JP2004098179A - 締結システム、ボルト挿入装置、ナット締付装置、ボルト挿入用エンドエフェクタ、及びナット締付用エンドエフェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】孔に対するはめあいがすきまばめ又は中間ばめの関係のボルトを用いて対象物を締結することが可能な締結システム、ボルト挿入装置、ナット締付装置、ボルト挿入用エンドエフェクタ、及びナット締付用エンドエフェクタを提供する。
【解決手段】ボルト挿入用エンドエフェクタ４及びプラットフォーム３によって構成されたボルト挿入装置１によって、対象物Ｔに設けられた孔にボルトを挿入し、ボルトを対象物Ｔへ押し付けておく。ナット締付用エンドエフェクタ６及びプラットフォーム５によって構成されたナット締付装置２によってナットを保持し、これのねじ部をボルトのねじ部に当接させる。この状態でナット締付装置２によってボルトを回転止めしつつナットを回転させて、ナットの締め付けを行う。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の対象物をボルト及びナットで締結する締結システム、該締結システムに使用するボルト挿入装置及びナット締付装置、並びに前記ボルト挿入装置に使用するボルト挿入用エンドエフェクタ及び前記ナット締付装置に使用するナット締付用エンドエフェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
門型等のプラットフォームを使用して、板材等の複数の対象物をボルト及びナットで締結する締結システムが従来から用いられている。この種の締結システムの一例として、対象物を挟んで配置された２つのプラットフォームに、ボルト挿入用エンドエフェクタと、ナット締付用エンドエフェクタとを夫々搭載したものが存在する。この締結システムでは、対象物に予め孔を開設しておき、この孔に対してしまりばめのはめあい関係のボルトを、ボルト挿入用エンドエフェクタを搭載したプラットフォーム（ボルト挿入装置）によって前記孔に挿入し、ナット締付用エンドエフェクタを搭載したプラットフォーム（ナット締付装置）によって、このボルトのねじ部にナットを螺合させて締め付けることによって、対象物の締結が行われる。
【０００３】
このような従来の締結システムは、対象物の孔とボルトのはめあい関係がしまりばめであることから、一旦孔にボルトを挿入した後には、ボルトが容易に回転することがなく、これによって特にボルトの回転止めをすることなく、ナットの締め付けを行うことが可能である。
【０００４】
ところで、近年、特に航空機等の構成材料として、複合材料が多用されている。複合材料は、一般的に金属材料に比して硬度が低く、締結用の孔にしまりばめのはめあい関係のボルトを挿入した場合には、複合材料の孔の周囲を損傷させることとなる。このため、複合材料同士の締結、又は複合材料と金属材料との締結には、締結用の孔に対してすきまばめのはめあい関係のボルトを用いる必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の如き従来の締結システムでは、対象物に設けられた孔と、締結に用いるボルトとのはめあい関係がすきまばめであるときは、ナットの回転とともにボルトが回転するため、ナットをボルトに締め付けることができない。また、孔とボルトとのはめあい関係が中間ばめのときにも、孔とボルトとの間にギャップが生じることがあるため、このようなことが発生することがある。
【０００６】
また、上述の如き従来の締結システムでは、孔とボルトとの間にギャップがあるときには、孔によってボルトがしっかりと保持されていないため、ナットをボルトに締め付けるためにボルトのねじ部に押し付けた場合等に、孔からボルトが脱落することがあった。
【０００７】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、対象物に設けられた孔にすきまばめ又は中間ばめのはめあい関係のボルトを挿入し、このボルトにナットを締め付ける場合に、孔からのボルトの脱落を防止し、しかもナットの回転とともにボルトが回転することを防止することにより、対象物の孔に対して、すきまばめ又は中間ばめのはめあい関係のボルトを使用して複数の対象物を締結することが可能な締結システム、該締結システムに使用するボルト挿入装置及びナット締付装置、並びに前記ボルト挿入装置に使用するボルト挿入用エンドエフェクタ及び前記ナット締付装置に使用するナット締付用エンドエフェクタを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る締結システムは、複数の対象物に設けられた孔に、該孔に対するはめあいがすきまばめ又は中間ばめの関係のボルトを挿入するボルト挿入装置と、該ボルト挿入装置によって孔に挿入されたボルトにナットを締め付けるナット締付装置とを備え、複数の対象物をボルト及びナットで締結する締結システムであって、前記ボルト挿入装置によって挿入されたボルトを対象物に押し付ける押付部と、該押付部によって対象物に押し付けられたボルトを回転止めする回転止め部とを備え、前記ナット締付装置は、前記回転止め部によって回転止めされたボルトのねじ部にねじ孔が当接された状態のナットを回転させて、ボルトにナットを締め付けるべくなしてあることを特徴とする。
【０００９】
上記発明によれば、対象物に設けられた孔に、該孔に対するはめあいがすきまばめ又は中間ばめの関係のボルトを挿入し、対象物にボルトを押し付けるため、ナットをボルトに締め付けるためにボルトのねじ部に押し付けたとき等に、孔からボルトが脱落することがない。
【００１０】
また、回転止め部によってボルトを回転止めしているため、ナットをボルトに締め付けるときにボルトが回転することがなく、これによって孔に対するはめあいがすきまばめ又は中間ばめの関係のボルトを用いて対象物を締結することができる。
【００１１】
なお、押付部及び回転止め部は、その両方がボルト挿入装置又はナット締付装置に設けられていてもよく、一方がボルト挿入装置に、他方がナット締付装置に設けられていてもよい。更に、押付部及び回転止め部の一方又は両方が、ボルト挿入装置及びナット締付装置の外部に設けられていてもよい。
【００１２】
また、上記発明においては、前記ボルト挿入装置は、外部から供給されたボルトを、軸部のみを突出させて保持するボルト保持部と、該ボルト保持部によって保持したボルトの軸部を対象物の孔に挿入すべく、前記ボルト保持部を移動させる第１移動部とを有し、前記押付部は、前記ボルト挿入装置に設けられており、前記ボルト保持部によって保持されたボルトの頭部に当接する当接部材と、該当接部材をボルトの中心軸方向へ移動させる第２移動部とを有する構成とすることが望ましい。
【００１３】
更に、この場合においては、前記ボルト挿入装置は、前記ボルト保持部及び前記押付部が設けられたボルト挿入用エンドエフェクタと、該ボルト挿入用エンドエフェクタを移動させるためのプラットフォームとによって構成されていることが望ましい。
【００１４】
また、上記発明においては、前記ナット締付装置は、外部から供給されたナットを保持するナット保持部と、該ナット保持部によって保持されたナットの中心軸を、対象物の孔に挿入されたボルトの中心軸に合わせ、しかも前記ボルトのねじ部にナットのねじ孔を当接させるべく、前記ナット保持部を移動させる移動部と、前記ナット保持部を回転させることによって、前記ナット保持部に保持されたナットを、該ナットの中心軸回りに回転させる回転部とを有する構成とすることが望ましい。
【００１５】
また、この場合においては、前記回転部は、前記ナット保持部を、前記ナット保持部に保持されたナットの中心軸回りに、該ナットがボルトに螺合する方向と反対方向へ回転させた後、前記ナットがボルトに螺合する方向へ回転させるべくなしてある構成とすることが望ましい。
【００１６】
ナットのねじ孔を、ボルトのねじ部に当接させただけでは、ナットのねじ山とボルトのねじ山とがかみ合い、それ以上ボルトにナットを締め付けることができなくなることがある。そこで、ナットのねじ孔をボルトのねじ部に当接させた後、上記のようにナットがボルトに螺合する方向と反対方向にナットを回転させることにより、ナットのねじ山とボルトのねじ山とを倣わせることができ、ナットの締付不良を防止することができる。
【００１７】
また、上記発明においては、前記ナット締付装置は、前記ナット保持部及び前記回転部が設けられたナット締付用エンドエフェクタと、該ナット締付用エンドエフェクタを移動させるためのプラットフォームとによって構成されていることが望ましい。
【００１８】
また、上記発明においては、前記回転止め部は、前記ボルト挿入装置に設けられており、ボルトの頭部に設けられた多角形の穴に合致する形状をなすレンチと、該レンチを移動させて前記穴に挿入するレンチ移動部とを有する構成とすることが望ましい。これにより、ボルトの頭部に設けられた穴に挿入されたレンチを回転させずに保持するだけで、確実にボルトを回転止めすることができる。
【００１９】
また、上記発明においては、前記回転止め部は、前記ナット締付装置に設けられており、ボルトの軸部の先端に設けられた多角形の穴に合致する形状をなすレンチと、該レンチを移動させて前記穴に挿入するレンチ移動部とを有する構成とすることが望ましい。これによりボルトの軸部の先端に設けられた多角形の穴に挿入されたレンチを回転させずに保持するだけで、確実にボルトを回転止めすることができる。
【００２０】
また、上記発明においては、対象物に孔を設けるためのドリル部を更に備える構成とすることができる。これにより、対象物への孔の加工、並びにボルト及びナットによる対象物の締結の一連の作業を連続的に行うことができ、作業時間の短縮を図ることができる。また、ドリル部をボルト挿入装置又はナット締付装置に設けることにより、装置数の減少を図ることができる。なお、ドリル部は、ボルト挿入装置又はナット締付装置に設けてもよく、ボルト挿入装置及びナット締付装置の外部に設けてもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る締結システムについて、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態に係る締結システムの全体構成を示す側面図であり、図２は、その平面図である。本実施の形態に係る締結システムは、ボルト挿入装置１と、ナット締付装置２とから主として構成されている。図１，２に示すように、ボルト挿入装置１は、プラットフォーム３と、該プラットフォーム３に搭載されたボルト挿入用エンドエフェクタ４とを備えており、ナット締付装置２は、プラットフォーム５と、該プラットフォーム５に搭載されたナット締付用エンドエフェクタ６とを備えている。このようなボルト挿入装置１及びナット締付装置２は、夫々のプラットフォーム３，５のアームの先端側（以下、こちら側を正面側とする）を向かい合わせた状態で配置されており、夫々の配置位置の中間に、複数の対象物Ｔが配置されている。夫々の対象物Ｔは、複合材料又は金属材料等からなる板材とされている。また、プラットフォーム３，５は、図１，２において二点鎖線にて示した範囲で各エンドエフェクタを移動することが可能である。更に、ボルト挿入装置１及びナット締付装置２の外部には、これらに接続された図示しない制御用コンピュータが配置されており、これによってボルト挿入装置１及びナット締付装置２が後述するような動作を行うように動作制御される。
【００２３】
図３は、本発明の実施の形態に係る締結システムで使用するハイロックピン（ボルト）を示しており、（ａ）は、ハイロックピンの側面図であり、（ｂ）は、ハイロックピンの軸部の先端側から見たときの図（正面図）である。また、図４は、本発明の実施の形態に係る締結システムで使用するカラー（ナット）を示しており、（ａ）は、カラーの側面図であり、（ｂ）は、カラーのねじ挿入側から見たときの図（正面図）である。図３に示すように、ハイロックピン７は、略円錐状の頭部８を有する所謂皿ねじであり、軸部９がねじ部１０と円筒部１１とから構成されている。また、軸部９の先端面には、六角穴１２が設けられている。
【００２４】
また、図４に示すように、カラー１３は、短寸の六角柱形状の頭部１４と、ハイロックピン７に螺合する円筒部１５と、頭部１４及び円筒部１５を連結する連結部１６とを備えている。連結部１６は、頭部１４に連なる略円筒形状をなしており、その円筒部１５側の端部には、略溝状の切断部１７が周設されている。この切断部１７は、他の部分よりも厚さが薄くなっており、頭部１４と円筒部１５とが所定値以上のトルクで捻られた場合に、この部分で切断されるようになっている。そして、この切断部１７から円筒部１５が連設されている。
【００２５】
円筒部１５の連結部１６から連なる部分は、連結部１６の外径よりも大きい外径の円筒状をなす小径部１８とされている。また、小径部１８からは、円筒部１５から離反するにつれて拡径するテーパ部１９が連設されている。そして、テーパ部１９の正面側には、前記小径部１８よりも外径が大きい大径部２０が設けられている。このように、円筒部１５は、小径部１８，テーパ部１９，及び大径部２０から構成されている。
【００２６】
このようなカラー１３は、その全長に亘って、円形の孔２１が頭部１４，円筒部１５，及び連結部１６の中心軸と同軸的に設けられている。また、この孔２１の内面には雌ねじが刻設されており、ハイロックピン７のねじ部１０と螺合することが可能とされている。
【００２７】
また、ハイロックピン７のねじ部１０の長さと、カラー１３の円筒部１５の長さとは、略同一とされており、ハイロックピン７の頭部８及び円筒部１１を合わせた部分の長さと、全ての対象物Ｔを重ね合わせたときの厚さとが略同一とされている。
【００２８】
次に、本実施の形態に係るボルト挿入用エンドエフェクタ４について説明する。図５及び図６は、本発明の実施の形態に係るボルト挿入用エンドエフェクタ４を部分的に拡大した部分拡大側面図及び部分拡大下面図である。ボルト挿入用エンドエフェクタ４には、ハイロックピン７を保持する保持部２２が設けられている。該保持部２２は、ハイロックピン７を案内する案内部材２３と、該案内部材２３に取り付けられた開閉部材２５とから主として構成されている。案内部材２３は、先端が細くなった円筒の両側部が欠落したような形状をなすヘッド部２４を有しており、このヘッド部２４の両側部、即ち欠落した部分に、開閉部材２５が夫々設けられている。
【００２９】
この開閉部材２５は、ヘッド部２４の欠落部分に合致した形状をなしており、ヘッド部２４と開閉部材２５とを組み合わせたときの形状が、先端が細くなった円筒状となるようになっている。また、開閉部材２５は、その長手方向中間部分が縦方向の枢軸によってヘッド部２４に枢着されており、所定の範囲で横方向に回動可能となっている。更に、開閉部材２５は図示しないバネによって、先端が閉じる方向、即ち両開閉部材２５の先端が接近する方向へ付勢されており、これによってヘッド部２４と開閉部材２５とが、先端が細くなった円筒状となる状態で密接されている。以下、この状態を閉状態といい、両開閉部材２５の先端が開いた状態を開状態という。
【００３０】
両開閉部材２５の対向面は、その先端部分を除いて、夫々前記ハイロックピン７の頭部８の外径よりも若干大きい直径の凹状円弧面とされている。開閉部材２５の対向面の先端部分は夫々突出部２７となっており、この突出部２７には、前記凹状円弧面と同軸的に、ハイロックピン７の軸部９の直径よりも若干大きい直径の凹状円弧面が形成されている。そして、開閉部材２５の対向面のうち、大きい直径の凹状円弧面が形成された部分と、小さい直径の凹状円弧面が形成された部分（突出部２７）との間には、これらの部分を滑らかに接続するために、先端へ向けて縮径するテーパ部２８が設けられている。
【００３１】
また、ヘッド部２４の上下に分かれた夫々の部分は、その対向面が、ハイロックピン７の頭部８の外径よりも若干大きい直径の凹状円弧面とされている。これによって、開閉部材２５が閉状態のときには、ヘッド部２４及び開閉部材２５によって形成される円筒形状のうち、その先端部分を除いた部分の内径が、ハイロックピン７の頭部８の外径よりも若干大きいものとなる。
【００３２】
案内部材２３のヘッド部２４より後方の部分では、前述したようなヘッド部２４の孔に連なる孔が、二股に分かれて設けられている。一方の孔は、ガイド孔２９であり、ヘッド部２４の孔に直線的に繋がっている。他方の孔は、ボルト案内孔３０であり、ヘッド部２４の孔から下方へ所定角度傾斜するように延設されている。
【００３３】
ガイド孔２９は、ハイロックピン７の頭部８の外径よりも若干小さい直径の円形の孔であり、その内部には丸棒状の押付ロッド３１が配されている。該押付ロッド３１は、その後端が案内部材２３の後方に配置された空気圧式、油圧式、若しくは電動式のシリンダ、又はリニアモータ等の直動式アクチュエータ（図示せず）に接続されており、該直動式アクチュエータによってガイド孔２９に沿って移動自在となっている。なお、ここでは直動式のアクチュエータにて押付ロッド３１を直線的に移動させる構成について述べたが、例えば、電動モータ等の回転式のアクチュエータの回転を、直線動作へ変換し、これによって押付ロッド３１を直線的に移動させるように構成してもよいことは勿論である。
【００３４】
また、案内部材２３のガイド孔２９の先端部分、即ちヘッド部２４の基端部分には、略三角板状をなす切換板３２が取り付けられている。案内部材２３のガイド孔２９の先端上部には、該ガイド孔２９に連結する開口部３３が設けられており、この開口部３３に、切換板３２が横方向の枢軸によって枢着されている。開口部３３は、切換板３２を収めるだけの大きさに形成されており、切換板３２は、三角形の１つの頂点を案内部材２３の内側へ向けた状態で、開口部３３に取り付けられている。
【００３５】
更に、切換板３２は、バネ（図示せず）によって案内部材２３の内側へ付勢されており、このバネの付勢力によって、切換板３２の外側の端面が案内部材２３の外面と略均一な面を形成し、しかも切換板３２の一部によってガイド孔２９が閉塞される状態（以下、この状態を閉状態という）に切換板３２が保持されている。そして、切換板３２が閉状態のとき、切換板３２の先端側、即ちヘッド部２４側の傾斜面は、前述したボルト案内孔３０の傾斜角度と略同一の角度に傾斜しており、この傾斜面とボルト案内孔３０の壁面とによって、略均一な面が形成されている。従って、切換板３２が閉状態のときは、ガイド孔２９が閉塞され、ボルト案内孔３０が、ハイロックピン７が通過することが可能なだけの空間を確保した状態で、ヘッド部２４の孔に連通されている。
【００３６】
ボルト案内孔３０は、案内部材２３の下部で開口しており、エアホース３４に接続されている（図１参照）。該エアホース３４は、図示しないパーツフィーダに連結されており、このエアホース３４を通じて、パーツフィーダから圧縮空気によって案内部材２３へハイロックピン７が送られる。パーツフィーダから送られたハイロックピン７は、ボルト案内孔３０へ進入し、図５に示すように、切換板３２の近傍で進行方向を変えてヘッド部２４の先端部分へと進む。そして、ハイロックピン７がヘッド部２４の先端部分まで到達したとき、ハイロックピン７の頭部８のテーパ面が閉状態の開閉部材２５のテーパ部２８に当接し、これによってハイロックピン７の進行が停止する。またこのとき、ハイロックピン７は、後方から圧縮空気によって前方へ付勢されており、このため保持部２２の先端部分にハイロックピン７が保持される。
【００３７】
また、切換板３２は、押付ロッド３１がヘッド部２４側へ移動した場合に、この押付ロッド３１の先端によって押され、上方へ回動する。これによって、ガイド孔２９の閉塞が解放され、ヘッド部２４の孔とガイド孔２９とが連通した状態（以下、この状態を開状態という）となる。押付ロッド３１は、その先端が、ヘッド部２４の先端に至るまで、又はヘッド部２４の先端から若干突出するまで、前述した直動式アクチュエータの駆動によってヘッド部２４の先端側へ移動することが可能である。
【００３８】
図７は、本発明の実施の形態に係るボルト挿入用エンドエフェクタ４の外観を示す斜視図であり、図８は、本発明の実施の形態に係るボルト挿入用エンドエフェクタ４の保持部２２が前方へ移動したときのボルト挿入用エンドエフェクタ４の外観を示す斜視図である。図７に示すように、本実施の形態に係るボルト挿入用エンドエフェクタ４には、２つの保持部２２が左右に並べられた状態で設けられている。これらの保持部２２は、空気圧式、油圧式、若しくは電動式のシリンダ、又はリニアモータ等の直動式アクチュエータ（図示せず）に夫々接続されており、図７に示した状態から更に前方へ移動することが可能である（図８参照）。なお、２つの保持部２２は、夫々独立に移動可能である。即ち、２つの保持部２２の一方が図７に示す位置（以下、基準位置という）に待機したまま、他方が基準位置より前方へ移動することが可能である。また、このような構成に限定されるものではなく、２つの保持部２２が一体的に基準位置より前方へ移動することが可能な構成としてもよい。
【００３９】
また、図１に示すように、ボルト挿入用エンドエフェクタ４には、ドリル部３５が設けられている。このドリル部３５は、ドリル刃（ドリルビット）を備えており、対象物Ｔの所要の位置に、ハイロックピン７の軸部９より若干大きい孔を開設することが可能である。更にこのドリル部３５には、皿モミ刃も設けられており、これによって、対象物Ｔの孔の開口部に、同軸的に円錐形状の穴（皿穴）を加工することも可能である。
【００４０】
このように、ドリル部３５によって加工した孔の所定距離後方に、一方の保持部２２が位置するように、プラットフォーム３は位置決め動作する。そして、この保持部２２は、前述した直動式アクチュエータによって基準位置より所定距離前方へ、即ち保持部２２の先端と対象物Ｔの表面との間に若干の間隙が生じる位置まで移動される。これによって保持部２２に保持されているハイロックピン７が、対象物Ｔの孔に挿入される。
【００４１】
更に、保持部２２では、直動式アクチュエータの動作によって、押付ロッド３１が前方へ移動する。この押付ロッド３１は、切換板３２を押し上げ、ヘッド部２４の孔へと進入し、ハイロックピン７の頭部８に当接する。この状態から更に押付ロッド３１は進行し、ハイロックピン７の頭部８のテーパ部分に沿って、開閉部材２５が左右へ押し広げられる。そして、頭部８のテーパ部分が対象物Ｔの孔の皿穴に当接するまで、ハイロックピン７がヘッド部２４から押し出される。このようにして、押付ロッド３１により、ハイロックピン７が対象物Ｔに押し付けられる。
【００４２】
次に、本実施の形態に係るナット締付用エンドエフェクタ６について説明する。図９及び図１０は、本発明の実施の形態に係るナット締付用エンドエフェクタ６の側面図及び下面図である。ナット締付用エンドエフェクタ６には、カラー１３を保持する保持部３６が設けられている。この保持部３６は、略円筒状のヘッド部３７と、このヘッド部３７の基端側（対象物Ｔから離反する側）でヘッド部３７を保持する回転部３８とを有している。図１１は、保持部３６の外観を示す斜視図である。図１１に示すように、ヘッド部３７の先端面には、六角穴３７ａが設けられている。この六角穴３７ａは、カラー１３の頭部１４と合致した形状をなしており、六角穴３７ａにカラー１３を係合させることが可能とされている。保持部３６は、このように六角穴３７ａにカラー１３を係合させることによって、カラー１３を保持するようになっている。また、ヘッド部３７は、回転部３８の内部に設けられたバネ（図示せず）によって前方へ付勢されており、このバネに抗して後方へ力が加えられた場合には、回転部３８の前端部から所定長さだけ突出した標準位置から、若干後方へ移動することが可能である。
【００４３】
また、回転部３８は、回転部３８の中間部分の外径より内径が大きい円筒状の支持部材４０を貫通した状態で配置されている。回転部３８と支持部材４０との間には、軸受け３９が設けられており、回転部３８は、この軸受け３９を介して、支持部材４０に回転自在に支持されている。更に、回転部３８の支持部材４０の支持位置より後部には、歯車４１が設けられている。歯車４１は、回転部３８に固着されており、回転部３８と歯車４１とは一体的に回転することが可能である。
【００４４】
この歯車４１の下方には、回転用モータ４２の出力軸に取り付けられた歯車４３が設けられており、歯車４１，４３は噛合している。従って、回転用モータ４２が動作することにより、回転用モータ４２の回転運動が歯車４１，４３を介して回転部３８に伝達され、回転部３８及びヘッド部３７が一体的に回転する。
【００４５】
また、回転部３８の内部には、回転部３８の内径よりも若干小さい外径の略丸棒状の回転ロッド４４が回転部３８に貫通する状態で設けられている。この回転ロッド４４の先端には、六角棒状のアレンレンチ４５が同軸的に設けられている。このアレンレンチ４５は、ヘッド部３７の先端から所定長さだけ突出するように、ヘッド部３７を貫通した状態で設けられている。また、アレンレンチ４５は、ハイロックピン７の軸部９の先端に設けられた六角穴１２に合致するサイズとされている。
【００４６】
一方、回転ロッド４４の後端部には、回転ロッド４４の軸長方向の複数の溝を有する穴が設けられており、この穴に、ロータリアクチュエータ４６の出力軸に固着された連結部４７から突出する結合軸４８がスプライン結合されている。なお、ここではロータリアクチュエータ４６を用いる構成としたが、これに限定されるものではなく、例えばステッピングモータのような、回転角度が容易に制御可能な駆動機構で構成されてもよい。これによって、回転ロッド４４は、連結部４７に対して所定の範囲で前後方向、即ち回転ロッド４４の軸長方向へ移動自在となっている。また、この結合軸４８が貫通するように、バネ（図示せず）が連結部４７に内蔵されており、このバネによって回転ロッド４４が前方へ付勢されている。また、回転部３８，回転用モータ４２，ロータリアクチュエータ４６，及び連結部４７等は、ベース部５０に支持されている。ベース部５０には、円形の孔を有するガイド部５１が設けられており、この孔に回転ロッド４４が貫通されている。また、回転ロッド４４の前記ガイド部５１の後方には、突出部４９が周設されており、この突出部４９がガイド部５１に当接した状態となっている。つまり、前述したバネの付勢力により、突出部４９とガイド部５１とが当接する位置まで、回転ロッド４４が前方へ付勢されている。従って、回転ロッド４４が前記バネの付勢力に反して後方へ押された場合には、所定距離だけ回転ロッド４４が後方へ移動することとなる。また、ロータリアクチュエータ４６が駆動された場合には、前述した回転部３８の回転とは関係なく、回転ロッド４４が回転することとなる。
【００４７】
一方ベース部５０は、前述した支持部材４０とともに、これらの上方に配置された取付板５２に固着されている。この取付板５２の上面には、ボールねじ５３のナット部５４が取り付けられている。ナット部５４は、前後方向を軸長方向として配置されたおねじ部５５に係合されている。おねじ部５５は、これより上方に配置されたフレーム５８に取り付けられた複数の軸受けによって支持されており、その中心軸回りに回動自在とされている。また、おねじ部５５の後端には、従動プーリ５６ａが固着されており、この従動プーリ５６ａが、送り用モータ５７の出力軸に固着された原動プーリ５６ｂとベルトにて連結されている。これによって、送り用モータ５７の回転運動が、おねじ部５５にベルト伝達され、おねじ部５５が回転することとなる。更に、取付板５２は図示しない直動式のガイドによって移動方向が前後方向のみに規制されている。
【００４８】
また、フレーム５８の前端部には、左右方向へ延びたガイドレール５９が設けられており、該ガイドレール５９に、カラー１３を把持する把持部６０が係合されている。この把持部６０には、空気圧式の直動機構６１が取り付けられており、この直動機構６１が動作することによって把持部６０が左右方向へ移動可能とされている。この把持部６０は、その下端部分に、カラー１３を狭持するためのハンド部６０ａを有している。図１２は、ハンド部６０ａの外観を示す斜視図である。ナット締付用エンドエフェクタ６には、２つのハンド部６０ａが左右に並べた状態で設けられている。図１２に示すように、ハンド部６０ａは、Ｖ溝が設けられた２つのハンド部材６０ｂを有しており、これらのハンド部材６０ｂが、夫々Ｖ溝を対向させた状態で上下に配置され、これらが互いに接近する方向及び互いに離反する方向へ移動することが可能に構成されている。
【００４９】
このようなハンド部６０ａは、保持部３６と略同一の高さの位置に配置されており、前記ガイドレール５９に沿って、少なくとも保持部３６に対向する位置（以下、セット位置という）から、このセット位置よりも所定距離横方向（ナット締付用エンドエフェクタ６の正面に向かって右方向）の待機位置までの間で、略水平に移動することが可能とされている。
【００５０】
ハンド部６０ａが待機位置にあるとき、ハンド部６０ａはカラー１３の供給部６２に対向する。図９，１０に示すように、供給部６２は、２つのエアホース６３に夫々接続されている。夫々のエアホース６３は、図示しないパーツフィーダに連結されており、これらのエアホース６３を通じて、パーツフィーダから圧縮空気によって供給部６２へカラー１３が送られる。供給部６２は、カラー当接部材６４を有しており、このカラー当接部材６４が夫々のエアホース６３と接続されている。カラー当接部材６４には、２つの縦穴６５が左右に設けられており、夫々の縦穴６５の上端部分に、エアホース６３との接続部分が連なっている。エアホース６３から送出されたカラー１３は、この縦穴６５の上端部分の内面の前部に当接し、縦穴６５内に導入される。
【００５１】
縦穴６５の下端部は閉塞されており、この閉塞部分がカラー１３を載置する台部（図示せず）となっている。縦穴６５は、カラー１３が通過することが可能な大きさとされており、エアホース６３から縦穴６５に導入されたカラー１３は、縦穴６５に沿って前記台部まで落下する。カラー当接部材６４の前記台部の前後において縦穴６５は開口しており、台部の後方には、カラー１３を押し出すための押し出し部６６が設けられている。この押し出し部６６は、前後に移動することが可能であり、カラー当接部材６４の台部の後方に設けられた開口からカラー当接部材６４の内部へ進入することが可能とされている。また、台部の高さは、ハンド部６０ａの高さと略同一とされており、台部の前方に設けられた開口は、カラー１３が通過することが可能な程度の大きさとされている。
【００５２】
カラー１３が台部まで落下した後、押し出し部６６は前方へ移動し、カラー当接部材６４の内部へ進入する。このカラー当接部材６４によって、台部上のカラー１３が前方へ押され、台部の前方に設けられた開口からカラー当接部材６４の外部へ押し出される。このとき、ハンド部６０ａが待機位置にあり、このためカラー当接部材６４がハンド部６０ａへ送られる。ハンド部６０ａは、待機位置でカラー１３の供給を待機しているときには、上下のハンド部材６０ｂが離反した状態となっており、カラー当接部材６４からこれらの２つのハンド部材６０ｂの間に、カラー１３が押し出される。両ハンド部材６０ｂは、カラー１３がその間隙部分に送り込まれたとき、互いに接近する方向へ移動し、夫々Ｖ溝によってカラー１３を狭持する。ハンド部６０ａは、カラー１３を、概ねその頭部１４のみを後方へ突出させた状態で狭持するようになっている。
【００５３】
把持部６０は、このようにカラー１３を把持した状態で、直動機構６１の動作によってガイドレール５９に沿って略水平に移動せしめられ、セット位置に到達した時点で停止する。そして、送り用モータ５７が動作して、保持部３６が前方へ移動し、ヘッド部３７の先端がカラー１３の頭部１４に当接する。このとき、カラー１３の頭部１４が、ヘッド部３７の六角穴３７ａに係入した場合には、ヘッド部３７を前方へ付勢するバネの付勢力に反してヘッド部３７が後方へ殆ど押されることがなく、ヘッド部３７は前述した標準位置付近にあるが、六角穴３７ａと頭部１４との六角形状の位相が合わず、六角穴３７ａに頭部１４が係入しない場合には、ヘッド部３７はバネの付勢力に反して後方へ押され、標準位置より若干後方へ移動した状態となる。
【００５４】
このように、ヘッド部３７が標準位置より後方へ移動した場合には、保持部３６に内蔵されるセンサによってこれが検出され、このセンサによる検出をトリガとして、回転用モータ４２が所定の回転速度で動作するようになっている。これによってヘッド部３７がその中心軸回りに回転し、六角穴３７ａと頭部１４との六角形状の位相があったときに、六角穴３７ａに頭部１４が係入する。この係入が、前記センサによって検出され、この場合に回転用モータ４２が停止される。このようにして、カラー１３を保持部３６で確実に保持するようになっている。
【００５５】
カラー１３を保持部３６で保持した後は、ハンド部６０ａの両ハンド部材６０ｂが互いに離反する方向へ移動し、カラー１３を放す。そして、直動機構６１が戻り動作し、続いて把持部６０がガイドレール５９に沿って待機位置まで移動する。
【００５６】
図１３は、カラー１３を保持した場合のヘッド部３７の外観を示す斜視図である。図１３に示すように、カラー１３は、円筒部１５をヘッド部３７の前端面から突出させるように、その頭部１４がヘッド部３７の六角穴３７ａに係入する。また、アレンレンチ４５がカラー１３を貫通し、アレンレンチ４５の先端部分が頭部１４の前端面よりも更に前方へ突出した状態とされる。
【００５７】
このように、カラー１３を保持部３６で保持するのと並行に、又はカラー１３を保持部３６で保持するより前又は後に、対象物Ｔの孔の所定距離後方に、保持部３６が位置するように、プラットフォーム５は位置決め動作する。
【００５８】
次に、送り用モータ５７が動作し、保持部３６が更に前方へ所定距離だけ移動する。保持部３６は、対象物Ｔの近傍まで移動し、これによって、対象物Ｔの孔に挿入され、ボルト挿入装置１によって対象物Ｔに押し付けられたハイロックピン７に、カラー１３が接近する。保持部３６は、カラー１３がハイロックピン７から若干離隔した位置まで移動される。このとき、アレンレンチ４５がハイロックピン７の軸部９の先端に当接し、アレンレンチ４５の先端が、ハイロックピン７の六角穴１２に係入した場合には、アレンレンチ４５を前方へ付勢するバネの付勢力に反してアレンレンチ４５が後方へ殆ど押されることがないが、六角穴１２とアレンレンチ４５との六角形状の位相が合わず、六角穴１２にアレンレンチ４５が係入しない場合には、アレンレンチ４５はバネの付勢力に反して後方へ押され、若干後方へ移動した状態となる。
【００５９】
そして、保持部３６がカラー１３を保持するときの動作と同様に、アレンレンチ４５がバネの付勢力に反して後方へ押動された場合には、保持部３６に内蔵されるセンサによってこれが検出され、このセンサによる検出をトリガとして、ロータリアクチュエータ４６が所定の回転速度で所定方向へ所定の角度（例えば９０°）だけ動作するようになっている。この間に、六角穴１２にアレンレンチ４５が係入した場合、前述したセンサによってこれが検出され、ロータリアクチュエータ４６の動作が停止される。一方、この間に、六角穴１２にアレンレンチ４５が係入しなかった場合は、六角穴１２にアレンレンチ４５が係入するまで、ロータリアクチュエータ４６が逆方向へ回転動作する。そして、前記センサにより六角穴１２へのアレンレンチ４５の係入が検出されたときに、ロータリアクチュエータ４６の動作が停止される。これによって、アレンレンチ４５を確実に六角穴１２に係入させることができる。
【００６０】
次に、送り用モータ５７が動作し、保持部３６が更に前方へ移動される。この間、アレンレンチ４５はバネの付勢力に抗してヘッド部３７の内部へ進入することとなるため、保持部３６の移動が妨げられることはない。そして、カラー１３の先端面の孔２１の開口部分が、ハイロックピン７のねじ部１０の先端部分と当接したとき、送り用モータ５７の動作が停止される。更にこの後、アレンレンチ４５，回転ロッド４４，又は連結部４７に設けられた図示しないロック機構が動作して、アレンレンチ４５の回転がロックされる。これによって、ハイロックピン７が回転止めされる。
【００６１】
そして、回転用モータ４２が、ハイロックピン７とカラー１３とが螺合する方向の反対方向へカラー１３を回転させるように動作する。このように動作することにより、ハイロックピン７のねじ山と、カラー１３のねじ山とが倣うこととなる。更にその後、回転用モータ４２がこれとは反対方向、即ちハイロックピン７とカラー１３とが螺合する方向へカラー１３を回転させるように動作し、カラー１３がハイロックピン７に締め付けられる。このとき、カラー１３は所定値以上のトルクで締め付けられるようになっており、このためカラー１３の締め付けが完了したときには、カラー１３が切断部１７から切断されることとなる。そして、例えば回転用モータ４２の負荷トルクを検出することによって、カラー１３の切断が検出され、このときに回転用モータ４２の動作が停止される。そして、保持部２２及び保持部３６が夫々後方へ移動され、保持部３６のヘッド部３７に残ったカラー１３の頭部１４及び連結部１６がヘッド部３７から除去されて、動作が終了する。
【００６２】
なお、上述した如く本実施の形態においては、比較的特殊な形状のハイロックピン７及びカラー１３を用いて対象物Ｔを締結する構成について説明したが、これに限定されるものではなく、他の形状のボルト及びナット、例えば、六角穴付きボルト及び六角ナットを用いて対象物Ｔを締結する構成であってもよい。この場合、保持部２２を六角穴付きボルトを保持することが可能な形状とし、保持部２２の内部にアレンレンチを設けておき、このアレンレンチに六角穴付きボルトの六角穴を係合させて回転止めするとともに、アレンレンチ又は押付ロッド３１のような専用の部材によって、六角穴付きボルトを対象物に押し付ける構成とし、また保持部３７を六角ナットを保持することが可能な形状とし、六角穴付きボルトの軸部に六角ナットのねじ孔を当接させた後、六角ナットを回転させる構成とすることにより、上述した本実施の形態と同様に、対象物Ｔの締結を実現することができる。このように、上述したようなハイロックピン７及びカラー１３とは異なる形状のボルト及びナットを用いて対象物Ｔを締結する場合には、使用するボルト及びナットの形状に合わせて、ボルト挿入装置及びナット締付装置の構成が変更されることは言うまでもない。
【００６３】
【発明の効果】
本発明に係る締結システム、該締結システムに使用するボルト挿入装置及びナット締付装置、並びに前記ボルト挿入装置に使用するボルト挿入用エンドエフェクタ及び前記ナット締付装置に使用するナット締付用エンドエフェクタによる場合は、対象物に設けられた孔に、該孔に対するはめあいがすきまばめ又は中間ばめの関係のボルトを挿入し、対象物にボルトを押し付けるため、ナットをボルトに締め付けるためにボルトのねじ部に押し付けたとき等に、孔からボルトが脱落することがない。
【００６４】
また、ボルトを回転止めするため、ナットをボルトに締め付けるときにボルトが回転することがなく、これによって孔に対するはめあいがすきまばめ又は中間ばめの関係のボルトを用いて対象物を締結することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る締結システムの全体構成を示す側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る締結システムの全体構成を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る締結システムで使用するハイロックピン（ボルト）を示しており、（ａ）は、ハイロックピンの側面図であり、（ｂ）は、ハイロックピンの正面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る締結システムで使用するカラー（ナット）を示しており、（ａ）は、カラーの側面図であり、（ｂ）は、カラーの正面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るボルト挿入用エンドエフェクタを部分的に拡大した部分拡大側面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るボルト挿入用エンドエフェクタを部分的に拡大した部分拡大下面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るボルト挿入用エンドエフェクタの外観を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るボルト挿入用エンドエフェクタの保持部が前方へ移動したときのボルト挿入用エンドエフェクタの外観を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態に係るナット締付用エンドエフェクタの側面図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係るナット締付用エンドエフェクタの下面図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係るナット締付用エンドエフェクタが有する保持部の外観を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係るナット締付用エンドエフェクタが有するハンド部の外観を示す斜視図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係るナット締付用エンドエフェクタが有するヘッド部がカラーを保持した場合のヘッド部の外観を示す斜視図である。
【符号の説明】
１　ボルト挿入装置
２　ナット締付装置
３，５　プラットフォーム
４　ボルト挿入用エンドエフェクタ
６　ナット締付用エンドエフェクタ
７　ハイロックピン
８　頭部
９　軸部
１０　ねじ部
１１　円筒部
１２　六角穴
１３　カラー
１４　頭部
１５　円筒部
１６　連結部
１７　切断部
２１　孔（ねじ孔）
２２　保持部
２３　案内部材
２４　ヘッド部
３１　押付ロッド
３５　ドリル部
３６　保持部
３７　ヘッド部
３７ａ　六角穴
３８　回転部
４２　回転用モータ
４４　回転ロッド
４５　アレンレンチ
４６　ロータリアクチュエータ
５３　ボールねじ
５７　送り用モータ
５８　フレーム
５９　ガイドレール
６０　把持部
６０ａ　ハンド部
６１　直動機構
６２　供給部

Claims (25)

1. 複数の対象物に設けられた孔に、該孔に対するはめあいがすきまばめ又は中間ばめの関係のボルトを挿入するボルト挿入装置と、該ボルト挿入装置によって孔に挿入されたボルトにナットを締め付けるナット締付装置とを備え、複数の対象物をボルト及びナットで締結する締結システムであって、
   前記ボルト挿入装置によって挿入されたボルトを対象物に押し付ける押付部と、
   該押付部によって対象物に押し付けられたボルトを回転止めする回転止め部とを備え、
   前記ナット締付装置は、前記回転止め部によって回転止めされたボルトのねじ部にねじ孔が当接された状態のナットを回転させて、ボルトにナットを締め付けるべくなしてあることを特徴とする締結システム。
2. 前記ボルト挿入装置は、外部から供給されたボルトを、軸部のみを突出させて保持するボルト保持部と、該ボルト保持部によって保持したボルトの軸部を対象物の孔に挿入すべく、前記ボルト保持部を移動させる第１移動部とを有し、
   前記押付部は、前記ボルト挿入装置に設けられており、前記ボルト保持部によって保持されたボルトの頭部に当接する当接部材と、該当接部材をボルトの中心軸方向へ移動させる第２移動部とを有することを特徴とする請求項１に記載の締結システム。
3. 前記ボルト挿入装置は、前記ボルト保持部及び前記押付部が設けられたボルト挿入用エンドエフェクタと、該ボルト挿入用エンドエフェクタを移動させるためのプラットフォームとによって構成されていることを特徴とする請求項２に記載の締結システム。
4. 前記ナット締付装置は、外部から供給されたナットを保持するナット保持部と、
   該ナット保持部によって保持されたナットの中心軸を、対象物の孔に挿入されたボルトの中心軸に合わせ、しかも前記ボルトのねじ部にナットのねじ孔を当接させるべく、前記ナット保持部を移動させる移動部と、
   前記ナット保持部を回転させることによって、前記ナット保持部に保持されたナットを、該ナットの中心軸回りに回転させる回転部とを有することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の締結システム。
5. 前記回転部は、前記ナット保持部を、前記ナット保持部に保持されたナットの中心軸回りに、該ナットがボルトに螺合する方向と反対方向へ回転させた後、前記ナットがボルトに螺合する方向へ回転させるべくなしてあることを特徴とする請求項４に記載の締結システム。
6. 前記ナット締付装置は、前記ナット保持部及び前記回転部が設けられたナット締付用エンドエフェクタと、該ナット締付用エンドエフェクタを移動させるためのプラットフォームとによって構成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の締結システム。
7. 前記回転止め部は、前記ボルト挿入装置に設けられており、ボルトの頭部に設けられた多角形の穴に合致する形状をなすレンチと、該レンチを移動させて前記穴に挿入するレンチ移動部とを有することを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の締結システム。
8. 前記回転止め部は、前記ナット締付装置に設けられており、ボルトの軸部の先端に設けられた多角形の穴に合致する形状をなすレンチと、該レンチを移動させて前記穴に挿入するレンチ移動部とを有することを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の締結システム。
9. 対象物に孔を設けるためのドリル部を更に備えることを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の締結システム。
10. 複数の対象物に設けられた孔に、該孔に対するはめあいがすきまばめ又は中間ばめの関係のボルトを挿入するボルト挿入装置において、
    挿入されたボルトを対象物に押し付ける押付部を備えることを特徴とするボルト挿入装置。
11. 外部から供給されたボルトを、軸部のみを突出させて保持するボルト保持部と、該ボルト保持部によって保持したボルトの軸部を対象物の孔に挿入すべく、前記ボルト保持部を移動させる第１移動部とを更に備え、
    前記押付部は、前記ボルト保持部によって保持されたボルトの頭部に当接する当接部材と、該当接部材をボルトの中心軸方向へ移動させる第２移動部とを有することを特徴とする請求項１０に記載のボルト挿入装置。
12. 前記ボルト保持部及び前記押付部が設けられたボルト挿入用エンドエフェクタと、該ボルト挿入用エンドエフェクタを移動させるためのプラットフォームとによって構成されていることを特徴とする請求項１１に記載のボルト挿入装置。
13. 前記押付部によって対象物に押し付けられたボルトを回転止めする回転止め部を更に備えることを特徴とする請求項１０乃至１２の何れかに記載のボルト挿入装置。
14. 前記回転止め部は、ボルトの頭部に設けられた多角形の穴に合致する形状をなすレンチと、該レンチを移動させて前記穴に挿入するレンチ移動部とを有することを特徴とする請求項１３に記載のボルト挿入装置。
15. 複数の対象物に設けられた孔に挿入されたボルトにナットを締め付けるナット締付装置において、
    外部から供給されたナットを保持するナット保持部と、該ナット保持部を、前記ナット保持部に保持されたナットの中心軸回りに、該ナットがボルトに螺合する方向と反対方向へ回転させた後、前記ナットがボルトに螺合する方向へ回転させる回転部とを備えることを特徴とするナット締付装置。
16. 前記ナット保持部及び前記回転部が設けられたナット締付用エンドエフェクタと、該ナット締付用エンドエフェクタを移動させるためのプラットフォームとによって構成されていることを特徴とする請求項１５に記載のナット締付装置。
17. 対象物の孔に挿入されたボルトを回転止めする回転止め部を更に備えることを特徴とする請求項１５又は１６に記載のナット締付装置。
18. 前記回転止め部は、ボルトの軸部の先端に設けられた多角形の穴に合致する形状をなすレンチと、該レンチを移動させて前記穴に挿入するレンチ移動部とを有することを特徴とする請求項１７に記載のナット締付装置。
19. 複数の対象物に設けられた孔に、該孔に対するはめあいがすきまばめ又は中間ばめの関係のボルトを挿入するために、プラットフォームに搭載されるボルト挿入用エンドエフェクタにおいて、
    挿入されたボルトを対象物に押し付ける押付部を備えることを特徴とするボルト挿入用エンドエフェクタ。
20. 外部から供給されたボルトを、軸部のみを突出させて保持するボルト保持部を更に備え、
    前記押付部は、前記ボルト保持部によって保持されたボルトの頭部に当接する当接部材と、該当接部材をボルトの中心軸方向へ移動させる移動部とを有することを特徴とする請求項１９に記載のボルト挿入用エンドエフェクタ。
21. 前記押付部によって対象物に押し付けられたボルトを回転止めする回転止め部を更に備えることを特徴とする請求項１９又は２０に記載のボルト挿入用エンドエフェクタ。
22. 前記回転止め部は、ボルトの頭部に設けられた多角形の穴に合致する形状をなすレンチと、該レンチを移動させて前記穴に挿入するレンチ移動部とを有することを特徴とする請求項２１に記載のボルト挿入用エンドエフェクタ。
23. 複数の対象物に設けられた孔に挿入されたボルトにナットを締め付けるために、プラットフォームに搭載されるナット締付用エンドエフェクタにおいて、
    外部から供給されたナットを保持するナット保持部と、該ナット保持部を、前記ナット保持部に保持されたナットの中心軸回りに、該ナットがボルトに螺合する方向と反対方向へ回転させた後、前記ナットがボルトに螺合する方向へ回転させる回転部とを備えることを特徴とするナット締付用エンドエフェクタ。
24. 対象物の孔に挿入されたボルトを回転止めする回転止め部を更に備えることを特徴とする請求項２３に記載のナット締付用エンドエフェクタ。
25. 前記回転止め部は、ボルトの軸部の先端に設けられた多角形の穴に合致する形状をなすレンチと、該レンチを移動させて前記穴に挿入するレンチ移動部とを有することを特徴とする請求項２４に記載のナット締付用エンドエフェクタ。

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