(57)【要約】【課題】ソケットと被締結部品との合致嵌合前における共回りを防止する被締結部品とソケットとの接触構造ならびに自動締結装置の提供。【解決手段】本発明は、ボルト、ナット等の被締結部品の駆動部と合致嵌合するソケット８の係合穴部８１の開口端部を係合穴部８１と前記被締結部品の駆動部とが位相が合致しない状態で接した場合にその接触部位が前記駆動部の周縁に設けられる面取り部に対して断面視、点接触するように形成したものである。これにより、係合穴部８１と駆動部との位相がずれて接した場合に起こるソケット８と被締結部品との喰い付きと、それにともなうソケット８と被締結部品との非嵌合状態での共回りを防止することができるものである。【選択図】図１
2004106076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動部の周縁に面取り部を有する被締結部品と、この被締結部品をワークに締結するために用いられるソケットとの接触構造であって、
前記ソケットは、前記被締結部品の駆動部に合致嵌合可能な係合穴部を有し、この係合穴部の開口端部は当該係合穴部と前記被締結部品の駆動部とが位相が合致しない状態で接した場合にその接触部位が前記駆動部の面取り部に対して断面視、点接触するように形成されていることを特徴とする被締結部品とソケットとの接触構造。
【請求項２】
係合穴部の開口端部には面取りが施されないことを特徴とする請求項１に記載の被締結部品とソケットとの接触構造。
【請求項３】
回転駆動源の駆動を受けて回転しかつ駆動部を有する被締結部品に嵌合可能なソケットと、
前記ソケットを昇降操作する昇降駆動源と、
前記ソケットの昇降位置に応じてソケットから被締結部品に及ぼされる力を変更するよう前記回転駆動源または昇降駆動源を駆動制御する制御手段とを備えた自動締結装置であって、
前記ソケットは、前記被締結部品の駆動部に合致嵌合可能な係合穴部を有し、この係合穴部の開口端部は当該係合穴部と前記被締結部品の駆動部とが位相が合致しない状態で接した場合にその接触部位が前記駆動部の面取り部に対して断面視、点接触するように形成されていることを特徴とする自動締結装置。
【請求項４】
係合穴部の開口端部には面取りが施されないことを特徴とする請求項３に記載の自動締結装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、六角ボルトまたは六角ナット等の被締結部品をソケットに嵌合させて締結する際に好適な被締結部品とソケットとの接触構造ならびに自動締結装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平８−２２９８３５号公報
【非特許文献１】日本工業規格　Ｂ１１８０
【非特許文献２】日本工業規格　Ｂ１１８１
駆動部の周縁にテーパ状の面取り部を有し、ソケットを利用して締結される被締結部品としては、従来から前掲の非特許文献１に示される六角ボルト（以下、ボルトと略記する）や非特許文献２に示される六角ナット（以下、ナットと略記する）等の多角形駆動部を有するものが知られている。これらボルトおよびナットの多角形駆動部周縁の面取り部は、一般に水平面から１５°〜３０°傾斜して形成される。また、駆動部の周縁にテーパ状の面取り部を有し、ソケットを用いて締結される被締結部品としては、その他にも四角ボルト、四角ナット、トルクス形状の頭部を有するボルト・ねじが知られているところである。なお、ここで用いた「トルクス」は、アメリカ合衆国ロードアイランド州法人テクストロン社が保有する登録商標である。
【０００３】
一方、前記ボルトまたはナットをワークに締結する場合に用いられるソケットとしては、前掲の特許文献１に図示されるようなソケットが用いられる。図７に示すように、従来のソケット１００は、前記ボルトまたはナットの六角形の駆動部に合致嵌合可能な六角穴部１０１を有するものであり、この六角穴部１０１の開口端部には面取り１０１ａが施され、ボルトまたはナットの駆動部を六角穴部１０１内に導入し易くしてある。なお、上述の四角ボルト、四角ナットに対応するソケット（図示せず）については、前記六角穴部１０１が四角形状に構成され、またトルクス形状の頭部を有するボルト・ねじに対応するソケット（図示せず）については、トルクス形状に構成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のソケット１００を用いてボルト、ナット等の被締結部品をワークに締結しようとする場合、ボルトを例に挙げて説明すると、ソケット１００とボルト５０とを嵌め合わせる段階において、特にソケット１００が自動締結装置に備え付けられている場合には、図８（ａ）に示すように、六角穴部１０１とボルト５０の多角形駆動部（頭部５１）との位相が合わず、図８（ｂ）に示すように、ソケット１００がボルト５０の頭部に載った状態となることが多い。
【０００５】
自動締結装置においては、モータの駆動をソケット１００に伝達し、これを回転させながら被締結部品に到達させ、六角穴部１０１に被締結部品の多角形駆動部を合致嵌合させることで駆動伝達を行って被締結部品のワークへの締結を行う。しかし、前述のように両者の位相が合わずに接触した場合、図８（ｂ）に示すように、六角穴部１０１開口端の面取り１０１ａ部分が丁度ボルト頭部５１の面取り部５１ａに合致し、くさび効果を生じて固着してしまう。この結果、そのままソケット１００の回転がボルト５０に伝達され、六角穴部１０１と頭部５１とが合致嵌合しない状態で共回りし、ボルト５０が螺入されてしまう問題が発生していた。
【０００６】
最近の自動締結装置については、ソケット１００の締結動作にともなう原位置からの移動量を検出し、これに応じて被締結部品を押圧する所謂推力、あるいはソケット１００の回転速度、駆動トルク等を制御することにより、被締結部品の高精度な締結を実現するものが開発され、市場に普及しつつある。しかし、前述のようにソケット１００とボルト５０とが正しく嵌合していない状態で共回りし、ボルト５０がワークに締付けられてしまうと、ソケット１００の移動量とボルト５０のねじ込み量とが一致しなくなり、誤った制御が行われてしまう等の問題が発生していた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑みて創成されたものであり、駆動部の周縁に面取り部を有する被締結部品と、この被締結部品をワークに締結するために用いられるソケットとの接触構造であって、前記ソケットは、前記被締結部品の駆動部に合致嵌合可能な係合穴部を有し、この係合穴部の開口端部は当該係合穴部と前記被締結部品の駆動部とが位相が合致しない状態で接した場合にその接触部位が前記駆動部の面取り部に対して断面視、点接触するように形成されていることを特徴とする。なお、前記係合穴部の開口端部には面取りが施されないことが望ましい。
【０００８】
また本発明は、回転駆動源の駆動を受けて回転しかつ被締結部品の駆動部に係合可能なソケットと、前記ソケットを昇降操作する昇降駆動源と、前記ソケットの昇降位置に応じてソケットから被締結部品に及ぼされる力を変更するよう前記回転駆動源または昇降駆動源を駆動制御する制御手段とを備えた自動締結装置であって、前記ソケットは、前記被締結部品の駆動部に合致嵌合可能な係合穴部を有し、この係合穴部の開口端部は当該係合穴部と前記被締結部品の駆動部とが位相が合致しない状態で接した場合にその接触部位が前記駆動部の面取り部に対して断面視、点接触するように形成されていることを特徴とするものでもある。なお、この場合にも、前記係合穴部の開口端部には面取りが施されないことが望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を二例説明する。まずは、第一の実施の形態として、被締結部品として六角形の頭部５１を有する周知のボルト５０を締結するための例を説明する。
【００１０】
図２において、１はボルト締結用の自動締結装置であり、コラム２に配置されたＡＣサーボモータ３（以下、単にモータ３という）と、このモータ３に連結されたボールねじ機構４と、このボールねじ機構４の作動を受けて昇降するドライバ台５と、このドライバ台５に設置されたドライバ６と、このドライバ６に伝達軸７を介して連結されたソケット８とを備える。
【００１１】
前記ボールねじ機構４は、モータ３の駆動を受けて回転するねじ軸４ａと、このねじ軸４ａの螺旋溝に螺合し、ねじ軸４ａの回転を受けて当該ねじ軸４ａの軸方向に移動可能なナット部材４ｂとを備えて成るものであり、前記ドライバ台５はナット部材４ｂに一体に連結されている。なお、ドライバ台５はコラム２にはガイドシャフト２ａが上下に渡されており、前記ドライバ台５を挿通案内するようになっている。これにより、ねじ軸４ａの回転にともなってナット部材４ｂが共に回転してしまうようなロスをなくし、ねじ軸４ａの回転にともなってドライバ台５の昇降動作が確実になされるようになっている。
【００１２】
また、前記ドライバ６は、ＡＣサーボモータ６ａ（以下、単にモータ６ａという）の駆動を受けて回転する出力軸６ｂを有する。このドライバ６の出力軸６ｂ、前記伝達軸７およびソケット８は直結的に連結されており、モータ３をトルク制御で駆動することにより、ソケット８からボルト５０に及ぼされる押圧力を制御できるように構成されている。なお、モータ３には出力軸（図示せず）の回転にともなってパルス信号を発するエンコーダ３ａが備えられており、このエンコーダ３ａから発せられるパルス信号と前記ねじ軸４ａのリードとに基づいて、本ボルト締結装置１の制御手段９において、ソケット８の原位置からの移動量が割り出せるように構成されている。
【００１３】
前記ソケット８は、図１、図３（ａ）および同図（ｂ）に示すように、ボルト５０の六角形頭部５１、すなわち被締結部品の駆動部に合致嵌合可能な係合穴部８１を有する。この係合穴部８１は、ソケット８の先端面８２から僅かに入り込んだ横断面円形のガイド穴部８１ａと、このガイド穴部８１ａの奥に連続する横断面六角形の六角穴部８１ｂとから成る。ガイド穴部８１ａは、ボルト頭部５１の外接円よりも僅かに大きい直径で形成され、ボルト頭部５１を係合穴部８１内に導く役割を果たす。また、六角穴部８１ｂは、ボルト頭部５１よりも僅かに大きい形状を成し、ボルト頭部５１に合致嵌合可能に構成されている。
【００１４】
前記ガイド穴部８１ａの奥側底面と六角穴部８１ｂの側壁開口端とは、９０°の角度を成して連続するように構成されている。つまり、ガイド穴部８１ａの奥側底面は、六角穴部８１ｂの側壁開口端に対して直角を成す平坦面に形成され、かつ係合穴部の開口端部に該当するガイド穴部８１ａの奥側底面と六角穴部８１ｂの側壁開口端との連結部分には、テーパ様の面取り部が設けられていないのである。この構造により、ボルトの頭部５１の位相と六角穴部８１ｂの位相がずれた状態でソケット８がボルト頭部５１に接した場合、ソケット８の係合穴部８１の開口端部は、図１に示すように、断面視において、ボルトの頭部５１周縁の面取り部５１ａに点接触する（係合穴部８１の開口端全体として見た場合には、線接触である）。このようなボルト５０とソケット８との接触構造により、従来見られたテーパ同士の喰い付き作用が生じない。
【００１５】
上記ボルト締結装置により、ワークのねじ穴に僅かに螺合された状態にあるボルト５０を締結する動作について紹介すると、まず、ボルト５０上にソケット８が配置されるよう、ボルト締結装置をロボット等により移動・位置決めする。次に、モータ３が駆動してドライバ台５を下降させるとともに、モータ６ａが駆動してソケット８を回転させる。これにより、ソケット８は回転しながらボルト５０の頭部５１に当接する。この時、ガイド穴部８１ａが存在するため、ボルト５０は多少傾いていても確実にソケット８の係合穴部８１内に取り込まれる。また、この時、係合穴部８１の六角穴部８１ｂとボルト頭部５１との位相がずれた状態で接した場合、前述のように係合穴部８１の開口端部（ガイド穴部８１ａと六角穴部８１ｂとの連接部）とボルト頭部５１周縁の面取り部５１ａとは断面視、点接触する。従って、接触部分の摩擦抵抗は極めて小さく、ソケット８の回転にともなってボルト５０が共回りすることがない。つまり、係合穴部８１とボルト頭部５１との位相がずれて接しても、ソケット８の回転により、これらをすぐに合致嵌合させることが可能なのである。
【００１６】
モータ３は、エンコーダ３ａの出力信号等から得られるソケット８の移動量に応じ、制御手段により所定の出力トルクを発するようにトルク制御駆動される。これにより、ソケット８の移動量、すなわちボルト５０のワークへのねじ込み量に応じてソケット８がボルト５０に及ぼす押圧力が適正に変更され、高精度なボルト５０の締結を実現することができる。このように押圧力を制御する場合、ボルト５０のねじ込み量が押圧力変更位置を示す指標となるため、これを正確に得ることが極めて重要である。これについて、本ボルト締結装置１においては、ソケット８の係合穴部８１とボルト頭５１部とを確実に合致嵌合させられるので、ソケット８の移動量とボルト５０のねじ込み量とを正確に一致させ、適正な押圧力制御を行うことができる。
【００１７】
ボルト５０の締結終期に至り、ボルト頭部５１の座面がワークに接してソケット８に作用する負荷トルクが増大すると、これに比例してモータ６ａの電流値が増大し、これが一定レベルに達すると、制御手段によりモータ３およびモータ６ａが停止制御される。その後、モータ３が逆転駆動されることにより、ドライバ台５が上昇復帰し、ボルト５０の締結を完了する。
【００１８】
次に、本発明の第二の実施の形態として、被締結部品として外周形状が六角形状に形成された周知のナット６０を締結するための例を紹介する。
【００１９】
図４において、１０はナット締結用の自動締結装置であり、伝達軸７０およびソケット８０以外は、上記ボルト締結装置１同様の構造で成る。このナット締結装置１０において、伝達軸７０の先端部には、図５に示すように、ばね７１によりソケット８０側に常時付勢されたガイドピン７２が配置されており、このガイドピン７２は、ソケット８０の軸心に沿って係合穴部８１に通ずるよう貫通形成されたガイド穴８０ａを通り、係合穴部８１前方へ突出するよう構成されている。なお、ソケット８０のその他の構成は、上記ソケット８と同様である。
【００２０】
ナット６０をワークに立設されたスタッド６１に螺合する場合、キャッチャＣに保持されたナット６０をスタッド６１上に位置決めするとともに、ナット締結装置１０を移動・位置決めしてナット６０およびスタッド６１と同軸線上にソケット８０を配置する。次に、モータ３およびモータ６ａの駆動を受けてソケット８０が回転しながら下降すると、ガイドピン７２はキャッチャＣに保持されたナット６０のめねじ部を貫通してスタッド６１上端部に接する。さらにソケット８０が下降すると、ナット６０はソケット８０に押されてキャッチャＣから離脱し、ガイドピン７２に沿ってスタッド６１上端まで落下する。この時ナット６０は、スタッド６１上端に傾いて載ることがほとんどである。また、ガイドピン７２は、ソケット８０の下降にともなって、ソケット８０のガイド穴部８１ａないし伝達軸７０内部に収容される。
【００２１】
ソケット８０が下降を続けて回転しながらナット６０に接すると、図６に示すように、面取りが形成されていないガイド穴部８１ａと六角穴部８１ｂとの連接境界部分により、スタッド６１上で傾斜しているナットの姿勢を適正に矯正することができる。ちなみに、係合穴部８１の開口端部に面取り部が形成されている場合には、当該面取り部がナット６０の外形周縁部の面取り部６０ａ、あるいはその他の面に合致して喰い付いてしまうことがあり、ナット６０の姿勢を矯正することができない。
【００２２】
係合穴部８１の開口端部には面取り部が存在しないため、ナットの外形周縁部に設けられる面取り部と接した場合にテーパ同士の喰い付き作用が生じず、上述のボルト締結の場合と同様に、ソケット８０とナット６０との共回りを防いで係合穴部８０ａにナットを確実かつ容易に合致嵌合させることができる。この結果、ナット６０の締結においても、ナットのスタッドへのねじ込み量に応じて、ソケット８０がナット６０に及ぼす押圧力の変更を正確に行うことが可能になる。
【００２３】
なお、以上の説明においては、係合穴部が六角形状の六角穴部を有するソケットを紹介したが、係合穴部が四角穴、十二角穴を有するソケットに本発明の技術的思想を適用することによっても同様の効果を得ることができる。また、ガイド穴部８１ａをなくし、六角穴部がソケットの先端面８２に直接開口するようにし、この開口端部の連接箇所を上述の通りとすることによっても、当初の目的は達成される。さらに、上記説明においては、係合穴部の開口端部に面取り部を設けない例を紹介したが、被締結部品の面取り部とは異なる角度の面取り部を設けても、当初の目的は達成される。一方、上記自動締結装置は、ソケットがボルトまたはナットに及ぼす押圧力を変更するよう構成されたものであるが、これ以外にも、例えば締付トルク、回転数等、ソケットからボルトまたはナットに及ぼされる力を変更するようモータ３あるいはモータ６ａを駆動制御するように構成した自動締結装置においても得られる効果は同様である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明において、ソケットの係合穴部開口端部は、当該係合穴部と前記被締結部品の駆動部とが位相が合致しない状態で接した場合にその接触部位が前記駆動部周縁の面取り部に対して断面視、点接触するように形成されている。このため、ソケットの係合穴部と被締結部品の多角形駆動部とが位相がずれた状態で接した場合の喰い付きの発生を防止することができる。従って、ソケットを回転させながら下降させて被締結部品に到達させる自動締結装置での使用においては、係合穴部と多角形駆動部との位相関係が一致していなくても、両者を共回りさせずに速やかに合致嵌合させることができる。これにより、被締結部品締結時のねじ込み量をソケットの移動量から検出し、これに応じて押圧力制御、回転数制御あるいは締付トルク制御を行うような自動締結装置においても、ソケットの移動量と被締結部品のねじ込み量とを正確に一致させ、正しい制御を行うことが可能になる等の利点がある。また、ソケットと接する前段階で傾いてしまっている被締結部品を正しい姿勢に矯正することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態に係る要部拡大一部切欠断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る自動締結装置の正面図である。
【図３】（ａ）は本発明の第一実施形態に係る自動締結装置の要部拡大一部切欠断面図であり、（ｂ）はその底面図である。
【図４】本発明の第二実施形態に係る自動締結装置の正面図である。
【図５】本発明の第二実施形態に係る自動締結装置の要部拡大一部切欠断面図である。
【図６】本発明の第二実施形態に係る自動締結装置の動作説明図である。
【図７】（ａ）は従来のソケットの要部拡大一部切欠断面図であり、（ｂ）は同ソケットを矢印Ｙ方向から見た時の底面図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）ともに従来のソケットと被締結部品との接触構造の説明図である。
【符号の説明】
１　自動締結装置
２　コラム
２ａ　ガイドシャフト
３　ＡＣサーボモータ
３ａ　エンコーダ
４　ボールねじ機構
４ａ　ねじ軸
４ｂ　ナット部材
５　ドライバ台
６　ドライバ
６ａ　ＡＣサーボモータ
６ｂ　出力軸
７　伝達軸
８　ソケット
８１　係合穴部
８１ａ　ガイド穴部
８１ｂ　六角穴部
８２　先端面
９　制御手段
１０　自動締結装置
７０　伝達軸
７１　ばね
７２　ガイドピン
８０　ソケット
【図１】
2004106076.tif 000003
【図２】
2004106076.tif 000004
【図３】
2004106076.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004106076.tif 000007
【図６】
2004106076.tif 000008
【図７】
2004106076.tif 000009
【図８】
2004106076.tif 000010