JP7348768B2

JP7348768B2 - ナット締め装置

Info

Publication number: JP7348768B2
Application number: JP2019137892A
Authority: JP
Inventors: 慶一安積
Original assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Current assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Priority date: 2019-07-26
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2023-09-21
Anticipated expiration: 2039-07-26
Also published as: JP2021020272A

Description

本発明は、ナット締結後のおねじの出代の寸法測定が可能なナット締め装置に関する。

従来のナット締め装置としては、ナットと係合可能なボックスビットと、このボックス
ビットに接続され、これと一体に回転可能なビット軸と、このビット軸を回転させるモー
タとからなるものが知られている。このようなナット締め装置は、予め設定した締付けト
ルクに達するとナットの締結を完了するように構成されているため、ナットまたはこれと
螺合するおねじのねじ山に成形不良などがある際、ナットを正規の高さまで螺入できない
という問題があった。

その解決手段として特許文献１に示されたナット締め装置９が知られている。このナッ
ト締め装置９は、図５に示すようにナットＮと係合可能なボックスビット９１と、このボ
ックスビット９１に連続するビット軸９１ａと、前記ボックスビット９１およびビット軸
９１ａ内を昇降可能な測定ロッド９２と、この測定ロッド９２と連動する昇降部９３と、
前記ボックスビット９１を回転させるモータ９４と、このモータ９４の支持部材９４ａに
吊り下げ支持され、前記昇降部９３の上昇を検出可能に構成されたセンサ９５とを備えて
おり、ナットＮと螺合するおねじ（図示せず）に測定ロッド９２が押圧されることで、測
定ロッド９２および昇降部９３が上昇するように構成されている。この昇降部９３の上昇
を前記センサ９５が検出することで、締結後のナットＮの上面から突出するおねじの出代
に相当する寸法を測定可能となる。このため、ナットＮのめねじとおねじが正しく噛み合
っておらず、ナットＮの上面からおねじが突出していないようなナット締結を異常判定で
きる利点がある。

特開２０１９－２５５９３号公報

しかしながら、従来のナット締め装置９は、昇降部９３がビット軸９１ａに支持されて
おり、センサ９５が支持部材９４ａに支持される構成であった。これにより、図５の二点
鎖線に示すようにビット軸９１ａが傾いた際、これに追従して傾いた昇降部９３がセンサ
９５に近づくあるいは遠ざかるため、正確におねじの出代の寸法測定を行うことが困難と
なる等の問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みて創生されたものであり、ビット軸の傾斜に影響を受けず、
おねじの出代の寸法を測定可能なナット締め装置の提供を目的とする。この目的を達成す
るために本発明は、回転駆動源の駆動を受け回転可能なビット軸と、このビット軸と一体
に回転するボックスビットと、前記ビット軸の外周に配設される測定部と、前記回転駆動
源の駆動を制御する制御部と、ボックスビット内部およびビット軸内部を摺動自在な測定
ロッドを備えたナット締め装置において、前記測定部は、前記測定ロッドに連動し、前記
ビット軸に対して相対移動可能な昇降部と、この昇降部から所定の間隔を空けて配される
センサ支持部と、このセンサ支持部に支持され前記昇降部の前記ビット軸に対する相対移
動を検出可能なセンサを備え、前記制御部は、前記センサからの信号に基づいてナットと
螺合したおねじの出代の寸法が適切か否か判定することを特徴とする。これにより、昇降
部およびセンサ支持部がビット軸の外周に配される構成であるため、ビット軸が傾斜した
際、昇降部およびセンサ支持部ともにビット軸に追従して一体に傾斜することが可能とな
る。そのため、傾斜時においても、昇降部とセンサ支持部との間隔が変わらない。

なお、前記ビット軸は、これを回転自在に保持するビットガイド部材に所定の位置に保
持されていることが好ましい。また、前記ビットガイド部材は、ビット軸を軸方向の移動
自在に挿通させる滑り軸受と、この滑り軸受を回転自在に支持する転がり軸受とを備える
ことが好ましい。さらに、前記測定部は、前記測定ロッドと一体に連動する連動部を備え
、前記昇降部は、前記ビット軸および前記連動部に対して回転自在に構成されており、前
記センサ支持部は、前記ビット軸に対して回転自在に構成されていることが好ましい。し
かも、前記昇降部が付勢部材によって常時ボックスビット側に付勢されていることが好ま
しい。また、前記センサは、昇降部に向かい突出する接触子を備え、この接触子の撓み量
を測定する接触式のセンサであることが好ましい。さらに、前記測定ロッドの下端部には
、硬化処理が施されていることが好ましい。

本発明のナット締め装置によれば、ビット軸が傾斜した際、昇降部およびセンサ支持部
がビット軸と一体に傾斜する。これにより、ビット軸の傾斜時においても、昇降部とセン
サ支持部との間隔が変わらないため、高精度におねじの出代の寸法測定が可能となる等の
利点がある。また、ビット軸がビットガイド部材により保持されるため、締付時にビット
軸が過剰に傾斜することが防止される等の利点がある。さらに、ビットガイド部材がビッ
ト軸を挿通させる滑り軸受と、この滑り軸受を支持する転がり軸受とを備えるため、ビッ
トが傾斜した際、ビットガイド部材との間で接触抵抗が減少する。これにより、傾斜時に
おいても、所定の締付トルクでの締め付けが行える等の利点がある。しかも、昇降部およ
びセンサ支持部がビット軸に対して回転自在に構成されることにより、センサの破損が防
止される等の利点がある。また、前記昇降部が付勢部材によりボックスビット側に付勢さ
れるため、上方への締付けが可能になる等の利点がある。さらに、センサが接触式のセン
サであるため、より高精度な測定が可能となる等の利点がある。しかも、測定ロッドの下
端部に硬化処理が施されており、測定ロッドの摩耗が防止されるため、長期の使用におい
ても高精度の測定が可能となる等の利点がある。

本発明に係るナット締め装置の側面図である。本発明に係るナット締め装置の一部断面正面図である。本発明に係るナット締め装置のナットの締付動作時を示す一部断面正面図である。本発明に係るナット締め装置の他の実施形態を示す一部断面正面図である。従来のナット締め装置の一部断面正面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図１ないし図３において１は、ワ
ークＷから突出しているおねじＳｃにナットＮを螺合させるナット締め装置であり、別途
設けられる水平多関節ロボット（図示せず）等の移動操作機構に連結されている。このナ
ット締め装置１は、前記水平多関節ロボットに支持されている直動機構２と、この直動機
構２に支持されている回転駆動部３と、この回転駆動部３の出力軸３１ａに接続されてい
るビット軸４と、このビット軸４に接続されているボックスビット５と、前記ビット軸４
の外周に配される測定部６と、前記直動機構２および回転駆動部３の駆動を制御する制御
部（図示せず）とを備える。

前記おねじＳｃは、一例としてワークＷの下方から圧入された圧入ねじであり、脚部が
ワークＷの上面から所定の長さ突出するように構成されている。また、おねじＳｃの下部
には、ワークＷと係合可能な凹凸等（図示せず）が設けられており、おねじＳｃは、ワー
クＷに対して回転が規制されている。

前期直動機構２は、昇降用ＡＣサーボモータ２１（以下、昇降モータ２１という）と、
この昇降モータ２１の駆動を受けて回転可能なボールねじ２２と、このボールねじ２２の
回転に従い昇降する昇降ユニット２３と、前記ボールねじ２２の下端を回転自在に保持す
るビットガイド部材２４とを備えており、昇降モータ２１およびビットガイド部材２４は
、前記水平多関節ロボットの所定の位置に支持、固定されている。このビットガイド部材
２４は前記ビット軸４が挿通可能に構成された第一摺動部２５を備えており、この第一摺
動部２５はビット軸４を昇降自在に挿通させる滑り軸受２５ａと、この滑り軸受２５ａを
回転自在に保持する転がり軸受２５ｂから構成されている。このような構成により、ビッ
ト軸４は、これを回転自在に保持するビットガイド部材２４に所定の位置に保持されてい
る構造となっている。また、前記昇降ユニット２３には、前記回転駆動部３が支持されて
いる。

前記回転駆動部３は、回転駆動源の一例としてＡＣサーボモータ３１（以下、モータ３
１という）を備えており、このモータ３１は、その出力軸３１ａが下方を向くように配さ
れている。このモータ３１の下方には、支持部３２が設けられており、この支持部３２は
、前記直動機構２の昇降ユニット２３に一体に連結されている。また、この支持部３２に
は、前記モータ３１の出力軸３１ａおよびこの出力軸３１ａに連続する前記ビット軸４が
回転自在に挿通している。さらに支持部３２の下面には、ガイド軸３３がビット軸４と並
行に配設されている。

前記ビット軸４は、その軸方向に挿通孔４１が貫通形成されている筒状部材であり、こ
の挿通孔４１と直交して長孔４２が貫通形成されている。この長孔４２には、これに沿っ
て昇降可能に構成された連結ピン４３が挿通しており、この連結ピン４３は、後述する測
定部６の連動部６１と前記挿通孔４１内に配されている測定ロッド４４を挿通する。この
測定ロッド４４は、挿通孔４１より若干小径に構成されている棒状部材であり、その下端
部４４ａは、挿通孔４１より小径かつ前記ボックスビット５に保持されたナットＮのめね
じ径より小径に構成されている。また、ビット軸４の下端には、前記ボックスビット５が
螺合しており、このボックスビット５には、挿通孔４１と連続して連続孔５１が上下方向
に貫通形成されている。この連続孔５１は、前記測定ロッド４４の下端部４４ａより大径
に構成されており、その下端開口部には、前記ナットＮとの係合部５２が形成されている
。このような構成により、測定ロッド４４は、挿通孔４１および連続孔５１内で傾くこと
が規制されるとともに、下端部４４ａがナットＮのめねじに侵入可能な構造となる。なお
、前記係合部５２付近は、磁化されている。

前記測定部６の連動部６１は、前記ビット軸４が挿通している環状部材であり、前記連
結ピン４３が挿入されるピン孔６１ａが形成されている。この連動部６１の外周には、ピ
ン孔６１ａを塞ぐようにＯリング６１ｂが装着されており、このＯリング６１ｂにより、
連結ピン４３は抜け止めされている。また、連動部６１の上面には、昇降部６２の第二摺
動部６２ａが当接している。この第二摺動部６２ａは、前記ビット軸４を回転自在かつ摺
動自在に案内する滑り軸受２５ａであり、下端が大径のフランジ形状に構成されている。
さらに、前記昇降部６２の一端には、前記支持部３２のガイド軸３３が挿通しており、他
端の後述するセンサ６４の直下には押圧部６２ｂが備えられている。この昇降部６２の上
方には、これと所定の間隔を空けてセンサ支持部６３が配設されており、このセンサ支持
部６３には、前記ビット軸４が挿通している。このセンサ支持部６３は、ビット軸４との
間に回転自在に構成された第三摺動部６３ａを備えており、この第三摺動部６３ａの上下
には、環状固定部材６３ｂ、６３ｂが配設されている。この環状固定部材６３ｂ、６３ｂ
は、ビット軸４に固定されており、この環状固定部材６３ｂ、６３ｂにより、センサ支持
部６３は、ビット軸４の所定の高さに固定されている。このセンサ支持部６３の一端には
、ガイド軸３３が挿通しており、他端には、センサ６４が支持されている。

前記センサ６４は、接触子６４ａが昇降部６２に向かい突出するように配された接触式
センサであり、その接触子６４ａが昇降部６２の押圧部６２ｂに押圧されることで撓み、
その撓み量を前記制御部へ出力可能に構成されている。なお、センサ６４は、接触式セン
サに限定されることなく、例えば、近接センサやレーザセンサ等の非接触式センサでも良
く、また、昇降部６２に当接するようにピストンロッドを突き出すシリンダと、このシリ
ンダに装着されるシリンダセンサとから構成されたもの等でもよい。

前記制御部は、前記センサ６４から出力される測定値と予め設定された設定値とを比較
し前記測定値が前記設定値の範囲内であれば正常判定する一方、範囲外であれば異常判定
する判定部と、この判定部の設定値および回転駆動部３のモータ３１の回転数、回転トル
ク等のナット締め装置１の駆動に必要な条件を記憶する記憶部と、この記憶部に基づきモ
ータ３１と直動機構２および前記水平多関節ロボットの駆動を制御する動作制御部とを備
える。

次に、上記のように構成されたナット締め装置１の作用を説明する。
前記制御部は前記水平多関節ロボットを作動させ、別途設けられる供給装置（図示せず
）により所定の位置に配されたナットＮにボックスビット５の係合部５２を係合させる。
この時、ボックスビット５は、係合部５２が磁化しているため、係合したナットＮを吸着
保持する。また、図２に示すように、前記測定ロッド４４の下端部４４ａがナットＮのめ
ねじに侵入した状態になる。このナットＮの吸着後、前記制御部は、再度水平多関節ロボ
ットを作動させ、ナット締め装置１をワークＷから突出するおねじＳｃの上方に移動させ
る。この移動後、制御部は、前記直動機構２を作動させてボックスビット５を降下させる
とともに、回転駆動部３のモータ３１へ回転指令を送り、所定の回転数および締付トルク
で回転駆動させ、締結動作を開始する。この時、前記昇降部６２は、モータ３１の回転駆
動を受け回転するビット軸４および連動部６１との間に第二摺動部６２ａを備えるため、
ビット軸４および連動部６１と一体に回転しない。同様に、センサ支持部６３も、ビット
軸４との間に第三摺動部６３ａを備えるため、ビット軸４と一体に回転しない。このため
、センサ６４の接触子６４ａが押圧部６２ｂから回転方向の力を受けて破損することが防
止されている。また、昇降部６２およびセンサ支持部６３は、その一端に回転駆動部３の
ガイド軸３３が挿通していることにより、回転方向にずれることがない。

上述のような締結動作時において、ナットＮと前記おねじＳｃが螺合し始めると、当該
おねじＳｃは、ナットＮのめねじに侵入して配される測定ロッド４４と当接し、これを上
方へ押し上げる。これにより、図３に示すように測定ロッド４４と連動部６１および昇降
部６２がビット軸４に対して相対的に上昇する。この時、前記センサ支持部６３は、ビッ
ト軸４の所定の高さに固定されているため、昇降部６２とセンサ支持部６３との間隔が狭
まる。これにより、昇降部６２の押圧部６２ｂがセンサ６４の接触子６４ａを押圧し、接
触子６４ａを徐々に撓ませる。その後、ナットＮの下面がワークＷに当接し、所定の締付
トルクに達すると、前記制御部は回転駆動部３のモータ３１を停止させる。この時、セン
サ６４は、接触子６４ａの撓み量に応じた測定値を制御部に出力し、制御部の判定部は、
当該測定値とあらかじめ設定されている設定値とを比較しておねじＳｃの出代に相当する
寸法の良否判定を行う。この時、測定ロッド４４が挿通孔４１および連続孔５１に対して
傾くことが防止されているため、当該測定ロッド４４の傾きにより、測定に誤差が生じる
ことが防止されている。上述のような判定後、前記制御部は、直動機構２および水平多関
節ロボットを作動させ、所定の高さ、位置に復帰する。この時、測定ロッド４４はおよび
昇降部６２は、これらの自重により、連結ピン４３が長孔４２の下端に当接する位置まで
降下する。

上述のようなナットＮの締結動作時において、おねじＳｃがボックスビット５に対して
傾いていたり、位置がずれていたりしている際、ナットＮを介してボックスビット５およ
びビット軸４が傾斜する。この時、昇降部６２およびセンサ支持部６３がともにビット軸
４の外周に配されているため、ビット軸４に追従して一体に傾斜する。これにより、ビッ
ト軸４の傾斜時においても、昇降部６２とセンサ支持部６３の間隔が変更されることがな
いため、高精度な測定を行うことが可能となる。また、ビット軸４が前記ビットガイド部
材２４に回転自在に保持されているため、ビット軸４が大きく傾斜することが防止されて
いる。この時、ビット軸４は、ビットガイド部材２４の第一摺動部２５の滑り軸受２５ａ
に押圧されるが、この滑り軸受２５ａが転がり軸受２５ｂに回転自在に支持されているた
め、ビット軸４とビットガイド部材２４との間での接触抵抗が減少する。このため、当該
傾斜時においても、適正な締付トルクでの締め付けが可能となる。

なお、本発明に係るナット締め装置１は、前述したものに限定するものではなく、発明
の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、図４に示すように昇降部６
２とセンサ支持部６３との間に、昇降部６２を常時ボックスビット５側へ付勢する付勢部
材の一例であるばね６５を設けてもよい。これにより、昇降部６２は、常時ボックスビッ
ト５側に押圧されるため、ビット軸４に対して傾くことが防止される。また、ばね６５は
、ボックスビット５を上方に向けて締め付ける際に昇降部６２が自重により回転駆動部３
側に移動することも防止する。このため、ボックスビット５を上方へ向けた締め付けにお
いても、上述のような締め付けが可能となる。さらに、図４に示すようにセンサ支持部６
３は、下方に向かい突出する停止部６６を設けてもよい。この停止部６６は、昇降部６２
が過剰に上昇した際、これに当接し、昇降部６２の上昇を停止させる。このため、センサ
６４の接触子６４ａが押圧部６２ｂに圧壊されることを防止可能となる。しかも、測定ロ
ッド４４は、その下端部４４ａに硬度を上げる等の処理が施されていても良く、潤滑部材
等が装着されていてもよい。これにより、ナット締付時、おねじＳｃとの当接する測定ロ
ッド４４の下端の摩耗を防止するため、長期の使用においても高精度に測定可能な状態を
維持することができる。その上、直動機構２を用いず、作業者が任意の場所へ移動させる
ように構成されていてもよい。なお、センサ支持部６３が昇降部６２より下方に位置して
おり、昇降部６２は、ナットＮの締結時にセンサ支持部６３から離れる方向に移動するよ
うな構成でもよい。これによれば、万一昇降部６２が急激に上昇した際にも、センサ６４
が圧壊されることがない。

１ … ナット締め装置
４ … ビット軸
４２ … 長孔
４３ … 連結ピン
４４ … 測定ロッド
６１ … 連動部
６２ … 昇降部
６３ … センサ支持部
６４ … センサ

Claims

回転駆動源の駆動を受け回転可能なビット軸と、このビット軸と一体に回転するボックスビットと、前記ビット軸の外周に配設される測定部と、前記回転駆動源の駆動を制御する制御部と、ボックスビット内部およびビット軸内部を摺動自在な測定ロッドを備えたナット締め装置において、
前記測定部は、前記測定ロッドと一体に連動する連動部と、前記測定ロッドに連動して前記ビット軸に対して相対移動可能かつ、前記ビット軸および前記連動部に対して回転自在に構成された昇降部と、この昇降部から所定の間隔を空けて配されるとともに、前記ビット軸に対して回転自在に構成されたセンサ支持部と、このセンサ支持部に支持され前記昇降部の前記ビット軸に対する相対移動を検出可能なセンサを備え、
前記制御部は、前記センサからの信号に基づいてナットと螺合したおねじの出代の寸法が適切か否か判定することを特徴とするナット締め装置。
前記ビット軸は、これを回転自在に保持するビットガイド部材に所定の位置に保持されていることを特徴とする請求項１に記載のナット締め装置。
前記ビットガイド部材は、ビット軸を軸方向の移動自在に挿通させる滑り軸受と、この滑り軸受を回転自在に支持する転がり軸受とを備えることを特徴とする請求項１ないし請求項２のいずれかに記載のナット締め装置。
前記昇降部が付勢部材によって常時ボックスビット側に付勢されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のナット締め装置。
前記センサは、昇降部に向かい突出する接触子を備え、この接触子の撓み量を測定する接触式のセンサであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のナット締め装置。
前記測定ロッドの下端部には、硬化処理が施されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のナット締め装置。