JP6390282B2 - ナット締付装置 - Google Patents

Description

本発明は、供回り防止機能を有するナット締付装置に関する。

ナット締付装置は、ナットが嵌入されたソケットをモータ等の回転駆動力で回転させる。これにより、例えば、スタッドボルトに対し、ナットを締め付ける。この締め付けトルクが大きいとボルトが供回りする場合があり、供回りが発生した場合にはボルトとナットによって締結されるワークが不良品となる可能性がある。ナット締付装置には、供回りを防止する機能を有するものがある。このナット締付装置は、軸部に回り止め穴が形成されたボルトを用いて、ソケットの回転方向に不動の回り止め部材を回り止め穴に挿入させた状態でソケット（ナット）を回転させる（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−５７６３８号公報

供回り防止機能を有するナット締付装置でも、回り止め部材が回り止め穴に正常に挿入されていない状態でソケットを回転させるとボルトが供回りする場合がある。しかし、特許文献１等の従来のナット締付装置では、回り止め部材が回り止め穴に正常に挿入されているかを検知していない。

そこで、本技術分野においては、回り止め部材が回り止め受け部に正常に嵌合されているかを検知できるナット締付装置が要請されている。

本発明の一側面に係るナット締付装置は、軸部に回り止め受け部が形成されたボルトにナットを締め付けるナット締付装置であって、ナットに嵌合する中空部が形成されたソケットと、回転駆動力を付加してソケットを回転させる回転駆動部と、ソケットの回転方向に不動かつボルトの軸方向に移動可能であり、回り止め受け部に嵌合する回り止め部材と、回り止め部材をボルト側に付勢する付勢部材と、回り止め部材の軸方向における位置を検出する検出部とを備え、ナットが嵌入されたソケットが締付開始位置に配置されたときに検出部によって検出された回り止め部材の位置を用いて回り止め部材が回り止め受け部に正常に嵌合されているか否かを検知する。

このナット締付装置は、回り止め部材の軸方向における位置を検出する検出部を備えているので、ソケットが締付開始位置に配置されたときに回り止め部材の位置を検出する。回り止め部材が回り止め受け部に正常に嵌合されていない場合には回り止め部材の位置が正常時の位置からずれるので、検出された回り止め部材の位置を用いることにより締付開始前に回り止め部材が回り止め受け部に正常に嵌合されているか否かを検知することができる。

一実施形態のナット締付装置では、検出部によって検出された回り止め部材の位置が第１判定閾値よりも基準面側に位置しているか否か判定するとともに回り止め部材の位置が第１判定閾値よりも基準面側の第２判定閾値よりも基準面側に位置しているか否かを判定する判定部を備え、判定部で回り止め部材の位置が第１判定閾値と第２判定閾値との間に位置していると判定した場合にはナットが嵌入されたソケットに対する修正動作を行う。回り止め部材の位置が第１判定閾値と第２判定閾値との間に位置している場合には回り止め部材が回り止め受け部の途中まで嵌合されているので、ソケットに対する修正動作（例えば、位置修正、角度修正）を行う。これにより、ソケットを介してナットとボルトとの位置関係を変動させることができ、回り止め部材を回り止め受け部に正常に嵌合させることができる。

一実施形態のナット締付装置では、判定部で回り止め部材の位置が第２判定閾値よりも基準面側に位置していると判定した場合には警報出力を行う。回り止め部材の位置が第２判定閾値よりも基準面側に位置している場合には回り止め部材が回り止め受け部に全く嵌合されていないので、警報出力することにより、作業者に異常時の処置を促すことができる。

一実施形態のナット締付装置では、判定部で回り止め部材の位置が第１判定閾値よりもボルト側に位置していると判定した場合には回転駆動部でソケットに回転駆動力を付加する。回り止め部材の位置が第１判定閾値よりもボルト側に位置している場合には回り止め部材が正常に嵌合されているので、ソケットに回転駆動力を付加してボルトをナットに締め付ける。この場合、回り止め部材が正常に嵌合されているので、締付時にボルトの供回りを確実に防止できる。

一実施形態のナット締付装置では、マニピュレータを備え、マニピュレータによってソケットに対する修正動作を行う。マニピュレータによってソケット（ナット）の位置等を高精度に修正できる。

一実施形態のナット締付装置では、検出部は、基準面から回り止め部材の一端面までの距離を回り止め部材の位置として検出する。

本発明によれば、回り止め部材が回り止め受け部に正常に嵌合されているかを検知できる。

本発明の実施形態に係るナット締付装置の全体構成を模式的に示す図である。 第１実施形態に係るナットランナ及びソケットの構成を模式的に示す図である。 第２実施形態に係るナットランナ及びソケットの構成を模式的に示す図である。 ボルトの回り止め穴に回り止め部材が挿入された状態を示す図であり、（ａ）が正常に挿入された状態であり、（ｂ）が途中まで挿入された状態であり、（ｃ）が全く挿入されていない状態である。 第２実施形態に係るナット締付装置の動作の流れを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るナット締付装置を説明する。なお、各図において同一又は相当する要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態に係るナット締付装置は、組立作業等を行う産業用ロボットに適用され、ワークを締結するためにボルトにナットを自動で締め付ける自動機である。このナット締付装置は、ロボットアームでナットランナを締付開始位置に移動させる。そして、ナットランナでソケットを回転させてナットをボルトに締め付ける。特に、このナット締付装置は、軸部に回り止め穴（回り止め受け部に相当）が形成されたボルトを用いた供回り防止機能を有しており、回り止め穴に回り止め部材を挿入（嵌合）させた状態で締め付けを行う。本実施形態には、回り止め部材の位置を検出する構成が異なる２つの実施形態がある。

なお、本実施形態では、ボルトの軸方向が上下方向であり、締付時にはナットの移動方向が上下方向の場合に適用する。このボルトの軸方向及びナットの移動方向については左右方向、斜め方向等の他の方向の場合にも適用できる。

図１及び図２を参照して、第１実施形態に係るナット締付装置１について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るナット締付装置の全体構成を模式的に示す図である。図２は、第１実施形態に係るナットランナ及びソケットの構成を模式的に示す図である。

ナット締付装置１について説明する前に、ボルトＢとナットＮについて説明しておく。ボルトＢは、頭部Ｂａと軸部Ｂｂからなる。軸部Ｂｂの外周面には、雄ねじが切られている。軸部Ｂｂの中心部には、軸方向に沿って回り止め穴Ｂｃが形成されている。回り止め穴Ｂｃは、締付時に回り止め部材が挿入（嵌合）され、ボルトＢの供回り防止用の穴である。回り止め穴Ｂｃは、断面が正六角形の穴である。ナットＮは、六角ナットである。ナットＮの内周面には、雌ねじが切られている。例えば、図１に示すように、ワークである２個の被締結部材Ｐ１，Ｐ２の各穴にボルトＢの軸部Ｂｂが通された状態で、ナット締付装置１によって軸部ＢｂにナットＮが締め付けられることにより２個の被締結部材Ｐ１，Ｐ２が締結される。

ナット締付装置１は、締付開始前に、ボルトＢの回り止め穴Ｂｃに回り止め部材が正常に挿入（嵌合）されているか否かを検知する。そのために、ナット締付装置１は、リミットスイッチを用いて回り止め部材の軸方向における位置を検出する。

ナット締付装置１は、ロボットアーム１０、ナットランナ２１、ソケット３０、制御器４１、警報器５０を備えている。この実施形態では、ロボットアーム１０が特許請求の範囲に記載のマニピュレータに相当し、ソケット３０が特許請求の範囲に記載のソケットに相当する。

ロボットアーム１０について説明する。ロボットアーム１０は、ナットランナ２１の位置移動、角度（姿勢）調整等を行うマニピュレータである。ロボットアーム１０は、ロボットアーム基台１０ａを備えている。ロボットアーム基台１０ａは、安定した平坦面に設置されている。ロボットアーム１０は、複数の関節１０ｂと複数のアーム１０ｃを備えており、ロボットアーム基台１０ａから関節１０ｂとアーム１０ｃとが順次接続されている。各関節１０ｂは、アクチュエータを有しており、アクチュエータの作動に応じてアーム１０ｃを所定の回転方向に動作させる。各関節１０ｂのアクチュエータは、制御器４１による制御指令に応じて作動する。ロボットアーム１０の先端部には、ナットランナ２１が取り付けられている。ロボットアーム１０は、各関節１０ｂによる各アーム１０ｃの動作によって複数の自由度を持つ。例えば、ナットランナ２１（ひいては、ナットＮが嵌入されたソケット３０）の三次元での位置移動及び締付時の上下移動を行うためには、６自由度を持つロボットアーム１０とする。また、ロボットアーム１０の先端部にリニアスライダを介してナットランナ２１を取り付けた場合、リニアスライダで締付時の上下移動を行うので、３自由度を持つロボットアーム１０とする。

ナットランナ２１について説明する。ナットランナ２１は、ソケット３０を回転させてナットＮをボルトＢに締め付ける装置である。ナットランナ２１は、モータ２１ａを備えている。モータ２１ａは、制御器４１による制御指令に応じて回転駆動する。モータ２１ａの回転軸２１ｂには、減速ギヤ２１ｃが取り付けられている。減速ギヤ２１ｃには、減速ギヤ２１ｄが噛み合っている。この減速ギヤ２１ｃと減速ギヤ２１ｄとよって減速機構が構成され、この減速機構によりモータ２１ａの回転を減速させるとともに回転トルクを増大させる。この減速機構は一例であり、回転を伝達する機構（伝達機構）は、特に減速機構に限定されない。モータ２１ａの回転をソケット３０に伝達するとともに、モータ２１ａの回転軸（回転中心）と、ソケット３０の回転軸（回転中心）をオフセットできればよい。減速ギヤ２１ｄの一端面には、ソケット装着部材２１ｅが取り付けられている。ソケット装着部材２１ｅは、ソケット３０を装着させる部材であり、ナットランナ２１の一端面（締付時に下端面になる面）に配置される。なお、第１実施形態では、モータ２１ａ及び減速ギヤ２１ｃと減速ギヤ２１ｄとからなる減速機構が特許請求の範囲に記載の回転駆動部に相当する。

ナットランナ２１は、回り止め部材２１ｆを一方向（締付時に下方向）に付勢しつつ回り止め部材２１ｆを一方向（締付時には上下方向）にのみスライドさせる機構を有している。回り止め部材２１ｆは、締付時にボルトＢの回り止め穴Ｂｃに挿入（嵌合）され、ボルトＢの供回りを防止するための部材である。回り止め部材２１ｆは、回り止め穴Ｂｃに嵌合する部材である。回り止め部材２１ｆは、断面が正六角形であり、正六角柱の棒状である。なお、回り止め穴Ｂｃ及び回り止め部材２１ｆの断面形状を正六角形としたが、他の形状でもよく、例えば、正方形である。

回り止め部材２１ｆは、スライド部材２１ｉによって一方向にのみ移動可能である。スライド部材２１ｉは、回り止め部材２１ｆの移動方向を一方向に規制しかつ回り止め部材２１ｆをその方向にスライド可能な状態で保持する部材であり、例えば、複数本のレール部材で構成される。回り止め部材２１ｆは、ばね２１ｊによって一方向（締付時にはボルトＢ側の下方向）に付勢される。ばね２１ｊは、回り止め部材２１ｆの一端面２１ｇ（締付時には上端面）と固定部材２１ｋの固定面２１ｌとの間に配置される。固定部材２１ｋは、ナットランナ２１内で固定されている部材であり、その部材の一面が固定面２１ｌである。回り止め部材２１ｆは、回り止め部材２１ｆの中心軸とソケット装着部材２１ｅに取り付けられたソケット３０（ナットＮ）の中心軸とが一致する位置に配置される。回り止め部材２１ｆは、減速ギヤ２１ｄ、ソケット装着部材２１ｅ及びソケット３０（ナットＮ）を貫通し、先端部がボルトＢの回り止め穴Ｂｃに挿入される十分な長さを有している。減速ギヤ２１ｄ及びソケット装着部材２１ｅは、回り止め部材２１ｆが貫通できるように、中心部が中空である。回り止め部材２１ｆは、減速ギヤ２１ｄ等を貫通しているので、モータ２１ａが回転駆動しても回転せず、ソケット３０の回転方向に不動である。したがって、締付時にソケット３０（ナットＮ）が回転しても、回り止め部材２１ｆは回転せず、上下方向の移動のみが可能である。なお、第１実施形態では、ばね２１ｊが特許請求の範囲に記載の付勢部材に相当する。

締付開始時に回り止め部材２１ｆが回り止め穴Ｂｃに正常に挿入（嵌合）されている場合、その挿入量（ボルトＢの軸部Ｂｂの先端面Ｂｄから回り止め部材２１ｆの他端面２１ｈまでの距離）は、回り止め部材２１ｆの長さ、ばね２１ｊの弾性力等により、決まった量となる。この正常時挿入量よりも実際の挿入量が少ない場合、回り止め部材２１ｆが回り止め穴Ｂｃに正常に挿入されていない。正常に挿入されていない状態としては、ボルトＢの位置に対してナットＮの位置がずれていて、回り止め部材２１ｆが回り止め穴Ｂｃに全く挿入されていない場合（挿入量が０の場合）と、摩擦等により回り止め部材２１ｆの先端部が回り止め穴Ｂｃ内で引っ掛かり、回り止め部材２１ｆが回り止め穴Ｂｃに途中まで挿入されている場合（挿入量が正常時挿入量より少ない場合）がある。何れの場合も回り止め部材２１ｆの一端面２１ｇの位置は正常時の位置よりも固定面２１ｌ側に位置し（例えば、図２の破線で示す一端面２１ｇ’の位置）、全く挿入されていない場合のほうが途中まで挿入されている場合よりも固定面２１ｌ側に位置することになる。第１実施形態では、回り止め部材２１ｆが回り止め穴Ｂｃに正常に挿入されている否かを検知するために、回り止め部材２１ｆの一端面２１ｇの位置が正常時の位置よりも固定面２１ｌ側に設定された異常判定位置より固定面２１ｌ側に位置しているか否かを検出する。この異常判定位置は、回り止め部材２１ｆが回り止め穴Ｂｃに途中まで挿入されている状態も検出できる位置であり、正常時の位置よりも所定量だけ固定面２１ｌ側の位置が設定される。この所定量は、正常時挿入量よりも大幅に小さい量であり、例えば、ナット締付装置１を用いた実験等によって決めればよい。

ナットランナ２１は、回り止め部材２１ｆの一端面２１ｇの位置が異常判定位置より固定面２１ｌ側に位置しているか否かを検出するために、リミットスイッチ２１ｍを備えている。リミットスイッチ２１ｍは、可動部２１ｎを備えており、可動部２１ｎの可動に応じてＯＮ／ＯＦＦするスイッチである。可動部２１ｎは、回り止め部材２１ｆの一端面２１ｇが異常判定位置まで固定面２１ｌ側（上方）に移動した場合に先端部が一端面２１ｇが接触する位置に配置され、先端部に一端面２１ｇが接触すると可動する。リミットスイッチ２１ｍでは、可動部２１ｎが可動していない場合（一端面２１ｇの位置が正常時の位置の場合）にはＯＦＦ信号となり、可動部２１ｎが可動した場合（一端面２１ｇの位置が異常判定位置よりも固定面２１ｌ側の位置の場合）にはＯＮ信号となる。リミットスイッチ２１ｍは、このＯＮ信号又はＯＦＦ信号を制御器４１に送信する。なお、第１実施形態では、リミットスイッチ２１ｍが特許請求の範囲に記載の検出部に相当する。

なお、リミットスイッチ２１ｍの代わりに、リミットスイッチ２１ｍと同様の検出が可能な他のセンサを用いてよく、例えば、近接センサ、フォトインタラプタでもよい。近接センサの場合、回り止め部材２１ｆの一端面２１ｇの位置が異常判定位置よりも近づいたか否かによりＯＮ／ＯＦＦするようにするとよい。フォトインタラプタの場合、回り止め部材２１ｆの一端面２１ｇが異常判定位置になった場合に遮光するように構成し、遮光したか否かによりＯＮ／ＯＦＦするとよい。

ソケット３０について説明する。ソケット３０は、ナットＮに嵌合する中空部３０ａが形成されており、締付時にナットＮを保持するソケットである。ソケット３０は、筒状であり、その中空部３０ａの断面がナットＮの正六角形状に嵌合する正六角形である。ソケット３０の一端面は、ナットランナ２１のソケット装着部材２１ｅに装着される。ソケット３０のソケット装着部材２１ｅに装着される側は、上記したように中心部が中空である。ソケット３０は、中空部３０ａ内にナットＮを吸着して保持できるように、磁石等の吸着手段を備えている。

制御器４１について説明する。制御器４１は、ナット締付装置１を制御するための電子制御装置であり、ＣＰＵ[Central Processing Unit]、ＲＯＭ[Read Only Memory]及びＲＡＭ[Random AccessMemory]等のメモリ、入出力回路等からなる。制御器４１は、ＲＯＭに格納されるアプリケーションプログラムをＲＡＭにロードしてＣＰＵで実行することにより、ロボットアーム制御部４１ａ、ナットランナ制御部４１ｂ、警報制御部４１ｃ、異常検知部４１ｄが構成される。制御器４１は、リミットスイッチ２１ｍからのＯＮ／ＯＦＦ信号を受信する。そして、制御器４１では、各部４１ａ〜４１ｄの処理を行い、ロボットアーム１０、ナットランナ２１、警報器５０に各制御指令を送信する。

ロボットアーム制御部４１ａについて説明する。ロボットアーム制御部４１ａでは、所定の場所に置かれているナットＮの上方にソケット３０が位置するようにナットランナ２１を移動させるための制御指令をロボットアーム１０に送信する。ソケット３０がナットＮを吸着保持すると、ロボットアーム制御部４１ａでは、ソケット３０（ナットＮ）がボルトＢの上方に位置するようにナットランナ２１を移動させるための制御指令をロボットアーム１０に送信する。続いて、ロボットアーム制御部４１ａでは、ソケット３０（ナットＮ）が締付開始位置になるまでナットランナ２１を下降させるための制御指令をロボットアーム１０に送信する。締付開始位置は、ソケット３０（ナットＮ）の中心軸とボルトＢとの中心軸とが一致しかつナットＮの下端面ＮａがボルトＢの上端面（先端面Ｂｄ）に接触する位置である。異常検知部４１ｄで回り止め部材２１ｆが回り止め穴Ｂｃに正常に挿入（嵌合）されていると検知した場合、ロボットアーム制御部４１ａでは、ナットＮがボルトＢに締め付けられていくのに従ってソケット３０（ナットＮ）が装着されるナットランナ２１を下降させるための制御指令をロボットアーム１０に送信する。締付が終了すると、ロボットアーム制御部４１ａでは、ソケット３０が装着されるナットランナ２１を上昇させるための制御指令をロボットアーム１０に送信する。ロボットアーム制御部４１ａでは以上の処理を繰り返し行う。上記の各制御指令は、ロボットアーム１０の複数の関節１０ｂのうちの全部又は一部の関節のアクチュエータを作動させるための制御指令である。

ナットランナ制御部４１ｂについて説明する。ナットランナ制御部４１ｂでは、異常検知部４１ｄで回り止め部材２１ｆが回り止め穴Ｂｃに正常に挿入（嵌合）されていると検知した場合、モータ２１ａを回転駆動するための制御指令をナットランナ２１に送信する。締付トルクが所定値以上になった場合、ナットランナ制御部４１ｂでは、モータ２１ａを停止するための制御指令をナットランナ２１に送信する。なお、制御指令を送信するのでなく、モータ２１ａを回転駆動するための電流をナットランナ２１に供給／供給停止してもよい。

警報制御部４１ｃについて説明する。警報制御部４１ｃでは、異常検知部４１ｄで回り止め部材２１ｆが回り止め穴Ｂｃに正常に挿入（嵌合）されていないと検知した場合、警報を出力させる制御指令を警報器５０に送信する。

異常検知部４１ｄについて説明する。異常検知部４１ｄでは、ソケット３０（ナットＮ）が締付開始位置に配置されたときのリミットスイッチ２１ｍからの信号がＯＦＦ信号の場合には回り止め部材２１ｆが回り止め穴Ｂｃに正常に挿入（嵌合）されていると検知する。また、異常検知部４１ｄでは、リミットスイッチ２１ｍからの信号がＯＮ信号の場合には回り止め部材２１ｆが回り止め穴Ｂｃに正常に挿入（嵌合）されていないと検知する。この場合、回り止め部材２１の一端面２１ｇの位置が正常時の位置よりも固定面２１ｌ側に位置しており、回り止め部材２１ｆの回り止め穴Ｂｃへの挿入量が正常時挿入量よりも少ない。そのため、回り止め部材２１ｆと回り止め穴Ｂｃによる供回り防止機能が十分発揮されないかあるいは全く発揮されない。

警報器５０について説明する。警報器５０は、ナット締付装置１に何らかの異常があった場合には警報を出力する装置である。異常としては、例えば、回り止め部材２１ｆが回り止め穴Ｂｃに正常に挿入（嵌合）されていない場合である。警報の出力としては、例えば、警報ランプの点灯又は点滅、警報ブザーの発生、警報内容を示す音声出力がある。警報器５０では、制御器４１から制御指令を受信すると、警報を出力する。なお、警報器５０は、制御器４１内に設けられてもよいし、制御器４１とは別体で設けられてもよい。

上記構成のナット締付装置１の動作を説明する。ここでは、制御器４１の制御指令に応じてロボットアーム１０がナットランナ２１を移動させ、ナットランナ２１に装着されるソケット３０を締付開始位置に配置させた以降の動作について説明する。ロボットアーム１０によってソケット３０（ナットＮ）を締付開始位置に移動させると、リミットスイッチ２１ｍでは、可動部２１ｎが可動していない場合にはＯＦＦ信号を制御器４１に送信し、可動部２１ｎが可動している場合にはＯＮ信号を制御器４１に送信する。可動部２１ｎが可動していない場合（図２の実線の可動部２１ｎで示す状態）、回り止め部材２１ｆはボルトＢの回り止め穴Ｂｃに正常に挿入されている。一方、可動部２１ｎが可動している場合（図２の破線の可動部２１ｎ’で示す状態）、回り止め部材２１ｆは回り止め穴Ｂｃの途中まで挿入されているかあるいは全く挿入されていない。

制御器４１では、リミットスイッチ２１ｍからＯＦＦ信号を受信した場合、回り止め部材２１ｆが回り止め穴Ｂｃに正常に挿入されていると検知し、ナットＮをボルトＢに締め付けるための各制御指令をロボットアーム１０及びナットランナ２１に送信する。この制御指令を受信すると、ナットランナ２１では、モータ２１ａが回転駆動し、この回転駆動力を減速ギヤ２１ｃ，２１ｄ及びソケット装着部材２１ｅを介してソケット３０に付加する。ソケット３０の回転に伴ってナットＮが回転し、ナットＮの雌ねじとボルトＢの軸部Ｂｂの雄ねじとが噛み合い、ボルトＢにナットＮを締め付けいく。この際、回り止め部材２１ｆが回り止め穴Ｂｃに正常に挿入されているので、締付トルクが大きくなってもナットＮの回転に伴ってボルトＢが回転するようなことはない。これによって、ボルトＢの供回りを確実に防止できる。また、制御指令を受信すると、ロボットアーム１０では、その締め付けに応じてナットランナ２１（ソケット３０）を下降させる。締付トルクが所定値以上になると、制御器４１では、締め付けを終了するための各制御指令をロボットアーム１０及びナットランナ２１に送信する。この制御指令を受信すると、ナットランナ２１では、モータ２１ａを停止させる。また、制御指令を受信すると、ロボットアーム１０では、ナットランナ２１（ソケット３０）を上昇させる。

制御器４１では、リミットスイッチ２１ｍからＯＮ信号を受信した場合、ロボットアーム１０及びナットランナ２１の動作を一旦停止させるために、次のステップに移行するための制御指令を送信しない。この場合、ナット締付装置１は停止状態となり、ソケット３０の回転は不可状態である。そして、制御器４１では、警報する出力する制御指令を警報器５０に送信する。この制御指令を受信すると、警報器５０では、警報を出力する。この警報により、作業者がその異常発生箇所に向かう。そして、作業者が、異常を解消するための処置を行う。この処置としては、例えば、回り止め部材２１ｆが回り止め穴Ｂｃに全く挿入されていない場合には制御器４１に設定されている締付開始位置の再設定を行い、回り止め部材２１ｆが回り止め穴Ｂｃに途中まで挿入されている場合にはソケット３０（ナットＮ）とボルトＢの少なくとも一方を少し動かして、回り止め部材２１ｆを回り止め穴Ｂｃに正常に挿入させる。この処置後、ナット締付装置１の動作を再開させる。

このナット締付装置１によれば、ソケット３０が締付開始位置に配置されたときにリミットスイッチ２１ｍによって回り止め部材２１ｆの軸方向の位置を検出することにより、締付開始前に回り止め部材２１ｆが回り止め穴Ｂｃに正常に挿入（嵌合）されているか否かの検知を精度良く行うことができる。締付開始前に正常に挿入されていないことを検知できれば、回り止め部材２１ｆが回り止め穴Ｂｃに正常に挿入させてから締付を開始させることができ、ボルトＢの供回りによるワークの不良品の発生を防止できる。

また、ナット締付装置１によれば、回り止め部材２１ｆの位置の検出に安価なリミットスイッチ２１ｍを用いているので、正常／異常の検知を低コストで実現できる。また、ナット締付装置１によれば、回り止め部材２１ｆが回り止め穴Ｂｃに正常に挿入されていないことを検知した場合には警報を出力することにより、作業者に異常時の処置を促すことができる。また、ナット締付装置１によれば、ロボットアーム１０を備えているので、ロボットアーム１０によってソケット３０の位置移動等を高精度に行うことができる。

図１に加えて図３及び図４を参照して、第２実施形態に係るナット締付装置２について説明する。図３は、第２実施形態に係るナットランナ及びソケットの構成を模式的に示す図である。図４は、ボルトの回り止め穴に回り止め部材が挿入された状態を示す図であり、（ａ）が正常に挿入された状態であり、（ｂ）が途中まで挿入された状態であり、（ｃ）が全く挿入されていない状態である。

ナット締付装置２は、第１実施形態に係るナット締付装置１と比較すると、回り止め部材の位置を検出する構成とその位置検出に伴う制御が異なる。ナット締付装置２は、レーザセンサを用いて回り止め部材の軸方向における位置を検出する。

ナット締付装置２は、ロボットアーム１０、ナットランナ２２、ソケット３０、制御器４２、警報器５０を備えている。ロボットアーム１０、ソケット３０、警報器５０については、第１実施形態で説明したものと同様のものなので、説明を省略する。

ナットランナ２２について説明する。ナットランナ２２は、第１実施形態に係るナットランナ２１と比較すると、回り止め部材２２ｆの一端面２２ｇの位置を検出するセンサだけが異なる。ナットランナ２２のモータ２２ａ（回転軸２２ｂ）、減速ギヤ２２ｃ，２２ｄ、ソケット装着部材２２ｅ、回り止め部材２２ｆ（一端面２２ｇ、他端面２２ｈ）、スライド部材２２ｉ、ばね２２ｊ、固定部材２２ｋ（固定面２２ｌ）については、第１実施形態で説明したものと同様のものなので、説明を省略する。なお、第２実施形態では、モータ２２ａ及び減速ギヤ２２ｃと減速ギヤ２２ｄとからなる減速機構が特許請求の範囲に記載の回転駆動部に相当し、ばね２２ｊが特許請求の範囲に記載の付勢部材に相当する。

第２実施形態では、回り止め部材２２ｆが回り止め穴Ｂｃに正常に挿入（嵌合）されている否かを検知するために、固定面２２ｌを基準面とし、固定面２２ｌから回り止め部材２２ｆの一端面２２ｇまでの距離ｄを回り止め部材２２ｆの一端面２２ｇの位置として検出する。第２実施形態では、この回り止め部材２２ｆの一端面２２ｇの位置（距離ｄ）を用いて、回り止め部材２２ｆが回り止め穴Ｂｃに正常に挿入されている場合と、回り止め部材２２ｆが回り止め穴Ｂｃに途中まで挿入されている場合と、回り止め部材２２ｆが回り止め穴Ｂｃに全く挿入されていない場合とを判別する。

ナットランナ２２は、固定面２２ｌから一端面２２ｇまでの距離ｄを検出するために、レーザセンサ２２ｍを備えている。レーザセンサ２２ｍは、レーザ光を利用して、レーザ光を発光してから受光するまでの時間から距離を検出するセンサである。レーザセンサ２２ｍは、固定面２２ｌから一端面２２ｇに向けてレーザ光を発光できように配置される。レーザセンサ２２ｍでは、固定面２２ｌからレーザ光を発光すると一端面２２ｇで反射したレーザ光を受光し、その発光から受光までの時間を計測する。レーザセンサ２２ｍでは、この計測した時間にレーザ光の速度を乗算し、その乗算値を２で除算して固定面２２ｌから一端面２２ｇまでの距離ｄを求める。そして、レーザセンサ２２ｍでは、その距離ｄ（回り止め部材２２ｆの一端面２２ｇの位置）を制御器４２に送信する。

なお、レーザセンサ２２ｍの代わりに、レーザセンサ２２ｍと同様の検出が可能な他のセンサを用いてよく、例えば、レーザ光の代わりにミリ波等を用いたセンサ、力センサでもよい。力センサの場合、ばね２２ｊにかかっている力を検出し、その力からばね２２ｊの縮み量を計算し、その縮み量から距離ｄを取得する。

制御器４２について説明する。制御器４２は、ナット締付装置２を制御するための電子制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等のメモリ、入出力回路等からなる。制御器４２は、ＲＯＭに格納されるアプリケーションプログラムをＲＡＭにロードしてＣＰＵで実行することにより、ロボットアーム制御部４２ａ、ナットランナ制御部４２ｂ、警報制御部４２ｃ、異常検知部４２ｄが構成される。制御器４２は、レーザセンサ２２ｍからの距離ｄを受信する。そして、制御器４２では、各部４２ａ〜４２ｄの処理を行い、ロボットアーム１０、ナットランナ２２、警報器５０に各制御指令を送信する。第２実施形態では、異常検知部４２ｄが特許請求の範囲に記載の判定部に相当する。なお、ナットランナ制御部４２ｂでの処理については、第１実施形態に係るナットランナ制御部４１ｂでの処理と同様の処理なので、説明を省略する。

ロボットアーム制御部４２ａについて説明する。ロボットアーム制御部４２ａでのソケット３０を締付開始位置に位置させるまでの処理及び異常検知部４２ｄで回り止め部材２２ｆが回り止め穴Ｂｃに正常に挿入されていると検知した場合の処理については、第１実施形態に係るロボットアーム制御部４１ａでの処理と同様の処理なので、説明を省略する。異常検知部４２ｄで回り止め部材２２ｆが回り止め穴Ｂｃの途中まで挿入されていると検知した場合、ロボットアーム制御部４２ａでは、ナットランナ２２（ソケット３０）に対する修正動作を行うための制御指令をロボットアーム１０に送信する。修正動作とは、途中まで挿入されている回り止め部材２２ｆを回り止め穴Ｂｃに正常に挿入させるために、ナットランナ２２を少し動かしてソケット３０（ナットＮ）の位置、角度等を少し修正する動作である。修正動作のための制御指令は、予め設定されており、例えば、再挿入するためにソケット３０の位置を上下移動させるための制御指令、途中で引っかかった状態の回り止め部材２２ｆを押し込むためにソケット３０の角度及び／又は位置を微動させるための制御指令がある。

警報制御部４２ｃについて説明する。警報制御部４２ｃでは、異常検知部４２ｄで回り止め部材２１ｆが回り止め穴Ｂｃに全く挿入されていないと検知した場合、警報を出力させる制御指令を警報器５０に送信する。

異常検知部４２ｄについて説明する。異常検知部４２ｄでは、ソケット３０（ナットＮ）が締付開始位置に配置されたときにレーザセンサ２２ｍで検出した距離ｄ（回り止め部材２２ｆの一端面２２ｇの位置）が第１判定閾値ｄ＿ｔｈ１以上か否かを判定する。第１判定閾値ｄ＿ｔｈ１は、回り止め部材２２ｆが回り止め穴Ｂｃに正常に挿入されているかを判定するための閾値である。第１判定閾値ｄ＿ｔｈ１は、回り止め部材２２ｆが回り止め穴Ｂｃに正常時挿入量挿入されている場合の距離ｄの最大距離（正常時距離）から極短い距離を差し引いた距離が設定される。この極短い距離は、例えば、ナット締付装置２を用いた実験によって決めてもよいし、レーザセンサ２２ｍの検出誤差等を考慮して決めてもよい。図４（ａ）に示すように距離ｄが第１判定閾値ｄ＿ｔｈ１以上の場合、異常検知部４２ｄでは、回り止め部材２２ｆが回り止め穴Ｂｃに正常に挿入されていると検知する。

距離ｄが第１判定閾値ｄ＿ｔｈ１未満と判定した場合、異常検知部４２ｄでは、距離ｄが第２判定閾値ｄ＿ｔｈ２以上か否かを判定する。第２判定閾値ｄ＿ｔｈ２（＜第１判定閾値ｄ＿ｔｈ１）は、回り止め部材２２ｆが回り止め穴Ｂｃに途中まで挿入されているか（回り止め部材２２ｆが回り止め穴Ｂｃに全く挿入されていないか）を判定するための閾値である。第２判定閾値ｄ＿ｔｈ２は、距離ｄの最大距離から所定距離を差し引いた距離が設定される。この所定距離は、例えば、正常時挿入量に基づいて決めればよく、正常時挿入量の二分の一の距離、正常時挿入量の三分の二の距離とする。図４（ｂ）に示すように距離ｄが第１判定閾値ｄ＿ｔｈ１未満かつ第２判定閾値ｄ＿ｔｈ２以上の場合、異常検知部４２ｄでは、回り止め部材２２ｆが回り止め穴Ｂｃに途中まで挿入されていると検知する。この場合、回り止め部材２２ｆの一端面２２ｇの位置が正常時の位置よりも少し固定面２２ｌ側に位置しており、回り止め部材２２ｆの回り止め穴Ｂｃへの挿入量が正常時挿入量よりも少ない。そのため、回り止め部材２２ｆと回り止め穴Ｂｃによる供回り防止機能が十分に発揮されない可能性があるので、回り止め部材２２ｆが回り止め穴Ｂｃに正常に挿入されるように上記の修正動作を行う。

図４（ｃ）に示すように距離ｄが第２判定閾値ｄ＿ｔｈ２未満の場合、異常検知部４２ｄでは、回り止め部材２２ｆが回り止め穴Ｂｃに全く挿入されていないと検知する。この場合、ナットＮの中心軸がボルトＢの中心軸に対してずれているため、回り止め部材２２ｆの中心軸も回り止め穴Ｂｃの中心軸に対してずれている。そのため、回り止め部材２２ｆの他端面２２ｈがボルトＢの先端面Ｂｄに接触しており、回り止め部材２２ｆの回り止め穴Ｂｃへの挿入量は０である。この場合、回り止め部材２１ｆと回り止め穴Ｂｃによる供回り防止機能が全く発揮されない。

上記構成のナット締付装置２の動作を説明する。ここでは、第１実施形態と同様にナットランナ２２に装着されるソケット３０（ナットＮ）を締付開始位置に配置させた以降の動作について説明する。この動作説明では、図５のフローチャートに沿って説明する。図５は、第２実施形態に係るナット締付装置の動作の流れを示すフローチャートである。

ロボットアーム１０によってソケット３０（ナットＮ）を締付開始位置に移動させると（Ｓ１０）、レーザセンサ２２ｍでは、固定面２２ｌから回り止め部材２２ｆの一端面２２ｇまでの距離ｄを検出し、この距離ｄを制御器４２に送信する（Ｓ１１）。

制御器４２では、レーザセンサ２２ｍから受信した距離ｄが第１判定閾値ｄ＿ｔｈ１以上か否かを判定する（Ｓ１２）。Ｓ１２にて距離ｄが第１判定閾値ｄ＿ｔｈ１以上と判定した場合、制御器４２では、回り止め部材２２ｆが回り止め穴Ｂｃに正常に挿入されていると検知し、ナットＮをボルトＢに締め付けるための各制御指令をロボットアーム１０及びナットランナ２２に送信する。この場合、第１実施形態と同様の動作により、ナットランナ２２でソケット３０（ナットＮ）を回転させるとともにロボットアーム１０ではナットランナ２２（ソケット３０）を下降させ、ボルトＢにナットＮを締め付ける（Ｓ１３）。

Ｓ１２にて距離ｄが第１判定閾値ｄ＿ｔｈ１未満と判定した場合、制御器４２では、距離ｄが第１判定閾値ｄ＿ｔｈ１未満かつ第２判定閾値ｄ＿ｔｈ２以上か否かを判定する（Ｓ１４）。Ｓ１４にて距離ｄが第１判定閾値ｄ＿ｔｈ１未満かつ第２判定閾値ｄ＿以上と判定した場合、制御器４２では、回り止め部材２２ｆが回り止め穴Ｂｃに途中まで挿入されていると検知し、ナットランナ２２に対する修正動作を行うための制御指令をロボットアーム１０に送信する（Ｓ１５）。この制御指令を受信すると、ロボットアーム１０で制御指令に従ってナットランナ２２を動作させ、ソケット３０の位置等を微動させる（Ｓ１５）。これによりソケット３０（ナットＮ）の位置等が修正され、ソケット３０に装着保持されているナットＮとボルトＢとの位置関係が僅かに変動する。その結果、回り止め部材２２ｆが回り止め穴Ｂｃに正常に挿入されるようになる。この際、ソケット３０の回転は不可状態である。Ｓ１５の修正動作が終了すると、Ｓ１２の判定に戻る。修正動作によって回り止め部材２２ｆが回り止め穴Ｂｃに正常に挿入されると、Ｓ１２にて距離ｄが第１判定閾値ｄ＿ｔｈ１以上と判定され、Ｓ１３での締付動作が行われる。なお、Ｓ１５での修正動作で回り止め部材２２ｆが途中に止まったままの場合、Ｓ１５の修正動作が再度繰り返されることになる。この際、前回とは異なる修正動作を行ってもよい。

Ｓ１４にて距離ｄが第２判定閾値ｄ＿未満と判定した場合、制御器４２では、回り止め部材２２ｆが回り止め穴Ｂｃに全く挿入されていないと検知し、次のステップに移行するための制御指令を送信しない（Ｓ１６）。この場合、ナット締付装置２は停止状態となり、ソケット３０の回転は不可状態である。そして、制御器４２では、警報する出力する制御指令を警報器５０に送信する（Ｓ１７）。この制御指令を受信すると、警報器５０では、警報を出力する（Ｓ１７）。この警報により、作業者がその異常発生箇所に向かう。そして、作業者が、異常を解消するための処置として、例えば、制御器４２に設定されている締付開始位置の再設定を行う。この処置後、ナット締付装置２の動作を再開させる。

このナット締付装置２によれば、ソケット３０が締付開始位置に配置されたときにレーザセンサ２２ｍによって回り止め部材２２ｆの軸方向の位置を検出することにより、締付開始前に回り止め部材２２ｆが回り止め穴Ｂｃに正常に挿入（嵌合）されているか否かの検知を精度良く行うことができる。

また、ナット締付装置２によれば、回り止め部材２２ｆの位置として固定面２２ｌから回り止め部材２２ｆの一端面２２ｇまでの距離ｄを検出できるレーザセンサ２２ｍを用いることにより、距離ｄに応じた段階的な制御が可能である。特に、ナット締付装置２では、回り止め部材２２ｆが回り止め穴Ｂｃに途中まで挿入されている状態を検知できるので、この場合には修正動作を行って回り止め部材２２ｆを回り止め穴Ｂｃに正常に挿入させることができる。これによって、ナット締付装置２の動作を継続させることができ、ナット締付装置２の動作停止による生産性の低下を抑制できる。ナット締付装置２では、修正動作の際にロボットアーム１０によってソケット３０の位置等を高精度に修正できる。また、ナット締付装置２では、回り止め部材２２ｆが回り止め穴Ｂｃに全く挿入されていない状態を検知できるので、この場合には警報出力を行って作業者に異常時の処置を促すことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態に限定されることなく様々な形態で実施される。

例えば、上記実施形態ではロボットアームでナットランナ（ソケット）を移動させる機能も有するナット締付装置に適用したが、人が手で持つナットランナ等にも適用できる。手で持つナットランナの場合、第１実施形態のようにリミットスイッチ等で回り止め部材の位置をＯＮ／ＯＦＦで検出し、このＯＮ／ＯＦＦに応じて締付不可／締付許可するようにすればよい。これにより、ナットランナでも正常／異常の検知を低コストで実現できる。また、上記実施形態ではロボットアームでナットランナを三次元の位置移動させる構成としたが、二次元又は一次元の位置移動させるものでもよい。

また、上記実施形態では回り止め部材の位置の検出としてリミットスイッチによって回り止め部材の一端面の位置が異常判定置よりも固定面側かボルト側かを検出する構成、レーザセンサによって固定面から回り止め部材の一端面までの距離を回り止め部材の位置として検出する構成を示したが、回り止め部材の位置の検出として他の構成でもよい。例えば、回り止め部材の側面に軸方向に沿って目盛等を付し、その目盛をエンコーダ等で読み取ることにより回り止め部材の軸方向における位置を検出する構成でもよい。また、基準位置からの回り止め部材の軸方向の移動量を検出し、この移動量から回り止め部材の軸方向における位置を検出する構成でもよい。このような構成で検出する場合も、第２実施形態と同様に回り止め部材の位置に応じた段階的な制御が可能となる。

また、上記実施形態ではボルトの回り止め受け部を回り止め穴（穴形状）としたが、この形状に限定されるものではない。例えば、回り止め受け部を、ボルト先端より軸方向に延びるスリット（溝）形状とし、回り止め部材を、前述のスリットに嵌合する細長い板形状としてもよい。また、回り止め部材を付勢するばねの配置も、回り止め部材の一端に限定されるものではない。例えば、ばねを、回り止め部材の外周外側に配置し、ばねの両端を、スライド部材の先端と回り止め部材の外周の一点とに、各々固定してもよい。

１，２…ナット締付装置、１０…ロボットアーム、１０ａ…ロボットアーム基台、１０ｂ…関節、１０ｃ…アーム、２１，２２…ナットランナ、２１ａ，２２ａ…モータ、２１ｂ，２２ｂ…回転軸、２１ｃ，２１ｄ，２２ｃ，２２ｄ…減速ギヤ、２１ｅ，２２ｅ…ソケット装着部材、２１ｆ，２２ｆ…回り止め部材、２１ｇ，２２ｇ…一端面、２１ｈ，２２ｈ…他端面、２１ｉ，２２ｉ…スライド部材、２１ｊ，２２ｊ…ばね、２１ｋ，２２ｋ…固定部材、２１ｌ，２２ｌ…固定面、２１ｍ…リミットスイッチ、２１ｎ…可動部、２２ｍ…レーザセンサ、３０…ソケット、３０ａ…中空部、４１，４２…制御器、４１ａ，４２ａ…ロボットアーム制御部、４１ｂ，４２ｂ…ナットランナ制御部、４１ｃ，４２ｃ…警報制御部、４１ｄ，４２ｄ…異常検知部、５０…警報器。

Claims (6)

1. 軸部に回り止め受け部が形成されたボルトにナットを締め付けるナット締付装置であって、
   前記ナットに嵌合する中空部が形成されたソケットと、
   回転駆動力を付加して前記ソケットを回転させる回転駆動部と、
   前記ソケットの回転方向に不動かつ前記ボルトの軸方向に移動可能であり、前記回り止め受け部に嵌合する回り止め部材と、
   前記回り止め部材を前記ボルト側に付勢する付勢部材と、
   前記回り止め部材の前記軸方向における位置を検出する検出部と、
   を備え、
   前記ナットが嵌入された前記ソケットが締付開始位置に配置されたときに前記検出部によって検出された前記回り止め部材の位置を用いて前記回り止め部材が前記回り止め受け部に正常に嵌合されているか否かを検知する、ナット締付装置。
2. 前記検出部によって検出された前記回り止め部材の位置が第１判定閾値よりも基準面側に位置しているか否か判定するとともに前記回り止め部材の位置が前記第１判定閾値よりも前記基準面側の第２判定閾値よりも前記基準面側に位置しているか否かを判定する判定部を備え、
   前記判定部で前記回り止め部材の位置が前記第１判定閾値と前記第２判定閾値との間に位置していると判定した場合には前記ナットが嵌入された前記ソケットに対する修正動作を行う、請求項１に記載のナット締付装置。
3. 前記判定部で前記回り止め部材の位置が前記第２判定閾値よりも前記基準面側に位置していると判定した場合には警報出力を行う、請求項２に記載のナット締付装置。
4. 前記判定部で前記回り止め部材の位置が前記第１判定閾値よりも前記ボルト側に位置していると判定した場合には前記回転駆動部で前記ソケットに回転駆動力を付加する、請求項２又は請求項３に記載のナット締付装置。
5. マニピュレータを備え、
   前記マニピュレータによって前記ソケットに対する修正動作を行う、請求項２〜請求項４の何れか一項に記載のナット締付装置。
6. 前記検出部は、基準面から前記回り止め部材の一端面までの距離を前記回り止め部材の位置として検出する、請求項１〜請求項５の何れか一項に記載のナット締付装置。

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