JPH10180572A - 多軸締付装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製作が容易で、しかも故障が少なく信頼性の
高い多軸締付装置を提供する。 【解決手段】 モータ１に接続された減速機２の主軸１
２の回転を、駆動歯車１７と複数の従動歯車１９を介し
て回転軸４に伝え、回転軸４に取付けたソケット３によ
りねじの締付け行う多軸締付装置において、各回転軸４
として中空軸を用い、この中にピストン２１を摺動自在
に納め、このピストン２１に一端を連結したロッド２２
の他端部を、ロッドガイド２３を通して上方へ延ばして
支持体２５に固定し、ロッド２２を通して空気圧装置３
５から回転軸４内に圧縮エアを選択的に供給して、回転
軸４を選択的に前進後退させ、トルク検出器３７により
モータの出力トルクを監視しながら、所定の締付トルク
となるように１軸ごとに締付を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多軸締付装置に係
り、より詳しくはモータにより駆動される主軸の回転を
動力伝達機構を介して複数の締付具に共通に伝え、所定
の締付トルクとなるように締付けを行う多軸締付装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の多軸締付装置では、一般
に各軸にトルクリミッタを介装し、所定の締付トルクで
トルクリミッタを作動させて締付けを停止するようにし
ているが、各ねじごとの食付きが異ることから、締付終
了時点が各ねじごとに異り、早く締め終わったねじ上で
トルクリミッタの作動（クラッチすべり）が長時間継続
し、その衝撃がねじ頭または被締付部材に伝わってそれ
らの破損を招く危険がある。

【０００３】そこで、例えば特開昭５１−２２２００号
公報に記載の多軸締付装置では、複数の締付軸（締付
具）が一定のトルクに達し、回転伝達クラッチ（トルク
リミッタ）が滑り現象を起すと同時に、その動きを軸に
設けた他の噛合クラッチ部に伝え、そのクラッチ爪の噛
合いを機械的にはずして、軸の回転運動を停止させるよ
うにしている（その公報第１頁右下欄第１１〜１５行参
照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に記載の多軸締付装置によれば、トルクリミッタに加
えて、このトルクリミッタの動きを噛合クラッチに伝え
る伝達手段を各軸（締付具）に設ける必要があるため、
各軸の構造がきわめて複雑となり、その製作が面倒にな
るばかりか、故障が起こり易いという問題があった。

【０００５】本発明は、上記従来の問題点を解決するこ
とを課題としてなされたもので、構造簡単で製作が容易
であり、しかも故障が少なく信頼の高い多軸締付装置を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明にかゝる多軸締付装置は、モータにより駆動
される主軸の回転を動力伝達機構を介して複数の締付具
に共通に伝え、所定の締付トルクとなるように締付けを
行う多軸締付装置において、前記締付トルクを検出する
トルク検出手段を前記モータおよび主軸を含む駆動側に
設置し、前記動力伝達機構と前記各締付具との間には、
各締付具を選択的に締付動作させる切替手段を介装する
構成としたことを特徴とする。このように構成した多軸
締付装置においては、駆動側のトルクを検出してこれを
締付トルクの管理に用いると共に、切替手段により複数
の締付具を順番に締付動作させて、各軸ごとに最適条件
で締付けを行うことができる。

【０００７】本発明は、上記切替手段を、各締付具をそ
の軸方向へ個別に移動させる移動装置から、あるいは動
力伝達機構から各締付具の軸に伝わる動力を個別に断続
する噛合クラッチから構成することができる。前者の場
合は駆動手段により締付具を締付位置に前進後退させる
ことで、後者の場合は噛合クラッチを作動させること
で、何れも各締付具を選択的に締付動作させることがで
きる。

【０００８】また、上記トルク検出手段として、モータ
の出力トルクを検出するものを用いることができ、この
場合は、簡便に締付トルクの管理を行うことができるよ
うになる。

【０００９】本発明は、モータ、主軸等を含む駆動側
と、動力伝達機構、締付具、切替手段等を含む出力側と
をそれぞれユニット化し、両ユニットを脱着自在に結合
する構成とすることができる。このように構成すること
で、軸本数や軸間ピッチの異なるワークに対して駆動側
ユニットを汎用的に使用することができ、利用価値が高
まる。

【００１０】本発明にかゝる制御方法は、上記のように
構成した多軸締付装置を制御するためのもので、全軸に
より同時に仮締めをした後、切替手段の作動により各軸
ごとに所定の締付トルクとなるように本締めをすること
を特徴とする。このように全軸で仮締めを行うことで締
付時間の延長を可及的に抑えることができ、しかも、切
替手段により複数の締付具を順番に締付動作させて、各
軸ごとに最適条件で締付けを行うことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基いて説明する。

【００１２】図１乃至図３は、本発明の第１の実施の形
態を示したものである。本第１の実施の形態としての多
軸締付装置は、モータ１、減速機２等を含む駆動部Ａ
と、先端にソケット（締付具）３を取付けた複数（こゝ
では４つ）の回転軸４、回転軸４にモータ１の回転を伝
える動力伝達機構５、各回転軸４と動力伝達機構５との
間に介在して回転軸４をその軸方向へ移動させる切替装
置６等を含む出力部Ｂと、モータ１の回転、切替装置６
の作動等を制御する制御部Ｃとから概略構成されてい
る。

【００１３】駆動部Ａは、モータ１の下端（前端）にプ
レート１０を介して固定された円筒状のボックス１１を
備えており、このボックス１１内に前記減速機２を納め
ている。減速機２の出力軸（主軸）１２は、ボックス１
１に軸受１３を介して支持されており、その先端部がボ
ックス１１の外まで延ばされている。一方、出力部Ｂ
は、本体１４ａと蓋体１４ｂとから成る平面四角状のハ
ウジング１４を備え、このハウジング１４内に前記動力
伝達機構５を納めると共に、このハウジング１４の四隅
部に前記回転軸４を配置している。駆動部Ａと出力部Ｂ
とは、前記ボックス１１とハウジング１４とをボルト１
５（図２）により締結することにより一体化され、この
状態で前記主軸１２の先端部がハウジング１４内に導入
されるようになる。

【００１４】動力伝達機構５は、ハウジング１４の中央
に軸受１６を介して支持された駆動歯車１７と、ハウジ
ング１３の四隅部に軸受１８を介して支持された４つの
従動歯車１９とを備えている。駆動歯車１７は前記主軸
１２の先端部にキー２０を用いて回転不能に嵌合され、
また駆動歯車１７と従動歯車１９とは相互に噛合わされ
ている。こゝで、各従動歯車１９には内径スプライン１
９ａが、各回転軸４には外径スプライン４ａがそれぞれ
設けられており、両者は、それぞれの内径スプライン１
９ａと外径スプライン４ａとを噛合せてスプライン結合
されている。したがって、主軸１２が回転すると、これ
と一体に駆動歯車１７が回転し、その回転が４つの従動
歯車１９を介して回転軸４に伝えられ、４つ（４軸）の
回転軸４が同一方向へ同時に回転するようになる。ま
た、各回転軸４は、前記した回転とは別にその軸方向
（上下方向）へ移動可能となっている。

【００１５】各回転軸４は有底筒状をなしており、その
内部には、切替装置６を構成するピストン２１が摺動自
在に納められている。ピストン２１には、回転軸４に挿
入したロッド（ピストンロッド）２２の一端部が連結さ
れており、ピストンロッド２２の他端部は、回転軸４の
上端開口に嵌着したロッドガイド２３を摺動自在に挿通
して、回転軸４の上方へ延出させられている。ロッドガ
イド２３は、そのフランジ部２３ａ（図３）を回転軸４
の周りに突出させており、回転軸４は、前記フランジ部
２３ａが従動歯車１９の上面に当接する位置が下降端
（前進端）となっている。図１中、左側の回転軸４は、
前進端に位置決めされた状態を示している。なお、ソケ
ット３は、回転軸４の底部に開けた貫通孔にその軸部３
ａを嵌入させると共に、その軸部３ａに対して半径方向
に通したピン２４を用いて回転軸４に固定されている。

【００１６】一方、ハウジング１４の上面には、各ピス
トンロッド２２を囲むように有底筒状の支持体２５が配
置されている。各支持体２５は、その底部２５ａを上側
にしてボルト２６を用いてハウジング１４に固定されて
おり、前記ピストンロッド２２の上端部がこの支持体２
５の底部２５ａを挿通してその外側まで延ばされてい
る。各ピストンロッド２２は、その上端部に雄ねじ部２
２ａを設けると共に、この雄ねじ部２２ａに近接する下
側部位にフランジ部２２ｂを設けおり（図３）、そのフ
ランジ部２２ｂを支持体２５の底部２５ａの内側面に当
接させた状態で、その雄ねじ部２２ａに螺合された締付
ナット２７により支持体２５に締付け固定されている。
すなわち、各ピストンロッド２２はハウジング１４に対
して位置不動となっており、したがってピストン２１の
位置も不動となっている。

【００１７】各ピストンロッド２２の内部には、その軸
方向に延ばして２つの流体通路２８，２９が形成されて
おり、そのうちの一方の流体通路２８は、ピストンロッ
ド２２に設けた半径方向の開口３０を通じて回転軸４内
のロッド側室３１に、他方の流体通路２９は回転軸４内
のピストン前室３２にそれぞれ連通させられている（図
３）。２つの流体通路２８，２９には、ピストンロッド
２２の上端に装着した管継手３３，３４を通じて、別途
設置した空気圧装置３５から圧縮エアが選択的に供給さ
れるようになっている。

【００１８】上記したピストン２１、ピストンロッド２
２、流体流路２８，２９、回転軸４内のロッド側室３
１，ピストン前室３２等は切替装置６を構成し、いま、
一方の流体通路２８に圧縮エアが供給されると、この圧
縮エアは回転軸４内のロッド側室３１に入り、その圧力
がロッドガイド２３に作用して回転軸４が上昇（後退）
する。また、これとは逆に他方の流体通路２９に圧縮エ
アが供給されると、この圧縮エアは回転軸４内のピスト
ン前室３２に入り、その圧力が回転軸４の底部に作用し
て回転軸４が下降（前進）する。なお、図１中、右側の
回転軸４は上昇状態を示しており、その上昇端（後退
端）は、ピストン２１が回転軸４の底部に当接すること
により決まるようになっている。

【００１９】上記空気圧装置３５は、４つの回転軸４に
対する流体通路２８，２９を切替える電磁切替弁（図示
略）を内蔵しており、その電磁切替弁の作動は、前記制
御部Ｃを構成する制御装置３６により制御されるように
なっている。制御装置３６はまた、モータ１をオンオフ
制御しかつその回転数を制御する機能も有している。制
御部Ｃはさらに、モータ１の出力トルクを検出しかつそ
の出力トルクを設定する機能を有するトルク検出器３７
を備えており、このトルク検出器３７と制御装置３６と
の間は電気的に接続されている。なお、この種のトルク
検出器３７としては、例えば安川電機製作所社製の「Σ
サーボパック」があり、これによれば、モータの出力ト
ルクをモニタすることもでき、簡便に締付トルクの管理
を行うことができる。

【００２０】以下、上記のように構成した多軸締付装置
の作用を、図４のフローチャートも参照しながら説明す
る。

【００２１】起動に応じて、各ピストンロッド２２内の
他方の流体通路２９に圧縮エアが供給され、４つの回転
軸４が同時に前進し、各回転軸４に取付けたソケット３
にねじ頭（図示略）が嵌合された後は、モータ１の作動
により４つの回転軸４が同時に回転する（Ｓ１）。この
間、トルク検出器３７においてモータ１の出力トルクが
監視されており、その出力トルクが所定のトルクＴ１に
達すると（Ｓ２）、モータ１の回転が停止され（Ｓ
３）、これによりねじは仮締め状態となる。なお、この
仮締め状態は、初期食付きの違いにより各軸でばらつく
が、食付きの良好なねじの締付トルクに基いて前記モー
タ１が停止することになる。

【００２２】その後、空気圧装置３５内の電磁切替弁の
切替えにより、１つの回転軸４（第１軸）を残して、他
の３つの回転軸４（第２軸、第３軸、第４軸）内のピス
トンロッド２２の一方の流体通路２８に圧縮エアが供給
され、当該３つの回転軸４が後退し、これと同時にモー
タ１が作動して４つの回転軸４が回転する（Ｓ４）。こ
の回転により、残りの第１軸による本締めが進行し、こ
の間、トルク検出器３７においてモータ１の出力トルク
が監視され、その出力トルクが所定のトルクＴ２に達す
ると（Ｓ５）、モータ１の回転が停止し（Ｓ６）、これ
にて第１軸による締付けは終了する。次に、空気圧装置
３５内の電磁切替弁の切替えにより、第１軸（回転軸
４）を後退させると共に第２軸を前進させ（Ｓ７）、そ
の後、前記ステップＳ４〜Ｓ６を繰り返して第２軸によ
る締付けを終える。このようにして、次の第３軸、第４
軸による締付けを順に終え、第４軸の後退（Ｓ８）に応
じて全軸の締付けは終了する。

【００２３】こゝで、上記第１の実施の形態における駆
動部Ａと出力部Ｂとは、図５乃至図７に示すようにそれ
ぞれユニット化して、クランプ装置５０によりワンタッ
チで結合できるようにしても良いものである。クランプ
装置５０としては、例えば駆動部Ａ側のボックス１１に
付設した補助ケーシング５１内に納められ、ばね５２に
より常時は突出方向へ付勢された可動クランプ爪５３
と、出力部Ｂ側のハウジング１４の上面に前記可動クラ
ンプ爪５３と係合可能に突設されたフック状の係止部材
５４とから構成することができる。この場合、駆動部Ａ
側のボックス１１に設けた嵌合溝５４に出力部Ｂ側のハ
ウジング１４に突設したピン５５を嵌合させて、これら
を回り止めとして用いるのが望ましい。

【００２４】このようなクランプ装置５０を設けること
により、いま減速機２から延ばした主軸１２の先端部を
ハウジング１４内の駆動歯車１７の軸孔に嵌入させると
共に、駆動部Ａ側の嵌合溝５５に出力部Ｂ側のピン５６
を嵌入させながら、駆動部Ａ側のボックス１１と出力部
Ｂ側のハウジング１４をと合せると、可動クランプ爪５
３がばね５２を撓ませながら係止部材５４を乗り越えて
その裏側に回り、駆動部（ユニット）Ａと出力部（ユニ
ット）Ｂとはワンタッチで結合されるようになる。した
がって、軸本数や軸間ピッチの異なるワークに専用の出
力部側ユニットを複数用意しておけば、駆動部側ユニッ
トを共用して複数種類のワークの締付けを行うことがで
き、利用価値が高まる。

【００２５】図８および図９は、本発明の第２の実施の
形態を示したものである。本第２の実施の形態の特徴と
するところは、上記第１の実施の形態における中空の回
転軸４に代えて中実の回転軸６０を用いると共に、その
切替装置６に代えて他の構造の切替装置６１を用いた点
にある。したがって、ここでは第１の実施形態と同じ部
分には同一符号を付し、その説明を省略することとす
る。本切替装置６１は、従動歯車１９と各回転軸６０と
の間に介装された軸部材６２を備えている。この軸部材
６２は、従動歯車１９に摺動自在に嵌合された中空の大
径部６２ａと、この大径部６２ａから上方へ連接する中
実の中径部６２ｂと、この中径部６２ｂからさらに上方
へ連接する中実の小径部６２ｃとを有している。大径部
６２ａの中空内部には内径スプライン６３が形成されて
おり、回転軸６０は、その上端部に設けた外径スプライ
ン６４を前記内径スプライン６３に噛合わせて、従動歯
車１９にスプライン結合されている。

【００２６】こゝで、各回転軸６０は、ハウジング１４
の下面に取付けた支持筒６５内に軸受６６を介して摺動
自在に保持されると共に、支持筒６５内のばね６８によ
り常時下方へ付勢されている。そして、回転軸６０に設
けたつば６７が前記軸受６６の上端に当接することで、
回転軸６０は下降端（前進端）に位置決めされている。

【００２７】一方、軸部材６２の中径部６２ｂには外径
スプライン７０が、従動歯車１９の一端側の軸部には内
径スプライン７１が形成されており、両スプライン７０
と７１とは所定の間隔で対向配置されている。しかし
て、ハウジング１４の上面には、前記各軸部材６２の小
径部６２ｃを囲むように筒体（シリンダ）７２が配置さ
れており、このシリンダ７２内にはピストン７３が摺動
自在に納められている。ピストン７３には、前記外径ス
プライン７０と内径スプライン７１との双方に噛合可能
な内外スプラインを有するスプライン軸（クラッチ部
材）７４が一体に設けられれている。シリンダ７２に
は、ピストン７３の上側室７５と下側室７６とに連通す
る２つのポート７７，７８が設けられており（図９）、
これらポート７７，７８には前記第１の実施の形態にお
ける空気圧装置３５が接続されている。なお、軸６２
は、その上端部がシリンダ７２の端板７２ａに軸受７９
を介して支持されている。

【００２８】本第２の実施の形態においては、ポート７
７を通じてピストン上側室７５に圧縮エアを供給する
と、図８の右側または図９に示すように、ピストン７３
が前進してクラッチ部材７４が従動歯車１９の内径スプ
ライン７１と軸部材６２の外径スプライン７０とに共通
に噛合う。これにより従動歯車１９の回転はクラッチ部
材７４および軸部材６２を介して回転軸６０に伝達さ
れ、回転軸６０に設けたソケット（図示略）によりねじ
の締付けを行うことができる。一方、ポート７８を通じ
てピストン下側室７６に圧縮エアを供給すると、図８の
左側に示すように、ピストン７３が後退してクラッチ部
材７４が従動歯車１９の内径スプライン７１との噛合い
から離脱し、従動歯車１９から回転軸６０への動力伝達
が遮断される。したがって、第１の実施の形態と同様
に、４軸の回転により仮締めをした後、クラッチ部材７
４を選択的に移動させて従動歯車１９と回転軸６０とを
断続することにより、第１軸から第４軸にわたって順に
本締めをすることができる。

【００２９】なお、上記第２の実施の形態においては、
回転軸６０をその軸方向へ浮動可能に設けているので、
締付位置の高さ方向の違いまたはばらつきにも円滑に対
応できるようになる。また、上記第１、第２の実施の形
態における回転軸４、６０は、その途中にユニバーサル
ジョイントを介装しても良いもので、この場合は、ねじ
ピッチのばらつきにも用意に対応できる。さらに、上記
第１、第２の実施の形態において、締付具としてソケッ
トを用いたが、この締付具はビットに代えることができ
る。

【００３０】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
かゝる多軸締付装置およびその制御方法によれば、駆動
側のトルクを検出してこれを締付トルクの管理に用いる
と共に、切替手段により複数の締付具を順番に締付動作
させて、各軸ごとに最適条件で締付けを行うことができ
るので、各軸からトルクリミッタを省略することがで
き、構造簡単となって、製作コスト的に有利でかつ耐久
信頼性の高い装置を実現できる。また、モータ、主軸等
を含む駆動側と、動力伝達機構、締付具、切替手段等を
含む出力側とをそれぞれユニット化し、両ユニットを脱
着自在に結合する構成とすることにより、軸本数や軸間
ピッチの異なるワークに対して駆動側ユニットを汎用的
に使用することができ、利用価値がより一層高まる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一つの実施の形態としての多軸締付装
置の構造を示す断面図である。

【図２】図１に示した多軸締付装置の平面図である。

【図３】図１に示した多軸締付装置の要部を拡大して示
す断面図である。

【図４】本多軸締付装置の制御内容を示すフローチャー
トである。

【図５】駆動部と出力部とをユニット化した多軸締付装
置の構造を一部断面として示す正面図である。

【図６】図５に示した多軸締付装置の平面図である。

【図７】図５に示した多軸締付装置の結合状態を一部断
面として示す正面図である。

【図８】本発明の他の実施の形態としての多軸締付装置
の構造を示す断面図である。

【図９】図８に示した多軸締付装置の要部を拡大して示
す断面図である。

【符号の説明】

Ａ 駆動部 Ｂ 出力部 Ｃ 制御部 １ モータ ２ 減速機 ３ ソケット（締付具） ４，６０ 回転軸 ５ 動力伝達機構 ６，６１ 切替装置 １２ 主軸 １７ 駆動歯車 １９ 従動歯車 ２１ ピストン（移動装置） ２２ ピストンロッド（移動装置） ３５ 空気圧装置 ３６ 制御装置 ３７ トルク検出器 ６２ 軸部材 ７２ シリンダ ７３ ピストン ７４ クラッチ部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇留野 清一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータにより駆動される主軸の回転を動
   力伝達機構を介して複数の締付具に共通に伝え、所定の
   締付トルクとなるように締付けを行う多軸締付装置にお
   いて、前記締付トルクを検出するトルク検出手段を前記
   モータおよび主軸を含む駆動側に設置し、前記動力伝達
   機構と前記各締付具との間には、各締付具を選択的に締
   付動作させる切替手段を介装したことを特徴とする多軸
   締付装置。
2. 【請求項２】 切替手段が、各締付具をその軸方向へ個
   別に移動させる移動装置からなることを特徴とする請求
   項１に記載の多軸締付装置。
3. 【請求項３】 切替手段が、動力伝達機構から各締付具
   に伝わる動力を個別に断続する噛合クラッチからなるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の多軸締付装置。
4. 【請求項４】 トルク検出手段が、モータの出力トルク
   を検出することを特徴とする請求項１に記載の多軸締付
   装置。
5. 【請求項５】 モータ、主軸等を含む駆動側と、動力伝
   達機構、締付具、切替手段等を含む出力側とをそれぞれ
   ユニット化し、両ユニットを脱着自在に結合したことを
   特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の多軸締
   付装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５の何れか１項に記載の多
   軸締付装置を制御する方法において、全軸により同時に
   仮締めをした後、切替手段の作動により各軸ごとに所定
   の締付トルクとなるように本締めをすることを特徴とす
   る多軸締付装置の制御方法。