JP4567657B2 - 取り付け部材の位置合わせ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ネジ等の締結部材に代表される取り付け部材を所定の定められた位置に位置合わせする技術に関する。

各種製品の組み立てにおいて、各種部材の固定にネジ等の締結部材が利用されている。また、生産ラインにおいて、生産速度を高め、また低コスト化を追究する目的で、これら締結部材の締結（締め付け）をロボットアーム等の機構を利用して自動的に行う締結手段（例えばボルトを装着し、さらに回転させて締め付ける機構）が採用されている。

上述した自動化された締結手段では、（１）締結手段に締結部材を装着し、（２）締結手段を締結箇所に移動し、（３）締結部材を取り付ける（例えばネジ穴等への螺合）、といった工程が繰り返し行われる。このような技術に関しては、例えば特許文献１や２に記載されたものが知られている。

特開平５−２３７７２９号 特開２００１―１７９５５３号

ところで、生産性を高くするために、上述した（１）〜（３）の工程は、できるだけ短い時間で行われるようにすることが要求される。また、（１）の締結手段への締結部材の装着は、確実にエラーなく行われるようにすることが要求される。また、上述した（１）〜（３）の工程は、長時間に亘り繰り返し行われるものであるから、長時間の繰り返しにおいて、各工程が安定して確実に行われるようにする必要がある。特に締結部材の締結手段への装着は、できるだけ短い時間でしかも確実に行われるようにする必要がある。

締結部材の締結手段への装着を自動化したシステムにおいては、締結部材を正確に所定の位置に置き、それをコンピュータ制御された締結手段が受け取る仕組みが必要となる。この際、締結部材を正確に所定の位置に置く処理を速くしかも確実に、さらに繰り返しの動作において、長時間に亘り安定して行うことが重要となる。

現状の技術では、この要求を満たすことは十分でない。そこで本発明は、締結部材を締結手段に装着させる技術において、締結部材を正確に所定の位置に置く処理を速くしかも確実に行うことができ、さらに繰り返しの動作において、長時間に亘り安定して動作が行われる技術の提供を目的とする。

本発明における取り付け部材の位置合わせ装置は、所定の軸と、前記所定の軸の位置に取り付け部材を受ける開口が形成され、前記所定の軸回りに回転可能な受け部材と、前記所定の軸の回りを回転可能な回転部材と、前記受け部材と前記回転部材との間に配置された複数のリンクカムと、前記回転部材に設けられ、前記複数のリンクカムのそれぞれに対応した複数のカム溝と、前記リンクカムのそれぞれに固定され、前記複数のカム溝のそれぞれにおいて、その溝内を移動する複数の回動ピンと、前記リンクカムを前記受け部材に対して回動可能な状態で固定する受け部材側ピンと、 前記受け部材の回転を制動する制動手段と、前記回転部材を回転させる回転手段とを備え、前記所定の軸の回りにおいて、前記受け部材を前記回転部材に対して相対的に回転させることで、前記複数の回動ピンのそれぞれが、前記複数のカム溝のそれぞれの溝内を移動し、前記複数のリンクカムにより前記開口内に位置する前記取り付け部材が挟まれることを特徴とする。

上記の構成によれば、ネジ等の取り付け部材を受け部材の開口内に位置させた状態において、受け部材と回転部材とを相対的に回転させると、回動ピンがカム溝内をスライドし、複数のリンクカムが所定の軸中心の方向に同時に回動する。これにより、ネジ等の取り付け部材がその軸の周方向から軸中心方向へと複数のリンクカムにより挟まれるように押され、当該取り付け部材の軸を装置における所定の軸に一致させることができる。この動作は、部材の回転を駆動力として行われるので、短い時間で且つ確実に行われる。また、シンプルな構成のメカ機構により取り付け部材の軸位置を合わせる処理が行われるので、故障し難く、確実な処理を長期に亘り安定して行うことができる。

本発明においては、受け部材の回転を制動する制動手段と、回転部材を回転させる回転手段とをさらに備えている。これにより、受け部材に働く制動力と回転部材に働く回転力とによって、リンクカムを回動させる力を効果的に発生させることができる。

本発明において、取り付け部材がネジ部材であることが望ましい。この態様によれば、ネジの軸位置の調整を簡単に行うことができ、ネジの締め付け工程の効率化を計ることができる。ネジ部材としては、ボルト、ビス、タッピングビス等を挙げることができる。

またこの態様において、リンクカムの個数は、３個であり、これらリンクカムがネジ部材に対して３方向から回動して近付くことで、ネジ部材の軸を所定の軸に一致させる構成とすることが望ましい。この態様によれば、シンプルで信頼性の高いネジ部材の軸合わせ機構を得ることができる。

また本発明において、受け部材に設けられた開口は、外側に向かって径が拡がる拡径構造を有することが望ましい。この態様によれば、開口が外側に向かってテーパ形状を有した構造となるので、開口への取り付け部材の位置決めの精度が多少悪くても、所定の位置に取り付け部材が誘導され、確実に開口内に取り付け部材を位置させることができる。

本発明によれば、締結部材を締結手段に装着させる技術において、締結部材を正確に所定の位置に置く処理を速くしかも確実に行うことができ、さらに繰り返しの動作において、長時間に亘り安定した動作が行われる技術を提供することができる。

１．第１の実施形態
（実施形態の構成）
図１は、本発明を利用した締結部材の位置合わせ装置の一例を示す断面図であり、図２は、その一部を示す斜視分解図であり、図３は、その動作を説明する概念図である。図１には、締結部材の位置合わせ装置の一例であるボルト軸合わせ装置１００が示されている。

ボルト軸合わせ装置１００は、回転軸１０１を備えている。回転軸１０１は、軸支持部１０２に回転自在な状態で支持されている。軸支持部１０２は、ボルト軸合わせ装置１００を支持する筐体（図示省略）に固定されている。回転軸１０１の下部には、プーリ１０３が固定され、このプーリ１０３は、駆動ベルト１０４によって駆動される構造とされている。駆動ベルト１０４は、図示省略された駆動モータにより駆動される。

図２には、回転軸１０１の上部付近の分解構造が示されている。なお、図２では、図１に示す軸支持部１０２より下の部分の記載が省略されている。回転軸１０１の上部は、円板部１０６を有している。円板部１０６には、３つのカム溝１０６ａ〜１０６ｃが設けられている。カム溝１０６ａ〜１０６ｃは、回転軸を中心に配置され、またそれぞれ斜めに延在する形状を有している。

図２に示すように、カム溝１０６ａに回動ピンである回転軸側ピン２２が遊嵌され（緩く嵌め込まれ）、回転軸側ピン２２がカム溝１０６ａの長手方向にスライド可能とされている。回転軸側ピン２２は、リンクカム２１の一方の端部に設けられたピン穴２１ａに嵌め込まれ固定されている。リンクカム２１の他方の端部には、ピン穴２１ｂが設けられ、そこにボルト受け部材側ピン２３が回転自在な状態で嵌め込まれている。ボルト受け部材側ピン２３は、ボルト受け部材１０９に設けられたピン穴１０９ａに嵌め込まれ固定されている。

図２に示すように、ボルト受け部材１０９は、円板形状を有し、中央にボルト（図１に符号１１０で記載）を受けるための開口１１１を備えている。図１に示すように開口１１１の上部における垂直断面の形状は、上方に向かってその内径が漸次大きくなる拡径構造（すり鉢状の構造）とされている。このような形状とすることで、上方から開口１１１に落下するボルトを開口１１１内に確実に落とし込む案内ガイドとして拡径部分を機能させることができる。また開口１１１の内部の最小径は、利用するボルトの軸径の最大径よりも少し大きな値とされている。

図２には、リンクカム２１、回転軸側ピン２２およびボルト受け部材側ピン２３の組が一つ示されているが、同様な構成の組は、他に２つ用意され、それぞれ回転軸側ピンおよびボルト受け部材側ピンが配置されている。つまり図２では図示省略されている他の１つのリンクカムの一端には、回転軸側ピンが固定され、その回転軸側ピンはカム溝１０６ｂに遊嵌している。また、このリンクカムの他端には、ボルト受け部材側ピンの一端が回転自在な状態で固定され、このボルト受け部材側ピンの他端は、ピン穴１０９ｂに嵌め込まれて固定されている。さらに図２では図示省略されている他のもう１つのリンクカムの一端には、回転軸側ピンが固定され、その回転軸側ピンはカム溝１０６ｃに遊嵌している。また、このリンクカムの他端には、ボルト受け部材側ピンの一端が回転自在な状態で固定され、このボルト受け部材側ピンの他端は、ピン穴１０９ｃに嵌め込まれて固定されている。

つまり、回転軸１０１とボルト受け部材１０９とは、３つのリンクカム（図２には、符号２０１のリンクカムだけが図示）によって互いに係合している。そして回転軸１０１とボルト受け部材１０９とが係合した状態で、ボルト受け部材１０９は、外側円筒部材１１２に固定されている。外側円筒部材１１２の下部には、図１に示す円板ギア１１３が固定され、外側円筒部材１１２が回転すると、円板ギア１１３が回転する。円板ギア１１３は、円板ギア１１４に噛み合っており、円板ギア１１４の回転軸には、ロータリダンパ１１５が接続されている。

ロータリダンパ１１５は、内部に粘度の高いオイルが充填され、その内部を回転軸に取り付けられた羽根が動く構造を有している。ロータリダンパ１１５に駆動力を伝えると、オイルの粘性により、ロータリダンパ１１５の回転軸を駆動し難くする抵抗力が発生する。

（実施形態の動作）
図３は、図１のＡ−Ａ’の平面で切った断面構造を上方から見た状態を示す概念図である。図３には、図１に示すボルト軸合わせ装置１００の動作が段階的に示されている。図３には、カム溝１０６ａに遊嵌した回転軸側ピン２２、この回転軸側ピン２２が一端に固定されたリンクカム２１、リンクカム２１の他端に回転自在に固定され、また図２のピン穴１０９ａに固定されたボルト受け部材側ピン２３が示されている。また図３には、カム溝１０６ｂに遊嵌した回動ピンである回転軸側ピン３２、この回転軸側ピン３２が一端に固定されたリンクカム３１、リンクカム３１の他端に回転自在に固定され、また図２のピン穴１０９ｂに固定されたボルト受け部材側ピン３３が示されている。また図３には、カム溝１０６ｃに遊嵌した回動ピンである回転軸側ピン４２、この回転軸側ピン４２が一端に固定されたリンクカム４１、リンクカム４１の他端に回転自在に固定され、また図２のピン穴１０９ｃに固定されたボルト受け部材側ピン４３が示されている。

以下、図１に示すボルト軸合わせ装置１００の上方に、後述するボルト供給フィーダが配置され、そこからボルト１１０が落下されてボルト受け部材１０９で受け止められ、その後にボルト１１０の位置合わせ（軸位置を合わる作業）が行われ、位置合わせの後、ボルト１１０を締結手段（ボルト締め付け装置）に装着させる工程について、順を追って説明する。

まず、図３（Ａ）には、ボルト１１０（図１参照）が開口１１１に落下した後の状態が示されている。開口１１１の内径は、ボルト１１０よりもやや大きな寸法とされているので、この段階において、ボルト軸合わせ装置１００に対するボルト１１０の軸中心の位置合わせは正確に行われていない。

ボルト１１０が開口１１１内に落下したら、駆動ベルト１０４（図１参照）より駆動力を伝えてプーリ１０３を上方から見て反時計回りに回転させる。ボルト受け部１０９は、外側円筒部材１１２に一体化されており、外側円筒部材１１２は、円板ギア１１３および１１４を介してロータリダンパ１１５に接続されているので、ボルト受け部１０９は、回転させようとする力に対して抵抗を示す。したがって、上方から見て円板部１０６をボルト受け部１０９（およびそれと一体とされている外側円筒部材１１２）に対して相対的に反時計回りに回転させると、この抵抗力に起因して、回転軸側ピン２２、３２および４２のそれぞれが、カム溝１０６ａ〜１０６ｃ内を移動する。

ところで、カム溝１０６ａ〜１０６ｃは、回転軸に向かって斜めに延在する形状を有し、またボルト受け部材側ピン２３、３３および４３のそれぞれは、ボルト受け部材１０９（図１または図３参照）に固定されている。したがって、上述した回転軸側ピン２２、３２および４２それぞれのカム溝１０６ａ〜ｂ内での動きに従って、リンクカム２１、３１および４１のそれぞれは、ボルト受け部材側ピン２３、３３および４３を軸として、カム溝側が首を振るように内側に回動する。図３（Ｂ）には、この様子が示されている。

このリンクカム２１、３１および４１の回動によって、リンクカム２１、３１および４１のそれぞれが、ボルト１１０の軸をその周囲から軸中心の方向に３方から締め付ける力が発生する（図３（Ｃ）参照）。この３つのリンクカムから働く力によって、ボルト１１０の軸は、円板部１０６の回転軸（回転軸１０１の軸中心）に一致するように位置調整が行われる。すなわち、図１の回転軸１０１を回転させることで、開口１１１に遊びがある状態で保持されたボルト１１０のボルト軸合わせ装置１００に対する軸合わせを行うことができる。

この軸合わせが終了したら、図示省略した多関節駆動等により移動するボルト締結手段（ボルトを回し、所定のネジ穴を利用しての締結を行う手段）を軸合わせが行われたボルト１１０の位置に移動させ、そのボルト保持部にボルトの頭を接触させる。この際、ボルト１１０の軸と図示省略したボルト締結手段の軸を正確に合わせることができる。この状態において、図示省略したボルト締結手段を少しボルト１１０の方向に押した状態でボルトを少し回転させると、ボルト締結手段側のボルト保持部（例えば六角の凹型）とボルトの頭（例えば六角形状部分）との位相が合った段階で両者の結合（つまり、ボルト保持部へのボルトの装着）が行われる。

その後、図３（Ｄ）に示すように、回転軸１０１（図１参照）を時計回りに回転させる。すると、図３（Ｃ）の場合と逆の作用により、リンクカム２１、３１および４１からボルトに働く力が緩む。この際もロータリダンパ１１５による抵抗力により、回転軸１０１と一体となった円板部１０６の時計回り方向への回転に伴う外側円筒部材１１２の反時計回り方向に働く反力（時計回り方向に回ろうとする力に抗する力）が発生し、リンクカム２１、３１および４１が図３（Ｃ）の場合と逆の動きをする。つまり、リンクカム２１、３１および４１のカム溝１０６ａ〜ｃ側の端部が、ボルト１１０から離れるように回動する。そして、この回動が終了した時点で図３（Ａ）に示す状態に戻る。

そして、上述した図示省略したボルト締結手段を上方に引き上げることでボルト１１０をボルト軸合わせ装置１００から引き離すことができる。その後、図３（Ａ）の状態に戻り、次のボルトの軸の合わせ作業を行うことができる。以上の動作を繰り返すことで、ボルトの軸位置を合わせ、その後にボルトを締結手段に保持させることができる。

（実施形態の優位性）
上述した構成によれば、予め設定された位置に正確にボルトを位置させることができるので、コンピュータ制御された締結手段によるボルトの保持を確実に行うことができる。また軸合わせの精度は、リンクカムに関係する部材の寸法精度や組み立て精度によって決まるので、高い精度を確保することができる。また、リンクカムの動きによる機械的な位置合わせであるので、長時間の繰り返し作業における不良が発生し難く、また部品点数も少なくシンプルな構造であるので、低コストで装置を得ることができる。また、開口１１１へのボルト１１０の落とし込み位置の精度は、ある程度の幅があるので、複雑な制御が必要とされず、その点で生産ラインの設備コストを抑えることができる。

特にリンクカムを３個配置する構造は、シンプルな構成で軸出しの作用を効果的に得ることができる。また、開口１１１の奧の部分の内径をボルト１１０の軸径よりも少し大きくすることができるので、ボルト１１０の軸径として複数種類のものを用いることができる。例えば、連続したボルトの締め付け工程において、ある箇所は５ｍｍ径のボルト、他の箇所は６ｍｍ径のボルトといった場合を想定する。この場合、開口１１１が６ｍｍ径のボルトに対応したものであり、またすり鉢状に広がった部分の形状および寸法が５ｍｍ径のボルトも保持できる構造とする。そうすれば、ボルト締結手段に供給するボルトが５ｍｍ径であってもあるいは６ｍｍ径であっても、図３（Ａ）〜（Ｄ）で示す軸合わせの機能が働き、軸径に関係なく回転軸１０１（図１参照）の軸線上にボルト１１０の軸を合わせることができる。すなわち、複雑な制御機構を必要とせずに異なる軸径に対応する汎用性を得ることができる。

（実施形態の変形）
上述した例では、開口１１１にボルト１１０を落下させ、そこにボルト１１０を保持させ、その後に軸合わせを行う例を説明したが、ボルト１１０をロボット機構によって、開口１１１に保持させる構成とすることもできる。また、ここでは締結部材としてボルトを利用する場合の例を説明したが、締結部材としては、ビス、タッピングビス等の他のネジ部材、あるいはリベット等を利用することもできる。また、リンクカムの数は、２個あるいは４個以上であってもよい。

２．第２の実施形態
（実施形態の構成）
図１に示すボルト軸合わせ装置１００を生産ライン上で利用される工作機械に適用した場合の一例を説明する。図４は、本発明を利用した工作機械の一例を示す概念図である。図４には、多関節機構を備えたロボットアームを用いて、組み立て途中の製品にボルトを締め付けてゆく機能を有する工作機械を上方から見た概念図が示されている。

図４に示す工作機械は、固定台４０１を備えている。固定台４０１は、図４に示す工作機械が設置されている床面に固定されている。固定台４０１上には、ボルト供給機構４０２Ａが配置されている。ボルト供給機構４０２Ａは、パーツフィーダ４０２、ボルト供給ライン４０３、およびボルトスライド機構４０５を備えている。パーツフィーダ４０２には、ボルト４０４が多数個収納されており、ボルト４０４は、ボルト供給ライン４０３およびボルトスライド機構４０５を介して、プリセットユニット４０６に供給される。すなわち、ボルト供給ライン４０３は、パーツフィーダ４０２から送りだされたボルト４０４を順次ボルトスライド機構４０５に送りだす。ボルトスライド機構４０５は、ボルトを図示省略したスライド機構で一つずつスライドさせ、最終的にその下方に位置するプリセットユニット４０６に所定のタイミングで落下させる。

プリセットユニット４０６は、回転可能な円板形状であり、可動台座４０７上に設置されている。またプリセットユニット４０６は、６個のボルト保持手段４０８を備えている。ボルト保持手段４０８は、漏斗形状を有し、ボルトスライド機構４０５の端部から落下してきたボルトを受け取り、一時的に保持する機能、およびこの保持状態を解除し、ボルトを下方に更に落下させる機能を備えている。

可動台座４０７は、固定台４０１に対して、移動機構４３０により図の上下方向に移動可能とされている。すなわち移動機構４３０は、シリンダ４３２およびピストン４３４を備えている。ピストン４３４は、油圧により駆動されシリンダ４３２に対して、図の上下方向に移動する。

図５は、移動機構４３０の概要を示す側面図である。図５には、図４（Ａ）に示す状態における移動機構４３０の概要が示されている。図５に示すように、シリンダ４３２は、本体端部の固定部４３３が、ピン４３１ａによりブラケット４３１に固定されている。ブラケット４３１は、固定台４０１に固定された固定部材４３６に固定され、ピン４３１ａを貫通させるための孔を備えている。また、ピストン４３４の先端は、固定部材４３５ａおよびｂを介して支持部材４０９ａおよび４０９ｂに固定されている。支持部材４０９ａおよびｂは、コの字形状の枠構造を構成し、その先端部分（図の上方端部の付近）は可動台座４０７の下部を支えている。また、支持部材４０９ａおよびｂは、固定台側支持部材４１５ａおよび４１５ｂに図の上下方向に移動可能な状態で支持されている。この支持構造は、ボールスライド機構によって実現されている。これらの構造により、可動台座４０７は、固定台４０１に対して、図の上下方向に移動可能な状態とされている。

図５に示すように、支持部材４０９ａの下部にレール４３７が固定されている。このレール４３７は、ボールスライド機構により、その延長方向に沿ってスライド可能な状態で固定台側支持部材４１５ａに支持されている。またピストン４３４の先端には、固定部材４３５ａが固定され、固定部材４３５ａには固定部材４３５ｂが固定されている。また、固定部材４３５ｂは支持部材４０９ａおよびｂの内側に固定されている。

図４および図５に示す構成において、シリンダ４３２に対してピストン４３４が出入りすると、可動台座４０７が固定台４０１に対して図４の上下方向に移動する。一例として、図４（Ａ）には、ピストン４３４がシリンダ４３２内に収容され、可動台座４０７が固定台４０１上に位置した状態示されている。また図４（Ｂ）には、図４（Ａ）に示す状態からピストン４３４がシリンダ４３２に対して図の上方向に向かって延び、それに伴って可動台座４０７が後述する移相合わせユニット４２１に重なる位置に移動した状態が示されている。

また、固定台４０１上には、ボルト供給機構４１０Ａが配置されている。ボルト供給機構４１０Ａは、パーツフィーダ４１０、ボルト供給ライン４１１、およびボルトスライド機構４１２を備えている。また、可動台座４０７上にプリセットユニット４１３が配置され、プリセットユニット４１３上に６個のボルト保持手段４１４が配置されている。これらは、上述したボルト供給機構４０２Ａおよびプリセットユニット４０６と同じ構成であるので説明は省略する。

また、可動台座４０７は、軸４０７ａを軸として１８０度回転可能とされている。この機構によれば、例えば、ボルト供給機構４０２Ａから６ｍｍ径のボルトが供給され、ボルト供給機構４１０Ａから５ｍｍ径のボルトが供給されるような場合に、軸４０７ａを軸として可動台座４０７を適宜１８０度回動させて、プリセットユニット４０６および４１３にボルトの供給を行うことで、各プリセットユニットに径の異なるボルトを混ぜて保持させることができる。

また図４に示す工作機械は、ロボット台車４２０を備えている。ロボット台車４２０は、位相合わせユニット４２１と一体化され、レール４２２ａおよび４２２ｂ上を移動可能とされている。ロボット台車４２０上には、ロボット４２３および４２４が配置されている。ロボット４２３および４２４の詳細については後述する。

位相合わせユニット４２１は、可動台座４０７の下方に位置するように両者の位置関係が設定されている。位相合わせユニット４２１には、図１に示す構造を有する６個のボルト軸合わせ装置４２５と６個のボルト取り外し装置４２６とが配置されている。ボルト軸合わせ装置４２５は、図１および図２に示す構造を有し、また図３に示す基本動作を行う。

ボルト取り外し装置４２６は、蝶番形状の２枚の板材の隙間にボルトのネジ山部分を引っ掛けることで、後述するボルトを締め付けるホルダに保持されたボルトを除去することができる。ボルト取り外し装置４２６は、例えば、ボルトの締結に不良等があり、ボルトを締め付けるホルダにボルトが残った場合に、その除去に利用される。

また、位相合わせユニット４２１には、６個のボルト軸合わせ装置４２７と６個のボルト取り外し装置４２８とが配置されている。ボルト軸合わせ装置４２７は、ボルト軸合わせ装置４２５と同じものであり、ボルト取り外し装置４２８は、ボルト取り外し装置４２６と同じものである。

以下、ロボット４２３および４２４の詳細について説明する。図６は、ロボット４２３および４２４の先端（手先の部分）に取り付けられたボルト締め付け装置１の概要を示す斜視図である。図７は、図６に示す構成の一部の概要を示す側面図である。図６に示すボルト締め付け装置１は、多関節機構１０、ソケット切換機構２００、フィード機構３００および締付ナットランナー５００を備えている。なお、多関節機構１０は、図示する以外に複数の関節機構を備えているが、図６ではそれらは記載が省略されている。

多関節機構１０は、ロボットアーム部１１を備え、その先端には取り付けブラケット１２が取り付けられている。多関節機構１０は、図示省略した複数の棒状部材と複数の関節を備えており、ボルト締め付け装置１を目標位置に誘導することができる。取り付けブラケット１２には、ソケット切換機構２００およびフィード機構３００が取り付けられている。

ソケット切換機構２００は、取り付けブラケット１２を介してロボットアーム部１１の先端部分に取り付けられており、ソケット切換用モータ２１０、ソケットフォルダ２２０を備えている。ソケット切換用モータ２１０は、取り付けブラケット１２に固定されており、その回転軸にソケットフォルダ２２０が接続されている。ソケットフォルダ２２０は、略円筒体に形成されており、ソケット切換用モータ２１０によって矢印Ａ方向または矢印Ｂ方向に回転可能とされている。

ソケットフォルダ２２０の円筒体の外側の同一円周上には、６個の締付ソケット２３０および１個のセンシングユニット２４０が等間隔に取り付けられている。締付ソケット２３０は、ソケット２３１を先端に取り付けたソケット軸を２３２備えている。ソケット軸２３２は、締め付けソケット２３０に、その軸方向に移動可能で且つその軸回りに回転可能な状態で保持されている。締め付けソケット２３０は、そのベース部分２３０ａがソケットフォルダ２２０に固定されている。

ソケット軸２３２は、バネ部材により前方に付勢されており、ソケット２３１を適当な部材に押し付けると弾性的にソケット２３１が後退し、同時にこの部材を弾性的に押し付ける力が働くようにされている。すなわち、図７に示すように、ソケット軸２３２は、フローティング機構２３３によって締め付けソケット２３０のベース部分２３０ａに弾性的に支持されている。フローティング機構２３３は、スプリング２３３ａを備えており、ソケット２３１を前方に押し付けるとともに、フィード機構３００に押されることによるねじＳへの過負荷を吸収する。また、ソケット軸２３２に対して回転軸２３７が同軸状に配置されている。回転軸２３７は、図示省略した噛み合わせ構造によりソケット軸２３２に回転力を伝え、またソケット軸２３２に対してその軸方向に移動可能な構造とされている。回転軸２３７は、ボールスプライン２３４ａを備えたソケットフィード機構２３４によって、軸方向に移動可能、且つ回転可能な状態で、ソケットフォルダ２２０に固定されている。またソケット２３１は、ボルトＳ頭の六角部分に対応した六角形の窪みを備え、さらに磁気を帯びている。この六角形の窪みの部分に磁気により鉄成分を含むボルトＳの頭（六角の部分）を吸着させることで、ソケット２３１にボルトＳが保持（装着）される。

また、図７に示すように、締め付けソケット２３０は、ソケットリターン機構２３５を備えている。ソケットリターン機構２３５は、スプリング２３５ａを備えており、ねじＳを締め付けた後、フィード機構３００の作用により締付ナットランナー５００が後退すると、それに伴ってソケット２３１を後退させる。なお、図６では、スプリング２３５ａを省略して図示している。また、回転軸２３７の後端には、ジョイント部２３６が配置されている。ジョイント部２３６は、その先端が４つに分かれ、その分かれた先端は、テーパ形状を有した略凸形状に成形されている。

図６に戻り、センシングユニット２４０は、ＣＣＤカメラであり、その撮像画像が図示省略した画像解析装置によって画像解析されることでボルトＳの取り付け位置が光学的に検出される。フィード機構３００は、取り付けブラケット１２に固定されており、フィード機構３００に取り付けられている締付ナットランナー５００を前方（図１左方向）または後方（図１右方向）に移動させる。この機構により、フィード機構３００は、締付ナットランナー５００を介してソケット２３１を前方に押し出すことができる。

図７に示すように、フィード機構３００は、一対のフィードシリンダー３１０および一対のスライドガイド３２０を備えている。一対のフィードシリンダー３１０の一方は、フィードシリンダー３１０の右側部がねじ締め付け装置１の前方（図１左方向）から見て締付ナットランナー５００の右側の取り付けブラケット１２の側面に固定されている。また、一対のフィードシリンダー３１０の他方は、フィードシリンダー３１０の左側部がねじ締め付け装置１の前方（図１左方向）から見て締付ナットランナー５００の左側の取り付けブラケット１２の側面に固定されている。すなわち、一対の取り付けブラケット１２の対向する側面にそれぞれフィードシリンダー３１０が固定されている。

一対のフィードシリンダー３１０は、それぞれがピストン３１１を備えており、ピストン３１１を前後に移動させることができる。ピストン３１１が前後に移動することにより、フィード機構３００に設けられている締付ナットランナー５００が前後に移動する。

一対のスライドガイド３２０は、一対のフィードシリンダー３１０と同様の位置、すなわち、一対の取り付けブラケット１２の対向する側面にそれぞれスライドガイド３２０が固定されている。一対のスライドガイド３２０は、それぞれのスライドガイド３２０がスライド支柱３２１を備え、開口部３２２（図６参照）を備えている。そして、スライド支柱３２１がスライドガイド３２０の開口部３２２に挿入され前後に摺動することで、フィード機構３００に設けられている締付ナットランナー５００が前後に移動する動作を補助する。

締付ナットランナー５００は、フィード機構３００に取り付けられており、また回転部５１０を備えている。回転部５１０の先端は、ジョイント部２３６と同様にその先端が４つに分かれ、その分かれた先端は、テーパ形状を有した略凸形状に成形されている。ジョイント部２３６と回転部５１０先端の形状は、両者を対向させ互いに押し付けた際、両者が噛み合い結合する形状とされている。

また図７には、ソケット切換用モータ２１０が示されている。ソケット切換用モータ２１０は、ソケット切換用モータ２１０の下面がフィードシリンダー３１０に固定されている。すなわち、ソケット切換用モータ２１０は、フィードシリンダー３１０を介して取り付けブラケット１２に固定されている。ソケット切換用モータ２１０は、サーボモータ２１１および減速機２１２を備えている。減速機２１２の出力軸２１２ａは、ソケットフォルダ２２０の回転中心部分に接続されている。サーボモータ２１１は、図示省略したサーボ機構の制御信号に従って動力を発生し、減速機２１１を介してソケットフォルダ２２０を右回りまたは左回りに回転させる。

図６に示す状態において、センシングユニット２４０の光軸と回転部５１０の回転軸とは一致している。図６に示す状態からソケットフォルダ２２０が回転し、任意のソケットフォルダ２３０のソケット軸２３２と回転部５１０の回転軸とを一致させた状態において、フィード機構３００の作用により回転部５１０を前進させると、回転部５１０の先端が、締め付けソケット２３０のジョイント部２３６に結合する。この状態において、回転部５１０を回転させるとボルトＳが回転する。締付ナットランナー５００は、ボルトＳを締め付けているときに、締付トルクが所定の値以上になると、回転部５１０の回転を止める構成とされ、また締付トルクが所定の値以上にならず一定の時間が経過すると、ボルトＳの締め付け動作を終了する設定とされている。

（実施形態の動作）
以下、図４に示す工作機械の動作の一例を説明する。図４には、図示省略した生産ライン上を製品（例えば自動車）が図の右から左の方向に動き、その過程において、ロボット４２３と４２４が、製品にボルトを取り付けていく状態の例が示されている。この例では、ロボット４２３と４２４は、それぞれ６個のボルトを取り付けることができるので、計１２個のボルトを製品に取り付けることができる。

ここで、図４（Ａ）には、図示省略した製品へのボルトの取り付けが終わり、ロボット４２３と４２４が、レール４２２ａおよび４２２ｂ上を右方向に戻る直前の状態が示されている。この段階に至る過程（つまり、前段階のボルトの取り付けが行われている間）において、パーツフィーダ４０２からボルト供給ライン４０４、ボルトスライド機構４０５を介して、ボルト保持手段４０８にボルトが供給される。この際、プリセットユニット４０６は、ボルトスライド機構４０５からのボルトの供給タイミングに合わせて間欠的に回転し、６個のボルト保持手段４０８に順次、ボルトの保持が行われる。この動作は、プリセットユニット４１３側においても同時に行われる。

ボルト保持手段４０８および４１４の全てにボルトを保持させたら、可動台座４０７を図の上方に移動させる。また、そのタイミングでロボット台車および位相合わせユニット４２１を図４（Ｂ）の位置に移動させる。そして、可動台座４０７と位相合わせユニット４２１との相対位置を調整し、ボルト保持手段４０８とボルト軸合わせ装置４２５との位置、および、ボルト保持手段４１４とボルト軸合わせ装置４２７との位置を合わせる。図４（Ｂ）には、この状態が示されている。

次にボルト保持手段４０８およびボルト保持手段４１４のボルトを保持する機構を解除し、ボルトを下に落下させる。この結果、プリセットユニット４０６およびプリセットユニット４１３に保持されていた各６個のボルトは、その下方にある６個のボルト軸合わせ装置４２５および６個のボルト軸合わせ装置４２７に向けて落下する。その後、ボルト軸合わせ装置４２５および４２７におけるボルト軸の軸合わせ調整が、図３を用いて説明した仕組みによって行われる。すなわち、各軸合わせ装置における円板部１０６（図１または図３参照）を図３（Ｃ）に示す状態で回転させることで各ボルトの軸位置の調整が行われる。この際、計１２個のボルトの軸位置を合わせる作業は、同時に行われる。

ボルト軸合わせ装置４２５および４２７に対するボルトの軸位置を合わせる作業が終了したら、ロボット４２３および４２４の先端部分に取り付けられたボルト締め付け装置１（図６参照）を位相合わせユニット４２１に近接させ、さらに予め設定しておいた位置調整を行うことで、図６に示す各締付ソケット２３０先端のソケット２３１を、ボルト軸合わせ装置４２５および４２７のそれぞれに近接させる。この際、位相合わせユニット４２１における各ボルトの軸の位置は、正確に定まっているので、位相合わせユニット４２１に対して相対的に固定されているロボット４２３および４２４は、ソケット２３１を正確にボルトの頭の位置に合わせることができる。

そして、図３（Ｃ）に示す円板部１０６（図１または図３参照）の回転状態を続行させた状態において、図６に示すソケット２３１を、ボルト軸合わせ装置４２５および４２７上のボルトの頭に軽く接触させる。すると、適当な回転角度位置においてボルトの頭の六角部分とソケット２３１の六角形状の凹部との位相が合う。ソケット２３１は弾性的にボルトを押しているので、この段階でソケット２３１にボルトが嵌合し、ソケット２３１内にボルトの頭が保持される。ソケット２３１は、磁気を帯びているので、その磁気力によってボルトがソケット２３１吸着され、保持された状態が維持される。このソケット２３１へのボルトの保持は、１２個のボルト全てに対して同時に行われる。

次に図３（Ｄ）に示す仕組みにより、ボルト軸合わせ装置４２５および４２７のボルト保持機能を解除し、図６に示すボルト締め付け装置１を位相合わせユニット４２１から離す。そして、２台のロボット４２３および４２４を用いてのボルト締め付け装置１による図示省略した製品へのボルトの締め付けが行われる。

以下、図６に示すボルト締め付け装置１によるボルトの締め付け手順の一例を説明する。ここでは、６個のボルトを順次組み付けて行く例を説明する。まず、上述した工程を行って、ボルト締め付け装置１の全てのソケット２３１にボルトＳを保持させる。次に多関節機構１０を動かし、ボルト締め付け装置１を最初のボルト締め付け位置に移動させる。そして、締付ナットランナー５００の軸線上（回転部５１０の軸線上）にセンシングユニット２４０の光軸を一致させた状態（図６の状態）で、センシングユニット２４０による画像の撮像を行う。そしてこの撮像画像を画像解析することで、ボルト穴（ボルトを装着する穴）の位置の正確な座標を取得し、締付ナットランナー５００の軸線上にボルト穴がくるように微調整を行う。この微調整は、多関節機構１０を動かすことで行われる。

次にソケットフォルダ２２０を回転させ、締付ナットランナー５００の軸線上に一つめの締め付けソケット２３０を位置させる。つまり、一つめのソケット２３０の軸と締付ナットランナー５００の軸（回転部５１０の軸）とが一致する位置にソケットフォルダを回転させる。次いでフィード機構３００の作用により回転部５１０を前進させ、ジョイント部２３６に回転部５１０を結合し、さらにソケット２３１をボルト穴に前進させる。そして、回転部５１０を回転させ、ボルト穴へのボルトＳの螺合を行い、ボルトＳの装着を行う。所定のトルクが検出された段階で回転部５１０を停止させ、回転部５１０を後退させる。すると、図７に示すソケットリターン機構２３５の作用によりソケット２３１が後退する。この際、磁力によって保持されたボルトＳがソケット２３１から外れる。

こうして一つめのボルトの締め付けが行われる。次に再度多関節機構１０を動かし、ボルト締め付け装置１を次のボルト締め付け位置に移動させる。そして、ソケットフォルダ２２０を回転させ、締付ナットランナー５００の軸線上（回転部５１０の軸線上）にセンシングユニット２４０の光軸を一致させ、再度センシングを行う。以下、同じ動作を繰り返し、２つめ以降のボルトＳの締め付けを順次行う。なお、図４に示す装置では、ロボットが２つあるので、２つのロボットが同時に動き、ボルトの締め付けが２本ずつ行われる。また、このボルトの締め付け工程において、図示省略したワーク（組み立て途中の製品）は、図の右から左方向に移動し、その動きに対応して、ロボット台車４２０も図の右から左に移動する。こうして図４（Ａ）に示す状態に戻り、上述したのと同様な工程を再度実行することで、次のワークに対するボルトの組み付けが行われる。

上述したボルトの締め付けにおいて、規定のトルクが検出できなかった場合、締め付け不良と判定される。この場合、６本のソケット２３１（図６参照）全てにおける締め付け動作の終了後に多関節機構１０を動かし、ボルト締め付け装置１を位相合わせユニット４２１に移動させる。そして、各ソケット２３１の位置をボルト取り外し装置４２６（あるいは４２８）の位置に合わせた状態とし、各ソケット２３１の先端をボルト取り外し装置４２６（あるいは４２８）に近接させる。仮に、ソケット２３１にボルトが残っていれば、ボルト取り外し装置４２６（あるいは４２８）に残留ボルトのネジ山部分が引っ掛かり、当該ボルトのソケット２３１からの取り外しが行われる。この後、図４（Ａ）に示す状態に戻り、次のワークに対する作業が行われる。

なお、ここでは、一つのロボットで６個のボルトを取り付ける例を示したが、取り付けるボルトの数は、５個以下であってもよい。また、複数のボルトの中に径の異なるものが含まれていても良い。また、ロボットが２台同時に動く場合を説明したが、ロボットの台数は１台でもよく、また３台以上であってよい。また、以上の例示では、円板部１０６を回転させ、ボルト受け部材１０９側が制動される構成を説明したが、円板部１０６を制動させ、ボルト受け部材１０９側を回転させる構成としてもよい。また、回転に対する反力（制動力）を発生する手段は、オイルダンパ１１５に限定されず、単なる重り、逆方向への回転力を発生するサーボモータ、適当な摩擦手段、バネ等の付勢手段等であってもよい。また、取り付ける部材として締結部材（この例ではボルト）の例を説明したが、締結部材以外に各種の部品（例えば電子部品等）を利用することもできる。また、ロボットとして多関節機構のものを例示したが、ボルト締め付け装置（締結手段）がＸ―Ｙ平面上を移動し、ボルトの締め付けを行う構成等に本発明を適用することもできる。

本発明は、ボルト、ネジ等の締結部材の締結を行うために締結手段に締結部材を供給する機構に利用することができる。

発明を利用したボルトの軸合わせ装置の概要を示す断面図である。 発明を利用したボルトの軸合わせ装置の一部分の概要を示す斜視分解図である。 発明を利用したボルトの軸合わせ装置の動作状態を示す概念図である。 発明を利用した工作機械の一例を示す概念図である。 図４に示す構成の一部を示す側面図である。 図４に示す工作機械におけるボルト締め付け装置の概要を示す斜視図である。 図６に示すボルト締め付け装置の機構の一部を示す側面図である。

符号の説明

１００…ボルト軸合わせ装置、１０１…回転軸、１０２…軸支持部、１０３…プーリ、１０６…円板部、１０６ａ〜１０６ｃ…カム溝、１０９ａ〜１０９ｃ…ピン穴、１０９…ボルト受け部材、１１０…ボルト、１１１…開口、１１２…外側円筒部材、１１３…円板ギア、１１４…円板ギア、１１５…ロータリダンパ、２１…リンクカム、２１ａ…ピン穴、２１ｂ…ピン穴、２２…回転軸側ピン（回動ピン）、２３…ボルト受け部材側ピン、３１…リンクカム、３２…回転軸側ピン（回動ピン）、３３…ボルト受け部材側ピン、４１…リンクカム、４２…回転軸側ピン（回動ピン）、４３…ボルト受け部材側ピン。

Claims (4)

1. 所定の軸と、
   前記所定の軸の位置に取り付け部材を受ける開口が形成され、前記所定の軸回りに回転可能な受け部材と、
   前記所定の軸の回りを回転可能な回転部材と、
   前記受け部材と前記回転部材との間に配置された複数のリンクカムと、
   前記回転部材に設けられ、前記複数のリンクカムのそれぞれに対応した複数のカム溝と、
   前記リンクカムのそれぞれに固定され、前記複数のカム溝のそれぞれにおいて、その溝内を移動する複数の回動ピンと、
   前記リンクカムを前記受け部材に対して回動可能な状態で固定する受け部材側ピンと、
   前記受け部材の回転を制動する制動手段と、
   前記回転部材を回転させる回転手段と
   を備え、
   前記所定の軸の回りにおいて、前記受け部材を前記回転部材に対して相対的に回転させることで、前記複数の回動ピンのそれぞれが、前記複数のカム溝のそれぞれの溝内を移動し、前記複数のリンクカムにより前記開口内に位置する前記取り付け部材が挟まれることを特徴とする取り付け部材の位置合わせ装置。
2. 前記取り付け部材がネジ部材であることを特徴とする請求項１に記載の取り付け部材の位置合わせ装置。
3. 前記複数のリンクカムの個数は、３個であり、
   前記３個のリンクカムが前記ネジ部材に対して３方向から回動して近付くことで、前記ネジ部材の軸を前記所定の軸に一致させることを特徴とする請求項２に記載の取り付け部材の位置合わせ装置。
4. 前記開口は、外側に向かって径が拡がる拡径構造を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の取り付け部材の位置合わせ装置。

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