(57)【要約】【課題】  極小ねじのように低推力下でのねじ締めを行う必要があるねじの締め付けにおいて、正確な推力を付与して良好なねじ締めを行うこと。【解決手段】  本発明は、ねじ頭部に係合可能なドライバビット４２をＡＣサーボモータ４１により回転駆動するよう構成されたドライバツール４と、ワークにねじをねじ込む時に前記ドライバビット４２からねじに与えられる推力を変更する推力制御機構３とを備える。前記推力制御機構３は、前記ドライバツール４等のねじに質量に基づく荷重を与える部材の自重を支え得る自重支持力を発生する一方で、ワークにねじをねじ込む時に前記自重支持力よりも大きく、しかも自重支持力とは逆方向のねじを押圧する押圧力を発生するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ頭部に係合可能なドライバビットを回転駆動源により回転駆動するよう構成されたドライバツールと、ワークにねじをねじ込む時に前記ドライバビットからねじに与えられる推力を変更する推力制御機構とを備えた自動ねじ締め装置であって、
前記推力制御機構は、
前記ドライバツールを含み、締め付けるねじに質量に基づく荷重を与えるその他の部材の自重を支え得る自重支持力を発生する支持力発生部と、
ワークにねじをねじ込む時に前記自重支持力よりも大きく、しかも自重支持力とは逆方向のねじを押圧する押圧力を発生する押圧力発生部と
を備えて成ることを特徴とする自動ねじ締め装置。
【請求項２】
押圧力発生部は、異なる強さの押圧力を発生するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の自動ねじ締め装置。
【請求項３】
ねじ頭部に係合可能なドライバビットを回転駆動源により回転駆動するよう構成されたドライバツールと、ワークにねじをねじ込む時に前記ドライバビットからねじに与えられる推力を変更する推力制御機構とを備え、
ねじの頭部に係合したドライバビットを回転駆動してワークにねじを締め付けるねじ締め方法であって、
前記推力制御機構により自重支持力を発生して前記ドライバツールの自重を支え、この状態で自重支持力よりも大きく、かつ自重支持力とは逆方向の押圧力を推力制御機構により発生し、押圧力と自重支持力との差である推力をねじに付与しつつ、ワークにねじをねじ込むことを特徴とするねじ締め方法。
【請求項４】
ねじが所定位置までねじ込まれると推力制御機構から付与される押圧力を変更することを特徴とする請求項３に記載のねじ締め方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークにねじを締め付ける際に用いる自動ねじ締め装置およびねじ締め方法に関し、詳しくはねじに付与する推力を制御する自動ねじ締め装置およびねじ締め方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ワークにねじを締め付ける場合に用いられる装置として、特許文献１に示すようなねじ締め装置が知られている。このねじ締め装置は、モータの駆動を受けて回転するドライバビットを備えたドライバツールを有し、このドライバツールをサーボモータ駆動のボールねじ機構によりドライバビット軸線方向に往復移動操作できるように構成されたものである。このねじ締め装置は、ドライバビット先端にねじを係合させてモータを駆動し、ねじに回転伝達を行うことで当該ねじをワークに締め付けるものであるが、その時、ボールねじ機構のサーボモータの回転速度制御およびトルク制御を行い、これによりドライバツールがねじを押圧する力、所謂推力を変更するようになっている。
【０００３】
【特許文献１】特許第２８９４１９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、各種の電気機器類をはじめとして、様々な機器において超小型化が進んでおり、これにともなって、それらの組み立てに用いるねじのサイズも極小化が進んでいる。特に小型化が著しいデジタル機器については、呼び径が１ｍｍ前後のねじが広く利用される状況となっている。こうした極小ねじを締め付ける場合には、締付トルクは勿論、推力も低いものが求められる。なぜなら、過剰な推力をかけると、めねじおよびおねじを破壊してしまったり、ねじ山同士の過剰摩擦により焼き付きを起こしてしまったりするからである。このような極小ねじの締め付けにおける適正な推力は、数十グラムから数百グラムである。しかし、上記従来のねじ締め装置においては、ドライバツールやボールねじ機構のナット部材などの質量に基づく推力以下の低い領域の推力をねじに与えることができない。したがって、極小ねじの締め付けに必要な低い領域の推力制御ができず、極小ねじの締め付けに用いた場合には、ねじに過剰な推力を与え、上述のような問題によるねじ締め不良を発生させてしまう等の問題があった。
【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、極小ねじのように低推力下でのねじ締めを行う必要があるねじの締め付けにおいて、正確な推力を付与して良好なねじ締めを行うことができる自動ねじ締め装置およびねじ締め方法を提供することを目的とする。この目的を達成するために本発明は、ねじ頭部に係合可能なドライバビットを回転駆動源により回転駆動するよう構成されたドライバツールと、ワークにねじをねじ込む時に前記ドライバビットからねじに与えられる推力を変更する推力制御機構とを備えた自動ねじ締め装置であって、前記推力制御機構は、前記ドライバツールを含み、締め付けるねじに質量に基づく荷重を与えるその他の部材の自重を支え得る自重支持力を発生する支持力発生部と、ワークにねじをねじ込む時に前記自重支持力よりも大きく、しかも自重支持力とは逆方向のねじを押圧する押圧力を発生する押圧力発生部とを備えて成ることを特徴とするものである。なお、前記押圧力発生部は、異なる強さの押圧力を発生するよう構成されていることが望ましい。
【０００６】
また本発明は、上記目的を達成するために、ねじ頭部に係合可能なドライバビットを回転駆動源により回転駆動するよう構成されたドライバツールと、ワークにねじをねじ込む時に前記ドライバビットからねじに与えられる推力を変更する推力制御機構とを備え、ねじの頭部に係合したドライバビットを回転させてワークにねじを締め付けるねじ締め方法であって、前記推力制御機構により自重支持力を発生して前記ドライバツールの自重を支え、この状態で自重支持力よりも大きく、かつ自重支持力とは逆方向の押圧力を推力制御機構により発生し、押圧力と自重支持力との差である推力をねじに付与しつつ、ワークにねじをねじ込むことを特徴とするものでもある。なお、この場合、ねじが所定位置までねじ込まれると推力制御機構から付与される押圧力を変更することが望ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の自動ねじ締め装置においては、ドライバツール等、締め付けるねじに自重に基づく荷重を与える部材の自重を支え得る自重支持力を発生させた状態で、この自重支持力以上の大きさで、ねじを押圧する方向の押圧力を発生させ、この押圧力と自重支持力との差である推力をねじに付与するようになっている。このため、ねじを締め付ける時にドライバツール等の自重に基づく推力がねじに作用するのを防止することができ、ドライバツール等の自重に基づく推力以下の、極めて低い領域の推力制御が可能となり、極小ねじのような、締め付けに際して非常に低い推力を必要とするねじの締め付けにおいても、推力を適正に制御して良好なねじ込み・締め付けを行うことができる。また、ねじのねじ込み位置に応じて押圧力を変更するようになっているため、例えば、着座直前の位置まで低推力でねじ込みを行い、着座直前の位置から締め付け完了位置まではカムアウト防止のために高推力で締め付けを行うといった、ねじ締め過程に応じた推力制御を、低推力領域においても実現することができる等の利点もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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は自動ねじ締め装置であり、この自動ねじ締め装置は、移動位置制御機構２と、この移動位置制御機構２に連結支持された推力制御機構３と、この推力制御機構３に支持されたドライバツール４と、これらを制御する制御ユニット５とから構成されている。
【０００９】
前記移動位置制御機構２は、ベース２１に配置されたボールねじ機構２２を有する。このボールねじ機構２２は、ベース２１上部に設置されたＡＣサーボモータ２３（以下、単にモータ２３という）と、このモータ２３の駆動軸２３ａに連結されて一体に回転可能なねじ軸２４と、このねじ軸２４の螺旋溝に螺合しねじ軸２４の回転にともなって軸線方向に往復移動可能なナット部材２５とから成る。
【００１０】
前記モータ２３は、駆動軸２３ａの回転に応じたパルス信号を出力可能なロータリエンコーダ２３ｂ（以下、単にエンコーダ２３ｂという）を備えている。また、ナット部材２５は、ベース２１背面部にねじ軸２４と平行に延びて配置されたガイドレール２６に摺動自在に案内されており、このナット部材２５には、前記推力制御機構３における支持プレート３１が一体に固定してある。
【００１１】
前記推力制御機構３は、前記支持プレート３１と、この支持プレート３１前面に前記ガイドレール２６と平行に延びて固定された低摩擦ガイドレール３２（以下、単に低摩擦レール３２という）と、この低摩擦レール３２に沿って摺動自在に配置されたツールテーブル３３と、このツールテーブル３３にピストンロッド３４ａを連結した低摩擦エアシリンダ３４（以下、単にシリンダ３４という）と、このシリンダ３４のポート３４ｂ，３４ｃに対する圧縮エアの供給制御を行うエア制御部３５とから構成されている。
【００１２】
前記シリンダ３４は、シリンダチューブ３４ｄ内がピストンロッド３４ａと一体のピストン（図示せず）によって２気室に仕切られた一般的な構造であり、シリンダチューブ３４ｄは前記支持プレート３１に固定されて、一体に移動可能に構成されている。このシリンダ３４は、ピストンロッド３４ａやピストン等の可動部の動作に係る摺動抵抗等が極めて小さくなるように設計された低摩擦タイプのエアシリンダであり、そのピストンロッド３４ａのストロークは、ワークにねじ込むねじの長さよりも十分に長く設定されている。また、前記低摩擦レール３２とツールテーブル３３についても、これらの間の摺動抵抗が極めて小さくなるように設計されている。
【００１３】
また、前記エア制御部３５は、エア圧の異なる圧縮エアの供給源３５１，３５２に接続された電空レギュレータ３５３および精密レギュレータ３５４を有し、電空レギュレータ３５３は、シリンダ３４のピストンロッド３４ａを前進（伸長）させる気室に通じるポート３４ｂに、また精密レギュレータ３５４は、ピストンロッド３４ａを後退させる気室に通じるポート３４ｃに、それぞれ最短経路で接続されている。さらに、両レギュレータ３５３，３５４とシリンダ３４の各ポート３４ｂ，３４ｃとを結ぶ管路上には、それぞれサージタンク３５５，３５６が配置されている。
【００１４】
前記ドライバツール４は、前記ツールテーブル３３に設置されたＡＣサーボモータ４１（以下、単にモータ４１という）と、このモータ４１の駆動軸４１ａに一体に連結されたドライバビット４２とを備えて成る。駆動軸４１ａとドライバビット４２とは、緩衝機構を介さずに直接的に連結されており、ツールテーブル３３の移動にともなう力、すなわち推力がドライバビット４２先端からねじに伝えられるように構成されている。また、モータ４１は前記モータ２３と同様、駆動軸４１ａの回転に応じてパルス信号を出力可能なロータリエンコーダ４１ｂ（以下、単にエンコーダ４１ｂという）を備えている。さらに、ドライバビット４２は、先端が横断面十字形状に形成されており、ねじ頭部に形成される十字形状の駆動穴に係合可能である。また、このドライバビット４２の先端部は、係合した金属製ねじを磁着保持できるように磁化されている。
【００１５】
前記制御ユニット５は、制御部５１と、前記モータ２３を駆動制御するためのサーボコントローラ５２と、前記モータ４１を駆動制御するためのツールコントローラ５３とを有する。
【００１６】
前記精密レギュレータ３５４は、ピストンロッド３４ａが｛（ドライバツール４の質量＋ピストンロッド３４ａの質量）×重力加速度−推力制御機構３の各動作部位の摩擦力｝で表される力以上の力を発揮できる圧力のエアをシリンダ３４に供給するよう設定されている。この精密レギュレータ３５４から供給されるエアによって、ピストンロッド３４ａを後退させる方向の力（以下、これを自重支持力という）を発生させ、これにより、ドライバツール４やピストンロッド３４ａ等の自重に基づく荷重を相殺する。また、前記電空レギュレータ３５３は、制御部５１からの指令信号に応じてエアの圧力調整を行うように構成されている。この電空レギュレータ３５３によるエア圧力の調整により、ピストンロッド３４ａを前進させる方向の力を変化させられる。
【００１７】
次に、ドライバビット４２先端にねじを係合させて磁着保持した状態で、このねじをワークに締め付ける場合の作用について述べる。まず、シリンダ３４には、精密レギュレータ３５４によって圧力調整されたエアが常に供給されており、これによりピストンロッド３４ａは自重支持力を常に発揮した状態にある。この状態から、図示しないスタートスイッチ等により制御部５１にスタート指令信号が入力されると、制御部５１はサーボコントローラ５２に高速移動指令信号を与える。これにより、サーボコントローラ５２がモータ２３を高速回転駆動し、ナット部材２５ないしドライバツール４等を高速で図上、下方向に下降させる。この時、エンコーダ２３ｂのパルス信号は、サーボコントローラ５２から制御部５１にフィードバックされて積算される。
【００１８】
次に制御部５１は、電空レギュレータ３５３に作動指令信号を与える。これにより、電空レギュレータ３５３は、ピストンロッド３４ａが自重支持力よりも１０％程度大きく、かつ自重支持力とは逆向きの力（以下、この力を押圧力という）を発揮する圧力のエアをシリンダ３４のポート３４ｂに供給する。これにより、ピストンロッド３４ａは伸長し、ドライバツール４を押し下げる。この状態で、ワークのめねじ入口ににねじの先端が到達する直前位置（１ｃｍ手前位置）に相当する位置までドライバツール４が移動すると、エンコーダ２３ｂの出力するパルス信号の積算値が所定値に達する。これを受けて制御部５１は、サーボコントローラ５２に駆動停止指令信号を送り、モータ２３を駆動停止状態にして、ドライバツール４を当該位置で一旦停止させる。
【００１９】
続いて制御部５１は、サーボコントローラ５２に低速移動指令信号を与えるとともに、ツールコントローラ５３に定速回転指令信号を与える。これにより、ツールコントローラ５３はモータ４１を一定回転速度で駆動制御し、エンコーダ４１ｂが発するパルス信号は制御部５１にフィードバックされて積算される。また、低速移動指令信号を受けたサーボコントローラ５２は、締め付けるねじのねじ山のリードと、ツールコントローラ５３に与えられた回転指令信号に基づくモータ４１の回転速度とから求まるねじのめねじへのねじ込み速度より若干速い速度で支持プレート３１が下降するよう、モータ２３を速度制御する。
【００２０】
以上の結果、ねじは回転しながらワークのめねじ入口に到達し、ドライバツール４等の自重成分が作用していない軽い力でワークのめねじ入口に押し当てられる。こうすることで、ワークのめねじにねじ先端部を正確に螺合させることができる。
【００２１】
サーボコントローラ５２は、以後、ねじのねじ山のリードと、ツールコントローラ５３への回転指令信号に基づくモータの回転速度とから求まるねじ込み速度より、若干速い速度で支持プレート３１が下降するよう、モータ２３を速度制御し続ける。そして、エンコーダ２３ｂの積算パルス信号数から支持プレート３１がねじ締め完了位置に相当する位置まで移動したことを検知すると、制御部５１は、サーボコントローラ５２に駆動停止指令信号を送り、モータ２３を駆動停止状態にして、ナット部材２５および支持プレート３１を当該位置で停止させる。このように、ねじ込み速度よりも若干速い速度で支持プレート３１が下降しても、シリンダ３４が緩衝装置の役目を果たすため、ボールねじ機構２２の作動による推力がドライバツール４からねじに作用することはない。なお、この時のボールねじ機構２２の作動による推力でピストンロッド３４やシリンダチューブ３４ｄが押され、エア配管に負圧が生じても、これをサージタンク３５５，３５６で吸収できるため、レギュレータ３５３，３５４の圧力変動を来すことがない。
【００２２】
ツールコントローラ５３に定速回転指令信号を与えて後、ねじ先端がめねじ入口に螺合するために必要十分な時間が経過すると、制御部５１は、電空レギュレータ３５３に加圧指令信号を与える。これにより、電空レギュレータ３５３からシリンダ３４に供給されるエアの圧力が若干高められる。この結果、ねじをねじ込みに最適な推力で押してめねじにねじ込むことができる。この時も、自重支持力の作用で、ねじにはドライバツール４等の自重成分によって生じる推力が影響せず、本来必要なだけの推力をねじに正確に与えることができる。
【００２３】
エンコーダ４１ｂのパルス信号数およびモータ４１の負荷電流値の増大から、ねじの頭部座面がワークに着座するまでねじがねじ込まれたことを検知すると、制御部５１は、ツールコントローラ５３に高トルク回転指令信号を与えるとともに、電空レギュレータ３５３に加圧指令信号を与える。これにより、モータ４１が低速回転高トルク駆動に切り替えられ、一方で、ねじに与えられる推力が、目標締付トルクに相当する高トルクでドライバビット４２が回転してもカムアウトが発生しないレベルまで高められる。
【００２４】
その後、エンコーダ４１ｂのパルス信号数が、ねじが所定の回転角度まで締め付けられたことを示す値に達するか、モータ４１の負荷電流値がねじの目標締付トルクまで高まるかすると、制御部５１は、ツールコントローラ５３に駆動停止指令信号を与える。この時、ねじが所定回転角度、目標締付トルクまで締め付けられている場合、制御部５１は図示しない表示部によって、ねじ締め正常終了表示を行う。また、ねじが所定回転角度、目標締付トルクを外れてねじ込まれている場合、制御部５１は表示部にねじ締め異常終了表示を行う。また、制御部５１は、電空レギュレータ３５３に停止指令信号を与える。この結果、電空レギュレータ３５３の作動が停止し、シリンダ３４には精密レギュレータ３５４からのエア圧だけがかかることになるため、ピストンロッド３４ａは後退し、ドライバビット４２をねじから離脱させる。
【００２５】
その後、制御部５１はサーボコントローラ５２にモータ逆転駆動指令信号を与え、これによりモータ２３が逆転駆動してドライバツール４等を上昇させる。そして制御部５１は、エンコーダ２３ｂのパルス信号数からドライバツール４等が原位置に復帰したことを確認すると、サーボコントローラ５２に駆動停止指令信号を与えてモータを停止させ、一連のねじ締め作業を完了する。
【００２６】
以上のように、本自動ねじ締め装置１は、ねじ締め作業中、シリンダ３４に常時付与される自重支持力により、ドライバツール４等の質量に基づく推力（荷重）を相殺するものである。このため、例えば呼び径が１ｍｍ以下の極小ねじを用いて各種小型精密機器の組み立てを行う場合等、ねじに与える推力をドライバツール４等の自重に基づく力よりも小さい領域で制御する必要がある場合にも、極めて正確な推力をねじに与えてねじ締め作業を行うことが可能となり、ねじの破壊、ワークの変形等の不良発生を防止することができる。なお、特許請求の範囲に記載の支持力発生部は、本実施形態においては、精密レギュレータ３５４とシリンダ３４とによって実現されている。また、同じく押圧力発生部は、電空レギュレータ３５３とシリンダ３４とによって実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る自動ねじ締め装置のブロック説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  自動ねじ締め装置
２  移動位置制御機構
３  推力制御機構
４  ドライバツール
５  制御ユニット
２２  ボールねじ機構
２３  ＡＣサーボモータ
２４  ねじ軸
２５  ナット部材
２６  ガイドレール
３１  支持プレート
３２  低摩擦ガイドレール
３３  ツールテーブル
３４  低摩擦エアシリンダ
３４ａ  ピストンロッド
３５  エア制御部
４１  ＡＣサーボモータ
４２  ドライバビット
５１  制御部
５２  サーボコントローラ
５３  ツールコントローラ
３５３  電空レギュレータ
３５４  精密レギュレータ
【図１】
2007038384.tif 000003