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技術 自動ねじ締め機およびねじ締め方法

出願人 日東精工株式会社
発明者 田中克也足立雅彦
出願日 2003年4月2日 (17年7ヶ月経過) 出願番号 2003-099675
公開日 2004年11月4日 (16年0ヶ月経過) 公開番号 2004-306161
状態 特許登録済
技術分野 自動組立 スパナ,レンチ,ドライバーの細部,付属具
主要キーワード 負荷トルク曲線 セルフタッピンねじ トルク管理 電動ドライバ 駆動穴 自動ねじ締め機 ねじ頭 締め装置
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2004年11月4日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

ねじ込み位置毎に堅さの異なるワークに対しても確実なねじ締めを行うことができる自動ねじ締め機の提供。

解決手段

本発明は、ねじにねじ締めビット3を係合させ、このねじ締めビット3を電動ドライバ2の駆動により回転させてねじに回転伝達を行い、ワークにねじをねじ込む。そして、ねじのねじ込み開始からねじが所定の高さにねじ込まれるまでの間の負荷トルクトルクセンサ24の信号から検出し、この負荷トルクに基づいて最終的な目標締付トルクを決定する。その後は、前記トルクセンサ24によって検出される負荷トルクが前記目標締付トルクに達するまでトルク管理によりねじを締め付ける

概要

背景

従来、自動ねじ締め機の一つとして、特許文献のねじ締め装置が知られている。このねじ締め装置は、ねじの頭部に形成された駆動穴係合可能なねじ締めビットを有し、このねじ締めビットをビット駆動軸を介して電動ドライバに連結する構造である。このねじ締め装置でワークにねじを締め付ける場合、ねじの駆動穴にねじ締めビットを係合させた状態で電動ドライバを駆動する。これにより、ねじ締めビットからねじに回転力が伝達され、ねじはワークの所定のねじ穴締め付けられる。このねじの締め付けにおいては、ねじのねじ込みに伴ってねじ締めビットに作用する負荷トルクが予め設定しておいた最終的な目標締付トルクに達するか否かで、ねじが正常に締め付けられたか否かが判定されている。このねじの締付トルクは、電動ドライバの負荷電流値トルクセンサ信号値等から得られるのが一般的である。

概要

ねじ込み位置毎に堅さの異なるワークに対しても確実なねじ締めを行うことができる自動ねじ締め機の提供。本発明は、ねじにねじ締めビット3を係合させ、このねじ締めビット3を電動ドライバ2の駆動により回転させてねじに回転伝達を行い、ワークにねじをねじ込む。そして、ねじのねじ込み開始からねじが所定の高さにねじ込まれるまでの間の負荷トルクをトルクセンサ24の信号から検出し、この負荷トルクに基づいて最終的な目標締付トルクを決定する。その後は、前記トルクセンサ24によって検出される負荷トルクが前記目標締付トルクに達するまでトルク管理によりねじを締め付ける。

目的

本発明は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、ねじ込み位置毎に堅さが異なるワークに対しても確実にねじを締め付けることができる自動ねじ締め機の提供を目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

ねじに係合可能なねじ締めビットと、このねじ締めビットを回転駆動可能な回転駆動手段と、これらねじ締めビットおよび回転駆動源をねじ締めビットの軸線方向に往復移動させる往復移動手段とを備えた自動ねじ締め機において、ねじのねじ込み高さを検出可能な高さ検出手段とねじのワークへのねじ込みに伴って発生する負荷トルクを検出可能なトルク検出手段と、ねじのねじ込み開始から前記高さ検出手段によりねじが所定高さにねじ込まれたことが検出されるまでの間、前記トルク検出手段の信号から負荷トルクを取得し、この負荷トルクに基づいて最終的な目標締付トルクを決定する制御手段とを備えていることを特徴とする自動ねじ締め機。

請求項2

ねじにねじ締めビットを係合させ、このねじ締めビットを回転駆動手段の駆動により回転させてねじに回転伝達を行い、ワークにねじをねじ込むねじ締め方法において、ねじのワークへのねじ込み開始からねじが所定の高さにねじ込まれるまでの間の負荷トルクをトルク検出手段によって検出し、この検出された負荷トルクに基づいて最終的にねじを締め付ける目標締付トルクを決定し、前記トルク検出手段によって検出される負荷トルクが前記目標締付トルクに達するまでねじを締め付けることを特徴とするねじ締め方法。

技術分野

0001

本発明は、ワークにねじを締め付ける自動ねじ締め機およびねじ締め方法に関するものである。

0002

従来、自動ねじ締め機の一つとして、特許文献のねじ締め装置が知られている。このねじ締め装置は、ねじの頭部に形成された駆動穴係合可能なねじ締めビットを有し、このねじ締めビットをビット駆動軸を介して電動ドライバに連結する構造である。このねじ締め装置でワークにねじを締め付ける場合、ねじの駆動穴にねじ締めビットを係合させた状態で電動ドライバを駆動する。これにより、ねじ締めビットからねじに回転力が伝達され、ねじはワークの所定のねじ穴締め付けられる。このねじの締め付けにおいては、ねじのねじ込みに伴ってねじ締めビットに作用する負荷トルクが予め設定しておいた最終的な目標締付トルクに達するか否かで、ねじが正常に締め付けられたか否かが判定されている。このねじの締付トルクは、電動ドライバの負荷電流値トルクセンサ信号値等から得られるのが一般的である。

背景技術

0003

【特許文献】
特開平6−39653号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかし、上記従来のトルク管理方式の自動ねじ締め機においては、ねじ込み位置に応じて堅さが異なるワークに対して、セルフタッピンねじを適正に締め付けることが困難である。一つの例として木材に木ねじを締め付ける場合を考える。この場合、木材は組織粗密具合、節の有無等により各部で堅さが異なるものであり、また、木ねじはねじ込みに伴って木材にめねじ成形するセルフタッピンねじの一種である。このように木材に木ねじを締め付ける場合、予め、ある一定の目標締付トルクを設定してねじ締めを行うと、軟らかい部分では、ねじを過剰に締め付けてめねじの損壊を招き、また堅い部分では、ねじが着座する前に目標締付トルクに至って早期に締め付けが完了してしまう等、ワークの各部分でねじの締め付け不良が頻発してしまう問題が発生する。

0005

本発明は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、ねじ込み位置毎に堅さが異なるワークに対しても確実にねじを締め付けることができる自動ねじ締め機の提供を目的とする。

0006

前記目的を達成するために本発明は、ねじに係合可能なねじ締めビットと、このねじ締めビットを回転駆動可能な回転駆動手段と、これらねじ締めビットおよび回転駆動源をねじ締めビットの軸線方向に往復移動させる往復移動手段とを備えた自動ねじ締め機において、ねじのねじ込み高さを検出可能な高さ検出手段と、ねじのワークへのねじ込みに伴って発生する負荷トルクを検出可能なトルク検出手段と、ねじのねじ込み開始から前記高さ検出手段によりねじが所定高さにねじ込まれたことが検出されるまでの間、前記トルク検出手段の信号から負荷トルクを取得し、この負荷トルクに基づいて最終的な目標締付トルクを決定する制御手段とを備えていることを特徴とするものである。

課題を解決するための手段

0007

また、本発明は、ねじにねじ締めビットを係合させ、このねじ締めビットを回転駆動手段の駆動により回転させてねじに回転伝達を行い、ワークにねじをねじ込むねじ締め方法において、ねじのワークへのねじ込み開始からねじが所定の高さにねじ込まれるまでの間の負荷トルクをトルク検出手段によって検出し、この検出された負荷トルクに基づいて最終的にねじを締め付ける目標締付トルクを決定し、前記トルク検出手段によって検出される負荷トルクが前記目標締付トルクに達するまでねじを締め付けることを特徴とするものでもある。

0008

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において、1は自動ねじ締め機であり、回転駆動手段の一例である電動ドライバ2と、この電動ドライバ2の駆動を受けて回転するねじ締めビット3とを有する。電動ドライバ2は、ACサーボモータ21と、このACサーボモータ21の回転出力を所定のギヤ比減速して出力軸23に伝える減速機22と、ねじをねじ込む時にねじ締めビット3から出力軸23に伝わる負荷トルクを検出可能なトルク検出手段たるトルクセンサ24とを備えている。また、ねじ締めビット3は、その先端をねじ頭部に形成される十字状の駆動穴に係合可能に成形されたものである。

0009

前記電動ドライバ2は、往復移動手段の一例であるボールねじ機構4のテーブル41に設置してある。これにより、電動ドライバ2とねじ締めビット3とは、ボールねじ機構4の作動を受けてねじ締めビット3軸線方向に往復移動可能に構成されている。

0010

前記ボールねじ機構4は、周知の通り、ACサーボモータ42の駆動を受けて回転するねじ軸43にナット部材44を螺合し、このナット部材44に前記テーブル41を連結して構成したものである。これにより、ACサーボモータ42が駆動してねじ軸43が回転することでテーブル41が図上矢印Y方向に往復移動できるようになっている。また、ACサーボモータ41は、高さ検出手段の一例として、ねじ軸43の回転に応じた信号を出力するロータリエンコーダ45(以下、単にエンコーダ45という)を具備しており、このエンコーダ45の信号から、後記制御部51においてねじ締めビット3の軸方向の移動量を高精度に割り出すことが可能になっている。

0011

5は制御手段である。この制御手段5は、制御部51と、この制御部51の指令を受けて前記ACサーボモータ21,42をそれぞれ駆動制御するモータ駆動部52,53と、前記エンコーダ45の信号を処理して制御部51に送る高さ信号処理部54と、前記トルクセンサ24の信号を処理して制御部51に送るトルク信号処理部55と、本自動ねじ締め機の制御に必要な各種プログラム、目標締付トルク等の各種パラメータ等を記憶した記憶部56と、各種パラメータの入力設定を行うための入力部57と、締め付け完了時の締付トルク等の各種情報を表示する表示部58とを備えて成る。

0012

次に本自動ねじ締め機1の作用について、木材で成るワークに木ねじをねじ込んで締め付ける例に沿って説明する。
本自動ねじ締め機1により木ねじを締め付ける場合、ねじ締めビット3先端を木ねじ頭部の駆動穴に係合させて木ねじを保持する。本実施の形態では、このように木ねじが保持できるよう、ねじ締めビット3は磁化されたものが用いられている。ねじ締めビット3先端に木ねじが保持されると、制御部51はモータ駆動部52,53に駆動指令を与える。これを受け、ACサーボモータ21が駆動してねじ締めビット3ないし木ねじを回転駆動するとともに、ACサーボモータ42が駆動してテーブル41を下降させる。これにより、木ねじはワークに当接してねじ込まれる。

0013

制御部51は、高さ信号処理部54を通じ、ボールねじ機構4の作動開始から継続してエンコーダ45の信号を取得し、これから得られるねじ締めビット3の移動位置、すなわち木ねじのねじ込み高さをチェックする。また、制御部51は、トルク信号処理部55を通じてトルクセンサ24の信号を継続的に取得し、この負荷トルクを時系列的に記憶部56に記憶していく。

0014

木ねじが着座する直前のねじ込み高さ(以下、着座前位置という)までねじ込まれると、このことがエンコーダ45の信号から制御部51において検知される。これを受け、制御部51は、それまで記憶部56に蓄積した負荷トルクを演算処理し、当該ねじ込みに係る最終的な目標締付トルクを決定する。具体的には、蓄積した負荷トルク中の最大値を求め、この値の1.5〜2.5倍程度のトルクを目標締付トルクとする。

0015

木材のように各部で堅さが異なるワークに対し、木ねじ等のセルフタッピンねじを締め付ける場合には、ねじのねじ込み量が増えるに連れてねじとワークとの接触面積が大きくなる。よって、ねじのねじ込みに伴ってねじ締めビット3に作用する負荷トルクは、図2に示すような形状となる。この図2には、ねじを堅い部分にねじ込んだ時の負荷トルク曲線実線)と、軟らかい部分にねじ込んだ時の負荷トルク曲線(一点鎖線)とのそれぞれが示してある。この図2に示されるように、ねじの着座までに発生する負荷トルクの大きさはワークの堅さで大きく異なり、ワークの堅い部分にねじをねじ込んだ時には、着座までに発生する負荷トルクが高いレベル推移し、また、ワークの軟らかい部分にねじを締め付けた時には、着座までに発生する負荷トルクが比較的低いレベルで推移する。これは、木材の組織の粗密具合等からねじに対する摩擦抵抗が異なる結果である。このことから、前述のように着座前位置までの負荷トルクを取得、蓄積していき、この中の最大値から目標締付トルクを設定することにより、ねじ締めサイクル毎にそのねじ込み位置のワークの性質等に合った目標締付トルクを設定することができる。

0016

着座前位置以降、制御部51は、設定した目標締付トルクとトルクセンサ24の信号から得られる負荷トルクとを比較する。そして、負荷トルクが目標締付トルクに到達すると、制御部51はモータ駆動部52,53に停止指令を与え、電動ドライバ2およびボールねじ機構4の駆動を一旦停止するとともに、エンコーダ45の信号から得られるねじ込み高さがねじ締め完了高さに達しているか否かを確認する。制御部51は、これら負荷トルクおよびねじ込み高さの各比較結果から、ねじ締めが正常に完了したか否かを判定し、その結果を表示部58に表示する。このねじ締め良否の判定後、制御部51はモータ駆動部53に逆駆動指令を送り、ボールねじ機構4を逆転駆動させる。これにより、テーブル41が上昇し、電動ドライバ2ないしねじ締めビット3が原位置に復帰する。なお、記憶部56に蓄積された締付トルクは、ねじ締め良否の判定後にクリアされる。

0017

前述の通り、目標締付トルクは、そのねじ込み位置のねじ込み過程における負荷トルクに基づいて決定されたものである。このため、着座前位置からトルク管理によるねじの締め付けを行っても、ねじを確実に締め付けることが可能である。

0018

本発明の実施の形態では、着座直前位置までに得られた締付トルクの中から最大値を選び、これを基準に目標締付トルクを設定したが、これ以外にも、着座直前位置までに得られた締付トルクの平均値分散値標準偏差値等の各種統計値を使用してもよい。また、微小時間Δt毎に締付トルクの前記統計値の何れかを求めて蓄積していき、この蓄積データから得られる最大値、平均値、分散値、標準偏差値等を基準に目標締付トルクを設定するようにしてもよい。このようにすれば、例えば瞬間的に大きな締付トルクが発生した場合においても、この締付トルクが直接的に目標締付トルクに反映されるのを防止することができる。

発明を実施するための最良の形態

0019

なお、以上の説明では往復移動手段としてボールねじ機構4を採用し、また高さ検出手段としてロータリエンコーダ45を採用したが、例えば、特開2000−343347号公報に示すように、往復移動手段としてエアシリンダを採用し、また高さ検出手段としてねじ締めビット3の移動位置を検出するセンサを採用した構成としてもよい。これによっても、得られる効果は同様である。

図面の簡単な説明

0020

本発明の自動ねじ締め機は、着座前位置まで高さ検出方式によるねじ込みを行い、その間の負荷トルク情報を取得し、この負荷トルク情報から最終的な目標締付トルクを決定し、着座前位置から目標締付トルクに達するまでトルク管理によるねじ締めを行うものである。このため、木材等の各部で堅さが異なるワークに対し、木ねじ等のセルフタッピンねじを締め付ける場合においても、堅い部分、軟らかい部分それぞれに対応して適度な目標締付トルクを設定することができ、ある一定の目標締付トルクを設定してねじ締めを行った場合に生じるめねじの損壊、ねじ浮き等の不具合の発生を防ぎ、正確にねじを締め付けることができる等の利点がある。

図1
本発明のロボットコントローラにおけるペンダント部のブロック説明図である。
図2
本発明のロボットコントローラを含むねじ締めロボット系の全体斜視説明図である。
【符号の説明】
1 自動ねじ締め機
2電動ドライバ
21 ACサーボモータ
22減速機
23出力軸
24トルクセンサ
3 ねじ締めビット
4ボールねじ機構
41 テーブル
42 ACサーボモータ
43 ねじ軸
44ナット部材
45エンコーダ
5 制御手段
51 制御部
52モータ駆動部
53 モータ駆動部
54 高さ信号処理部
55トルク信号処理部
56 記憶部
57 入力部
58 表示部

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