JP2014091166A

JP2014091166A - ねじ締め装置

Info

Publication number: JP2014091166A
Application number: JP2012240864A
Authority: JP
Inventors: Takuji Hasegawa; 拓司長谷川; Eiji Oshima; 英司大島; Hiroyuki Nakamura; 博之中村
Original assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Current assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2014-05-19

Abstract

【課題】極めて低いビットの推力を容易に制御できるとともにコンパクトなねじ締め装置の提供を目的とする。
【解決手段】ねじ締め装置１は、ねじの頭部に係合可能なビット４２を回転駆動可能に構成したドライバツール４と、このドライバツール４を往復移動自在に支持する移動部２ａを備えた移動位置制御機構２と、これらドライバツール４および移動位置制御機構２をそれぞれ制御指令する制御部５１を備えた制御ユニット５と、からなる。前記制御ユニット５は、前記ドライバツール４、移動部２ａのそれぞれの自重によりねじ締め方向とは逆に進むビット４２の後退推力およびねじ締め中に前記ビット４２へ付与すべき理想推力をそれぞれ記憶する。また、前記制御部５１は、前記理想推力および前記後退推力の絶対値を加算し、この加算した算出推力に基づいて前記移動部２ａの駆動を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、微少の推力を精度よく出力してワークにねじを締め付けるねじ締め装置に関する。

近年製品の小型化が進んでおり、製品の組立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ている。こうした極小ねじを締め付ける場合には、締付けトルクは勿論、ねじを螺入する方向に押さえる力（以下、推力という。）もそれぞれ低くする必要がある。

このような低い推力を維持しつつねじ締めを行う従来のねじ締め装置として、特許文献１および図３に示すものが公知である。この従来のねじ締め装置１００は、ねじ（図示せず）に係合するビット４２を備えたドライバツール４と、このドライバツール４と一体に移動する移動部２ａを備えた移動位置制御機構２と、前記移動部２ａの移動路上に配されドライバツール４と移動部２ａとの自重を支える自重支持力を発生する支持力発生部３００と、前記ドライバツール４、移動位置制御機構２、支持力発生部３００に動作指令を与える制御ユニット５と、から構成される。

前記ドライバツール４は、駆動軸４１ａに所定の回転を付与する締付け用ＡＣサーボモータ４１と、前記駆動軸４１ａと前記ビット４２とを一体に接続するカップリング機構４３と、前記締付け用ＡＣサーボモータ４１の上端に配され前記駆動軸４１ａの回転に応じてパルス信号を外部へ出力可能な締付け用エンコーダ４１ｂと、から構成される。

前記移動位置制御機構２は、螺旋状に延びるねじ部を備えたボールねじ軸２４と、このボールねじ軸２４のねじ部に沿って回転し往復移動自在なナット部材２５と、このナット部材２５を固定し前記ボールねじ軸２４に平行に配されたＬＭガイド２６と、前記ボールねじ軸２４の上端に接続した駆動軸２３ａを備える移動用ＡＣサーボモータ２３と、前記ボールねじ軸２４の下端に配されボールねじ軸２４を回転自在に支持するねじ軸取付板２１ｂと、から構成される。また、前記移動部２ａは、前記ドライバツール４を垂直に延びるよう支持するドライバ台４ａと、このドライバ台４ａと一体に接続された前記ナット部材２５と、から構成される。前記移動用ＡＣサーボモータ２３は、前記駆動軸２３ａの回転に応じてパルス信号を外部へ出力する移動用エンコーダ２３ｂを備える。

前記支持力発生部３００は、所定の圧力のエアをシリンダ３０２に供給して前記シリンダ３０２のピストンロッド３０２ａで前記移動部２ａを下方から支えるものである。この支持力発生部３００は、高圧のエアを発生するエア源３０４と、このエア源３０４から供給されたエアを所定の圧力に調整して下流に供給する電空レギュレータ３０１と、この電空レギュレータ３０１により圧力調整したエアがエアタンク３０３を介して供給されるシリンダ３０２と、から構成される。前記エアシリンダ３０２は、その先端に伸縮自在なピストンロッド３０２ａが配されており、このピストンロッド３０２ａの上方へ押し上がる力は、前記エアの圧力に応じて決定される。また、前記電空レギュレータ３０１は、Ａ／Ｄコンバータ３０５の指令に基づいて前記シリンダ３０２に供給するエアの圧力を調整しており、前記Ａ／Ｄコンバータ３０５は、後述する制御ユニット５の制御部５１に接続されている。

前記制御ユニット５は、前記ドライバツール４の締付け用ＡＣサーボモータ４１および締付け用エンコーダ４１ｂに接続され締付け用ＡＣサーボモータ４１を駆動制御するツールコントローラ５３と、前記移動位置制御機構２の移動用ＡＣサーボモータ２３および移動用エンコーダ２３ｂに接続され移動用ＡＣサーボモータ２３を駆動制御するサーボコントローラ５２と、これらツールコントローラ５３、サーボコントローラ５２および前記Ａ／Ｄコンバータ３０５をそれぞれ制御する制御部５１と、から構成される。

このように構成された従来のねじ締め装置１００の作用について説明する。従来のねじ締め装置１００は、図示しないねじをワークに締め付けるため、前記ツールコントローラ５３を介して前記締付け用ＡＣサーボモータ４１を駆動制御するとともに、前記サーボコントローラ５２を介して前記移動用ＡＣサーボモータ２３を駆動制御する。前記駆動軸４１ａは、前記ビット４２と一体になって所定の回転数およびトルクにて回転する一方、前記駆動軸２３ａは、前記ボールねじ軸２４と一体になって所定の回転数およびトルクで回転する。これにより、前記ねじと係合した前記ビット４２は、前記ねじを前記ワークに螺入する方向へ回転させながら下降して所定の締付けトルクで締め付けており、前記ねじの先端がワークに当接した際、前記ビット４２には前記推力が生じる。このとき、前記ドライバ台４ａには前記ピストンロッド３０２ａの先端が接しており、しかも前記真空レギュレータ３０１がピストンロッド３０２ａの力を調整しているので、前記ビット４２の推力は、前記移動部２ａと前記ドライバツール４との自重を相殺した値にできる。つまり、従来のねじ締め装置１００は、極めて低いビット４２の推力を出力できる特徴がある。

特開2007-313614号公報

このように、従来のねじ締め装置１００は、極めて低い推力を得るために、前記支持力発生部３００および前記移動用ＡＣサーボモータ２３をそれぞれ制御しなければならず、これらの制御が複雑になる問題があった。また、従来のねじ締め装置１００は、前記ドライバツール４および前記移動部２ａの自重を支える前記支持力発生部３００の設置が必要となるため、コンパクトにできない問題もあった。

本発明は上記課題に鑑みて創成されたものであり、極めて低いビットの推力を容易に制御できるとともにコンパクトなねじ締め装置の提供を目的とする。本発明のねじ締め装置は、ねじの頭部に係合可能なビットを回転駆動可能に構成したドライバツールと、このドライバツールを往復移動自在に支持する移動部を備えた移動位置制御機構と、これらドライバツールおよび移動位置制御機構をそれぞれ制御指令する制御部を備えた制御ユニットと、からなり、前記ビットが前記ドライバツールおよび前記移動部の合算した自重によってねじ締め方向とは逆に移動する条件を満たすねじ締め装置において、前記制御ユニットは、前記自重によりねじ締め方向とは逆に進むビットの後退推力およびねじ締め中に前記ビットへ付与すべき理想推力をそれぞれ記憶し、前記制御部は、前記理想推力および前記後退推力の絶対値を加算し、この加算した算出推力に基づいて前記移動部の駆動を制御してなることを特徴とする。なお、前記移動部の移動方向がほぼ垂直あるいは水平であってもよい。

本発明のねじ締め装置１は、従来の支持力発生部３００を不要にできるため、ビット４２の推力は、移動部２ａの駆動制御のみ行うことで制御可能となる。これにより、極めて低いビット４２の推力制御が従来に比べて容易となる利点がある。また、前記支持力発生部３００の設置スペースを削減できるため、ねじ締め装置１の外観寸法をより小さくできる利点もある。さらに、本発明のねじ締め装置１は、従来のようにビット４２が上方から下方に向かって下降しねじ締めする上締めに対し、この逆の下締めにてねじ締めを行っているため、例えばねじ締め装置１を脚（図示せず）の内部に設置できる。また、従来の上締めに対し、水平方向にビット４２を移動してねじ締めする横締めに対応する場合であれば、縦長のねじ締め装置１を横にして配置できる。よって、ねじ締め装置１は、従来に比べて設備全体の高さを抑制できる利点もある。

本発明の一実施例を示す概略説明図である。本発明の別の実施例を示す概略説明図である。従来のねじ締め装置を示す概略説明図である。

以下、図１および図２に基づき本発明の一実施例を説明する。本発明のねじ締め装置１は、ねじ（図示せず）に係合するビット４２を備えたドライバツール４と、このドライバツール４と一体に移動する移動部２ａを備えた移動位置制御機構２と、前記ドライバツール４および移動位置制御機構２にそれぞれ動作指令を与える制御ユニット５と、から構成される。なお、図１のねじ締め装置１は、前記ビット４２が下から上に進んでねじ締めするいわゆる下締めを行う一方、図２のねじ締め装置１は、前記ビット４２が右から左に進んでねじ締めするいわゆる横締めを行うものであり、図１および図２のねじ締め装置１は、ねじ締め方向が異なるものの装置自身の部品構成に変わりはなく同一である。

前記移動位置制御機構２は、螺旋状に延びるねじ部を備えたボールねじ軸２４と、このボールねじ軸２４のねじ部に沿って回転し往復移動自在なナット部材２５と、このナット部材２５を固定し前記ボールねじ軸２４に平行に配されたＬＭガイド２６と、前記ボールねじ軸２４の上端に接続した駆動軸２３ａを備える移動用ＡＣサーボモータ２３と、前記ボールねじ軸２４の下端に配されボールねじ軸２４を回転自在に支持するねじ軸取付板２１ｂと、から構成される。前記ボールねじ軸２４は、前記ねじ部が大きな傾斜角のリードにて形成されており、前記リードの傾斜方向は、図１および図２に示すように前記移動用ＡＣサーボモータ２３側に向かって斜め下側に向いている。また、前記移動部２ａは、前記ドライバツール４を垂直に延びるよう支持するドライバ台４ａと、このドライバ台４ａと一体に接続された前記ナット部材２５と、から構成される。前記移動用ＡＣサーボモータ２３は、前記駆動軸２３ａの回転に応じてパルス信号を外部へ出力する移動用エンコーダ２３ｂを備える。この移動位置制御機構２は、前記駆動軸２３ａの回転駆動によって、前記ボールねじ軸２４が回転することで、前記ナット部材２５の回転を規制したまま前記移動部２ａが前記ボールねじ軸２４の軸線と平行に移動する。

ここで、前記駆動軸２３ａを駆動するトルクについて説明する。図１および図２に示す移動位置制御機構２において、例えば前記移動用ＡＣサーボモータ２３を前記ボールねじ軸２４から外すと、前記ナット部材２５は、前記ＬＭガイド２６に回転しないよう固定されているため、前記ボールねじ軸２４を回転させながらボールねじ軸２４の軸線と平行に移動する。また、前記移動部２ａおよび前記ドライバツール４の自重が大きい程、前記ボールねじ軸２４に作用する回転トルクが大きくなる。これは、前記ナット部材２５と前記ボールねじ軸２４との摩擦抵抗が小さく設定されているからである。さらに、図１および図２に示す前記移動部２ａの移動方向は、何れもねじ締め方向とは逆向きとなっている。これは、上述のように前記リードの傾斜方向が移動用ＡＣサーボモータ２３側に向かっているためである。よって、ねじ締め時において、前記ビット４２をそれぞれのねじ締め方向へ所定の推力にて移動させるには、前記駆動軸２３ａが出力すべきトルクは、前記ねじを押さえるためのトルクと、上述の移動部２ａおよびボールねじ軸２４の自重によって生じるボールねじ軸２４の回転トルクに打ち勝つトルクと、を加算して設定する必要がある。また、これら駆動軸２３ａに関わるトルクは、前記ボールねじ軸２４を用いているため、前記ビット４２の推力と対応する。

前記制御ユニット５は、前記ドライバツール４の締付け用ＡＣサーボモータ４１および締付け用エンコーダ４１ｂに接続され締付け用ＡＣサーボモータ４１を駆動制御するツールコントローラ５３と、前記移動位置制御機構２の移動用ＡＣサーボモータ２３および移動用エンコーダ２３ｂに接続され移動用ＡＣサーボモータ２３を駆動制御するサーボコントローラ５２と、これらツールコントローラ５３およびサーボコントローラ５２をそれぞれ制御する制御部５１と、から構成される。また、前記制御部５１は、ねじ締め時に負荷する理想のビット４２の推力（以下、理想推力という。）と、前記移動部２ａおよび前記ドライバツール４との自重により発生するねじ締め方向とは逆方向の推力（以下、後退推力という。）と、をそれぞれ記憶可能に構成されている。さらに、この制御部５１は、前記理想推力および前記後退推力の絶対値を加算し、この加算した算出推力を記憶するとともに、この算出推力に応じた前記ボールねじ軸２４の設定トルクを算出可能に構成される。このボールねじ軸２４の設定トルクは、前記サーボコントローラ５２から前記移動用ＡＣサーボモータ２３へ駆動軸２３ａの駆動トルクとして送られ、前記駆動軸２３ａが駆動する。

次に、本発明のねじ締め装置１の作用について説明する。本発明のねじ締め装置１は、図示しないワークに前記ねじを締め付けるため、前記制御部５１から前記ツールコントローラ５３に動作指令信号を送る。これを受け、前記ツールコントローラ５３は、前記締付け用ＡＣサーボモータ４１に駆動指令を与えるため、前記駆動軸４１ａが所定の回転数およびトルクにて回転する。前記制御部５１は、これと同時に前記サーボコントローラ５２にも動作指令信号を送り、前記移動用ＡＣサーボモータ２３に駆動指令を与える。移動用ＡＣサーボモータ２３は、所定の回転数および前記設定トルクにて前記駆動軸２３ａを回転させる。よって、前記ビット４２は、図１であれば下方から上方に向かって上昇するとともに回転する一方、図２であれば右側から左側に向かって水平移動するとともに回転する。これにより、前記ビット４２に係合したねじは、所定のトルクに達するまでそれぞれの前記ワークに締め付けられる。一方、このときのビット４２に働く推力は、上述のように実際に推力制御の基準となる算出推力が前記理想推力よりも高くできるので、低い推力設定であっても精度よく出力できる。したがって、本発明のねじ締め装置１は、極めて低いビット４２の推力であっても高精度に出力制御できる特徴がある。また、ビット４２の推力は、従来の支持力発生部３００を介して制御していないため、本発明のねじ締め装置１は、ビット４２の推力制御を簡素化できる特徴もある。

１ねじ締め装置
２移動位置制御機構
２ａ移動部
４ドライバツール
５制御ユニット
２３移動用ＡＣサーボモータ
２３ａ駆動軸
２３ｂエンコーダ
２４ボールねじ軸
２５ナット部材
２６ＬＭガイド
４１締付け用ＡＣサーボモータ
４１ａ駆動軸
４１ｂエンコーダ
４２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
１００ねじ締め装置
３００支持力発生部

Claims

ねじの頭部に係合可能なビットを回転駆動可能に構成したドライバツールと、このドライバツールを往復移動自在に支持する移動部を備えた移動位置制御機構と、これらドライバツールおよび移動位置制御機構をそれぞれ制御指令する制御部を備えた制御ユニットと、からなり、前記ビットが前記ドライバツールおよび前記移動部の合算した自重によってねじ締め方向とは逆に移動する条件を満たすねじ締め装置において、
前記制御ユニットは、前記自重によりねじ締め方向とは逆に進むビットの後退推力およびねじ締め中に前記ビットへ付与すべき理想推力をそれぞれ記憶し、
前記制御部は、前記理想推力および前記後退推力の絶対値を加算し、この加算した算出推力に基づいて前記移動部の駆動を制御してなることを特徴とするねじ締め装置。
前記移動部の移動方向がほぼ垂直であることを特徴とする請求項１に記載のねじ締め装置。
前記移動部の移動方向がほぼ水平であることを特徴とする請求項１に記載のねじ締め装置。