JP2015120212A - ねじ締付け装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ねじ締付け時に生じる反力による大きな振動の設備側への伝達を抑制する設備のコストを低減する。設備コストの低減を簡単かつコンパクトな構成で実現する。
【解決手段】パルス制御のナットランナを備えたねじ締付け装置であって、基部Ｂ（設備側）に連結された支持アーム６とナットランナ１との間にショックアブソーバ３を設けた。このショックアブソーバ３により、ナットランナ１のパルス制御によるねじ締付け動作時に発生する反力を吸収し、設備側への伝達を抑制する構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ナットランナを用いてねじの締付けを行うねじ締付け装置、特にパルス制御のナットランナを備えたねじ締付け装置の改良に関するものである。

自動車等の組立ラインにおいては、組立作業効率を高めるため、ナットランナを用いてボルト、ナット等のねじの締付けが行われる。ナットランナは、モータの回転力によって、ねじを高速で締付けることができるが、締付けトルクに応じた反力が発生するため、この反力を支持する必要がある。
しかし、例えばサスペンションユニット等をボディに固定する場合等、大きな締付けトルクが必要になる場合には、その反力を作業者が支持することは極めて難しい。

そこで従来、床面等に据付けられた支柱等からなる物品保持用バランサの先端部に、反力打ち消しバ−を介してねじ締付け回転工具を連結させた、反力打ち消し技術が開発されている（特許文献１）。

実開平０７−３３５６７号公報

しかしながら上記従来技術では、ねじ締付け回転工具（ナットランナ）を、Ｌ字状の反力打ち消しバーを介して支柱等からなる物品保持用バランサに単に連結されている構成である。したがって、ねじ締付け時に生じる反力は上記支柱等、生産や組立を行う設備側の剛性で受けることになる。
このため、上記反力に耐えうる剛性をもつ大型の支柱等を設備内に設ける等の対策が必要となり、設備コストが著しく増大する虞がある。
そこで、ねじ締付けを短い時間で繰返し行うパルス制御のナットランナを備えたねじ締付け装置を用いて、ナットランナから上記支柱や支柱据付け床面等、設備側へ伝わる反力を軽減することが考えられる。
しかし、このようなパルス制御のナットランナを備えたねじ締付け装置を用いても、例えば自動車の足廻り部品のねじ締付けのように目標トルクが高くなると、ねじ締付け時に一定時間間隔（制御パルス間隔）で生じる反力が大きな振動として支柱等、設備側に伝わる。特に、締付け終了に近づくとその程度はより大きなものとなる。このため、高剛性な、つまり大型の設備構造が必要になり、設備コストが増大する虞がある。

本発明は、上記のような実情に鑑みなされたもので、ねじ締付け時に一定時間間隔で生じる反力による大きな振動の設備側への伝達を抑制する設備のコストを低減でき、しかもそれが簡単かつコンパクトに実現できるねじ締付け装置を提供することを課題とする。

上記課題は、ねじ締付け装置を下記各態様の構成とすることによって解決される。
各態様は、請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴及びそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。また、１つの項に複数の事項が記載されている場合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければならないわけではなく、一部の事項のみを取り出して採用することも可能である。

以下の各項のうち、（１）項が請求項１に、（２）項が請求項２に、（３）項が請求項３に、（４）項が請求項４に、各々対応する。

（１） パルス制御のナットランナを備えたねじ締付け装置であって、所定の基部に連結された支持アームと前記ナットランナとの間に、前記ナットランナの前記パルス制御によるねじ締付け動作時に発生する反力を吸収するショックアブソーバを有してなる反力吸収機構を具備することを特徴とするねじ締付け装置。
（２） 前記反力吸収機構は、前記支持アームの先端部に連結され、前記ナットランナを回転可能に支持する取付け部材を備えてなり、前記ショックアブソーバは、前記ナットランナと前記取付け部材との間に設けられていることを特徴とする（１）項に記載のねじ締付け装置。
（３） 前記反力の方向を回転方向から直線方向に変換するリンク機構が設けられ、
前記ショックアブソーバは、そのリンク機構で変換された直線方向の反力を吸収するように設けられていることを特徴とする（２）項に記載のねじ締付け装置。
（４） 前記ショックアブソーバは、前記反力の方向が変換されて直線方向に移動する前記リンク機構のリンク部材の移動方向と交差する方向の両端側に各々設けられ、このリンク部材の両端側に設けられた一対のショックアブソーバにより前記直線方向の反力を吸収することを特徴とする（３）項に記載のねじ締付け装置。

（１）項に記載の発明によれば、パルス制御のナットランナを備えたねじ締付け装置において、ねじ締付け時の反力による大きな振動の設備側への伝達を抑制する設備のコストを低減できる。しかもその設備のコストの低減が、簡単かつコンパクトな構成で実現できる。
（２）項に記載の発明によれば、（１）項に記載のねじ締付け装置を小型、低コストで具現化できる。
（３）項に記載の発明によれば、（２）項に記載のねじ締付け装置において、ショックアブソーバによる反力の吸収を効率よく行うことができる。
（４）項に記載の発明によれば、（３）項に記載のねじ締付け装置において、ショックアブソーバによる反力の吸収を確実に行うことができる。

本発明の実施形態に係るねじ締付け装置の全体構成をその支柱と共に示す側面図である。 同上装置中の反力吸収機構の第１実施例の上面図で、（ａ）は非動作時、（ｂ）は動作時を示す。 同じく反力吸収機構の第２実施例の上面図で、（ａ）は非動作時、（ｂ）は動作時を示す。 同じく反力吸収機構の第３実施例の上面図で、（ａ）は非動作時、（ｂ）及び（ｃ）は動作時を示す。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１は、本発明の実施形態に係るねじ締付け装置の全体構成をその支柱と共に示す側面図で、図中、Ａは本発明装置、Ｂは本発明装置Ａを支持する基部である。
本発明装置Ａは、ねじ締付けを短い時間で繰返し行うパルス制御のナットランナ１と反力吸収機構２とを備える。反力吸収機構２は、ナットランナ１の上記パルス制御によるねじ締付け動作時に発生する反力を吸収するショックアブソーバ３を有する。

図１に示すように、ナットランナ１の上部には、ボルト、ナット等を締付けるねじ締付け用の工具本体４を備え、ナットランナ１の下部は、ナットランナ回転用モータ等が収納された胴部５とされている。ナットランナ１は、反力吸収機構２を通って上下に長く形成されている。
上記工具本体４はナットランナ１に着脱自在で、複数種類の中から所望の工具本体４を選択使用可能である。
上記ナットランナ回転用モータとしては、電動モータやエアーモータ等が挙げられるが、ここでは電動モータが用いられている。

本発明装置Ａは、後端部が基部Ｂに連結された支持アーム６の先端部６ａに連結されている。この支持アーム６は、本実施形態では平行リンクによって構成され、基部Ｂと連結された後端部を支点に先端側が上下動可能であり、また基部Ｂを中心軸として軸回り方向に回動させることができる。
これにより本発明装置Ａは、上記胴部５や、必要に応じて取り付けられるハンドル７を握り、支持アーム６の上記上下動、回動による可動範囲内の所望の位置に移動させることができる。これにより本発明装置Ａは、ねじ締付け位置までナットランナ１（工具本体４）を移動させ、その位置でのねじ締付けが可能である。
ナットランナ１の短い時間で繰返される回転動作、すなわちパルス制御のねじ締付け動作は、上記胴部５やハンドル７に設けられたスイッチ８の操作によってオン、オフされる。
なお、本発明装置Ａを支持する基部Ｂは、本実施形態では生産や組立を行う設備の床面１１に据付けられた支柱１２等により構成されているが、これに代えて基部Ｂを、上記設備内を走行可能な移動台車上に搭載された支持構造部によって構成してもよい。

以上述べた本発明装置Ａでは、ナットランナ１のパルス制御によるねじ締付け動作時に発生する反力を反力吸収機構２によって吸収、減衰し、上記反力を基部Ｂ（設備側）に伝達することを抑制する。しかも上記反力を、反力吸収機構２のショックアブソーバ３によって吸収、減衰させる構成である。
したがって本発明装置Ａによれば、パルス制御のナットランナ１を備えたねじ締付け装置において、ねじ締付け時の反力による大きな振動の設備側への伝達を抑制する設備のコストを低減できる。しかもその設備のコストの低減が、簡単かつコンパクトな構成で実現できる。
発明者らの実験によれば、支持アーム６側に振動として伝わる反力は反力吸収機構２によって約２５％低減されるという結果が得られた。また、反力吸収機構２を備えた本発明装置Ａを、その基部Ｂ（支持構造部）と共に移動台車上に搭載した場合に、その重量は約１００ｋｇであった。これに対して、反力吸収機構２を備えていない従来のねじ締付け装置を、その基部Ｂ（支持構造部）と共に移動台車上に搭載した場合の重量は約１０００ｋｇであった。つまり本発明装置Ａによれば、約１／１０の軽量化が可能となり、設備コストが大幅に低減されるという結果が得られた。

図２は、上記反力吸収機構２の第１実施例を示す図であって、図１中の反力吸収機構２を上方から概略的に示した図である。図２（ａ）は反力吸収機構２の非動作時（ナットランナ１の非回転時）、同（ｂ）は反力吸収機構２の動作時（ナットランナ１の回転時）を示す。
この第１実施例において、反力吸収機構２は、その台板２１が支持アーム６の先端部６ａ（図１参照）に連結され、ナットランナ１を回転可能に支持する取付けブラケット２２を備えてなる。取付けブラケット２２は反力吸収機構２の台板２１に固定されている。
ショックアブソーバ３は、ナットランナ１と取付けブラケット２２との間にキャリア２３を介して設けられている。
ここで、ナットランナ１は、その外周がキャリア２３に保持固定され、取付けブラケット２２に回転可能に取り付けられたキャリア２３は、ナットランナ１と一体に回転可能である。キャリア２３には、ナットランナ１の回転中心側とは反対側に突出する突部２３ａが形成されている。
上記ショックアブソーバ３は、そのピストンロッド先端部（以下先端部と略記する。）３ａが常にキャリア２３の突部２３ａの回転方向側の側面に当接するように、取付けブラケット２２に固定されている。これは、ショックアブソーバ３の先端部３ａが、ナットランナ１の回転動作に伴って進退して上記のねじ締付け時に生じる反力を吸収させるためである。
なお、ナットランナ１は、上記の反力をショックアブソーバ３で吸収できるように、その回転範囲が規制されている。

この第１実施例において、ナットランナ１がパルス制御によるねじ締付け動作（回転動作）を開始すると、キャリア２３の突部２３ａは、１パルス毎に図２（ａ）の位置から同（ｂ）の位置側への回転及びその反対方向の回転（復帰）が瞬時に繰り返される。この間、ナットランナ１（工具本体４）によりねじ締付けが行われる。
図２において、矢印αはねじ締付け時に生じる反力の方向、矢印βはねじ締付け方向を示す。図２は上面図であるので、工具本体４による実際のねじ締め方向（締め付けるねじを正面視した際のねじ締め方向）は矢印βとは逆方向（時計回り）になり、反力の方向も矢印αとは逆方向になる。
実際のねじ締め方向が反時計回りの場合もあり、この場合は、矢印βがねじ締付け時に生じる反力の方向、矢印αがねじ締付け方向を示す。これに伴い、キャリア２３の突部２３ａの回転方向、ショックアブソーバ３の位置や先端部３ａの向きは、図２とは左右反対になる。なお矢印γは、上記反力に起因してショックアブソーバ３において発生し、取付けブラケット２２及び台板２１を介して基部Ｂ（図１参照）側に伝達される振動を示す。

上記のようにナットランナ１がパルス制御による回転動作（ねじ締付け動作）を開始すると、その回転トルクが発生した瞬間、ナットランナ１（工具本体４）において、その回転トルクに応じた、それとは反対方向αの反力が生じる。この反力は、矢印αに示すように、キャリア２３を介して、同キャリア２３の突部２３ａに先端部３ａが常に当接するショックアブソーバ３に伝達され、同ショックアブソーバ３により吸収、減衰される。
したがって、ナットランナ１において生じた上記反力は、ショックアブソーバ３で吸収、減衰されて取付けブラケット２２に伝達され、台板２１、図１に示す支持アーム６を経て支柱１２、床面１１等、設備側に伝達される。
ショックアブソーバ３による反力の吸収、減衰は、ねじ締付け動作の各回（１パルス）毎に行われ、各回毎に減衰した反力は、支柱１２、床面１１等、設備側へは小さな振動となって伝達される。
したがって、パルス制御のナットランナ１を備えたねじ締付け装置において、ねじ締付け時の反力による大きな振動の設備側への伝達を抑制する設備のコストを低減できる。しかもその設備のコストの低減が、ショックアブソーバ３及びキャリア２３で主構成をなす簡単かつ小型・コンパクトな構成で実現できる。

図３は、反力吸収機構２の第２実施例を示す図であって、図１中の反力吸収機構２を上方から概略的に示した図である。図３（ａ）は反力吸収機構２の非動作時（ナットランナ１の非回転時）、同（ｂ）は反力吸収機構２の動作時（ナットランナ１の回転時）を示す。
この第２実施例においても、反力吸収機構２は、その台板２１が支持アーム６の先端部６ａ（図１参照）に連結され、ナットランナ１を回転可能に支持する取付けブラケット２２を備える。取付けブラケット２２は反力吸収機構２の台板２１に固定されている。
第２実施例では、ねじ締付け時に生じる反力の方向を回転方向から直線方向に変換するリンク機構３１が設けられる。
ショックアブソーバ３は、ナットランナ１と取付けブラケット２２との間にキャリア２３及びリンク機構３１を介して設けられている。またこのショックアブソーバ３は、リンク機構３１で回転方向から変換された直線方向の反力を吸収するように設けられている。

リンク機構３１は、第２実施例ではリンク部材３１ａと、このリンク部材３１ａの長孔３１ｂ内を往復動するカムフォロア３１ｃとを備えてなる。リンク部材３１ａは、図中、左右方向の平行移動のみ可能に構成されている。
ナットランナ１は、外周がキャリア２３に保持固定され、取付けブラケット２２に回転可能に取り付けられたキャリア２３は、ナットランナ１と一体に回転可能である。
キャリア２３には、ナットランナ１の回転中心側とは反対側に突出する突部２３ａが形成され、同突部２３ａの先端には、リンク機構３１の上記カムフォロア３１ｃが取り付けられている。
このカムフォロア３１ｃは、リンク部材３１ａの長孔３１ｂ内に位置する。またこのカムフォロア３１ｃは、ナットランナ１の非回転時にはリンク部材３１ａの長孔３１ｂの図中、上端に位置し〔図３（ａ）参照〕、ナットランナ１の回転時には上記長孔３１ｂの図中、下端まで直線移動可能である〔図３（ｂ）参照〕。カムフォロア３１ｃの、長孔３１ｂの下端方向への移動に応じてリンク部材３１ａは、図中、左方向に平行移動する（矢印δ参照）。
カムフォロア３１ｃは、キャリア２３の回転及びその反対方向の回転（復帰）に伴って長孔３１ｂ内をその上端及び下端間で往復動可能である。
上記ショックアブソーバ３は、先端部３ａが常にリンク機構３１のリンク部材３１ａの移動方向側の側面に当接するように、取付けブラケット２２に固定されている。これは、ショックアブソーバ３の先端部３ａが、ナットランナ１の回転動作に伴って進退して上記のねじ締付け時に生じる反力を吸収させるためである。
なお、ナットランナ１は、上記の反力をショックアブソーバ３で吸収できるように、その回転範囲が規制されている。

この第２実施例において、ナットランナ１がパルス制御によるねじ締付け動作（回転動作）を開始すると、キャリア２３の突部２３ａに取り付けられたカムフォロア３１ｃは、１パルス毎に図３（ａ）の位置から同（ｂ）の位置側への回転及びその反対方向の回転（復帰）が瞬時に繰り返される。これにより、リンク機構３１のリンク部材３１ａは、図中、左右方向に瞬時に往復動する。この間、ナットランナ１（工具本体４）によりねじ締付けが行われる。
図３における矢印α、矢印βが示す方向は、図２に示す第２実施例の場合と同様である。ねじ締め方向が反時計回りの場合は、キャリア２３の突部２３ａの回転方向、リンク機構３１のリンク部材３１ａの位置、ショックアブソーバ３の位置等は、図３とは上下反対になる。

上記のようにナットランナ１がパルス制御による回転動作（ねじ締付け動作）を開始すると、その回転トルクが発生した瞬間、ナットランナ１（工具本体４）において、その回転トルクに応じた、それとは反対方向αの反力が生じる。
この反力は、矢印αに示すようにキャリア２３、リンク機構３１を介して同リンク機構３１のリンク部材３１ａに先端部３ａが常に当接するショックアブソーバ３に伝達され、同ショックアブソーバ３により吸収、減衰される。
したがって、ナットランナ１において生じた上記反力は、ショックアブソーバ３で吸収、減衰されて取付けブラケット２２に伝達し、台板２１、図１に示す支持アーム６を経て支柱１２、床面１１等、設備側に伝達される。
ショックアブソーバ３による反力の吸収、減衰は、ねじ締付け動作の各回（１パルス）毎に行われ、各回毎に減衰した反力は、支柱１２、床面１１等（図１参照）、設備側へは小さな振動となって伝達される。
したがって、パルス制御のナットランナ１を備えたねじ締付け装置において、ねじ締付け時の反力による大きな振動の設備側への伝達を抑制する設備のコストを低減できる。しかもその設備のコストの低減が、ショックアブソーバ３、キャリア２３及びリンク機構３１で主構成をなす簡単かつコンパクトな構成で実現できる。
特に、この第２実施例では、リンク機構３１によって反力の方向を回転方向から直線方向に変換した。そして、この直線方向に変換した反力を、この反力と同方向に先端部３ａが進退動するショックアブソーバ３で吸収するように構成したので、ショックアブソーバ３による反力の吸収を効率よく行うことができる。

上述した第２実施例では、リンク機構３１のリンク部材３１ａに対してショックアブソーバ３を１個設けたが、図４（第３実施例）に示すように２個設けてもよい。図示例では、リンク機構３１のリンク部材３１ａを上下方向に長く形成し、その上端側及び下端側にショックアブソーバ３を各１個設けている。この構成によれば、ショックアブソーバ３による反力の吸収を確実に行うことができる。
なお、この図４に示す第３実施例では、リンク部材３１ａは長孔３１ｂも含めて上下方向に長く形成し、カムフォロア３１ｃが反力吸収機構２の非動作時（ナットランナ１の非回転時）に長孔３１ｂの上下方向の中央位置に位置するように設定されている〔図４（ａ）参照〕。また、ナットランナ１が時計回り及び反時計回りのどちらの方向に回転した場合でも、リンク部材３１ａが、図４（ａ）に示す位置から同（ｂ）、（ｃ）に示すように左方向に平行移動する（矢印δ参照）ように設定されている。
したがって、この第３実施例によれば、ねじ締め方向が時計回り及び反時計回りのどちらであっても、上記反力は２個のショックアブソーバ３でほぼ同時に吸収、減衰され、ショックアブソーバ３による反力の吸収を確実に行うことができる。

この第３実施例においても、ナットランナ１において生じた反力は、ショックアブソーバ３（第２実施例とは異なり２個）で吸収、減衰されて取付けブラケット２２に伝達し、台板２１、図１に示す支持アーム６を経て支柱１２、床面１１等、設備側に伝達される。
ショックアブソーバ３による反力の吸収、減衰は、ねじ締付け動作の各回（１パルス）毎に行われ、各回毎に減衰した反力は、支柱１２、床面１１等（図１参照）、設備側へは小さな振動となって伝達される。
したがって、パルス制御のナットランナ１を備えたねじ締付け装置において、ねじ締付け時の反力による大きな振動の設備側への伝達を抑制する設備のコストを低減できる。しかもその設備のコストの低減が、ショックアブソーバ３、キャリア２３及びリンク機構３１で主構成をなす簡単かつコンパクトな構成で実現できる。
特に、この第３実施例では、２個のショックアブソーバ３で反力を吸収するように構成したので、反力吸収を確実に行うことができる。

Ａ：本発明装置、Ｂ：基部、１：ナットランナ、２：反力吸収機構、３：ショックアブソーバ、４：工具本体、６：支持アーム、１１：床面、１２：支柱、２１：台板、２２：取付けブラケット（取付け部材）、２３：キャリア、３１：リンク機構、α：反力の方向。

Claims (4)

1. パルス制御のナットランナを備えたねじ締付け装置であって、
   所定の基部に連結された支持アームと前記ナットランナとの間に、前記ナットランナの前記パルス制御によるねじ締付け動作時に発生する反力を吸収するショックアブソーバを有してなる反力吸収機構を具備することを特徴とするねじ締付け装置。
2. 前記反力吸収機構は、前記支持アームの先端部に連結され、前記ナットランナを回転可能に支持する取付け部材を備えてなり、
   前記ショックアブソーバは、前記ナットランナと前記取付け部材との間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のねじ締付け装置。
3. 前記反力の方向を回転方向から直線方向に変換するリンク機構が設けられ、
   前記ショックアブソーバは、そのリンク機構で変換された直線方向の反力を吸収するように設けられていることを特徴とする請求項２に記載のねじ締付け装置。
4. 前記ショックアブソーバは、前記反力の方向が変換されて直線方向に移動する前記リンク機構のリンク部材の移動方向と交差する方向の両端側に各々設けられ、このリンク部材の両端側に設けられた一対のショックアブソーバにより前記直線方向の反力を吸収することを特徴とする請求項３に記載のねじ締付け装置。

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