(57)【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可能な出力軸と、
この出力軸と一体に回転可能な状態を保って往復移動可能に配置された回転伝達軸と、
この回転伝達軸を往復移動するよう操作する操作手段と、
前記回転伝達軸の往復移動にともなって回転伝達軸と結合、離反するように配置されかつ結合時には回転伝達軸と一体に回転可能な主動ベベルギアと、
この主動ベベルギアに常時噛合する従動ベベルギアと、
この従動ベベルギアと一体に回転可能なタレットヘッドと、
このタレットヘッドに配置されタレットヘッドの回転にともなって順次所定位置に配置されるとともにその所定位置において前記主動ベベルギアから離反した前記回転伝達軸が連結されるように構成された複数のねじ締め用工具とを備え、
前記主動ベベルギア及び回転伝達軸の何れか一方にテーパ穴部を形成し、他方にこのテーパ穴部に合致可能なテーパ軸部を形成し、回転伝達軸の往復移動でこれらテーパ穴部とテーパ軸部とが合致、離反することで、主動ベベルギアと回転伝達軸とが位相合わせせずに結合、離反するように構成されていることを特徴とする自動ねじ締め機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、頭部形状、駆動穴形状などが異なる複数種のねじに対応して、ねじ締め用工具を自動的に交換する自動ねじ締め機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からワークにねじを締め付ける時には図７に示すような自動ねじ締め機５０が利用されている。この自動ねじ締め機５０はモータ５１の駆動を受けて回転する出力軸５２に着脱可能かつ一体に回転可能にねじ締め用工具５３を連結する構造を成しており、組立工場などにおけるコンベアラインの作業ステーションにおいては、これを多関節型ロボットなどのロボット装置に連結したり、または図７に示すようなバランサユニット６０に連結するなどして使用されている。なお、バランサユニット６０は、自動ねじ締め機５０を吊るすワイヤ６１を回転リール６２に巻き、この回転リール６２を弦巻ばねなどの付勢手段（図示せず）によりワイヤ６１を巻き取る回転方向に付勢したもので、自動ねじ締め機５０を宙吊りにして保ち、必要な時に作業ポジションまで引き寄せて使用するように構成されているものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の自動ねじ締め機においては、例えば一つのワークに複数種のねじを締め付けなければならない場合、またはワークが頻繁に変更されて締付けるねじが頻繁に変わる場合などにおいては、各ねじに対応するねじ締めビットを備えた自動ねじ締め機を複数準備しておき、これを使い分けなければならなかった。従って、ロボット装置を用いている場合は、オートツールチェンジャなどの装備も必要になり、装置が構造複雑にして高価なものになってしまうとともに、設置スペースも大きくなってしまう等の問題が発生していた。また、バランサユニットを用いる場合には複数吊り下げられた自動ねじ締め機の中から随時作業者がその時に締め付けるねじに合ったものを見分けて使用しなければならず、これにともなう作業ロスタイムが大きくなっているとともに、例えば呼び番号が違うだけのドライバビットのように、形状に大差のないねじ締め用工具を使い分けなければならない場合には、これを取り違えてねじ締めを行ってしまい、ねじの駆動穴を傷めてしまう等の問題が発生していた。
【０００４】
【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、複数種のねじを締付ける場合においても、複数の自動ねじ締め機を使用することなく対応可能な自動ねじ締め機の提供を目的とするものである。
【０００５】
上記目的を達成するため本発明は、回転駆動源の駆動を受けて回転可能な出力軸と、この出力軸と一体に回転可能な状態を保って往復移動可能に配置された回転伝達軸と、この回転伝達軸を往復移動するよう操作する操作手段と、前記回転伝達軸の往復移動にともなって回転伝達軸と結合、離反するように配置されかつ結合時には回転伝達軸と一体に回転可能な主動ベベルギアと、この主動ベベルギアに常時噛合する従動ベベルギアと、この従動ベベルギアと一体に回転可能なタレットヘッドと、このタレットヘッドに配置されタレットヘッドの回転にともなって順次所定位置に配置されるとともにその所定位置において前記主動ベベルギアから離反した前記回転伝達軸が連結されるように構成された複数のねじ締め用工具とを備え、前記主動ベベルギア及び回転伝達軸の何れか一方にテーパ穴部を形成し、他方にこのテーパ穴部に合致可能なテーパ軸部を形成し、回転伝達軸の往復移動でこれらテーパ穴部とテーパ軸部とが合致、離反することで、主動ベベルギアと回転伝達軸とが位相合わせせずに結合、離反するように構成されていることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１乃至図３において、１は本発明の第１の実施の形態に係る自動ねじ締め機であり、周知の多関節型ロボットあるいは直交座標型ロボット等のロボット（図示せず）の可動部（図示せず）に取付け可能なベース部材２を有し、このベース部材２には回転駆動源の一例であるＡＣサーボモータ４ａを備えたドライバツール４が設置されている。このドライバツール４は、前記ＡＣサーボモータ４ａの駆動により回転する出力軸４ｂを有しており、この出力軸４ｂには回転伝達切換機構５が連設されている。また、このドライバツール４は周知のロータリエンコーダ４ｃを備えており、このロータリエンコーダ４ｃにより前記出力軸４ｂの回転角度を検出できるように構成されている。
【０００８】
前記回転伝達切換機構５は、前記ベース部材２に取り付けられたエアシリンダ６を有し、このエアシリンダ６のピストンロッド６ａ（以下、単にロッド６ａという）に、操作アーム７を介してスライドギアユニット８を連結して構成されている。前記エアシリンダ６は、ロッド６ａが伸長した状態を検出してオンする下限センサ６ｂと、ロッド６ａが収縮した状態を検出してオンする上限センサ６ｃとを備えている。また、前記スライドギアユニット８は、前記ベース部材２の下部に取り付けられたハウジング９内に配置されており、ハウジング９の鉛直穴９ａに沿って摺動可能に配置されたスライドライナ１０と、このスライドライナ１０に回転自在に配置された回転伝達軸１１と、この回転伝達軸１１に一体に取り付けられた主動ベベルギア１２とを備えて構成されている。本第１の実施の形態においては、前記エアシリンダ６及び操作アーム７が操作手段に相当する。
【０００９】
前記スライドギアユニット８の回転伝達軸１１は、その上部が横断面略四角形状の角柱部１１ａに形成されており、この角柱部１１ａは前記ドライバツール４の出力軸４ｂに形成された角穴４ｄに常時摺動自在に嵌合され、出力軸４ｂと一体に回転できるように構成されている。また、回転伝達軸１１の下部は、多数のスプライン溝が形成されたスプライン部１１ｂに形成されており、このスプライン部１１ｂは後記連結軸２０に形成されたスプライン駆動穴２０ａに合致嵌合可能に構成されている。
【００１０】
一方、前記ハウジング９の鉛直穴９ａに斜めに連通して形成された傾斜穴９ｂには、従動ギア軸１３が回転自在に配置されており、この従動ギア軸１３の一端には、前記主動ギア１２に噛合結合する従動ベベルギア１４が一体に回転するよう連結されている。また、従動ギア軸１３の他端には外観円錐台形状を成す、すり鉢様のタレットヘッド１５が取り付けられており、このタレットヘッド１５には、その円錐面上を３等分する位置にそれぞれねじ締め用工具１６ａ，１６ｂ，１６ｃが取り付けられている。
【００１１】
前記ねじ締め用工具１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、それぞれ前記タレットヘッド１５に取り付けられたカップリング１７と、このカップリング１７に配置されたライナ１８と、このライナ１８に沿って摺動可能かつ回転可能に配置されたスライド軸１９と、このスライド軸１９に嵌合された連結軸２０と、この連結軸２０と前記スライド軸１９との間に配置された圧縮ばね２１とを備えており、各スライド軸１９先端にそれぞれソケット２２，２３，２４を一体に連結して構成されている。
【００１２】
前記連結軸２０は、前記タレットヘッド１５の円錐面に貫通形成された穴１５ａにベアリングを介して回転自在に嵌め合わされており、これにより連結軸２０の上端に形成されたスプライン駆動穴２０ａは、タレットヘッド１５の内部円錐面に露出するようになっている。また、この連結軸２０と前記スライド軸１９とは、連結軸２０先端に形成された角柱部２０ｂをスライド軸１９上部に形成された角穴１９ａに合致嵌合させることにより連結されており、これにより双方一体に回転可能かつ、スライド軸１９が連結軸２０に沿って往復移動できるように構成されている。
【００１３】
前記ソケット２２，２３，２４は、それぞれ先端に六角ボルトの頭部に合致係合可能な六角穴が形成されたものであり、それぞれ呼びの異なる六角ボルトに対応するようになっている。ちなみに、この例ではソケット２２がＭ６用、ソケット２３がＭ８用、ソケット２４がＭ１０用である。
【００１４】
前記ソケット２２，２３，２４はタレットヘッド１５が回転することにより、前記ドライバツール４の軸線延長上に軸線鉛直な姿勢で配置されるように構成されており、これらソケット２２，２３，２４に対応してタレットヘッド１５には３個のボールプランジャ２２ａ，２３ａ，２４ａが配置されており、これらプランジャ２２ａ，２３ａ，２４ａは、対応するソケットが軸線鉛直な姿勢になった時、ハウジング９に形成されている係合穴９ｃに係合してタレットヘッド１５を回り止めするように構成されている。また、タレットヘッド１５には、各ソケット２２，２３，２４に対応して３個の被検出部材２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ（２４ｂは図示せず）も設けられており、これら被検出部材２２ｂ，２３ｂ，２４ｂは、対応するソケットが軸線鉛直な姿勢になった時、ハウジング９に配置された近接センサ２５によって検出されるように構成されている。
【００１５】
上記構成の自動ねじ締め機１は、組立ラインにおけるコンベア（図示せず）の作業ステーションなどに配置されるもので、作業ステーションに搬送されてくるワーク（図示せず）に仮締めされた３種類の六角ボルト（図示せず）を締め付ける作業を行う。六角ボルトを締め付ける時には、まず自動ねじ締め機１は図１及び図２に示す状態でロボットの作動により移動し、ワークの所定の六角ボルト上方へソケット２２を位置決めする。この時、ソケット２２が六角ボルトに合うものでない場合には、ソケットの配置替えが行われる。
【００１６】
ソケット２２，２３，２４の配置替えを含めた動作説明を行うため、以下、ソケット２３がドライバツール４の軸線延長上に配置されて六角ボルトの締め付け作業が行われる場合について説明する。
【００１７】
この場合、まず図１及び図２に示す状態でドライバツール４のＡＣサーボモータ４ａが駆動し、ロータリエンコーダ４ｃが所定の回転角度を計上するまで出力軸４ｂを回転させる。これにより回転伝達軸１１及び主動ベベルギア１２が所定回転角度回転し、従動ベベルギア１４、従動ギア軸１３を介してタレットヘッド１５を所定回転角度回転させる。このタレットヘッド１５の回転により、ソケット２３はドライバツール４の軸線延長上に軸線鉛直な姿勢になるよう移動する。同時に、プランジャ２３ａが係合穴９ｃに係合してタレットヘッド１５を回り止めするとともに、被検出突起２３ｂが近接センサ２５によって検出される。ＡＣサーボモータ４ａの駆動は、ロータリエンコーダ４ｃが所定の回転角度を計上することによって停止し、その時点で近接センサ２５の検出信号から、ソケット２３がドライバツール４の軸線延長上に配置されているか確認される。
【００１８】
ソケット２３がドライバツール４の軸線延長上に配置されると、続いてエアシリンダ６がロッド６ａを伸長させてスライドギアユニット８を下降させる。これにより、主動ベベルギア１２と従動ベベルギア１４との噛合が解かれる（スライドギアユニット８が従動ベベルギア１４から離反する）とともに、回転伝達軸１１のスプライン部１１ｂはねじ締め用工具１６ｂにおける連結軸２０のスプライン駆動穴２０ａに嵌合する。この時、角柱部１１ａは出力軸４ｂの角穴４ｄに係合したままであり、よって、ねじ締め用工具１６ｂのソケット２３に出力軸５ｂの回転を伝達可能な状態となる。なお、スプライン部１１ｂとスプライン駆動穴２０ａとを嵌合させるためには、これらの位相を合わせる必要があるため、回転伝達軸１１は主動ベベルギア１２と従動ベベルギア１４との噛合が解かれてからスプライン部１１ｂがスプライン駆動穴２０ａに嵌合するまでの間、ＡＣサーボモータ４ａの駆動を受けて回転する。
【００１９】
前述のようにスプライン部１１ｂがスプライン駆動穴部２０ａに嵌合すると、エアシリンダ６の下限スイッチ６ｂがオンになり、これを受けてロボットが再度作動して自動ねじ締め機１を下降させる。これによりソケット２３が六角ボルトの頭部に当接するとともに、スライド軸１９が圧縮ばね２１の付勢に抗してカップリング１７内に所定量逃げる。
【００２０】
この状態で自動ねじ締め機１は保持され、続いてＡＣサーボモータ４ａが再度駆動して出力軸４ｂを回転駆動する。この出力軸４ｂの回転は、連結軸２０及びスライド軸１９を介してソケット２３に伝達される。これによりソケット２３の係合穴は六角ボルト頭部に係合し、六角ボルトに回転伝達を行って、これをワークに締め付けることができる。この時、スライド軸１９は、六角ボルトがワークに螺入されていくにともなって圧縮ばね２１の付勢により前進復帰するため、ソケット２３を六角ボルトの螺入に追従させることができる。
【００２１】
こうして最初のねじ締め作業が正常に完了すると、自動ねじ締め機１はロボットの作動により次の締付け作業ポイントに移動し、前述同様に次の六角ボルトの締付けを行う。この時、次に締め付ける六角ボルトの呼びが前のものと異なる場合には、締付け作業の前にエアシリンダ６が作動してスライドギアユニット８を上昇させ、主動ベベルギア１２を再度従動ベベルギア１３に噛合結合させる。これによってタレットヘッド１５に出力軸４ｂの回転を伝達可能な状態となる。この時も回転伝達軸１１は、主動ベベルギア１２と従動ベベルギア１４の位相のずれを正すため、スプライン部１１ｂとスプライン駆動穴２０ａの嵌合が解かれてから主動ベベルギア１２が従動ベベルギア１４に噛合するまでの間、ＡＣサーボモータ４ａの駆動を受けて回転する。なお、主動ベベルギア１２が従動ベベルギア１４に噛合したことはエアシリンダ６の上限センサ６ｃがオンになることによって確認され、これを受けてＡＣサーボモータ４ａの駆動は直ちに停止する。
【００２２】
主動ベベルギア１２が従動ベベルギア１４に噛合する位置にスライドギアユニット８が上昇した後は、前述同様の動作でソケットの配置替えがなされ、引き続き六角ボルトの締付け作業が行われる。本自動ねじ締め機１は、このようにしてワーク上の締付け作業ポイントを巡り、それぞれで対応するソケットを用いて六角ボルトの締付けを行う。
【００２３】
なお、以上の第１の実施の形態においては、主動ベベルギア１２と従動ベベルギア１４との噛合によって回転伝達軸１１の回転がタレットヘッド１５に伝達されるように構成しているが、これら主動ベベルギア１２と従動ベベルギア１４をそれぞれ摩擦円錐面を有する摩擦回転コーンに置き換え、これらの摩擦接触によって回転伝達を行うようにしてもよい。
【００２４】
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。図４乃至図６において、１００は本発明の第２の実施の形態に係る自動ねじ締め機であり、回転伝達切換機構及びその周辺部品の構造以外、上記自動ねじ締め機１と構成を同じくするものである。従って、ここでは自動ねじ締め機１と同じ部品には上記同様の符号を付し、個々の説明を省略するものとする。
【００２５】
この自動ねじ締め機１００の回転伝達切換機構５０は、前記ベース部材２に取り付けられたエアシリンダ５１を有し、このエアシリンダ５１のピストンロッド５１ａ（以下、単にロッド６ａという）に、操作アーム５２を介してスライドユニット５３を連結して構成されている。本第２の実施の形態においては、前記エアシリンダ５１と操作アーム５２とが特許請求の範囲に記載の操作手段に相当する。
【００２６】
前記スライドユニット５３は、前記ベース部材２の下部に取り付けられたハウジング９′内に配置されている。このスライドユニット５３は、ハウジング９′の鉛直穴９ａ′に沿って摺動可能に配置されたスライドライナ５４と、このスライドライナ５４に回転自在に取り付けられた回転伝達軸５５とを備えて構成されており、前記回転伝達軸５５は、ハウジング９′の鉛直穴９ａ′内に回転自在に保持された主動ベベルギア５６に回転自在に挿通して配置されている。
【００２７】
前記主動ベベルギア５６は、ハウジング９′の鉛直穴９ａ′内に回転自在に保持されており、その歯部は常時従動ベベルギア１４に噛合している。また、この主動ベベルギア５６の下部内周面は、下方に向かって広がるテーパ穴部５６ａに成形されており、回転伝達軸５５の後記テーパ軸部５５ｃに合致嵌合するように構成されている。
【００２８】
また、前記回転伝達軸５５は、その上部が横断面略四角形状の角柱部５５ａに形成されており、この角柱部５５ａは出力軸４ｂの角穴４ｄに常時摺動自在に嵌合され、出力軸４ｂと一体に回転できるように構成されている。また、回転伝達軸５５の下部は、多数のスプライン溝が形成されたスプライン部５５ｂに形成されており、このスプライン部５５ｂは連結軸２０のスプライン駆動穴２０ａに合致嵌合可能に構成されている。さらに、この回転伝達軸５５の前記主動ベベルギア５６のテーパ穴部５６ａに対応する箇所はテーパ軸部５５ｃに形成されており、このテーパ軸部５５ｃがテーパ穴部５６ａに合致嵌合することによるくさび効果で、回転伝達軸５５と主動ベベルギア５６とは常時一体に回転可能に結合するように構成されている。
【００２９】
次に、上記自動ねじ締め機１００において、ソケット２２，２３，２４を配置替えする動作について説明する。ソケット２２，２３，２４を配置替えする動作以外の動作については上記自動ねじ締め機１と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００３０】
ソケット２２，２３，２４の配置替えをする時には、まず、図４及び図５に示す状態でＡＣサーボモータ４ａが駆動し、ロータリエンコーダ４ｃが所定の回転角度を計上するまで出力軸４ｂを回転させる。これにより回転伝達軸５５が回転し、この回転は、くさび効果によって回転伝達軸５５に固着している主動ベベルギア５６に伝達される。このことにより従動ベベルギア１４、従動ギア軸１３を介してタレットヘッド１５が回転し、所望のソケットがドライバツール４の軸線延長上に配置される（ここでは、ソケット２３が配置される例について説明する）。
【００３１】
ドライバツール４の軸線延長上にソケット２３が配置されると、続いてエアシリンダ５１がロッド５１ａを伸長させてスライドユニット５３を下降させ、テーパ軸部５５ｃとテーパ穴部５６ａとを離反させる。これにより、回転伝達軸５５は主動ベベルギア５６に対して回転自在になる。テーパ軸部５５ｃとテーパ穴部５６ａとが離反して後、回転伝達軸５５のスプライン部５５ｂは、連結軸２０のスプライン駆動穴２０ａに嵌合する。この時、スプライン部５５ｂとスプライン駆動穴２０ａとの位相を合わせる必要があるため、回転伝達軸５５はテーパ軸部５５ｃとテーパ穴部５６ａの固着が解かれて後、ＡＣサーボモータ４ａの駆動を受けて回転しながら下降する。
【００３２】
回転伝達軸５５のスプライン部５５ｂがスプライン駆動穴２０ａに嵌合すると、エアシリンダ５１の下限スイッチ５１ｂがオンし、これを受けて自動ねじ締め機１と同様に六角ボルトの締め付けが行われる。その後、再度ソケットの配置替えが必要な場合には、エアシリンダ５１がロッド５１ａを収縮させてスライドユニット５３を上昇させ、主動ベベルギア５６のテーパ軸部５６ａに回転伝達軸５５のテーパ穴部５５ｃを合致嵌合させ、これらをくさび効果により結合させる。
【００３３】
なお、以上の第１、第２の実施の形態においては、ねじ締め工具１６ａ，１６ｂ，１６ｃをカップリング１７、ライナ１８、スライド軸１９、連結軸２０、ばね２１及びスライド軸１９に連結されたソケット２２，２３，２４によって構成し、連結軸２０に形成されたスプライン駆動穴２０ａに回転伝達軸１１（または５５）のスプライン部１１ｂ（または５５ｂ）が嵌合することにより回転伝達軸から回転伝達されるように構成したが、ソケット２２，２３，２４をそれぞれ直接タレットヘッド１５に回転自在に保持し、これの端面にスプライン駆動穴を形成するようにしても得られる効果は同じである。また、ソケット２２，２３，２４は締め付けるねじの種類に応じて、周知の十字穴付きねじ用ドライバビット、六角穴付きねじ用ドライバビットなどのドライバビットに交換することができるものである。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の自動ねじ締め機によれば、複数のドライバビットの中から締め付けるねじに合ったものを選択できるため、複数種のねじを締付けなければならない場合においても、従来のようにねじ毎に複数の自動ねじ締め機を準備する必要がなくなり、ロボットを用いて自動化ユニットとして構成する場合、あるいはバランサユニットなどを用いて手動操作ユニットとして構成する場合のそれぞれにおける従来の問題点を解決することができる。また、タレットヘッドの回転駆動とドライバビットの回転駆動とを唯一つの回転駆動源で行うことができ、装置を極めて合理的で軽量コンパクトな構成とすることができる。しかも、複数設けられているねじ締め用工具の内の必要なねじ締め用工具にのみ回転伝達がなされるため、回転駆動源にかかる負荷を軽減することができる等の利点もある。
【００３５】
また、上記第２の実施の形態で述べたように回転伝達軸が主動ベベルギアと結合するとタレットヘッドに出力軸の回転が伝達され、回転伝達軸が主動ベベルギアから離反してねじ締め用工具に連結されるとねじ締め用工具に出力軸の回転が伝達されるように構成することにより、可動部を極力少なくして動作特性を向上させることができる。また、テーパ穴部とテーパ軸部との結合によるくさび効果で回転伝達軸と主動ベベルギアとを一体に結合させているため、これらを位相合わせをせずに簡単に結合、離反させることができるとともに、これによって回転伝達先を切り換える時の駆動制御が極めて簡単になり、装置をより合理的で軽量コンパクトなものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る自動ねじ締め機の一部を切り欠いて断面とした正面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る自動ねじ締め機の一部を切り欠いて断面とした側面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る自動ねじ締め機の動作説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る自動ねじ締め機の一部を切り欠いて断面とした正面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る自動ねじ締め機の一部を切り欠いて断面とした側面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る自動ねじ締め機の動作説明図である。
【図７】従来の自動ねじ締め機をバランサユニットに取り付けた状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１  自動ねじ締め機
４  ドライバツール
４ａ  ＡＣサーボモータ
４ｂ  出力軸
５  回転伝達切換機構
６  エアシリンダ
８  スライドギアユニット
１１  回転伝達軸
１２  主動ベベルギア
１４  従動ベベルギア
１５  タレットヘッド
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ  ねじ締め用工具
２２，２３，２４  ソケット
１００  自動ねじ締め機
５０  回転伝達機構
５１  エアシリンダ
５５  回転伝達軸
５５ｃ  テーパ軸部
５６  主動ベベルギア
５６ａ  テーパ穴部
【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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