JP4986640B2 - 定トルク電動ドライバー - Google Patents

Description

本発明は、負荷が規定値以上に作用した場合において、回転力を伝動する継手部が滑動ないし離反して、駆動側が空転するように構成されたトルクリミッタを使用することにより、このトルクリミッタにより設定された所定のトルク値となるように、電動モータ駆動によるねじ締め作業を達成できるよう構成した定トルク電動ドライバーに関するものである。

本出願人は、先に、ねじ具の締付けトルクないしは緩めトルクを高精度に設定することができるトルクリミッタを応用することにより、特に小形精密部品の組立てやプラスチック製品等の脆弱な部品の結合および組立てを行う場合に適した、低トルクで小ねじの締付けまたは取外しを容易かつ安全に行うことができるトルク固定形ドライバーを提案した（特許文献１参照）。なお、このトルク固定形ドライバーとしては、駆動手段として、電動モータを備えない手動式のトルク固定形ドライバーと、電動モータを備えた電動モータ駆動式トルク固定形ドライバーとが、それぞれ提案されている（特許文献１参照）。

この特許文献１に記載のトルク固定形ドライバーは、外ケースの内側に駆動軸を回転自在に収納し、この駆動軸の外周部にコイルばねを締まり嵌めすると共に、前記コイルばねの両端部に設けたフックを、それぞれ前記外ケースないしはこれに固定した部材に係合してなるトルクリミッタを備え、前記ケースを把持部ケーシングとし、または前記外ケースを把持部ケーシングで囲繞固定して、前記駆動軸の先端にドライバービットを設けた構成からなるものである。

そして、前記電動モータ駆動式トルク固定形ドライバーの場合は、前記外ケースまたは把持部ケーシングの閉塞された後端部に、電動モータの出力軸を着脱可能に結合して回転駆動し得るように構成し、前記電動モータを囲繞支持する第１の外部ケーシングと、前記トルク固定形ドライバーを囲繞すると共にその出力軸を回転自在に支持する第２の外部ケーシングとを、相互に着脱交換可能に接続した構成からなる。

また、前記トルク固定形ドライバーと同様の構成を主要部とする電動ドライバー用トルクキーパーが提案されている（特許文献２参照）。すなわち、この特許文献２には、従来の電動ドライバーにおいては、それに設けられているトルク設定機構によりトルク値を設定して使用するようにしているが、トルク設定機構における前記トルク設定値のピッチ間隔が比較的大まかであるため、締め止めするねじに合った所要のトルクに合致しない場合が多いことから、電動ドライバーのトルク設定機構によりトルク値を所要のトルク値より低いところで設定しておき、最初に電動ドライバーで締め付けた後、予め設定トルク値に合わせた手動用トルクドライバーで再度締め付けるか、或いは最初から手動用トルクドライバーで締め付けるかの何れかの方法で、ねじ止め作業を行っていたことが指摘されている。

そして、この特許文献２に記載のトルクキーパーは、工具側本体とビット側本体とを互いに螺合して嵌合することによりハウジング本体を形成し、このハウジング本体にビットの基端部を嵌着するビットホルダーとトルクリミッタとを内装し、電動ドライバー先端のシャフトホルダーに嵌着する接続シャフトを、前記トルクリミッタを介してビットホルダーに接続してなり、前記トルクリミッタの所要の設定トルク値を、前記工具側本体とビット側本体との螺子の締め込みによって、自在に設定できるように構成したものである。

さらに、前記提案と同様に、トルクリミッタを使用した電動ドライバーとして、トルクリミッタ動作時の反力維持が実現でき、使用感や使い勝手に優れる電動ドライバーが提案されている（特許文献３参照）。すなわち、この特許文献３には、トルクリミッタ付きの電動ドライバーを用いてねじ締めを行う場合、電動ドライバーのハウジングには、出力軸の回転方向と反対方向への反力が働くため、作業者はハウジングが当該方向へ回転しないようにこの反力に抗してハウジングを支持することになることから、この状態でトルクリミッタが働くとハウジングへの反力も失われるため、それまで支持していたハウジングごと手が反動で回転してしまい、作業者に不快感を与えたり、先端工具がねじから外れて被加工材を傷付けたりするおそれがあることが指摘されている。

そして、この特許文献３に記載の電動ドライバーは、ハウジング内に、切替え操作によって正逆回転可能なモータを内蔵すると共に、前記モータの駆動で正逆回転する出力軸を前記ハウジングの先端に設けた筒状部で軸支して前方に突出させ、前記モータと出力軸との間に、前記出力軸の所定トルクで前記モータからの回転伝達を遮断するトルクリミッタを設けた電動ドライバーであって、前記筒状部と出力軸との間に、前記出力軸の正回転時には前記出力軸の回転を許容し、前記トルクリミッタの作動に伴う前記出力軸の前記筒状部に対する相対的な逆回転時には、前記出力軸の回転を規制するワンウェイクラッチを設けると共に、そのワンウェイクラッチに前記出力軸の逆回転時の回転規制を任意に解除可能とした解除手段を設けた構成からなる。

特開平１１−２８５９８５号公報 特開２０００−６０４１号公報 特開２００６−２７２５３５号公報

前述した特許文献１において提案したトルク固定形ドライバーは、トルクリミッタを使用することにより、小形精密部品の組立てやプラスチック製品等の脆弱な部品の結合および組立てに際しての、予め設定された所要の締付けトルクによるねじ具の締付け作業を、手動式ドライバーおよび電動式ドライバーとして、適正かつ高精度に行うことができるものである。

しかし、前記提案に係る電動式トルク固定形ドライバーにおいては、ねじ締め作業において、その締付けトルクが設定された定トルク値になると、トルクリミッタは電動モータの出力軸に直結する駆動軸側が空転するが、電動モータの駆動はそのまま継続することになる。従って、この場合、電動モータの駆動による電力消費が無駄になるばかりでなく、継続するねじ締め作業へ移行するための時間的な無駄も生じ、各種部品等の組立て作業における生産効率を低下させると共に、製造コストの低減にも影響を与える難点がある。

また、前述した特許文献２に記載の電動ドライバー用トルクキーパーにおいては、工具側本体とビット側本体とを互いに螺合して嵌合することによりハウジング本体を形成するものであり、トルクリミッタの動作状態を作業者が確認することは可能であるが、電動ドライバーとしての前述したような問題点については未解決である。

さらに、前述した特許文献３に記載の電動ドライバーにおいては、トルクリミッタの作動に伴う前記出力軸の前記筒状部に対する相対的な逆回転時には前記出力軸の回転を規制するワンウェイクラッチを設けたものであり、トルクリミッタが作動してもワンウェイクラッチの働きによって反力が突然失われることがなく、また作業者への不快感の発生や被加工材の損傷等を効果的に防止することができるが、前記と同様に電動ドライバーとしての前述したような問題点については未解決である。

そこで、本発明者は、前述した問題点を解決するため、鋭意研究並びに試作を重ねた結果、トルクリミッタの駆動軸側を電動モータの出力軸に結合し、このトルクリミッタの伝動回転部側をドライバービットの接続を行うビットホルダー軸に結合して、前記トルクリミッタの伝動回転部およびビットホルダー軸を把持部ケーシング内に回転自在に保持し、前記トルクリミッタの伝動回転部の外周の一部に磁性体等のセンサ感知部材を設けると共に、このセンサ感知部材に対応させて前記把持部ケーシングの内側面にホール素子等のセンサを設け、前記センサにより前記トルクリミッタの伝動回転部の回転状態を前記センサ感知部材による間欠的な検出信号により監視して、前記トルクリミッタの作動に伴う伝動回転部の回転停止状態を前記検出信号の有無によって判定し、これにより前記トルクリミッタの伝動回転部の回転停止を検知した際に、この検知信号に基づいて電動モータの駆動を直ちに停止することができる定トルク電動ドライバーを実現することができることを突き止めた。

このように構成される定トルク電動ドライバーは、ねじ締め作業において、その締付けトルクが設定された定トルク値になると、トルクリミッタは電動モータの出力軸に直結する駆動軸側が空転するが、この状態を前記センサによって直ちに検知して、電動モータの駆動を迅速に停止させると共に、前記センサによって検出されるトルクリミッタの作動時における、電動モータの負荷電流または負荷電圧を検出して、この負荷電流値または負荷電圧値が初期値と比較して所定値以上に変化する場合に、所要のアラームを発生するように構成することができる。従って、電動モータの駆動による電力消費も適正に行われると共に、継続するねじ締め作業への移行も迅速かつ円滑に達成することができるばかりでなく、トルクリミッタの磨耗劣化などによる設定トルクの変動状態を検出することができ、これにより各種部品等の組立て作業における生産効率の向上と製造コストの低減に寄与すると共にトルクリミッタのトルク管理とメンテナンスとを簡便に実施することができる。

従って、本発明の目的は、トルクリミッタを使用する定トルク電動ドライバーにおいて、トルクリミッタの作動に伴う伝動回転部の回転停止状態を適正に検知することができるセンサを設けて、電動モータの駆動を迅速に停止させことにより、電動モータの駆動による電力消費も適正に行うことができると共に、継続するねじ締め作業へ移行も迅速かつ円滑に行うことができ、しかも各種部品等の組立て作業における生産効率の向上と製造コストの低減を容易に達成することができると共にトルクリミッタのトルク管理とメンテナンスとを簡便に実施することができる定トルク電動ドライバーを提供することにある。

前記の目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の定トルク電動ドライバーは、電動モータ（１２）の出力軸に減速機構を接続し、この減速機構の出力軸にトルクリミッタ（１４）の駆動軸を結合し、前記トルクリミッタの伝動回転軸（２０）をドライバービット（２２）に結合し、前記トルクリミッタにより規定されるトルク設定値に基づいてねじ締めを行うように構成した定トルク電動ドライバーからなり、
前記トルクリミッタ（１４）を、前記電動モータ（１２）の出力軸側およびドライバービット側に対しそれぞれ着脱自在かつ交換可能に結合して、前記定トルク電動ドライバーの把持部ケーシング（１０）内に回転自在に収納配置し、
前記ドライバービット（２２）に結合されるトルクリミッタ（１４）の伝動回転部（１８）の外周面部に、その円周方向に等間隔で配置した複数のマグネットからなるセンサ感知部材（２８）を配設すると共に、前記センサ感知部材に対応させて前記把持部ケーシング（１０）内にホール素子からなるセンサ（３０）を配置し、
前記ドライバービット（２２）によるねじ締め作業において、前記トルクリミッタ（１４）の駆動軸（１６）側が空転してその伝動回転部（１８）側が回転停止する状態を前記センサ（３０）により検出し、前記電動モータ（１２）の駆動停止制御を行うと共に、前記センサ（３０）によって検出されるトルクリミッタ（１４）の作動時における、電動モータ（１２）の負荷電流または負荷電圧を検出して、この負荷電流値または負荷電圧値が初期値と比較して所定値以上に変化する場合に、所要のアラームを発生するように構成した制御装置（３４）を設けたことを特徴とする。

本発明の定トルク電動ドライバーによれば、トルクリミッタの作動に伴う伝動回転部の回転停止状態を適正に検知することができるセンサを設けて、電動モータの駆動を迅速に停止させことにより、電動モータの駆動による電力消費も適正に行うことができると共に、継続するねじ締め作業へ移行も迅速かつ円滑に行うことができ、しかも各種部品等の組立て作業における生産効率の向上と製造コストの低減を容易に達成することができる。

また、本発明の定トルク電動ドライバーによれば、電動モータの駆動停止制御を行う制御手段において、前記センサによって検出されるトルクリミッタの作動時における、電動モータの負荷電流または負荷電圧を検出すると共に、この負荷電流値または負荷電圧値が初期値と比較して所定値以上に変化する場合に、所要のアラームを発生するように構成することにより、トルクリミッタの磨耗劣化などによる設定トルクの変動状態を検出することができ、これによりトルクリミッタのトルク管理とメンテナンスとを簡便に実施することができる。

さらに、本発明の定トルク電動ドライバーによれば、トルクリミッタを、電動モータの出力軸側およびドライバービット側に対しそれぞれ着脱自在にかつ交換可能に結合する構成とすることにより、各種のトルク値でそれぞれ動作するように設定された多種類のトルクリミッタの使用を可能とすると共に、磨耗劣化によりトルク特性が変化したトルクリミッタの交換を簡便かつ容易に行うことができる利点が得られる。

次に、本発明に係る定トルク電動ドライバーの実施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。

図１は、本発明に係る定トルク電動ドライバーの一実施例を示す概略構成説明図である。すなわち、図１において、参照符号１０は把持部ケーシングを示し、この把持部ケーシング１０の内部に電動モータ１２とトルクリミッタ１４とを内蔵した構成からなる。

本実施例における定トルク電動ドライバーにおいて、トルクリミッタ１４は、駆動軸１６と伝動回転部１８とを備え、この伝動回転部１８に伝動回転軸２０が結合された構成からなり、前記伝動回転軸２０に作用する負荷トルクが予め設定された規定値以上となった場合、駆動軸１６からの回転駆動力に対し、滑動ないし離反動作によって伝動回転軸１８への回転力の伝動を制限するように構成されたものであり、従来公知の構成からなる継手部が内蔵されている。従って、このトルクリミッタ１４には、従来公知の種々の構成からなるトルクリミッタを使用することができる。

そこで、本実施例においては、前記トルクリミッタ１４の駆動軸１６に対して、電動モータ１２の出力軸１３を、適宜係止ピン１５を介して結合する。また、前記トルクリミッタ１４の伝動回転軸２０は、ドライバービット２２を着脱自在に結合するビットホルダとして構成し、伝動回転部１８側に設けたフランジ部２１と伝動回転軸２０の中位部に取り付けたＥ−リング２４との間において、それぞれスラスト軸受２５、２６を介して、前記伝動回転部１８と共に把持部ケーシング１０内に回転自在に保持される。このようにして、本実施例の定トルク電動ドライバーは、前記トルクリミッタ１４により規定されるトルク設定値に基づいて、ねじ締めを行うように構成される。

しかるに、本実施例の定トルク電動ドライバーにおいては、前記のように回転自在に保持された伝動回転部１８の外周面部に、単一もしくは複数からなるセンサ感知部材２８を配設し、さらに前記センサ感知部材２８に対応させて前記把持部ケーシング１０内にセンサ３０を配置する。この場合、前記センサ感知部材２８としては、伝動回転部１８の外周部においてその円周方向に等間隔で配置した複数のマグネットにより構成すると共に、前記センサ３０としては、ホール素子を好適に使用することができる。

なお、図１において、参照符号３２は電動モータ１２の駆動用電源、３４は電動モータ１２を駆動制御するための制御装置、３６は電動モータ１２のＯＮ／ＯＦＦ操作を手動で行うための把持部ケーシング１０に設けた操作スイッチをそれぞれ示す。従って、本実施例において、前記定トルク電動ドライバーの把持部ケーシング１０に設けたセンサ３０により検出されるトルクリミッタ１４の動作信号は、前記制御装置３４に入力し、この制御装置３４において、トルクリミッタ１４の動作状態を判定し、前記電動モータ１２の駆動停止制御を行うように構成される。

また、前述した実施例においては、トルクリミッタ１４を電動モータ１２の出力軸１３に直結した構成を示したが、例えば電動モータ１２の出力軸側に遊星歯車減速機構などの減速機構を接続して、この減速機構の出力軸をトルクリミッタ１４の駆動軸１６に結合する構成とすることもできる。

次に、前記構成からなる定トルク電動ドライバーを使用してねじ締め作業を行う場合のトルク制御動作について説明する。

本実施例に係る定トルク電動ドライバーを、制御装置３４を介して電源３２に接続し、操作スイッチ３６をＯＮ状態に操作すれば、電動モータ１２が付勢されて、その出力軸１３が正転駆動し、トルクリミッタ１４を介してドライバービット２２に回転駆動力が伝達され、ねじ締め作業を行うことができる。

ねじ締め作業の開始からねじの締付け完了に至る大部分のねじ締め行程においては、ドライバービット２２の回転と共に、トルクリミッタ１４の伝動回転軸２０および伝動回転部１８が、一体的に回転動作する。従って、この場合において、把持部ケーシング１０に設けたセンサ３０において、伝動回転部１８に設けたセンサ感知部材２８を連続的に検知して得られる信号（パルス信号）により、前記伝動回転部１８およびドライバービット２２の回転状態を、制御装置３４で判定する。

次いで、ねじの締付け行程においては、電動モータ１２より得られるねじの締付けトルクが、前記トルクリミッタ１４を介してドライバービット２２に付与される。この場合、ねじの締付けに際して生じるドライバービット２２に対する負荷トルクが、トルクリミッタ１４に設定された規定トルク値を超えると、トルクリミッタ１４に内蔵される継手部が滑動ないし離反動作して、その駆動軸１６（電動モータ１２の出力軸１３）が空転して伝動回転部１８の回転が停止する。従って、このような状態は、前記センサ３０によるセンサ感知部材２８の連続的な検知（パルス信号の発生）が得られないことにより、前記伝動回転部１８およびドライバービット２２の停止状態を、制御装置３４で判定する。

このようにして、本実施例の定トルク電動ドライバーにおいては、前述したねじ締め作業において、トルクリミッタ１４により設定した規定トルク値によるねじの締付けを完了することができる。そして、この場合、前記ドライバービット２２の停止状態を検出し判定した制御装置３４においては、電動モータ１２に対する電力供給を遮断するように構成して、操作スイッチ３６の操作に関係なく、電動モータ１２の駆動を停止させる。従って、前述した本実施例の定トルク電動ドライバーにより、ねじ締め作業を行う場合のねじ締めトルク特性と、その制御を行うセンサ検出信号、電動モータ駆動電源およびその負荷電流の時系列的な変化特性については、それぞれ図２に示すような特性が得られる。

また、本実施例の定トルク電動ドライバーにおいては、電動モータ１２に対し、ねじの締付け完了時すなわちトルクリミッタ１４の動作時における負荷電流を検出することにより、長期的な定トルク電動ドライバーの使用に際し、負荷電流値が初期の検出時より所定以上の変化が確認された場合には、トルクリミッタ１４の磨耗劣化などによってトルク設定値が変動していることを予測することができる。例えば負荷電流値が初期の検出時より低下していれば、トルクリミッタ１４の設定トルク値が低下していることが想定される。

そこで、本発明においては、例えば前記制御装置３４において、電動モータ１２の負荷電流を検出するように構成する。そして、ねじの締付け完了時すなわちトルクリミッタ１４の動作時における負荷電流を検出し、この負荷電流値が初期の検出時の電流値より所定以上の変化が検出された場合に、所要のアラームを発生するように設定する。このように構成することにより、トルクリミッタ１４の磨耗劣化などによる設定トルク値の変動を確認して、作業者に対しトルクリミッタ１４の交換を喚起することができる。

また、本発明においては、電動モータ１２の負荷電圧を検出するように構成し、前記と同様にして、負荷電圧値が初期の検出時の電圧値より所定以上の変化が検出された場合に、所要のアラームを発生するように設定することもできる。この場合においても、前記と同様にして、トルクリミッタ１４の磨耗劣化などによる設定値トルク値の変動を確認して、作業者に対しトルクリミッタ１４の交換を喚起することができる。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は前述した実施例に限定されることなく、例えばトルクリミッタにワンウェイクラッチを組み合わせて、ねじの取外し操作を簡便にする等、本発明の精神を逸脱しない範囲内において多くの設計変更を行うことができる。

本発明に係る定トルク電動ドライバーの一実施例を示す概略構成説明図である。 本発明に係る定トルク電動ドライバーのトルク特性とその制御に関するセンサ検出信号、電動モータ駆動電源およびその負荷電流の時系列的な変化特性を示す説明図である。

符号の説明

１０ 把持部ケーシング
１２ 電動モータ
１３ 出力軸
１４ トルクリミッタ
１５ 係止ピン
１６ 駆動軸
１８ 伝動回転部
２０ 伝動回転軸
２１ フランジ部
２２ ドライバービット
２４ Ｅ−リング
２５、２６ スラスト軸受
２８ センサ感知部材（マグネット）
３０ センサ（ホール素子）
３２ 電源
３４ 制御装置
３６ 操作スイッチ

Claims (1)

1. 電動モータ（１２）の出力軸に減速機構を接続し、この減速機構の出力軸にトルクリミッタ（１４）の駆動軸を結合し、前記トルクリミッタの伝動回転軸（２０）をドライバービット（２２）に結合し、前記トルクリミッタにより規定されるトルク設定値に基づいてねじ締めを行うように構成した定トルク電動ドライバーからなり、
   前記トルクリミッタ（１４）を、前記電動モータ（１２）の出力軸側およびドライバービット側に対しそれぞれ着脱自在かつ交換可能に結合して、前記定トルク電動ドライバーの把持部ケーシング（１０）内に回転自在に収納配置し、
   前記ドライバービット（２２）に結合されるトルクリミッタ（１４）の伝動回転部（１８）の外周面部に、その円周方向に等間隔で配置した複数のマグネットからなるセンサ感知部材（２８）を配設すると共に、前記センサ感知部材に対応させて前記把持部ケーシング（１０）内にホール素子からなるセンサ（３０）を配置し、
   前記ドライバービット（２２）によるねじ締め作業において、前記トルクリミッタ（１４）の駆動軸（１６）側が空転してその伝動回転部（１８）側が回転停止する状態を前記センサ（３０）により検出し、前記電動モータ（１２）の駆動停止制御を行うと共に、前記センサ（３０）によって検出されるトルクリミッタ（１４）の作動時における、電動モータ（１２）の負荷電流または負荷電圧を検出して、この負荷電流値または負荷電圧値が初期値と比較して所定値以上に変化する場合に、所要のアラームを発生するように構成した制御装置（３４）を設けたことを特徴とする定トルク電動ドライバー。

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