検出コイルには、この励磁電圧波形に対してロータ２４ｂの回転位相に対応する位相の電圧波形の出力電圧が出力される。この励磁電圧と出力電圧との位相差から、固定配置されたステータ２４ａに対して回転するロータ２４ｂの絶対回転角度を知ることができる。レゾルバ２１のロータ（図示せず）には駆動軸２０ａが、またレゾルバ２４のロータ２４ｂには伝達軸２３および駆動工具２５がそれぞれ一体に連結してある。よって、レゾルバ２１は駆動軸２０ａの絶対回転角度を示す出力電圧を、またレゾルバ２４では駆動工具２５の絶対回転角度を示す出力電圧をそれぞれ出力する。
【００１０】
前記制御ユニット３は、制御部３０と、この制御部３０からの指令を受けて前記モータ２０を駆動制御するモータ駆動部３１と、レゾルバ２１，２４にそれぞれ励磁電圧を印加するとともに、それぞれの出力電圧から回転角度を割り出すレゾルバ駆動部３２，３３と、レゾルバ駆動部３２，３３によって割り出された回転角度の差に応じた締付トルク、目標締付トルクなどの各種データおよびツールユニット２の駆動制御に必要な各種プログラム・パラメータ等を記憶した記憶部３４と、各種情報・信号入力を行う操作部３５と、各種情報を表示する表示部３６と、本ドライバユニット１が搭載されるロボット等（図示せず）との信号送受信を制御する入出力部３７とを備えて成る。
【００１１】
前記制御部３０は、電源が投入されると図２に示すように、
Ｓ０１：レゾルバ駆動部３２，３３に励磁指令信号を付与。
Ｓ０２：レゾルバ駆動部３２，３３から回転角度を読み込む。
Ｓ０３：回転角度の差（以下、これを固有回転角度差という）を算出。
Ｓ０４：固有回転角度差が閾値を超えていないか確認する。閾値を超えていない場合は、Ｓ０６にジャンプ。
Ｓ０５：表示部３６に部品交換表示指令信号を付与。
Ｓ０６：レゾルバ駆動部３２，３３に励磁停止指令信号を付与。
Ｓ０７：エンド。
となる起動チェック処理を行う。
【００１２】
また、制御部３０は、図３に示すように、
Ｓ１１：スタート指令信号の入力待ち。
Ｓ１２：モータ駆動部３１に駆動指令信号を付与。
Ｓ１３：レゾルバ駆動部３２，３３に励磁指令信号を付与。
Ｓ１４：レゾルバ駆動部３２，３３から回転角度を読み込む。
Ｓ１５：回転角度差を算出。
Ｓ１６：回転角度差に対応する締付トルクを記憶部３４から読み込む。
Ｓ１７：締付トルクを目標締付トルクと比較し、目標締付トルクに達していない場合は、Ｓ１４にジャンプ。
Ｓ１８：モータ駆動部３１に停止指令信号を付与。
Ｓ１９：表示部３６に完了表示指令信号を付与。
Ｓ２０：ロボットの待機位置復帰信号を待つ。
Ｓ２１：レゾルバ駆動部３２，３３から回転角度を読み込む。
Ｓ２２：固有回転角度差を算出。
Ｓ２３：固有回転角度差が閾値を超えていないか確認。閾値を超えていない場合は、Ｓ２５にジャンプ。
Ｓ２４：表示部３６に部品交換表示指令信号を付与。
Ｓ２５：レゾルバ駆動部３２，３３に励磁停止指令信号を送信。
Ｓ２６：エンド
となるねじ締め処理を実行する。
【００１３】
次に本発明に係る部品締結ドライバユニット１の作用を述べる。なお、ここでは本ドライバユニット１がロボット（図示せず）に搭載されている状態にあり、駆動工具２５の移動路前方には、ねじを保持するチャックユニット（図示せず）が設けられる構造での作用を述べる。
【００１４】
まず、電源が投入された時、本ドライバユニット１においては、上記起動チェック処理が行われる。この処理では、レゾルバ２１，２４に励磁電圧を印加し、それぞれの出力電圧から回転角度が求められ、その回転角度差（固有回転角度差）が求められる。ドライバユニット１製造過程では、レゾルバ２１，２４は双方の絶対原点が一致するように調整してツールユニット２に組み付けられる。しかし、コイルばねの経年変化（ヘタリ）や軸受の消耗等が生じると、この絶対原点にずれが生じる。例えば、コイルばね２２であれば経年変化により原形復帰できなくなる幅が徐々に大きくなるし、軸受が消耗すると伝達軸や出力軸の摩擦抵抗が増し、これらが本来原位置となる位置まで回転復帰することができなくなる。このようにして、駆動軸２０ａと駆動工具２５との間に固有回転角度差が生じるのであるが、その大きさを電源投入時の起動チェック処理により把握する。
【００１５】
通常、コイルばね２２をねじった後、これが完全に原形復帰することは考えられない。また、出力軸等の回転部品には軸受が消耗していなくても、何らかの摩擦抵抗が作用している。よって、固有回転角度差はツールユニット２の各部品が正常な状態の時でも生じてしまう。こういった正常状態での固有回転角度差が現れる領域は、図４に示すように、不感領域といって締付トルクと回転角度差との関係が都度一定にならない領域であり、実際の締付トルク制御には利用することがない。よって、正常状態での固有回転角度差が生じていても問題はない。通常は、回転角度差と締付トルクとの関係が安定する使用領域（図４参照）での利用が想定されているため、その下限値よりも低い領域内の回転角度差を固有回転角度差の閾値として設定して起動チェック処理が行われる。これにより、検出された固有回転角度差が閾値を超えている場合には、表示部３６に部品交換を報知するＬＥＤ点灯や、ディジタル表示器による表示を行う。
【００１６】
起動チェック処理が終わり、次に操作部３５のスタートスイッチ（図示せず）が押されると、チャックユニットにはねじが供給され、またロボットの動作によりドライバユニット１がワークのめねじ直上に移動する。同時に、制御ユニット３によりドライバユニット１のモータ２０が駆動し、駆動工具２５が回転を始める。また、レゾルバ２１，２４に励磁電圧が印加され、それぞれの出力電圧から回転角度の検出が開始される。続いてロボットの動作により、ツールユニット２がワーク側へ移動すると、駆動工具２５はチャックユニットに保持されたねじの駆動穴に係合し、かつ、このねじをチャックユニットから押し出してワークのめねじに締め込む。この時、駆動工具２５にはねじを締め付ける時の締付トルク（回転負荷トルク）が作用するため、これに応じてコイルばね２３が巻込み方向にねじれ、レゾルバ２１，２４の各出力電圧から得られる回転角度に差が生じる。制御ユニット３では、この回転角度差に応じた締付トルクが割り出されるとともに、この締付トルクが目標締付トルクに達したか否かが判定される。達していない場合は、新たな回転角度差に対応する締付トルクと目標締付トルクとの比較が繰り返される。また、締付トルクが目標締付トルクに達した場合には、モータ２０の駆動が停止し、その後にドライバユニット１はロボットの作動により所定の待機位置に戻される。また、この時、起動チェック処理と同様にレゾルバ２１，２４の出力電圧から固有回転角度差が求められ、これが閾値を超えていないか確認される。閾値を超えている場合は、表示部に部品交換を報知するＬＥＤ点灯や、ディジタル表示器による表示がなされる。この固有回転角度差の確認処理が完了した後、レゾルバ２１，２４への励磁電圧印加が停止されてねじ締め処理が完了する。なお、前述のねじ締め作業完了後に固有回転角度差を求めるタイミングであるが、これはロボットの作動により駆動工具２５がねじから離れ、かつコイルばね２３の原形復帰に伴う反動が収まった後、つまりは駆動工具２５の軸心回りの負荷が解除されて後とするのが効果的である。
【００１７】
以上のように、電源投入時と作業完了毎とに固有回転角度差を求めて確認することで、常にコイルばねや回転部品の状態を把握し、これらに異常が生じた時にはすぐに修理・交換することができる。従って、例えばコイルばねの経年変化による回転伝達性能の変化、軸受の劣化・消耗による焼き付き等の不具合に起因する誤った締付トルクの検出を防止し、常に正確な締付トルク検出が可能になり、ねじの締付け精度を高精度に保つことが可能になる。
【００１８】
なお、以上の説明では真の回転角度差から締付トルクを割り出し、これを目標締付トルクと比較する制御例を紹介したが、回転角度差を直接比較するようにしてもよい。また、ねじ締め作業完了毎に固有回転角度差を求めて確認するようにしたが、ねじ締め作業開始に当たってロボットが動作する前に固有回転角度差を求めて確認するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る部品締結ドライバユニットのブロック説明図。
【図２】本発明に係る部品締結ドライバユニットの起動チェック処理のフローチャート。
【図３】本発明に係る部品締結ドライバユニットのねじ締め処理のフローチャート。
【図４】本発明に係るレゾルバの特性を示すグラフ。
【符号の説明】
【００２０】
１  部品締結ドライバユニット
２  ツールユニット
３  制御ユニット
２０  ＡＣサーボモータ
２０ａ  駆動軸
２１  レゾルバ
２２  ねじりコイルばね
２４  レゾルバ
２５  駆動工具
【図１】
2006055955.tif 000003
【図２】
2006055955.tif 000004
【図３】
2006055955.tif 000005
【図４】
2006055955.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成16年8月25日(2004.8.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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