JPH04128167U - 電動ドライバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】締め付けトルク精度を良くし、しかも作業性を
良くする。 【構成】ねじの着座手前の位置を検出するセンサ１４を
備える。このセンサ１４で検出されたねじの着座手前の
位置でモータの回転を一旦停止する。その後モータ電流
が所定電流値になるまで徐々にモータに供給する電流を
増加させる。そして、所定電流値に達した時点でモータ
への電流の供給を停止させる。完全なねじ締めをゆっく
り回転させて行い、回転による慣性トルクの影響を少な
くする。定電流で最終的なねじ締めを行って、発生トル
クを一定にする。ねじの着座手前の位置を検出するセン
サ１４の検出棒１５に、ねじを保持するねじ保持部１５
ａを設ける。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ねじ締めを行う手持ち式の電動ドライバのねじの保持構造及び締め るトルク制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来の電動ドライバにおいては機械式のクラッチを用いてねじ締めトルクの制 御を行っていた。その一例を図１１に示す。 この電動ドライバでは、モータと電動ドライバの出力軸３６との間を複数のギ アからなる減速機構Ａを介して接続し、モータからの動力の出力軸３６への伝達 をクラッチ３１にて制御している。ここで、クラッチ３１は、出力軸３６が挿通 されたクラッチ板３２と、減速機構Ａを構成し遊星ギア（図示せず)が噛み合う インターナルギア３３の前端面に形成された係止部３３ａに係止されるボール３ ４と、クラッチ板３２とボール３４との間に配設されボール３４をインターナル ギア３３の係止部３３ａに係止する方向に付勢するばね３５とからなる。

【０００３】 この電動ドライバにおいては、負荷トルクが所定値以下の場合にはボール３４ のインターナルギア３３の係止部３３ａへの係止により、インターナルギア３３ の回転が阻止され、これによりモータからの動力は減速機構Ａを介して出力軸３ ６に伝達される。 今、ねじが完全に締め付けられて負荷トルクが所定値に達したとすると、この 際にはインターナルギア３３がばね３５に抗してボール３４を押し返して自転を 始め、これにより減速機構Ａが空転状態になり、よってモータからの出力軸３６ への動力伝達が遮断され、所定トルクでねじが締め付けられる。なお、ねじの締 付けトルクはクラッチ板３２でばね３５の圧縮量を変えて調整する。

【０００４】 ところが、上述の機械式のクラッチの場合、動作時の騒音及び振動が大きく、 寿命が短いという問題があった。 そこで、上記欠点を解消するトルク制御方法として、例えば回路的にモータに 供給される電流を所定値以下に制限して締め付けトルクを所定値以下に制限する （定電流制御方式などにより電動ドライバの発生トルクを制限する）ということ が考えられる。

【０００５】 しかしながら、この方法であると、ねじの頭部がねじ止めが行われる部材に接 触した際（以下、この状態を着座と呼ぶ）に、負荷が瞬時に増加してモータが停 止する際に、モータの回転子やギア等の慣性トルクによりねじに余分な力が加わ り、この力がモータの発生トルクを所定値以下に制限して希望の締付け力とする 際に制御できない誤差となり、極端な場合にはねじ山を破損するということがあ った。この着座時に発生する慣性トルクの実測図を図１２に示す。

【０００６】 ここで、慣性トルクは原理的には慣性力と回転速度の変化（加速度）に比例し 、モータ等の回転速度を遅くすれば小さくできるので、モータ等の回転速度を落 とすことが考えられる。しかし、このようにすると、ねじ締めに時間がかかり、 作業能率が落ちる問題がある。 そこで、作業性を落とすことなく、締め付けトルク精度を向上させる方法が提 案されている。

【０００７】 このような方法を採用した電動ドライバを図１３に示す。この電動ドライバは 、直流モータ１と、この直流モータ１の駆動用のトランジスタＱを制御する定電 流制御部２と、ＣＰＵ６，ＲＯＭ７，ＲＡＭ８及び入出力ポート９ａ，９ｂから なり電動ドライバの全体の動作シーケンスを制御する演算処理部４と、モータ１ の回転を検知するエンコーダなどの回転検知センサ１２と、回転検知センサ１２ の出力をカウントするカウンタ１３と、締め付けトルク等の設定を行うためのデ ータを入力する入力キー１１と、入力データの表示などを行う表示器１０と、ね じが着座手前の位置を検出するセンサ１４’とで構成されている。

【０００８】 ここで、上記センサ１４’は、図１４及び図１５に示すように、電動ドライバ Ａのピット３０の先端よりもねじ山長だけ突出し前後方向に進退自在となった検 出棒１５’と、この検出棒１５’を前方に付勢するばね１６と、ねじが着座する 手間のねじ締め状態になった際に後退する検出棒１５’の後端で押圧されるリミ ットスイッチ１７とで構成してある。リミットスイッチ１７の出力は図１３に示 すように演算処理部７に入力されている。

【０００９】 このセンサ１４’では、ねじが締められるにつれて検出棒１５’が被ねじ締め 部材に近づき、着座手前の位置で検出棒１５’によりリミットスイッチ１７がオ ンとなり、演算処理部７にねじ締め状態が着座の手前の状態になったことを知ら せる。従って、検出棒１５’の長さにより検出する着座手間の位置を変更するこ とができる。

【００１０】 この電動ドライバにおいては、ねじ締めを行う際に、まず希望する締め付けト ルクを入力キー１１により入力する。 図１７（ａ）に示すねじ締め開始時点では、図１６（ａ）に示すように高速回 転でねじ締めを行う。その高速回転期間を図中のイで示す。なお、この際のねじ 締めは電動ドライバの能力の最大の回転速度で行うことが可能である。

【００１１】 そして、図１７（ｂ）に示す着座の手前のねじ締め状態となったことがセンサ １４’で検出されると、急激にモータ１の回転にブレーキをかけてモータ１の回 転を停止させる。このモータ１にブレーキがかけられている期間を図１６中のロ で示す。また、モータ１の回転を停止している期間を図１６中のハで示す。 その後、モータ１は再起動され、図１７（ｃ）に示すようにねじ２４を完全に 締め付ける。

【００１２】 この再起動後は、モータ１が急激に回転しないように電流をゆっくりと増加さ せる。そして、モータ１の電流が所定の締め付けトルクが得られる電流値になっ た時点で、電流の増加を停止する。この状態を図１６の期間ニで示す。 この際の上記電流設定値は演算処理部４からＤ／Ａ変換器３を介して定電流制 御部２に与えられ、定電流制御部２ではトランジスタＱに直列接続された検出抵 抗Ｒの両端電圧からモータ１に流れる電流を検出して電流設定値になったことを 検知する。

【００１３】 そして、上記電流設定値になった場合には所定の短時間だけその設定電流値に 応じた電流を保持した後、モータ１への電流の供給を停止し、ねじ締めを完了す る。 このように、モータ電流を最終的に一定にすることにより、モータの発生トル クを一定とし、トルクの一定制御を実現している。しかも、最終的なねじ２４の 締め付けをゆっくりした回転で行うことにより、慣性トルクによる影響を少なく して、衝撃トルクが大きくなることを抑えている。また、ねじ２４が着座する手 前までは高速でねじ締めを行えるので、作業時間が長くなるということもない。

【００１４】 なお、上述の場合には着座手前で完全にモータ１を停止する場合について説明 したが、モータ１の回転速度を停止寸前の状態に近い状態まで減速させるように しても同様の効果を期待できる。

【００１５】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、この種の電動ドライバでは、ねじ締めのときにねじを片手で持ち、 もう一方の手で電動ドライバを持つ必要があり、ねじ２４がねじ孔に螺合される までは、安全のためにねじ締め速度はゆっくり行わなければならず、従って作業 性が悪くなる問題があった。

【００１６】 本考案は上述の点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、締 め付けトルク精度を向上させることができる上に、作業性を良くすることができ る電動ドライバを提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】

本考案では、上記目的を達成するために、直流電動機特性を有するモータと、 このモータを定電流駆動する駆動手段と、ねじの着座手前の位置を検出するセン サと、このセンサで検出されたねじの着座手前の位置でモータの回転を一旦停止 あるいは減速させ、その後モータ電流が所定電流値になるまで徐々にモータに供 給する電流を増加させ、所定電流値に達した時点でモータへの電流の供給を停止 させる制御手段とを備え、ねじ締め用のピットの前方に位置する先端部にねじを 保持するねじ保持部が形成され前後方向で進退自在となった検出棒と、この検出 棒が被ねじ締め部材のねじ締め面に当接して後退した際にオンするスイッチと、 スイッチのオン時に駆動され検出棒をねじから引き外す引き外し手段とで上記セ ンサを構成してある。

【００１８】

【作用】

本考案は、上述のように制御手段がねじの着座手前の位置でモータの回転を一 旦停止あるいは減速させ、その後モータ電流が所定電流値になるまで徐々にモー タに供給する電流を増加させ、所定電流値に達した時点でモータへの電流の供給 を停止させる制御を行うことにより、回転による慣性トルクの影響を少なくする と共に、発生トルクを一定として、締め付けトルク精度を向上させるようにし、 またセンサの検出棒をねじ保持可能な構造とすることにより、最初から高速でね じ締めを行えるようにして、作業性を良くするようにしものである。

【００１９】

【実施例】

図１に本考案の一実施例のセンサ１４を図１に示す。本実施例のセンサ１４は 電動ドライバＡの本体の先端下面側に設け、検出棒１５は先端を斜め上方に立上 げ、先端にねじ保持部１５ａを形成してある。つまり、本実施例の場合には検出 棒１５でねじを保持することにより、ねじを手で持つ必要がないようにしたもの である。ここで、ねじ保持部１５ａにはねじの螺合部の径よりもやや広いＵ字状 の凹部からなる装着部１５ｂを形成し、このねじ保持部１５ａは螺着するねじの 種別に応じて取替自在となっている。なお、このようにねじ保持部１５ａを着脱 自在にする構造の一例としては、例えば図３に示すように、ねじ保持部１５ａの 下面から取付ピン１８を突設し、この取付ピン１８を検出棒１５の先端面の取付 孔１９に圧入する構造とすればよい。

【００２０】 センサ１４は、図２に示すように、検出棒１５を前方に付勢するばね１６、及 び検出棒１５が後方に押し込まれたときにオンするリミットスイッチ１７の他に 、検出棒１５を上方に引上げて基部を水平保持するばね２０と、駆動時に検出棒 １５の基部を斜め下方に引き下げるソレノイド２１とからなる。なお、本実施例 の場合には検出棒１５の基部は、ばね２２及びソレノイド２１が連結された前端 部と、側面でリミットスイッチ１７を押圧する後端部とに２分され、夫々は連結 ピン２２により連結され、前端部を上下方向において回動自在としてある。また 、上記ソレノイド２１の駆動制御は、図４に示すように、電力増幅回路２３を介 して演算処理部７で行うようにしてある。

【００２１】 以下、本実施例を用いたねじ締め方法について説明する。なお、このねじ締め を行う前には締め付けトルクの設定を行う。 このねじ締めに際しては、図５に示すように、ねじ２４を検出棒１５のねじ保 持部１５ａに装着し、ねじ２４の頭に形成されたねじ溝にピット３０の先端を嵌 める。この状態で被ねじ締め部材２５にねじの先端を当てて、電動ドライバＡを 動作させる。この状態を図６に示す。

【００２２】 そして、図７に示すねじ２４が着座する手前になると、検出棒１５が後方に押 され、リミットスイッチ１７がオンとなる。このため、演算処理部７からモータ １の回転を停止させる指令が定電流制御部２に与えられ、モータ１が停止される 。これと同時に電力増幅回路２３を通じてソレノイド２１のコイルに通電を行い 、検出棒１５の水平状態を保持していた基部を下方に引き下げる。このため、図 ８に示すようにねじ保持部１５ａが下に下がり、ねじ保持部１５ａがねじ２４か ら外れる。この際にねじ保持部１５ａは被ねじ締め部材２５のねじ締め面にぶつ かるが、この際に検出棒１５はさらに後方に移動可能であり、最終的なねじ締め の邪魔になることはない。

【００２３】 その後は、従来例で説明したと同様に、モータ１を再起動してねじ２４を完全 に締め付ける。この際には、急激に回転しないように電流をゆっくりと増加させ る。なお、本実施例では演算処理部４は単位時間当たり何回転（例えば、ｒｐｍ ）で締め付けトルクがどの位になるかを実験により求めた結果データをテーブル としてＲＯＭ７に記憶しており、このため設定トルクに応じた回転速度を計算し た結果を、ねじが着座する手前の状態になった場合に、速度設定信号として定電 流制御部４に与える。そして、モータ１の電流が所定の締め付けトルクが得られ る電流値になった時点で、電流の増加を停止する。なお、上記電流設定値になっ た場合には所定の時間だけその設定電流値に応じた電流を保持した後、モータ１ への電流の供給を停止し、ねじ締めを完了する。

【００２４】 このようにして、本実施例でも、モータ電流を最終的に一定にしてモータの発 生トルクを一定とし、トルクの一定制御を実現している。また、最終的なねじの 締め付けをゆっくりした回転で行うことにより、慣性トルクによる影響を少なく し、衝撃トルクが大きくなることを抑えている。さらに、ねじ２４が着座する手 前までは高速でねじ締めを行えるので、作業時間が長くなるということがないよ うになっている。このようにして、ねじ締めが完了した状態を図９に示す。なお 、上記ねじ締め方法をまとめたフローチャートを図１０に示す。

【００２５】

【考案の効果】

本考案は上述のように、直流電動機特性を有するモータと、このモータを定電 流駆動する駆動手段と、ねじの着座手前の位置を検出するセンサと、このセンサ で検出されたねじの着座手前の位置でモータの回転を一旦停止あるいは減速させ 、その後モータ電流が所定電流値になるまで徐々にモータに供給する電流を増加 させ、所定電流値に達した時点でモータへの電流の供給を停止させる制御手段と を備え、ねじ締め用のピットの前方に位置する先端部にねじを保持するねじ保持 部が形成され、前後方向で進退自在な検出棒と、この検出棒が被ねじ締め部材の ねじ締め面に当接して後退した際にオンするスイッチと、スイッチのオン時に駆 動され検出棒をねじから引き外す引き外し手段とで上記センサを構成したもので あり、制御手段がねじの着座手前の位置でモータの回転を一旦停止あるいは減速 させ、その後モータ電流が所定電流値になるまで徐々にモータに供給する電流を 増加させ、所定電流値に達した時点でモータへの電流の供給を停止させる制御を 行うので、回転による慣性トルクの影響を少なくでき、このため発生トルクを一 定として、締め付けトルク精度を向上させることができ、しかもセンサの検出棒 をねじ保持可能な構造としてあるので、最初から高速でねじ締めを行え、作業性 が良くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例の外観を示す側面図である。

【図２】同上のセンサの構造を示す斜視図である。

【図３】センサの要部の構造を示す説明図である。

【図４】電動ドライバの回路構成を示すブロック図であ
る。

【図５】ねじ保持部へのねじの取り付け方法を示す説明
図である。

【図６】ねじ締め開始状態を示す説明図である。

【図７】ねじの着座手前の状態を示す説明図である。

【図８】ねじ締めの再起動時を示す説明図である。

【図９】ねじ締め完了状態を示す説明図である。

【図１０】同上のねじ締め方法を示すフローチャートで
ある。

【図１１】従来例としての機械式のクラッチの構造を示
す断面図である。

【図１２】着座時に慣性により発生する衝撃トルクの説
明図である。

【図１３】他の従来例の回路構成を示すブロック図であ
る。

【図１４】同上の外観を示す側面図である。

【図１５】センサの具体構成を示す説明図である。

【図１６】同上の電動ドライバの動作説明図である。

【図１７】同上の動作過程におけるねじ締め状態を示す
説明図である。

【符号の説明】

Ａ 電動ドライバ １ モータ ４ 定電流制御部 ７ 演算処理部 １４ センサ １５ 検出棒 １５ａ ねじ保持部 １７ スイッチ ２１ ソレノイド

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電動機特性を有するモータと、この
   モータを定電流駆動する駆動手段と、ねじの着座手前の
   位置を検出するセンサと、このセンサで検出されたねじ
   の着座手前の位置でモータの回転を一旦停止あるいは減
   速させ、その後モータ電流が所定電流値になるまで徐々
   にモータに供給する電流を増加させ、所定電流値に達し
   た時点でモータへの電流の供給を停止させる制御手段と
   を備え、ねじ締め用のピットの前方に位置する先端部に
   ねじを保持するねじ保持部が形成され前後方向で進退自
   在になった検出棒と、この検出棒が被ねじ締め部材のね
   じ締め面に当接して後退した際にオンするスイッチと、
   スイッチのオン時に駆動され検出棒をねじから引き外す
   引き外し手段とで上記センサを構成して成ることを特徴
   とする電動ドライバ。