JP6418083B2 - 締付機 - Google Patents

Description

本発明は、ボルト・ナット等の螺合部材の締結に用いる締付機の技術に関し、より詳しくは、作業者の操作意思を検出するための力覚センサを備えた締付機に関する。

従来、ボルト・ナット等の螺合部材の締結に用いる締付機（所謂ナットランナー）が一般的に用いられている。
従来の締付機には、特許文献１に示すように、ボルト・ナット等の螺合部材を締め付けるときの反力を測定する力センサを備えているものがある。そして、このような従来の締付機では、力センサで検出した反力に基づいて、ナットランナーのソケットの回転数等を制御して、螺合部材の締め付け状態を調整するように構成される。

本願発明者は、作業者の操作によって締付機本体を変位させるときに、締付機本体に作用する操作力をセンサ（以下、力覚センサと呼ぶ）によって検出し、作業者による操作意思を検出する構成とした締付機を検討している。尚、本願発明者が検討している操作力を検出する力覚センサは、特許文献１に記載の締付機に備えられる反力を検出する力センサと測定対象量が相違しているため、用途が異なっている。

図３には、締付機本体に作用する操作力を力覚センサによって検出し、作業者による操作意思を検出する構成とした締付機を例示している。
図３に示す締付機３１は、被螺合部材５０に対して、ボルト５１を螺合するための装置であり、締付機本体３２、支持アーム３３、力覚センサ３５等を備えている。
締付機３１では、支持アーム３３の手先部３４に力覚センサ３５を固定しており、力覚センサ３５に対して、接続部材３６を介して締付機本体３２を固定する構成としている。

締付機３１は、作業者が、ボルト５１にソケット３２ａを位置合わせするために、手動操作によって、締付機本体３２を把持して、締付機本体３２を変位させることができるように構成され、作業者が締付機本体３２を変位させたときの操作力を力覚センサ３５で検出することで、作業者の操作意思を知覚することができる。

しかしながら、このような構成の締付機３１では、ボルト５１の締め付けを行うときに生じた反力が、締付機本体３２、接続部材３６および力覚センサ３５を介して支持アーム３３に伝達されるため、力覚センサ３５に反力が入力されてしまい、力覚センサ３５が破損したり、寿命が短くなったりするという問題があった。

特開２０１２−０２０３４５号公報

本発明は、斯かる現状の課題を鑑みてなされたものであり、作業者の操作力を検出するための力覚センサを備えた締付機において、破損等の不具合から力覚センサを保護することを目的としている。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、本願発明に係る締付機は、締付機本体と、前記締付機本体を変位可能に支持するとともに、前記締付機本体を位置決めされた位置で停止させる支持アームと、作業者が前記締付機本体を変位させるときの操作力を検出する力覚センサと、前記作業者が前記締付機本体を変位させるときの、前記作業者が把持するための部位を構成する持ち手部材と、を備え、前記力覚センサは、前記支持アームに固定され、前記持ち手部材は、前記締付機本体および前記支持アームから離間した状態で前記力覚センサに固定されるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

本願発明に係る締付機によれば、螺合部材を締め付けるときに生じる反力が力覚センサに入力されることを防止できる。これにより、締付機に対する操作力を検出するための力覚センサを備えた締付機において、力覚センサの破損等の不具合から保護することができる。

本発明の第一の実施形態に係る締付機の全体構成を示す模式図、（ａ）平面模式図、（ｂ）側面模式図。 本発明の第二の実施形態に係る締付機の全体構成を示す模式図、（ａ）平面模式図、（ｂ）側面模式図。 力覚センサに反力が入力される形態の締付機を示す模式図。

次に、発明の実施の形態を説明する。

まず始めに、本発明の第一の実施形態に係る締付機について、図１（ａ）（ｂ）を用いて説明をする。
図１（ａ）（ｂ）に示す如く、本発明の第一の実施形態に係る締付機１は、被螺合部材５０に対してボルト５１を螺合するための装置であり、締付機本体２、支持アーム３、力覚センサ５、持ち手部材６等を備えている。
被螺合部材５０は、第一部材５０ａと第二部材５０ｂからなり、第一部材５０ａに形成された挿通孔（図示せず）のボルト５１を挿通するとともに、ボルト５１を第二部材５０ｂに形成されたボルト孔（図示せず）に螺合させることで、ボルト５１によって、第二部材５０ｂに対して第一部材５０ａが締結される。

締付機本体２は、ボルト５１を締め付けるための工具（所謂ナットランナー）である。
締付機本体２には、モータ（図示せず）が内蔵されており、締付機本体２から下方に向けてモータ軸（図示せず）突出されている。モータ軸の下端にはドライブ角（図示せず）が備えられており、該ドライブ角に対して、ソケット２ａが装着されている。
ソケット２ａは、ボルト５１の頭部５１ａに対応した略六角形の凹部（図示せず）が形成されており、該凹部に頭部５１ａを嵌めこんだ状態で、モータによってソケット２ａをモータ軸回りに回転させることで、ボルト５１を被螺合部材５０に対して螺合することができる。
また、締付機本体２には、締付機本体２を支持アーム３に取り付けるためのフランジ状の部位である鍔部２ｂを備えている。

支持アーム３は、締付機本体２を変位可能に支持するものであり、締付機１によって、被螺合部材５０に対してボルト５１を締め付けるときに発生する反力を、支持アーム３によって受ける構成としている。
支持アーム３としては、多関節型ロボットを採用することができ、作業者が、支持アーム３の手先に付設された締付機本体２を手動操作で移動させるときに、各関節（図示せず）が可動するように構成される。また、支持アーム３において、各関節にはサーボモータ（図示せず）が配置されており、作業者の操作力をサーボモータの駆動力で補助して、作業者の負担を軽減する構成としている。

支持アーム３はプレート状の手先部４を備えており、手先部４に対して、締付機本体２が固定されている。

手先部４は、支持アーム３に対して、締付機本体２を固定するための部位である。
手先部４には、ボルト８を挿通するための孔である複数（本実施形態では４個）の放射状に配置された挿通孔４ａ・４ａ・４ａ・４ａが形成されており、挿通孔４ａ・４ａ・４ａ・４ａが配置された部位によって、締付機本体２を固定するためのフランジ状の部位を構成している。
また、手先部４には、ボルト９を挿通するための孔である複数（本実施形態では４個）の放射状に配置された挿通孔４ｂ・４ｂ・４ｂ・４ｂが形成されており、挿通孔４ｂ・４ｂ・４ｂ・４ｂが配置された部位によって、力覚センサ５を固定するためのフランジ状の部位を構成している。

そして、締付機本体２は、挿通孔４ａ・４ａ・４ａ・４ａに挿通したボルト８・８・８・８を、締付機本体２の鍔部２ｂに形成されたボルト孔（図示せず）に螺合させることによって、支持アーム３の手先部４に固定され、支持アーム３によって、締付機本体２が支持される。

力覚センサ５は、ひずみゲージや圧電素子等を組み合わせて構成されるセンサであり、互いに直交する３軸の方向に作用する力の大きさと、各軸回りに作用するモーメントの大きさを同時に検出することができる。

力覚センサ５は、挿通孔４ｂ・４ｂ・４ｂ・４ｂに挿通したボルト９・９・９・９を、力覚センサ５に形成されたボルト孔（図示せず）に螺合させることによって、支持アーム３の手先部４に固定される。

持ち手部材６は、作業者がソケット２ａをボルト５１に対して位置決めするために、手動操作で締付機本体２を移動させる際に、作業者が把持するための部位を構成する部材であり、持ち手部６ａを備えている。
また、持ち手部材６は、持ち手部材６を力覚センサ５に固定するためのフランジ状の部位であるフランジ部６ｂを備えており、フランジ部６ｂにおいて、ボルト９・９・９・９を挿通するための孔である、複数（本実施形態では４個）の放射状に配置された挿通孔６ｃ・６ｃ・６ｃ・６ｃが形成されている。

そして、本発明の第一の実施形態に係る締付機１では、持ち手部材６は、締付機本体２および支持アーム３から離間している。ここでいう「離間している」とは、持ち手部材６と締付機本体２および支持アーム３の間に隙間があって、持ち手部材６と締付機本体２および支持アーム３が接触していない状態であることを意味している。
尚、本発明の第一の実施形態に係る締付機１では、持ち手部材６の持ち手部６ａの軸心位置は、締付機本体２の軸心位置と一致していない。

また、持ち手部材６は、挿通孔６ｃ・６ｃ・６ｃ・６ｃに挿通したボルト９・９・９・９を、力覚センサ５に形成されたボルト孔（図示せず）に螺合させることによって、力覚センサ５に対して固定される。
即ち、支持アーム３の手先部４と持ち手部材６には、力覚センサ５が介設されており、力覚センサ５によって、手先部４に対する持ち手部材６の相対変位を検出することができるように構成している。

力覚センサ５は、作業者が締付機本体２を変位させるときに、持ち手部材６の持ち手部６ａに入力される作業者の操作力を検出するためのセンサであり、制御装置（図示せず）に接続されている。制御装置は、力覚センサ５からの入力信号によって、作業者の操作意思を知覚するとともに、入力信号に応じて、支持アーム３の各関節のサーボモータに信号を出力して、支持アーム３のアシスト状態を制御する。

このような構成の締付機１では、ボルト５１の締付位置にソケット２ａの位置決めをするときにおいて、締付機本体２を直接把持して操作する代わりに、作業者が持ち手部６ａを把持して締付機本体２を操作し、持ち手部６ａに入力された操作力を力覚センサ５で検出する。作業者による持ち手部６ａを把持しての締付機本体２の操作が行われ、作業者により締付機本体２のソケット２ａがボルト５１の締付位置に位置決めされると、支持アーム３は締付機本体２を位置決めされた位置で停止させる。
そして、被螺合部材５０に対してボルト５１を螺合させるときには、作業者は、持ち手部６ａから持ち替えて締付機本体２を直接把持する。

締付機１を用いて、被螺合部材５０に対してボルト５１を螺合させるときやボルト５１の螺合が完了してソケット２ａが空転するときには、締付機本体２に対して反力が作用する。そして、締付機１に対して作用する反力は、締付機本体２を介して、支持アーム３に伝達される。

一方、持ち手部材６は、締付機本体２および支持アーム３から離間しているため、締付機１に対して反力が作用したとき、持ち手部材６と力覚センサ５は支持アーム３の手先部４と同じように変位する。
このため、締付機１では、締付機本体２に反力が作用しても、手先部４と持ち手部材６の間に相対変位が生じず、力覚センサ５に反力の影響が及ばない。

このように、本発明の第一の実施形態に係る締付機１では、締付機本体２と力覚センサ５を支持アーム３に固定するとともに、持ち手部材６を力覚センサ５に固定し、かつ、持ち手部材６を締付機本体２および支持アーム３から離間させることによって、ボルト５１の螺合時に生じた反力が力覚センサ５に伝達されることを防止している。

即ち、本発明の第一の実施形態に係る締付機１は、締付機本体２と、締付機本体２を変位可能に支持するとともに、締付機本体２を位置決めされた位置で停止させる支持アーム３と、作業者が締付機本体２を変位させるときの操作力を検出する力覚センサ５と、作業者が締付機本体２を変位させるときの、作業者が把持するための部位である持ち手部６ａを構成する持ち手部材６と、を備え、力覚センサ５は、支持アーム３の手先部４に固定され、持ち手部材６は、締付機本体２および支持アーム３から離間した状態で力覚センサ５に固定されるものである。
このような構成により、螺合部材たるボルト５１を締め付けるときに生じる反力が力覚センサ５に入力されることを防止できる。これにより、操作力を検出するための力覚センサ５を備えた締付機１において、力覚センサ５を破損等の不具合から保護することができる。

次に、本発明の第二の実施形態に係る締付機について、図２（ａ）（ｂ）を用いて説明をする。
図２（ａ）（ｂ）に示す如く、本発明の第二の実施形態に係る締付機１１は、被螺合部材５０に対して、ボルト５１を螺合するための装置であり、締付機本体１２、支持アーム１３、力覚センサ１５、持ち手部材１６等を備えている。

本発明の第二の実施形態に係る締付機１１を構成する締付機本体１２、支持アーム１３、力覚センサ１５は、前述した本発明の第一の実施形態に係る締付機１を構成する締付機本体２、支持アーム３、力覚センサ５とそれぞれ同じものである。
即ち、本発明の第二の実施形態に係る締付機１１は、前述した本発明の第一の実施形態に係る締付機１に対して、持ち手部材１６の構成が相違している。

持ち手部材１６は、作業者がソケット１２ａをボルト５１に対して位置決めするために、手動操作で締付機本体１２を移動させる際に、作業者が把持するための部位を構成する部材であり、持ち手部１６ａとプレート部１６ｂを備えている。
持ち手部１６ａは、内側に締付機本体１２を挿通可能な円筒状の部位である。
また、プレート部１６ｂは、持ち手部材１６を力覚センサ１５に取付けるとともに、持ち手部１６ａを所定位置に配置するための平板状の部位であり、締付機本体１２を挿通可能な孔部１６ｃが形成されており、孔部１６ｃの円形状における軸心位置を、締付機本体１２の軸心位置に一致させている。
持ち手部１６ａは、持ち手部１６ａの円筒形状における軸心位置を、孔部１６ｃの円形状における軸心位置に一致させた状態で、孔部１６ｃを取り囲むようにしてプレート部１６ｂに突設されている。
このような構成により、締付機１１では、持ち手部１６ａの軸心を、締付機本体１２の軸心に一致させている。

持ち手部材１６のプレート部１６ｂには、ボルト１９を挿通するための孔であって、複数（本実施形態では４個）の放射状に配置された挿通孔１６ｄ・１６ｄ・１６ｄ・１６ｄが形成されており、挿通孔１６ｄ・１６ｄ・１６ｄ・１６ｄが形成された部位において、持ち手部材１６を力覚センサ１５に固定するためのフランジ状の部位を構成している。
そして、持ち手部材１６は、挿通孔１６ｄ・１６ｄ・１６ｄ・１６ｄに挿通したボルト１９・１９・１９・１９を、力覚センサ１５に形成されたボルト孔（図示せず）に螺合させることによって、力覚センサ１５に対して固定される。

本発明の第二の実施形態に係る締付機１１では、持ち手部材１６は、支持アーム１３および締付機本体１２から離間している。ここでいう「離間している」とは、持ち手部材１６と締付機本体１２および支持アーム１３の間に隙間があって、持ち手部材１６と締付機本体１２および支持アーム１３が接触していない状態であることを意味している。
また、本発明の第二の実施形態に係る締付機１１では、持ち手部材１６の持ち手部１６ａの軸心位置が、締付機本体１２の軸心位置と一致している。

このような構成の締付機１１では、作業者がボルト５１の締付位置にソケット１２ａの位置決めをするときにおいて、締付機本体１２を直接把持して操作する代わりに、持ち手部１６ａを把持して締付機本体１２を操作し、持ち手部１６ａに入力された操作力を力覚センサ１５で検出する。そして、被螺合部材５０に対してボルト５１を螺合させるときには、作業者は、持ち手部１６ａから持ち替えて締付機本体１２を直接把持する。

締付機１１を用いて、被螺合部材５０に対してボルト５１を螺合させるとき、締付機本体１２には反力が作用する。そして、締付機１１に対して作用する反力は、締付機本体１２を介して、支持アーム１３に伝達される。

一方、持ち手部材１６は、締付機本体１２から離間しているため、締付機１１に対して反力が作用したとき、持ち手部材１６と力覚センサ１５は、支持アーム１３の手先部１４と同じように変位する。
このため、締付機１１では、締付機本体１２に反力が作用しても、手先部１４と持ち手部材１６の間には相対変位が生じず、力覚センサ１５に反力の影響が及ばない。

このように、本発明の第二の実施形態に係る締付機１１では、締付機本体１２と力覚センサ１５を支持アーム１３に固定するとともに、持ち手部材１６を力覚センサ１５に固定し、かつ、持ち手部材１６を締付機本体１２および支持アーム１３から離間させることによって、ボルト５１の螺合時に生じた反力が力覚センサ１５に伝達されることを防止している。

即ち、本発明の第二の実施形態に係る締付機１１は、締付機本体１２と、締付機本体１２を変位可能に支持するとともに、締付機本体１２を位置決めされた位置で停止させる支持アーム１３と、作業者が締付機本体１２を変位させるときの操作力を検出する力覚センサ１５と、作業者が締付機本体１２を変位させるときの、作業者が把持するための部位である持ち手部１６ａを構成する持ち手部材１６と、を備え、力覚センサ１５は、支持アーム１３の手先部１４に固定され、持ち手部材１６は、締付機本体１２および支持アーム１３から離間した状態で力覚センサ１５に固定されるものである。
このような構成により、螺合部材たるボルト５１を締め付けるときに生じる反力が力覚センサ１５に入力されることを防止できる。これにより、操作力を検出するための力覚センサ１５を備えた締付機１１において、力覚センサ１５を破損等の不具合から保護することができる。

このような構成の締付機１１では、作業者がボルト５１の締付位置にソケット１２ａの位置決めをするときにおいて、締付機本体１２を直接把持して操作する代わりに、持ち手部１６ａを把持して締付機本体１２を操作し、持ち手部１６ａに入力された操作力を力覚センサ１５で検出する。そして、締付機１１では、持ち手部１６ａの軸心が、締付機本体１２の軸心と一致する構成であるため、締付機本体１２を直接把持して操作するときとほぼ同じ操作感覚で、ソケット１２ａの位置決めをすることができる。
また、締付機１１では、作業者が、持ち手部１６ａから若干上に手を滑らせるだけで、容易に締付機本体１２に持ち替えることができるため、締付機１を使用する場合に比して、腕を動かす距離が少なくて済み、ボルト５１の締付作業の効率がよりよくなっている。

本発明の第一の実施形態に係る締付機１では、持ち手部６ａの軸心と締付機本体２の軸心がズレているため、締付機本体２を直接把持して操作する場合との操作感覚のズレが生じることが懸念される。
一方、本発明の第二の実施形態に係る締付機１１では、持ち手部１６ａの軸心と締付機本体１２の軸心を同軸上に配置することによって、締付機本体１２を直接把持して操作する場合と操作感覚をほぼ同様に維持しながら、力覚センサ１５に反力が伝達されるのを防止することができる。

１ 締付機（第一の実施形態）
２ 締付機本体
３ 支持アーム
４ 手先部
５ 力覚センサ
６ 持ち手部材
６ａ 持ち手部
１１ 締付機（第二の実施形態）
１２ 締付機本体
１３ 支持アーム
１４ 手先部
１５ 力覚センサ
１６ 持ち手部材
１６ａ 持ち手部

Claims (1)

1. 締付機本体と、
   前記締付機本体を変位可能に支持するとともに、前記締付機本体を位置決めされた位置で停止させる支持アームと、
   作業者が前記締付機本体を変位させるときの操作力を検出する力覚センサと、
   前記作業者が前記締付機本体を変位させるときの、前記作業者が把持するための部位である持ち手部を構成する持ち手部材と、
   を備え、
   前記力覚センサは、前記支持アームに固定され、
   前記持ち手部材は、前記締付機本体および前記支持アームから離間した状態で前記力覚センサに固定され、
   前記持ち手部の内側には、前記締付機本体が挿通している、
   ことを特徴とする締付機。

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