JP5459616B2 - 締め付けツール及び自動締め付け装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボルト軸にナットを締め付ける締め付けツール及び自動締め付け装置に関する。

実開平６−３６７２８号公報には、ロングソケットの外周とベアリングの内接円径との間の微小隙間を有する自動増締め装置が記載されている。ロングソケットは、先端でナットを保持し、ナットの締め付けを行う。

実開平６−３６７２８号公報

上記実開平６−３６７２８号公報に記載された自動増締め装置では、ボルト軸の先端形状に依存してナットの中心軸とボルト軸の軸心との位置ずれを吸収する。例えば、ボルト軸の先端外縁が傾斜面に形成されていると、ボルト軸の先端外縁にナットのネジ孔が当接した際に、ロングソケットが傾斜面に案内されてベアリングとの間の微小隙間を平行移動して、ナットの中心軸とボルト軸の軸心との位置ずれが吸収される。

しかし、ボルト軸の先端縁まで雄ネジが形成されていると、ロングソケットが上述のように案内されないため、ナットの中心軸とボルト軸の軸心との位置ずれを吸収することができない。

そこで、本発明は、ボルト軸へのナットの締め付けにおいて、ボルト軸の先端形状に依存せずにナットの中心軸とボルトの軸心との位置ずれを吸収することが可能であり、且つ吸収可能な位置ずれの範囲を広く設定することができる締め付けツール及び締め付け装置の提供を目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明の第１の態様は、自動締め付け装置に取り付けられ、自動締め付け装置の駆動部の回転によってボルト軸にナットを締め付ける締め付けツールであって、軸部材とソケットと付勢部材と複数の板バネ部材とを備える。

軸部材は、自動締め付け装置の駆動部に取り付けられる取付端部を有し、駆動部の回転軸に沿って延びて駆動部と共に回転する。ソケットは、基端部とナット収容端部とを一体的に有する。基端部は、回転軸に沿ってスライド移動自在に軸部材に支持されて軸部材と共に回転する。ナット収容端部は、ナットを収容するとともに回転軸を中心とした回転方向でナットと係合する。ソケットは、基端部からナット収容端部に向かって回転軸に沿って取付端部から離れる方向へ延びる。ソケットは、取付端部から離間する初期位置から取付端部に近づく作動方向へスライド移動自在である。また、ソケットは、軸部材の取付端部と駆動部との間隙及び基端部と軸部材との間隙の少なくとも一方によって回転軸に対する傾動が許容される。付勢部材は、取付端部から離れる方向へソケットを付勢する。板バネ部材は、固定端部と先端部と傾斜部とを有する。固定端部は、自動締め付け装置に対して固定される。先端部は、初期位置のソケットのナット収容端部に外側から当接する。傾斜部は、ナット収容端部から固定端部に向かって回転軸から離れる方向へ傾斜する。板バネ部材は、固定端部から先端部に向かって回転軸に沿って取付端部から離れる方向へ延び、ソケットのナット収容端部を回転軸に向かって付勢する。

複数の板バネ部材に付勢された初期位置のソケットのナット収容端部に収容されるナットのネジ孔の中心軸は、回転軸とほぼ一致する。

初期位置のソケットのナット収容端部に収容されたナットのネジ孔の中心軸とボルト軸の軸心とが一致しない状態でボルト軸がナット収容端部に対して近接する方向へ相対的に移動し、ボルト軸の先端がナット収容端部に収容されたナットのネジ孔に挿入されずにナット又はナット収容端部に当接して押圧すると、初期位置のソケットが付勢部材の付勢力に抗して作動方向へ相対移動し、ナット収容端部が複数の板バネ部材の先端部の間に没入してボルト軸の先端が複数の板バネ部材の先端部の間に進入し、板バネ部材の先端部が板バネ部材自身の付勢力によって回転軸に向かって移動する。これにより、板バネ部材の傾斜部は、ナット収容端部に収容されたナットのネジ孔の中心軸がボルト軸の軸心に向かって傾くようにソケットのナット収容端部を案内し、作動方向へ相対移動するソケットは、板バネ部材の傾斜部の案内に従って回転軸に対して傾動する。

上記構成では、ボルト軸の先端がソケットのナット収容端部及び複数の板バネ部材の先端部から離間する初期状態において、ソケットは、付勢部材の付勢力によって初期位置に維持される。

初期位置のソケットのナット収容端部に収容されたナットの中心軸とボルト軸の軸心とがほぼ一致する場合、初期状態のボルト軸がナット収容端部に対して近接する方向へ相対的に移動することによって、ナットのネジ孔にボルト軸の先端が挿入される。この状態で、ボルト軸がナット収容端部に対してさらに近接する方向へ相対的に移動すると、ボルト軸の先端がナットのネジ孔に挿入されたまま、ソケットが付勢部材の付勢力に抗して作動方向へ相対移動する。なお、ナットの中心軸とボルト軸の軸心とがほぼ一致する場合とは、ナットの中心軸とボルト軸の軸心とが完全に一致する場合の他、ボルト軸の先端形状がナットの中心軸とボルト軸の軸心との位置ずれを吸収する場合を含む。

一方、初期位置のソケットのナット収容端部に収容されたナットのネジ孔の中心軸とボルト軸の軸心とが一致せず、ボルト軸がナット収容端部に対して近接する方向へ相対的に移動した際にボルト軸の先端がナットのネジ孔に挿入されずにナット又はナット収容端部に当接して押圧する場合には、ボルト軸の押圧によってソケットが付勢部材の付勢力に抗して作動方向へ相対移動し、ナット収容端部に収容されたナットのネジ孔の中心軸がボルト軸の軸心に向かって傾くように、板バネ部材の傾斜部が作動方向へ相対移動するソケットを傾動させ、ソケットが十分に傾いたときに、ナットのネジ孔にボルト軸の先端が挿入される。すなわち、ボルト軸をナット収容端部に対して近接する方向へ相対的に移動させるだけで、ナットの中心軸とボルト軸の軸心との位置ずれを吸収してナットのネジ孔にボルト軸の先端を挿入させることができる。

このように、ボルト軸がナット収容端部に対して近接する方向へ相対的に移動した際に、ボルト軸の先端がナットのネジ孔に挿入されずにナット又はナット収容端部に当接して押圧する場合であっても、ナットの中心軸とボルト軸の軸心との位置ずれを、作動方向へ相対移動するソケットの傾動によって吸収することができる。従って、ボルト軸の先端形状に依存せずにナットの中心軸とボルト軸の軸心との位置ずれを吸収することができる。また、ボルト軸の先端形状のみに依存してナットの中心軸とボルト軸の軸心との位置ずれを吸収する場合に比べて、吸収可能な位置ずれの範囲を広く設定することができる。

また、本発明の第２の態様は、上記第１の態様の締め付けツールが取り付けられる自動締め付け装置であって、上記駆動部と制御手段と判定手段とを備える。

制御手段は、回転軸とボルト軸の軸心とをほぼ平行に維持した状態での駆動部とボルト軸との相対移動を、第１位置と第２位置との間で制御するとともに、回転軸の回転を制御する。第１位置では、ボルト軸の先端がソケットのナット収容端部及び複数の板バネ部材の先端部から離間し、第２位置では、ソケットがボルト軸に押圧されて初期位置から作動方向に変位する。判定手段は、駆動部とボルト軸とが第１位置から第２位置へ向かって相対的に移動して第２位置に達したときに前記軸部材に対して前記ソケットが前記判定基準位置に存在する場合に、ナットのネジ孔にボルト軸の先端が挿入されたと判定する。判定基準位置とは、ナットのネジ孔にボルト軸の先端が挿入された状態で駆動部とボルト軸とが第２位置に達したときの軸部材に対するソケットのスライド位置である。制御手段は、ナットのネジ孔にボルト軸の先端が挿入されたと判定手段が判定した場合に、駆動部を回転させる。

上記構成では、ナットのネジ孔にボルト軸の先端が挿入されたと判定手段が判定した場合に制御手段が駆動部を回転させるので、ナットのネジ孔にボルト軸の先端が挿入されていない状態でのナットの締め付けを未然に防止することができる。また、判定手段は、軸部材に対するソケットのスライド位置が判定基準位置に達しているか否かによってナットのネジ孔にボルト軸の先端が挿入されたか否かを判定するので、ナットのネジ孔へのボルト軸の挿入の成否を簡単に判定することができる。

本実施形態の締め付けツールの断面図である。 エクステンションソケットに対する板バネ部材及び位置センサの配置を示す平面図である。 ボルト軸の先端がナットのネジ孔に挿入された状態を示す図１の締め付けツールの断面図である。 締め付けが完了した状態を示す図１の締め付けツールの断面図である。 自動締め付け装置のブロック構成図である。 自動締め付け制御処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態の締め付けツールの断面図、図５は自動締め付け装置のブロック構成図である。なお、以下の説明における上下方向は、図１における上下方向に対応する。

図１に示すように、自動締め付け装置２９は、ベース５１と、ベース５１に回転自在に支持されてベース５１の上面から突出する角ドライブ（駆動部）８とを備える。また、図５に示すように、自動締め付け装置２９は、位置センサ３１と、入力部３２と、昇降駆動機構４３と、モータ１０と、クラッチ３９と、トルクセンサ３３と、表示装置３４と、情報処理装置３０とを備える。昇降駆動機構４３は、ベース５１を、下方の待機位置から上方の準備位置（第１位置）まで上昇させ、準備位置からさらに上方の締結作業位置（第２位置）まで上昇させた後、待機位置まで下降させる。角ドライブ８は、角柱形状を有し、クラッチ３９を介してモータ１０によって回転駆動される。角ドライブ８の締め付けトルクは、トルクセンサ３３によって検出され、情報処理装置３０に入力される。

図１に示すように、締め付けツール１は、エクステンションバー（軸部材）２と、エクステンションソケット（ソケット）３と、ピン４と、スプリング（付勢部材）５と、複数の板バネ部材６と、バネ支持部材７とを備える。締め付けツール１は、自動締め付け装置２９のベース５１に取り付けられ、角ドライブ８の回転によってボルト軸１１へのナット１４の締め付けを行う。バネ支持部材７は筒形状を有し、ベース５１の上面に固定されて角ドライブ８の外側を覆う。

ボルト軸１１の基端側（上端側）はワーク５０に固定されており、ボルト軸１１の先端側（下端側）はワーク５０の下面から下方へ突出して延びている。ボルト軸１１の外周面のうち先端部を除く領域には、雄ネジ１１aが形成され、ボルト軸１１の先端部は、雄ネジ１１ａが形成された領域よりも細い外径を有する。被締結部品１３には、ボルト軸１１が挿通する貫通孔１３ａが形成されている。ワーク５０は、搬送装置（図示省略）によって締め付けツール１の上方の所定の作業位置に搬送されて保持される。作業位置では、貫通孔１３ａにボルト軸１１が挿通した状態の被締結部品１３が作業者や搬送装置などによって仮保持される。なお、図１は、ワーク５０が作業位置に保持され、ベース５１が待機位置から準備位置まで上昇した状態（初期状態）を示している。

ナット１４は、座金部１４ａを一体的に有する座金付きナットである。ナット１４のネジ孔１５（図２に示す）は、ボルト軸１１の外径とほぼ同じ大きさの内径を有し、ネジ孔１５の内周面にはボルト軸１１の雄ネジ１１ａと螺合する雌ネジ（図示省略）が形成されている。ナット１４は、被締結部品１３の貫通孔１３ａを貫通するボルト軸１１の先端から螺合し、ワーク５０に対する被締結部品１３の締め付けに用いられる。なお、ナット１４は、座金部１５を一体的に有さないナットであってもよい。

エクステンションバー２は、取付端部１７から軸部１８が一体的に延びる棒状部材であり、取付端部１７の下端面には、角ドライブ８と嵌合する嵌合穴２０が形成されている。角ドライブ８と嵌合穴２０との嵌合によって、エクステンションバー２は、自動締め付け装置２９に着脱自在に取り付けられ、角ドライブ８の回転軸９に沿って上方へ延びた状態で角ドライブ８と共に回転する。軸部１８は、取付端部１７よりも細径の角柱形状であり、軸部１８の外周面は、エクステンションソケット３と係合する係合部１９として機能する。角ドライブ８の外面と嵌合穴２０の内面との間には、回転軸９に対するエクステンションバー２の傾動を許容する所定の間隙が設定されている。

エクステンションソケット３は、基端部２１とナット収容端部２２とを両端に有する筒形状であり、これら基端部２１とナット収容端部２２とは一体的に形成されている。基端部２１には、エクステンションバー２の軸部１８よりも僅かに大きい角孔形状の挿通孔２３が形成され、挿通孔２３の内周面は、エクステンションバー２の係合部１９と係合する被係合部５３として機能する。エクステンションバー２の軸部１８が挿通孔２３に挿入された状態で、係合部１９と被係合部５３とが係合し、両者の係合によって、エクステンションソケット３は、エクステンションバー２に対する回転が阻止された状態で軸部１８に沿ってスライド移動自在に支持される。また、軸部１８の外周面と挿通孔２３の内側面との間には、軸部１８（回転軸９）に対するエクステンションソケット３の傾動を許容する所定の間隙が設定されている。すなわち、回転軸９に対するエクステンションソケット３の傾動は、嵌合穴２０と角ドライブ８との間の間隙及び軸部１８と挿通孔２３との間の間隙によって許容される。なお、軸部１８を円柱形状とし、挿通坑３を円孔形状とし、係合部１９及び被係合部５３の一方を回転軸９に沿って延びる係合溝とし、係合部１９及び被係合部５３の他方を係合溝と係合する係合突部としてもよい。

ナット収容端部２２には、ナット１４を収容するナット収容穴２４が形成されている。ナット収容穴１７の内側面は、挿入されたナット１４の外側面と対向し、エクステンションソケット３の回転時にナット１４の外側面と係合する。

エクステンションソケット３の内部には、基端部２１（ソケット係合穴１９）とナット収容端部２２（ナット収容穴２４）とを貫通する貫通孔２５が形成されている。貫通孔２５の上部領域２５ａは、ナット収容穴２４よりも小さい内径を有する。この上部領域２５ａには、ナット収容穴２４に収容されたナット１４とボルト軸１１との螺合が進行することによるエクステンションソケット３のスライド移動に伴って、ボルト軸１１が上方から進入する。貫通孔２５の下部領域２５ｂは、上部領域２５ａ及び挿通孔２３よりも大きい内径を有する。この下部領域２５ｂには、エクステンションソケット３のスライド移動に伴って、エクステンションバー２の軸部１８が下方から進入する。また、挿通孔２３から拡径される下部領域２５ｂの下端には、ピン当接面２５ａが形成されている。なお、基端部２１とナット収容端部２２とは貫通孔２５によって連通している必要はなく、エクステンションソケット３の内部の基端部２１側及びナット収容端部２２側に、軸部１８及びボルト軸１１の進入を許容する空間がそれぞれ独立して形成されていてもよい。

ピン４は、エクステンションバー２の軸部１８の上端部を挿通した状態で固定され、軸部１８の外周面から突出する。ピン４がピン当接面２５ａと当接することにより、エクステンションバー２に対するエクステンションソケット３の上方への移動範囲（移動限界）が規定される。

スプリング５は、エクステンションバー２の軸部１８に外装され、スプリング５の上端及び下端は、エクステンションソケット３の基端部２１の下面とエクステンションバー２の取付端部１７の上面とにそれぞれ接する。スプリング５は、エクステンションソケット３をエクステンションバー２から離れる方向（上方）へ付勢し、エクステンションソケット３は、ピン４とピン当接面２５ａとの当接によってエクステンションバー２から最も上方へ突出した初期位置に設定される。スプリング５の付勢力よりも強い外力がエクステンションソケット３に対して下方へ作用すると、エクステンションソケット３がスプリング５の付勢力に抗して軸部１８に沿って下方（エクステンションバー２の取付端部１７に近づく作動方向）へスライド移動する。エクステンションソケット３が初期位置に設定された状態で、ナット収容穴２４に収容されたナット１４のネジ孔１５の中心軸は、角ドライブ８の回転軸９とほぼ一致する。

図２に示すように、エクステンションソケット３の外側には、角ドライブ８の回転軸９を挟んで対向する２枚を１対とした３対（計６枚）の板バネ部材６が、角ドライブ８（図１に示す）の回転軸９を中心とする所定の円周上に等間隔で配置されている。なお、板バネ部材６の枚数は、上記６枚に限定されるものではなく、回転軸９を中心とする所定の円周上に等間隔で配置された２枚以上であればよい。

図１に示すように、各板バネ部材６は、基端部２６と中間部２７と傾斜部２８とを一体的に有する。基端部２６は、バネ支持部材７の上面にボルト５２によって締結固定される。中間部２７は、基端部２６から上方へ曲折して直線状に延びる。傾斜部２８は、中間部２７の上端から曲折し、角ドライブ８の回転軸９に向かって斜め上方へ直線状に延びる。傾斜部２８の上端部（板バネ部材６の先端部）２８ａは、初期位置のエクステンションソケット３のナット収容端部２２に外側から当接し、板バネ部材６は、ナット収容端部２２の上端を露出させた状態で、ナット収容端部２２を回転軸９に向かって付勢する。なお、傾斜部２８は、中間部２７から連続して湾曲する曲面形状であってもよい。傾斜部２８を湾曲形状とすることにより、回転軸９からの板バネ部材６の最大離間量を低減させることができ、周辺部品との干渉を回避し易くなる。

次に、ベース５１の上昇に伴う締め付けツール１の動作について説明する。

ワーク５０が作業位置に保持され、ベース５１が待機位置から準備位置まで上昇した初期状態において、ボルト軸１１の先端は、エクステンションソケット３のナット収容端部２２及び板バネ部材２８の先端部２８ａから離間し、エクステンションソケット３は、スプリング５の付勢力及びピン４とピン当接面２５ａとの当接によって初期位置に維持される。また、ボルト１１のボルト軸１１ａと角ドライブ８の回転軸９とは一致または略平行に設定され、エクステンションソケット３のナット収容穴２４はボルト１１の先端の直下方に配置され、ナット収容穴２４にナット１４が収容される。

ベース５１が準備位置から締結作業位置に向かって上昇すると、ナット収容端部２２がボルト軸１１に対して近接する方向（上方）へ移動する。上記初期状態において、ナット収容端部２２に収容されたナット１４の中心軸とボルト軸１１の軸心１２とがほぼ一致する場合、ナット収容端部２２の上方への移動によって、ナット１４のネジ孔１５にボルト軸１１の先端が挿入される。この状態からナット収容端部２２がさらに上方へ移動すると、エクステンションソケット３の上下位置が維持されたまま、エクステンションバー２がコイルバネ５の付勢力に抗して上方へ移動し、ナット収容端部２２が複数の板バネ部材６の先端部２８ａの間に没入する。なお、ナット１４の中心軸とボルト軸１１の軸心１２とがほぼ一致する場合とは、ナット１４の中心軸とボルト軸１１の軸心１２とが完全に一致する場合の他、ナット１４のネジ孔１５からボルト軸１１の先端外縁がはみ出しておらず、ボルト軸１１の先端形状がナット１４の中心軸とボルト軸１１の軸心１２との位置ずれを吸収する場合を含む。

一方、上記初期状態において、ナット収容端部２２に収容されたナット１４の中心軸とボルト軸１１の軸心１２とが一致せず、ナット１４のネジ孔１５からボルト軸１１の先端外縁がはみ出しており、ナット収容端部２２が上方へ移動した際に、ボルト軸１１の先端がナット１４のネジ孔１５に挿入されずにナット１４又はナット収容端部２２に当接して押圧すると、ボルト軸１１の先端がナット１４又はナット収容端部２２に接した状態で、エクステンションソケット３の位置が維持されたまま、エクステンションバー２がコイルバネ５の付勢力に抗して上方へ移動する。この移動時において、板バネ部材６もエクステンションバー２とともに上方へ移動し、ナット収容端部２２が複数の板バネ部材６の先端部２８ａの間に没入して、ボルト軸１１の先端が複数の板バネ部材６の先端部２８ａの間に進入する。

ナット収容端部２２が複数の板バネ部材６の先端部２８ａの間に没入すると、複数の板バネ部材６の先端部２８ａが板バネ部材６自身の付勢力によって回転軸９に向かって移動する。このとき、複数の板バネ部材６のうちボルト軸１１の軸心１２に近い側の板バネ部材６（図１中左側の板バネ部材６）の先端部２８ａは、ボルト軸１１の外周面に近接しているため、ナット収容端部２２が没入した後、直ぐにボルト軸１１の外周面と接触する。一方、ボルト軸１１の軸心１２から遠い側の板バネ部材６（図１中右側の板バネ部材６）では、先端部２８ａがボルト軸１１の外周面から離れているため、ナット収容端部２２の没入量の増大に応じて、傾斜部２８がナット収容端部２２に接触しながら先端部２８ａが徐々にボルト軸１１の外周面に向かって移動し、最終的に先端部２８ａがボルト軸１１の外周面に接触又は近接する。このように、ナット収容端部２２の没入量の増大に伴って、ボルト軸１１の軸心１２から遠い側の板バネ部材６の傾斜部２８の方が近い側の板バネ部材６の傾斜部２９よりも大きく変位する。この変位に伴って、各板バネ部材６の傾斜部２８は、ナット１４のネジ孔１５の中心軸がボルト軸１１の軸心１２に向かって傾くようにナット収容端部２２を案内し、エクステンションソケット３は、作動方向（板バネ部材６に対して下方）へ相対移動しながら板バネ部材６の傾斜部２８の案内に従って回転軸９に対して傾動する。そして、図３に示すように、エクステンションソケット３が十分に傾いたときに、ナット１４のネジ孔１５にボルト軸１１の先端が挿入される。

ベース５１が締結作業位置に設定され、且つナット１４のネジ孔１５にボルト軸１１の先端が挿入された状態で、角ドライブ８を介してエクステンションソケット３が締め付け方向へ回転すると、ナット１４は、ボルト軸１１に締め付けられながら上方へ移動する。エクステンションソケット３は、コイルスプリング５から上方への付勢力を受けているため、ナット１４の上方への移動に応じて上方へ移動し、図４に示すように、最終的に初期位置近傍の締結完了位置まで戻る。なお、以下の説明において、ボルト軸１１の先端がナット１４のネジ孔１５に挿入された状態を締結前適正状態と称し、ナット１４がボルト軸１１に締め付けられることによってエクステンションソケット３が締結完了位置に戻った状態を締結後適正状態と称する。

次に、自動締め付け装置２９の位置センサ３１、入力部３２、表示装置３４及び情報処理装置３０について説明する。

位置センサ３１は、バネ支持部材７の上方の所定の高さにブラケット５４を介して固定され（図１参照）、互いに隣接する２つの板バネ部材６の間からエクステンションソケット３の外周面を検出可能な位置（検出基準軸３１ａがエクステンションソケット３の外周面と交叉する位置）に配置される（図２参照）。本実施形態の位置センサ３１は、センサコイルに高周波磁界を発生させ、センサコイルのインピーダンスの変化を検出信号として出力する近接スイッチである。位置センサ３１から検出対象までの距離が動作距離以内の場合、位置センサ３１から情報処理装置３０に検出信号が出力され、動作距離を超えている場合、検出信号は出力されない。エクステンションソケット３の外周面には、下側の第１の特定検出部５５と上側の第２の特定検出部５６とが設けられている。各特定検出部５５，５６は、エクステンションソケット６の外周面に形成された環状凹部の底面である。エクステンションソケット６の外周面のうち位置センサ３１の検出対象となる部分（検出基準軸３１ａと交叉する被検出部分）は、エクステンションバー２に対するエクステンションソケット３の移動に伴って変わる。エクステンションソケット３に対する位置センサ３１の距離は、特定検出部５５，５６が設けられていないエクステンションソケット３の外周面（一般検出面）を検出し、且つ各特定検出部５５，５６を検出しない位置（エクステンションソケット３の一般検出面が動作距離よりも近く、特定検出部５５，５６が動作距離よりも遠くなる位置）に設定される。第１の特定検出部５５は、エクステンションソケット３が初期位置及び締結完了位置に存在するときに検出基準軸３１ａと交叉する所定範囲に形成される。第２の特定検出部５６は、ベース５１が締結作業位置に移動し、且つボルト軸１１の先端がナット１４のネジ孔１５に挿入された締結前適正状態のときに検出基準軸３１ａと交叉する所定範囲に形成される。エクステンションソケット３が初期位置及び締結完了位置に設定されている状態並びに上記締結前適正状態では、位置センサ３１から情報処理装置３０に検出信号が入力されない非入力状態となり、それ以外の状態では、位置センサ３１から情報処理装置３０に検出信号が入力される入力状態となる。なお、位置センサ３１は、上記近接スイッチに限定されず、反射型フォトセンサなど他種のセンサを用いてもよい。

情報処理装置３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３５と記憶部３６とを有する。情報処理装置３０は、汎用のパーソナルコンピュータであってもよく、専用の装置であってもよい。

記憶部３６は、ROM（Read Only Memory）やRAM（Random Access Memory）などによって構成され、記憶部３６には、ＣＰＵ３５が各種処理を実行するための各種プログラムや各種データが予め記憶されている。各種プログラムには、ＣＰＵ３５が目標トルク設定処理を実行するための目標トルク設定プログラム及び自動締め付け制御処理を実行させるための自動締め付け制御プログラムが含まれる。なお、目標トルク設定プログラムや自動締め付け制御プログラムは、各種CDメディア（Compact Disc Media）などの記憶媒体から読み出され、記憶部３６に記憶されてもよく、インターネットなどのネットワークを介して取得され、記憶部３６に記憶されてもよい。また、締付完了情報は、上記各プログラムとは別に記憶部３６に記憶されていてもよい。

目標トルク設定処理及び自動締め付け制御処理を実行するＣＰＵ３５は、目標トルク設定部３７、昇降制御部３８、判定部４０、回転制御部４１及び画像制御部４２として機能する。なお。ＣＰＵ３５の機能の一部を抽出して他の情報処理装置に設けてもよい。

入力部３２は、例えば操作ボタンやキーボードなどであり、作業者からの入力を受ける。作業者が入力部３２に対して入力操作を行うと、これに対応した操作信号が入力部３３から情報処理装置３０へ入力する。目標トルク設定処理及び自動締め付け制御処理は、ワーク５０が所定の作業位置に保持されていることを条件として、作業者が入力部３２に対して所定の入力操作を行うことによって実行される。なお、自動締め付け制御処理は、１つのナット１４の締め付けが終了する毎に都度終了し、作業者からの再度の操作入力に応じて次のナットの締め付けを開始してもよく、作業者からの終了の入力操作を受けるまで連続して繰り返して実行してもよい。また、目標トルク設定処理は、自動締め付け制御処理の開始直後の作業者からの所定の入力操作により、開始されてもよい。

目標トルク設定処理において、画像制御部４２は、目標トルクの設定入力を求める画像を表示装置３４に表示させる。作業者は、所望の目標トルクを入力部から入力することにより、目標トルクの設定を行う。目標トルク設定部３７は、入力された目標トルクを記憶部３６に記憶させる。

自動締め付け制御処理において、昇降制御部３８は、入力部３２からの信号を受信した後、昇降機構４３を制御して、ベース５１を、下方の待機位置から上方の準備位置まで比較的高速で上昇させて一度停止し、準備位置からさらに上方の締結作業位置まで比較的低速で上昇させて停止し、モータ１０による角ドライブ８の回転が実行された後、待機位置まで下降させる。すなわち、昇降制御部３８は、回転軸９とボルト軸１１の軸心１２とをほぼ平行に維持した状態での角ドライブ８とボルト軸１１との相対移動を準備位置と締結作業位置との間で制御する制御手段として機能する。

判定部４０は、ベース５１が待機位置に設定された状態において、エクステンションソケット３が初期位置に設定されているか否かを、位置センサ３１から検出信号に基づいて判定する。位置センサ３１からの検出信号が入力状態の場合には、エクステンションソケット３が初期位置に設定されていると判定され、非入力状態の場合には、エクステンションソケット３が初期位置に設定されていないエラー状態であると判定される。

また、判定部４０は、ベース５１が締結作業位置に移動した際に、ボルト軸１１の先端がナット１４のネジ孔１５に挿入された締結前適正状態であるか否かを、位置センサ３１から検出信号に基づいて判定する。ベース５１が締結作業位置に移動することにより、位置センサ３１からの検出信号が入力状態から非入力状態に変化して維持されている場合には、ボルト軸１１の先端がナット１４のネジ孔１５に挿入された締結前適正状態であると判定される。一方、ボルト軸１１の先端がナット１４のネジ孔１５に挿入されないままベース５１が締結作業位置に達すると、エクステンションソケット３はエクステンションバー２に対して締結前適正状態を通過してさらに下方まで相対移動した状態となる。このため、第２の特定検出部５６が位置センサ３１の検出基準軸３１ａよりも下方に位置し、検出基準軸３１ａが第２の特定検出部５６よりも上方の一般検出面と交叉し、位置センサ３１から検出信号が入力される。すなわち、ベース５１が締結作業位置に移動することによって、位置センサ３１からの検出信号が入力状態から非入力状態に変わった後さらに入力状態に変わって維持されている場合には、ボルト軸１１の先端がナット１４のネジ孔１５に挿入されていないエラー状態であると判定される。

このように、判定部４０は、ナット１４のネジ孔１５にボルト軸１１の先端が挿入された状態でベース５１が締結作業位置に達したときのエクステンションバー２に対するエクステンションソケット３のスライド位置を判定基準位置とし、ベース５１が準備位置から締結作業位置に上昇したときにエクステンションバー２に対してエクステンションソケット３が判定基準位置に存在する場合に、ナット１４のネジ孔１５にボルト軸１１の先端が挿入されたと判定する判定手段として機能する。

また、判定部４０は、ベース５１が締結作業位置に設定されて角ドライブ８が回転しているときに、ナット１４がボルト軸１１に締め付けられることによってエクステンションソケット３が締結完了位置に戻ったか否か（締結後適正状態であるか否か）を、位置センサ３１から検出信号に基づいて判定する。位置センサ３１からの検出信号が非入力状態から入力状態に変わった場合には、エクステンションソケット３が締結完了位置に戻った締結後適正状態であると判定され、検出信号の入力状態が維持されている場合には、エクステンションソケット３がまだ締結完了位置まで戻っていない（締結後適正状態ではない）と判定される。

また、判定部４０は、エクステンションソケット３がナット１４をボルト軸１１に締め付けている間、トルクセンサ３３から入力された締め付けトルクと記憶部３６に記憶された目標トルクとを比較し、締め付けトルクが目標トルクに達しているか否かを判定する。

さらに、判定部４０は、上記２つのエラー状態に加えて、角ドライブ８が回転を開始してから第１の所定時間が経過しても締結後適正状態とならない（エクステンションソケット３が締結完了位置に戻らない）場合、及びエクステンションソケット３が初期位置に戻った締結後適正状態から第２の所定時間（第２の所定時間＜第１の所定時間）が経過しても締め付けトルクが目標トルクに達しない場合に、エラー状態であると判定する。

回転制御部４１は、ベース５１が締結作業位置に設定され、締結前適正状態であると判定部４０が判定した場合、クラッチ３９を接続し、モータ１０によって角ドライブ８を回転させる。また、回転制御部４１は、締結後適正状態であり且つ締め付けトルクが目標トルクに達していると判定部４０が判定した場合、及びエラー状態であると判定部４０が判定した場合、クラッチ３９を遮断して角ドライブ８の回転を停止させる。すなわち、回転制御部４１は、ナット１４のネジ孔１５にボルト軸１１の先端が挿入されたと判定部４０が判定した場合に、角ドライブ８を回転させる制御手段として機能する。

画像制御部４２は、締結後適正状態であり且つ締め付けトルクが目標トルクに達していると判定部４０が判定した場合、締結作業が適正に完了したことを報知する画像を表示装置３４に表示させる。また、画像制御部４２は、エラー状態であると判定部４０が判定した場合、これを報知する画像を表示装置３４に表示させる。なお、ブザーやスピーカーなどの音声出力部を設け、締結作業が適正に完了したことやエラー状態であることを音声によって報知してもよい。また、エラー状態であることを報知する画像は、エラー内容を報知する画像を含んでもよい。

次に、情報処理装置３０のＣＰＵ３５が実行する自動締め付け制御処理について、図６を参照して説明する。図６は自動締め付け制御処理のフローチャートである。

本処理は、作業者からの所定の入力操作に応じて開始される。本処理の開始時において、ワーク５０は所定の作業位置に保持され、ベース５１は待機位置に設定され、ナット１４はナット収容穴２４に収容されている。なお、自動締め付け制御処理の実行前又は実行中に、作業者は必要に応じて目標トルクを設定する。

本処理が開始されると、判定部４０は、エクステンションソケット３が初期位置に設定されているか否かを判定し（ステップＳ１）、初期位置に設定されていると判定した場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、昇降制御部３８は、ベース５１を締結作業位置まで上昇させる（ステップＳ２）。このとき、昇降制御部３８は、ベース５１を、待機位置から準備位置まで比較的高速で上昇させて一度停止した後、準備位置からさらに締結作業位置まで比較的低速で上昇させて停止する。

ベース５１が締結作業位置に達すると、判定部４０は、ボルト軸１１の先端がナット１４のネジ孔１５に挿入された締結前適正状態であるか否かを判定し（ステップＳ３）、締結前適正状態であると判定した場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、回転制御部４１は、角ドライブ８を回転させる（ステップＳ４）。

角ドライブ８の回転開始後、判定部４０は、ナット１４がボルト軸１１に締め付けられることによってエクステンションソケット３が締結完了位置に戻った締結後適正状態であるか否かを判定し（ステップＳ５）、締結後適正状態であると判定した場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、締め付けトルクが目標トルクに達しているか否かを判定する（ステップＳ６）。

締め付けトルクが目標トルクに達していると判定部４０が判定した場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、回転制御部４１は角ドライブ８の回転を停止し（ステップＳ７）、昇降制御部３８はベース５１を締結作業位置から準備位置まで下降させ（ステップＳ８）、画像制御部４２は締結作業が適正に完了したことを報知する画像を表示装置３４に表示させ（ステップＳ９）、ＣＰＵ３６は本処理を終了する。

また、判定部４０は、角ドライブ８の回転中にエクステンションソケット３が締結完了位置にまだ戻っていないと判定した場合（ステップＳ５：ＮＯ）、回転制御部４１が角ドライブ８の回転を開始してから第１の所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１０）。回転開始からまだ第１の所定時間が経過していないと判定部４０が判定した場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、ステップＳ４に戻り、角ドライブ８の回転を継続する。一方、回転開始から第１の所定時間が経過したと判定部４０が判定した場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、回転制御部４１は角ドライブ８の回転を停止し（ステップＳ１１）、昇降制御部３８はベース５１を締結作業位置から準備位置まで下降させ（ステップＳ１２）、画像制御部４２はエラーを報知する画像を表示装置３４に表示させ（ステップＳ１３）、ＣＰＵ３６は本処理を終了する。

また、判定部４０は、エクステンションソケット３が締結完了位置に戻っているにも拘わらず締め付けトルクが目標トルクにまだ達していないと判定した場合（ステップＳ６：ＮＯ）、エクステンションソケット３が締結完了位置に戻ってから第２の所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１４）。エクステンションソケット３が締結完了位置に戻ってからまだ第２の所定時間が経過していないと判定部４０が判定した場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、ステップＳ４に戻り、角ドライブ８の回転を継続する。一方、エクステンションソケット３が締結完了位置に戻ってから第２の所定時間が経過したと判定部４０が判定した場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、回転制御部４１は角ドライブ８の回転を停止し（ステップＳ１１）、昇降制御部３８はベース５１を締結作業位置から準備位置まで下降させ（ステップＳ１２）、画像制御部４２はエラーを報知する画像を表示装置３４に表示させ（ステップＳ１３）、ＣＰＵ３６は本処理を終了する。

また、本処理の開始時においてエクステンションソケット３が初期位置に設定されていないと判定部４０が判定した場合（ステップＳ１：ＮＯ）、画像制御部４２はエラーを報知する画像を表示装置３４に表示させ（ステップＳ１３）、ＣＰＵ３６は本処理を終了する。

さらに、ベース５１が締結作業位置に達した際に、ボルト軸１１の先端がナット１４のネジ孔１５に挿入された締結前適正状態ではないと判定部４０が判定した場合（ステップＳ３：ＮＯ）、昇降制御部３８はベース５１を締結作業位置から準備位置まで下降させ（ステップＳ１２）、画像制御部４２はエラーを報知する画像を表示装置３４に表示させ（ステップＳ１３）、ＣＰＵ３６は本処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態によれば、初期状態においてナット１４のネジ孔１５からボルト軸１１の先端外縁がはみ出している場合であっても、エクステンションソケット３の傾動によって、ナット１４の中心軸とボルト軸１１の軸心１２との位置ずれを吸収することができる。すなわち、ナット１４の中心軸とボルト軸１１の軸心１２との位置ずれを、ボルト軸１１の先端形状に依存せずに吸収することができる。また、ボルト軸１１の先端形状のみに依存してナット１４の中心軸とボルト軸１１の軸心１２との位置ずれを吸収する場合に比べて、吸収可能な位置ずれの範囲を広く設定することができる。

また、吸収可能な最大位置ずれ量は、ボルト軸１１が板バネ部材６の先端部２８ａの間を進入可能な範囲（ボルト軸１１の先端外縁がナット収容端部２２の上端外縁からはみ出さない範囲）まで拡大可能である。

また、情報処理装置３０は、位置センサ３１からの検出信号に基づいてナット１４のネジ孔１５にボルト軸１１の先端が挿入されたか否かを判定し、ネジ孔１５にボルト軸１１の先端が挿入されたと判定した場合に角ドライブ８を回転させるので、ナット１４のネジ孔１５にボルト軸１１の先端が挿入されていない状態での締め付けに起因するナット１４やボルト軸１１の損傷を未然に防止することができる。

また、情報処理装置３０は、エクステンションバー２に対するエクステンションソケット３のスライド位置を検出する位置センサ３１からの検出信号に基づいてナット１４のネジ孔１５にボルト軸１１の先端が挿入されたか否かを判定するので、ナット１４のネジ孔１５へのボルト軸１１の挿入の成否を簡単に判定することができる。

さらに、ボルト軸１１が下方以外の方向に突出している場合には、そのボルト軸１１に応じて角ドライブ８が配置されるように自動締め付け装置２９を設定すればよい。すなわち、ボルト軸１１の突出方向（ナット１４の締め付ける向き）を問わず、自動締め付け装置２９の適用が可能である。従って、例えば１つのワークが上方に突出する第１のボルト軸と下方に突出する第２のボルト軸とを有し、これら２つのボルト軸に対してそれぞれナットを締め付ける場合、ワークを作業位置に保持した状態で第１のボルト軸に対して下向きの締め付けを行う第１の自動締め付け装置と、第２のボルトに対して上向きの締め付けを行う第２の締め付け装置とを設けることによって、第１のボルト軸に対する下向きの締め付けと第２のボルトに対する上向きの締め付けとを、１つの作業位置（１つの工程内）において行うことができる。

なお、エクステンションバー２にエクステンションソケット３をスライド移動自在に支持させる構造は上記に限定されるものではなく、例えば、エクステンションバー２の内部にエクステンションソケット３が挿入される構造であってもよい。

また、回転軸９に対するエクステンションソケット３の傾動を許容する間隙を、軸部１８と挿通孔２３との間にのみ設定してもよく、角ドライブ８と嵌合穴２０との間にのみ設定してもよい。

また、本実施形態では、角ドライブ８がベース５１に回転自在に支持されているが、角ドライブ８がベース５１に固定され、ベース５１がモータ１０によって回転してもよい。

また、板バネ部材６の固定端部２６とバネ支持部材７との間に、板バネ部材６の付勢力を調整して設定可能なバネ機構を設けてもよい。

また、本実施形態では、ボルト軸１１に対して角ドライブ８を移動させる場合について説明したが、反対に、角ドライブ８に対してボルト軸１１を移動させてもよく、ボルト軸１１と角ドライブ８の双方を移動させてもよい。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、この実施形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、この実施形態に基づいて当業者などによりなされる他の実施形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。

本発明は、ボルト軸にナットを締め付ける自動締め付け装置に広く適用可能である。

１ 締め付けツール
２ エクステンションバー（軸部材）
３ エクステンションソケット（ソケット）
５ スプリング（付勢部材）
６ 板バネ部材
８ 角ドライブ（駆動部）
９ 回転軸
１１ ボルト軸
１２ 軸心
１３ 被締結部品
１４ ナット
１５ ネジ孔
１７ 取付端部
２１ 基端部
２２ ナット収容端部
２８ 傾斜部
２８ａ 板バネ部材の先端部
２９ 自動締め付け装置
３０ 情報処理装置
３１ 位置センサ
３８ 昇降制御部（制御手段）
４０ 判定部（判定手段）
４１ 回転制御部（制御手段）
５０ ワーク
５１ ベース

Claims (2)

1. 自動締め付け装置に取り付けられ、該自動締め付け装置の駆動部の回転によってボルト軸にナットを締め付ける締め付けツールであって、
   前記駆動部に取り付けられる取付端部を有し、該駆動部の回転軸に沿って延びて該駆動部と共に回転する軸部材と、
   前記回転軸に沿ってスライド移動自在に前記軸部材に支持されて該軸部材と共に回転する基端部と、前記ナットを収容するとともに前記回転軸を中心とした回転方向で該ナットと係合するナット収容端部とを一体的に有し、前記基端部から前記ナット収容端部に向かって前記回転軸に沿って前記取付端部から離れる方向へ延び、前記取付端部から離間する初期位置から該取付端部に近づく作動方向へスライド移動自在であり、且つ前記軸部材の取付端部と前記駆動部との間隙及び前記基端部と前記軸部材との間隙の少なくとも一方によって前記回転軸に対する傾動が許容されるソケットと、
   前記取付端部から離れる方向へ前記ソケットを付勢する付勢部材と、
   前記自動締め付け装置に対して固定される固定端部と、前記初期位置の前記ソケットのナット収容端部に外側から当接する先端部と、前記ナット収容端部から前記固定端部に向かって前記回転軸から離れる方向へ傾斜する傾斜部とを有し、前記固定端部から前記先端部に向かって前記回転軸に沿って前記取付端部から離れる方向へ延び、前記ソケットのナット収容端部を前記回転軸に向かって付勢する複数の板バネ部材と、を備え、
   前記複数の板バネ部材に付勢された前記初期位置のソケットのナット収容端部に収容されるナットのネジ孔の中心軸は、前記回転軸とほぼ一致し、
   前記初期位置のソケットのナット収容端部に収容されたナットのネジ孔の中心軸と前記ボルト軸の軸心とが一致しない状態で前記ボルト軸が前記ナット収容端部に対して近接する方向へ相対的に移動し、前記ボルト軸の先端が前記ナット収容端部に収容されたナットのネジ孔に挿入されずに該ナット又は前記ナット収容端部に当接して押圧すると、前記初期位置のソケットが前記付勢部材の付勢力に抗して前記作動方向へ相対移動し、前記ナット収容端部が前記複数の板バネ部材の先端部の間に没入して前記ボルト軸の先端が前記複数の板バネ部材の先端部の間に進入し、該板バネ部材の先端部が該板バネ部材の付勢力によって前記回転軸に向かって移動することにより、前記板バネ部材の傾斜部は、前記ナット収容端部に収容されたナットのネジ孔の中心軸が前記ボルト軸の軸心に向かって傾くように前記ソケットのナット収容端部を案内し、前記作動方向へ相対移動するソケットは、前記板バネ部材の傾斜部の案内に従って前記回転軸に対して傾動する
   ことを特徴とする締め付けツール。
2. 請求項１に記載の締め付けツールが取り付けられる自動締め付け装置であって、
   前記駆動部と、
   前記回転軸と前記ボルト軸の軸心とをほぼ平行に維持した状態での前記駆動部と前記ボルト軸との相対移動を、前記ボルト軸の先端が前記ソケットのナット収容端部及び前記複数の板バネ部材の先端部から離間する第１位置と前記ソケットが前記ボルト軸に押圧されて前記初期位置から前記作動方向に変位する第２位置との間で制御するとともに、前記駆動部の回転を制御する制御手段と、
   前記ナットのネジ孔に前記ボルト軸の先端が挿入された状態で前記駆動部と前記ボルト軸とが前記第２位置に達したときの前記軸部材に対する前記ソケットのスライド位置を判定基準位置とし、前記駆動部と前記ボルト軸とが前記第１位置から前記第２位置へ向かって相対的に移動して該第２位置に達したときに前記軸部材に対して前記ソケットが前記判定基準位置に存在する場合に、前記ナットのネジ孔に前記ボルト軸の先端が挿入されたと判定する判定手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記ナットのネジ孔に前記ボルト軸の先端が挿入されたと前記判定手段が判定した場合に、前記駆動部を回転させる
   ことを特徴とする自動締め付け装置。

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