JP6998750B2 - ネジ回し装置、及び、ネジを搬送して締め付ける方法 - Google Patents

Description

本発明は、主として、ネジ回し装置に関する。

従来から、例えば工場の製造ラインにおいて、ネジを、締付け作業を行う所望の位置まで搬送し、搬送先の位置でネジの締付けを行う工程が多く見られる。

このような工程を１台のロボットを用いて行う場合、一般的には、ロボットの手先にグリッパを取り付けて当該グリッパによりネジを所定の位置まで搬送した後、グリッパに代えてネジ回しをロボットの手先に取り付けて、当該ネジ回しによってネジを締め付けることが考えられる。しかしながら、その場合、ロボットの手先のツールを交換する必要があり、ネジを所望の場所に搬送してねじ込む作業を連続的に行えないという問題があった。

そこで、ロボットの手先に取り付けたグリッパのみで、ネジの搬送及び締付け作業の両方を行うことが考えられる。しかしながら、その場合、締付けの際のネジの保持力（グリップ力）を十分に確保することができずネジが空転してしまうという問題があった。

そこで、特許文献１に記載のようなネジ回しツール（螺子部材締付け装置）を用いて、ネジを所望の場所まで搬送してねじ込む作業を行うことが考えられる。特許文献１に記載の螺子部材締付け装置は、ドライバのビット先端にネジを保持するための磁石を備えており、ビット先端にネジを保持して締付け作業を行える、としている。しかしながら、特許文献１の構成では、ネジの材質が非磁性体（例えば、樹脂、アルミニウム）の場合には対応できず、汎用性が低かった。

或いは、特許文献２又は３に記載のようなネジ回しツール（ドライバー用ネジ保持具等）を用いて、ネジを保持して搬送することが考えられる。これらの特許文献に記載のドライバ用ネジ保持具は、ドライバの先端の保持部に弾性体を備えており、この弾性体を変形させてネジの頭を掴む、としている。しかしながら、特許文献２又は３の構成では、ネジの保持／保持解除を切り換えるために機械的な動作が必要になるため、いったん保持すると保持の解除のために人手の介入が必要となり、搬送と締付け作業とを連続して高速で行うことはできなかった。

或いは、特許文献４のようなネジ吸着保持ツール（動力式ドライバーのネジ吸着保持装置）を用いて、ネジを吸着することにより保持して搬送することが考えられる。特許文献４に記載のネジ吸着保持装置は、ネジの頭部全体を覆う吸引保持筒を備えており、当該吸引保持筒内を負圧にすることによって、ネジの頭部を吸着して保持できる、としている。しかしながら、特許文献４に開示される構成では、ネジの頭部の全体（全周）を包み込むように吸引保持筒を配置する必要があるので、吸着保持ツールが大型化してしまう、という問題があった。また、それ故に、例えばネジが狭い間隔で並んでいるパレット上からネジを取り出すときや、他のワークピース等が近くに存在し混み合っている場所にネジをねじ込むとき等のような、狭い環境での作業に対応できなかった。また、ツールとワークが干渉してワークを傷つけるおそれがあった。更に言えば、特許文献４に開示される構成では、吸引保持筒内を負圧にしてネジの頭部を吸着するときに、ネジ頭の回転位相は考慮されていないので、その後の工程でドライバービットの位相とネジ頭の位相とを合わせる作業を行う必要があり、ネジを所望の場所に搬送してねじ込む作業を連続的に高速で行えるようにするためには、改善の余地があった。

特開２００４－１４２０７１号公報 特開２００３－１５９６６３号公報 特開２０１４－２３３８１０号公報 特開平１０－１５６７４１号公報

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、ネジを所望の場所に搬送してねじ込む作業を連続的に高速で行えるようにすることにある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、以下の構成のネジ回し装置が提供される。即ち、このネジ回し装置は、本体と、ネジ回しツールと、を備える。前記本体は、トルクを生成可能な動力源と、負圧供給口と、を備える。前記ネジ回しツールは、前記本体に取り付けられる。前記ネジ回しツールは、軸体と、接触部材と、を備える。前記軸体は、ネジのネジ頭部に形成された凹部に対応した形状の先端部を有するとともに、前記トルクによって回転する。前記接触部材は、前記ネジ頭部の頂面に接触することで、閉鎖された空間を形成可能である。前記軸体の先端部には、空気を吸引する吸引口が開口される。前記吸引口は、前記接触部材によって形成された空間の空気を吸引可能に構成される。前記軸体の内部には、前記吸引口から吸引された空気を前記負圧供給口に向かって通過させる流路が形成される。前記接触部材は、前記軸体に貫通され、前記軸体の外周面に気密を保って固定されている。前記軸体において、前記接触部材よりも前記先端部側及び前記先端部から遠い側は外部に露出している。前記ネジ頭部によって前記軸体が相対的に押し込まれた場合に、前記軸体を押し戻す付勢力を作用させる付勢部材を備える。前記軸体が相対的に押し込まれた場合に、前記接触部材も前記軸体と一体的に押し込まれる。

これにより、吸引口から負圧供給口に向かう吸引流を軸体の先端部に発生させることで、ネジ頭部の凹部に軸体の先端部を差し込んだ状態で、ネジ回しツールによってネジを保持することができる。これにより、ネジを保持して所望の場所に搬送してねじ込む一連の作業をツールの交換なしで行うことができ、作業の高速化を実現することができる。また、吸引口が軸体の先端部に形成されるとともに、当該吸引口で吸引された空気が軸体の内部を通過して負圧供給口に流れるので、コンパクトな構成を実現でき、狭い場所でもネジ回しを容易に行うことができる。

本発明によれば、ネジを所望の場所に搬送してねじ込む作業を連続的に高速で行うことができる。

本発明の一実施形態に係るネジ回しツールが取り付けられるロボットの全体的な構成を示す模式図。 ネジ回しツール及びそれとロボット本体との接続部分の拡大部分断面図であり、ネジを保持するためにネジ回しツールの先端部をネジ頭部に近づけたときの様子を示す図。 ネジ回しツールの先端部にネジを保持しているときの様子を示す図。 ネジ回しツールに備えられる吸着パッドの変形例を示す図。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るネジ回しツール１０が取り付けられるロボット１の全体的な構成を示す模式図である。図２は、ネジ回しツール１０及びそれとロボット本体２との接続部分の拡大部分断面図であり、ネジ７を保持するためにネジ回しツール１０の先端部１１ｔをネジ頭部の凹部７ａに近づけたときの様子を示す図である。

図１に示すロボット１は、本実施形態に係るネジ回しツール１０がツールとして取り付けられることで、ネジ回し装置として機能する。ロボット１は、例えば輸送機械や電気機器等の工業製品を製造する工場の製造ラインにおいて、未完成のワークＷを上流側から下流側に向かって搬送する搬送装置の側に移動可能に設置される。本実施形態のロボット１は、パレット６上等の所定の場所から取ってきたネジ７をワークＷ上の所望の場所に搬送してねじ込む作業を行う。

ロボット１は、ロボット本体（本体）２と、ロボットコントローラ（制御部）４と、マスタ側カプラ８と、を主として備える。

ロボット本体２は、複数の関節２１，２１，・・・及びアーム２９，２９を有する多関節アーム状に構成される。各関節２１にはアクチュエータが備えられる。これらのアクチュエータが、ロボットコントローラ４からの指令信号に応じて適宜に駆動されることにより、各アーム２９が所望の速度で所望の角度だけ回動するようになっている。

ロボットコントローラ４は、コンピュータとして構成されており、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備える。また、前記ＲＯＭには、ロボット本体２を制御データに基づいて動作させるための適宜の動作プログラムが記憶（格納）されている。このソフトウェアとハードウェアとの協働により、ロボットコントローラ４を、ロボット本体２の各アーム２９や当該ロボット本体２の先端部に取り付けられるエンドエフェクタとしてのネジ回しツール１０を適宜に動作させ、予め定められた作業をロボット本体２に行わせるための指令信号を送る指令部として機能させることが可能となっている。

ロボット本体２の先端部（手首）には、トルクを生成可能な電動モータ（動力源）２２が搭載される。電動モータ２２の出力軸は、ロボット本体２の手首から先端側（エンドエフェクタ側）に突出している。この電動モータ２２には、電源５からの電力がケーブルを介して供給される。このケーブルは、ロボット本体２の多関節アームに沿って配線される。このような構成により、電動モータ２２に電力が供給されて、エンドエフェクタに伝達されるトルク（回転力）が生成されるようになっている。電動モータ２２は、ロボットコントローラ４からの指令信号に応じて適宜に駆動される。

電動モータ２２の出力軸には、マスタ側カプラ８が、この出力軸と一体的に回転するように取り付けられる。言い換えれば、マスタ側カプラ８は、電動モータ２２の出力軸に対して相対回転不能に取り付けられる。マスタ側カプラ８には、エンドエフェクタの先端部に発生させた吸引流をロボット本体２側へと流すための流路の一部をなす流路８ａが形成される（図２を参照）。この流路８ａの吸引流が流れる方向の下流側の端部には、負圧供給口８ｂが形成される。負圧供給口８ｂには、エンドエフェクタの先端部からの吸引流をロボット本体２側へと流すための流路の一部をなすエアチューブ２３の一端部が接続される。エアチューブ２３は、前記のケーブルと同様に、ロボット本体２の多関節アームに沿って配索される。エアチューブ２３の他端部は、ロボット本体２に搭載される負圧発生器２４に接続される（図１を参照）。

本実施形態の負圧発生器２４は、真空エジェクタにより構成される。工場内の圧縮空気源（コンプレッサ）３１からロボット１（ロボット本体２）に分配された圧縮空気が、負圧発生器２４に供給されることにより、当該負圧発生器２４内で負圧が発生される。これによりエンドエフェクタの先端部に吸引流を発生させ、これを負圧発生器２４の方へと流すことが可能である。言い換えれば、負圧発生器２４で負圧を発生させることにより、エンドエフェクタの先端部から空気を取り込んで負圧供給口８ｂを経由させて負圧発生器２４の方へと流すことが可能である。更に別の言い方をすれば、負圧発生器２４で発生させた負圧を、負圧供給口８ｂを介してエンドエフェクタの先端部に供給することが可能である。

マスタ側カプラ８には、このマスタ側カプラ８と対をなすツール側カプラ９が相対回転不能に接続される。ツール側カプラ９には、エンドエフェクタの先端部に発生させた吸引流をロボット本体２側へと流すための流路の一部をなす流路９ａが形成される（図２を参照）。ツール側カプラ９をマスタ側カプラ８に対して取り付けることにより、前記の流路８ａと流路９ａとが接続される。

ツール側カプラ９の、マスタ側カプラ８に接続される側とは反対側の端面には、ネジ回しツール１０をツール側カプラ９に対して固定するための固定部材１９が取り付けられる。固定部材１９は、例えばボルト等の締結具を用いてツール側カプラ９の端面に固定される。本実施形態の固定部材１９は、短い多角柱状（本実施形態では、正８角柱状）に構成され、その中心軸が電動モータ２２の出力軸の軸線上に配置されるように取り付けられる。

固定部材１９の内部には、エンドエフェクタ（本実施形態では、ネジ回しツール１０）の先端部に発生させた吸引流をロボット本体２側（負圧発生器２４側）へと流すための流路の一部をなす流路１９ａが形成される。この流路１９ａと、前記の流路９ａとは、エアチューブ１８を介して接続される。流路１９ａの一端部（ツール側の端部）は、固定部材１９の端面の中心部に開口している。

ロボット本体２の手先には、ネジ回しツール１０がエンドエフェクタとして取り付けられる。具体的には、ネジ回しツール１０は、固定部材１９に固定されることにより、ツール側カプラ９及びマスタ側カプラ８を介して、ロボット本体２の多関節アームの先端部に取り付けられる。

以下では、ネジ回しツール１０の詳細な構成について説明する。ネジ回しツール１０は、軸体１１と、吸着パッド（接触部材）１２と、を主として備える。

軸体１１は、細長い軸状の部材である。軸体１１は、固定部材１９の、ツール側カプラ９に接続される側とは反対側の端面の中心部に固定される。軸体１１は、電動モータ２２の出力軸とその軸線を一致させた状態で設けられる。軸体１１は、電動モータ２２の出力軸から付与されたトルクによって、マスタ側カプラ８、ツール側カプラ９、及び固定部材１９と一体となって回転する。

軸体１１の先端部を当該軸体１１の軸線方向で見たときの形状は、ネジ回しツール１０によって搬送・締付けが行われる対象のネジ７の頭部（ネジ頭部）に形成された凹部７ａに対応した形状となっている。具体的には、本実施形態では、当該凹部７ａが正６角形の穴として形成されており、軸体１１の先端部は正６角柱状の形状に形成される。このように、軸体１１の先端部は、搬送・締付け対象のネジ７のネジ頭部と合致した形状を有しているので、ネジ７と回転位相が互いに一致していれば、当該ネジ頭部に形成された凹部７ａに嵌まることができる。

後に詳述するように、ネジ回しツール１０の軸体１１の先端部１１ｔは、ネジ７の搬送・締付けを行うときに、当該ネジ７のネジ頭部の凹部７ａに、互いの回転位相を合わせた状態で差し込まれる。

本実施形態では、軸体１１の先端部１１ｔには、外部から空気を吸引するための第１吸引口（吸引口）１１ａ及び第２吸引口１１ｂが形成される。詳細には、本実施形態の第１吸引口１１ａは、軸体１１の先端部１１ｔの端面（先端面）に円形状に形成（開口）される。本実施形態の第２吸引口１１ｂは、軸体１１の先端部１１ｔの外周面に円形状に形成（開口）される（図２を参照）。第２吸引口１１ｂは、後述する吸着パッド１２の空洞（内部空間）に開放されている。

また、軸体１１の内部には、第１吸引口１１ａ及び第２吸引口１１ｂから吸引された空気を、負圧供給口８ｂに向かって、ひいては負圧発生器２４に向かって通過させるための流路１１ｃが形成される。本実施形態の流路１１ｃは、軸体１１の軸線に平行に延びるように、直線状に形成される。第１吸引口１１ａは、流路１１ｃを経由して、流路１９ａの前記の一端部に接続される。第２吸引口１１ｂは、分岐路１１ｄと流路１１ｃとを経由して、流路１９ａの前記の一端部に接続される。この分岐路１１ｄは、当該第２吸引口１１ｂと、流路１１ｃの中途部と、を接続する直線状の流路である。

吸着パッド１２は、弾性変形可能なゴム等の材料からなり、その先端側の半部がテーパ状に広がる形状（末広がりの形状）を有する。吸着パッド１２は、軸体１１の先端部１１ｔの近傍に、当該軸体１１に貫通された状態で設けられる。吸着パッド１２の上端部は、軸体１１との間に隙間が生じないように、当該軸体１１の外周面に気密を保って固定されている。吸着パッド１２の内部は、空洞となっている。吸着パッド１２の先端部側の縁部１２ａ（上記のテーパの底に相当する縁部）から、軸体１１の先端面（第１吸引口１１ａが開口されている端面）までの、軸線方向の距離Ｌ１は、ネジ７のネジ頭部に形成された凹部７ａ（６角穴）の深さＬ２に概ね一致するか、それより短くなるように配置されている（Ｌ１≦Ｌ２）。

また、本実施形態では、構成の小型化を実現するため、吸着パッド１２の上記のテーパの底（縁部１２ａ）の外径Ｄ１は、搬送・締付け対象のネジ７の（ネジ頭部の）頂面の外径Ｄ２と同じか、それよりも小さくなるように設定されている（Ｄ１≦Ｄ２）。ただし、吸着パッド１２の外径Ｄ１をネジ頭部の頂面の外径Ｄ２より大きく構成してもよい（Ｄ１＞Ｄ２）。

本実施形態のネジ回しツール１０では、負圧発生器２４の駆動及び停止を切り換えることにより、及び、吸引口１１ａ，１１ｂから負圧発生器２４までの吸引流の流路のうち負圧発生器２４の近傍に設けられるバルブ２５の開閉を切り換えることにより、負圧供給口８ｂに対する負圧の供給の有無を切換可能になっている。負圧供給口８ｂに対する負圧の供給の有無を切り換えることにより、必要なときだけ、第１吸引口１１ａ及び第２吸引口１１ｂに吸引流を発生させることができる。なお、負圧発生器２４は、ロボットコントローラ４からの指令信号に応じて適宜に駆動又は停止されるようになっている。また、バルブ２５の開閉も、ロボットコントローラ４からの指令信号に応じて適宜に制御されるようになっている。具体的には、本実施形態では、負圧発生器２４が駆動され、かつ、バルブ２５が開かれている間に限り、吸引口１１ａ，１１ｂに吸引流が生じるようになっている。

また、本実施形態のロボット本体２では、負圧発生器２４が停止されており、かつ、バルブ２５が閉じられている間は、圧縮空気源３１からの圧縮空気を負圧供給口８ｂに供給することもできるようになっている。負圧供給口８ｂに対する圧縮空気の供給の有無を切り換えることにより、必要なときだけ、第１吸引口１１ａ及び第２吸引口１１ｂから外部へ向かって圧縮空気を吹き出すことができる。圧縮空気源３１から負圧供給口８ｂへの圧縮空気の供給の有無も、ロボットコントローラ４からの指令信号に応じてバルブ３２（図１を参照）が適宜に開閉されることにより制御されるようになっている。具体的には、本実施形態では、バルブ３２が開かれている間に限り、吸引口１１ａ，１１ｂに圧縮空気を供給できるようになっている。

なお、図示はしていないが、本実施形態のロボット本体２の先端部（手首）には、ネジ回しツール１０の軸体１１をその先端部側へと付勢する付勢部材を備える。

また、本実施形態では、吸引口１１ａ，１１ｂ、流路１１ｃ、流路１９ａ、流路９ａ、流路８ａ、負圧供給口８ｂ、エアチューブ２３、及び負圧発生器２４の順に吸引流が流れるようにひと続きの流路が形成されるが、この吸引流の流路の中途部には、当該流路内の吸引流を検出する流量計２６が設けられている（図１を参照）。流量計２６の検出結果は、ロボットコントローラ４に入力される。ロボットコントローラ４は、流量計２６の検出結果に基づいて、ネジ回しツール１０の先端部にネジ７が保持されているか否かを判断し、その後のロボット１の動作を適宜制御する。

更に、本実施形態では、吸引口１１ａ，１１ｂから負圧発生器２４までの吸引流の流路の中途部に、当該流路内の圧力を検出する圧力センサ２７が設けられている。圧力センサ２７の検出結果は、ロボットコントローラ４に入力される。ロボットコントローラ４は、圧力センサ２７の検出結果に基づいて、ネジ回しツール１０の先端部にネジ７が保持されているか否かを判断し、その後のロボット１の動作を適宜制御する。

なお、本実施形態においてマスタ側カプラ８及びツール側カプラ９は互いに着脱可能に構成されており、図示はしていないが、マスタ側カプラ８には、上述のネジ回しツール１０を（固定部材１９を介して）固定したツール側カプラ９に代えて、他のツールを固定したツール側カプラを装着することもできるようになっている。ロボット本体２は、所望のツール側カプラ（選択された１のツール側カプラ）をマスタ側カプラ８に対して結合したり取り外したりする動作を、ロボットコントローラ４からの指令信号に応じて自動で行えるようになっている。なお、上記の「他のツール」には、グリッパ、溶接ツール、バリ取りツール等の、公知の様々なツールが含まれる。また、上述したネジ７とはサイズ・種類が異なるネジをネジ回しするためのツール（異なるネジ用のネジ回しツール）も、上記の「他のツール」に含まれる。

以下では、ロボット１によりネジ７をパレット６上から取り出して搬送して、ワークＷのネジ孔Ｈに締め付けるときの当該ロボット１の一連の動作について、図１から図３までを参照して詳細に説明する。図３は、ネジ回しツール１０の先端部１１ｔにネジ７を保持しているときの様子を示す図である。

初めに、ロボット１は、負圧供給口８ｂに負圧を供給することによりネジ回しツール１０の軸体１１の吸引口１１ａ，１１ｂに吸引流を発生させながら、かつ、電動モータ２２からのトルクを付与することにより軸体１１を断続的又は連続的に（望ましくは低速で）回転させながら、軸体１１の先端部１１ｔを搬送・締付け対象のネジ７のネジ頭部に近づける（図２を参照）。これにより、ネジ７の頭部に形成された凹部７ａ（本実施形態では、６角穴）の回転位相と、軸体１１の先端部１１ｔの回転位相と、を合わせた状態で、凹部７ａに先端部１１ｔを差し込むことができる。

なお、軸体１１の先端部１１ｔを凹部７ａに差し込み始めるときに互いに回転位相が一致しない場合は、ネジ７の頭部の頂面に先端部１１ｔが当たり、ロボット１が軸体１１をネジ７に押し付けるときに発生する反力で軸体１１が相対的に押し戻されることになる。しかしながら、この軸体１１の押戻しは、ロボット１が備える上述の付勢部材によって吸収することができる。この結果、ロボット１やネジ回しツール１０の破損が防止される。軸体１１は回転しているので、やがて先端部１１ｔと凹部７ａとの回転位相が一致し、当該凹部７ａに先端部１１ｔが差し込まれることになる。

軸体１１の先端部１１ｔの端面と、ネジ７の凹部７ａの底面と、を接触させた状態にしたとき、これらの接触位置よりも距離Ｌ２（Ｌ１）だけネジ頭部側の位置で、ネジ７の頭部の頂面と、吸着パッド１２の縁部１２ａと、が接触する。

この状態で、負圧供給口８ｂに負圧を供給し続けてネジ回しツール１０の軸体１１の吸引口１１ａに吸引流を発生させ続けることにより、ネジ７の頭部の凹部７ａの底面が、吸引力により軸体１１の先端部１１ｔの端面にはりついた状態となり、軸体１１の先端部１１ｔの端面に、ネジ７の頭部の凹部７ａの底面が、殆ど隙間のない状態で保持（捕捉）される。これと同時に、流路１１ｃの中途部から分岐する分岐路１１ｄにも吸引流が流れ、吸着パッド１２の空洞内の空気が第２吸引口１１ｂから分岐路１１ｄ内に吸い込まれる。これにより、吸着パッド１２とネジ７の頂面とによって形成された閉鎖空間の空気が吸引されて当該空間が負圧になり、吸着パッド１２が大気圧により弾性変形して押しつぶされた状態となって、ネジ７の頂面と吸着パッド１２とが互いに強く押し付けられる。こうして、ネジ７がネジ回しツール１０の先端部１１ｔに安定的に保持される。

このようにネジ７を保持した状態で、ロボット本体２の多関節アームが動作されることにより、ネジ７がワークＷのネジ孔Ｈのすぐ上方の位置（締付け作業を行う位置のすぐ上方）まで搬送される。なお、ネジ７を搬送している間は、ネジ７がネジ回しツール１０の先端部から脱落しないように、吸引口１１ａ，１１ｂに吸引流を発生させている状態が維持される。ただし、閉鎖空間の負圧が実質的に維持されてネジ７が脱落しないのであれば、搬送中に吸引流を発生させなくても良い。

ネジ７を搬送する途中、又は搬送前後の適宜のタイミングで、流量計２６の検出結果が確認される。具体的には、流量計２６が設けられる流路内の吸引流の流量が閾値以下であるか否かがロボットコントローラ４により判断される。その結果、流路内の吸引流の流量が閾値以下である場合、ロボット１の手先が正常にネジ７を保持している（保持に成功した）と考えられるので、ロボットコントローラ４は、電動モータ２２の駆動を停止するとともに、次の締付け作業に移行するための制御を行う。一方、吸引流の流量が閾値を上回る場合、ロボット１の手先が何らかの事情でネジ７を保持していない（保持に失敗した）と考えられるので、ロボットコントローラ４は、次の締付け作業には移行せずに、例えばパレット６上の別のネジ７を取り出すための制御を行う。なお、ロボットコントローラ４は、流量が閾値以下であるか否かを判断する代わりに、圧力センサ２７で検出する圧力が閾値以下であるか否かを判断してもよい。

ロボット１の手先がネジ７を正常に保持していることが確認された場合、ロボット１の手先に保持されたままの状態で、ネジ７が下方に（ネジ孔Ｈの底面に向かって）降ろされる。そして、ネジ７の先端部１１ｔがネジ孔Ｈの上端近傍に至ったところで、電動モータ２２が再び駆動される。これにより軸体１１が回転されて、先端部１１ｔに保持されているネジ７がネジ孔Ｈにねじ込まれる。言い換えれば、ロボットコントローラ４からの指令信号に応じて、軸体１１を回転させるネジ回しの動作がされて、当該軸体１１の先端部に捕捉されているネジ７がネジ孔Ｈにねじ込まれる。これにより、例えばワークＷを構成する部品同士が締付け固定される。

ロボット１は、ネジ７の締付け作業の途中の適宜のタイミングで、負圧供給口８ｂへの負圧の供給を停止して、それまで吸引口１１ａ，１１ｂに発生させていた吸引流を停止させる。これにより、ネジ７がロボット１の手先に保持（捕捉）されている状態を解除することができ、ロボット１に次の作業を行わせることができる。このとき、バルブ２５を開いて圧縮空気を吸引口１１ａ，１１ｂに供給することにより、当該吸引口１１ａ，１１ｂから圧縮空気を噴出して、先端部１１ｔをネジ７の頭部の凹部７ａから確実に離脱させるようにすることもできる。

このように、本実施形態のネジ回しツール１０を取り付けたロボット１では、途中でその手先に取り付けているツールを交換することなく、ネジ７の搬送と締付け作業とを連続的に行うことができる。よって、作業の効率化・高速化を図ることができる。

また、軸体１１の先端部１１ｔの吸引口１１ａ，１１ｂに発生させる吸引流を適宜の大きさ（流速）に設定することにより、搬送中に軸体１１の先端部１１ｔに保持しているネジ７を落としてしまうことを確実に防止することができる。

また、上述したように、従来のようにグリッパでネジ７を締め付ける構成とした場合にはグリップ力不足でネジ７が空転してしまうという問題がある。この点、本実施形態では、軸体１１の先端部１１ｔをネジ７の頭部の凹部７ａに差し込んで保持する構成をとっているので、このような問題は生じない。

また、本実施形態のネジ回しツール１０では、磁力を用いてネジ７を捕捉するのではなく、吸引流を用いてネジ７を捕捉（吸着）するので、ネジ７が非磁性体の材料からなる場合にも対応することができる。よって、汎用性が高く、様々な場合に用いることができる。

また、本実施形態のネジ回しツール１０を備えるロボット１では、吸引口１１ａ，１１ｂに吸引流を発生させている状態と、吸引流を停止した状態と、（必要な場合には、更に、吸引口１１ａ，１１ｂから圧縮空気を噴出させている状態と、）を切り換えることにより、いったんネジ回しツール１０の先端部１１ｔに保持したネジ７を人手で取り外さなくても、ネジ７が不要となったときに自動で保持状態を解除することができる。

また、本実施形態のネジ回しツール１０では、ネジ７の頭部の全体（全周）を取り囲むように吸着パッド１２等を配置しなくてもよいため、狭隘な環境でもネジ回しを行うことができる。即ち、ネジ回しツール１０の先端部１１ｔをネジ７の頂面側の小さなエリアにアクセスすれば、当該ネジ７を保持可能であるので、ネジ７，７，・・・が狭い間隔で並んでいるパレット６上からネジ７を取り出すとき等のように、狭い場所でも作業を行うことができる。また、所定の場所から取り出してきて所望の場所まで搬送したネジ７をワークＷのネジ孔Ｈにねじ込む場合においても、ネジ回しツール１０がネジ孔Ｈの周囲の外部環境（例えば、組付母体や他の組付済みのワークピース）に干渉しにくく、外部環境を傷付けてしまうことを防止することができる。

また、ネジ７を取り出すときにネジ頭部の凹部（６角穴）７ａがどのような回転位相であっても、軸体１１の先端部１１ｔの位相と合わせた状態で当該先端部１１ｔを凹部７ａに嵌め込み、ネジ７を捕捉できるので、後の工程でネジ回しの位相とネジ頭の位相とを合わせる作業が不要となる。よって、ネジ７の搬送・締付け作業を連続的に高速で行うことが可能となる。

また、本実施形態のネジ回しツール１０は、部品点数が少なく簡素な構成であるため、低コストで製造できる上に、壊れにくいという利点を有する。

以上に説明したように、本実施形態のネジ回しツール１０は、トルクを生成可能な電動モータ（動力源）２２と、負圧供給口８ｂと、を備えるロボット本体（本体）２に取り付けられる。このネジ回しツール１０は、ネジ７のネジ頭部に形成された凹部（本実施形態では、６角穴）７ａに対応した形状の先端部１１ｔを有するとともに、前記トルクによって回転する軸体１１を備える。軸体１１の先端部１１ｔには、空気を吸引する第１吸引口（吸引口）１１ａが開口される。軸体１１の内部には、第１吸引口１１ａから吸引された空気を負圧供給口８ｂに向かって通過させる流路１１ｃが形成される。

これにより、第１吸引口１１ａから負圧供給口８ｂに向かう吸引流（図２及び図３の直線状の矢印を参照）を軸体１１の先端部に発生させることで、ネジ７のネジ頭部の凹部（６角穴）７ａに軸体１１の先端部１１ｔを差し込んだ状態で、ネジ回しツール１０によってネジ７を保持することができる。これにより、ネジ７を保持して所望の場所に搬送してねじ込む一連の作業をツールの交換なしで行うことができ、作業の高速化を実現することができる。また、第１吸引口１１ａが軸体１１の先端部１１ｔに形成されるとともに、当該第１吸引口１１ａで吸引された空気が軸体１１の内部を通過して負圧供給口８ｂに流れるので、コンパクトな構成を実現でき、狭い場所でもネジ回しを容易に行うことができる。

また、本実施形態のネジ回しツール１０においては、ネジ７のネジ頭部の頂面に接触することで、閉鎖された空間を形成可能な吸着パッド（接触部材）１２を備える。

これにより、ネジ頭部の周囲に大きなスペースを確保せずに、ネジ７を保持することができる。

また、本実施形態のネジ回しツール１０において、第２吸引口１１ｂは、吸着パッド１２によって形成された空間の空気を吸引可能に構成されている。

これにより、負圧による吸引力を高めることで、ネジ７を確実に保持することができる。

また、本実施形態のネジ回しツール１０においては、軸体１１の外周面には、空気を吸引する第２吸引口１１ｂが開口され、当該第２吸引口１１ｂから吸引された空気は、軸体１１の内部（本実施形態では、分岐路１１ｄ及び流路１１ｃ）を通過して負圧供給口８ｂに向かって流れる。

これにより、複数箇所（本実施形態では、吸引口１１ａ，１１ｂ）での吸引により、安定的にネジ７を保持することができる。

また、本実施形態のロボット１は、上記のネジ回しツール１０と、ロボット本体２と、を備える。

これにより、ネジ７の保持、搬送及びネジ回しをツール交換なしの一連の作業として行うことが可能になる。

また、本実施形態のロボット１においては、負圧供給口８ｂに対する負圧の供給の有無を切換可能である。

これにより、ネジ７の保持が不要となった場合には、負圧の供給を停止することにより、軸体１１の先端部１１ｔでの吸引が解除されて、ネジ回しツール１０の先端部１１ｔを自動的にネジ回しツール１０から離すことができる。

また、本実施形態のロボット１においては、負圧供給口に対して圧縮空気を供給可能である。

これにより、吸引口１１ａ，１１ｂから圧縮空気を噴出することにより、ネジ７の保持を強制的に解除することができる。

また、本実施形態のロボット１においては、負圧発生器（負圧源）２４から吸引口１１ａ，１１ｂまでの経路（本実施形態では、エアチューブ２３内の流路）における圧力の検出結果、及び、当該経路における空気流の検出結果に基づいて、ネジ回しツール１０の先端部１１ｔにネジ７が保持されているか否かを判断するロボットコントローラ（制御部）４を備える。

これにより、簡素な構成で、ネジ回しツール１０の先端部１１ｔにネジ７が保持されているか否かを判断することができる。

また、本実施形態のロボット１においては、ネジ７の頭部の頂面によって軸体１１が相対的に押し込まれた場合に、当該軸体１１を押し戻す付勢力を作用させる付勢部材（不図示）を備える。

これにより、軸体１１を凹部７ａに差し込み始めるときに回転位相が一致せず、軸体１１がネジ７の頭部の頂面に接触した場合でも、ロボット１等の破損を防止することができる。

また、本実施形態のロボット１において、電動モータ２２と、負圧供給口８ｂと、を備える本体が、ロボット本体２として構成されている。

これにより、ロボット１において、ネジ７の保持、搬送及びネジ回しを効率良く行うことができる。

また、本実施形態のロボット１においては、ロボット本体２はアーム状に構成される。ネジ回しツール１０はロボット本体２の先端部（手先）に取り付けられている。

これにより、アーム式ロボット１の先端部（手先）にネジ回しツール１０を取り付けて使用することにより、狭い場所での作業を容易に行うことができる。

また、本実施形態では、ネジ回しツール１０を用いてネジ７を搬送して締め付ける方法を開示した。この方法では、吸引口１１ａ，１１ｂに吸引流を発生させながら、かつ、軸体１１を回転させながら、当該軸体１１の先端部１１ｔをネジ７のネジ頭部に近づけることで、このネジ頭部に形成された凹部（６角穴）７ａに先端部１１ｔが嵌まった状態でネジ７を保持する。そして、このネジ７を、締付け作業を行う位置まで搬送する。そして、搬送先の位置で軸体１１を回転させることにより、先端部１１ｔに保持されているネジ７をねじ込む。

これにより、所定の場所（本実施形態では、パレット６）からネジ７を取り出し、別の場所（本実施形態では、ネジ孔Ｈのすぐ上方の位置）に搬送してねじ込む一連の作業を、ツールの交換なしで行うことができる。この結果、ネジ締め作業の高速化を実現することができる。また、ネジ７を取り出すときにネジ頭部の凹部７ａがどのような回転位相であっても、軸体１１の回転と吸引とを同時に行いながら当該軸体１１の先端部１１ｔを凹部７ａに近づけることで、軸体１１の先端部１１ｔが凹部７ａに嵌まった状態で当該ネジ７を確実に保持することができる。これにより、作業の失敗を減らすことができる。

次に、上記実施形態の変形例を説明する。図４は、主としてネジ回しツール１０に備えられる吸着パッドの変形例を示す図である。なお、本変形例の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。

上記の実施形態では、吸着パッド１２は、その先端側の半部がテーパ状に広がる形状を有し、軸体１１の先端部１１ｔよりもロボット本体２側に少し離れた位置に設けられるものとしたが、吸着パッド１２の形状・配置位置はこれに限るものではない。

吸着パッド１２の変形例に係る吸着パッド１２Ａを、図４（ａ）に示している。この吸着パッド１２Ａは、その全体が、先端部１１ｔに近づくにつれて広がるテーパ状の形状を有している。この吸着パッド１２Ａによっても、吸引口１１ａに吸引流を発生させることにより当該吸着パッド１２Ａの内部空間を負圧にして、大気圧との差圧でネジ回しツール１０の先端部にネジ７を捕捉することができる。

吸着パッド１２の他の変形例に係る吸着パッド１２Ｂを、図４（ｂ）に示している。この吸着パッド１２Ｂは軸体１１の先端部１１ｔの端面に、吸引口１１ａを取り囲むように設けられる。これにより、ネジ回しツール１０の先端部とネジ７の凹部７ａの底面との間から空気が漏れにくい状態にして、良好にネジ７を吸着することができる。この構成は、図４（ｂ）に示すように、ネジ頭部を有しない止めネジ等（軸方向の全長に雄ネジが切ってあるネジ）にも有効である。

吸着パッド１２の更に他の変形例に係る吸着パッド１２Ｃを、図４（ｃ）に示している。この吸着パッド１２Ｃは、軸体１１に貫通された状態で先端部１１ｔの近傍に設けられる。この吸着パッド１２Ｃにおいても、吸着パッド１２Ｃと、ネジ７の頂面と、を近接させて吸引口１１ａから空気を吸引したときに、吸着パッド１２Ｃと、ネジ７の頂面と、の間の小さな隙間の空間が負圧となって密着し、良好にネジ７が吸着される。

なお、図示はしていないが、上述した変形例の他に、吸着パッド（接触部材）を、ネジ７の凹部７ａの内壁に接触可能な構成とし、この吸着パッドを凹部７ａの内壁に接触させることで閉鎖された空間を形成するものとしてもよい。

以上に本発明の好適な実施の形態及び変形例を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

上記の実施形態では、ネジ７の頭部の凹部７ａの底面をネジ回しツール１０（軸体１１）の先端部１１ｔに吸着させるための第１吸引口１１ａと、吸着パッド１２の内部の閉鎖空間を負圧にするための第２吸引口１１ｂと、が個別に形成されるものとしたが、これに限るものではない。上記の構成に代えて、例えば、軸体１１の外周面には吸引口（第２吸引口１１ｂに相当するもの）が形成されていないものとして、第１吸引口１１ａから空気を吸引することにより、ネジ７の凹部７ａの底面を軸体１１の先端部１１ｔに吸着させるとともに、吸着パッド１２の内部の閉鎖空間を負圧にするものとしてもよい。言い換えれば、第１吸引口１１ａが第２吸引口１１ｂを兼ねるものとして、第２吸引口１１ｂを省略してもよい。或いは、第２吸引口１１ｂが第１吸引口１１ａを兼ねるものとして、第１吸引口１１ａを省略してもよい。

もっとも、吸着パッド１２を備えること、及び、軸体１１の先端部に形成される吸引口が複数であることは、本発明に必須の事項ではないので、吸着パッド１２を省略し、それに伴い当該吸着パッド１２の内部の閉鎖空間を負圧にするための構成（第２吸引口１１ｂに相当するもの）も省略することとしてもよい。

上記の実施形態では、第１吸引口１１ａから吸引された空気を負圧供給口８ｂに向かって通過させるために軸体１１に形成される流路１１ｃは、軸体１１の軸線と平行となっている。しかしながら、当該流路１１ｃは、軸線と平行な部分を有していなくても良い。例えば、軸体１１の軸線に対して流路１１ｃを斜めに向けて配置することが考えられる。

上記の実施形態では、ロボット１に流量計２６及び圧力センサ２７の両方が設けられているが、このうち何れかを省略してもよい。

上記の実施形態では、電動モータ２２は、ロボット１の軸に備えられるモータとは別に設けられている。しかしながら、電動モータ２２に代えて、ロボット１の関節２１に備えられるモータによってネジ回しツール１０にトルクを付与しても良い。

上記の実施形態では、ネジ回しツール１０に付与するトルクを生成可能な動力源は電動モータ２２であるものとしたが、必ずしもこれに限るものではなく、例えばこれに代えて、空気圧により駆動されるモータとしてもよい。

上記の実施形態では、負圧供給口８ｂに負圧を供給する負圧源は、圧縮空気の流れを負圧に変換する真空エジェクタにより構成されるものとしたが、これに限るものではない。例えばこれに代えて、負圧源をブロア装置等により構成してもよい。

上記の実施形態では、ネジ７のネジ頭部に形成される凹部７ａは６角穴であるものとしたが、その形状は６角柱形状でなくてもよく、公知のあらゆるネジ頭の形状を採用し得る。具体的には、例えば搬送・締付け対象のネジ７の凹部を四角柱形状の窪みとしてもよい。更に言えば、ネジ７の凹部は必ずしも窪み状とは限らず、これに代えて溝状にしてもよい。具体的には、例えばネジ７の凹部をプラス形状の溝、又はマイナス形状の溝とすることも可能である。その場合、溝の先端に第１吸引口１１ａに相当する開口を形成するための十分なスペースが確保できないことが考え得る。しかしながら、このような場合でも、例えば、吸着パッド１２に相当する構成を設けるとともに、当該吸着パッド１２の内部の閉鎖空間を負圧にするための構成（第２吸引口１１ｂに相当するもの）を先端部（溝）の近傍の外周面に設けることとすれば、上記実施形態と同様にネジ７の搬送・締付けを行うことが可能となる。

上記の実施形態では、ネジ頭部を有するネジ７を搬送・締付け対象のネジとして開示したが、これに限るものではなく、図４（ｂ）に示すようなネジ頭部を有しない止めネジ等（軸方向の全長に雄ネジが切ってあるネジ）も、搬送・締付け対象のネジとすることができる。本発明のネジ回しツール１０では、ネジの頂部の周囲に大きなスペースを確保しなくても当該ネジを保持できるので、止めネジのようなネジにおいても、その全長がネジ孔に埋め込まれるまで（最後まで）ネジを締め付けることが可能である。

上記の実施形態では、ネジ回しツール１０はロボット本体２の手先に取り付けられるものとしたが、必ずしもこれに限らず、例えばこれに代えて、人間が持って使う電動工具の本体（工具本体）に着脱可能なツールとして取り付けられるものとしてもよい。この場合、工具本体にネジ回しツール１０を取り付けることで、電動工具がネジ回し装置として機能することになる。

上記の実施形態では、ネジ回しツール１０を取り付けたロボット１により、ネジ７を搬送して搬送先で締め付ける方法を開示したが、上記のロボット１は、これに代えて又は加えて、ワークＷに取り付けられたネジを締付け方向とは反対方向に回転させて当該ワークＷから取り外し、この取り外したネジ７を所定の場所（例えば、回収ボックス）に搬送する作業を行うことが可能であるものとしてもよい。

上記の実施形態では、ネジ回しツール１０を上方から近づけて、縦方向に配置されているネジ７のネジ頭部を先端部１１ｔで捕捉するものとしたが、これに限るものではなく、例えばこれに代えて、ネジ回しツール１０を側方向から近づけて、横向きに配置されているネジのネジ頭部を先端部１１ｔで捕捉するものとしてもよい。同様に、ネジ回しツール１０を用いてネジ７を締め付けるときのネジ７の移動方向は下方に限るものではなく、例えば水平方向等としてもよい。

上記の実施形態では、ロボット本体２として、１本の多関節アームを備える構成のものを開示したが、ネジ回しツール１０が取り付けられるロボット本体は、多関節アームを１本のみ有するものに限るものではなく、例えば２本の多関節アームを対で備えるものとしてもよい。また、関節の数は単数であってもよい。例えば、アームが水平方向にしか回動しないロボット本体であっても、ネジ回しツール１０を取り付けてネジ７の搬送・締付け作業に用いることができる。

１ ロボット
２ ロボット本体（本体）
７ ネジ
７ａ 凹部
８ｂ 負圧供給口
１０ ネジ回しツール
１１ 軸体
１１ａ 第１吸引口（吸引口）
１１ｃ 流路
１１ｔ 先端部
２２ 電動モータ（動力源）

Claims (9)

1. トルクを生成可能な動力源と、負圧供給口と、を備える本体と、
   前記本体に取り付けられるネジ回しツールと、
   を備えるネジ回し装置であって、
   前記ネジ回しツールは、
   ネジのネジ頭部に形成された凹部に対応した形状の先端部を有するとともに、前記トルクによって回転する軸体と、
   前記ネジ頭部の頂面に接触することで、閉鎖された空間を形成可能な接触部材と、
   を備え、
   前記軸体の先端部には、空気を吸引する吸引口が開口され、
   前記吸引口は、前記接触部材によって形成された空間の空気を吸引可能に構成され、
   前記軸体の内部には、前記吸引口から吸引された空気を前記負圧供給口に向かって通過させる流路が形成され、
   前記接触部材は、前記軸体に貫通され、前記軸体の外周面に気密を保って固定されており、
   前記軸体において、前記接触部材よりも前記先端部側及び前記先端部から遠い側は外部に露出しており、
   前記ネジ頭部によって前記軸体が相対的に押し込まれた場合に、前記軸体を押し戻す付勢力を作用させる付勢部材を備え、
   前記軸体が相対的に押し込まれた場合に、前記接触部材も前記軸体と一体的に押し込まれることを特徴とするネジ回し装置。
2. 請求項１に記載のネジ回し装置であって、
   前記軸体の外周面には、空気を吸引する第２吸引口が開口され、
   前記第２吸引口から吸引された空気は、前記軸体の内部を通過して前記負圧供給口に向かって流れることを特徴とするネジ回し装置。
3. 請求項１又は２に記載のネジ回し装置であって、
   前記負圧供給口に対する負圧の供給の有無を切換可能であることを特徴とするネジ回し装置。
4. 請求項３に記載のネジ回し装置であって、
   前記負圧供給口に対して圧縮空気を供給可能であることを特徴とするネジ回し装置。
5. 請求項１から４までの何れか一項に記載のネジ回し装置であって、
   負圧源から前記吸引口までの経路における圧力の検出結果、又は、当該経路における空気流の検出結果に基づいて、前記ネジ回しツールの前記先端部に前記ネジが保持されているか否かを判断する制御部を備えることを特徴とするネジ回し装置。
6. 請求項１から５までの何れか一項に記載のネジ回し装置であって、
   前記本体がロボット本体であることを特徴とするネジ回し装置。
7. 請求項６に記載のネジ回し装置であって、
   前記ロボット本体はアーム状に構成され、
   前記ネジ回しツールは前記ロボット本体の先端部に取り付けられていることを特徴とするネジ回し装置。
8. 請求項１から５までの何れか一項に記載のネジ回し装置であって、
   前記本体が、人間が持って使う工具の工具本体であることを特徴とするネジ回し装置。
9. 請求項１に記載のネジ回し装置を用いてネジを搬送して締め付ける方法であって、
   前記吸引口に吸引流を発生させながら、かつ、前記軸体を回転させながら、当該軸体の先端部を前記ネジのネジ頭部に近づけることで、前記ネジ頭部に形成された前記凹部に前記先端部が嵌まった状態でネジを保持し、
   前記ネジを、締付け作業を行う位置まで搬送し、
   搬送先の位置で前記軸体を回転させることにより、前記先端部に保持されている前記ネジをねじ込むことを特徴とする方法。

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