JPH07185961A - ネジ込み装置及びネジ込み方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ネジ込み部材を被ネジ込み材にネジ込む。 【構成】 被ネジ込材の軸芯とネジ込み部材の軸芯を略
一致させ両者を近ずけた後に、ネジ込み部材の軸芯の位
置及び方向を自由に移動可能とし、ねじ込み中の被ネジ
込み材の軸芯の方向及び位置の変化にネジ込み材の軸芯
を追従させる機能をそなえたネジ込み装置。 【効果】 重量のあるネジ込み部材でも容易にネジ込む
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、被ネジ込み材にネジ
を形成した部材をネジ込む際に使用するネジ込み装置に
関する。

【０００２】

【従来技術】例えば、油井管用継目無鋼管の管端の外周
面に形成したテーパーネジが、正しく形成されているか
どうかを検査することは、油井管の安全性を保証する上
で重要である。この検査は、例えば鋼管の外周面に形成
したテーパーネジが、正しく形成されているときにのみ
ネジ込むことのできる標準のテーパーネジを内面に形成
したリングを使用し、このリングが正しくネジ込めるか
どうかで合否判定を行う。

【０００３】内面ネジ付きリングを被ネジ込み材にネジ
込む従来の方法としては、特開昭６１−８２３９号公報
に自動装着装置が開示されている。この装置は鋼管の管
端の外周面に形成したネジを、搬送中等に於ける損傷か
ら保護するため、内面にネジを有するプロテクタをこの
ネジに螺合させる際に使用するもので、内周面にテーパ
ーネジを形成した環状のプロテクタをその外周面側から
把持するチャック機構と、プロテクタをねじ込むべき管
状体と同一軸線上に配置された主軸と、その主軸を回転
させる回転駆動機構と、前記チャック機構を主軸の先端
部に対し同一軸線上に芯出して保持し、またはその保持
を解除するセンタリング機構と、主軸の回転をチャック
機構に伝達する伝動手段と、前記チャック機構と主軸と
をプロテクタの前記管状体に対するねじ込みに追従して
軸方向へ移動させる移動機構とを有するものである。

【０００４】また、同様な技術としては、特開昭５９−
１４６７５９号公報に開示されたボルトナット自動ねじ
込み装置に関する技術がある。この自動ねじ込み装置
は、（イ）ねじ込み部材とねじ込み対象部材の軸芯位置
を所定の位置に位置決めする手段と、（ロ）該ねじ込み
部材と該ねじ込み対象部材を相互に柔軟に押し付ける手
段と、（ハ）該ねじ込み部材と該ねじ込み対象部材を相
互にねじ込む方向に該ねじ込み部材にトルクを与える手
段と、（ニ）該ねじ込み部材と該ねじ込み対象部材の間
のすべりおよびかみつきを検出する手段とからなるもの
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た装置を用いてねじ込み部材をねじ込み対象部材にねじ
込む従来の方法には、次のような問題点があった。 （１）特開昭６１−８２３９号公報に開示された装置を
用いる方法 鋼管をその軸線が主軸の軸線と同じになるように、移
動手段により移動させようとしても、常に同じ位置に停
止するとは限らず、プロテクタを取り付ける各鋼管毎に
主軸の位置を調整しなければならないので、主軸の位置
調整に時間がかかる。

【０００６】鋼管が曲がっている場合、鋼管の曲がり
に応じて時々刻々チャックの軸線方向を変化させること
ができないので、プロテクタを鋼管に十分にねじ込むこ
とができない。 また、の問題を解消するために、装置にガタを持た
せるようにしているが、装置を正確に作動させる上で欠
点となる。

【０００７】（２）特開昭５９−１４６７５９号公報に
開示された装置を用いる方法 ねじ込み部材とねじ込み対象部材間の軸線のずれに対
応するため、ねじ込み部材をねじ込むための回転軸の中
間にベローズを挿入して、回転軸の軸線が常にねじ込み
対象部材の軸線と一致するように柔軟な構造に構成され
ているが、数１００グラム程度のナットをボルトにねじ
込む場合には追従可能であっても、鋼管管端のプロテク
タのように１０ｋｇもあるような重量物をねじ込む場合
に対応できるようなベローズを得ることは困難である。 また、このようなフレキシブルな構造は、装置を正確
に作動させる上で欠点となる。

【０００８】この発明は、上述した従来技術の問題点を
解消するためになされたものであり、ネジ込み部材を被
ネジ込み材に容易にネジ込むことのできるネジ込み装置
を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係るネジ込み
部材のネジ込み装置は、ネジ込み部材をこのネジと螺合
する被ネジ込み材にネジ込むための装置であって、 （イ）ネジ込み部材を把持する手段。 （ロ）把持する手段により把持されたネジ込み部材のネ
ジ端部と被ネジ込み材のネジ端部とが噛み合い可能性な
位置までネジ込み部材を移動させる手段。 （ハ）ネジ込み部材のネジ端と被ネジ込み材のネジ端部
とが噛み合い可能な位置までネジ込み部材を移動させた
後、ネジ込み部材の軸芯の位置及び角度を自由に移動可
能とし、固定した被ネジ込み材へ、ネジ込み部材をネジ
込み時にネジ込み部材の軸芯を被ネジ込み材の軸芯に追
従させる手段。 （ニ）ネジ込み部材を正逆二方向に回転させる手段。 （ホ）正逆二方向の回転時にネジのねじ込み量に合わせ
てネジ込み部材を移動させる手段。 （ト）正逆二方向の回転時の回転数及びトルクを検出す
る手段。 を備えることを特徴とするネジ込み装置である。

【００１０】又、上記（ハ）ネジ込み部材のネジ端部と
被ネジ込み材のネジ端部とが噛み合い可能な位置までネ
ジ込み部材を移動させた後、ネジ込み部材の軸芯の位置
及び角度を自由に移動可能とし、固定した被ネジ込み材
へ、ネジ込み部材をネジ込み時にネジ込み部材の軸芯を
被ネジ込み材の軸芯に追従させる手段として、（イ）主
フレーム４の両側に軸線が水平で、かつネジ込み時の進
行方向と略直交するように設けられた１対の貫通孔に沿
って、水平方向の移動と垂直方向の回転が可能な水平方
向移動フレーム６と、（ロ）水平方向移動フレーム６の
上下に、上記主フレームの貫通孔に差し込まれる水平方
向移動フレーム６につけられた回転軸に軸線が略直交
し、且つネジ込み時の進行方向と略直行する１対の貫通
孔に沿って、垂直方向の移動と水平方向の回転を可能と
する垂直方向移動フレーム７と、を備えることを特徴と
するネジ込み装置である。

【００１１】また、本発明のネジ込み部材をこのネジと
螺合するネジを形成した被ネジ込み材にネジ込む方法
は、（イ）ネジ込み部材を把持し、（ロ）把持する手段
により把持されたネジ込み部材のネジ端部を被ネジ込み
材のネジ端部に噛み合い可能な位置まで移動させ、
（ニ）ネジ込み部材の軸芯の位置及び方向を自由に移動
可能にし、固定した被ネジ込み材へ、ネジ込み部材のネ
ジ込み時にネジ込み部材の軸芯が被ネジ込み材の軸芯に
追従するように、把持る手段の位置決めを行い、（ホ）
ネジ込み部材を回転させネジ込みを行ないネジ込み量を
測定し、（へ）ネジ込み部材を逆回転させネジ込み量の
減少を測定してネジ込みが正常に行われているか否かを
判定し、（ト）ネジ込みが正常と判断される場合はにネ
ジ込みを行う。ことを特徴とするネジ込み方法である。

【００１２】

【作用】この発明に係るネジ込み部材の被ネジ込み材へ
のネジ込み装置を用いて、ネジ込み部材を被ネジ込み材
にネジ込む場合には、ネジ込み装置の把持手段によりネ
ジ込み部材を掴み、ネジ込み時にネジ込み部材の軸線が
被ネジ込み材の軸線に一致するように、ネジ込み部材の
ネジ端部を、被ネジ込み材のネジが形成された端部に近
づける。次に、ねじ込み装置のリング前後進手段を作動
させて、ネジ込み部材を前進させ、ネジ込み部材のネジ
の端部を被ネジ込み材の端部に接触する位置にまで移動
させる。

【００１３】次にねじ込み装置のネジ込み手段によりネ
ジ込み部材た部材を０．２５〜１回転程度寸動させ、被
ネジ込み材にネジ込み、ネジ込みが行なわれていること
を確認し、さらに回転方向を変えてネジが緩められてい
ることを確認し、これらによりネジ込みが正常に行なわ
れている事を確認した後、ネジ込み部材を被ネジ込み材
に本格的にネジ込む。上記したような一連のネジ込み動
作は、サーボモータとサーボモータの回転軸に取り付け
たピニオン、およびこのピニオンと螺合し把持手段とも
どもネジを形成した部材を回転させるギアとにより行わ
れる。

【００１４】ネジ込み部材がネジ込まれるとき、前記前
後進手段はネジ込みに追随して前進するようになってお
り、さらにネジ込み部材のネジ込み作業中、前記ねじ込
み装置の前後進手段を作動させているため、ネジ込み部
材が被ネジ込み材の回りにカラ回りすることはない。

【００１５】また、被ネジ込み材のネジ込み部の変形に
対応して、水平方向追従手段が水平方向の移動と垂直方
向の回転を、また垂直方向追従手段が垂直方向の移動と
水平方向の回転を可能とするため、ネジ込みはスムーズ
に行われる。なお、ネジ込み時に許容する最大回転トル
クや、ネジ込みにともなう移動量の検出を行う事によ
り、過剰にネジ込むことを防止できる。

【００１６】

【実施例】本発明の実施例の内面ネジ付きリングのネジ
込み装置を図１（ａ）、（ｂ）および図２に基づき説明
する。図１（ａ）はこのネジ込み装置の平面図、図１
（ｂ）はこのネジ込み装置の側面図、図２はこのネジ込
み装置の水平方向および垂直方向の追従機構を示す断面
図である。

【００１７】このネジ込み装置は、内面ネジ付きリング
３１を空気圧シリンダー１を使用して把持するチャック
２と、このチャック２を回転させるためのサーボモータ
３と、このサーボモータ３が取り付けられかつ前後進可
能な主フレーム４と、主フレーム４を前後進させる押し
引きシリンダー５と、前記主フレーム４の両側に軸線が
水平かつ進行方向と直交するように設けられた１対の貫
通孔に沿って、水平方向の移動と垂直方向の回転が可能
な水平方向移動フレーム６と、前記チャック２が回転可
能に取付けられているとともに、水平方向移動フレーム
６の上下に軸線が垂直方向を向くように設けられた１対
の貫通孔に沿って、垂直方向の移動と水平方向の回転が
可能な垂直方向移動フレーム７が主構成要件となってい
る。

【００１８】さらに、このネジ込み装置を詳述すると、
ロボットのアームに取り付けるための基板８の下部に支
持部材９を取付け、この支持部材９に２本のガイドシャ
フト１０を平行に配置している。このガイドシャフト１
０の一端部が支持されている支持部材９の端部には、２
本のガイドシャフト１０間の中心に位置するように前記
押し引きシリンダー５が配置してあり、この押し引きシ
リンダー５のシリンダーロッドにより、ハウジングユニ
ット１１がガイドシャフト１０にガイドされながら前後
進するようになっている。

【００１９】このハウジングユニット１１の下方には、
前記主フレーム４が固着されており、主フレーム４が前
後進することにより、内面ネジ付きリング３１を被ネジ
込み材に近接・離間させるとともに、ネジ込み時にネジ
込み力を付加して、ネジ込みが容易に行えるようになっ
ている。

【００２０】主フレーム４の両側面には、軸線が水平か
つ主フレーム４の進行方向に直交する方向を向いた１対
の貫通孔４ａが設けられており、この貫通孔４ａに前記
水平方向移動フレーム６の２本の腕木１２が嵌装されて
いる。そして、主フレーム４の両側面に設けた圧縮空気
シリンダー１３のシリンダーロッド１４を引っ込める
と、水平方向移動フレーム６は前記貫通孔４ａに沿って
水平方向に移動できるとともに、垂直方向に回転できる
ようになっている。

【００２１】上記水平方向移動フレーム６の上下端部に
は１対の貫通孔６ａが設けられており、この貫通孔６ａ
に前記垂直方向移動フレーム７の２本の腕木１５が嵌装
されている。そして、水平方向移動フレーム６の上端に
設けた圧縮空気シリンダー１６ａのシリンダーロッド１
７ａを引っ込めると、垂直方向移動フレーム７は前記貫
通孔６ａに沿って垂直方向に移動できるとともに、水平
方向に回転できるようになっている。なお、水平方向移
動フレーム６の下端に設けた圧縮空気シリンダー１６ｂ
のシリンダーロッド１７ｂは、常に垂直方向移動フレー
ム７を上に突き上げるようにしており、垂直方向移動フ
レーム７に作用する重力とバランスさせて、垂直方向移
動フレーム７に無理な力が働かないようにしている。

【００２２】また、垂直方向移動フレーム７の前面に
は、回転支軸１８が設けられており、この回転支軸１８
に軸受１９を介して、ギア２０が回転可能に外装されて
いる。このギア２０は回転軸２１の一端部に固着されて
おり、この回転軸２１の他端部に前記サーボモータ３が
接続されている。一方、前記主フレーム４にはサーボモ
ータ３が配置されており、このサーボモータ３の回転軸
３ａにピニオン２２が装着されており、このピニオン２
２が前記ギア２０と噛み合っている。

【００２３】また、主フレーム４には、水平方向移動フ
レーム６の垂直方向の回転、および垂直方向移動フレー
ム７の水平方向の回転を止めるための圧縮空気シリンダ
ー２３が設けられており、この圧縮空気シリンダー２３
のシリンダーロッド２４により、水平方向移動フレーム
６の上下に設けた押さえ板２５を押さえることにより回
転を止めているが、シリンダーロッド２４を引っ込める
と、水平方向移動フレーム６の垂直方向の回転、および
垂直方向移動フレーム７の水平方向の回転は自由にな
る。

【００２４】図１（ｂ）の符号２６はネジ込み量自動測
定装置である。次に、上述したネジ込み装置を使用し
て、内面ネジ付きリング３１を被ネジ込み材にネジ込む
方法を説明する。まず、前記基板８をロボットのアーム
に取り付ける。そして、チャック２の爪を開いて内面ネ
ジ付きリング３１を把持する。ロボットのアームを動か
して内面ネジ付きリング３１を把持したネジ込み装置を
移動させ、内面ネジ付きリング３１の軸線と被ネジ込み
材の軸線が一致するように、被ネジ込み材の外面ネジを
形成させた端部に近づける。このとき、水平方向移動フ
レーム６および垂直方向移動フレーム７は、移動および
回転ともできないように、前記圧縮空気シリンダー１
３、圧縮空気シリンダー１６ａおよび圧縮空気シリンダ
ー２４を作動させて、それぞれのシリンダーロッドで標
準の状態にロックされている状態になっている。

【００２５】ロボットのアームにより内面ネジ付きリン
グ３１の軸線と被ネジ込み材の軸線とがほぼ一致した状
態になった後、押し出しシリンダー５により主フレーム
４を前進させて、被ネジ込み材の外ネジ形成部に内面ネ
ジ付きリング３１をはめ込む。そして、水平方向移動フ
レーム６および垂直方向移動フレーム７のロックを解除
して自由に動く状態にする。内面ネジ付きリング３１を
はめ込んだだけではネジ同志のかみ合せが不完全であ
り、そのままネジ込むとカジリの原因となるので、サー
ボモータ２３を駆動させて、５０ｋｇ−ｃｍ程度の低い
回転トルクで０．５〜１回転逆転（リングがはずれる方
向）させる。このようにすると、水平方向移動フレーム
６および垂直方向移動フレーム７が自由に動く状態にな
っているので、内面ネジ付きリング３１の内ネジは被ネ
ジ込み材の外ネジにかみ合うように倣う。

【００２６】そして、かみ込みが完全であれば、主フレ
ーム４が後退するので、前記ネジ込み量自動測定装置２
７からの信号により、操作盤に表示されたネジ込み量の
数値が変化するので、かみ込んでいることが確認でき
る。かみ込みが不完全なときには、ネジ込み量の数値が
変化しないので、操作盤に表示されたネジ込み量の数値
が変化するまで、サーボモータ３を交互に正転および逆
転させる。このような、正転および逆転の切り換えは
０．２５回転ごとに行えるようになっており、それを確
認するためのフォトセンサがギア２０のサーボモータ３
よりに４個配置してある。

【００２７】上述したようにしてかみ込みが完全になっ
たことを確認した後、サーボモータ３を正転させ、内面
ネジ付きリング３１をネジ込んでいく。なお、ネジ込み
量および締め付けトルクはあらかじめ設定できるように
なっている。また許容値が設定でき、これらの値が設定
値に到達したら、安全のため自動的にサーボモーター３
が停止する。

【００２８】内面ネジ付きリング３１をネジ込む間中、
前記水平方向移動フレーム６の水平方向の移動および垂
直方向の回転を自由にし、かつ垂直方向移動フレーム７
の垂直方向の移動および水平方向の回転を自由にしてお
くと、被ネジ込み材の外ネジの部分的な変形に対して上
下左右自由にネジ込む方向を変えることができるため、
ネジ込みがスムーズに行える。

【００２９】なお、内面ネジ付きリング３１を把持する
チャック２の爪の開閉は、空気圧シリンダーでラックを
移動させ、ラックとかみ合っているピニオンを回転させ
ることによって行われる機構えあり、チャック２の爪が
容易にゆるむことはない。

【００３０】

【発明の効果】本発明により、ネジ込み部材を被ネジ込
み材に容易にネジ込むことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の内面ネジ付きリングのネジ込み装置の
説明図であり、（ａ）はこのネジ込み装置の平面図、
（ｂ）はこのネジ込み装置の側面図である。

【図２】ネジ込み装置の水平方向および垂直方向の追従
機構を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 空気圧シリンダー ２ チャック ３ サーボモータ ４ 主フレーム ５ 押し、引きシリンダー ６ 水平方向移動フレーム ７ 垂直方向移動フレーム ８ 基板 ９ 支持部材 １０ ガイドシャフト １１ ハウジングユニット １２ 腕木 １３ 圧縮空気シリンダー １４ シリンダーロッド １５ 腕木 １６ａ 圧縮空気シリンダー １６ｂ 圧縮空気シリンダー １７ａ シリンダーロッド １７ｂ シリンダーロッド １８ 回転支軸 １９ 軸受 ２０ ギア ２１ 回転軸 ２２ ピニオン ２３ 圧縮空気シリンダー ２４ リンダーロッド ２５ 押さえ板 ２６ ネジ込み量自動測定装置 ３１ 内面ネジ付きリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木下 晴彦 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ネジ込み部材をこのネジと螺合する被ネ
   ジ込み材にネジ込むための装置であって、 （イ）ネジ込み部材を把持する手段。 （ロ）把持する手段により把持されたネジ込み部材のネ
   ジ端部と被ネジ込み材のネジ端部とが噛み合い可能性な
   位置までネジ込み部材を移動させる手段。 （ハ）ネジ込み部材のネジ端と被ネジ込み材のネジ端部
   とが噛み合い可能な位置までネジ込み部材を移動させた
   後、ネジ込み部材の軸芯の位置及び角度を自由に移動可
   能とし、固定した被ネジ込み材へ、ネジ込み部材をネジ
   込み時にネジ込み部材の軸芯を被ネジ込み材の軸芯に追
   従させる手段。 （ニ）ネジ込み部材を正逆二方向に回転させる手段。 （ホ）正逆二方向の回転時にネジのねじ込み量に合わせ
   てネジ込み部材を移動させる手段。 （ト）正逆二方向の回転時の回転数及びトルクを検出す
   る手段。 を備えることを特徴とするネジ込み装置。
2. 【請求項２】 上記（ハ）ネジ込み部材のネジ端部と被
   ネジ込み材のネジ端部とが噛み合い可能な位置までネジ
   込み部材を移動させた後、ネジ込み部材の軸芯の位置及
   び角度を自由に移動可能とし、固定した被ネジ込み材
   へ、ネジ込み部材をネジ込み時にネジ込み部材の軸芯を
   被ネジ込み材の軸芯に追従させる手段として、（イ）主
   フレーム４の両側に軸線が略水平で、かつネジ込み時の
   進行方向と略直交するように設けられた１対の貫通孔に
   沿って、水平方向の移動と垂直方向の回転が可能な水平
   方向移動フレーム６と、（ロ）水平方向移動フレーム６
   の上下に、上記主フレームの貫通孔に差し込まれる水平
   方向移動フレーム６につけられた回転軸に軸線が略直交
   し、且つネジ込み時の進行方向と略直行する１対の貫通
   孔に沿って、垂直方向の移動と水平方向の回転を可能と
   する垂直方向移動フレーム７と、を備えることを特徴と
   するネジ込み装置。
3. 【請求項３】 ネジ込み部材をこのネジと螺合するネジ
   を形成した被ネジ込み材にネジ込む方法において、
   （イ）ネジ込み部材を把持し、（ロ）把持する手段によ
   り把持されたネジ込み部材のネジ端部を被ネジ込み材の
   ネジ端部に噛み合い可能な位置まで移動させ、（ニ）ネ
   ジ込み部材の軸芯の位置及び方向を自由に移動可能に
   し、固定した被ネジ込み材へ、ネジ込み部材のネジ込み
   時にネジ込み部材の軸芯が被ネジ込み材の軸芯に追従す
   るように、把持る手段の位置決めを行い、（ホ）ネジ込
   み部材を回転させネジ込みを行ないネジ込み量を測定
   し、（へ）ネジ込み部材を逆回転させネジ込み量の減少
   を測定してネジ込みが正常に行われているか否かを判定
   し、（ト）ネジ込みが正常と判断される場合はにネジ込
   みを行う。ことを特徴とするネジ込み方法。