JP2021142617A - 締結工具およびこれを具備する部品締結装置 - Google Patents

Abstract

【課題】締結工具と締結部品との嵌合に要する時間を短縮可能な締結工具および当該締結工具を用いた部品締結装置の提供。【解決手段】本発明に係る締結工具１は、六角穴付きボルトＢの六角穴Ｂａに嵌合する嵌合軸５を備えて成る。嵌合軸５は、これを内包し当該嵌合軸５に対して軸方向へ相対移動自在に配された内包部材１０と、この内包部材１０を常時付勢して成る圧縮ばね２０とを具備して成る。内包部材１０は、六角穴Ｂａの開口面に当接する当接部１１と、六角穴付きボルトＢを吸着する磁石Ｍとを備え、常時は当該当接部１１の端面を嵌合軸５の一端と同面または奥方に位置して成り、当接部１１に当接した前記六角穴付きボルトＢから軸方向の負荷を受けること嵌合軸５を当接部１１から突出させるよう相対移動するよう構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、六角穴などの駆動穴を備えた締結部品に嵌合可能な締結工具およびこれを具備する部品締結装置に関する。

従来の締結工具は、特許文献１に示されるように磁石と、締結部品の駆動穴に嵌合する嵌合軸と、この嵌合軸に嵌合した締結部品の頭部頂面に当接する当接面とを備えて成る。また、前記嵌合軸は、前記駆動穴へ挿入し易いように駆動穴よりも若干小さく形成され、挿入した駆動穴との間に僅かな隙間ができるような寸法に形成されて成る。このように構成された締結工具は、前記磁石の磁力により締結部品を吸着している際、前記当接面が頭部頂面に当接し、かつ嵌合軸が駆動穴に嵌合した状態にできるという特徴がある。

また、従来の部品締結装置は、特許文献２に示されるように、前述した締結工具に回転を付与するモータと、前記締結工具を挿通可能かつ前記締結部品を一時的に保持可能なチャックユニットと、前記締結工具を昇降自在に移動可能な移動手段とを備える。前記チャックユニットは、その先端に揺動自在に配された一対のチャック爪と、これらチャック爪に係合してそれぞれの揺動角度を変更可能なチャック開閉手段と、前記締結工具を挿通可能かつ前記チャック爪およびチャック開閉手段を取り付けたチャック本体とを備えて成る。前記チャック開閉手段は、前記チャック爪にそれぞれ係合した操作部材と、この操作部材を直動可能なチャック開閉シリンダとを備えて成り、一対のチャック爪の開閉を可能にして成る。これにより、前記チャックユニットは、供給された締結部品を把持したり、或いは、ここを通過する締結工具と干渉しない程度まで開くことが可能となっている。

特開平08-336731号公報 特許3718349号公報

しかしながら、従来の締結工具および部品締結装置は、前述のように締結部品を締結工具により吸着保持するには、駆動穴に嵌合軸を嵌合させた状態にしなければならず、当該嵌合後でなければ締結工具をワークへ向かって移動できない。したがって、従来の締結工具および部品締結装置は、締結工具を移動させる前に嵌合軸と駆動穴とが嵌合しているか否か確認しなければならず、この嵌合状態の確認に係る時間の増大および制御の煩雑さが問題になっていた。

本発明に係る締結工具は、締結部品の駆動穴に嵌合する嵌合軸を備えて成り、前記嵌合軸は、これを内包し当該嵌合軸に対して軸方向へ相対移動自在に配された内包部材と、この内包部材を常時付勢して成る付勢部材とを具備して成り、前記内包部材は、前記駆動穴の開口面に当接する当接部を備え、常時は当該当接部の端面を前記嵌合軸の一端と同面または奥方に位置して成り、前記当接部に当接した前記締結部品から軸方向の負荷を受けることで前記嵌合軸を当接部から突出させるよう相対移動するように構成されていることを特徴とする。なお、前記吸着手段は、磁石であることが望ましい。また、前記内包部材は、前記付勢部材を一部内包して成り、当該内包部材の相対移動を規制する相対移動規制部を備えて成ることが好ましい。さらに、前記嵌合軸は、すりわり、多角穴、ヘクサロビュラ穴、楕円穴の何れかに形成された駆動穴に嵌合する先端形状を具備して成ることが好ましい。

また、本発明に係る部品締結装置は、上述した何れかの締結工具と、この締結工具に回転を付与する回転駆動源と、前記締結部品を一時的に保持して成り前記締結工具を挿通自在なチャックユニットと、前記締結工具をワークへ向かって移動可能な移動手段と、前記移動手段を駆動制御する制御手段とを具備して成り、前記制御手段は、前記チャックユニットに供給された締結部品を前記締結工具に吸着保持してワークへ締結するよう前記移動手段および回転駆動源を駆動制御して成ることを特徴とする。なお、前記移動手段は、前記付勢部材の付勢力を高めることなく、かつ前記嵌合軸と駆動穴とを未嵌合にする高さ位置まで締結工具を下降し、当該高さ位置において一時停止して締結部品を締結工具に吸着保持するよう前記制御手段により移動制御されて成ることが望ましい。また、前記チャックユニットは、前記締結部品の保持および解除を行うとともに前記締結工具の通過経路を開閉する通過経路開閉手段を備えてもよい。

本発明に係る締結工具およびこれを具備する部品締結装置は、吸着した締結部品をワークへ押し当てることで嵌合軸が駆動穴に嵌合するため、従来のようにチャックユニット内に保持しているワークへの螺入前に嵌合状態を得る必要がない。よって、締結工具を回転および下降すれば、ワークに締結部品が当接した段階で自ずと嵌合状態が得られ、この一連の動作で締結部品をワークへ螺入することができ、ワークへの締結に係る時間を低減できるという利点がある。

また、本発明に係る締結工具およびこれを具備する部品締結装置は、吸着手段を磁石としているので、エアを吸引する複雑かつ高価な機構を採用しなくてもよい。よって、製作に係るコストを低減できるという利点もある。

さらに、本発明に係る締結工具およびこれを具備する部品締結装置は、内包部材に相対移動規制部を配置しているので、嵌合軸に対する内包部材の相対移動する距離を規制できる。これにより、嵌合軸を駆動穴に必要以上奥深く嵌合させずに済むので、駆動穴の底面に傷が付き難く、ワークへ締結された締結部品の美観を損ねないという利点もある。

しかも、本発明に係る締結工具およびこれを具備する部品締結装置は、すりわり、多角穴、ヘクサロビュラ穴、楕円穴の何れかに形成された駆動穴に嵌合する先端形状を具備して成る嵌合軸としているので、数多くの駆動穴形状に対応できるという利点もある。

また、本発明に係る締結工具を具備する部品締結装置は、締結部品を締結工具に吸着しているものの未嵌合のまま回転させつつワークへ接近できるため、従来のようなチャックユニット内で締結部品と締結工具との嵌合を確認するセンサが不要となる。よって、本発明に係る締結工具を具備する部品締結装置は、嵌合状態の確認に係る制御処理が不要となるため、締結工具の移動に係る制御を容易にするだけでなく、前記センサの設置が必要無いため、製作に係るコストを低減できるという利点もある。

さらに、本発明に係る締結工具を具備する部品締結装置は、締結部品を未嵌合状態かつ前記付勢部材の付勢力を高めることなく当該締結工具に吸着保持するので、チャックユニット内で嵌合動作が行われない。よって、嵌合動作による嵌合軸および駆動穴の摩耗粉などがチャックユニット内に付着し難くなるという利点もある。

また、本発明に係る締結工具を具備する部品締結装置は、チャックユニットに締結部品の保持および解除を行うとともに締結工具の通過経路を開閉する通過経路開閉手段を備えるので、前記付勢部材の付勢力を高めることなくチャックユニットから締結工具を突出できる。これにより、締結工具に吸着保持された締結部品がチャックユニットから突出する際、内包部材によって軸方向へ押圧されないので、締結工具から脱落し難いという利点もある。

本発明に係る締結工具の一部切り欠き断面図である。（ａ）は待機状態を示し、（ｂ）は（ａ）の状態で締結部品を吸着させ、かつ回転下降している状態を示し、（ｃ）は（ｂ）の状態から締結部品がワークに接触し、嵌合軸と駆動穴とが嵌合した状態を示すものである。 図１の締結工具を具備する部品締結装置の概略説明図である。（ａ）は待機状態を示し、（ｂ）は（ａ）から締結工具を下降して締結部品を吸着させた状態を示し、（ｃ）は（ｂ）からチャック爪を開き締結部品をワークに接近させている状態を示すものである。

本発明に係る締結工具１は、図１（ａ）ないし図１（ｃ）に示すように、締結部品の一例である六角穴付きボルトＢの駆動穴に嵌合する嵌合軸５を備えている。

前記嵌合軸５は、前記駆動穴の一例である六角穴Ｂａに嵌合する嵌合部５ａを備えており、軸方向へ摺動可能に配置した内包部材１０と、この内包部材１０を常時付勢する付勢部材の一例である圧縮ばね２０と、前記内包部材１０を嵌合部５ａに対して一体に回転させつつ、軸方向へ所定範囲だけ相対移動を可能に配された係合ピン２５とを備えて成る。

前記嵌合部５ａは、前記六角穴Ｂａよりも若干小さい外形の六角柱状を成しており、前記駆動穴の形状に合わせて設定される。例えば、前記駆動穴が所定深さの溝に成形されたすりわり形状であれば、この凹形状を逆にした凸形状の外形に成形されており、その他、三角形や八角形などの多角穴、ヘクサロビュラ穴、楕円穴、十字形状や三ツ矢形状などの駆動穴にそれぞれ嵌合するよう都度形状設定される。

前記内包部材１０は、前記六角穴付きボルトＢの頭部外周をガイドするガイド部１２と、前記駆動穴の開口面Ｂｂに当接する当接部１１と、前記六角穴付きボルトＢを吸着する吸着手段の一例である磁石Ｍとを備える。また、この内包部材１０は、前記嵌合部５ａを通過可能な通過穴１３と、この通過穴１３に直交し前記係合ピン２５を挿通可能な長穴１４と、前記圧縮ばね２０を内包可能な座繰り穴１５と、この座繰り穴１５の端面を成し、前記圧縮ばね２０の撓みを所定量に規制する相対移動規制部１６とを備えて成る。

さらに、前記内包部材１０は、これに挿通した前記嵌合軸５の一端を常時は当接部１１の端面に同面または奥方に位置させて成り、当接部１１に当接した六角穴付きボルトＢを介して軸方向の負荷を受けることで、上方へ相対移動するように構成されている。したがって、本発明に係る締結工具１は、図１（ｃ）に示す駆動穴と嵌合部５ａとの位相が一致した場合にのみ前記内包部材１０が上方へ相対移動することになり、図１（ｂ）に示す位相が不一致の場合には相対移動しない。

次に、本発明に係る締結工具１を具備した部品締結装置について、図２（ａ）ないし図２（ｃ）基づき説明する。前記部品締結装置９０は、前記締結工具１に回転を付与する回転駆動源の一例であるモータＭと、前記六角穴付きボルトＢを一時的に保持して成り締結工具１を挿通自在なチャックユニット３０と、前記締結工具１をワークＷへ向かって移動可能な移動手段４０と、この移動手段４０を駆動制御する制御手段５０とを具備して成る。

前記モータＭは、前記制御手段５０に予め設定されている条件および設定値に基づいて回転する出力軸Ｍａを備えたＡＣサーボモータである。前記出力軸Ｍａは、これに接続した接続軸３を介して前記締結工具１を一体に回転するよう取り付けて成る。

前記チャックユニット３０は、前記締結工具１を挿通可能なチャック本体３１と、このチャック本体３１の先端に揺動自在に配置され前記六角穴付きボルトＢのおねじ部を保持可能な一対のチャック爪３２と、前記チャック本体３１に取り付けられ前記チャック爪３２の揺動を強制的に実行する通過経路開閉手段３５とを備える。

前記通過経路開閉手段３５は、別途供給される圧縮エアにより伸縮動作するエアシリンダ３６と、このエアシリンダ３６の伸縮動作に追従するよう取り付けられた操作部３７と、前記エアシリンダ３６に接続されるチャック電磁弁３８とを備えて成る。

前記操作部３７は、前記チャック爪３２に係合しており、前記エアシリンダ３６が伸びる方向に作動すれば閉じた状態のチャック爪３２を開く方向に揺動させる一方、縮む方向に作動すれば開いた状態のチャック爪３２を閉じる方向に揺動させるよう構成されている。また、この操作部３７は、チャック爪３２を開く方向へ揺動させ、チャック爪３２が開いた状態であれば、その上方に位置している締結工具１は、当該チャック爪３２を通過する際、干渉することなくワークＷへ向かって下降することができる。

前記移動手段４０は、前記モータＭおよび締結工具１を昇降自在かつ回転自在に支持して成る昇降プレート４１と、この昇降プレート４１をワークＷへ向かって接近離自在に移動可能な第一昇降シリンダ４２と、この第一昇降シリンダ４２および前記チャックユニット３０を支持して成る固定フレーム４３と、この固定フレーム４３に取り付けられ、下降する昇降プレート４１に当接可能に配置された第二昇降シリンダ４４と、前記第一昇降シリンダ４２に接続された第一電磁弁４５と、前記第二昇降シリンダ４４に接続された第二電磁弁４６とから構成される。

前記第一昇降シリンダ４２は、前記第二昇降シリンダ４４と向かい合うよう対向配置されて成り、当該第二昇降シリンダ４４に比べ、出力が小さくかつ伸長するストロークが大きいものに設定されている。

前記制御手段５０は、前記モータＭ、前記チャック電磁弁３８、第一電磁弁４５、第二電磁弁４６へ各種信号を送受信可能であり、予め記憶している動作プログラムおよび各種信号に基づいて前記モータＭ、通過経路開閉手段３５、移動手段４０を駆動制御可能に構成されている。

このように構成された本発明に係る締結工具１およびこれを具備した部品締結装置９０の作用について説明する。

制御手段５０は、図２（ａ）に示す状態から、前記締結工具１をチャック爪３２に保持されている六角穴付きボルトＢへ接近させるため、前記第一電磁弁４５へ信号を発する。これを受けて、前記第一電磁弁４５は、第一昇降シリンダ４２へ供給している圧縮エアの経路を切り換えるので、前記第一昇降シリンダ４２は、ワークＷへ向かう方向へ伸長し始め前記昇降プレート４１を下降させる。

また、制御手段５０は、前記第一昇降シリンダ４２に配置したシリンダスイッチ（図示せず）から発せられた信号を受信すれば、予め設定されている設定時間経過するまで前記第一昇降シリンダ４２および第二昇降シリンダ４４を伸長するよう前記第一電磁弁４５および第二電磁弁４６を制御する。これにより、昇降プレート４１は、図２（ｂ）に示すように既に伸長した状態となっている第二昇降シリンダ４４のロッドに当接し、この位置（以下、中間位置という。）で下降が一時的に停止される。

また、前記締結工具１は、閉じた状態（以下、閉状態という。）のチャック爪３２に保持した六角穴付きボルトＢを、前記ガイド部１２により覆い、前記嵌合部５ａと六角穴Ｂａとを未嵌合の状態のまま前記磁石Ｍの磁力によって吸着する。したがって、前記係合ピン２５は、図１（ｂ）に示すように前記長穴１４の上端に接した状態となり、図１（ｃ）に示すような長穴１４の上端から離反した状態にはらないので、閉状態のチャック爪３２に保持された六角穴付きボルトＢには前記圧縮ばね２０の付勢力が伝達されない。

次に、前記制御手段５０は、前記設定時間が経過すれば、締結工具１に六角穴付きボルトＢが吸着されたと見なし、前記チャック電磁弁３８へ信号を発する。これにより、前記操作部３７は、前記エアシリンダ３６の伸長によって前記チャック爪３２を前記閉状態から開いた状態（以下、開状態という。）へ変化させる。

このように、前記チャックユニット３０が閉状態から開状態へ変化しても、前記締結工具１に吸着された六角穴付きボルトＢには、圧縮ばね２０の付勢力が伝達されていないので、前記六角穴付きボルトＢは、当該締結工具１から脱落することなく安定して吸着保持される。

また、前記制御手段５０は、前記チャックユニット３０が前述のように開状態になれば、前記第二電磁弁４６へ信号を発信するとともに、前記モータＭを回転駆動する。これにより、前記第二昇降シリンダ４４のロッドは、図２（ｃ）に示すように伸長させていた状態から下方へ引き込まれるので、前記第一昇降シリンダ４２のロッドは、前記昇降プレート４１を前記中間位置からワークＷへ向かうよう下方に伸長する。

よって、前記六角穴付きボルトＢを吸着保持した締結工具１は、開状態になったチャック爪３２からワークＷへ向かって下降しつつ回転する。やがて、前記締結工具１に吸着保持された六角穴付きボルトＢがワークＷの上面に当接すると、前記圧縮ばね２０が図１（ｃ）に示すように徐々に撓みを生じて前記係合ピン２５が長穴１４内を軸方向に相対移動する。これにより、締結工具１は、吸着した六角穴付きボルトＢに対して相対回転し、前記嵌合部５ａと六角穴Ｂａとの位相が合致して嵌合する。

また、この嵌合部５ａおよび六角穴Ｂａの嵌合により、前記六角穴付きボルトＢは、締結工具１と一体に回転するので、ワークＷのめねじに螺入される。前記制御手段５０は、前記モータＭの負荷電流に基づいて当該締結工具１に負荷されるトルクを検出し、この検出トルクと前記設定トルクとを比較する。また、この比較により検出トルクが前記設定トルクに到達すれば、前記モータＭの回転駆動を停止する。

さらに、前記制御手段５０は、モータＭの回転駆動を停止すると、前記第一電磁弁４５および第二電磁弁４６へ信号を送り、前記第二昇降シリンダ４４を伸長させる一方、前記第一昇降シリンダ４２を引き込み、前記締結工具１を所定の位置まで復帰させる。また、制御手段５０は、この第一昇降シリンダ４２および第二昇降シリンダ４４の復帰を確認すれば、前記チャック電磁弁３８へ信号を発してチャック爪３２を閉状態へ復帰させる。

このように、本発明に係る締結工具１およびこれを備えた部品締結装置９０は、締結工具１に吸着した六角穴付きボルトＢをチャックユニット３０の内部で嵌合させる必要が無いので、従来のように当該嵌合したか否かを確認可能なセンサ等の設置を不要にできるという特徴がある。

なお、前記移動手段４０は、上述した第一昇降シリンダ４２および第二昇降シリンダ４４を用いて前記中間位置を設定するものとしているが、これに限定されるものではなく、例えば、ＡＣサーボモータに接続したボールねじ軸と、このボールねじ軸に螺合した可動ナットと、この可動ナットを回転自在に支持するとともに当該ボールねじ軸の回転に伴って軸方向へ移動自在な移動部材とから構成してもよい。また、この場合、前記移動部材は、前記締結工具１を回転自在に支持して成る一方、前記ＡＣサーボモータは、前記制御手段５０に接続されて成り、締結工具１の高さ位置を制御可能に構成されており、前記中間位置の管理を制御手段５０により実行できるものであればよい。

１ … 締結工具
５ … 嵌合軸
１０ … 内包部材
１１ … 当接部
２０ … 圧縮ばね
３０ … チャックユニット
４０ … 移動手段
５０ … 制御手段
９０ … 部品締結装置
Ｂ … 六角穴付きボルト
Ｂａ… 六角穴
Ｍ … モータ
Ｗ … ワーク

Claims (7)

1. 締結部品の駆動穴に嵌合する嵌合軸を備えて成る締結工具において、
   前記嵌合軸は、これを内包し当該嵌合軸に対して軸方向へ相対移動自在に配された内包部材と、この内包部材を常時付勢して成る付勢部材とを具備して成り、
   前記内包部材は、前記駆動穴の開口面に当接する当接部と、前記締結部品を吸着する吸着手段とを備え、常時は当該当接部の端面を前記嵌合軸の一端と同面または奥方に位置して成り、前記当接部に当接した前記締結部品から軸方向の負荷を受けることで前記嵌合軸を当接部から突出させるよう相対移動するように構成されていることを特徴とする締結工具。
2. 前記吸着手段は、磁石であることを特徴とする請求項１に記載の締結工具。
3. 前記内包部材は、前記付勢部材を一部内包して成り、当該内包部材の相対移動を規制する相対移動規制部を備えて成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の締結工具。
4. 前記嵌合軸は、すりわり、多角穴、ヘクサロビュラ穴、楕円穴の何れかに形成された駆動穴に嵌合する先端形状を備えて成ることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載の締結工具。
5. 請求項１ないし請求項４の何れかに記載の締結工具と、
   前記締結工具に回転を付与する回転駆動源と、
   前記締結部品を一時的に保持して成り前記締結工具を挿通自在なチャックユニットと、
   前記締結工具をワークへ向かって移動可能な移動手段と、
   前記移動手段を駆動制御する制御手段とを具備して成り、
   前記制御手段は、前記チャックユニットに供給された締結部品を前記締結工具に吸着保持してワークへ締結するよう前記移動手段および回転駆動源を駆動制御して成ることを特徴とする部品締結装置。
6. 前記移動手段は、前記付勢部材の付勢力を高めることなく、かつ前記嵌合軸と駆動穴とを未嵌合にする高さ位置まで締結工具を下降し、当該高さ位置において一時停止して締結部品を締結工具に吸着保持するよう前記制御手段により移動制御されて成ることを特徴とする請求項５に記載の部品締結装置。
7. 前記チャックユニットは、前記締結部品の保持および解除を行うとともに前記締結工具の通過経路を開閉する通過経路開閉手段を備えて成ることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の部品締結装置。

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