JP4459152B2 - ねじ締付け治具 - Google Patents

Description

本発明は、ねじ置き部に準備したねじの頭に、筒部材の先端部を当てるとともにドライバービットを噛合わせ、このドライバービットを回転させてワークにねじを自動で締付ける作業に用いるねじ締付け治具に関する。

ワークにねじを自動で締付けるために、ロボットアームの先端部にねじ締付け治具を取付け、このねじ締付け治具によってねじの締付けを自動的に行うという技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許第３０９５０２８号公報（図１）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１４は従来の技術の基本構成を説明する図であり、ねじ締め装置２００は治具ベース２０１によってロボットアームの先端部に保持される。

ねじの締付け作業を行う場合には、真空引き管２０２によって、筒部材２０３内を吸引して負圧にし、筒部材２０３の先端部によってねじ２０４を吸引保持し、ワークの所定位置に臨ませ、ねじ締め装置２００を下方に移動し、ドライバービット２０５の前端部に保持されるねじ２０４をねじ込み位置に接触させる。

さらに、ロボットアームを下降させて、治具ベース２０１、保持筒２１０を下降させ、ばね２０８の変形による弾性復元力によって、ドライバービット２０５をねじ２０４に押圧させる。
このような状態で、モータ２０６を回転駆動し、ねじの溝にドライバービット２０５の先端部を嵌合させ、ねじ２０４を回転させてねじの締付け作業を行う。

しかし、特許文献１の技術によれば、ねじの溝にドライバービット２０５の先端部を嵌合させるためには、ドライバービット２０５をモータ２０６により駆動する必要がある。
このため、ねじの溝にドライバービット２０５の先端部が嵌合するまでに、ドライバービット２０５を必要以上に回転させることがあり、ねじ２０４やドライバービット２０５などを傷めることがある。

本発明は、ねじの溝やドライバービットなどを傷めることがないねじ締付け治具を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、ロボットアームに取付ける治具ベースに軸方向移動可能に回転筒を設け、この回転筒に軸方向移動可能に回転軸を設け、この回転軸に棒状のドライバービットを取付け、このドライバービットに軸方向移動可能に筒部材を取付け、この筒部材に真空引き管を接続し、ねじ置き部に準備したねじの頭に、筒部材の先端部を当てるとともにドライバービットを噛合わせ、続いて筒部材の内部を減圧することでねじを吸着保持し、この状態でねじをねじ置き部からワークへ移動してワークの所定位置に臨ませ、回転筒を回転させることでワークにねじを締付けるという一連の作業に用いるねじ締付け治具において、このねじ締付け治具は、回転筒に対して回転軸が相対的に後退する動作により、回転筒に対して回転軸を回転させる回転軸旋回機構を備え、この回転軸旋回機構は、ねじを吸着保持するねじ吸着保持機構と治具ベースとの間で、且つ、回転筒と回転軸との間に設けられていることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、回転軸旋回機構は、回転筒に設けた螺旋溝と、回転軸に設けると共に螺旋溝に嵌合するピンとからなることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、ねじ締付け治具は、回転軸旋回機構を、回転筒と回転軸との間に設けるものである。そして、回転筒を含む治具ベースを軸方向に前進させ、回転軸と一体のドライバービットの先端部をねじの締付け溝に当て、回転軸旋回機構により回転軸と連結させたドライバービットを回転させ、ドライバービットの先端部をねじの締付け溝に円滑に嵌合することができる。

このように、回転軸をその軸方向に相対的に後退させるときに、回転軸を回転させる回転軸旋回機構を設けたので、ドライバービットでねじの締付け溝を傷めることがなく、ねじの締付け溝にドライバービットの先端部を円滑に嵌合することができる。

請求項２に係る発明では、回転軸旋回機構は、回転筒に設けた螺旋溝と、回転軸に設けると共に螺旋溝に嵌合するピンとからなる簡便な構造であるため、ドライバービットを回転するために、モータなどの動力は不要である。動力が不要となるため、ねじ締付け治具の製造コストを抑えることができる。
加えて、動力を使わないため、エネルギーの消費を抑えることができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るねじ締付用治具などを装着した治具ベースの側面図であり、ロボットアーム５１の先端部に治具ベース５２を取付け、この治具ベース５２にねじ締付け治具５０Ａ〜５０Ｃ（手前側の５０Ａ、５０Ｂのみ示す。）を装着すると共にステー部材５３を介して押圧パッド５４を装着する。

ねじ締付け治具５０Ａ〜５０Ｃは、ねじを吸着保持し、そのままの状態でねじをワークへ移動してワークの締付け位置に臨ませるものである。
また、押圧パッド５４は、ワークにねじを締付ける前において、所定の力でワークを押圧し、被取付けワークの所定位置にワークを組付けるものである。

図２は図１の２矢視図であり、ロボットアーム５１の先端部から図左方、上方及び下方に十字状の治具ベース５２を延ばし、この治具ベースの左端５２ｍ、上端５２ｔ、及び下端５２ｂに３つのねじ締付け治具５０Ａ〜５０Ｃを取付ける。ねじ締付け治具５０Ａ〜５０Ｃの仕様は同一の仕様とした。また、治具ベースの右端５２ｒにステー部材５３を介して押圧パッド５４を取付ける。
５５はワーク位置を認識するためのＣＣＤカメラユニットである。

図３は本発明に係るねじ締付用治具の側面図である。
ねじ締付け治具５０は、治具ベース５２に備え、この治具ベース５２にねじ締付け治具５０を保持するホルダ部材６１と、このホルダ部材６１を貫通して上下に延ばし、締付力を伝達する回転筒６２と、この回転筒６２の上端部に設け図示せぬ駆動手段から締付け力を受ける凹チャック部６３と、同じく、回転筒６２の下方から回転筒６２に挿通し回転筒６２の軸方向に前進、後退、及び旋回可能に設ける回転軸６４と、この回転軸６４に連結部材６５を介して図下方に延ばしたドライバービット６６と、このドライバービット６６の周囲に被せる筒部材７１と、この筒部材７１に連通しねじを吸着する真空引き管６７を含むねじ吸着・保持機構７０とを主要な構成要素とする。

すなわち、ロボットアーム５１に取付ける治具ベース５２に軸方向移動可能に回転筒６２を設け、この回転筒６２に軸方向移動可能に回転軸６４を設け、この回転軸６４に棒状のドライバービット６６を取付け、このドライバービット６６に軸方向移動可能に筒部材７１を取付け、この筒部材７１に真空引き管６７を接続した。

図４は本発明に係るねじ締付用治具の要部断面図である。
ねじ締付け治具５０は、治具ベース５２の下方からホルダ部材６１をボルト７３、７３を介して取付け、このホルダ部材６１に下方から回転筒６２を嵌入し、この回転筒６２の内側に下方から第２ばね部材７５を嵌め、同じく、下方から半径方向の動きを規制する中心軸７６を第２ばね部材７５に通して嵌め、この中心軸７６の下端部に設けたおねじ部７７に回転軸６４のめねじ部７８をねじ込み、中心軸７６と回転軸６４とを一体化させると共に、回転筒６２に回転軸６４を嵌入する。

このとき、回転筒６２の側面には螺旋溝８１を形成し、この螺旋溝８１に嵌合すると共に回転軸６４にピン８２を設けることで、回転筒６２に対して回転軸６４が後退するときに、回転軸６４が旋回するように、回転筒６２と回転軸６４との間に回転軸旋回機構８０を設ける。
以下、ねじ締付け治具５０の主要な機構である回転軸旋回機構８０と、ねじ吸着・保持機構７０と、回転筒の回転・送り機構１１０とについて詳しく説明する。

最初に、回転軸旋回機構８０について説明する。
回転軸旋回機構８０は、ねじ８４の頭８４ｔに備える締付け溝８４ｍにドライバービット６６の先端部６６ｔを嵌合させる役割を担う。そして、ねじの頭８４ｔにドライバービットの先端部６６ｔを当て、回転軸６４に上方向きの力が加わるとき、回転軸６４は、螺旋溝８１に沿って後方に移動しつつ旋回するように構成する。

なお、回転軸６４は、第２ばね部材７５により上方から付勢されている部材のため、ねじの頭８４ｔからドライバービット６６が離れ、上方向きの力がなくなると、回転軸６４はもとの位置に戻ろうとする。

すなわち、回転軸旋回機構８０は、回転筒６２に設けた螺旋溝８１と、回転軸６４に設けると共に螺旋溝８１に嵌合するピン８２とからなり、この回転軸旋回機構８０を回転筒６２と回転軸６４との間に設け、回転筒６２に対して回転軸６４が相対的に後退する動作により、回転筒６２に対して回転軸６４を回転させる。

回転軸旋回機構８０は、回転筒６２に設けた螺旋溝８１と、回転軸６４に設けると共に螺旋溝８１に嵌合するピン８２とからなる簡便な構造であるため、ねじ締付け治具５０の製造コストを抑えることができるという利点がある。

次に、ねじ吸着・保持機構７０について説明する。
ねじ吸着・保持機構７０は、ドライバービット６６の上部に締結部材９１、９１を介して固定する筒ホルダ９２と、この筒ホルダ９２に保持される筒ボデイ部材９３と、この筒ボデイ部材９３に内蔵すると共にボデイ部材９３の内部を軸方向に摺動可能に設けスライダー９４と、このスライダー９４に付勢する第１ばね部材９５と、第１ばね部材９５に付勢され筒ホルダ９２に対してドライバービット６６の軸方向に進退自在に設けるスライダー９４と、このスライダー９４に一体的に取付けその先端部でねじの頭８４ｔを吸着する筒部材７１と、この筒部材７１の内部に連通させると共に、筒ボデイ部材９３の側部に設ける真空引き管６７とからなる。

真空引き管６７は、配管９６を通じて図示せぬ真空ポンプなどに連結される。
筒部材７１の先端部７１ｔは、ドライバービット６６の先端部６６ｔに対して軸方向に進退自在に設け、ドライバービット６６は、治具ベース５２に対して旋回及び進退自在に設ける。

最後に、回転筒の回転・送り機構１１０について説明する。
図３に戻って、回転筒６２の回転・送り機構１１０は、ドライバービット６６を所定の締付けトルクで回転させると共に図下向きに所定の力を加え、治具ベース５２に対して回転筒６２を下方に移動させるという役割を担う。

ホルダ部材６１に回転筒６２を貫通させ、ホルダ部材６１に対して回転筒６２をその軸方向に移動可能に設け、この回転筒６２に治具ベース５２の上方から第３ばね部材１１１を嵌めた後、回転筒６２に次図で説明するねじ締付け駆動部と連結する凹チャック部６３を取付ける。６２ａは回転筒６２に備える鍔部であり、この鍔部６２ａがその上方に設けたホルダ部材６１に当ることで回転筒６２が一定以上上方に移動することを規制することができる。

第３ばね部材１１１を、凹チャック部６３と治具ベース５２との間に設けることで、凹チャック部６３に軸方向下方に力を加えると、回転筒６２は第３ばね部材１１１の力に抗して下方に移動することができる。併せて、凹チャック部６３を回転するトルクを加えることで、回転筒６２を回転させることができる。

図４に戻って、ねじ締付治具５０は、治具ベース５２に取付けるホルダ部材６１と、このホルダ部材６１に嵌入すると共にその周囲に螺旋溝８１を有する回転筒６２と、この回転筒６２に嵌入すると共にピン８２を有する回転軸６４と、この回転軸６４に付勢する第２ばね部材７５とを備える。そして、筒ホルダ９２に対してスライダー９４が移動することで、筒部材７１が進退動すると共に、螺旋溝８１に沿ってピン８２が移動することで、ホルダ部材６１に対して筒部材７１の先端部７１ｔが進退動及びドライバービット６６と共に回動するようにしたものである。

図５は本発明に係るねじ締付駆動部などを備える治具ベースの側面図であり、ロボットアーム１２１の先端部に治具ベース１２２を取付け、この治具ベース１２２にねじ締付駆動手段１１４を含むねじ締付駆動部１１５を装着すると共に治具ベース１２２に押圧パッド１２４を装着する。

ねじ締付駆動部１１５は、ねじ締付駆動手段１１４を備え、このねじ締付駆動手段１１４でねじ締付治具（図４の符号５０）に備えるドライバービットに所定のトルク及び所定の力を付与する。

また、ねじ締付駆動部１１５は、シリンダユニット１１７とスプリング１１８とを備え、このねじ締付駆動部１１５でワークに臨ませたねじを前方に送り、このねじを締付けるという役割を有する。
押圧パッド１２４は、ワークにねじを締付ける前において、所定の力でワークに力を加えて、被取付けワークの所定位置にワークを組付けるという役割を有する。

図６は図５の６矢視図であり、ロボットアーム１２１の先端部から治具ベース１２２を延ばし、この治具ベースの左端１２２ｍにねじ締付駆動手段１１４を取付ける。また、治具ベース１２２の右端１２２ｒに押圧パッド１２４を取付ける。１２５はワーク位置を認識するためのＣＣＤカメラユニットである。

以上に述べたねじ締付け治具の作用を次に述べる。
図７はねじの頭に筒部材の先端部を当てることを説明する作用図であり、ねじ吸着・保持機構７０により、ねじ置き部１７１に備えるねじを吸着保持することを説明する。
（ａ）において、ロボットアーム５１の先端部に取付けたねじ締付け治具５０を、ねじ置き部１７１に配置するねじ８４に臨ませる。具体的には、筒部材７１の先端部７１ｔをねじの頭８４ｔに近づける。

（ｂ）において、ねじ締付け治具５０を（ａ）の位置よりも、さらに矢印Ｓ方向に移動させ、ねじ８４に近づけ、筒部材７１の先端部７１ｔをねじの頭８４ｔに当てる。
（ｃ）は（ｂ）部の拡大断面図であり、筒部材７１の先端部７１ｔは、ねじの頭８４ｔに接触しているが、ドライバービット６６の先端部６６ｔは、ねじの頭８４ｔに接触していないことを示す。

（ｄ）において、ねじ締付け治具５０を（ｂ）の位置よりもさらに矢印Ｓ方向に移動させ、ねじ締付け治具５０をねじ８４に近づけて、ドライバービット６６の先端部６６ｔを、ねじの頭８４ｔに接触させる。
（ｅ）は（ｄ）部の拡大断面図であり、ドライバービット６６の先端部６６ｔが、ねじの頭８４ｔに接触していることを示す。

図８はねじの頭にドライバービットを噛合わせることを説明する作用図であり、回転軸旋回機構８０により、ねじの頭８４ｔに形成した締付け溝８４ｍにドライバービット６６を噛合わせる。
（ａ）において、ドライバービット６６の先端部６６ｔが、ねじの頭８４ｔに接触している状態であるが、ドライバービット６６の先端部６６ｔには反力は加わっていないため、回転軸６４は旋回しない。

（ｂ）において、ドライバービット６６の先端部６６ｔが、ねじの頭８４ｔに接触している状態で、ねじ締付け治具５０を、さらに矢印Ｓ方向に変位ｙだけ移動させて、ねじ締付け治具５０をねじ８４に近づけると、回転軸６４は、回転筒６２に対して後退すると共に、回転筒６２に設けた螺旋溝８１に沿って回転軸６４が旋回し、この回転軸６４の旋回と共にドライバービット６６が旋回する。
ドライバービット６６が旋回することで、ねじの締付け溝８４ｍにドライバービット６６の先端部６６ｔを噛合わせることができる。

このように、ねじ締付け治具５０は、回転筒６２に対して回転軸６４が相対的に後退する動作により、回転筒６２に対して回転軸６４を回転させる回転軸旋回機構８０を、回転筒６２と回転軸６４との間に設けるので、回転筒６２を含む治具ベース５２を軸方向に前進させ、回転軸６４と一体であるドライバービット６６の先端部６６ｔをねじの締付け溝８４ｍに当て、治具ベース５２を軸方向にさらに前進させ、ドライバービット６６を回転させ、ドライバービット６６の先端部６６ｔをねじの締付け溝８４ｍに嵌合することができる。

また、回転軸６４を回転筒６２に対して軸方向に相対的に後退させるときに、回転軸６４を回転させる回転軸旋回機構８０を設けたので、ドライバービット６６を回転させるために、例えば、モータなどの動力による駆動手段は不要である。

動力による駆動手段を使うことなく、回転軸６４が旋回可能となり、ねじの締付け溝８４ｍにドライバービット６６の先端部６６ｔを円滑に嵌合することができる。
加えて、動力による駆動手段を使わないため、省エネルギー化を図ることができる。

図９はねじの頭にドライバービットを噛合わせたことを示す作用図であり、ねじ置き部１７１に準備したねじの頭８４ｔに、筒部材７１の先端部７１ｔを当てるとともにドライバービット６６を噛合わせ、続いて筒部材７１の内部７１ｉを減圧することでねじを吸着保持することができる。
この後、ねじ８４を吸着保持したねじ締付け治具５０を移動させ、ワークに臨ませる。

ここで、ねじ８４を吸着保持させたままねじ置き部１７１からねじを持ち上げると、第１ばね部材９５が延びドライバービット６６の先端部６６ｔが、ねじの締付け溝８４ｍから離れると共に、回転軸旋回機構８０が有する第２ばね部材７５が延び、回転軸６４が旋回するので、一時的に、ねじの締付け溝８４ｍの位置とドライバービット６６の先端部６６ｔの位置の間の位相はずれるが、筒部材７１の先端部がワークに当り、締付けを開始する際に、再度、回転軸６４及びこの回転軸６４と一体で回転するドライバービット６６の先端部６６ｔは、ねじの締付け溝８４ｍと噛合う位置まで回転するため、ドライバービット６６の先端部６６ｔとねじの締付け溝８４ｍとは一致する。

図１０はワークの所定位置にねじを吸着したねじ締付け治具を臨ませると共にこのねじ締付け治具にねじ締付駆動部を装着し、回転筒の回転・送り機構１１０により、ワークにねじを締め付けることを説明する作用図である。

（ａ）において、あらかじめ、ねじを吸着したねじ締付け治具５０をワーク１７２上の締付け穴１７３に臨ませておく。そして、ねじ締付駆動部１１５をねじ締付け治具５０に近づける。具体的には、凹チャック部６３に凸チャック部１７４を近づける。

（ｂ）において、凹チャック部６３に凸チャック部１７４を連結する。
（ｃ）において、一体化させたねじ締付駆動部１１５とねじ締付け治具５０とをワークの締付け穴１７３にさらに近づけ、ねじ締付駆動手段１１４を回転させると共に、送り手段１１６を矢印ｔ方向に送りワーク１７２の締付け穴にねじを締め付ける。

すなわち、ねじ締付け治具５０は、筒部材７１の内部を減圧することでねじ８４を吸着保持し、この状態でねじ８４をねじ置き部からワーク１７２へ移動してワーク１７２の所定位置に臨ませ、回転筒６２を回転させることでワーク１７２にねじ８４を締付けるという一連の作業に用いるものであり、ねじ締付駆動部１１５は、ねじ締付け治具５０に付随してねじを締め付けるために必要な動力を供給するものである。

図１１は締付駆動部でねじ締付け治具に吸着したねじをワークに締め付けることを説明する作用図であり、ねじ８４の締付けが完了したことを示す図である。
ねじ８４をワーク１７２に締付けた後、先ず、ねじ締付け駆動部１１５の凸チャック部１７４を戻した後、ねじ締付け駆動部１１５をねじ締付け治具５０から離し、次いで、ねじ締付け治具５０をねじ８４から離すことで締付けの１サイクルが完了する。

図１２は実際のねじ締付け作業を説明する図であり、一方の多関節ロボット１７５に備えるロボットアーム５１の先端部に治具ベース５２を介してねじ締付け治具５０を取付ける。このねじ締付け治具５０にはねじが吸着されている。一方の多関節ロボット１７５に備えるねじ締付け治具５０と、他方の多関節ロボット１７６に備えるロボットアーム１２１の先端部に治具ベース５２を介して取付けたねじ締付け駆動部１１５とを組み合わせ、ワーク１７２にねじ８４を締め付けることを示す。

図１３は図１２の１３部拡大図であり、ねじ締付け治具５０に備えるねじ８４・・・を吸着した複数の凹チャック部６３・・・のうちの１つの凹チャック部６３に、ねじ締付け駆動部１１５の凸チャック部１７４を噛合わせ、自動で締付け作業を行うことができる。１つのねじ８４の締付けが完了した後に、順次、残りのねじ８４・・・に該当する凹チャック部６３、６３に、凸チャック部１７４を噛合わせ、ねじ８４・・・の締付け作業を全自動で行うことができる。

尚、発明は、実施の形態では自動車の組立に適用したが、自動車の組立に限定されるものではなく、一般の量産品の組立に広く適用可能である。

本発明は、自動車の組立に好適である。

本発明に係るねじ締付用治具などを装着した治具ベースの側面図である。 図１の２矢視図である。 本発明に係るねじ締付用治具の側面図である。 本発明に係るねじ締付用治具の要部断面図である。 本発明に係るねじ締付駆動部などを備える治具ベースの側面図である。 図５の６矢視図である。 ねじの頭に筒部材の先端部を当てることを説明する作用図である。 ねじの頭にドライバービットを噛合わせることを説明する作用図である。 ねじの頭にドライバービットを噛合わせたことを示す作用図である。 ワークの所定位置にねじを吸着したねじ締付け治具を臨ませると共にこのねじ締付け治具にねじ締付駆動部を装着することを説明する作用図である。 締付駆動部でねじ締付け治具に吸着したねじをワークに締付けることを説明する作用図である。 実際のねじ締付け作業を説明する図である。 図１２の１３部拡大図である。 従来の技術の基本構成を説明する図である。

符号の説明

５０、５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ…ねじ締付け治具、５１…ロボットアーム、５２…治具ベース、６２…回転筒、６４…回転軸、６６…ドライバービット、６７…真空引き管、７１…筒部材、７１ｉ…筒部材の内部、８０…回転軸旋回機構、８１…螺旋溝、８２…ピン、８４…ねじ、８４ｔ…ねじの頭、１７１…ねじ置き部、１７２…ワーク。

Claims (2)

1. ロボットアームに取付ける治具ベースに軸方向移動可能に回転筒を設け、この回転筒に軸方向移動可能に回転軸を設け、この回転軸に棒状のドライバービットを取付け、このドライバービットに軸方向移動可能に筒部材を取付け、この筒部材に真空引き管を接続し、
   ねじ置き部に準備したねじの頭に、前記筒部材の先端部を当てるとともにドライバービットを噛合わせ、続いて筒部材の内部を減圧することでねじを吸着保持し、この状態でねじをねじ置き部からワークへ移動してワークの所定位置に臨ませ、前記回転筒を回転させることでワークにねじを締付けるという一連の作業に用いるねじ締付け治具において、
   このねじ締付け治具は、前記回転筒に対して前記回転軸が相対的に後退する動作により、前記回転筒に対して前記回転軸を回転させる回転軸旋回機構を備え、この回転軸旋回機構は、前記ねじを吸着保持するねじ吸着保持機構と前記治具ベースとの間で、且つ、前記回転筒と前記回転軸との間に設けられていることを特徴とするねじ締付け治具。
2. 前記回転軸旋回機構は、前記回転筒に設けた螺旋溝と、前記回転軸に設けると共に前記螺旋溝に嵌合するピンとからなることを特徴とする請求項１記載のねじ締付け治具。

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