JP2014121760A

JP2014121760A - 自動締結機

Info

Publication number: JP2014121760A
Application number: JP2012280114A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Azumi; 慶一安積
Original assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Current assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-07-03

Abstract

【課題】前記ビット１２と前記頭部５１との未嵌合状態あるいは嵌合状態に拘わらずビット１２の回転数の切り替えを前記頭部５１が座座する直前に行うことのできる自動締結機の提供を目的とする。
【解決手段】頭部５１に嵌合可能なビット１２およびこのビット１２に回転を伝達する駆動軸３１を備えるとともに前記ビット１２を常時付勢するばね１４を配した締結ツール１０と、この締結ツール１０を往復移動自在に支持した昇降部２０と、この昇降部２０および前記昇降部２０の高さｃに基づき前記ビット１２の回転数を切り替え駆動制御する制御手段と、から構成される。また、前記締結ツール１０には、前記ビット１２に挿通され前記頭部５１に当接する当接部材１１を前記駆動軸３１の一端に固定する。これにより、前記頭部５１の上面高さを基準にして前記ビット１２の回転数を低速へ切り替えることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、予めワークに仮締めされた締結部品の一例であるボルトあるいはナットの締結を行う自動締結機に関する。

ワークに螺入されるねじ部および凸状の頭部をそれぞれ一体に備えるボルトは、一般的に特許文献１に示すボルト締結機により締結されることが公知となっている。この従来のボルト締結機は、一端に前記ボルトの頭部と嵌合可能な嵌合穴および他端に断面多角形等からなる係合穴を備えたビットと、このビットを摺動可能に支持するとともにビットの上部を内包した中空軸と、この中空軸に内包され前記ビットの係合穴に係合し回転駆動源等の回転により駆動する駆動軸と、この駆動軸に挿通され前記ビットの上部端面に当接し前記ビットを常時下方へ付勢するばねと、を備えてなる。また、前記回転駆動源は、エアシリンダの伸縮動作により昇降可能であるため、前記前記ビットは、前記回転駆動源とともに下降可能に構成される。これにより、ボルト締結機は、予めワークに仮締めされたボルトの頭部に前記ビットの先端が接触するため、前記ばねが撓むとともに前記ボルトに回転が付与されボルトを締結する。ところで、このばねは、下降する前記ビットの先端がボルトの頭部に当接した際、いきなりボルト頭部にエアシリンダの推力が負荷されないようにするものでもあり、ボルト締結機に前記ばねを組み込むことはボルト締結機の一般的な構造としても広く知られている。

また、近年市場からは、ワークに締結したねじの高さを高精度に検出できるねじ締め装置が求められており、それを実現するためのねじ締め装置として特許文献２に示すものが公知となっている。この従来のねじ締め装置は、前記回転駆動源の駆動軸に接続されたビットと、前記回転駆動源を支持し所定の昇降位置まで移載する移載部と、前記移載部および前記回転駆動源を駆動制御する制御装置と、から構成される。前記移載部は、ボールねじ軸とＡＣサーボモータとを備えており、予め前記制御装置に設定されたねじ締め高さ位置まで前記ビットを所定の推力にて下降できる。また、前記制御装置には、正常にねじ締めを完了した際のビットの高さ位置について範囲設定がなされているため、制御装置は、ねじ締め完了後のビットの高さが予め設定した範囲であるか否かを判定できる。つまり、従来のねじ締め装置は、ねじ締め後のねじの浮き状態を前記移載部の高さから判定している。

そこで、弊社では、前述した従来のボルト締結機を従来のねじ締め装置に組み合わせた自動締結機を提供している。この従来の自動締結機１０１は、図４および図５に示すものであり、締結部品の一例であるボルト５０の頭部５１に嵌合可能な嵌合穴１３を備えるとともに回転およびクッションするビット１２を備えた締結ツール１１０と、この締結ツール１１０を昇降自在に支持した昇降部２０と、を備えてなる。前記締結ツール１１０は、従来のボルト締結機であり、前記昇降部２０は、前述の移載部であるため、それぞれの詳細な説明については割愛する。また、前記駆動軸３１を備えたモータ３０および前記昇降部２０には、それぞれ前述の制御装置に相当する制御手段（図示せず）が接続されている。なお、前記締結ツール１１０は、前述した通り、ビット１２を上方へ撓ませるばね１４を備えているが、このばね１４は、前記制御手段に設定された前記推力の値よりも小さな力で撓むように設定されている。

従来の自動締結機１０１の作用について以下に説明する。従来の自動締結機１０１は、前記制御手段の指令を受けて前記ビット１２および前記ＡＣサーボモータが駆動する。これにより、前記ビット１２が図３の状態から所定の回転数で高速回転するとともに、前記昇降部２０が所定の速度および推力にて下降する。下降しながら回転する前記ビット１２は、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、前記ボルト５０の頭部５１の上面に当接し、前記昇降部２０の推力により前記ばね１４が撓む。これにより、前記ビット１２は、前記駆動軸３１に案内され奥深く嵌り込み、前記ばね１４が大きく撓む。つまり、前記ビット１２の摺動代がなくなるため、ビット１２の先端には前記ばね１４の撓みによる荷重と予め設定した推力とが負荷される。また、前記駆動軸３１の回転数は、前記昇降部２０の高さが所定の位置に到達すると、高速から低速に切り替えられる。したがって、前記ビット１２の回転数が切り替えられるのは、図５（ａ）および図５（ｂ）に示す高さｃに前記昇降部２０の下端が位置した時点である。よって、前記自動締結機１０１は、前記昇降部２０が前記高さｃに到達すると、前記ビット１２の回転数を高速回転から低速回転へ切り替え、前記ボルト５０をゆっくりとワークに螺入して着座させ所定のトルクにより締結する。

実開昭63-107535号公報特開2003-181727号公報

従来の自動締結機１０１は、図５（ａ）に示すように、前記ビット１２がボルト５０の頭部５１の上面に乗り上げ、完全に嵌合しない状態（以下、未嵌合状態という）になることがしばしばあった。この未嵌合状態のままボルト５０の締結が進むと、ビット１２の回転数が高速から低速に切り替わらないまま、前記頭部５１が前記ワークの上面に着座する。よって、従来の自動締結機１０１は、未嵌合状態であると前記頭部５１の着座までに低速へ切り替わらず高い衝撃トルクが発生し、ボルト５０を精度よいトルクにて締結できない問題があった。また、この問題を解決するため、前記高さｃを嵌合状態に合わせて異なる高さに設定し、前記未嵌合状態あるいは嵌合状態を確認できるセンサ（図示せず）をビット１２の先端に配し、このセンサの信号から未嵌合状態および嵌合状態を判断するとともに、この判断に基づきビット１２の回転数を切り替える前記高さｃを選択することが考えられる。しかしながら、センサおよびこのセンサの配置に掛かる費用の増大、あるいは、前記高さｃの複数設定によりビット１２の回転数を切り替えるための制御が煩雑となる問題がある。さらに、この問題を解消するため、従来の自動締結機１０１は、ビット１２の回転数の切り替えを行う前記昇降部２０の位置を前記高さｃよりも上方に設定変更することが考えられる。しかしながら、正規に嵌合した状態であると、かなり早い段階でビット１２の回転数が低速へ切り替えられることになり、ボルト５０とワークとが着座するまでに時間がかかり、締付時間が大幅に増大する問題もあった。

本発明は上記課題に鑑みて創成されたものであり、前記ビットと前記頭部との前記未嵌合状態あるいは前記嵌合状態に拘わらずビットの回転数の切り替えを前記頭部が座座する直前に行うことのできる自動締結機の提供を目的とする。この目的を達成するため、本発明は、締結部品に嵌合可能なビットおよびこのビットに回転を伝達する駆動軸を備えてなり前記ビットおよび前記駆動軸にそれぞれ常時当接する弾性部材を配し前記ビットを摺動自在に支持した締結ツールと、この締結ツールを往復移動自在に支持した昇降部と、この昇降部および前記昇降部の高さに基づき前記ビットの回転数を切り替え駆動制御する制御手段と、からなる自動締結機において、前記締結ツールは、前記ビットに挿通され前記締結部品に当接する当接部材を備え、この当接部材を前記駆動軸に固定したことを特徴とする。なお、前記当接部材は、その軸線方向に延びワークから突出した部位を覆う逃げ穴を配してもよい。

本発明の自動締結機１は、前記ボルト５０の頭部５１の上面に当接した前記当接部材１１の先端の位置を基準にしてビット１２の回転数を切り替えるため、前述の嵌合状態あるいは未嵌合状態に関係なく前記頭部５１の座面からワーク上面までの隙間を基準にしてビットの回転数を切り替えることができる。これにより、ビット１２の回転数を着座直前に低速へ切り替えるように設定できるため、従来のような着座時の大きな衝撃トルクの発生を抑制でき、しかも、着座直前までビット１２を高速にて回転駆動できる。よって、本発明の自動締結機１は、ボルト５０をワークに精度良く締結でき、しかも、短時間で締結できる利点がある。また、ビット１２と前記頭部５１とが嵌合しているか否かを判断する必要が無いため、例えば嵌合および未嵌合を検出するセンサ等の設置も必要が無く、センサの配置に掛かる費用を抑制できるとともに、制御も簡素化できる利点もある。また、本発明の自動締結機１は、前記当接部材１１の先端から軸線方向に延びる逃げ穴１１ａを配することができるので、前記ボルト５０が図３に示すナット６０に変更された場合であっても、前記逃げ穴１１ａにワークから突出するおねじ７０を覆いつつ、前記ナット６０を精度良くかつ高速にワークへ締結できる利点もある。

本発明に係る自動締結機の概略説明図である。図１の動作状態を示す概略説明図である。また、（ａ）は未嵌合状態を示す一部切り欠き断面図であり、（ｂ）は嵌合状態を示す一部切り欠き断面図である。本発明の別の実施例の動作状態を示す概略説明図である。従来の一実施例を示す概略説明図である。図４の動作状態を示す概略説明図である。また、（ａ）は未嵌合状態を示す一部切り欠き断面図であり、（ｂ）は嵌合状態を示す一部切り欠き断面図である。

まず、図１および図２に基づき本発明の自動締結機を以下に説明する。本発明の自動締結機１は、締結部品の一例であるボルト５０に回転を付与する締結ツール１０と、この締結ツール１０を往復方向に移載可能な昇降部２０と、前記締結ツール１０および前記昇降部２０をそれぞれ駆動制御する制御手段と、から構成される。

前記締結ツール１０は、前記ボルト５０の頭部５１に嵌合可能なビット１２と、このビット１２に回転を付与する駆動軸３１を備え回転駆動源の一例であるモータ３０と、前記ビット１２を常時付勢する弾性部材の一例であるばね１４と、から構成される。また、前記ビット１２の先端には、前記頭部５１の外形に合う形状の嵌合穴１３が配されており、前記頭部５１に嵌合するとともに、下降する前記ビット１２が前記頭部５１に当接すると前記ばね１４の付勢に抗して上方へ摺動可能に構成されている。さらに、前記ビット１２には、前記頭部５１の上面よりも小さな断面積で形成された当接部材１１が内包されており、前記当接部材１１は、その一端が前記駆動軸３１の先端に固定されている。このため、前記当接部材１１は、前記駆動軸３１と一体に回転駆動可能である一方、前記ビット１２は、前記駆動軸３１の先端に係合しているため、前記駆動軸３１の回転をそのまま付与される。つまり、前記駆動軸３１、前記当接部材１１および前記ビット１２は、それぞれが一体となって回転するとともに、ビット１２のみが上方へ摺動可能に構成される。このため、前記当接部材１１は、その先端が前記ビット１２を摺動させることでビット１２の先端から突出可能である。なお、前記締結ツール１０は、前記モータ３０に替えて駆動軸３１の回転角度の検出可能なエンコーダ（図示せず）を備えたＡＣサーボモータとしてもよく、さらに、前記ビット１２に掛かる負荷トルクを検出するトルクセンサ（図示せず）を備えてもよい。

前記昇降部２０は、その本体から突出し往復方向へ移動自在に構成されいる。また、前記本体の内部には、ＡＣサーボモータ（図示せず）と、このＡＣサーボモータに接続され外周に螺旋状の溝を備えてなるボールねじ（図示せず）と、このボールねじに螺合されボールねじの軸線に沿って回転しながら往復移動する可動ナット（図示せず）と、が配されており、前記可動ナットに前記昇降部２０が接続されている。これにより、前記昇降部２０は、前記ＡＣサーボモータの回転を受けて前記ボールねじの軸線に沿って往復移動可能に構成されている。また、前記昇降部２０は、前記締結ツール１０を支持しており、前記ビットを回転自在に支持する。

前記制御手段は、前記締結ツール１０および前記昇降部２０にそれぞれ接続されており、前記締結ツール１０のモータ３０および前記昇降部２０の前記ＡＣサーボモータをそれぞれ駆動制御可能に構成される。また、前記制御手段は、予め前記モータ３０および前記ＡＣサーボモータの回転数および回転トルクをそれぞれ設定可能に構成されており、前記昇降部２０が所定の高さｃに到達すると前記ビット１２の回転数を高速から低速に切り換え可能に構成される。これにより、ワークに螺入されるボルト５０は、前記頭部５１がワークに着座する手前でゆっくりと回転するため、前記ビット１２に掛かる負荷を小さくできる。すなわち、着座時に生じる衝撃トルクを低減して前記ボルト５０をワークに締結できる。

ここで、本発明の自動締結機１の作用について説明する。本発明の自動締結機１は、図１に示すようにワークに予め螺入されたボルト５０の上空に待機しており、前記制御手段の指令を受けて前記モータ３０および前記昇降部２０のＡＣサーボモータがそれぞれ回転駆動する。これにより、前記ビット１２が高速で回転するとともに、前記昇降部２０が所定の速度および推力で下降するため、前記ビット１２の先端は、前記ボルト５０の頭部５１の上面に当接する。この後も前記昇降部２０は下降し続けるため、ビット１２が前記ばね１４を撓ませ、このビット１２の内部から前記当接部材１１が突出する。よって、ビット１２は、図２（ａ）に示すようにボルト５０の頭部５１に未嵌合状態であっても、あるいは、図２（ｂ）に示すようにボルト５０の頭部５１に嵌合状態であっても、前記当接部材１１の先端と前記頭部５１の上面とは接触する。このため、前述の未嵌合状態あるいは嵌合状態に拘わらず、回転駆動する当接部材１１の高さと前記昇降部２０の高さとの関係が一定に保たれる。よって、予め設定した高さｃに昇降部２０が到達してもボルト５０の頭部５１と、ワークの表面と、には未嵌合状態あるいは嵌合状態に拘わらず一定の隙間を有しており、この隙間を有する状態でビット１２の回転数が低速へと切り替えられる。低速回転になった前記ビット１２は、頭部５１とワークとの隙間がなくなるまでボルト５０を螺入し、所定のトルクに達するまで駆動制御される。

次に、図３に示す自動締結機１は、本発明の別の実施例を示すものであり、以下、図３に基づいて説明する。なお、上述した図１および図２に示す自動締結機１と、図３に示す自動締結機１とは、前記当接部材１１の先端に逃げ穴１１ａが配されているか否かに違いがあり、前者は前記ボルト５０をワークに螺入するものである一方、後者はワークにそびえ立つスタッドボルト７０へナット６０を螺入するものである。また、両者とも基本的な構造は同様であるため、ここでは異なる部位である前記逃げ穴１１ａの構成および作用を説明する。

前記逃げ穴１１ａは、前記当接部材１１の先端から当接部材１１の延びる方向に沿設されており、ワークから突出した前記スタッドボルト７０を覆うことができるように構成される。この図３の自動締結機１は、前記スタッドボルト７０の上部に螺入したナット６０をワークに着座させ所定のトルクにて締め付けるため、前記制御手段の指令により締結ツール１０のビット１２を高速で回転させるとともに、昇降部２０を所定の推力および速度で下降させる。これにより、ビット１２の先端が前記ナット６０の上面に当接して前記ばね１４が撓み、ビット１２に内包された前記当接部材１１が前記ナット６０の上面に当接する。つまり、前記駆動軸３１に直結された前記当接部材１１は、前記ナット６０がワークに着座するまで常に当接しているため、螺入中のナット６０の高さと前記昇降部２０の高さとの関係が常に同じ関係となる。よって、ビット１２の回転の切り替えは、前記ナット６０の高さを基準にして行われることになり、図３の自動締結機１は、ナット６０の着座時に生じる衝撃トルクを低減してナット６０をワークに締結できる。なお、図３の自動締結機１は、ナット６０に用いるものとしているが、前記ボルト５０に用いても良いことはいうまでもない。

１自動締結機
１０締結ツール
１１当接部材
１１ａ逃げ穴
１２ビット
１３嵌合穴
１４ばね
２０昇降部
３０モータ
５０ボルト
５１頭部
６０ナット
７０スタッドボルト
ｃ高さ

Claims

締結部品に嵌合可能なビットおよびこのビットに回転を伝達する駆動軸を備えてなり前記ビットおよび前記駆動軸にそれぞれ常時当接する弾性部材を配し前記ビットを摺動自在に支持した締結ツールと、この締結ツールを往復移動自在に支持した昇降部と、この昇降部および前記昇降部の高さに基づき前記ビットの回転数を切り替え駆動制御する制御手段と、からなる自動締結機において、
前記締結ツールは、前記ビットに挿通され前記締結部品に当接する当接部材を備え、この当接部材を前記駆動軸に固定したことを特徴とする自動締結機。
前記当接部材は、その軸線方向に延びワークから突出した部位を覆う逃げ穴が配されていることを特徴とする請求項１に記載の自動締結機。