JP4787311B2 - 締付装置 - Google Patents

Description

本発明は、締付装置に関する。詳しくは、ワークの所定箇所にねじやボルトを締め付ける締付装置に関する。

従来より、自動車の製造工程では、締付装置を用いて、部品をねじやボルトでワークに複数箇所で固定することが行われている。例えば、この締付装置は、ロボットアームと、このロボットアームの先端に設けられたナットランナと、を備える（特許文献１参照）。そして、ナットランナのソケットでボルトを保持しておき、部品がワークに仮固定された状態で搬送されると、ロボットアームを制御して、このナットランナに保持されたボルトをワークの所定箇所に差し込む。その後、ソケットを回転させて、ボルトを締め付ける（特許文献１参照）。

ところで、近年、１つのラインで複数種類の車種を製造しており、そのため、１台の締付装置で複数種類のボルトを締め付けることが要請されている。そこで、以下のような締付装置が提案されている（特許文献１参照）。

すなわち、特許文献１の締付装置は、ソケットが装着された平板状のパレットと、このパレットの下方に配置されたナットランナと、を備える。ソケットには、ボルトが保持されている。この締付装置によれば、まず、ナットランナの回転軸を上昇させてソケットに嵌合させて、回転軸の先端にソケットを装着する。次に、ナットランナを移動して、ナットランナ先端に装着されたソケットを少量上昇させた後、水平方向に移動することで、このソケットをパレットから取り外す。その後、再びナットランナを上昇させて、ワークの所定の位置にソケットを接近させて、ボルトを締め付ける。
特開平７−６０５６７号公報

しかしながら、特許文献１に示された構成では、ソケットを上昇させるだけではパレットから取り外すことができず、一旦、水平方向に移動させなければならない。このようにソケットの移動方向を変更すると、ボルトの締付けに時間がかかる、という問題があった。

本発明は、締付部材の締め付けに要する時間を短縮できる締付装置を提供することを目的とする。

本発明の締付装置（例えば、後述の締付装置１）は、ソケット（例えば、後述のソケット４１）を回転駆動する回転駆動部（例えば、後述の回転駆動部４０）と、前記ソケットを回転軸に沿って進退させる進退駆動部（例えば、後述の進退駆動部５０）と、締付部材（例えば、後述のボルトＢ）を保持するヘッド（例えば、後述のヘッド２０）を複数保持するマガジン（例えば、後述のマガジン１０）と、前記マガジンを移動して、前記複数のヘッドのうちの１つを選択的に前記ソケットの前方かつ回転軸上に位置させる切替部（例えば、後述の切替部３０）と、を備え、前記複数のヘッドは、前記ソケットの前進方向に移動すると前記マガジンから脱離するように前記マガジンに保持され、前記切替部により前記複数のヘッドのうちの１つを選択して前記ソケットの回転軸上に位置させて、次に、前記進退駆動部により前記ソケットを前進させて、当該ソケットで前記選択したヘッドを保持し、次に、前記進退駆動部によりさらに前記ソケットを前進させて、前記ヘッドを前記マガジンから脱離させ、次に、前記回転駆動部を駆動して前記ヘッドを回転させることで、前記ヘッドに保持された締付部材を締め付けることを特徴とする。

この場合、前記マガジンには、貫通孔（例えば、後述のヘッド収納部１１１）が形成され、前記複数のヘッドは、それぞれ、前記貫通孔に収納され、前記ソケットが前進して前記貫通孔を貫通すると、前記ヘッドは、前記ソケットに保持されて、前記マガジンから脱離し、前記ヘッドが前記マガジンから脱離した状態から、前記ソケットが後退して前記貫通孔から引き抜かれると、前記ヘッドは、前記マガジンに再び保持されて前記ソケットから脱離することが好ましい。

この発明によれば、進退駆動部によりソケットを前進させるだけで、ソケットでヘッドを保持し、その後、ヘッドをマガジンから脱離させることができる。したがって、従来のように、ヘッドの移動方向を変更する必要がなくなるので、締付部材の締め付けに要する時間を短縮できる。
また、複数のヘッドをマガジンに保持させ、切替部により、このマガジンを移動して、複数のヘッドのうちの１つを選択的にソケットの前方かつ回転軸上に位置させるようにした。よって、各ヘッドに異なる種類の締付部材を保持させておき、切替部を駆動してこれらヘッドのうちの１つを適宜選択することで、複数種類の締付部材の中から所望のボルトを締め付けできる。

この場合、前記ソケットが後退して前記貫通孔から引き抜かれる場合、前記マガジンが前記ヘッドを保持する力は、前記ソケットが前記ヘッドを保持する力よりも大きいことが好ましい。

この発明によれば、マガジンがヘッドを保持する力を、ソケットがヘッドを保持する力よりも大きく設定したので、ソケットを後退させて貫通孔から引き抜く際に、容易に、ヘッドをマガジンに保持させつつソケットから脱離させることができる。

この場合、前記マガジンが前記ヘッドを保持する機構、および、前記ソケットが前記ヘッドを保持する機構は、プランジャ（例えば、後述のプランジャ１１２、２１１）と当該プランジャが係合する凹部（例えば、後述の凹部２２１、４１２）とで構成され、これら２つの保持力は、前記凹部の前記プランジャが係合する壁面（垂直面２２２、テーパ面２２３、垂直面４１４、テーパ面４１３）の角度によって調整されることが好ましい。

この発明によれば、マガジンがヘッドを保持する機構、および、ソケットがヘッドを保持する機構を、プランジャとこのプランジャが係合する凹部とで構成した。よって、簡易な構成で、マガジンがヘッドを保持する機構、および、ソケットがヘッドを保持する機構を実現できる。

本発明によれば、進退駆動部によりソケットを前進させるだけで、ソケットでヘッドを保持し、その後、ヘッドをマガジンから脱離させることができる。したがって、従来のように、ヘッドの移動方向を変更する必要がなくなるので、ボルトの締め付けに要する時間を短縮できる。また、複数のヘッドをマガジンに保持させ、切替部により、このマガジンを移動して、複数のヘッドのうちの１つを選択的にソケットの前方かつ回転軸上に位置させるようにした。よって、各ヘッドに異なる種類の締付部材を保持させておき、切替部を駆動してこれらヘッドのうちの１つを適宜選択することで、複数種類の締付部材の中から所望のボルトを締め付けできる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る締付装置１の概略を示す斜視図である。図２は、締付装置１の断面図である。
締付装置１は、締付部材としてのボルトＢを締め付ける装置であり、ロボットアーム２の先端に設けられている。
この締付装置１は、ソケット４１を回転駆動する回転駆動部４０と、回転駆動部４０のソケット４１を回転軸に沿って進退させる進退駆動部５０と、８個のヘッド２０を保持するマガジン１０と、このマガジン１０を回転させてヘッド２０のうちの１つを選択的にソケット４１の前方かつ回転軸上に位置させる切替部３０と、を備えている。

ロボットアーム２は、制御装置６０により制御され、締付装置１の３次元空間上の位置や姿勢を変更するものである。

図３は、マガジン１０の正面図である。
マガジン１０は、図３にも示すように、円盤形状の基部１１と、この基部１１の背面側の中央に設けられた着脱部１２と、基部１１の外周面に沿って配置された上述の８個のヘッド２０と、を備える。
基部１１には、８個の貫通孔が外周に沿って所定間隔置きに形成されており、これら貫通孔は、それぞれ、ヘッド収納部１１１となっている。

各ヘッド２０は、ソケット４１の前進方向に移動するとマガジン１０から脱離するように、ヘッド収納部１１１に収納されて保持されている。これらヘッド２０には、ボルトＢが保持される（図４参照）。
着脱部１２は、いわゆるオートツールチェンジャである。

切替部３０は、回転駆動するマガジン駆動部３１と、このマガジン駆動部３１の回転軸の先端に設けられた着脱部３２と、ロボットアーム２の先端フランジ面に取り付けられてマガジン駆動部３１を支持する取付ブラケット３３と、を備えている。

着脱部３２は、いわゆるオートツールチェンジャであり、マガジン１０の着脱部１２が着脱される。
マガジン駆動部３１は、制御装置６０により駆動される。マガジン１０の着脱部１２を切替部３０の着脱部３２に装着して、マガジン駆動部３１を駆動することにより、マガジン１０が中心を回転軸Ｙとして回転し、ヘッド２０を移動させる。

回転駆動部４０は、ソケット４１と、ソケット４１の中心軸に連結された棒状の軸部４２と、軸部４２を回転させる駆動部４３と、を備える。
駆動部４３とソケット４１との間には、ソケット４１をフローティングさせるためのスプリング４４が介装されている。
この回転駆動部４０の回転軸Ｘは、マガジン１０の回転軸Ｙに略平行となっている。

進退駆動部５０は、切替部３０の取付ブラケット３３に設けられ、制御装置６０により制御されて、回転駆動部４０を回転軸Ｘに沿って前進あるいは後退させる。
この進退駆動部５０は、シリンダ機構５１と、一対のスライドガイド５２と、を備える。

一対のスライドガイド５２は、回転駆動部４０に取り付けられたスライドビーム５２１と、取付ブラケット３３に設けられてスライドビーム５２１が挿通されるスライドガイド５２２と、を備える。これら一対のスライドガイド５２は、スライドビーム５２１がスライドガイド５２２内を摺動することで、回転駆動部４０を案内する。

シリンダ機構５１は、回転駆動部４０に取り付けられたピストンロッド５１１と、このピストンロッド５１１を進退させるシリンダ５１２と、を備える。シリンダ機構５１を駆動することにより、回転駆動部４０が進退する。

図４は、マガジン１０のヘッド２０が収納される部分の拡大平面図であり、図５は、マガジン１０のヘッド２０が収納される部分の拡大断面図である。この図５は、マガジン１０のヘッド収納部１１１にソケット４１が挿入された状態を示す。
マガジン１０のヘッド収納部１１１の内周面のうち正面側の３箇所には、突没可能なボール１１３を有するプランジャ１１２が設けられている。ボール１１３は、図示しないばねにより、ヘッド収納部１１１の内周面から突出する方向に付勢されている。
ヘッド収納部１１１の内周面のうちマガジン１０の背面側の位置には、ピン１１４が突出している。

ヘッド２０は、円柱形状のヘッド本体２１と、このヘッド本体２１の先端側に形成されてヘッド本体２１よりも大きな外径を有する円盤状の鍔部２２と、を備える。
ヘッド２０の先端面には、六画形状の凹部が形成されており、この凹部は、ボルトＢの頭部が嵌合するボルト保持部２３となっている。このボルト保持部２３の底面には、磁石２４が取り付けられており、この磁石２４の磁力により、ボルトＢを保持する。

鍔部２２の外周面の３箇所には、上述のプランジャ１１２のボール１１３が係合する凹部２２１が形成されている。
この凹部２２１のヘッド２０の先端側の壁面は、ヘッド２０の軸方向に略垂直な垂直面２２２であり、凹部２２１のヘッド２０の基端側の壁面は、ヘッド２０の軸方向に対して傾斜したテーパ面２２３である。

ヘッド本体２１の外周面の３箇所には、突没可能なボール２１２を有するプランジャ２１１が設けられている。ボール２１２は、図示しないばねにより、ヘッド本体２１の外周面から突出する方向に付勢されている。

回転駆動部４０のソケット４１の先端面には、凹部が形成されており、この凹部は、ヘッド２０のヘッド本体２１が嵌合して保持されるヘッド保持部４１１となっている。
このヘッド保持部４１１の内周面には、上述のプランジャ２１１のボール２１２が係合する凹部４１２が形成されている。
この凹部４１２のソケット４１の先端側の壁面は、ソケット４１の軸方向に対して傾斜したテーパ面４１３であり、凹部４１２のソケット４１の基端側の壁面は、ソケット４１の軸方向に略垂直な垂直面４１４である。
また、ソケット４１の外周面には、マガジン１０のピン１１４が嵌合するキー溝４１５がソケット４１の回転軸に沿って形成されている。

次に、上述の締付装置１の動作について説明する。
初期設定として、マガジン１０の全てのヘッド２０には、ボルトＢが装着されているものとする。
まず、制御装置によりロボットアーム２を制御して、障害物を避けて、締付装置１の回転軸Ｘ上に第１の取付位置が位置するように移動する。
また、切替部３０を駆動してマガジン１０を回転させ、複数のヘッド２０のうちの１つを選択的にソケット４１の回転軸上に位置させておく。

次に、図６に示すように、進退駆動部５０を駆動して、ソケット４１をマガジン１０のヘッド収納部１１１に接近させる。
そして、図７に示すように、マガジン１０のヘッド収納部１１１のピン１１４にソケット４１のキー溝４１５を嵌合させながら、ソケット４１をヘッド収納部１１１に挿入する。すると、ヘッド２０のプランジャ２１１がソケット４１の凹部４１２に係合して、ソケット４１がヘッド２０を保持する。

さらに、図８に示すように、進退駆動部５０を駆動して、ソケット４１を前進させて、このソケット４１をヘッド収納部１１１に貫通させる。

このとき、ヘッド２０のプランジャ２１１は、ソケット４１の凹部４１２の垂直面４１４に係合し、マガジン１０のプランジャ１１２は、ヘッド２０の凹部２２１のテーパ面２２３に係合している。よって、ソケット４１によりヘッド２０を押圧して移動させる力の方が、マガジン１０によりヘッド２０の移動を抑制する力よりも大きくなる。したがって、マガジン１０によるヘッド２０の保持が解除されて、ヘッド２０がソケット４１とともに移動することになる。

よって、ヘッド２０の凹部２２１とマガジン１０のプランジャ１１２との係合が解除されて、ヘッド２０は、マガジン１０から脱離して、ソケット４１とともにマガジン１０の正面側に移動する。

その後、回転駆動部４０の駆動部４３を駆動して、ヘッド２０を回転させ、ボルトＢを第１の取付位置に締め付ける。

ボルトＢの締め付け完了後、回転駆動部４０の駆動部４３の駆動を停止して、進退駆動部５０を駆動して、今度はソケット４１を後退させる。すると、図９に示すように、ソケット４１とともにヘッド２０が後退し、ヘッド２０の凹部２２１とマガジン１０のプランジャ１１２とが係合し、ヘッド２０がマガジン１０に再び保持される。

さらに、図１０に示すように、進退駆動部５０を駆動して、ソケット４１を後退させて、このソケット４１をヘッド収納部１１１から引き抜く。

このとき、ヘッド２０のプランジャ２１１は、ソケット４１の凹部４１２の垂直面４１４に係合し、マガジン１０のプランジャ１１２は、ヘッド２０の凹部２２１の垂直面２２２に係合している。よって、マガジン１０がヘッド２０を保持する力の方が、ソケット４１がヘッド２０を保持する力よりも大きくなる。したがって、マガジン１０によりヘッド２０が保持されて、ヘッド２０がソケット４１から脱離する。

よって、ヘッド２０のプランジャ２１１とソケット４１の凹部４１２との係合が解除されて、ヘッド２０がソケット４１から脱離し、ソケット４１のみが後退する。

その後、制御装置６０により、ロボットアーム２を制御して、障害物を避けて、締付装置１を、ボルトＢの第２の取り付け位置付近まで移動し、上述の動作と同じ動作を繰り返す。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）進退駆動部５０によりソケット４１を前進させるだけで、ソケット４１でヘッド２０を保持し、その後、ヘッド２０をマガジン１０から脱離させることができる。したがって、従来のように、ヘッドの移動方向を変更する必要がなくなるので、ボルトＢの締め付けに要する時間を短縮できる。
また、複数のヘッド２０をマガジン１０に保持させ、切替部３０により、このマガジン１０を回転させて、複数のヘッド２０のうちの１つを選択的にソケット４１の前方かつ回転軸上に位置させるようにした。よって、各ヘッド２０に異なる種類のボルトＢを保持させておき、切替部３０を駆動してこれらヘッド２０のうちの１つを適宜選択することで、複数種類のボルトＢの中から所望のボルトＢを締め付けできる。

（２）マガジン１０がヘッド２０を保持する力を、ソケット４１がヘッド２０を保持する力よりも大きく設定したので、ソケット４１を後退させてヘッド収納部１１１から引き抜く際に、容易に、ヘッド２０をマガジン１０に保持させつつソケット４１から脱離させることができる。

（３）マガジン１０がヘッド２０を保持する機構、および、ソケット４１がヘッド２０を保持する機構を、プランジャ１１２、２１１と、このプランジャ１１２、２１１が係合する凹部２２１、４１２とで構成した。よって、簡易な構成で、マガジン１０がヘッド２０を保持する機構、および、ソケット４１がヘッド２０を保持する機構を実現できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、本実施形態では、ヘッド２０を、ボルトＢを保持する構造としたが、これに限らず、図１１に示すように、ヘッド２０Ａを、ねじを保持する構造としてもよい。すなわち、ヘッド２０Ａの先端面には、略十字形状の突出部が形成されており、この突出部は、ねじの頭部が嵌合するねじ保持部２５となっている。また、このねじ保持部２５の周囲には、磁石２６が取り付けられており、この磁石２６の磁力により、ねじを保持する。

本発明の一実施形態に係る締付装置を示す斜視図である。 前記実施形態に係る締付装置の断面図である。 前記実施形態に係る締付装置のマガジンの正面図である。 前記実施形態に係るマガジンのヘッドが収納される部分の拡大平面図である。 前記実施形態に係るマガジンのヘッドが収納される部分の拡大断面図である。 前記実施形態に係る締付装置の動作を説明するための図（その１）である。 前記実施形態に係る締付装置の動作を説明するための図（その２）である。 前記実施形態に係る締付装置の動作を説明するための図（その３）である。 前記実施形態に係る締付装置の動作を説明するための図（その４）である。 前記実施形態に係る締付装置の動作を説明するための図（その５）である。 本発明の変形例に係るヘッドの断面図および正面図である。

符号の説明

Ｂ ボルト（締付部材）
１ 締付装置
１０ マガジン
２０ ヘッド
３０ 切替部
４０ 回転駆動部
４１ ソケット
５０ 進退駆動部
１１１ ヘッド収納部（貫通孔）
１１２ プランジャ
２１１ プランジャ
２２１ 凹部
２２２ 垂直面（壁面）
２２３ テーパ面（壁面）
４１２ 凹部
４１３ テーパ面（壁面）
４１４ 垂直面（壁面）

Claims (4)

1. ソケットを回転駆動する回転駆動部と、
   前記ソケットを回転軸に沿って進退させる進退駆動部と、
   締付部材を保持するヘッドを複数保持するマガジンと、
   前記マガジンを移動して、前記複数のヘッドのうちの１つを選択的に前記ソケットの前方かつ回転軸上に位置させる切替部と、を備え、
   前記複数のヘッドは、前記ソケットの前進方向に移動すると前記マガジンから脱離するように前記マガジンに保持され、
   前記切替部により前記複数のヘッドのうちの１つを選択して前記ソケットの回転軸上に位置させて、次に、前記進退駆動部により前記ソケットを前進させて、当該ソケットで前記選択したヘッドを保持し、次に、前記進退駆動部によりさらに前記ソケットを前進させて、前記ヘッドを前記マガジンから脱離させ、次に、前記回転駆動部を駆動して前記ヘッドを回転させることで、前記ヘッドに保持された締付部材を締め付けることを特徴とする締付装置。
2. 請求項１に記載の締付装置において、
   前記マガジンには、貫通孔が形成され、
   前記複数のヘッドは、それぞれ、前記貫通孔に収納され、
   前記ソケットが前進して前記貫通孔を貫通すると、前記ヘッドは、前記ソケットに保持されて、前記マガジンから脱離し、
   前記ヘッドが前記マガジンから脱離した状態から、前記ソケットが後退して前記貫通孔から引き抜かれると、前記ヘッドは、前記マガジンに再び保持されて前記ソケットから脱離することを特徴とする締付装置。
3. 請求項２に記載の締付装置において、
   前記ソケットが後退して前記貫通孔から引き抜かれる場合、前記マガジンが前記ヘッドを保持する力は、前記ソケットが前記ヘッドを保持する力よりも大きいことを特徴とする締付装置。
4. 請求項３に記載の締付装置において、
   前記マガジンが前記ヘッドを保持する機構、および、前記ソケットが前記ヘッドを保持する機構は、プランジャと当該プランジャが係合する凹部とで構成され、
   これら２つの保持力は、前記凹部の前記プランジャが係合する壁面の角度によって調整されることを特徴とする締付装置。
   
   

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