JP2011131327A - ねじ浮き検出装置を有する自動ねじ締め機 - Google Patents

Abstract

【課題】ねじ締め時にねじの頭部座面がワークあるいは部品等に対して確実に着座したか否かの判定を可能にした簡単な構成のねじ浮き検出装置を有する自動ねじ締め機を得る。
【解決手段】ねじ１を吸着保持する吸着パイプ３４内に回転且つ軸方向に移動自在なドライバビット２０を設け、このドライバビット２０を構成する軸部と係合部との間に係合部を駆動穴に係合させたときに頭部頂面に当接するストッパ部２３を形成し、係合状態となった駆動穴の底と係合部の先端との間には隙間を有する構成とし、一方、吸着パイプ３４に対するドライバビット２０の軸方向の移動変位量をセンサ手段で検出し、ねじ浮き状態の有無を判定するねじ浮き検出装置を有する自動ねじ締め機であるので、頭部座面が着座しているか否かを正確に判定できる。また、頭部頂面にストッパ部が当接するので、駆動穴がねじ製造時に変形してもその影響を受けることがない。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークに所定の締結力でねじを締め付ける自動ねじ締め機であって、あらかじめ設定されたねじ締めトルクでワークに締め付けたときにねじの頭部座面がワークの表面に着座しているか否かを確実に検出するねじ浮き検出装置を有する自動ねじ締め機に関する。

ねじをワークの所定位置に締め付け、部品等を固定する場合、ねじの座面がワークあるいは固定される部品に着座しないで僅かでも浮いていると、部品がワークに対して固定されず、ガタ付きが生じている。そのため、この現象が製品組立不良発生要因の一つになっている。特に、自動組立ラインにおいては、ねじを作業サイクル毎に自動供給し、これをワークの所定ねじ締め位置に締め付ける自動ねじ締め機が使用されており、これはねじが自動ねじ締め機の先端に保持されている状態で前進し、ねじをドライバビットを介して所定のねじ締めトルクで締め付けるようになっている。

このような自動ねじ締め機において、前記ねじ浮き状態を解消するために、例えば、特開平８−２５７８４９号公報に示すような構成のねじ浮き検出装置を有するねじ締め機が用いられるようになっている。これは、ねじの頭部十字形状の駆動穴に係合する十字形状の係合部を有するドライバビットの前進位置をセンサで検知し、この位置があらかじめ設定されている着座状態かあるいはねじ浮き状態かのどちらにあるかを判定し、この結果により所定ねじ締めトルクでのねじ締め完了時において頭部がねじ浮き状態か着座状態かを決定するようになっている。そして、このねじ締め作業に使用されているドライバビットはＪＩＳ（日本工業規格）に定められている通常のドライバビットである。

このようなねじ浮き検出装置の具体的作用を図９及び図１０により説明すると、吸着パイプ１３４とビット１２０の隙間より吸引されたねじ１０１は、ビット１２０の先端に吸引保持される。この状態で吸着パイプ１３４がワーク１０５の表面に当接すると、吸着パイプ１３４はワーク１０５の表面に対して静止し、ビット１２０はシリンダ（図示せず）の推力により前進しながら回転し、ねじ１０１をワーク１０５に締め付ける。このねじ締めが正常に終了すると図９に示すようにビット１２０の先端とワーク１０５の表面の距離は（ｔ１）であるが、ねじ浮きが発生すると図１０のように、（Ｔ２）となる。この距離によりねじ締めの良、不良を判定するようになっている。

特開平８−２５７８４９号公報

このように、前記のようなねじ浮き検出装置を有するねじ締め機にあっては、ねじの十字形状の駆動穴に嵌るドライバビットの先端の前進位置を検出することにより頭部座面がワークに対して着座したか否かを検出し、ねじ浮き状態か否かの判定を行っている。しかしながら、十字形状の駆動穴を有するねじの頭部は圧造塑性加工によりパンチで圧造成形されていることから、この駆動穴深さのバラツキやパンチの僅かな摩耗による穴の形状の変化によるドライバビットの前進位置の変化、例えば、駆動穴の深さが頭部頂面からの所定寸法より深いと、ドライバビットの先端がこの駆動穴に対して深く進入することになり、このため、ねじの座面が着座していなくてワークとの間に隙間が生じているにもかかわらず、ねじの座面が着座した良品と判定することもある。また、反対にパンチの摩耗等で、駆動穴が浅いとねじの座面が着座していても、ドライバビットが所定位置まで達していないため、ねじ浮き状態となった不良品と判定することもあるなど、正確な判定ができなかった。更に、ドライバビットの摩耗によるドライバビットの下降量の増加などによっても、ねじ浮き状態か否かの判定に誤差が生じている。特に、ビットの先端摩耗が発生している場合、ねじの頭部がワークに着座しないで僅かに浮いた状態であっても、ドライバビットが所定位置まで前進しておれば、ねじ浮き状態であるにもかかわらず、ねじ締め良と判定している。しかも、ねじを吸着パイプ内に吸着保持する自動ねじ締め機においては、この吸着パイプに対してドライバビットの位置を検出することにより、ねじ浮き状態の有無を判定するようになっているが、ねじの駆動穴やドライバビットの先端形状の変化がこの判定作業に大きく影響し、依然としてねじ締め作業に正確性を欠いている等の諸々の課題を有している。

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締め時にねじの頭部座面がワークあるいは部品等に対して確実に着座したか否かの判定を可能にした簡単な構成のねじ浮き検出装置を有する自動ねじ締め機を得ることである。

本発明の目的は、吸着パイプ３４内に回転且つ軸方向に移動自在なドライバビット２０を設け、この吸着パイプ３４内において頭部２をドライバビット２０の先端に当接させるようねじ１を吸着保持し、この状態でワーク５の所定位置に前記ねじ１を締め付けるようにした自動ねじ締め機において、前記ドライバビット２０を軸部２１と係合部２２とから構成し、この軸部２１と係合部２２との間に前記ねじ１の頭部２に形成されている駆動穴３に係合部２２を係合させたときに頭部頂面に当接するストッパ部２３を形成し、このねじ１の頭部頂面にストッパ部２３が当接して係合状態となった前記駆動穴３の底と係合部２２の先端との間には隙間を有する構成とし、一方、前記吸着パイプ３４に対するドライバビット２０の移動変位量をセンサ手段で検出し、この吸着パイプ３４とドライバビット２０の軸方向への移動変位量によりねじ浮き状態の有無を判定する構成としたねじ浮き検出装置を有する自動ねじ締め機を提供することで達成される。

前記発明において、ストッパ部はドライバビット２０の中心線に直交する水平横断面上に形成された平面であるねじ浮き検出装置を有する自動ねじ締め機とすることで、ねじとドライバビットとの軸心が一致した状態においてねじの頭部頂面に正確に当接することができる。また、これら発明における係合部はこれの外周壁面２２ａとストッパ部２３とが交叉して形成した交叉角部２２ｂを同一平面上において接続する交叉軌跡円を有し、この交叉軌跡円の直径（Ｍ）と前記駆動穴３の外接円の直径（ｍ）との間には（Ｍ＜ｍ）の関係が存在する構成とすることで、駆動穴へのドライバビットの係合部の挿入が安定する。

更に、以上の発明に加えて、センサ手段は吸着パイプ３４を固定したガイド筒３２に取り付けた操作部材３６とドライバビット２０の駆動部側に固定した信号出力部３５とからなり、軸方向への移動を停止した吸着パイプ３４に対して軸方向に移動するドライバビット２０の回転が停止したときに操作部材３６と信号出力部３５とが作用してＯＮ又はＯＦＦ信号を出力する構成であるので、この信号がねじ浮き状態か否かのいずれであるかをあらかじめ設定しておけば、確実なねじ浮き状態の有無を判定することができる。

本発明によれば、ねじの十字形状の駆動穴に嵌るドライバビットの先端の前進位置を検出することにより、頭部座面がワークに対して着座したか否かを判定し、ねじ浮き状態の有無を判定する従来例に比べて、駆動穴に係合するドライバビットの係合部の後部に位置するストッパ部が頭部頂面に当接した状態を基準にしているので、頭部座面が着座しているか否かを正確に判定できる。また、十字形状の駆動穴を有するねじの頭部は圧造塑性加工によりパンチで大量に圧造成形されていることから、この駆動穴深さのバラツキやパンチの僅かな摩耗による駆動穴の形状の変化により、駆動穴の深さが頭部頂面からの所定寸法より深いと、ドライバビットの先端が駆動穴に対して深く進入することになるが、本発明はねじの頭部頂面にストッパ部が当接するようになっているので、駆動穴の形状がねじ製造時に変形してもその影響を受けることがない。特に、これにより、ねじの座面が着座せずワークとの間に隙間が生じているにもかかわらず、従来はねじ着座状態の良品と判定していたが、このような誤判定を生じることもない。更に、これとは反対にパンチの摩耗等で駆動穴が浅いとねじの座面が着座していても、ねじ浮き状態と判定することもあったが、これも解消されて常時正確なねじ浮き有無の判定が可能になる。しかも、ドライバビットの係合部が長い繰り返し使用により摩耗していても、ストッパ部がねじの頭部に当接することで吸着パイプとドライバビットとの相対変位量を検出する構成であるので、ドライバビットの摩耗による影響を何ら受けることなく正確な判定ができる。また、このようにストッパ部がねじの頭部頂面に当接するとともに駆動穴とドライバビットの係合部先端との間に僅かな隙間が生じる構成なので、駆動穴や係合部に何らかの原因で損傷が生じても、ストッパ部が頭部頂面に当接していれば、ねじ浮き有無の判定に何らの悪影響も及ぼさない。更に、ねじの頭部頂面に当接するストッパ部を有するドライバビットとねじを吸着保持する吸着パイプとの相対変位量をセンサ手段で検出するようになっているので、その変位量が正確に検出でき、ワークに対する頭部座面のねじ浮き状態の有無の範囲を設定することでねじの頭部座面が着座したか否かの判定が確実になり、組立製品の不良が低減される等の特有の効果が得られる。

本発明の実施の形態を示すキャッチャを除いた要部拡大図である。 自動ねじ締め機の正面図である。 図２の拡大部分断面側面図である。 本発明に係るドライバビットとねじの頭部を示す拡大要部断面図である。 本発明に係る一実施例としてのドライバビットの拡大斜視図である。 本発明による着座状態の判定時を示す要部断面図である。 本発明によるねじ浮き状態の判定時を示す要部断面図である。 本発明に係る他の実施例としてのドライバビットの拡大斜視図である。 従来例による着座状態の判定時を示す要部断面図である。 従来例によるねじ浮き状態の判定時を示す要部断面図である。

以下、本発明について最良の実施の形態を図１乃至図８に基づき説明する。図２及び図３において、１０はねじ締め作業サイクル毎に供給されてくるねじ１をワークに締め付ける自動ねじ締め機を構成するドライバユニットであり、これは直立して配置されている支持軸１１に沿い前後移動する支持部材１２に固定されている。この支持部材１２は支持軸１１と並行に配置された昇降駆動源１３により移動するようになっており、支持部材１２にはドライバユニット１０の回転駆動源１４を取り付けたケーシング３０が固定されている。このケーシング３０内には前記回転駆動源１４からの回転を伝達する伝達軸１５が減速機（図示せず）を介して接続配置してあり、これの先端にはねじ１の頭部２に形成された駆動穴３に係合可能な係合部２２を有するドライバビット２０が連結されている。

これら伝達軸１５とドライバビット２０の周囲には図３に示すように、前記ケーシング３０内を軸方向に移動自在な段付き形状のガイド筒３２が内挿配置してあり、このガイド筒３２はケーシング３０に対して常時突出するようばね３３で弾力付勢されている。このガイド筒３２には先端にドライバビット２０を回転且つ軸方向に移動自在に内挿する吸着パイプ３４が連結してあり、この吸着パイプ３４とドライバビット２０とは軸方向において相対移動自在となっている。そして、このガイド筒３２には吸着パイプ３４の先端からエアを吸引するための吸引ユニット１６に連通するエアパイプ３１が接続されている。これにより、ねじ締め作業サイクル毎に吸着パイプ３４内のドライバビット２０先端に当接するようねじ１を吸着保持する構成である。

また、脚部４を先にして保持するよう作業サイクル毎に供給されてくるねじ１を吸着保持する前記吸着パイプ３４の先端は、前記支持軸１１の先端に固定されたキャッチャ４０内を軸方向に移動可能に貫挿してあり、このキャッチャ４０にねじ１が保持されると、キャッチャ４０内にある揺動自在な案内パイプ４１を押し退けて前進し、ねじ１を吸着パイプ３４内のドライバビット２０の先端に吸着保持するようになっている。更に、図１に示すように、前記ケーシング３０にはセンサ手段としての信号出力部３５が、ケーシング３０に対して伸縮動作するガイド筒３２には操作部材３６が夫々取り付けてあり、これら信号出力部３５と操作部材３６とからなるセンサ手段は吸着パイプ３４がワーク５に当接したか否かでねじ浮き状態の有無を判定するようになっている。

具体的には吸着パイプ３４が軸方向への移動を停止した状態において、これに対して軸方向に移動するドライバビット２０の回転が停止したときに信号出力部３５と操作部材３６とが作用してＯＮ又はＯＦＦ信号を出力する構成となっている。即ち、あらかじめ設定されているねじ締めトルクに達してドライバビット２０の回転が停止すると同時に信号出力部３５が操作部材３６に当接してＯＮ信号を出力すると、ねじ１の頭部座面が着座したと判定し、反対にドライバビット２０が回転を停止すると同時にＯＦＦ信号を出力すると、ねじ１の頭部座面は着座していないと判定するようになっており、この吸着パイプ３４とドライバビット２０との軸方向への相対移動変位量をセンサ手段で検出し、ねじ浮き状態の有無を判定するようになっている。

一方、前記ねじ１の頭部２の駆動穴３に係合するドライバビット２０は図４及び図５に示す形状を有しており、このドライバビット２０は前記伝達軸１５から回転駆動力が伝達されるよう連結される軸部２１とこの軸部２１の先端にあって一体となっている係合部２２とから構成されている。この係合部２２はねじ１の頭部２に形成された駆動穴３に駆動力を伝達する際に係合可能な形状となっており、軸部２１と係合部２２との間には係合部２２を駆動穴３に係合させたときに頭部頂面に当接するストッパ部２３が形成されている。このストッパ部２３は軸部２１の中心線に直交する水平横断面上に形成された平面となっている。

また、このドライバビット２０により締め付けられるねじ１の頭部２に形成されている駆動穴３はこの実施例では、ＪＩＳ規格に設定されている十字穴であり、図４に示すような形状となっている。そして、このねじ１の頭部頂面にストッパ部２３が当接して係合状態となった前記駆動穴３の底と係合部２２の先端との間には僅かな隙間を有する構成となっている。その上、このストッパ部２３の外周円の直径（Ｄ）と前駆駆動穴３の外接円の直径（ｍ）との間には（Ｄ＞ｍ）の関係を満足させて、（Ｄ）は（ｍ）より常時大きくなるよう設定してある。更に、前記係合部２２はこれの円錐形状となった外周壁面２２ａとストッパ部２３とが交叉して形成した交叉角部２２ｂを同一平面上において接続する交叉軌跡円を有し、この交叉軌跡円の直径（Ｍ）と前記駆動穴３の外接円の直径（ｍ）との間は（Ｍ＜ｍ）の関係を満足する構成となっている。

具体的には、この十字穴はＪＩＳ Ｂ １１１１に規定されている附属書、付表１の十字穴付きなべ小ねじで、その呼びをＭ４とすると、十字穴の外接円の直径（ｍ）は４．２ｍｍで、これに使用するドライバビット２０のストッパ部２３及び軸部２１の外周円の直径（Ｄ）は６ｍｍに設定されている。しかも、前記交叉軌跡円の直径（Ｍ）は３．５ｍｍに設定してあり、このような寸法設定にすることで、十字穴に対してドライバビットの係合部２２は駆動穴３である十字穴に係合してねじ１に所定ねじ締めトルクを伝達することができる。この交叉軌跡円の直径（Ｍ）の設定値は駆動穴３の外接円の直径（ｍ）の８０％以上１００％未満に設定すればよく（本実施例においては好適な値として８５％を採用している。）、これ以下であると駆動穴３への締結力の伝達において係合面積が少なくなって駆動穴３が潰れたり、ドライバビット２０の係合部２２の破損を招きやすくなる。一方、駆動穴３の中心と係合部２２の中心とが僅かにずれたとしても、駆動穴３の外接円の直径（ｍ）に対して軸部２１の外周円の直径（Ｄ）は十分に大きく設定されているので、ねじ１の頭部２にはドライバビット２０のストッパ部２３が安定して当接することができる。

更に、この実施例では図５に示すように、ドライバビット２０の係合部２２を平坦なストッパ部２３から突出させる形状としたが、これに限定せずに例えば、図８に示すように、十字形状の係合部２２の溝２４をストッパ部２３を超えて軸部２１まで延長し、係合羽根２５のみにストッパ部２３を残す形状としてもよく、この場合においても、外周壁面２２ａ、交叉角部２２ｂは同様に形成される。そして、このようにすることでドライバビット２０の回転を伝達する方向における係合部２２の強度がより向上する。この要因はストッパ部２３から突出した形状の係合部２２は角が形成されるのに対して、溝２４を延長したドライバビット２０は回転方向の係合部２２にこのような角がないことである。

このような構成において、図３に示すように、作業サイクル毎にねじ１が供給されてキャッチャ４０に保持されると、次に吸着パイプ３４とドライバビット２０は支持軸１１に沿い一体となって前進する。この状態で前進して吸着パイプ３４がキャッチャ４０に保持されているねじ１の位置に達すると、既に吸着パイプ３４の先端から吸引が開始されているエアとともにねじ１の頭部２が吸着パイプ３４内のドライバビット２０の先端に吸着保持される。

次に、この状態のままねじ締め位置に達すると、回転駆動源１４により伝達軸１５とともにドライバビット２０は回転し、ねじ１はワーク５の下穴への締め付けが開始され、図１に示すように、吸着パイプ３４もワーク５の表面に当接するまで移動する。このようにして、吸着パイプ３４がワーク５の表面に当接すると、ねじ締め作業が完了するまでドライバビット２０は回転しながら前進し、所定ねじ締めトルクに達すると、ドライバビット２０の回転は停止する。このねじ締め作業において、図４に示すように、ねじ１の駆動穴３とドライバビット２０との関係は二点鎖線で示すように、ドライバビット２０のストッパ部２３が駆動穴３への係合部２２の進入と同時に頭部頂面に当接する。このとき、駆動穴３の底と係合部２２の先端との間には僅かな隙間が生じている。

一方、前記ドライバビット２０が所定トルクに達して回転を停止すると同時にねじ１の頭部座面が図６に示すように、ワーク５の表面に着座した場合は、図１に示すセンサ手段の操作部材３６に信号出力部３５が当接するとともに吸着パイプ３４の先端位置とドライバビット２０のストッパ部２３の停止位置との間にあらかじめ設定された正常なねじ締め状態における距離（ｔ１）が得られるので、ねじ１の頭部２はワーク５に着座して正常に締め付けられたと判定される。これに反して、図７に示すように何らかの原因によりねじ１の頭部座面がワーク５の表面との間に隙間を有している場合は、吸着パイプ３４の先端位置とドライバビット２０のストッパ部２３の停止位置との間に前記距離（ｔ１）より大きい距離（ｔ２）が生じ、このため、センサ手段の操作部材３６には信号出力部３５が当接しないので、ねじ１の頭部２はワーク５に着座せず、ねじ浮き状態と判定される。

このように、吸着パイプ３４の先端がワーク５に当接した位置に対するドライバビット２０のストッパ部２３の前進停止位置との距離を基準として、ねじ１の頭部表面に当接するドライバビット２０のストッパ部２３の位置でセンサ手段によりねじ浮き状態の有無を判定するようにしているので、ねじ１の駆動穴３の公差やねじ製造時におけるパンチ（図示せず）の僅かな欠けにより発生する駆動穴３内の膨らみあるいはドライバビット２０の先端摩耗等があっても、ねじ浮き状態の判定には影響することがない。尚、このねじ浮き検出装置は同一種類のねじ１のねじ締め状態への適用を前提としているが、ねじ１の種類が異なるものが混入し、これを締め付けた場合もねじ締め不良と判定することもできる。また、ねじ１の頭部頂面が平坦であればあるほど、より安定したねじ浮き状態有無の判定ができることは言うまでもない。

本発明は、製品の組立作業において、ねじ１の座面が部品（図示せず）あるいはワーク５に確実に着座しているか否かを判定するのに好適で、製品に締め付けるねじ１の種類が変わっても簡単に対応できるばかりか、ねじ締め作業への広範囲な適用が可能となる。

１ ねじ
２ 頭部
３ 駆動穴
４ 脚部
５ ワーク
１０ ドライバユニット
１１ 支持軸
１２ 支持部材
１３ 昇降駆動源
１４ 回転駆動源
１５ 伝達軸
１６ 吸引ユニット
２０ ドライバビット
２１ 軸部
２２ 係合部
２２ａ 外周壁面
２２ｂ 交叉角部
２３ ストッパ部
２４ 溝
２５ 係合羽根
３０ ケーシング
３１ エアパイプ
３２ ガイド筒
３３ ばね
３４ 吸着パイプ
３５ 信号出力部
３６ 操作部材
４０ キャッチャ
４１ 案内パイプ

Claims (4)

1. 吸着パイプ（３４）内に回転且つ軸方向に移動自在なドライバビット（２０）を設け、この吸着パイプ内において頭部（２）をドライバビットの先端に当接させるようねじ（１）を吸着保持し、この状態でワーク（５）の所定位置に前記ねじを締め付けるようにした自動ねじ締め機において、
   前記ドライバビットを軸部（２１）と係合部（２２）とから構成し、この軸部と係合部との間に前記ねじの頭部に形成されている駆動穴（３）に係合部を係合させたときに頭部頂面に当接するストッパ部（２３）を形成し、このねじの頭部頂面にストッパ部が当接して係合状態となった前記駆動穴の底と係合部の先端との間には隙間を有する構成とし、一方、前記吸着パイプに対するドライバビットの移動変位量をセンサ手段で検出し、この吸着パイプとドライバビットの軸方向への移動変位量によりねじ浮き状態の有無を判定する構成としたことを特徴とするねじ浮き検出装置を有する自動ねじ締め機。
2. ストッパ部はドライバビットの中心線に直交する水平横断面上に形成された平面であることを特徴とする請求項１記載のねじ浮き検出装置を有する自動ねじ締め機。
3. 係合部はこれの外周壁面（２２ａ）とストッパ部とが交叉して形成した交叉角部（２２ｂ）を同一平面上において接続する交叉軌跡円を有し、この交叉軌跡円の直径（Ｍ）と前記駆動穴の外接円の直径（ｍ）との間には（Ｍ＜ｍ）の関係が存在する構成であることを特徴とする請求項１又は２記載のねじ浮き検出装置を有する自動ねじ締め機。
4. センサ手段は吸着パイプを固定したガイド筒（３２）に取り付けた操作部材（３６）とドライバビットの駆動部側に固定した信号出力部（３５）とからなり、軸方向への移動を停止した吸着パイプに対して軸方向に移動するドライバビットの回転が停止したときに操作部材と信号出力部とが作用してＯＮ又はＯＦＦ信号を出力する構成であることを特徴とする請求項１、２又は３記載のねじ浮き検出装置を有する自動ねじ締め機。

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