JP5904837B2 - 自動ねじ締め機、ドライバシステム、及び、ねじ締め方法 - Google Patents

Description

本発明は、対象物にねじを締める技術に関する。

従来より、ねじ供給装置からねじの供給を受け、回転駆動源によって回転するドライバビットを用いて、基板などの対象物にねじを締める自動ねじ締め機が知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。

図１６は、従来の自動ねじ締め機９０の一例を示す図である。自動ねじ締め機９０は、作業者が把持する筐体９１と、この筐体９１に接続された円筒形のスリーブ９２とを備えている。スリーブ９２の内部にはねじ７と係合するドライバビット９３が設けられ、筐体９１の内部にはドライバビット９３の回転駆動源となるモータ９４が設けられている。ねじ７を締める場合は、ドライバビット９３がモータ９４によって回転されるとともに、スリーブ９２の先端部からエアが吸引され、この吸引力によってドライバビット９３の先端部（自動ねじ締め機９０の先端部）にねじ７が係合される。この状態で、作業者が筐体９１を把持して、自動ねじ締め機９０の先端部に係合されたねじ７を、対象物８のねじ穴８０に押し当てることで、対象物８にねじ７が締結される。

また、自動ねじ締め機９０は、ドライバビット９３の先端部にねじ７を係合させるために、ねじ７を一時的に保持する金属製のチャック９５を備えている。チャック９５は、ねじ供給装置からのねじ７の供給経路となるホース９９と接続される。これとともに、チャック９５は、連結具９７を介してエアシリンダ９６のロッドに接続されており、エアシリンダ９６の動作によってスリーブ９２の軸方向に移動可能となっている。

自動ねじ締め機９０を用いて連続的にねじ７を締める作業を行う場合、チャック９５は、スリーブ９２の軸方向に沿った往復運動（図中の上下運動）を行う。ドライバビット９３がねじ７を締める場合は、図中左側の状態のように、チャック９５はドライバビット９３と干渉しないように、ドライバビット９３の先端部から離れた待避位置に退避する。一方、ドライバビット９３にねじ７を係合させる場合は、図中右側の状態のように、チャック９５はドライバビット９３の先端部の近傍まで移動してねじ７を保持する。

図１７は、ドライバビット９３にねじ７を係合させるときのチャック９５の動作を示す図である。まず、チャック９５は、ドライバビット９３の先端部の近傍に位置し、ホース９９を介してねじ供給装置から供給されたねじ７を保持する（状態ＳＴ９１）。チャック９５は、互いに閉じる方向に付勢された２つのチャック爪９５ａを備えており、これらのチャック爪９５ａによってねじ７を保持する。

この状態ＳＴ９１から、チャック９５が上部に移動すると、スリーブ９２によるエアの吸引によってドライバビット９３の先端部にねじ７が係合する（状態ＳＴ９２）。さらに、チャック９５が上部に移動すると、スリーブ９２と接触することによってチャック爪９５ａが開く（状態ＳＴ９３）。そして、チャック９５は、このようにチャック爪９５ａが開いた状態で待避位置まで移動する。

特開２０００−５２１６４号公報 特開２０００−５９４８号公報

ところで、図１８に示すように、対象物８において、ねじ７の締結対象となるねじ穴８０に近接して、高さが比較的高い（例えば、５９ｍｍの）部品８１が配置される場合がある。このようなねじ穴８０にねじ７を締結する場合には、自動ねじ締め機と部品８１との接触を回避する必要がある。

しかしながら、図１６に示すような従来の自動ねじ締め機９０においては、自動ねじ締め機９０の先端部（ドライバビット９３の先端部）の近傍にチャック９５が移動する。したがって、チャック９５、ホース９９及び連結具９７などの比較的大きな部位が、自動ねじ締め機９０の先端部の近傍に位置する状態が生じる。このため、ねじ７を締める作業を行う場合に、自動ねじ締め機９０のこれらの部位が、対象物８に配置された部品８１と接触する可能性が高い。

このような接触を回避するためには、自動ねじ締め機９０の先端部の近傍にチャック９５が移動するタイミングで、作業者が自動ねじ締め機９０の全体を持ち上げる必要がある。しかしながら、作業者がこのような作業を行った場合には作業効率が大幅に低下するため、改善策が求められていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ねじ穴と部品とが近接する場合であっても、自動ねじ締め機と部品とを接触させることなく、ねじを締めることができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、自動ねじ締め機であって、直線的に延びる円筒状の外スリーブと、前記外スリーブの先端部とは逆側の基端部の近傍に設けられる供給口を介して、前記外スリーブの内部へねじを配送する配送部材と、前記外スリーブの内部における前記供給口から前記先端部までのいずれかの位置において、前記配送部材によって配送された前記ねじを保持する保持部材と、前記外スリーブの内部を前記先端部へ向かう方向に移動し、前記保持部材に保持された前記ねじと係合し、前記先端部から前記ねじの少なくとも軸部を突出させて前記ねじを締めるドライバビットと、前記ドライバビットを内包し、エアの吸引により前記外スリーブの内部に吸引力を生じさせて、前記保持部材に保持された前記ねじを吸引により前記ドライバビットに接触させる内スリーブと、を備える。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載の自動ねじ締め機において、前記内スリーブは、前記ドライバビットとともに前記外スリーブの内部を移動する。

また、請求項３の発明は、請求項２に記載の自動ねじ締め機において、前記保持部材は、前記外スリーブの先端部の近傍に設けられる。

また、請求項４の発明は、請求項２または３に記載の自動ねじ締め機において、前記内スリーブの少なくとも一部の断面は、前記ドライバビットの外周の複数の位置に接触する形状である。

また、請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の自動ねじ締め機において、前記保持部材は、板バネである。

また、請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の自動ねじ締め機において、前記外スリーブの前記基端部が固定される筐体と、前記ドライバビットを回転するとともに、前記外スリーブの軸方向に沿って前記筐体の内部を移動する回転駆動源と、をさらに備えている。

また、請求項７の発明は、請求項６に記載の自動ねじ締め機において、前記配送部材は、ねじ供給装置から前記自動ねじ締め機へのねじの供給経路となるホースと接続する接続配管、を備え、前記接続配管は、前記筐体における前記外スリーブが固定される側とは逆側に設けられる。

また、請求項８の発明は、ドライバシステムであって、請求項１ないし７のいずれかに記載の自動ねじ締め機と、前記自動ねじ締め機の動作を制御する制御装置と、を備えている。

また、請求項９の発明は、ねじ締め方法であって、（ａ）直線的に延びる円筒状の外スリーブの先端部とは逆側の基端部の近傍に設けられる供給口を介して、前記外スリーブの内部へねじを配送する工程と、（ｂ）前記外スリーブの内部における前記供給口から前記先端部までのいずれかの位置の保持部材において、前記工程（ａ）で配送された前記ねじを保持する工程と、（ｃ）ドライバビットが前記外スリーブの内部を前記先端部へ向かう方向に移動し、前記工程（ｂ）で保持された前記ねじと係合し、前記先端部から前記ねじの少なくとも軸部を突出させて前記ねじを締める工程と、（ｄ）前記ドライバビットを内包する内スリーブが、エアの吸引により前記外スリーブの内部に吸引力を生じさせて、前記保持部材に保持された前記ねじを吸引により前記ドライバビットに接触させる工程と、を備える。

請求項１ないし９の発明によれば、外スリーブの先端部とは逆側の基端部の近傍に設けられる供給口を介してねじが供給され、ねじが外スリーブの内部に保持される。したがって、自動ねじ締め機の先端部の近傍に比較的大きな部位が配置されないため、ねじ穴と部品とが近接する場合であっても、自動ねじ締め機と部品とを接触させることなく、ねじを締めることができる。また、ねじを吸引によりドライバビットに接触させる内スリーブが外スリーブの内部に設けられる。このため、外スリーブの内部に吸引力を生じさせることができ、保持部材に保持されたねじの姿勢を正してから、ドライバビットとねじとを接触させることができる。

また、特に請求項３の発明によれば、保持部材が外スリーブの先端部の近傍に設けられるため、ねじがドライバビットと接触するまでにねじの姿勢を適切に正すことができる。

また、特に請求項４の発明によれば、内スリーブの少なくとも一部の断面はドライバビットの外周の全体ではなく、外周の複数の位置に接触する形状である。このため、内スリーブは、ドライバビットの振動を抑制するとともに、吸引したエアを通すことができる。

また、特に請求項５の発明によれば、保持部材が比較的軽い板バネであるため、自動ねじ締め機を軽量化することができる。

また、特に請求項６の発明によれば、ドライバビットを回転する回転駆動源が、外スリーブの基端部が固定される筐体の内部を移動する。このため、外スリーブとドライバビットとを相対的に移動させる機構を筐体とは別に用意する必要がなく、自動ねじ締め機をコンパクトにすることができる。

また、特に請求項７の発明によれば、接続配管が筐体における外スリーブが固定される側とは逆側に設けられるため、筐体を扱う際にねじの供給経路となるホースが邪魔にならない。

図１は、自動ねじ締め機を含むドライバシステムの概略構成図である。 図２は、自動ねじ締め機の全体構成を示す図である。 図３は、自動ねじ締め機の全体構成を示す図である。 図４は、ピストンロッドの下部を拡大して示す図である。 図５は、内スリーブの断面の形状を示す図である。 図６は、外スリーブの近傍を拡大して示す図である。 図７は、外スリーブの近傍を拡大して示す図である。 図８は、保持部材の構造を示す図である。 図９は、保持部材の下端部が開放される様子を示す図である。 図１０は、自動ねじ締め機の動作の流れを示す図である。 図１１は、自動ねじ締め機の動作中の一の状態を示す図である。 図１２は、自動ねじ締め機の動作中の一の状態を示す図である。 図１３は、自動ねじ締め機の動作中の一の状態を示す図である。 図１４は、自動ねじ締め機の動作中の一の状態を示す図である。 図１５は、自動ねじ締め機の動作中の一の状態を示す図である。 図１６は、従来の自動ねじ締め機の一例を示す図である。 図１７は、従来の自動ねじ締め機のチャックの動作を示す図である。 図１８は、ねじ穴に近接して部品が配置される様子を示す図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。

＜１．システム構成＞
図１は、本実施の形態の自動ねじ締め機１を含むドライバシステム１００の概略構成図である。ドライバシステム１００は、自動ねじ締め機１とともに、制御装置５０、ドライバコントローラ５１、電磁弁５２、及び、ねじ供給装置５３を備えている。

ドライバコントローラ５１は、自動ねじ締め機１に含まれる電子部品の制御を行う。例えば、ドライバコントローラ５１は、信号ケーブル５１ａを介して自動ねじ締め機１に電気信号を送信して、自動ねじ締め機１が備えるモータの回転及び停止を指示する。

電磁弁５２は、自動ねじ締め機１に係るエアの流れの制御を行う。電磁弁５２は、自動ねじ締め機１に接続された複数のエアホース５２ａそれぞれのバルブを磁力を用いて開閉する。これにより、電磁弁５２は、自動ねじ締め機１へのエアの加圧、及び、自動ねじ締め機１からのエアの吸引を制御する。エアの吸引（負圧の発生）は、真空発生器または真空ポンプを利用することで実行できる。

ねじ供給装置５３は、自動ねじ締め機１にねじを供給する。ねじ供給装置５３は、エアの圧力を利用して、供給ホース５３ａを介してねじを自動ねじ締め機１に圧送する。ねじ供給装置５３は、自動ねじ締め機１に連続的に複数のねじを供給することが可能である。

制御装置５０は、ドライバシステム１００の全体を制御する。制御装置５０は、例えば、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）であり、プログラムに従って処理を行うことによって、ドライバコントローラ５１、電磁弁５２及びねじ供給装置５３の動作を統括的に制御する。制御装置５０は、ドライバコントローラ５１の制御によるモータの回転あるいは停止、電磁弁５２の制御によるエアの加圧あるいは吸引、及び、ねじ供給装置５３によるねじの供給などのタイミングを調整して、自動ねじ締め機１の動作を制御する。

自動ねじ締め機１は、制御装置５０の制御によって所定の動作を行う。自動ねじ締め機１は、ねじ供給装置５３からねじの供給を受け、モータによって回転するドライバビットを用いて、基板などの対象物にねじを連続的に締めることが可能である。

＜２．自動ねじ締め機の構成＞
次に、自動ねじ締め機１の構成について説明する。以降の説明に用いる図は、自動ねじ締め機１の構成の把握を容易にするため、自動ねじ締め機１の断面の構成を示している。また、図１に示すように、自動ねじ締め機１は通常その先端部を下側に向けて用いるため、以降の説明では、自動ねじ締め機１の先端部の側を「下」、その逆側を「上」という。

図２及び図３は、自動ねじ締め機１の全体構成を示す図である。図に示すように、自動ねじ締め機１は、ユーザとなる作業者が把持する筒状の筐体１１を備えている。筐体１１の下側の面は中央部に向かって傾斜しており、その下側の面の中央部には円筒状の外スリーブ１２が突出するように設けられている。外スリーブ１２は、上下方向に直線的に延びるように配置され、その基端部（上側の端部）が筐体１１の内部に固定されている。したがって、外スリーブ１２の先端部は下側に向けられる。

また、筐体１１は、シリンダとしての機能を備えており、その内部には円柱状の内部空間１９が設けられている。この筐体１１の内部空間１９は、外スリーブ１２の内部と連通している。そして、筐体１１の内部空間１９には、上下方向に往復移動するピストンロッド２１が設けられている。図２は、ピストンロッド２１が移動可能範囲の上端まで移動した様子を示し、図３は、ピストンロッド２１が移動可能範囲の下端まで移動した様子を示している。

筐体１１の上側の面には、電磁弁５２とエアホース５２ａを介して接続される２つの接続配管１５，１６が設けられている。ピストンロッド２１は、電磁弁５２の制御によって一方の接続配管１５へのエアが加圧された場合には下側に移動し（図３参照。）、他方の接続配管１６へのエアが加圧された場合には上側に移動する（図２参照。）。

また、筐体１１の内部空間１９の上端には、接触を検知する接触センサ１４が設けられている。接触センサ１４は、ピストンロッド２１が移動可能範囲の上端まで移動した場合に、ピストンロッド２１と接触してオンとなる。接触センサ１４がオンとなった場合は、その旨を示す電気信号が、信号ケーブル５１ａ（図１参照。）を介してドライバコントローラ５１及び制御装置５０に送信される。自動ねじ締め機１とドライバコントローラ５１との間で電気信号を送信する信号ケーブル５１ａは、筐体１１の上側の面に設けられる電気端子に接続される。

ピストンロッド２１は、その下側に、円筒状の内スリーブ２２と、ねじと係合してねじを締めるドライバビット２３とを備えている。内スリーブ２２はドライバビット２３を内包しており、これら内スリーブ２２及びドライバビット２３は上下方向に直線的に延びるように配置される。内スリーブ２２の先端部及びドライバビット２３の先端部も下側に向けられる。これらの内スリーブ２２及びそれに内包されたドライバビット２３は、外スリーブ１２の内部をその軸方向に沿って移動することができる。

また、ピストンロッド２１は、その内部に、ドライバビット２３を軸周りに回転する回転駆動源となるモータ２４を備えている。ピストンロッド２１が備える内スリーブ２２、ドライバビット２３及びモータ２４の相対的な位置関係は固定されている。したがって、内スリーブ２２、ドライバビット２３及びモータ２４は、外スリーブ１２の軸方向（上下方向）に沿って一体的に往復移動する。モータ２４は、筐体１１の内部空間１９を上下方向に移動することになる。

モータ２４は、ドライバコントローラ５１からの電気信号に基づいて回転／停止する。また、モータ２４は、その回転トルクをねじの締付トルクとして検出することが可能である。モータ２４は、回転トルクが所定の閾値を超えた場合は、所定の電気信号であるトルクアップ信号を信号ケーブル５１ａを介してドライバコントローラ５１及び制御装置５０に送信する。

内スリーブ２２は、その先端部に吸引力を生じさせ、ねじを吸引によりドライバビット２３に接触させる。図４は、ピストンロッド２１の下部を拡大して示す図である。前述のように、内スリーブ２２はドライバビット２３を内包している。そして、内スリーブ２２の基端部（上側の端部）の近傍には、内スリーブ２２の内部と連通する接続具２５が取り付けられている。この接続具２５は、筐体１１の上側の面に設けられる接続配管２６（図２，図３参照）及びエアホース５２ａ（図１参照。）を介して、電磁弁５２に接続されている。電磁弁５２の制御によりこれら接続具２５、接続配管２６及びエアホース５２ａを介したエアの吸引がなされることにより、内スリーブ２２の先端部からエアの吸引が行われる。この吸引力によって、ねじが吸引されてドライバビット２３の先端部にねじが接触する。

また、ドライバビット２３は基端部（上側の端部）のみが固定された状態で回転運動するため、ドライバビット２３の先端部（下側の端部）の軸心は振動する可能性がある。内スリーブ２２の内部にはドライバビット２３の外周に接触して、このようなドライバビット２３の振動を抑制する振動抑制部２７が設けられている。このような振動抑制部２７は、内スリーブ２２の全体ではなく、軸方向の少なくとも一部に設けられればよい。本実施の形態では、振動抑制部２７は、内スリーブ２２の先端部（下側の端部）の近傍となる、先端部から所定の距離（例えば、１０ｍｍ）離れた位置に所定の長さ（例えば、１０ｍｍ）で設けられている。

振動抑制部２７は、内スリーブ２２の断面の形状を変形して形成されたものである。図５は、振動抑制部２７における内スリーブ２２の断面（図４のＶ−Ｖ線における断面）の形状を示す図である。

図５に示すように、振動抑制部２７における内スリーブ２２の断面は、ドライバビット２３の外周の複数の位置に接触する形状となっている。具体的には、振動抑制部２７には、ドライバビット２３の外周に接触する複数の当接部２７ａが等角度で設けられている。これらの複数の当接部２７ａがドライバビット２３の外周に接触することで、ドライバビット２３の振動が抑制される。

また、内スリーブ２２は、ドライバビット２３の外周の全体ではなく複数の位置に接触することから、ドライバビット２３の外周と接触しない部分が存在する。したがって、このような接触しない部分とドライバビット２３との相互間には空間２７ｂが形成される。内スリーブ２２の先端部から吸引したエアは、このような空間２７ｂを介して通すことができる。したがって、内スリーブ２２は、ドライバビット２３の振動を抑制しつつ、先端部に吸引力を生じさせることができる。

次に、図２及び図３に戻って説明する。自動ねじ締め機１は、筐体１１の上下中央付近にユーザが操作可能な操作スイッチ１３を備えている。ユーザは、自動ねじ締め機１を用いてねじ締め作業を行う場合には、この操作スイッチ１３をオンとする。操作スイッチ１３がオンとなった場合は、その旨を示す電気信号が、信号ケーブル５１ａ（図１参照。）を介してドライバコントローラ５１及び制御装置５０に送信される。この電気信号に応答して、制御装置５０がドライバシステム１００の制御を行うことにより、自動ねじ締め機１がねじを締めるための所定の動作を行うことになる。

また、自動ねじ締め機１は、ねじ供給装置５３から供給されたねじを受け取り、外スリーブ１２の内部へねじを配送する配送部材４を備えている。配送部材４は、接続配管４４と、内部パイプ４３と、外部パイプ４２と、スイングパイプ４１とを備えている。

接続配管４４は、ねじ供給装置５３からのねじの供給経路となる供給ホース５３ａ（図１参照。）と接続して、ねじを受け取る。接続配管４４は、筐体１１における外スリーブ１２が固定される下側とは逆側の面である、筐体１１の上側の面に設けられている。このように、接続配管４４は筐体１１の上側の面に設けられることから、ユーザが自動ねじ締め機１の筐体１１を把持して作業を行う際に、供給ホース５３ａが邪魔になることが防止される。

また、上述のように、エアホース５２ａと接続される接続配管１５，１６，２６、及び、信号ケーブル５１ａと接続される電気端子も、筐体１１の上側の面に設けられる。このため、エアホース５２ａや信号ケーブル５１ａが、ユーザの作業において邪魔になることも防止することができる。

内部パイプ４３は、筐体１１の内部に、筐体１１の上下方向に沿って設けられる。内部パイプ４３は、その上側の端部に接続された接続配管４４が受け取ったねじを、その下側の端部に接続された外部パイプ４２まで配送する。外部パイプ４２は、ゴムなどの弾性素材で構成される。外部パイプ４２は、内部パイプ４３からねじを受け取り、筐体１１の外部を経由して、スイングパイプ４１まで配送する。このような弾性素材の外部パイプ４２を設けることで、揺動動作を行うスイングパイプ４１に対して、ねじをスムーズに配送することができる。

スイングパイプ４１は、上側の端部が外部パイプ４２に接続される一方、下側の端部は開放されている。スイングパイプ４１は、この下側の端部から外スリーブ１２の内部へねじを配送する。スイングパイプ４１は、外スリーブ１２の基端部の近傍から外スリーブ１２の内側へねじを配送する。

図６及び図７は、外スリーブ１２の近傍を拡大して示す図である。前述のように、外スリーブ１２は、上下方向に直線的に延びるように配置される。そして、内スリーブ２２及びドライバビット２３は、この外スリーブ１２の内部をその軸方向（上下方向）に沿って移動する。図６は、内スリーブ２２及びドライバビット２３が移動可能範囲の上端まで移動した様子を示し、図７は、内スリーブ２２及びドライバビット２３が移動可能範囲の下端まで移動した様子を示している。

外スリーブ１２の基端部（上側の端部）の近傍には、ねじ７を供給するための供給口１２ａが設けられている。この供給口１２ａは、筐体１１の内部における筐体１１の下側の面の近傍に位置する。図６に示すように、スイングパイプ４１の下側の端部は、この供給口１２ａから外スリーブ１２の内部に侵入することができる。この状態で、スイングパイプ４１は外スリーブ１２の内部にねじ７を配送する。

スイングパイプ４１は、スイングパイプ４１の上部に設けられる軸４１ａを中心に揺動できるように筐体１１に対して支持されている。また、スイングパイプ４１の下側の端部は、板バネ４５によって、外スリーブ１２の内部に侵入する方向に付勢されている。

図６に示すように、内スリーブ２２が移動可能範囲の上端に移動している場合は、スイングパイプ４１の下側の端部は、板バネ４５の付勢力により、供給口１２ａから外スリーブ１２の内部に侵入する。一方で、図７に示すように、内スリーブ２２が下側へ移動して内スリーブ２２がスイングパイプ４１と接触すると、スイングパイプ４１の下側の端部は、板バネ４５の付勢力に逆らって供給口１２ａから外れた位置に移動する。

この状態においては、図７に示すように、スイングパイプ４１は、その下側の端部に、外スリーブ１２の内部に配送すべきねじ７を待機させることができる。この状態から再び、図６に示すように、内スリーブ２２が供給口１２ａよりも上側へ移動した場合は、板バネ４５の付勢力によりスイングパイプ４１の下側の端部が外スリーブ１２の内部に侵入する。このため、スイングパイプ４１の下端に待機させていたねじ７は、外スリーブ１２の内部に投入されることになる。

また、外スリーブ１２の内部における、外スリーブ１２の先端部の近傍には、ねじ７を保持する保持部材３が設けられている。スイングパイプ４１から外スリーブ１２の内部に投入されたねじ７は、この保持部材３によって保持される（図６参照。）。

図８は、保持部材３の構造を示す図である。保持部材３は、所定の形状に屈曲された４つの板バネ３０で構成されている。図８では、互いに対向する２つの板バネ３０のみを示しているが、図面に直交する方向にも互いに対向する２つの板バネ３０が存在している。

これらの板バネ３０の上端部は、環状の保持リング３１によって外スリーブ１２に固定されている。一方、板バネ３０の下端部は固定されておらず、外スリーブ１２の内部に配置されている。また、板バネ３０はそれぞれ、外スリーブ１２の軸方向に対して傾斜する２つの傾斜部３ａ，３ｂを備えている。

このような保持部材３の下部の空間幅（４つの板バネ３０の下端部同士の幅）は、ねじ７の頭部７ａの径よりも狭くなっている。このため、保持部材３は、ねじ７を保持することができる。図８に示すように、通常、保持部材３は、ねじ７の軸部７ｂが外スリーブ１２の軸方向（上下方向）に沿うように保持する。ただし、ねじ７が傾いた姿勢（軸部７ｂが外スリーブ１２の軸方向に沿わない姿勢）になったとしても、保持部材３がねじ７を保持できるように、保持部材３の下部の空間幅が調整されている。

また、保持部材３の下部は、保持部材３と内スリーブ２２とが接触することによって開放されるようになっている。図９は、保持部材３の下部が開放される様子を示す図である。

まず、内スリーブ２２は、板バネ３０の上側の第１傾斜部３ａに接触する（状態ＳＴ１）。この状態ＳＴ１から内スリーブ２２が下側へ移動すると、第１傾斜部３ａが内スリーブ２２に押圧されて板バネ３０が外側へ弾性変形し、保持部材３の下部が開いていく。そして、内スリーブ２２は、板バネ３０の下側の第２傾斜部３ｂに接触する（状態ＳＴ２）。同様に、この状態ＳＴ２から内スリーブ２２が下側へ移動すると、第２傾斜部３ｂが内スリーブ２２に押圧されて板バネ３０が外側へ弾性変形し、保持部材３の下部がさらに開くことになる。そして、最終的に、内スリーブ２２が通過可能となるまで保持部材３の下部が開放されることになる（状態ＳＴ３）。

また、この状態ＳＴ３から、内スリーブ２２が上昇して、内スリーブ２２と板バネ３０とが接触しなくなると、保持部材３は、板バネ３０の付勢力によって元の形状（状態ＳＴ１の形状）に戻ることになる。

このように、保持部材３の下部は、板バネ３０の２つの部分（第１傾斜部３ａ及び第２傾斜部３ｂ）それぞれにおいて内スリーブ２２と接触することで開放される。したがって、保持部材３の下部を開放する場合において、板バネ３０において変形する箇所が一箇所に集中しない。このことから、比較的薄い厚み（例えば、０．１ｍｍ）の金属で構成される板バネ３０の耐久性を大きく向上することができる。なお、外スリーブ１２には、板バネ３０が開いた場合に接触する位置に接触を避けるための溝を形成することが、外スリーブ１２及び板バネ３０の耐久性を向上させるために望ましい。

このように、保持部材３は、外スリーブ１２の内部における、外スリーブ１２の先端部の近傍に設けられる。そして、保持部材３の下部が開放された場合であっても、保持部材３は、外スリーブ１２の外径よりも広がることはない。また、図６，図７に示すように、配送部材４は、外スリーブ１２の基端部の近傍に設けられる供給口１２ａを介して外スリーブ１２の内部へねじ７を配送する。さらに、内スリーブ２２及びドライバビット２３は、外スリーブ１２の内部をその軸方向に沿って移動する。

したがって、自動ねじ締め機１の可動部材はいずれも、筐体１１から露出する外スリーブ１２の部分（供給口１２ａの直下から外スリーブ１２の先端部まで）において、外スリーブ１２の外径よりも外側に位置することはない。このため、図１８に示すようにねじ穴８０に近接して部品８１が配置される場合であっても、直線的に延びる外スリーブ１２を挿入可能な空間がねじ穴８０の直上にあれば、自動ねじ締め機１と部品８１とを接触させることなくねじ７を締めることができる。

外スリーブ１２の外径Ｄ（図６，図７参照。）は、ねじ穴８０と、ねじ穴８０に近接して配置することが想定される部品８１との距離に基づいて決定すればよい。例えば、外スリーブ１２の外径Ｄは、８．６ｍｍである。また、筐体１１から露出する部分の外スリーブ１２のサイズＬは、ねじ穴８０に近接して配置することが想定される部品８１の最大の高さに基づいて決定すればよい。例えば、部品８１の最大の高さが５９ｍｍであれば、外スリーブ１２のサイズＬは５９ｍｍより大きくすればよい。外スリーブ１２のサイズＬは、４０ｍｍ以上８０ｍｍ以下であることが望ましく、５０ｍｍ以上７０ｍｍ以下であることがさらに望ましい。

これにより、ねじ穴８０の直上に、外スリーブ１２の外径Ｄよりも広い径、かつ、外スリーブ１２のサイズＬよりも短い長さの空間があれば、自動ねじ締め機１と部品８１とを接触させることなくねじ７を締めることができることになる。

＜３．自動ねじ締め機の動作＞
次に、自動ねじ締め機１の動作について説明する。前述のように、自動ねじ締め機１は、対象物８に対してねじ７を連続的に締めることが可能となっている。図１０は、自動ねじ締め機１の動作の流れを示す図である。図１０に示す自動ねじ締め機１の動作は、制御装置５０の制御によって、繰り返し実行される。

図１０の動作の開始時点は、一のねじ７の締結が完了した時点としている。したがって、図１０の動作の開始時点においては、図１１に示すように、ピストンロッド２１、並びに、ピストンロッド２１に含まれる内スリーブ２２及びドライバビット２３が移動可能範囲の下端まで移動している。また、スイングパイプ４１の下側の端部は、内スリーブ２２に押圧されて供給口１２ａから外れた位置に移動しており、スイングパイプ４１の下側の端部には次に締結すべきねじ７が待機している。

この図１１に示す状態から、まず、ピストンロッド２１が上側への移動を開始する（ステップＳ１１）。ピストンロッド２１は、電磁弁５２が接続配管１６へのエアの加圧を開始することによって上側に移動する。これにより、内スリーブ２２及びドライバビット２３も、外スリーブ１２の内部を上側に移動する。

そして、内スリーブ２２の先端部が供給口１２ａよりも上側へ移動すると、図１２に示すように、内スリーブ２２によるスイングパイプ４１の押圧が解放され、板バネ４５の付勢力によってスイングパイプ４１の下側の端部が供給口１２ａから外スリーブ１２の内部に侵入する。これにより、スイングパイプ４１は、その下側の端部に待機させていたねじ７を、外スリーブ１２の内部に配送する（ステップＳ１２）。外スリーブ１２の内部に配送されたねじ７は、外スリーブ１２の先端部に近傍にある保持部材３によって保持される。

ピストンロッド２１が、移動可能範囲の上端まで移動すると（ステップＳ１３にてＹｅｓ）、接触センサ１４がオンとなり、その旨を示す電気信号が制御装置５０に送信される。制御装置５０は、この電子信号により、ピストンロッド２１が上端へ移動したことを検出する。この時点で、電磁弁５２が接続配管１６へのエアの加圧を停止し、ピストンロッド２１の上側への移動が停止される。

次に、制御装置５０は、自動ねじ締め機１からの電気信号に基づいて、操作スイッチ１３がオンとなっているか否かを判定する。

そして、操作スイッチ１３がオンの場合は（ステップＳ１４にてＹｅｓ）、ピストンロッド２１が下側への移動を開始する（ステップＳ１５）。ピストンロッド２１は、電磁弁５２が接続配管１５へのエアの加圧を開始することによって下側に移動する。これにより、内スリーブ２２及びドライバビット２３も、外スリーブ１２の内部を下側、すなわち、外スリーブ１２の先端部へ向かう方向へ移動する。この時点で、モータ２４の駆動力を受け、ドライバビット２３が所定方向への回転を開始する。これとともに、電磁弁５２の制御により接続配管２６からのエアの吸引が開始されることで、内スリーブ２２の先端部からエアの吸引が開始される。

そして、内スリーブ２２の先端部が供給口１２ａよりも下側へ移動すると、内スリーブ２２が供給口１２ａを塞ぐことで、内スリーブ２２の先端部より下側となる外スリーブ１２の内部においても、内スリーブ２２の先端部への吸引力が生じる。この吸引力を受けて、図１３に示すように、保持部材３に保持されていたねじ７が保持部材３から浮き上がり、外スリーブ１２の内部を上昇してドライバビット２３の先端部に接触する。ドライバビット２３は回転しているため、ドライバビット２３の先端部は回転しながら、接触したねじ７の頭部の溝と係合することになる（ステップＳ１６）。このようにドライバビット２３がねじ７と接触する際においては、ねじ７の周囲のエアの流量を均等にする力が働き、ねじ７の姿勢が正される。すなわち、ねじ７は、エアの流れによって軸部７ｂが外スリーブ１２の軸方向に沿う姿勢に正され、この姿勢でドライバビット２３の先端部に接触することになる。

また、内スリーブ２２の下側への移動により内スリーブ２２がスイングパイプ４１と接触すると、内スリーブ２２がスイングパイプ４１を押圧して、スイングパイプ４１の下側の端部が供給口１２ａから外れた位置に移動する。この時点で、次に締結対象となるねじ７がねじ供給装置５３から自動ねじ締め機１に供給される。供給されたねじ７はスイングパイプ４１の下端に待機される。

内スリーブ２２及びドライバビット２３がさらに下側へ移動すると、図１４に示すように、内スリーブ２２の先端部が保持部材３に接触する。そして、内スリーブ２２は、保持部材３と接触しつつ下側へ移動することにより、保持部材３の下部を開放する（ステップＳ１７）。これにより、ねじ７を係合したドライバビット２３は、ねじ７とともに保持部材３の位置を通過する。

そして、ドライバビット２３はさらに下側へ移動して、最終的に、外スリーブ１２の先端部からねじ７を突出させる。この際、ドライバビット２３は、ねじ７を締結できるように、少なくともねじ７の軸部を外スリーブ１２の先端部から突出させればよい。もちろん、ドライバビット２３は、ねじ７の全体を外スリーブ１２の先端部から突出させてもよい。

そして、図１５に示すように、外スリーブ１２の先端部からねじ７が突出された状態で、ユーザが自動ねじ締め機１の先端部のねじ７を対象物８のねじ穴８０に押し当てることで、対象物８にねじ７が締められる（ステップＳ１８）。

そして、ねじ７の締付トルク（すなわち、モータの回転トルク）が所定の閾値を超えた場合は、モータ２４からトルクアップ信号が制御装置５０に送信される。制御装置５０は、このトルクアップ信号に基づいて、ねじ７の締結が完了したことを検出する（ステップＳ１９）。この時点で、ドライバビット２３の回転が停止されるとともに、内スリーブ２２の先端部からのエアの吸引、及び、接続配管１５へのエアの加圧が停止される。その後、動作はステップＳ１１に戻り、上記の動作が繰り返されることになる。

以上のように、本実施の形態の自動ねじ締め機１は、直線的に延びる円筒状の外スリーブ１２を備えている。配送部材４は、外スリーブ１２の先端部とは逆側の基端部の近傍に設けられる供給口１２ａを介して外スリーブ１２の内部へねじを配送する。また、保持部材３は、外スリーブ１２の内部における先端部の近傍の位置において、配送部材４によって配送されたねじ７を保持する。そして、ドライバビット２３は、外スリーブ１２の内部を先端部へ向かう方向に移動しつつ保持部材３に保持されたねじ７と係合し、外スリーブ１２の先端部からねじ７の少なくとも軸部を突出させてねじ７を締めるようになっている。

このように、自動ねじ締め機１では、外スリーブ１２の基端部の近傍に設けられる供給口１２ａを介してねじ７が供給されるとともに、ねじ７が外スリーブ１２の内部に保持される。したがって、自動ねじ締め機１の動作中において、自動ねじ締め機１の先端部の近傍に比較的大きな部位が配置されない。このため、ねじ穴８０と部品８１とが近接する場合であっても、自動ねじ締め機１と部品８１とを接触させることなく、ねじ７を締めることができる。

また、ねじ７を吸引によりドライバビット２３に接触させる内スリーブ２２が外スリーブ１２の内部に設けられる。このため、外スリーブ１２の内部に吸引力を生じさせることができ、保持部材３に保持されたねじ７の姿勢を正してから、ドライバビット２３とねじ７とを接触させることができる。また、保持部材３からねじ７を浮かせてからドライバビット２３と接触させるとともに、内スリーブ２２が保持部材３を開放することから、金屑の発生を抑制することができる。従来技術のように、チャックに保持された状態のねじ７とドライバビットとを係合した場合（図１７の状態ＳＴ９２）には、チャックとねじとの摩擦により金屑が発生することになる。

また、保持部材３が比較的軽い板バネ３０で主に構成されるため、従来の自動ねじ締め機が備えるチャック等と比較して、保持部材３を大幅に軽量化することができる。また、従来の自動ねじ締め機ではチャック等がねじ７を正しい姿勢で保持する必要がある。これに対して、本実施の形態の自動ねじ締め機１では保持部材３からドライバビット２３にねじ７を受け渡す際にねじ７の姿勢を正すことができるため、保持部材３は必ずしもねじ７を正しい姿勢で保持する必要はない。このため、保持部材３として、本実施の形態のような複数の板バネを組み合わせた構造などの簡便な構造を採用することができる。

また、ドライバビット２３を回転する回転駆動源であるモータ２４が、外スリーブ１２の基端部が固定される筐体１１の内部を移動する。このため、従来技術のように、外スリーブ１２とドライバビット２３とを相対的に移動させる機構（図１６に示すエアシリンダ９６など）を筐体１１とは別に用意する必要がなく、自動ねじ締め機１をコンパクトにすることができる。また、ピストンロッド２１がモータ２４を内蔵しているため、ピストンとモータとを別部品として連結する場合と比較して、連結部材を削減でき、自動ねじ締め機１をコンパクトにすることができる。

＜４．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。以下では、このような変形例について説明する。上記実施の形態及び以下で説明する形態を含む全ての形態は、適宜に組み合わせ可能である。

上記実施の形態では、自動ねじ締め機１は、外スリーブ１２の先端部を下側に向けて用いるものとして説明を行ったが、外スリーブ１２の先端部を水平方向など、下側以外に向けて用いてもよい。外スリーブ１２の先端部を下側以外に向けて用いたとしても、エアの流れによって、ねじ７は軸部７ｂが外スリーブ１２の軸方向に沿う姿勢でドライバビット２３の先端部に接触することになる。

また、上記実施の形態では、ユーザが把持して自動ねじ締め機１を用いるものとして説明を行ったが、所定の動作を行うロボットなどに固定して上記の自動ねじ締め機１を用いるようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、保持部材３は、外スリーブ１２の先端部の近傍に設けられていたが、外スリーブ１２の内部における供給口１２ａの直下から先端部までであれば、いずれの位置に設けられてもよい。ただし、エアの流れによってねじ７の姿勢を適切に正すためには、保持部材３に保持されたねじ７がドライバビット２３に接触するまでの距離が十分に離れていることが望ましい。このため、上記実施の形態のように、保持部材３が外スリーブ１２の先端部の近傍に設けられることが好ましい。

また、上記実施の形態では、保持部材３が板バネ３０で主に構成されていたが、樹脂などの他の材質で構成されてもよい。保持部材３は、内スリーブ２２との接触／非接触により開閉できるように、弾性材であることが好ましい。

１ 自動ねじ締め機
３ 保持部材
４ 配送部材
１１ 筐体
１２ 外スリーブ
１２ａ 供給口
２１ ピストンロッド
２２ 内スリーブ
２３ ドライバビット
２４ モータ
２７ 振動抑制部
４１ スイングパイプ
４４ 接続配管
５０ 制御装置

Claims (9)

1. 自動ねじ締め機であって、
   直線的に延びる円筒状の外スリーブと、
   前記外スリーブの先端部とは逆側の基端部の近傍に設けられる供給口を介して、前記外スリーブの内部へねじを配送する配送部材と、
   前記外スリーブの内部における前記供給口から前記先端部までのいずれかの位置において、前記配送部材によって配送された前記ねじを保持する保持部材と、
   前記外スリーブの内部を前記先端部へ向かう方向に移動し、前記保持部材に保持された前記ねじと係合し、前記先端部から前記ねじの少なくとも軸部を突出させて前記ねじを締めるドライバビットと、
   前記ドライバビットを内包し、エアの吸引により前記外スリーブの内部に吸引力を生じさせて、前記保持部材に保持された前記ねじを吸引により前記ドライバビットに接触させる内スリーブと、
   を備えることを特徴とする自動ねじ締め機。
2. 請求項１に記載の自動ねじ締め機において、
   前記内スリーブは、前記ドライバビットとともに前記外スリーブの内部を移動することを特徴とする自動ねじ締め機。
3. 請求項２に記載の自動ねじ締め機において、
   前記保持部材は、前記外スリーブの先端部の近傍に設けられることを特徴とする自動ねじ締め機。
4. 請求項２または３に記載の自動ねじ締め機において、
   前記内スリーブの少なくとも一部の断面は、前記ドライバビットの外周の複数の位置に接触する形状であることを特徴とする自動ねじ締め機。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の自動ねじ締め機において、
   前記保持部材は、板バネであることを特徴とする自動ねじ締め機。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の自動ねじ締め機において、
   前記外スリーブの前記基端部が固定される筐体と、
   前記ドライバビットを回転するとともに、前記外スリーブの軸方向に沿って前記筐体の内部を移動する回転駆動源と、
   をさらに備えることを特徴とする自動ねじ締め機。
7. 請求項６に記載の自動ねじ締め機において、
   前記配送部材は、ねじ供給装置から前記自動ねじ締め機へのねじの供給経路となるホースと接続する接続配管、
   を備え、
   前記接続配管は、前記筐体における前記外スリーブが固定される側とは逆側に設けられることを特徴とする自動ねじ締め機。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の自動ねじ締め機と、
   前記自動ねじ締め機の動作を制御する制御装置と、
   を備えることを特徴とするドライバシステム。
9. ねじ締め方法であって、
   （ａ）直線的に延びる円筒状の外スリーブの先端部とは逆側の基端部の近傍に設けられる供給口を介して、前記外スリーブの内部へねじを配送する工程と、
   （ｂ）前記外スリーブの内部における前記供給口から前記先端部までのいずれかの位置の保持部材において、前記工程（ａ）で配送された前記ねじを保持する工程と、
   （ｃ）ドライバビットが前記外スリーブの内部を前記先端部へ向かう方向に移動し、前記工程（ｂ）で保持された前記ねじと係合し、前記先端部から前記ねじの少なくとも軸部を突出させて前記ねじを締める工程と、
   （ｄ）前記ドライバビットを内包する内スリーブが、エアの吸引により前記外スリーブの内部に吸引力を生じさせて、前記保持部材に保持された前記ねじを吸引により前記ドライバビットに接触させる工程と、
   を備えることを特徴とするねじ締め方法。

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