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【発明の名称】 ねじ部品締結機
【発明者】 【氏名】瀬野 佐

【要約】 【課題】ワークに着座するときを基準にして、確実に駆動力の伝達経路を切り換え変更するようにしたねじ部品締結機を提供する。

【構成】ドライブ軸5に高速低トルク駆動を与える第1駆動手段に第1プーリ20を連結し、ドライブ軸5を連結する伝達軸4に第2プーリ21を一体回転可能に固定してこの間に無端ベルト23を介在させて高速低トルク駆動する構成とし、一方、伝達軸4の延長線上に低速高トルク駆動する第2駆動手段を配置し、ねじ部品がワーク着座してストール状態になると、第2駆動手段が最終締結トルクに達するまで駆動するねじ部品締結機であるから、最終締結トルクが常に確実に得られるとともに作業時間が無駄なく短縮される。また、高速低トルク用の第1駆動手段が駆動しているときは低速高トルク用の第2駆動手段は回転駆動しないため、電力の無駄がなく、時代にあった省エネルギ効果が得られる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ねじ部品に係合してワークにねじ部品をねじ込むドライブ軸(5)と、このドライブ軸に高速低トルクの駆動力を与える第1駆動手段と、前記高速低トルク駆動が終了したとき低速高トルクの駆動力を与える第2駆動手段とから構成されたねじ部品締結機において、
第1駆動手段の第1出力軸(11)に第1プーリ(20)を固定し、前記ドライブ軸を連結する伝達軸(4)に第2プーリ(21)を一体回転可能に固定してこの間に無端ベルト(23)を介在させて高速低トルク駆動する構成とし、一方、伝達軸の延長線上の後方に最終締結トルクに達するまでは低速高トルク駆動する第2駆動手段を配置し、この第2駆動手段の第2出力軸(32)と伝達軸との間にクラッチ部材(40)を介在させ、第1駆動手段での高速低トルクねじ込み作業によりねじ部品がワークに着座してストール状態になると、第1駆動手段から第2駆動手段での回転駆動に変わり、第2駆動手段が最終締結トルクに達するまで伝達軸を回転駆動するよう制御を行う構成の制御部(6)に前記第1、第2駆動手段を電気接続したことを特徴とするねじ部品締結機。
【請求項2】
クラッチ部材は常時は噛み合いが外れ、第1駆動手段から第2駆動手段への回転切り換わり信号が入ると噛み合って、前記第2駆動手段からの回転駆動力が伝達軸を介してドライブ軸に伝達される構成であることを特徴とする請求項1記載のねじ部品締結機。
【請求項3】
クラッチ部材は一方が第2駆動手段の第2出力軸に固定された固定クラッチ片(41)であって、他方は前記第2出力軸に回転自在な可動クラッチ片(44)であって、この可動クラッチ片は伝達軸とともに回転可能となっており、第1駆動手段の停止信号が入ると、固定クラッチ片に可動クラッチ片が電磁吸着され、伝達軸に第2駆動手段からの駆動力が伝達される構成であることを特徴とする請求項1又は2記載のねじ部品締結機。
【請求項4】
第2駆動手段は第2モータ(30)からの駆動力を低速高トルクの駆動力に変換するハーモニックドライブ(登録商標)減速機(31)を介して第2出力軸に回転駆動力を伝達する構成であることを特徴とする請求項1、2又は3記載のねじ部品締結機。
【請求項5】
制御部はねじ部品の種類に応じて設定される最終締結トルクに対して、第1駆動手段によりねじ部品が高速回転でねじ込まれて、ねじ部品がワークに着座してストール状態になったときに発生する衝撃トルクが前記最終締結トルクを超えないよう、第1駆動手段の最高回転数を決定する構成を有していることを特徴とする請求項1、2、3又は4記載のねじ部品締結機。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、ねじ、ボルトあるいはナット等のねじ部品を最初は高速回転でねじ込み、続いてあらかじめ設定した最終締結トルクでワークにねじ部品を締結するねじ部品締結機に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から一般的に良く知られているボルト、ナット、ねじ等の自動ねじ部品締結機は、これら部品を作業サイクル毎に自動供給し、これをワークに締め付けるようにした機械が良く知られている。このような機械にあって、その一例としてのねじ締め機は、ねじの頭部に形成された十字あるいは六角穴のような矩形形状の駆動穴に係合可能なビットを用い、このビットをビット駆動軸を介して電動ドライバに連結した構成である。このねじ締め機でワークにねじを締結する場合、ねじの駆動穴にビットを係合させた状態で電動ドライバを駆動する。これにより、ビットからねじに回転力が伝達され、ねじはワークに締結されるようになっている。
【0003】
このようなねじ締め機は、高いねじ締め精度(バラツキの少ない締結トルク)を要求される所へのねじ締め作業には適しておらず、締結トルクを規定通りにする必要がある場合にはあまり採用されていない。そこで、このような締結トルクの安定した部品締結機として最近使用されつつあるねじ部品締結機としては、一例として図4に示すような締結機がある。これは特許文献1に示されているねじ締め機であり、チャックユニット(図示せず)にねじが保持されてから低速高トルクドライバ130及び高速低トルクドライバ110を同時に駆動する。このとき、ワンウェイクラッチ140により外輪141が内輪144に対してスリップするため、ドライバビット(図示せず)はドライバ軸105を介して高速低トルクドライバ110のみの回転を受けて回転し、ねじを高速で締め付けるようになっている。この動作において、ねじが締め付けられるにつれて高速低トルクドライバ110の回転数が低下して低速高トルクドライバ130の回転数よりも低下すると、ワンウェイクラッチ140の作用により低速高トルクドライバ130の回転をギア連結されているドライバ軸105に伝達し、低速で最終締結トルクまでねじ締めされるようになっている。
【特許文献1】特開昭60−52268号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、このようなねじ締め機においては、高速低トルクドライバと低速高トルクドライバとはスタート信号が入ると、どちらにも電流が流れて回転するようになっているため、現在のように省エネルギが求められている環境においては時代に逆行することになり、市場に受け容れられない。また、両方のトルクドライバが回転していることから、着座時の衝撃トルクは高くなっており、そのため、正確な最終締結トルクが得られない。更に、低速高トルクドライバの回転はギアにより連結されて駆動される構成のため、ねじ締め作業時の騒音が比較的高くなるとともにねじ締め完了時の衝撃も高くなっていた。その上、高速回転途中で低速回転に切り換わる構成であるから、この切り換わりがねじが着座するまでの位置であると、低速高トルクドライバでのねじ締め時間が長くなり、ねじ締め作業全体の作業時間が長くかかり作業コストの上昇を招いている。しかも、このねじの着座により回転動力伝達経路を変更する場合、ワークの下穴形状やねじ山形状によりこの着座トルクが変わることから、ワンウェイクラッチをその形状に応じて変更する必要があり、そのため、都度、これを交換する必要が生じるが、現実にはその対応ができない等の課題が生じている。
【0005】
本発明の目的は、このような課題を解消するとともにねじ部品がワークに着座するときを基準にして、確実に駆動力の伝達経路を切り換え変更するようにしたねじ部品締結機を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の目的は、ねじ部品に係合してワークにねじ部品をねじ込むドライブ軸5と、このドライブ軸5に高速低トルクの駆動力を与える第1駆動手段と、前記高速低トルク駆動が終了したとき低速高トルクの駆動力を与える第2駆動手段とから構成されたねじ部品締結機において、第1駆動手段の第1出力軸11に第1プーリ20を固定し、前記ドライブ軸5を連結する伝達軸4に第2プーリ21を一体回転可能に固定してこの間に無端ベルト23を介在させて高速低トルク駆動する構成とし、一方、伝達軸4の延長線上の後方に最終締結トルクに達するまでは低速高トルク駆動する第2駆動手段を配置し、この第2駆動手段の第2出力軸32と伝達軸4との間にクラッチ部材40を介在させ、第1駆動手段での高速低トルクねじ込み作業によりねじ部品がワークに着座してストール状態になると、第1駆動手段から第2駆動手段での回転駆動に変わり、第2駆動手段が最終締結トルクに達するまで伝達軸4を回転駆動するよう制御を行う構成の制御部6に前記第1、第2駆動手段を電気接続したねじ部品締結機を提供することで達成される。
【0007】
また、この目的を達成するために前記ねじ部品締結機の構成において、クラッチ部材は常時は噛み合いが外れ、第1駆動手段から第2駆動手段への回転切り換わり信号が入ると噛み合って、前記第2駆動手段からの回転駆動力が伝達軸4を介してドライブ軸5に伝達される構成であるから、この回転動力伝達経路の切り換え変更が滑らかである。更に、これら構成におけるクラッチ部材40は一方が第2駆動手段の第2出力軸32に固定された固定クラッチ片41であって、他方は前記第2出力軸32に回転自在な可動クラッチ片44であって、この可動クラッチ片44は伝達軸4とともに回転可能となっており、第1駆動手段の停止信号が入ると、固定クラッチ片41に可動クラッチ片44が電磁吸着され、伝達軸4に第2駆動手段からの駆動力が伝達される構成であるから、確実な回転動力伝達経路の切り換え変更ができる。
【0008】
しかも、これら構成に加えて、第2駆動手段は第2モータ30からの駆動力を低速高トルクの駆動力に変換するハーモニックドライブ(登録商標)減速機31を介して第2出力軸32に回転駆動力を伝達する構成であるので、大きな減速比が得られるとともにねじ部品の締結に十分な最終締結トルクも確実に得られる。
【0009】
その上、これらの構成において、制御部はねじ部品の種類に応じて設定される最終締結トルクに対して、第1駆動手段によりねじ部品が高速回転でねじ込まれてねじ部品がワークに着座してストール状態になったときに発生する衝撃トルクが前記最終締結トルクを超えないよう、第1駆動手段の最高回転数を決定する構成を有していることから、ねじ込み作業開始から最終締結トルクを得るまでの締結時間が無駄なく短縮される。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、ねじ部品がワークに確実に着座して高速低トルク用の第1駆動手段が確実にストール状態になると、第1駆動手段のトルクはゼロ状態になり、これと同時に切り換わって低速高トルク用の第2駆動手段が回転駆動するようになっているので、最終締結トルクが常に確実に得られるとともにねじ部品をワークに締結する締結作業時間が無駄なく短縮される。また、このねじ部品締結機は常時両方の駆動手段が回転駆動される構成ではなく、高速低トルク用の第1駆動手段が駆動しているときは低速高トルク用の第2駆動手段は回転駆動していないため、電力を無駄に消費することがなく、時代にあった省エネルギ効果が得られる。更に、従来のものは低速高トルクドライバがギアにより動力を伝達する構成であるが、本発明では、高速低トルク用の第1駆動手段が伝達軸をベルト駆動する構成であるから、高速回転駆動時の騒音が減少するとともに衝撃力も若干緩和されるので、比較的低い衝撃トルクが得られやすい。しかも、ねじ込み初期段階からねじ部品がワークに着座するまでは高速回転し、着座した後、確実に低速高トルク回転を伝達軸に伝達する構成であるから、ねじ部品の締結コストが低減されるとともに、従来のように、機械的なワンウェイクラッチを使用していないので、ワークの下穴形状やねじ山形状によりこの着座トルクが変わっても、電気的な処理を施すだけでよく、この着座による駆動手段の切り換え変更の調整が容易である等の特有の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
以下本発明の実施の形態を図1乃至図3に基づき説明する。図2において、1は、昇降手段としての昇降台2に支持されているねじ部品締結機であり、このねじ部品締結機1はハウジング3で覆われている。このハウジング3には高速低トルク回転駆動する第1駆動手段としての第1モータ10が固定してあり、図1に示すように、この第1モータ10の第1出力軸11には第1プーリ20が固定されている。また、この第1出力軸11の中心線と平行な位置のもう一つの中心線上には前記第1駆動手段と平行な第2駆動手段としての第2モータ30が配置されている。この第2モータ30も前記ハウジング3に固定してあり、この第2モータ30にはこれの回転を低速高トルクに変換する減速機31が連結されている。この減速機31はハーモニックドライブ(登録商標)と呼ばれる構造を有しており、これは第2モータ30からの回転入力を低速高トルクの回転に変換して出力するようになっている。この構成は例えば、特開昭58−196349号あるいは特開昭59−113342号公報に開示されており、本発明出願以前に既に公知となっているので、これの説明は省略する。
【0012】
これら第2モータ30とハーモニックドライブ機構の減速機31とは最終締結トルクに達するまで低速高トルク回転駆動する第2駆動手段を構成しており、この第2駆動手段の第2出力軸32にはクラッチ部材40を構成する固定クラッチ片41が前記第2出力軸32と一体に回転するよう固定されている。この固定クラッチ片41内には円筒形状の電磁石46を内蔵する保持ブロック43が前記ハウジング3に固定してあり、前記固定クラッチ片41は保持ブロック43に対して回転可能となっている。この固定クラッチ片41の下端外周近くにはクラッチ歯42が形成してあり、これに対向する位置にはこのクラッチ歯42と必要に応じて噛み合うもう一方のクラッチ歯45を有する可動クラッチ片44が設けられている。この可動クラッチ片44は前記第2出力軸32に対して回転自在となっており、常時はスプリング(図示せず)により噛み合いが外れるようになっている。そして、この可動クラッチ片44は前記固定クラッチ片41内の電磁石46に電流が流れると、固定クラッチ片41に電磁吸着されて互いのクラッチ歯42、45が噛み合う構成であり、第1駆動手段から第2駆動手段への回転切り換わり信号が入ることで、噛み合うようになっている。
【0013】
更に、この可動クラッチ片44の反対側には内方を向いた内歯47が外周に沿い全周に渡って形成してあり、この内歯47には前記第2出力軸32の先端側の周囲に回転自在に支持されている環状の伝達部材48の外周縁に形成した外歯49に噛み合い且つ前記可動クラッチ片44の内歯47が前記外歯49に沿い移動自在になっている。この伝達部材48には外周に第2プーリ21を固定したプーリ固定部材22が一体回転可能に固定してあり、このプーリ固定部材22は前記第2出力軸32と同一中心線延長上に配置されている伝達軸4に回転駆動力を伝達可能に図3に示すように、噛み合い接続されている。
【0014】
一方、前記第1プーリ20と第2プーリ21との間には、無端ベルト23が介在しており、この無端ベルト23は前記第1駆動手段の高速低トルク回転を伝達軸4に伝達するようになっている。しかも、この伝達軸4は図2に示すように、その先端が前記昇降台2を貫通してねじ部品(図示せず)に係合するボックスビットあるいは十字ビット等のねじ部品締結部材(図示せず)を有するドライブ軸5に連結されている。
【0015】
その上、前記伝達軸4の周囲にはこれを覆う筒状の起歪管50が前記ハウジング3に固定配置してあり、この起歪管50は前記伝達軸4がワーク(図示せず)にねじ部品が着座し、高トルクで締結されるときに発生する反力を受けるようになっており、この起歪管にはこれが捻れ、この捻れに応じた歪みを電気信号として検出する歪みゲージ51が取り付けられている。これら起歪管50、歪みゲージ51によりトルクセンサが構成され、歪みゲージ51の信号から制御部6において締結トルクが判定され、所定締結トルクが得られるようになっている。
【0016】
また、前記第1、第2駆動手段は、夫々の第1出力軸11、第2出力軸32からの信号を出力するようになっており、この信号は前記制御部6に入り、前記センサからの信号とともに処理されるようになっている。更に、制御部6は前記クラッチ部材40への電流を入り切りする信号を出力するようになっており、これは第1駆動手段のストール状態(ストールとは、第1駆動手段の第1出力軸が回転不可により回転できなくなる現象を指す。)における信号を出力するものであり、これにより、第2駆動手段からの低速高トルク駆動が伝達されることになる。しかも、この制御部6は、ねじ部品の種類に応じて設定されている最終締結トルクに対して、第1駆動手段によりねじ部品が高速回転でねじ込まれて、ねじ部品がワークに着座してストール状態になると、発生する衝撃トルクが前記最終締結トルクを超えないよう第1駆動手段の最高回転数を決定する構成ともなっている。
【0017】
次に、本発明の作用を説明すると、ねじ部品を保持した状態のねじ部品締結部材を有するねじ部品締結機において、ワークの締結位置にねじ部品を位置させてから、スタート信号が入ると、昇降台2が前進する。この後、第1駆動手段の第1モータ10が回転し、第1出力軸11から第1プーリ20に回転が伝達される。この第1駆動手段は高速低トルク回転であることから第1プーリ20から無端ベルト23を介して第2プーリ21が回転され、伝達軸4に回転が伝達される。このとき、第2駆動手段の第2出力軸32と伝達軸4とはクラッチ部材40で連結が遮断されているので、何らの抵抗なくドライブ軸5は高速回転し、ねじ部品はワークにねじ込まれる。
【0018】
このようにして、ねじ部品が高速回転でねじ込まれてワークにねじ部品が着座すると、第1駆動手段の第1モータ10はストール状態となり、第2駆動手段の第2モータ30に制御部6でのスタート信号が入るとともにクラッチ部材40にも電流が流れてON状態となり、クラッチ部材40の可動クラッチ片44は固定クラッチ片41に電磁吸着されて互いのクラッチ歯42、45が噛み合い、第2駆動手段からの低速高トルクの回転が伝達可能となる。このクラッチ部材40の回転は伝達部材48、第2プーリ21が固定されているプーリ固定部材22を介して伝達軸4に伝わり、ねじ部品締結部材を有するドライブ軸5によりねじ部品はワークに締結される。この低速高トルクの回転中において、トルクセンサにより締結トルクがあらかじめ所定値に設定されている最終締結トルクに達すると、締結完了となる。
【0019】
このねじ部品の締結作業において、第1駆動手段によるストール状態は最終締結トルクより低い衝撃トルクで発生するように制御部6により駆動制御されているので、第1駆動手段での慣性は小さいものとなり、最終締結トルクが第2駆動手段により正確に得られることになる。このことから第1駆動手段でのねじ締め開始からワークに着座するまでの締結作業を高速回転で行うことができる。
【0020】
一方、制御部6は第1駆動手段での高速低トルクねじ込み作業によりねじ部品がワークに着座してストール状態になると、第1駆動手段での伝達軸4の回転駆動に変わり、第2駆動手段が最終締結トルクに達するまで伝達軸4を回転駆動するよう制御を行うようになっており、このストール状態を検出して第1、第2駆動手段を制御するとともに、ねじ部品が着座して最終締結トルクに達したか否かを判定している。このように第1駆動手段、第2駆動手段、クラッチ部材40、トルクセンサ等の信号を制御部6との間で送受信することによって締結作業を総合的に制御することで、ねじ部品の締結を効率よく行うことになる。
【0021】
この後、ねじ部品の締結作業サイクルが完了すると、昇降台2が後退し、元の位置に戻る。このときクラッチ部材40は電磁吸着信号がOFF状態となり、可動クラッチ片44は固定クラッチ片41との噛み合いが外れ、元の状態に復帰して次の作業サイクルまでの待機状態となっている。
【0022】
尚、この実施の形態における第1駆動手段からの回転伝達経路は、ベルト駆動となっているので、トルクセンサからの信号線はこの空間を有効に利用して配線することができ、そのため、ハウジング3内に収納可能となり、部品締結機全体がコンパクトになる。また、無端ベルト23を介して高速回転が伝達されているので、これの僅かな延びも期待できることから衝撃トルクが僅かではあるが緩和されるとともに騒音も減少する。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本発明の要部拡大断面図である。
【図2】本発明の概略構成を示す一部断面図である。
【図3】無端ベルト伝達経路を示す下方のハウジングを除いた底面図である。
【図4】本発明の従来例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
【0024】
1 ねじ部品締結機
2 昇降台
3 ハウジング
4 伝達軸
5 ドライブ軸
6 制御部
10 第1モータ
11 第1出力軸
20 第1プーリ
21 第2プーリ
22 プーリ固定部材
23 無端ベルト
30 第2モータ
31 減速機
32 第2出力軸
40 クラッチ部材
41 固定クラッチ片
42 クラッチ歯
43 保持ブロック
44 可動クラッチ片
45 クラッチ歯
46 電磁石
47 内歯
48 伝達部材
49 外歯
50 起歪管
51 歪みゲージ
【出願人】 【識別番号】000227467
【氏名又は名称】日東精工株式会社
【出願日】 平成18年6月30日(2006.6.30)
【代理人】
【公開番号】 特開2008−6560(P2008−6560A)
【公開日】 平成20年1月17日(2008.1.17)
【出願番号】 特願2006−182031(P2006−182031)