(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線を中心にねじ締め用ビットを回転させる回転機構及び前記ねじ締め用ビットを前記軸線方向に進退移動させる進退移動機構を備えるねじ締めヘッド部と、このねじ締めヘッド部を支持すると共に取付ステーに取付けられる固定用フランジと、この固定用フランジに設けられ前記ねじ締めヘッド部とコントローラとの接続を行うためのコネクタボックスとを具備し、
前記固定用フランジは複数の取付部を有し、いずれかの取付部にて選択的に前記取付ステーに取付けられることにより、前記ねじ締めヘッド部の軸線方向を、縦方向あるいは横方向として使用することが可能とされていると共に、
前記コネクタボックスは、前記固定用フランジに対して取付向きが変更可能とされていることを特徴とするねじ締め装置。
【請求項２】
前記コントローラは、ねじ締め作業実行時に、噛み合わせ，ねじ込み，締め上げ，トルク保持の４つのステップを、夫々所定のビット回転速度及びねじ押え力にて順に実行するように、前記ねじ締めヘッド部を制御することを特徴とする請求項１記載のねじ締め装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ねじ締めヘッド部の取付け向きを選択可能としたねじ締め装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
例えば各種機器の組立ラインにおいて、自動的にねじ締めを行うための装置として、本出願人は、スカラ形（水平多関節形）の４軸ねじ締めロボットを製品化している。このものは、ベースに対し水平方向に旋回する第１アームを設け、この第１アームに対し水平方向に旋回する第２アームを設け、この第２アームの先端にねじ締めヘッド部を設けて構成されている。前記ねじ締めヘッド部は、軸線を中心にねじ締め用ビットを回転させる回転機構及びねじ締め用ビットを軸線方向（Ｚ軸方向）に上下移動させる進退移動機構を備えて構成されている。
【０００３】
このようなねじ締めロボットは、水平方向に任意の位置にねじ締めヘッド部を移動させてねじ締め作業を行うことができ、しかも、多種のねじに対応でき、ねじ締め精度が高くねじ不良がほとんど発生しないといった点で、高い評価を受けている。
【０００４】
ところが、上記のねじ締めロボットでは、需要者にとっては品質が過剰である場合があり、例えば旋回を行うため設置スペースを大きくとらなければならない等、もっとコンパクトで比較的安価なねじ締め装置が求められることがある。また、組立設備によっては、横向きにねじ締めを行いたい要求もあり、上記ねじ締めロボットでは、横向きとするとアーム自体の重量を支えることができずに動作が不可能となってしまう等、横向きの使用には適用できなかった。
【０００５】
尚、コンパクトで安価なねじ締め作業のための装置として、単軸ねじ締め機が供されているが、この種の単軸ねじ締め機は、ただ単に工具（ドライバービット）を一定の押え力を与えながら一定速度で回転させるものであって、回転速度や押え力の制御を行うものではないため、ねじ締め時の不良の発生が多く、自動組立ライン等に適用するには至らないものであった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、コンパクト化を図ることができ、しかも縦向きだけでなく横向きのねじ締めにも適用することが可能なねじ締め装置を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１のねじ締め装置は、軸線を中心にねじ締め用ビットを回転させる回転機構及び前記ねじ締め用ビットを前記軸線方向に進退移動させる進退移動機構を備えるねじ締めヘッド部と、このねじ締めヘッド部を支持すると共に取付ステーに取付けられる固定用フランジと、この固定用フランジに設けられ前記ねじ締めヘッド部とコントローラとの接続を行うためのコネクタボックスとを具備し、前記固定用フランジは複数の取付部を有し、いずれかの取付部にて選択的に前記取付ステーに取付けられることにより、前記ねじ締めヘッド部の軸線方向を、縦方向あるいは横方向として使用することが可能とされていると共に、前記コネクタボックスは、前記固定用フランジに対して取付向きが変更可能とされているところに特徴を有する。
【０００８】
これによれば、固定用フランジに設けられた複数の取付部によって、取付ステーに対するいくつかの取付け形態をとり得ることができ、ねじ締めヘッド部を縦方向とした使用及び横方向とした使用が可能となる。この場合、各種の取付形態に関して、一種類の固定用フランジを共用化することができる。そして、ねじ締めヘッド部が固定用フランジを介して取付ステーに直接的に取付けられるものであるから、アーム等が存在する場合と比べて十分な省スペース化を図ることができると共に、横方向にした場合の自重を容易に支えることができる。この結果、本発明のねじ締め装置によれば、コンパクト化を図ることができ、しかも縦向きだけでなく横向きのねじ締めにも適用することが可能となるものである。
【０００９】
そして、コネクタボックスを、固定用フランジに対して取付向きの変更が可能となるように設けたので、コネクタボックスにおける配線の導出方向を任意に変更することができ、例えば固定用フランジの取付部の使用位置や、装置が設置される環境によって、スペース的に最も有利な向きにコネクタボックスを配置すれば、より一層の省スペース化を図ることが可能となる。
【００１０】
このとき、コントローラを、ねじ締め作業実行時に、噛み合わせ，ねじ込み，締め上げ，トルク保持の４つのステップを、夫々所定のビット回転速度及びねじ押え力にて順に実行させるように、前記ねじ締めヘッド部を制御する構成とすることもできる（請求項２の発明）。これによれば、ねじ締め作業に適した緻密な制御を行うことができ、高精度のねじ締め作業を行うことができ、ねじ締め不良の発生を効果的に防止することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら説明する。本実施例に係るねじ締め装置たるねじ締めロボットは、図１及び図２等に示すようなねじ締めロボット本体１に、図示しないコントローラを接続して構成される。図２に示すように、前記ねじ締めロボット本体１は、大きく分けて、ねじ締めヘッド部２と、このねじ締めヘッド部２を支持すると共に取付ステーに取付けられる固定用フランジ３と、前記ねじ締めヘッド部２とコントローラとを接続するためのコネクタボックス４とを備えて構成されている。尚、以下の説明では、便宜上、図２及び図３に示す向きを正面として説明する。
【００１２】
前記ねじ締めヘッド部２は、図３に示すように構成されている。即ち、固定的に配置されるベースブロック５には、上下方向に延びるガイドバー６が、リニアガイド７を介して上下動自在に貫通状態に支持されている。このガイドバー６の上下両端部には、上側ブラケット８及び下側ブラケット９が取付けられている。そして、それら上側ブラケット８と下側ブラケット９との間には、図でガイドバー６の右側に位置して上下方向に延びるラック１０が取付けられており、前記ベースブロック５内には、そのラック１０に噛み合うピニオン１１が設けられている。
【００１３】
そして、ベースブロック５の図で右側面部には、例えばサーボモータからなる上下軸モータ１２が横向きに取付けられており、その上下軸モータ１２の回転軸がカップリング１３を介して前記ピニオン１１に連結されている。これにて、上下軸モータ１２の駆動により、前記ガイドバー６や上，下側のブラケット８，９などがベースブロック５に対して自在に上下動するようになっており、もって進退移動機構が構成されている。尚、前記上側ブラケット８と下側ブラケット９との間には、ガイドバー６の図で左側に位置してさらに連結バー１４が設けられている。
【００１４】
また、前記下側ブラケット９の図で左側部位には、下向きに凸となる取付筒部１５が一体的に設けられている。この取付筒部１５の下端部には、軸受筒体１６が取付けられており、その軸受筒体１６内には、駆動シャフト１７が上下に貫通するように複数の軸受１８を介して回転自在に支持されている。この駆動シャフト１７の先端部（下端部）には、ねじ締め用のビット（ドライバビット）１９が、例えばねじ込みにより着脱可能に取付けられるようになっている。
【００１５】
そして、前記軸受筒体１６の下半部には、駆動シャフト１７の周囲に位置して吸着用の真空通路２０が形成されている。軸受筒体１６の側面部には、前記真空通路２０に連通するように、吸着管２１の先端部が接続されるようになっている。この吸着管２１の基端側は、前記上側ブラケット８に取付けられた負圧発生器２２に接続されている。また、吸着管２１の先端側部位には、負圧センサ２３が設けられている。
【００１６】
さらに、前記軸受筒体１６の下端部には、吸着パイプ２４が例えばねじ込みにより取付けられている。前記ビット１９の先端部は、この吸着パイプ２４内に若干量だけ引っ込んで位置されるようになっている。また、この吸着パイプ２４の内部には、駆動シャフト１７及びビット２０の周囲に位置して、前記真空通路２０に連通する吸着用空気通路が形成されるようになっている。これにて、負圧発生器２２が駆動されることにより、吸着パイプ２４内が負圧となり、もって、その先端部にてねじ４５（図７参照）の頭部を吸着保持し、その状態でビット１９をねじ頭部に噛み合わせるようになっている。
【００１７】
一方、前記取付筒部１５の上部には、モータ取付筒２５が取付けられており、このモータ取付筒２５の上端部に、例えばサーボモータからなるビット用モータ２６が下向きに取付けられている。このビット用モータ２６の回転軸２６ａは、前記モータ取付筒２５内において、上カップリング２７を介してトルクセンサ２８に連結され、さらに前記取付筒部１５内において下カップリング２９を介して前記駆動シャフト１７に連結されている。
【００１８】
これにて、ビット用モータ２６が駆動されると、駆動シャフト１７ひいてはビット１９が、上下軸線（Ｚ軸）を中心に回転するようになっており、もって回転機構が構成されているのである。尚、図２などにも示すように、このねじ締めヘッド部２の左側部位（前記負圧発生器２２から取付筒部１５までの部位）は、カバー３０にて覆われるようになっている。また、前記ビット用モータ２６等に接続される電気配線（フラットケーブル）３１は、フレキシブルとされ、前記固定用フランジ３の上面に接続されるようになっている。さらに、このねじ締めヘッド部２は、本出願人が開発した４軸ねじ締めロボットのヘッド部と同等の構成とされ、共用化を図るようにしている。
【００１９】
さて、前記固定用フランジ３は、図２，図４等に示すように、図で左面が開口した横長なほぼ矩形箱状をなし、その左端面部が、前記ねじ締めヘッド部２のベースブロック５にねじ止め固定される。このとき、ベースブロック５から右方に突出する上下軸モータ１２が、固定用フランジ３の内部に収容されるようになっている。そして、この固定用フランジ３の図で右半部部分には、正面，背面，下面の３面に位置して、取付ステー３２，３３（図１参照）にねじ締めロボット本体１を固定するための取付部３４が設けられている。尚、以下、３個の取付部３４を区別する必要がある場合には、便宜上、符号の後に（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を付すこととする。
【００２０】
即ち、図２及び図４（ａ）に示すように、固定用フランジ３の正面部には、取付部３４（Ａ）が設けられている。この取付部３４（Ａ）は、固定用フランジ３の正面部に上下方向に帯状に延びて設けられた左右２個の厚肉部３５に、夫々上下に２個のタップ穴３６を形成して構成されている。この合計４個のタップ穴３６は、前記取付ステー３２，３３に形成された４個のねじ挿通穴（図示せず）に対応位置している。
【００２１】
また、図４（ｂ）に示すように、固定用フランジ３の背面部に設けられる取付部３４（Ｂ）も、同様に、２個の厚肉部３５に合計４個のタップ穴３６を形成して構成されている。さらに、図４（ｃ）に示すように、固定用フランジ３の下面部に設けられる取付部３４（Ｃ）も、やはり、２個の厚肉部３５に合計４個のタップ穴３６を形成して構成されるのであるが、それに加えて、２個の厚肉部３５の夫々中央部にノックピン穴３７が形成されている。
【００２２】
このような構成により、後の作用説明にて述べるように、固定用フランジ３をいずれかの取付部３４にて選択的に取付ステー３２，３３に取付けることにより、ねじ締めヘッド部２の軸線方向を縦方向あるいは横方向として設置することが可能とされているのである。
【００２３】
そして、前記ねじ締めヘッド部２から導出される電気配線３１は、固定用フランジ３の上面の左端部に接続され、固定用フランジ３内を通して該固定用フランジ３の上面右端部に取付けられるコネクタボックス４に接続されるようになっている。図２，図５，図６等に示すように、前記コネクタボックス４は、矩形箱状をなし、その一側面部にコネクタ部４ａを有している。このコネクタ部４ａには、コントローラに接続するための接続用ケーブル３８（図２参照）が接続されるようになっている。コネクタボックス４の底面は開口しており、その部分を固定用フランジ３内からの電気配線が通されるようになっている。
【００２４】
このとき、本実施例では、このコネクタボックス４の固定用フランジ３に対する取付け向きが変更可能とされている。即ち、図６（ｂ），（ｃ）に示すように、固定用フランジ３の上面左側部位には、正面側及び背面側の縁部に位置して各２個のステー３９が立上り状に設けられ、これら各ステー３９には雌ねじ部３９ａが形成されている。一方、図６（ａ），（ｂ）に示すように、コネクタボックス４の前後左右の４面には、下辺部に位置して各２個のねじ挿通穴４０が形成されているのである。
【００２５】
これにて、後の作用説明でも述べるように、例えば工場出荷時には、コネクタボックス４は固定用フランジ３に対して、コネクタ部４ａの両側の面にてステー３９にねじ４１により取付けられており、もってコネクタ部４ａの向く方向言換えれば接続用ケーブル３８が導出される方向が、右側面（図５で矢印（イ）方向）とされている。そして、その状態から、コネクタボックス４の向きを正面方向（図５で矢印（ロ）方向）あるいは背面方向（図５で矢印（ハ）方向）に変更可能とされているのである。
【００２６】
尚、前記コントローラの構成についての詳しい説明は省略するが、このコントローラは、マイコン等を含んで構成されている。そして、後の作用説明にて若干触れるように、ねじ締め作業実行時に、予め記憶された制御プログラムや各センサの検出信号等に基づいて、噛み合わせ，ねじ込み，締め上げ，トルク保持の４つのステップを、夫々所定のビット回転速度及びねじ押え力にて順に実行するように、前記ねじ締めヘッド部２（上下軸モータ１２及びビット用モータ２６並びに負圧発生器２２等）を制御するようになっている。また、このとき、使用者により、各過程におけるビット回転速度やねじ押え力を自在に設定することができるようになっている。
【００２７】
次に、上記構成の作用について述べる。まず、本実施例のねじ締めロボット本体１は、固定用フランジ３に設けられた複数の取付部３４によって、取付ステー３２，３３に対するいくつかの取付け形態をとり得ることができる。即ち、図１（ａ）に示すように、作業設備のベース４２上においてワーク４３に対して縦方向にねじ締め作業を行う場合には、取付ステー３２に対して、例えば固定用フランジ３の正面部の取付部３４（Ａ）を宛てがうようにして取付けられる。
【００２８】
この場合、取付作業を行うにあたっては、取付ステー３２に形成された４個のねじ挿通穴を通して取付部３４の４個のタップ穴３６に夫々ボルト４４を締付ければ良い。また、図示はしないが、同様にして、固定用フランジ３の背面部の取付部３４（Ｂ）にて取付けるようにすれば、図１（ａ）で取付ステー３２の手前側に位置して設置することもできる。これにて、ねじ締めヘッド部２の軸線方向（ねじ締め方向）を、縦方向とした縦置き状態にねじ締めロボット本体１を設置することができるのである。
【００２９】
一方、図１（ｂ）に示すように、ワーク４３に対して横方向にねじ締め作業を行う場合には、ベース４２上の取付ステー３３に対して、固定用フランジ３の底面部の取付部３４（Ｃ）を宛てがうようにして取付けられる。この場合にも、上記と同様にボルト締めにて取付けることができ、これと共に、図示しないノックピンをノックピン穴３７（図４（ｃ）参照）に打込むことにより、位置ずれ等を効果的に防止することができる。これにて、ねじ締めヘッド部２の軸線方向（ねじ締め方向）を、横方向とした横置き状態にねじ締めロボット本体１を設置することができるのである。
【００３０】
従って、本実施例のねじ締めロボット本体１は、１種類の固定用フランジ３にて軸線方向を縦方向及び横方向としたいずれの場合にも対応することができる。またこのとき、従来の多関節形ねじ締めロボットと異なり、取付ステー３２，３３に直接的に取付けられるものであるから、アーム等の旋回を行うためスペース（いわばデッドスペース）が不要となり、省スペース化を図ることができ、これと共に、軸線方向を横方向にした場合の自重を容易に支えることができるのもである。
【００３１】
また、本実施例のねじ締めロボット本体１においては、固定用フランジ３に対するコネクタボックス４の取付向きを次のようにして変更することができる。即ち、工場出荷時には、図２，図５等に示すように、例えばコネクタボックス４のコネクタ部４ａの向く方向、言換えれば接続用ケーブル３８が導出される方向が、右側面（図５で矢印（イ）方向）とされている。
【００３２】
コネクタボックス４のコネクタ部４ａの向く方向を例えば正面（図５で矢印（ロ）方向）に変更したい場合には、まず、図６（ａ）に示すように、コネクタボックス４をステー３９に取付けているねじ４１を取外す。次に、図６（ｂ）に示すように、コネクタボックス４を若干上方に持上げ、さらに、図６（ｃ）に示すように、コネクタ部４ａが正面を向くように９０度回転させる。そして、コネクタボックス４を再び下降させる。このとき、各ステー３９の雌ねじ穴３９ａに、コネクタボックス４のうちのコネクタ部４ａの面及びその反対側の面のねじ挿通穴４０が一致することになり、図６（ｄ）に示すように、ねじ４１を締付けて固定する。また、コネクタ部４ａの向く方向を背面（図５で矢印（ハ）方向）に変更する作業も、同様にして行うことができる。
【００３３】
これにより、コネクタボックス４から接続用ケーブル３８の導出方向を任意に変更することができ、例えば固定用フランジ３の取付部３４の使用位置や、装置が設置される環境によって、スペース的に最も有利な向きにコネクタボックス４を配置すれば、より一層の省スペース化を図ることが可能となるのである。ちなみに、図１（ａ）では、コネクタ部４ａの向き（接続用ケーブル３８の導出方向）を図で右方向（図５で（イ）方向）とし、図１（ｂ）では、コネクタ部４ａの向き（接続用ケーブル３８の導出方向）を図で正面方向（図５で（ロ）方向）としている。
【００３４】
ところで、本実施例のねじ締めロボット本体１（ねじ締めヘッド部２）は、コントローラにより、図７に示すように制御されてねじ締め作業を実行するようになっている。即ち、ねじ締め作業は、噛み合わせ（１期）、ねじ込み（２期）、締め上げ（３期）、トルク保持（４期）の４つのステップ（過程）が順に実行されることにより行われ、夫々のステップでは、予め設定された適切なビット回転速度（ビット用モータ２６の回転速度）及びねじ押え力（上下軸モータ１２の回転トルク）が得られるようになっている。また、ここでは、ねじ締め作業を行いながら、ねじ頭高さ及びねじ締めトルクを検出することにより、正常にねじ締め作業が行われているかの検査が同時に行われるようになっている。
【００３５】
まず、噛み合わせ（１期）のステップでは、ビット回転速度は中速度とされ、またねじ押え力は弱くされる。これにて、ビット１９の先端とねじ４５の頭部の溝（例えば十字穴）とが確実に噛み合わされ、またねじ４５の傾きやロックが防止される。次のねじ込み（２期）のステップでは、ビット回転速度は高速度とされ、またねじ押え力は中程度とされる。これにて、ねじ４５がワーク４３のねじ穴４３ａに短時間でねじ込まれるようになる。
【００３６】
締め上げ（３期）のステップでは、ビット回転速度が低速度とされながら、ねじ押え力が強くされる。これにて、ねじ４５の強い締め上げが行われると共に、ねじ頭部の溝のつぶれが防止される。最後のトルク保持（４期）のステップでは、ビット１９の回転が停止され、強いねじ押え力が保持される。この間にねじ煤魅了やねじ締めトルクが上昇したことが検査され確認されて、ねじ締め作業が完了するのである。
【００３７】
このようにしてねじ締め作業に適した緻密な制御が行われることにより、従来から供されている単軸ねじ締め機と異なり、高精度（例えばトルク精度が±３％）のねじ締め作業を行うことができて、ねじかじり不良，ねじばか不良，斜め締め等のねじ締め時の不良の発生を大幅に減少させることができるのである。この結果、自動組立ライン等への適用が十分に可能となるものである。
【００３８】
このように本実施例のねじ締めロボット本体１によれば、従来の４軸多関節形ねじ締めロボットに比べて大幅なコンパクト化を図ることができ、省スペースで比較的安価に済ませることができるものである。しかも、１種類の固定用フランジ３を共用して、ねじ締めヘッド部２の軸線方向を縦方向だけでなく横方向についても設置可能であり、縦向き及び横向きのいずれのねじ締め作業にも対応することができる。
【００３９】
さらに、特に本実施例では、コネクタボックス４を、固定用フランジ３に対して取付向きの変更が可能となるように設けたので、スペース的に最も有利な向きにコネクタボックス３を配置することができ、より一層の省スペース化を図ることが可能となる。また、回転機構及び進退移動機構にサーボモータ１２，２６を採用し、ねじ締め作業時のコントローラによる緻密な制御を行うようにしたので、ねじ締め不良の発生を効果的に防止することができるといった利点も得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すもので、ねじ締めヘッド部の縦置き形の使用状態（ａ）及び横置き形の使用状態（ｂ）を示す正面図
【図２】ねじ締めロボット本体を示す正面図
【図３】ねじ締めヘッド部の縦断正面図
【図４】固定用フランジの正面（ａ），背面（ｂ），底面（ｃ）を示す図
【図５】ねじ締めロボット本体の上面図
【図６】コネクタボックスの取付向きの変更手順を順に示す図
【図７】ねじ締め作業の過程を説明するための図
【符号の説明】
図面中、１はねじ締めロボット本体（ねじ締め装置）、２はねじ締めヘッド部、３は固定用フランジ、４はコネクタボックス、１２は上下軸モータ、１７は駆動シャフト、１９はビット、２４は吸着パイプ、２６はビット用モータ、３２，３３は取付ステー、３４は取付部、３６はタップ穴、３８は接続用ケーブル、３９はステー、４０はねじ挿通穴、４５はねじを示す。
【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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