(57)【要約】【課題】一つの回転駆動源で高速かつ締付トルク精度の高いねじ部品の締結、緩めの双方を実現し得るねじ部品締緩装置の提供。【解決手段】ＡＣサーボモータ３の駆動を受けて回転する第１入力軸５及び第２入力軸９を設け、この第１入力軸と第２入力軸との間にこれらを常時一体に回転可能にし、かつ一方に所定の回転負荷トルクを超える回転負荷トルクが作用した場合にはこれらの差動回転を許容する摩擦クラッチ８を設ける。また、ねじ締め工具が連結される出力軸１１を設け、この出力軸１１を第２入力軸の回転を受けて回転可能に構成するとともに、前記第１入力軸５から減速機１２及びツースクラッチ１４を介して伝達される回転を受けて回転可能に構成する。【選択図】図１
2011121137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動源の駆動を受けて回転する第１入力軸と、
回転可能に設けられた第２入力軸と、
前記第１入力軸と第２入力軸とを常時一体に回転可能に構成するとともに、これらの内の一方に所定の回転負荷トルクを超える回転負荷トルクが作用した場合にはこれらの差動回転を許容する第１クラッチ手段と、
前記第１入力軸に連結され、第１入力軸の回転を所定減速比で減速して出力可能な減速機と、
ねじ部品の頭部に係合可能なねじ締め工具が連結されるとともに、前記第２入力軸の回転を受けて回転可能に構成された出力軸と、
前記減速機の出力回転を出力軸に伝達可能な状態と伝達不可能な状態とに切り替わる第２クラッチ手段と
を設けて成ることを特徴とするねじ部品締緩装置。
【請求項２】
第２入力軸と出力軸とは、第２入力軸が一方向に回転する時には第２入力軸から出力軸への回転伝達を可能とし、第２入力軸が他方向に回転する時には出力軸への回転伝達を不可能とする一方向クラッチを介して連結されていることを特徴とする請求項１に記載のねじ部品締緩装置。
【請求項３】
減速機は、ハーモニックドライブ（登録商標）であり、第２入力軸はウェーブジェネレータに連結され、第２クラッチ手段はフレクスプラインによる出力が伝達されるよう設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のねじ部品締緩装置。
【請求項４】
第１クラッチ手段は、入力部と出力部とに所定の回転負荷トルクが作用した場合、これら入力部と出力部との間に滑りを生じさせる摩擦クラッチであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載のねじ部品締緩装置。
【請求項５】
第２クラッチ手段は、減速機の出力回転を受けて回転可能な入力部と、この入力部と結合・分離可能であって出力軸に連結される出力部とを備えて成ることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載のねじ部品締緩装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじ部品の締結又は緩めを行うねじ部品締緩装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ねじ部品をワークに締め付ける上で、ねじ締めサイクルタイムの短縮、すなわちねじ締め作業の高速化は重要な課題であり、その解決に向けて特許文献１乃至５に示す各種のねじ部品締結機が提案されている。
【０００３】
特許文献１乃至４に開示されたねじ部品締結機は、ねじ締め工具を高速・低トルクで回転駆動するための第１駆動手段と、低速・高トルクで回転駆動するための第２駆動手段の２個の回転駆動源を有するものである。特許文献１におけるねじ部品締結機は、第１駆動手段の駆動時には、一方向クラッチの空転作用を利用して第２駆動手段の減速抵抗を受けないようにしたものである。また、特許文献２乃至４におけるねじ部品締結機においては、第１駆動手段の駆動をベルトで出力軸乃至ねじ締め工具に伝達し、第２駆動手段の駆動は、減速機で減速・増力した上、電磁クラッチが結合した時のみ、出力軸乃至ねじ締め工具に伝達できるようにしたものである。これら特許文献１乃至４のねじ部品締結機によれば、ねじ部品を着座するまでは高速・低トルクで仮締めし、その後、最終的な目標締付トルクまで低速・高トルクで締め付けることができるが、回転駆動源が２個必要なことから、装置の大型化や重量アップ、消費電力量の増大などが問題となっていた。
【０００４】
そこで特許文献５のような、１個の回転駆動源で前述の高速・低トルク締め付け、低速・高トルク締め付けを切り替えられるねじ部品締結機が提案されている。この特許文献５のねじ部品締結機は、駆動モータからの入力を減速機を経由した出力と、減速機を経由しない出力の２系統に出力する構成とし、回転伝達経路上に複数の一方向クラッチを組み合わせることにより、モータ正転時には減速機を経由しない高速・低トルクの出力をドライブ軸へ伝達し、モータ逆転時には減速機を経由した低速・高トルクの出力をドライブ軸へ伝達するようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２８３９４８号公報
【特許文献２】特開２００８−６５６０号公報
【特許文献３】特開２００９−１６０７０９号公報
【特許文献４】特開２００９−１７８８２３号公報
【特許文献５】特開２００８−１１４３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献５のねじ部品締結機によれば、ねじ部品を着座するまで高速・低トルクでねじ込み、その後、目標締付トルクまで低速・高トルクで締め付ける作業を一つの回転駆動源で実現できるようになった。しかし、このねじ部品締結機においては、回転駆動源の正逆転駆動をねじ部品の締め付けに利用しているため、ドライブ軸を逆転させることができない。このため、ねじ部品を目標締付トルクまで締め付けた時に生じるねじ部品頭部とねじ締め工具との固着（喰い付き）を解除する場合等、ねじ締め工具を逆転させることができない等の問題があった。また、ねじ部品の緩め作業に対応するためには、一方向クラッチを反転した構成にするなど、締結機の組み換えが必要になるばかりか、ねじ部品の締め付け作業と緩め作業が混在する現場には適応できない等の問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、一つの回転駆動源で高速かつ締付トルク精度の高いねじ部品の締結、緩めの双方の動作を実現し得るねじ部品締緩装置の提供を目的とするものである。この目的を達成するために本発明は、回転駆動源の駆動を受けて回転する第１入力軸と、回転可能に設けられた第２入力軸と、前記第１入力軸と第２入力軸とを常時一体に回転可能に構成するとともに、これらの内の一方に所定の回転負荷トルクを超える回転負荷トルクが作用した場合にはこれらの差動回転を許容する第１クラッチ手段と、前記第１入力軸に連結され、第１入力軸の回転を所定減速比で減速して出力可能な減速機と、ねじ部品の頭部に係合可能なねじ締め工具が連結されるとともに、前記第２入力軸の回転を受けて回転可能に構成された出力軸と、前記減速機の出力回転を出力軸に伝達可能な状態と伝達不可能な状態とに切り替わる第２クラッチ手段とを設けて成ることを特徴とする。
【０００８】
なお、前記第２入力軸と出力軸とは、第２入力軸が一方向に回転する時には第２入力軸から出力軸への回転伝達を可能とし、第２入力軸が他方向に回転する時には出力軸への回転伝達を不可能とする一方向クラッチを介して連結されていることが好ましい。また、前記減速機は、ハーモニックドライブ（登録商標）であり、前記第２入力軸はウェーブジェネレータに連結され、前記第２クラッチ手段はフレクスプラインによる出力が伝達されるよう設けられていることが好ましい。さらに、前記第１クラッチ手段は、入力部と出力部とに所定の回転負荷トルクが作用した場合、これら入力部と出力部との間に滑りを生じさせる摩擦クラッチであることが好ましい。また、前記第２クラッチ手段は、減速機と一体に連結される入力部と、この入力部と結合・分離可能であって出力軸に連結される出力部とを備えて成るものであることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
一つの回転駆動源でねじ部品を着座までは高速・低トルクで回転させて高速にねじ込み、着座後は低速・高トルクで回転させて所定の締付トルクまで締め付けることができ、ねじ部品の高速・高精度締め付けが可能になる。また、出力軸をねじを締め付ける方向及びねじを緩める方向の双方に所望の角度、低速・高トルクで回転させることが可能になり、例えば、ねじ部品の締め付けによってねじ部品頭部と固着したねじ締め工具を僅かに逆転させて固着を解除する作業等が可能になるとともに、締め付けられたねじ部品の緩め作業を行うことも可能になる等の利点がある。さらに、第１クラッチ手段として摩擦クラッチを採用し、一方向クラッチを設けることにより、摩擦クラッチの滑りが生じる時間を、ねじ締め工具とねじ部品との喰い付き解除時及び着座時の過大トルク発生時の僅かな時間だけに限定することができ、部品の長寿命化を図ることができる等の利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るねじ部品締結装置の断面図である。
【図２】本発明に係るねじ部品締結装置の概略構成を示した動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１において１はねじ部品締緩装置であり、ケース２に取り付けられた回転駆動源の一例であるＡＣサーボモータ３（以下、単にモータ３という）を有している。このモータ３の駆動軸３ａには主動歯付きプーリ４（以下、単に主動プーリ４という）が一体に回転可能に連結されている。このモータ３の横位置には、駆動軸３ａと軸線平行に延びて中空円筒状の第１入力軸５が回転可能に支持して設けられており、この第１入力軸５には、その上部に従動歯付きプーリ６（以下、単に従動プーリ６という）が一体に連結されている。この従動プーリ６と前記主動プーリ４とには、無端の歯付きベルト７が巻回されて噛合しており、モータ３の駆動を第１入力軸５に伝達できるよう構成されている。また、従動プーリ６の上部には、第１クラッチ手段の一例として摩擦クラッチ８が設けられており、この摩擦クラッチ８には第１入力軸５を挿通し、かつ第１入力軸５に対して回転可能に設けられた中実の第２入力軸９が連結されている。
【００１２】
前記摩擦クラッチ８は、従動プーリ６に一体に回転可能に連結された入力部８１と、第２入力軸９に一体に回転可能に連結された出力部８２とを相対回転可能に設けて成る。入力部８１には、多層のクラッチ板８１ａ・・と、このクラッチ板８１ａ・・を常時出力部に圧接させる板ばね８１ｂとが含まれ、これらが一体に回転可能に構成されている。入力部８１と出力部８２は、何れかにねじ部品の最終的な目標締付トルクよりも低く、かつ仮締めトルク（ねじ部品がワークに着座して後、最終的な目標締付トルクに至るまでの間の任意の締付トルク）より若干高いトルク値に相当する回転負荷トルク（以下、臨界負荷トルクという）が作用するまでは、一体に回転可能であるが、何れか一方に臨界負荷トルクを超える回転負荷トルクが作用すると、クラッチ板８１ａ・・に滑りが生じて差動回転（空転）するよう構成されている。これにより、常時は第１入力軸５と第２入力軸９とが摩擦クラッチ８により一体に回転可能に連結される構成となっている。
【００１３】
第２入力軸９は、第１入力軸５内を挿通して延び、その先端には一方向クラッチ１０を介して出力軸１１が連結されている。この出力軸１１は、一方向クラッチ１０に連結された伝達軸部１１１と、この伝達軸部１１１先端のスプライン穴部１１１ａにスプライン軸部１１２ａを挿入・噛合させることによって伝達軸部１１１と一体に回転可能に連結された本体軸部１１２とから構成され、本体軸部１１２の先端には、ねじの頭部に係合してこれに回転伝達を行うためのねじ締め工具（図示せず）が直接又は各種継ぎ手を介して連結される。
【００１４】
前記一方向クラッチ１０は、第２入力軸９がねじ部品を締め付ける方向に回転（以下、便宜上、この方向の回転を正回転といい、この回転を与えるモータ３の駆動を正転駆動という）する時は、この回転を出力軸に伝達可能なように内部固着し、第２入力軸９が、これとは逆方向に回転（以下、便宜上、この方向の回転を逆回転といい、この回転を与えるモータ３の駆動を逆転駆動という）する時は、この回転を出力軸に伝達不可能なように空転するよう構成されている。なお、この一方向クラッチ１０は、出力軸からねじを緩める方向の回転が入力される時も固着し、また出力軸からねじを締め付ける方向の回転が入力される時も空転する。
【００１５】
一方、前記第１入力軸５の先端は、減速機１２に連結されている。この減速機１２は、一般にハーモニックドライブ（登録商標）として知られるものであり、第１入力軸５は、これのウェーブジェネレータ１２１に連結されている。この減速機１２は、サーキュラスプライン１２２を本ねじ部品締緩装置１のケース２に固定し、ウェーブジェネレータ１２１によって入力された回転をフレクスプライン１２３により減速・逆転させて出力する、いわゆるハーモニックドライブ（登録商標）減速機としての一般的な使用構造を採用している。減速比は１／１２０である。この減速機１２のフレクスプライン１２３は、ケース２内に回転可能に配置された中空円筒状のカップリング１３に連結されている。このカップリング１３は、その内部に前記一方向クラッチ１０を回転自在に内包し、かつ第２クラッチ手段の一例であるツースクラッチ１４に連結されている。
【００１６】
前記ツースクラッチ１４は、前記カップリング１３に一体に回転可能に連結された入力部１４１と、前記出力軸１１の伝達軸部１１１に一体に回転可能に連結された出力部１４２と、この出力部１４２と入力部１４１とを常時分離するように付勢する付勢手段（図示せず）と、ケース２に固定されたコイル部１４３とから構成されている。入力部１４１と出力部１４２とは、互いの対向面を環状の円盤面に成し、その周縁部に歯部１４１ａ，１４２ａを形成した構成となっており、前記コイル部１４３への通電で発生する電磁力により歯部１４１ａ，１４２ａを噛合させて結合するよう構成されている。このツースクラッチ１４は、常時はコイル部に通電がなされずに入力部１４１と出力部１４２とが分離し、出力軸１１に減速機１２の出力回転を伝達不可能な状態となっているが、コイル部１４３に通電されて入力部１４１と出力部１４２とが結合すると、出力軸１１に減速機１２の出力回転を伝達可能な状態となる。
【００１７】
また、ケース２の下部には中空円筒状の起歪体１５が一体に連結されている。この起歪体１５には、歪みゲージ１６が貼付されており、起歪体１５の歪み量に応じた電気信号を出力するように構成されている。また、起歪体１５の下部には、ねじ締めロボットのアーム（図示せず）や機台（図示せず）等に固定可能な取付フランジ１７が一体に固定されている。
【００１８】
次に、図２を用いて本ねじ部品締緩装置１の動作を説明する。ここで、図２（ａ）〜（ｃ）において薄墨で塗った部位は、それぞれの状態で回転伝達を受けて回転する部位を示し、濃い薄墨を施した部位は、減速機１２の出力（減速・増力された回転）を受けて回転する部位を示す。また、図中の各矢印は、時々の各部の回転方向を示す。
【００１９】
本ねじ部品締緩装置１は、表１に示すように、ねじ部品をねじ込み開始から仮締めトルクまで締め付けるための「仮締め」工程、その後最終的な目標締付トルクまで締め付けるための「本締め」工程、及びねじ部品を緩める「緩め」工程を行えるものである。ねじ部品のワークへの締付作業に当たっては、仮締め工程、本締め工程を連続的に行う。
【表１】
2011121137.tif 000003
【表２】
2011121137.tif 000004
【００２０】
ねじ部品の仮締め工程においては、表１に示すように、モータ３は正転駆動、ツースクラッチ１４はＯＦＦ（コイル部１４３に通電されず、入力部１４１と出力部１４２とが分離した状態）で作業を行う。図２（ａ）及び表２に示すように、モータ３が正転駆動すると、この駆動は主動プーリ４及び歯付きベルト７により従動プーリ６に伝達され、これによって第１入力軸５、摩擦クラッチ８に回転が伝達される。第１入力軸５の回転によりウェーブジェネレータ１２１も正回転し、これとは逆方向にフレクスプライン１２３が減速・増力回転する。この時、ツースクラッチ１４はＯＦＦであるため、減速機１２の出力回転を受けて入力部１４１は回転するが、それ以上先には伝達されない。また、この段階でねじ部品の締付トルクは仮締めトルクよりも十分に低いため、摩擦クラッチ８の出力部に作用する回転負荷トルクは臨界トルクよりも十分に低い。よって、摩擦クラッチ８の入力部８１と出力部８２とは一体に回転可能であり、これにより、第２入力軸９に回転伝達がなされて第２入力軸９が正回転する。この第２入力軸９の回転は、一方向クラッチ１０を介して出力軸１１乃至ねじ締め工具に伝達される。このように仮締め工程における回転伝達系路は、表２に示すように、モータ３→主動プーリ４→従動プーリ６→摩擦クラッチ８→第２入力軸９→一方向クラッチ１０→出力軸１１となる。ねじ締め工具に伝達された正回転は、減速機１２を介さない高速・低トルクの回転であるため、ワークにねじ部品を高速でねじ込むことができる。
【００２１】
ねじ部品が締め付けられる間の締付トルクは、図示しない制御ユニットにより、起歪体１５の歪み量に基づいて演算され監視される。すなわち、ねじの締付トルクの反力は、出力軸１１から第１入力軸５又は第２入力軸９、モータ３を経由してケース２に伝達される。この時、取付フランジ１７はロボットのアーム等に固定されているため、反力の作用によって起歪体１５が歪み、これに応じた電気信号が歪みゲージ１６から制御ユニットに送られる。制御ユニットは、この歪みゲージ１６の電気信号から締付トルクを演算し、監視する。
【００２２】
ねじ部品がワークに着座すると、ねじ部品には慣性により目標締付トルクを上回るような過大な締付トルク（以下、これを衝撃トルクと称する）が瞬間的に作用しようとする。しかし、この衝撃トルクの反力は、第２入力軸９から摩擦クラッチ８の出力部８２に回転負荷トルクとして伝達され、摩擦クラッチ８と入力部８１と出力部８２の間に滑りを生じさせる。これにより衝撃トルクを吸収し、ねじ部品が過剰に締め付けられてしまうのを防止することができる。
【００２３】
着座後に締付トルクが増大し、これが仮締めトルクに達すると、続いて本締め工程に移る。本締め工程では、表１に示すように、モータ３は逆転駆動、ツースクラッチ１４はＯＮ（コイル部１４３に通電され、入力部１４１と出力部１４２とが歯部１４１ａ，１４２ａを噛合させるよう結合した状態）で作業を行う。
【００２４】
本締め工程では、まず、制御ユニットにより仮締めトルクに到達したことが検知されると、モータ３の駆動が逆転駆動に切り替えられるとともに、ツースクラッチ１４がＯＮになる。モータ３の逆転駆動により、図２（ｂ）に示すように、減速機１２から出力される回転は正回転となり、この回転はツースクラッチ１４を介して出力軸１１乃至ねじ締め工具に伝達される。この時、摩擦クラッチ８乃至第２入力軸９も逆回転するが、一方向クラッチ１０が空転するため、第２入力軸９から出力軸１１への回転伝達はなされない。よって、出力軸１１への回転伝達系路は表２に示すように、モータ３→主動プーリ４→従動プーリ６→第１入力軸５→減速機１２→ツースクラッチ１４→出力軸１１となる。これにより出力軸１１乃至ねじ締め工具は、減速機１２から出力された低速・高トルクで正回転し、ねじ部品を目標締付トルクまで確実に締め付ける。この時、ねじ締め工具の回転が低速であることから、制御ユニット１８により目標締付トルクが検出されてモータ３の駆動が停止されるまでのオーバーランニングも発生しない。
【００２５】
締付トルクが目標締付トルクに達したことが制御ユニットによって検知されると、続いて、ねじの締め付けにより固着したねじ締め工具とねじ部品の頭部とを分離させるための動作を行う。これは緩め工程を僅かな時間だけ行うものであり、この場合、表１に示すようにモータ３の駆動は正転駆動に切り換えられ、ツースクラッチ１４はＯＮのまま作業が行われる。
【００２６】
モータ３が正転駆動し、ツースクラッチ１４がＯＮであるため、減速機１２によって逆回転に変換された低速・高トルクの回転は、出力軸１１乃至ねじ締め工具へ伝達される。また、この回転は、出力軸１１から一方向クラッチ１０を介して第２入力軸９乃至摩擦クラッチ８の出力部８２にも伝達される。この時、摩擦クラッチ８の入力部８１には、モータ３の正転駆動に伴う高速・低トルクの正回転が伝達されているため、摩擦クラッチ８のクラッチ板８１ａに滑りが生じ、摩擦クラッチ８は空転動作する（図２（ｃ）及び表２参照）。よって、ねじ締め工具は低速・高トルクで逆回転し、ねじの締め付けによって固着したねじ部品の頭部から確実に分離する。なお、この時のモータ３の正転駆動時間は、ねじ締め工具を固着解除に必要な僅かな角度だけ逆回転させる程度に設定されており、ねじ部品が緩められることはない。
【００２７】
上述のように、本ねじ部品締緩装置１は、仮締めトルクに達するまではねじ部品を高速・低トルクでねじ込み、そこから目標締付トルクまではねじ部品を低速・高トルクで締め付けることができるものである。このため、ねじ部品のねじ締めサイクルタイムの短縮と、高精度な締付トルク管理を両立させることが可能となる。なお、衝撃トルクを利用することで仮締めトルクが得られ、かつ減速機１２を利用することで目標締付トルクを発生させるに十分な力が得られることに鑑みれば、モータ３は定格トルクの極力低いものを採用できる。このため、本ねじ部品締緩装置によれば、消費電力を抑え、省エネを達成することも可能となる。
【００２８】
なお、上記構成における一方向クラッチ１０を逆に取り付け、第２入力軸９の逆回転時に出力軸１１への回転伝達が可能な構成にすることにより、ワークに締め付けられたねじを高速で緩める作業を実施することも可能となる。
【００２９】
また、第２入力軸９と出力軸１１とを一方向クラッチ１０なしに連結する構成としてもよい。この構成では、前述の緩め工程だけでなく、本締め工程においても摩擦クラッチ８の滑りを利用することとなる。つまり、ツースクラッチ１４がＯＮになっている場合は、常に摩擦クラッチ８の滑りを利用して、ねじ締め工具へモータ３の駆動を伝達することとなる。このような一方向クラッチ１０のない構成の場合、ねじ部品の締め付け作業、緩め作業の双方を高速で行うことが可能になり、こうした作業の混在する環境での使用に好適である。
【００３０】
さらに、減速機１２は、遊星歯車機構等の他の減速機構を用いてもよく、また入力される回転に対して出力される回転が同じ方向の回転となる減速機であってもよい。例えば、上記の構成で第１入力軸５から伝達された回転と同じ方向の回転を出力する減速機を用いた場合を想定してみる。この場合、ねじ部品を高速・低トルクで仮締めトルクまでねじ込む過程においては、上述の通りの動作となる。また、ねじ部品を低速・高トルクで目標締付トルクまで締め付ける過程においては、ツースクラッチ１４をＯＮにしてモータ３を正転駆動させればよい。この時、摩擦クラッチ８の滑りを利用して、モータ３の駆動が第２入力軸９には伝達されないようにする。さらに、ねじ締め工具を逆転させる時には、ツースクラッチ１４がＯＮの状態でモータ３を逆転駆動させればよい。この時、第２入力軸９からの逆回転は、一方向クラッチ１０の空転作用によって出力軸には伝達されない。
【符号の説明】
【００３１】
１  ねじ部品締緩装置
２  ケース
３  ＡＣサーボモータ
４  主動歯付きプーリ
５  第１入力軸
６  従動歯付きプーリ
７  歯付きベルト
８  摩擦クラッチ
９  第２入力軸
１０  一方向クラッチ
１１  出力軸
１２  減速機
１３  カップリング
１４  ツースクラッチ
１５  起歪体
１６  歪みゲージ
１７  取付フランジ
【図１】
2011121137.tif 000005
【図２】
2011121137.tif 000006