JPH10329051A

JPH10329051A - ねじ締め機とその制御方法

Info

Publication number: JPH10329051A
Application number: JP9150001A
Authority: JP
Inventors: Hirotoshi Hayakawa; 博敏早川
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1997-05-23
Filing date: 1997-05-23
Publication date: 1998-12-15

Abstract

(57)【要約】【課題】ねじ締め機の胴径を小さくし、ねじ締め機を
使った緩め作業を可能にし、かつクラッチ部の摩耗を抑
制するねじ締め機を提供することを目的とする。【解決手段】第１のモータ１と、第２のモータ４と、
第２のモータ４の回転軸４０に連結されたドライバビッ
ト７と、第１のモータ１とドライバビット７との間に設
けられた電磁クラッチ６とを備えたねじ締付機におい
て、第１のモータ１と第２のモータ４は同一軸線上に直
列に配置し、電磁クラッチ６は第１のモータ１の回転軸
１０と第２のモータ４の回転軸４０との間に配置したも
のである。したがって、ねじ締め機本体の胴径を小さく
することができるので、作業者が容易にねじ締め機を把
持でき、作業性が良くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、家電製品、自動
車、住宅および建築物の組立作業等に使用される、小形
軽量のねじ締め機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ねじ締め機は組立作業時間の短縮
化のため、電動あるいは空圧を利用して自動化されてい
るが、ドライバビットの回転速度の高速化とともに締め
付けトルクの高精度化が望まれ、その機能として高速回
転機能と高トルク発生機能が要求されている。この要求
を満たすため、第１の従来例として、例えば図４に示す
ような構成を持つねじ締め機が開示されている（例え
ば、特開昭５９−６９２７３号公報）。すなわち、１Ｘ
は低速高トルクを発生する高トルクドライバ、２Ｘは高
速低トルクを発生する低トルクドライバ、３Ｘはベル
ト、５Ｘはプーリ、６Ｘは一方クラッチ、７はドライバ
ビット、８１Ｘ及び８２Ｘはそれぞれ高トルクドライバ
１Ｘおよび低トルクドライバ２Ｘから制御装置８Ｘに締
付完了の信号を送出する信号回路、８３Ｘ及び８４Ｘは
制御装置８Ｘからそれぞれ１Ｘ及び２Ｘに駆動信号を送
出する信号回路、Ｓはねじを表す。この従来のねじ締め
機は、低トルクドライバ２Ｘを回転させると、一方クラ
ッチ６Ｘが高トルクドライバ１Ｘに対してフリーにな
り、低トルクドライバ２Ｘに直結されたトライバビット
７は低トルクドライバ２Ｘが発生しているトルクをその
ままねじＳに伝達する。このため、ねじＳは低トルクに
て図示していない被締結物に対して締め付けられること
となる。ここでねじＳが着座すると着座完了信号が出さ
れ、制御装置８Ｘは更に高トルクドライバ１Ｘにも駆動
信号を出す。ねじＳは低トルクにて締め付けられてお
り、ドライバビット７は回転していない状態であるか
ら、一方クラッチ６Ｘを通じて高トルクドライバ１Ｘの
トルクはドライバビット７に伝達され、ねじＳは締め付
けられる。すなわち、低トルクドライバ２Ｘで高速性
を、高トルクドライバ１Ｘで高トルクの締め付けを実現
するものである。

【０００３】また、第２の従来例として、例えば図５に
示すような構成のねじ締め機が開示されている（例え
ば、特開平３−３２５３１公報）。すなわち、１Ｘはモ
ータ、６Ｘは一方クラッチ、７はドライバビット、１０
Ｘは回転軸、１１Ｘは高速回転軸１３Ｘと低速回転軸１
４Ｘとに異なる回転数とトルクを出力する分割ギア、１
２Ｘはクラッチ、１５Ｘは主軸、１６Ｘはモータ１Ｘの
電流変化を検出するセンサ、１７Ｘは検出信号の微分検
出回路、１８Ｘは信号を比較判別してスイッチ１９Ｘを
オフ遮断する制御回路部、２０Ｘはモータ１Ｘの電源入
力端子である。この従来技術によれば、一例を示すと、
モータ１Ｘが６０００ｒｐｍで回転し、分割ギア１１Ｘ
によって回転軸１０Ｘの回転は回転数が２００ｒｐｍの
高速回転軸１３Ｘと、回転数が６０ｒｐｍの低速回転軸
１４Ｘにそれぞれ分割、減速され、さらに低速回転軸１
４Ｘの回転数は減速機１１１Ｘによって最終的に６ｒｐ
ｍに減速される。ねじを実際に締めるときは、高速回転
軸１３Ｘに設けたクラッチ１２Ｘが接続し、ねじの着座
までは２００ｒｐｍで回転し、トルクが上昇するとクラ
ッチ１２Ｘが滑って回転速度が低下する。主軸１５Ｘの
回転数が６ｒｐｍ以下になると、一方クラッチ６Ｘによ
って低速回転軸１４Ｘのトルクによって締め付けられ
る。このようにねじ締めに当たり、高速回転軸１３Ｘの
高速回転により座付きを行い、座付き後の締め付けは一
方クラッチ６Ｘの動作によって高トルクで行うものであ
る。

【０００４】さらに、第３の従来例として、例えば図６
に示すような構成のねじ締め機が開示されている（例え
ば、特開平７−１６４３４０公報）。すなわち、モータ
１Ｘの回転軸１０Ｘには遊星歯車機構３の第１段の太陽
歯車３１が連結されている。太陽歯車３１の回転力は遊
星歯車３２とキャリア３３を介して高速回転軸１３Ｘに
伝達される。また、高速回転軸１３Ｘに伝達された回転
力は、高速回転軸１３Ｘに設けられた第２段の太陽歯車
３４、第２段の遊星歯車３５、遊星歯車３５を回転自在
に保持するキャリア３６とを介して、噛み合いクラッチ
６０Ｘの駆動側噛み合い部６１Ｘに伝達されるようにし
てある。高速回転軸１３Ｘは下方に延長されて、軸受を
介して主軸１５Ｘに回転自在に支承されている。高速回
転軸１３Ｘには摺動部材３０Ｘが軸線方向に摺動自在に
スプライン連結されている。摺動部材３０Ｘの下部には
カム装置３１Ｘの一方側を構成するローラ状のカム従動
子３１ａＸが高速回転軸１３Ｘに垂直に支承されてい
る。また、主軸１５Ｘの上部にはカム装置３１Ｘの他方
側を構成する乗り上げカム３１ｂＸがカム従動子３１ａ
Ｘと対向するように軸継手３２Ｘを介して連結されてい
る。なお、軸継手３２Ｘには、カム装置３１Ｘの回転方
向の動作範囲を超えて回転しないようにストッパ機構が
設けられている。

【０００５】太陽歯車３４と摺動部材３０Ｘとの間に
は、圧縮コイルバネ３３Ｘが高速回転軸１３Ｘに沿って
介設され、カム装置３１Ｘの部分を拡大して示した図７
に示すように、圧縮コイルバネ３３Ｘはカム従動子３１
ａＸを乗り上げカム３１ｂＸに形成したＶ字溝の第一カ
ム位置ｐ、またはそれより太陽歯車側にある平坦な第二
カム位置ｑに圧接するようにしてある。さらに、キャリ
ア３６下端には、噛み合いクラッチ６０Ｘの一方側を構
成する駆動側噛み合い部６１Ｘが軸線方向に摺動可能に
連結されていると共に、キャリア３６と駆動側噛み合い
部６１Ｘとの間には、弾性部材として圧縮バネ３５Ｘが
介設されている。また、主軸１５Ｘには筒状の伝動部材
３６Ｘが軸線方向に連動可能にスプライン連結されると
共に、摺動部材３０Ｘと軸線方向に連動可能に、かつ回
転方向に連動不能に玉軸受３７Ｘを介して係合されてい
る。伝動部材３６Ｘ上端には、駆動側噛み合い部６１Ｘ
と対向して、噛み合いクラッチ６０Ｘの他方側を構成す
る被動側噛み合い部６２Ｘが設けられている。また、伝
動部材３６Ｘの外周部の所定位置に環状溝３８Ｘが穿設
されると共にハウジング２１Ｘには環状溝３８Ｘを近接
センサで検出する位置検出器３９Ｘが設けられている。

【０００６】前記構成において、主軸１５Ｘにトルクが
小さいねじ込み状態のとき、図７に示すように、カム装
置３１Ｘのカム従動子３１ａＸは下位の第一カム位置ｐ
においてカム３１ｂＸに圧接されるので、摺動部材３０
Ｘはカム装置３１Ｘを介して主軸１５Ｘと回転に連動可
能になる。その時、摺動部材３０Ｘは伝動部材３６Ｘと
共に下位に保持されるので噛み合いクラッチ６０Ｘの被
動側噛み合い部６２Ｘは駆動側噛み合い部６１Ｘと非噛
み合い状態にある。したがって、モータ１Ｘの回転は回
転軸１０Ｘ、遊星歯車機構３とその高速回転軸１３Ｘ、
摺動部材３０Ｘ、カム装置３１Ｘ及び軸継手３２Ｘを順
次介して出力軸１５Ｘに伝動される。次の段階として、
主軸１５Ｘにかかるトルクが大きいねじ締め状態に移行
したとき、カム装置３１Ｘは軸線方向に推力を発生し、
カム従動子３１ａＸは負荷トルクに応じて圧縮コイルバ
ネ３３Ｘに抗して第一カム位置ｐから上位の第二カム位
置ｑに押動されると共にカム３１ｂＸと回転方向に連動
不能となる。この動作により、摺動部材３０Ｘが玉軸受
け３７Ｘを介して伝動部材３６Ｘと一体に上方に変位す
ると共に、被動側噛み合い部６２Ｘが上方に移動して、
駆動側噛み合い部６１Ｘと噛み合い、噛み合いクラッチ
６０Ｘの接続が行われる。したがって、モータ１Ｘの回
転は、回転軸１０Ｘ、遊星歯車機構３とそのキャリア３
６、噛み合いクラッチ６０Ｘおよび伝動部材３６Ｘを順
次介して主軸１５Ｘに伝動される。このようにして、メ
カ的な手法によって高速回転のねじ込みと高トルクの締
め付けが実現できるものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記第１の
従来例では、回転駆動源となる２台のモータが並列に並
んでいるためにねじ締め機の胴径が大きくなり、実際に
作業者がねじ締め機を把持して作業することは困難であ
った。また、ねじ締め作業には、ねじを締め付ける作業
のみならず、一度締めたねじを緩める作業も頻繁にあ
る。ところが従来のねじ締め機では一方クラッチを使用
しているためねじの緩め作業ができないという欠点があ
った。上記第２の従来例では、モータからの回転を高速
回転軸と低速回転軸の２つの回転軸をねじ締め機の胴体
の中に並列に設置し、しかも多くの段差歯車を形成しな
ければならないためにねじ締め機の胴径が大きくなり、
前従来技術同様に作業者がねじ締め機を把持してねじ締
め作業を行うことは困難である。またこの従来技術のね
じ締め機も同様に一方クラッチを使用しているためねじ
緩め作業ができないという欠点があった。また、上記第
３の従来例では、低トルクから高トルクのねじ締めに移
行する際にカム装置のカム従動子及びカム、並びに噛み
合いクラッチの噛み合い部３４ａ及び３４ｂが高速回転
から低速回転に突然移行しかつ高トルクが印加され、強
く摩擦するため、ねじ締め機を長時間使用するとこれら
の部分が摩耗し、トルク移行ができなくなるという欠点
があった。本発明は、高速回転を維持しつつ、ねじ締め
機の胴径を小さくし、ねじ締め機を使った緩め作業を可
能にし、かつクラッチ部の摩耗を抑制するねじ締め機を
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、第１の手段は、第１のモータと、第２のモータと、
前記第２のモータの回転軸に連結されたドライバビット
と、前記第１のモータと前記ドライバビットとの間に設
けられたクラッチとを備えたねじ締付機において、前記
第１のモータと前記第２のモータは同一軸線上に直列に
配置され、前記クラッチは前記第１のモータの回転軸と
前記第２のモータの回転軸との間に配置されているもの
である。第２の手段は、前記第１のモータと前記クラッ
チの間に減速機を配置してあるものである。第３の手段
は、前記減速機が、前記第１のモータの回転軸に連結さ
れた太陽歯車と、前記太陽歯車と噛み合う複数の遊星歯
車と、前記遊星歯車を回転自在に支持するキャリアと、
前記遊星歯車に噛み合う内歯車とを有する遊星歯車機構
で構成され、前記クラッチが、前記キャリアと連結され
た駆動軸側のクラッチ板と、前記第２のモータの回転軸
に連結された被駆動側のクラッチ板とを備えたものであ
る。

【０００９】第４の手段は、前記第２のモータの回転軸
と前記ドライバビットの間にトルクセンサを設けたもの
である。第５の手段は、前記トルクセンサが、前記第２
のモータの回転軸と前記ドライバビットの間に設けら
れ、前記トルクセンサの回転軸が、１部又は全体が磁歪
材料で構成され、前記トルクセンサの回転軸のトルク変
化を前記磁歪材料の透磁率の変化として検出する励磁・
検出コイルが、前記トルクセンサの回転軸の外周に非接
触で形成されたものである。第６の手段は、前記トルク
センサが、ねじ締め時に前記減速機に伝わる前記ドライ
バビットの反力を検出する歪みゲージで構成されたもの
である。第７の手段は、前記歪みゲージが、前記第２の
モータのハウジングに二重構造の歪み管を固定し、前記
歪み管の内管の外壁に歪みゲージを張り付け、前記歪み
管の下部を把持部に連結したものである。第８の手段
は、前記第１のモータおよび前記第２のモータが電動モ
ータまたはエアモータのいづれか一方で構成されたもの
である。第９の手段は、前記クラッチが、噛み合いクラ
ッチ、摩擦クラッチ、流体クラッチまたは電磁クラッチ
のいづれか１種類で構成されたものである。第１０の手
段は、前記第１のモータの回転軸に連結された第１のエ
ンコーダと、前記第２のモータの回転軸に連結された第
２のエンコーダとを備えたものである。

【００１０】第１１の手段は、前記第１のエンコーダの
出力と、前記第２のエンコーダの出力と、前記トルクセ
ンサの出力とを入力とし、前記第１のモータ、前記第２
のモータおよび前記電磁クラッチの各動作指令を出力す
る制御回路部を備えたものである。第１２の手段は、前
記制御回路部が、前記第１のモータの負荷電流を検知す
る電流検出回路と、前記電流検出回路の出力からトルク
値を演算するトルク演算処理回路とを備えたものであ
る。第１３の手段は、前記制御回路部が、前記第１のエ
ンコーダ、前記第２のエンコーダおよび前記トルクセン
サの出力信号のうち任意の出力信号を選択して、前記信
号の出力値を表示するセンサ出力表示手段を備えたもの
である。第１４の手段は、第１のモータと第２のモータ
とを同一軸線上に配置し、前記第１のモータの回転角度
を検出する第１のエンコーダと前記第２のモータの回転
角度を検出する第２のエンコーダとを設け、前記第２の
モータの回転軸にドライバビットを連結し、前記第１の
モータの回転軸と前記第２のモータの回転軸との間にク
ラッチを備えたねじ締めつけ機の制御方法において、前
記第２のモータが動作していない状態で、かつ前記クラ
ッチが接続状態であるときには前記第１のモータを動作
させ、前記クラッチが非接続状態にあるときは前記第２
のモータを動作させる方法である。第１５の手段は、ね
じの締め付け時に、前記クラッチが接続状態になった時
を起点として前記第１のエンコーダからの出力信号によ
り、前記第１のモータが所定の回転角度になったとき、
前記第１のモータを停止させてねじ締めを完了させる方
法である。第１６の手段は、前記ドライバビットに加わ
るトルクを検出するトルクセンサを設け、ねじの締め付
け時に、前記クラッチが接続状態になった時を起点とし
て、前記第１のエンコーダの信号と前記トルクセンサの
信号との両方の信号から、トルク値を回転角度で微分
し、この微分値が所定の値になったときに、前記第１の
モータを停止させてねじ締めを完了させる方法である。
第１７の手段は、前記トルクセンサの信号、前記第１の
モータおよび前記第２のモータの動作指令信号を有線ま
たは無線の通信の何れか一方の手段よって伝達する方法
である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に基づ
いて説明する。図１は本発明の第１の実施例を示す構成
図である。図において、１００は軸ユニット部で、回転
軸１０を備えた第１のモータ１、第１のモータ１の回転
速度および回転角度を検出する第１のエンコーダ２、第
１のモータ１の回転軸１０に連結された遊星歯車機構か
らなる減速機３、第１のモータ１と同軸線上に回転軸４
０を備えた第２のモータ４、第２のモータ４の回転速度
及び回転角度を検出する第２のエンコーダ５、一方が減
速機３の出力側に、他方が第２のエンコーダ５に連結さ
れた電磁クラッチからなるクラッチ６、および回転軸４
０に連結されたドライバビット７から構成されている。

【００１２】第１のモータ１は永久磁石からなるロータ
１１と、電機子コイル１２を装着したステータ１３とを
備え、カップリング１４によって第１のエンコーダ２の
回転軸２１に連結される。第１のエンコーダ２は、ガラ
ス基板上に金属薄膜スリットを設け、回転軸２１に固定
されたディスク２２と、受光素子及び発光素子有する光
センサヘッド２３とからなり、回転軸１０の回転速度と
回転角度を検出するものである。第１のモータ１の回転
軸１０のもう一方の端は、カップリング１５を介して減
速機３の太陽歯車３１に結合されている。減速機３は、
太陽歯車３１に噛み合う第１段の遊星歯車３２と、遊星
歯車３２を回転自在に支持する第１段のキャリア３３
と、キャリア３３に連結された第２段の太陽歯車３４
と、太陽歯車３４と噛み合う第２段の遊星歯車３５と、
遊星歯車３５に連結される第２段のキャリア３６とを備
え、遊星歯車３２、３５はそれぞれ、円筒状のハウジン
グ３７の内側に設けられた内歯車３８Ａ，３８Ｂにそれ
ぞれ噛み合わされている。キャリア３６の回転軸３６Ａ
は、更にカップリング３９を介してクラッチ６の駆動軸
６１に連結されている。

【００１３】クラッチ６は、円板状の接続板６２を設け
た駆動軸６１と、接続板６２に対向して設けられた駆動
軸側のクラッチ板６３Ａと、クラッチ板６３Ａに対向し
て設けられた被動軸側のクラッチ板６３Ｂと、クラッチ
板６３Ａの軸方向端部に設けられた永久磁石６４と、永
久磁石６４と接続板６２との間に設けられたバネ６５
と、ハウジング３７の内側に固定され、励磁することに
より永久磁石６４を反発する電磁コイル６６とから構成
されている。クラッチ６が非接続状態にある時、接続板
６２はバネ６５によって駆動軸側のクラッチ板６３に圧
接される。一方、クラッチ６が接続状態にある時、電磁
コイル６７からの反発力によって永久磁石６４と共に、
駆動軸側のクラッチ板６３Ａが下方に押し下げられる。
したがって、クラッチ板６３Ａは接続板６２から離脱す
ると共に、被動軸側のクラッチ板６３Ｂと噛み合う。被
動軸側のクラッチ板６３Ｂはカップリング６７を介して
第２のエンコーダ５の回転軸５１の一方端に結合されて
いる。第２のエンコーダ５は第１のエンコーダ２と同様
の構成を備えており、回転軸５１の他方端は、カップリ
ング６８を介して第２のモータ４の回転軸４０の一方端
に結合されている。第２のモータ４は第１のモータ１と
ほぼ同様の構成を備えており、回転軸４０の他方端はド
ライバビット７に結合されている。

【００１４】軸ユニット部１００の動作を制御する制御
回路部８は第１のモータ１，第２のモータ４の駆動回路
８１Ａおよび８１Ｂ、第１のエンコーダ２および第２の
エンコーダ５の出力信号をそれぞれ処理するエンコーダ
信号処理回路８２Ａおよび８２Ｂ、クラッチ６を駆動す
る電磁クラッチ駆動回路８３、第１のモータ１および第
２のモータ４に供給する駆動電流を検知する電流検出回
路８４Ａ、および電流値をトルク換算するトルク演算処
理回路８４Ｂを備えてある。また、ＣＰＵ，ＲＯＭ，Ｒ
ＡＭからなり、各種入力信号を受け制御信号を発する演
算回路を有する制御部８５、外部ホストコンピュータと
データ伝送を行うデータ送信回路８６Ａおよびデータ受
信回路８６Ｂ、ねじ締めトルク等を入力する設定部８６
Ｃ、設定部８６Ｃからのデータを制御部８５に入力する
入力回路８６Ｄ、フォトカプラ８６Ｅを備えている。制
御部８５は、フォトカプラ８６Ｅを介して、モータ駆動
回路８１Ａおよび及び８２Ｂ並びに電磁クラッチ駆動回
路８３に駆動信号を送り、かつ制御部８５との制御信号
を伝達するようにしてある。制御部８５には表示部８７
によって、ねじ締めのトルク等のデータを表示するよう
にしてある。

【００１５】ここで上記構成の動作を説明する。ねじＳ
を被締結物Ｗにねじ締めする過程では、まず、設定部８
６Ｃまたは外部ホストコンピュータに締結トルク、ねじ
込み速度、着座トルク等の初期設定値を入力し、制御部
８５に送る。なお、本実施例ではワイヤケーブルを使用
した有線伝送であるが、送信方法は光ファイバを使用し
た有線伝送、又は電波若しくは赤外線による無線伝送も
可能である。続いて、ドライバビット７をねじＳの頭部
に差し込むと共に、制御部８５から電磁クラッチ駆動回
路８３を介して駆動信号を送り、クラッチ６を非接続状
態にする。この状態で、制御部８５からフォトカプラ８
６Ｅを通して第２のモータ４を始動させる指令をモータ
駆動回路８１Ｂに送る。第２のモータ４が始動し始める
と、所定のねじ込み速度になるように第２のエンコーダ
５からの信号をエンコーダ信号処理回路８２Ｂで信号処
理し、その出力であるデジタル信号を制御部８５にフィ
ードバックし、制御部８５で第２のモータ４の回転速度
をコントロールする。例えば、第２のモータ４を定格回
転数である３０００ｒｐｍで駆動させ、ドライバビット
７によりねじＳを被締結物Ｗにねじ込む。

【００１６】ねじＳが着座点に到達して回転軸４０のト
ルクが上昇し、電流検出回路８４Ａ、トルク演算処理回
路８４Ｂを介して制御部８５が所定のトルクに到達した
ことを感知すると、制御部８５から第２のモータ４を停
止する指令がモータ駆動回路８１Ｂに送られる。第２の
エンコーダ５によって第２のモータ４の回転の停止を検
知した瞬間、制御部８５から電磁クラッチ駆動回路８３
にクラッチ６を接続する指令が送られ、クラッチ６の駆
動軸側のクラッチ板６３Ａと被動軸側のクラッチ板６３
Ｂとが接続される。続いて、制御部８５からフォトカプ
ラ８６Ｅを通してモータ駆動回路８１Ａに第１のモータ
１を動作させる指令が送られる。第１のモータ１の回転
始動によってその回転力が減速機３、クラッチ６、第２
のモータ４の回転軸４０を順次介してドライバビット７
に伝えられる。そして、ねじＳが締め付けられ、電流検
出回路８４Ａ、トルク演算処理回路８４Ｂを介して制御
部８５が所定のトルクに到達したことを感知すると、制
御部８５から第１のモータ１の停止指令がモータ駆動回
路８１Ａに送られ、以上の過程でねじ締めが完了する。

【００１７】本実施例では、減速機３の第１段及び第２
段の減速比をそれぞれ１０：１とし、第１のモータ１の
回転軸１０の定格回転数３０００ｒｐｍ、定格トルク
０．０２ｋｇｆ・ｍとすると、回転性能は、最終的に減
速機３の後では定格回転数３０ｒｐｍ、定格トルク１．
４１ｋｇｆ・ｍとなった。そこで、ねじ込みの回転数を
３０００ｒｐｍ、着座トルクを０．２ｋｇｆ・ｍ、締め
付け回転数を５０ｒｐｍ、および締結トルクを１．５ｋ
ｇｆ・ｍに設定して５Ｍ−１０Ｌのねじのねじ締め試験
を行った結果、平均１．２ｓｅｃでねじ締めを完了する
ことができ、しかも締結トルクのばらつきも設定値から
±１％以内にすることができた。以上のように、本発明
のねじ締め機は正確かつ迅速なねじ締め可能である。な
お、上記のねじ締め試験ではトルク法によってねじの締
め付けを行ったが、回転角度法またはトルク勾配法によ
るねじ締めも可能である。回転角度法では、ねじの締め
付け時にクラッチ６が接続状態になった時を起点として
第１のエンコーダ２からの信号を制御部８５に送り、所
定の回転角度になったときねじ締めを完了するものであ
る。また、トルク勾配法では、ねじの締め付け時にクラ
ッチ６が接続状態になった時を起点として、第１のエン
コーダ２の信号とトルク演算処理回路８４Ｂの信号との
両方の信号を制御部８５に送り、トルク値を回転角度で
微分し、この微分値が所定の値になったところでねじ締
めを完了するものである。

【００１８】以上のように、本発明のねじ締め機では、
高トルクを発生させる第１のモータ１と高速回転を実現
する第２のモータ４を回転軸が同一軸上になるように直
列に配置して、しかもその間にクラッチ６を設置してい
るため、従来技術のねじ締め機のように胴径が大きくな
らない。よって作業者が容易にねじ締め機を片手でも把
持できるので作業性が良くなる。また、一方クラッチを
使用していないのでねじ締め機を使ったねじ緩め作業も
可能となる。また、高速回転のねじ込みから低速回転の
締め付けに移行するとき、軸の回転が完全に停止してか
ら電磁クラッチを接続するので、従来のねじ締め機のよ
うなクラッチ板の摩耗がない。なお、本実施例では、ク
ラッチに電磁クラッチを使用したが、噛み合いクラッ
チ、摩擦クラッチ又は流体クラッチを使用し、手動ある
いは電磁弁などを利用してクラッチの入り・切りの動作
をすることででも本実施例と同様の効果が得られる。さ
らに、本実施例では第１のモータ１の出力側に遊星歯車
機構からなる減速機を使用したが、減速機を使用しない
で、低速で定格出力が第２のモータ４よりも大きな第１
のモータ１を使用すれば本実施例と同様の効果が期待で
きる。また本実施例では回転駆動源に電動モータを使用
したが、電動モータの代わりにエアモータを使用しても
よい。

【００１９】図２は本発明の第２の実施例を示す構成図
である。本発明のねじ締め機は、上記第１の実施例の電
流検出回路８４Ａ，トルク演算処理回路８４Ｂの代わり
に、第１の実施例に示したねじ締め機の第２のモータ４
とドライバビット７との間に磁歪式のトルクセンサ９Ａ
を設置して、ドライバビット７に加わるトルクを検出す
るようにしたものである。トルクセンサ９Ａの回転軸９
０は、第２のモータ４の回転軸４０とドライバビット７
の回転軸７０とにそれぞれカップリング９１および９２
でそれぞれ連結されている。回転軸９０の表面にはスリ
ット状の磁歪薄膜９３を形成してある。磁歪薄膜９３
は、スパッタリング法によって形成されたもので、Ｎｉ
Ｆｅ、Ｎｉ等の磁歪効果を有する材料である。さらに、
磁歪薄膜９３に対向する回転軸９０の回りに、励磁・検
出コイル９４が非接触で巻線され、ねじ締め時の回転軸
９０のねじり歪みを磁歪材料の透磁率の変化として検出
するようにしてある。

【００２０】制御回路部８には、トルクセンサ９Ａの励
磁・検出コイル９４を駆動する励磁コイル駆動回路８８
と、励磁・検出コイル９４からの検出信号を入力とする
トルクセンサ信号処理回路８９Ａと、そのアナログ信号
をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器８９Ｂとを設
け、Ａ／Ｄ変換器８９Ｂの出力を制御部８５に入力する
ようにしてある。このように、トルクセンサ９Ａをねじ
締め機に設置することにより、着座点のトルク検出、あ
るいは最終締め付けトルクの正確な検出が可能となると
共に、ねじ込み完了時の第１のモータ４の停止、クラッ
チ６の接続、およびねじ締め付け開始および完了時の第
１のモータ１の始動及び停止を、トルクセンサ９Ａの信
号を検出しながら高速に行うことが出来る。なお、本実
施例ではトルク検出にスパッタリングによって形成した
ＮｉＦｅ、Ｎｉ等の磁歪効果を有するストライプ状の磁
歪薄膜９３を使用したが、回転軸９０に磁歪効果を有す
る箔を接着剤で貼付してもよい。また、回転軸９０自体
を磁歪効果を有する例えばマルエージ鋼等を使用しても
本実施例と同様の効果を得ることが出来る。

【００２１】図３は、本発明の第３の実施例を示すねじ
締め機の断面模式図である。この場合、上記第２の実施
例で磁歪薄膜９３を用いたトルクセンサ９Ａの代わり
に、歪みゲージ式のトルクセンサ９Ｂを備えたものであ
る。すなわち、図３において９Ｂはトルクセンサで、第
２のモータ４のハウジング４１の軸方向端面に、回転軸
４０を囲むように起歪体に相当する二重構造の歪み管９
５を固定し、歪み管９５の内管の外壁に歪みゲージ９６
を張り付けたものである。さらに歪み管９５の下部は把
持部９７に連結されたものである。ねじの締め付け時、
すなわちクラッチ６が接続状態で、第１のモータ１が動
作している時には、把持部９７が固定されているので、
減速機３の内歯車３８Ａ，３８Ｂにかかる回転反力と第
１のモータ１のステータ１３にかかる回転反力とによっ
て二重構造の歪み管９５がねじり歪みを生じる。このね
じり歪みを歪みゲージ９６で検出することにより、回転
軸４０に加わるトルクを求めるものである。また、ねじ
込み時、すなわちクラッチ６が非接続状態で、第２のモ
ータ４が駆動している時には、第２のモータ４のステー
タ４２にかかる反力によって二重構造の歪み管９５がね
じり歪みを生じる。このねじり歪みを歪みゲージ９６で
検出し、回転軸４０に加わるトルクを求めるものであ
る。トルクセンサ９Ｂをねじ締め機に設置することによ
り、着座点のトルク検出、あるいは最終締め付けトルク
の正確な検出が可能となると共に、ねじ込み完了時の第
２のモータ４の停止、クラッチ６の接続、およびねじ締
め付け開始及び完了時の第１のモータ１の始動及び停止
をトルクセンサ９Ｂの信号を検出しながら高速に行うこ
とが出来る。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、高
トルクを発生させるモータ１Ｃと高速回転を実現するモ
ータ１Ｄが直列に配置して、しかもその間にクラッチを
設置しているため、従来技術のねじ締め機より胴径を小
さくすることができる。よって、作業者が容易にねじ締
め機を把持できるので作業性が良くなる。また一方クラ
ッチを使用していないので、ねじ締め機を使ったねじ緩
め作業も可能となる。さらに、高速回転のねじ込みから
低速回転の締め付けに移行するとき、駆動軸の回転が完
全に停止してから電磁クラッチを接続するので、従来の
ねじ締め機のようなクラッチ板の摩耗が少なく、寿命の
長いねじ締め機を提供できるなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す構成図である。

【図２】本発明の第２の実施例を示す構成図である。

【図３】本発明の第３の実施例を示す構成図である。

【図４】第１の従来例を示す構成図である。

【図５】第２の従来例を示す構成図である。

【図６】第３の従来例を示す側断面図である。

【図７】第３の従来例の要部を示す側断面図である。

【符号の説明】

１：第１のモータ、１０：回転軸、１１：ロータ、１
２：電機子コイル、１３：ステータ、１４、１５、３
９、６７、６８、９１、９２：カップリング：２：第１
のエンコーダ、２１：回転軸、２２：ディスク、２３：
光センサヘッド、３：減速機、３１、３４：太陽歯車、
３２、３５：遊星歯車、３３、３６：キャリア、３７：
ハウジング、３８Ａ，３８Ｂ：内歯車、４：第２のモー
タ、４０：回転軸、４１：ハウジング、４２：ステー
タ、５：第２のエンコーダ、５１：回転軸、６：クラッ
チ、６１：駆動軸、６２：接続板、６３Ａ，６３Ｂ：ク
ラッチ板、６４：永久磁石、６５：バネ、６６：電磁コ
イル、７：ドライバビット、８：制御回路部、８１Ａ，
８１Ｂ：モータ駆動回路、８２Ａ，８２Ｂ：エンコーダ
信号処理回路、８３：電磁クラッチ駆動回路、８４Ａ：
電流検出回路、８４Ｂ：トルク演算処理回路、８５：制
御部、８６Ａ：データ送信回路、８６Ｂ：データ受信回
路、８６Ｃ：設定部、８６Ｄ：入力回路、８６Ｅ：フォ
トカプラ、８７：表示部、８８：励磁コイル駆動回路、
８９Ａ：トルクセンサ信号処理回路、８９Ｂ：Ａ／Ｄ変
換器、９Ａ，９Ｂ：トルクセンサ、９３：磁歪薄膜、９
４：励磁・検出コイル、９５：歪み管、９６：歪みゲー
ジ、９７：把持部

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ１６Ｄ 15/00 Ｆ１６Ｄ 15/00 // Ｆ１６Ｈ 3/44 Ｆ１６Ｈ 3/44 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１のモータと、第２のモータと、前記
第２のモータの回転軸に連結されたドライバビットと、
前記第１のモータと前記ドライバビットとの間に設けら
れたクラッチとを備えたねじ締付機において、前記第１のモータと前記第２のモータは同一軸線上に直
列に配置され、前記クラッチは前記第１のモータの回転
軸と前記第２のモータの回転軸との間に配置されている
ことを特徴とするねじ締め機。
【請求項２】前記第１のモータと前記クラッチの間に
減速機が配置されていることを特徴とする請求項１記載
のねじ締め機。
【請求項３】前記減速機は、前記第１のモータの回転
軸に連結された太陽歯車と、前記太陽歯車と噛み合う複
数の遊星歯車と、前記遊星歯車を回転自在に支持するキ
ャリアと、前記遊星歯車に噛み合う内歯車とを有する遊
星歯車機構で構成され、前記クラッチが、前記キャリア
と連結された駆動軸側のクラッチ板と、前記第２のモー
タの回転軸に連結された被駆動側のクラッチ板とを備え
たことを特徴とする請求項２記載のねじ締め機。
【請求項４】前記第２のモータの回転軸と前記ドライ
バビットの間にトルクセンサを設けてあることを特徴と
する請求項１ないし３のいずれかに記載のねじ締め機。
【請求項５】前記トルクセンサは、その回転軸の１部
又は全体が磁歪材料で構成され、前記トルクセンサの回
転軸のトルク変化を前記磁歪材料の透磁率の変化として
検出する励磁・検出コイルが、前記トルクセンサの回転
軸の外周に非接触で形成されていることを特徴とする請
求項４記載のねじ締め機。
【請求項６】前記トルクセンサは、ねじ締め時に前記
減速機に伝わる前記ドライバビットの反力を検出する歪
みゲージで構成されていることを特徴とする請求項４記
載のねじ締め機。
【請求項７】前記トルクセンサは、前記第２のモータ
のハウジングに二重構造の歪み管を固定し、前記歪み管
の内管の外壁に歪みゲージを張り付け、前記歪み管の下
部を把持部に連結してあることを特徴とする請求項６記
載のねじ締め機。
【請求項８】前記第１のモータおよび前記第２のモー
タは電動モータまたはエアモータのいづれか一方で構成
されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれ
かに記載のねじ締め機。
【請求項９】前記クラッチは、噛み合いクラッチ、摩
擦クラッチ、流体クラッチまたは電磁クラッチのいづれ
か１種類で構成されていることを特徴とする請求項１な
いし８のいずれかに記載のねじ締め機。
【請求項１０】前記第１のモータの回転軸に連結され
た第１のエンコーダと、前記第２のモータの回転軸に連
結された第２のエンコーダとを備えたことを特徴とする
請求項１ないし９のいずれかに記載のねじ締め機。
【請求項１１】前記第１のエンコーダの出力と、前記
第２のエンコーダの出力と、前記トルクセンサの出力と
を入力とし、前記第１のモータ、前記第２のモータおよ
び前記クラッチの各動作指令を出力する制御回路部を備
えたことを特徴とする請求項１０記載のねじ締め機。
【請求項１２】前記制御回路部は、前記第１のモータ
の負荷電流を検知する電流検出回路と、前記電流検出回
路の出力からトルク値を演算するトルク演算処理回路と
を備えたことを特徴とする請求項１１記載のねじ締め
機。
【請求項１３】前記制御回路部は、前記第１のエンコ
ーダ、前記第２のエンコーダおよび前記トルクセンサの
出力信号のうち任意の出力信号を選択して、前記出力信
号の出力値を表示する表示部を備えたことを特徴とする
請求項１１または１２に記載のねじ締め機。
【請求項１４】第１のモータと第２のモータとを同一
軸線上に配置し、前記第１のモータの回転角度を検出す
る第１のエンコーダと前記第２のモータの回転角度を検
出する第２のエンコーダとを設け、前記第２のモータの
回転軸にドライバビットを連結し、前記第１のモータの
回転軸と前記第２のモータの回転軸との間にクラッチを
備えたねじ締めつけ機の制御方法において、前記第２の
モータが動作していない状態で、かつ前記クラッチが接
続状態であるときには前記第１のモータを動作させ、前
記クラッチが非接続状態にあるときは前記第２のモータ
を動作させることを特徴とするねじ締め機の制御方法。
【請求項１５】ねじの締め付け時に、前記クラッチが
接続状態になった時を起点として前記第１のエンコーダ
からの出力信号により、前記第１のモータが所定の回転
角度になったとき、前記第１のモータを停止させてねじ
締めを完了させることを特徴とする請求項１４記載のね
じ締め機の制御方法。
【請求項１６】前記ドライバビットに加わるトルクを
検出するトルクセンサを設け、ねじの締め付け時に、前
記クラッチが接続状態になった時を起点として、前記第
１のエンコーダの信号と前記トルクセンサの信号との両
方の信号から、トルク値を回転角度で微分し、この微分
値が所定の値になったときに、前記第１のモータを停止
させてねじ締めを完了させることを特徴とする請求項１
４または１５に記載のねじ締め機の制御方法。
【請求項１７】前記トルクセンサの信号、前記第１の
モータおよび前記第２のモータの動作指令信号を有線ま
たは無線の通信の何れか一方の手段よって伝達すること
を特徴とする請求項１４ないし１６のいずれかに記載の
ねじ締め機の制御方法。