特開 2023-75516 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】P2023075516

(43)【公開日】2023-05-31

(54)【発明の名称】ねじ締め機

(51)【国際特許分類】

   B23P 19/06 20060101AFI20230524BHJP

【ＦＩ】

B23P19/06 A

B23P19/06 K

B23P19/06 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021188457

(22)【出願日】2021-11-19

(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】安積 慶一

(57)【要約】

【課題】被締結部材に負荷される推力が小さいねじ締め機を提供する。
【解決手段】
ドライバビット３３を内包可能な挿通穴３４１が形成されたビットガイド３４を備えたドライバユニット３０と、前記ドライバユニット３０と一体に移動可能なドライバ台２５を有する位置制御機構２０と、前記ドライバビット３３およびビットガイド３４の軸線上にねじＳを一旦保持するチャックユニット５０とを備え、前記ドライバユニット３０および移動部２５の移動に制動を加える制動力発生部４０と、前記チャックユニット５０は、ねじＳが通過可能な供給経路５２と、ねじＳを保持可能な保持穴５７が形成された保持部材５６と、保持穴５７が供給経路５２あるいは挿通穴３４１のどちらに連続するかを切り替える切替手段５５を備えていることを特徴とするねじ締め機１０による。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転駆動源の駆動を受け回転可能に構成されたドライバビットおよびこのドライバビットを軸方向の相対移動可能に内包する挿通穴が形成されたビットガイドを備えたドライバユニットと、前記ドライバユニットと一体に移動可能なドライバ台を有する位置制御機構と、前記ドライバユニットの移動に制動を加える制動力発生部と、前記ドライバビットおよびビットガイドの軸線上にねじを一旦保持するチャックユニットとを備えた所定の被締結部材にねじを締め付けるねじ締め機において、
前記チャックユニットは、ねじが通過可能な供給経路と、ねじを保持可能な保持穴が形成された保持部材と、保持穴が供給経路あるいは挿通穴のどちらに連続するかを切り替える切替手段を備えていることを特徴とするねじ締め機。

【請求項2】

前記ドライバユニットには、ビットガイドに対するドライバビットの相対位置により、ねじ浮きの有無を検出するねじ浮き検出手段が設けら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】

前記ドライバユニットは、ビットガイドを被締結部材側に付勢するクッションばねを有しており、
前記クッションばねは、その変形量が最大の時、ビットガイドの自重を含めて当該ビットガイドの重さの５倍以下の力で被締結部材側に付勢するように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のねじ締め機。

【請求項4】

前記ドライバユニットは、ビットガイドを被締結部材側に付勢するクッションばねを有しており、
前記クッションばねは、その変形量が最小の時、ビットガイドの自重を含めて当該ビットガイドの重さの１．５倍から４倍の範囲内の力で被締結部材側に付勢するよう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３の何れか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、ねじを用いて複数の部材を締結するためのねじ締め機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のねじ締め機として、特許文献１に示すように、ねじと嵌合可能なドライバビットおよびドライバビットを内包する筒状のビットガイドを備えたドライバユニットと、このドライバユニットを昇降させる位置制御機構と、前記ドライバビットおよびビットガイドの軸線上に配置され、外部の部品供給装置から供給されたねじを一旦保持するチャックユニットとを備えたねじ締め機が知られている。このねじ締め機のドライバビットは、その下端が前記ビットガイドの下端に対して奥方に配されるとともに、前記ビットガイドの上方に配されたクッションばねの作用を受けて前記ビットガイドの一端から突出可能に構成されている。このため、ビットガイドが被締結部材の表面と当接し、前記クッションばねが撓んで前記ビットのみが前進することで、ビットガイドに吸着保持されたねじとドライバビットが嵌合できる。

【0003】

また、前記ねじ締め機のチャックユニットは、前記ビットガイドが挿通可能に構成されたチャック本体と、このチャック本体の一端に揺動自在に配された一対のチャック爪とを有しており、そのチャック爪は、圧縮ばねによって先端が閉じる方向に強く付勢されている。このため、チャック爪は、外部の供給装置がねじを圧送した際、当該ねじがチャック爪を押し開けて外部に飛び出すことを防止する一方、ビットガイドがチャック爪に向かい下降した際、当該ビットガイドに押し開かれる構造となる。このため、ビットガイドの軸線上にねじを一旦保持可能かつ、ビットガイドが当該ねじを吸着保持して被締結部材に向かい下降可能な構造となる。しかしながら、特許文献１に記載のねじ締め機は、締め付け時、位置制御機構による下向きの推力およびドライバユニットの自重等が被締結部材に負荷されていたため、比較的柔らかい樹脂製品等にねじ締めを行うと、被締結部材が湾曲する等の問題を有していた。

【0004】

そこで、特許文献２に記載されるようなねじ締め機が創成されている。このねじ締め機は、位置制御機構によるドライバユニットの移動に制動を加える制動力発生部を備えており、この制動力発生部は、所望の推力と実際にねじに付与される推力との差分に相当する上向き推力でドライバユニットを上方に付勢するように構成されているため、制動力発生部の上向き推力とドライバユニットの自重とが相殺し合うので、ドライバビットには、所望の推力に相当する荷重のみを付与し、被締結部材の湾曲等を防止している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０００－００５９４８号公報

【特許文献2】特開２００７－３１３６１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、従来のねじ締め機のチャックユニットは、ねじを吸着保持したビットガイドをクッションばねによって被締結部材側に付勢し、チャック爪を押し開けていく構造である。このため、ビットガイドがチャック爪を押し開ける際にクッションばねが撓まないよう高いばね定数を有するものを用いなければならなかった。一方、ねじを締結する際にビットガイドからドライバビットを突出させるために、ビットガイドを強い力で被締結部材に押し付けてクッションばねを撓ませる必要がある。このため、高いばね定数のばねでは、被締結部材に付与される推力が大きくなるという問題があった。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、上記課題に鑑みて創生されたものであり、低い推力での締め付けが可能な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、回転駆動源の駆動を受け回転可能に構成されたドライバビットおよびこのドライバビットを軸方向の相対移動可能に内包する挿通穴が形成されたビットガイドを備えたドライバユニットと、前記ドライバユニットと一体に移動可能なドライバ台を有する位置制御機構と、前記ドライバユニットの移動に制動を加える制動力発生部と、前記ドライバビットおよびビットガイドの軸線上にねじを一旦保持するチャックユニットとを備えた所定の被締結部材にねじを締め付けるねじ締め機において、前記チャックユニットは、ねじが通過可能な供給経路と、ねじを保持可能な保持穴が形成された保持部材と、保持穴が供給経路あるいは挿通穴のどちらに連続するかを切り替える切替手段を備えていることを特徴とする。なお、前記ドライバユニットには、ビットガイドに対するドライバビットの相対位置により、ねじ浮きの有無を検出するねじ浮き検出手段が設けられていることが好ましい。また、前記ドライバユニットは、ビットガイドを被締結部材側に付勢するクッションばねを有しており、前記クッションばねは、その変形量が最大の時、当該ビットガイドの自重を含めて５倍以下の力で被締結部材側に付勢するように構成されていることが好ましい。前記ドライバユニットは、ビットガイドを被締結部材側に付勢するクッションばねを有しており、前記クッションばねは、その変形量が最小の時、ビットガイドの自重を含めて１．５倍から４倍の範囲内の力で被締結部材側に付勢するように構成されていることが好ましい。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、保持穴が供給経路と連続する位置および挿通穴と連続する位置との間で往復移動する構造であり、従来のようにビットガイドでチャック爪を押し開ける工程が存在しないため、ビットガイドを被締結部材に向かい強く付勢する必要がなくなる。このため、低いばね係数を有するクッションばねを用いることが可能となる。このように、本発明のねじ締め機は、制動力発生部によりドライバビットおよびねじが被締結部材に負荷する推力が小さくなるに加え、低いばね係数を有するクッションばねを用いることによりビットガイドが基板に負荷する推力も小さくなるため、被締結部材に与える推力が非常に小さいものとなり、被締結部材の変形を防止可能等の利点がある。なお、被締結部材に当接させたビットガイドを基準にねじ浮きを判定することにより、精度の良いねじ締めが可能になる等の利点もある。特にクッションばねが、その変形量が最大の時、前記ビットガイドを当該ビットガイドの自重を含めて５倍以下の力にて被締結部材側に付勢するように構成されており、被締結部材に与える力が弱いため、被締結部材が比較的変形し易い樹脂製品等であってもビットガイドを当接させることが可能になる等の利点もある。また、クッションばねが、その変形量が最小の時であっても、前記ビットガイドを当該ビットガイドの自重を含めて１．５倍から４倍の範囲の力にて被締結部材側に付勢するように構成されているため、ビットガイドの振動等が防止される等の利点もある。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明に係るねじ締め機の正面図である。

【図2】本発明に係るねじ締め機の一部断面側面図である。

【図3】本発明に係るねじ締め機のチャックユニットの動作を示す図面であり、（ａ）は図２の要部拡大断面側面図であり、（ｂ）は（ａ）の状態から次の状態へ移行した状態を示す要部拡大断面側面図である。

【図4】本発明に係るねじ締め機の動作を示す一部断面正面図である。

【図5】図４の状態から次の状態へ移行する動作を示す一部断面正面図である。

【図6】図５の状態から次の状態へ移行する動作を示す一部断面正面図である。

【図7】図６の状態から次の状態へ移行する動作を示す一部断面正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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７において、１０は、被締結部材Ｗに形成された下穴Ｗ１に対して頭部および軸部を備えたねじＳを締め付けるねじ締め機１０である。このねじ締め機１０は、水平多関節ロボット（図示せず）の駆動を受けて水平移動する位置制御機構２０と、この位置制御機構２０の駆動を受けて昇降するドライバユニット３０と、このドライバユニット３０の昇降に制動を加える制動力発生部４０と、前記ドライバユニット３０の移動経路状にねじＳを保持するチャックユニット５０と、これらの駆動を制御する制御部６０とを有している。

【0011】

前記ねじ締め機１０の位置制御機構２０は、図２に示すように鉛直方向に延びるフレーム２１を備えており、このフレーム２１の上下端部には、水平方向に延びる上板２２および下板２３が一体に固定されている。この上板２２および下板２３の間には、フレーム２１と平行に延びるガイドロッド２４が設けられており、このガイドロッド２４には、摺動自在に構成されたドライバ台２５が昇降自在に装着されている。また、前記上板２２には、昇降駆動源の一例である昇降用ＡＣサーボモータ２６（以下、昇降モータ２６という）が載置されており、この昇降モータ２６の出力軸には、ボールねじ２７が一体に回転可能に連結されている。このボールねじ２７は、前記上板２２および下板２３の間に設けられており、このボールねじ２７には、その回転によって昇降する移動部の一例である駆動ナット２８が螺合している。この駆動ナット２８には、前記ドライバ台２５が一体に昇降するよう連結されている。このため、前記ドライバ台２５は、前記昇降モータ２６の回転駆動を受けて昇降する。

【0012】

前記ドライバユニット３０は、回転駆動源の一例であるＡＣサーボモータ３１（以下、締付モータ３１とする）を有しており、この締付モータ３１は、その出力軸（図示せず）を下方に向けて前記ドライバ台２５上に載置されている。この締付モータ３１の出力軸には、前記ドライバ台２５を回転自在に貫通している連結軸３２が連結されており、この連結軸３２には、ドライバビット３３が装着されている。なお、前記連結軸３２は、前記ドライバビット３３を挿入可能な有底穴（図示せず）と、この有底穴に直交するとともに連結軸３２の軸方向に延びる長穴３２１を有している。この有底穴には、ドライバビット３３を常時下方に付勢するビット付勢ばね（図示せず）が封入されており、前記長穴３２１には、前記ドライバビット３３の上端に固定されるピン３３１が挿入されている。このため、ドライバビット３３は、連結軸３２を介して、締付モータ３１の出力軸と一体に回転可能かつ、締付モータ３１および連結軸３２に対して軸方向に相対移動可能となる。

【0013】

一方、前記ドライバ台２５の下部には、前記連結軸３２およびドライバビット３３を内包可能な挿通穴３４１が貫通形成されたビットガイド３４が設けられている。このビットガイド３４は、前記フレーム２１の下板２３を昇降自在に貫通しており、待機状態において、その下端が下板２３より下方に位置する所定の長さに設定されている。また、前記ビットガイド３４には、エアホース継手３５を介して、コンプレッサ等の吸気手段（図示せず）が連結されており、この吸気手段の駆動を受けて、挿通穴３４１の下端にねじＳを吸着保持するよう構成されている。さらに、ビットガイド３４と、ドライバ台２５との間には、クッションばね３６が設けられている。このクッションばね３６は、ビットガイド３４を常時下方に向けて付勢されており、このクッションばね３６の伸縮により、ビットガイド３４がドライバ台２５およびドライバビット３３に対して軸方向に相対移動可能になるとともに、ビットガイド３４の振動等を防止する。

【0014】

また、前記クッションばね３６は、図４に示す待機状態のようにその変形量が最小の状態において、当該ビットガイド３４の自重を含めて１．５倍から４倍の範囲の力でビットガイド３４を被締結部材Ｗ側に付勢する一方、図７に示すねじ締め完了状態のようにその変形量が最大の状態において、当該ビットガイド３４の自重を含めて５倍以下の力で被締結部材Ｗ側に付勢するように設定されている。このため、本実施形態のねじ締め機１０ように、下方に配された被締結部材Ｗに対してねじ締めを行う場合、クッションばね３６は、変形量が最小の時のばね荷重（以下、セッティング荷重という）がビットガイド３４の重さの０．５倍から３倍の範囲となり、なおかつ変形量が最大の時のばね荷重（以下、圧縮荷重という）がビットガイド３４の重さの４倍以下の範囲となるように設計されている。このようにビットガイド３４がクッションばね３６に付勢されていることにより、位置制御機構２０の駆動によりビットガイド３４が振動したり、吸気手段の駆動によりビットガイド３４が締付モータ３１側へ移動したりすることを防止できる。一方、クッションばね３６が上述のように設定されていることにより、ねじＳを締結する際にビットガイド３４が被締結部材Ｗに与えるばね荷重が弱くなるため、被締結部材Ｗがビットガイド３４の破損が防止されるとともに、ビットガイド３４の寿命が延びることとなる。

【0015】

例えばねじ締め機１０において、ビットガイド３４が質量約０．２６ｋｇである場合、ビットガイド３４の重さは、ビットガイド３４の質量（０．２６ｋｇ）に重力加速度を（９．８ｍ／ｓ２）をかけた値（２．５４８Ｎ）となる。この場合、前記クッションばね３６は、セッティング荷重がビットガイド３４の重さの０．５倍の１．２７４Ｎから３倍の７．６４４Ｎの間に設定され、圧縮荷重がその４倍の１０．１９２Ｎ以下に設定されている圧縮ばねであることが好ましい。

【0016】

さらに、前記ドライバユニット３０には、ねじ浮きが発生しているかを判定可能なねじ浮き判定部３７が設けられている。このねじ浮き判定部３７は、ビットガイド３４に対するドライバビット３３の下降量を測定するように構成されており、前記ドライバ台２５に取り付けられた接触センサ３７１と、前記ビットガイド３４に取り付けられたドグ３７３とから構成されている。この接触センサ３７１は、その接触子３７２をドグ３７３に向けて設置されており、この接触子３７２の軸方向の撓み量を測定可能に構成されている。一方、前記ドグ３７３は、接触センサ３７１の接触子３７２の移動経路上に配置されており、図７に示すようにドライバビット３３の先端に係合したねじＳが被締結部材Ｗに着座するより前に接触子３７２が当該ドグ３７３に当接する高さに固定されている。このため、前記ビットガイド３４が被締結部材Ｗ上面に当接している状態において、接触子３７２の撓み量を測定することでねじＳの頭部座面が被締結部材Ｗに着座しているか否かつまりねじ浮きが発生しているか否かを判定可能となる。

【0017】

前記制動力発生部４０は、前記ドライバ台２５に取り付けられた制動駆動源の一例である低摩擦シリンダ４１と、前記下板１３に固定された当接部材４３とから構成されている。この低摩擦シリンダ４１には、所定のエア駆動源が接続されており、そのピストンロッド４２を常時下方に向けて伸張するように加圧されている。一方、前記当接部材４３は、低摩擦シリンダ４１のピストンロッド４２の移動経路上に配置されており、前記ビットガイド３４の下端が被締結部材Ｗに当接するより前にピストンロッド４２が当該当接部材４３に当接するよう所定の高さに固定されている。このため、ドライバユニット３０は、制動力発生部４０によって制動された後に被締結部材Ｗに当接するため、ビットガイド３４およびドライバビット３３の先端に保持されたねじＳが被締結部材Ｗに当接した際の衝撃力が軽減される。また、前記エア駆動源は、低摩擦シリンダ４１のエアの圧力を調節可能に構成されており、低摩擦シリンダ４１が前記ドライバユニット３０およびドライバ台２５の自重より大きくなおかつ前記ドライバ台２５の推力より小さい範囲に設定された制動力を出力するように調節されている。このため、制動力発生部４０は、ドライバユニット３０およびドライバ台２５の自重と、昇降モータ２６の回転駆動にともなって発生する推力の一部と相殺しあうこととなり、差分がドライバビット３３およびねじＳに付与される。なお、低摩擦シリンダ４１の制動力は、前記ドライバビット３３およびねじＳに付与される推力との差分がねじＳの適正推力となるように調節されている。また、低摩擦シリンダ４１からなるため、その作動時に生じる抵抗力および当該抵抗力が小さく、所定の推力を精度良く出力できる。

【0018】

前記チャックユニット５０は、フレーム２１の下板２３に固定され、ねじＳを案内する案内部材５１と、この案内部材５１を通過したねじＳを受け取る保持部材５４とを有する。案内部材５１は、その下面が待機状態の前記ビットガイド３４の下端と同じ高さになるように配されており、その内部には、ねじＳが通過可能な供給経路５２が貫通形成されている。この供給経路５２は、その穴径がねじＳの頭部径より大きく、なおかつねじＳが当該供給経路５２に対しての傾斜が４０度未満になるような寸法にて設定されている。また、この供給経路５２の上端には、ねじ供給ホース継手５３が接続されている。このねじ供給ホース継手５３には、外部の部品供給装置（図示せず）のねじ供給用ホース（図示せず）が連続しており、このねじ供給用ホース用も前記供給経路５２と同様にねじＳが通過可能かつ通過途中に反転しないような寸法に設定されている。このため、前記部品供給装置から供給されたねじＳは、反転することなく、ねじ供給用ホースおよび案内部材５１を通過して保持部材５４まで到達できる。一方、保持部材５４は、下板２３の下面に固定されるチャックシリンダ５５と、このチャックシリンダ５５の駆動部５５１に装着された保持部材５６とから構成されている。この保持部材５６は、その上面と前記案内部材５１の下面との隙間がねじＳの長さに比べて十分短くなるように配置されており、その上面には、保持穴５７が形成されている。なお、チャックシリンダ５５のストロークは、図２に示すように駆動部５５１が前進している時、保持穴５７が前記案内部材５１の供給経路５２に連続する一方、図３に示すように駆動部５５１が後退している時、保持穴５７が前記ビットガイド３４の挿通穴３４１に連続するような寸法に設定されている。つまり保持穴５７は、チャックシリンダ５５の駆動により、供給経路５２あるいは、挿通穴３４１の何れに連続するかが切替えられている。また、保持部材５６には、駆動部５５１が前進し、前記保持穴５７が前記供給経路５２に連続する際に前記ビットガイド３４の直下となる位置にビットガイド３４の外径より十分大きな穴径を有する通過穴５６１が形成されている。

【0019】

前記保持穴５７は、その内部にねじＳを吊り下げた状態で収容可能に構成された貫通穴であり、その下側には、保持穴５７内の空気を吸引する吸気駆動源（図示せず）が連続している。このため、保持穴５７内の供給されたねじＳは、確実に吸着保持されるとともに、その表面に付着した付着物が回収される。また、保持部材５６には、保持穴５７に直行する光通過穴５８が貫通形成されており、この光通過穴５８の両端には、これを塞ぐように一対の光学センサが対向配置されている。この光学センサは、対向して配置されている一方から他方に向けて投光するように構成されており、この投光された光が保持穴５７内のねじＳの軸部に遮断されることで、保持穴５７内にねじＳが吊下げ保持されていることを検出するように構成されている。さらに保持穴５７および前記供給経路５２には、直交する方向に貫通する通気穴が設けられており、この通気穴を通じて、部品供給装置がねじＳをエア圧送により供給した際の圧縮エアが排出されている。

【0020】

前記制御部６０は、前記位置制御機構２０と、ドライバユニット３０と、制動力発生部４０と、前記チャックユニット５０と、吸気手段および部品供給装置等の外部装置等に接続されており、これらから出力される各種信号を受信し、その信号に基づいて各種駆動源の動作を制御可能に構成されている。なお、制御部６０は、前記昇降モータ２６および前記低摩擦シリンダ４１が各種部品間で働く摩擦力や昇降モータ２６に供給される電流に生じるノイズの影響による出力値の変化等の外乱より十分大きな力で駆動するようにその出力を制御している。このように制御された昇降モータ２６と前記低摩擦シリンダ４１とが互いに相殺して、その差分が適正推力となるように構成されているため、低い適正推力を出力するにも関わらず外乱の影響の影響を受けることなく安定した推力での駆動が可能となる。さらに、制御部６０は、ドライバビット３３の高さ毎に締付モータ３１および昇降モータ２６のトルクを調節可能に構成されており、締め付けの段階毎に適した推力、締め付けトルクを出力させることが可能に構成されている。

【0021】

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。
駆動信号が入力されると、制御部６０は、水平多関節ロボットを駆動して、前記ドライバビット３３が被締結部材Ｗの下穴Ｗ１の延長線上に位置する所定のねじ締め位置までねじ締め機１０を移動させる。ねじ締め機１０がねじ締め位置に到達すると、制御部６０は、図２の（ａ）に示すように前記チャックシリンダ５５のピストンロッド４２を伸張させて、保持穴５７が前記供給経路５２に連通するまで保持部材５６を移動させる。保持穴５７が供給経路５２に連通すると、制御部６０は、前記部品供給装置を駆動させてねじＳを圧送する。この時、前記供給ホースおよび供給経路５２の穴径が前述の寸法に構成されているため、部品供給装置から圧送されたねじＳは、途中で反転することが無く保持穴５７まで供給される。この時、保持穴５７に供給されたねじＳにより光通過穴５８が遮られるため、制御部６０は、保持穴５７内にねじＳが到達したことを検出する。その後、制御部６０は、前記チャックシリンダ５５のピストンロッド４２を収縮駆動させ、図２の（ｂ）に示すように前記保持穴５７が前記供給経路５２に連通するまで保持部材５６を移動させる。保持穴５７がビットガイド３４に連続すると、制御部６０は、前記吸気手段を駆動させる。これにより、ビットガイド３４は、挿通穴３４１内にねじＳを吸引する。

【0022】

上述のようにねじＳがビットガイド３４に吸引されると、ねじＳにより遮断されていた光通過穴５８が開放され、光学センサが他方からの光を受信可能となる。これにより、制御部６０は、ねじＳが挿通穴３４１内に吸引されたことを検出し、再度図２の（ａ）に示すように前記チャックシリンダ５５のピストンロッド４２を再度伸張させて、前記保持穴５７が前記供給経路５２に連通するまで保持部材５６を移動させる。この時、前記保持部材５６の通過穴５６１がビットガイド３４の直下に到達する。通過穴５６１がビットガイド３４の直下に到達すると、制御部６０は、前記昇降モータ２６に駆動指令を出力してドライバユニット３０を被締結部材Ｗに向かって下降させる。また、制御部６０は、ドライバユニット３０の下降し始めるのと同時に前記締付モータ３１を被締結部材ＷにねじＳが螺入される方向に回転させる。この時、ビットガイド３４は、前述のようなセッティング荷重を有するクッションばね３６により被締結部材Ｗ側に付勢されているため、振動やモータ側への相対移動が防止される。このため、ビットガイド３４が吸着保持したねじＳを脱落することなく安定して被締結部材Ｗに向けて下降可能となる。

【0023】

上述のように下降するドライバユニット３０は、図５に示すようにドライバビット３３の下端が被締結部材Ｗに当接するより前に前記低摩擦シリンダ４１のピストンロッド４２が当接部材４３に当接する。これにより、ドライバユニット３０には、位置制御機構２０の下向き推力と制動力発生部４０の上向き推力の両方が負荷されており、これらが互いに相殺することでドライバユニット３０の下降速度が低下する。この時、低摩擦シリンダ４１の制動力がドライバ台２５の推力より小さく設定されているため、前記ドライバユニット３０は、低摩擦シリンダ４１のピストンロッド４２を収縮させながら徐々に下降する。その後、図６に示すように前記ビットガイド３４が被締結部材Ｗに当接する。このように被締結部材Ｗに当接したビットガイド３４は、位置制御機構２０の付勢を受け、徐々にクッションばね３６を撓ませながら前記ドライバビット３３を下方に相対移動させる。これにより、ドライバビット３３は、ビットガイド３４の挿通穴３４１内に吸着保持されたねじＳと嵌合し、その後、ドライバビット３３に押されたねじＳが被締結部材Ｗに当接する。この時、低摩擦シリンダ４１の制動力により、ドライバユニット３０の下降が低速となっているため、ビットガイド３４およびねじＳが被締結部材Ｗに当接した際の衝撃が小さくなり、被締結部材Ｗの破損が防止される。このように、被締結部材Ｗに当接したねじＳは、締付モータ３１の回転駆動を受けて被締結部材Ｗに締め付けられる。なお、位置制御機構２０は、図７に示すようにねじＳが被締結部材Ｗに着座して、締め付け完了となるまでドライバユニット３０を下方に付勢し続ける。

【0024】

なお、上記ねじ締め過程において、前記制御部６０は、ねじＳがドライバビット３３から外れないように段階的に位置制御機構２０の推力を調節している。このため、精度の良いねじ締めが可能となる。また、低摩擦シリンダ４１の制動力が前記ドライバユニット３０およびドライバ台２５の自重より大きく調節されており、この制動力がドライバユニット３０およびドライバ台２５の自重と昇降モータ２６の回転駆動にともなって発生する推力の一部と相殺しあう。このため、被締結部材Ｗには、その差分であるねじＳの適正推力と、ビットガイド３４の自重およびクッションばね３６の反力とのみが付与されることとなる。この時、上述のようにクッションばね３６が比較的弱い設定になっているため、被締結部材Ｗに付与される推力がより小さくなる。これにより、基板等湾曲し易い被締結部材Ｗにおいても、ビットガイド３４を被締結部材Ｗに当接させることが可能となる。また、クッションばね３６が弱く設定されているため、ビットガイド３４に係る負荷も軽減され、ビットガイド３４の寿命が延びるという利点も有する。

【0025】

その後、ねじＳが被締結部材Ｗに締結され、前記締付モータ３１の締め付けトルクが予め設定された値に到達すると、制御部６０は、前記ねじ浮き判定部３７の接触センサ３７１からの信号に基づきねじ浮き判定を行う。この時、ビットガイド３４が被締結部材Ｗに当接しているため、下穴Ｗ１周辺の高さを基準面としてねじ浮きを判定可能となる。これにより、例えば被締結部材Ｗが下向きに湾曲し、下穴Ｗ１が当初設定された高さより低い位置に位置していても何ら変わりなくねじＳを締め付けることが可能となる。このような、ねじ浮き判定において、接触センサ３７１の接触子３７２の撓み量が所定の範囲内であれば、制御部６０は、ねじ浮きが発生していないと判定し、前記締付モータ３１を停止させるとともに昇降モータ２６を駆動させて、ドライバユニット３０を当初の高さまで復帰させる。

【0026】

なお、チャックユニット５０は、前記通過穴５６１がビットガイド３４の直下に到達した際、前記保持穴５７も供給経路５２に連通するように構成されており、ねじ締め動作中に次段のねじＳを供給することができるため、ねじ締め動作終了後、別途ねじＳを供給するものより、サイクルタイムが短くなる。

【0027】

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、前記ねじ浮き判定部３７は、ビットガイド３４とドライバビット３３との相対距離を測定する測定手段として、接触センサ３７１を備えていたがこれに限定されることなく、近接センサや非接触式の距離センサ等であっても何ら問題無い。また、チャックシリンダ５５は、保持穴５７が供給経路５２あるいは挿通穴３４１のどちらに連続するかを切り替える切替手段の一例であり、ボールねじ機構等、他の手段であっても何ら問題無い。さらに、前記クッションばね３６は、ビットガイド３４を当該ビットガイド３４の自重を含めて１．５倍から４倍の範囲の力で被締結部材Ｗ側に付勢するセッティング荷重と、当該ビットガイド３４の自重を含めて５倍以下の力で被締結部材Ｗ側に付勢する圧縮荷重とを有する圧縮ばねで構成されるよう、ビットガイド３４の角度の角度によって変更されることが好まれる。例えばねじ締め機１０の上方に配置された被締結部材Ｗに対してしてねじＳを締結する場合、クッションばね３６は、セッティング荷重がビットガイド３４の重さの２．５倍から５倍の範囲となり、なおかつ圧縮荷重がビットガイド３４の重さの６倍以下の範囲となるように設計されていることが好ましい。

【符号の説明】

【0028】

１０ … ねじ締め機
２０ … 位置制御機構
３０ … ドライバユニット
３１ … 締付モータ
３３ … ドライバビット
３４ … ビットガイド
３４１… 挿通穴
４０ … 制動力発生部
４１ … 制動駆動源
４３ … 当接部材
５０ … チャックユニット
５１ … 案内部材
５２ … 供給経路
５４ … 保持部
５６ … 保持部材
５７ … 保持穴
Ｓ … ねじ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】