JPH06289B2 - 自動ねじ締め機の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ねじ締め完了時のドライバビットの持つ慣性
の影響を排除して所望のねじ締付けトルクで確実にねじ
締めを行うように構成した自動ねじ締め機の制御装置に
関する。

［従来技術］ 最近、ねじ締め完了時のドライバビットの持つ慣性の影
響を排除して所望のねじ締付けトルクで確実にねじ締め
を行うように構成した自動ねじ締め機が開発されてい
る。この自動ねじ締め機は、第３図および第４図に示す
ようにドライバ本体1の一端に固定されたモータ2を有し
ており、このモータはＡＣ、ＤＣのいずれでもよく、ま
たブラシ付モータ、ブラシレスモータのいずれであって
もよい。前記モータ2には、その回転を受けて差動遊星
機構3の一部をなす入力円板4が一体に回転するように配
置されている。この入力円板4の外周には複数個の遊星
コーン5が配置され、その円周溝5aが前記入力円板4に摩
擦係合して回転するように構成されている。この遊星コ
ーン5の円錐面5cの裏面に位置する平坦面5bには前記入
力円板4と同心上で回転するカムディスク6が摩擦係合す
るように配置されている。しかも、このカムディスク6
にはこれと一体に回転するようにドライバビット8が連
結されており、モータ2の回転がドライバビット8に伝達
されるように構成されている。

さらに、前記遊星コーン5の外周には変速リング7がその
円錐面5cと摩擦係合して回転するように配置されてお
り、この変速リング7は一端が回動自在に保持されたア
ーム9により回動自在に保持されている。しかも、この
変速リング7はその摩擦係合位置が高速側に位置するよ
うにばね10により付勢されており、このばね10と前記ア
ーム9とからなる弾力保持部材により変速リング7の摩擦
係合位置が規制され、減速比の最大値および締付けトル
クが決定されるように構成されている。また、前記差動
遊星機構3はドライバ本体1内の潤滑油に浸されており、
各部品間の摩擦が小さくなるように構成されている。

［発明が解決しようとする課題］ この自動ねじ締め機では、ドライバビット8に加わる締
付けトルクに応じて生じる反力トルクにより変速リング
7が回動する。この変速リング7の回動による軸心方向の
移動量はばね10により規制されている関係で、反力トル
クにより変速リング7に生じるばね10への押圧力とばね1
0の撓みにより生じる弾性力とが均衡する位置まで変速
リング7が移動する。前記ドライバビット8に係る負荷が
増大すると、変速リング7はさらに遊星コーン5の縁部ま
で徐々に移動し、ドライバビット8は零回転に至るまで
減速され、第５図に示す特性曲線のごとくねじ締めが行
われる。この時、モータ2は依然として高速で回転して
いるにもかかわらず、ドライバビットの回転は停止する
という現象が起こるが、最終の締付トルクを安定させる
ため、ドライバビット停止後もしばらくの間モータの回
転は保持される。この間、差動遊星機構の各部品間に摩
擦熱が生じ、これを冷却する潤滑油の温度が上昇し、差
動遊星機構の出力トルクが低下する等の欠点が生じてい
る。

本発明は上記欠点の除去を目的とするもので、差動遊星
機構の変速リングが遊星コーンの円錐面上の零回転位置
まで移動すると、モータを所定時間低速で回転させて後
モータを逆転させて差動遊星機構を原位置に復帰させる
制御装置を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記課題を解決するため、モータにその回転
を受けて回転する入力円板とその外周に摩擦係合する遊
星コーンとこれに摩擦係合するカムディスクとを介して
ドライバビットが連結されている。また、前記遊星コー
ンの外周にはこれと摩擦係合する変速リングが配置さ
れ、ドライバビットに係る負荷により変速リングが反力
を受け、この反力を弾力保持部材が受けるように構成さ
れている。さらに、前記差動遊星機構はドライバ本体内
の潤滑油に浸されており、各部品間の摩擦力が小さくな
るように構成されている。

一方、前記モータには高速から低速に速度を切換える切
換手段を介してパワー供給部が接続されている。また、
前記ドライバビットの停止を検出する手段が設けられて
おり、この停止検出手段にはその停止検出出力を受ける
と所定時間低速正転指令信号を切換手段に送る速度切換
指令部が設けられている。さらに、前記速度切換指令部
には所定時間経過するとパワー供給部からの正転電圧を
遮断する正転電圧遮断指令信号を切換手段に送ってパワ
ー供給部から逆転電圧がモータに供給される逆転電圧指
令信号を切換手段に送る制御部が接続されている。

［作用］ 上記自動ねじ締め機では、モータに正転電圧を供給して
モータを高速で回転させる。このモータの回転が遊星コ
ーンと変速リングとの摩擦係合位置で決まる減速比でド
ライバビットに伝達され、ドライバビットがねじを締付
ける。前記ドライバビットに係る負荷に応じて変速リン
グに反力トルクが加わると、変速リングが回動しなが
ら、その軸心方向に移動する。さらに、前記モータが回
転を継続すると、変速リングがその軸心方向に移動して
いき、その減速比が大きくなり、ついには無限大となっ
て、ドライバビットが停止し、停止検出出力が発信され
る。この停止検出出力が速度切換指令部に送られ、低速
正転指令信号が切換手段に送られ、モータにパワー供給
部から低い電圧が供給され、モータが低速で回転する。
この時、差動遊星機構の部品間に摩擦熱が発生するが、
モータが低速で回転しているため、モータが高速で回転
している場合に比べて摩擦熱の発生は少なく、潤滑油の
温度上昇も少なくなり、差動遊星機構の出力トルクを低
下させることなく締付け作業を行うことができる。

モータが所定時間低速で回転すると、速度切換指令部か
らタイムアップ信号が発信され、パワー供給部からの電
圧が遮断される。その後、切換手段に逆転指令信号が発
信され、モータを逆転させる制御部が差動する。そのた
め、モータは逆転し、遊星コーンおよび変速リングが僅
かに逆転し、これらの摩擦係合位置が高速側の原位置に
復帰し、次回の作業に備えることができる。

［実施例］ 以下、実施例を図面について説明する。第１図におい
て、Aは第３図に示す自動ねじ締め機の制御装置であ
り、この制御装置Aは前記自動ねじ締め機のモータ（本
実施例ではＤＣモータについて説明する。）2を制御す
るように構成されている。この制御装置Aは、作業スタ
ート部11を有し、この作業スタート部11は昇降手段12に
接続されている。この作業スタート部11は第１パルス発
生器34を介して後記する回転確認部23のラッチ回路13
a、速度切換指令部14の第１、第２フリップフロップ14
a,14bにそれぞれ接続され、それぞれのラッチ出力をリ
セットするとともに起動時の誤動作を回避するように構
成されている。また、前記作業スタート部11は前記第１
パルス発生器34を介して後記する回転確認部13のカウン
タ13bに接続され、後記する設定器の設定値をカウンタ1
3bにセットするように構成されている。しかも、この作
業スタート部11は高速モード指令部15を介して正転制御
部16に接続されており、この正転制御部16は後記する切
換手段17に高速正転指令信号を送るように構成されてい
る。

前記正転制御部16は速度切換指令部14を構成する第１フ
リップフロップ14aの反転出力を受けて作動する低速モ
ード指令部19に接続されており、低速正転指令信号を切
換手段17に送るように構成されている。また、前記正転
制御部16は後記する第３アンド回路30の出力を受けて遮
断信号を切換手段17に送りモータ2に供給される正転電
圧を遮断するように構成されている。

一方、前記モータ2には切換手段17を介してパワー供給
部18が接続されており、この切換手段17が前記高速正転
指令信号および後記する低速正転指令信号を受けると、
パワー供給部18がモータ2へ高低２種類の正転電圧を供
給するように構成されている。また、前記切換手段17に
は後記するパルス発生部20からの信号により作動する逆
転制御部21が接続されており、この逆転制御部21から逆
転指令信号が発信されると、パワー供給部18から正転電
圧よりも低い逆転電圧をモータ2に供給するように構成
されている。

また、前記制御装置Aは自動ねじ締め機のドライバビッ
ト8の昇降に支障のない位置であればどこでもよいが、
ドライバビット8の停止を検出する手段を有している。
この停止検出手段は、ドライバ本体（図示せず）と一体
に昇降自在でかつドライバビット8と一体に回転するス
リット円板23およびその一端のスリットの移動路に対応
して配置された回転検出部24からなる回転検出手段22と
速度切換指令部14とからなっている。前記回転検出手段
22の回転検出部24は前記スリット円板23のスリットの通
過を検出するとその間出力パルスを発信するように構成
されており、この出力パルスが増幅器25、波形整形部2
6、出力パルスのエッジを検出する微分回路27ならびに
前記第１パルス発生器34の出力と高速モード指令部15の
出力信号とによりゲートを開く第１アンド回路38を通過
し、回転確認部13に加わるように構成されている。

前記回転確認部13は、設定器13cに設定される設定値を
前記出力パルスにより順次減算するカウンタ13b、前記
カウンタ13bのカウント終了信号を一時保持するラッチ
回路13aおよびそのラッチ出力すなわち回転確認信号に
よってゲートを開いて前記出力パルスを通過させる第２
アンド回路29からなっている。また、前記カウンタ13b
は高速モード指令部15の出力信号により動作する第２パ
ルス発生部40から出力パルスが出力されている間カウン
ト可能となり、前記第２パルス発生部40から出力パルス
が出力されないときリセット状態となるように構成され
ている。前記第２パルス発生器40の所定パルス幅は前記
設定器13cに設定された設定値のパルス数の総パルス幅
よりもわずかに大きいものに設定されている。

前記ラッチ回路13aの出力はインバータを介して、また
第２アンド回路29の出力および後記する時間再セット手
段39の出力は直接速度切換指令部14の一部を構成する第
１オア回路32に接続されている。

前記速度切換指令部14は、前記第１オア回路32、パルス
幅検出器の一例をなすタイマ14c、前記第２アンド回路2
9の出力信号と時間再セット手段39の出力信号を第２オ
ア回路33を介して受けてこれを遅延して切換部14dに設
定されたタイマ時間をタイマ14cにセットする第１遅延
回路35、記憶器の一例をなす第１フリップフロップ14a
および第２遅延回路36を介して接続される第２フリップ
フロップ14bならびに前記第１フリップフロップ14aの出
力と第２フリップフロップ14bの出力とを受けてゲート
開く第３アンド回路30からなっている。また、前記タイ
マ14cは設定時間を切換える切換部14dを有し、前記第１
フリップフロップ14aの出力を受けると、タイマ14cの設
定時間を第１時間Taから第２時間Tbに切換えるように構
成されている。このタイマ14cは、前記回転確認部13の
ラッチ回路13aから回転確認信号が発信されると、回転
検出部24５からの出力パルスによりリセットされるとと
もに、第１遅延回路35により決まるほんの僅かな時間経
過後、ただちに切換部14dに設定された第１時間Taがセ
ットされるように構成されている。また、このタイマ14
cは時間がセットされて所定時間Ta経過しても回転検出
部24から次の出力パルスが発信されない時タイムアップ
信号を発信してこれを前記第１、第２フリップフロップ
14a,14bに出力するように構成されている。さらに、前
記第１フリップフロップ14aは前記タイマ14cの第１時間
Taのタイムアップ信号を受けてその出力を反転し、前記
低速モード指令部19を作動させるように構成されてい
る。また、この第１フリップフロップ14aは時間再セッ
ト手段39を介して前記第１オア回路32，第２オア回路33
に接続され、前記タイマ14cをリセットして後、前記切
換部14dに設定された第２時間Tbをセットするように構
成されている。

しかも、前記第１フリップフロップ14aは前記タイマ14c
の第１時間Taのタイムアップ信号を受けて第３アンド回
路30に出力信号を送り、第３アンド回路30のゲートを開
き、第２遅延回路36を介して前記第２フリップフロップ
14bからの第２時間Tbのタイムアップ信号を待つように
構成されている。前記第２遅延回路36の遅延時間T2は、
第１フリップフロップ14aの出力で切換部14dを第２時間
Tbに切換えて後前記時間再セット手段39により前記タイ
マ14cがリセットされてセットされ、タイムアップ信号
を出力するまでの時間よりも長く設定されており、前記
タイマ14cの第１時間Taのタイムアップ信号により前記
第２フリップフロップ14bが動作しないように構成され
ている。

前記速度切換指令部14の第３アンド回路30の出力信号は
前記正転制御部16に供給され、作業スタート部11からの
出力信号により供給されたモータ2への正転電圧を遮断
するように構成されている。また、この第３アンド回路
30の出力信号は第３遅延回路37に供給され、通常回転し
ているモータ2が停止するに必要な時間(T3)だけ遅延さ
れて後、前記タイマ14cの第２時間Tbのタイムアップ信
号によりゲートを開く第４アンド回路31に送られるよう
に構成されている。さらに、この第４アンド回路31の出
力はパルス発生部20に供給されるように構成されてお
り、このパルス発生部20は第４アンド回路31の出力信号
を受けると、前記逆転制御部21に所望逆転時間Ｔのパル
ス信号を発信して逆転指令信号を切換手段17に送り、所
定時間だけパワー供給部18からモータ2に逆転電圧を供
給するように構成されている。また、前記パルス発生部
20はマシンサイクル完了検出部38を介してドライバビッ
ト8の昇降手段12を作動させてドライバビット8を上昇復
帰させるように構成されている。

上記自動ねじ締め機の制御装置では、第２図a,bに示す
ように作業スタート部11の出力信号により昇降手段12が
作動し、ドライバビット8が下降する。同時に、作業ス
タート部11の出力信号が高速モード指令部15および正転
制御部16を介して切換手段17に供給され、第２図cに示
すようにパワー供給部18から正転電圧xがモータ2に供給
される。モータ2の回転にともなって入力円板（図示せ
ず）、遊星コーン（図示せず）、カムディスク（図示せ
ず）および変速リング（図示せず）でなる差動遊星機構
（図示せず）を介してドライバビット8が回転し、ねじ
締付けが開始される。

モータ2の回転にともなって、スリット円板23が回転す
るので、回転検出部24から出力パルスが発信される。こ
の出力パルスは、第２図dに示すように波形整形されて
後、回転確認部13のカウンタ13bに送られる。前記出力
パルスが、第２パルス発生器40により決まる時間内に設
定器13cに設定された設定数だけ計測されると、そのカ
ウント終了信号がラッチ回路13aで一時保持される。こ
のラッチ回路13aの出力信号は回転確認信号として第２
アンド回路29に送られるので、そのゲートが開き、以後
の出力パルスが速度切換指令部14に供給される。タイマ
14cが切換部14dにより設定される第１時間Taを時間計上
する前に、この出力パルスが連続して供給される場合に
は、次の出力パルスにより前記タイマ14cがリセットさ
れ、タイマ14cはタイムアップ信号を発信しない。ま
た、前記タイマ14cはリセット後ただちにセットされ、
次の出力パルスに備える。この状態で、ねじ締付けが進
み、ドライバビット8に加わる負荷に応じて変速リング
が回動し、その減速比が連続的に増大し、ついにはその
減速比が無限大となって、ドライバビット8の回転が停
止する。ドライバビット8の回転が停止すると、回転検
出部24からの出力パルスが発信されなくなり、タイマ14
cが第２図eに示すように第１時間Taを時間計上し、タイ
ムアップ信号を発信する。そのため、第２図fに示すよ
うに第１フリップフロップ14aの出力が反転し、この反
転出力が低速モード指令部19、正転制御部16および切換
手段17を作動させ、パワー供給部18からモータ2へ低い
電圧を供給し、モータ2を低速で回転させる。そのた
め、作動遊星機構3の各部品間に生じる摩擦熱が少なく
なり、その潤滑油の温度上昇も少なくなる。

同時に、前記第１フリップフロップ14aの反転出力はタ
イマ14cの切換部14dを作動させ、タイマ14cの設定時間
を第２時間Tbに切換える。

一方、前記第１フリップフロップ14aの反転出力は第３
アンド回路30に送られ、しかも第２図cに示すように第
２フリップフロップ14bも前記タイマ14cのタイムアップ
信号を第２遅延回路36を介して受けるが、第２遅延回路
36によりその出力信号が第２フリップフロップ14bに入
力するまでに時間再セット手段39によりタイマ14cがリ
セットされるとともに、切換部14dに設定された第２時
間Tbがタイマ14cにセットされるので、第１フリップフ
ロップ14aの出力反転時，第３アンド回路30のゲートは
閉じており、第３アンド回路30から出力信号が発信され
ない。

前記タイマ14cが第２図eに示すように第２時間Tbを時間
計上してタイムアップ信号を発信すると、第２図gに示
すように第２フリップフロップ14bが反転し、その反転
出力が第３アンド回路30を通過して、速度切換指令部14
の出力として正転制御部16に達して正転電圧を遮断し、
モータ2は停止する。同時に、前記反転出力は第３遅延
回路37に供給され、第２図hに示すように前記モータ2の
通常停止するに必要な時間(T4)だけ遅延され、第４アン
ド回路31を介してパルス発生部20に供給される。

このパルス発生部20は第２図iに示すように所定時間幅
Ｔのパルス信号を発信し、これを逆転制御部21に供給す
る。この逆転制御部21はそのパルス信号が発信される
間、切換手段17に逆転指令信号を送り、パワー供給部18
から正転電圧xよりも低い逆転電圧yをモータ2に供給す
る。モータ2は僅かに逆回転して停止するが、モータ2の
逆回転にともなって遊星コーンおよび変速リングが逆転
する。そのため、ドライバビット8に係る逆転方向の負
荷に応じて遊星コーンと変速リングとの摩擦係合位置が
高速側の原位置に復帰し、変速リング、カムディスクお
よび遊星コーンのロックがモータ2側から解除される。
しかも、前記逆転電圧yは第２図cに示すように正転電圧
xよりも充分小さいので、モータ２の逆転時間が長くな
っても、ドライバビット８は逆転方向の負荷を受ける
が、この負荷が小さく、ドライバビット8が逆転するこ
とにより締付けたねじを緩めるようなことはない。

また、前記パルス発生部20からのパルス信号はマシンサ
イクル完了検出部38に供給され、その出力信号が第２図
jに示すように昇降手段12に供給され、これを作動させ
てドライバビット8を上昇させ、次回の作業に備える。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明はモータの回転を入力円
板、遊星コーン、カムディスクおよび変速リングでなる
作動遊星機構を介してドライバビットに伝達して変速リ
ングの軸心方向の移動を弾力保持部材により規制すると
ともに、変速リングが遊星コーンの円錐面上の零回転位
置に達すると、モータを低速で回転させるように構成し
ているため、変速リングが零回転位置にある時に発生す
る摩擦熱を少なくでき、差動遊星機構の潤滑油の温度上
昇を少なくすることができ、差動遊星機構の出力が低下
することなく、所定の締付特性に沿った正確な締付を行
うことができる等の利点がある。尚、本発明は上記構成
に限定されるものではなく、マイコンを使用することに
よっても同様に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のブロック図、第２図は第１図のタイム
チャート、第３図は本発明に係わる自動ねじ締め機の全
体説明図、第４図は第３図の自動ねじ締め機の要部断面
図、第５図は本発明に係わる差動遊星機構の出力軸の持
つトルク−回転数特性曲線図である。 Ａ 制御装置、 １ ドライバ本体、 ２ モータ、 ３ 差動遊星機構、 ４ 入力円板、 ５ 遊星コーン、 ５ａ 円周溝、 ５ｂ 平坦面、 ５ｃ 円錐面、 ６ カムディスク、 ７ 変速リング、 ８ ドライバビット、 ９ アーム、 １０ ばね、 １１ 作業スタート部、 １２ 昇降手段、 １３ 回転確認部、 １３ａ ラッチ回路、 １３ｂ カウンタ、 １３ｃ 設定器、 １４ 速度切換指令部、 １４ａ 第１フリップフロップ、 １４ｂ 第２フリップフロップ、 １４ｃ タイマ、 １４ｄ 切換部、 １５ 高速モード指令部、 １６ 正転制御部、 １７ 切換手段、 １８ パワー供給部、 １９ 低速モード指令部、 ２０ パルス発生部、 ２１ 逆転制御部、 ２２ 回転検出手段、 ２３ スリット円板、 ２４ 回転検出部、 ２５ 増幅器 ２６ 波形整形部、 ２７ 微分回路、 ２８ 第１アンド回路、２９ 第２アンド回路、 ３０ 第３アンド回路、３１ 第４アンド回路、 ３２ 第１オア回路、 ３３ 第２オア回路、 ３４ 第１パルス発生部、 ３５ 第１遅延回路、 ３６ 第２遅延回路、 ３７ 第３遅延回路、 ３８ マシンサイクル完了検出部、 ３９ 時間再セット手段、 ４０ 第２パルス発生部、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ドライバ本体1の一端にモータ2を固定し、
   このモータ2にその回転を受けて回転する入力円板4とそ
   の外周に摩擦係合する遊星コーン5とこれに摩擦係合す
   るカムディスク6とを介してドライバビット8を連結する
   とともに前記遊星コーン5の外周に摩擦係合する変速リ
   ング7を配置してドライバビット8に係る負荷トルクによ
   り変速リング7に加わる反力を弾力保持部材により受け
   るように構成する一方、前記入力円板4、遊星コーン5、
   カムディスク6および変速リング7でなる差動遊星機構3
   をドライバ本体1内の潤滑油に浸した自動ねじ締め機に
   おいて、 モータ2に高速から低速に速度を切換える切換手段17を
   介してパワー供給部18を接続する一方、 ドライバビット8の停止を検出する手段を設けるととも
   に、この停止検出手段の停止検出出力を受けると所定時
   間低速正転指令信号を切換手段17に送る速度切換指令部
   14を設け、さらに前記所定時間経過後にパワー供給部18
   からの正転電圧を遮断する正転電圧遮断指令信号を切換
   手段17に送ってパワー供給部18から逆転電圧がモータ2
   に供給される逆転電圧指令信号を切換手段17に送る制御
   部を設けたことを特徴とする制御装置。