JP2009160709A - ねじ部品締結機 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーブルの外力による損傷を防止することを可能にしたねじ部品締結機を得る。
【解決手段】ドライブ軸に高速低トルク駆動を与える第１駆動手段に第１プーリ２０を連結し、ドライブ軸を連結する伝達軸３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３の延長線上に低速高トルク駆動する第２駆動手段を配置し、高速低トルク駆動から低速高トルク駆動に切り替え伝達軸を回転駆動するねじ部品締結機において、第１プーリ２０、第２プーリ２１及び無端ベルト２３をケーシング４に内蔵し、無端ベルト２３の循環移動路間にセンサケーブル５０が配線されているねじ部品締結機であるから、機械自体を小さくすることができ、構造も簡単にすることが可能になる。また、機械の美観を損なうこともない。
【選択図】図１

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おいて、トルクセンサから出力されたねじ締めトルク信号を伝達するセンサケーブルをケーシング内に収納配線した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３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）はドライブ軸１０３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ブ軸１０３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おり、ワンウェイクラッチの機械的作用により高速低トルクから低速高トルクへの変更が行われているので、機械自体が比較的大きくなり、小型化に制限がある。また、この高速低トルクドライバから低速高トルクドライバへの変更を電気信号により行う場合は、ドライブ軸の回転を検知するためにセンサが必要になるが、このセンサからの信号を伝達するセンサケーブルは機械の外周に配線することになり、このため、ケーブルが機械にすれたり、これを防ぐために長くする必要があり、しかも、機械を移動させるときやドライバを交換するときにこのケーブルが邪魔になることもあった。更に、センサーケーブルやその他のケーブルが機械の外に出ていると、機械の美観を損なう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ケーブルの外力による損傷を防止することを可能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、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３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３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３との間にクラッチ部材４０を介在させて高速低トルク駆動から低速高トルク駆動に切り替え伝達軸を回転駆動するねじ部品締結機において、これら第１プーリ２０、第２プーリ２１及び無端ベルト２３をケーシング４に内蔵し、第１プーリ２０と第２プーリ２１との間を循環移動する無端ベルト２３の循環移動路間にセンサに接続されたセンサケーブル５０が配線されてい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、ケーシングは第１プーリ２０、第２プーリ２１及びこれらプーリ２０、２１の間を循環移動する無端ベルト２３で囲まれた位置にセンサーケーブル５０を前記第１出力軸１１の軸線に沿う方向に案内する断面Ｕ字形状のガイド穴６が形成されたガイドブロック５を有しているから、センサケーブル等の電線がプーリや無端ベルトに接するのを防止でき、空間を有効に利用できる。

本発明によれば、機械的に駆動力を切り替えるものでなくセンサからの信号を受けて高速低トルク用の第１駆動手段から低速高トルク用の第２駆動手段に切り替わって回転駆動する構成であるので、機械自体を小さくすることができ、構造も簡単にすることが可能になる。また、この高速低トルクドライバから低速高トルクドライバへの変更を電気信号により行う場合において、センサを必要としているが、センサケーブルを機械の内部の空間を有効に利用して収納しているので、従来のように部品がセンサケーブルに触れたり、機械を移動させるときやドライバを交換するときにケーブルが邪魔になることもないとともに機械内に収納配線ができることでケーブルが確実に保護される。更に、センサーケーブルやその他のケーブルが機械にできるだけ収納することを可能にしているので、機械の美観を損なうこともない。しかも、ケーブルが外部に出ていないので、ケーブルを必要以上に長くするといったことがなく、ケーブルの節約ができる。また、この配線は機械の空間を利用し回転あるいは循環移動部材との間にこれらと接触しないように保護されているので、ケーブル等が接触することがなく、機械や配線を損傷することもなくな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及び図２に基づき説明する。図１において、１は、昇降台(図示せず)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２で覆われている。このハウジング２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、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２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２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替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３に回転駆動力を伝達可能に図２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３に伝達するようになっている。しかも、この伝達軸３はその先端が前記昇降台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(図示せず)に連結されている。

また、前記ハウジング２の一部を構成しているケーシング４には前記第１プーリ２０、第２プーリ２１及び無端ベルト２３が内蔵配置してあり、第１プーリ２０と第２プーリ２１との間を循環移動する無端ベルト２３の循環移動路間にはこれより下方にあるトルクセンサに接続されてこれからの信号を伝達するセンサケーブル５０が貫挿されている。このセンサケーブル５０はケーシング４の底部に設けられているガイドブロック５により案内されており、このガイドブロック５は第１プーリ２０、第２プーリ２１及び無端ベルト２３の循環移動路で囲まれた位置に配置され、このガイドブロック５にはセンサーケーブル５０を前記第１出力軸１１の軸線に沿う方向に案内する断面Ｕ字形状のガイド穴６が形成されている。そして、ケーブル５０はプーリ２０、２１や無端ベルト２３に接することなく確実に案内されるようになっている。また、このガイドブロック５の両外側面とケーシング４の内周面との間に前記無端ベルト２３の循環移動路を形成している。

その上、図１に示すように、前記伝達軸３の周囲にはこれを覆う筒状の起歪管５１が前記ハウジング２に固定配置してあり、この起歪管５１は前記伝達軸３がワーク（図示せず）にねじ部品が着座し、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、この起歪管５１にはこれが捻れ、この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５２が取り付けられている。これら起歪管５１、歪みゲージ５２によりトルクセンサが構成され、歪みゲージ５２の信号から制御部(図示せず)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１１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(図示せず)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でねじ部品締結機を、ワークの締結位置に位置させてから、スタート信号を入れると、昇降台が前進する。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３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３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は高速回転し、ねじ部品はワークにねじ込まれるが、センサケーブル５０等の配線はガイドブロック６により保護されているので、接触しない。

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３に伝わり、ねじ部品締結部材を有するドライブ軸によりねじ部品はワークに締結される。この低速高トルクでの回転中に、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３の回転駆動に変わり、第２駆動手段が最終締結トルクに達するまで伝達軸３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、無端ベルト２３を介して高速回転が伝達されるので、これの僅かな延びも期待できることから衝撃トルクは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。 ケーシング内の無端ベルト循環移動路を示す要部断面図である。 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 ハウジング
３ 伝達軸
４ ケーシング
５ ガイドブロック
６ ガイド穴
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 センサケーブル
５１ 起歪管
５２ 歪みゲージ

Claims (2)

1. 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、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（３）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）を介在させて高速低トルク駆動から低速高トルク駆動に切り替え伝達軸を回転駆動するねじ部品締結機において、
   これら第１プーリ、第２プーリ及び無端ベルトをケーシング（４）に内蔵し、第１プーリと第２プーリとの間を循環移動する無端ベルトの循環移動路間にセンサに接続されたセンサケーブル（５０）が配線されていることを特徴とするねじ部品締結機。
2. ケーシングは第１プーリ、第２プーリ及びこれらプーリの間を循環移動する無端ベルトで囲まれた位置にセンサーケーブルを前記第１出力軸の軸線に沿う方向に案内する断面Ｕ字形状のガイド穴（６）が形成されたガイドブロック（５）を有していることを特徴とする請求項１記載のねじ部品締結機。

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