JP2009248279A - ねじ加工方法及び同装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、作業効率のいいねじの加工技術を提供することを課題とする。
【解決手段】ワーク１８にねじを切るねじ加工方法であって、ワークに進入させたタップ２０は回転させないで、昇降機構１５を用いて支持部１７を所定距離だけ上昇させる支持部上昇工程を有することを特徴とする。
【効果】支持部１７を上昇させることにより、ロボットアーム１１の撓みを解消することができる。このとき支持部１７は人工的に上昇させられるため、短時間で支持部１７を上昇させることができる。即ち、短時間でロボットアーム１１の撓みを解消することができ、ねじ加工の作業効率が上がる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークにねじを切るねじ加工技術に関する。

ワークに雌ねじを切る際に、ねじ加工装置を用いて雌ねじを切ることがある。雌ねじを切るには、タップを回転させながら降下させる。雌ねじを切り終わった後は、タップを逆転させながらワークから外す。

タップが雌ねじを切る際、タップを支持する部材には反力がかかる。この反力によりタップを支持する部材が撓む。この撓みはタップがワークから外れる際に消滅するが、撓みが消滅する際の反動によりタップの完全ねじ部が雌ねじ穴の入口部分に接触することがある。タップが入口部分に接触すると、タップが入口部分のワークを削り取り、雌ねじ穴の入口部分の外観が損なわれる。

このような接触を防止することができる装置として、産業用ロボットが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許第３４１７１２９号公報（図１）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１１は従来の技術の基本原理を説明する図であり、産業用ロボット１００は、アーム１０１の先端に支持され駆動歯車１０２を回転させることにより従動歯車１０３を回転させる昇降モータ１０４と、従動歯車１０３に一体的に取付けられた雌ねじ部１０５が回転されることにより図面上下方向に移動させられる雄ねじ部１０６と、この雄ねじ部１０６の下端に取付けられ回転モータ１０７を支持するプレート１０８と、回転モータ１０７の軸１０９の先端に配置されるチャック１１１に支持されワーク１１２に雌ねじを切るためのタップ１１３とから構成される。

このような産業用ロボット１００を用いてワーク１１２に雌ねじを切るには、まず、昇降モータ１０４を作動させ、駆動歯車１０２及び従動歯車１０３を回転させることにより、雄ねじ部１０６を下降させる。タップ１１３の先端がワーク１１２に接触する位置まで、雄ねじ部１０６を下降させる。

次に回転モータ１０７を作動させ軸１０９、チャック１１１及びタップ１１３を回転させる。タップ１１３は雄ねじ状に構成されている。タップ１１３は、ワーク１１２内に雌ねじを切りながらワーク１１２内を下降する。このときタップ１１３からワーク１１２に加わる下向きの力に対する反力により、アーム１０１は上側に撓む。

雌ねじを切り終わったら、昇降モータ１０４のロックを解除する。昇降モータ１０４のロックを解除すると、アーム１０１が下がろうとする力により駆動歯車１０２及び従動歯車１０３が回転させられアーム１０１が下がる。即ち、駆動歯車１０２の回転により、アーム１０１に存在する撓みが消滅する。

このようにして撓みを消滅させた上で、タップ１１３を逆回転させワーク１１２から抜く。アーム１０１の撓みは消滅しているため、反動等により再度タップ１１３が雌ねじ穴の入口部分に接触することがない。入口部分の外観及び品質を損ねることなくタップ１１３を抜くことができる。

ところで、この産業用ロボットによれば、撓みが消滅するまで昇降モータのロックを解除した状態で待つ必要がある。撓みが消滅しようとする力に任せて、撓みが消滅するのを待つため、作業の効率性が悪い。
作業効率のいいねじの加工技術が望まれる。

本発明は、作業効率のいいねじの加工技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、ロボットアームの先端に設けられた昇降機構と、この昇降機構の先に昇降自在に設けられた回転機構と、この回転機構の先に設けられワークにねじを切るタップと、このタップ及び前記昇降機構の間に設けられ前記タップを加工方向に対して移動自在に支持する支持部と、からなるねじ加工装置を用いてねじを切るねじ加工方法であって、
前記回転機構でタップを回転させながらワーク内へ進入させることで、ワークに雌ねじを切るねじ切り工程と、
前記ワークに進入させたタップは回転及び昇降させず、前記昇降機構を用いて前記支持部を所定距離だけ上昇させる支持部上昇工程と、
前記回転機構でタップを逆回転させながらワークからタップを外すタップ外し工程と、からなることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、ロボットアームの先端に設けられた昇降機構と、この昇降機構の先に昇降自在に設けられた回転機構と、この回転機構の先に設けられワークにねじを切るタップと、からなるねじ加工装置において、
前記昇降機構及び前記タップの間には、前記タップを加工方向に対して移動自在に支持する支持部が配置されることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、支持部は、前記回転機構の出力端に設けられ、前記タップを回転不能、且つ、上下動可能に支持し、前記タップの上限範囲を規制する上限ストッパ、及び、前記タップの下限範囲を規制する下限ストッパが設けられることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、タップは回転及び昇降させず、支持部だけを所定距離だけ上昇させる。支持部を上昇させることにより、アームの撓みを解消することができる。このとき支持部は強制的に所定量上昇させられるため、短時間で支持部を上昇させることができる。即ち、短時間でアームの撓みを解消することができ、ねじ加工の作業効率が上がる。

請求項２に係る発明では、タップは、支持部に加工方向に対して移動自在に支持される。支持部のみが移動することにより、アームの撓みを解消させる。タップの雌ねじ穴への再接触を簡便な装置により防止することができる。

請求項３に係る発明では、上限ストッパ及び下限ストッパを配置した。ストッパを配置することにより、タップは上限及び下限が規制される。上限が規制されることによりタップは昇降機構の力を受けることができ、下限が規制されることによりタップがワークと接触していない状態で支持部によりしっかりと支持される。また、タップの上げ過ぎ、下げ過ぎを防ぐことができる。適切な範囲内でタップを昇降させることができ、装置の操作性が向上する。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るねじ加工装置の側面図であり、ねじ加工装置１０は、先端にロボットアーム１１が配置され位置決めアーム１２を操作して雌ねじを切る位置を決めるロボット１３と、ロボットアーム１１の先端にフランジ１４を介して支持される昇降機構１５と、この昇降機構１５に支持される回転機構１６と、この回転機構１６の先端に配置される支持部１７と、この支持部１７に支持されワーク１８に雌ねじを切るためのタップ２０と、ロボット１３の上面に配置されロボットアーム１１の傾きを検知するセンサ２２と、このセンサ２２から得た情報を演算する演算装置２３と、この演算装置２３から得た情報を基に昇降機構１５及び回転機構１６を操作するコントロールボックス２４と、から構成される。
雌ねじを切られるワーク１８は載置台２５に載置される。

図２は本発明に係る昇降機構及び回転機構の側面図であり、昇降機構１５は、フランジ１４に取付けられたフレーム２７の上面にモータフランジ２８を介して支持される昇降モータ３０と、フレーム２７上面に設けられた穴３１を通すように図面下方向に向かって延ばされる雄ねじ部３２と、この雄ねじ部３２を囲うように配置され雄ねじ部３２が回転することにより図面上下方向に移動させられる雌ねじ部３３と、この雌ねじ部３３に一体的に取り付けられ上下のフランジ部３５、３６により回転機構１６を支持する支持部材３７と、支持部材３７の上部及び下部に配置されレール３９上を移動する上部昇降ストッパ４１及び下部昇降ストッパ４２とから構成される。

回転機構１６は、上フランジ部３５の上面にモータフランジ４３を介して支持される回転モータ４４と、回転モータ４４から破線で示される穴４５を通して図面下方向に延ばされ先端にチャック４６が配置される軸４７とから構成される。

昇降モータ３０を作動させると雄ねじ部３２が回転させられる。雄ねじ部３２が回転させられることにより、雌ねじ部３３、支持部材３７、上部昇降ストッパ４１、下部昇降ストッパ４２、回転機構１６、支持部１７及びタップ２０が一体的に昇降させられる。

雌ねじ部３３、支持部材３７、上部昇降ストッパ４１、下部昇降ストッパ４２、回転機構１６、支持部１７及びタップ２０は、上部昇降ストッパ４１の上面４８がレール３９の上脚部５１に接触する位置から、下部昇降ストッパ４２の下面５２がレール３９の下脚部５３に接触する位置まで移動することができる。

即ち、回転機構１６の上限及び下限は上部昇降ストッパ４１及び下部昇降ストッパ４２により規制される。上限及び下限が規制されることにより、回転機構１６の先端に配置されるタップ２０の上げ過ぎ、下げ過ぎを防ぐことができる。適切な範囲内でタップ２０を昇降させることができ、装置の操作性が向上する。

一方、回転モータ４４を作動させると、軸４７、チャック４６、支持部１７及びタップ２０が一体的に回転させられる。

図３は図２の３部拡大図であり、軸４７は、下フランジ３６に配置された軸受５４を介して回転可能に支持される。軸４７は軸受５４を介して支持されるため、軸４７が回転しても軸４７にはぶれが生じない。

図４は図２の４部拡大図であり、タップ２０は、六角柱状の基部５５に支持され、この基部５５の頂部には鍔部５６が配置されている。
支持部１７は、基部５５が摺動可能に収納される六角穴５７を有する分割形のケース５８と、このケース５８内に収納され鍔部５６を図面上方向に付勢する圧縮ばね等の付勢手段６０とから構成される。

鍔部５６、基部５５及びタップ２０は一体的に締結され、図面上下方向に移動可能に配置される。
この際、六角柱状の基部５５が六角穴５７に嵌合しているため、タップ２０が空転する心配がない。

加えて、ケース本体６１の天井部がタップ２０の上昇を規制する上限ストッパ６５であり、蓋体６２の裏面がタップ２０の下降を規制する下限ストッパ６６である。
ストッパを配置することにより、タップは上限及び下限が規制される。上限が規制されることによりタップは昇降機構の力を受けることができ、下限が規制されることによりタップがワークと接触していない状態で支持部によりしっかりと支持される。また、タップの上げ過ぎ、下げ過ぎを防ぐことができる。適切な範囲内でタップ２０を昇降させることができ、装置の操作性が向上する。

ケース５８はケース本体６１及び蓋体６２とから構成される。蓋体６２の上面に付勢手段６０を配置した後に、基部５５を六角穴５７に通すことにより鍔部５６、基部５５及びタップ２０を配置し、ケース本体６１を回転させながらケース本体６１及び蓋体６２を螺合させる。

以上の構成からなるねじ加工装置の作用を次に述べる。
図５は本発明に係る準備工程を説明する図であり、雌ねじ穴を切る位置が決まるとコントロールボックス２４は、矢印（１）で示すように昇降モータ３０を作動させ、同時に矢印（２）で示すように回転モータ４４を作動させる。

このときセンサ２２はＰ１を検知している。即ち、ロボットアーム１１の撓みがない場合に、センサ２２はＰ１を検知する。
このまま昇降モータ３０を作動させておくと、タップ２０がワーク１８に接触し、雌ねじ切りが始まる。

図６は本発明に係るねじ切り工程を説明する図であり、（ａ）に示されるようにタップ２０がワーク１８に接触する直前に、コントロールボックス２４は、昇降モータ３０に同期させて回転モータ４４を作動させる。タップ２０を回転モータ４４により回転させておくことにより、タップ２０は雌ねじを切りながらワーク１８内を下降する。即ち、タップ２０により雌ねじが切られる。

このとき、センサ２２は、Ｐ１よりも下のＰ２を検知する。即ち、ロボットアーム１１がワーク１８から受ける反力により、ロボットアーム１１がθだけ撓まされている。

回転モータ４４を作動させるタイミングは、ワーク１８にタップ２０が接触した後であってもよい。
昇降モータ３０と回転モータ４４を同期させて雌ねじを切ることにより、雌ねじを切る際に発生するばりがワーク１８の外に出ることを防ぐことができる。

（ｂ）は（ａ）のｂ部拡大図であり、タップ２０がワーク１８に雌ねじを切っている間は、鍔部５６がワーク１８から受ける上向きの力により鍔部５６がケース５８に接触する状態にある。
雌ねじ切りが終了したら回転を止め、次にロボットアーム（（ａ）ロボットアーム１１）の撓みを消滅させる。

図７は本発明に係る支持部上昇工程を説明する図であり、（ａ）に示すように、コントロールボックス２４は、矢印（３）で示すよう昇降モータ３０を作動させる。
昇降モータ３０を作動させることにより、雌ねじ部３３、支持部材３７、上部昇降ストッパ４１、下部昇降ストッパ４２、回転機構１６及び支持部１７を上昇させる。タップ２０は、ワーク１８に入った状態のままである。

タップ２０がワーク１８に入った状態で、雌ねじ部３３、支持部材３７、上部昇降ストッパ４１、下部昇降ストッパ４２及び回転機構１６を上昇させるため、タップ２０をワーク１８に残したまま支持部材３７を図面上方向に摺動させる。矢印（４）で示すように、フレーム２７、昇降モータ３０及びロボットアーム１１が下げられる。フレーム２７、昇降モータ３０及びロボットアーム１１が下げられることにより、撓みが消滅する。

フレーム２７、昇降モータ３０及びロボットアーム１１の下げられる長さは、センサ２２から得た情報を、演算装置２３において演算し、この演算結果を基に決められる。
撓みが消滅するとセンサ２２は、Ｐ１の位置を検知する。

（ｂ）は（ａ）のｂ部拡大図であり、支持部１７を上昇させ、鍔部５６、基部５５及びタップ２０は上昇させないため、鍔部５６の上面とケース５８の間にＬだけ隙間ができる。Ｌだけ隙間ができた分、このＬと同じ長さだけロボットアーム（（ａ）のロボットアーム１１）の撓みを吸収する。
撓みを消滅させた後は、タップ２０をワーク１８から外す。

図８は本発明に係るタップ外し工程を説明する図であり、タップ２０を外す場合コントロールボックス２４は、矢印（５）で示すように回転モータ４４を昇降モータ３０に同期させて、タップ２０をワーク１８から引き抜くように逆転させる。タップ２０を上昇させ、作業は終了する。

支持部１７だけを上昇させることにより、アームの撓みを解消させる。タップ２０がワーク１８から外れると、付勢手段６０の力によりタップ２０は元の位置に戻される。タップ２０の雌ねじ穴への再接触を簡便な装置により防止することができる。

以上に説明したねじの加工方法を以下のフロー図にまとめる。
図９は本発明に係るねじ加工方法を説明するフロー図であり、ステップ（以下ＳＴと記す。）０１で準備されたねじ加工装置１０を操作し、雌ねじを切る位置にタップ２０を移動させ、位置決めを行う。

次に、昇降モータ３０を作動させ、タップ２０がワーク１８に接触する直前の位置までタップ２０を降下させる（ＳＴ０２）。次に、回転モータ４４を昇降モータ３０と同期して作動させ、タップ２０により雌ねじを切る（ＳＴ０３）。

雌ねじを切り終わったら、回転モータ及び昇降モータを静止させる（ＳＴ０４）。その後、昇降モータを作動させ、支持部１７を上昇させる（ＳＴ０５）。支持部１７を上昇させロボットアーム１１の撓みを消滅させる。

次に、回転モータ４４を昇降モータ３０に同期させながら作動させ、タップ２０をワーク１８から外し（ＳＴ０６）、作業は終了する。

タップは回転させないで、昇降機構を用いて支持部を所定距離だけ上昇させる。支持部を上昇させることにより、アームの撓みを解消することができる。このとき支持部は強制的に所定量上昇させられるため、短時間で支持部を上昇させることができる。即ち、短時間でアームの撓みを解消することができ、ねじ加工の作業効率が上がる。

以下に本発明に係るねじ加工装置の別実施例を説明する。
図１０は図２の別実施例を説明する図であり、図２と共通要素は符号を流用して、詳細な説明は省略する。雌ねじ部３３に直接、支持部６８を支持させた。
この場合、支持部６８内の天井部がタップ２０の上限を規制する上限ストッパ６９であり、支持部６８内の床部がタップ２０の下限を規制する下限ストッパ７１である。

昇降機構７２は、フレーム２７、昇降モータ３０、雄ねじ部３２及び雌ねじ部３３から構成される。

雌ねじ部３３に直接、支持部６８を支持させた場合には、回転機構１６はタップ２０と一体的に支持部６８内を昇降する。
即ち、ねじ切り工程（図６）では、ワークの反力により回転機構１６及びタップ２０が持ち上げられる。回転機構１６及びタップ２０が持ち上げられ、回転モータ４４の頂部７３が上限ストッパ６９に接触した状態で、タップ２０がワークに雌ねじを切る。

ねじ切り工程を終えたときには、回転モータ４４の頂部７３が上限ストッパ６９に接触した状態にある。従って、支持部上昇工程で支持部６８だけを上昇させロボットアーム１１の撓みを解消させることができる。

雌ねじ部３３に直接、支持部６８を支持させた構成においてもタップ２０は加工方向に対して移動自在に支持される。雌ねじ部３３に直接、支持部６８を支持させるため、部品点数の削減を図ることができ、ねじ加工装置を安価で製造することができる。

なお、回転モータ４４の上下方向への移動をガイドするガイド部材を配置することが望ましい。ガイド部材は、回転モータ１６の側面を囲うようにして筒部材を設けることや、回転モータ１６の側面に複数の柱を設けることにより配置することができる。

加えて、別実施例に係る発明にも支持部６８内に付勢手段（図４の付勢手段６０）を配置し、タップ２０が支持部６８に衝突する衝撃を和らげることができる。

尚、本発明に係るねじ加工装置は、実施の形態ではコントロールボックスを用いて操作したが、経験的にワーク及びタップの組み合わせから撓み量が分かっている場合等に、手動で操作することは差し支えない。即ち、自動、手動の区別なく本発明に係るねじ加工装置は使用することができる。

加えて、ねじ切り工程を容易にするため、予めレーザやアーク等を用いてワークを加熱して軟化させておくことや、ねじを切る場所に下穴を設けておくことは何ら差し支えない。

本発明のねじ加工方法は、ワークに雌ねじ穴を開ける作業に好適である。

本発明に係るねじ加工装置の側面図である。 本発明に係る昇降機構及び回転機構の側面図である。 図２の３部拡大図である。 図２の４部拡大図である。 本発明に係る準備工程を説明する図である。 本発明に係るねじ切り工程を説明する図である。 本発明に係る支持部上昇工程を説明する図である。 本発明に係るタップ外し工程を説明する図である。 本発明に係るねじ加工方法を説明するフロー図である。 図２の別実施例を説明する図である。 従来の技術の基本原理を説明する図である。

符号の説明

１０…ねじ加工装置、１１…ロボットアーム、１５、７２…昇降機構、１６…回転機構、１７、６８…支持部、１８…ワーク、２０…タップ、３０…昇降モータ、４４…回転モータ、５５…基部、５８…ケース、６０…付勢手段、６４…下穴、６５、６９…上限ストッパ、６６、７１…下限ストッパ。

Claims (3)

1. ロボットアームの先端に設けられた昇降機構と、この昇降機構の先に昇降自在に設けられた回転機構と、この回転機構の先に設けられワークにねじを切るタップと、このタップ及び前記昇降機構の間に設けられ前記タップを加工方向に対して移動自在に支持する支持部と、からなるねじ加工装置を用いてねじを切るねじ加工方法であって、
   前記回転機構でタップを回転させながらワーク内へ進入させることで、ワークに雌ねじを切るねじ切り工程と、
   前記ワークに進入させたタップは回転及び昇降させず、前記昇降機構を用いて前記支持部を所定距離だけ上昇させる支持部上昇工程と、
   前記回転機構でタップを逆回転させながらワークからタップを外すタップ外し工程と、からなることを特徴とするねじ加工方法。
2. ロボットアームの先端に設けられた昇降機構と、この昇降機構の先に昇降自在に設けられた回転機構と、この回転機構の先に設けられワークにねじを切るタップと、からなるねじ加工装置において、
   前記昇降機構及び前記タップの間には、前記タップを加工方向に対して移動自在に支持する支持部が配置されることを特徴とするねじ加工装置。
3. 前記支持部は、前記回転機構の出力端に設けられ、前記タップを回転不能、且つ、上下動可能に支持し、前記タップの上限範囲を規制する上限ストッパ、及び、前記タップの下限範囲を規制する下限ストッパが設けられることを特徴とする請求項２記載のねじ加工装置。

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