(57)【要約】【課題】ねじ込み開始位置におけるねじの安定性を確保できるねじ締め装置の提供。【解決手段】本発明は、ＡＣサーボモータ４１の駆動を受けて回転可能かつねじに係合可能なドライバビット４３を有するねじ締めツール４と、このねじ締めツール４を軸方向に往復移動操作可能な往復移動手段３と、前記ねじ締めツール４の軸方向移動位置に応じてねじ締めツール４からねじに与えられる押圧力が変更されるよう前記往復移動手段３を制御する制御手段５とを有する。この制御手段５は、ねじのねじ込み開始位置において、前記ねじ締めツール４からねじに与えられる押圧力が弱まるよう往復移動手段３を制御するとともに、停止状態から徐々に回転数が増加するよう前記ＡＣサーボモータ４１を駆動制御する。【選択図】図１
2004330306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動源の駆動を受けて回転可能かつねじに係合可能なドライバビットを有するねじ締めツールと、
前記ねじ締めツールを軸方向に往復移動操作可能な往復移動手段と、
前記ねじ締めツールの軸方向移動位置に応じてねじ締めツールからねじに与えられる押圧力が変更されるよう前記往復移動手段を制御するとともに、ねじのねじ込み開始位置において前記回転駆動源を停止状態から徐々に回転数が増加するよう駆動制御する制御手段と
を有して成ることを特徴とするねじ締め装置。
【請求項２】
制御手段は、ねじ込み開始位置の手前所定位置にドライバビットが移動するのを受け、ドライバビットの推進力が低くなるよう往復移動手段を制御することを特徴とする請求項１に記載のねじ締め装置。
【請求項３】
ねじ締めツールは、ねじに与えられる押圧力に応じた信号を出力可能な押圧力検出手段を有し、また、制御手段は、前記押圧力検出手段の出力信号を受けて往復移動手段への駆動指令信号を補正するよう構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のねじ締め装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークにねじを締め付ける時にねじ締めツールからねじに与えられる押圧力を適宜変更可能なねじ締め装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特許文献に示すようなねじ締め機が知られている。このねじ締め機は、ねじの頭部に係合可能なドライバビットを有し、このドライバビットを回転駆動源であるビット駆動用モータに緩衝機構を介することなく直結するとともに、これらを往復移動手段に支持して一体に往復移動可能に成したものである。往復移動手段は、往復移動用モータの駆動を受けて回転するねじ軸と、このねじ軸に螺合するナット部材とを有する所謂ボールねじ機構である。前記ビット駆動用モータないしドライバビットは、ナット部材に連結されており、ナット部材のねじ軸方向への移動にともない、これと一体に移動するように構成されているものである。
【０００３】
従来のねじ締め機でワークにねじを締め付ける場合、ドライバビットはビット駆動用モータの駆動で回転し、ねじの頭部に係合してねじに回転伝達を行う。一方で、ドライバビットには往復移動手段の作動により軸方向への推進力が与えられ、この結果ドライバビットは、ねじのねじ込みに必要な力でねじに押圧される。この押圧力は、ドライバビットの軸方向移動位置、すなわちねじのねじ込み位置に応じて変更される。
【０００４】
【特許文献】特許第２８０５８２０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のねじ締め機においては、ドライバビットを作業開始当初から回転させておくと、途中でドライバビットに吸着係合したねじは、高速回転しながらワークのねじ込み位置に到達・接触する。このため、ねじとめねじとの初期喰い付きが不正確になる等の問題が発生する。また、ドライバビットをねじ込み開始位置に到達した段階で回転駆動する場合にも、ドライバビットが急に高速回転することになるため、前記不具合の発生を抑えることはできない。さらに上記ねじ締め機においては、ねじ込み開始位置に到達した段階で往復移動用モータがトルク制御され、ドライバビットはねじに所定の押圧力で押圧される。この押圧力がねじ込み開始段階から大きいと、ねじがめねじに喰い付く前に倒れたり、めねじに正しく喰い付かなくなる等の不具合が発生する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑みて創成されたものであり、回転駆動源の駆動を受けて回転可能かつねじに係合可能なドライバビットを有するねじ締めツールと、前記ねじ締めツールを軸方向に往復移動操作可能な往復移動手段と、前記ねじ締めツールの軸方向移動位置に応じてねじ締めツールからねじに与えられる押圧力が変更されるよう前記往復移動手段を制御するとともに、ねじのねじ込み開始位置において前記回転駆動源を停止状態から徐々に回転数が増加するよう駆動制御する制御手段とを有して成ることを特徴とする。
【０００７】
前記制御手段は、ねじ込み開始位置の手前所定位置にドライバビットが移動するのを受け、ドライバビットの推進力が低くなるよう往復移動手段を制御するものであることが望ましい。また、前記ねじ締めツールは、ねじに与えられる押圧力に応じた信号を出力可能な押圧力検出手段を有し、また、制御手段は、前記押圧力検出手段の出力信号を受けて前記往復移動手段への駆動指令信号を補正するよう構成されていることが望ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１ないし図３において、１はねじ締め装置であり、コラム２に配した往復駆動手段３と、この往復駆動手段３に連結されたねじ締めツール４と、往復移動手段３およびねじ締めツール４の制御を行うための制御手段５とを備えている。
【０００９】
前記往復移動手段３は、ボールねじ機構で構成されている。このボールねじ機構は、ＡＣサーボモータ３１（以下、モータ３１という）と、このモータ３１の駆動を受けて回転するねじ軸３２と、このねじ軸３２の回転にともない当該ねじ軸３２の軸線方向に往復移動するナット部材３３と、このナット部材３３に一体に連結された移動テーブル３４と、前記モータ３１の出力軸の回転に応じてパルス信号を出力するロータリエンコーダ３５（以下、エンコーダ３５という）とを備えている。前記テーブル３４は案内軸２ａに案内してあり、テーブル３４が矢印Ｙ方向に確実に往復移動できるように構成されている。
【００１０】
前記ねじ締めツール４は、回転駆動源の一例であるＡＣサーボモータ４１（以下、モータ４１という）の駆動を受けて回転する駆動軸４１ａを有し、駆動軸４１ａには、伝達軸４２を介してドライバビット４３が連結されている。この駆動軸４１ａ、伝達軸４２、ドライバビット４３は、間に緩衝機構等を設けず直結されている。なお、ドライバビット４３はエア吸引を行う吸引スリーブ４４に内包してあり、この吸引スリーブ４４にねじ８０を吸引することにより、ドライバビット４３先端にねじ８０を吸引保持できるように構成される。また、モータ４１にはロータリエンコーダ４６（以下、エンコーダ４６という）が備えられており、モータ４１の駆動軸４１ａの回転に伴ってパルス信号を出力するように構成されている。
【００１１】
また、前記モータ４１にはテーブル３４に据えられる台座４５が設けられ、この台座４５には、押圧力検出手段６が配置してある。この押圧力検出手段６は、図２に示すように、ブリッジ回路を構成するよう台座４５に貼付された歪みゲージ６１でなる検出抵抗と、このブリッジ回路に基準電圧を供給する電源６２と、ブリッジ回路の出力端に接続された信号増幅用の差動アンプ６３と、この差動アンプ６３の出力端に接続されて差動アンプ６３の出力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部６４とを備えている。このＡ／Ｄ変換部６４は、制御手段５の後記制御部５１に接続されている。
【００１２】
前記歪みゲージ６１で構成されるブリッジ回路の出力電圧は、ねじ締めツール４の軸方向（矢印Ｙ方向）に台座４５が歪むのに応じて変動する。つまり、往復駆動手段３の作動を受けてねじ締めツール４が軸方向に移動し、これによってドライバビット４３がねじ８０に押圧された時、その軸方向の反力を受けて台座４５が歪むのを検出できるのである。このブリッジ回路の出力電圧信号は、差動アンプ６３で増幅され、Ａ／Ｄ変換部６４でディジタル変換されて制御部５１に送られ、ここで解析される。これにより、ドライバビット４３からねじ８０に与えられる押圧力を検出できるよう構成されている。
【００１３】
前記制御手段５は、制御部５１と、この制御部５１からの指令を受けて前記モータ３１の駆動を制御するモータ駆動部５２と、制御部５１からの指令を受けて前記モータ４１の駆動を制御するモータ駆動部５３と、前記エンコーダ３５の出力するパルス信号を処理して制御部５１に送るパルス処理部５４と、前記エンコーダ４６が出力するパルス信号を処理して制御部５１に送るパルス処理部５５と、各種制御データ等を記憶保持するための記憶部５６と、情報表示用の表示部５７と、各種設定値を入力可能な入力部５８とを備える。
【００１４】
前記記憶部５６には、図３に示すように、原点からねじがワークに接触する手前の所定位置（以下、ワーク手前ねじ位置という）までのドライバビット４３の移動位置データ、原点からねじがワークのねじ込み位置に接触する位置（以下、ねじ込み開始位置という）までのドライバビット４３の移動位置データ、原点からねじが着座する直前の位置（以下、着座前位置という）までのドライバビット４３の移動位置データ、および原点からねじが最終的に締付けられる位置（以下、締付完了位置という）までのドライバビット４３の移動位置データが予め登録されている。また、記憶部５６には、ねじ８０が着座した後、最終的に締付けられるまでに発生する所定の前段トルクおよび、ねじ８０が最終的に締付けられた状態で発生する最終締付トルクにそれぞれ対応するモータ４１の負荷電流値（以下、それぞれ前段電流値、最終締付電流値という）も予め登録されている。さらに、記憶部５６には、前記ドライバビット４３の各移動位置においてモータ３１に与える指令値が予め登録されている。制御部５１は、これらの制御データを必要に応じて使用し、モータ３１およびモータ４１の駆動制御を行い、後述のねじ締め制御を実行する。
【００１５】
制御部５１は、図４および図５に示すように、
Ｓ１：スタート信号の入力を待つ。
Ｓ２：モータ駆動部５２に正転駆動指令信号および高速駆動指令信号を送る。
Ｓ３：エンコーダ３５のパルス信号からドライバビット４３の原点からの移動位置を割り出す。
Ｓ４：ドライバビット４３の移動位置がワーク手前ねじ位置に達しているか否かを確認し、達していない場合はＳ３に戻る。
Ｓ５：モータ駆動部５２に低トルク駆動指令信号を送る。
Ｓ６：エンコーダ３５のパルス信号からドライバビット４３の原点からの移動位置を割り出す。
Ｓ７：ドライバビット４３の移動位置がねじ込み開始位置に達しているか否かを確認し、達していない場合はＳ６に戻る。
Ｓ８：モータ駆動部５３に速度微増駆動指令信号を送る。
Ｓ９：押圧力検出手段６の信号から押圧力の実測値を割り出す。
Ｓ１０：押圧力の実測値と指令値との差分に基づき、それまでの低トルク駆動指令信号を補正し、これをモータ駆動部５２に送る。
Ｓ１１：エンコーダ４６のパルス信号からモータ４１の回転数が所定の回転数Ｒに達したか否かを確認し、達していない場合はＳ９に戻る。
Ｓ１２：モータ駆動部５２に中トルク駆動指令信号，モータ駆動部５３に高速駆動指令信号を送る。
Ｓ１３：押圧力検出手段６の信号から押圧力の実測値を割り出す。
Ｓ１４：押圧力の実測値と指令値との差分に基づき、それまでの中トルク駆動指令信号を補正し、これをモータ駆動部５２に送る。
Ｓ１５：エンコーダ３５のパルス信号からドライバビット４３の原点からの移動位置を割り出す。
Ｓ１６：ドライバビット４３の移動位置が着座前位置に達しているか否かを確認し、達していない場合は、Ｓ１３に戻る。
Ｓ１７：モータ駆動部５２に高トルク駆動指令信号を送る。
Ｓ１８：押圧力検出手段６の信号から押圧力の実測値を割り出す。
Ｓ１９：押圧力の実測値と指令値との差分に基づき、それまでの高トルク駆動指令信号を補正し、これをモータ駆動部５２に送る。
Ｓ２０：フラグの状態を確認し、フラグが立っている場合はＳ２５にジャンプする。
Ｓ２１：モータ駆動部５３からモータ４１の負荷電流値を取得する。
Ｓ２２：負荷電流値が前段電流値に達しているか否かを確認し、達していない場合はＳ１８に戻る。
Ｓ２３：フラグを立てる。
Ｓ２４：モータ駆動部５３に低速駆動指令信号を送る。
Ｓ２５：モータ駆動部５３からモータ４１の負荷電流値を取得する。
Ｓ２６：取得した負荷電流値が最終締付電流値に達しているか否かを確認し、達していない場合はＳ１８に戻る。
Ｓ２７：エンコーダ３５のパルス信号からドライバビット４３の原点からの移動位置を割り出す。
Ｓ２８：ドライバビット４３の移動位置が締付け完了位置±検出幅の範囲に達しているか否かを確認し、達していない場合は、Ｓ３５にジャンプする。
Ｓ２９：モータ駆動部５２，５３に駆動停止指令信号、表示部５７に締付完了表示指令信号を送る。
Ｓ３０：モータ駆動部５２に逆転駆動指令信号を送る。
Ｓ３１：エンコーダ３５のパルス信号からドライバビット４３の原点からの移動量を割り出す。
Ｓ３２：ドライバビット４３の移動量が原点位置に達したか否かを確認し、達していない場合は、Ｓ３１に戻る。
Ｓ３３：モータ駆動部５２に駆動停止指令信号を与える。
Ｓ３４：フラグを倒してエンド。
Ｓ３５：モータ駆動部５２，５３に駆動停止指令信号、表示部５７にエラー表示指令信号を送り、Ｓ３０にジャンプする。
の処理手順でねじ締め制御を行う。なお、図４および図５では省略しているが、制御部５１は、ねじ締め制御の開始時点から内蔵タイマ（図示せず）による計時を行い、所定のタイミングで経過時間をチェックする。そして、所定時間内にねじ締め制御が完了しない場合には、作業を一旦停止し、表示部５７にエラー表示を行う。また、図４および図５では、文字数の都合上、モータ駆動部５２をＭ１、モータ駆動部５３をＭ２と表現している。
【００１６】
上述の通り、制御部５１はワーク手前ねじ位置まではモータ３１を速度制御する（図３参照）。このため、ワーク手前ねじ位置までは、ねじ締めツール４およびねじ８０の軸方向移動速度が所定速度に制御される。また、制御部５１は、ワーク手前ねじ位置以降はモータ３１をトルク制御する（図３参照）。このため、ワーク手前ねじ位置以降は、ねじ締めツール４からねじ８０に与えられる押圧力が所定の力に制御される。なお、図３においては、モータ３１の回転速度および出力トルクそれぞれのチャートに破線部で示した部分があるが、この部分は制御されない部分を例示したものである。よって、必ずしも、このチャート通りの波形が現れるとは限らない。
【００１７】
次に本ねじ締め装置１の作用について、図３ないし図５に従って説明する。
ワークのめねじ上に配置されたキャッチャ（図示せず）にねじ８０が保持されると、まず、モータ３１が高速で正転駆動する。これにより、テーブル３４ないしねじ締めツール４は高速で下降し始める。
【００１８】
テーブル３４等が下降する過程で、ドライバビット４３先端にはキャッチャに保持されたねじ８０が吸引保持される。そして、ドライバビット４３がワーク手前ねじ位置に達すると、これを受けてモータ３１が低トルク駆動に切り替えられる。この結果、ドライバビット４３の推進力が弱められ、ドライバビット４３がねじ込み開始位置に到達してねじ８０がワークに接する時の衝撃を緩和することができる。
【００１９】
ドライバビット４３がねじ込み開始位置に達すると、制御部５１からモータ駆動部５３に速度微増駆動指令が送られ、モータ４１が所定の回転速度Ｒまで徐々に回転数を増加させるよう低速駆動する。これにより、ドライバビット４３は停止状態（回転数０）から所定の回転速度まで徐々に回転数を上げて回転し始める。この結果、ドライバビット４３のねじ８０の駆動穴への係合動作、およびねじ８０のめねじへの初期喰い付き動作が慎重かつ滑らかに行われる。
【００２０】
ドライバビット４３がねじ込み開始位置に達してモータ４１が速度微増駆動する間、ドライバビット４３からねじ８０に与えられている押圧力が押圧力検出手段６の信号から割り出され、これが指令値と比較され、その差分に応じてモータ駆動部５２へ与える低トルク駆動指令信号の補正が繰り返される。これにより、ねじ込み開始位置からモータ４１が速度微増駆動している間、ドライバビット４３の押圧力は低い値に正確に保たれる。
【００２１】
前述のように、ねじ込み開始位置においてモータ４１が速度微増駆動する間の押圧力が低い値に正しく制御されることにより、ドライバビット４３のねじ８０への係合動作、およびねじ８０のめねじへの初期喰い付き動作を、より一層慎重かつ滑らかに行うことが可能になる。よって、ドライバビット４３が高速回転してねじ８０の駆動穴に係合することによって起こるねじ８０の駆動穴の変形・摩滅や、ねじ８０がワークに当接した時の衝撃で倒れる等して発生するねじ８０とめねじとの初期喰い付き不良等の各種不具合の発生を防止し、確実にねじ８０のねじ込みを開始することができる。
【００２２】
モータ４１の回転数が所定の回転速度Ｒに達すると、モータ４１は高速駆動に切り替えられる。これにより、ドライバビット４３が高速回転するため、ねじ８０は高速でねじ込まれる。また、同時にモータ３１は、中トルク駆動に切り替えられ、これにより、ドライバビット４３は、ねじ８０のねじ込みに的確に追従し、かつねじ８０を必要以上に押圧しない程度の押圧力でねじ８０に押圧される。このモータ３１の中トルク駆動下でも、前述同様にモータ駆動部５２への指令値が補正され、押圧力が適正に保たれる。これにより、ねじ８０のねじ部とめねじとに余計な摩擦抵抗を生じさせることなく、しかもカムアウトを確実に防止しつつ、ねじ８０を高速でねじ込むことが可能である。
【００２３】
その後、ドライバビット４３が着座前位置に到達すると、モータ３１が高トルク駆動に切り替えられる。これにより、ドライバビット４３をねじ８０に押圧する押圧力が高められる。よって、続くねじ８０の着座にともなって急激に増加する締付トルクの影響で、ドライバビット４３とねじ８０との係合が外れてしまう所謂カムアウトの発生を防ぐことができる。
【００２４】
ねじ８０が着座した後、モータ４１の負荷電流値が前段電流値に達したことが検出されると、モータ４１は低速駆動に切り替えられる。これにより、高速回転を続けていたドライバビット４３は低速回転に切り替わり、ねじ８０を最終締付トルクが発生するまで（モータ４１の負荷電流値が最終締付電流値に到達するまで）徐々に締め付ける。
【００２５】
着座前位置からモータ４１の負荷電流値が最終締付電流値に到達するまでの間、モータ３１は高トルク制御で駆動されるため、ドライバビット４３は高い押圧力でねじ８０に押圧される。この間も、前述同様にモータ駆動部５２への指令値が補正され、押圧力は適正に保たれる。よって、高い押圧力下でのカムアウトについても防止し、確実にねじ８０を締め付けることが可能である。
【００２６】
モータ４１の負荷電流値が最終締付電流値に到達すると、ドライバビット４３が最終締付位置±許容高さの範囲内に到達しているか否かが確認される。これにより、ねじ８０の締付トルクと締付高さの両方が確認されることとなり、両方共ＯＫである場合には締付完了となる。この時、締付高さが所定の範囲内に収まっていない場合にはエラーとなる。ねじの締め付けが完了すると、モータ３１は逆転駆動し、これを受けてねじ締めツール４は原点位置に戻され、次の作業に備える。
【００２７】
以上の説明では、キャッチャに保持されたねじ８０をワークにねじ込み、締め付ける例を紹介したが、これ以外にも、例えばワークのめねじに予めある程度ねじ込まれたねじ（以下、仮締めされたねじという場合がある）を締め付ける場合にも本発明は有益である。具体的には、仮締めされたねじにドライバビット４３が当接する位置をねじ込み開始位置に設定し、このねじ込み開始位置手前の所定位置にドライバビット４３が下降した段階でモータ３１を低トルク駆動に切り替える。そして、ドライバビット４３がねじ込み開始位置に達するとモータ４１を所定の回転速度Ｒまで徐々に回転数が増加するよう駆動する。この結果、ドライバビット４３を緩やかにねじ８０に係合させ、円滑にねじ８０のねじ込みを開始することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明に係るねじ締め装置は、ねじ込み開始位置においてドライバビットを停止状態から徐々に回転数が増加するように駆動するものであるため、ドライバビットをねじに慎重かつ滑らかに係合させることができ、ねじの駆動穴の変形、摩滅等を防止できる。また、ドライバビット先端にねじを吸着保持してからワークに到達させてねじ込みを行う場合には、ねじとワークのめねじとの初期喰い付きを正確に得ることが可能になる。また、ねじ込み開始位置の手前所定位置にドライバビットが移動するのを受け、ドライバビットの推進力が弱められるため、ねじ込み開始位置に到達した時にドライバビットからねじに与えられる押圧力を低減し、前述の効果をより一層顕著なものとすることができる。さらに、本ねじ締め装置においては、ドライバビットをねじに押圧する力を押圧力検出手段により検出し、この結果に応じてドライバビットに推進力を与える往復移動手段への駆動指令値を補正している。このため、ねじ込み開始位置において、ねじとめねじとの初期喰い付きが得られるまでの間の低い押圧力を正確に管理することが可能になり、この結果、前述の効果はさらに顕著となる。このように、本発明のねじ締め装置によれば、ねじ込み開始位置における各種不具合の発生を防止し、作業の安定性を高めることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るねじ締め装置の概略全体説明図である。
【図２】本発明に係るねじ締め装置の要部を示すブロック説明図である。
【図３】本発明に係るねじ締め装置によるねじ締めの過程と各ＡＣサーボモータの駆動制御および押圧力の変化の関係を示す説明図である。
【図４】本発明に係るねじ締め装置によるねじ締め制御処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係るねじ締め装置によるねじ締め制御処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  ねじ締め装置
２  コラム
３  往復移動手段
３１  ＡＣサーボモータ
４  ねじ締めツール
４１  ＡＣサーボモータ
４２  伝達軸
４３  ドライバビット
４４  吸引スリーブ
４５  台座
５  制御手段
５１  制御部
５２  モータ駆動部
５３  モータ駆動部
５４  パルス処理部
５５  パルス処理部
５６  記憶部
５７  表示部
５８  入力部
６  押圧力検出手段
６１  歪みゲージ
６２  電源
６３  差動アンプ
６４  Ａ／Ｄ変換部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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