特開 2024-91008 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】P2024091008

(43)【公開日】2024-07-04

(54)【発明の名称】ねじ締め機

(51)【国際特許分類】

   B23P 19/06 20060101AFI20240627BHJP

   B25B 23/10 20060101ALI20240627BHJP

【ＦＩ】

B23P19/06 C

B25B23/10 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022207255

(22)【出願日】2022-12-23

(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

【テーマコード（参考）】

3C038

【Ｆターム（参考）】

3C038AA01

3C038BB01

3C038BC04

3C038EA03

(57)【要約】

【課題】本発明は、気密パッキンの摩耗し難いねじ締め機を提供する。
【解決手段】
ねじの頭部と嵌合する嵌合孔３７１が形成されたボックスビット３７と、前記ボックスビット３７が連結されるビット軸３５と、前記ビット軸３５およびボックスビット３７を回転駆動させる回転駆動源３２とを備え、前記ビット軸３５およびボックスビット３７には、ビット軸３５の外周に形成された開口部３５２から前記ボックスビット３７の嵌合孔３７１まで連続する通気孔３５１が形成され、前記開口部３５２は、前記ビット軸３５に相対回転可能に装着された吸気ユニット４０に被覆され、前記吸気ユニット４０には、空気を吸引可能な負圧発生手段が連続しているとともにビット軸３５との間に設けられた気密パッキンにより気密性が保持され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】

ねじの頭部と嵌合する嵌合孔が形成されたボックスビットと、前記ボックスビットが連結されるビット軸と、前記ビット軸およびボックスビットを回転駆動させる回転駆動源とを備え、
前記ビット軸およびビット軸は、前記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ドライバユニットと、
前記ドライバユニットを移動させる位置制御機構とを備えたねじ締め機において、
前記ビット軸およびボックスビットには、ビット軸の外周に形成された開口部から前記ボックスビットの嵌合孔まで連続する通気孔が形成され、
前記開口部は、前記ビット軸に相対回転可能に装着された吸気ユニットに被覆され、
前記吸気ユニットには、空気を吸引可能な負圧発生手段が連続しているとともにビット軸との間に設けられた気密パッキンにより気密性が保持されていることを特徴とするねじ締め機。

【請求項2】

前記吸気ユニットは、ビット軸を被覆する殻部材および殻部材の開口部を封鎖する閉鎖蓋を備え、
前記殻部材の内部には、当該殻部材および閉鎖蓋と前記ビット軸との相対回転を許容する回転摺動部材と、前記気密パッキンとが内包されており、
前記気密パッキンは、閉鎖蓋とビット軸との間を密閉するよう配置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】

前記吸気ユニットは、回り止め部材によってビット軸と供回りすることが防止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】

前記ビット軸は、クッションばねによって前記回転駆動源と離反する方向に付勢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5】

前記負圧発生手段には、ビット軸およびボックスビットの内部の気圧を測定可能な圧力センサが設けられていること特徴とする請求項１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、ねじをワークに締結するねじ締め機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ボックスビット１０２を備えたねじ締め機１００として特許文献１に開示されたねじ締め機１００が知られている。このねじ締め機１００は、図４に示すように前記ねじと嵌合する嵌合孔１０１を備えたボックスビット１０２を締結モータ１０３により回転させるドライバユニット１０４と、このドライバユニット１０４を移動される位置制御機構１０５から構成されており、位置制御機構１０５の駆動を受けてワーク（図示せず）に向かい移動するボックスビット１０２が締結モータ１０３によって所定のトルクで回転することにより、ねじをワークに締結可能となっていた。また、前記ドライバユニット１０４は、締結モータ１０３の出力軸に連結される連結継手１０６と、この連結継手１０６とボックスビット１０２とを接続するビット軸１０７を有しており、ビット軸１０７は、前記連結継手１０６に対して、軸方向に相対移動可能に構成されているとともにビット軸１０７は、連結継手１０６に収容されたクッションばね１０８によって常時下方に付勢されている。このため、ねじとワークとが当接した瞬間等に生じる軸方向の衝撃を吸収することが可能でワークやねじの破損を防止出来る。さらに、前記ボックスビット１０２およびビット軸１０７には、軸方向に貫通する通気孔１０９が形成されている。この通気孔１０９の開口部は、前記位置制御機構１０５に固定されたハウジング１１０に覆われており、ハウジング１１０には、負圧発生手段（図示せず）まで連続するホース継手１１１が接続されている。このように、通気孔１０９が負圧発生手段に連続することにより、ボックスビット１０２の嵌合孔１０１にねじを吸着保持することが可能となる。なお、前記ハウジング１１０とビット軸１０７の間には、オムニシール等の気密パッキン１１２が配置されており、気密性が保持されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実開昭５９－１８８１６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来のねじ締め機１００は、前記ハウジング１１０が位置制御機構１０５に固定されていた。このため、ねじとねじ穴がずれている等によりビット軸１０７が傾斜すると、ビット軸１０７により気密パッキン１１２が圧迫されることとなり、ビット軸１０７と気密パッキン１１２との間で摩擦力が上昇する。この状態でビット軸１０７が回転したり、軸方向に移動したりすると、気密パッキン１１２の摩耗が激しく、短期間で破損することがあった。また、空気中の埃等がビット軸１０７の表面に付着した状態で当該ビット軸１０７が軸方向に相対移動すると、前記埃等の付着物が気密パッキン１１２を傷つけたり、気密パッキン１１２とビット軸１０７との間に入り込み隙間を形成することがあった。これらのように気密パッキン１１２が破損したり、気密パッキン１１２との間に付着物等が入り込むと、気密パッキン１１２による気密性が保持できなくなるため、嵌合穴１０１からねじが脱落する等の問題が発生する。また、これら理由により、従来のねじ締め機１００は、気密パッキン１１２を比較的短期間毎に交換する必要があり、作業効率が悪いという問題もあった。

【0005】

そのため、本発明は、気密パッキンが摩耗し難いねじ締め機の提供を目的とする。

【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、ねじの頭部と嵌合する嵌合孔が形成されたボックスビットと、前記ボックスビットが連結されるビット軸と、前記ビット軸およびボックスビットを回転駆動させる回転駆動源とを備え、前記ビット軸およびビット軸は、前記回転駆動源に対して軸方向に相対移動可能に構成されたドライバユニットと、前記ドライバユニットを移動させる位置制御機構とを備えたねじ締め機において、前記ビット軸およびボックスビットには、ビット軸の外周に形成された開口部から前記ボックスビットの嵌合孔まで連続する通気孔が形成され、前記開口部は、前記ビット軸に相対回転可能に装着された吸気ユニットに被覆され、前記吸気ユニットには、空気を吸引可能な負圧発生手段が連続しているとともに当該吸気ユニットとビット軸との間を密閉する気密パッキンが設けられ、前記負圧発生手段が駆動することにより、前記ボックスビットの嵌合部にねじを吸着保持可能に構成されることが好ましい。なお、前記吸気ユニットは、ビット軸を被覆する殻部材および殻部材の開口部を封鎖する閉鎖蓋を備え、前記殻部材の内部には、当該殻部材および閉鎖蓋と前記ビット軸との相対回転を許容する回転摺動部材と、前記気密パッキンとが内包されており、前記気密パッキンは、閉鎖蓋とビット軸との間を密閉するよう配置されていることが好ましい。また、前記吸気ユニットは、回り止め部材によってビット軸に供回りが防止されていることが好ましい。さらに前記ビット軸は、クッションばねによって前記回転駆動源と離反する方向に付勢されていることが好ましい。しかも前記負圧発生手段には、ビット軸およびボックスビットの内部の気圧を測定可能な圧力センサが設けられていることが好ましい。

【発明の効果】

【0007】

本発明のねじ締め機によれば、負圧発生手段が接続される吸気ユニットがビット軸に装着されている。このため、ビット軸の傾斜および軸方向への移動に従動することができ、ビット軸が傾斜あるいは、軸方向へ移動しても気密パッキンが摩耗しない。このため、気密パッキンが破損し難くなる等の利点がある。また、これにより、気密パッキンの寿命が延び、交換頻度が低下するため、作業効率が向上する等の利点もある。なお、吸気ユニットがビット軸およびこれを被覆する殻部材の相対回転を許容する回転摺動部材を備えているため、吸気ユニットがビット軸と一体に回転することがなく、吸気ユニットが締結工程に影響を与えない等の利点がある。また、回り止め部材によって供回りが防止されているため、負圧発生手段との接続部品が動かずホース等が絡まる恐れがない等の利点がある。さらに、ビット軸を回転駆動源から離反する方向に付勢するクッションばねを備えることにより、ねじとワークとが当接した際の衝撃を吸収することが可能等の利点もある。しかも、負圧発生手段が圧力センサを備えおり、ボックスビットがねじを吸着保持したことを即座に検出できるため、サイクルタイムが向上する等の利点もある。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明に係るねじ締め機の構造を示す一部断面側面図である。

【図2】本発明に係るねじ締め機の要部の構造を示す要部拡大一部切欠き断面側面図である。

【図3】本発明に係るねじ締め機の要部の構造を示す要部拡大底面図である。

【図4】従来のねじ締め機の構造を示す一部断面側面図である。

【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ないし図３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（図示せず）を締結するねじ締め機である。このねじ締め機１０は、多関節ロボット（図示せず）の駆動を受けて水平方向に移動可能な位置制御機構２０と、この位置制御機構２０に支持されるドライバユニット３０と、これら位置制御機構２０およびドライバユニット３０の駆動を制御する制御部とを有している。なお、ねじは、六角柱形状の頭部およぶ頭部と一体に形成された脚部からなる六角ボルトであり、脚部の外周には、おねじが形成されている。

【0010】

前記位置制御機構２０は、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駆動ナット（図示せず）を介して前記ドライバ台２５が連結されている。これら構造により、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、ガイドロッド２４に沿って昇降可能となる。

【0011】

前記ドライバユニット３０は、図１に示すように前記位置制御機構２０のドライバ台２５の上面に固定されるモータ台３１を備えている。このモータ台３１には、回転駆動源の一例である締結用ＡＣサーボモータ３２（以下、締結モータ３２という）がその出力軸をモータ台３１内に挿入するよう固定されており、この締結モータ３２の出力軸には、一体に回転可能な軸継手３３が連結されている。この軸継手３３は、その下端に挿入孔３３１が形成されており、この挿入孔３３１には、軸継手３３と一体に回転可能に構成されたビット軸３５が挿入されている。このビット軸３５は、前記位置制御機構２０の下板２３より下方まで伸びており、その下端には、前記ねじと嵌合可能な六角柱形状の嵌合孔３７１を有するボックスビット３７が装着されている。また、前記挿入孔３３１には、軸方向に延びる長孔３３２が交差しており、この長孔３３２には、これに沿って昇降自在に構成された連結ピン３４が挿通されている。この連結ピン３４は、前記ビット軸３５を吊下しており、頭部を有さないいもねじ（図示せず）によって固定されている。また、前記挿入孔３３１には、前記ビット軸３５を常時下方に付勢するクッションばね３６が封入されている。このクッションばね３６の付勢により、ビット軸３５は、前記連結ピン３４が長孔３３２の下端に常時当接するように押し出されている一方、ビット軸３５が上方向に押圧されるとクッションばね３６が撓み、ビット軸３５および連結ピン３４が前記軸継手３３および締結モータ３２に対して相対移動可能となる。

【0012】

ビット軸３５およびボックスビット３７には、その軸方向に貫通する通気孔３５１が形成されている。この通気孔３５１は、その下端が前記ボックスビット３７前記嵌合孔３７１まで連通している一方、その上端は、前記軸継手３３より十分下方でビット軸３５の径方向外側に向かい屈曲しており、ビット軸３５の外周に開口部３５２を形成している。この通気孔３５１の開口部３５２は、ビット軸３５の外周に設けられた吸気ユニット４０に被覆されている。この吸気ユニット４０は、図２に示すように前記通気孔３５１の開口部３５２を被覆可能な中空筒状の殻部材４１およびこの殻部材４１の上下の開口部を閉鎖するよう固定された閉鎖蓋４２，４２を有しており、前記閉鎖蓋４２，４２とビット軸３５との隙間には、気密に保持する気密パッキン４３，４３が設けられている。また、前記殻部材４１には、前記通気孔３５１の開口部３５２と同じ高さにホース継手４４が接続されており、このホース継手４４には、真空ポンプ等の負圧発生手段まで続く吸気ホース（図示せず）が接続されている。これら構造により、前記負圧発生手段が駆動すると、ビット軸３５およびボックスビット３７の内部が負圧となるため、ボックスビット３７の嵌合孔３７１から吸気可能となる。また、前記負圧発生手段には、気圧を測定する圧力センサ（図示せず）が設けられており、当該圧力センサにより、前記吸気ユニット４０や、ビット軸３５およびボックスビット３７の内圧を常時測定可能に構成されている。

【0013】

また、前記殻部材４１の内部には、前記通気孔３５１の開口部３５２の上下にそれぞれに形成された係合溝に係合し、吸気ユニット４０を高さ方向に固定する止め輪４５，４５と、ビット軸３５と殻部材４１との相対回転を許容する回転摺動部材の一例であるベアリング４６，４６が内包されており、前記ベアリング４６，４６と前記閉鎖蓋４２，４２の間には、ベアリング４６，４６の外輪のみと接触するよう環状の逃げ溝が形成されたワッシャ４７，４７が配されている。さらに、前記殻部材４１は、図３に示すように平面部が形成された平面視Ｄ字形状に構成されているとともに前記ドライバ台２５の下面には、平面部に当接可能な回り止め部材４８が固定されている。この回り止め部材４８は、前記平坦面と若干の隙間を空けて配置されている。これら構造により、吸気ユニット４０は、ビット軸３５の昇降動作および揺動動作に従動可能となるとともにビット軸３５に対して相対回転自在となり、ビット軸３５の回転時、供回りすることが防止される。なお、吸気ユニット４０は、前記ドライバ台２５や軸継手３３から前記連結ピン３４が長孔３３２内で相対移動可能な寸法以上離れるように設置されており、ビット軸３５が軸継手３３に対して昇降した際、吸気ユニット４０がドライバ台２５あるいは、軸継手３３等と接触しないよう設計されている。

【0014】

前記制御部には、前記多関節ロボットや、前記位置制御機構２０の昇降モータ２６および前記ドライバユニット３０の締結モータ３２や、負圧発生手段およびねじ供給機（図示せず）等が接続されており、これらの駆動を制御可能に構成されている。なお、本実施形態においてねじ供給機は、特許第６１７６９７６号等に開示されるように前記多関節ロボットの駆動範囲内に予め設定される所定に位置（以下、ねじ供給位置という）までねじを供給するように構成された従来既知のものである。

【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。
駆動信号が入力されると、制御部は、前記ねじ供給機を駆動させて前記ねじを前記ねじ供給位置まで供給する。ねじがねじ供給位置に供給されると前記多関節ロボットを駆動して前記ボックスビット３７が前記ねじ供給位置の上方に位置するようねじ締め機１０を移動させる。ボックスビット３７がねじ供給位置の上方に到達すると、制御部は、前記位置制御機構２０を駆動させてドライバユニット３０をねじに向けて下降させる。ドライバユニット３０が下降し始めると制御部は、前記締結モータ３２を駆動させて、ボックスビット３７を回転させる。この時、吸気ユニット４０は、ベアリング４６，４６によってビット軸３５に対して相対回転自在に構成されていることおよび殻部材４１が回り止め部材４８に当接しているため、ビット軸３５と供回りすることが防止されている。

【0016】

上述のようにボックスビット３７が回転しながら下降する途中で制御部は、前記負圧発生手段を作動させる。このように回転しながら下降するボックスビット３７の嵌合孔３７１にねじの頭部が嵌合するとともに当該嵌合孔３７１にねじが吸着保持される。この時、ねじの頭部によって前記通気孔３５１と嵌合孔３７１との境界部分が封鎖され、ビット軸３５および吸気ユニット４０内の気圧が低下する。このように気圧が低下すると、前記圧力センサがこれを検出して制御部にねじの吸着保持完了を通知する。前記圧力センサからの信号を受信した制御部は、前記位置制御機構２０を駆動させてドライバユニット３０を引き上げる。その後、制御部は、多関節ロボットを駆動させてねじ締め機１０を前記締結位置の上方に移動させる。ボックスビット３７が締結位置の上方に到達すると、制御部は、前記位置制御機構２０を再度駆動させてドライバユニット３０を下降させるとともに前記締結モータ３２を駆動させてボックスビット３７およびねじを回転させる。これにより、ねじがワークに締結される。この締結時、前記締結モータ３２が所定の締付トルクを出力すると、制御部は、締結モータ３２および負圧発生手段を停止させるとともに前記位置制御機構２０および多関節ロボットを駆動させてねじ締め機１０を当初待機位置まで復帰させる。

【0017】

上述のねじ供給機からねじを受け取る過程およびねじの締結過程において、ボックスビット３７がねじと嵌合した時およびねじとワークとが当接した際、前記クッションばね３６が撓み、ボックスビット３７およびビット軸３５が締結モータ３２に対して相対移動することにより、ボックスビット３７に生じる衝撃を吸収している。このため、ボックスビット３７やねじ、あるいはワーク等の破損が防止されている。また、ボックスビット３７の軸線と、ねじ供給位置にて待機するねじあるいは、締結箇所とが若干ずれていた場合、前記ビット軸３５は、寸法公差上前記軸継手３３および当該ビット軸３５の間あるいは、軸継手３３と締結モータ３２の間の発生する隙間によって若干揺動するように傾斜して位置ずれを解消する。このようにねじ供給機からねじを受け取る過程およびねじの締結過程において、ビット軸３５は、締結モータ３２に対して軸方向の移動や揺動等することになる。しかしながら、本願のねじ締め機１０は、前述のように吸気ユニット４０がビット軸３５に従動するため、揺動するビット軸３５が気密パッキン４３，４３を押圧せず、ビット軸３５と気密パッキン４３，４３との間で摩擦力が上昇しない。このため、ビット軸３５が回転しても気密パッキン４３，４３の摩耗が少なくなる。また、ビット軸３５と気密パッキン４３，４３とが軸方向に相対移動しないため、ビット軸３５の表面に付着する空気中の埃や締結位置周辺飛散している鉄粉等の付着物が前記気密パッキン４３，４３を傷つけたり、気密パッキン４３，４３とビット軸３５との間に入り込み気密性を弱めたりすることが防止される。加えて、従来のねじ締め機の気密パッキン１１２には、回転方向、軸方向、径方向と三方向の負荷が付与されていたのに対して本願のねじ締め機１０の気密パッキン４３には、回転方向のみの負荷のみ付与される構造となっているため、摩耗が少なくなる。これらにより、気密パッキン４３，４３の寿命が延びるため、長期間使用しても気密性が保持され、ねじの脱落等が生じない。この結果、気密パッキン４３の交換頻度が減少するため、ねじ締め機１０の作業効率が向上する。

【0018】

上述のように吸気ユニット４０がビット軸３５に従動するため、ビット軸３５が傾斜しても気密パッキン４３，４３の一部のみに負荷が係るということがない。これにより、負圧発生手段の駆動時、気密パッキン４３，４３が周方向均一な形状が保持されて気密性が向上するため、前記圧力センサによる負圧の測定結果が安定する。この結果、圧力センサによるねじの検出結果が安定するとともに検出速度が向上するため、サイクルタイムが短縮される。さらに、上述のようにビット軸３５が傾斜してもビット軸３５が気密パッキン４３，４３を押圧せず、ビット軸３５と気密パッキン４３，４３との間で発生する摩擦力が増大しないため、当該摩擦力によるトルク損失がなくなり、締付トルクのトルク精度が安定する。

【0019】

また、上述のようにビット軸３５が軸方向に移動する際に気密パッキン４３，４３が抵抗とならないため、ビット軸３５を軸継手３３から離反する方向に付勢するクッションばね３６を従来のねじ締め機１００より弱くすることが可能となる。そして、クッションばね３６を弱くすることにより、ねじとボックスビット３７とが当接した瞬間あるいはねじとワークとが当接した瞬間に発生する衝撃が低減され、ねじやワークが破損し難くなる。さらにクッションばね３６が弱くした分、位置制御機構２０によるドライバユニット３０を軸方向に付勢するねじ締め推力を弱く設定できる。この結果、当該ねじ締め推力によるワークの変形量を減少させることが可能でき、高精度なねじ締めも可能となる。

【0020】

なお、本発明に係るボックスビット３７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、嵌合孔３７１の形状は、六角柱形状に限らずねじの頭部形状に合わせて適宜変更可能である。また、殻部材４１は、前記回り止め部材４８と係合して、供回りを防止であれば、Ｄ字形状に限定されず、その他の非円形に構成されても何ら問題ない。さらに、上記ねじ締め機１０は、供給装置に供給されたねじを所定の供給位置まで取りに行く構成であったが、これに限定されず、例えば、本出願人により開示された特願２０１８－０７９５５４号公報に詳述されているようにボックスビット３７の軸線上に供給装置から圧送されたねじを一旦保持可能なチャックユニットを備えるねじ締め装置であっても良い。しかも、本実施形態において、位置制御機構２０は、垂直方向のみに駆動し、これを水平移動させる多関節ロボットに支持される構成であったが、水平方向および垂直方向に駆動可能なロボットアーム等、その他の構成であっても何ら問題無い。

【符号の説明】

【0021】

１０ … ねじ締め機
２０ … 位置制御機構
３０ … ドライバユニット
３１ … モータ台
３２ … 締結モータ
３３ … 軸継手
３３１… 挿入孔
３３２… 長孔
３４ … 連結ピン
３５ … ビット軸
３５１… 通気孔
３５２… 開口部
３６ … クッションばね
３７ … ボックスビット
３７１… 嵌合孔
４０ … 吸気ユニット
４１ … 殻部材
４２ … 閉鎖蓋
４３ … パッキン
４４ … ホース継手
４５ … 止め輪
４６ … ベアリング
４７ … ワッシャ
４８ … 回り止め部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】