JPH10109277A - ねじ締め方法及びねじ締め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 締めつけ時のショックを可及的に抑えること
ができるとともに、締付力（トルク）をきめ細かく調整
することができ、しかも比較的大きな締付トルクを発生
することができる。 【解決手段】 モータ１００の出力軸１００Ａと直結し
た所定質量の慣性体１を設け、この慣性体１をモータ１
００の回転力で強制的に回転させ、慣性体１が所定の回
転数に達したところでモータ１００への給電を停止させ
たのち、慣性体１の慣性モーメントによってねじを締め
付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、モータの駆動力
によってビットを回転し、このビットの回転力によって
ねじを締めつけていくねじ締め方法及びねじ締め装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電動ドライバ、インパクトレンチ、オイ
ルパルスドライバ等のねじ締め装置が各種開発されてい
る。

【０００３】例えば図６に示すように、電動ドライバに
あっては、後述するビット１０３にねじを取り付けたの
ち、締め付けるねじの方向に向けて本体を押し込むこと
によってスイッチが入り、モータ１００が回転して、こ
のモータ１００の回転力が歯車列１０１及びクラッチ１
０２を介してビット１０３に伝達するものが知られてい
る。このようにして、ビット１０３の先端に設けたねじ
が締め付けられていく。

【０００４】また、着座したねじを完全に締めつけたと
ころでビット１０３側には反力が作用するから、この反
力の作用によってクラッチ１０２が切れ、モータ１００
の回転力がビット１０３に伝達するのを阻止する。さら
にまた、このねじ締め作業の完了にともない、本体の押
し込み動作を停止すると、このねじ締め作業が終了した
ことを検出したねじ締め検出部１０４から、所定の検出
信号が出力され、制御部１０５の制御でモータ１００の
作動も自動的に停止する

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなねじ締め装置にあっては、ねじの締めつけ時にねじ
側から作用する反力が作業者の把持する手や腕等に一定
の衝撃力を及ぼすから、特に多くのねじ締めを行う場合
には腕などへの負担が大きくなる場合もある。

【０００６】また、このようなねじ締め装置にあって
は、ねじを締め付けていく材質が異なると、締めつけ力
も微妙に変化するが、通常これに応じた締付力（トル
ク）の微妙な調整をきめ細かく行うことは殆ど行われて
いない。

【０００７】そこで、この発明は、上記した事情に鑑
み、締めつけ時のショックを可及的に抑えることができ
るとともに、締付力（トルク）をきめ細かく調整するこ
とができ、しかも比較的大きな締付トルクを発生するこ
とができるねじ締め方法及びねじ締め装置を提供するこ
とを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち、この請求項１に記
載の発明は、モータの駆動力によってビットを回転し、
このビットの回転力によってねじを締めつけていくねじ
締め装置において、前記モータの出力軸と直結した所定
質量の慣性体を設け、この慣性体を前記モータの回転力
で強制的に回転させ、前記慣性体が所定の回転数に達し
たところで前記モータへの給電を停止させたのち、前記
慣性体の慣性モーメントによってねじを締め付けるもの
である。

【０００９】また、この請求項２に記載の発明は、停止
信号を入力すると、慣性体が有効回転速度に達したこと
を外部に表示する表示手段を設け、この表示手段による
表示を確認後にビットにねじをセットしてねじ締めを行
うものである。

【００１０】また、この請求項３に記載の発明は、特定
の質量及び直径を有し、モータの回転力により回転する
慣性体と、この慣性体の回転慣性力をビット側へ伝達す
る電磁クラッチと、前記慣性体が所定の有効回転速度に
達したこと及び一定の再駆動回転速度まで低下したこと
を検出してそれぞれ停止信号及び再開信号を出力する回
転速度検出手段と、前記停止信号を入力することによっ
てモータの作動を停止するとともに前記電磁クラッチを
接続して慣性体の回転慣性力をビットへ伝達し、ねじ締
めが完了したのち電磁クラッチを遮断して慣性体からビ
ットへの回転慣性力の伝達を断ち、前記再開信号を入力
することによってモータを再始動する制御部とを備えた
ものである。

【００１１】また、この請求項４に記載の発明は、装置
本体のケーシングを先端側へ押し込む動作によってモー
タの作動を停止するとともに電磁クラッチを作動して慣
性体とビットとを繋ぎ、ケーシングの押し込み動作の解
除によって電磁クラッチの作動を停止して慣性体とビッ
トとの間の接続を切る制御部の制御動作を代わりに行う
ビットスイッチを設けたものである。

【００１２】また、この請求項５に記載の発明は、停止
信号を入力すると、慣性体が有効回転速度に達したこと
を外部に表示する表示手段を設けたものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施例に
ついて添付図面を参照しながら説明する。

【００１４】図１はこの発明に係るねじ締め装置を示す
ものであり、この電動ドライバは、モータ１００と、慣
性体であるフライホイール１と、クラッチ２と、歯車列
３と、回転速度検出部４と、ねじ締め検出部５と、制御
部６と、表示部７とを備えている。なお、この図１にお
いて、符号８はビットを示すものであり、モータ１００
を始動するために始動スイッチ（図略）が設けられてい
る。

【００１５】フライホイール１は、出力軸１００Ａを介
したモータ１００の駆動力によって回転するようになっ
ており、この実施例では適宜の質量ｗのもの、例えば直
径がＤ、厚さがＬ，密度がγの円柱状のものが使用さ
れ、所定の角速度ωで回転するときには、次式で示すよ
うな慣性エネルギーＥ Ｅ＝（１／２）Ｉ・ω² （ここで、Ｉは慣性モーメント） が発生している。

【００１６】またこの場合、ねじ締めトルクＴは、次
式、即ち、 Ｔ＝Ｉ・（ｄω／ｄｔ） （ここで、ｄω／ｄｔは角加速度） で決定されるから、角速度ωを適宜変更することによっ
て慣性エネルギ−とともにねじ締めトルクも自由に変更
・調節することができるようになっている。

【００１７】しかもこのフライホイール１の慣性モーメ
ントＩは、直径Ｄの４乗に比例（効いてくる）するか
ら、それほど大きな直径でなくとも、大きな慣性モーメ
ントＩが得られるようになっている。

【００１８】電磁クラッチ２は、モータ１００と一体に
回転するフライホイール１に固着した駆動軸１Ａとギア
列３に設けた回転軸３Ａとの接続を行い、フライホイー
ル１の回転慣性力をビット８側へ伝達するものであり、
制御部６によって断接を行うようになっている。即ちこ
の実施例の電磁クラッチ２では、 モータ１００が所定の最大設定角加速度（有効回転速
度）ω１に達したときに、モータ１００への通電を停止
したのち、制御部６により（若しくは適宜のマイクロス
イッチ等のオン動作によって）電磁クラッチ２を接続状
態にするとともに、 ねじ締め動作が完了するときのねじ側からの反力を検
出するねじ締め検出部５からの停止信号によって、制御
部６により電磁クラッチ２を遮断状態にするように構成
されている。そのため、この電磁クラッチ２は、制御部
６の出力と接続されている。

【００１９】回転速度検出部４は、フライホイール１が
所定の最大設定角加速度ω１に達したこと及び所定の最
低設定角速度（再駆動回転速度）ω２まで低下したこと
を検出してそれぞれ停止信号及び再開信号を出力するも
のであって、モータ１００の出力軸１００Ａの回転速度
を検出するようになっており、出力が制御部６の入力に
接続されている。

【００２０】ねじ締め検出部５は、ねじを最終的に所定
の状態まで締め付けたところで、ねじを締めつけた被締
付部材側からそのねじを介してビット１０３側に伝達す
る反力を検出するものであって、適宜のセンサ（例えば
トルクセンサ）が使用されており、このとき出力する検
出信号（停止信号）を制御部６に入力させるため、出力
が制御部６の入力に接続されている。

【００２１】制御部６は、停止信号を入力することによ
ってモータの作動を停止するとともに電磁クラッチ２を
接続してフライホイール１の回転慣性力をビット８へ伝
達するため、モータ１００と電源９との間のリレースイ
ッチ１００Ｂ及び電磁クラッチ２へそれぞれ第１、第２
の制御信号を出力するようになっている。また、この制
御部６は、ねじ締めが完了したのち電磁クラッチ２を遮
断してフライホイール１からビット８への回転慣性力の
伝達を断つため、第３制御信号を電磁クラッチ２へ出力
するようになっている。さらにまた、この制御部６は、
回転速度検出部４から再開信号を入力することによって
モータを再始動するため、第４制御信号をリレースイッ
チ１００Ｂへ出力するようになっている。

【００２２】表示部７は、制御部６が停止信号を入力す
ると、この制御部６から出力する第５制御信号によって
フライホイール１が最大設定角加速度ω１に達したこと
を外部に点灯するものであり、適宜のランプ（ブザーな
どでもよい）などが使用されている。これによって、最
適なトルクを発生したことを確認した後にねじ締め動作
を行うことができるようになっている。

【００２３】次に、この実施例の動作について図２のフ
ローチャートを参照しながら説明する。

【００２４】先ず、例えばパワースイッチをオンして電
動工具のモータ１００を立ち上げる（第１ステップＳ
１）。

【００２５】これによって、モータ１００の出力軸１０
０Ａが回転を開始するとともに、この出力軸１００Ａを
固着したフライホイール１が回転を開始する（第２ステ
ップＳ２）。

【００２６】次に、フライホイール１が所定の最大設定
角加速度ω１に達したか否かを、回転速度検出部４から
の信号によって制御部６が判断する（第３ステップＳ
３）。ここで、最大設定角加速度ω１に達していないき
には、第２ステップＳ２に戻る。

【００２７】また、この制御部６がフライホイール１が
最大設定角加速度ω１に達したと判断すると、モータ１
００の通電を停止するとともに、表示部７のランプを点
灯する（第４ステップＳ４）。

【００２８】次に、ビットをねじの頭に嵌めて押し込む
と、制御部６によって電磁クラッチ２が接続状態にな
り、フライホイール１の慣性モーメントがビット８に伝
達される。これによって、このビット８からねじにトル
クを伝達してねじを締め付けることができる（第５ステ
ップＳ５）。

【００２９】ねじの締め付け動作が完了したか否かを、
ねじ締め検出部５からの信号によって制御部６が判断す
る（第６ステップＳ６）。

【００３０】そして、このねじ締め動作が完了している
と判断した場合には、制御部６によって電磁クラッチ２
が遮断状態になる（第７ステップＳ７）。

【００３１】次ぎに、ねじの締めつけ作業が最終的に全
て終了しているが否かを制御部６が判断する（第８ステ
ップＳ８）。そして、ねじの締めつけ作業が最終的に全
て終了していると判断した（例えば一定時間以上ネジ締
め動作が開始されないなど）場合には、モータ１００の
再始動を行わない（第９ステップＳ９）。また、ねじの
締めつけ作業が最終的に終了していないと判断した場合
には、モータ１００を再始動して第３ステップＳ３に戻
る。

【００３２】次ぎに、この発明に係る他のネジ締め装置
について、図３乃至図５を参照しながら説明する。な
お、先の実施例と同一部材には同一符号を付して重複説
明を避ける。

【００３３】図３及び図４に示すこの実施例のねじ締め
装置では、第１実施例の制御部６の制御の一部を行うマ
イクロスイッチ６０が使用されている。

【００３４】このマイクロスイッチ６０は、装置本体の
ハウジング８０をビット８のある先端側に押し込むと、
ばね８Ｃの弾性力に抗して、回転軸８Ａの一部に設けた
作動板８Ｂと接触して作動する構成のものであり、ハウ
ジング８０の裏面に固設されている。

【００３５】そしてこのマイクロスイッチ６０は、図５
に示すように、普段はモータ１００への給電を行うため
に電源９側とモータ１００との回路を閉じるように構成
されており、作動板８Ｂとの接触動作中は電磁クラッチ
２と電源９との回路が閉じ，モータ１００への通電は停
止するとともに、電磁クラッチ２が接続状態となって、
フライホイール１の慣性モーメントがビット８へ伝達し
て回転するようになっている。

【００３６】なお、この実施例の制御部６′は、回転速
度検出部４からの再開信号モータ１００への給電を行う
リレースイッチ１００Ｂを閉じるための制御信号を出力
するだけの構成となっている。また、この実施例でも先
の実施例に設けたねじ締め検出部や表示部を付設してあ
るが、図５において説明の都合上省略してある。

【００３７】従って、この実施例によれば、手で持つ装
置本体のハウジング８０には締めつけ完了時の反動をフ
ライホイール１で有効に吸収することができるから、手
にかかるショックを可及的に抑えることができる。

【００３８】さらに、この実施例によれば、フライホイ
ール１の慣性モーメントＩは直径Ｄの４乗に比例（効い
てくる）するから、このフライホイール１を大径にする
ことなく大きな慣性モーメントを発揮することができ、
その分工具本体の外径寸法も最小限に抑えることがで
き、握り部等も小さく握り易いものが提供できる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明してきたようにこの発明によれ
ば、モータの出力軸と直結した所定質量の慣性体を設
け、この慣性体をモータの回転力で強制的に回転させ、
慣性体が所定の回転数に達したところでモータへの給電
を停止させたのち、慣性体の慣性モーメントによってね
じを締め付けるようになってているから、ねじを締め付
ける前にはモータで慣性体に運動（回転）エネルギーを
蓄えておき、ねじの締めつけを行うのに先立ってモータ
への給電を絶ち、その後に慣性体（モータのロータ側の
慣性エネルギーも付加させることができる）のエネルギ
ーを利用してねじ締めを行うので、節電効果がもたらさ
れることは言うまでもなく、さらに手へのショックが少
ない、静かで安全なねじ締め作業が実現できるようにな
る。

【００４０】また、この発明によれば、慣性体の角速度
をモータへの給電時間調整によって自由に制御すること
ができ、ねじ締めつけ時のトルクを自由に、しかも精度
良く調整できるから、使用するねじの種類や大きさ、さ
らに締め付ける対象の材質・硬度などに応じてきめ細か
くトルク調整でき、延いては高品質のねじ締め作業を実
現できる。

【００４１】さらに、この発明によれば、慣性体の慣性
モーメントはその直径の４乗に比例しているから、外径
寸法がそれほど大きくないハンデイ型のものでも、比較
的大きな締めつけトルクを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るねじ締め装置を示すブロック
図。

【図２】この発明に係るねじ締め方法を示すフローチャ
ート。

【図３】この発明の他の実施例を示す概略構成図。

【図４】図３に示す他のねじ締め装置の要部拡大図。

【図５】図３に示す他のねじ締め装置の概略ブロック
図。

【図６】従来例を示す概略ブロック図。

【符号の説明】

１ フライホイール ２ 電磁クラッチ ４ 回転速度検出部 ６，６′ 制御部 ６０ リミットスイッチ ７ 表示部 ８ ビット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐野 幸雄 東京都墨田区堤通１丁目19番９号 日本電 気精器株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータの駆動力によってビットを回転
   し、このビットの回転力によってねじを締めつけていく
   ねじ締め装置において、 前記モータの出力軸と直結した所定質量の慣性体を設
   け、 この慣性体を前記モータの回転力で強制的に回転させ、 前記慣性体が所定の回転数に達したところで前記モータ
   への給電を停止させたのち、 前記慣性体の慣性モーメントによってねじを締め付ける
   ことを特徴とするねじ締め方法。
2. 【請求項２】 停止信号を入力すると、慣性体が有効回
   転速度に達したことを外部に表示する表示手段を設け、 この表示手段による表示を確認後にビットにねじをセッ
   トしてねじ締めを行うことを特徴とする請求項１に記載
   のねじ締め方法。
3. 【請求項３】 特定の質量及び直径を有し、モータの回
   転力により回転する慣性体と、 この慣性体の回転慣性力をビット側へ伝達する電磁クラ
   ッチと、 前記慣性体が所定の有効回転速度に達したこと及び一定
   の再駆動回転速度まで低下したことを検出してそれぞれ
   停止信号及び再開信号を出力する回転速度検出手段と、 前記停止信号を入力することによってモータの作動を停
   止するとともに前記電磁クラッチを接続して慣性体の回
   転慣性力をビットへ伝達し、ねじ締めが完了したのち電
   磁クラッチを遮断して慣性体からビットへの回転慣性力
   の伝達を断ち、前記再開信号を入力することによってモ
   ータを再始動する制御部とを備えたことを特徴とするね
   じ締め装置。
4. 【請求項４】 装置本体のケーシングを先端側へ押し込
   む動作によってモータの作動を停止するとともに電磁ク
   ラッチを作動して慣性体とビットとを繋ぎ、ケーシング
   の押し込み動作の解除によって電磁クラッチの作動を停
   止して慣性体とビットとの間の接続を切る制御部の制御
   動作を代わりに行うビットスイッチを設けたことを特徴
   とする請求項３に記載のねじ締め装置。
5. 【請求項５】 停止信号を入力すると、慣性体が有効回
   転速度に達したことを外部に表示する表示手段を設けた
   ことを特徴とする請求項３に記載のねじ締め装置。