(57)【要約】【課題】歯付きクラッチによる伝達系の切り替えを円滑に行うことができるねじ部品締結機を提供する。【解決手段】本発明のねじ部品締結機１は、ドライバビットを先端に有する出力軸１１と、モータ３に連結して高速低トルク駆動を出力軸１１へ伝達する高速低トルク伝達系と、モータ３に減速機１２を介して連結して低速高トルク駆動を出力軸１１へ伝達する低速高トルク伝達系と、歯部１４１ａ，１４２ａが形成された入力部１４１および出力部１４２を有し、これらに前記伝達系をそれぞれ連結して歯部１４１ａ，１４２ａの噛合いによって伝達系を切り替え可能に構成された歯付きクラッチ１４と、この歯付きクラッチ１４を回転自在に支持するクロスローラベアリング１０ａ，１０ｂとを備える。【選択図】図１
2012121125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ部品の頭部に係合するドライバビットを先端に有する出力軸と、
回転駆動源に連結して高速低トルク駆動を出力軸へ伝達する高速低トルク伝達系と、
回転駆動源に減速手段を介して連結して低速高トルク駆動を出力軸へ伝達する低速高トルク伝達系と、
歯部が形成された入力部および出力部を有し、これら入力部および出力部に前記伝達系をそれぞれ連結して当該歯部の噛合いによって伝達系を切り替え可能に構成された歯付きクラッチと、
この歯付きクラッチの入力部および出力部を回転自在に支持するクロスローラベアリングと、
を備えることを特徴とするねじ部品締結機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじ部品を高速低トルクで仮締めした後、低速高トルクで本締めするねじ部品締結機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、上記技術分野に属するねじ締め機としては、特許文献１に示すものがある。このねじ締め機は、高速低トルク駆動用モータによる高速低トルク伝達系と、低速高トルク駆動用モータによる低速高トルク伝達系とを成しており、これら伝達系を歯付きクラッチで切り替えて、ねじ部品を締め付けるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−００６５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記ねじ締め機では、ねじ締め付け過程で各伝達系にはラジアル荷重が作用するため、歯付きクラッチの噛み合いが阻害され、伝達系の切り替えに不具合が発生していた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題に鑑みて本発明のねじ部品締結機は、ねじ部品の頭部に係合するドライバビットを先端に有する出力軸と、回転駆動源に連結して高速低トルク駆動を出力軸へ伝達する高速低トルク伝達系と、回転駆動源に減速手段を介して連結して低速高トルク駆動を出力軸へ伝達する低速高トルク伝達系と、歯部が形成された入力部および出力部を有し、これら入力部および出力部に前記伝達系をそれぞれ連結して当該歯部の噛合いによって伝達系を切り替え可能に構成された歯付きクラッチと、この歯付きクラッチの入力部および出力部を回転自在に支持するクロスローラベアリングとを備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のねじ部品締結機によれば、歯付きクラッチが、高剛性のクロスローラベアリングによって支持されているので、伝達系の切り替え時に、当該クラッチ手段の噛み合いが、出力軸あるいは伝達系に作用するラジアル荷重によって阻害されない。そのため、伝達系が確実に切り替えられ、伝達系の切り替え不具合によるねじ部品の締め付け不良が発生しなくなる。しかも、クロスローラベアリングは１個で２個の円筒ころ軸受けを配置したものと同等の剛性を得られるので、部品点数が少なくなり、小型のねじ部品締結機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明のねじ部品締結機を示す断面図である。
【図２】高速低トルク伝達系に薄塗りを施した図である。
【図３】低速高トルク伝達系に薄塗りを施した図である。
【図４】本発明のねじ部品締結機の駆動制御を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１において、１はねじ、ボルト、ナットなどのねじ部品を締結または緩めるためのねじ部品締結機であり、ケース２に取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にはレゾルバ３ｂが組み付けられており、当該モータ３の駆動軸３ａの回転角を検出可能に構成されている。
【０００９】
前記モータ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と軸線平行方向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、クラッチ手段の一例として電磁クラッチ８が設けられており、この電磁クラッチ８には前記第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。前記主動プーリ４と従動プーリ６との歯数が異なり、減速比は１／２．４である。これは、出力トルクの低いモータであっても十分なトルクを得るべく予備的に設定されたものであり、同一の歯数にして増減速しない構成でも何ら問題ない。
【００１０】
前記電磁クラッチ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、コイル部８３とを有している。コイル部８３は通電により電磁石となり、これにより出力軸８２に入力部８１を磁力結合させることが可能に構成されている。常時は、コイル部８３に通電がなされず、入力部８１と出力部８２とが分離して第２入力軸９にモータの駆動を伝達できない状態にあるが、コイル部８３に通電されて入力部８１と出力部８２とが結合すると、第２入力軸９にモータ３の駆動を伝達可能な状態となる。
【００１１】
前記第２入力軸９は、第１入力軸５内を挿通して延び、その先端には出力軸１１が連結されている。この出力軸１１は、第２入力軸９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とから構成されている。この出力軸１１の本体軸部１１２先端には、ねじ部品の頭部に係合してこれに回転伝達を行うためのドライバビット、ソケット等のねじ締め工具（図示せず）が直接又は各種継ぎ手を介して連結されている。
【００１２】
また、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、これら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を本ねじ部品締結機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。その減速比は、１／３０である。
【００１３】
前記減速機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、歯付きクラッチ１４に連結されている。
【００１４】
この歯付きクラッチ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とを有して成る電磁クラッチである。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が形成された構成であり、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に構成されている。この歯付きクラッチ１４は、常時、コイル部１４３に通電がなされずに入力部１４１と出力部１４２とが分離しており、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。
【００１５】
また、前記カップリング１３および前記伝達軸１１は、それぞれクロスローラベアリング１０ａ，１０ｂによって回転自在に支持されている。すなわち、これらと一体に回転可能に連結されている前記歯付きクラッチ１４の入力部１４１および出力部１４２は、公知のクロスローラベアリング１０Ａ，１０Ｂによって回転自在に支持されている。
【００１６】
前記クロスローラベアリング１０ａ，１０ｂは、剛性に優れているので、伝達系の切り替え時に、前記歯付きクラッチ１４の噛み合いが、出力軸１１あるいは各伝達系に作用するラジアル荷重によって阻害されない。そのため、伝達系が確実に切り替えられ、伝達系の切り替え不具合によるねじ部品の締め付け不良が発生しなくなる。しかも、クロスローラベアリング１０ａ，１０ｂは１個で２個の円筒ころ軸受けを配置したものと同等の剛性を得られるので、部品点数が少なくなり、小型のねじ部品締結機１を提供できる。
【００１７】
前記ケース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、ブリッジ接続された歪みゲージ１６が貼付されており、出力軸１１に作用する回転負荷に応じて歪む起歪体１５の歪み量に応じた電気信号をアナログ信号として検出するよう構成されている。これら起歪管１５および歪みゲージ１６によってトルク検出手段が構成されている。また、歪みゲージ１６のリード線１６ａは回路基板１６ｂに接続されおり、この回路基板１６ｂ上でアナログ信号がデジタル変換されてトルク検出部１８ｆに出力されるよう構成されている。そして、このトルク検出部１８ｆが内蔵のＣＰＵで当該デジタル信号を受信して演算処理することにより、出力軸１１に作用する回転負荷トルクを電気的に算出するよう構成されている。
【００１８】
また、前記起歪体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。
【００１９】
１８は制御ユニットであり、制御部１８ａと、この制御部１８ａからの指令を受けて前記モータ３を駆動制御するモータ駆動部１８ｃと、前記レゾルバ３ｂに励磁電圧を印加しするとともに、その出力電圧から回転角度を割り出すレゾルバ駆動部１８ｄと、制御部１８ａからの指令を受けて前記電磁クラッチ８を通電制御するクラッチ制御部１８ｂと、同じく制御部１８ａからの指令を受けて前記歯付きクラッチ１４を通電制御するクラッチ制御部１８ｅと、モータ３の駆動制御に必要な各種プログラム・パラメータ等を記憶した記憶部１８ｉと、各種情報の入力を行う操作部１８ｇと、各種情報を表示する表示部１８ｈとを備えて成る。
【００２０】
本ねじ部品締結機１は、ねじ込み開始から着座までねじ部品を高速・低トルクで締め付ける仮締め工程、着座したねじ部品を締め付け完了まで低速・高トルクで締め付ける本締め工程を行う。
【００２１】
仮締め工程では、制御ユニット１８は各クラッチ制御部１８ｂ、１８ｅを通電制御して電磁クラッチ８をＯＮ、ツースクラッチ１４をＯＦＦに設定する。これにより、駆動系が高速低トルク駆動伝達系に切り替えられる。この高速低トルク駆動伝達系は、図２に薄塗りを施した部位であり、主動プーリ４と、従動プーリ６と、電磁クラッチ８と、第２入力軸９と、出力軸１１とから成る。この順でモータ３の回転駆動が減速機１２を介することなく出力軸１１へ伝達される。なお、仮締め工程では、従動プーリ６の回転に伴い、第１入力軸５およびこれに連結された減速機１２も回転するが、前記ツースクラッチ１４がＯＦＦの状態では、回転駆動が出力軸１１へ伝達されないように構成されている。
【００２２】
一方、本締め工程では、制御ユニット１８は前記電磁クラッチ８をＯＦＦ、歯付きクラッチ１４をＯＮに通電制御する。これにより、駆動系が高速低トルク伝達系から低速高トルク駆動伝達系へ切り替えられる。この低速高トルク伝達系は、図３に薄塗りを施した部位であり、主動プーリ４と、従動プーリ６と、第１入力軸５と、減速機１２と、カップリング１３と、歯付きクラッチ１４と、出力軸１１とから成り、この順でモータ３の回転駆動が減速機１２を介して出力軸１１へ伝達される。
【００２３】
ところで、前記減速機１２の一例であるハーモニックドライブは、前述のとおり、入力・出力が逆回転となる。したがって、低速高トルク伝達系による本締め工程では、制御ユニット１８がモータ３を逆転駆動させることにより、出力軸１１が正転方向に回転するように構成されている。
【００２４】
図４は、本ねじ部品締結装置１の制御ユニット１８による駆動制御を示すものであり、仮締め工程および本締め工程における出力軸１１の回転数およびトルクを示すグラフである。なお、ねじ込み開始から着座までは仮締め工程、着座から締め付け完了までは本締め工程を示す。
【００２５】
仮締め工程では、ねじ込み開始時、制御ユニット１８は、出力軸１１が最高回転数の２０００ｒｐｍで回転するようモータ３を駆動制御する。そして、ねじ部品が所定の巻数までねじ込まれると、出力軸１１の回転速度を所定の回転速度に減速するよう回転駆動源を制御する。
【００２６】
具体的には、制御ユニット１８の記憶部１８ｉには、ねじ部品の巻数が予め設定されている。そして、レゾルバ駆動部１８ｄで回転軸１１の回転角を監視し、ねじ込み開始から着座までに要する巻数から２巻分を減じた位置、すなわち着座直前までねじ部品がねじ込まれると、出力軸１１の回転数を減じるようモータ３を駆動制御する。減速時の出力軸１１の回転数は４００ｒｐｍに設定されている。
【００２７】
続いて、仮締め工程において４００ｒｐｍに減速後、残りの２巻分ねじ部品がねじ込まれて着座すると、その際衝撃トルクが生じる。この衝撃トルクを前記トルク検出手段が検出すると、制御ユニット１８は各クラッチ制御部１８ｂ、１８ｅを通電制御して電磁クラッチ８をＯＦＦ、歯付きクラッチ１４をＯＮに設定するとともに、前記ハーモニックドライブの特性上、モータ３を逆転駆動させる。これにより、駆動系が低速高トルク伝達系に切り替えられ、本締め工程に移行する。
【００２８】
本締め工程では、制御ユニット１８の記憶部１８ｉには出力軸１１に作用する回転負荷トルクに対応する閾値が設定されている。この閾値は、大小２個設定されており、回転負荷トルク値の低い第１閾値は目標の締め付けトルクの２５％程度に設定する一方、回転負荷トルク値の高い第２閾値は目標の締め付けトルクの７５％程度に設定する。そして、回転負荷トルクがこれら閾値に到達する毎に、制御ユニット１８は出力軸１１の回転速度を減じるようモータ３を駆動制御する。そして、前記トルク検出手段による検出値が締め付け完了トルクに到達すると、モータ３の駆動を停止して締め付けを完了する。
【００２９】
本発明のねじ部品締結機１には、低速高トルク伝達系に減速機１２の一例であるハーモニックドライブが組み込まれている。このハーモニックドライブのフレクスプライン１２３は薄肉のカップ状であり、変形を伴う構成である。そのため、芯ずれが発生する。しかも、減速機１２のウェーブジェネレータ１２１に支持されている前記第１入力軸５は、従動プーリ６を介して歯付きベルト７を支持しているため、当該歯付きバルト７に引張られる。これによっても芯ずれが発生する。これでは、フレクスプライン１２３に連結されている歯付きクラッチ１４の噛み合いが阻害されるため、所望のタイミングで伝達系を切り替えることができなくなる。
【００３０】
また、歯付きクラッチの出力部１４２には、出力軸１１が連結されている。この出力軸１１には，ねじ部品のねじ込み過程において倒れ方向に外力が作用するため、芯ずれが発生する。
【００３１】
そこで、本発明のねじ部品締結機１によれば、歯付きクラッチ１４の入力部１４１および出力部１４２がクロスローラベアリング１０ａ，１０ｂによって回転自在に支持されているので、芯ずれが発生しない。そのため、歯付きクラッチ１４の噛み合いが阻害されるないので、伝達系の切り替え不具合を防止できる。したがって、所望のタイミングで伝達系を切り替えることができ、ねじ部品の締め付け不良が発生しなくなる。
【００３２】
１  ねじ部品締結機
２  ケース
３  モータ
３ａ  駆動軸
４  主動プーリ
５  第１入力軸
６  従動プーリ
７  歯付きベルト
８  電磁クラッチ
９  第２入力軸
１０ａ，１０ｂ  クロスローラベアリング
１１  出力軸
１２  減速機
１３  カップリング
１４  歯付きクラッチ
１５  起歪体
１６  歪みゲージ
１７  取付フランジ
１８  制御ユニット
１８ａ  制御部
１８ｂ  クラッチ制御部
１８ｃ  モータ駆動部
１８ｄ  レゾルバ駆動部
１８ｅ  クラッチ制御部
１８ｆ  トルク検出部
１８ｇ  操作部
１８ｈ  表示部
１８ｉ  記憶部
【図１】
2012121125.tif 000003
【図４】
2012121125.tif 000004
【図２】
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【図３】
2012121125.tif 000006