(57)【要約】【課題】定格の異なるモータに交換できる自動ねじ締め装置の提供。【解決手段】ねじSに係合するビットBaを備えたねじ締めツール10を着脱可能な着脱機構を備えたロボット50を備える。ねじ締めツール10は、ビットBaを支持するビット保持部30と、ビットBaを回転させる回転駆動部20とを備え、ビット保持部30および回転駆動部20は、ビットBaの軸線に直交するツール保持プレート40を介して直結される。ツール保持プレート40は、これと平行に摺動する第１摺動プレート45を備える。着脱機構は、第１摺動プレート40およびロボット50を連結しまたは連結を解く第１着脱機構であり、第１着脱機構は、圧縮エアの入力により拡径する方向へ動作する第１嵌合軸部材51と、これに嵌合する第１嵌合穴部材41とを備え、ロボット50および第１摺動プレート40は、第１嵌合軸部材51あるいは第１嵌合穴部材41の何れかを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークへ締結するねじに係合し回転自在なビットを備えたねじ締めツールと、このねじ締めツールを着脱可能な着脱機構を備えかつ制御装置の指令を受けて所定の位置へ移動制御可能なロボットとから構成した自動ねじ締め装置において、
前記ねじ締めツールは、前記ビットを回転自在に支持して成るビット保持部と、このビット保持部に装着され前記ビットへ回転を付与する回転駆動部とを備えて成り、
前記回転駆動部および前記ビット保持部は、前記ビットの軸線に対して直交する方向に延びるツール保持プレートを介して直結されて成り、
前記ツール保持プレートは、これに立設したスライドシャフトと、このスライドシャフトに挿通され当該ツール保持プレートに常時当接するビットクッションばねと、前記スライドシャフトに挿通されたブッシュと、このブッシュを一体に取り付け当該ツール保持プレートに対して平行に配置した第１摺動プレートとを備え、
前記着脱機構は、前記第１摺動プレートおよび前記ロボットを連結しまたは連結を解く第１着脱機構とし、
前記第１着脱機構は、圧縮エアの入力により拡径する方向へ動作する第１嵌合軸部材と、この第１嵌合軸部材に嵌合する第１嵌合穴部材とから構成され、
前記ロボットおよび前記第１摺動プレートは、前記第１嵌合軸部材あるいは第１嵌合穴部材の何れかを備えて成ることを特徴とする自動ねじ締め装置。
【請求項２】
前記回転駆動部は、前記ビット保持部を接続する多角形状の嵌合部を備えて成り、
前記ビット保持部は、前記ビットを回転自在に支持するとともに前記ツール保持プレートに対して平行に配されたビット保持プレートを備え、
前記着脱機構は、前記第１着脱機構と前記ビット保持プレートおよび前記ツール保持プレートを連結しまたは連結を解く第２着脱機構とから構成され、
前記第２着脱機構は、圧縮エアの入力により拡径する方向へ動作する第２嵌合軸部材と、この第２嵌合軸部材に嵌合する第２嵌合穴部材とから構成され、
前記ビット保持プレートおよび前記ツール保持プレートは、前記第２嵌合軸部材あるいは前記第２嵌合穴部材の何れかを備えて成ることを特徴とする請求項１に記載の自動ねじ締め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじの種類あるいはサイズに併せてビットまたはビットに回転付与する回転駆動部を交換可能な自動ねじ締め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の自動ねじ締め装置は、特許文献１に示されるように、ねじに係合するビットへ回転力を付与する回転駆動部および前記ビットを回転自在かつ摺動自在に支持して成るビット保持部を有するねじ締めツールと、このねじ締めツールを開閉可能なハンドに把持し所定の位置へ移動可能なロボットと、前記ねじ締めツールおよび前記ロボットに配線接続されそれぞれへ駆動指令を与えて制御する制御装置とから構成されている。また、前記ねじ締めツールは、前記ビット保持部と前記回転駆動部との着脱を可能とする着脱機構を備える。
【０００３】
前記着脱機構は、前記回転駆動部を固定したベースに配されたエアシリンダと、このエアシリンダに接続されたフローティングジョイントを介して軸方向へ移動可能な外筒と、この外筒の内周面あるいはテーパ面に係合する鋼球を遊嵌自在に備えた内筒とから構成されている。前記鋼球は、前記外筒の内周面に接する時には前記内筒の内周面から突出するよう内側へ位置する一方、前記外筒のテーパ面に接する時には先ほどとは逆に内筒の外周面から突出するよう外側へ位置する。
【０００４】
前記ビット保持部は、前記ビットを常時下方へ押圧する圧縮ばねと、この圧縮ばねの一端に係合し当該圧縮ばねに挿通されるトルク伝達軸と、前記ビットを固定し前記トルク伝達軸に嵌合しつつ軸方向へ摺動するソケットと、このソケットの上方に配され前記内筒へ挿通され前記鋼球に係合する係合溝を備えた連結部とから成る。
【０００５】
前記回転駆動部は、前記内筒に挿通された出力軸を一体に回転可能に取り付けて成り、この出力軸が前記ソケットに嵌合する先端形状を備えている。
【０００６】
このように構成された従来の自動ねじ締め装置は、前記ロボットのハンドに種類の異なるねじ締めツールを把持できるので、前記ねじの段替え時などであっても容易に対応できるという特徴がある。
【０００７】
また、従来の自動ねじ締め装置は、前記シリンダを作動させることにより前記鋼球を前記連結部の係合溝に嵌合させ外筒の内周面に当接するよう構成されているので、ビット保持部と回転駆動部とを着脱できる。これにより、ねじ締めツールを構成する前記ビット保持部および回転駆動部の組み合わせの自由度が高いという特徴もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際特許公開番号ＷＯ２０１５／１４０９３９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の自動ねじ締め装置は、前記ロボットを所定の位置まで移動させることで前記ビットに係合したねじをワークに押し当てながら回転させている。この時、ねじの螺入の進行に併せて撓んだ状態の前記圧縮ばねは元の状態へ復帰し、この圧縮ばねの戻りに伴って前記ソケットがトルク伝達軸に対して相対移動し回転しながら摺動する。したがって、従来の自動ねじ締め装置は、ねじの螺入時にソケットとトルク伝達軸との摺動箇所にトルクが加わるので、ねじの螺入時に生じるトルクが高い場合には前記ソケットの円滑な摺動が得られ難いという問題があった。
【００１０】
また、従来の自動ねじ締め装置は、球面を備える鋼球によってビット保持部と回転駆動部とを連結しているので、前記ビット保持部が鋼球の球面に倣って傾き易く、これに伴ってねじに係合するビットも傾き易いという問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上述した課題を解決することを目的としており、ワークへ締結するねじに係合し回転自在なビットを備えたねじ締めツールと、このねじ締めツールを着脱可能な着脱機構を備えかつ制御装置の指令を受けて所定の位置へ移動制御可能なロボットとから構成した自動ねじ締め装置において、前記ねじ締めツールは、前記ビットを回転自在に支持して成るビット保持部と、このビット保持部に装着され前記ビットへ回転を付与する回転駆動部とを備えて成り、前記回転駆動部および前記ビット保持部は、前記ビットの軸線に対して直交する方向に延びるツール保持プレートを介して直結されて成り、前記ツール保持プレートは、これに立設したスライドシャフトと、このスライドシャフトに挿通され当該ツール保持プレートに常時当接するビットクッションばねと、前記スライドシャフトに挿通されたブッシュと、このブッシュを一体に取り付け当該ツール保持プレートに対して平行に配置した第１摺動プレートとを備え、前記着脱機構は、前記第１摺動プレートおよび前記ロボットを連結しまたは連結を解く第１着脱機構とし、前記第１着脱機構は、圧縮エアの入力により拡径する方向へ動作する第１嵌合軸部材と、この第１嵌合軸部材に嵌合する第１嵌合穴部材とから構成され、前記ロボットおよび前記第１摺動プレートは、前記第１嵌合軸部材あるいは第１嵌合穴部材の何れかを備えて成ることを特徴とする。なお、前記回転駆動部は、前記ビット保持部を接続する多角形状の嵌合部を備えて成り、前記ビット保持部は、前記ビットを回転自在に支持するとともに前記ツール保持プレートに対して平行に配されたビット保持プレートを備え、前記着脱機構は、前記第１着脱機構と前記ビット保持プレートおよび前記ツール保持プレートを連結しまたは連結を解く第２着脱機構とから構成され、前記第２着脱機構は、圧縮エアの入力により拡径する方向へ動作する第２嵌合軸部材と、この第２嵌合軸部材に嵌合する第２嵌合穴部材とから構成され、前記ビット保持プレートおよび前記ツール保持プレートは、前記第２嵌合軸部材あるいは前記第２嵌合穴部材の何れかを備えて成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように本発明の自動ねじ締め装置は、前記回転駆動部にビットを直結させて成るとともに回転する前記ビットとは縁切りされ軸方向へ摺動する第１摺動プレートを備える構成のため、従来に比べてビットが軸方向へ円滑に摺動できるという利点がある。
【００１３】
また、本発明の自動ねじ締め装置は、前記ロボットと前記ツール保持プレートとの着脱を可能とする第１着脱機構またはこの第１着脱機構に加え前記ビット保持プレートと前記ツール保持プレートとの着脱を可能とする第２着脱機構を備える。これにより、本発明のの自動ねじ締め装置は、ロボットに異なる種類のねじ締めツールであったり、当該ねじ締めツールを構成する前記ビット保持部または回転駆動部の組み合わせを変更できるという利点もある。しかも、本発明の自動ねじ締め装置は、前記ビット保持部および回転駆動部の連結箇所に鋼球を用いない構造のため、従来のようにビットが傾き易いという問題を解消できるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る一実施形態を示す概略説明図である。（ａ）は要部を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）を正面から見た一部切欠き断面図である。
【図２】本発明に係る別の実施形態を示す概略説明図である。（ａ）は要部を示す一部切欠き断面図であり、（ｂ）は（ａ）を正面から見た一部切欠き断面図である。
【図３】本発明に係るその他の実施形態を示す概略説明図である。（ａ）は要部を示す一部切欠き断面図であり、（ｂ）は（ａ）を正面から見た一部切欠き断面図である。
【図４】図１のねじ締めツールによりねじ締め作業している動作説明図である。（ａ）はねじを吸着しワークへねじ締めするねじ締め作業の序盤を示す要部断面図であり、（ｂ）は（ａ）を正面から見た一部切欠き断面図である。
【図５】図４から進行したねじ締め作業の中盤を示す動作説明図である。（ａ）は吸引されたねじがワークに当接しビットクッションばねが撓んだ時点を示す要部断面図であり、（ｂ）は（ａ）を正面から見た一部切欠き断面図である。
【図６】図５から進行したねじ締め作業の後半を示す動作説明図である。（ａ）はねじをワークに螺入しビットクッションばねが復帰中の時点を示す要部断面図であり、（ｂ）は（ａ）を正面から見た一部切欠き断面図である。
【図７】回転駆動部とビット保持部との連結を説明するための説明図である。（ａ）は要部を示す一部切欠き断面説明図であり、（ｂ）は（ａ）を正面から見た概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る自動ねじ締め装置の一実施形態について、図１ないし図７に基づき説明する。この自動ねじ締め装置１は、ワークＷに設けられためねじＷａに螺合するねじＳを所定のトルクにより締結するよう構成されており、前記ねじＳの駆動穴に嵌合可能なビットＢａ（Ｂｂ）を回転自在に備えたビット保持部３０および前記ビットＢａ（Ｂｂ）に回転を付与する回転駆動部２０を備えたねじ締めツール１０と、このねじ締めツール１０を脱着可能なロボット５０と、このロボット５０および前記ねじ締めツール１０を制御する制御装置（図示せず）とから構成されている。また、本発明に係る自動ねじ締め装置１の一例としては、図１，図４ないし図６に示すものと、図２に示すものと、図３および図７に示すものとなど多岐に渡る形態があり、以下にこれら図示した形態の異なる自動ねじ締め装置について順に説明する。
【００１６】
まず、図１，図４ないし図６に示す自動ねじ締め装置１は、ワークＷに締結するねじＳの変更などにより前記ロボット５０に異なる形態のねじ締めツールを付け替えることを可能としている。この自動ねじ締め装置１のロボット５０は、前記ビット保持部３０と回転駆動部２０との組合せが固定化され変更できないねじ締めツールを付け替えることができ、支持板１００に複数支持された形態の異なるねじ締めツールを装着することができるよう構成されている。また、このロボット５０は、多関節を有する構成であったり、ＸＹＺ座標へ移動する複数のスライドテーブル（図示せず）などから構成されており、着脱機構の一部を成す第１嵌合軸部材５１を取り付けて成る。
【００１７】
前記第１嵌合軸部材５１は、これに圧縮エアを入力することで拡径する方向へ動作する軸部を備えており、前記着脱機構の他部を成す後記第１嵌合穴部材４１の穴部に嵌合可能に構成されている。つまり、前記着脱機構は、前記第１嵌合軸部材５１および前記第１嵌合穴部材４１を対として構成されている。
【００１８】
前記ねじ締めツール１０は、前記ビット保持部３０と、ＡＣサーボモータを備える回転駆動部２０と、この回転駆動部２０および前記ビット保持部３０を直結するツール保持プレート４０とを備えて成る。
【００１９】
前記回転駆動部２０は、前記ＡＣサーボモータに接続された減速機と、この減速機に内蔵されＡＣサーボモータの回転負荷をトルク変換するトルクセンサとを備えて成り、前記ビット保持部３０のビットＢａを軸方向へ相対移動させることなく直結して成る。
【００２０】
前記ビット保持部３０は、前記ビットＢａおよび前記回転駆動部２０を連結し回転自在に支持された連結軸３２と、この連結軸３２および前記ビットＢａを回転自在に支持する円筒ガイド３３と、この円筒ガイド３３に対して軸方向へ摺動するとともに前記ビットＢａの先端を内包するスクリューガイド３４と、このスクリューガイド３４を常時下方へ付勢するスクリューガイドクッションばね３５とを備えて成る。また、前記円筒ガイド３３は、その外形に配され前記スクリューガイド３４の先端からエアを吸引するエア吸引手段３６に接続されて成る。
【００２１】
前記ツール保持プレート４０は、前記ビットＢａの軸線に対して直交する方向に延び、これに取り付けられた前記回転駆動部２０を挟むように２本のスライドシャフト４３ａ，４３ｂを立設させて成る。また、前記スライドシャフト４２ａ，４２ｂは、これに挿通したビットクッションばね４３ａ，４３ｂを配しており、ビットクッションばね４３ａ，４３ｂは、これらの一端がそれぞれツール保持プレート４０に常時当接するよう配置されている。前記ビットクッションばね４３ａ，４３ｂの他端は、前記スライドシャフト４２ａ，４２ｂに挿通され前記ビットクッションばね４３ａ，４３ｂを圧縮させ撓まわせる方向へ摺動する第１摺動プレート４５に当接している。
【００２２】
前記第１摺動プレート４５は、前記スライドシャフト４２ａ，４２ｂに挿通されたブッシュ４４ａ，４４ｂと、前記第１嵌合穴部材４１とをその上面に固定して成る。これにより、前記第１摺動プレート４５は、前記ロボット５０に取り付けられた前記第１嵌合軸部材５１に一体あるいは離脱することができる。なお、前記第１嵌合穴部材４１は、第１摺動プレート４５の上面に固定するとしたが、前記第１嵌合軸部材５１に置き換えてもよく、この場合であれば、前記第１嵌合穴部材４１をロボット５０に固定すればよい。
【００２３】
このように構成された図１，図４ないし図６に示す自動ねじ締め装置１のねじ締め動作について図４ないし図６に基づき以下説明する。前記制御装置の指令を受けて前記ロボット５０が前記ねじＳを吊下げたねじ供給機（図示せず）へ接近する。この時、制御装置は、前記エア吸引手段３６へ作動指令を送り、スクリューガイド３４の先端からエアを吸引させる。これにより、前記スクリューガイド３４内へ前記ねじＳが吸引されスクリューガイド３４内のビットＢａと係合する。このように、ねじ締めツール１０にねじＳが供給されると、前記ロボット５０は、図４に示すように予めティーチングされたワークＷのめねじＷａへスクリューガイド３４の先端を接近させるよう移動する。また、この時、前記ＡＣサーボモータは、前記制御装置の指令を受けて回転駆動するので、前記ビットＢａおよびこれに係合したねじＳは、スクリューガイド３４内で回転する。
【００２４】
続いて、図５に示すようにめねじＷａへ移動するロボット５０は、前記ねじＳの先端がワークＷに当接した時点において、前記ビットクッションばね４３ａ，４３ｂおよび前記スクリューガイドクッションばね３５を何れも圧縮する方向へ撓ませる位置まで移動するとその場で停止し、ねじＳを所定のトルクに達するまで停止状態を保つ。また、この時ビットＢａは、前記ビットクッションばね４３ａ，４３ｂの撓み量に応じた推力を発揮しつつねじＳをめねじＷａへ螺入する方向へ回転させる。
【００２５】
これにより前記ツール保持プレート４０は、停止した状態のロボット５０に連結された第１摺動プレート４５に対し相対移動し始め、当該ねじＳのめねじＷａへの螺入量に伴って前記円筒ガイド３３とともにビットＢａを下降させる。やがて前記ねじＳは、その頭部座面をワークＷの表面に密着させ、所定のトルクによって締結される。
【００２６】
次に、図２および図７と、図３とに示した自動ねじ締め装置１の構成について説明する。これら２つの異なる形態となる自動ねじ締め装置１は、上述した図１，図４ないし図６に示すものとは異なり前記回転駆動部２０と、前記ビット保持部３０との着脱を可能にしている。また、これら図２および図７と、図３とに示した自動ねじ締め装置１において、共通する点は、何れも前記第１嵌合軸部材５１および前記第１嵌合穴部材４１と同様の構成である後記第２嵌合軸部材４８および後記第２嵌合穴部材３８をそれぞれ備える点にある一方、共通しない点は、前記回転駆動部２０およびビット保持部３０を連結したことを確認可能な後記嵌合確認センサ６０を備える点と、前記スクリューガイド３４をビットＢｂに対して相対移動させる構造が異なる点にある。なお、以下図２および図７と、図３とに示した自動ねじ締め装置１を説明するにあたり、既に説明した図１，図４ないし図６に示した自動ねじ締め装置と同様の部分については説明を割愛する。
【００２７】
まず、図２および図７と、図３とに示す自動ねじ締め装置１の共通する構造について説明する。これら自動ねじ締め装置１の回転駆動部２０は、前記連結軸３２に変わるビット保持部３０を連結可能な連結部２１を備えており、この連結部２１は、常時ばねに付勢され前記ビットＢｂの一端に嵌合する六角穴を備える。また、前記連結部２１は、前記ばねの一端に当接し外径を張り出したドグを備え、このドグを検出する嵌合確認センサ６０がブラケットを介して前記ツール保持プレート４０と一体に取り付けられている。つまり、図２および図７と、図３とに示す自動ねじ締め装置１のビット保持部３０は、前記連結軸３２を備えておらず、前記ビットＢｂの一端が前記回転駆動部２０の連結部２１に嵌合可能に構成されている。
【００２８】
また、前記自動ねじ締め装置１は、前記回転駆動部２０および前記ビット保持部３０を着脱可能な第２嵌合軸部材４８と、この第２嵌合軸部材４８に嵌合する第２嵌合穴部材３８とを備えており、本実施形態においては、前記第２嵌合軸部材４８をツール保持プレート４０の下面に取り付け、前記第２嵌合穴部材３８をビット保持プレート３１の上面に取り付けて成る。なお、これら第２嵌合軸部材４８および第２嵌合穴部材３８の取り付け位置は入れ替わってもよい。
【００２９】
次に、図２および図７と、図３とに示す自動ねじ締め装置１において共通しない構造を説明する。図２および図７に示す自動ねじ締め装置１のビット保持部３０は、上述した図１，図４ないし図６に示す自動ねじ締め装置のビット保持部とほぼ同様の構成であり、スクリューガイド３４内にスクリューガイドクッションばね３５を配置して成る。一方、図３に示す自動ねじ締め装置１のビット保持部３０は、前記ビット保持プレート３１と、このビット保持プレート３１の上面に取り付けられた前記第２嵌合穴部材３８と、前記ビット保持プレート３１の下面に取り付けられ前記ビットＢｂを回転自在に支持した回転ブラケット７１と、前記ビットＢｂを内包して成るスクリューガイド３４と、このスクリューガイド３４に立設された支柱７２ａ，７２ｂと、この支柱７２ａ，７２ｂにそれぞれ挿通され前記ビット保持プレート３１および前記ツール保持プレート４０に常時当接するスクリューガイドクッションばね３５ａ，３５ｂと、前記支柱７２ａ，７２ｂにそれぞれ挿通され前記ビット保持プレート３１に取り付けられたガイドブッシュ７３ａ，７３ｂとを備える。また、前記スクリューガイド３４は、その外形に配され前記スクリューガイド３４の先端からエアを吸引するエア吸引手段３６に接続されて成る。したがって、図３に示す自動ねじ締め装置１は、前記スクリューガイドクッションばね３５ａ，３５ｂによりスクリューガイド３４を常時下方へ付勢しているので、前記ビットＢｂに対してスクリューガイド３４を上方へ相対移動可能に構成されている。
【００３０】
上述した図２に示す自動ねじ締め装置１の前記回転駆動部２０とビット保持部３０との連結動作について図７に基づき説明する。図７に示すように、ロボット５０は、前記回転駆動部２０を一体に固定した状態であり、前記ビット保持部３０を複数吊り下げた吊下げ板１０１へ移動する。これにより、前記第２嵌合軸部材４８は、前記ビット保持部３０の第２嵌合穴部材３８に嵌合し、この第２嵌合穴部材３８と一体になる。この時、前記ビットＢｂの一端と前記連結部２１の六角穴との位相が一致せずビットＢｂの一端に連結部２１が乗り上げた状態であれば、前記嵌合確認センサ６０は、連結部２１の前記ドグを検出しない。よって、前記制御装置は、嵌合確認センサ６０から前記ドグを検出した旨の信号を受け取るまで前記ＡＣサーボモータを回転させる。これにより、前記ビットＢｂと連結部２１が完了し、ロボット５０が復帰してねじ締め作業を行える状態になる。
【符号の説明】
【００３１】
１  …  自動ねじ締め装置
１０  …  ねじ締めツール
２０  …  回転駆動部
３０  …  ビット保持部
３１  …  ビット保持プレート
３８  …  第２嵌合穴部材
４０  …  ツール保持プレート
４１  …  第１嵌合穴部材
４３ａ，４３ｂ  …  ビットクッションばね
４５  …  第１摺動プレート
４８  …  第２嵌合軸部材
５０  …  ロボット
５１  …  第１嵌合軸部材
Ｂａ，Ｂｂ  …  ビット
Ｓ  …  ねじ
Ｗ  …  ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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