JP2018079554A - 多軸ねじ締め装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数が少なくコスト低減可能な多軸ねじ締め装置の提供。【解決手段】モータＭに接続された軸継手５と、軸継手５に接続されねじＮに嵌合可能なビットＢとを備えて成るねじ締めツール１０を複数備え、モータＭをそれぞれ取り付け往復移動可能なモータ台２０と、モータ台２０の下方に固定配置された固定台３０とを備える。固定台３０は、これに複数支持しされたチャック４０，４０を一斉に旋回移動してビットＢ，Ｂを位置変更する旋回部３５を備える。旋回部３５は、固定配置されたブラケット３６に回転自在に支持された旋回板３７と、この旋回板３７に回転を付与するＡＣサーボモータ３８とを備える。旋回板３７は、前記チャック４０を個別に水平移動させチャック４０およびこれに挿通されたビットＢを水平方向へ位置変更する直動駆動ユニット５０を備えて成る。よって、ビットＢの位置変更を旋回方向のみならず水平方向へも可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は、複数配置されたビットを所定角度旋回して所定の締付けポイントへねじを締結する多軸ねじ締め装置に関する。

従来の多軸ねじ締め装置は、特許文献１および特許文献２に示すように、エア圧送などにより供給されるねじを一時的に吊り下げて保持するチャックおよび前記チャック内に挿通したビットを回転可能なねじ締めツールを備え、これらチャックおよびねじ締めツールを複数配置した昇降プレートを昇降自在に構成される。また、この従来の多軸ねじ締め装置は、ワークの上面へチャックおよびねじ締めツールを一体に下降させ、ワーク上面から少し隙間を空けた位置で前記チャックを停止させ、このチャックに対して前記ビットを相対移動するよう下降可能に構成される。これにより、回転下降するビットは、前記チャックに保持した前記ねじをチャック内から下方へ押し出してワークへ螺入することができる。よって、従来の多軸ねじ締め装置は、複数の締付けポイントを有するワークを短時間で締結できるという特徴がある。

一方、従来の多軸ねじ締め装置は、特許文献３に示すように、異なる締付けピッチに対応できるピッチ切替手段を備えて成る。このピッチ切替手段は、前記チャックおよびビットを一体に回動可能なアームと、このアームに連結されアームを回動する作動シリンダとをから構成され、ピッチ切替えの必要なねじ締めツールの軸数に合わせて複数設置されている。これにより、従来の多軸ねじ締め装置は、ピッチ円直径の異なる締付けポイントを有するワークのねじ締めに対応可能となり、ワークの機種切替時などねじ締めツールの位置変更に掛かる段替作業時間が短縮できるという特徴がある。

また、従来の多軸ねじ締め装置は、ねじを１本ずつ前記チャックに供給する部品供給ユニットを備えている。この部品供給ユニットは、ねじを通過可能な内径を有するねじ送りホースを備えており、このねじ送りホースの一端に前記チャックが接続されている。これにより、部品供給ユニットからねじがチャックへ供給される。また、前記ねじ送りホースは、柔軟性を備えた材質であり、昇降するチャックとともに昇降するよう前記昇降プレートの外周に張り出すように配線されている。

実開昭62-092126号公報 実開昭62-130832号公報 特開2002-036043号公報

しかしながら、従来の多軸ねじ締め装置は、前記ピッチ切替手段をピッチ切替えが必要となるねじ締めツールの軸数に合わせて設置しなければならず、製作に掛かるコストが増大するという問題があった。

また、従来の多軸ねじ締め装置は、前記ピッチ切替手段の作動によりビットおよびチャックをピッチ切替えする際、前記チャックに接続された前記ねじ送りホースもこれらと一緒に移動することになる。つまり、前記昇降プレートの外周に配線されたねじ送りホースは、ピッチ切替えによって弛んだりあるいは引っ張られることになり変形するので、部品供給ユニットからチャックへのねじ供給が確実に行えず、ねじ送りホース内に当該ねじが詰まるという問題もあった。

本発明は、所定の回転数により回転駆動可能なモータと、このモータに接続された軸継手と、前記軸継手に接続されて成りワークへ締結するねじに嵌合可能なビットとから成るねじ締めツールを複数備え、前記モータをそれぞれ取り付け前記ワークへ接近あるいは離反する方向に往復移動可能なモータ台と、前記モータ台の下方に固定配置され前記ビットを挿通自在かつガイドする固定台とを備えて成り、ワークに配設された複数の締付けポイントへ一斉にねじを締結するよう構成された多軸ねじ締め装置において、前記固定台は、前記ビットをそれぞれ内包し前記ねじを一時的に保持するチャックと、これらチャックを一斉に旋回移動しそれぞれのビットを旋回方向へ位置変更する旋回部とを備え、前記旋回部は、固定配置されたブラケットと、このブラケットに回転自在に支持された旋回板と、この旋回板に回転を付与する旋回駆動源とを備え、前記旋回板は、前記チャックを個別に水平移動し前記チャックおよびこれに挿通されたビットを水平方向へ位置変更する直動駆動ユニットを備えて成ることを特徴とする。なお、前記ねじ締めツールは、前記ビットに対して上方へ相対移動可能な吸着パイプと、この吸着パイプを常時ビットの先端から下方へ突出させる方向に付勢する吸着パイプばねとを備えて成り、前記吸着パイプの先端からエアを吸引してねじを吸着するよう構成し、前記チャックは、前記吸着パイプの下降を規制するストッパ手段を配置して成ることが好ましい。また、前記旋回板は、前記チャックをそれぞれ固定支持して成り、その軸線に延びる大径の貫通穴を配して成り、前記貫通穴は、チャック内へ導入するねじの供給経路を成すねじ送りホースをチャックの数に合わせて挿通配置されて成ることが好ましい。

本発明の多軸ねじ締め装置は、複数のビットを一斉に旋回方向へ位置変更する旋回部を備えるため、従来のようにビットの配置数に対応した数の駆動源を配置する必要が無く、コスト低減可能という利点がある。また、本発明の多軸ねじ締め装置は、前述の構成であるため、図３（ｂ）ないし図３（ｄ）に示すような同一のピッチ円直径上に複数の締付けポイントを有し、当該締付けポイントの位置関係が保たれ角度の関係のみ変化するような複数のワークのねじ締めに対応できるという利点もある。さらに、本発明の多軸ねじ締め装置は、前記固定台にチャックを取り付けた直動駆動ユニットを備えるため、前記ビットを、前記旋回板による旋回方向への位置変更のみならず、直動駆動ユニットによる水平方向への位置変更も可能となる。よって、本発明の多軸ねじ締め装置は、例えば図３（ｃ）のワークから図３（ａ）のワークに変更された場合であっても、このように異なるピッチ円直径の締付けポイントを有するワークのねじ締め作業にも対応でき、多品種のワークを１台の設備で生産できるという利点もある。

さらに、本発明の多軸ねじ締め装置は、前記ビットとともに下降しねじを吸着する吸着パイプと、この吸着パイプの下降を規制するストッパ手段を備えるため、締付け作業の必要がない締付けポイントに吸着パイプおよびビットを下降させないように構成できる。つまり、このストッパ手段を備えることで、例えば、図３（ａ）のように４箇所の締付けポイントを有するワークから図３（ｂ）ないし図３（ｄ）のような３箇所の締付けポイントを有するワークへ機種変更されたとしても、下降させたくないビットおよび吸着パイプをワークに当接させる前に下降停止できる。これにより、本発明の多軸ねじ締め装置は、締付けポイント数が増減するワークへの機種変更にも柔軟に対応でき、締付けポイントの存在しないワークの表面に吸着パイプおよびビットを当接させることなくワークの破損等を防止できるという利点もある。

また、本発明の多軸ねじ締め装置は、前記旋回板に貫通穴を配設しているため、ねじ送りホースを前記貫通穴へ挿通し貫通穴の中心付近に束ねて配線することができる。これにより、前記ねじ送りホースは、前記チャックが旋回移動してもこの旋回中心付近で捻じられる程度の変形に留まり従来のように弛んだりあるいは引っ張られたり長さ方向に変形するようなことがない。よって、本発明の多軸ねじ締め装置は、前記チャックまでのねじ送りホースの形状変化が少ないので、チャックへ供給するねじをねじ送りホース内で詰まらせる不具合の発生を低減できるという利点もある。

本発明に係る一実施形態を示す多軸ねじ締め装置の概略説明図である。 図１に示す固定台を説明するための説明図である。（ａ）はその要部断面図であり、（ｂ）は底面図である。 本発明に係る多軸ねじ締め装置によりねじ締め可能な締付けポイントの配置を説明する説明図である。また、（ａ）は、４つの締付けポイントを有するワークにおける当該締付けポイントの位置関係を説明する説明図であり、（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、３つの締付けポイントを有するワークにおける当該締付けポイントの位置関係を説明する説明図である。

以下、本発明の一実施形態を示す多軸ねじ締め装置について、図１ないし図３に基づき説明する。本発明の多軸ねじ締め装置１は、所定の回転数により回転駆動するモータＭと、モータＭの出力軸に接続された軸継手５を介して一体に回転するビットＢとを備えて成るねじ締めツール１０を複数備えて成り、その上面に前記モータＭを複数載置して前記ねじ締めツール１０を往復移動自在に支持して成るモータ台２０と、このモータ台２０の下方に固定配置された固定台３０と、これらモータ台２０および固定台３０をそれぞれ配置して成るフレーム３とを備える。

前記ねじ締めツール１０は、前記モータＭの出力軸Ｍｄに接続した軸継手５と、この軸継手５の他端に接続されねじＮに嵌合するビットＢとを備えて成る。前記軸継手５は、前記モータＭの出力軸Ｍｄと前記ビットＢとを所定距離オフセットさせつつ一体に連結するよう構成されており、図１に示すように所定角度傾斜しても配置可能に構成されている。また、軸継手５は、ビットＢ側へ常時伸長するよう構成されており、これに接続されたビットＢを下方へ押圧してビットＢに所定の推力を付与するビット押圧ばねＢＳを備える。

また、前記ねじ締めツール１０は、前記ビットＢを挿通自在かつ回転自在にガイドする吸着パイプＰを備えてもよい。この前記吸着パイプＰは、その先端部が前記ねじＮを挿通可能な内径に寸法設定されており、その後部にはエアを吸引するエア吸引手段（図示せず）が接続されている。また、前記吸着パイプＰは、エア吸引手段の作動によりその先端から吸引されたエアを前記ビットＢの外周と吸着パイプＰの内周とによって形成された隙間へ通過させるように構成される。これにより、吸着パイプＰは、その先端からねじＮを吸引してその内部に吸着保持することができる。さらに、吸着パイプＰは、その後端に配された吸着パイプクッションばねＰＳに常時付勢されており、ビットＢに対して上方へ相対移動可能に構成されている。これにより、吸着パイプＰは、その先端がベース面７１に設置されたワーク（図示せず）の表面に当接することで前記吸着パイプクッションばねＰＳが圧縮する方向へ撓みこれに内包されていたビットＢをワークへ向かい突出させることができる。よって、吸着パイプＰの内部に吸着保持されていたねじＮは、相対移動するビットＢに押し出されてワークに配設された締付けポイントへ螺入される。

前記モータ台２０は、前記ベース面７１に対してほぼ平行となるよう配置されており、このベース面７１へ接近あるいは離反する方向へ摺動自在に構成されている。また、モータ台２０は、前記フレーム３の上部に固定された昇降シリンダ２１に連結されており、昇降シリンダ２１の作動を受けてこれに取り付けた複数のねじ締めツール１０を一斉にベース面７１へ向かうよう下降するよう構成される。

前記固定台３０は、ベース面７１から高さ方向へ常時所定の距離を保つよう前記フレーム３の下部に固定配置されて成り、モータ台２０に吊下した複数のねじ締めツール１０をそれぞれ挿通して成る。また、前記固定台３０は、前記ビットＢの軸線とほぼ平行な旋回軸を備えた旋回部３５と、この旋回部３５を旋回自在に支持するブラケット３６とから構成されており、前記ブラケット３６は、前記フレーム３の下部に固定され前記ベース面７１に対してほぼ平行に配置されて成る。

前記旋回部３５は、前記ブラケット３６に取り付けられた旋回駆動源の一例であるＡＣサーボモータ３８と、このＡＣサーボモータ３８の回転を受けて旋回する旋回板３７とから構成されている。前記ＡＣサーボモータ３８の出力軸には、駆動ギア３８ａが一体にねじ止めされており、この駆動ギア３８ａに噛合う従動ギア３７ａが旋回板３７にねじ止めされている。前記旋回板３７は、軸受など回転抵抗の少ないベアリング３６ａを介し前記ブラケット３６に回転自在に支持されており、その上面および下面に配設された複数のタップ穴を備えて成る。また、旋回板３７は、その旋回中心となる旋回軸に沿って延びる大径の貫通穴３７ｂを備えて成り、この貫通穴３７ｂに全てのねじ締めツールを挿通して成る。上述した旋回板３７のタップ穴は、後述する直動駆動ユニット５０を固定するために配設されている。

前記直動駆動ユニット５０は、直動する可動部を備えて成るエアシリンダであり、前記旋回板３７の下面に取り付けられて成り、前記可動部をベース面７１に平行な水平方向へ伸縮可能に構成されている。また、当該直動駆動ユニット５０の前記可動部は、後述するチャック４０を固定して支持して成り、当該チャック４０に内包した前記吸着パイプＰおよびビットＢを一斉に水平移動するよう構成されている。

また、前記チャック４０は、外部から供給されたねじＮを一時的に保持可能に構成されており、前記ねじＮを挿通可能なねじ送りホース４１を接続して成り前記直動駆動ユニット５０の可動部に固定されたチャック本体４３と、このチャック本体４３の先端に揺動自在に配され図示しないばねの付勢により常時は閉じる一対のチャック爪４２とから構成されている。前記チャック本体４３は、前記吸着パイプＰおよび前記ビットＢを挿通して成る。前記チャック爪４２は、閉じる方向に付勢された状態から互いに離反する方向へ開くように揺動可能に構成され、閉じた状態であれば前記ねじ送りホース４１を通過したねじＮを吊下して支持可能に構成される。前記ねじ送りホース４１は、図示しないねじ供給装置に接続されており、ねじ供給装置から排出される前記ねじＮを通過可能な樹脂製のホースである。また、このねじ送りホース４１は、前記貫通穴３７ｂに挿通され、昇降するモータ台２０に干渉しないよう上方へ延びるよう配線されている。なお、前記チャック爪４２は、下降する吸着パイプＰにより開く方向へ押し広げられ、ワークに締結するねじＮを一時的に保持する一方下降する部材の下降動作に悪影響を与えないように構成されている。

また、前記旋回板３７は、前記貫通穴３７ｂに前記ねじ送りホース４１，４１を挿通してもよく、この場合であれば、ねじ送りホース４１，４１を前記旋回軸付近に束ねて上方へ延びるように配線処理され昇降するモータ台２０に接触しないように処理されている。

前記ストッパ手段６０は、上述の直動駆動ユニット５０と同様に直動する可動部を備えたストッパ用エアシリンダと、当該ストッパ用エアシリンダの可動部に固定したストッパ部材６１とから構成される。このストッパ手段６０は、前記チャック本体４３の一方に取り付けられており、前記ストッパ部材６１が前記吸着パイプＰの外周に干渉可能な位置に配置されている。つまり、ストッパ手段６０は、前記ストッパ用エアシリンダの作動により前記ストッパ部材６１を下降する吸着パイプＰに押し当ててビットＢおよび吸着パイプＰの下降を停止することができる。

なお、上述した多軸ねじ締め装置１は、前記ねじ締めツール１０を２セット備えたものであるが、これに限定されるものでは無くワークの締付けポイントＧの数などを考慮して設置するセット数を増やしてもよいことはいうまでもない。また、直動駆動ユニット５０は、１つのチャック４０に対して複数のエアシリンダを積み重ねて構成してもよく、前記チャック４０および前記吸着パイプＰ、ビットＢを一斉に異なる水平方向へ移動させるように構成してもよい。

このように構成した本発明に係る多軸ねじ締め装置１は、図３（ａ）ないし図３（ｄ）に示すような締付けポイントＧを複数有するワークのねじ締めを可能とするものであり、以下にその作用を図１ないし図３に基づき説明する。

まず、図３（ａ）に示すワークと図３（ｂ）ないし図３（ｄ）に示すワークとは、締付けポイントＧの数および当該締付けポイントＧのピッチ円直径（ΦＡまたはΦＢ）に違いがある。このため、図３（ａ）に係るワークを本発明の多軸ねじ締め装置１によりねじ締めする際の作用を説明した後、図３（ｂ）ないし図３（ｄ）に係るワークのねじ締めについて順に説明する。以下、説明では図３（ａ）に係るワークを機種Ａといい、図３（ｂ）を機種Ｂ、（ｃ）を機種Ｃ、（ｄ）を機種Ｄと表現する。

作業者（図示せず）は、前記ベース面７１に前記機種Ａをセットして図示しない操作盤のスタートスイッチをＯＮすることで、前記モータＭ，Ｍが回転駆動するとともに前記エア吸引手段が作動して吸着パイプＰ，Ｐの先端からエアを吸引する。加えて、前記昇降シリンダ２１は、前記モータ台２０を図１の二点鎖線で示す位置へ下降するよう動作する。この時、前記チャック４０，４０には、既にねじＮを何れも保持している。これにより、チャック４０，４０に吊下されたねじＮ，Ｎは、下降しつつエア吸引している吸着パイプＰ，Ｐにそれぞれ吸引され、前記吸着パイプＰ，Ｐがチャック爪４２，４２を押し広げて前記機種Ａの表面に当接する。この後も、昇降シリンダ２１は、モータ台２０を下降し続けるので、前記吸着パイプＰ，Ｐから回転下降する前記ビットＢ，Ｂが吸引したねじＮ，Ｎを押し出して図３（ａ）の２箇所に当該ねじＮ，Ｎを所定のトルクに達するまで螺入する。

つまり、前記吸着パイプＰ，Ｐが機種Ａの表面に当接した後は、前記吸着パイプクッションばねＰＳ，ＰＳがそれぞれ押圧され吸着パイプＰに対してビットＢが相対移動する。また、この後、回転下降するビットＢに押し出されたねじＮが機種Ａに接触し螺入され始めると前記ビット押圧ばねＢＳが押圧されるので、ビットＢに推力が付与される。

このように、前記ビットＢ，Ｂが何れも所定のトルクに達すれば、前記モータＭ，Ｍおよびエア吸引手段が停止して、前記昇降シリンダ２１が復動する。これにより、前記ねじ締めツール１０，１０は、元の高さ位置へ復帰し機種Ａに４箇所存在する締付けポイントＧの内、２箇所のねじ締め作業を終える。

このように、ねじ締めツール１０，１０が所定の高さ位置へ復帰すると、図１の二点鎖線で示す吸着パイプＰ，Ｐがチャック４０，４０の内部へ復帰し前記チャック爪４２，４２が閉じた状態となる。前記ねじ供給装置は、このチャック４０，４０へ次のねじＮ，Ｎをそれぞれ供給し、再びチャック４０，４０は、前記ねじＮ，Ｎをそれぞれ保持した状態となる。このねじＮ，Ｎは、図３（ａ）に示す残る締付けポイントＧ，Ｇへ螺入されるものである。このため、ビットＢ，Ｂは、反時計回り方向に約８０度旋回して前記締付けポイントＧ，Ｇの上空へ位置しなければならない。

そこで、前記ＡＣサーボモータ３８が回転駆動して前記旋回板３７を反時計回りに約８０度旋回する。これにより、前記直動駆動ユニット５０，５０および前記ストッパ手段６０も前記チャック４０，４０および吸着パイプＰ，Ｐ、ビットＢ，Ｂとともに一斉に旋回して当該ビットＢ，Ｂの位置が前記締付けポイントＧ，Ｇの位置へ移動する。

この後、先ほど説明した昇降シリンダ２１等の作動および復動により締付けポイントＧ，Ｇへのねじ締めが行われ、前記ＡＣサーボモータ３８が回転駆動して前記旋回板３７を先ほどとは逆方向の時計回りに約８０度旋回して、機種Ａのねじ締め作業が全て完了する。

次に、図３（ａ）に示す前記機種Ａから図３（ｂ）に示す前記機種Ｂへ切り替えられた直後のねじ締め作業について説明する。まず、前記直動駆動ユニット５０，５０および前記ＡＣサーボモータ３８が作動して前記ピッチ円直径ΦＡ上に位置しかつ前記旋回板３７の旋回軸を挟んで対向な位置関係にあるビットＢ，Ｂを機種Ｂに対応するピッチ円直径ΦＢに切り替えるとともに、図３（ｂ）の１２時および５時の位置へ変更する。

前記昇降シリンダ２１およびモータＭ，Ｍ、エア吸引手段が作動して、前記ねじＮ，Ｎが機種Ｂの１２時および５時に位置する２箇所の締付けポイントへ螺入される。また、ビットＢ，Ｂは、当該ねじＮ，Ｎを所定のトルクにより締結完了すれば、前記昇降シリンダ２１の復動によって１２時および５時の位置関係のまま上方へ復帰する。

前記ＡＣサーボモータ３８が回転駆動して前記旋回板３７を時計回りに約６０度旋回させるか、あるいは、前記直動駆動ユニット５０の一方を駆動する。これにより、先ほど５時の位置に対応していた前記ビットＢは、図３（ｂ）の７時の位置へ旋回あるいは直線移動する。しかし、先ほど１２時の位置に対応していた他方のビットＢは、ねじ締め作業を行う締付けポイントが存在しないので下降させる必要が無い。そこで、前記ストッパ手段６０を作動して下降する吸着パイプＰの移動を規制して他方のビットＢの下降を規制する。これにより、図３（ｂ）ないし図３（ｄ）に示すように２つのねじ締めツール１０，１０により３箇所の締付けポイントを有するワークのねじ締め作業も対応できる。また、この機種Ｂのねじ締め作業と同様に一方のビットＢの下降の規制を行うことで図３（ｃ）および図３（ｄ）に示すワークへのねじ締め作業も対応できる。

１ 多軸ねじ締め装置
５ 軸継手
１０ ねじ締めツール
２０ モータ台
３０ 固定台
３５ 旋回部
３６ ブラケット
３７ 旋回板
３７ｂ 貫通穴
３８ ＡＣサーボモータ
４０ チャック
４１ ねじ送りホース
５０ 直動駆動ユニット
６０ ストッパ手段
Ｂ ビット
ＢＳ ビット押圧ばね
Ｎ ねじ
Ｐ 吸着パイプ
ＰＳ 吸着パイプクッションばね

Claims (3)

1. 所定の回転数により回転駆動可能なモータと、このモータに接続された軸継手と、前記軸継手に接続されて成りワークへ締結するねじに嵌合可能なビットとから成るねじ締めツールを複数備え、前記モータをそれぞれ取り付け前記ワークへ接近あるいは離反する方向に往復移動可能なモータ台と、前記モータ台の下方に固定配置され前記ビットを挿通自在かつガイドする固定台とを備えて成り、ワークに配設された複数の締付けポイントへ一斉にねじを締結するよう構成された多軸ねじ締め装置において、
   前記固定台は、前記ビットをそれぞれ内包し前記ねじを一時的に保持するチャックと、これらチャックを一斉に旋回移動しそれぞれのビットを旋回方向へ位置変更する旋回部とを備え、
   前記旋回部は、固定配置されたブラケットと、このブラケットに回転自在に支持された旋回板と、この旋回板に回転を付与する旋回駆動源とを備え、
   前記旋回板は、前記チャックを個別に水平移動し前記チャックおよびこれに挿通されたビットを水平方向へ位置変更する直動駆動ユニットを備えて成ることを特徴とする多軸ねじ締め装置。
2. 前記ねじ締めツールは、前記ビットに対して上方へ相対移動可能な吸着パイプと、この吸着パイプを常時ビットの先端から下方へ突出させる方向に付勢する吸着パイプばねとを備えて成り、前記吸着パイプの先端からエアを吸引してねじを吸着するよう構成し、
   前記チャックは、前記吸着パイプの下降を規制するストッパ手段を配置して成ることを特徴とする請求項１に記載の多軸ねじ締め装置。
3. 前記旋回板は、前記チャックをそれぞれ固定支持して成り、その軸線に延びる大径の貫通穴を配して成り、
   前記貫通穴は、チャック内へ導入するねじの供給経路を成すねじ送りホースをチャックの数に合わせて挿通配置されて成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多軸ねじ締め装置。

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