特開 2023-173708 ねじ締め機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023173708

(43)【公開日】2023-12-07

(54)【発明の名称】ねじ締め機

(51)【国際特許分類】

   B23P 19/06 20060101AFI20231130BHJP

   B25B 23/10 20060101ALI20231130BHJP

【ＦＩ】

B23P19/06 C

B25B23/10 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022086148

(22)【出願日】2022-05-26

(71)【出願人】

【識別番号】000227467

【氏名又は名称】日東精工株式会社

(72)【発明者】

【氏名】塩田 耕一郎

【テーマコード（参考）】

3C038

【Ｆターム（参考）】

3C038AA01

3C038BB01

3C038BB08

(57)【要約】      （修正有）

【課題】効率良くねじを吸着保持可能かつ衝撃トルクが増大しないねじ締め機を提供する。
【解決手段】回転駆動源３５の駆動を受けて回転可能に構成されたドライバビット３７と、前記ドライバビット３７を回転自在に内包するスクリューガイド３３とを備え、前記スクリューガイド３３は、負圧手段が連続するハウジング３２に対して回転自在に構成されているとともに、その開口端部には、テーパ形状のパッド部を有する吸着部材３４が装着され、吸着部３４は、前記ドライバビット３７に対して相対回転可能に構成されていることを特徴とするねじ締め機による。このねじ締め機は、吸着部材３４を備えており、ねじＳを効率良く吸着保持可能となる。また、吸着部材３４がドライバビット３７に対して回転し、吸着部材３４の慣性モーメントがねじＳに付加されないため、衝撃トルクの増大を防止可能となる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ねじと係合する係合部を有するとともに回転駆動源の駆動を受けて回転可能に構成されたドライバビットと、 前記ドライバビットを回転自在に内包するスクリューガイドと、 前記スクリューガイドと負圧手段とを連続させるハウジングと、 前記スクリューガイドの開口端部に装着される吸着部材とを備えたねじ締め機において、 前記ハウジングが前記スクリューガイドを回転自在に保持し、 前記吸着部材が前記ドライバビットに対して相対回転可能に構成されていることを特徴とするねじ締め機。

【請求項2】

前記吸着部材は、ねじとの当接部分が弾性部材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のねじ締め機。

【請求項3】

前記吸着部材の中心に貫通形成される吸着口の穴径がドライバビットの外径以下の寸法に設定されていることを特徴とする請求項２に記載のねじ締め機。

【請求項4】

前記吸着部材には、円環形状の嵌合部を有し、 前記スクリューガイドは、前記嵌合部と嵌合する保持溝を有していることを特徴とする請求項１に記載のねじ締め機。

【請求項5】

前記スクリューガイドは、前記ハウジングに対して軸方向の相対移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載のねじ締め機。

【請求項6】

前記ドライバビットは、前記回転駆動源に対して、軸方向の相対移動可能に連結されていることを特徴とする請求項５に記載のねじ締め機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ねじをワークに締め付けるねじ締め機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ねじをワークに締め付けるねじ締め機として、特許文献１に開示するものが知られている。このねじ締め機は、ねじの頭部と嵌合可能なドライバビットと、このドライバビットを内包するように配置され、負圧機構に連続するスクリューガイドを備えており、このスクリューガイドの開口端部にねじを吸着保持してワークまで搬送した後にねじ締めを行うように構成されている。しかしながら、従来のねじ締め機は、スクリューガイドの間とねじとの間に空気が通過可能な隙間があったため、負圧の維持が難しく比較的強力な負圧機構が必要となり、効率が悪いという問題があった。

【0003】

上記課題を解決するために特許文献２に開示のねじ締め機が創成されている。このねじ締め機は、スクリューガイドの先端に下端がテーパ形状に構成された吸着部を備えており、この吸着部がねじの頭部により閉鎖されるため、空気が通過する隙間が生じず、効率よくねじを吸着することが可能であった。また、前記吸着部は、ドライバビットに係合して一体に回転可能に構成されており、吸着部とねじとの間で摩擦が生じず、ねじに傷が付きにくい等の利点も有していた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２－１７８２３１号広報

【特許文献2】特開２０２１－１５４４６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献２に記載のねじ締め機は、上述のように吸着部とドライバビットとが係合しているため、ねじがワークに着座して回転停止した瞬間、当該ねじには、ドライバビットの慣性モーメントと吸着部が有する慣性モーメントの両方が付加される。しかも、吸着部は、ドライバビットより外径が大きく、慣性モーメントもドライバビットより大きくなりやすい。つまり、特許文献２に記載のねじ締め機は、吸着部とドライバビットとが係合しているため、ねじが着座した瞬間、慣性モーメントに起因して発生する締付けトルク（以下、衝撃トルクという）が増大し易い。結果、衝撃トルクが増大し、適正値な締付けトルクを超過するため、ねじやワークの破損を引き起こすという問題があった。逆に慣性モーメントを小さくするために回転速度を遅くすると、ねじ締めにかかる時間が長くなり作業効率が低下するという問題も生じる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上記課題に鑑みて創生されたものであり、ねじを効率良く吸着保持可能かつ着座時に発生する衝撃トルクが増大しないように構成されたねじ締め機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、ねじと係合する係合部を有するとともに回転駆動源の駆動を受けて回転可能に構成されたドライバビットと、前記ドライバビットを回転自在に内包するスクリューガイドと、前記スクリューガイドと負圧手段とを連続させるハウジングと、前記スクリューガイドの開口端部に装着される吸着部材とを備えたねじ締め機において、前記ハウジングが前記スクリューガイドを回転自在に保持し、前記吸着部材が前記ドライバビットに対して相対回転可能に構成されていることを特徴とする。なお、前記吸着部材は、ねじとの当接部分が弾性部材で構成されていることが好ましい。また、前記吸着部材の中心に貫通形成される吸着口の穴径がドライバビットの外径以下の寸法に設定されていることが好ましい。さらに、前記吸着部材には、円環形状の嵌合部を有し、前記スクリューガイドは、前記嵌合部と嵌合する保持溝を有していることが好ましい。また、前記スクリューガイドは、前記ハウジングに対して軸方向の相対移動可能に構成されていることが好ましい。さらに、前記ドライバビットは、前記回転駆動源に対して、軸方向の相対移動可能に連結されていることが好ましい。

【発明の効果】

【0007】

上記発明によれば、回転自在に構成されたスクリューガイドの先端に吸着部材を備えているため、ねじと吸着部材との間に隙間が生じ難く密着性が向上する。これにより、スクリューガイドやハウジング内の負圧を保持しやすい。これにより、効率良くねじを吸着保持可能等の利点がある。また、吸着部材がドライバビットに対して回転可能に構成されており、ねじが着座した際、吸着部材およびスクリューガイドがドライバビットおよびねじに対して回転するため、ねじに慣性モーメントがほとんど伝達されない。これにより、衝撃トルクが増大せず、高精度にねじ締め可能等の利点もある。なお、前記吸着部材がねじとの当接部分が弾性部材で構成されているため、吸着部材がねじに対して相対回転した際にねじの表面に摩擦痕が発生しない等の利点もある。また、前記吸着部材の中心に貫通形成される吸着口の穴径がドライバビットの外径以下の寸法に設定されているため、吸着部材とドライバビットとの間でも摩擦が生じる。このため、ねじ締め時、吸着部材がドライバビットおよびねじとともに回転することが可能となり、ねじとの当接部分の摩耗が抑制される等の利点がある。さらに、前記吸着部材とスクリューガイドとが円環形状の嵌合部と保持穴とで嵌合しており、吸着部材がスクリューガイドと回転方向にずれることが可能であるため、より衝撃トルクを低減させることが可能になる等の利点もある。また、前記スクリューガイドおよびドライバビットがハウジングおよび回転駆動源に対して軸方向に相対移動可能に構成されているため、ねじがワーク接触した瞬間の衝撃を和らげることが可能等の利点もある。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明に係るねじ締め機を示す側面図である。

【図2】本発明に係るねじ締め機の構造を示す要部拡大一部断面側面図である。

【図3】本発明に係るねじ締め機の構造を示す要部拡大一部断面側面図であり、（ａ）は、図２のＡ部拡大図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ－Ｂ線断面図である。

【図4】本発明に係るねじ締め機の他の実施形態を示す要部拡大断面側面図である。

【図5】図４から次の状態に移行した状態を示す要部拡大断面側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図１において１０は、ワーク（図示せず）に締結部品の一例であるねじＳを締結するねじ締め機である。このねじ締め機１０は、移動手段の一例である多関節ロボット２０とこの多関節ロボット２０の駆動を受けて水平移動および昇降移動するドライバユニット３０と、移動手段およびドライバユニット３０の駆動を制御する制御部４０とを有している。

【0010】

前記多関節ロボット２０は、複数個の腕部２１と、これら腕部２１を接続する複数個の関節部２２とを備えている。この多関節ロボット２０の関節部２２には、腕部２１を揺動させる揺動駆動源および腕部２１を回転させる回転駆動源が設けられており、これらの駆動は、前記制御部４０により制御されている。このため、駆動時、ドライバユニット３０を任意の位置かつ任意の向きに搬送可能となる。

【0011】

前記ドライバユニット３０は、図２に示すように記多関節ロボット２０の先端に連結される連結プレート３１を有しており、この連結プレート３１には、中空筒状のハウジング３２が固定されている。このハウジング３２は、その下端にガイドホルダ３２１を備えており、このガイドホルダ３２１には、ボールベアリング３２２を介して略中空円筒形状のスクリューガイド３３が回転自在に保持されている。このスクリューガイド３３は、その下端開口端部付近の内壁に円環形状の保持溝３３１が形成されており、この保持溝３３１には、中心に吸着口３４１が貫通した略円環形状の吸着部材３４が嵌合している。また、前記ハウジング３２には、負圧手段に連続するホース継手３２３が装着されているとともに、このホース継手３２３およびスクリューガイド３３との連通部分以外から空気が侵入しないようパッキン等のシール材３２４ａ，３２４ｂによって隙間が気密に密閉されている。これら構造により、負圧手段が駆動すると前記ハウジング３２およびスクリューガイド３３の内部が負圧となり、スクリューガイド３３の下端開口部から吸気可能となる。

【0012】

前記吸着部材３４は、図３の（ａ）に示すように前記保持溝３３１に嵌合する円環部３４２と、この円環部３４２の先端側に連続するテーパ形状のパッド部３４３とから構成されている。この吸着部材３４は、パッド部３４３がスクリューガイド３３から突出するよう配されており、当該パッド部３４３は、その外径が前記スクリューガイド３３の外径とほぼ同径に構成されている。この吸着部材３４は、少なくともパッド部３４３が樹脂等の弾性部材で構成されており、ねじＳを吸着保持した際、当接しているねじＳの頭部形状に従い変形可能に構成されている。なお、本実施形態において、前記吸着部材３４は、一般にＶリングやＶパッキン等の名称で呼ばれる回転軸用ゴムシールであり、全体がゴムから構成されている。

【0013】

また、前記ハウジング３２上には、回転駆動源の一例であるＡＣサーボモータ３５（以下、締結モータ３５という）がその出力軸３５１をハウジング３２内に挿入するよう固定されている。この締結モータ３５の出力軸３５１には、一体に回転可能な軸継手３６が連結されており、当該軸継手３６には、ドライバビット３７がピン３６１によって吊下されている。このドライバビット３７は、軸継手３６と一体に回転可能に嵌合しており、その先端には、ねじＳの駆動穴と嵌合可能な係合部３７１が形成されている。また、ドライバビット３７は、係合部３７１が前記吸着部材３４の吸着口３４１に内接するよう、係合部３７１の直径が前記吸着部材３４の吸着口３４１の穴径と同径または若干大きく設定されている。また、係合部３７１の谷部３７２は、図３の（ａ）および図３の（ｂ）に示すようにその上端が前記パッド部３４３の上面より上側になるよう設計されており、当該谷部３７２と吸着口３４１との隙間が通気経路として作用するように構成されている。

【0014】

なお、前記多関節ロボット２０および締結モータ３５は、制御部４０に接続されており、当該制御部４０によってその駆動を制御されている。また制御部４０には、所定のねじ待機位置までねじＳを供給するねじ供給装置や前記負圧手段等の外部装置も接続されており、これら外部装置の駆動も制御可能に構成されている。

【0015】

次に上記のように構成されたねじ締め機１０の作用を説明する。 起動信号が入力されると、制御部４０は、外部のねじ供給装置を駆動させて所定のねじ待機位置までねじＳを供給する。ねじＳがねじ待機位置に供給されると、制御部４０は、前記多関節ロボット２０を駆動させて、ドライバユニット３０をねじ待機位置の上方に移動させる。ドライバユニット３０がねじ待機位置上に達すると、制御部４０は、前記締結モータ３５を駆動してドライバビット３７を低速で回転させるとともに前記吸着部材３４がねじＳに当接する高さまでドライバユニット３０を下降させる。これにより、吸着部材３４およびドライバビット３７の下端がねじＳに当接した際、ドライバビット３７の係合部３７１がねじＳの駆動穴に嵌合する。制御部４０は、前記ドライバビット３７の回転開始と同時またはドライバビ
ット３７がねじＳと嵌合した後に前記負圧手段を駆動させてねじＳを吸着保持する。この時、前記パッド部３４３が弾性部材で構成され、ねじＳの頭部に従い変形することで頭部とパッド部３４３とが密着して空気が通過可能な隙間が生じない。これにより、負圧を維持し易くなり、比較的弱い力の負圧機構であってもねじＳを十分強力に吸着保持することが可能で作業効率が向上する。

【0016】

上述のようにねじＳを吸着保持した後、制御部４０は、前記締結モータ３５を停止させるとともに前記多関節ロボット２０を駆動させてドライバユニット３０をワーク上に移動させる。ドライバユニット３０がワーク上に達すると制御部４０は、前記締結モータ３５および移動機構を駆動させて、ドライバビット３７を高速かつ低トルクで回転させるとともにドライバユニット３０をワークに向けて下降させる。これにより、ねじＳがワークに締結される。この時、スクリューガイド３３がガイドホルダ３２１に対して回転可能に構成されているため、吸着部材３４とドライバビット３７およびねじＳとの間で発生する摩擦力を受けて前記吸着部材３４およびスクリューガイド３３がドライバビット３７およびねじＳとともに回転可能となる。これにより、吸着部材３４の摩耗が抑制される。また、ねじＳと吸着部材３４との間に隙間ができず空気の侵入が防止されるため、スクリューガイド３３内の負圧を維持できる。結果、ねじＳが吸着部材３４から脱落することを防止する。

【0017】

上述のようなねじ締め動作時、ねじＳは、ワークに着座すると回転が停止する。しかしながらドライバビット３７やスクリューガイド３３等はねじＳが着座する直前まで前述のように高速かつ低トルクで回転しているため、回転方向の慣性モーメントを保有しており、即座に停止することができない。このため、停止状態のねじＳには、ドライバビット３７を介して締め付け方向の慣性モーメントが付加される。この時、吸着部材３４とドライバビット３７とが係合しておらず、相対回転可能に構成されているため、パッド部３４３がねじＳおよびドライバビット３７に対して滑り、ねじＳにパッド部３４３やスクリューガイド３３の慣性モーメントがほとんど伝達されない。これにより、ドライバビット３７より外径が大きく、大きい慣性モーメントを有するスクリューガイド３３や吸着部材３４の慣性モーメントがほとんどねじＳに伝達されない。このため、着座した瞬間のねじＳに付加される慣性モーメントに起因する締付けトルク（以下、衝撃トルクという）が増大することがなく、当該衝撃トルクが適正な締付けトルクを超過するのを防止できる。結果、衝撃トルクによって、正確なねじ締めが阻害されたり、ねじＳやワークが破損されたりすることがない。同時に、衝撃トルクが大きくなり難いため、ねじＳが着座する直前あるいは着座するまでドライバビット３７を高速回転させることが可能でサイクルタイムが短縮される等の利点もある。また、吸着部材３４が樹脂等のねじＳよりも柔らかい物質から構成されているため、吸着部材３４がねじＳに対して相対回転した際、当該吸着部材３４と擦れてもねじＳの頭部表面に傷が生じることがない。

【0018】

なお、上記ねじの着座時、吸着部材３４は、その円環部３４２がスクリューガイド３３の内壁に形成された円環形状の保持溝３３１に嵌合する構造であるため、スクリューガイド３３に対して相対回転することも可能となっている。このため、吸着部材３４は、普段スクリューガイド３３と一体に回転するものの想定外に大きな力が働いてスクリューガイド３３が過度に回転しようとした際にスクリューガイド３３の回転運動から離脱することができる。結果、万一スクリューガイド３３が過度な回転してもその回転による衝撃トルクがねじＳに伝達されることがなく当該ねじＳやワーク等の破損を防止する。

【0019】

上述のようにねじＳが着座後、制御部４０は、ドライバビット３７を低速かつ高トルクで回転させて適正な締付けトルクでねじＳを締付ける。この時、前述のように衝撃トルクが適正な締付けトルクを超過していないため、ねじＳを適正な締付けトルクで締付け可能となる。その後、制御部４０は、多関節ロボット２０を駆動させて、ドライバユニット３０を当初待機位置まで搬送させる。

【0020】

上述のように吸着部材３４は、ねじＳおよびドライバビット３７並びにスクリューガイド３３との間で生じる摩擦によってこれらを一体に回転させているため、長期間使用することと徐々に摩耗していく。この時、吸着部材３４がスクリューガイド３３の保持溝３３１に嵌合している構造であるため、容易に吸着部材３４のみを交換できる。また、一般的な部品であるＶリングを吸着部材３４として用いることで安価に交換可能となる。

【0021】

また、ねじ締め機１０は、ドライバビット３７の外径が吸着部材３４の吸着口３４１の穴径とほぼ同じ寸法に構成されており、係合部３７１の谷部３７２が通気経路として作用しているため、頭部の外径が吸着口３４１の穴径以上に構成されているねじＳであれば、スクリューガイド３３や吸着部材３４を交換することなく吸着保持することが可能となる。このため、交換作業が不要となり、作業効率が向上する。さらに、上述のようにスクリューガイド３３の外径より大きい頭部外径を有するねじＳも吸着可能であるため、ねじＳの頭部が入る場所であれば、ねじＳが着座するまで吸着保持しながら締結可能となる。このため、特許文献１にしめすような従来のねじ締め機のように、ねじＳの外径より大きなスクリューガイド３３では、進入できない狭い袋穴等であってもねじを吸着保持して締結可能となる。なお、特許文献１にしめすようなねじ締め機の場合、空気が勢いよく流れることができなければ、ねじＳを吸着保持できないため、仮に袋穴内にスクリューガイド３３が進入できても袋穴内では吸引の勢いが弱まりねじＳが脱落することが多かった。しかしながら、本件ねじ締め機は、吸着部材３４が密閉されており、空気が流れる必要がないため、袋穴等であってもねじＳを脱落させることなく締結可能である。しかも、ねじＳが脱落しないため、再度ビットとねじＳとを嵌合させる動作も必要無く、サイクルタイムを短い時間で安定させることができる。

【0022】

また、上記締結動作時、制御部４０は、ねじＳとワークとが螺合している途中に前記負圧手段を停止させてスクリューガイド３３内の負圧を解除しても良い。この場合、ねじＳを締結開始時、ねじＳを吸着保持してその姿勢を安定させることができる一方、ねじＳの着座時、吸着部材３４とねじＳとの密着が解除されるため、吸着部材３４が容易に滑ることが可能となる。これにより、衝撃トルクをさらに弱くすることが可能となり、より高精度なねじ締めが可能となる。また、上述のようにスクリューガイド３３の下端開口部がねじＳに閉鎖されている状態で負圧手段を停止させているため、スクリューガイド３３の下端開口部からワーク表面に蓄積された埃やねじ込み時に生じた切り粉等を吸引することがない。よって、当該埃や切り粉等によってスクリューガイド３３や、ハウジング３２の内部が埃等により汚染されることを防止できる。

【0023】

以下、本発明の他の実施形態であるドライバユニット３０′を図４および図５に基づいて説明する。 このドライバユニット３０′は、図４に示すように前記ガイドホルダ３２１′がハウジング３２に対して昇降自在に構成されており、このガイドホルダ３２１′およびハウジング３２の間には、ガイドホルダ３２１′をハウジング３２から離反する方向に付勢する付勢ばね３２５が内包されている。また、前記軸継手３６には、上下方向に延びる長穴が形成されており、この長穴には、前記ピン３６１が嵌合している。このためドライバビット３７は、長穴の長さ相当分昇降移動可能になるとともに、軸継手３６内に封入されるクッションばね３６２によって常時下方に付勢されている。このように構成されたねじ締め機１１は、図５に示すように付勢ばね３２４およびクッションばね３６２が撓むことにより、ねじＳがワークに当接した瞬間に生じる衝撃を吸収可能となり、当該衝撃によるねじＳ山やワークの破損を防止可能となる。

【0024】

なお、本発明に係るねじ締め機１０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、移動機構は、図１に示すような多関節のロボットアームに限定されず、水平方向に往復可能な直進機構および上下方向に駆動する昇降機構からなる直交ロボット等、どのような機構であってもよい。また、ドライバビット３７の係合部３７１は、吸着口３４１との間に通気可能な隙間ができれば、十字形状に限定されず、六角形状やヘックスローブ形状等、その他の非円形形状であっても何ら問題ない。

【符号の説明】

【0025】

１０ … ねじ締め機 ３０ … ドライバユニット ３２ … ハウジング ３２１… ガイドホルダ ３３ … スクリューガイド ３３１… 保持溝 ３４ … 吸着部材 ３４１… 吸着口 ３４２… 円環部 ３４３… パッド部 ３５ … 締結モータ ３７ … ドライバビット ３７１… 係合部 Ｓ … ねじ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】