JP2019111605A

JP2019111605A - 締め付け装置

Info

Publication number: JP2019111605A
Application number: JP2017246004A
Authority: JP
Inventors: 聖志小松; Kiyoshi Komatsu
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2019-07-11

Abstract

【課題】トルク損失を抑制することができる締め付け装置を提供する。【解決手段】締め付け装置は、トルクを発生させる駆動源と、先端側にセットされる締結部材を締め付けるように、前記トルクに応じて回転するスピンドルと、前記スピンドルを前記締結部材側に付勢する付勢部材と、前記スピンドルが挿通される挿通孔が設けられ、前記スピンドルを当該回転軸に沿った方向に案内するブッシュとを有し、前記スピンドルには、前記先端側の大径部と、前記大径部より径が小さく、前記先端とは反対側の小径部とが設けられ、前記小径部は、前記締結部材を締め付けるほど、前記挿通孔に進入するように設けられ、前記大径部は、前記締結部材を締め付けるほど、前記挿通孔から進出するように設けられている。【選択図】図３

Description

本発明は、ボルトやネジなどの締結部材を締め付ける締め付け装置に関する。

ボルトやネジなどの締結部材を締め付ける締め付け装置に関し、例えば特許文献１には、ネジを締め付けるビット軸の軸ぶれが防止されるように、ガイドブッシュによりビット軸をガイドする点が開示されている。

特開２００２−３６１３２号公報

しかし、ネジの締め付け中、ガイドブッシュの孔とビット軸の外周面は互いに接触しているため、両者間に摩擦力が発生する。このため、ビット軸を回転させるモータのトルクが損失することにより締め付けの精度が低下するおそれがある。

そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、トルク損失を抑制することができる締め付け装置を提供することを目的とする。

本明細書に記載の締め付け装置は、トルクを発生させる駆動源と、先端側にセットされる締結部材を締め付けるように、前記トルクに応じて回転するスピンドルと、前記スピンドルを前記締結部材側に付勢する付勢部材と、前記スピンドルが挿通される挿通孔が設けられ、前記スピンドルを当該回転軸に沿った方向に案内するブッシュとを有し、前記スピンドルには、前記先端側の大径部と、前記大径部より径が小さく、前記先端とは反対側の小径部とが設けられ、前記小径部は、前記締結部材を締め付けるほど、前記挿通孔に進入するように設けられ、前記大径部は、前記締結部材を締め付けるほど、前記挿通孔から進出するように設けられている。

本発明によれば、トルク損失を抑制することができる。

締め付け装置の一例を示す側面図である。締め付け装置の一例を示す断面図である。締め付け装置の締め付け動作の一例を示す図である。

図１は、締め付け装置の一例を示す側面図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った、締め付け装置の一例を示す断面図である。

締め付け装置は、ワーク８に対してボルトやネジなどの締結部材を締め付ける。締め付け装置は、例えば自動車用エンジンの組み立て工程において、エンジンの部品同士（例えばシリンダブロックとシリンダヘッド）をボルトなどで締結する場合に用いられるが、これに限定されず、締結部材が用いられる他の工業製品の組み立てにも用いられる。なお、本例では締結部材としてボルト７を挙げるが、以下に述べる構成は、ネジなどの他の締結部材の場合も可能である。

締め付け装置は、ナットランナ９と、ナットランナ９の姿勢をワーク８の表面に対して略鉛直方向に支持する支持基板５０と、支持基板５０に設けられたブッシュ５１とを有する。支持基板５０は、例えば、締め付け装置の筐体（不図示）に固定されている。なお、図１において、支持基板５０及びブッシュ５１については、側面視の断面が示されている。

ナットランナ９の先端側には、締結部材の一例であるボルト７がセットされている。ナットランナ９は、例えば不図示の移動手段により平面内の任意の位置に移動することができ、ワーク８上の締結対象部分である雌ネジ８ａにボルト７を締結する。なお、ナットランナ９の移動は、例えばワークステーションなどのコンピュータにより制御される。

ナットランナ９は、モータ１０と、トルクトランスデューサ１１と、エクステンションバー２と、スプリング３と、スピンドル４と、ソケット６とを有する。モータ１０、トルクトランスデューサ１１、エクステンションバー２、スピンドル４、及びソケット６は、この順に接続されている。ソケット６は、ナットランナ９の先端に位置し、モータ１０はナットランナ９の後端に位置する。

モータ１０は、ナットランナ９の駆動源の一例であり、ボルト７を締め付けるためのトルクを発生させる。モータ１０のトルクにより、トルクトランスデューサ１１、エクステンションバー２、スピンドル４、及びソケット６は回転軸Ｔを中心として一体的に回転する。

トルクトランスデューサ１１は、モータ１０のトルクを検出するセンサである。トルクの検出値は、例えばモータ１０の制御に用いられる。

エクステンションバー２は、モータ１０の出力軸に接続された基部２０と、基部２０から先端側に延びる棒状の伸縮部２１とを有する。伸縮部２１にはスプリング３が巻き回されている。スプリング３は、付勢部材の一例であり、スピンドル４をボルト７側に付勢する。

より具体的には、スプリング３の一端３ａは基部２０の下面に当接し、スプリング３の他端３ｂはスピンドル４の上面に当接する。伸縮部２１は、先端部がスピンドル４の内部の挿入孔４０ｃに挿入されているため、スプリング３が、その弾性力によりスピンドル４を先端側に付勢することで、ボルト７の締め付けに伴ってナットランナ９の全長を伸縮することができる。

このため、スピンドル４及びソケット６は、ボルト７の締め付けに伴って鉛直下方Ｄに移動する。これにより、スピンドル４は、ソケット６にセットされたボルト７を適切な力でワーク８の雌ネジ８ａに押し当てることができる。

モータ１０のトルクは、エクステンションバー２を介してスピンドル４に伝達される。スピンドル４は、先端側にセットされるボルト７を締め付けるように、モータ１０のトルクに応じて回転する。

スピンドル４には、先端側の大径部４１と、大径部４１より径が小さく、先端とは反対側、つまり後端側の小径部４０とが設けられている。大径部４１及び小径部４０は、略円柱形状を有し、例えば鉄系の合金（ＳＣＭ材など）により一体的に形成されている。

スピンドル４の大径部４１の先端側には、ボルト７がセットされるソケット６が接続されている。ソケット６には、ボルト７のヘッド７０を係合するための凹部６ａが設けられている。このため、ボルト７は、ソケット６及びスピンドル４が一体的に回転することにより締め付けられる。なお、ソケット６は、例えば、ボルト７の種類に応じたものがスピンドル４に着脱自在に固定される。また、ソケット６は、例えばマグネットの磁力によりボルト７を固定してもよい。

ブッシュ５１は、スピンドル４が挿通される略円柱形状の挿通孔５１ａが設けられ、スピンドル４を鉛直下方Ｄ、つまり回転軸Ｔに沿った方向に案内する。スピンドル４は、スプリング３の付勢力によってボルト７の締め付けに伴い鉛直下方Ｄに移動するとき、ブッシュ５１の挿通孔５１ａに挿通されているため、ナットランナ９の姿勢を維持することができる。ブッシュ５１は、例えば、燐青銅粉末などを焼結整形することにより形成されてもよいし、真鍮などの銅及び亜鉛系の合金により形成されてもよい。

スピンドル４の大径部４１の径Ｒｂは、スピンドル４の小径部４０の径Ｒａより大きい。挿通孔５１ａの径は、回転軸Ｔの方向において一定であり、小径部４０の径Ｒａより大径部４１の径Ｒｂに近い。挿通孔５１ａの径と大径部４１の径Ｒｂの差分は、一例として０．２（mm）程度である。このため、スピンドル４が回転すると、大径部４１の外周面４１ａが、挿通孔５１ａを形成するブッシュ５１の内壁面５１ｂと接触することにより摩擦が生じ、モータ１０のトルクが損失するおそれがある。

一方、小径部４０の径Ｒａは、挿通孔５１ａの径よりも小さく、その差分は、一例として２（mm）程度である。このため、小径部４０の外周面４０ａは、スピンドル４が回転してもブッシュ５１の内壁面５１ｂと接触しないので、トルク損失が生じない。

そこで、小径部４０は、ボルト７を締め付けるほど、挿通孔５１ａに進入するように設けられ、大径部４１は、ボルト７を締め付けるほど、挿通孔５１ａから進出するように設けられている。このため、ワーク８の雌ネジ８ａへのボルト７のネジ部７１の組み付けが進んでナットランナ９の姿勢が安定するほど、ブッシュ５１の内壁面５１ｂと大径部４１の外周面４１ａの接触面積が減少するとともに、ブッシュ５１の内壁面５１ｂと小径部４０の間の隙間Ｓが増加する。

これにより、スピンドル４とブッシュ５１の間の摩擦が減少するため、トルク損失が抑制される。

また、ボルト７の締め付けにおいて、回転軸Ｔに沿った挿通孔５１ａ内の大径部４１の長さは、一例としてボルト７の呼び長さＬにすると好ましい。この場合の締め付け動作の例を以下に述べる。

図３は、締め付け装置の締め付け動作の一例を示す図である。図３において、図１と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。なお、ナットランナ９のうち、モータ１０、トルクトランスデューサ１１、エクステンションバー２、及びスプリング３の図示は省略する。

符号Ｇ１は、ボルト７の締め付け開始時の状態を示し、符号Ｇ２は、ボルト７の締め付け中の状態を示し、符号Ｇ３は、ボルト７の締め付け完了時の状態を示す。また、符号Ｍは、回転軸Ｔに沿った挿通孔５１ａ内の小径部４０の長さを示し、符号Ｎは、回転軸Ｔに沿った挿通孔５１ａ内の大径部４１の長さを示す。

ボルト７の締め付け開始時、符号Ｇ１で示されるように、スピンドル４は、例えば大径部４１の長さＮが、小径部４０の長さＭより長く、かつ、ボルト７の呼び長さＬと実質的に等しくなるように挿通孔５１ａに挿通されている。このため、ブッシュ５１は、大径部４１の外周面４１ａとの間で、スピンドル４を案内するために十分な接触面積を確保することができる。したがって、スピンドル４は、ナットランナ９の姿勢を適切に維持することができる。

また、符号Ｇ２で示されるように、ボルト７の締め付けが進むと、大径部４１の長さＮは短くなり、小径部４０の長さＭは長くなるため、スピンドル４とブッシュ５１の内壁面５１ｂの隙間Ｓが締め付け開始時より広がる。これにより、スピンドル４とブッシュ５１の摩擦力は、締め付け開始時より低減されるため、トルク損失が低減される。

このとき、締め付けの進行によりボルト７のネジ部７１は、少なくとも一部がワーク８の雌ネジ８ａに組み付けられている。このため、スピンドル４とブッシュ５１の内壁面５１ｂの隙間Ｓが広がっても、ブッシュ５１だけでなく、ネジ部７１と雌ネジ８ａの組み付けによってもスピンドル４を案内することができるので、スピンドル４は、ナットランナ９の姿勢を適切に維持することができる。

また、ボルト７の締め付け完了時、大径部４１は、符号Ｇ３で示されるように、挿通孔５１ａから離脱することにより、その長さＮが０となり、スピンドル４は、小径部４０のみが挿通孔５１ａ内に挿通される。このため、小径部４０の長さＭは、回転軸Ｔに沿った挿通孔５１ａの長さと等しくなり、スピンドル４とブッシュ５１の内壁面５１ｂの接触面積は０となるので、スピンドル４とブッシュ５１の摩擦力が低減され、トルク損失が低減される。

このとき、ネジ部７１は雌ネジ８ａに組み付けられているため、ブッシュ５１はスピンドル４を案内する必要がなく、ナットランナ９の姿勢は、ネジ部７１と雌ネジ８ａの間の締結力により適切に維持される。

また、ボルト７の締め付けにおいて、スピンドル４及びソケット６の鉛直下方Ｄへの移動量は、実質的にボルト７の呼び長さＬと等しい。このため、締め付け開始時、ブッシュ５１に対するスピンドル４の位置を、挿通孔５１ａ内の大径部４１の長さＮが呼び長さＬと等しくなるように設定すれば、大径部４１の少なくとも一部は、ボルト７の締め付けの開始から完了まで挿通孔５１ａ内に挿通された状態となる。

このため、スピンドル４とブッシュ５１の摩擦力を低減しつつ、締め付けの開始から完了までブッシュ５１によるスピンドル４の案内が可能となる。

上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

４スピンドル
７ボルト（締結部材）
１０モータ
４０小径部
４１大径部
５１ブッシュ
５１ａ挿通孔
Ｔ回転軸

Claims

トルクを発生させる駆動源と、
先端側にセットされる締結部材を締め付けるように、前記トルクに応じて回転するスピンドルと、
前記スピンドルを前記締結部材側に付勢する付勢部材と、
前記スピンドルが挿通される挿通孔が設けられ、前記スピンドルを当該回転軸に沿った方向に案内するブッシュとを有し、
前記スピンドルには、前記先端側の大径部と、前記大径部より径が小さく、前記先端とは反対側の小径部とが設けられ、
前記小径部は、前記締結部材を締め付けるほど、前記挿通孔に進入するように設けられ、
前記大径部は、前記締結部材を締め付けるほど、前記挿通孔から進出するように設けられている締め付け装置。