JP2004195627A

JP2004195627A - 自動ボルト締結機

Info

Publication number: JP2004195627A
Application number: JP2002370647A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Hatano; 嘉和波多野; Toyoaki Sugano; 豊明菅野
Original assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Current assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】ボルト締結開始段階におけるボルト頭部とソケットとの嵌合を確実なし、ボルト締結制御を確実に行える自動ボルト締結機の提供。
【解決手段】本発明は、ボルト頭部と位相が合った状態で当該ボルト頭部と合致嵌合する嵌合穴を有し、この嵌合穴の開口端部がボルト頭部と嵌合穴との位相がずれた状態でボルト頭部に断面視、点接触するように構成されたソケット４３を有する。また、このソケット４３がボルト頭部に嵌合する前の段階でソケット４３を往復移動させる往復駆動手段３を制御し、ソケット４３に及ぼす押圧力を小さくする。これらにより、ソケット４３の嵌合穴とボルト頭部とが位相がずれて接した時の摩擦抵抗を減じることができ、ソケット４３を回転させながらボルト頭部に接触させても、これらを確実に嵌合させることが可能となる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークにボルトを締結する自動ボルト締結機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【非特許文献】日本工業規格Ｂ１１８０
【特許文献１】特許第２８０５８２０号公報
【特許文献２】特開平８−２２９８３５号公報
従来、非特許文献に示される六角ボルト等の多角形頭部を有するボルト８０（図５参照）をワークに締結するための自動ボルト締結機としては、特許文献１に示されたビス締め機を利用するものがある。すなわち、ねじ締め機におけるビットを特許文献２に示されるソケット１００（図５参照）に交換して使用するものである。このタイプの自動ボルト締結機は、ソケット回転駆動用のモータからソケット１００までが、緩衝機構を介さずに直結的に連結され、これらをボールねじ機構により軸方向に往復移動させるように構成されている。ボールねじ機構の駆動源となるモータには、エンコーダが備えられており、このエンコーダの出力によりソケット１００の移動位置、すなわちボルト８０のねじ込み量を割り出し、それに応じて各モータのトルク制御、回転速度制御が実行されるようになっている。これにより、ボルト８０のねじ込み量に応じて、ソケット１００からボルト８０に及ぼされる押圧力・回転速度が変更され、ボルトの頭部８１とソケット１００との嵌合が外れる所謂カムアウトの防止、ボルトの頭部８１がワーク表面に着座した時の衝撃緩和等が図られる。なお、ソケット１００は、特許文献２に示されるように、ボルト頭部８１が合致嵌合可能な嵌合穴１０１を有し、この嵌合穴１０１の開口端には、面取り部１０1ａが形成されているのが一般的な構造である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の自動ボルト締結機においては、ソケット１００の嵌合穴１０１とボルト頭部８１とが位相がずれた状態で接すると、図５（ａ）および同図（ｂ）に示すように、双方の面取り部８１ａ，１０１ａ同士が合致し、喰い付きが生じる。このため、従来の自動ボルト締結機においては、嵌合穴１０１にボルト頭部８１が嵌合しない状態でソケット１００とボルト８０とが一緒に回転してしまう、所謂共回りが頻繁に発生し、これにより、ボルト８０のねじ込み量とソケット１００の移動位置に差が生じてしまう問題が発生していた。この問題があったため、従来は、ボルト８０のねじ込み量に応じた押圧力の調整が適正に行われなくなり、例えば、
・ボルト８０着座時に低減されるべきソケット１００の回転速度が低減されず、ボルト８０が高速回転しながらワークに着座し、その衝撃でワーク、ボルト８０あるいはソケット１００の各部の損傷を招く
・ソケット１００からボルト８０に及ぼされる押圧力が適正化されないためカムアウトが発生し易い
等の問題が発生していた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、ボルト締結開始段階におけるボルト頭部とソケットとの嵌合を確実なし、ボルト締結制御を確実に行えるようにすることを目的とするものである。
【０００５】
前記目的を達成するために本発明は、ボルト頭部と位相が合った状態で当該ボルト頭部と合致嵌合する嵌合穴を有し、この嵌合穴の開口端部がボルト頭部と嵌合穴との位相がずれた状態でボルト頭部に断面視、点接触するように構成されたソケットと、前記ソケットを回転駆動する回転駆動源と、前記ソケットをボルト軸方向に往復移動させる往復駆動手段と、前記ソケットとボルト頭部とが嵌合する前段のソケットの移動位置を検出可能な位置検出手段と、前記位置検出手段が前記ソケット移動位置を検出するのを受けて往復駆動手段の作動によりソケットに付与される押圧力が小さくなるよう往復駆動手段を制御する制御手段とを備えて成ることを特徴とするものである。
【０００６】
また、前記目的を達成するために本発明は、ボルト頭部と位相が合った状態で当該ボルト頭部と合致嵌合する嵌合穴を有し、この嵌合穴の開口端部がボルト頭部と嵌合穴との位相がずれた状態でボルト頭部に断面視、点接触するように構成されたソケットと、前記ソケットと直結的に連結されてソケットを回転駆動する回転駆動源と、前記ソケットおよび回転駆動源を往復移動させる往復駆動手段と、前記ソケットの嵌合穴へのボルト頭部の合致嵌合を検出する嵌合検出手段と、ボルトのねじ込み位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段によりソケットがボルト嵌合位置に移動したことが検出され、かつ前記嵌合検出手段によりソケットの嵌合穴へボルト頭部が合致嵌合したことが検出されて以降、ボルトのねじ込み位置に応じて前記回転駆動源の制御を行う制御手段とを備えて成ることを特徴とするものでもある。
【０００７】
なお、前記制御手段は、ボルトのねじ込み位置に応じて回転駆動源および往復駆動手段を制御するように構成されていることが望ましく、また、制御手段は、往復駆動手段を制御し、ボルトのねじ込み位置に応じてソケットからボルトに付与される押圧力を変更するよう構成されていることが望ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１において、１は自動ボルト締結機であり、コラム２に配した往復駆動手段３と、この往復駆動手段３に連結されたツールユニット４と、往復駆動手段３およびツールユニット４の制御を行うための制御手段５とを備えている。
【０００９】
前記往復駆動手段３は、ボールねじ機構で成るものである。このボールねじ機構は、ＡＣサーボモータ３１（以下、モータ３１という）と、このモータ３１の駆動を受けて回転するねじ軸３２と、このねじ軸３２の回転にともない当該ねじ軸３２の軸線方向に往復移動するナット部材３３と、このナット部材３３に一体に連結された移動テーブル３４と、前記モータ３１の出力軸の回転に応じてパルス信号を発生するエンコーダ３５とを備えている。前記テーブル３４は案内軸２ａに案内してあり、テーブル３４が図上、上下方向に確実に往復移動できるように構成されている。
【００１０】
前記ツールユニット４は、回転駆動源の一例であるＡＣサーボモータ４１（以下、モータ４１という）の駆動を受けて回転する駆動軸４１ａを有し、駆動軸４１ａには、伝達軸４２を介してソケット４３が連結されている。この駆動軸４１ａ、伝達軸４２、ソケット４３は、間に緩衝機構等を設けず直結的に連結されている。
【００１１】
前記ソケット４３は、図２および図３に示すように、先端部にボルト８０の頭部８１が嵌合可能な係合穴４４を形成したものであり、この係合穴４４は、ボルト頭部８１の外接円より僅かに大きい直径の案内穴４４ａと、この案内穴４４ａの奥に形成された六角形状の嵌合穴４４ｂとから構成される。嵌合穴４４ｂの開口端、すなわち嵌合穴４４ｂと案内穴４４ａとの境界部分には面取りが行われておらず、これにより、嵌合穴４４ｂとボルト頭部８１の位相がずれた状態でボルト頭部８１が案内穴４４ａに嵌合した場合、嵌合穴４４ｂの開口端がボルト頭部８１周縁の面取り部８１ａに断面視、点接触するように構成されている。
【００１２】
前記伝達軸４２には、ソケット４３の嵌合穴４４ｂから突出するパイロットピン４５が配置されている。このパイロットピン４５は、ばね４６により常時下方に付勢されており、嵌合穴４４ｂにボルト頭部８１が嵌合するのに押されて伝達軸４２内に上昇移動できるようになっている。また、伝達軸４２には、外周にリング状のドグ４７が摺動自在に挿通させてあり、このドグ４７は、伝達軸４２の軸方向に延びて形成された長穴４２ａを通じて、前記パイロットピン４５に連結されている。これにより、ドグ４７はパイロットピン４５と一体に移動可能となっている。
【００１３】
また、前記テーブル３４には、ブラケット６を介してセンサ７が配置してある。このセンサ７は、前記嵌合穴４４ｂにボルト頭部８１が正しく嵌合した時、パイロットピン４５と一体に所定位置まで上昇するドグ４７を検出してＯＮするよう、その取付位置を調整されている。
【００１４】
前記制御手段５は、制御部５１と、この制御部５１からの指令を受けて前記モータ３１の駆動を制御するモータ駆動部５２と、制御部５１からの指令を受けて前記モータ４１の駆動を制御するモータ駆動部５３と、エンコーダ３５からのパルス信号を処理するパルス処理部５４と、各種制御データ等を記憶保持するための記憶部５５と、情報表示用の表示部５６と、各種設定値を入力可能な入力部５７とを備える。
【００１５】
前記記憶部５５には、制御データとして、原点からボルト頭部８１と嵌合する前段位置（以下、ボルト嵌合前位置という）までのソケット４３の移動量データ、原点からボルト頭部８１と正しく嵌合する位置（以下、ボルト嵌合位置という）までのソケット４３の移動量データおよび原点からボルト８０が着座する直前の位置（以下、ボルト着座前位置という）までのソケット４３の移動量データが予め登録されている。また、ボルト８０が着座した仮締め状態で発生する仮締めトルクおよびボルト８０が最終的に締付けられた状態で発生する最終締付トルクにそれぞれ対応するモータ４１の負荷電流値（以下、これらをそれぞれ仮締め電流値、最終締付電流値という）も予め登録されている。
【００１６】
制御部５１は、図４に示すように、
Ｓ１：スタート信号の入力を待つ。
Ｓ２：モータ駆動部５２に正転駆動指令信号、高速駆動指令信号を送る。
Ｓ３：エンコーダ３５の信号からソケット４３の原点からの移動量を割り出す。
Ｓ４：ソケット４３の移動量がボルト嵌合前位置に達しているか否かを確認し、達していない場合はＳ３に戻る。
Ｓ５：モータ駆動部５２に低力駆動指令信号、モータ駆動部５３に低速駆動指令信号をそれぞれ送る。
Ｓ６：エンコーダ３５の信号からソケット４３の原点からの移動量を割り出す。
Ｓ７：ソケット４３の移動量がボルト嵌合位置に達しているか否かを確認し、達していない場合はＳ６に戻る。
Ｓ８：センサ７がＯＮしているか否かを確認する。ＯＮしていない場合はＳ２４にジャンプする。
Ｓ９：モータ駆動部５２に中力駆動指令信号、モータ駆動部５３に高速駆動指令信号を送る。
Ｓ１０：エンコーダ３５の信号からソケット４３の原点からの移動量を割り出す。
Ｓ１１：ソケット４３の移動量がボルト着座前位置に達しているか否かを確認し、達していない場合は、Ｓ１０に戻る。
Ｓ１２：モータ駆動部５２に高力駆動指令信号、モータ駆動部５３に中速駆動指令信号を送る。
Ｓ１３：モータ駆動部５３からモータ４１の負荷電流値を取得する。
Ｓ１４：負荷電流値が仮締め電流値に達しているか否かを確認し、達していない場合はＳ１３に戻る。
Ｓ１５：モータ駆動部５３に低速駆動指令信号を送る。
Ｓ１６：モータ駆動部５３からモータ４１の負荷電流値を取得する。
Ｓ１７：取得した負荷電流値が最終締付電流値に達しているか否かを確認し、達していない場合はＳ１６に戻る。
Ｓ１８：モータ駆動部５２，５３に駆動停止指令信号、表示部５６に締付完了表示指令信号を送る。
Ｓ１９：モータ駆動部５２に逆転駆動指令信号を送る。
Ｓ２０：エンコーダ３５の信号からソケット４３の原点からの移動量を割り出す。
Ｓ２１：ソケット４３の移動量が原点位置に達したか否かを確認し、達していない場合は、Ｓ２０に戻る。
Ｓ２２：モータ駆動部５２に駆動停止指令信号を与える。
Ｓ２３：エンド。
Ｓ２４：モータ駆動部５２，５３に駆動停止指令信号、表示部５６にエラー表示指令信号を送り、Ｓ２０にジャンプする。
の処理手順でボルト締結制御を行う。なお、図４では省略しているが、制御部５１は、ボルト締結制御の開始時点から内蔵タイマ（図示せず）による計時を行い、所定のタイミングで経過時間をチェックする。そして、所定時間内にボルト締結制御が完了しない場合には、作業を一旦停止し、表示部５６にエラー表示を行うようになっている。また、図４では、文字数の都合上、モータ駆動部５２をＭ１、モータ駆動部５３をＭ２と表現している。
【００１７】
次に、自動ボルト締結機１の作用について説明する。
ワークのめねじ上に配置されたキャッチャ（図示せず）にボルト８０が保持されると、まず、モータ３１が高速で正転駆動される。これを受けて、テーブル３４ないしツールユニット４が高速で下降する。ソケット４３がボルト嵌合前位置に達すると、これを受けてモータ３１が低力駆動（ねじ軸３２を低速、低トルクで回転させる駆動状態をいう）に切り替えられるとともに、モータ４１が低速で駆動を開始する（図４のＳ５）。これを受け、ソケット４３は低速で下降しながら低速回転しつつ、キャッチャに保持されたボルト８０に到達し、これをキャッチャからワークのめねじ位置に押し出す。
【００１８】
続いて、エンコーダ３５の信号から求められたソケット４３の移動量と、嵌合穴４４へのボルト頭部８１の合致嵌合によって作動するドグ４７を検出するセンサ７の状態とから、ソケット４３がボルト頭部８１と嵌合してボルト嵌合位置に達したか否かがチェックされる。もし、エンコーダ３５の信号から求めたソケット４３の移動量が、ボルト嵌合位置に達しているのにセンサ７がＯＮしていない場合、この場合は、嵌合穴４４にボルト頭部８１が合致嵌合しない状態でボルト８０とソケット４３とが共回りし、ボルト８０がねじ込まれていることになる。このため、モータ３１，４１の駆動が停止され、表示部５６にエラー表示がなされて作業が中止される。
【００１９】
従来のソケット１００を用いた場合には、ボルト８０とソケット１００の未嵌合状態での共回りが発生し易いため、前述のように未嵌合共回りを検出した場合に作業を中止する制御を行うとエラーが頻発し、作業能率が極端に低下してしまう。しかし、本自動ボルト締結機１では、ソケット４３の嵌合穴４４開口端に面取りを施さない構造であるため、図３に示すように、ボルト頭部８１周縁の面取り部８１ａに対し、嵌合穴４４開口端は断面視、点接触して喰い付きを防止する。よって、ボルト頭部８１と嵌合穴４４とが位相が合致しない状態で接した時のボルト８０の未嵌合共回りを防ぎ、極めて高い確率でボルト頭部８１を嵌合穴４４に合致嵌合させることが可能となる。これにより、ボルト締結制御におけるボルト嵌合状態確認段階でのエラーの頻発を抑えることができるとともに、ボルト嵌合確認を確実に行ってボルト８０の締結を行うことが可能になる。しかも、ソケット４３がボルト頭部８１に接近する時には、モータ３１が低力駆動し、ボルト頭部８１にソケット４３を押圧する力を小さくするため、より一層確実にソケット４３とボルト８０の未嵌合状態での共回りを防止し、かつ両者の合致嵌合を確実なせる。
【００２０】
ソケット４３の嵌合穴にボルト８０が嵌合して（センサ７がＯＮして）、かつソケット４３がボルト嵌合位置に達している場合には、モータ３１は中力駆動、モータ４１は高速駆動にそれぞれ切り替えられ、ボルト８０のねじ込みが行われる。この場合のモータ３１の中力駆動とは、モータ４１の高速駆動を受けてねじ込まれるボルト８０のねじ込み進行速度よりも若干速い速度でソケット４３を下降させつつ、ソケット４３からボルト８０に適度な押圧力を付与できる駆動状態を指す。つまり、ねじ軸３２を中速・中トルクで回転させるモータ３１の駆動状態を指す。これによりボルト８０には、ワークのめねじとの間に必要以上の摩擦抵抗が生じず、よって、的確かつ高速にボルト８０のねじ込みを行うことができる。
【００２１】
ソケット４３がボルト着座直前に相当する位置に到達すると、モータ３１は高力駆動に切り替えられるとともに、モータ４１も中速駆動に切り替えられる。この場合のモータ３１の高力駆動とは、ねじ込まれるボルト８０のねじ込み進行速度よりも若干速い速度でソケット４３を下降させつつ、ソケット４３からボルト８０に高い押圧力を付与できる駆動状態を指す。つまり、ねじ軸３２を中速・高トルクで回転させるモータ３１の駆動状態を指す。このモータ３１，４１の駆動切替を受け、ボルト軸方向への押圧力が高められるとともに、ソケット４３の回転速度が減じられる。これにより、直後のボルト８０の着座に係る衝撃が緩和されるとともに、着座の衝撃による反力によりカムアウトが生じるのを防止できる。その後、ボルト８０が着座して仮締めトルクが発生すると、モータ４１が低速駆動に切り替えられ、これにより、ボルト８０は最終締結トルクまで徐々に締め上げられる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の自動ボルト締結機は、ソケットの嵌合穴の開口端をボルト頭部周縁の面取り部に断面視、点接触可能な形状とし、このソケットがボルト頭部と嵌合する前段の位置に達したのを検出し、これを受けて往復駆動手段を制御してソケットの移動によって生じる押圧力を低減するように構成されているものである。従って、ソケットの嵌合穴とボルト頭部との位相が合致せずに両者が当接した時に生じる摩擦抵抗力を軽減し、ソケットとボルト頭部との共回りを防止して両者を確実に合致嵌合させることができるものである。この結果、ボルトのねじ込み量に合った適正な位置で回転速度、押圧力等の変更制御が可能になり、高精度のボルト締結を実現できる等の利点がある。
【００２３】
また、本発明の自動ボルト締結機は、ソケットの嵌合穴の開口端をボルト頭部周縁の面取り部に断面視、点接触可能な形状とし、このソケットがボルト頭部と嵌合する位置に達し、かつソケットの嵌合穴にボルト頭部が嵌合していることを確認し、その後にボルトのねじ込み位置に応じて回転駆動源、往復駆動手段を制御してボルト締結を行うように構成されているものである。従って、ソケットの嵌合穴にボルト頭部が確実に合致嵌合した状態でボルトの締結を行うことが可能となり、ソケットの移動位置とボルトのねじ込み位置とを一致させ、ねじ込み位置に合った適正な位置で回転速度、押圧力等の変更制御が可能になり、高精度のボルト締結を実現できる等の利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自動ボルト締結機の一実施形態の概略全体説明図である。
【図２】（ａ）は、本発明の自動ボルト締結機の一実施形態の要部拡大一部切欠断面図であり、（ｂ）は、その底面図である。
【図３】本発明の自動ボルト締結機の一実施形態の要部拡大一部切欠断面図である。
【図４】本発明の自動ボルト締結機の一実施形態のボルト締結制御のフローチャートである。
【図５】（ａ）は従来のソケットとボルトとの接触関係を示す平面図であり、（ｂ）は従来のソケットとボルトとの接触関係を示す要部拡大一部切欠断面図である。
【符号の説明】
１自動ボルト締結機
２コラム
３往復駆動手段
３１ＡＣサーボモータ
４ツールユニット
４１ＡＣサーボモータ
４３ソケット
４４係合穴
４４ａ案内穴
４４ｂ嵌合穴
５制御手段
５１制御部
５２モータ駆動部
５３モータ駆動部
５４パルス処理部

Claims

ボルト頭部と位相が合った状態で当該ボルト頭部と合致嵌合する嵌合穴を有し、この嵌合穴の開口端部がボルト頭部と嵌合穴との位相がずれた状態でボルト頭部に断面視、点接触するように構成されたソケットと、
前記ソケットを回転駆動する回転駆動源と、
前記ソケットをボルト軸方向に往復移動させる往復駆動手段と、
前記ソケットとボルト頭部とが嵌合する前段のソケットの移動位置を検出可能な位置検出手段と、
前記位置検出手段が前記ソケット移動位置を検出するのを受けて往復駆動手段の作動によりソケットに付与される押圧力が小さくなるよう往復駆動手段を制御する制御手段と
を備えて成ることを特徴とする自動ボルト締結機。
ボルト頭部と位相が合った状態で当該ボルト頭部と合致嵌合する嵌合穴を有し、この嵌合穴の開口端部がボルト頭部と嵌合穴との位相がずれた状態でボルト頭部に断面視、点接触するように構成されたソケットと、
前記ソケットと直結的に連結されてソケットを回転駆動する回転駆動源と、
前記ソケットおよび回転駆動源を往復移動させる往復駆動手段と、
前記ソケットの嵌合穴へのボルト頭部の合致嵌合を検出する嵌合検出手段と、
ボルトのねじ込み位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段によりソケットがボルト嵌合位置に移動したことが検出され、かつ前記嵌合検出手段によりソケットの嵌合穴へボルト頭部が合致嵌合したことが検出されて以降、ボルトのねじ込み位置に応じて前記回転駆動源の制御を行う制御手段と
を備えて成ることを特徴とする自動ボルト締結機。
制御手段は、ボルトのねじ込み位置に応じて回転駆動源および往復駆動手段を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の自動ボルト締結機。
制御手段は、往復駆動手段を制御し、ボルトのねじ込み位置に応じてソケットからボルトに付与される押圧力を変更するよう構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自動ボルト締結機。