JP4891672B2

JP4891672B2 - ねじ部品締結機

Info

Publication number: JP4891672B2
Application number: JP2006182031A
Authority: JP
Inventors: 佐瀬野
Original assignee: Nittoseiko Co Ltd
Current assignee: Nittoseiko Co Ltd
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2026-06-30
Also published as: US20080000333A1; US7413029B2; JP2008006560A; WO2008001893A1; KR20080003244A

Description

本発明は、ねじ、ボルトあるいはナット等のねじ部品を最初は高速回転でねじ込み、続いてあらかじめ設定した最終締結トルクでワークにねじ部品を締結するねじ部品締結機に関する。

従来から一般的に良く知られているボルト、ナット、ねじ等の自動ねじ部品締結機は、これら部品を作業サイクル毎に自動供給し、これをワークに締め付けるようにした機械が良く知られている。このような機械にあって、その一例としてのねじ締め機は、ねじの頭部に形成された十字あるいは六角穴のような矩形形状の駆動穴に係合可能なビットを用い、このビットをビット駆動軸を介して電動ドライバに連結した構成である。このねじ締め機でワークにねじを締結する場合、ねじの駆動穴にビットを係合させた状態で電動ドライバを駆動する。これにより、ビットからねじに回転力が伝達され、ねじはワークに締結されるようになっている。

このようなねじ締め機は、高いねじ締め精度（バラツキの少ない締結トルク）を要求される所へのねじ締め作業には適しておらず、締結トルクを規定通りにする必要がある場合にはあまり採用されていない。そこで、このような締結トルクの安定した部品締結機として最近使用されつつあるねじ部品締結機としては、一例として図４に示すような締結機がある。これは特許文献１に示されているねじ締め機であり、チャックユニット（図示せず）にねじが保持されてから低速高トルクドライバ１３０及び高速低トルクドライバ１１０を同時に駆動する。このとき、ワンウェイクラッチ１４０により外輪１４１が内輪１４４に対してスリップするため、ドライバビット（図示せず）はドライバ軸１０５を介して高速低トルクドライバ１１０のみの回転を受けて回転し、ねじを高速で締め付けるようになっている。この動作において、ねじが締め付けられるにつれて高速低トルクドライバ１１０の回転数が低下して低速高トルクドライバ１３０の回転数よりも低下すると、ワンウェイクラッチ１４０の作用により低速高トルクドライバ１３０の回転をギア連結されているドライバ軸１０５に伝達し、低速で最終締結トルクまでねじ締めされるようになっている。
特開昭６０−５２２６８号公報

しかしながら、このようなねじ締め機においては、高速低トルクドライバと低速高トルクドライバとはスタート信号が入ると、どちらにも電流が流れて回転するようになっているため、現在のように省エネルギが求められている環境においては時代に逆行することになり、市場に受け容れられない。また、両方のトルクドライバが回転していることから、着座時の衝撃トルクは高くなっており、そのため、正確な最終締結トルクが得られない。更に、低速高トルクドライバの回転はギアにより連結されて駆動される構成のため、ねじ締め作業時の騒音が比較的高くなるとともにねじ締め完了時の衝撃も高くなっていた。その上、高速回転途中で低速回転に切り換わる構成であるから、この切り換わりがねじが着座するまでの位置であると、低速高トルクドライバでのねじ締め時間が長くなり、ねじ締め作業全体の作業時間が長くかかり作業コストの上昇を招いている。しかも、このねじの着座により回転動力伝達経路を変更する場合、ワークの下穴形状やねじ山形状によりこの着座トルクが変わることから、ワンウェイクラッチをその形状に応じて変更する必要があり、そのため、都度、これを交換する必要が生じるが、現実にはその対応ができない等の課題が生じている。

本発明の目的は、このような課題を解消するとともにねじ部品がワークに着座するときを基準にして、確実に駆動力の伝達経路を切り換え変更するようにしたねじ部品締結機を得ることである。

本発明の目的は、ねじ部品に係合してワークにねじ部品をねじ込むドライブ軸５と、このドライブ軸５に高速低トルクの駆動力を与える第１駆動手段と、前記高速低トルク駆動が終了したとき低速高トルクの駆動力を与える第２駆動手段とから構成されたねじ部品締結機において、第１駆動手段の第１出力軸１１に第１プーリ２０を固定し、前記ドライブ軸５を連結する伝達軸４に第２プーリ２１を一体回転可能に固定してこの間に無端ベルト２３を介在させて高速低トルク駆動する構成とし、一方、伝達軸４の延長線上の後方に最終締結トルクに達するまでは低速高トルク駆動する第２駆動手段を配置し、この第２駆動手段の第２出力軸３２と伝達軸４との間にクラッチ部材４０を介在させ、第１駆動手段での高速低トルクねじ込み作業によりねじ部品がワークに着座してストール状態になると、このストール状態の信号が出力されて第１駆動手段が停止し、これにより第２駆動手段での回転駆動に代わり、前記伝達軸の周囲に配置されたトルクセンサからの電気信号を検出しながら最終締結トルクに達するまで第２駆動手段が伝達軸４を回転駆動するよう制御を行う構成の制御部６に前記第１、第２駆動手段を電気接続し、前記制御部は、第１駆動手段に、ねじ部品がワークに着座してストール状態になったときに発生する衝撃トルクがねじ部品の種類に応じて設定される前記最終締結トルクを超えないような最高回転数を予め設定し、当該第１駆動手段を、当該最高回転数でねじ部品のねじ込み開始から着座まで駆動し続けるように制御するねじ部品締結機を提供することで達成される。

また、この目的を達成するために前記ねじ部品締結機の構成において、クラッチ部材は常時は噛み合いが外れ、第１駆動手段から第２駆動手段への回転切り換わり信号が入ると噛み合って、前記第２駆動手段からの回転駆動力が伝達軸４を介してドライブ軸５に伝達される構成であるから、この回転駆動伝達経路の切り換え変更が滑らかである。

更に、これら構成におけるクラッチ部材４０は一方が第２駆動手段の第２出力軸３２に固定された固定クラッチ片４１であって、他方は前記第２出力軸３２に回転自在な可動クラッチ片４４であって、この可動クラッチ片４４は伝達軸４とともに回転可能な伝達部材４８に噛み合っており、第１駆動手段の停止信号が入ると、固定クラッチ片４１に可動クラッチ片４４が電磁吸着され、伝達軸４に第２駆動手段からの駆動力が伝達される構成であるから、確実な回転動力伝達経路の切り換え変更ができる。

しかも、これら構成に加えて、第２駆動手段は第２モータ３０からの駆動力を低速高トルクの駆動力に変換するハーモニックドライブ（登録商標）減速機３１を介して第２出力軸３２に回転駆動力を伝達する構成であるので、大きな減速比が得られるとともにねじ部品の締結に十分な最終締結トルクも確実に得られる。

本発明によれば、ねじ部品がワークに確実に着座して高速低トルク用の第１駆動手段が確実にストール状態になると、第１駆動手段のトルクはゼロ状態になり、これと同時に切り換わって低速高トルク用の第２駆動手段が回転駆動するようになっているので、最終締結トルクが常に確実に得られるとともにねじ部品をワークに締結する締結作業時間が無駄なく短縮される。また、このねじ部品締結機は常時両方の駆動手段が回転駆動される構成ではなく、高速低トルク用の第１駆動手段が駆動しているときは低速高トルク用の第２駆動手段は回転駆動していないため、電力を無駄に消費することがなく、時代にあった省エネルギ効果が得られる。更に、従来のものは低速高トルクドライバがギアにより動力を伝達する構成であるが、本発明では、高速低トルク用の第１駆動手段が伝達軸をベルト駆動する構成であるから、高速回転駆動時の騒音が減少するとともに衝撃力も若干緩和されるので、比較的低い衝撃トルクが得られやすい。しかも、ねじ込み初期段階からねじ部品がワークに着座するまでは高速回転し、着座した後、確実に低速高トルク回転を伝達軸に伝達する構成であるから、ねじ部品の締結コストが低減されるとともに、従来のように、機械的なワンウェイクラッチを使用していないので、ワークの下穴形状やねじ山形状によりこの着座トルクが変わっても、電気的な処理を施すだけでよく、この着座による駆動手段の切り換え変更の調整が容易である等の特有の効果が得られる。

以下本発明の実施の形態を図１乃至図３に基づき説明する。図２において、１は、昇降手段としての昇降台２に支持されているねじ部品締結機であり、このねじ部品締結機１はハウジング３で覆われている。このハウジング３には高速低トルク回転駆動する第１駆動手段としての第１モータ１０が固定してあり、図１に示すように、この第１モータ１０の第１出力軸１１には第１プーリ２０が固定されている。また、この第１出力軸１１の中心線と平行な位置のもう一つの中心線上には前記第１駆動手段と平行な第２駆動手段としての第２モータ３０が配置されている。この第２モータ３０も前記ハウジング３に固定してあり、この第２モータ３０にはこれの回転を低速高トルクに変換する減速機３１が連結されている。この減速機３１はハーモニックドライブ（登録商標）と呼ばれる構造を有しており、これは第２モータ３０からの回転入力を低速高トルクの回転に変換して出力するようになっている。この構成は例えば、特開昭５８−１９６３４９号あるいは特開昭５９−１１３３４２号公報に開示されており、本発明出願以前に既に公知となっているので、これの説明は省略する。

これら第２モータ３０とハーモニックドライブ機構の減速機３１とは最終締結トルクに達するまで低速高トルク回転駆動する第２駆動手段を構成しており、この第２駆動手段の第２出力軸３２にはクラッチ部材４０を構成する固定クラッチ片４１が前記第２出力軸３２と一体に回転するよう固定されている。この固定クラッチ片４１内には円筒形状の電磁石４６を内蔵する保持ブロック４３が前記ハウジング３に固定してあり、前記固定クラッチ片４１は保持ブロック４３に対して回転可能となっている。この固定クラッチ片４１の下端外周近くにはクラッチ歯４２が形成してあり、これに対向する位置にはこのクラッチ歯４２と必要に応じて噛み合うもう一方のクラッチ歯４５を有する可動クラッチ片４４が設けられている。この可動クラッチ片４４は前記第２出力軸３２に対して回転自在となっており、常時はスプリング（図示せず）により噛み合いが外れるようになっている。そして、この可動クラッチ片４４は前記固定クラッチ片４１内の電磁石４６に電流が流れると、固定クラッチ片４１に電磁吸着されて互いのクラッチ歯４２、４５が噛み合う構成であり、第１駆動手段から第２駆動手段への回転切り換わり信号が入ることで、噛み合うようになっている。

更に、この可動クラッチ片４４の反対側には内方を向いた内歯４７が外周に沿い全周に渡って形成してあり、この内歯４７には前記第２出力軸３２の先端側の周囲に回転自在に支持されている環状の伝達部材４８の外周縁に形成した外歯４９に噛み合い且つ前記可動クラッチ片４４の内歯４７が前記外歯４９に沿い移動自在になっている。この伝達部材４８には外周に第２プーリ２１を固定したプーリ固定部材２２が一体回転可能に固定してあり、このプーリ固定部材２２は前記第２出力軸３２と同一中心線延長上に配置されている伝達軸４に回転駆動力を伝達可能に図３に示すように、噛み合い接続されている。

一方、前記第１プーリ２０と第２プーリ２１との間には、無端ベルト２３が介在しており、この無端ベルト２３は前記第１駆動手段の高速低トルク回転を伝達軸４に伝達するようになっている。しかも、この伝達軸４は図２に示すように、その先端が前記昇降台２を貫通してねじ部品（図示せず）に係合するボックスビットあるいは十字ビット等のねじ部品締結部材（図示せず）を有するドライブ軸５に連結されている。

その上、前記伝達軸４の周囲にはこれを覆う筒状の起歪管５０が前記ハウジング３に固定配置してあり、この起歪管５０は、前記伝達軸４の先端に連結されたドライブ軸５に係合しているねじ部品が高トルクで締結されるときに発生する反力を受けるようになっており、この反力によって当該起歪管５０は捻れるように構成されている。また、この起歪管５０には捻れに応じた歪みを電気信号として検出する歪みゲージ５１が取付けられている。これら起歪管５０、歪みゲージ５１によりトルクセンサが構成され、歪ゲージ５１の信号から制御部６において締結トルクが判定され、所定締結トルクが得られるようになっている。

また、前記第１、第２駆動手段は、夫々の第１出力軸１１、第２出力軸３２からの信号を出力するようになっており、この信号は前記制御部６に入り、前記センサからの信号とともに処理されるようになっている。更に、制御部６は前記クラッチ部材４０への電流を入り切りする信号を出力するようになっており、これは第１駆動手段のストール状態（ストールとは、第１駆動手段の第１出力軸が回転不可により回転できなくなる現象を指す。）における信号を出力するものであり、これにより、第２駆動手段からの低速高トルク駆動が伝達されることになる。しかも、この制御部６は、ねじ部品の種類に応じて設定されている最終締結トルクに対して、第１駆動手段によりねじ部品が高速回転でねじ込まれて、ねじ部品がワークに着座してストール状態になると、発生する衝撃トルクが前記最終締結トルクを超えないよう第１駆動手段の最高回転数を決定する構成ともなっている。

次に、本発明の作用を説明すると、ねじ部品を保持した状態のねじ部品締結部材を有するねじ部品締結機において、ワークの締結位置にねじ部品を位置させてから、スタート信号が入ると、昇降台２が前進する。この後、第１駆動手段の第１モータ１０が回転し、第１出力軸１１から第１プーリ２０に回転が伝達される。この第１駆動手段は高速低トルク回転であることから第１プーリ２０から無端ベルト２３を介して第２プーリ２１が回転され、伝達軸４に回転が伝達される。このとき、第２駆動手段の第２出力軸３２と伝達軸４とはクラッチ部材４０で連結が遮断されているので、何らの抵抗なくドライブ軸５は高速回転し、ねじ部品はワークにねじ込まれる。

このようにして、ねじ部品が高速回転でねじ込まれてワークにねじ部品が着座すると、第１駆動手段の第１モータ１０はストール状態となり、第２駆動手段の第２モータ３０に制御部６でのスタート信号が入るとともにクラッチ部材４０にも電流が流れてＯＮ状態となり、クラッチ部材４０の可動クラッチ片４４は固定クラッチ片４１に電磁吸着されて互いのクラッチ歯４２、４５が噛み合い、第２駆動手段からの低速高トルクの回転が伝達可能となる。このクラッチ部材４０の回転は伝達部材４８、第２プーリ２１が固定されているプーリ固定部材２２を介して伝達軸４に伝わり、ねじ部品締結部材を有するドライブ軸５によりねじ部品はワークに締結される。この低速高トルクの回転中において、トルクセンサにより締結トルクがあらかじめ所定値に設定されている最終締結トルクに達すると、締結完了となる。

このねじ部品の締結作業において、第１駆動手段によるストール状態は最終締結トルクより低い衝撃トルクで発生するように制御部６により駆動制御されているので、第１駆動手段での慣性は小さいものとなり、最終締結トルクが第２駆動手段により正確に得られることになる。このことから第１駆動手段でのねじ締め開始からワークに着座するまでの締結作業を高速回転で行うことができる。

一方、制御部６は第１駆動手段での高速低トルクねじ込み作業によりねじ部品がワークに着座してストール状態になると、第１駆動手段での伝達軸４の回転駆動に代わって、第２駆動手段が最終締結トルクに達するまで伝達軸４を回転駆動するよう制御を行うようになっており、このストール状態を検出して第１、第２駆動手段を制御するとともに、ねじ部品が着座して最終締結トルクに達したか否かを判定している。このように第１駆動手段、第２駆動手段、クラッチ部材４０、トルクセンサ等の信号を制御部６との間で送受信することによって締結作業を総合的に制御することで、ねじ部品の締結を効率よく行うことになる。

この後、ねじ部品の締結作業サイクルが完了すると、昇降台２が後退し、元の位置に戻る。このときクラッチ部材４０は電磁吸着信号がＯＦＦ状態となり、可動クラッチ片４４は固定クラッチ片４１との噛み合いが外れ、元の状態に復帰して次の作業サイクルまでの待機状態となっている。

尚、この実施の形態における第１駆動手段からの回転伝達経路は、ベルト駆動となっているので、トルクセンサからの信号線はこの空間を有効に利用して配線することができ、そのため、ハウジング３内に収納可能となり、部品締結機全体がコンパクトになる。また、無端ベルト２３を介して高速回転が伝達されているので、これの僅かな延びも期待できることから衝撃トルクが僅かではあるが緩和されるとともに騒音も減少する。

本発明の要部拡大断面図である。本発明の概略構成を示す一部断面図である。無端ベルト伝達経路を示す下方のハウジングを除いた底面図である。本発明の従来例を示す要部断面図である。

符号の説明

１ねじ部品締結機
２昇降台
３ハウジング
４伝達軸
５ドライブ軸
６制御部
１０第１モータ
１１第１出力軸
２０第１プーリ
２１第２プーリ
２２プーリ固定部材
２３無端ベルト
３０第２モータ
３１減速機
３２第２出力軸
４０クラッチ部材
４１固定クラッチ片
４２クラッチ歯
４３保持ブロック
４４可動クラッチ片
４５クラッチ歯
４６電磁石
４７内歯
４８伝達部材
４９外歯
５０起歪管
５１歪みゲージ

Claims

ねじ部品に係合してワークにねじ部品をねじ込むドライブ軸（５）と、このドライブ軸に高速低トルクの駆動力を与える第１駆動手段と、前記高速低トルク駆動が終了したとき低速高トルクの駆動力を与える第２駆動手段とから構成されたねじ部品締結機において、第１駆動手段の第１出力軸（１１）に第１プーリ（２０）を固定し、前記ドライブ軸を連結する伝達軸（４）に第２プーリ（２１）を一体回転可能に固定してこの間に無端ベルト（２３）を介在させて高速低トルク駆動する構成とし、一方、伝達軸の延長線上の後方に最終締結トルクに達するまでは低速高トルク駆動する第２駆動手段を配置し、この第２駆動手段の第２出力軸（３２）と伝達軸との間にクラッチ部材（４０）を介在させ、第１駆動手段での高速低トルクねじ込み作業によりねじ部品がワークに着座してストール状態になると、このストール状態の信号が出力されて第１駆動手段が停止し、これにより第２駆動手段での回転駆動に代わり、前記伝達軸の周囲に配置されたトルクセンサからの電気信号を検出しながら最終締結トルクに達するまで第２駆動手段が伝達軸を回転駆動するよう制御を行う構成の制御部（６）に前記第１、第２駆動手段を電気接続し、前記制御部は、第１駆動手段に、ねじ部品がワークに着座してストール状態になったときに発生する衝撃トルクがねじ部品の種類に応じて設定される前記最終締結トルクを超えないような最高回転数を予め設定し、当該第１駆動手段を、当該最高回転数でねじ部品のねじ込み開始から着座まで駆動し続けるように制御することを特徴とするねじ部品締結機。
クラッチ部材は常時は噛み合いが外れ、第１駆動手段から第２駆動手段への回転切り換わり信号が入ると噛み合って、前記第２駆動手段からの回転駆動力が伝達軸を介してドライブ軸に伝達される構成であることを特徴とする請求項１記載のねじ部品締結機。
クラッチ部材は一方が第２駆動手段の第２出力軸に固定された固定クラッチ片（４１）であって、他方は前記第２出力軸に回転自在な可動クラッチ片（４４）であって、この可動クラッチ片は伝達軸とともに回転可能な伝達部材（４８）に噛み合っており、第１駆動手段の停止信号が入ると、固定クラッチ片に可動クラッチ片が電磁吸着され、伝達軸に第２駆動手段からの駆動力が伝達される構成であることを特徴とする請求項１又は２記載のねじ部品締結機。
第２駆動手段は第２モータ（３０）からの駆動力を低速高トルクの駆動力に変換するハーモニックドライブ（登録商標）減速機（３１）を介して第２出力軸に回転駆動力を伝達する構成であることを特徴とする請求項１、２又は３記載のねじ部品締結機。