JP2014124722A - Automatic thread fastening device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ボルトやナットなどのネジ類の締め付けを任意の締付位置で行うネジの自動締付装置に関する。 The present invention relates to an automatic screw tightening device for tightening screws such as bolts and nuts at an arbitrary tightening position.
車両搭載機器を車体に固定する方法として、例えば内燃エンジンやサスペンションなどのユニット化された機器を車体の下方から車体内部の所定位置に配置した後、ボルトとナットで車体に固定する固定方法が知られている。 As a method of fixing a vehicle-mounted device to a vehicle body, for example, a method of fixing a unitized device such as an internal combustion engine or a suspension at a predetermined position inside the vehicle body from below the vehicle body and then fixing the vehicle-mounted device to the vehicle body with bolts and nuts is known. It has been.
ナットのボルトへの締め付け作業はナットランナと称する機器を用いて行なわれる。ナットランナは電動モータの回転軸の先端にナットを保持し、電動モータの回転によりナットのボルトへの締め付けを行なうよう構成されている。ボルトはあらかじめ機器に対して回り止めが施されている。 The tightening operation of the nut to the bolt is performed using a device called a nut runner. The nut runner is configured to hold the nut at the tip of the rotating shaft of the electric motor and tighten the nut to the bolt by the rotation of the electric motor. Bolts are locked against the equipment in advance.
ボルトの位置は車種によって一様ではない。そこで、ナットランナをナットの締め付け位置へと移動するために様々な移動メカニズムが用いられる。 The position of the bolt is not uniform depending on the vehicle type. Therefore, various movement mechanisms are used to move the nut runner to the tightening position of the nut.
例えば、ナットランナを多関節ロボットで支持することで3次元方向に移動可能に保持することが考えられる。また、特許文献1に示すようにナットランナをアーム型ロボットで支持することで3次元方向に移動可能に保持することが考えられる。さらに、ナットランナを垂直方向に駆動するアクチュエータと、アクチュエータを水平なテーブル上の任意の位置に移動させる2軸スライド機構とを用いてナットランナを3次元方向に移動可能に支持することが考えられる。 For example, it can be considered that the nutrunner is supported by an articulated robot so as to be movable in a three-dimensional direction. Further, as shown in Patent Document 1, it is conceivable that the nutrunner is supported by an arm type robot so as to be movable in a three-dimensional direction. Further, it is conceivable to support the nut runner movably in the three-dimensional direction using an actuator that drives the nut runner in the vertical direction and a biaxial slide mechanism that moves the actuator to an arbitrary position on a horizontal table.
これらの多関節ロボットやアーム型ロボットは製造コストが高いという問題がある。テーブル式の2軸スライド機構と垂直アクチュエータの組み合わせはこれらに比べてコストが安いという利点を有する。 These articulated robots and arm type robots have a problem of high manufacturing costs. The combination of the table type biaxial slide mechanism and the vertical actuator has an advantage that the cost is lower than these.
ところで、内燃エンジンやサスペンションなどの機器を車体に固定するためのナットの締め付けは120-160ニュートン・メートル(N・m)という高トルクで行なわれる。この締め付けに伴う反トルクがロボットアームやスライド機構に作用する。 By the way, tightening of a nut for fixing a device such as an internal combustion engine or a suspension to a vehicle body is performed with a high torque of 120 to 160 Newton meters (N · m). The counter-torque accompanying this tightening acts on the robot arm and slide mechanism.
ロボットアームやスライド機構が反トルクを受けて変位すると、ロボットアームやスライド機構によるナットランナの位置決めが無効になってしまう。 If the robot arm or the slide mechanism is displaced by receiving the counter torque, the positioning of the nut runner by the robot arm or the slide mechanism becomes invalid.
こうした不具合が生じないようにするには、反トルクに抗してナットランナを所定の位置決め位置に保持できるように、ロボットアームやスライド機構に高い剛性が要求される。この要求を満たすには、移動メカニズム全体の大型化が必要であり、結果として、移動メカニズムの製造コストが上昇してしまう。比較的安価なテーブル式の2軸スライド機構に関しても、この問題が製造コストを押し上げる要因となっている。 In order to prevent such a problem from occurring, the robot arm and the slide mechanism are required to have high rigidity so that the nut runner can be held at a predetermined positioning position against the counter torque. In order to satisfy this requirement, it is necessary to increase the size of the entire moving mechanism, and as a result, the manufacturing cost of the moving mechanism increases. This problem also increases the manufacturing cost of the relatively inexpensive table-type two-axis slide mechanism.
この発明の目的はしたがって、反トルクの支持が容易なスライド機構を備えたネジの自動締付装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an automatic screw tightening device having a slide mechanism that can easily support anti-torque.
以上の目的を達成するために、この発明によるネジの自動締付装置はナット及びボルトを含むネジを回転駆動する回転軸を有するナットランナと、ナットランナを回転軸と直角方向にスライド変位させるスライド機構と、を備えている。 In order to achieve the above object, an automatic screw tightening device according to the present invention includes a nut runner having a rotating shaft that rotationally drives a screw including a nut and a bolt, and a slide mechanism that slides the nut runner in a direction perpendicular to the rotating shaft. It is equipped with.
スライド機構は、頂面を有するガイドレールと、ナットランナを指示してガイドランナに案内されるスライダとを備える。 The slide mechanism includes a guide rail having a top surface and a slider guided to the guide runner by instructing the nut runner.
スライダはガイドレールの頂面にオーバラップするガイド面を有する。 The slider has a guide surface that overlaps the top surface of the guide rail.
そして、ネジ締め付け動作に伴う反トルクをガイドレールの頂面で支持するように、ガイドレールとスライダの向きを設定している。 And the direction of a guide rail and a slider is set so that the counter torque accompanying screw tightening operation may be supported by the top surface of a guide rail.
ガイドレールの頂面とオーバラップするスライダのガイド面は、ガイドレールの頂面に広い面積で接触する。ネジの締め付けに伴う反トルクはこの広い接触面を介してガイドレールの頂面に支持される。つまり、反トルクは広範囲に分散して安定的に支持される。したがって、反トルクによるナットランナの位置ずれが起こりにくくなる。また、反トルクが爪とガイド溝との係合部に及ぼす荷重を小さく抑えることができる。 The guide surface of the slider that overlaps the top surface of the guide rail contacts the top surface of the guide rail over a wide area. The counter-torque accompanying the tightening of the screw is supported on the top surface of the guide rail through this wide contact surface. That is, the anti-torque is dispersed in a wide range and supported stably. Therefore, the position shift of the nut runner due to the counter torque is less likely to occur. Further, the load exerted by the counter torque on the engaging portion between the claw and the guide groove can be kept small.
図1を参照すると、車両の車体に内燃エンジンやサスペンションなどのユニット化された機器を固定するためのネジの自動締付装置は、フレーム1の中央に配置されたナット供給装置3と、その前後に配置された3基の締付ユニット2とを備える。
Referring to FIG. 1, an automatic screw tightening device for fixing unitized equipment such as an internal combustion engine and a suspension to a vehicle body includes a nut supply device 3 disposed at the center of a frame 1, and front and rear thereof. And three tightening
車両の車体はフレーム1の上方に配置される。機器は車体の下方から車体内の所定位置に配置される。そして、車体側の固定部材を貫通した機器の固定用ボルトに、ナット供給装置3から供給されたナットを締付ユニット2が締め付ける。図の矢印UPRは上方を、矢印Frは車両前方を、矢印LHは車両前方に向かって左方向を示す。図に示すように、ネジの自動締付装置においては、ナット供給装置3の前方の2基の締付ユニット2が左右にわかれて配置され、ナット供給装置3の後方にも1基の締付ユニット2が配置される。
The vehicle body is disposed above the frame 1. The device is arranged at a predetermined position in the vehicle body from below the vehicle body. Then, the tightening
図2を参照すると、各締付ユニット2はフレーム1上に構成されたX軸スライド機構4と、Y軸スライド機構5と、アクチュエータ7と、ナットランナ6とを備える。
Referring to FIG. 2, each
ナットランナ6には電動モータが内蔵される。ナットランナ6は電動モータに回転駆動される回転軸6Aを備える。回転軸6Aの先端にはナット供給装置3から供給されたナット9が保持される。ナットランナ6はアクチュエータ7により図のZ軸方向に駆動される。Y軸スライド機構5はアクチュエータ7を図のY軸方向にスライドさせる。X軸スライド機構4はY軸スライド機構5を図のX軸方向に駆動する。図のX軸は図1のUPR方向に、Y軸は図1のFr方向に、Z軸は図1のUPR方向にそれぞれ相当する。
The
次に図4を参照すると、X軸スライド機構4は、フレーム1に固定されたベース16と、ベース16上にX軸方向に延設されたガイドレール15と、ガイドレール15に案内されてX軸方向にスライドするスライダ14と、を備える。
Next, referring to FIG. 4, the
ガイドレール15は頂面15Aと一対の側面15Cとを有する略矩形断面に形成される。一対の側面15Cにはガイド溝15BがX軸方向に各々形成される。
The
スライダ14は、ガイドレール15の頂面15Aにオーバラップするガイド面14Aと、ガイド溝15Bに係合する一対の爪14Bと、一対の爪14Bとガイド面14Aとを接続する一対のサブガイド面14Cとを有する。なお、爪14Bとガイド溝15Bとをローラベアリングを介して係合させることも好ましい。
The
X軸スライド機構4は図示されないステッピングモータを備え、ステッピングモータの運転に応じてスライダ14をガイドレール15上でX軸方向に変位させる。
The
図3を参照すると、スライダ14のガイド面14AにはY軸スライド機構5をスライダ14に支持するブラケット8が固定される。ブラケット8は水平部8Aと垂直部8Bとを備える。水平部8Aはスライダ14のガイド面14Aに固定され、垂直部8BがY軸スライド機構5を支持する。Y軸スライド機構5はX軸スライド機構4と略同一の構成を有する。大まかには、Y軸スライド機構5はX軸スライド機構4をヨウ方向に90度回転させ、さらにロール方向にも90度回転させたものに相当する。Y軸スライド機構5はこの状態でブラケット8を介してX軸スライド機構4に支持される。
Referring to FIG. 3, a bracket 8 that supports the Y-
図5を参照すると、Y軸スライド機構5は、X軸スライド機構4と同様に構成されたベース26とガイドレール25とスライダ24とを備える。ベース26はブラケット8の垂直部8Bに固定される。ガイドレール25はベース26に固定される。ベース26とガイドレール25はX軸スライド機構4のベース16とガイドレール15とそれぞれ直交するY軸方向に延設される。
Referring to FIG. 5, the Y-
ガイドレール25は頂面25Aと一対の側面25Cとを有する略矩形断面に形成される。一対の側面25Cにはガイド溝25BがY軸方向に各々形成される。
The
スライダ24は、ガイドレール25の頂面25Aにオーバラップするガイド面24Aと、ガイド溝25Bに係合する一対の爪24Bと、一対の爪24Bとガイド面24Aとを接続する一対のサブガイド面24Cとを有する。なお、爪24Bとガイド溝25Bとをローラベアリングを介して係合させることも好ましい。
The
Y軸スライド機構5は図示されないステッピングモータを備え、ステッピングモータの運転に応じてスライダ24をガイドレール25上でY軸方向に変位させる。
The Y-
以上の構成により、スライダ14のガイド面14Aとガイドレール15の頂面15Aがいずれも水平面であるのに対して、スライダ24のガイド面24Aとガイドレール25の頂面25Aはいずれも垂直面となる。
With the above configuration, the
スライダ24のガイド面24Aにはアクチュエータ7が固定される。アクチュエータ7はZ軸方向、すなわち垂直方向に伸縮するアクチュエータである。アクチュエータ7にはナットランナ6が支持される。
The
以上のように構成された締付ユニット2がフレーム1のナット供給装置3の前方の車両前部に相当する位置の左右に各1基が配置される。また、フレーム1のナット供給装置3の後方の車両後部に相当する位置にも同様の締付ユニット2が配置される。
One
車両の車体は搬送装置によってフレーム1の上方に搬送される。また、車体に組み付ける内燃エンジンやサスペンションなどが機器ユニットとして、別の搬送装置によって車体内部の所定位置に配置される。機器ユニットにはあらかじめボルトが固定され、締付ユニット2は体の所定位置に設けた取付孔を貫通したボルトにナット9を締め付ける。
The vehicle body is transported above the frame 1 by the transport device. Further, an internal combustion engine, a suspension, and the like to be assembled to the vehicle body are arranged as a device unit at a predetermined position inside the vehicle body by another transport device. Bolts are fixed to the equipment unit in advance, and the
締付ユニット2のナットランナ6の回転軸6Aの先端には、ナット供給装置3によって予めナット9が装着される。締付ユニット2はこの状態で、スライド機構4と5のステッピングモータを運転し、X軸とY軸の指定された座標位置へとナットランナ6を変位させる。
A nut 9 is mounted in advance by the nut supply device 3 at the tip of the
所定位置にナットランナ6が達すると、アクチュエータ7が’ナットランナ6を伸長駆動し、回転軸6Aの先端に保持されたナット9を下向きに突出するボルトに螺合させる。そして、ナットランナ6が、電動モータの運転により回転軸6Aを回転駆動することによりナット9をボルトに締め付ける。この時の締め付けトルクは前述のように120-160N・mと大きく、したがって、ナット9の締め付けに伴って大きな反トルクがナットランナ6に作用する。
When the
図6を参照して、締付ユニット2の反トルクの支持構造を説明する。なお、図6の(a)はY軸方向から眺めたY軸スライド機構5の横断面図、図6の(b)はX軸方向から眺めたX軸スライド機構4の横断面図である。
The anti-torque support structure of the
ナット9の締め付けに伴う反トルクは、図6の(a)のナット9まわりの円弧状矢印に示される。この反トルクはナットランナ6とアクチュエータ7を介してスライド機構5に作用する。この時、アクチュエータ7から反トルクを受け取るのはスライダ24のガイド面24Aであり、反トルクはスライダ24にピッチングモーメントを及ぼす。一方、スライダ24はガイドレール25の頂面25Aに接することで、このピッチングモーメントを支持する。この時、ガイド面24Aと頂面25Aとが広い面積でオーバラップしているため、ピッチングモーメントは局部に集中せず、広い面積に分散して安定的に支持される。したがって、反トルクによってスライダ24がY軸方向に変位する恐れはない。
The counter torque associated with the tightening of the nut 9 is indicated by an arcuate arrow around the nut 9 in FIG. This counter torque acts on the
反トルクはさらに、Y軸スライト機構5とブラケット8を介してX軸スライド機構4にも作用する。この反トルクは図4の爪14Bとガイド溝15Bとの係合部に作用する。この反トルクはスライダ14に対して図6の(b)の円弧状矢印に示すヨウモーメントを及ぼす。しかしながら、反トルクはY軸スライド機構5を介してX軸スライド機構4に伝達される過程で分散するので、スライダ14に作用するヨウモーメントは小さい。したがって、図4の爪14Bとガイド溝15Bの係合部に大きな荷重が作用することはない。
The counter torque further acts on the X
また、図5に示すY軸スライド機構5の上部の爪24Bとガイド溝25Bとの係合部には、図6の(a)の直線矢印に示す機器荷重が垂直に作用する。しかしながら、この垂直荷重はナットランナ6とアクチュエータ7の重量を主な要素とする小さな荷重であり、図5の爪24Bとガイド溝25Bとの係合部が被る構造的な負担は小さい。
In addition, the device load indicated by the straight arrow in FIG. 6A acts vertically on the engaging portion between the
一方、X軸スライド機構4のスライダ14のガイド面14Aには、図6の(b)の直線矢印に示すように、図6の(a)の機器荷重に加えて、さらにY軸スライド機構5とブラケット8の重量を加えた大きな儀軌荷重が垂直に作用する。この機器荷重はスライダ14のガイド面14Aとガイドレール15の図4に示す頂面15Aとの接触部において支持される。スライダ14と頂面15Aとは前述のように広い接触面積を有するため、垂直荷重が局部に集中することはなく、広い面積に分散して安定的に支持される。
On the other hand, on the
図7を参照して、この発明の上記実施形態とは逆に、X軸スライド機構4のスライダ14のガイド面14Aとガイドレール15の頂面15Aを垂直面とし、Y軸スライド機構5のスライダ24のガイド面24Aとガイドレール25のガイド面25Aを水平面とした締付ユニット2Zにおける荷重の作用を説明する。なお、ナットランナ6とアクチュエータ7の構成と配置は上記の実施形態と同じとする。
Referring to FIG. 7, contrary to the above embodiment of the present invention, the
この場合には、ナットランナ6によるナット9の締め付けの反トルクはアクチュエータ7を介してスライダ24に図7の(a)の円弧状矢印に示すようにヨウ方向のモーメント荷重を及ぼす。このモーメント荷重は爪24Bとガイド溝25Bの係合部に集中的に作用する。その結果、スライダ24が変位し、締付ユニット2Zがナットランナ6の現在位置を把握できなくなる可能性がある。
In this case, the counter torque of the nut 9 tightened by the
また、X軸スライド機構4においては、ナットランナ6とアクチュエータ7にさらにY軸スライド機構5とブラケット8の重量を加えた大きな機器荷重がスライダ14に垂直方向に作用する。スライダ14のガイド面14Aが垂直面をなしているため、この荷重は上方の爪14Bとガイド溝15Bの係合部で支持することになる。結果として、上方の爪14Bとガイド溝15Bの係合部に大きな荷重が作用する。
Further, in the
図7の締付ユニット2Zの荷重の支持構造では、ナット9の締め付けの反トルクによるスライダ24の変位を防止し、各部位に作用する荷重に対抗するために、各部材に高い剛性が求められる。この要求を満たすために、締付ユニット2Zの大型化とそれに伴う製造コストの増加は避けられない。
In the support structure for the load of the tightening unit 2Z in FIG. 7, each member is required to have high rigidity in order to prevent displacement of the
これに対して、この発明の実施形態による締付ユニット2は、ナット9の締め付け動作に伴う反トルクをY軸スライド機構5のガイドレール25の頂面25Aで支持するので、ナット9の締め付けに伴う反トルクの支持面積を大きく設定でき、安定した反トルクの支持構造を実現することができる。したがって、締付ユニット2及びこれを搭載するネジの自動締付装置の小型軽量化とコスト削減が可能となる。
On the other hand, the tightening
この特徴は、Y軸スライド機構5のガイドレール25をナットランナ6の回転軸6Aと直角をなすように水平に配置し、ガイドレール25の頂面25Aとスライダ24のガイド面24Aを回転軸6Aと平行な平面、すなわち垂直の平面、で構成することで容易に実現することができる。
This feature is that the
また、締付ユニット2において、Y軸スライド機構5のガイドレール25は、ナットランナ6のスライド変位の方向に延びる一対のガイド溝25Bを側面25Cに形成した略矩形の断面形状を有する一方、スライダ24はガイド溝25Bに係合する爪24Bを有する。反トルクを頂面25Aが支持することにより、これらの係合部の荷重負担が軽減されるため、これらの係合部も小さく簡易な構成にすることが可能となる。
In the
回転軸6Aの方向にナットランナ6を変位させるアクチュエータ7は、Y軸スライド機構5のスライダ24のガイド面24Aに固定されるため、反トルクを、反トルクの支持部となるスライダ24のガイド面24Aとガイドレール25の頂面25Aとの接触部へ最短距離で伝達する。したがって、反トルクに対して安定した支持構造が得られる。
The
締付ユニット2は、垂直軸である回転軸6Aに対して、Y軸スライド機構5のガイドレール25を水平方向に延設するとともに、ガイドレール25を同一平面上で直角方向、すなわちX軸方向、にスライドさせる別のスライド機構としてX軸スライド機構4を備えている。Y軸スライド機構5の上記の構成は、X軸スライド機構4への荷重負荷を軽減する上でも好ましい効果をもたらす。
The tightening
さらに、複数の締付ユニット2を共通のフレーム1上に設ければ、例えば内燃エンジンやサスペンションなどのユニットを車両の車体へ固定するための安価かつ構造的に安定したネジの自動締付装置を構成することができる。
Further, if a plurality of tightening
以上のように、この発明をいくつかの特定の実施例を通じて説明して来たが、この発明は上記の各実施例に限定されるものではない。当業者にとっては、クレームの技術範囲でこれらの実施例にさまざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。 As described above, the present invention has been described through some specific embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments. Those skilled in the art can make various modifications or changes to these embodiments within the scope of the claims.
例えば、以上説明した実施形態では、ナットの締め付け行なう締付ユニットについて説明したが、この発明はボルトの締め付けを行なう締付ユニットにも適用可能である。 For example, in the embodiment described above, the tightening unit for tightening the nut has been described. However, the present invention can also be applied to a tightening unit for tightening the bolt.
1 フレーム
2 締付ユニット
2Z 締付ユニット
3 ナット供給装置
4 X軸スライド機構
5 Y軸スライト機構
6 ナットランナ
6A 回転軸
7 アクチュエータ
8 ブラケット
8A 水平部
8B 垂直部
9 ナット
14 スライダ
14A ガイド面
14B 爪
14C サブガイド面
15 ガイドレール
15A 頂面
15B ガイド溝
15C 側面
16 ベース
24 スライダ
24A ガイド面
24B 爪
24C サブガイド面
25 ガイドレール
25A 頂面
25B ガイド溝
25C 側面
26 ベース
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
前記スライド機構は、頂面を有するガイドレールと、前記ナットランナを支持して前記ガイドレールに案内されるスライダと、を備え、
前記スライダは前記ガイドレールの頂面にオーバラップするガイド面を有し、
前記ネジの締め付け動作に伴う反トルクを前記ガイドレールの頂面で支持するように、前記ガイドレールと前記スライダの向きを設定したことを特徴とするネジの自動締付装置。 A nut runner having a rotating shaft that rotationally drives a screw including a nut and a bolt, and a slide mechanism that slides and displaces the nut runner in a direction perpendicular to the rotating shaft,
The slide mechanism includes a guide rail having a top surface, and a slider that supports the nut runner and is guided by the guide rail,
The slider has a guide surface overlapping a top surface of the guide rail;
An automatic screw tightening device, wherein directions of the guide rail and the slider are set so that a counter-torque accompanying the tightening operation of the screw is supported by a top surface of the guide rail.
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