JP3376486B2 - 組立てライン用ネジ締めシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、部品組立てラインに設
置使用するネジ締めシステムに関し、さらに詳しくは、
ネジ締め対象となるワークのネジ挿入空間として、最小
限、ドライバビット又はネジの頭部が入る挿入口があれ
ば、部品組立てラインに設置して自動的にネジ締めする
のに好適な、ネジ締めシステムの改良に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、組立てラインにおいて使用する
ネジ締めシステムは、供給されたネジを正しい姿勢でネ
ジ締め場所まで移動させ、確実に部品相互をネジ締め固
定保持することが最も重要であることから、ネジ締め部
に十分な空間がある場合を前提とした手段が採用されて
いる。代表的な手段としては、チャッキング手段により
保持したネジをドライバビットでネジ締めをするシステ
ムが公知である。

【０００３】このネジ締めシステムは、ネジ供給ユニッ
トにより供給されたネジに対し、ドライバビットを回動
させながら降下させ、その先端部が前記ネジの頭部の溝
に嵌合した時点で回動を停止させると同時に、前記ドラ
イバビットと一緒に下降した、バキューム手段によって
チャック爪を閉じるようにしたチャッキング手段でネジ
の頭を保持する、ネジ保持段階から始まる。

【０００４】そして、ネジを保持したままチャッキング
手段とドライバビットとを一緒に一旦上昇させた後、こ
れと同調して間欠移動し停止した、結合状態にネジ孔を
セットした部品（ワーク）のネジ締め位置の直上まで、
正しい姿勢でネジを移動して再びチャッキング手段とド
ライバビットとを一緒に下降させ、前記ワークのネジ孔
にネジ先端が臨んだ時点で、ネジの保持を解除させると
同時にドライバビットをトルク回転させてネジ締めを行
うネジ締め段階で終わり、間欠移動してくる次のワーク
のネジ締めのための最初のネジ保持段階に戻るサイクル
で作動するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記公知のネジ締めシ
ステムは、チャック爪の拡縮によってネジの頭を保持す
る手段を採用しているために、ネジ締め位置としてチャ
ック爪の昇降及び拡縮を阻害しない空間が必要となる。
したがってこのような空間が確保できる部分でのネジ締
めが可能なワークの組立てラインでは、公知のネジ締め
システムの設置使用に支障はない。しかし、チャック爪
の昇降及び拡縮を阻害しない空間の確保できない狭い部
分でのネジ締めが必要な場合の多い、オーディオ機器、
家電機器等の小さい部品の組み立てラインにおけるネジ
締めシステムとしては、設置使用することができないケ
ースも多々あり、このような場合には作業者の手作業に
委ねなければならず、これが作業能率を低くして組立て
コストを高くする原因となっている。

【０００６】本発明は、ネジ締め対象となるワークのネ
ジ挿入空間として、少なくともドライバビット又はネジ
の頭部のいずれかの大径部が入る挿入口があれば、挿入
口の大小に関係なく、広く部品組立てラインに設置し
て、自動的且つ確実にネジ締めするのに最適であり、し
かもシステム構成が簡単でシステムコストを安価とする
とともに、ライン組立ての能率化による製品コストの低
廉化を図ることができる組立てライン用ネジ締めシステ
ムを提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る組立てライ
ン用ネジ締めシステムは、容器に収容された磁性材料か
らなるネジＳを、後記ドライバユニット３の構成部分で
あるドライバビット３１の先端に吸着保持させる位置に
おいて、エア圧で垂直上方へ僅かに浮上させるネジ浮上
ユニット２により、磁性材料からなるネジＳを、底部に
通気孔１５を設けたネジ保持スライダブロック１３のネ
ジ保持孔１４にネジＳの頭を上とした正常姿勢として供
給するようにしたネジ供給ユニット１と、正常姿勢で供
給されたネジＳを保持してワークＷのネジ締め位置へ移
動してネジ締めを行うようにしたドライバユニット３
と、該ドライバユニット３の運動と連繋してネジ締め位
置へワークＷを供給するワーク供給ユニット５とからな
り、前記ドライバユニット３は、永久磁石又は励磁制御
により磁化するようにした素材からなるドライバビット
３１の回転と磁力による吸着力及び押付けとの協働で、
ネジ供給ユニット１から供給され浮上したネジＳの頭の
溝に、ネジ軸線が鉛直となる正姿勢状態で前記ドライバ
ビット３１の先端を嵌合させて、ネジ供給ユニット１か
ら供給されたネジＳを保持させ、該保持したネジＳを、
ネジ締付け作業領域となるワークＷのネジ締め位置であ
って、ドライバビット３１の直下のワークＷのネジ締め
位置と一致する位置まで、ドライバユニット駆動手段４
で移動させ、ネジ締付け作業領域において、ドライバビ
ット３１に、ネジ締め付けのためのトルク回転と昇降運
動とを付与するとともに、該ドライバビット３１と一緒
に昇降してネジ締付けに必要な下降ストロークを確保す
る締付け確認センサー６及びドライバビットの上昇に伴
うワークの食い付きを押えるワーク押え７を具備する構
成となっている。

【０００８】

【発明の作用及び効果】上記説明した本発明に係る組立
てライン用ネジ締めシステムの構成中、容器に収容され
たネジを、ドライバユニットの構成部分であるドライバ
ビットの先端に保持させた後、ワークのネジ締め位置へ
移動させるとともに、ドライバビットに伝達されるトル
ク回転と縦軸方向の昇降運動とによって、セット状態で
供給されるワーク相互をネジ締結する基本的なシステム
は、従来公知のライン用ネジ締めシステムである。

【０００９】しかし、本発明においては、エア圧により
垂直上方へ僅かに浮上させたネジＳを、永久磁石又は励
磁制御により磁化するようにした素材からなるドライバ
ビット３１のビット先端に保持させる手段が、ドライバ
ビットの回転と磁力による吸着力及び押付けとの協働で
保持させる構成であることから、ネジ供給ユニット１か
ら供給され浮上したネジＳの頭の溝に、これに対応する
ビット先端が嵌まるだけでなく、ビット先端による押付
けによってビット先端と溝底とが、その間にギャップを
形成することなく密着し、ビット先端でのネジの保持姿
勢がネジ軸線を鉛直とする正常姿勢に確保され、しかも
確実な保持により空供給を解消する。

【００１０】このため従来のように、ネジＳの頭の溝に
ビット先端を嵌める直前にチャッキングにより正常姿勢
とする必要がないから、ネジ締め対象となるワークＷの
ネジ挿入空間として、チャックの最大径部の進入を許容
する広い挿入口がなくても、最小限、ドライバビット３
１又はネジＳの頭部のいずれかの大径部が入る挿入口が
あれば足り、挿入口の大小に関係なく、広く部品組立て
ラインに設置して自動的にネジ締めすることができるよ
うになる。

【００１１】また前記のように、ネジＳの頭の溝とビッ
ト先端との正常姿勢での嵌合が、ネジＳの浮上とドライ
バビット３１の回転と磁力による吸着及び押し付けによ
って無理なく行われることから、ネジ保持段階において
は、比較的ラフな昇降ストローク設定によって確実とす
ることができ、したがって、従来のように衝突等による
部材の損傷等を考慮した精度の高い正確な昇降ストロー
クを設定する必要が無く、構成が簡単でシステムコスト
を安価とすることができるとともに、ドライバビット３
１の衝突によるビット先端の破損やワークＷの損傷等も
回避できることから、ワークＷの不良率低下の抑止、ラ
イン組立ての能率化による製品コストの低廉化が図れる
ところの、組立てライン用ネジ締めシステムを提供する
ことができる。

【００１２】また、請求項２に記載のように、ネジ供給
ユニット１から供給されたネジＳをエア圧により垂直上
方へ僅かに浮上させるネジ浮上ユニット２の手段とし
て、供給されたネジＳを保持する保持部の一部と一体的
に連結配管したエア供給管とによって行う構成とするこ
とによって、連結気密性が維持されてエア漏れを招か
ず、必要高さまでのネジ浮上のための圧力設定が容易
で、しかも圧力変動がない。したがって、ビット先端に
よるネジの保持が確実に行われて保持不良は激減し、ネ
ジ締結システムの稼動効率を向上させることができる。

【００１３】さらに、請求項３に記載のように、ネジ供
給ユニット１から供給されたネジＳをエア圧により垂直
上方へ僅かに浮上させるネジ浮上ユニット２の手段とし
て、ネジＳをドライバビット３１の先端に吸着保持させ
る位置の直下の定位置に配管開口させたエア供給口か
ら、ネジＳを保持するネジ保持孔１４の通気孔１５を通
して行う場合においても、請求項２の手段に比べると気
密性において多少劣るものの、これはシール部材を用い
ることによって解消することができることから請求項２
の構成の場合と同様の効果が得られ、またエア配管部が
定位置であることから、配管部材にフレキシブル性が要
求されず、硬質管部材による配管によってスマートでま
とまりのあるシステムの配管構成として耐久性を確保す
ることができる。

【００１４】そして請求項４に記載のように、ワーク供
給ユニット５を、垂直軸周りに間欠回転するようにした
テーブルの縁部に、ネジ締め固定する部品相互をセット
するためのホルダの複数個を固定し、作業者によってホ
ルダに部品相互を順次セットするようにした構成とする
ことにより、単純且つ簡単な作業と監視により能率的に
ネジ締め作業ができるだけでなく、部品相互が同一面側
からのネジ締めを必要とする場合には、ワーク供給ユニ
ット５を共通として他の各ユニットをそれぞれのネジ締
め位置へ移動するように設定制御するように配置するこ
とができることから、一層ネジ締め能率を向上させるこ
とができる。もちろん、同一ワークＷに複数の同一ネジ
Ｓを締め付ける場合には、ワーク供給ユニット５の間欠
移動と、ドライバビット３１の移動ストロークをネジＳ
の本数に対応する繰り返し運動とを一つのサイクルとし
て設定して制御することは言うまでもない。

【００１５】さらに請求項５に記載のように、ドライバ
ビット３１と一緒に昇降しドライバビット３１のネジ締
付けに必要な下降ストロークを確保する締付け確認セン
サー６及びドライバビット３１の上昇に伴うワークの食
い付きを押えるワーク押え７を具備させることによっ
て、ネジＳの中途半端締付けの発生を防止して確実なネ
ジ締めが可能となるとともに、締付け後にワークＷがド
ライバビット３１と一緒に持ち上げられることが防止で
きる。

【００１６】なお、ドライバビット３１として永久磁石
を使用する場合の磁力は、機械的振動等によってもネジ
Ｓがドライバビット３１から脱落することのない強さに
磁化したものを使用するものとし、さらには、ビット先
端に永久磁石を一体化してドライバビット全体の素材経
済性が得られ又ビット先端部を交換自在とした場合に
は、ネジの磁性の強弱に応じて或いはビット先端部の溝
への嵌合が磨耗等により阻害されるような事態が生じた
場合に応じて対応することができる。

【００１７】そしてまた、磁性材料からなるドライバビ
ット３１を電気的に励磁、消磁するように制御すれば、
常に一定の磁力が確保できてネジＳの吸着を確実なもの
とし、加えて、市販されている磁性材料からなるドライ
バビット３１が使用できる。

【００１８】

【実施例】図面は、カセットデッキの部品であるモータ
Ｍに二本の同一サイズのネジＳでブラケットＢを固定す
る場合（図５参照）に最適の、組立てライン用ネジ締め
システムの実施例を示す構成略図であつて、図１はシス
テム正面図、図２は平面略図、図３はネジ供給ユニット
１とネジ浮上ユニット２からなるネジ供給部の構成略
図、図４はネジ保持スライダブロック１３のネジ保持孔
１４へのエア供給説明図、図５はカセットデッキの部品
であるモータとこれにネジ固定するにブラケットの斜視
図である。

【００１９】上記図示した組立てライン用ネジ締めシス
テムは、ネジ供給ユニット１とネジ浮上ユニット２とか
らなるネジ供給部と、ドライバユニット３とこれを駆動
するドライバユニット駆動手段４とからなるネジ捕捉移
動部と、ワーク供給ユニット５とを、供給されたネジＳ
をドライバユニット３のドライバビット３１による磁着
とドライバユニット駆動手段４とで所定位置まで移動さ
せワークＷの所定個所に一本のネジＳを締め付けた後、
他の一本のネジＳを同様の動作により締め付ける一連の
作動をサイクルとして繰り返すように結合したものであ
り、以下、各ユニット及び手段の構成を作用とともに説
明する。

【００２０】まずネジ供給部を構成するネジ供給ユニッ
ト１は、通常実施されている供給手段と相違するところ
はなく、即ち、補給口を具備し視認のできる半透明容器
１１内に収容した多数の磁性材料からなるネジＳを、傾
斜通路１２へ順次摺動させて、エアシリンダにより水平
方向へ所定ストロークで往復駆動されるネジ保持スライ
ダブロック１３に形成した、ネジＳの頭の頚部を支持し
てネジ軸部が入る一個のネジ保持孔１４へ供給するよう
にしたものである。

【００２１】またネジ供給部を構成するネジ浮上ユニッ
ト２は、前記ネジ保持スライダブロック１３のネジ保持
孔１４の底部に通気孔１５を下面へ貫通させてエア供給
口１６を設け、圧力エア供給源２１（コンプレッサー、
ボンベ等）からエアの噴射タイミングを制御する制御弁
２３を介してエア供給口１６へエアを供給するようにフ
レキシブル管２２で配管した構成であり、エア圧はネジ
保持孔１４に支持されている正常姿勢のネジＳを３〜５
ｍｍ浮上させる程度の圧力でありネジの重さ、気密度等
に応じて設定する。

【００２２】そしてネジ捕捉移動部を構成するドライバ
ユニット３は、後記梁状部材４１の螺旋軸４２が螺合す
るナット３２とガイド軸４３が貫通するガイド部材３３
を裏面に突設した水平移動スライダー３４の表面に固定
されたベースブラケット３５と、ドライバビット３１に
ネジ締め付けのためのトルク回転運動とビット昇降運動
とを付与するための、ベースブラケット３５に対してエ
アレギュレータで制御されるエアシリンダ３６とドライ
バ駆動用エアモータ３７と、該エアモータ３７の出力軸
に設けたドライバ用チャック３８と、該チャック３８に
保持した永久磁石からなるドライバビット３１とから構
成されている。

【００２３】またドライバユニット３の前記ベースブラ
ケット３５には、ドライバビット３１のビット先端部の
ネジ吸着空間部を挟んで、ネジＳの有無をフォトセンサ
（図示省略）でチェックして作業者に報知する報知手段
と、ドライバビット３１の回転振れを防止するための軸
受け、例えばベアリング、耐磨耗性に優れた樹脂又は含
油金属等からなる軸受けを支持するアームと、ネジ締付
けに必要な下降ストロークを確保する締付け確認センサ
ー６及びドライバビット３１の上昇に伴うワークＷの食
い付きを押えるワーク押え７を具備している。

【００２４】前記締付け確認センサー６は、ワークＷに
対するネジ姿勢が狂って回転負荷が増大し、ドライバビ
ット３１が下降しきらない状態で逆回転して上昇するこ
とを防止するものであって、ドライバビット３１と一緒
に下降して、先端がワークＷ又はこれと一体の部材面に
当接して押し込まれ、近接スイッチを作動させる位置
が、ドライバビット３１のネジ締付け完了の下降位置と
なるようにしたノック式棒状構成であり、また前記ワー
ク押え７は、ドライバビット３１の上昇に伴うワークＷ
の食い付きを押えるものであって、ドライバビット３１
と一緒にワークＷの押え位置高さに応じた位置まで下降
してワークＷを弾力的に押え、ドライバビット３１の上
昇よりも僅かに遅れて上昇するようにベースブラケット
３５に装備したものである。

【００２５】またネジ捕捉移動部を構成するドライバユ
ニット駆動手段４は、二本の支柱４４に上下位置設定自
在に固定した梁状部材４１に、制御モータにより制御さ
れて正逆回転駆動力を伝達する駆動軸４５を介して回転
する螺旋軸４２と水平スライドを円滑にするガイド軸４
３とが上下に架設されており、前記ベースブラケット３
５に設けたナット３２に螺旋軸４２を螺合させ、ガイド
部材３３にガイド軸４３を貫通させて、ドライバユニッ
ト３と結合されており、ネジ供給ユニット１からのネジ
Ｓを、吸着する位置から次に説明するワーク供給ユニッ
ト５のネジ締め位置までの長短異なる水平ストロークを
往復制御するように構成されている。

【００２６】ワーク供給ユニット５は、垂直軸周りに間
欠回転するようにしたテーブル５１の縁部に、カセット
デッキの部品であるモータＭとこれに固定するためのブ
ラケットＢとをそれぞれのネジ孔とネジ挿入孔とが一致
するようにセットするホルダ５２の複数個が固定されて
おり、作業者によってホルダ５２にモータＭとブラケッ
トＢ（図５参照）とを順次セットするようになってい
る。

【００２７】上記説明した組立てライン用ネジ締めシス
テムの各構成部分相互の関係は、それぞれの構成説明部
分においても説明している通り、ネジ供給ユニット１か
ら供給されたネジＳを、前記ネジ浮上ユニット２とドラ
イバビット３１の回転と磁力による吸着及び押付けの協
働によって、ネジＳの頭の溝とビット先端とを嵌合させ
た正常姿勢でドライバビット３１にネジＳを吸着保持さ
せ、これを吸着させたままドライバビット３１をワーク
Ｗのネジ締め位置の直上までを移動させた後、ドライバ
ビット３１にトルク回転駆動を付与しながら下降させ
て、供給されたワークＷに一定の回転力でネジ締めする
一連の作業を、同一のワークＷの二本のネジ固定部分に
対応して繰り返す制御設定のもとに連繋させて結合して
いる。

【００２８】上記実施例においては、ドライバビット３
１を永久磁石とした場合について説明したが、ドライバ
ビット３１として磁化可能部材を使用し、これを励磁、
消磁するための電磁コイルに貫通させて制御するように
すれば、市販の磁性部材からなるドライバビット３１の
使用を可能となり、また常に一定の磁力を確保してネジ
Ｓの吸着を確実とすることができ、不良率が極めて低い
組立てライン用ネジ締めシステムとすることができるこ
とは言うまでもない。

【００２９】またワーク供給ユニット５として、垂直軸
周りに間欠回転するようにしたテーブル５１の縁部に設
けたホルダ５２にワークＷをセットする事例で説明した
が、流体シリンダーによって制御されるホルダにセット
したワークＷをドライバビット３１の直下へ出没するよ
うにしてもよく、またエンドレスコンベアを使用し、ネ
ジ締め時に流体シリンダーによって制御される支持台を
ホルダー下に出没させるようにした構成としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る組立てライン用ネジ締めシステ
ムの実施例を示す正面構成略図。

【図２】 同平面構成略図。

【図３】 ネジ供給ユニット１とネジ浮上ユニット２か
らなるネジ供給部の構成略図。

【図４】 ネジ保持スライダブロック１３のネジ保持孔
１４へのエア供給説明図。

【図５】 カセットデッキの部品であるモータとこれに
ネジ固定するにブラケットの斜視図。

【符号の説明】

１ ネジ供給ユニット １１ 半透明容器 Ｓ ネジ １２ 傾斜通路 １３ ネジ保持スライダブロック １４ ネジ保持孔 １５ 通気孔 １６ エア供給口 ２ ネジ浮上ユニット ２１ 圧力エア供給源 ２２ フレキシブル管 ２３ 制御弁 ３ ドライバユニット ３１ ドライバビット ３２ ナット ３３ ガイド部材 ３４ 水平移動スライダー ３５ ベースブラケット ３６ エアシリンダ ３７ ドライバ駆動用エアモータ ３８ ドライバ用チャック ４ ドライバユニット駆動手段 ４１ 梁状部材 ４２ 螺旋軸 ４３ ガイド軸 ４４ 支柱 ４５ 駆動軸 ５ ワーク供給ユニット ５１ テーブル ５２ ホルダ ６ 締付け確認センサー ７ ワーク押え Ｗ ワーク Ｍ モータ Ｂ ブラケット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23P 19/06

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性材料からなるネジＳを、底部に通気
   孔１５を設けたネジ保持スライダブロック１３のネジ保
   持孔１４にネジＳの頭を上とした正常姿勢として供給す
   るようにしたネジ供給ユニット１と、 該ネジ供給ユニット１から供給されたネジＳを、後記ド
   ライバユニット３のドライバビット３１の先端に吸着保
   持させる位置において、エア圧によりネジ保持孔１５に
   支持されて垂直上方へ僅かに浮上させるネジ浮上ユニッ
   ト２と、 永久磁石又は励磁制御により磁化するようにした素材か
   らなり、前記浮上したネジＳの頭をドライバビット３１
   に付与される回転と磁力による吸着及び押付けとの協働
   で、軸線が鉛直となるネジの正常姿勢状態でビット先端
   を頭の溝に嵌合させてネジＳを保持したドライバビット
   ３１を、ネジ締付け作業領域となるワークＷのネジ締め
   位置であって、ドライバビット３１の直下のワークＷの
   ネジ締め位置と一致する位置までドライバユニット駆動
   手段４で移動させ、ネジ締付け作業領域において該ドラ
   イバビット３１にネジ締め付けのためのトルク回転運動
   とビット昇降運動とを付与するようにしたドライバユニ
   ット３と、 ネジ締付け作業領域におけるドライバビット３１の昇降
   運動に同調する間欠運動により、ネジ止めされるワーク
   Ｗのネジ止め位置がドライバビット３１の直下に位置す
   るようにワークＷを順次移動させるワーク供給ユニット
   ５と、 から構成したことを特徴とする組立てライン用ネジ締め
   システム。
2. 【請求項２】 ネジ供給ユニット１から供給されたネジ
   Ｓをエア圧により垂直上方へ僅かに浮上させるネジ浮上
   ユニット２の手段は、供給されたネジＳを保持する保持
   部の一部と一体的に連結配管したエア供給管により行う
   構成である請求項１記載の組立てライン用ネジ締めシス
   テム。
3. 【請求項３】 ネジ供給ユニット１から供給されたネジ
   Ｓをエア圧により垂直上方へ僅かに浮上させるネジ浮上
   ユニット２の手段が、ネジＳをドライバビット３１の先
   端に吸着保持させる位置の直下の定位置に配管開口させ
   たエア供給口１６から、ネジ保持孔１４の通気孔１５を
   通して行う構成である請求項１記載の組立てライン用ネ
   ジ締めシステム。
4. 【請求項４】 ワーク供給ユニット５が、垂直軸周りに
   間欠回転するようにしたテーブルの縁部に、ネジ締め固
   定する部品相互をセットするためのホルダの複数個を固
   定し、作業者によってホルダに部品相互を順次セットす
   るようにした構成である請求項１記載の組立てライン用
   ネジ締めシステム。
5. 【請求項５】 ドライバビット３１と一緒に昇降しドラ
   イバビット３１のネジ締付けに必要な下降ストロークを
   確保する締付け確認センサー６及びドライバビット３１
   の上昇に伴うワークの食い付きを押えるワーク押え７を
   具備した請求項１記載の組立てライン用ネジ締めシステ
   ム。