JP6156105B2 - 電動ドライバ装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動操作で所望箇所にタッピンネジを締め付ける電動ドライバ装置に関する。

従来の電動ドライバ装置として、例えば特開２００２−８６３２０号公報（特許文献１）に開示されたものが知られている。該特許文献１では、タッピンネジを電動操作で所望箇所に締め付ける際に、ドライバビットがネジ孔（例えば、十字孔）から外れる現象、所謂カムアウトを防止するために、エアーシリンダのエアー圧によりタッピンネジに推力発生させている。

特開２００２−８６３２０号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示された従来例は、エアーシリンダを用いてタッピンネジに推力を加えているので、複雑なエアー回路等が必要となり、装置構成が大がかりとなる。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、小型化することが可能な電動ドライバ装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、回転軸の推力を保持する推力保持機構を備える。推力保持機構は、回転軸に対して同心円状に配置され、内周面が平面視円弧形状に形成され、且つ、内周面には雄ネジと螺合する雌ネジ溝が形成され、且つ、同心円状の径方向にスライド移動可能な複数の雌ネジ部材を有する。また、各雌ネジ部材を径方向の内側に収束させたクランプ状態、または、各雌ネジ部材を径方向の外側に開放させたアンクランプ状態を切り替える切り替え手段を備える。更に、少なくともタッピンネジの締め込み時には雌ネジ部材をクランプ状態とし、それ以外の場合には、雌ネジ部材をアンクランプ状態とするように、切り替え手段を制御する制御手段を備える。

本発明に係る電動ドライバ装置では、タッピングネジの締め込み時には、雌ネジ部材をクランプ状態とする。従って、雌ネジ部材により形成される雌ネジと雄ネジが螺合するので、タッピングネジの締め込み時に生じる反力を確実に抑えるように推力を発生させることができる。その結果、装置構成を小型化することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る電動ドライバ装置の構成を示す全体図である。 本発明の一実施形態に係る電動ドライバ装置の、推力保持機構の構成を示す説明図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ矢視図である。 本発明の一実施形態に係る電動ドライバ装置の、推力保持機構の構成を示す説明図であり、アンクランプ状態としたときの様子を示す。 本発明の一実施形態に係る電動ドライバ装置の、推力保持機構に用いられる雌ネジ部材の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る電動ドライバ装置の、作用を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電動ドライバ装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態に係る電動ドライバ装置１００は、電動モータ３２が内蔵され、該電動モータ３２の出力軸に連結された回転軸を有するドライバ本体１１と、該ドライバ本体１１に設けられる回転軸１２（図２参照）の先端部に着脱可能に取り付けられるドライバビット１３と、回転軸１２の適所に設けられる推力保持機構１４と、を備えている。ドライバビット１３は、固定金具２６により回転軸１２に取り付けられている。即ち、該固定金具２６により、所望する種類のドライバビットに交換することができる。

そして、ドライバビット１３の先端にタッピンネジ１７の頭部（例えば、十字溝）を係合させ、この状態でタッピンネジ１７を所望の締め付け位置まで移動させ、推力保持機構１４にて推力を加えた状態（詳細については後述する）で回転軸１２（図２参照）を回転させることにより、タッピンネジ１７による締め付けを行うことができる。なお、本実施形態で使用する「タッピンネジ」とは、雌ネジを必要とせず、自身で部材にねじ立てしながらねじ込むことができるネジのことである。

ドライバ本体１１の内部には、上述した電動モータ３２の駆動を制御し、且つ、後述するエアーシリンダ２４（図２（ｂ）、図３参照）の駆動を制御する制御部３１（制御手段）が設けられている。なお、制御部３１は、例えば、中央演算ユニット（ＣＰＵ）や、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等の記憶手段からなる一体型のコンピュータとして構成することができる。

また、ドライバ本体１１は、ロボットハンド取付部１５に固定されている。即ち、ロボットハンド取付部１５には、互いに直交する２個のフランジ１５ａ，１５ｂが設けられており、このうちフランジ１５ｂには、ドライバ本体１１、及び推力保持機構１４が連結されている。また、フランジ１５ａには、多関節ロボットのアーム（図示省略）が連結される。即ち、ドライバ本体１１は、多関節ロボットと連結されることにより、３次元的に移動することが可能であり、所望の締め付け部位にドライバビット１３を移動させた状態で締め付けを行うことが可能である。

次に、推力保持機構１４の詳細な構成について説明する。図２（ａ）は推力保持機構１４の側断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すＡ−Ａ矢視図である。推力保持機構１４は、回転軸１２の推力を保持するための機構である。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、推力保持機構１４は円柱形状を成しており、上面及び下面には本体カバー１８ａ，１８ｂが設けられ、周囲部にはクランプリング１９が設けられている。そして、該推力保持機構１４は、図１に示したフランジ１５ｂに固定されている。

本体カバー１８ａ，１８ｂは、平板形状の金属で形成されており中心部に中央開口部２５が形成され、該中央開口部２５には回転軸１２が挿通している。また、推力保持機構１４の内部において、回転軸１２には、該回転軸１２と同心状の雄ネジ１６が取り付けられている。この雄ネジ１６は、回転軸１２に固定されている。即ち、雄ネジ１６は、回転軸１２に対して回転しない。また、雄ネジ１６のピッチ（１回転で軸方向に進む距離）は、タッピンネジ１７のピッチと同一とされている。

また、推力保持機構１４の内部には、４個の雌ネジ部材２０が設けられている。各雌ネジ部材２０は、回転軸１２に対して同心円状に配置され、内周面が平面視円弧状に形成されている。また、径方向に向けてスライド移動可能に設けられている。

各雌ネジ部材２０の中心線は、互いに９０°の角度間隔とされている。また、各雌ネジ部材２０の内周面には、上述した雄ネジ１６と螺合する雌ネジ溝が形成されている。更に、後述する機構により、各雌ネジ部材２０が径方向の内側へ収束したクランプ状態、及び径方向の外側へ開放したアンクランプ状態に切り替えることができる。そして、クランプ状態とされた際（４個の雌ネジ部材２０が内側に収束して雌ネジが形成された場合）には、雄ネジ１６と、４個の雌ネジ部材２０により形成された雌ネジとが係合する。一方、アンクランプ状態とされた場合には、各雌ネジ部材２０は雄ネジ１６と係合しない。そして、タッピンネジ１７の締め込み時にはクランプ状態とし、それ以外の場合には、アンクランプ状態とする。

以下、各雌ネジ部材２０の詳細な構成について説明する。図４は、雌ネジ部材２０の斜視図である。図４に示すように、雌ネジ部材２０の内周面２０ａは平面視円弧形状とされ、該内周面２０ａには、雌ネジ溝が形成されている。また、上下方向に貫通するように、長孔２０ｂが穿設され、該長孔２０ｂには、一部破断円柱形状（柱体形状）のロケートピン２１（支持部材）が挿通されている。長孔２１ｂは、径方向が長手方向とされている。該ロケートピン２１の上端及び下端は本体カバー１８ａ，１８ｂ（図２（ａ）参照）に固定されている。また、図２（ａ）に示すように、雌ネジ部材２０の外周面は、クランプリング１９の内面と接している。

また、図４に示すように、雌ネジ部材２０の内周面２０ａには、径方向に向けて２つの円筒形状の開口部２０ｃ，２０ｄが形成されている。各開口部２０ｃ，２０ｄは、内周面側が開口され、外周面側が閉鎖されている。そして、各開口部２０ｃ，２０ｄ内には、それぞれスプリング２２が挿入されている。即ち、開口部２０ｃ，２０ｄ内にはスプリング２２がそれぞれ挿入され、且つ、長孔２０ｂ内にロケートピン２１が挿通される。従って、各スプリング２２は、ロケートピン２１により支持されることになる。この際、スプリング２２は、該スプリング２２が延びる方向に付勢される。

クランプリング１９は、図２（ｂ）、図３に示すように、９０°の角度毎に内側半径が徐々に変化するカム構造を有している。更に、該クランプリング１９の外周には、ブラケット２３を介してエアーシリンダ２４が接続されている。そして、該エアーシリンダ２４のストローク動作により、クランプリング１９は９０°未満の角度の範囲で回転する。該クランプリング１９を回転させることにより、各雌ネジ部材２０を径方向に移動させることができる。

即ち、図３に示すように、エアーシリンダ２４のストロークが収縮した状態（クランプリングが他方へ回転した場合）では、クランプリング１９は各雌ネジ部材２０を内側に向けて押し付けないので、各雌ネジ部材２０はスプリング２２の付勢力により外側に押される。つまり、各雌ネジ部材２０の雌ネジ部は雄ネジ１６に係合されないアンクランプ状態となる。

一方、エアーシリンダ２４のストロークが延出すると（クランプリングが一方へ回転した場合）、図２（ｂ）に示すように、クランプリング１９が９０°未満の角度で回転することにより、該クランプリング１９のカム機構（切り替え手段）により、該クランプリング１９の内面が各雌ネジ部材２０を内側に押し付けることになる。その結果、各雌ネジ部材２０は、スプリング２２の付勢力に抗して内側に押し付けられ、４つの雌ネジ部材２０により形成される雌ネジが、雄ネジ１６と係合する。つまり、雄ネジ１６に対して雌ネジが係合したクランプ状態となる。

従って、エアーシリンダ２４に供給するエアーを制御することにより、クランプ状態とアンクランプ状態を切り替えることができる。エアーシリンダ２４、及びクランプリング１９のカム機構は、クランプ状態とアンクランプ状態を切り替える切り替え手段としての機能を備えている。

次に、上述した本実施形態に係る電動ドライバ装置１００の作用を、図５に示すフローチャートを参照して説明する。この制御は、図１に示した制御部３１、及び３次元ロボットを制御するロボットコントローラ（図示省略）により実行される。

初めに、ステップＳ１１において、ドライバビット１３の先端部にタッピンネジ１７をセットする。次いで、ステップＳ１２において、ワーク（タッピンネジを締め付ける材料）に対するタッピンネジ１７の先端位置を決める。即ち、予め設定されているタッピンネジ１７の締め付け位置に、該タッピンネジ１７の先端部が来るように、３次元ロボットのアームを制御する。

ステップＳ１３において、エアーシリンダ２４を作動させて、各雌ネジ部材２０をクランプ状態とする。即ち、前述したように、エアーシリンダ２４を収縮状態から延出状態に切り替えることにより、クランプリング１９を所定角度だけ回転させる。そして、カム機構の作用により、各雌ネジ部材２０を内側にスライドさせて、クランプ状態とする。つまり、各雌ネジ部材２０には、長孔２０ｂが穿設されており、該長孔２０ｂにはロケートピン２１が挿通しているので、ロケートピン２１に対して長孔２０ｂが移動することにより、雌ネジ部材２０はこの長孔２０ｂの分だけ内側に移動する。この状態において、回転軸１２に固定された雄ネジ１６と各雌ネジ部材２０にて形成された雌ネジが係合する。

ステップＳ１４において、電動モータ３２を回転駆動させ、タッピンネジ１７を締め付ける。この際、上述したように、タッピンネジ１７のピッチと、雄ネジ１６のピッチが同一となるように設定されているので、回転軸１２が一回転する際の、タッピンネジ１７の軸方向の移動量と、雄ネジ１６の雌ネジに対する軸方向の移動量は一致する。従って、無理無くタッピンネジ１７を所望の部位に締め付けることができる。

その後、ステップＳ１５において、モータに作用するトルクが一定値に達した場合には、タッピンネジ１７の締め付けは完了したものと判断し、エアーシリンダ２４を作動させて各雌ネジ部材２０をアンクランプ状態とする。こうして、タッピンネジ１７の締め付け操作が行われるのである。

このようにして、本実施形態に係る電動ドライバ装置１００では、電動モータ３２を回転させてタッピンネジ１７の締め付けを行う際には、各雌ネジ部材２０を内側に収束させてクランプ状態とする。そして、クランプ状態では、回転軸１２に設けられた雄ネジ１６に対して雌ネジ部材２０にて形成される雌ネジが係合した状態となる。また、推力保持機構１４はロボットハンド取付部１５のフランジ１５ｂに固定されているので、ドライバビット１３に過大な反力が発生した場合でも、この反力を抑えることができる。その結果、ドライバビット１３の先端部がタッピンネジ１７の頭部から外れる現象、所謂カムアウトの発生を防止することが可能となる。

また、コンプレッサ等によるエアー圧にて推力を発生させる構成ではないので、大がかりなエアーシリンダ等を搭載する必要が無く、装置構成を小型化することができる。その結果、ロボットアームの先端に取り付け易くすることができる。

更に、エアーシリンダ２４によりクランプリング１９を回転させて、雌ネジ部材のクランプ状態、及びアンクランプ状態を切り替えるので、極めて簡単な方式でクランプ状態、アンクランプ状態を切り替えることができる。

また、雌ネジ部材２０が、９０°の間隔で４個設けられ、該雌ネジ部材２０をクランプ状態とすることにより、雄ネジ１６と係合する雌ネジを形成するので、クランプ状態とアンクランプ状態を容易に切り替えることができる。

更に、雌ネジ部材２０は、長孔２０ｂを備えており、該長孔２０ｂ内にロケートピン２１を挿通し、該ロケートピン２１に支持されて雌ネジ部材２０が径方向にスライド移動するので、雌ネジ部材２０を安定的にスライド移動させて、クランプ状態、及びアンクランプ状態を切り替えることができる。

また、雌ネジ部材２０の回転軸１２方向の長さが、雄ネジ１６の回転軸方向の長さよりも長いので、雌ネジ部材２０が回転軸１２の方向に変位した場合でも、確実に雌ネジと雄ネジ１６が係合することになり、ドライバビット１３に生じる反力を確実に抑えることが可能となる。

以上、本発明の電動ドライバ装置１００を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。

例えば、上述した実施形態では、４個の雌ネジ部材２０を用いて雄ネジ１６と係合する雌ネジを形成する構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数個の雌ネジ部材で構成することが可能である。

１１ ドライバ本体
１２ 回転軸
１３ ドライバビット
１４ 推力保持機構
１５ ロボットハンド取付部
１５ａ，１５ｂ フランジ
１６ 雄ネジ
１７ タッピンネジ
１８ａ，１８ｂ 本体カバー
１９ クランプリング
２０ 雌ネジ部材
２０ａ 内周面
２０ｂ 長孔
２０ｃ，２０ｄ 開口部
２１ ロケートピン
２２ スプリング
２３ ブラケット
２４ エアーシリンダ
２５ 中央開口部
２６ 固定金具
３１ 制御部
３２ 電動モータ
１００ 電動ドライバ装置

Claims (5)

1. タッピンネジの頭部を係合させ、該タッピンネジを所望の箇所に締め付ける電動ドライバ装置において、
   回転軸と、
   前記回転軸を回転駆動する電動モータと、
   前記回転軸の先端に取り付けられるドライバビットと、
   前記回転軸の適所に固定され、前記タッピンネジと同一のピッチを有する雄ネジと、
   前記回転軸の推力を保持する推力保持機構と、を有し、
   前記推力保持機構は、
   前記回転軸に対して同心円状に配置され、内周面が平面視円弧形状に形成され、且つ、前記内周面には前記雄ネジと螺合する雌ネジ溝が形成され、且つ、同心円状の径方向にスライド移動可能な複数の雌ネジ部材と、
   前記各雌ネジ部材を径方向の内側に収束させたクランプ状態、または、前記各雌ネジ部材を径方向の外側に開放させたアンクランプ状態を切り替える切り替え手段と、を含み、
   少なくとも前記タッピンネジの締め込み時には前記雌ネジ部材をクランプ状態とし、それ以外の場合には、前記雌ネジ部材をアンクランプ状態とするように、前記切り替え手段を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする電動ドライバ装置。
2. 前記切り替え手段は、
   各雌ネジ部材を前記径方向の外側に付勢するスプリングと、
   一方へ回転した際にはこの回転に伴って前記スプリングの付勢力に抗して各雌ネジ部材を径方向の内側へ移動させ、他方へ回転した際には、前記スプリングの付勢力により各雌ネジ部材を径方向の外側へ移動させるクランプリングと、
   前記クランプリングを所定角度の範囲内で前記一方、或いは他方へ回転させるエアーシリンダと、を備え、
   前記制御手段は、
   前記クランプ状態とする際には、前記クランプリングを一方へ回転させ、アンクランプ状態とする場合には、前記クランプリングを他方へ回転させる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の電動ドライバ装置。
3. 前記雌ネジ部材は、９０°の角度間隔で４個設けられており、前記クランプリングは、９０°の角度毎に内面の半径が徐々に変化するカム機構を備えていることを特徴とする請求項２に記載の電動ドライバ装置。
4. 前記雌ネジ部材は、前記回転軸の方向に貫通し且つ径方向が長手方向とされた長孔を有し、
   前記推力保持機構は、柱体形状をなし、且つ、該柱体形状の上面から下面に向けて配置され前記長孔を通る支持部材を有し、
   前記雌ネジ部材は、前記支持部材に支持されて径方向にスライド移動することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動ドライバ装置。
5. 前記雌ネジ部材の、回転軸方向の長さは、前記雄ネジの回転軸方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動ドライバ装置。

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