(57)【要約】【課題】ネジの締め付けに伴う反トルクの支持構造を改善する。【解決手段】ネジを回転駆動するナットランナ６を、スライド機構５がナットランナ６の回転軸と直角方向にスライド変位させる。スライド機構５はガイドレール２５と、ガイドレール２５に案内されるスライダ２４を備える。ガイドレール２５の頂面２５Ａにスライダ２４のガイド面２４Ａが接することで、ナットランナ６のネジ締め付けに伴う反トルクを広い面積で支持する。安定的な反トルクの支持構造により、反トルクによるスライダ２４の変位を防止できる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナット及びボルトを含むネジを回転駆動する回転軸を有するナットランナと、ナットランナを前記回転軸と直角方向にスライド変位させるスライド機構と、を備え、
前記スライド機構は、頂面を有するガイドレールと、前記ナットランナを支持して前記ガイドレールに案内されるスライダと、を備え、
前記スライダは前記ガイドレールの頂面にオーバラップするガイド面を有し、
前記ネジの締め付け動作に伴う反トルクを前記ガイドレールの頂面で支持するように、前記ガイドレールと前記スライダの向きを設定したことを特徴とするネジの自動締付装置。
【請求項２】
前記ガイドレールは前記回転軸と直角をなし、前記頂面と前記ガイド面は前記回転軸と平行な平面で構成される、請求項１のネジの自動締付装置。
【請求項３】
前記ガイドレールは、前記スライド変位の方向に延びる一対のガイド溝を側面に形成した略矩形の断面形状を有し、前記スライダは前記ガイド溝に係合する爪を有する、請求項１または２のネジの自動締付装置。
【請求項４】
前記ナットランナは、前記回転軸方向にナットランナを変位させるアクチュエータを介して前記スライド機構に支持される、請求項１から３のいずれかのネジの自動締付装置。
【請求項５】
前記回転軸は垂直軸で構成され、前記ガイドレールは水平方向に延設されるとともに、前記ガイドレールを同一平面上で直角方向にスライドさせる別のスライド機構をさらに備える、請求項１から４のいずれかのネジの自動締付装置。
【請求項６】
前記ナットランナ、前記アクチュエータ、前記スライド機構、及び前記スライド方向と直交する向きの別のスライド機構からなる複数の締付ユニットを、共通のフレーム上に複数備える、請求項５のネジの自動締付装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ボルトやナットなどのネジ類の締め付けを任意の締付位置で行うネジの自動締付装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両搭載機器を車体に固定する方法として、例えば内燃エンジンやサスペンションなどのユニット化された機器を車体の下方から車体内部の所定位置に配置した後、ボルトとナットで車体に固定する固定方法が知られている。
【０００３】
ナットのボルトへの締め付け作業はナットランナと称する機器を用いて行なわれる。ナットランナは電動モータの回転軸の先端にナットを保持し、電動モータの回転によりナットのボルトへの締め付けを行なうよう構成されている。ボルトはあらかじめ機器に対して回り止めが施されている。
【０００４】
ボルトの位置は車種によって一様ではない。そこで、ナットランナをナットの締め付け位置へと移動するために様々な移動メカニズムが用いられる。
【０００５】
例えば、ナットランナを多関節ロボットで支持することで３次元方向に移動可能に保持することが考えられる。また、特許文献１に示すようにナットランナをアーム型ロボットで支持することで３次元方向に移動可能に保持することが考えられる。さらに、ナットランナを垂直方向に駆動するアクチュエータと、アクチュエータを水平なテーブル上の任意の位置に移動させる２軸スライド機構とを用いてナットランナを３次元方向に移動可能に支持することが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９-１１３１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらの多関節ロボットやアーム型ロボットは製造コストが高いという問題がある。テーブル式の２軸スライド機構と垂直アクチュエータの組み合わせはこれらに比べてコストが安いという利点を有する。
【０００８】
ところで、内燃エンジンやサスペンションなどの機器を車体に固定するためのナットの締め付けは１２０-１６０ニュートン・メートル（Ｎ・ｍ）という高トルクで行なわれる。この締め付けに伴う反トルクがロボットアームやスライド機構に作用する。
【０００９】
ロボットアームやスライド機構が反トルクを受けて変位すると、ロボットアームやスライド機構によるナットランナの位置決めが無効になってしまう。
【００１０】
こうした不具合が生じないようにするには、反トルクに抗してナットランナを所定の位置決め位置に保持できるように、ロボットアームやスライド機構に高い剛性が要求される。この要求を満たすには、移動メカニズム全体の大型化が必要であり、結果として、移動メカニズムの製造コストが上昇してしまう。比較的安価なテーブル式の２軸スライド機構に関しても、この問題が製造コストを押し上げる要因となっている。
【００１１】
この発明の目的はしたがって、反トルクの支持が容易なスライド機構を備えたネジの自動締付装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以上の目的を達成するために、この発明によるネジの自動締付装置はナット及びボルトを含むネジを回転駆動する回転軸を有するナットランナと、ナットランナを回転軸と直角方向にスライド変位させるスライド機構と、を備えている。
【００１３】
スライド機構は、頂面を有するガイドレールと、ナットランナを指示してガイドランナに案内されるスライダとを備える。
【００１４】
スライダはガイドレールの頂面にオーバラップするガイド面を有する。
【００１５】
そして、ネジ締め付け動作に伴う反トルクをガイドレールの頂面で支持するように、ガイドレールとスライダの向きを設定している。
【発明の効果】
【００１６】
ガイドレールの頂面とオーバラップするスライダのガイド面は、ガイドレールの頂面に広い面積で接触する。ネジの締め付けに伴う反トルクはこの広い接触面を介してガイドレールの頂面に支持される。つまり、反トルクは広範囲に分散して安定的に支持される。したがって、反トルクによるナットランナの位置ずれが起こりにくくなる。また、反トルクが爪とガイド溝との係合部に及ぼす荷重を小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の実施形態によるネジの自動締付装置の斜視図である。
【図２】ネジの自動締付装置が備える締付ユニットの斜視図である。
【図３】Ｙ軸方向から眺めた締付ユニットの垂直断面図である。
【図４】締付ユニットが備えるＸ軸スライド機構の横断面図である。
【図５】締付ユニットが備えるＹ軸スライド機構の横断面図である。
【図６】ナット締め付けの反トルクの支持構造を説明する、締付ユニットの要部横断面図である。
【図７】ナット締め付けの反トルクの支持構造を説明する、この発明によらない締付ユニットの要部横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１を参照すると、車両の車体に内燃エンジンやサスペンションなどのユニット化された機器を固定するためのネジの自動締付装置は、フレーム１の中央に配置されたナット供給装置３と、その前後に配置された３基の締付ユニット２とを備える。
【００１９】
車両の車体はフレーム１の上方に配置される。機器は車体の下方から車体内の所定位置に配置される。そして、車体側の固定部材を貫通した機器の固定用ボルトに、ナット供給装置３から供給されたナットを締付ユニット２が締め付ける。図の矢印ＵＰＲは上方を、矢印Ｆｒは車両前方を、矢印ＬＨは車両前方に向かって左方向を示す。図に示すように、ネジの自動締付装置においては、ナット供給装置３の前方の２基の締付ユニット２が左右にわかれて配置され、ナット供給装置３の後方にも１基の締付ユニット２が配置される。
【００２０】
図２を参照すると、各締付ユニット２はフレーム１上に構成されたＸ軸スライド機構４と、Ｙ軸スライド機構５と、アクチュエータ７と、ナットランナ６とを備える。
【００２１】
ナットランナ６には電動モータが内蔵される。ナットランナ６は電動モータに回転駆動される回転軸６Ａを備える。回転軸６Ａの先端にはナット供給装置３から供給されたナット９が保持される。ナットランナ６はアクチュエータ７により図のＺ軸方向に駆動される。Ｙ軸スライド機構５はアクチュエータ７を図のＹ軸方向にスライドさせる。Ｘ軸スライド機構４はＹ軸スライド機構５を図のＸ軸方向に駆動する。図のＸ軸は図１のＵＰＲ方向に、Ｙ軸は図１のＦｒ方向に、Ｚ軸は図１のＵＰＲ方向にそれぞれ相当する。
【００２２】
次に図４を参照すると、Ｘ軸スライド機構４は、フレーム１に固定されたベース１６と、ベース１６上にＸ軸方向に延設されたガイドレール１５と、ガイドレール１５に案内されてＸ軸方向にスライドするスライダ１４と、を備える。
【００２３】
ガイドレール１５は頂面１５Ａと一対の側面１５Ｃとを有する略矩形断面に形成される。一対の側面１５Ｃにはガイド溝１５ＢがＸ軸方向に各々形成される。
【００２４】
スライダ１４は、ガイドレール１５の頂面１５Ａにオーバラップするガイド面１４Ａと、ガイド溝１５Ｂに係合する一対の爪１４Ｂと、一対の爪１４Ｂとガイド面１４Ａとを接続する一対のサブガイド面１４Ｃとを有する。なお、爪１４Ｂとガイド溝１５Ｂとをローラベアリングを介して係合させることも好ましい。
【００２５】
Ｘ軸スライド機構４は図示されないステッピングモータを備え、ステッピングモータの運転に応じてスライダ１４をガイドレール１５上でＸ軸方向に変位させる。
【００２６】
図３を参照すると、スライダ１４のガイド面１４ＡにはＹ軸スライド機構５をスライダ１４に支持するブラケット８が固定される。ブラケット８は水平部８Ａと垂直部８Ｂとを備える。水平部８Ａはスライダ１４のガイド面１４Ａに固定され、垂直部８ＢがＹ軸スライド機構５を支持する。Ｙ軸スライド機構５はＸ軸スライド機構４と略同一の構成を有する。大まかには、Ｙ軸スライド機構５はＸ軸スライド機構４をヨウ方向に９０度回転させ、さらにロール方向にも９０度回転させたものに相当する。Ｙ軸スライド機構５はこの状態でブラケット８を介してＸ軸スライド機構４に支持される。
【００２７】
図５を参照すると、Ｙ軸スライド機構５は、Ｘ軸スライド機構４と同様に構成されたベース２６とガイドレール２５とスライダ２４とを備える。ベース２６はブラケット８の垂直部８Ｂに固定される。ガイドレール２５はベース２６に固定される。ベース２６とガイドレール２５はＸ軸スライド機構４のベース１６とガイドレール１５とそれぞれ直交するＹ軸方向に延設される。
【００２８】
ガイドレール２５は頂面２５Ａと一対の側面２５Ｃとを有する略矩形断面に形成される。一対の側面２５Ｃにはガイド溝２５ＢがＹ軸方向に各々形成される。
【００２９】
スライダ２４は、ガイドレール２５の頂面２５Ａにオーバラップするガイド面２４Ａと、ガイド溝２５Ｂに係合する一対の爪２４Ｂと、一対の爪２４Ｂとガイド面２４Ａとを接続する一対のサブガイド面２４Ｃとを有する。なお、爪２４Ｂとガイド溝２５Ｂとをローラベアリングを介して係合させることも好ましい。
【００３０】
Ｙ軸スライド機構５は図示されないステッピングモータを備え、ステッピングモータの運転に応じてスライダ２４をガイドレール２５上でＹ軸方向に変位させる。
【００３１】
以上の構成により、スライダ１４のガイド面１４Ａとガイドレール１５の頂面１５Ａがいずれも水平面であるのに対して、スライダ２４のガイド面２４Ａとガイドレール２５の頂面２５Ａはいずれも垂直面となる。
【００３２】
スライダ２４のガイド面２４Ａにはアクチュエータ７が固定される。アクチュエータ７はＺ軸方向、すなわち垂直方向に伸縮するアクチュエータである。アクチュエータ７にはナットランナ６が支持される。
【００３３】
以上のように構成された締付ユニット２がフレーム１のナット供給装置３の前方の車両前部に相当する位置の左右に各１基が配置される。また、フレーム１のナット供給装置３の後方の車両後部に相当する位置にも同様の締付ユニット２が配置される。
【００３４】
車両の車体は搬送装置によってフレーム１の上方に搬送される。また、車体に組み付ける内燃エンジンやサスペンションなどが機器ユニットとして、別の搬送装置によって車体内部の所定位置に配置される。機器ユニットにはあらかじめボルトが固定され、締付ユニット２は体の所定位置に設けた取付孔を貫通したボルトにナット９を締め付ける。
【００３５】
締付ユニット２のナットランナ６の回転軸６Ａの先端には、ナット供給装置３によって予めナット９が装着される。締付ユニット２はこの状態で、スライド機構４と５のステッピングモータを運転し、Ｘ軸とＹ軸の指定された座標位置へとナットランナ６を変位させる。
【００３６】
所定位置にナットランナ６が達すると、アクチュエータ７が’ナットランナ６を伸長駆動し、回転軸６Ａの先端に保持されたナット９を下向きに突出するボルトに螺合させる。そして、ナットランナ６が、電動モータの運転により回転軸６Ａを回転駆動することによりナット９をボルトに締め付ける。この時の締め付けトルクは前述のように１２０-１６０Ｎ・ｍと大きく、したがって、ナット９の締め付けに伴って大きな反トルクがナットランナ６に作用する。
【００３７】
図６を参照して、締付ユニット２の反トルクの支持構造を説明する。なお、図６の（ａ）はＹ軸方向から眺めたＹ軸スライド機構５の横断面図、図６の（ｂ）はＸ軸方向から眺めたＸ軸スライド機構４の横断面図である。
【００３８】
ナット９の締め付けに伴う反トルクは、図６の（ａ）のナット９まわりの円弧状矢印に示される。この反トルクはナットランナ６とアクチュエータ７を介してスライド機構５に作用する。この時、アクチュエータ７から反トルクを受け取るのはスライダ２４のガイド面２４Ａであり、反トルクはスライダ２４にピッチングモーメントを及ぼす。一方、スライダ２４はガイドレール２５の頂面２５Ａに接することで、このピッチングモーメントを支持する。この時、ガイド面２４Ａと頂面２５Ａとが広い面積でオーバラップしているため、ピッチングモーメントは局部に集中せず、広い面積に分散して安定的に支持される。したがって、反トルクによってスライダ２４がＹ軸方向に変位する恐れはない。
【００３９】
反トルクはさらに、Ｙ軸スライト機構５とブラケット８を介してＸ軸スライド機構４にも作用する。この反トルクは図４の爪１４Ｂとガイド溝１５Ｂとの係合部に作用する。この反トルクはスライダ１４に対して図６の（ｂ）の円弧状矢印に示すヨウモーメントを及ぼす。しかしながら、反トルクはＹ軸スライド機構５を介してＸ軸スライド機構４に伝達される過程で分散するので、スライダ１４に作用するヨウモーメントは小さい。したがって、図４の爪１４Ｂとガイド溝１５Ｂの係合部に大きな荷重が作用することはない。
【００４０】
また、図５に示すＹ軸スライド機構５の上部の爪２４Ｂとガイド溝２５Ｂとの係合部には、図６の（ａ）の直線矢印に示す機器荷重が垂直に作用する。しかしながら、この垂直荷重はナットランナ６とアクチュエータ７の重量を主な要素とする小さな荷重であり、図５の爪２４Ｂとガイド溝２５Ｂとの係合部が被る構造的な負担は小さい。
【００４１】
一方、Ｘ軸スライド機構４のスライダ１４のガイド面１４Ａには、図６の（ｂ）の直線矢印に示すように、図６の（ａ）の機器荷重に加えて、さらにＹ軸スライド機構５とブラケット８の重量を加えた大きな儀軌荷重が垂直に作用する。この機器荷重はスライダ１４のガイド面１４Ａとガイドレール１５の図４に示す頂面１５Ａとの接触部において支持される。スライダ１４と頂面１５Ａとは前述のように広い接触面積を有するため、垂直荷重が局部に集中することはなく、広い面積に分散して安定的に支持される。
【００４２】
図７を参照して、この発明の上記実施形態とは逆に、Ｘ軸スライド機構４のスライダ１４のガイド面１４Ａとガイドレール１５の頂面１５Ａを垂直面とし、Ｙ軸スライド機構５のスライダ２４のガイド面２４Ａとガイドレール２５のガイド面２５Ａを水平面とした締付ユニット２Ｚにおける荷重の作用を説明する。なお、ナットランナ６とアクチュエータ７の構成と配置は上記の実施形態と同じとする。
【００４３】
この場合には、ナットランナ６によるナット９の締め付けの反トルクはアクチュエータ７を介してスライダ２４に図７の（ａ）の円弧状矢印に示すようにヨウ方向のモーメント荷重を及ぼす。このモーメント荷重は爪２４Ｂとガイド溝２５Ｂの係合部に集中的に作用する。その結果、スライダ２４が変位し、締付ユニット２Ｚがナットランナ６の現在位置を把握できなくなる可能性がある。
【００４４】
また、Ｘ軸スライド機構４においては、ナットランナ６とアクチュエータ７にさらにＹ軸スライド機構５とブラケット８の重量を加えた大きな機器荷重がスライダ１４に垂直方向に作用する。スライダ１４のガイド面１４Ａが垂直面をなしているため、この荷重は上方の爪１４Ｂとガイド溝１５Ｂの係合部で支持することになる。結果として、上方の爪１４Ｂとガイド溝１５Ｂの係合部に大きな荷重が作用する。
【００４５】
図７の締付ユニット２Ｚの荷重の支持構造では、ナット９の締め付けの反トルクによるスライダ２４の変位を防止し、各部位に作用する荷重に対抗するために、各部材に高い剛性が求められる。この要求を満たすために、締付ユニット２Ｚの大型化とそれに伴う製造コストの増加は避けられない。
【００４６】
これに対して、この発明の実施形態による締付ユニット２は、ナット９の締め付け動作に伴う反トルクをＹ軸スライド機構５のガイドレール２５の頂面２５Ａで支持するので、ナット９の締め付けに伴う反トルクの支持面積を大きく設定でき、安定した反トルクの支持構造を実現することができる。したがって、締付ユニット２及びこれを搭載するネジの自動締付装置の小型軽量化とコスト削減が可能となる。
【００４７】
この特徴は、Ｙ軸スライド機構５のガイドレール２５をナットランナ６の回転軸６Ａと直角をなすように水平に配置し、ガイドレール２５の頂面２５Ａとスライダ２４のガイド面２４Ａを回転軸６Ａと平行な平面、すなわち垂直の平面、で構成することで容易に実現することができる。
【００４８】
また、締付ユニット２において、Ｙ軸スライド機構５のガイドレール２５は、ナットランナ６のスライド変位の方向に延びる一対のガイド溝２５Ｂを側面２５Ｃに形成した略矩形の断面形状を有する一方、スライダ２４はガイド溝２５Ｂに係合する爪２４Ｂを有する。反トルクを頂面２５Ａが支持することにより、これらの係合部の荷重負担が軽減されるため、これらの係合部も小さく簡易な構成にすることが可能となる。
【００４９】
回転軸６Ａの方向にナットランナ６を変位させるアクチュエータ７は、Ｙ軸スライド機構５のスライダ２４のガイド面２４Ａに固定されるため、反トルクを、反トルクの支持部となるスライダ２４のガイド面２４Ａとガイドレール２５の頂面２５Ａとの接触部へ最短距離で伝達する。したがって、反トルクに対して安定した支持構造が得られる。
【００５０】
締付ユニット２は、垂直軸である回転軸６Ａに対して、Ｙ軸スライド機構５のガイドレール２５を水平方向に延設するとともに、ガイドレール２５を同一平面上で直角方向、すなわちＸ軸方向、にスライドさせる別のスライド機構としてＸ軸スライド機構４を備えている。Ｙ軸スライド機構５の上記の構成は、Ｘ軸スライド機構４への荷重負荷を軽減する上でも好ましい効果をもたらす。
【００５１】
さらに、複数の締付ユニット２を共通のフレーム１上に設ければ、例えば内燃エンジンやサスペンションなどのユニットを車両の車体へ固定するための安価かつ構造的に安定したネジの自動締付装置を構成することができる。
【００５２】
以上のように、この発明をいくつかの特定の実施例を通じて説明して来たが、この発明は上記の各実施例に限定されるものではない。当業者にとっては、クレームの技術範囲でこれらの実施例にさまざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。
【００５３】
例えば、以上説明した実施形態では、ナットの締め付け行なう締付ユニットについて説明したが、この発明はボルトの締め付けを行なう締付ユニットにも適用可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１  フレーム
２  締付ユニット
２Ｚ  締付ユニット
３  ナット供給装置
４  Ｘ軸スライド機構
５  Ｙ軸スライト機構
６  ナットランナ
６Ａ  回転軸
７  アクチュエータ
８  ブラケット
８Ａ  水平部
８Ｂ  垂直部
９  ナット
１４  スライダ
１４Ａ  ガイド面
１４Ｂ  爪
１４Ｃ  サブガイド面
１５  ガイドレール
１５Ａ  頂面
１５Ｂ  ガイド溝
１５Ｃ  側面
１６  ベース
２４  スライダ
２４Ａ  ガイド面
２４Ｂ  爪
２４Ｃ  サブガイド面
２５  ガイドレール
２５Ａ  頂面
２５Ｂ  ガイド溝
２５Ｃ  側面
２６  ベース
【図１】
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【図２】
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【図３】
2014124722.tif 000005
【図４】
2014124722.tif 000006
【図５】
2014124722.tif 000007
【図６】
2014124722.tif 000008
【図７】
2014124722.tif 000009