JP5457870B2 - 締結装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワークをボルトなどの締付具で締結するために、該締付具を保持するソケットを回転駆動するナットランナを備える締結装置に関する。

締付具によりワークが締結される場合、該締付具を保持するソケットを回転駆動するナットランナを備える締結装置では、ナットランナがソケットを介して締付具を回転させて締付具をワークに締め付けることで、ワークが締付具で締結される。
そして、このような締結装置として、複数のソケットを１つの共通のナットランナで順次回転駆動して各ソケットに保持された締付具を締め付けることができるように、締付具を保持するソケットを有する複数のソケット体を支持するホルダと、回転中心線を中心に回転することでソケットを回転駆動して締付具をワークに締め付ける回転係合部を有する１つのナットランナと、基台に支持されると共に回転係合部を前記回転中心線に平行な進退方向に移動させるランナ移動用駆動部材と、ソケット体が１つずつ回転係合部と係合可能な位置に移動するようにホルダを駆動するホルダ用駆動部材とを備える締結装置が知られている。（例えば、特許文献１参照）

実開平４−４２３３２号公報

ナットランナの回転係合部の回転中心線に平行な方向である進退方向に延びている複数のソケット体を支持するホルダには、それら複数のソケット体の重量により、ホルダ用駆動部材におけるホルダとの結合部を中心に、該ホルダを傾倒させるモーメント（以下、「傾倒モーメント」という。）が作用する。
例えば、各ソケット体の重心がホルダよりも前進方向（進退方向においてワークに近づく方向である。）寄りに位置する場合には、ホルダを前倒れに傾倒させる傾倒モーメントが作用して、ホルダに傾倒が発生することがある。さらに、ホルダがスラスト軸受により回転可能に支持されている場合には、傾倒モーメントは、該スラスト軸受に偏摩耗を発生させて、ホルダの傾倒の度合いが大きくなることがある。
そして、ホルダの傾倒が発生すると、ナットランナの回転係合部とソケット体との係合が円滑に行われなくなることや、締付具（例えば、ボルト）を保持するソケットを回転駆動するナットランナの回転係合部の回転中心線に対してワークのワーク側締付部（例えば、ネジ孔またはナット）の位置がずれることになるために、締付具とワーク側締付部との合致が困難になることがあり、締結装置による作業効率の低下を招来する。
さらに、各ソケット体がホルダから前進方向に延びている長さが長いほど、傾倒モーメントは大きくなり、しかもホルダの傾倒に起因するソケットに保持された締付具とワーク側締付部との間の位置ズレが大きくなって、締付具とワーク側締付部との合致は一層困難になる。

また、ホルダおよびホルダ用駆動部材を備えるソケット支持機構がナットランナに支持される構造では、ホルダとランナ移動用駆動部材との間にホルダ用駆動部材が介在するために、ランナ移動用駆動部材におけるソケット支持機構との結合部からホルダおよびソケット体が進退方向で大きく離隔することになる結果、前記結合部に作用する傾倒モーメントが大きくなって、ホルダの傾倒が発生し易くなり、傾倒の度合いも大きくなる。しかも、ホルダおよびホルダ用駆動部材を備えるソケット支持機構を一緒に移動させるランナ移動用駆動部材の駆動力を大きくする必要があるので、ランナ移動用駆動部材が大型化する。

また、複数のソケット体のうちの１つのソケット体がワークとの当接時に後退方向（進退方向においてワークから遠ざかる方向である。）に後退する場合には、ワークと当接していない残りのソケット体は、ワークと当接しているソケット体よりも前進方向に突出した位置にあることにより、ワークと干渉を回避する必要がある。このため、ワーク側締付部の周辺形状に依存して、ワークの種類によっては、締結装置を使用できないことがある。

さらに、異なる種類の締付具が使用される場合には、同一の締付具を保持するソケットを有する複数のソケット体を支持するホルダを備える締結装置を交換する必要がある。しかしながら、締付具の形状または種類に対応した別々の締結装置を用意する場合には、コスト高および保管スペースの増加を招来する。また、締結装置の全体を交換する場合には、交換に手間がかかるので、締結作業の効率が低下する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ナットランナの回転係合部を進退方向に移動させるナットランナを利用することにより、ホルダの傾倒を発生させる傾倒モーメントを減少させて、複数のソケット体を支持するホルダおよびナットランナを備える締結装置による作業効率の向上および締結装置の小型・軽量化を図ることを目的とする。
そして、本発明は、さらに、締結装置の使用範囲の拡大を図ることを目的とする。

請求項１記載の発明は、基台（１０）と、締付具（４）を保持するソケット（３１）をそれぞれ有する複数のソケット体（３０）を支持するホルダ（２１）を備えるソケット支持機構（２０）と、回転中心線（Ｌｎ）を中心に回転すると共に前記ソケット（３１）を回転駆動して前記締付具（４）をワーク（２）のワーク側締付部（２ｃ）に締め付ける回転係合部（５４）を有する１つのナットランナ（５０）と、前記基台（１０）に支持されると共に前記回転係合部（５４）を前記回転中心線（Ｌｎ）に平行な進退方向に移動させるランナ移動用駆動部材（６０）とを備える締結装置において、前記ソケット支持機構（２０）は、前記基台（１０）に支持されると共に前記回転係合部（５４）との係合が可能な作動可能位置まで前記各ソケット体（３０）が移動するように前記ホルダ（２１）を駆動するホルダ用駆動部材（２２）を備え、前記ランナ移動用駆動部材（６０）は、前記回転係合部（５４）が前記進退方向において前記ワーク（２）に近づく前進方向に移動することにより、前記回転係合部（５４）と前記作動可能位置にある前記ソケット体（３０Ａ）とが互いに係合した係合状態となるように、および、前記回転係合部（５４）が前記進退方向において前記ワーク（２）から遠ざかる後退方向に移動することにより、前記回転係合部（５４）と前記ソケット体（３０）とが互いの係合が解除された係合解除状態になるように、前記回転係合部（５４）を駆動し、前記回転係合部（５４）は、前記係合状態にあるとき前記ソケット（３１Ａ）を回転駆動し、前記ランナ移動用駆動部材（６０）は、前記係合状態にある前記回転係合部（５４）を前記前進方向に移動させることにより、前記ソケット体（３０Ａ）を前記ホルダ（２１）に対して前進方向に移動させて前記締付具（４）を前記ワーク側締付部（２ｃ）に当接させ、前記回転係合部（５４）は、前記ホルダ用駆動部材（２２）における前記ホルダ（２１）との結合部に対して特定位置に配置され、前記特定位置は、前記係合解除状態にある前記複数の前記ソケット体（３０）の重量により前記結合部を中心とした前記ホルダ（２１）の傾倒を生じさせるモーメント（Ｍ）を、前記ランナ移動用駆動部材（６０）が前記係合状態の前記回転係合部（５４）を前進方向に移動させる駆動力により減少させる位置である締結装置である。

これによれば、ナットランナの回転係合部との係合解除状態にある複数のソケット体の重量によりホルダの傾倒を生じさせるモーメントである傾倒モーメントは、ランナ移動用駆動部材が作動可能位置のソケット体と係合状態にある回転係合部を前進方向に移動させる駆動力により減少するので、ホルダの傾倒を矯正または傾倒の度合いを低減できる。この結果、回転係合部およびソケットの回転中心線上からのワーク側締付部の位置ズレを小さくできることから、ソケットに保持された締付具とワーク側締付部とを合致させることが容易になるので、締付具の締付作業への移行が効率よく行われて、締結装置による締結作業の効率が向上する。
また、回転係合部をソケット体との係合状態および係合解除状態にするため、およびソケット体に保持された締付具をワーク側締付部に当接させるために、ランナ移動用駆動部材は、回転係合部を進退方向に移動させると共に、該回転係合部を介してソケット体をホルダに対して前進方向に移動させればよいので、複数のソケット体が支持されたホルダおよびホルダ用駆動部材を一緒に進退方向または前進方向に駆動する場合に比べて、ランナ移動用駆動部材の駆動力を小さくできる。この結果、ランナ移動用駆動部材を小型・軽量化でき、ひいては締結装置を小型・軽量化できる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の締結装置において、前記係合状態にある前記ソケット体（３０Ａ）は、前記ランナ移動用駆動部材（６０）に駆動されて、前記係合解除状態にある前記ソケット体（３０Ｂ）よりも前進した位置に移動するものである。
これによれば、ホルダに支持された複数のソケット体のうちで、回転係合部と係合状態にあるソケット体のみが、係合解除状態にある残りのソケット体よりも前進方向に突出するため、係合解除状態のソケット体とワークとの干渉の回避が容易である。この結果、締結装置を使用する際のワークの形状による制約が減少して、締結装置の使用範囲を拡大できる。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の締結装置において、前記ソケット支持機構（２０）は、前記係合解除状態にある前記ソケット体（３０Ｂ）を前記後退方向で最も後退した位置である初期位置に移動させる戻し用弾発部材（２８）を備え、前記ランナ移動用駆動部材（６０）により駆動されて移動する前記回転係合部（５４）は、前記係合状態にある前記ソケット体（３０Ａ）を、前記弾発部材（２８）の弾発力に抗して前記前進方向に移動させるものである。
これによれば、回転係合部は、係合状態にあるソケット体を、弾発部材の弾発力に抗して前進方向に移動させるので、傾倒モーメントを減少させるためのランナ移動用駆動部材による駆動力は、弾発部材の弾発力の形でホルダに作用する。この結果、弾発部材の弾発係数を変更するなどすることで、弾発部材により、傾倒モーメントを減少させる駆動力の大きさの調整が容易になる。
また、前進方向に移動する回転係合部に対して、ソケット体が弾発部材の弾発力で後退方向に付勢されていることから、弾発部材の弾発力を利用してソケット体を回転係合部に係合させることができるので、締付具が当接するワーク側締付部からの反力を利用することなく、したがって回転係合部とソケット体とが係合する際にワークに荷重をかけることなく、回転係合部とソケット体とを係合状態にすることができる。この結果、回転係合部とソケット体との係合がワークとは無関係に行われるので、剛性が低いワークに対しても締結装置を使用することが可能になって、締結装置の使用範囲を拡大できる。

請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項記載の締結装置において、前記ソケット体（３０）は、前記回転係合部（５４）と前記係合状態および前記係合解除状態になる第１伝達部材（３４ａ）と、前記第１伝達部材（３４ａ）と一体に回転すると共に前記第１伝達部材（３４ａ）に対して前記進退方向に移動可能な第２伝達部材（３４ｂ）と、前記第１伝達部材（３４ａ）と前記第２伝達部材（３４ｂ）の間に配置された緩衝用弾性部材（３７）とを備え、前記回転伝達部材（３４）は、前記回転係合部（５４）と係合可能な第１伝達部材（３４ａ）と、前記第１伝達部材（３４ａ）と一体に回転すると共に前記第１伝達部材（３４ａ）に対して前記進退方向に移動可能な第２伝達部材（３４ｂ）とから構成され、前記ソケット（３１）は前記第２伝達部材（３４ｂ）に設けられ、前記第２伝達部材（３４ｂ）は、前記締付具（４）が前記ワーク側締付部（２ｃ）に当接したとき、前記弾性部材（３７）を変形させて前記第１伝達部材（３４ａ）に対して前記後退方向に移動可能であるものである。
これによれば、ソケットに保持された締付具がワーク側締付部に当接したとき、緩衝部材が変形することにより、締付具とワーク側締付部との当接状態を維持しながら、ボルトがワークに加える衝撃を極力小さくできるので、該ワークの変形の発生を防止できる。この結果、剛性が低いワークに対しても締結装置を使用することが可能になって、締結装置の使用範囲を拡大できる。

請求項５記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項記載の締結装置において、前記各ソケット体（３０）は、前記回転係合部（５４）と前記係合状態および前記係合解除状態になる同一構造の回転伝達部材（３４）を備え、前記回転伝達部材（３４）には、前記締付具（４）の形状または種類に応じて異なる前記ソケット（３１）が着脱可能であるものである。
これによれば、１つのホルダに支持される複数のソケット体のソケットにそれぞれ保持される複数の締付具が同一である場合または異なる場合にも、必要となる締付具の種類に応じて、回転係合部と係合可能な回転伝達部材を交換することなく、ソケットのみを交換すればよい。この結果、ソケット体が保持する締付具を簡単に変更できるので、締結装置による締結作業の効率が向上して、生産性を向上させることができる。

本発明によれば、ナットランナの回転係合部を進退方向に移動させるナットランナを利用することにより、ホルダの傾倒を発生させる傾倒モーメントを減少させて、複数のソケット体を支持するホルダおよびナットランナを備える締結装置による作業効率の向上および締結装置の小型・軽量化が可能になる。
そして、本発明によれば、さらに、締結装置の使用範囲の拡大が可能になる。

本発明の実施形態を示し、本発明が適用された締結装置の斜視図である。 図１の締結装置がボルトを保持したときの平面図である。 図２の前進端側（ワーク側）から見た側面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線での部分断面図である。 図１の締結装置のソケット体がワークに当接したときの図であり、図４の要部拡大図に相当する図である。 図１の締結装置のソケット体の要部斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図１〜図６を参照して説明する。
図１を参照すると、本発明が適用された締結装置１は、車両の製造ラインで使用され、ワーク２（図５参照）としての車両において、その構成部品同士を締結するために使用される。

図１〜図４を参照すると、締結用ロボット３のアーム３ａ（図４参照）に着脱可能に取り付けられる締結装置１は、該締結装置１を支持する移動可能な支持部材としてのアーム３ａに挿通孔１１ａに挿通される複数のボルト（図示されず）で取り付けられて固定される取付部１１を有する基台１０と、複数である所定数のソケット体３０、ここでは３つのソケット体３０と、それら全てのソケット体３０を支持する１つの板状のホルダ２１を備えるソケット支持機構２０と、回転中心線Ｌｎを中心に回転すると共に各ソケット体３０を通じて締付具としてのネジ部品であるボルト４を締め付ける１つの回転軸５４を有する１つのナットランナ５０と、基台１０に移動可動に支持されると共に回転軸５４を回転中心線Ｌｎに平行な進退方向に移動させるランナ移動用駆動部材６０とを備える。
ここで、ロボット３、および、締結装置１のランナ移動用駆動部材６０のエアシリンダ６１、ソケット支持機構２０の電動モータ２３ａおよびナットランナ５０の電動モータ５２（図４参照）は、コンピュータを備える制御装置（図示されず）により締結作業に必要な作動が制御される。

回転軸５４は、各ソケット体３０のソケット３１を回転駆動し、該ソケット３１が保持するボルト４を、ワーク２に設けられた１または複数の、ここでは３以上のワーク側締付部２ｃ（図５参照）に締め付ける。図５に示されるワーク側締付部２ｃの一例としてのネジ孔形成部２ｄは、車体の部品２ａと部品２ｂとを締結するために部品２ａに設けられ、ネジ孔形成部２ｄに形成されたネジ孔２ｅにボルト４がねじ込まれる。

なお、実施形態において、上下方向は鉛直方向であり、回転中心線Ｌｎは、上下方向と直交する平面である水平面に平行、したがって水平方向に平行であり、進退方向は水平方向である。
また、前進方向は、進退方向においてワーク２のワーク側締付部２ｃに近づく方向であるとし、後退方向は、前進方向とは反対方向で、進退方向においてワーク側締付部２ｃから遠ざかる方向であるとする。

図１〜図４に示されるように、基台１０は、取付部１１のほかに、該取付部１１が固定されると共に回転中心線Ｌｎ（図４参照）に直交する方向に延びている平板状の第１ベース１２と、第１ベース１２に固定される共に進退方向に延びている第２ベース１３とを有する。進退方向でホルダ２１と対向して配置される第１ベース１２には、ホルダ２１を駆動するホルダ用駆動部材２２が固定されて支持される。
進退方向で第１ベース１２寄りの端部で第１ベース１２に固定される第２ベース１３には、ランナ移動用駆動部材６０が固定されて支持され、さらにランナ移動用駆動部材６０のスライド台６２を進退方向に平行に移動可能に案内する案内部材としての上下方向に離隔した１対の案内レール１３ａ（図２参照）が設けられる。可動支持部材としてのスライド台６２には、ナットランナ５０が固定されて支持される。

ナットランナ５０は、アクチュエータとしての電動モータ５２および減速機構５３（図４参照）を有する本体部５１と、電動モータ５２により減速機構５３を介して回転駆動される回転係合部としての回転軸５４とを備える。本体部５１は、その前部においてスライド台６２に固定される。回転軸５４の先端部は、各ソケット体３０におけるソケット側係合部としての嵌合部３５に嵌合することで係合するランナ側係合部としての嵌合部５５を構成する。また、回転軸５４において、進退方向で該嵌合部５５に隣接する基部は、両嵌合部３５，５５が嵌合している係合状態においてソケット体３０の回転伝達軸３４の端部（嵌合部３５の端部でもある。）に当接する当接部５６を構成する。

ランナ移動用駆動部材６０は、第２ベース１３の後端部に取り付けられたアクチュエータとしてのエアシリンダ６１と、スライド台６２と、エアシリンダ６１とスライド台６２とを一体に連結する連結部材６３とを有する。
ナットランナ５０がエアシリンダ６１により駆動されない休止位置（図２，図４に示される位置である。）を占めるとき、回転軸５４は、第１ベース１２に設けられた貫通孔１２ａ（図４参照）内に位置して、第１ベース１２を貫通している。ナットランナ５０が前記休止位置を占め、かつ各ソケット体３０が後記する初期位置を占めるとき、両嵌合部３５，５５は、進退方向で所定距離の空隙Ｇが形成されるように離隔している。

このように、ナットランナ５０は、したがって回転軸５４は、エアシリンダ６１により、連結部材６３と、案内レール１３ａに案内されて移動するスライド台６２とを介して駆動されて、前記休止位置から前進方向に平行に移動し、また前進方向に前進した位置から後退方向に平行に移動して最も後退した位置である前記休止位置まで戻る。
このため、エアシリンダ６１は、回転軸５４が前進方向に移動することにより、後記作動可能位置にある１つのソケット体３０である作動ソケット体３０Ａと回転軸５４とが互いに係合した係合状態（以下、単に「係合状態」という。）になるように、および、回転軸５４が後退方向に移動することにより、作動ソケット体３０Ａを含む各ソケット体３０と回転軸５４とが互いの係合が解除された係合解除状態（以下、単に「係合解除状態」という。）になるように、回転軸５４を進退方向に駆動する。そして、回転軸５４は、係合状態にあるときソケット３１を回転駆動する。

図１，図２，図４を参照すると、前記所定数のソケット体３０を支持すると共にホルダ２１に支持された全てのソケット体３０を１つずつナットランナ５０の回転軸５４と係合可能な作動可能位置に移動させるソケット支持機構２０は、前記所定数としての３つのソケット体３０に共通のホルダ２１のほかに、ホルダ用駆動部材２２と、係合解除状態にあるソケット体３０を後退方向で最も後退した位置である初期位置に移動させる戻し用の弾発部材としてのバネである戻しバネ２８とを備える。
ホルダ用駆動部材２２は、回転軸５４の嵌合部５５との係合が可能な前記作動可能位置まで各ソケット体３０が移動するようにホルダ２１を駆動して回転させる。圧縮コイルバネからなる戻しバネ２８は、ソケット体３０の外筒３３の外周側に配置される。
ここで、前記作動可能位置は、設計上、回転中心線Ｌｎと、ソケット３１の回転中心線Ｌｓとが一致する位置である。また、ホルダ２１は、進退方向で回転軸５４およびソケット３１の間に配置される。

図１，図３，図４，図５を参照すると、各ソケット体３０は、ボルト４を保持するナットランナ５０により回転駆動されるソケット３１と、該ソケット３１をホルダ２１に支持させるためのソケット取付体３２とを有する。
ソケット取付体３２は、ホルダ２１に設けられた支承部としての円筒状の案内筒２９に摺動可能に嵌合する基部としての円筒状の外筒３３と、該外筒３３に回転可能に支持される回転伝達部材としての回転伝達軸３４と、外筒３３の内周側に配置されて回転伝達軸３４を回転可能に支持する軸受３６ａ，３６ｂと、回転伝達軸３４の外周側に配置された緩衝部材としての緩衝用弾性部材である緩衝バネ３７とを有する。
ソケット３１は回転伝達軸３４と一体に回転するように回転伝達軸３４に、結合手段としてのネジ結合により固定される。そして、各ソケット体３０において、ソケット３１以外の構成部材であるソケット取付体３２は、全てのソケット体３０に関して同一構造を有する共通の構成部材であり、全てのソケット体３０において互換性がある。

外筒３３は、案内筒２９内で、回転伝達軸３４の第１伝達軸３４ａと共に一体に進退方向に平行に往復動可能である。
戻しバネ２８は、進退方向で案内筒２９および外筒３３との間に配置されて、その弾発力であるバネ力により進退方向に移動可能なソケット体３０を後退方向に付勢して、後退方向で最も後退した位置である初期位置に移動させる。
図６を併せて参照すると、この初期位置は、ホルダ２１に設けられた１対の板状の当接部４１（図３参照）に、外筒３３に設けられた１対の後退側ストッパ４２が当接することにより規定される。該１対のストッパ４２は、外筒３３の外周面に回転中心線Ｌｎを挟んで対向して設けられた１対の切欠き部４４の前進方向側の段部４４ａにより構成される。後退側ストッパ４２により、進退方向での第１伝達軸３４ａと回転軸５４と間の空隙Ｇの前記所定距離が設定される。
また、各切欠き部４４の後退方向側の段部４４ｂは、進退方向で対向する当接部４１と当接することにより、前進方向で最も前進した位置である最大前進位置を規定する前進側ストッパ４３を構成する。

図４，図５を参照すると、回転伝達軸３４は、回転軸５４と係合可能な第１伝達部材としての第１伝達軸３４ａと、セレーション結合部（またはスプライン結合部）３４ｃにより該第１伝達軸３４ａと結合される第２伝達部材としての第２伝達軸３４ｂとから構成される。セレーション結合部（またはスプライン結合部）３４ｃは、第２伝達軸３４ｂが、第１伝達軸３４ａに対して相対的に進退方向に摺動しながら移動する一方で該第１伝達軸３４ａと一体に回転することを可能とする軸結合部である。

第１伝達軸３４ａには、回転軸５４の凸部である嵌合部５５が係合する凹部である嵌合部３５が、進退方向で嵌合部５５と対向して設けられる。嵌合部５５および嵌合部３５の凹空間の、回転中心線Ｌｎに直交する平面での断面形状は、正多角形としての正六角形である。なお、嵌合部３５は、第１伝達軸３４ａと一体成形されているが、別の例として、第１伝達軸３４ａとは別個の部材により構成されて、該第１伝達軸３４ａと一体に回転するように一体化されてもよい。
第１，第２伝達軸３４ａ，３４ｂの回転中心線は、設計上、ソケット３１の回転中心線Ｌｓに一致する。

軸受３６ａ，３６ｂは、外筒３３と第１伝達軸３４ａとの間に配置される玉軸受からなるラジアル軸受である第１軸受３６ａと、外筒３３と第２伝達軸３４ｂとの間に配置されるニードル軸受からなるラジアル軸受である第２軸受３６ｂとから構成される。第１軸受３６ａは、進退方向における位置で、戻しバネ２８と嵌合部３５との間に配置される。
各軸受３６ａ，３６ｂおよび摺動部であるセレーション結合部３４ｃは潤滑剤により潤滑されていてもよく、例えばソケット体３０の外部から潤滑油が供給されてもよい。また、第１，第２軸受３６ａ，３６ｂは滑り軸受であってもよい。

圧縮コイルバネからなる緩衝バネ３７は、進退方向で第１，第２軸受３６ａ，３６ｂの間であって、第１伝達軸３４ａの外周側で、該第１伝達軸３４ａの後部と第２伝達軸３４ｂの後端部との間に配置されて、第１伝達軸３４ａに対して第２伝達軸３４ｂを前進方向に付勢する。緩衝バネ３７の弾性係数としてのバネ定数は戻しバネ２８のバネ定数よりも小さく設定されている。緩衝バネ３７には、ソケット３１に保持されたボルト４がワーク２に向かって移動してワーク側締付部２ｃ（図５参照）と当接したときに、緩衝バネ３７がワーク２に加える付勢力であるバネ力が小さくなるバネが使用されて、緩衝バネ３７によるワーク２の変形を防止できる。

第２伝達軸３４ｂと一体に回転するソケット３１は、第２伝達軸３４ｂと一体に回転するように着脱可能に接続された接続体としての接続軸３１ａと、接続軸３１ａと一体に回転するように接続軸３１ａに着脱可能に結合されたソケット先端部である保持部３１ｂとを有する。３つの接続軸３１ａの、進退方向での長さは同一である一方、この実施形態での３つの保持部３１ｂは、規格が互いに異なり、したがって形状が異なる３つのボルト４をそれぞれ保持する。
なお、ホルダ２１に支持された前記所定数のソケット体３０に保持される締付具は、この例のように同種類の締付具としてのボルト４において、全てが互いに形状の異なる場合のほかに、２つ以上が同一の形状であってもよく、またボルト４とは異なる種類の締付具（例えば、ナット）であってもよい。
また、保持部３１ｂは、ボルト４の保持安定性を高めるために、保持部材を有していてもよい。そして、ボルト４が磁性材料で形成されている場合、該保持部材は磁石である。

図３を併せて参照すると、３つのソケット体３０は、ホルダ中心線Ｌｈを中心とする周方向で等間隔に配置される。そして、ホルダ２１に支持された状態で、全てのソケット体３０の、進退方向での長さは同一であり、第２伝達軸３４ｂに接続された状態の全てのソケット３１の、進退方向での長さは同一である。このため、ホルダ２１に支持されて係合解除状態にある全てのソケット取付体３２の位置は、進退方向で同一である。

そして、回転伝達軸３４に対して、接続軸３１ａが結合構造としてのネジ構造により着脱可能であることで、同一のワーク２における複数の被締付部またはワーク２の種類などにより、複数のソケット体３０に、異種の複数の締付具（例えば、ボルト４およびナット）、または、同種の締付具であって規格が異なるために形状が異なる複数の締付具、または、２以上の同一の締付具を保持させる必要がある場合など、ソケット体３０に保持される締付具の形状または種類に対して、ソケット取付体３２の構造を変更することなく、ソケット３１の交換により、具体的には接続軸３１ａおよび保持部３１ｂの交換または保持部３１ｂのみの交換により、容易に対応できる。

図１〜図５を参照すると、ホルダ用駆動部材２２は、アクチュエータとしての電動モータ２３ａおよび該電動モータ２３ａの回転軸の回転速度を減速する減速機構２３ｂを備える本体部２３と、本体部２３により駆動されて回転する回転軸２４と、該回転軸２４とホルダ２１とを連結してホルダ２１を駆動する駆動軸２５と、第１ベース１２に固定されて設けられて駆動軸２５を収納する収納筒２６と、収納筒２６と駆動軸２５との間に配置されて駆動軸２５を回転可能に支持する軸受２７とを有する。
駆動軸２５および収納筒２６は、進退方向で第１ベース１２とホルダ２１との間に形成された空間に配置される。なお、収納筒２６および外筒３３は、軽量化のために合成樹脂により形成されてもよい。
駆動軸２５の先端部は、ホルダ用駆動部材２２におけるホルダ２１との結合部２５ａとして、複数のボルト５によりホルダ２１に結合されて固定される。
駆動軸２５の回転中心線Ｌａは、設計上、ホルダ２１の回転中心線であるホルダ中心線Ｌｈでもあり、かつ回転中心線Ｌｎ，Ｌｓに平行である。

全てのソケット体３０が初期位置を占めるとき、ホルダ２１には、各ソケット体３０において、ホルダ２１に対して前進方向側に位置する前進側部分の重量が作用し、該重量は、ホルダ２１に対して後退方向側に位置する後退側部分の重量よりも大きい。このため、ホルダ２１には、係合解除状態にあると共にホルダ２１に支持される全てのソケット体３０の重量により、結合部２５ａまたは回転中心線Ｌａまたはホルダ中心線Ｌｈを中心に前倒れによる傾倒を生じさせるモーメント（すなわち、傾倒モーメント）Ｍが作用する。この傾倒モーメントＭは、図５において、結合部２５ａまたは両中心線Ｌａ，Ｌｈを中心とした時計方向のモーメントである。

そして、傾倒モーメントＭを減少させるために、回転軸５４は、結合部２５ａに対して特定位置に配置される。該特定位置は、傾倒モーメントＭを、エアシリンダ６１が、嵌合部５５にてソケット体３０の嵌合部３５と係合状態にある回転軸５４を前進方向に移動させる駆動力により減少させる位置であり、ここでは結合部２５ａおよびホルダ中心線Ｌｈよりも下方の位置である。
そして、前記特定位置は、回転中心線Ｌｎが、結合部２５ａおよびホルダ中心線Ｌｈよりも下方に位置し、かつ、作動ソケット体３０Ａが、ホルダ中心線Ｌｈを含むと共に上下方向に平行な特定平面Ｐを交わる位置にあるときの位置であり、より好ましくは回転中心線Ｌｎが特定平面Ｐ上にほぼ位置するときの位置である。
また、傾倒モーメントＭを減少させるこの駆動力は、ホルダ２１に傾倒が生じている場合は、該傾倒を矯正し、または傾倒の度合いを減少させ、ホルダ２１に傾倒が生じていない場合は、傾倒モーメントＭとは反対方向の反モーメントによるホルダ２１の傾倒を生じさせない大きさに設定される。

ここで、「ほぼ」とは、「ほぼ」との修飾語がない場合を含むと共に、「ほぼ」との修飾語がない場合とは厳密には一致しないものの、「ほぼ」との修飾語がない場合と比べて作用効果に関して有意の差異がない範囲を意味する。

また、エアシリンダ６１の駆動力は、回転軸５４を通じて第１伝達軸３４ａおよび外筒３３に作用し、戻しバネ２８を圧縮して変形させながら、回転軸５４と係合状態にある第１伝達軸３４ａを有するソケット体３０を、戻しバネ２８のバネ力に抗して前進方向に移動させる。このため、傾倒モーメントＭを減少させるためのエアシリンダ６１による駆動力は、変形する戻しバネ２８のバネ力の形でホルダ２１に作用するので、戻しバネ２８の弾発係数であるバネ定数を変更することによりホルダ２１に作用する傾倒モーメントＭを減少させる駆動力の大きさを調整できる。例えば、バネ定数が小さい（または大きい）戻しバネ２８を使用することにより、ソケット体３０を一定の移動量だけ移動させるときに、小さな（または大きな）駆動力をホルダ２１に加えることになるので、傾倒モーメントＭの大きさ（または、ホルダ２１の傾倒の度合い）に応じて、駆動力が過大または過小となることなく、不足ホルダ２１の傾倒が矯正されるような適度の大きさにすることが可能になる。

図４，図５を参照して、締結装置１による締結方法を含めて締結装置１の作動を説明する。
ロボット３によりボルト４の供給を受ける受給位置に位置決めされた締結装置１に対して、ボルト４を供給する供給用ロボット（図示されず）により、各ソケット体３０のソケット３１に適合する所定のボルト４が供給されて、該ボルト４が各ソケット３１の保持部３１ｂに保持される。
次いで、搬送装置により所定の締結作業位置に位置決めされたワーク２に対応して、ロボット３により締結装置１が締結作業位置に位置決めされる。

締結装置１が締結作業位置にあるとき、回転軸５４は、結合部２５ａよりも下方に位置し、具体的にはホルダ中心線Ｌｈと回転中心線Ｌｎとが特定平面Ｐ（図３参照）上にほぼ位置する。
この状態で、ホルダ用駆動部材２２の電動モータ２３ａが作動してホルダ２１が回転駆動され、３つのソケット体３０の１つが作動ソケット体３０Ａとして前記作動可能位置を占める。このとき、回転軸５４の嵌合部５５と作動ソケット体３０Ａの嵌合部３５とが回転中心線Ｌｎ上で対向する位置にある。

次いで、ランナ移動用駆動部材６０のエアシリンダ６１が作動して休止位置にあるナットランナ５０を前進方向に移動させて、本体部５１と一体に前進する回転軸５４が、嵌合部５５において作動ソケット体３０Ａの嵌合部３５と嵌合する。そして、両嵌合部３５，５５が係合した係合状態で、エアシリンダ６１は、ナットランナ５０を介して作動ソケット体３０Ａを駆動して、回転軸５４および該回転軸５４の当接部５６に当接する回転伝達軸３４を前進方向に移動させることで、戻しバネ２８を圧縮しながら作動ソケット体３０Ａを前進方向に移動させる。

この前進方向への移動により、図５に示されるように、作動ソケット体３０Ａのソケット３１の保持部３１ｂは、係合解除状態にあるソケット体３０のソケット３１の保持部３１ｂよりも前進した位置に移動し、前記制御装置により予め設定された位置において、作動ソケット体３０Ａの保持部３１ｂに保持されたボルト４がワーク２のワーク側締付部２ｃに当接したとき、エアシリンダ６１の作動が停止する。このとき、作動ソケット体３０Ａの保持部３１ｂが残りのソケット体３０である非作動ソケット体（または待機ソケット体）３０Ｂの保持部３１ｂよりも前進方向に突出した状態にある。

この間、回転軸５４が作動ソケット体３０Ａを前進方向に駆動するとき、回転軸５４は、傾倒モーメントＭを減少させる駆動力を作動ソケット体３０Ａを介してホルダ２１に作用させるので、ボルト４とワーク側締付部２ｃとは互いに回転中心線Ｌｓ上に位置して、ボルト４およびワーク側締付部２ｃの中心線（ここでは、ネジ孔２ｅの中心線）がほぼ合致する。
さらに、第１，第２伝達軸３４ａ，３４ｂがセレーション結合部３４ｃで結合されていることにより、ボルト４とワーク側締付部２ｃとの当接時に、第１伝達軸３４ａに対して第２伝達軸３４ｂおよびソケット３１が緩衝バネ３７のバネ力に抗して後退方向に移動することが可能であることから、ボルト４とワーク２のワーク側締付部２ｃとの当接に起因する衝撃が緩和される。

次いで、ナットランナ５０の電動モータ５２が作動して、回転軸５４が回転し、回転伝達軸３４およびソケット３１が回転軸５４と一体に回転し、ボルト４がワーク側締付部２ｃに、締め付けられる（または、螺合する）。
その後、前記制御装置により、ナットランナ５０の締付トルクが検出されて、ボルト４の締付が終了したと判定されると、電動モータ５２が停止して、エアシリンダ６１により駆動された回転軸５４が後退方向に移動する過程で、戻しバネ２８の付勢力により作動ソケット体３０Ａが初期位置に戻り、次いで、ナットランナ５０の回転軸５４の嵌合部５５と作動ソケット体３０Ａの第１伝達軸３４ａの嵌合部３５とが係合解除状態になった後、ナットランナ５０が前記休止位置に戻る。

その後、締結装置１がロボット３により別の締結作業位置に位置決めされる一方、締結装置１では、ボルト４を保持している非作動ソケット体３０Ｂが作動可能位置を占めるように、電動モータ２３ａがホルダ２１を回転させた後、該非作動ソケット体３０Ｂが新たに作動ソケット体３０Ａとして、前記した一連の工程と同様の工程で、ワーク２において異なるワーク側締付部にボルト４が締め付けられ、以後、同様の締結作業が繰り返される。
そして、締結装置１が保持するボルト４が全て使用された後、前記供給用ロボットにより、各ソケット体３０のソケット３１に新たにボルト４が供給されて、締結装置１による締結作業が終了するまで同様の工程が行われる。

次に、前述のように構成された実施形態の作用および効果について説明する。
締結装置１のソケット支持機構２０は、基台１０に支持されると共に回転係合部である回転軸５４との係合が可能な作動可能位置まで各ソケット体３０が移動するようにホルダ２１を駆動するホルダ用駆動部材２２を備え、ランナ移動用駆動部材６０は、係合状態にある回転軸５４を前進方向に移動させることにより、ソケット体３０をホルダ２１に対して前進方向に移動させてボルト４をワーク側締付部２ｃに当接させ、ナットランナ５０の回転軸５４は、ホルダ用駆動部材２２におけるホルダ２１との結合部２５ａに対して特定位置に配置され、前記特定位置は、係合解除状態にある全てのソケット体３０の重量により結合部２５ａを中心としたホルダ２１の傾倒を生じさせる傾倒モーメントＭを、ランナ移動用駆動部材６０が係合状態の回転軸５４を前進方向に移動させる駆動力により減少させる位置である。
この構造により、ホルダ２１に支持される全てのソケット体３０の重量によりホルダ２１の傾倒を生じさせる傾倒モーメントＭは、ランナ移動用駆動部材６０が作動ソケット体３０Ａと係合状態にある回転軸５４を前進方向に移動させる駆動力により減少するので、ホルダ２１の傾倒を矯正または傾倒の度合いを低減できる。この結果、回転軸５４およびソケット３１の回転中心線Ｌｓ上からのワーク側締付部２ｃの位置ズレを小さくできることから、ソケット３１に保持されたボルト４とワーク側締付部２ｃとを合致させることが容易になるので、ボルト４の締付作業への移行が効率よく行われて、締結装置１による締結作業の効率が向上する。
また、回転軸５４をソケット体３０との係合状態および係合解除状態にするため、およびソケット体３０に保持された締付具であるボルト４をワーク側締付部２ｃであるワーク側締付部２ｃに当接させるために、ランナ移動用駆動部材６０は、回転軸５４を進退方向に移動させると共に、該回転軸５４を介してソケット体３０をホルダ２１に対して前進方向に移動させればよいので、複数のソケット体３０が支持されたホルダ２１およびホルダ用駆動部材２２を一緒に進退方向または前進方向に駆動する場合に比べて、ランナ移動用駆動部材６０の駆動力を小さくできる。この結果、ランナ移動用駆動部材６０を小型・軽量化でき、ひいては締結装置１を小型・軽量化できる。

係合状態にあるソケット体３０である作動ソケット体３０Ａは、エアシリンダ６１により駆動されて、係合解除状態にあるソケット体３０である非作動ソケット体３０Bよりも前進した位置に移動し、したがって作動ソケット体３０Ａの保持部３１ｂが非作動ソケット体３０Bの保持部３１ｂよりも前進した位置を占めることにより、ホルダ２１に支持された複数のソケット体３０のうちで、回転軸５４と係合状態にある作動ソケット体３０Ａのみが、係合解除状態にある残りのソケット体３０である非作動ソケット体３０Bよりも前進方向に突出するため、非作動ソケット体３０Bまたは該非作動ソケット体３０Bに保持されたボルト４とワーク２との干渉の回避が容易である。この結果、締結装置１を使用する際のワーク２の形状による制約が減少して、締結装置１の使用範囲を拡大できる。

ソケット支持機構２０は、係合解除状態にあるソケット体３０を後退方向で最も後退した位置である初期位置に移動させる戻しバネ２８を備え、エアシリンダ６１により駆動されて移動する回転係合部である回転軸５４は、作動ソケット体３０Ａを、戻しバネ２８のバネ力に抗して前進方向に移動させることにより、回転軸５４は、作動ソケット体３０Ａを戻しバネ２８のバネ力に抗して前進方向に移動させるので、傾倒モーメントＭを減少させるためのエアシリンダ６１による駆動力は、戻しバネ２８のバネ力の形でホルダ２１に作用する。この結果、戻しバネ２８のバネ定数を変更するなどすることで、戻しバネ２８により、傾倒モーメントＭを減少させる駆動力の大きさの調整が容易になる。
また、前進方向に移動する回転軸５４に対して、回転伝達軸３４が戻しバネ２８のバネ力で後退方向に付勢されていることから、戻しバネ２８のバネ力を利用して回転伝達軸３４を回転軸５４に係合させることができるので、ボルト４が当接するワーク側締付部２ｃが設けられたワーク２からの反力を利用することなく、したがって回転軸５４とソケット体３０とが係合する際にワーク２に荷重をかけることなく、回転軸５４とソケット体３０とを係合状態にすることができる。この結果、回転軸５４とソケット体３０との係合がワーク２とは無関係に行われるので、剛性が低いワーク２またはワーク側締付部２ｃに対しても締結装置１を使用することが可能になって、締結装置１の使用範囲を拡大できる。

ソケット体３０は、回転軸５４と係合状態および係合解除状態になる回転伝達軸３４と、緩衝バネ３７とを備え、回転伝達軸３４は、回転軸５４と係合可能な第１伝達軸３４ａと、第１伝達軸３４ａと一体に回転すると共に第１伝達軸３４ａに対して進退方向に移動可能な第２伝達軸３４ｂとから構成され、ソケット３１は第２伝達軸３４ｂに設けられ、第２伝達軸３４ｂは、ボルト４がワーク側締付部２ｃに当接したとき、緩衝バネ３７を変形させて第１伝達軸３４ａに対して後退方向に移動可能である。
この構造により、ソケット３１に保持されたボルト４がワーク側締付部２ｃに当接したとき、緩衝部材が変形することにより、ボルト４とワーク側締付部２ｃとの当接状態を維持しながら、ボルト４がワーク２に加える衝撃を極力小さくできるので、該ワーク２の変形の発生を防止できる。この結果、剛性が低いワーク２またはワーク側締付部２ｃに対しても締結装置１を使用することが可能になって、締結装置１の使用範囲を拡大できる。

各ソケット体３０は、回転軸５４と係合状態および係合解除状態になる同一構造の回転伝達軸３４を備え、各回転伝達軸３４には、締付具の形状または種類に応じて異なる構造のソケット３１が着脱可能であることにより、１つのホルダ２１に保持される複数のソケット体３０のソケット３１にそれぞれ保持される複数の締付具が２以上が同一であるか、または全て互いに異なる場合にも、必要となる締付具の形状または種類に応じて、回転軸５４と係合可能な回転伝達軸３４を交換することなく、ソケット３１のみを交換すればよい。この結果、ソケット体３０が保持する締付具を簡単に変更できるので、締結装置１による締結作業の効率が向上して、生産性を向上させることができる。

以下、前述した実施形態の一部の構成を変更した実施形態について、変更した構成に関して説明する。
締付具はネジ部品であるナットであり、ワーク側締付部はボルトであってもよい。
所定数は、２または４以上の整数であってもよい。
取付部１１が取り付けられる前記支持部材は、ロボット以外の部材であってもよい。
回転中心線Ｌｎ，Ｌｓ，Ｌａおよび進退方向は、水平面に対して傾斜していてもよい。
ホルダ２１の傾倒は、前倒れ以外の傾倒でもよく、例えば、図５において反時計方向に傾倒する後倒れでもよい。この場合、前記特定位置は、結合部２５ａおよびホルダ中心線Ｌｈよりも上方の位置であり、好ましくは、回転中心線Ｌｎが、結合位置およびホルダ中心線Ｌｈよりも上方に位置し、かつ前記特定平面Ｐ上にほぼ位置するときの位置である。
ホルダ用駆動部材は、ホルダを、上下方向に往復動させるもの、または上下方向に往復動および回動させるものであってもよい。
ホルダ２１に支持される複数のソケット体３０において、少なくとも１つのソケット体３０が進退方向での長さが異なる接続軸３１ａを有していてもよく、その場合には、全てのソケット体３０が係合解除状態にあるとき、少なくとも１つのソケット体３０の保持部３１ｂの、前進方向での位置が異なる。
各駆動部のアクチュエータとして、電磁気式、油圧式などの液圧式など、任意の構造のアクチュエータを使用することができる。

１ 締結装置
２ ワーク
１０ 基台
２０ ソケット支持機構
２１ ホルダ
２２ ホルダ用駆動部材
２８ 戻しバネ
３０ ソケット体
３１ ソケット
３４ 回転伝達軸
３７ 緩衝バネ
５０ ナットランナ
６０ ランナ移動用駆動部材
Ｌｎ 回転中心線
Ｌｈ ホルダ中心線
Ｍ モーメント

Claims (5)

1. 基台と、締付具を保持するソケットをそれぞれ有する複数のソケット体を支持するホルダを備えるソケット支持機構と、回転中心線を中心に回転すると共に前記ソケットを回転駆動して前記締付具をワークのワーク側締付部に締め付ける回転係合部を有する１つのナットランナと、前記基台に支持されると共に前記回転係合部を前記回転中心線に平行な進退方向に移動させるランナ移動用駆動部材とを備える締結装置において、
   前記ソケット支持機構は、前記基台に支持されると共に前記回転係合部との係合が可能な作動可能位置まで前記各ソケット体が移動するように前記ホルダを駆動するホルダ用駆動部材を備え、
   前記ランナ移動用駆動部材は、前記回転係合部が前記進退方向において前記ワークに近づく前進方向に移動することにより、前記回転係合部と前記作動可能位置にある前記ソケット体とが互いに係合した係合状態となるように、および、前記回転係合部が前記進退方向において前記ワークから遠ざかる後退方向に移動することにより、前記回転係合部と前記ソケット体とが互いの係合が解除された係合解除状態になるように、前記回転係合部を駆動し、
   前記回転係合部は、前記係合状態にあるとき前記ソケットを回転駆動し、
   前記ランナ移動用駆動部材は、前記係合状態にある前記回転係合部を前記前進方向に移動させることにより、前記ソケット体を前記ホルダに対して前進方向に移動させて前記締付具を前記ワーク側締付部に当接させ、
   前記回転係合部は、前記ホルダ用駆動部材における前記ホルダとの結合部に対して特定位置に配置され、
   前記特定位置は、前記係合解除状態にある前記複数の前記ソケット体の重量により前記結合部を中心とした前記ホルダの傾倒を生じさせるモーメントを、前記ランナ移動用駆動部材が前記係合状態の前記回転係合部を前進方向に移動させる駆動力により減少させる位置であることを特徴とする締結装置。
2. 前記係合状態にある前記ソケット体は、前記ランナ移動用駆動部材に駆動されて、前記係合解除状態にある前記ソケット体よりも前進した位置に移動することを特徴とする請求項１記載の締結装置。
3. 前記ソケット支持機構は、前記係合解除状態にある前記ソケット体を前記後退方向で最も後退した位置である初期位置に移動させる戻し用弾発部材を備え、
   前記ランナ移動用駆動部材により駆動されて移動する前記回転係合部は、前記係合状態にある前記ソケット体を、前記弾発部材の弾発力に抗して前記前進方向に移動させることを特徴とする請求項１または２記載の締結装置。
4. 前記ソケット体は、前記回転係合部と前記係合状態および前記係合解除状態になる第１伝達部材と、前記第１伝達部材と一体に回転すると共に前記第１伝達部材に対して前記進退方向に移動可能な第２伝達部材と、前記第１伝達部材と前記第２伝達部材の間に配置された緩衝用弾性部材とを備え、
   前記ソケットは前記第２伝達部材に設けられ、
   前記第２伝達部材は、前記締付具が前記ワーク側締付部に当接したとき、前記緩衝用弾性部材を変形させて前記第１伝達部材に対して前記後退方向に移動可能であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の締結装置。
5. 前記各ソケット体は、前記回転係合部と前記係合状態および前記係合解除状態になる同一構造の回転伝達部材を備え、
   前記回転伝達部材には、前記締付具の形状または種類に応じて異なる前記ソケットが着脱可能であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の締結装置。

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