JP2555866Y2 - 自動ねじ締め機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 概要 本考案は、電子機器などにボルトなどのねじを自動的
に装着する自動ねじ締め機に関し、ねじ締め完了後にボ
ルトの頭部の掛合溝に掛合するドライバビツトと、ボル
トが締付けられているワークの表面に当接する案内筒と
の相対的な位置を検出し、ねじが正常に締付けられた
か、あるいはねじが浮いているかまたはねじが存在しな
いかを確認する。こうして、ねじが装着されていなかつ
たり、ねじが充分に装着されずにねじ浮き状態となつて
いるかどうかを人手によらずに自動的に、しかも確実に
検出することができる。したがつて、ねじ締め不良の半
製品が後工程に漏れるといつた不具合の発生が防がれ
る。

産業上の利用分野 本考案は、電子機器などにビスやボルトなどのねじを
自動的に装着する自動ねじ締め機に関する。

従来の技術 従来から、電子機器などにねじを自動的に装着する自
動ねじ締め機が知られている。この自動ねじ締め機を用
いてねじが確実に締付けられたがどうかの検査は、作業
者が目で見て確認している。あるいは、マイクロスイツ
チが光学的検出素子によつて、ねじの頭部の位置を検出
し、ねじ浮きとなつていないことを確認している。

考案が解決しようとする課題 このように従来では、ねじが装着されているかどう
か、ねじが充分に装着されずにねじ浮き状態となつてい
るかどうかを作業者が確認しているが、作業者が目視に
よつて確実に見付けることは困難であり、またねじ浮き
は検出することができても、ねじ無しの異常状態を見付
けることができずに、その不良な半製品に後工程が行わ
れるといつた不具合が発生している。

本考案の目的は、ねじ締めの異常状態を確実に検出す
ることができるようにした自動ねじ締め機を提供するこ
とである。

課題を解決するための手段 本考案は、上下に延びる軸線を有し、ワークに締付け
るべきボルトを案内する案内筒34と、 前記案内筒34内に設けられるドライバビツト33であつ
て、そのドライバビツト33の下端部は、案内筒34内のボ
ルトの頭部に形成されている掛合溝に掛合し、案内筒34
の軸線方向に相互に変位可能であり、そのドライバビツ
ト33の軸線まわりに回転可能であるドライバビツト33
と、 ドライバビツト33の上端部を回転駆動する回転駆動手
段30と、 回転駆動手段30のトルクを検出する手段77と、 案内筒34が、その案内筒34の軸線方向に変位可能なよ
うに支持する支持手段23,111と、 支持手段23,111が案内筒34の軸線方向に変位可能なよ
うに支持する基体22,101と、 基体22,101に設けられ、回転駆動手段30を、案内筒34
の軸線方向に変位駆動する手段25と、 案内筒34と支持手段23,111との間に介在される圧縮ば
ね36と、 ドライバビツト33の下方に設けられ、ワークが載置あ
れる載置台２と、 案内筒34に一端部が接続される可撓管42と、 可撓管42の他端部に接続される真空ポンプ43と、 案内筒34に突出して固定される検出片87と、 支持手段23,111に設けられ、案内筒34の下端部がワー
クの表面に当接した状態で、検出片87の変位を検出する
ことによつて、（ａ）ボルトを正常に取付けた第１の状
態と、（ｂ）ボルトの頭部がワークから浮いており、ま
たはボルトが存在しない第２の状態とを、それぞれ検出
する検出素子88と、 前記トルク検出手段77と前記検出素子88との出力に応
答して、トルクが予め定める値以上になり、しかも前記
第１状態が検出されたとき、ねじ締めが正常に行われた
ものと判断し、それ以外では、ねじ締め異常と判断する
手段66とを含むことを特徴とする自動ねじ締め機であ
る。

また本考案は、支持手段23,111には、その案内筒34の
軸線方向に沿つて延びかつ検出片87が挿通する挿通孔11
6が形成されることを特徴とする。

作用 本考案に従えば、案内筒はボルトを案内する。案内筒
内に設けられているドライバビツトは、ボルトの頭部に
形成されている掛合溝に掛合する。案内筒とドライバビ
ツトとは、ワークに対し相互の近接方向および離反方向
に駆動される支持手段に取付けられる。ドライバビツト
は回転可能であり、案内筒はドライバビツトの軸線方向
に変位可能である。支持手段をワークに近接させ、回転
駆動手段によつてドライバビツトを回転駆動すると、ボ
ルトはワークに締付けられる。

回転駆動手段のトルクを検出することによつて、ねじ
締め完了が検出される。案内筒は、ドライバビツトの軸
線方向に変位されてワークの表面に当接されるので、案
内筒とドライバビツトとの相対的位置を検出し、ワーク
表面に対するドライバビツトの位置を検出することがで
きる。ボルトを正常に締付けた第１の状態において、ボ
ルトの頭部の背面は、ワークの表面に当接しているの
で、ドライバビツトは、ボルトの頭部の高さと掛合溝の
深さとの差だけワークの表面から離れた位置にある。第
２の状態では、ボルトが浮いているとき、ドライバビツ
トは第１の状態よりもワークから離反する位置にあり、
ボルトが存在しないとき、ドライバビツトはワークの表
面に近接する方向にある。

ねじ締め完了後、第１の状態にあることを検出するこ
とによつて、ねじ締めが正常に行われたことを確認する
ことができる。したがつてねじ締め不良のある不良製品
が、誤って後工程に流れてしまうことがなくなる。さら
に本考案に従えば、真空ポンプ43は、可撓管42を介して
案内筒34に接続され、これによつて案内筒34内では、ボ
ルトの頭部がドライバビツト33の下端部が掛合し、こう
してボルトを確実に吸引することができ、ねじ締めを確
実に達成することができる。

実施例 第１図は、本考案の一実施例の斜視図である。ねじ締
めが行われるべきワーク１は載置台２に位置決めされて
載置され、基台３上でＹ方向に往復変位可能である。基
台３には、一対の支柱４が立設され、それらの支柱４の
上部はビーム５によつて連結されて全体が門形に構成さ
れ、このビーム５に沿つてねじ締め手段６がＸ方向に往
復変位可能であり、このねじ締め手段６は上下のＺ方向
に昇降変位可能となつている。

基台３上には、ワーク１に装着されるビスやボルトな
どのねじを１個ずつ順番に供給するねじ供給機７が設け
られる。ねじ締め手段６は、Ｘ方向およびＺ方向に移動
して、ねじ供給機７から１個のねじを取出して、Ｙ方向
に移動する載置台２上のワーク１にそのねじを取付けて
ねじ締めを行う。このようなねじ締め動作を繰返すこと
によつて、ワーク１上の複数のねじ締めされるべき位置
にそれぞれねじ締め動作を行う。基台３には操作入力手
段８が設けられ、動作の制御を行う。

第２図は基台３の簡素化した平面図であり、第３図は
第２図の切断面線III−IIIから見た断面図である。載置
台２は基台３に設けられているレール９に沿つてＹ方向
に移動可能である。この載置台２は無端状のベルト10の
一方の張架部分10aに固定されている。ベルト10は一対
のプーリ11,12に巻掛けられており、一方のプーリ11は
パルスモータなどのモータ13によつて正逆回転駆動され
る。これによつて載置台２は前述のようにＹ方向に往復
変位可能である。基台３の底15には脚14が取付けられて
いる。

ねじ締め手段６をＸ方向に往復変位可能とするため
に、無端状のベルト17がプーリ18,19に巻掛けられてお
り、一方のプーリ18はモータ20によつて正逆回転駆動さ
れる。このような構成は、載置台２をＹ方向に往復変位
するための構成に類似している。こうしてねじ締め手段
６はＸ方向に、載置台２はＹ方向に、さらに前述のねじ
締め手段６はＺ方向に変位し、直交３軸でねじ締め手段
６とワーク１とは変位し、そのワーク１の複数の位置に
選択的にねじ締め動作を行うことができる。

第４図はねじ締め手段６の正面図であり、第５図はそ
のねじ締め手段６の左側面図であり、第６図はそのねじ
締め手段６の右側方から見た断面図である。これらの図
面を参照して、ねじ締め手段６をＸ方向に移動するため
の無端状のベルト17には、第１取付部材22が第１固定部
材101を介して固定される。第１取付部材22は、Ｙ方向
に垂直な長方形表面を有する平板状であり、長辺はＺ方
向に平行で、短辺はＸ方向に平行である。第１取付部材
22の裏面であるベルト17と対向する側の表面には、複動
空気圧シリンダ25が取付片26を介して取付ボルト102に
よつて固定されている。第１取付部材22の表面には、そ
の四隅の部分に、リニアベアリング103が上下で軸線が
Ｚ方向に一致するように、固定ボルト104によつて固定
されている。複動空気圧シリンダ25のピストン棒27はＺ
方向の上方に延び、その先端は連結部材105に固定ナツ
ト106によつて固定されている。連結部材105のＸ方向の
両端付近には、両端に雌ねじが形成された一対の案内棒
107がＺ方向の下方に延びるように固定ボルト108によつ
て固定されている。案内棒107は、２つずつのリニアベ
アリング103をＺ方向に変位可能に挿通する。案内棒107
の下端は固定ボルト109によつて第２取付部材23に固定
されている。したがつて複動空気圧シリンダ25のピスト
ン棒27が上下に伸縮変位されることによつて、第２取付
部材23がＺ方向に昇降変位される。

第２取付部材23には、Ｚ方向の下面側からブツシユ11
0が取付けられている。ブツシユ110はフランジ部110aと
直立部110bとを有する。第２取付部材23の上面には円筒
状の支持部材111が、その下端部においてブツシユ110の
フランジ部110aとの間で第２取付部材23を挟持するよう
に取付けられている。支持部材111の上端部には、駆動
手段であるねじ締めのための正逆回転可能なステツピン
グモータ30が取付けられている。モータ30の回転出力
は、クラツチ112を介して出力軸32に伝えられる。出力
軸32には、アダプタ113を介してドライバビツト33が取
付けられている。ドライバビツト33およびアダプタ113
の外周側には、案内筒34が設けられている。案内筒34の
内周面とドライバビツト33およびアダプタ113の外周面
との間には、Ｚ方向に相互に変位可能なように隙間が設
けられている。案内筒34は、ブツシユ110の直立部110b
の内周面に、Ｚ方向の変位が可能なように挿通される。
案内筒34の上面とクラツチ112の下面との間には、コイ
ル状の圧縮ばね36が介在されており、これによつて案内
筒34は常時下方にばね付勢される。

第７図は、案内筒34に関連した構成を説明するための
断面図である。案内筒34は、ドライバビツト33を外囲す
る第１直円筒部34aと、案内筒34の上端部に形成される
大径部34bと、第１直円筒部34aおよび大径部34bを連結
し、ブツシユ110の直立部110bの内周面に内接し、内部
にアダプタ113をＺ方向に変位可能に収納する第２直円
筒部34cとを有する。上述したばね36による下方への付
勢によつて、大径部34bの下端は直立部110bの上端に当
接している。大径部34bには、検出片87が止メねじ114に
よつて突出して固定されている。この検出片87が後述す
る光経路88aを横切つて、光経路88aを遮断するか否かを
検出することによつて、検出片87と光経路88aとの相対
的な位置が検出される。大径部34bの内側には、空間115
が設けられている。空間115は管継手41と可撓管42とを
介して、真空ポンプ43に連通している。真空ポンプ43が
空気を吸引すると、案内筒34内部の空気は排気され、案
内筒34の内側のドライバビツト33の先端33aはボルト40
の頭部の掛合溝に掛合した状態でボルトを保持すること
ができる。

再び第６図において、支持部材111のＸ方向の表面側
には、Ｚ方向の上下に延びる細長い挿通孔116が設けら
れており、案内筒34に固定された検出片87を挿通させ
る。挿通孔116の前面には、第４図および第５図に示さ
れる取付板117が第２取付部材23に固定ねじ118によつて
固定されている。取付板117は、支持部材111の挿通孔11
6に対応する位置に、上下に延びる細長い挿通孔119を有
する。検出片87は、案内筒34が第２取付部材23に対して
相対的にＺ方向に上下に変位したときでも、挿通孔116,
119を挿通して取付板117の表面に突出することができ
る。取付板117の表面には、検出素子88が取付ねじ91に
よつて取付けられている。このようにして、第２取付部
材23、ブツシユ110および支持部材111などによつて構成
される基体は、複動空気圧シリンダ25によつてドライバ
ビツト33と一体に、その軸線方向であるＺ方向上下に変
位され、検出片87と検出素子88との相対的な位置は、ド
ライバビツト33と案内筒34のＺ方向についての相対的な
位置に対応する。したがつて、検出片87および検出素子
88は、変位検出手段を構成する。

第８図はワーク１に対してボルト40をねじ締めすると
きの正面側から見た状態を簡略化して示す断面図であ
り、第９図は検出素子88と検出片87との位置関係を説明
するための図である。第８図（１）は、ワーク１に対す
るボルト40のねじ締めが完了し、ボルト40の頭部の裏面
がワーク１の表面に当接している正常な状態を示す。こ
のとき、第９図（１）に示すように、検出素子88の発光
素子89から受光素子90に至る光経路88aが検出片87によ
つて遮光されるように、検出素子88が取付板117に取付
けられている。第８図（２）は、ボルト40が曲がつてい
ることなどによつて、ドライバビツト33を回転駆動する
モータ30のトルクの変化によつてねじ締め完了と判定さ
れても、ボルト40の頭部がワーク１の表面から浮いてい
るねじ浮きの状態を示す。このときは第９図（２）に示
すように、検出片87は光経路88aを遮光しない。第８図
（３）は、ボルト40が存在しないのにねじ締めが行わ
れ、ドライバビツト33の先端33aとワーク１に設けられ
たねじ穴120との摩擦力などによるトルクによつて、ね
じ締めが行われたと判定される状態を示す。このときも
第９図（３）に示すように、検出片87は光経路88aより
も上側になるので、光経路88aは遮光されない。

このように、光経路88aが検出片87によつて遮光され
るねじ締めが正常に行われた状態、すなわち第１の状態
と、ねじ浮きおよびボルト40が存在しないことによつ
て、光経路88aが検出片87によつて遮光されない異常な
状態、すなわち第２の状態とを判別することができる。
この判別の精度は、検出片87の光経路88aに対する投影
面積を変更することによつて変えることができる。すな
わち、細い検出片87を使用することによつて投影面積を
小さくすれば、第１の状態として判断される範囲を狭く
することができる。

第10図は第１図〜第９図に示される実施例の電気的構
成を示すブロツク図である。マイクロコンピユータなど
によつて実現される処理回路66には、操作入力手段８に
備えられているねじ締め位置設定スイツチ79と、非常停
止のために操作されるスイツチ69とからの出力が与えら
れる。載置台２にはワーク１が存在するかどうかを検出
するワーク検出手段70が備えられている。警報を目視表
示するために、ランプ71が設けられている。このランプ
71は後述のように、ねじ浮き状態が検出され、あるいは
また、ボルト40が予め定めるトルク以上でワーク１に締
付けることができない締付不能状態である、いわゆるね
じ馬鹿となつたことが検出されたとき、動作される。こ
のねじ締め不能状態は、検出手段73によつて検出され
る。

ねじ締め手段６をＺ方向に駆動するための複動空気圧
シリンダ25には電磁弁74によつて圧縮空気が供給され
る。ねじ締め動作時間を規定するために、タイマ78が設
けられる。タイマ78は、処理回路66によつて起動され、
時間の経過を処理回路66に知らせる。

第11図を参照して、処理回路66によつて、ねじ締めの
正常および異常を判断する動作を説明する。ステツプn1
において、ねじ締め動作が開始される。ねじ締め手段６
はねじ供給機７に移動し、ボルト40が案内筒３内でドラ
イバビツト33に装着される。ねじ締め手段６は、ドライ
バビツト33がワーク１のねじ締め位置に達するまで移動
される。複動空気圧シリンダ25の働きによつて、ドライ
バビツト33が下降され、案内筒34がワーク１の表面に当
接する。真空吸着されているボルト40は、ワーク１のね
じ穴120に複動空気圧シリンダ25の空気圧によつて押さ
えられて嵌まり込む。この状態で、ドライバビツト33が
モータ30によつて回転駆動される。このときねじ締め不
能であれば、検出手段73によつて検出される。

ねじ締め不能が検出されないとき、処理回路66はステ
ツプn2において、タイマ78の動作を開始させる。ステツ
プn3では、ボルト40をワーク１にねじ締め動作を行うに
充分な予め規定された時間が経過したかどうかが判断さ
れる。この規定時間が経過していないときには、ステツ
プn3に戻る。規定時間が経過したときはステツプn4に移
る。ステツプn4では、モータ30のトルクが大となつてい
るかどうかが判断される。モータ30によつてドライバビ
ツト33を回転駆動している状態において、ボルト40がワ
ーク１に正常にねじ締めされて充分に装着された状態に
達すると、ボルト40の回転のためのトルクが増大する。
このときモータ30の負荷電流が増大し、モータ30の負荷
トルクが増大する。モータ30の負荷電流を検出してレベ
ル弁別することによつて、その負荷トルクが増大したか
どうかを判別することができる。ボルト40が充分にねじ
締めされて装着を完了したとき、トルクアツプ信号がト
ルク検出手段である負荷電流検出手段77から導出されて
処理回路66に与えられる。

なお、負荷トルクが予め定める値を越えたときモータ
30を空転させるような手段や、モータ30の負荷電流が予
め定める値を越えたときに電流を遮断する手段などの保
護手段を用い、その動作を検出するようにしてもよい。
また前述の検出手段73は、タイマ78の規定時間が経過し
てもモータ30の負荷電流が増大しないことを負荷電流検
出手段77が検出することによつて実現してもよい。

処理回路66によつて、このようなトルクアツプ信号が
入力されたことが検出されると、ステツプn5に移り、検
出片87によつて光経路88aが遮光されたかどうかが判断
されて作業は完了する。遮光されると、ステツプn6に移
り、ねじ締めが正常に行われた第１の状態であると判断
される。

ステツプn4において、トルクアツプ信号が入力されな
いとき、またはステツプn5において、遮光されないとき
にはステツプn7に移り、ねじ締めが正常に行われなかつ
た異常な状態、すなわち第２の状態であることが判別さ
れる。このような異常な状態であるとき、ランプ71を点
灯して警報を発生し、モータ30を停止してねじ締め動作
を停止し、ステツプn8において作業を中断する。これに
よつてそのねじ締め位置において、ねじ締めに異常が生
じたことが作業者に判るように表示される。

上述の実施例においては、検出素子88がドライバビツ
ト33の位置に対応し、検出片87が検出筒34の位置に対応
しているけれども、検出片87がドライバビツト33の位置
に対応し、検出素子88が検出筒34の位置に対応するよう
にしてもよいことは勿論である。本実施例のように検出
片87を案内筒34に取付けるときは、検出片87を軽くする
ことができるので、案内筒34の変位が容易である。

また、本実施例においては検出素子88に発光素子89と
受光素子90とが備えられているけれども、検出素子89
と、受光素子90とを分離して、それらの相対的な位置を
検出するようにしてもよいことは勿論である。さらに本
実施例においては、光経路88aに対する検出片87による
遮光の有無を検出するようにしているけれども、光の反
射の有無を検出するようにしてもよいことは勿論であ
る。

考案の効果 以上のように本考案によれば、ねじ締め異常状態を作
業者の目視によらず、自動的にかつ確実に検出すること
ができる。

また、ねじ締めの異常の検出は、トルクが予め定める
値以上になつていることを確認して行われるので、ボル
トの空回りである、いわゆるねじ馬鹿の状態を判別する
ことができる。また、ボルトがワークから浮いているい
わゆるねじ浮きの状態またはボルトが存在しない状態で
ある第２の状態を検出することができるので、トルクの
みによつては判別することができない異常を判別するこ
とができる。

したがつてそのボルトが締まらなかつた位置に自動的
に、また作業者が手作業で、新たなボルトを装着するこ
とができる。これによつてねじ締め不良が存在したまま
で、不良製品が後工程に流れてしまうという問題は生じ
ない。特に本考案によれば、真空ポンプ43は可撓管42を
介して案内筒34に接続され、したがつてボルトの頭部は
案内筒34内のボルトの頭部に掛合し、ボルトが確実に吸
引される。したがつてドライバビツト33の下端部にボル
トの頭部が掛合し、ボルトを確実に吸引し、ねじ締めを
確実に達成することができる。

また本考案によれば、検出片87は、支持手段23,111に
形成された挿通孔116に挿通し、したがつてドライバビ
ツト33の回転時において、案内筒34および検出片84が摩
擦力などによつて回転してしまうおそれはなく、検出片
87を検出素子88によつて検出することが確実に可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の全体の斜視図、第２図は基
台３の簡略化した平面図、第３図は第２図の切断面線II
I−IIIから見た断面図、第４図はねじ締め手段６の正面
図、第５図はねじ締め手段６の左側面図、第６図はねじ
締め手段６の右側方から見た部分断面図、第７図は案内
筒34に関連する構成を示す断面図、第８図はワーク１に
ボルト40を締付ける状態を示す部分断面図、第９図は第
８図の各状態における検出片87と光経路88aとの位置関
係を説明するための断面図、第10図は第１図〜第９図に
示される実施例の電気的構成を示すブロツク図、第11図
は処理回路66の動作を説明するためのフローチヤートで
ある。 １……ワーク、２……載置台、３……基台、４……支
柱、５……ビーム、６……ねじ締め手段、７……ねじ供
給機、８……操作入力手段、13,20,30……モータ、22…
…第１取付部材、23……第２取付部材、25……複動空気
圧シリンダ、33……ドライバビツト、34……案内筒、36
……圧縮ばね、40……ボルト、66……処理回路、73……
ねじ締め不能検出手段、74……電磁弁、77……負荷電流
検出手段、78……タイマ、87……検出片、88……検出素
子、88a……光経路、89……発光素子、90……受光素
子、110……ブツシユ、111……支持部材

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】上下に延びる軸線を有し、ワークに締付け
   るべきボルトを案内する案内筒34と、 前記案内筒34内に設けられるドライバビツト33であつ
   て、そのドライバビツト33の下端部は、案内筒34内のボ
   ルトの頭部に形成されている掛合溝に掛合し、案内筒34
   の軸線方向に相互に変位可能であり、そのドライバビツ
   ト33の軸線まわりに回転可能であるドライバビツト33
   と、 ドライバビツト33の上端部を回転駆動する回転駆動手段
   30と、 回転駆動手段30のトルクを検出する手段77と、 案内筒34が、その案内筒34の軸線方向に変位可能なよう
   に支持する支持手段23,111と、 支持手段23,111が案内筒34の軸線方向に変位可能なよう
   に支持する基体22,101と、 基体22,101に設けられ、回転駆動手段30を、案内筒34の
   軸線方向に変位駆動する手段25と、 案内筒34と支持手段23,111との間に介在される圧縮ばね
   36と、 ドライバビツト33の下方に設けられ、ワークが載置され
   る載置台２と、 案内筒34に一端部が接続される可撓管42と、 可撓管42の他端部に接続される真空ポンプ43と、 案内筒34に突出して固定される検出片87と、 支持手段23,111に設けられ、案内筒34の下端部がワーク
   の表面に当接した状態で、検出片87の変位を検出するこ
   とによつて、（ａ）ボルトを正常に取付けた第１の状態
   と、（ｂ）ボルトの頭部がワークから浮いており、また
   はボルトが存在しない第２の状態とを、それぞれ検出す
   る検出素子88と、 前記トルク検出手段77と前記検出素子88との出力に応答
   して、トルクが予め定める値以上になり、しかも前記第
   １状態が検出されたとき、ねじ締めが正常に行われたも
   のと判断し、それ以外では、ねじ締め異常と判断する手
   段66とを含むことを特徴とする自動ねじ締め機。
2. 【請求項２】支持手段23,111には、その案内筒34の軸線
   方向に沿つて延びかつ検出片87が挿通する挿通孔116が
   形成されることを特徴とする請求項１記載の自動ねじ締
   め機。