JPWO2009022419A1

JPWO2009022419A1 - ネジ締め装置

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Publication number: JPWO2009022419A1
Application number: JP2009528007A
Authority: JP
Inventors: 誠窪山
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2007-08-16
Filing date: 2007-08-16
Publication date: 2010-11-11
Anticipated expiration: 2027-08-16
Also published as: JP5088372B2; WO2009022419A1

Abstract

ネジ（１０）のリセス（１３）に係合可能なビット（１２３）を有するドライバ（１２０）と、ドライバ（１２０）が取り付けられる取付台（１７０）と、ドライバ（１２０）を取付台（１７０）に位置合わせする位置合わせ機構（１６０）と、を有するネジ締め装置（１００）において、位置合わせ機構（１６０）は、ドライバ（１２０）に設けられ、ビット（１２３）の中心軸（１２３ｅ）を中心軸とする第１の円筒面（１６２）を有する第１の係合部（１６１）と、取付台（１７０）に設けられ、第１の円筒面（１６６）と同一の径の第２の円筒面（１６６）を有する第２の係合部（１６５）と、を有することを特徴とするネジ締め装置（１００）を提供する。

Description

本発明は、一般に、ネジを自動で締め付けるネジ締め装置に関する。

技術背景

スリーブの吸着孔にネジを吸着してネジ締め箇所まで搬送し、スリーブに収納されているビットでネジを締め付ける自動ネジ締め装置は知られている。ネジ締め装置の制御部は、スリーブを搭載したドライバを取付台に搭載して三次元方向に移動するが、この時、ビットの中心軸の位置を正確に把握する必要がある。制御部が把握するビットの中心軸の位置が実際の位置とずれた状態でドライバを駆動すると、ビットの中心軸とネジやネジ穴の中心軸とがずれるためにビットがネジと係合する際に発塵が生じたり、ネジがネジ穴に挿入できなくなったりする。

このため、制御部が把握するビットの中心軸の位置と実際の位置との位置合わせが必要となり、ビットを収納するスリーブの代わりに位置合わせピンを取り付けて位置合わせを行う方法が提案されている。図１１は、かかる位置合わせ方法の要部斜視図である。かかる位置合わせ方法においては、ドライバ５０Ａに搭載された位置合わせピン５２Ａが位置合わせ台７０の位置合わせ穴７２Ａに挿入可能なようにドライバ５０Ａの取付台６０上の位置を調節する。そして、その状態でボルト５６でドライバ５０Ａの取付部５４を取付台６０に固定する。次に、他方のドライバ５０Ｂについても同様の作業を行う。次に、取付台６０を移動機構によって上昇及び移動して各ドライバ５０Ａ及び５０Ｂの位置合わせピン５２Ａ及び５２Ｂをスリーブに交換する。

従来技術としては特許文献１及び２がある。
特開昭５９−２１５０３２号公報特開平１１−２５４７１６号公報

しかし、上述の位置合わせは煩雑で、調整、保守、修理等でドライバを取り外す度に必要であり、より簡単な位置合わせが望まれていた。更に、各位置合わせピンとドライバの取付部（ビットホルダ）との間にはクリアランスがあり、位置合わせピンの先端が約０．２ｍｍも移動可能になるので位置合わせ精度も低かった。

本発明は、簡単で精度の高い位置合わせが可能なネジ締め装置に関する。

本発明の一側面としてのネジ締め装置は、ネジのリセスに係合可能なビットを有するドライバと、前記ドライバが取り付けられる取付台と、前記ドライバを前記取付台に位置合わせする位置合わせ機構と、を有するネジ締め装置において、前記位置合わせ機構は、前記ドライバに設けられ、前記ビットの前記中心軸を中心軸とする第１の円筒面を有する第１の係合部と、前記取付台に設けられ、前記第１の円筒面と同一の径の第２の円筒面を有する第２の係合部と、を有することを特徴とする。かかるネジ締め装置によれば、位置合わせ機構は第１の係合部を第２の係合部に突き当てるだけなので位置合わせが容易である。また、従来の位置合わせピンがビットホルダに取り付けられた状態で移動可能であるのに対してビットと同軸の円筒面は同心円の状態からずれることはないので位置合わせ精度も向上する。

前記第２の係合部は、前記取付台において前記ビットが貫通する貫通孔であってもよい。ビットが貫通するために従来から形成される貫通孔を利用し、新たな部材を必要としないので、部品点数の削減につながる。

前記第１の円筒面の中心角は１８０°よりも小さく、前記第１の円筒面の中心角よりも前記第２の円筒面の中心角の方が大きくてもよい。同一径であるために、例えば、第１の係合部がフランジで第２の係合部が貫通孔であり、両者の中心角が３６０°であると両者が係合しにくくなるからである。

前記ドライバは、前記ビットを駆動するモータと、当該モータの駆動力を前記ビットに伝達するギアボックスとを更に有し、前記第１の係合部は、例えば、前記ギアボックスの筐体に固定される。ギアボックスはビットの周りに形成されるので第１の係合部を形成し易いからである。

前記第１の係合部と前記第２の係合部は２箇所で接触してもよい。即ち、面接触しなくてもよい。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

図１（ａ）は、本発明の一実施例としてのネジ締め装置の斜視図であり、図１（ｂ）は、ネジ供給部の部分拡大断面図である。図１に示すネジ締め装置のドライバの断面図である。図２に示すドライバの下方から見た斜視図である。図１に示すネジ締め装置のドライバと取付台の分解斜視図である。図１に示すドライバと取付台の拡大斜視図である。図６（ａ）は図４に示す取付台の変形例の斜視図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す第２の係合部の平面図である。図１に示すドライバの位置合わせ機構の変形例を示す概略平面図である。図１に示すドライバの位置合わせ機構の別の変形例を示す概略平面図である。図１に示すドライバの位置合わせ機構の更に別の変形例を示す概略平面図である。図１に示すドライバの位置合わせ機構の更に別の変形例を示す概略平面図及び断面図である。従来の位置合わせ方法を説明するための斜視図である。

以下、添付図面を参照して、ネジ締め装置１００について説明する。ここで、図１（ａ）は、ネジ締め装置１００の斜視図であり、図１（ｂ）は、ネジ供給部１１０の部分拡大断面図である。ネジ締め装置１００は、ネジをピックアップして被締結物としてのワークに部品を自動的に締結する機能を有し、ネジ供給部１１０と、一対のドライバ１２０と、センサ１５０と、位置合わせ機構１６０と、取付台１７０と、移動機構１８０と、制御部１９０と、を有する。

ネジ供給部１１０は図示しない作業台に載置され、ネジ１０を収納する。ネジ１０はドライバのビットが係合されるリセス１３を有する。リセス１３の形状は、マイナス、十字、星型の凹部など限定されない。ネジ供給部１１０は、図１（ｂ）に示すように、ネジ１０のネジ部１５をガイドする溝１１２を有する。ネジ１０は溝１１２に沿って順次供給され溝終端よりドライバ１２０でピックアップする。ネジ１０は、溝１１２終端で回転可能である。

ワークＷは、例えば、ＨＤＤのスピンドルハブで、ネジ締め装置１００はスピンドルハブに部品としてのクランプリングをネジ止めする。但し、図１は、ワークＷを簡略的に示している。クランプリングは、複数のネジ穴（例えば、６つ）を有して一定の押圧力でスピンドルハブの周りに取り付けられたディスクを固定する。ネジ締めは、ネジ穴に対応した数のドライバで同時に行うが、図１では便宜上２つのドライバのみを示している。

ドライバ１２０は、ビット１２３を回転して自動でネジ１０を締め付け、図３に示すように、スリーブ１２１及び１２２と、ビット１２３と、シャフト１２４と、ビットホルダ１２５と、係止部１２６と、吸引プラグ１３０と、サーボモータ１３５と、ギアボックス１４０と、を有する。ここで、図２は、ドライバ１２０の断面図である。

スリーブ１２１は、中空の薄肉円筒部材であり、Ｚ軸方向に延びる中央貫通孔と、径方向に側面を貫通する側面貫通孔１２１ａと、を有する。Ｚ軸方向はビット１２３の長手方向に一致する方向である。スリーブ１２１は、シャフト１２４の係合部１２４ａとビット１２３の係合部１２３ａを収納する。スリーブ１２１の下部に形成された側面貫通孔１２１ａには吸引プラグ１３０が装着される。

スリーブ１２２は、断面凸形状を有し、Ｚ軸方向に延びる中央貫通孔としての吸着孔１２２ａと、径方向に側面を貫通する側面貫通ネジ１２２ｂと、を有する。ビット１２３はスリーブに対してＺ軸移動とＺ軸周りに回転移動する。

吸着孔１２２ａは、ネジ１０のネジ頭１２を真空吸着すると共にビット１２３を収納する。吸着孔１２２ａは、吸引プラグ１３０に接続している。

吸引プラグ１３０は側面貫通ネジ１２２ｂと側面貫通孔１２１ａを通しネジ止めされる。

ビット１２３は、Ｚ軸方向に延びる棒状部材であり、係合部１２３ａと、作用部１２３ｃとを有する。

係合部１２３ａは、ビット１２３の上端に半円筒形状に形成され、シャフト１２４の半円筒形状の係合部１２４ａと係合する係合部１２３ａと１２４ａにより、シャフト１２４にギアボックス１４０を介して伝達されたサーボモータ１３５の駆動力がＺ軸周りの回転駆動力としてビット１２３に伝達される。

作用部１２３ｃは、ビット１２３の下端に形成され、ネジ１０のリセス１３に係合する係合部１２３ｄを先端に有する。係合部１２３ｄの形状はリセス１３の形状に対応する。係合部１２３ｄがネジ１０のリセス１３と係合して回転することにより、モータ１３５から加えられた回転駆動力でビット１２３はネジ１０をワークＷに締結することができる。

シャフト１２４は、係合部１２４ａ及び１２４ｂと、上端部１２４ｃとを有する円筒部材である。係合部１２４ａは、ビット１２３の係合部１２３ａと係合する半円筒形状を有する。係合部１２４ｂの周りにはギアボックス１４０のギア１４５が固定される。この結果、シャフト１２４はギア１４５と一体に回転する。ビットホルダ１２５は、シャフト１２４の周りに設けられ、ビット１２３の着脱を行うもので、シャフト１２４の係合部１２４ａとビット１２３の係合部１２３ａを保持すると共に、ビット１２３の括れ部に鋼球を出し入れすることでビット１２３をＺ軸方向に拘束する。
また、図１１に示す従来例では、位置合わせピン５２Ａを保持する。

吸引プラグ１３０は、スリーブ１２２の吸着孔１２２ａ内を真空引きする。吸引プラグ１３０は、ネジ部１３１と、接続部１３２とを有する。ネジ部１３１は、側面貫通孔１２１ａを通し１２２ｂにネジ止めされる。接続部１３２には図示しないホースや配管が接続され、かかるホースや配管は図示しない真空ポンプが接続される。配管に接続されたバルブの開閉動作は制御部１９０によって制御される。この結果、真空ポンプは吸引プラグ１３０を通じて吸着孔１２２ａ内を減圧環境にすることができる。

サーボモータ１３５はモータ軸１３６を有し、図示しないケーブルを介して電源が供給される。本実施例では、モータ軸１３６とビット１２３の中心軸１２３ｅとは同一直線上には配置されておらず偏心している（平行である）が、本発明は両者が同一直線状に配置されることを妨げるものではない。

ギアボックス１４０は、モータ１３５の動力をシャフト１２４に伝達するトルク伝達機構でギア列（ギア１４１乃至１４５）と、筐体１４６と、を有する。

ギア１４１はモータ１３５のモータ軸１３６に固定されてモータ軸１３６と共に回転する。ギア１４２は、軸１４７の周りに固定されてギア１４１に噛み合っている。軸１４７は筐体１４６に回転自在に保持されてＺ軸方向に延びている。軸１４７は更にギア１４３が固定されてギア１４４に噛み合っている。ギア１４４は軸１４８に回転自在に保持されギア１４５に噛み合っている。この結果、モータ１３５の回転力はシャフト１２４に伝達される。

筐体１４６は、略五角形形状を有し、ギア列を収納する。筐体１４６は、モータ１３５が取り付けられる上面１４６ａと、固定部として機能する張り出し部１４６ｂと、底面としての取付面１４６ｄとを有する。

一対の張り出し部１４６ｂは筐体１４６の底部において外側に張り出している。各張り出し部１４６ｂには、一対の貫通孔１４６ｃが設けられ、取付台１７０の底板１７１の貫通孔（ネジ穴）１７１ｃにボルト１４９で締めることで、ギアボックス１４０の筐体１４６は取付台１７０の底板１７１に固定される。取付面１４６ｄは、取付台１７０の底板１７１の上面１７１ａに接触して固定される面である。

なお、本実施例は、一対のドライバ１２０のシャフト１２４を向かい合わせに配置している。即ち、Ｘ軸方向においてモータ１３５、シャフト１２４、シャフト１２４、モータ１３５と整列するように配置している。しかし、かかる配置は例示である。

位置合わせ機構１６０は、ドライバ１２０を取付台１７０に取り付ける時、ビット１２３の中心軸１２３ｅが所定の位置になるよう位置合わせするものである。位置合わせ機構１６０は、第１の係合部１６１と、第２の係合部１６５と、を有する。図３は、ドライバ１２０を下方から見た斜視図である。図４は、ドライバ１２０と取付台１７０を下方から見た分解斜視図である。図５は、ドライバ１２０と取付台１７０を上方から見た分解斜視図である。

第１の係合部１６１は、ドライバ１２０のギアボックス１４０の取付面１４６ｄに固定される扇形状のフランジを有する。本実施例では、第１の係合部１６１はギアボックス１４０にボルト１６４を介してネジ止めされている。但し、第１の係合部１６１はギアボックス１４０と一体であってもよいし、シャフト１２４を収納する中空円筒形状のスリーブと一体であってもよい。

第１の係合部１６１は、ビット１２３の中心軸１２３ｅを中心軸とする（第１の）円筒面１６２を含む。ギアボックス１４０はビット１２３の周りに形成されるのでビット１２３の中心軸１２３ｅと同軸の円筒面１６２を形成し易い。Ｚ軸に直交する平面において、円筒面１６２はビット１２３の中心軸１２３ｅを中心とする円弧を形成する。円筒面１６２は、機械加工により形成することができる。本実施例の円弧の中心角は６０°であるが、本発明は円筒面の中心角を限定しない。但し、円弧の中心角が大きい方が第１の係合部１６１を第２の係合部１６５に突き当てる動作が安定する。但し、大きすぎると後述するように第２の係合部１６５との係合が困難になる。円筒面１６２は、機械加工により形成することができる。

第２の係合部１６５は取付台１７０に設けられる。図１、図４及び図５においては、第２の係合部１６５は、取付台１７０の底板１７１の上面１７１ａと底面１７１ｂを貫通する貫通孔として構成される。かかる貫通孔にはビット１２３が貫通するために従来から形成される。このため、この貫通孔を利用すれば、新たな部材を必要とせず、部品点数の削減につながる。第２の係合部１６５としての貫通孔は、（第２の）円筒面１６６を構成する。円筒面１６６の径は円筒面１６２の径に等しい。

位置合わせ機構１６０は、ビット１２３の中心軸１２３ｅが第２の係合部１６５を構成する貫通孔の中心軸１６７に一致するように、ドライバ１２０を取付台１７０に対して位置合わせする。かかる位置合わせは、第１の係合部１６１の円筒面１６２を第２の係合部１６５の円筒面１６６に突き当てることによって行われる。単に突き当てるだけであるため位置合わせ作業は従来よりも容易となる。従来、ドライバ１２０の取り付け位置合わせはピンがビットホルダに取り付けられた状態で移動可能であるのに対して円筒面１６２と円筒面１６６とを接触した状態ではビット１２３の中心軸１２３ｅの位置決めは固定されるので、位置合わせ精度は従来よりも向上している。即ち、ボルト１４９を固定しなければ円筒面１６２と円筒面１６６とを接触した状態ではドライバ１２０が取付台１７０に対して回転可能となるが、ビット１２３の中心軸１２３ｅの位置は移動せずに固定される。位置合わせ精度は円筒面１６２及び１６６の機械加工精度に依存して高精度となる。

取付台１７０は、一対のドライバ１２０を搭載して移動機構１８０に接続する機能を有し、矩形板状部材としての底板１７１と、一対のＬ字形状の側板１７２と、背板１７３とを有する。

底板１７１は、ドライバ１２０を支持する機能を有し、８個の貫通孔１７１ｃ及び一対の貫通孔（第２の係合部１６５）を有する。４つの貫通孔１７１ｃは一のドライバ１２０を固定するボルト１４９が挿入されるネジ穴である。第２の係合部１６５の各貫通孔にはシャフト１２４が貫通し、その中心軸１６７はビット１２３の中心軸１２３ｅと一致する。

各側板１７２は底板１７１の上面１７１ａの縁部に固定される。固定方法は、接着、溶接、ネジ止めなど制限されない。背板１７３は、移動機構１８０のＺ軸ロボット１８４に固定される４つの取付穴１７３ａを有する。図１は、便宜上、一の取付穴１７３ａのみを示している。これにより、一対のドライバ１２０は移動機構１８０により移動可能となる。

移動機構１８０は、ネジ供給部１１０とワークＷとの間でドライバ１２０又はワークＷを移動する機能を有し、Ｘ軸ロボット１８２と、Ｚ軸ロボット１８６と、ワークＷのＹ軸ロボット１８８と、を有する。

Ｘ軸ロボット１８２は、図１に示すＸ軸方向にドライバ１２０を移動させる。Ｚ軸ロボット１８６は、図１に示すＺ軸方向にドライバ１２０を移動させる。Ｙ軸ロボット１８８は、図１に示すＹ軸方向にワークＷを移動させる。これらのロボットには当業界で周知の構成を適用することができ、ここでは詳しい説明を省略する。

制御部１９０は、ネジ１０のピックアップ時、ネジ１０の搭載時、ネジ１０の締結時などに、ドライバ１２０のモータ１３５の回転と移動機構１８０によるドライバ１２０の移動を制御する。制御部１９０は、ＭＰＵなどの処理部と共にＲＡＭやＲＯＭなどのメモリを有する。

図６（ａ）は、取付台１７０の変形例としての取付台１７０Ａを下方から見た斜視図である。取付台１７０は、底板１７１Ａを使用する点で取付台１７０と異なる。底板１７１Ａは、一対の貫通孔を有する第２の係合部１６５の代わりに、一の貫通孔を有する第２の係合部１６６Ａを使用する点で底板１７１と異なる。

第２の係合部１６６Ａの貫通孔は、図６（ｂ）に示すように、長方形１６８ａの両端に一対の半円１６８ｂを結合した形状を有する。図６（ｂ）は貫通孔の概略平面図である。この一対の半円１６８ｂのみが図４においても、第１の係合部１６１との突き当てに使用されるので、突き当てに使用される部分は図４も図６（ｂ）も同じ形状をしている。このように、第１の係合部１６１の円筒面１６２と第２の係合部１６５の円筒面１６６は完全な円筒面でなくてもよい。

以下、図５に示す構造の組み立て方法について説明する。各ドライバ１２０のビット１２３が第２の係合部１６５の各貫通孔を貫通するようにドライバ１２０を取付台１７０上に載置する。次に、第１の係合部１６１の円筒面１６２を第２の係合部１６５の円筒面１６６に突き当てる。これにより、ビット１２３の中心軸１２３ｅと第２の係合部１６５の円筒面１６６の中心軸１６７が一致する。この同軸状態は、たとえドライバ１２０が中心軸１２３ｅを中心として回転しても崩れることはない。この状態で、ボルト１４９で張り出し部１４６ｂと取付台１７０の底板１７１を固定する。この結果、ドライバ１２０を交換しても一対のビット１２３の距離Ｐを簡単かつ迅速に再現することができる。ドライバ１２０の交換を迅速に行うことによって、ネジ締め装置１００の非稼動時間を短縮してスループットを向上することができる。

図４に示す実施例では、第１の係合部１６１と第２の係合部１６５は円筒面１６２及び１６６を介して面接触をしているが、少なくとも２箇所で接触すれば足りる。

図７は、径方向に延びる一対のバーで構成される第１の係合部１６１Ａの概略平面図である。点線は図４に示す円筒面１６２を規定する線Ｒである。バーは、スリーブや筐体１４６と一体であってもよいし接着などで固定されていてもよい。

各バーの先端は図４に示す円筒面１６２上にあるため、各バーの先端を第２の係合部１６５の円筒面１６６に突き当てることによって円筒面１６２を円筒面１６６に突き当てた場合と同様の効果を得ることができる。即ち、円筒面１６６に一対のバーが接触するように移動しても、ビット１２３の中心軸１２３ｅと円筒面１６６の中心軸１６７の同軸性は維持される。

バーの方向は径方向になくてもよい。例えば、図８に示すように、両端部で線Ｒに接触する一のバーから構成される第１の係合部１６１Ｂを使用してもよい。図８は、第１の係合部１６１Ｂの概略平面図である。

第１の係合部１６１は棒状部材でなくてもよい。例えば、図９に示すように、線Ｒに接触する一対の突起から構成される第１の係合部１６１Ｃを使用してもよい。図９は、第１の係合部１６１Ｃの概略部分平面図である。少なくとも２箇所で線Ｒに接触することによって、かかる２箇所の中心を結ぶ線分の垂直二等分線上にビット１２３の中心軸１２３ｅを配置することができる。また、線Ｒと円筒面１６２及び円筒面１６６の輪郭線と一致させれば、同軸性を確保することができる。

もちろん、図７乃至図９と異なり、図４に示す第１の係合部１６１に二点で接触する第２の係合部を使用してもよい。

第１及び第２の係合部１６１及び１６５の位置も取付面１４６ｄの下側と底板１７１の貫通孔に限定されない。

図１０は、第１及び第２の係合部１６１及び１６５の変形例の概略断面図及び底面図である。ギアボックス１４０の筐体１４６の側板１７２に対向する面にビット１２３の中心軸１２３ｅと同心円となる円筒面１６２Ｄを有する第１の係合部１６１Ｄとして形成する。また、底板１７１の上面１７１ａからＺ軸方向に突出する第２の係合部１６５Ａを設ける。第２の係合部１６５Ａは第１の係合部１６１Ｄの円筒面１６２Ｄと同一の曲率の円筒面１６６Ａを有する。第１の係合部１６１Ｄと第２の係合部１６５Ａによっても位置合わせの効果を得ることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、様々な変形及び変更が可能である。

産業上の利用の可能性

本発明によれば、簡単で精度の高い位置合わせが可能なネジ締め装置を提供することができる。

Claims

ネジのリセスに係合可能なビットを有するドライバと、
前記ドライバが取り付けられる取付台と、
前記ドライバを前記取付台に位置合わせする位置合わせ機構と、を有するネジ締め装置において、
前記位置合わせ機構は、
前記ドライバに設けられ、前記ビットの前記中心軸を中心軸とする第１の円筒面を有する第１の係合部と、
前記取付台に設けられ、前記第１の円筒面と同一の径の第２の円筒面を有する第２の係合部と、を有することを特徴とするネジ締め装置。
前記第２の係合部は、前記取付台において前記ビットが貫通する貫通孔であることを特徴とする請求項１に記載のネジ締め装置。
前記第１の円筒面の中心角は１８０°よりも小さく、前記第１の円筒面の中心角よりも前記第２の円筒面の中心角の方が大きいことを特徴とする請求項１に記載のネジ締め装置。
前記ドライバは、前記ビットを駆動するモータと、当該モータの駆動力を前記ビットに伝達するギアボックスとを更に有し、
前記第１の係合部は、前記ギアボックスの筐体に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のネジ締め装置。
前記第１の係合部と前記第２の係合部は２箇所で接触することを特徴とする請求項１に記載のネジ締め装置。