JP7176800B2 - ネジ締付システムおよびネジ締付装置 - Google Patents

Description

本発明は、ネジ締付装置をスカラロボットのようなロボットと組み合わせて使用するための技術に関する。

従来より、工場の生産ラインにおけるワークのネジ締めのためにネジ締付装置が用いられている。ネジ締付装置として、締付けトルクをネジに断続的に与えるインパクト式のネジ締付装置（特許文献１）、締付けトルクを連続的に与える連続式またはダイレクト式のネジ締付装置などが用いられる。

また、生産ラインの省力化のために、スカラロボットなどの産業用ロボットがしばしば用いられる。

スカラロボットは、基部に回転可能に支持される第１アーム、第１アームに回転可能に支持される第２アームを備え、第２アームは出力軸として回転と昇降移動が可能な運動軸を有する（特許文献２）。第２アームにさらに第３アームを設け、第３アームにおいて回転と並進とを行う動作軸にグリッパ部材などの動作ユニットを設けることも提案されている（特許文献３）。

スカラロボットを用いてネジ締めを行うために、スカラロボットにネジ締付装置を取り付けたネジ締付システムが用いられる。

図１１は従来のネジ締付システム９の例を示す図である。

図１１において、スカラロボット９０は、基台９１、第１アーム９２、第２アーム９３を有し、さらに第３アーム９４が取り付けられ、第３アーム９４の先端部にネジ締付装置９５が取り付けられる。第１軸９２Ｊ、第２軸９３Ｊ、および第３軸９４Ｊのそれぞれを回転軸として、第１アーム９２、第２アーム９３、第３アーム９４がそれぞれ回転駆動される。第３軸９４Ｊは、回転駆動とともに昇降駆動も行い、これによって第３アーム９４を昇降移動させる。ネジ締付装置９５は、第４軸９５Ｊを中心に回転する工具９６を下端部に備える。

ネジ締付システム９において、アーム９２、９３、９４の回転駆動によって工具９６のＸＹ平面上の位置決めが行われ、第３アーム９４の昇降移動によって工具９６の高さ方向（Ｚ方向）の位置決めが行われ、ネジ締付装置９５による工具９６の回転駆動によってネジ締めが行われる。

特開２０１１－７３１３７号公報 特開２０１８－１３４７０１号公報 特開２０１７－３０１４０号公報

図１１に示すネジ締付システム９は、例えば２つのアーム９２，９３を備える汎用的なスカラロボットの第３軸９４Ｊに、第３アーム９４およびネジ締付装置９５を取り付けることによって実現することが可能である。

しかし、従来のネジ締付システム９において、ネジ締付装置９５は第３アーム９４によって支持されるため、ネジ締付装置９５による締付トルクの反力は、第３アーム９４を介して第３軸９４Ｊに伝わり、第３軸９４Ｊを回転させるトルク（反力）を生じさせる。

そのため、第３軸９４Ｊを構成する昇降シャフトの剛性と、昇降シャフトを回転駆動するモータの許容トルクとによって、ネジ締付装置９５の発生する締付トルクの最大値が制限されてしまい、制限以上にネジ締付装置９５による締付トルクを大きくすることができない。そのため、ネジ締付装置９５の締付け能力を十分に発揮できないことが生じる。

締付トルクを大きくするには、第３軸９４Ｊを構成する昇降シャフトの剛性を高めるとともに、反力に耐え得る保持トルクが必要であるため、保持力の大きいより大型のモータを用いる必要があり、または保持力の大きい大型のブレーキ付きモータを用いる必要がある。

また、締付トルクの反力は、第２アーム９３および第１アーム９２にも伝わることとなるので、第２軸９３Ｊおよび第１軸９２Ｊにおいても保持トルクを大きくしておく必要がある。

例えば、特許文献２のスカラロボットでは、第２アームの出力軸である運動軸Ｌ４に第３アームを取り付けることとなるので、運動軸Ｌ４におけるボールスプラインの剛性を高めるとともに、保持トルクの大きいモータを用いる必要がある。

そのため、従来のネジ締付システム９では、使用するスカラロボットが大型化する傾向がある。つまり、許容可搬重量や可動範囲についての条件を小型のスカラロボットが十分に満たしている場合であっても、ネジ締付装置９５による締付トルクの反力に耐えるために大型のスカラロボットを用いなければならないことが生じる。

これにより、スカラロボット９０が大型となって、設置面積の増大および設置コストの上昇を招くこととなる。また、スカラロボット９０の大型化に伴ってネジ締付装置９５やワークなどの搬送時間が長くなり、生産効率が落ちることもある。

本発明は、このような問題点に鑑み、スカラロボットのようなロボットの大型化を招くことなく、ネジ締付装置をロボットと容易に組み合わせて使用できるようにすることを目的とする。

本発明の一形態に係るネジ締付システムは、ベースに設けられる第１アームおよび前記第１アームに直列に接続される先端側の第２アームを有するスカラロボットと、前記第２アームに設けられ、前記第２アームにおける出力軸である昇降軸に沿って前記第２アームの駆動手段によって移動駆動される先端シャフトと、前記昇降軸とは別の軸であって前記昇降軸と平行なネジ締め軸において前記第２アームの筐体に固定的に設けられるネジ締付装置と、を有し、前記ネジ締付装置は、前記第２アームの筐体に固定的に設けられるネジ締付駆動手段と、前記ネジ締付駆動手段により回転駆動されるドライブシャフトと、前記ドライブシャフトと一体的に前記ネジ締め軸における周方向に回転しかつ前記ネジ締め軸における軸方向に移動可能なように連結され先端部に工具が設けられるエクステンションバーと、前記先端シャフトに固定的に連結され、前記エクステンションバーを軸方向に一体的に移動するようかつ周方向に回転可能なように支持するスライド部材と、を有し、前記先端シャフトの移動駆動によって前記エクステンションバーが前記ネジ締め軸において移動駆動されかつ前記工具に嵌合したワークのネジが前記ネジ締付駆動手段の回転駆動により回転されるように構成される。

本発明の一形態に係るネジ締付装置は、ベースに設けられる第１アームおよび前記第１アームに直列に接続されかつ先端シャフトが設けられる先端側の第２アームを有し、前記第２アームにおける出力軸である昇降軸に沿って前記第２アームの駆動手段によって前記先端シャフトが移動駆動されるスカラロボットの前記第２アームの筐体に固定的に取り付けられるネジ締付装置であって、前記第２アームの筐体に固定的に設けられるネジ締付駆動手段と、前記昇降軸と平行なネジ締め軸が前記ネジ締付駆動手段の回転軸となるように前記ネジ締付駆動手段を前記第２アームに固定的に連結する連結部材と、前記ネジ締付駆動手段により回転駆動されるドライブシャフトと、前記ドライブシャフトに対し前記ネジ締め軸における周方向に一体的に回転しかつ前記ネジ締め軸における軸方向に移動可能に連結され先端部に工具が設けられるエクステンションバーと、前記先端シャフトに固定的に連結され、前記エクステンションバーを軸方向に一体的に移動するようかつ周方向に回転可能なように支持するスライド部材と、を有し、前記先端シャフトの移動駆動によって前記エクステンションバーが前記ネジ締め軸において移動駆動されかつ前記工具に嵌合したワークのネジが前記ネジ締付駆動手段の回転駆動により回転されるように構成される。

本発明によると、スカラロボットのようなロボットの大型化を招くことなく、ネジ締付装置をロボットと容易に組み合わせて使用することができる。

ネジ締付システムの全体的な構成の例を示す正面図である。 ネジ締付システムの状態の一例を示す平面図である。 ベース、第１アーム、および第２アームそれぞれの駆動系の例を示す図であ る。 ネジ締付装置、アタッチメントユニット、および伸縮支援ユニットそれぞれ の構成の例を示す図である。 駆動装置の構成の例を示す図である。 図３のＡ－Ａ矢視断面図である。 ドライブシャフトおよび軸受箱それぞれの構成要素の例を説明するための図 である。 筒状部およびハウジングケースそれぞれの構成要素の例を説明するための図 である。 ネジ締付装置の昇降動作の例を示す図である。 エクステンションバーの他の実施形態を示す断面図である。 従来のネジ締付システムの例を示す図である。

図１はネジ締付システム１の全体的な構成の例を示す図、図２はネジ締付システム１の状態の一例を示す平面図、図３はベース２、第１アーム３、および第２アーム４それぞれの駆動系の例を示す図、図４はネジ締付装置本体５、アタッチメントユニット６、およびスライド部材７それぞれの構成の例を示す図、図５は駆動装置５０の構成の例を示す図、図６は図４のＡ－Ａ矢視断面図、図７はドライブシャフト５４および軸受箱それぞれの構成要素の例を説明するための図、図８は筒状部５５ａおよびハウジングケース７０それぞれの構成要素の例を説明するための図である。

図１に示すネジ締付システム１は、スカラロボット１０およびネジ締付装置１１を有する。つまりネジ締付システム１は、スカラロボット１０にネジ締付装置１１を組み合わせて構成された産業用ロボットである。

スカラロボット１０は、ネジ締付装置１１を所定の空間内の任意の位置に移動させ、ネジ締付装置１１はその下方にあるワークのネジを締め付ける。なお、本明細書において、ネジ締めにはネジを緩めることも含まれる。

スカラロボット１０は、一般に「スカラ型ロボット」または「水平多関節ロボット」と呼ばれるロボットであって、ベース２、第１アーム３、および第２アーム４などによって構成される。第１アーム３および第２アーム４は、それぞれ、第１軸Ｐ１および第２軸Ｐ２を中心に正方向または逆方向に回転する。なお、第１軸Ｐ１、第２軸Ｐ２、後述する昇降軸Ｌ１およびネジ締め軸Ｌ２は、互いに平行である。本実施形態では、これら４本の軸がいずれも鉛直方向に沿った場合を例に説明する。

図１～図３に示すように、ベース２は、第１アーム３を支持し、制御装置８１による制御に基づいて第１アーム３を回転させる。ベース２は、図３（Ａ）に示すように、ベース筐体２０、モータ２１、減速部２２、および出力軸２３などによって構成される。

ベース筐体２０は、鉄、アルミニウム合金その他の軽合金、または強化プラスチックスなどによって形成される。後述するアーム筐体３０および４０も同様である。ベース筐体２０が床面ＦＬまたは機体の水平面ＦＬなどに固定された状態で、ネジ締付システム１が使用される。

図３において、モータ２１は、制御装置８１による制御に基づいて、減速部２２を介して出力軸２３を回転駆動する回転駆動源である。モータ２１として、ＤＣブラシレスモータ、ステッピングモータ、またはＡＣサーボモータなどが用いられる。後述するモータ３１、４１、および５１についても同様である。

減速部２２は、モータ２１の回転を減速して出力軸２３に回転力を伝える。減速部２２として、例えば各種のギア装置および伝動装置などが用いられる。後述する減速部３２も同様である。

出力軸２３は、第１アーム３に連結されている。出力軸２３の回転に連動して、第１アーム３が第１軸Ｐ１を中心に回転する。

第１アーム３は、第２アーム４を支持し、制御装置８１による制御に基づいて第２アーム４を回転させる。第１アーム３は、図３（Ｂ）に示すように、アーム筐体３０、モータ３１、減速部３２、および出力軸３３などによって構成される。

モータ３１は、制御装置８１による制御に基づいて減速部３２を介し出力軸３３を回転駆動する。減速部３２は、モータ３１の回転を減速して出力軸３３に回転力を伝える。

出力軸３３は、第２アーム４に連結されている。出力軸３３の回転に連動して、第２アーム４が第２軸Ｐ２を中心に回転する。

第２アーム４には、ネジ締付装置１１が取り付けられている。第２アーム４は、図３（Ｃ）に示すように、アーム筐体４０、モータ４１、ボールネジ４２、および先端シャフト４３などによって構成される。

モータ４１は、制御装置８１による制御に基づいて回転し、ボールネジ４２のネジ軸またはボールナットを回転させる回転駆動源である。ボールネジ４２は、モータ４１からの回転運動を直線運動に変換する。

先端シャフト４３は、アーム筐体４０を貫通するように設けられたロッドであり、ボールネジ４２と連結されていて、ボールネジ４２の直線運動に伴って昇降軸Ｌ１に沿って上下に移動する。昇降軸Ｌ１は、スカラロボット１０における第３軸（Ｐ３）ともいうべき軸である。

モータ４１の回転によって先端シャフト４３が上下方向（軸方向）に移動する。先端シャフト４３は、モータ４１の回転速度に応じた速度で上下移動し、モータ４１の回転量に応じた位置（高さ位置）に位置決めされる。先端シャフト４３の高さ位置の位置決めにおいて、高さ位置の保持は、モータ４１の停止時の保持力、または別途設けたブレーキ装置の保持力による。

なお、スカラロボット１０において、例えば特許文献２に記載されるスカラロボットのように、昇降軸Ｌ１を回転軸として先端シャフト４３を回転させる仕組みが第２アーム４に備わっていることがあるが、本実施形態において先端シャフト４３を回転させる機能は用いない。

したがって、先端シャフト４３を回転させる駆動用モータおよび伝動機構などは必要なく、省略するか、既設の場合にはそれらを取り外せばよい。また、回転させる機能を制御によって無効としてもよい。

先端シャフト４３を回転させる機構が必要ないのでそれだけ軽くなり、スカラロボット１０の先端重量が低減されて慣性モーメントが小さくなり、スカラロボット１０による位置決め速度が向上し、これによってサイクルタイムを短くして生産効率を高めることができる。

次に、ネジ締付装置１１は、ネジ締付装置本体５、アタッチメントユニット６、およびスライド部材７を備える。

ネジ締付装置本体５は、ナットまたはボルトなどのネジを締め付ける。主に自動でネジを締付けるために用いられるものは、一般に「ナットランナ」または「自動締結機」と呼ばれることがある。ネジ締付装置本体５として、インパクト式のネジ締付装置または連続式のネジ締付装置など様々なネジ締付装置を用いることができる。本実施形態では、特開２００２－１６７６号公報または特開２０１１－７３１３７号公報に記載されるようなインパクト式のネジ締付装置を用いた場合を例に説明する。したがって、詳しい構造および機能についてはこれら公報を参照することができる。

図４に示すように、ネジ締付装置本体５は、駆動装置５０、ドライブシャフト５４、エクステンションバー５５、および工具５６などによって構成される。

図５に示すように、駆動装置５０は、モータ５１、減速ギヤ５２、および出力軸５３などによって構成される。

モータ５１は、制御装置８１による制御に基づいて減速ギヤ５２を介して出力軸５３を回転駆動する回転駆動源である。減速ギヤ５２は、モータ５１の回転を減速して出力軸５３に回転力を伝える。減速ギヤ５２として遊星ギヤ装置を用いたときに、遊星ギヤ装置はインパクト発生装置を兼ねることができる。出力軸５３は、先端部の断面形状が正方形であり、先端部との係合によってドライブシャフト５４が回転駆動される。

図４に戻って、ドライブシャフト５４は、基部であるコネクタ部５４ａ、およびコネクタ部５４ａに連接して延びるシャフトバー５４ｂを有する。コネクタ部５４ａとシャフトバー５４ｂとは、機械加工などによって一体に形成される。

図７に示すように、コネクタ部５４ａは、頭部５４ａ１、胸部５４ａ２、腰部５４ａ３、および脚部５４ａ４の４つの部位を有する。これらの部位が一体に形成される。頭部５４ａ１、胸部５４ａ２、腰部５４ａ３、および脚部５４ａ４は、いずれも円柱形状であるが、それぞれの断面の直径が相違する。

また、コネクタ部５４ａの上側の端面には、出力軸５３の先端部が嵌まり込む凹部５４ａ５が設けられており、出力軸５３の先端部と凹部５４ａ５との係合によって、ドライブシャフト５４が出力軸５３により一体的に回転駆動される。

図６および図８も参照して、シャフトバー５４ｂは、コネクタ部５４ａの下端面から下方へ延びる断面が正方形状のロッドである。シャフトバー５４ｂの角部には４５度またはアール状の面取りが設けられる。

図４に戻って、エクステンションバー５５は、ネジ締付装置本体５の出力軸をネジ締め軸Ｌ２に沿って下方へ延長しかつ伸縮移動するための部材である。エクステンションバー５５は、筒状部５５ａおよびコネクト部５５ｂを有する。

図６および図８も参照して、筒状部５５ａは、上部５５ａ１１、中央部５５ａ１２、および下部５５ａ１３の３つの部位を有する。上部５５ａ１１、中央部５５ａ１２、および下部５５ａ１３は、いずれも外形が円周面となっているが、それぞれの外径（直径）が相違する。

筒状部５５ａには、シャフトバー５４ｂが挿入できるように、シャフトバー５４ｂの最大外径よりも大きい内径を有した円柱状の穴５Ｓが設けられている。

また、穴５Ｓの上端の開口部には、穴５Ｓよりも径の大きい穴５Ｓ１が設けられ、穴５Ｓ１には円周面の外形を有する軸受ブシュ５５１が嵌入している。軸受ブシュ５５１には摺動性の良好な部材が用いられ、その中央にはシャフトバー５４ｂが貫通して摺動するための断面正方形状の内周面を有した穴５５２が設けられている。

なお、軸受ブシュ５５１は、その外周面が筒状部５５ａの穴５Ｓ１に締まり嵌めによって嵌合し、かつ、キー、ネジ、溶接、接着剤などによって廻り止めが図られている。

なお、筒状部５５ａに断面正方形状の穴を設ける手段として、他の手段、例えば断面正方形状の穴を設けた部材を筒状部５５ａの上端面に溶接などにより連結することでもよい。

なお、シャフトバー５４ｂと穴５５２の断面形状として、正方形状以外に、長方形状、六角形状、楕円形状、スプライン形状などとしてもよい。また、円柱形状としてキーとキー溝とにより回転力を伝達してもよい。回転トルク伝達が可能でありかつストローク運動（軸方向移動）が可能な形状であればよいので、使用実態に合わせて設計すればよい。

シャフトバー５４ｂは、エクステンションバー５５の筒状部５５ａの穴５Ｓに挿入される。シャフトバー５４ｂの外周面は、軸受ブシュ５５１の穴５５２の内周面と回転方向に係合するので、ドライブシャフト５４とエクステンションバー５５とは一体的に周方向に回転し、かつ軸方向に移動可能なように連結されることとなる。

つまり、図４に示す状態でドライブシャフト５４が回転すると、これと同時にエクステンションバー５５が回転する。エクステンションバー５５が軸方向に移動すると、シャフトバー５４ｂと軸受ブシュ５５１とが係合する軸方向位置は変わるが、それらが係合する限りにおいて、ドライブシャフト５４の回転がエクステンションバー５５に伝達され、これらは一体に回転する。

なお、シャフトバー５４ｂは、筒状部５５ａの穴５Ｓに挿入されたときに、穴５Ｓの内周面とは接触することはなく、また底面とも接触しない。

コネクト部５５ｂは、筒状部５５ａの下端部に一体に設けられる。コネクト部５５ｂには、出力軸５３の先端部と同じ形状の先端部５５ｂ２が設けられる。つまり、先端部５５ｂ２は断面形状が正方形であり、ここに工具５６の凹部５６ａが嵌まり込み、工具５６がエクステンションバー５５によって一体的に回転駆動される。

工具５６として、ソケット、ビット、その他の工具が用いられる。なお、図示は省略したが、工具５６がコネクト部５５ｂから脱落するのを防止するための機構が、工具５６およびコネクト部５５ｂに設けられている。

図４に戻って、アタッチメントユニット６は、連結部材６１、軸受箱６２、および２つのボールベアリング６３ａ、６３ｂなどによって構成され、ネジ締付装置本体５を第２アーム４のアーム筐体４０に連結して一体的に固定する。

連結部材６１は、アーム筐体４０の下面にボルトによって固定されている。連結部材６１には、昇降軸Ｌ１およびネジ締め軸Ｌ２を中心位置として貫通する円柱状の孔６１ａおよび孔６１ｂが設けられている。

連結部材６１の孔６１ａは、連結部材６１が第２アーム４に設けられた先端シャフト４３およびガイド部材４３ｂと干渉しない程度の大きさである。孔６１ｂとして、駆動装置５０の端面に設けられた位置決め用の鍔部が嵌まり込むための径小孔と、軸受箱６２に設けられた位置決め用の鍔部６２ａ（図７参照）が嵌まり込むための径大孔とが、連続して形成される。これによって、駆動装置５０と軸受箱６２およびドライブシャフト５４などとの芯合わせが行われる。

軸受箱６２は、連結部材６１の下面にボルトによって固定される。また、軸受箱６２は、図７に示すように、ネジ締め軸Ｌ２に沿って貫通する穴６Ｓを有し、ここをネジ締付装置本体５のドライブシャフト５４のコネクタ部５４ａが貫通する。

軸受箱６２の穴６Ｓは、第１の穴６Ｓ１、第２の穴６Ｓ２、および第３の穴６Ｓ３を有する。これらはネジ締め軸Ｌ２を中心とした円柱状の同芯上の穴である。第２の穴６Ｓ２は、ドライブシャフト５４のコネクタ部５４ａの外径よりも大きく、これらは互いに干渉しない。

例えば、軸受箱６２を連結部材６１に取り付ける前に、ドライブシャフト５４のコネクタ部５４ａが穴６Ｓに挿入された状態で、第１の穴６Ｓ１と頭部５４ａ１との間にボールベアリング６３ａが嵌め込まれ、第３の穴６Ｓ３と腰部５４ａ３との間にボールベアリング６３ｂが嵌め込まれる。ボールベアリング６３ａ，６３ｂは、それぞれ止め輪６４ａ、６４ｂ（図４参照）によって抜け止めがなされる。これにより、ドライブシャフト５４は軸受箱６２によって回転自在に支持される。

図４に戻って、スライド部材７は、ハウジング７０、連結板７１、および２つのボールベアリング７２ａ、７２ｂなどによって構成される。

ハウジング７０は、図８に示すように、ネジ締め軸Ｌ２に沿って貫通する穴７Ｓを有し、ここをネジ締付装置本体５のドライブシャフト５４のシャフトバー５４ｂが貫通する。

ハウジング７０の穴７Ｓは、第１の穴７Ｓ１、第２の穴７Ｓ２、および第３の穴７Ｓ３を有する。これらはネジ締め軸Ｌ２を中心とした円柱状の同芯上の穴である。第２の穴７Ｓ２は、エクステンションバー５５の中央部５５ａ１２の外径よりも大きく、これらは互いに干渉しない。

例えば、ハウジング７０を連結板７１に取り付ける前に、エクステンションバー５５の筒状部５５ａが穴７Ｓに挿入された状態で、第１の穴７Ｓ１と上部５５ａ１１との間にボールベアリング７２ａが嵌め込まれ、第３の穴７Ｓ３と下部５５ａ１３との間にボールベアリング７２ｂが嵌め込まれる。ボールベアリング７２ａ，７２ｂは、それぞれ止め輪７３ａ、７３ｂ（図４参照）によって抜け止めがなされる。これにより、エクステンションバー５５はハウジング７０によって回転自在に支持される。

したがって、エクステンションバー５５が回転したときに、その回転トルクはハウジング７０に伝達されることはない。

図４に戻って、連結板７１は、先端シャフト４３とハウジング７０とを連結するための長方形の板状の部材であって、エクステンションバー５５が干渉することなく貫通するための円柱状の孔７１ａが設けられている。

連結板７１の一方の端部にハウジング７０のフランジ部７０ａがボルトで取り付けられ、連結板７１の他方の端部が先端シャフト４３のフランジ部４３ａにボルトで固定される。このとき、ドライブシャフト５４およびエクステンションバー５５の中心軸がネジ締め軸Ｌ２と一致するように、またエクステンションバー５５がネジ締め軸Ｌ２に沿って円滑に昇降移動するように、取り付けられる。

なお、フランジ部４３ａおよびフランジ部７０ａの平面視の形状は、円形または四角などとしてよい。また、連結板７１の端部の形状を、それらフランジ部４３ａおよびフランジ部７０ａの形状に沿うようにしてもよい。

また、連結板７１と先端シャフト４３との連結方法として、ベアリングやブシュなどを用いて相対回転可能にかつ軸方向には一体的に移動するように連結してもよい。例えば、ドライブシャフト５４のコネクタ部５４ａと軸受箱６２との連結構造に類似した構造によって連結してもよい。このようにした場合は、連結板７１と先端シャフト４３との相対的な自由度が増し、芯合わせや位置調整が容易となり、先端シャフト４３には軸方向の負荷のみが加わることとなるので、設計、加工、および組み立ての自由度が増す。

図１に示す制御装置８１は、スカラロボット１０およびネジ締付装置１１を制御してネジ締付システムの全体を制御する。制御装置８１は、例えば、モータ２１、３１、４１、５１などの制御回路、各種センサーからの信号を処理する回路、操作制御回路、ティーチング回路、その他の信号処理回路、演算処理回路、制御や表示のためのコンピュータなどから構成される。

次に、ネジ締付システム１の動作について説明する。

図９はネジ締付装置本体５の昇降動作の例を示す図である。

図９（Ａ）に示すように、第１アーム３および第２アーム４が回転して水平方向に移動することにより、ネジ締付装置本体５がワークＷのナット８７の真上に位置決めされる。この状態では、ナット８２のセンターとネジ締め軸Ｌ２とが一致する。

図９（Ａ）に示す状態から、先端シャフト４３が下降移動するに伴って、スライド部材７、エクステンションバー５５、および工具５６が下降移動し、図９（Ｂ）に示すように工具５６がナット８２に嵌合する。その後、ネジ締付装置本体５によるナット８２のネジ締めが行われる。

ネジ締めによる反力は、駆動装置５０に加わる。駆動装置５０は連結部材６１を介してアーム筐体４０と一体化し、これらは１つの剛体となっているため、駆動装置５０に加わった反力は、第２アーム４の全体の剛性で受けることとなる。

ところで、図２に示すように、第２アーム４は、第２軸Ｐ２において第１アーム３と連結され、第１アーム３は第１軸Ｐ１においてベース２つまり床面ＦＬに固定されているから、第２アーム４、第１アーム３、および床面ＦＬにおける第１軸Ｐ１とネジ締め軸Ｌ２とを結ぶリンクラインＴによって、三角形が構成される。

したがって、ネジ締めによる反力が第２アーム４に作用し、これにより第２アーム４を回転させるトルクが生じるが、このトルクによって第２軸Ｐ２自体を回転させる力が生じることは理論的にない。第２アーム４、第１アーム３、およびリンクラインＴによって三角形が構成され、三角形は変形されることがないからである。

なお、実際には、スライド部材７におけるガタツキや撓みなどによって第２軸Ｐ２を回転させる力が生じることがあるが、この場合においても、ネジ締め軸Ｌ２と第２軸Ｐ２との距離が大きいので、第２軸Ｐ２を回転させる力は小さく、第２軸Ｐ２の機構において十分許容できる範囲内である。

また、ネジ締めによる反力が第２アーム４を介して第２軸Ｐ２にせん断力として加わるが、第２アーム４の長さはナット８２の直径などと比べて十分に大きいので、加わる力は小さく、これによって第２軸Ｐ２が変形したり過度に磨耗することはない。第１軸Ｐ１についても同様に、加わる力は小さい。

また、ネジ締めによってドライブシャフト５４およびエクステンションバー５５に回転トルクが発生するが、それらを回転自在に支持するスライド部材７にその回転トルクが伝達されることはない。つまり、先端シャフト４３にはネジ締めによるトルクおよび反力は伝達されることはない。先端シャフト４３は、スライド部材７のみを昇降駆動すればよいので、負荷が極めて軽く、小型のもので十分に耐えられる。

この点、図１１に示す従来のネジ締付システム９では、第３軸９４Ｊを構成する昇降シャフトによってネジ締付装置９５の全体を昇降駆動するので、昇降シャフトの剛性を高くしかつ昇降駆動に大型のモータを用いる必要があった。

したがって、小型のスカラロボット１０であっても、ネジ締付装置１１によるネジ締め時の反力を容易に受けることができ、大型のモータを用いたりブレーキを新たに追加する必要がない。また、小型のスカラロボット１０でよいので、大型化した場合のように搬送時間が長くなったり生産効率が落ちたりすることがない。また、先端重量が低減されることから慣性モーメントが小さくなり、スカラロボット１０の位置決め速度が向上し、サイクルタイムを短くして生産効率を高めることができる。

このように、本実施形態によると、スカラロボット１０などのロボットの大型化を招くことなく、ネジ締付装置１１をロボットと容易に組み合わせて使用し、高トルクで安定したネジ締めを行うことができる。

本実施形態において、連結部材６１をアーム筐体４０に取り付けるためのボルトの穴として、種類やサイズの異なるスカラロボットに応じた多数の組みの穴を設けておくことにより、ネジ締付装置１１をそれら種類やサイズの異なるスカラロボット１０に容易に取り付けて組み合わせることができる。なお、アーム筐体４０としては、外装パネルおよびこれを支持する構造部材を含む。

本実施形態では、ドライブシャフト５４およびエクステンションバー５５を回転可能に支持するためにボールベアリングを用いたが、ボールベアリング以外のベアリング、または摺動軸受や流体軸受を用いてもよい。

上に述べた実施形態において、図１０に示す構造のエクステンションバー５５Ｂとしてもよい。

すなわち、図１０は他の実施形態のエクステンションバー５５Ｂを示し、図１０（Ａ）はその平面図、図１０（Ｂ）はその正面断面図である。

図１０（Ａ）（Ｂ）において、エクステンションバー５５Ｂは、筒状部５５Ｂａおよびコネクト部５５Ｂｂを有する。筒状部５５Ｂａとコネクト部５５Ｂｂとは、別体で製作された後に溶接によって一体に連結される。

筒状部５５Ｂａには、円柱状の穴５ＢＳ、および、穴５ＢＳの上端の開口部に設けられた断面正方形状の内周面を有した穴５５２Ｂが設けられる。

コネクト部５５Ｂｂには、出力軸５３の先端部と同じ形状の先端部５５Ｂｂ２が設けられる。コネクト部５５Ｂｂは、筒状部５５Ｂａの下端部において軸芯が一致するように溶接される。

また、これらの実施形態以外に、エクステンションバーの全体を一体に形成することでもよい。例えば、エクステンションバーの軸方向の移動距離が小さく、穴５Ｓが浅い場合には、内径加工用バイトを用いて穴５Ｓを加工することが可能である。

上に述べた実施形態では、ベース２を床面ＦＬに設置したが、建築物の壁または天井に設置してもよい。

上に述べた実施形態では、第１アーム３および第２アーム４の２つのアームを有するスカラロボット１０を用い、第２アーム４を本発明における「先端アーム」とし、第２アーム４において昇降軸Ｌ１に沿って移動可能な先端シャフト４３を本発明における「先端シャフト」とした。しかし、これに限ることなく、３つ以上のアームを有するスカラロボットを用い、その際の第２アームまたは第３アームなどを「先端アーム」としてもよい。また、スカラロボットではない多関節ロボット、その他の種々のロボットに適用することが可能である。

その他、ベース２、第１アーム３、第２アーム４、ネジ締付装置本体５、アタッチメントユニット６、スライド部材７、スカラロボット１０、ネジ締付装置１１、およびネジ締付システム１の全体または各部の構成、寸法、形状、材質、個数、取り付け方法、制御の内容などは、コストや納期などを考慮するなど、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

１ ネジ締付システム
１０ スカラロボット（ロボット）
１１ ネジ締付装置
２ ベース
３ 第１アーム（アーム）
４ 第２アーム（先端アーム）
４０ アーム筐体（筐体）
４１ モータ（駆動手段）
４３ 先端シャフト
５０ 駆動装置（ネジ締付駆動手段）
５４ ドライブシャフト
５５，５５Ｂ エクステンションバー
５６ 工具
６ アタッチメントユニット（連結部材）
６１ 連結部材
７ スライド部材
Ｌ１ 昇降軸（第１軸）
Ｌ２ ネジ締め軸（第２軸）

Claims (3)

1. ベースに設けられる第１アームおよび前記第１アームに直列に接続される先端側の第２アームを有するスカラロボットと、
   前記第２アームに設けられ、前記第２アームにおける出力軸である昇降軸に沿って前記第２アームの駆動手段によって移動駆動される先端シャフトと、
   前記昇降軸とは別の軸であって前記昇降軸と平行なネジ締め軸において前記第２アームの筐体に固定的に設けられるネジ締付装置と、
   を有し、
   前記ネジ締付装置は、
   前記第２アームの筐体に固定的に設けられるネジ締付駆動手段と、
   前記ネジ締付駆動手段により回転駆動されるドライブシャフトと、
   前記ドライブシャフトと一体的に前記ネジ締め軸における周方向に回転しかつ前記ネジ締め軸における軸方向に移動可能なように連結され先端部に工具が設けられるエクステンションバーと、
   前記先端シャフトに固定的に連結され、前記エクステンションバーを軸方向に一体的に移動するようかつ周方向に回転可能なように支持するスライド部材と、を有し、
   前記先端シャフトの移動駆動によって前記エクステンションバーが前記ネジ締め軸において移動駆動されかつ前記工具に嵌合したワークのネジが前記ネジ締付駆動手段の回転駆動により回転されるように構成される、
   ことを特徴とするネジ締付システム。
2. ベースに設けられる第１アームおよび前記第１アームに直列に接続されかつ先端シャフトが設けられる先端側の第２アームを有し、前記第２アームにおける出力軸である昇降軸に沿って前記第２アームの駆動手段によって前記先端シャフトが移動駆動されるスカラロボットの前記第２アームの筐体に固定的に取り付けられるネジ締付装置であって、
   前記第２アームの筐体に固定的に設けられるネジ締付駆動手段と、
   前記昇降軸と平行なネジ締め軸が前記ネジ締付駆動手段の回転軸となるように前記ネジ締付駆動手段を前記第２アームに固定的に連結する連結部材と、
   前記ネジ締付駆動手段により回転駆動されるドライブシャフトと、
   前記ドライブシャフトに対し前記ネジ締め軸における周方向に一体的に回転しかつ前記ネジ締め軸における軸方向に移動可能に連結され先端部に工具が設けられるエクステンションバーと、
   前記先端シャフトに固定的に連結され、前記エクステンションバーを軸方向に一体的に移動するようかつ周方向に回転可能なように支持するスライド部材と、を有し、
   前記先端シャフトの移動駆動によって前記エクステンションバーが前記ネジ締め軸において移動駆動されかつ前記工具に嵌合したワークのネジが前記ネジ締付駆動手段の回転駆動により回転されるように構成される、
   ことを特徴とするネジ締付装置。
3. 前記連結部材は、前記連結部材をボルトで前記筐体に異なる位置に取り付けるための複数の組の穴が設けられている、
   請求項２に記載のネジ締付装置。
   

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