JP4903369B2 - ねじ締め付け装置 - Google Patents

Description

本発明は、ねじ締め付け装置に係り、特に、ボルトやナットの締め付けトルクを検出するトルクセンサを備えたねじ締め付け装置に関する。

周知のように、ナットランナを使用したねじ締め付け装置は、駆動モータの回転による駆動力（回転トルク）を、例えばワークを締結するためのボルトの頭部やナットに嵌合可能なソケットに伝達することにより、ボルト等によるワークの締結作業を自動的に行なうものである。

この種のねじ締め付け装置の具体例として、例えば下記の特許文献１によれば、ボルト等の締め付けトルクを検出するトルクセンサを備えたねじ締め付け装置の構成が開示されている。即ち、同公報に開示のねじ締め付け装置は、図３に示すように、駆動モータ２０ａを有するナットランナ本体２０の先端から延出された出力軸２０ｃの先端側に、ワークＷの締結に供するボルトＢの頭部に嵌脱可能なソケット４０を一体回転可能に結合し、このソケット４０がボルトＢの頭部に嵌合した状態で駆動モータ２０ａが回転する際のボルトＢの締め付けトルクをトルクセンサ６０により検出し、この検出値に基づいて駆動モータ２０ａの回転を制御するように構成されている。

詳述すると、トルクセンサ６０の検出値を示す検出信号ａ１は、制御手段７０に入力されると共に、制御手段７０は、この検出信号ａ１に基づいて駆動モータ２０ａの回転数可変やその停止を指令するための指令信号ｂ１を駆動モータ２０ａに送出する。そして、制御手段７０は、ワークＷのボルトＢに対する締め付けトルクが予め設定されている目標値となった時点で、駆動モータ２０ａの回転を停止させ、これによりボルトＢに対する締め付け作業が完了する。

この場合、ナットランナ本体２０には、駆動モータ２０ａの先端側に減速機２０ｂが配設され、更にその先端側にトルクセンサ６０が配設されている。即ち、従来においては、同文献のみならず、下記の特許文献２〜４などにも開示されているように、駆動モータ２０ａ等を有するナットランナ本体２０にトルクセンサ６０が配設または取り付けられていた。

また、下記の特許文献５には、多軸型のねじ締め付け装置の構成が開示されている。この多軸型ねじ締め付け装置は、基本的には、図４に示すように、ボックス９０の上面壁部９０ａに、複数のナットランナ本体２０を立設固定すると共に、ボックス９０の下面壁部９０ｂに、複数のソケット４０を回転自在に保持し、且つボックス９０の内部空間Ｒ１に、各ナットランナ本体２０から下方に延出された出力軸２０ｃと各ソケット４０とをそれぞれ連結する複数本の自在継手５０を収納したものである。そして、この場合にも、トルクセンサ６０は、各ナットランナ本体２０に、駆動モータ２０ａ及び減速機２０ｂと共にその先端側に隣接して配設または取り付けられている。

特開２０００−３２６２５０号公報 特開平１１−３４７８５６号公報 特開２０００−１４１２４１号公報 特開２００３−３２６４２５号公報 特開２００２−２３９８５３号公報

ところで、上記従来のように、ナットランナ本体にトルクセンサを配設していたのでは、ナットランナ本体の先端から延出されてソケットに至る回転トルク伝達軸が長尺である場合や、その回転トルク伝達軸の途中に連結部或いはジョイント等が存在している場合に、トルクセンサにより検出されたトルクと、実際にソケットからボルトに作用している締め付けトルクとの間に差が生じるという事態が起こり得る。

このような両トルクの差は、回転トルク伝達軸に捩れが生じたり、或いは回転トルク伝達軸の途中の連結部やジョイントに、ガタツキまたは変形或いは不当な揺動が生じること等に由来すると考え得るものであって、上記例示した多軸型ねじ締め付け装置では、回転トルク伝達軸に自在継手が介設されていることから、両トルクの差は顕著になると解することができる。

そして、このような事態が発生した場合には、各ボルトやナットの締め付けにバラツキが生じることになるため、ワークの締結を各部で均一に行なうことが困難となり、ボルトやナットによる締め付けを行なう場合の信頼性が阻害される要因となる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、トルクセンサの配設位置を適切に変更することにより、ソケットからボルトまたはナットに作用している締め付けトルクと、トルクセンサにより検出されるトルク値との差を可及的に低減させて、締め付け作業の信頼性を向上させることを技術的課題とする。

技術的課題を解決するためになされた本発明は、駆動モータと減速機とを有するナットランナ本体と、ボルトの頭部またはナットに嵌合するソケットと、上記ナットランナ本体の減速機から延出する出力軸を含み、且つ上記駆動モータの回転トルクを上記ソケットに伝達する回転トルク伝達軸と、上記ボルトまたはナットに対する締め付け力を検出するトルクセンサとを備えたねじ締め付け装置において、回転トルク伝達軸の出力軸とソケットとの間に、二軸間での角度変位を許容して回転トルクを伝達可能のジョイントを配置し、上記ジョイントよりもソケット側に上記トルクセンサを配設し、内部に複数本の回転トルク伝達軸を収納する空間を有するボックスを備え、該ボックスの基端壁部の外面側に複数のナットランナ本体を取り付けると共に、上記ボックスの先端壁部の外面側に複数のソケットを回転自在に保持し、且つ上記ボックスの先端壁部の内面側に、複数のトルクセンサを取り付けて、該ボックスの内部に上記複数のトルクセンサを配置したことを特徴とするものである。

このような構成によれば、減速機を有するナットランナ本体の先端からソケットに至る回転トルク伝達軸のソケット側の端部に、トルクセンサが配設されていることから、トルクセンサとソケットとの間には、必然的に減速機やジョイントが介設されていないことになり、これに起因して、トルクセンサによる検出トルク値と、ソケットによる締め付けトルクとの間に差を生じさせる要因がなくなる。これにより、例えばワークの複数箇所でのボルトやナットの締め付けが均一に行なわれ得ることになり、各部の締め付けに対する信頼性が向上することになる。

この場合、上記ジョイントとしては、二軸間で角度変位が生じた場合でも回転トルクの伝達が可能に構成されていることが好ましく、また具体的には、自在継手もしくは等速ジョイントまたはフレキシブルジョイントであることが好ましい。

このような構成の多軸型ねじ締め付け装置によれば、多数のボルトやナットを同時に締め付けるに際して、各締め付け部位の相互間のピッチが狭いことに起因して、各ナットランナ本体を、各締め付け部位の中心軸上に配置できないという事態が生じた場合に有利となる。即ち、このような場合には、回転トルク伝達軸に等速ジョイントやフレキシブルジョイントを介設して、これらのジョイント軸を傾斜させれば、各締め付け部位の中心軸上に各ソケットを配置することが可能となる。従って、各ナットランナ本体の配列ピッチを広くしておいても、狭い配列ピッチの各締め付け部位に対する作業を良好に行なえることになり、各ナットランナ本体の配列の自由度が大きくなり、レイアウト面において有利となる。そして、この場合にも、各締め付け部位に対して均一な締め付けトルクで作業を行なうことができ、締め付けの信頼性の向上に大きく寄与することができる。

また、複数のトルクセンサが、ボックスの先端壁部の内面側に取り付けられているため、つまり、複数本の回転トルク伝達軸を収納するボックス内部の空間に各トルクセンサが配置されているため、複数のトルクセンサが外部に露出ないし突出しなくなり、これらのセンサの保護がなされると共に、外観上においても好ましいものとなる。

以上のように本発明に係るねじ締め付け装置によれば、トルクセンサとソケットとの間には、必然的に減速機やジョイントが介設されなくなり、これに起因して、トルクセンサによる検出トルク値と、ソケットによる締め付けトルクとの間に差を生じさせる要因がなくなるため、複数箇所でのボルトやナットの締め付けが均一に行なわれ得ることになり、各部での締め付けに対する信頼性が向上することになる。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るねじ締め付け装置の基本的構成を示す概略図である。同図に示すように、ねじ締め付け装置１は、立設されたナットランナ本体２が、駆動モータ２ａと、その先端側に配置された減速機２ｂとから構成されている。そして、このナットランナ本体２の先端からは、回転トルク伝達軸３が延出され、この回転トルク伝達軸３の先端にソケット４が装着されている。尚、このソケット４には、ワークＷにねじ込まれるボルトＢ（またはナット）の頭部に嵌脱可能な嵌合凹部（図示略）が形成されている。

上記回転トルク伝達軸３は、ナットランナ本体２の減速機２ｂの先端側から延出された出力軸２ｃと、ソケット４の基端側から延出されたソケット側の軸部であるソケット軸４ｃと、上記出力軸２ｃとソケット軸４ｃとの間に介設された等速ジョイント５（またはフレキシブルジョイントもしくは自在継手）とを備えている。この等速ジョイント５は、ジョイント軸５ａの基端部と上記出力軸２ｃとを連結する第１連結部５ｂを有すると共に、ジョイント軸５ａの先端部と上記ソケット軸４ｃとを連結する第２連結部５ｃを有している。そして、回転トルク伝達軸３におけるソケット４側の端部、つまり等速ジョイント５（第２連結部５ｃ）よりもソケット４側の部位に、トルクセンサ６が配設されている。しかも、トルクセンサ６とソケット４との間には、必然的に減速機が介設されなくなる。以上の結果、トルクセンサ６による検出トルク値とソケット４による締め付けトルクとの間に差を生じさせる要因をなくした上で、トルクセンサ６とソケット４とが近接配置されている。

上記トルクセンサ６は、ソケット４の嵌合凹部がボルトＢの頭部に嵌合している状態で、駆動モータ２ａから回転トルク伝達軸３を介してソケット４に回転トルクが付与された場合に、ソケット４からボルトＢに作用する締め付けトルクを検出するものである。そして、このトルクセンサ６からのトルク検出信号ａは、制御手段７に入力されると共に、制御手段７は、トルク検出信号ａに基づいてソケット４による締め付けトルクを目標トルクとするための回転数信号ｂを駆動モータ２ａに送出する構成とされている。

以上の構成を備えたねじ締め付け装置１は、単体で使用することも可能であるが、好ましくは、以下に示すように、多軸型のねじ締め付け装置として使用される。

図２は、本発明の実施形態に係る多軸型のねじ締め付け装置を示す概略正面図である。同図に示すように、この多軸型ねじ締め付け装置８は、内部空間Ｒを有するボックス９の基端壁部９ａと先端壁部９ｂとを利用して、既述のねじ締め付け装置１を複数組み付けたものである。

即ち、ボックス９の基端壁部９ａの外面側（上面側）には、複数のナットランナ本体２が固定されると共に、ボックス９の内部空間Ｒには、これらのナットランナ本体２の先端からそれぞれ延出された複数本の回転トルク伝達軸３が収納され、且つボックス９の先端壁部９ｂの外面側（下面側）には、これらの回転トルク伝達軸３の先端にそれぞれ固定された複数のソケット４が回転自在に保持されている。そして、ボックス９の先端壁部９ｂの内面側（内部空間Ｒ側）には、上記各回転トルク伝達軸３のソケット４側の端部にそれぞれ配設された複数のトルクセンサ６が取り付けられている。つまり、トルクセンサ６は、ボックス９の先端壁部９ｂを介してソケット４と軸方向に隣り合うようにして配置されている。

この場合、ワークＷにねじ込まれる複数のボルトＢの配列ピッチは狭いため、これに対応するように各ソケット４の配列ピッチも狭くされているのに対して、各ナットランナ本体２は、相対的に大径であることから、これらの配列ピッチは相対的に広くされている。従って、各等速ジョイント５（各ジョイント軸５ａ）は、先端側で絞られて集約されるように傾斜している。

以上のような構成を備えた多軸型のねじ締め付け装置８によれば、各ナットランナ本体２の先端から各ソケット４に至る回転トルク伝達軸３のソケット４側の端部、詳しくは各等速ジョイント５（各第２連結部５ｃ）よりもソケット４側の部位に、各トルクセンサ６が配設されていることから、トルクセンサ６による検出トルク値は、等速ジョイント５のガタツキや変形或いは不当な揺動等の影響を受けなくなる。これにより、トルクセンサ６による検出トルク値と、ソケット４による締め付けトルクとの間に差が生じ難くなるため、複数箇所でのボルトＢの締め付けが均一に行なわれ得ることになり、これらの各部での締め付けに対する信頼性が向上することになる。

更に、多数のボルトＢを同時に締め付けるに際して、各締め付け部位の相互間のピッチが狭いことに起因して、各ナットランナ本体２を、各ボルトＢの中心軸上に配置できない場合であっても、回転トルク伝達軸３に等速ジョイント５（ジョイント軸５ａ）が傾斜状に介設されているため、各ボルトＢの中心軸上に各ソケット４を配置することが可能となる。従って、各ナットランナ本体２の配列ピッチを広くしておいても、狭い配列ピッチの各締め付け部位に対する作業を容易に行なうことができ、各ナットランナ本体２の配列の自由度が大きくなり、レイアウト面において有利となる。

しかも、複数のトルクセンサ６は、ボックス９の先端壁部９ｂの内面側に取り付けられているため、つまり複数本の回転トルク伝達軸３を収納する内部空間Ｒに配置されているため、複数のトルクセンサ６が外部に露出ないし突出しなくなり、これらの各トルクセンサ６の存在が邪魔にならなくなるばかりでなく、各トルクセンサ６の保護がなされると共に、外観上においても好ましいものとなる。

尚、上記実施形態では、既述の所定箇所にトルクセンサ６のみを取り付ける構成としたが、このトルクセンサ６の取付箇所に、トルクセンサ６と共に角度センサを取り付けるようにしてもよい。

本発明のねじ締め付け装置は、無反力ハンドナットランナにも応用することが可能である。

本発明の実施形態に係るねじ締め付け装置の基本的構成を示す概略正面図である。 本発明の実施形態に係るねじ締め付け装置（多軸型）の全体構成を示す一部破断概略正面図である。 従来例に係るねじ締め付け装置の基本的構成を示す概略正面図である。 従来例に係るねじ締め付け装置（多軸型）の全体構成を示す一部破断概略正面図である。

符号の説明

１ ねじ締め付け装置
２ ナットランナ本体
２ａ 駆動モータ
２ｃ 出力軸
３ 回転トルク伝達軸
４ ソケット
４ｃ ソケット側の軸部（ソケット軸）
５ ジョイント（等速ジョイント）
５ｂ 第１連結部
５ｃ 第２連結部
６ トルクセンサ
８ 多軸型ねじ締め付け装置
９ ボックス
９ａ ボックスの基端壁部
９ｂ ボックスの先端壁部
Ｂ ボルト
Ｒ 空間（ボックスの内部空間）

Claims (2)

1. 駆動モータと減速機とを有するナットランナ本体と、ボルトの頭部またはナットに嵌合するソケットと、上記ナットランナ本体の減速機から延出する出力軸を含み、且つ上記駆動モータの回転トルクを上記ソケットに伝達する回転トルク伝達軸と、上記ボルトまたはナットに対する締め付け力を検出するトルクセンサとを備えたねじ締め付け装置において、
   回転トルク伝達軸の出力軸とソケットとの間に、二軸間での角度変位を許容して回転トルクを伝達可能のジョイントを配置し、上記ジョイントよりもソケット側に上記トルクセンサを配設し、
   内部に複数本の回転トルク伝達軸を収納する空間を有するボックスを備え、該ボックスの基端壁部の外面側に複数のナットランナ本体を取り付けると共に、上記ボックスの先端壁部の外面側に複数のソケットを回転自在に保持し、且つ上記ボックスの先端壁部の内面側に、複数のトルクセンサを取り付けて、該ボックスの内部に上記複数のトルクセンサを配置したことを特徴とするねじ締め付け装置。
2. 上記トルクセンサの取付箇所に、該トルクセンサと共に角度センサを取り付けたことを特徴とする請求項１に記載のねじ締め付け装置。