特開 2024-39268 ねじ締結装置及びねじ締結方法

(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】P2024039268

(43)【公開日】2024-03-22

(54)【発明の名称】ねじ締結装置及びねじ締結方法

(51)【国際特許分類】

   B23P 19/06 20060101AFI20240314BHJP

【ＦＩ】

B23P19/06 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022143690

(22)【出願日】2022-09-09

(71)【出願人】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001999

【氏名又は名称】弁理士法人はなぶさ特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】成田 透

(72)【発明者】

【氏名】保坂 秀樹

(57)【要約】

【課題】ねじの締結品質を確保することが可能なねじ締結装置及びねじ締結方法を提供する。
【解決手段】ビット２７を回転させてボルト１５の嵌合穴１９に嵌合させるに際し、チャック爪３５，３５によってボルト１５の頭部１６を第１把持力（把持力強）で把持したので、ビット２７をボルト１５の嵌合穴１９に円滑かつ確実に嵌合させることができる。また、ビット２７を回転させてボルト１５をワーク２のねじ穴３に螺合させるに際し、チャック爪３５，３５によってボルト１５の頭部１６を第２把持力（把持力弱）で把持したので、ボルト１５をねじ穴３に容易に螺合させることができる。これにより、ボルト１５の締結品質を確保することができる。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

頭部に嵌合穴が形成されたねじを被締結部品に締結させるねじ締結装置であって、
先端部がねじの嵌合穴に嵌合されるビットが装着されたねじ締結ユニットと、前記ねじ締結ユニットをねじ切出し位置とねじ締結位置とに位置決め可能な位置決めユニットと、を備え、
前記ねじ切出し位置には、ねじ供給装置から供給されたねじが頭部を上に向けて配置され、
前記ねじ締結ユニットには、前記ねじ切出し位置に切り出されたねじの頭部を把持するチャックユニットが設けられ、
前記チャックユニットは、一対のチャック爪と、前記一対のチャック爪による把持力を調節可能なアクチュエータと、を有し、
前記チャック爪の先端部には、ねじの頭部の外周面に当接される外周面当接部と、ねじの頭部の座面に当接される座面当接部と、が設けられ、
前記アクチュエータは、前記ビットを回転させて前記ビットをねじの嵌合穴に嵌合させるに際し、前記チャック爪とねじとの相対回転を制限する第１把持力を出力し、前記ビットを回転させてねじをねじ穴に螺合させるに際し、前記チャック爪とねじとの相対回転を許容する第２把持力を出力することを特徴とするねじ締結装置。

【請求項2】

請求項１に記載のねじ締結装置であって、
前記一対のチャック爪によって把持されたねじの嵌合穴と前記ビットとの嵌合状態を判定する嵌合状態判定手段を備え、
前記嵌合状態判定手段は、前記ねじ締結ユニットの可動部に設けられた被検出部と、前記ねじ締結ユニットの固定部に設けられたセンサと、前記センサの検出結果に基づいて前記嵌合状態を判定する制御ユニットと、を備えることを特徴とするねじ締結装置。

【請求項3】

先端部がねじの嵌合穴に嵌合されるビットを装着したねじ締結ユニットと、前記ねじ締結ユニットをねじ切出し位置とねじ締結位置とに位置決めする位置決めユニットと、を備えるねじ締結装置を用いたねじ締結方法であって、
前記ねじ締結ユニットに、前記ねじ切出し位置に切り出されたねじの頭部を把持するチャックユニットを設け、
前記チャックユニットを、一対のチャック爪と、前記一対のチャック爪による把持力を調節可能なアクチュエータと、によって構成し、
前記チャック爪の先端部に、ねじの頭部の外周面に当接される外周面当接部と、ねじの頭部の座面に当接される座面当接部と、を設けておいて、
前記チャック爪とねじとの相対回転を制限する第１把持力でねじの頭部を把持するステップと、
前記ビットを回転させることにより、前記第１把持力で把持されたねじの嵌合穴と前記ビットとを嵌合させるステップと、
前記チャック爪とねじとの相対回転を許容する第２把持力でねじの頭部を把持するステップと、
前記ビットを回転させることにより、前記第２把持力で把持されたねじをねじ穴に螺合させるステップと、
前記一対のチャック爪を開いてねじをねじ穴に締め付けるステップと、
を含むことを特徴とするねじ締結方法。

【請求項4】

請求項３に記載のねじ締結方法であって、
前記ねじ締結ユニットの可動部に被検出部を設け、前記ねじ締結ユニットの固定部にセンサを設け、
前記センサの検出結果に基づき、前記一対のチャック爪によって把持されたねじの嵌合穴と前記ビットとの嵌合状態を判定するステップを含むことを特徴とするねじ締結装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、頭部に嵌合穴が形成されたねじを被締結部品に締結させるねじ締結装置、及び該ねじ締結装置を用いたねじ締結方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、チャック爪１２によって保持されたねじＳをスクリューガイド２１内に吸着保持するねじ締め機１（以下「先行技術」と称する）が開示されている。先行技術によれば、ねじＳを吸着保持したスクリューガイド２１をビットＢとともに下降させ、スクリューガイド２１がワークＷの上面Ｗｂに当接した時点でビットＢがスクリューガイド２１に対して軸方向へ相対移動し、スクリューガイド２１内のねじＳにビットＢが係合される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１３０１８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

先行技術では、ビットをねじに係合させるとき、チャック爪で把持していないので、吸着されただけのねじにビットを確実に係合させることが困難である。ビットとねじとの係合が不十分である場合、スクリューガイド内でねじが傾く、延いてはねじがねじ穴に対して傾くため、ねじがねじ穴に食い付き難くなる。他方、ねじをチャック爪で強固に保持した場合、ねじの締付トルクがばらつき、ねじの締結品質が低下する虞がある。

【0005】

本発明は、ねじの締結品質を確保することが可能なねじ締結装置及びねじ締結方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のねじ締結装置は、頭部に嵌合穴が形成されたねじを被締結部品に締結させるねじ締結装置であって、先端部がねじの嵌合穴に嵌合されるビットが装着されたねじ締結ユニットと、前記ねじ締結ユニットをねじ切出し位置とねじ締結位置とに位置決め可能な位置決めユニットと、を備え、前記ねじ切出し位置には、ねじ供給装置から供給されたねじが頭部を上に向けて配置され、前記ねじ締結ユニットには、前記ねじ切出し位置に切り出されたねじの頭部を把持するチャックユニットが設けられ、前記チャックユニットは、一対のチャック爪と、前記一対のチャック爪による把持力を調節可能なアクチュエータと、を有し、前記チャック爪の先端部には、ねじの頭部の外周面に当接される外周面当接部と、ねじの頭部の座面に当接される座面当接部と、が設けられ、前記アクチュエータは、前記ビットを回転させて前記ビットをねじの嵌合穴に嵌合させるに際し、前記チャック爪とねじとの相対回転を制限する第１把持力を出力し、前記ビットを回転させてねじをねじ穴に螺合させるに際し、前記チャック爪とねじとの相対回転を許容する第２把持力を出力することを特徴とする。
本発明のねじ締結方法は、先端部がねじの嵌合穴に嵌合されるビットを装着したねじ締結ユニットと、前記ねじ締結ユニットをねじ切出し位置とねじ締結位置とに位置決めする位置決めユニットと、を備えるねじ締結装置を用いたねじ締結方法であって、前記ねじ締結ユニットに、前記ねじ切出し位置に切り出されたねじの頭部を把持するチャックユニットを設け、前記チャックユニットを、一対のチャック爪と、前記一対のチャック爪による把持力を調節可能なアクチュエータと、によって構成し、前記チャック爪の先端部に、ねじの頭部の外周面に当接される外周面当接部と、ねじの頭部の座面に当接される座面当接部と、を設けておいて、前記チャック爪とねじとの相対回転を制限する第１把持力でねじの頭部を把持するステップと、前記ビットを回転させることにより、前記第１把持力で把持されたねじの嵌合穴と前記ビットとを嵌合させるステップと、前記チャック爪とねじとの相対回転を許容する第２把持力でねじの頭部を把持するステップと、前記ビットを回転させることにより、前記第２把持力で把持されたねじをねじ穴に螺合させるステップと、を含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、ねじの締結品質を確保することが可能なねじ締結装置及びねじ締結方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施形態に係るねじ締結装置の平面図である。

【図2】本実施形態に係るねじ締結装置の主要部の正面図である。

【図3】本実施形態の説明図であって、一対のチャック爪の断面図である。

【図4】本実施形態に係るねじ締結装置の嵌合状態判定手段の説明図であって、（Ａ）はビットが原位置に位置している状態、（Ｂ）はビットが嵌合穴に正常に嵌合している状態、（Ｃ）はビットがボルトの頭部に乗り上げた状態を示す。

【図5】本実施形態に係るねじ締結方法の説明図であって、ナットランナがねじ切出し位置に位置決めされた状態を示す図である。

【図6】本実施形態に係るねじ締結方法の説明図であって、ボルトの頭部が一対のチャック爪によって把持された状態を示す図である。

【図7】本実施形態に係るねじ締結方法の説明図であって、ボルトの嵌合穴にビットを嵌合させたナットランナを図５と同じ高さまで上昇させた状態を示す図である。

【図8】本実施形態に係るねじ締結方法の説明図であって、ビットを回転させてボルトをワークのねじ穴に螺合させた状態を示す図である。

【図9】本実施形態に係るねじ締結方法の説明図であって、一対のチャック爪を開いてボルトを締め付ける状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明の一実施形態を添付した図を参照して説明する。
図１に示されるように、ねじ締結装置１は、ナットランナ２１（ねじ締結ユニット）と、ナットランナ２１を移動及び位置決めする位置決めユニット１１と、を備える。位置決めユニット１１は、ＸＹテーブル１２と、ナットランナ２１が取り付けられるＺテーブル１３とを有する。便宜上、位置決めユニット１１に定められた機械座標系のＺ方向をそのままＺ方向と称する。

【0010】

なお、本実施形態においてワーク２（被締結部品）に締結されるねじは、略円柱形の頭部１６の端面にヘクサロビュラ穴（以下「嵌合穴１９」と称する）が形成されたボルト１５（図５参照）である。ボルト１５は、ボルト供給装置（図示省略）によって整列された後、図５に示されるように、ボルト切出し装置５によって１本づつ頭部１６を上に向けて直立して切り出される。

【0011】

本実施形態において、ナットランナ２１、位置決めユニット１１、ボルト供給装置、及びボルト切出し装置５は、既存のナットランナ、位置決めユニット、ボルト供給装置、及びボルト切出し装置が適用される。よって、明細書の記載を簡潔にすることを目的に、ナットランナ２１、位置決めユニット１１、ボルト供給装置、及びボルト切出し装置５に関する詳細な説明を省略する。

【0012】

図２に示されるように、ねじ締結装置１は、ボルト切出し装置５によって切り出されたボルト１５（図５参照）の頭部を把持するチャックユニット３１を備える。チャックユニット３１は、一対のチャック爪３５，３５と、一対のチャック爪３５，３５を駆動する２爪型の電動グリッパ３２（アクチュエータ）と、を有する。電動グリッパ３２は、ソケットアセンブリ２３の外筒部２４（固定部）に取り付けられる。なお、電動グリッパ３２は、既存の電動グリッパが適用される。

【0013】

一対のチャック爪３５，３５は、図２及び図３において左右対称をなす。図３に示されるように、チャック爪３５の上端には、略扇形のフランジ３９（外フランジ）が形成される。フランジ３９には、電動グリッパ３２の爪３３（図２参照）が結合される。これにより、電動グリッパ３２の一対の爪３３，３３を開閉させると、一対のチャック爪３５，３５が開閉する。

【0014】

他方、チャック爪３５の下端部（先端部）には、ボルト１５の頭部１６の外周面１７が当接される外周面当接部３６と、ボルト１５の頭部１６の座面１８が当接される座面当接部３７と、が設けられる。外周面当接部３６は、チャック爪３５の内周面３８に設けられ、ボルト１５の頭部１６の外周面１７に対応する曲面を有する。座面当接部３７は、外周面当接部３６の下端に設けられ、ボルト１５の頭部１６の座面１８が着座する。なお、一対のチャック爪３５，３５間には、ソケットアセンブリ２３（図２参照）に装着されたビット２７が挿通される。

【0015】

ねじ締結装置１は、一対のチャック爪３５，３５によってボルト１５の頭部１６を把持した状態（図６参照）で、ビット２７がボルト１５の嵌合穴１９に正常に嵌合されているか否かを判定する嵌合状態判定手段を備える。図２、図４を参照すると、嵌合状態判定手段は、ブラケット４２を介して電動グリッパ３２（固定部）の一側面（図２における左側面）に設けられた投光部４３と、ブラケット４４を介して電動グリッパ３２の他側面（図２における右側面）に設けられた受光部４５と、によって構成される光電センサ４１（以下「センサ４１」と称する）を有する。

【0016】

嵌合状態判定手段は、ソケットアセンブリ２３の内筒部２５（可動部）に固定された検出子４７（被検出部）と、センサ４１の検出結果に基づいてビット２７とボルト１５の嵌合穴１９との嵌合状態を判定する制御ユニット（図示省略）と、を有する。なお、検出子４７は、一定の板厚を有するリング形状をなす。制御ユニットは、投光部４３から発せられたセンサ光が検出子４１によって遮られてセンサ４１がＯＮすることで（図４の（Ｂ）参照）、ビット２７とボルト１５の嵌合穴１９とが正常に嵌合されていると判定する。

【0017】

なお、ビット２７が原位置（図５参照）に位置しているとき（図４の（Ａ）参照）、投光部４３から発せられた光Ｌが検出子４１の上方を通過し、受光部４５に到達してセンサ４１がＯＦＦすることにより、制御ユニットは、ビット２７とボルト１５の嵌合穴１９とが正常に嵌合されていない（ＮＧ）と判定する。他方、ビット２７がボルト１５の頭部１６に乗り上げているとき（図４の（Ｃ）参照）、投光部４３から発せられたセンサ光が検出子４１の下方を通過し、受光部４５に到達してセンサ４１がＯＦＦすることにより、制御ユニットは、ビット２７とボルト１５の嵌合穴１９とが正常に嵌合されていない（ＮＧ）と判定する。

【0018】

次に、図５乃至図９を参照し、ねじ締結装置１を用いたねじ締結方法を説明する。
まず、図５に示されるように、ナットランナ２１（ねじ締結ユニット）のビット２７を、ボルト切出し装置５によって切り出されたボルト１５と同軸に位置決めする。便宜上、このときのナットランナ２１のＺ方向の位置をＺ０とする。このとき、チャックユニット３１の一対のチャック爪３５，３５は全開である。さらに、ソケットアセンブリ２３は、内蔵された圧縮ばね（図示省略）の付勢力によって内筒部２５が伸長されている。これにより、ビット２７は、先端部（下端部）がチャック爪３５，３５の下端から突出した原位置に位置する。

【0019】

次に、ナットランナ２１を下降させ、ナットランナ２１をＺ１（ボルト把持位置、図６参照）に位置決めする。これにより、ビット２７がボルト１５の頭部１６によって押し上げられ、ソケットアセンブリ２３が縮長される。次に、図６に示されるように、一対のチャック爪３５，３５を閉じてボルト１５の頭部１６を把持する。ボルト１５は、頭部１６の外周面１７が一対のチャック爪３５，３５の外周面当接部３６，３６によって挟み付けられ、頭部１６の座面１８が一対のチャック爪３５，３５の座面当接部３７，３７に着座する。

【0020】

この状態で、ビット２７を正回転させ、ビット２７をボルト１５の嵌合穴１９（ヘクサロビュラ穴）に嵌合させる。このとき、電動グリッパ３２は、チャック爪３５，３５とボルト１５との相対回転を制限する第１把持力（把持力強）でボルト１５の頭部１６を把持しているので、ビット２７をボルト１５の嵌合穴１９に円滑かつ確実に嵌合させることが可能である。

【0021】

そして、嵌合状態判定手段のセンサ４１がＯＮすると（図４の（Ｂ）参照）、図７に示されるように、ナットランナ２１を上昇させてＺ０に位置決めする。これにより、ボルト１５は、ボルト切出し装置５から引き抜かれる。なお、ビット２７を回転させた後、センサ４１がＯＦＦのとき、制御ユニット（図示省略）は、ビット２７とボルト１５との嵌合状態が正常ではない（ＮＧ）と判定し、アラームを発生する。また、ボルト切出し装置５は、ボルト１５をナットランナ２１へ受け渡すと、次のボルト１５を切出して待機する。

【0022】

次に、ナットランナ２１（ビット２７）を、ワーク２（被締結部品）の指定されたねじ穴３（図８参照）と同軸のねじ締結位置に位置決めする。位置決め完了後、ナットランナ２１を下降させ、ボルト１５の棒先をねじ穴３に挿入する。この状態で、ビット２７を正回転させ、図８に示されるように、ボルト１５をねじ穴３に螺合させる。このとき、電動グリッパ３２は、チャック爪３５，３５とボルト１５との相対回転を許容する第２把持力（把持力弱）でボルト１５の頭部１６を把持しているので、ボルト１５の軸が振れることなく、ボルト１５を円滑に回転させることが可能である。

【0023】

次に、チャックユニット３１のチャック爪３５，３５を開き（図９参照）、一対のチャック爪３５，３５によるボルト１５の頭部１６の把持を解消し、さらにボルト１５を正回転させる。そして、図９に示されるように、ボルト１５の座面１８がワーク２に着座し、ボルト１５の締付トルクが設定トルクに到達した時点で、ビット２７の回転を停止させる。次に、ナットランナ２１を上昇させ、ナットランナ２１をＺ０に位置決めする。

【0024】

そして、図５に示されるように、ナットランナ２１のビット２７を、ボルト切出し装置５によって切り出された次のボルト１５と同軸に位置決めする。ねじ締結装置１は、ワーク２の指定された全てのねじ穴３（図８参照）にボルト１５を締結させるまで、前述したステップを繰り返す。

【0025】

ここで、先行技術では、ビットをボルト（ねじ）に嵌合させるとき、ボルトをチャック爪で把持していないので、ビットをボルトに確実に嵌合させるのが困難である。ビットとボルトとの嵌合が不十分である場合、ビットの回転力がボルトにうまく伝わらず、ボルトがねじ穴に螺合し難く（食い付き難く）なる。

【0026】

これに対し、本実施形態では、チャック爪３５の先端部に、ボルト１５の頭部１６の外周面１７が当接される外周面当接部３６と、ボルト１５の頭部１６の座面１８が当接される座面当接部３７とを設け、ビット２７を回転させてビット２７をボルト１５の嵌合穴１９に嵌合させるに際し、ボルト１５の頭部１６を、チャック爪３５，３５とボルト１５の頭部１６との相対回転を制限する第１把持力（把持力強）で把持したので、ビット２７をボルト１５の嵌合穴１９に円滑かつ確実に嵌合させることができる。
また、本実施形態では、ビット２７を回転させてボルト１５をワーク２のねじ穴３に螺合させる（食い付かせる）に際し、ボルト１５の頭部１６を、チャック爪３５，３５とボルト１５の頭部１６との相対回転を許容する第２把持力（把持力弱）で把持したので、ボルト１５がねじ穴３に対して傾くことを抑止し、ボルト１５をねじ穴３に容易に螺合させる（食い付かせる）ことができる。また、ボルト１５を締め付けている間は、一対のチャック爪３５，３５が開いている、即ち、一対のチャック爪３５，３５によるボルト１５の頭部１６の把持が解消されているので、ボルト１５の締付トルクが安定し、ボルト１５の締結品質を確保することができる。
さらに、本実施形態では、嵌合状態判定手段は、ビット２７とボルト１５の嵌合穴１９との嵌合状態がＮＧであると判定した場合、アラームを発生するので、チャック爪３５，３５がボルト１５を掴み損なった状態（図４の（Ａ）参照）、或いはビット２７がボルト１５の頭部１６に乗り上げた状態（図４の（Ｃ）参照）で、締結動作が継続される事態を防ぐことができる。

【0027】

なお、実施形態は、前述した形態に限定されるものではなく、例えば、次のように構成することができる。
本実施形態では、センサ４１の検出子４７をソケットアセンブリ２３の内筒部２５に取り付けたが、ビット２７と一体でＺ方向へ移動する突起等をセンサ４１によって検出するように嵌合状態判定手段を構成してもよい。また、ビット２７と一体でＺ方向へ移動する部材に溝又は貫通孔を設け、センサ４１がＯＦＦしたときに嵌合状態が正常であると判定するように嵌合状態判定手段を構成してもよい。
また、本実施形態では、軸部の先端が棒先のボルト１５を適用したが、軸部の先端が平先（全ねじ）のボルト１５を適用してもよい。この場合、ボルト１５とねじ穴３との初期の食い付きを容易にするため、ビット２７を正回転させる前に所定量だけ逆回転させてもよい。

【符号の説明】

【0028】

１ ねじ締結装置、２ ワーク（被締結部品）、１１ 位置決めユニット、１５ ボルト（ねじ）、１６ 頭部、１９ 嵌合穴、２１ ナットランナ（ねじ締結ユニット）、２７ ビット、３１ チャックユニット、３２ 電動グリッパ（アクチュエータ）、３５ チャック爪、３６ 外周面当接部、３７ 座面当接部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】