JP5204747B2

JP5204747B2 - ねじ部品締結機

Info

Publication number: JP5204747B2
Application number: JP2009280805A
Authority: JP
Inventors: 正幸斎藤; 禎人坂本
Original assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Current assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2026-10-31
Also published as: JP2010052136A

Description

本発明は、ねじ、ボルトあるいはナット等のねじ部品を最初は高速低トルク回転でねじ込み、続いてあらかじめ設定した最終締結トルクまで低速高トルクでワークにねじ部品を締結するねじ部品締結機に関する。

従来から一般的に良く知られているボルト、ナット、ねじ等の自動ねじ部品締結機は、これら部品を作業サイクル毎に自動供給し、これをワークに締め付けるようにした機械が良く知られている。このような機械にあって、その一例としてのねじ締め機は、ねじの頭部に形成された十字あるいは六角穴のような矩形形状の駆動穴に係合可能なドライバビットを用い、このドライバビットを駆動軸を介して電動ドライバに連結した構成である。このねじ締め機でワークにねじを締結する場合、ねじの駆動穴にドライバビットを係合させた状態で電動ドライバを駆動する。これにより、ドライバビットからねじに回転力が伝達され、ねじはワークに締結されるようになっている。

このようなねじ締め機は、高いねじ締め精度（バラツキの少ない締結トルク）を要求される所へのねじ締め作業には適しておらず、締結トルクを規定通りにする必要がある場合にはあまり採用されていない。そこで、このような締結トルクの安定した部品締結機として最近使用されつつあるねじ部品締結機としては、一例として図３に示すような締結機がある。これは特許文献１に示されているねじ締め機であり、チャックユニット（図示せず）にねじが保持されてから低速高トルクドライバ１０２及び高速低トルクドライバ１０３を同時に駆動する。このとき、ワンウェイクラッチ１１０により外輪１１１が内輪１１２に対してスリップするため、ドライバビット（図示せず）は駆動軸１０５を介して高速低トルクドライバ１０３のみの回転を受けて回転し、ねじを高速で締め付けるようになっている。この動作において、ねじが締め付けられるにつれて高速低トルクドライバ１０３の回転数が低下して低速高トルクドライバ１０２の回転数よりも低下すると、ワンウェイクラッチ１１０の作用により低速高トルクドライバ１０２の回転をギア連結されている駆動軸１０５に伝達し、低速で最終締結トルクに達するまでねじ締めされるようになっている。

特開昭６０−５２２６８号公報

しかしながら、このようなねじ締め機においては、高速低トルクドライバと低速高トルクドライバの二台を必要としており、このため、ねじ締め機全体が大きくなっている。しかも、高速低トルクドライバと低速高トルクドライバはスタート信号が入ると、どちらにも電流が流れて夫々回転するようになっているため、現在のように省エネルギが求められている環境においては時代に逆行することになり、市場に受け容れられない。また、両方のトルクドライバが回転していることから、着座時の衝撃トルクは高くなっており、そのため、正確な最終締結トルクが得られない。更に、低速高トルクドライバの回転はギアにより連結されて駆動される構成のため、ねじ締め作業時の騒音が比較的高くなるとともにねじ締め完了時の衝撃も高くなっていた。その上、高速回転途中で低速回転に切り換わる構成であるから、この切り換わりがねじが着座するまでの位置であると、低速高トルクドライバでのねじ締め時間が長くなり、ねじ締め作業全体の作業時間が長くかかり作業コストの上昇を招いている等の課題が生じている。

本発明の目的は、このような課題を解消するとともに１つの駆動モータでねじ部品のねじ込み初期には高速低トルクで、ねじ込み完了時には低速高トルクでねじ部品を締結可能にしたねじ部品締結機を得ることである。

上記目的を達成するために本発明は、正転・逆転が可能な一の駆動モータと、前記駆動モータから伝達される回転を減速し、かつ当該回転とは逆方向の回転を出力可能な減速手段と、ねじの頭部に係合するドライバビットが連結されるドライブ軸と、前記駆動モータの正転時に前記減速手段を経由しない高速低トルクの回転を前記ドライブ軸に伝達する第１方向クラッチと、前記駆動モータの逆転時に減速手段を経由して低速高トルクに変換された回転を前記ドライブ軸に伝達する第２方向クラッチと、前記駆動モータの回転停止に基づき駆動モータの回転方向を正転から逆転に切り換える制御部とを備えるとともに、前記第１方向クラッチおよび前記第２方向クラッチを前記減速手段の内部に配しかつ前記第２方向クラッチを前記ドライブ軸の一端の穴に配してなることを特徴とする。

本発明によれば、一台の駆動モータでねじ込み初期には高速低トルクで、ねじ込み完了時には低速高トルクでねじ部品を締結することができるため、ねじ締め機全体がコンパクトになる。また、ねじ部品がワークに確実に着座して高速低トルクで正転しているモータ軸がストール状態になると、これと同時に駆動モータの回転が切り換わってモータ軸が逆転し、ドライブ軸は低速高トルク回転駆動するようになっているので、最終締結トルクが常に確実に得られるとともにねじ部品をワークに締結する締結作業時間が無駄なく短縮される。更に、このねじ部品締結機は従来のように、常時両方の駆動手段が回転駆動される構成ではなく、モータ軸に連結されている伝達軸の正転あるいは逆転により高速低トルクあるいは低速高トルクをドライブ軸に伝達する構成であるから、電力を無駄に消費することがなく、時代にあった省エネルギ効果が得られる。しかも、従来のものは低速高トルクドライバがギアにより動力を伝達する構成であるが、本発明では、１つの駆動源によりモータ軸を正転あるいは逆転させてねじ部品を締結する構成であるから、高速回転駆動時の騒音が減少するとともに衝撃力も若干緩和されるので、比較的低い衝撃トルクが得られやすい。その上、ねじ込み初期段階からねじ部品がワークに着座するまでは高速回転し、着座した後、確実に低速高トルク回転をドライブ軸に伝達する構成であるから、ねじ部品の締結コストが低減される等の特有の効果が得られる。

本発明の要部拡大断面図である。本発明の構成を示す一部断面正面図である。本発明の従来例を示す要部断面図である。

以下本発明の実施の形態を図１および図２に基づき説明する。図２において、１は、昇降台（図示せず）に載置されて上昇あるいは下降動作するねじ部品締結機である。この部品締結機１は上部に設けた正逆回転可能な１つの駆動モータ２とこれを固定しているとともに内部に回転伝達系を内蔵したケーシング４と回転伝達系からの回転を受けるドライブ軸５とから構成されている。この駆動モータ２のモータ軸３には伝達軸６が連結してあり、これの中心線延長上には前記ドライブ軸５が配置されている。ドライブ軸５の後端には伝達軸６が嵌り、この伝達軸６が正方向への回転、即ちモータ軸３の正転時に伝達軸６は前記ドライブ軸５と一体回転するように係合して作動し、逆転時にはこの係合が外れドライブ軸５に対して伝達軸６が空転するようにした第１一方向クラッチ１０が介在している。

前記伝達軸６の周囲には図１に示すように、この伝達軸６の高速低トルクの回転を大きな減速比で減速し、これの回転を低速高トルクに変換する減速手段としての減速機２０が配置されている。この減速機２０はハーモニックドライブ（登録商標）減速機構と呼ばれる構造を有しており、これは前記モータ軸３から伝達軸６を介して伝達される回転を伝達軸６の回転方向とは逆方向の低速高トルクの回転に変換して出力するようにした構成である。この構成は例えば、特開昭５８−１９６３４９号あるいは特開昭５９−１１３３４２号公報に開示されており、本発明出願以前に既に公知となっているので、これの説明は省略する。

前記伝達軸６と減速機２０の入力側のジェネレータ２１との間には伝達軸６の正転時には減速機２０に回転を伝達しないで、伝達軸６の逆転時にはジェネレータ２１に回転を伝達する構成の第２一方向クラッチ３０が介在されている。この減速機２０の出力側となるフレキシブルギア２２には前記ドライブ軸５の周囲に回転自在に設けられた取付部材２３が固定してあり、この取付部材２３はこれの下部に位置する第３一方向クラッチ４０の外側の入力部材４１に固定されている。また、前記ドライブ軸５の周囲には前記第３一方向クラッチ４０の内側の出力部材４２が位置しており、この出力部材４２と前記ドライブ軸５とはキー４３により一体回転可能に結合されて出力部材４２が回転するとドライブ軸５が一体回転する構成となっている。この第３一方向クラッチ４０は駆動モータ２のモータ軸３が正転するときはドライブ軸５と一体の出力部材４２は入力部材４１に対して空転し、モータ軸３が逆転するときは即ち、伝達軸６とドライブ軸５との係合が外れているときは入力部材４１の回転とともに出力部材４２が回転してドライブ軸５に低速高トルク回転を伝達する構成となっている。

更に、前記ドライブ軸５の先端にはねじの頭部に係合するボックスビットあるいは十字ビット等のドライバビット（図示せず）が連結してあり、このドライバビットはねじ部品のねじ込み初期には高速低トルクでねじ込み完了時には低速高トルクで回転されるようになっている。

その上、図２に示すように、前記ドライブ軸５の周囲にはこれを覆う筒状の起歪管５０が前記ケーシング４の下端に固定されたスペーサ７に固定配置してあり、この起歪管５０は前記ドライブ軸５がワーク（図示せず）にねじ部品が着座し、高トルクで締結されるときに発生する反力を受けるようになっており、この起歪管５０にはこれが捻れ、この捻れに応じた歪みを電気信号として検出する歪みゲージ５１が取り付けられている。これら起歪管５０、歪みゲージ５１によりトルクセンサが構成され、歪みゲージ５１の信号から制御部８において締結トルクが判定され、所定締結トルクが得られるようになっている。

また、前記駆動モータ２はモータ軸３からの信号を出力するようになっており、この信号は前記制御部８に入り、前記センサからの信号とともに処理されるようになっている。更に、制御部８は前記駆動モータ２を正逆回転させるための信号を出力するようになっており、これは駆動モータ２のストール状態（ストールとは、駆動モータ２のモータ軸３が回転負荷により回転できなくなる現象を指す。）における信号を出力するものであり、このストール状態になると、駆動モータ２のモータ軸３の正転による高速低トルクの駆動が前記信号を受けて駆動モータ２が切り換えられてモータ軸３が逆転し、ドライブ軸５には低速高トルク駆動が伝達されることになる。しかも、この制御部８は、ねじ部品の種類に応じて設定されている最終締結トルクに対して、駆動モータ２の正転によりねじ部品が高速回転でねじ込まれて、ねじ部品がワークに着座してストール状態になると、発生する衝撃トルクが前記最終締結トルクを越えないよう駆動モータ２の最高回転数を決定する構成ともなっている。

次に、本発明の作用を説明すると、ねじ部品を係合保持した状態のドライバビットを有するねじ部品締結機において、ワークの締結位置にねじ部品を位置させてから、スタート信号が入ると、昇降台が前進する。この後、駆動モータ２のモータ軸３が正方向即ち、ねじ込み方向へ回転する。このとき、前記ドライブ軸５は第１一方向クラッチ１０が係合してモータ軸３、伝達軸６及びドライブ軸５は一体になって回転し、一方、減速機２０は第２一方向クラッチ３０が働いて伝達軸６の回転が遮断され、減速機２０は回転しない。しかも、第３一方向クラッチ４０もこれの入力部材４１に対して出力部材４２が空転することになり、ドライブ軸５は何らの抵抗も受けることなく高速低トルク回転し、ドライバビットにこの回転が伝達され、ねじ部品は高速低トルクでワークにねじ込まれる。

このようにして、ねじ部品が高速回転でねじ込まれてワークにねじ部品が着座すると、駆動モータ２はストール状態となり、この駆動モータ２には逆転開始の信号が制御部８から入り、駆動モータ２は逆転する。これにより、第１一方向クラッチ１０は空転状態となるとともに第２及び第３一方向クラッチ３０、４０は夫々係合状態となり、駆動モータ２のモータ軸３の逆方向の回転は伝達軸６から減速機２０に伝達され、この減速機２０の出力側からの低速高トルクの回転がドライブ軸５に伝達される。そして、ねじ部品はワークに締結される。この低速高トルクの回転中において、トルクセンサにより締結トルクがあらかじめ所定値に設定されている最終締結トルクに達すると、締結完了となる。

このねじ部品の締結作業において、駆動モータ２によるストール状態は最終締結トルクより低い衝撃トルクで発生するように制御部８により駆動制御されているので、この駆動モータ２での慣性は小さいものとなり、最終締結トルクが駆動モータ２の逆転駆動により正確に得られることになる。このことから駆動モータ２の正回転でのねじ締め開始からワークに着座するまでの締結作業を高速回転で行うことができる。

一方、制御部８は駆動モータ２での高速低トルクねじ込み作業によりねじ部品がワークに着座してストール状態になると、駆動モータ２が逆転し、最終締結トルクに達するまでドライブ軸５を低速高トルクで回転駆動するよう制御を行うようになっており、このストール状態を検出して駆動モータ２を制御するとともに、ねじ部品が着座して最終締結トルクに達したか否かを判定している。このように駆動モータ２、トルクセンサ等の信号を制御部８との間で送受信することによって締結作業を総合的に制御することができ、ねじ部品の締結を効率よく行うことになる。

この後、ねじ部品の締結作業サイクルが完了すると、昇降台が後退し、元の位置に戻り、駆動モータ２も正回転の状態に復帰して次の作業サイクルまでの待機状態となって、次のスタート信号が入ると、以上の動作が繰り返される。

１ねじ部品締結機
２駆動モータ
３モータ軸
４ケーシング
５ドライブ軸
６伝達軸
７スペーサ
８制御部
１０第１一方向クラッチ
２０減速機
２１ジェネレータ
２２フレキシブルギア
２３取付部材
３０第２一方向クラッチ
４０第３一方向クラッチ
４１入力部材
４２出力部材
４３キー
５０起歪管
５１歪みゲージ

Claims

正転・逆転が可能な一の駆動モータと、
前記駆動モータから伝達される回転を減速し、かつ当該回転とは逆方向の回転を出力可能な減速手段と、
ねじの頭部に係合するドライバビットが連結されるドライブ軸と、
前記駆動モータの正転時に前記減速手段を経由しない高速低トルクの回転を前記ドライブ軸に伝達する第１方向クラッチと、
前記駆動モータの逆転時に減速手段を経由して低速高トルクに変換された回転を前記ドライブ軸に伝達する第２方向クラッチと、
前記駆動モータの回転停止に基づき駆動モータの回転方向を正転から逆転に切り換える制御部と
を備えるとともに、
前記第１方向クラッチおよび前記第２方向クラッチを前記減速手段の内部に配しかつ前記第２方向クラッチを前記ドライブ軸の一端の穴に配してなることを特徴とするねじ部品締結機。