(57)【要約】【課題】  雄ねじと雌ねじとの螺合開始位置を高精度に検出することにより、雄ねじと雌ねじとの螺合開始をスムーズにして、両者の噛み込みを防止することのできるねじ締付装置及びねじ締付方法を提供する。【解決手段】  ボルト２をナットランナー８の駆動軸８ａに把持して、ねじ孔５に押し付けながら、ゆるめる方向に逆転駆動された状態にしておき、ボルト２の先端がねじ孔５の開口端面に螺合され、ボルト２及びねじ孔５の各ねじ山が衝突した際の振動を検出することにより、ボルト２とねじ孔５との螺合開始位置を検出するようになっているので、従来の、ボルト２の変位量を検出して螺合開始位置を検出する形態よりも、その螺合開始位置が高精度に確実に検出されて、この位置からボルト２を正転させて締め付けを開始すれば、ボルト２が正常にねじ孔５に締め付けられるようになる。【選択図】        図１
2006315097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
雄ねじと雌ねじとを締め付けるねじ締付装置において、
前記雄ねじと前記雌ねじとを押し付ける押圧手段と、前記雄ねじ又は前記雌ねじのいずれかを締め付ける方向に正転駆動させると共に、ゆるめる方向にも逆転駆動させる駆動手段と、前記雄ねじと前記雌ねじとが螺合位置に達した際、前記雄ねじ及び前記雌ねじの各ねじ山の衝突を検出する衝突検出手段と、前記雄ねじ又は前記雌ねじのいずれかを前記駆動手段により逆転駆動させた状態にして、前記衝突検出手段により前記雄ねじ及び前記雌ねじの各ねじ山の衝突が検出された時点で、前記雄ねじ又は前記雌ねじのいずれかを前記駆動手段により正転駆動させる制御手段とを備えたことを特徴とするねじ締付装置。
【請求項２】
前記衝突検出手段は、振動センサーで構成され、該振動センサーは前記駆動手段の近傍に配置されることを特徴とする請求項１に記載のねじ締付装置。
【請求項３】
雄ねじと雌ねじとを締め付けるねじ締付方法において、
前記雄ねじと前記雌ねじとを押圧しながら、前記雄ねじ又は前記雌ねじのいずれかをゆるめる方向に逆転駆動させている状態で、前記雄ねじと前記雌ねじとが螺合位置に達し、前記雄ねじ及び前記雌ねじの各ねじ山が衝突した際の振動又は音を検出した時点で、逆転駆動させていた前記雄ねじ又は前記雌ねじのいずれかを停止させて、締め付ける方向に正転駆動させることを特徴とするねじ締付方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雄ねじと雌ねじとを締め付ける際のねじ締付装置及びねじ締付方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
雄ねじと雌ねじとを締め付けるねじ締付装置及びねじ締付方法の従来例として、特許文献１にねじ部品の締め付け方法及びその装置が開示されている。
この特許文献１に開示されたねじ部品の締め付け装置は、ねじ部品同士を押し付ける押圧手段と、押圧状態でねじ部品の一方を逆転駆動させる逆転駆動手段と、逆転駆動状態で各ねじ部品の螺合位置を検出する螺合位置検出手段と、該螺合位置検出手段による螺合位置の検出によりねじ部品を正転駆動させる正転駆動手段とを備え、特に、螺合位置検出手段は、投受光センサーで構成されており、ねじ部品同士が押圧され一方のねじ部品が逆転駆動された状態において、一方のねじ部品の他方のねじ部品に対する変位変化率を投受光センサーで検出して、各ねじ部品の螺合が開始された時、すなわち、変位変化率が最大になった時、一方のねじ部品の逆転駆動を停止すると共に正転駆動させて、各ねじ部品を螺合するようにしている。
【特許文献１】特開平２−２２４９３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したように、特許文献１の発明では、ねじ部品同士が押圧され一方のねじ部品が逆転駆動された状態において、一方のねじ部品の他方のねじ部品に対する変位変化率が最大になった時が各ねじ部品の螺合開始位置であることに着目して、螺合位置検出手段として投受光センサーを採用し前記変位変化率を検出しているが、この変位変化率は、ねじ部の１ピッチ以下と微小であり、装置を構成する部品のたわみやガタにより、この変位変化率を厳密に計測することは不可能である。
しかも、この特許文献１の発明では、ねじ部のピッチが比較的大きく、ねじ締付作業を所定の場所で繰り返して行う場合には有効であるが、ねじ部のピッチが比較的小さく、いろいろな場所においてねじ締付作業を行う場合には、変位変化率がきわめて微小になり、その上、装置の設置条件がその都度変更されるために、変位変化率を厳密に計測することが困難となり、汎用性に乏しい。
【０００４】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、雄ねじと雌ねじとの螺合開始位置を高精度に検出することにより、雄ねじと雌ねじとの螺合開始をスムーズにして、両者の噛み込みを防ぐことのできるねじ締付装置及びねじ締付方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、請求項１に記載したねじ締付装置の発明は、雄ねじと雌ねじとを締め付けるねじ締付装置において、前記雄ねじと前記雌ねじとを押し付ける押圧手段と、前記雄ねじ又は前記雌ねじのいずれかを締め付ける方向に正転駆動させると共に、ゆるめる方向にも逆転駆動させる駆動手段と、前記雄ねじと前記雌ねじとが螺合位置に達した際、前記雄ねじ及び前記雌ねじの各ねじ山の衝突を検出する衝突検出手段と、前記雄ねじ又は前記雌ねじのいずれかを前記駆動手段により逆転駆動させた状態にして、前記衝突検出手段により前記雄ねじ及び前記雌ねじの各ねじ山の衝突が検出された時点で、前記雄ねじ又は前記雌ねじのいずれかを前記駆動手段により正転駆動させる制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
また、請求項２に記載したねじ締付装置の発明は、請求項１に記載した発明において、前記衝突検出手段は、振動センサーで構成され、該振動センサーは前記駆動手段の近傍に配置されることを特徴とするものである。
【０００６】
さらに、上記課題を解決するために、請求項３に記載したねじ締付方法の発明は、雄ねじと雌ねじとを締め付けるねじ締付方法において、前記雄ねじと前記雌ねじとを押圧しながら、前記雄ねじ又は前記雌ねじのいずれかをゆるめる方向に逆転駆動させている状態で、前記雄ねじと前記雌ねじとが螺合位置に達し、前記雄ねじ及び前記雌ねじの各ねじ山が衝突した際の振動又は音を検出した時点で、逆転駆動させていた前記雄ねじ又は前記雌ねじのいずれかを停止させて、締め付ける方向に正転駆動させることを特徴とするものである。
【０００７】
従って、請求項１に記載したねじ締付装置の発明では、雄ねじと雌ねじとを押圧手段により押圧しながら、雄ねじ又は雌ねじのいずれかを駆動手段によりゆるめる方向に逆転駆動させた状態として、雄ねじと雌ねじとが螺合位置に達し、それぞれのねじ山が衝突した時、それを衝突検出手段により検出して、その信号が制御手段を経由して駆動手段に入力される。すると、駆動手段により逆転駆動されていた雄ねじ又は雌ねじのいずれかが停止されると共に、締め付ける方向へ正転駆動されて、雄ねじと雌ねじとの締め付けが開始される。
また、請求項２に記載したねじ締付装置の発明では、雄ねじ及び雌ねじの各ねじ山が衝突した際の振動が検出される。
【０００８】
さらに、請求項３に記載したねじ締付方法の発明では、雄ねじと雌ねじとを押圧しながら、雄ねじ又は雌ねじのいずれかをゆるめる方向に逆転駆動させている状態として、雄ねじと雌ねじとが螺合位置に達し、それぞれのねじ山が衝突した瞬間の振動又は音が検出された時点で、逆転駆動されていた雄ねじ又は雌ねじのいずれかが停止されると共に、締め付ける方向へ正転駆動されて、雄ねじと雌ねじとの締め付けが開始される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、雄ねじと雌ねじとの螺合開始位置を高精度に検出することにより、雄ねじと雌ねじとの螺合開始をスムーズにして、両者の噛み込みを防ぐことのできるねじ締付装置及びねじ締付方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図１〜図４に基いて詳細に説明する。
本発明の実施の形態に係るねじ締付装置１は、図１に示すように、頭部３を有するボルト（雄ねじ）２をボディ４等に設けられたねじ孔（雌ねじ）５に締め付ける装置であって、ボルト２の先端をねじ孔５の開口端面に押し付けるシリンダ（押圧手段）６と、ボルト２の頭部３をソケット７を介して把持し、ボルト２を締め付ける方向に正転駆動させると共に、ゆるめる方向にも逆転駆動させるナットランナー（駆動手段）８と、ボルト２の先端とねじ孔５の開口端面とが螺合位置に達し、ボルト２の先端に位置するねじ山２ａ（図３参照）とねじ孔５の開口端面に位置するねじ山５ａ（図３参照）とが衝突した際の振動を検出する振動センサー（衝突検出手段）９と、ナットランナー８の駆動軸８ａを逆転駆動させた状態として、振動センサー９によりボルト２の先端に位置するねじ山２ａとねじ孔５の開口端面に位置するねじ山５ａとが衝突した際の振動が検出された時点で、ナットランナー８の駆動軸８ａを正転駆動させるコントローラ（制御手段）１０とから構成されている。
【００１１】
図１の符号１１は、スライドユニットを示しており、このスライドユニット１１は、略コ字状の枠体１２と、該枠体１２の上側板部１２ａの先端部と下側板部１２ｂの先端部とを連結して上下方向に延びるガイド軸１３に、上下方向にスライド自在に連結されるスライダ１４とから構成されている。
スライダ１４は、筒状体からなり、ガイド軸１３に沿って上下方向にスライド自在となっている。このスライダ１４の上部で、枠体１２とは反対側の一側面からナットランナー８が固定される固定板１６が延設されている。この固定板１６には、ナットランナー８から突設される駆動軸８ａが挿通される挿通孔１６ａが形成されている。さらに、この固定板１６の先端部の底面で、ナットランナー８の近傍には、振動センサー９が取り付けられている。
また、枠体１２の内部で下側板部１２ｂ上には、シリンダ６が載置されており、このシリンダ６の駆動により伸縮するシリンダロッド６ａの上端が、横設された連結部材２０を介してスライダ１４の他側面に連結されている。
【００１２】
ナットランナー８は、図１に示すように、スライドユニット１１の固定板１６の底面に固定されており、ナットランナー８の駆動軸８ａは、固定板１６の挿通孔１６ａを挿通して固定板１６から上方に突出されている。また、この駆動軸８ａの先端にソケット７の一端部が取り付けられている。このソケット７の他端部には、ボルト２の頭部３が着脱自在に把持されている。
このナットランナー８は、その駆動軸８ａが正転及び逆転方向に回転駆動可能で、コントローラ１０により、その回転駆動方向、回転速度、回転角度及び回転トルクが制御されて駆動されるようになる。
【００１３】
コントローラ１０は、図１に示すように、振動センサー９、ナットランナー８及びシリンダ６のそれぞれと電気的に接続されている。
このコントローラ１０は、ナットランナー８の駆動軸８ａの回転駆動方向、回転速度及び回転角度等を制御しており、振動センサー９からの信号に基いて、駆動軸８ａの回転駆動方向を選択的に制御できるようになっている。さらに、このコントローラ１０は、ボルト２のねじ孔５への締め付け状態を管理する締付トルクも制御している。
さらに、このコントローラ１０は、シリンダ６の駆動も制御しており、シリンダロッド６ａの昇降、及びボルト２の先端によるねじ孔５の開口端面への押圧力を制御している。
【００１４】
次に、本発明の実施の形態に係るねじ締付装置１を使用したねじの締付方法を、図１〜図３に基いて、さらに、図４に示すコントローラ１０の制御フロー図も参照しながら説明する。
まず、ナットランナー８にソケット７を介して把持されたボルト２の軸芯がボディ４に設けられたねじ孔５の軸芯に一致されるようにして、予めに定められた所定位置に本発明の実施の形態に係るねじ締付装置１が配置される。
次に、本発明の実施の形態に係るねじ締付装置１を作動させて、コントローラ１０からシリンダ６に信号が入力される。すると、シリンダロッド６ａが延出されると共に、スライダ１４が上昇して、ボルト２の先端がねじ孔５の開口端面に押し付けられた状態となる（図４のＳ１に相当）。
次に、コントローラ１０からナットランナー８に信号が入力され、ナットランナー８の駆動軸８ａがゆるめる方向に逆転駆動されると共に、ボルト２が同方向に回転する（図４のＳ２に相当）。
【００１５】
上述した状態において、振動センサー９で検出された振動値がコントローラ１０に常時入力される。この時、振動センサー９によって検出された振動波形は、図２に示すようになり、１回転（３６０°）ごとにその振動値が最大となる。この最大振動値は、押圧されながら逆転駆動されるボルト２の先端が、図３（ｂ）に示すように、ねじ孔５内へ変位量αで挿入され、ボルト２の先端に位置するねじ山２ａの切り上がり部位の一側面が、ねじ孔５の開口端面に位置するねじ山５ａの一側面に衝突した際の振動が検出されたものである。このように、振動センサー９により検出された振動値が最大になった時が、ボルト２の先端がねじ孔５の開口端面に螺合された位置となる。
そして、コントローラ１０では、振動センサー９から入力される振動値が所定の振動値（基準値）よりも大きいか否かが判定され（図４のＳ３に相当）、所定の振動値よりも大きいと判定された（図４のＳ３のＹｅｓに相当）時には、その信号がナットランナー８に出力されて、逆転駆動していた駆動軸８ａが停止される（図４のＳ４に相当）と共に、締め付ける方向に正転駆動されて（図４のＳ５に相当）、ボルト２のねじ孔５への締め付けが開始される。
なお、コントローラ１０において、振動センサー９から入力される振動値が、所定の振動値よりも小さいと判定された時（図４のＳ３のＮｏに相当）には、ナットランナー８の駆動軸８ａは、逆転駆動された状態が維持される。
【００１６】
次に、ボルト２の先端がねじ孔５の開口端面にスムーズに螺合された後は、コントローラ１０によってナットランナー８の駆動軸８ａが所定の回転速度に制御されて正転駆動しつつ、シリンダ６の駆動も維持されてシリンダロッド６ａが上昇し、ボルト２がねじ孔５に締め付けられる。この時、コントローラ１０では、ナットランナー８の駆動軸８ａが、所定のトルク範囲に締付されたか否かが判定されて（図４のＳ６に相当）おり、所定のトルク範囲に締付された時（図４のＳ６のＹｅｓに相当）には、次のステップの所定締付回転範囲に到達したか否かの判定（図４のＳ８に相当）に進み、所定のトルク範囲内で締付されていない時（図４のＳ６のＮｏに相当）には、次のステップの締付ＮＧ（図４のＳ９に相当）から締付完了（図４のＳ１４に相当）に進み終了する。また、コントローラ１０では、所定のタイム範囲に入ったか否かが判定されて（図４のＳ７に相当）おり、所定のタイム範囲に入った場合（図４のＳ７のＹｅｓに相当）には、次のステップの所定締付回転範囲に到達したか否かの判定（図４のＳ８に相当）に進み、所定のタイム範囲内に入らなかった時（図４のＳ７のＮｏに相当）には、次のステップの締付ＮＧ（図４のＳ１３に相当）から締付完了（図４のＳ１４に相当）に進み終了する。
そして、所定のトルク範囲に到達したか否かの判定（図４のＳ６に相当）及び所定のタイム範囲に入ったか否かの判定（図４のＳ７に相当）がＹｅｓの時、所定締付回転範囲に到達したか否かの判定（図４のＳ８に相当）に進み、所定の締付回転範囲に入った時（図４のＳ８のＹｅｓに相当）には、次のステップの締付ＯＫ（図４のＳ１１に相当）から締付完了（図４のＳ１４に相当）に進み終了する。一方、所定の締付回転範囲に入らなかった時（図４のＳ８のＮｏに相当）には、次のステップの締付ＮＧ（図４のＳ１２に相当）から締付完了（図４のＳ１４に相当）に進み終了する。
【００１７】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、ボルト２をナットランナー８の駆動軸８ａにソケット７を介して把持し、ねじ孔５に押し付けながら、ゆるめる方向に逆転駆動された状態にしておき、ボルト２の先端に位置するねじ山２ａの一側面が、ねじ孔５の開口端面に位置するねじ山５ａの一側面に衝突した際の振動を振動センサー９によって検出することにより、ボルト２の先端とねじ孔５の開口端面との螺合開始位置を検出するようになっている。
これにより、ボルト２の変位量を検出してボルト２とねじ孔５との螺合開始位置を検出する従来の形態よりも、その螺合開始位置が高精度に確実に検出されて、この位置からボルト２の締め付けを開始すれば、ボルト２とねじ孔５との噛み込みが防止されて、ボルト３が正常にねじ孔５に締め付けられるようになる。
【００１８】
また、本発明の実施の形態によれば、ボルト２の軸芯がねじ孔５の軸芯に対して、若干（最大で約２．５度）傾斜した状態で配置されたとしても、ボルト２の先端とねじ孔５の開口端面との螺合開始位置が確実に検出されて、ボルト２が正常にねじ孔５に締め付けられるようになる。
しかも、本発明の実施の形態に係るねじ締付装置１は、その構成が簡易化されており、ボルト２のねじ山２ａとねじ孔５のねじ山５ａとが衝突する際の振動を検出することにより、ボルト２とねじ孔５との螺合開始位置を検出しているので、ねじ部のピッチが小さく、本ねじ締付装置１がいろいろな場所に設置され、その都度設置条件が変更された場合でも、ボルト２とねじ孔５との螺合開始位置の検出が困難になることがなく、汎用性に富む。また、本ねじ締付装置１は、例えば、車両組立工程において作業するロボットに内蔵して作動させることも可能となる。
また、ねじ種類（形状）の違いによっては、螺合開始位置も変わる可能性があるが、本発明の実施の形態によれば、振動センサー９によってボルト２の先端とねじ孔５の開口端面との螺合開始位置を検出してボルト２の逆転方向への回転を停止させ、その位置から逆転方向（ゆるめ方向）に角度Ａ回転させて停止し、その位置から正転方向（締め付け方向）に回転させて締付を開始することができる。なお、上述した角度Ａは、ねじの種類ごとに予め実験して決めておけば良い。
【００１９】
なお、本発明の実施の形態によれば、ボルト２の先端のねじ山２ａがねじ孔５の開口端面のねじ山５ａに衝突した際の振動を検出することにより、ボルト２とねじ孔５との螺合開始位置を検出する構成となっているが、ねじ孔５の開口端面の近傍にマイクロホンを配置して、ボルト２のねじ山２ａがねじ孔５のねじ山５ａに衝突した際の音（ピーク音）を検出することにより、螺合開始位置を検出する形態でもよい。当然ながら、振動センサー９に加えてマイクロホンを備える形態でもよい。
【００２０】
また、本発明の実施の形態に係るねじ締付装置１では、ボルト２をボディ４に設けられたねじ孔５に締め付ける形態を説明したが、ボルト２やナット等のねじ部品同士を締め付ける際にも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るねじ締付装置を示す側面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係るねじ締付装置の構成である振動センサーによって検出された振動波形を示す図である。
【図３】図３は、図１のＡ部の拡大図であり、（ａ）はボルトの先端のねじ山がねじ孔の開口端面のねじ山に衝突する直前を示し、（ｂ）は衝突した瞬間を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係るねじ締付装置の構成であるコントローラの制御フロー図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  ねじ締付装置、２  ボルト（雄ねじ）、２ａ  ねじ山、５  ねじ孔（雌ねじ）、５ａ  ねじ山、６  シリンダ（押圧手段）、８  ナットランナー（駆動手段）、８ａ  駆動軸、９  振動センサー（衝突検出手段）、１０  コントローラ（制御手段）
【図１】
2006315097.tif 000003
【図２】
2006315097.tif 000004
【図３】
2006315097.tif 000005
【図４】
2006315097.tif 000006