JP2015039749A

JP2015039749A - ボルト締結機

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Publication number: JP2015039749A
Application number: JP2013172708A
Authority: JP
Inventors: 史恭島田; Fumiyasu Shimada
Original assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Current assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Priority date: 2013-08-22
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2015-03-02
Anticipated expiration: 2033-08-22
Also published as: JP6235832B2

Abstract

【課題】ソケットとボルトとの嵌合を効率よく行えるボルト締結機の提供。【解決手段】ソケット回転モータ３の駆動を受けて回転しボルトの頭部に嵌合可能なソケット１と、このソケット１に内包されたマグネット２と、前記ソケット１を回転自在に支持するとともにワークＷに接近あるいは離反する方向へ移動可能なソケット昇降手段１０と、前記ソケット回転モータ３および前記ソケット昇降手段１０をそれぞれ駆動制御する制御装置４０とを備えており、さらに、前記ボルトの軸部を一対の開閉自在な爪５０により把持するチャックユニット２０を備えて成る。また、前記爪５０は、ボルトの頭部の座面を支持する座面当接面５１ａ，５２ａと、前記軸部を把持する軸部把持面５１ｂ，５２ｂとを備えているため、把持した前記ボルトとソケットとの偏心が極めて少なく、ソケット１とボルトの頭部とがスムーズに嵌合する。【選択図】図１

Description

本発明は、ボルトの頭部に嵌合可能なソケットの内部にマグネットを備え、前記ボルトをマグネットで吸着してワークに締結するボルト締結機に関する。

従来のボルト締結機は、特許文献１に開示されており、締結部品の一例である六角ボルト（以下、単にボルトという）に嵌合可能なソケットおよびこのソケットに回転を付与する回転駆動源を備えて成る先端ツールと、前記先端ツールを昇降自在に支持する昇降手段と、前記ボルトの軸部を挿通可能な一対の爪とを備えて成る。また、前記爪は、開閉自在に構成されており、この爪が閉じた状態の時、すり鉢状の内壁面と、前記軸部を挿通可能な挿通穴とを形成する。一方、前記ソケットは、この内部に配されたばねにより下方へ付勢されたマグネットを備えており、このマグネットの端面が前記ボルトの頭部上面に当接することで前記ボルトを吸着するように構成されている。このように構成された従来のボルト締結機は、前記マグネットに吸着したボルトの軸部を前記挿通穴に挿通させた状態でワークの下穴に案内できる特徴がある。

特開2012-210678号公報

しかしながら、従来のボルト締結機は、前記挿通穴の直径が前記軸部の直径よりも大きく設定されているため、前記挿通穴と前記軸部との間には隙間が生じる。したがって、回転した前記ソケットが前記ボルトの頭部に嵌合する際、前記ボルトが前述した隙間だけ移動し易く、前記ボルトが前記挿通穴の軸線に対して偏心することになる。このため、従来のボルト締結機は、前記ソケットと前記ボルトとの嵌合に時間を要し、ソケットがボルトの頭部に嵌合し難い問題があった。また、前記軸部の長いボルトであれば、前述の隙間によってボルトの軸線が挿通穴の軸線に対して傾くことになる。これにより、前記ボルトは、その先端がワークの下穴から大きく位置ズレするため、前記下穴に挿入されない問題もあった。さらに、従来のボルト締結機は、前述のように嵌合に時間を要するため、前記ソケットと前記頭部との当接時間が長く、前記ソケットの過度な摩耗あるいはボルトの頭部が傷付き易いという問題もあった。

本発明は上記課題に鑑みて創成されたものであり、ソケットとボルトとの嵌合を効率よく行えるボルト締結機の提供を目的とする。

この目的を達成するため、本発明のボルト締結機は、回転駆動源の駆動を受けて回転し締結部品の頭部に嵌合可能な嵌合穴を備えたソケットと、このソケットに内包され前記締結部品を磁力により吸着するマグネットと、前記ソケットを回転自在に支持するとともにワークに接近あるいは離反する方向へ移動自在なソケット昇降手段と、前記回転駆動源および前記ソケット昇降手段をそれぞれ駆動制御する制御装置とを備え、前記マグネットに吸着した前記締結部品をワークに締結するボルト締結機において、前記ソケットの移動経路上に配された開閉自在な一対の爪を備えたチャックユニットと、このチャックユニットを前記ソケットの昇降する方向に沿って移動自在なチャック昇降手段とを備え、前記爪は、これを閉じることで前記締結部品の軸部に当接する把持面を形成して成ることを特徴とする。なお、前記チャックユニットは、前記制御装置に接続され前記爪を開閉する開閉手段と、この開閉手段に接続され前記ソケットの延びる方向と並行に配された摺動シャフトと、この摺動シャフトに挿通したばねと、前記挿通シャフトの一端に固定したドグと、前記ばねの付勢力を受ける前記ドグを所定の位置で検出するソケット嵌合センサとを備えて成り、前記制御装置は、前記回転駆動源および前記ソケット昇降手段を駆動して前記ソケットを回転させつつ所定の位置まで移動させた後、前記ソケット嵌合センサの出力信号に基づき前記ソケットと前記締結部品の頭部との嵌合あるいは未嵌合を判断し、嵌合と判断すれば前記回転駆動源を駆動停止させ、前記ソケット昇降手段および前記チャック昇降手段を駆動して前記爪に把持した前記締結部品を前記ソケットに嵌合させたまま所定の位置まで移動させ、前記ソケット昇降手段および前記チャック昇降手段を駆動停止させた後、前記開閉手段を駆動して前記爪を開き、前記ソケット昇降手段および前記回転駆動源をそれぞれ駆動して前記締結部品をワークに締結する制御をして成ることが好ましい。

本発明のボルト締結機は、前記爪が前記ボルトの軸部に当接し、前記ボルトをほぼ垂直な姿勢で把持するため、把持された前記ボルトは、その軸線が前記ソケットの軸線に対して偏心し難く、しかも傾くことがない。よって、本発明のボルト締結機は、前記ソケットとボルトの頭部との嵌合を効率よく行えるとともに、ボルトの前記下穴への挿入不良を低減できる利点がある。また、本発明のボルト締結機は、ソケットと前記頭部との嵌合を効率よく行えるため、回転する前記ソケットを前記頭部に当接させた状態で空転する時間を低減できる。よって、本発明のボルト締結機は、前記ソケットの過度な摩耗あるいは前記頭部を傷付ける問題を低減できる利点もある。

また、本発明のボルト締結機は、チャックユニットに前記ばねを配して成り、このばねがソケットの昇降する方向に撓むように構成されている。これにより、前記チャックユニットをワークの上空に停止させ前記ソケットを下降させた時、前記ソケットがボルトの頭部に嵌合しなくても、前記爪が下方へ平行に移動する。よって、前記チャックユニットは、前記ソケットの推力を受けることがないため、チャックユニットを支持する部位に過大な曲げモーメントを生じない利点もある。さらに、本発明のボルト締結機は、前記ソケット嵌合確認センサの出力信号に基づき、ボルトの頭部にソケットが嵌合したことを検出できるため、嵌合した時点で次の締結工程へ進むことができる。よって、未嵌合のまま次の締結工程へ進むことがないため、締結作業を効率よく行える利点もある。また、本発明のボルト締結機は、前記ソケットと前記爪とを同一速度で下降できるため、ボルトとソケットの嵌合状態を維持したまま前記ボルトをワークへ挿入できる。したがって、前記ボルトの先端が前記めねじに到達すれば、前記ボルトを傾けることなくしかも、このボルトを即座にワークへ螺入できる利点もある。

（ａ）は本発明に係るボルト締結機の一実施形態を示す概略説明図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ視図である。図１から動作が進行した状態を示す概略説明図である。図２から動作が進行した状態を示す概略説明図である。図３から動作が進行した状態を示す概略説明図である。図４から動作が進行した状態を示す概略説明図である。

本発明のボルト締結機について、図１ないし図５を用いて以下に説明する。本発明のボルト締結機は、締結部品の一例であるボルト６０の頭部６１に嵌合可能なソケット１に回転を付与する回転駆動源の一例であるＡＣサーボモータ（以下、ソケット回転モータ３という）と、前記ソケット１に内包されこのソケット１に嵌合した前記ボルト６０の頭部６１に当接可能なマグネット２と、前記ソケット１を回転自在に支持しかつこれを昇降可能なソケット昇降手段１０と、前記ソケット回転モータ３およびソケット昇降手段１０をそれぞれ駆動制御する制御装置４０と、を備えてなる。また、本発明のボルト締結機は、前記ボルト６０の軸部６２を一対の爪５１，５２により把持するチャックユニット２０を前記ソケット１の移動路上に配して成る。

前記ソケット１は、ボルト６０の頭部６１に嵌合可能な嵌合穴１ａと、この嵌合穴１ａの奥に圧入あるいは固着されたマグネット２とから構成されており、ソケット１の上方に配された前記ソケット回転モータ３の駆動を受けて回転可能に構成される。また、前記ソケット回転モータ３は、これを支持するモータ取付板４に支持されている。

前記ソケット昇降手段１０は、回転駆動源の一例であるＡＣサーボモータ（以下、ソケット昇降ソケット昇降モータ１１という）と、このソケット昇降モータ１１に接続されたボールねじ１２と、このボールねじ１２に螺合した可動ナット１３とを備えて成る。また、前記可動ナット１３は、前記モータ取付板４に回転自在に配されているため、前記ソケット昇降モータ１１の駆動により前記ボールねじ１２に沿って前記モータ取付板４と一体に移動する。よって、前記モータ取付板４は、前記ソケット１と一体に昇降する。

前記チャックユニット２０は、前記爪５１，５２を開閉する開閉手段の一例であるエアチャック２１と、このエアチャック２１を接続した支持板２３と、この支持板２３の一端から上方へ延びるように配された摺動シャフト２４と、この摺動シャフト２４を挿通し摺動自在なブッシュ２６と、このブッシュ２６を固定したブッシュ取付板２５と、前記摺動シャフト２４の他端に固定したドグ２７と、前記摺動シャフト２４に挿通され前記ドグ２７を上方に付勢するばね２８と、このばね２８に付勢されたドグ２７を検出するソケット嵌合確認センサ２９とを備えて成る。これにより、前記チャックユニット２０は、図２に示すように前記爪５１，５２が前記ソケット１によって下方へ押された場合であっても、前記ばね２８が撓むため、前記爪５１，５２、前記エアチャック２１、前記支持板２３、前記摺動シャフト２４、前記ドグ２７が一体に下方へ摺動する。よって、前記ブッシュ取付板２５には、前述の下方へ押される力がほとんど作用しないため、ブッシュ取付板２５に配された後述する可動ナット３３に曲げモーメントが作用することもない。

前記エアチャック２１は、その内部に圧縮空気を供給することで動作可能に構成されており、前記爪５１，５２を取り付け可能な可動部を備えている。また、前記エアチャック２１は、前述した可動部の可動状態を検出するシリンダスイッチ（図示せず）を備えており、このシリンダスイッチが後述する制御装置に接続されている。

また、前記チャックユニット２０は、前述したソケット昇降手段１０と同様の構成から成るチャック昇降手段３０に連結されており、このチャック昇降手段３０は、回転駆動源の一例であるＡＣサーボモータ（以下、チャック昇降モータ３１という）と、このチャック昇降モータ３１に接続されたボールねじ３２と、このボールねじ３２に螺合した可動ナット３３とを備えて成る。また、前記可動ナット３３は、前記ブッシュ取付板２５に回転自在に配されているため、前記チャック昇降モータ３１の駆動により前記ボールねじ３２に沿って前記ブッシュ取付板２５と一体に移動する。よって、前記ブッシュ取付板２５は、前記チャックユニット２０と一体に昇降する。

また、前記爪５１，５２は、前記エアチャック２１の可動部にそれぞれ固定されており、エアチャック２１の駆動を受けて図１（ｂ）に示すように所定の寸法だけ開いたり、あるいは閉じたり動作可能に構成される。さらに、前記爪５１，５２は、前記頭部６１の座面に当接する座面当接面５１ａ，５２ａと、前記軸部６２に当接する軸部把持面５１ｂ，５２ｂとをそれぞれ備えて成る。

前記座面当接面５１ａ，５２ａは、同一の高さとなるように形成されており、前記ソケット１と前記頭部６１とが嵌合した際、前記ソケット１の先端が干渉しないように構成される。よって、図３に示すように前記ソケット１と前記頭部６１とが嵌合している時、前記ソケット１が爪５１，５２にそれぞれ乗り上げることはない。

また、前記軸部把持面５１ｂは、前記座面当接面５１ａに対して垂直な面に形成される一方、前記軸部把持面５２ｂは、前記軸部６２に沿って延びるＶ溝に形成されている。したがって、前記ボルト６０は、前記軸部把持面５２ｂのＶ溝によってセンタリングされ、前記軸部把持面５１ｂ，５２ｂで狭持されるので、前記ボルト６０の軸部６２は、前記ソケット１の軸線に対して一致しやすく偏心し難い。また、前記軸部把持面５１ｂ，５２ｂに把持されたボルト６０は、垂直な座面当接面５１ａに当接しているため、その軸線がソケット１の軸線に対して傾き難い。

なお、前記爪５１，５２は、ボルト６０が無い状態で閉じれば、図１（ｂ）に示す幅寸法Ｗ１よりも小さな幅寸法となるように設定されている。よって、前記爪５１，５２は、閉じることで前記ボルト６０の軸部６２を確実に把持するよう構成されている。一方、前記爪５１，５２が開いた幅寸法Ｗ２は、前記ソケット１に干渉しない寸法に設定されている。よって、前記爪５１，５２は、開くことで下降する前記ソケット１に干渉することがないように構成されている。

前記制御装置４０は、前記ソケット回転モータ３、前記ソケット昇降モータ１１、前記チャック昇降モータ３１を予め設定した回転数およびトルクに基づいてそれぞれ個別に駆動制御して成る。また、前記ソケット回転モータ３、前記ソケット昇降モータ１１、前記チャック昇降モータ３１は何れもＡＣサーボモータであるため、これらに内蔵されたエンコーダからの信号を前記制御装置４０で受け取っている。これにより、制御装置４０は、予め設定されている前記回転角度に基づいて前記ソケット昇降モータ１１、前記チャック昇降モータ３１をそれぞれ駆動制御できるため、前記ボールねじ１３，３３の回転角度から前記ソケット１を所定の高さまで下降させることができる。

また、前記制御装置４０は、前記ソケット嵌合確認センサ２９および前記シリンダスイッチを接続して成る。このため、前記ソケット嵌合確認センサ２９は、図２に示すように前記ソケット１が前記爪５１，５２に把持したボルト６０の頭部６１と嵌合しない場合であれば、前記ドグ２７を検出しない一方、図３に示すように嵌合した場合であれば、前記ソケット嵌合確認センサ２９が前記ドグ２７を検出する。つまり、前記制御装置４０は、ソケット１を把持したボルト６０の頭部６１に嵌合可能な高さまで下降させた後、前記ソケット嵌合確認センサ２９の出力信号に基づきソケット１と前記頭部６１との嵌合あるいは未嵌合を判断できるように構成される。

前記ボルト６０を螺入するワークＷは、前記ボルト６０の軸部６２が通過可能な下穴Ｗｓと、前記軸部６２に形成されたねじが螺合するめねじＷｔとを備えており、図示しないクランプ等に固定されている。

次に、本発明のボルト締結機の作用について説明する。本発明のボルト締結機は、前記爪５１，５２をボルトストッカ（図示せず）へ移動させ、前記ボルトストッカに支持されているボルト６０を前記爪５１，５２により把持し、図１に示すように前記ボルト６０をワークＷの上空に位置させる。次に、前記制御装置４０は、前記ソケット回転モータ３および前記ソケット昇降モータ１１をそれぞれ駆動制御し、前記ソケット１を回転させつつ所定の高さまで下降させる。この時、下降したソケット１は、図２および図３に示すように前記チャックユニット２０によって保持されているボルト６０の頭部６１に確実に嵌合する高さとなっている。この下降量の設定は、前記制御装置４０に予め設定されており、この設定に達することで前記ソケット昇降モータ１１の駆動のみが前記制御装置４０によって停止される。

この時、ソケット１の前記嵌合穴１ａと前記頭部６１との位相が一致していない場合は、図２に示すようにソケット１が頭部６１に未嵌合となり、前記ソケット嵌合センサ２９が前記ドグ２７を検出しない。つまり、前記ボルト６０は、前記ソケット１に下方へ押し付けられるため、前記ばね２８が撓んで爪５１，５２が前記ブッシュ取付板２５に対して下方へ相対移動する。これにより、ソケット１の推力が前記ブッシュ取付板２５に直接作用することがないため、前記ブッシュ取付板２５に配された可動ナット３３には過大な曲げモーメント等の応力が加わらない。よって、前記可動ナット３３を強く前記ボールねじ３２に押し付けることを低減できるので、これによる設備の故障等も低減する。

また、前述のように未嵌合状態であっても前記ソケット回転モータ３は、前記制御装置４０によって引き続き駆動されているため、図３に示すように前記ボルト６０の頭部６１と前記嵌合穴１ａとの位相が一致する。これにより、前記ばね２８の付勢力を受けている前記爪５１，５２が上方へ移動し、前記ソケット１が前記頭部６１に嵌合する。この時、前記ドグ２７は、常時の位置に移動するため、前記ソケット嵌合確認センサ２９から前記ドグ２７を検出した旨の信号が前記制御装置４０に送られる。これにより、制御装置４０は、前記ソケット回転モータ３の駆動を停止するように制御する。

次に、前記制御装置４０は、前記ソケット昇降モータ１１および前記チャック昇降モータ３１を同時に駆動して前記ソケット１および前記チャックユニット２０をそれぞれ同一速度で所定の高さまで下降させ、前記ソケット昇降モータ１１および前記チャック昇降モータ３１を駆動停止する。これにより、ボルト締結機は、図４に示すようにボルト６０を前記ソケット１に嵌合させた状態を保って下穴Ｗｓへ挿入することができる。なお、前記ソケット１および前記チャックユニット２０を一体に下降させる高さは、把持したボルト６０の先端が前記下穴Ｗｓに挿通されかつ前記めねじＷｔに当接しない位置に設定されていれば良い。

ここで、前記制御装置４０は、前記電磁弁を駆動して前記エアチャック２１に圧縮空気を供給するように制御するため、前記爪５１，５２は、閉じた状態から開く方向へ動作する。また、この時、前記ボルト６０は、その頭部６１が前記マグネット２に当接し前記マグネット２の磁力によって吸着されているため、前記ボルト６０が前記ソケット１から嵌合を解かれて下方へ落下することはない。

制御装置４０は、前記エアチャック２１の前記シリンダスイッチからの信号を受けて前記爪５１，５２が完全に開いたことを認識すれば、前記ソケット回転モータ３および前記ソケット昇降モータ１１をそれぞれ駆動する。この時、前記爪５１の軸部把持面５１ｂおよび前記爪５２の軸部把持面５２ｂの隙間は、図１（ｂ）に示す幅寸法Ｗ２となっているため、前記ソケット１は、前記爪５１，５２にそれぞれ干渉することなく回転しつつ下降する。よって、前記ボルト６０は、前記ソケット１との嵌合を解かれることなく即座に前記めねじＷｔに螺入される。この時、前記ソケット回転モータ３は、前記制御装置４０に予め設定されているトルクに基づいて駆動するので、ボルト締結機は、前記ボルト６０を所定のトルクで締結できる。

１ソケット
１ａ嵌合穴
２マグネット
３ソケット回転モータ
４モータ取付板
１０ソケット昇降手段
１１ソケット昇降モータ
１２ボールねじ
１３可動ナット
２０チャックユニット
２１エアチャック
２５ブッシュ取付板
２７ドグ
２８ばね
２９ソケット嵌合確認センサ
３０チャック昇降手段
３１チャック昇降モータ
３２ボールねじ
３３可動ナット
４０制御装置
Ｗワーク

Claims

回転駆動源の駆動を受けて回転し締結部品の頭部に嵌合可能な嵌合穴を備えたソケットと、このソケットに内包され前記締結部品を磁力により吸着するマグネットと、前記ソケットを回転自在に支持するとともにワークに接近あるいは離反する方向へ移動自在なソケット昇降手段と、前記回転駆動源および前記ソケット昇降手段をそれぞれ駆動制御する制御装置とを備え、前記マグネットに吸着した前記締結部品をワークに締結するボルト締結機において、
前記ソケットの移動経路上に配された開閉自在な一対の爪を備えたチャックユニットと、
このチャックユニットを前記ソケットの昇降する方向に沿って移動自在なチャック昇降手段とを備え、
前記爪は、これを閉じることで前記締結部品の軸部に当接する把持面を形成して成ることを特徴とするボルト締結機。
前記チャックユニットは、前記制御装置に接続され前記爪を開閉する開閉手段と、この開閉手段に接続され前記ソケットの延びる方向と並行に配された摺動シャフトと、この摺動シャフトに挿通したばねと、前記挿通シャフトの一端に固定したドグと、前記ばねの付勢力を受ける前記ドグを所定の位置で検出するソケット嵌合センサとを備えて成り、
前記制御装置は、前記回転駆動源および前記ソケット昇降手段を駆動して前記ソケットを回転させつつ所定の位置まで移動させた後、前記ソケット嵌合センサの出力信号に基づき前記ソケットと前記締結部品の頭部との嵌合あるいは未嵌合を判断し、嵌合と判断すれば前記回転駆動源を駆動停止させ、前記ソケット昇降手段および前記チャック昇降手段を駆動して前記爪に把持した前記締結部品を前記ソケットに嵌合させたまま所定の位置まで移動させ、前記ソケット昇降手段および前記チャック昇降手段を駆動停止させた後、前記開閉手段を駆動して前記爪を開き、前記ソケット昇降手段および前記回転駆動源をそれぞれ駆動して前記締結部品をワークに締結する制御をして成ることを特徴とする請求項１に記載のボルト締結機。