JP7492251B2 - ネジ締付装置、ネジ締付システム、ネジ締付装置本体、およびソケット - Google Patents

Description

本発明は、ネジ締付装置におけるソケットの着脱の技術に関する。

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。ネジ締付装置は、一般に「ナットランナ」などと呼ばれることがある。

生産ラインの省力化のために、直交ロボットまたは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。産業用ロボットによってネジ締付装置をワークの位置まで移動させ、ネジ締付装置にネジ締めを実行させる。

締付の対象のネジが単一であれば、ネジ締付装置のソケットを交換する必要がない。しかし、近年、同一の生産ラインにおいて、様々な製品を取り扱う機会が増加しており、ソケットを適宜、交換しながらネジ締めが行われる機会が増加している。

ネジ締付装置のソケットを交換する技術として、シリンダ等のアクチュエータを有するソケット着脱機構またはソケット自動交換装置によってソケットを交換する方法が提案されている（特許文献１～３）。

特開平２－１１０４３７号公報 特開平２－８８１８２号公報 特開平９－２９５５８号公報

ところで、従来、ソケットを保持するための保持部がネジ締付装置本体に備わっており、ナットランナ軸に係合する多角形軸が保持部に設けられ、この多角形軸を嵌め込むための多角形穴がソケットに設けられていることが多い。

このような場合に、前述のような従来の技術では、ソケットをネジ締付装置本体に装着する際に、多角形軸および多角形穴の位相を合わせるためにナットランナ軸を回転させる必要があるので、一定の時間を要する。

また、近年、生産設備の小型化または効率的な運用のため、限られた台数のネジ締付装置で多種のナットまたはボルトなどのネジの締付を実現することが、要求されている。生産のスピードをできるだけ落とさずにこの要求に応えるには、締付の作業の時間の短縮が必要である。

本発明は、このような課題に鑑み、ネジ締付装置におけるソケットの着脱に掛かる時間を従来よりも短縮することを、目的とする。

本発明の一形態に係るネジ締付装置は、ネジ締付装置本体とソケットとを有するネジ締付装置であって、前記ソケットは、前記ネジ締付装置本体を軸方向に連結するための第１の連結手段と、前記軸方向と直交する平面の断面の形状が多角形である柱体である第１の嵌合部と、を有し、前記ネジ締付装置本体は、前記ソケットを前記軸方向に連結するための第２の連結手段と、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、かつ、前記ソケット側の端部が前記平面の断面の形状およびサイズが前記第１の嵌合部のそれぞれと同一である多角柱体であるドライブシャフトと、前記端部を囲うように前記端部の少なくとも一部分と常時、嵌合しており、前記ドライブシャフトと一体的に周方向に回転し、かつ、前記ソケットが前記軸方向に連結され前記第１の嵌合部の第１の位相と前記ドライブシャフトの第２の位相とが合ったタイミングで前記軸方向にスライドすることによって前記第１の嵌合部と嵌合する、第２の嵌合部と、を有する。

または、前記第２の連結手段は、周に沿った溝を有しかつ前記端部に設けられた円柱体であり、前記第１の連結手段は、前記第２の連結手段を挿入するための、前記第１の嵌合部の上面が開口した穴と、前記第２の連結手段が前記穴に挿入された後に前記溝に嵌める複数の球体と、前記複数の球体を前記溝へ押し当てる押当部と、前記押当部を移動させる移動手段と、を有する。

または、前記移動手段は、スプリングであって、伸びることによって、前記複数の球体を前記溝へ押し当てる押当位置へ前記押当部を移動させ、縮むことによって前記押当位置から前記押当部を退避させる。

または、前記ネジ締付装置本体は、前記第２の嵌合部と前記軸方向に連結されており、前記第２の嵌合部と前記第１の嵌合部とが前記第１の位相と前記第２の位相とが合わない状態で接触しながら前記第２の連結手段が前記穴に挿入される際に縮み、かつ、前記第１の位相と前記第２の位相とが合った際に伸びることによって前記第１の嵌合部と嵌合するように前記第２の嵌合部をスライドさせる第２のスプリングを有する。

本発明によると、ネジ締付装置におけるソケットの着脱に掛かる時間を従来よりも短縮することができる。

ネジ締付システムの全体的な構成の例を示す図である。 ネジ締付装置の組合せのバリエーションの例を示す図である。 軸Ｐ１を含む平面でネジ締付装置本体の一部を切った断面の例を示す図である。 図３のＡ－Ａ矢視断面図である。 軸Ｐ１を含む平面でソケットを切った断面の例を示す図である。 図５のＢ－Ｂ矢視断面図である。 図５のＣ－Ｃ矢視断面図である。 ソケット２のアンロック状態における断面図である。 ソケットの装着の際のネジ締付装置本体およびソケットそれぞれの遷移の例を説明するための図である ソケットの装着の際のネジ締付装置本体およびソケットそれぞれの遷移の例を説明するための図である 図９（Ａ）のＤ－Ｄ矢視断面図である。 ソケットチェンジユニットの例を示す図である。 ソケットチェンジユニットへのソケットのセッティングの例を示す図ある。 直交ロボットによるソケットの装着の際のネジ締付装置本体およびソケットそれぞれの遷移の例を説明するための図である。 直交ロボットによるソケットの装着の際のネジ締付装置本体およびソケットそれぞれの遷移の例を説明するための図である。 ネジ締付システムの全体的な構成の例を示す図である。

図１は、ネジ締付システム６の全体的な構成の例を示す図である。図２は、ネジ締付装置１の組合せのバリエーションの例を示す図である。

図１に示すように、ネジ締付システム６は、ネジ締付装置１、ソケットチェンジユニット３、直交ロボット４、および制御装置５などを有する。

ネジ締付装置１は、ネジ締付装置本体１０およびソケット２によって構成され、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。以下、種々の規格のナット７をワークに締め付けるためにネジ締付システム６が用いられる場合を例に説明する。

ネジ締付装置１は、ネジ締付装置本体１０にソケット２が装着されて使用される。ソケット２がナット７に嵌合した状態でネジ締付装置本体１０が回転駆動することによって、ナット７がワークに締め付けられる。

ソケット２は、ナットまたはボルトなどのネジの頭部または外形などに嵌合し、ネジ締付装置本体１０の回転駆動による動力（トルク）をネジに伝達する。一般に、「クイックチャック」または「クイックチェンジチャック」などと呼ばれることがある。

図２に示すように、ナット７の規格ごとに応じたソケット２が用意されている。以下、規格＿Ａ、規格＿Ｂ、規格＿Ｃ、…それぞれのナット７を「ナット７Ａ」、「ナット７Ｂ」、「ナット７Ｃ」、…と記載する。また、規格＿Ａ、規格＿Ｂ、規格＿Ｃ、…それぞれに応じたソケット２を「ソケット２Ａ」、「ソケット２Ｂ」、「ソケット２Ｃ」、…と記載する。これらのソケット２の中から、ワークに締め付けるナット７の規格に応じたものが選出され、ネジ締付装置本体１０に装着される。さらに必要に応じて、あるソケット２から他のソケット２へ付け替えられる。

図１に戻って、ソケットチェンジユニット３は、ソケット２の着脱（脱着）のために用いられる機具であって、複数、所定の位置に配置されている。以下、各ソケットチェンジユニット３を「ソケットチェンジユニット３Ａ」、「ソケットチェンジユニット３Ｂ」、…と区別して記載することがある。各ソケットチェンジユニット３には、ナット７に応じて、これらのソケット２のうちのいずれか１つがセットされる。

例えば、第１の製品および第２の製品が１つまたは複数個ごとに交互にネジ締付システム６のところへ流れてきて、第１の製品にナット７Ａを締め付け、第２の製品にナット７Ｂを締め付ける必要がある場合は、ソケットチェンジユニット３Ａおよび３Ｂそれぞれにソケット２Ａおよび２Ｂをセットしておく。

直交ロボット４は、Ｘ、Ｙ、およびＺの各軸に平行に移動するロボットである。直交ロボット４は、ネジ締付装置本体１０を所定の空間内の任意の位置に移動させることによって、ナット７に応じたソケット２をネジ締付装置本体１０に装着させたり、ネジ締付装置本体１０をワーク上の所定の位置に配置したりする。

制御装置５は、ネジ締付装置本体１０および直交ロボット４を制御するためのコンピュータを含む装置である。

このように、ネジ締付システム６は、直交ロボット４にネジ締付装置本体１０などを組み合わせて構成される産業用ロボットである。また、生産ラインを止めることなくかつ従来よりも速くソケット２を交換しながらナット７の締付けを行うことができる。以下、この仕組みについて説明する。

〔ネジ締付装置本体１０およびソケット２の構成〕
図３は、軸Ｐ１を含む平面でネジ締付装置本体１０の一部を切った断面の例を示す図である。図４は、図３のＡ－Ａ矢視断面図である。

ネジ締付装置本体１０は、図３に示すように、ソケットアッセンブリ部１１および駆動部１７を有する。

ソケットアッセンブリ部１１は、連結駆動部材１２、スリーブ１３、およびスプリング１４を有する。

連結駆動部材１２は、回転方向連結部材１２１および軸方向連結部材１２２によって構成される。

回転方向連結部材１２１は、いわゆるナットランナ軸である軸Ｐ１を中心にソケット２を回転させるためのドライブシャフトであって、上部１２１ａ、フランジ１２１ｂ、および下部１２１ｃが一体に形成されたものである。

上部１２１ａは、円柱状であり、駆動部１７の出力軸に連結されている。下部１２１ｃは、軸方向連結部材１２２に連結されている。図３および図４から分かるように、下部１２１ｃの形状は、正六角柱である。つまり、下部１２１ｃの外周面１２１ｃＳは、断面が正六角形である。なお、断面が正方形または正八角形など他の正多角形まであってもよいし、その他の非円形であってもよい。以下、正六角形である場合を例に説明する。フランジ１２１ｂは、円環状であって、上部１２１ａと下部１２１ｃとの間に設けられている。

軸方向連結部材１２２は、ネジ締付装置本体１０から抜け落ちないようにソケット２を支持するための円柱状の部材である。軸方向連結部材１２２の上端は、回転方向連結部材１２１の下端に同軸上に固定されている。軸方向連結部材１２２の外周面には、外周に沿って溝１２２ａが設けられている。

スリーブ１３は、スリーブ本体１３１およびフランジ１３２からなる。スリーブ本体１３１は、円柱状であって、上面から下面へ正六角柱状の孔１３１ａが設けられ、これにより、断面が正六角形の内周面１３１Ｓが形成されている。フランジ１３２は、円環状であって、スリーブ本体１３１の外周面に設けられている。

スリーブ１３は、連結駆動部材１２の回転方向連結部材１２１の下部１２１ｃに相対回転不能になるように嵌められている。そして、下部１２１ｃの外周面１２１ｃＳに沿って上下にスライドすることができる。

スプリング１４は、コイルバネであって、回転方向連結部材１２１のフランジ１２１ｂとスリーブ１３のフランジ１３２との間に、スリーブ本体１３１の上部の外周面を取り巻くように設けられている。スプリング１４は、その両端部がフランジ１２１ｂおよびフランジ１３２の端面にそれぞれ固定されており、これによって、スリーブ１３の抜け止めおよび落下防止がなされている。

スプリング１４は、スリーブ１３のスライド移動に応じて伸縮する。ソケット２がネジ締付装置１に装着されていないときは、スプリング１４は、図３に示すように下部１２１ｃの下面よりも低い位置まで伸張した状態である。以下、この状態がスプリング１４の自然長であるものとして説明する。スプリング１４が自然長であるとき、下部１２１ｃの下面とスプリング１４の下端との距離は、後述するソケットホルダ２０の上部２０１の外周面２０１Ｓ（図５参照）の高さと同じであり、または、１ミリメートル程度長いか短い。スプリング１４は、ソケット２が装着される際に圧縮される。これについては、後述する。

駆動部１７は、モータ、減速ギア、および出力軸などを有し、連結駆動部材１２を次のように回転させる。

モータは、制御装置５による制御に基づいて減速ギアを介して出力軸を回転駆動する。出力軸は、連結駆動部材１２の回転方向連結部材１２１と連結されている。よって、出力軸がモータの動力によって回転すると、連結駆動部材１２も一体に回転する。

なお、回転方向連結部材１２１と軸方向連結部材１２２とが一体に構成されていてもよい。また、回転方向連結部材１２１と駆動部１７の出力軸とが一体に構成されていてもよい。回転方向連結部材１２１および軸方向連結部材１２２がインナーチューブのようにチューブ状に形成されていてもよい。

図５は、軸Ｐ１を含む平面でロック状態でソケット２を切った断面の例を示す図である。図６は、図５のＢ－Ｂ矢視断面図である。図７は、図５のＣ－Ｃ矢視断面図である。図８は、ソケット２のアンロック状態における断面図である。

ソケット２は、図５、図６、または図７に示すように、ソケットホルダ２０、ソケット工具２１、スリーブ２２、複数の鋼球２３、およびスプリング２４を有する。

ソケットホルダ２０は、上から順に上部２０１、フランジ２０２、中央部２０３、および下部２０４が一体に形成されたものである。上部２０１の上面が開口し、上部２０１～下部２０４には、中心部に円柱状の穴２０１ａが設けられている。これにより、断面円形の内周面２０１ａＳが形成される。穴２０１ａには、ソケットアッセンブリ部１１の連結駆動部材１２の軸方向連結部材１２２が挿入され得る。

上部２０１の外周面２０１Ｓの断面形状は、正六角形である。上述の通り、回転方向連結部材１２１の下部１２１ｃの断面形状も正六角形であり、孔１３１ａの内周面１３１Ｓの断面形状と同じ正六角形である。これらの断面形状が正六角形でありかつ同じ大きさであることによってトルクが伝達され、しかも、軸方向への互いのスライド移動が可能である。なお、これら内周面１３１Ｓと外周面１２１ｃＳ、２０１Ｓとの間は、スライド移動を容易にし、かじりつきを防止するために、適当なクリアランスが設けられる。また、挿入を容易にするために、それぞれの端面に適当な面取りが施される。

中央部２０３の外周面２０３Ｓおよび下部２０４の外周面それぞれの断面形状は、いずれも円形である。フランジ２０２の形状は、円環状である。

中央部２０３の上端付近には、外周面から軸Ｐ１へ向かって孔２０３ｂが複数、設けられている。それぞれの孔２０３ｂには鋼球２３が１つずつ入っている。孔２０３ｂの軸Ｐ１側の開口部の直径は、鋼球２３の直径よりも短くなっている。したがって、鋼球２３の一部分だけ穴２０１ａに出現することができるが、鋼球２３が開口部を通過して穴２０１ａへ落ちることがない。鋼球２３の個数は２ないし４であり、またはそれ以上であるが、スリーブ２２の強度が維持される範囲で多い方が好ましい。

ソケット工具２１は、全体として円柱状であり、スライド部２１１、つば部２１２、ボス部２１３、および下部２１４を有する。

スライド部２１１は、円筒状であり、その内周面２１１ａＳにはソケットホルダ２０の下部２０４が嵌入して固定され一体化される。外周面２１１Ｓは、フランジ２０２の外周面と同一の直径を有する同心の円形断面を有する。

つば部２１２およびボス部２１３は、それぞれ断面円形の外周面を有する。下部２１４には、その下端面に、当該ソケット２の規格に応じた寸法形状の凹部２１４ａが設けられている。凹部２１４ａは、内周面２１４Ｓが例えば正六角形であり、内周面２１４Ｓの各面がナット７の外周の各面と位置が（位相）が一致した状態でナット７が挿入される。そして、トルクがソケット工具２１からナット７へ伝達される。

スリーブ２２は、スリーブ本体２２１、フランジ２２２、および突条部２２３が一体に形成されたものである。

スリーブ本体２２１は、上面から下面へ孔２２１ａを有する円筒であって、孔２２１ａによって断面円形の内周面２２１Ｓが形成されている。

フランジ２２２は、スリーブ本体２２１の下方の外周面に設けられており、外側に向かって下に傾くテーパ面２２２Ｓを有する。突条部２２３は、円環状であって、スリーブ本体２２１の内周面２２１Ｓの上方に設けられている。

スリーブ本体２２１の内周面２２１Ｓは、フランジ２０２の外周面および中央部２０３の外周面２０３Ｓに沿って軸方向にスライド移動が可能であり、スライド移動の範囲の上端において突条部２２３がフランジ２０２の端面に当接してストッパの役目を果たす。このとき、突条部２２３は孔２０３ｂの位置にあって、鋼球２３を軸Ｐ１に向かって押し付ける。

スプリング２４は、コイルバネであって、突条部２２３とスライド部２１１との間に、中央部２０３の外周面２０３Ｓを取り巻くように設けられている。

スプリング２４は、スリーブ２２の軸方向にスライド移動に応じて伸縮する。スプリング２４は、常時は、その付勢力によってスリーブ２２を上方に押し上げ、突条部２２３がフランジ２０２に当たって位置決めされている。このとき、突条部２２３が孔２０３ｂの外周側の開口部を塞いで鋼球２３を軸Ｐ１側へ押す。これにより、鋼球２３の一部分が穴２０１ａに出現する。

スリーブ２２が下方へスライド移動すると、図８のように、孔２０３ｂの外周側の開口部が開放されるので、鋼球２３が孔２０３ｂから外周側へ完全に退避可能になる。

ソケット２がソケットチェンジユニット３にセットされていないときは、スプリング２４は、図５に示すように突条部２２３がフランジ２０２に接触する位置まで伸張した状態である。スプリング２４は、ソケット２がソケットチェンジユニット３にセットされる際に圧縮される。これについては、後述する。

〔ソケット２の着脱〕
図９および図１０は、ソケット２の装着の際のネジ締付装置本体１０およびソケット２それぞれの遷移の例を説明するための図である。図１１は、図９（Ａ）のＤ－Ｄ矢視断面図である。

ソケット２の着脱は、作業者が手動で行うこともできるし、直交ロボット４およびソケットチェンジユニット３によって自動で行うこともできる。まず、前者の場合について、図９～図１０などを参照しながら説明する。

作業者は、図９（Ａ）のようにソケット２のスリーブ２２を下げた状態で、ソケット２の穴２０１ａへネジ締付装置本体１０の軸方向連結部材１２２を挿入し始める。なお、穴２０１ａの開口部および軸方向連結部材１２２の下面はともに円形なので、挿入の際に作業者は、多角形の場合のように位相合わせつまり回転角度の位置合わせを行う必要がない。

スリーブ１３の孔１３１ａの開口部およびソケットホルダ２０の上部２０１の上面がともに六角形なので、図１１に示すように、両者の位相が合わないことが多い。すると、軸方向連結部材１２２の挿入の途中で、上部２０１の上面の一部が孔１３１ａの開口縁の一部分に当たり、上部２０１が孔１３１ａへ挿入されないことがある。したがって、当たった後、軸方向連結部材１２２の挿入を続けると、上部２０１の上面によりスリーブ１３が上方へ押され、これによりスリーブ１３がスライド移動し、スプリング１４が縮まってスリーブ１３とフランジ１２１ｂとが接近する。

軸方向連結部材１２２が穴２０１ａの中に完全に挿入されると、すべての鋼球２３が上部２０１の軸方向連結部材１２２の溝１２２ａを囲むように配置される。

そして、作業者がスリーブ２２を離すと、スプリング２４が伸びてスリーブ２２が上がり、突条部２２３が鋼球２３を軸Ｐ１側へ押す。

これにより、図９（Ｂ）のように、鋼球２３が溝１２２ａに嵌り、ネジ締付装置本体１０とソケット２とが軸Ｐ１方向に連結される。つまり、ソケット２が軸Ｐ１方向にロックされる。

作業者は、さらに、ネジ締付装置本体１０またはソケット２を、軸Ｐ１を中心に回転させる。すると、図１０（Ａ）のように孔１３１ａの開口部の位相および上部２０１の上面の位相が合い、スプリング１４が解放されスプリング１４の伸びる力によって図１０（Ｂ）のように上部２０１が孔１３１ａに挿入される。これにより、ネジ締付装置本体１０とソケット２とが回転方向（周方向）に連結され、ネジ締付装置本体１０の駆動部１７の動力（トルク）がソケット２へ伝達されるようになる。

また、作業者は、ネジ締付装置本体１０からソケット２を外すときは、さらに、スリーブ２２を押し下げることによって鋼球２３を解放してソケット２をアンロックし、スリーブ２２またはソケット２全体を押し下げることによって、軸方向連結部材１２２を穴２０１ａから抜くとともに上部２０１を孔１３１ａから抜く。

図１２は、ソケットチェンジユニット３の例を示す図である。図１３は、ソケットチェンジユニット３へのソケット２のセッティングの例を示す図ある。図１４および図１５は、直交ロボット４によるソケット２の装着の際のネジ締付装置本体１０およびソケット２それぞれの遷移の例を説明するための図である。

次に、直交ロボット４、ソケットチェンジユニット３、および制御装置５によるソケット２の着脱について説明する。

ソケットチェンジユニット３は、図１２に示すように、脚部３１、チェンジャベース３２、背部３３、および２本のガイドバー３４を有する。

脚部３１上にチェンジャベース３２が設けられている。チェンジャベース３２は、真上から見るとＵ字の形状をしており、正面側から背面側へ２本の支持部３２１を有する。チェンジャベース３２上の背面側に背部３３が設けられている。背部３３の正面に、２本のガイドバー３４が設けられている。２本のガイドバー３４は、背部３３の付近は水平であるが、背部３３から離れるに連れて徐々に支持部３２１との距離が長くなっていく。

ソケット２は、図１３に示すように、ソケットチェンジユニット３に予めセットされる。具体的には、ボス部２１３が２本の支持部３２１の間に挟まれ、つば部２１２が２本の支持部３２１の上に架かり、かつ、フランジ２２２のテーパ面２２２Ｓが２本のガイドバー３４の根本付近に接触するように、セットされる。

ソケット２がソケットチェンジユニット３にセットされる前、スリーブ２２は、図５に示したように上方に位置する。しかし、セットされる際に、２本のガイドバー３４の下面に沿ってフランジ２２２のテーパ面２２２Ｓがガイドバー３４の根本へ案内されるので、徐々にスプリング２４が縮みながら、スリーブ２２は、図８に示したように下方に移動する。

直交ロボット４は、制御装置５からの指令に基づいて次のようにネジ締付装置本体１０を動かす。直交ロボット４は、ソケット２の真上にネジ締付装置本体１０を移動させ、ネジ締付装置本体１０をソケット２に向かって降下させる。

すると、ネジ締付装置本体１０の軸方向連結部材１２２がソケット２の穴２０１ａに挿入され、図１４（Ａ）のようにネジ締付装置本体１０とソケット２とが嵌合した状態になる。なお、挿入の途中で上部２０１の上面の一部が孔１３１ａの開口縁の一部分に当たると（つまり、上面の位相と開口部の位相とが合わないと）、その後、スプリング１４が縮まりながらスリーブ１３とフランジ１２１ｂとが接近する。

直交ロボット４は、ネジ締付装置本体１０を２本の支持部３２１の先端方向へ水平に移動させる。移動中、スプリング２４が伸びる力によってスリーブ２２が徐々に上方へ移動し、図１４（Ｂ）のように可動範囲の最上部に位置決めされ、鋼球２３が溝１２２ａに嵌って軸方向に係合する（図９（Ｂ）参照）。

これにより、ネジ締付装置本体１０の軸方向連結部材１２２とソケット２のソケットホルダ２０とが軸Ｐ１方向に相対移動不能に連結される。このように、回転方向の動作を伴うことなく軸Ｐ１方向の結合（連結、ロック）が実現される。

直交ロボット４は、図１５（Ａ）のようにネジ締付装置本体１０をソケット２とともにナット７の真上（締付位置）へ移動させる。そして、ネジ締付装置本体１０の軸Ｐ１（ナットランナ軸）とナット７の中心とを一致させてネジ締付装置本体１０をナット７に押し当て続ける。すると、スプリング１４がさらに圧縮される。

ここで、ネジ締付装置本体１０は、制御装置５からの指令に基づいて駆動部１７（図３参照）のモータを駆動し始める。すると、モータの動力が、ネジ締付装置本体１０の孔１３１ａの開口縁とソケット２の上部２０１の上面との接触面に摩擦力を生じさせ、摩擦力によってソケット２が回転する。そして、下部２１４の凹部２１４ａとナット７との位相（角の位置）が合い、凹部２１４ａとナット７とが嵌合し、ナット７の締付が始まる。なお、嵌合前、駆動部１７の出力軸（ナットランナ軸）の回転に伴って軸方向連結部材１２２が回転するが、ソケットホルダ２０と軸方向連結部材１２２とは上述の通り鋼球２３を介して繋がっており、回転方向にはそれらの間の摩擦力しか作用しないので、ナットランナ軸からソケットホルダ２０へのトルクの伝達は、ごく僅かである。

嵌合後も、ソケット２は回転し続けるが、嵌合前よりは回転動作が鈍くなる。また、ソケット２の回転方向と反対回りに反力が生じるので、上部２０１の上面と孔１３１ａの開口縁との位相差が徐々に変化し、位相差がなくなる。すると、図１５（Ｂ）のように、スプリング１４が解放され、スプリング１４が伸びる力によってスリーブ１３の内周面１３１Ｓに上部２０１の外周面２０１Ｓが嵌入する。これにより、ネジ締付装置本体１０とソケット２とが回転方向に連結され、ネジ締付装置本体１０の駆動部１７の動力（トルク）がソケット２へ確実に伝達されるようになる。

なお、上部２０１の上面と孔１３１ａの開口縁との位相差がなくなりスリーブ１３の内周面１３１Ｓが上部２０１の外周面２０１Ｓに嵌合した後に、凹部２１４ａとナット７とが嵌合する場合がある。または、スリーブ１３の下部と上部２０１との嵌合、および、凹部２１４ａとナット７との嵌合が、ほぼ同時に実現される場合もある。

そして、ネジ締付装置本体１０は、ナット７の締付トルクが所定のトルク値になったら、駆動部１７のモータを停止し、締付を終了する。

引き続き、同じソケット２を使用して締付を行う場合は、直交ロボット４は、やや上へネジ締付装置本体１０を移動させる。そして、新たなワークが流れてきたら、直交ロボット４およびネジ締付装置本体１０は、そのワークのナット７の締付を行う。

その後、ソケット２をネジ締付装置本体１０から取り外す必要が生じたら、直交ロボット４は、ソケット２に対応するソケットチェンジユニット３のところへネジ締付装置本体１０をソケット２とともに移動させる。具体的には、つば部２１２が２本の支持部３２１の上に架かるように、ネジ締付装置本体１０とソケット２との結合体をそのソケットチェンジユニット３に載せる。そして、この結合体を背面側へ水平移動させる。

水平移動の際に、フランジ２２２のテーパ面２２２Ｓが２本のガイドバー３４に案内されることによってスリーブ２２が下がる。これにより、図８に示したように、鋼球２３が自由になりソケット２がアンロックされる。そして、直交ロボット４は、ネジ締付装置本体１０を上方へ移動させることによってソケット２から離脱させる。

以上説明したように、本実施形態によると、ネジ締付装置本体１０にソケット２を装着する際は、直交ロボット４は、ネジ締付装置本体１０とソケット２との従来のような周方向（回転方向）の位相合わせを行うことなく、両者を軸方向（垂直方向）に連結してナット７すなわち締付対象のところまで移動させる。そして、この状態で、ネジ締付装置１が従来の締付動作すなわち回転駆動を行うことにより、ナット７の締付と同時並行的にネジ締付装置本体１０とソケット２との回転方向の連結が実現される。

したがって、ネジ締付システム６によると、ネジ締付装置本体１０をソケット２に装着し締付を完了する時間を従来よりも短くすることができる。

さらに、ネジ締付装置本体１０のスリーブ１３をスプリング１４の伸縮によって動作させる。しかも、ソケット２との軸方向の連結の際に直交ロボット４が下方向へネジ締付装置１を移動させる力によって、スプリング１４が圧縮される。また、ソケット２のスリーブ２２をスプリング２４の伸縮によって動作させる。しかも、ソケット２をソケットチェンジユニット３へ戻す際に直交ロボット４がネジ締付装置１を移動させる過程でガイドバー３４にフランジ２２２が下方向へ案内されることによって、スプリング２４が圧縮される。

つまり、ネジ締付システム６によると、ソケット２の着脱の際にスリーブ１３またはスプリング２４に対して必要な動力は、直交ロボット４の動力および機械的構造によって得られ、専用のアクチュエータを別途用意する必要がない。したがって、締付設備の小型化または省スペース化を実現することができる。

図１６は、ネジ締付システム６’の全体的な構成の例を示す図である。

ネジ締付システム６は、図１に示したように、ネジ締付装置本体１０および直交ロボット４を１組だけ有したが、複数組、有してもよい。例えば、図１５に示すネジ締付システム６’のように、２組のネジ締付装置本体１０および直交ロボット４と、４組のソケット２およびソケットチェンジユニット３と、１台の制御装置５とを有してもよい。この場合において、４台のソケット２を２つのグループに分けて２台のネジ締付装置本体１０それぞれがいずれか一方のグループのソケット２を専有してもよいし、４台のソケット２を２台のネジ締付装置本体１０で共用してもよい。

本実施形態では、直交ロボット４によってネジ締付装置本体１０を移動させたが、スカラロボットまたは垂直多関節ロボットなどの他の種類のロボットによって移動させてもよい。

本実施形態では、ネジを締め付ける場合を例に説明したが、ネジを緩める場合においてもネジ締付システム６、６’を使用することができる。

本実施形態では、締付の対象物がナット７である場合を例に説明したが、ボルトまたはビスなどのネジが対象物である場合においてもネジ締付システム６、６’を使用することができる。この場合は、ボルトの規格ごとにソケット２を用意し、ビスの規格ごとにソケット２を用意しておき、締付の対象物に応じてソケット２を使い分ければよい。

本実施形態では、ナット７の規格ごとにソケット２を用意したが、ソケット２の先端部分すなわち下部２１４を、工具の交換が可能なように構成してもよい。

本実施形態では、ネジ締付装置本体１０およびソケット２は、穴２０１ａに挿入された軸方向連結部材１２２の溝１２２ａに鋼球２３が押し当てられることによって、軸方向に連結されたが、他の方法によって連結されてもよい。例えば、穴２０１ａおよび軸方向連結部材１２２のそれぞれにマグネットを設け、磁力によって連結してもよい。または、ネジ締付装置本体１０にバキューム機構を設け、ソケット２を吸着することによって連結してもよい。

その他、ネジ締付システム６、６’、ネジ締付装置１、ネジ締付装置本体１０、ソケット２、ソケットチェンジユニット３、直交ロボット４、制御装置５の全体または各部の構成、処理の内容、処理の順序などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

１ ネジ締付装置
１０ ネジ締付装置本体
１３ スリーブ（第２の嵌合部）
１４ スプリング（第２のスプリング）
１７ 駆動部（ネジ締付駆動手段）
１２１ 回転方向連結部材（ドライブシャフト）
１２２ 軸方向連結部材（第２の連結手段）
１２２ａ 溝
２ ソケット
２０１ 上部（第１の嵌合部）
２０１ａ 穴（第１の連結手段）
２０３ｂ 孔（第１の連結手段）
２１ ソケット工具（工具）
２２２ フランジ（突条部）
２２３ 突条部（押当部）
２３ 鋼球（第１の連結手段、球体）
２４ スプリング（移動手段）
３ ソケットチェンジユニット
４ 直交ロボット（ロボット）
３２ チェンジャベース（支持部）
３４ ガイドバー（ガイド部）
６ ネジ締付システム
Ｐ１ 軸

Claims (10)

1. ネジ締付装置本体とソケットとを有するネジ締付装置であって、
   前記ソケットは、
   前記ネジ締付装置本体を軸方向に連結するための第１の連結手段と、
   前記軸方向と直交する平面の断面の形状が多角形である柱体である第１の嵌合部と、
   を有し、
   前記ネジ締付装置本体は、
   前記ソケットを前記軸方向に連結するための第２の連結手段と、
   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、かつ、前記ソケット側の端部が前記平面の断面の形状およびサイズが前記第１の嵌合部のそれぞれと同一である多角柱体であるドライブシャフトと、
   前記端部を囲うように前記端部の少なくとも一部分と常時、嵌合しており、前記ドライブシャフトと一体的に周方向に回転し、かつ、前記ソケットが前記軸方向に連結され前記第１の嵌合部の第１の位相と前記ドライブシャフトの第２の位相とが合ったタイミングで前記軸方向にスライドすることによって前記第１の嵌合部と嵌合する、第２の嵌合部と、
   を有する、
   ことを特徴とするネジ締付装置。
2. 前記第２の連結手段は、周に沿った溝を有しかつ前記端部に設けられた円柱体であり、
   前記第１の連結手段は、前記第２の連結手段を挿入するための、前記第１の嵌合部の上面が開口した穴と、前記第２の連結手段が前記穴に挿入された後に前記溝に嵌める複数の球体と、前記複数の球体を前記溝へ押し当てる押当部と、前記押当部を移動させる移動手段と、を有する、
   請求項１に記載のネジ締付装置。
3. 前記移動手段は、スプリングであって、伸びることによって、前記複数の球体を前記溝へ押し当てる押当位置へ前記押当部を移動させ、縮むことによって前記押当位置から前記押当部を退避させる、
   請求項２に記載のネジ締付装置。
4. 前記ネジ締付装置本体は、前記第２の嵌合部と前記軸方向に連結されており、前記第２の嵌合部と前記第１の嵌合部とが前記第１の位相と前記第２の位相とが合わない状態で接触しながら前記第２の連結手段が前記穴に挿入される際に縮み、かつ、前記第１の位相と前記第２の位相とが合った際に伸びることによって前記第１の嵌合部と嵌合するように前記第２の嵌合部をスライドさせる第２のスプリングを有する、
   請求項２に記載のネジ締付装置。
5. 前記ネジ締付装置本体は、前記第２の嵌合部と前記軸方向に連結されており、前記第２の嵌合部と前記第１の嵌合部とが前記第１の位相と前記第２の位相とが合わない状態で接触しながら前記第２の連結手段が前記穴に挿入される際に縮み、かつ、前記第１の位相と前記第２の位相とが合った際に伸びることによって前記第１の嵌合部と嵌合するように前記第２の嵌合部をスライドさせる第２のスプリングを有する、
   請求項３に記載のネジ締付装置。
6. 請求項５に記載されるネジ締付装置と、前記ソケットを着脱するためのソケットチェンジユニットと、前記ネジ締付装置本体を移動させるロボットと、を有するネジ締付システムであって、
   前記押当部は、第１の方向に移動することによって前記スプリングを伸ばし第２の方向に移動することによって前記スプリングを縮ませる突条部を有し、
   前記ソケットチェンジユニットは、
   前記ソケットを支持する支持部と、
   前記ソケットが前記支持部に支持されながら移動するのに伴って前記突条部が前記第１の方向または前記第２の方向に移動するように案内するガイド部と、
   を有し、
   前記ソケットが前記支持部に支持されているときに前記ネジ締付装置本体に前記ソケットを装着する場合に、
   前記ロボットは、前記軸方向に前記ソケットと連結されるように前記ネジ締付装置本体を移動させ、前記突条部が前記ガイド部に案内されて前記第１の方向に移動するように前記ネジ締付装置本体を移動させ、前記ソケットに備わる工具が締付対象物に押し当てられるように前記ネジ締付装置本体を移動させ、
   前記ネジ締付駆動手段は、前記工具が前記締付対象物に押し当てられているときに前記ドライブシャフトを回転駆動させる、
   ことを特徴とするネジ締付システム。
7. 前記ソケットを前記ネジ締付装置本体から外す場合に、前記ロボットは、前記突条部が前記ガイド部に案内されて前記第２の方向に移動するように前記ネジ締付装置本体を移動させ、前記軸方向に前記ソケットから離れるように前記ネジ締付装置本体を移動させる、
   請求項６に記載のネジ締付システム。
8. 軸方向と直交する平面の断面の形状が多角形である柱体である第１の嵌合部を有するソケットの着脱が可能なネジ締付装置本体であって、
   前記ソケットを前記軸方向に連結するためのソケット連結手段と、
   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、かつ、前記ソケット側の端部が前記平面の断面の形状およびサイズが前記第１の嵌合部のそれぞれと同一である多角柱体であるドライブシャフトと、
   前記端部を囲うように前記端部の少なくとも一部分と常時、嵌合しており、前記ドライブシャフトと一体的に周方向に回転し、かつ、前記ソケットが前記軸方向に連結され前記第１の嵌合部の第１の位相と前記ドライブシャフトの第２の位相とが合ったタイミングで前記軸方向にスライドすることによって前記第１の嵌合部と嵌合する、第２の嵌合部と、
   を有することを特徴とするネジ締付装置本体。
9. 前記ソケット連結手段は、周に沿った溝を有しかつ前記端部に設けられた円柱体である、
   請求項８に記載のネジ締付装置本体。
10. 請求項９に記載されるネジ締付装置本体への着脱が可能なソケットであって、
    前記ネジ締付装置本体を軸方向に連結するための本体連結手段と、
    前記軸方向と直交する平面の断面の形状が多角形である柱体である嵌合部と、
    を有し、
    前記本体連結手段は、前記ネジ締付装置本体の前記ソケット連結手段を挿入するための、前記嵌合部の上面が開口した穴と、前記ソケット連結手段が前記穴に挿入された後に前記ソケット連結手段の前記溝に嵌める複数の球体と、前記複数の球体を前記溝へ押し当てる押当部と、前記押当部を移動させるスプリングと、を有し、
    前記押当部は、第１の方向に移動することによって前記スプリングを伸ばし第２の方向に移動することによって前記スプリングを縮ませる突条部を有する、
    ことを特徴とするソケット。
    

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