JP2015020245A

JP2015020245A - 自動ねじ締め機

Info

Publication number: JP2015020245A
Application number: JP2013150813A
Authority: JP
Inventors: 穣宇野; Minoru Uno; 史恭島田; Fumiyasu Shimada
Original assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Current assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Priority date: 2013-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2015-02-02
Anticipated expiration: 2033-07-19
Also published as: JP6154689B2

Abstract

【課題】ワークの締結面高さに合わせてスクリューガイドの停止位置を可変できる自動ねじ締め機の提供。
【解決手段】ビット回転モータ4の駆動を受けて回転し、かつ、駆動軸4aの延びる方向に沿って摺動自在な回転部材2と、この回転部材2に接続され、ねじSに係合するビット3と、このビット3を内包したスクリューガイド5と、このスクリューガイド5および前記ビット回転モータ4をともに往復移動自在な往復手段20と、前記回転部材2を回転自在に支持するとともに、前記ビット3を前記スクリューガイド5の先端側へ移動自在なビット往復手段30と、から構成したことを特徴とする。これにより、スクリューガイド5とビット3の下降動作がそれぞれ個別で行える。つまり、スクリューガイド5が締結面に接さない位置で停止し、その後前記ビット3のみが下降するので、締結面高さの異なるワークに容易に対応できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ねじをワークに締結する自動ねじ締め機に関する。

従来の自動ねじ締め機は、特許文献１に示すように回転駆動源の駆動を受けて回転するビットと、前記ビットをその軸線方向に平行に往復移動可能な往復駆動ユニットと、この往復駆動ユニットを駆動制御する制御装置と、から構成されている。また、前記往復駆動ユニットは、往復駆動時のビットに付与する推力に相当する負荷を検出可能に構成されており、前記制御装置によって、ワークにねじを螺入する際の前記ビットに付与する推力がワークの材質等に合わせて適切に設定される特徴がある。これにより、従来の自動ねじ締め機は、ビットに螺入されるねじの推力を設定できるため、ワークを強く押さえることがなく、例えば強度の低いワークであっても破損しないよう制御できる特徴がある。

また、上述したビットの推力を制御可能な従来の自動ねじ締め機は、特許文献２に示す螺入前のねじを吸引するスクリューガイドを備えることが多い。この場合は、ねじの螺入時にワークの締結面と前記スクリューガイドの先端とが当接することになり、ワークの締結面に傷が付きやすい問題があった。

そこで、上述の問題を解決するために考案されたものが特許文献２に示されている。この従来の自動ねじ締め機は、回転駆動源の駆動を受けて回転するビットと、前記ビットを常時内包する筒状のスクリューガイドと、このスクリューガイドの先端からエアを吸引可能なエア吸引手段と、常時閉じる方向に付勢された２つの爪を備えたチャックユニットと、前記ビットをその軸線方向に往復移動可能な往復駆動ユニットとを備えて成る。また、前記スクリューガイドの後方には、前記ビットを内包するように圧縮ばねが配されているため、前記スクリューガイドは、常時に前方へ付勢されている。これにより、前記スクリューガイドに外力が作用すると前記圧縮ばねに撓みが生じるため、前記ビットがスクリューガイドから突出するように構成される。さらに、このスクリューガイドの外周には、係止部材が固定されており、この係止部材の移動路上に係止部材と当接可能なストッパ手段が配されている。

次に、従来の自動ねじ締め機の作用について説明する。前記回転駆動源の駆動により前記ビットが回転するとともに、前記往復駆動ユニットの駆動により前記ビットおよびスクリューガイドがともに下降する。この時、ワークに螺入するねじは、前記チャックユニット内に適宜供給され前記２つの爪に保持されており、前記エア吸引手段の作動によって供給されたねじがその頭部から前記スクリューガイド内に吸引される。さらに、前記スクリューガイドは、前記爪に当接してこの２つの爪を揺動させてチャックユニットから突出する。

その後も前記スクリューガイドは、前記ねじを吸引し続けるとともに下降し続け、ワークの表面（以下、締結面いう）にスクリューガイド先端が当接する直前に前記ストッパ手段が作動する。これにより、前記ストッパ手段と前記係止部材とが当接するため、前記圧縮ばねが撓み、前記スクリューガイドの先端と前記締結面との間に若干の隙間が空いた状態で前記スクリューガイドの移動が停止する。また、この時、前記回転駆動源および往復移動ユニットの駆動は、引き続き行われているため、前記ビットは、前記スクリューガイドの先端から突出する方向へ移動し、回転している前記ビットによって前記ねじがワークに螺入される。よって、従来の自動ねじ締め機は、スクリューガイドの移動停止を前記ストッパ手段の駆動により行い、前記スクリューガイドの先端が前記締結面に当接しないように設定できるため、ワークの締結面に傷を付けること無くねじ締めが行える特徴がある。

特開2002-254345号公報特開2000-190142号公報

しかしながら、従来の自動ねじ締め機は、前記締結面の高さの異なるワークあるいはワークの種類毎に前記締結面の高さが異なる場合に柔軟に対応できない。具体的には、多くの締結面高さに対応するためには、対応する締結面高さの数に合わせて前記ストッパ手段を数多く配する必要がある。よって、ストッパ手段を配置するための広いスペースを確保しなければならず、これにより自動ねじ締め機が大型化する問題があった。また、このように数多く配されたストッパ手段は、それぞれが独立した駆動源であるため、それぞれの駆動制御が複雑になる問題もあった。さらに、前記スクリューガイドは、その移動により閉じた前記爪を拡開させるとき、この抵抗によって前記圧縮ばねが撓む場合がある。このため、前記スクリューガイド内に吸引していたねじは、ワークの締結面よりもかなり上方でビットに押し出され前記スクリューガイドの先端から突出してしまう。これにより、前記ねじは、吸着を解かれて前記ワーク上に落下し、ワークへ螺入されない問題もあった。

本発明は上記課題に鑑みて創成されたものであり、締結面の高さが数多く存在するワークへのねじ締結であってもそれぞれの締結面高さに合わせてスクリューガイドの停止位置を容易に可変できる自動ねじ締め機の提供を目的とする。

この目的を達成するため、本発明の自動ねじ締め機は、回転駆動源の駆動を受けて回転するとともに前記回転駆動源の延びる方向へ摺動自在な回転部材と、この回転部材に接続したビットと、を備えて成るねじ締めツールと、前記回転部材を回転自在に支持するとともに前記回転部材を前記ビットの延びる方向へ往復移動自在なビット往復手段と、前記ビットを内包しねじを吸引するスクリューガイドを備え、前記ねじ締めツールおよびビット往復手段を前記ビットの延びる方向へ往復移動自在な往復手段とから構成したことを特徴とする。なお、前記往復手段は、ＡＣサーボモータと、このＡＣサーボモータに接続したボールねじと、ボールねじの回転により往復移動する可動ナットとを備えて成ることが望ましい。また、前記ビット往復手段は、ＡＣサーボモータと、このＡＣサーボモータに接続したボールねじと、ボールねじの回転により往復移動する可動ナットとを備えて成ることが望ましい。

本発明の自動ねじ締め機１は、前記スクリューガイドの移動を前記往復手段の駆動により行うとともに、前記ビットの移動を前記ビット往復移動手段の駆動により行うことができるため、スクリューガイドの移動停止する位置を任意に設定でき、しかも、スクリューガイドの移動停止状態から前記ビットのみを移動制御できる。つまり、従来のストッパ手段が不要となるため、自動ねじ締め機をコンパクトに構成できる利点がある。しかも、本発明の自動ねじ締め機１は、スクリューガイドの停止位置の設定を前記往復手段の停止位置のみ管理すればよいため、従来の数多いストッパ手段の駆動制御に比べて容易に駆動制御できる利点もある。さらに、本発明の自動ねじ締め機１は、前記ビット往復手段を駆動させない限りスクリューガイドが前記ビットに対して相対移動しない。よって、従来のようにスクリューガイドに外力が作用してもスクリューガイドがビットに対して相対移動しない。このため、前記スクリューガイドがチャックユニットを通過し前記爪の付勢力（抵抗）を受けても、スクリューガイド内の吸引されたねじが前記ビットに押し出されワーク上に落下する問題が生じない利点もある。

本発明に係る自動ねじ締め機の一実施形態を示す一部切欠断面図である。図１の状態からねじ締め動作が進行した状態を示す一部切欠断面図である。図２の状態からねじ締め動作が進行した状態を示す一部切欠断面図である。本発明に係る自動ねじ締め機を搭載したねじ締めロボットの一実施形態を示す説明図である。本発明に係る別の一実施形態を示す一部切欠断面図である。

本発明の自動ねじ締め機の一実施形態を、図１ないし図４を用いて以下に説明する。本発明の自動ねじ締め機１は、ねじＳに係合可能なビット３を回転自在に備えたねじ締めツール１０と、前記ビット３を回転自在かつ往復移動自在なビット往復手段３０と、前記ねじ締めツール１０および前記ビット往復手段３０を往復移動自在な往復手段２０とを備えて成る。

前記ねじ締めツール１０は、回転駆動源の一例であるＡＣサーボモータ（以下、ビット回転モータ４という）と、このビット回転モータ４の駆動軸４ａと一体に回転し前記駆動軸４ａに沿って摺動可能な回転部材２と、この回転部材２に接続されたビット３とを備えて成る。なお、前記ビット回転モータ４は、前記駆動軸４ａの回転角度を検出するエンコーダを備えている。

前記駆動軸４ａは、先端に接続軸４ｂを接続して成り、この接続軸４ｂには、その軸線に直交するピン４ｃが圧入されている。

前記回転部材２は、前記駆動軸４ａおよび接続軸４ｂを挿通可能な挿通穴を備えており、この挿通穴には、挿通穴の延びる方向に沿って設けられた溝２ａが形成される。この溝２ａには前記ピン４ｃが常時当接しているため、前記回転部材２は、前記駆動軸４ａに沿って摺動するとともに前記駆動軸４ａと一体に回転するように構成される。

前記ビット３は、その一端が前記回転部材２に接続され、他端が前記ねじＳの駆動穴（図示せず）と係合するよう形成されている。よって、前記ビット回転モータ４の駆動によりこのビット３が回転する。

前記ビット往復手段３０は、前記ビット回転モータ４を固定したモータ固定プレート３１と、このモータ固定プレート３１に固定され前記ビット回転モータ４に並んで配された回転駆動源の一例であるＡＣサーボモータ（以下、第１昇降モータ３２という）と、この第１昇降モータ３２に接続されたボールねじ３３と、このボールねじ３３に螺合し前記第１昇降モータ３２の回転駆動に合わせて往復移動する可動ナット３４と、この可動ナット３４に固定され可動ナット３４とともに往復移動する連結部材３５とから構成される。また、前記第１昇降モータ３２は、自身の回転角度を検出可能なエンコーダを備えており、前記連結部材３５の昇降位置を所定の位置まで駆動できる。さらに、前記モータ固定プレート３１と後述する昇降プレート２４とは、図示しない支柱によって連結されている。

前記往復手段２０は、回転駆動源の一例であるＡＣサーボモータ（以下、第２昇降モータ２３という）と、この第２昇降モータ２３に接続されたボールねじ２１と、このボールねじ２１に螺合し前記第２昇降モータ２３の回転駆動に合わせて往復移動する可動ナット２２と、前記ボールねじ２１と平行に延びるシャフト２５と、前記シャフト２５に挿通されシャフト２５に沿って摺動自在なスライドブッシュ２６と、前記可動ナット２２および前記スライドブッシュ２６に固定された昇降プレート２４と、前記シャフト２５の延びる方向に沿って配されたベースプレート２７とから構成される。また、前記前記第２昇降モータ２３は、自身の回転角度を検出可能なエンコーダを備えており、このエンコーダの信号に基づいて駆動制御されるため、前記昇降プレート２４を所定の高さまで移動できる。

前記昇降プレート２４は、前記ボールねじ３３の一端を回転自在に支持する一方、前記回転部材２が通過可能な通過穴を備えている。これにより、前記第２昇降モータ２３の駆動により前記ねじ締めツール１０と前記ビット往復手段３０とが昇降する一方、前記第１昇降モータ３２の駆動により前記ビット３が前記回転部材２とともに昇降する。また、前記昇降プレート２４の下部には、前記ビット３を挿通自在に内包するスクリューガイド５と、このスクリューガイド５とビット３との隙間である吸引経路に接続された継手６とが配されており、前記継手６は、エアを吸引するエア吸引手段４０に接続されている。よって、エア吸引手段４０が作動すると、前記スクリューガイド５の先端からエアが吸引される。

さらに、前記往復移動手段２０の下端には、ねじＳを一時的に保持可能なチャックユニット１３が配されており、このチャックユニット１３は、前記ねじＳを保持可能な案内溝を備えた一対の揺動爪１１と、この揺動爪１１の案内溝に連接する揺動パイプ１２とを備えて成る。

前記揺動爪１１は、常時は図示しないばねにより閉じる方向へ付勢されており、前記スクリューガイド５が下降すると、スクリューガイド５の先端および外周と当接するため、前述の付勢に抗して拡開する。また、閉じた状態の前記案内溝は、その上部がねじＳの頭部を通過可能な寸法で形成され、これに連通する下部が下方に向かって徐々に絞られ前記ねじＳの軸部を挿通可能に構成される。よって、前記揺動爪１１は、閉じた状態であれば前記ねじＳを図１に示すように吊り下げて保持することができる。

前記揺動パイプ１２は、その揺動を付勢するパイプばねを備えており、常時は前記揺動爪１１の案内溝と連通しており、前記スクリューガイド５が下降すると、スクリューガイド５の先端および外周と当接するため、前述の付勢に抗して揺動する。

また、前記揺動パイプ１２には、前記ねじＳを供給するねじ供給機（図示せず）が接続されており、このねじ供給機からねじＳが１つずつ供給される。よって、ねじ供給機から供給されたねじＳは、前記揺動パイプ１２を通過して前記揺動爪１１の案内溝へ供給され、前記揺動爪１１に吊り下げられて保持される。

さらに、本発明の自動ねじ締め機１は、前記ビット回転モータ４、前記第２昇降モータ２３、前記第１昇降モータ３２をそれぞれ駆動制御可能な制御装置（図示せず）を備えて成る。この制御装置は、前記ビット３の回転数の設定やビット３に負荷されるトルクをビット回転モータ４の負荷電流から算出可能に構成されている。これにより、前記ビット３を、予め設定した前記回転数および算出したトルクに基づいて回転動作するよう制御することができる。

前記制御装置は、前記ボールねじ２１，３３に付与する回転数の設定を可能に構成されているため、前記ビット３およびスクリューガイド５の往復移動時における速度を制御できる。さらに、前記制御装置は、前記ボールねじ３３に負荷されるトルクを前記第１昇降モータ３２の負荷電流から算出可能に構成されているため、前記ビット３の往復移動時における推力を求めることができる。つまり、前記制御装置は、前述のビット３の下降時の推力が予め設定された推力を発揮しているかチェックしながら前記第１昇降モータ３２を駆動制御している。これにより、ビット３の下降時に所定の推力が付与される。また、この制御装置は、前記ビット３および前記スクリューガイド５の位置（高さ）も検出可能に構成される。これは、上述したように前記第１昇降モータ３２および前記第２昇降モータ２３のそれぞれのエンコーダからの検出信号と、上述したボールねじ２１，３３の１回転当たりの前記可動ナット２２，３４が進む距離とから前記可動ナット２２，３４の位置が算出しているからである。

このように構成された自動ねじ締め機１は、図４に示すようなロボット５０に支持される。このロボット５０は、コラム５１の上部に配され前後方向に移動可能なスライドユニット５２と、このスライドユニット５２に固定されアーム５３を旋回自在に支持した旋回ユニット５４とを備えて成る。また、前記アーム５３の先端には、前記エア吸引手段４０を固定した連結プレート５５が固定されており、この連結プレート５５に前記ベースプレートが固定されている。これにより、ロボット５０は、自動ねじ締め機１をワーク上方の所定の位置へ移動できる。

次に、本発明の自動ねじ締め機１の作用について説明する。前記ロボット５０は、前記制御装置の指令を受けて前記スライドユニット５２および旋回ユニット５４を作動し、自動ねじ締め機１を所定の位置へ移動させる。これにより、前記ビット３は、図１に示すようにワークに配されためねじＰの上方へ位置決めされる。

前記ねじＳが前記ねじ供給機から前記チャックユニット１３へと供給されると、前記制御装置は、前記エア吸引手段４０、前記ビット回転モータ４および前記第２昇降モータ２３にそれぞれ駆動指令を与え、前記スクリューガイド５の先端からエアを吸引するとともに、前記ビット３を回転させつつ前記昇降プレート２４を下降させる。これにより、前記ビット３がスクリューガイド５とともに下降するため、前記スクリューガイド５は、前記揺動パイプ１２に押し当てられる。引き続き下降する前記スクリューガイド５は、閉じた前記揺動爪１１の案内溝まで到達するため、揺動爪１１に保持されたねじＳがスクリューガイド５の内部に吸引され前記ビット３の先端に接触する。さらに、前記スクリューガイド５は、下降して前記揺動爪１１の案内溝に当接して閉じていた前記揺動爪１１を拡開させ、その先端がワークの前記締結面に当接しない高さまで下降すると前記第２昇降モータ２３の回転が停止する。

なお、本実施形態においては、スクリューガイド５の先端が前述のように締結面に当接しない高さに設定されており、図２に示すように段差のあるワークに対しては、それぞれの締結面高さに合わせて設定が予めなされている。

前述のように、スクリューガイド５の下降が図２の位置で停止すると、前記制御装置が前記第１昇降モータ３２に駆動指令を送るため、回転している前記ビット３は、停止した前記スクリューガイド５の先端側へ下降し、吸引したねじＳに確実に係合する。

さらに、前記ビット３が下降するため、スクリューガイド５の内部に吸引されていたねじＳは、ビット３によりスクリューガイド５から押し出される。これにより、前記ねじＳは、前記めねじＰに到達し前記ビット３の回転を受けてめねじＰへ螺入される。また、前記制御装置は、前記ねじＳがめねじＰに螺入され初めれば、前記エア吸引手段４０にエア吸引を停止する旨の信号を送り、前記ねじＳの締付けトルクが所定の値に達するまで前記ビット回転モータ４および前記第１昇降モータ３２を引き続き駆動する。よって、前記ビット３は、上述した推力を付与されつつ下降し回転するため、前記ねじＳをワークへ確実に締め付けることができる。

このように、本発明の自動ねじ締め機１は、前記スクリューガイド５と、前記ビット３とを別の駆動源（前記第２昇降モータ２３および前記第１昇降モータ３２）の駆動でそれぞれ往復移動させる構造であるため、前記スクリューガイド５および前記ビット３の下降位置を個別に管理できる。さらに、本発明の自動ねじ締め機１は、上述のような前記揺動爪１１あるいは前記揺動パイプ１２の付勢力が下降する前記スクリューガイド５に作用しても、従来のようにスクリューガイド５の下降が妨げられることがない。これは、前記スクリューガイド５に従来の圧縮ばねが配されていないからだ。よって、スクリューガイド５にその下降を妨げる外力が生じても、スクリューガイド５は前記ビット３に対して相対移動しないのでスクリューガイド５に吸引されたねじＳがスクリューガイド５の下降中にビット３に押し出されワーク上へ落下する問題が皆無となる。

なお、本実施形態において、前記ビット３４の下降時の推力を制御する構成としたが、これに限定されるものではなく、例えば、前記ボールねじ２１に負荷されるトルクを前記第２昇降モータ２３の負荷電流から算出し、前記スクリューガイド５の推力として換算するように構成してもよい。これにより、前記揺動パイプ１２の揺動あるいは前記揺動爪１１の拡開の際に異常な負荷が生じ揺動あるいは拡開し難い場合であっても、前記スクリューガイド５の推力は、予め設定したスクリューガイド５の設定推力を越えると、この時点で前記第２昇降モータ２３の駆動を停止できる。よって、前記揺動パイプ１２あるいは揺動爪１１と当接するスクリューガイド５の推力が異常に負荷されていると判断し、この時点でスクリューガイド５の下降を中断できるので、スクリューガイド５等の破損を未然に防止できる。

１自動ねじ締め機
２回転部材
２ａ溝
３ビット
４ビット回転モータ
４ａ駆動軸
４ｂ接続軸
４ｃピン
５スクリューガイド
１１揺動爪
１３チャックユニット
２０往復手段
２４昇降プレート
３０ビット往復手段
３５連結部材
Ｓねじ
Ｐめねじ

Claims

回転駆動源の駆動を受けて回転するとともに前記回転駆動源の延びる方向へ摺動自在な回転部材と、この回転部材に接続したビットと、を備えて成るねじ締めツールと、
前記回転部材を回転自在に支持するとともに前記回転部材を前記ビットの延びる方向へ往復移動自在なビット往復手段と、
前記ビットを内包しねじを吸引するスクリューガイドを備え、前記ねじ締めツールおよびビット往復手段を前記ビットの延びる方向へ往復移動自在な往復手段と
から構成したことを特徴とする自動ねじ締め機。
前記往復手段は、ＡＣサーボモータと、このＡＣサーボモータに接続したボールねじと、ボールねじの回転により往復移動する可動ナットとを備えて成ることを特徴とする請求項１に記載の自動ねじ締め機。
前記ビット往復手段は、ＡＣサーボモータと、このＡＣサーボモータに接続したボールねじと、ボールねじの回転により往復移動する可動ナットとを備えて成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自動ねじ締め機。