JPS582036B2 - 電動ねじ締め機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電動モータを駆動源として定トルクでねじ締め
できるようにした電動ねじ締め機に関するものである。

最近ねじ締付けトルクの管理が必要とされる樹脂製品へ
のねじ締め需要が増加し、これに伴って電気的コントロ
ールを行なった電動ドライバーが脚光をあびてきたが、
従来の電動ドライバーは電気的にモータを停止させるだ
けのものであるため、モータ停止時の作業者の手に受け
る反動をぬぐいさることができなかった。

このため高トルクのねじ締め作業の場合、作業者が受け
る反動は大きく、手や肩の疲労が発生した。

さらに電動ドライバーで高トルクの締付けを行なうには
、ビットの回転をかなり減速しモータトルクを増強する
必要があったため、作業能率が悪く、供給源が家庭でも
容易に得られるＡＣ電源という長所を持つ反面、上述の
ような数々の問題点をかかえていた。

また、従来のシャットオフクラッチをもつニューマチツ
クスクリュードライバーにおいては、シャットオフ弁の
微動操作のむずかしさから、締付け後リセット操作時に
モータが再起動したり、エアー圧のドロップによりモー
タトルクが増減し、締付けトルクに影響を及ぼした。

さらに排気ホースを設けたものにおいても、まだまだ締
付け時の高い騒音、振動等が大きく、組立て作業環境の
改善が好まれる今日において、重要な問題として大きく
クローズアップされてきた。

本発明は前述のような問題をなくするため、駆動源を家
庭においても得られる交流電源とし、駆動モータを小型
強力化してビット回転数を上げるとともに、作業者がね
じ又はナットを締付ける時の工具の押し付け動作によっ
てモータを回転させねじ締めトルクが一定値に達した時
に確動ずるトルク遮断機構の働きで電動モータを停止さ
せることによって、従来のエアードライバーの宿命的欠
陥とされている騒音と振動を大幅に低減するとともに、
従来の電動ドライバーのように締付け直後に起るモータ
電機子の慣性モーメントによる反動をなくし、かつ、ね
じ締めトルクが一定値に達した時の電動モータ停止用ス
イッチ手段の切れるタイミングを安定化し、信頼性の高
いくり返し締め付け動作が得られるようにしたものであ
る。

以下に本発明の一実施例における電動ねじ締め機につい
て図面を参考に説明する。

まず全体図である第１図において、ａは電源ユニット、
ｂは駆動ユニット、ｃは減速ユニット、ｄはクラッチユ
ニットである。

電源ユニットａにおいて、１はドライバーコードで、先
端にはＡＣ電源コンセント用キャップ（図示せず）が固
着されている。

２は電源の入り切りと、正逆回転切換えを兼ね備えたス
イッチ、３はハンガーで、各々天井カバー４に固定され
ている。

天井カバー４の外天面には樹脂製プレート５が接着され
ている。

６は電源ユニットａの心蔵部にあたる回路部品が挿着さ
れたプリント基板で，これにリミットスイッチ７が固定
されている。

８はリミットスイッチ７を作動させる段付きピン、９は
段付きピン８にはめ込まれたリング１０と隔壁板１１と
の間に付勢されたばねで、このばね９により段付きピン
８のフランジ部８ａが隔壁板１１に当接し、段付きピン
８のフランジ部８ａの頭にリミットスイッチ７のレバー
７ａが当接している。

１２は天井カバー４と先端カバー１３とを抱き合わせて
ねじ締め機全体を被覆する二つ割りの本体力バー１４を
固定するねじ、１４ａは隔壁板１１を固定する本体力バ
ー１４のリブ、１５はプリント基板６に半田付け固定さ
れたリミットスイッチ７と隔壁板１１に取付けられたブ
ラケット、１６はドライバーコード１の保護ブッシュ１
ａの抜け止めリングである。

駆動ユニツトｂにおいて、１１はモータシャフトで、モ
ータケース１８に嵌合するブラケット１９と別のブラケ
ット２０にそれぞれ嵌合する玉軸受２１．２２に嵌挿し
、電源ユニットａ側への突出部にはファンボス２３に固
定されたファン２４が止めねじ２５によって固定され、
他方、減速ユニット側への突出端には第一太陽歯車２６
が接着固定されている。

モータシャフト１７は中心部に貫通穴を有する管状のも
ので、この貫通穴にその頭部が前記段付きピン８の端面
に接し、クラッチユニットｄに延びるスイッチロツド２
７が嵌挿されている。

２８．２８’は導電リング２９．２９’を押えるナット
、３ ０ ． ３ ０’はスイッチ２からモータへのリ
ード線で、導電リング２９．２９’に接続されている。

３１，３１’は本体カバー１４から突出したリード線ガ
イドピンである。

１４ｂは駆動ユニットｂの発熱をファン２４によって放
出するための本体カバー１４中に設けられた穴で、隔壁
板１１はファン２４の追い出す熱風が電源ユニットａに
影響しないよう遮断する役割も果している。

減速ユニットｃにおいて、３２は第一太陽歯車２６と内
歯車３３に噛合う被導電材質の第一遊星歯車で、第一減
速軸３４に圧入されたピン３５を中心に自転し、第一太
陽歯車２６を中心に遊星進動する。

３６はブラケット２０と内歯車３３との間に挾み込まれ
た非導電材質のスペーサー、３７は第一遊星歯車３２と
第一減速軸間に挾み込まれた非導電材質のスペーサーで
ある。

３８は第一減速軸３４に圧入された第二太陽歯車３９と
内歯車３３とに噛合い第二減速軸４０に圧入されたピン
４１を中心に自転する第二遊星歯車である。

４２は内歯車３３に嵌合する玉軸受けで、リング４３で
とめられ、玉軸受け４２の内輪には前記第二減送軸４０
が嵌挿されている。

内歯車３３はブラケット２０と円周方向には回転しない
よう嵌合している。

クラッチユニットｄを示す第１図及び第２図において、
４４はクラッチ軸で、第二減速軸４０に嵌合するととも
にクラッチ軸４４の先端平坦部で駆動力が伝達されるよ
うになっている。

４５はロックカム４６とクラッチ軸４４との間に付勢さ
れたロツクばね、４７はクラッチ軸４４に嵌合し、ビッ
ト４８をボール４９、弾性バンド５０で保持するビット
ホルダー、５１はクラッチ軸４４に多数のボール５２を
介して軸方向摺動可能にして、かつ回転可能に嵌合する
ハンマーリングで、一端は凸状の歯５１ａを有し、ビッ
トホルダー４７に摺動はするが、ボール５３によって回
転はしないように嵌合するクラッチ爪受５４の一端の凸
状の歯５４ａと噛合う構造となっている。

ビットホルダー４７とクラッチ軸４４との間にはもどし
ばね５５が付勢され、クラッチ爪受５４とビットホルダ
ー４７にはめ込まれたリング５６との間にはリセットば
ね５７が付勢されている。

内歯車３３と嵌合し、一方ブラケット２０とも嵌合する
ようブラケット２０に螺合されたクラッチケース５８に
はプッシュ５９が圧入されたキャップ６０がやはりクラ
ッチケース５８と軸心が一致するようにねじ込まれ、キ
ャップ６０には数個のピン６１がそれと摺動自在に嵌挿
され、一端はリング６２に当接し他端はアジャストナッ
ト６３に当接している。

ハンマーリング５１とリング６２との間にはトルクばね
６４が、ばね座６５、ボール保持板６６によって保持さ
れたボール６７を介して付勢されている。

６８はロツクカム４６とクラッチ爪受５４との間に位置
するロツクボール、６９はロツクカムのストッパーボー
ル、７０はストッパーボール６９の押えリングである。

７１はクラッチ軸４４とハンマーリング５１の溝５１ｂ
間に介在するボールで、クラッチ軸にはまったリング７
２に当接している。

７３はクラッチ軸４４とハンマーリング５１間に介在す
る多数のボール５２のリテーナーである。

クラッチ軸４４とボール１１、ハンマーリング５１の関
係は第２図ｂのようになっており、クラッチ軸４４とハ
ンマーリング５１が回転方向に相対運動をした場合にク
ラッチ軸４４の山部４４ａがボール７１を外へ押し出し
、このボール７１がハンマーリング５１を第３図ｂのよ
うに矢印ａ方向へ押し下げる構造になっている。

１４はビットホルダー４１にはめ込まれたリングで、停
止時はブッシュ５９の前端面に当接しているものである
。

７５はクラッチ軸４４にはめ込まれたリング、７６は本
体カバー１４と先端カバー１３を止めるねじ、７７はそ
のナットである。

次に作用について説明する。

第１図において、ドライバーコード
１より供給された交流電源は電源ユニットａ内のプリン
ト基板６内の回路によって整流され、リミットスイッチ
７及びスイッチ２を通り、リード線３０．３０’で駆動
ユニットｂに供給される。

すると、電動モータが回転しはじめ、回転力が減速ユニ
ットｃへ伝達される。

これと同時にファン２４も旋回して大気を矢印Ｖ， ，
Ｖ２， Ｖ３の経路で吸入し、モータ内部を矢印Ｖ４
， Ｖ５の経路で通過して駆動ユニットｂ内部の熱い空
気を再び大気中へ放出する。

第一太陽歯車２６が回転しはじめると、第一減速軸３４
にピン３５で回転自在に取付けられた非導電材質の第一
遊星歯車３２が第一太陽歯車２６の周囲を内歯車３３の
内歯に噛合いながら遊星運動することによって、第一減
速軸３４の回転はモータシャフト１７の回転が減速され
たものとなる。

さらに第一減速軸３４に圧入され、第一減速軸３４と軸
心をともにした第二太陽歯車３９の周囲を、第二減速軸
４０にピン４１によって回転自在に取付けられた第二遊
星歯車３８が内歯車３３の内歯に噛合いながら遊星運動
することにより、第二減速軸４０の回転は第一減速軸３
４の回転が減速されたものと々る結果、モータシャフト
１７の回転が二段に減速され第二減速軸４０で取出され
る。

ここで、駆動ユニツトｂから減速部を絶縁するために非
導電材質のブラケット２０に内歯車３３を軸心が一致す
るように嵌合し、モータシャフト１７に接着固定された
第一太陽歯車２６の周囲を回る第一遊星歯車３２をも非
導電材料で構成し、さらに第一太陽歯車２６の端面と第
一減速軸３４との間に非導電材質のスペーサー３７を介
在させている。

また、スイッチロツド２７も非導電材質とすることによ
って、減速ユニットｃ，クラッチユニットｄを絶縁する
よう構成している。

第一遊星歯車３２、ピン３５、スペーサー３７、第一減
速軸３４、第二太陽歯車３９で構成される第一減速ユニ
ットは、ブラケット２０との間にスペーサー３６を介在
せしめて互いの相対速度によって生ずるすべり摩擦を軽
減させるとともに、前記第一減速ユニットをフロートさ
せている。

第一遊星歯車３２と第一太陽歯車２６、内歯車３３及び
、第二遊星歯車３８と第二太陽歯車３９、内歯車３３の
歯は適切な噛合いとなるよう転位を施したり、噛合いの
バックラッシュを最適値としている。

従って第一減速ユニットは自動調心的役割を演じながら
無理なく回転運動を行なうものである。

モータシャフト１７が減速ユニットｃで二段に減速され
ると、第二減速軸４０からクラッチユニットｄに駆動ユ
ニットｂの回転力が伝わるものであるが、第２図ａに示
すようにビット４８がねじ螺合前の押付けられない状態
では、リミットスイッチ７には通電されないためモータ
は回転しない。

しかし、第３図ａのようにビット４８がねじ螺合の為矢
印ｂ方向に押付けられると、ビットホルダー４７がもど
しばね５５に抗して後退し、さらにロツクボール６８が
ロツクカム４６の斜面４６ａに当接し、ロツクカム４６
がロックばね４５に抗して後退し、スイッチロッド２７
を押し下げ、段付きピン８がばね９に抗し後退してリミ
ットスイッチ７を作動させる。

これにより電動モータが回転しはじめ、前記減速ユニッ
トｃの作用により減速増力された回転力がクラッチ軸４
４に伝わり、ボール７１を介してハンマーリング５１が
回転しはじめる。

これと同時にリセットばね５７の弾性力によってビット
ホルダー４７と一体となって後退するクラッチ爪受５４
の歯５４ａと前記ハンマーリング５１の歯５１ａが噛合
い、クラッチ爪受５４、及びボール５３を介してビット
ホルダー４７が回転しはじめ、ビット４８に結合された
ねじ（図示せず）は螺合され始める。

ビットホルダー４７はその後端面がクラッチ軸４４の前
端面に当接した所で矢印ｂ方向の移動は停止するが、矢
印ｂ方向のスラスト荷重はクラッチ軸４４によって玉軸
受４２の内輪に加わり第二減速軸４０には全く影響を及
ぼさない構造になっている。

第３図ｂのように、ねじが締り上ると、クラッチ軸４４
の山部４４ａがボール７１を外に押し出し、ハンマーリ
ング５１がトルクばね６４に抗して矢印ａ方向に押し下
げられる。

これと同時にクラッチ爪受５４もリセットばね５７に抗
して移動し、クラッチ爪受５４の空洞部５４ｂがロック
ボール６８の頭上に位置する。

この状態になるとロツクばね４５に付勢されたロックカ
ム４６はその斜面４６ａでロツクボール６８を押し上げ
、前記空洞部５４ｂにボールをはめ込ませる。

このボールのはめ込みが行なわれるやいなや、第３図Ｃ
のようにスイッチばね９がスイッチロツド２７を押し戻
してモータへの電流を遮断する。

これと同時にハンマーリング５１もトルクばね６４によ
ってボール７１をクラッチ軸４４の平坦部４４ｂに落し
込み元の位置に戻る。

従って歯５１ａ，５４ａの噛合いがはずれ駆動力は完全
に遮断される。

このためモータ停止時、即ちねじ締り上り時作業者の手
に加わるモータ電機子の慣性モーメントによる反動は全
くなく、また騒音もきわめて小さいものとなる。

第３図Ｃの状態からビットがもどしばね５５の弾性力に
よって矢印ｄ方向に押し返されると、ロックボール６８
はロツクカム４６の谷部４６ｂ上に位置するが、この状
態になるとロツクボール６８はリセットばね５７の弾性
力によって容易に落し込まれ、ねじ締め前の状態、即ち
第２図ａの状態に復帰する。

ボール６７はハンマーリング５１とトルクばね６４の相
対運動によって生ずる摩擦を少なくする働きをしている
。

締付けトルクの調整はアジャストナット６３を締付け、
ピン６１によってリング６２を移動させることによって
トルクばね６４を圧縮させ、弾性力を増加させることで
行なうことができる。

また上記構成において、電源ユニットａ１駆動ユニット
ｂ，減速ユニットｃ及びクラッチユニットｄはそれぞれ
ユニット化されているので、各ユニットごとに幾種類か
のユニットを用意しておき、締め付けるねじの種類やそ
のときの締め付けトルクの大きさに応じて各ユニットａ
−ｄの組み合わせを変えることにより、ねじ締め作業が
効率よくかつ適切に行なえる。

また、この電動ねじ締め機を、ねじ自動供給装置と共に
使用すれば、その効率は一層高いものとなる。

以上述べたように本発明による電動ねじ締め機は、作業
者がねじ又はナットを締付ける時の工具の押し付け動作
によってモータを回転させ、ねじ締めトルクが一定値に
達した時に確動するトルク遮断機構の働きで電動モータ
を停止させることによって、従来のエアードライバーの
宿命的欠陥とされている騒音と振動を大幅に低減すると
ともに、従来の電動ドライバーのように締付け直後に起
るモータ電機子の慣性モーメントによる反動をなくし、
かつ高トルクの締付けに際してもビット回転数を一定に
保つことによってねじ締め作業の効率化が計れるもので
ある。

さらに前述のトルク遮断機構をもつシャットオフクラッ
チによって高精度の締付けトルクが実現され、最近富に
要求されるトルク管理面においても期待に充分答え得る
ものである。

また、本発明による電動ねじ締め機は、中空のモータシ
ャフトを貫通摺動するスイッチロツドによりスイッチ手
段を作動せしめ電動モータの回転を制御しているため、
スイッチロツドの移動が電動モータ等へ悪影響を及ぼす
ことなく、安定したスイッチ手段の入切動作が得られ、
信頼性の高い確実なくり返し動作が得られるため、最近
問題視されているけんしよう炎のような労働病発生の心
配もなく、電動モータはねじ締めに必要な時だけ回るも
のであるから騒音も少なく又何よりもブラシ部等電動機
を長寿命化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すにおける電動ねじ締め
機の縦断面図、第２図ａは、同電動ねじ締め機における
クラッチユニットとリミットスイッチを示す断面図、第
２図ｂは第２図ａに示すＡ−Ａ線での断面図、第２図Ｃ
は第２図ａに示すＢ−Ｂ線での断面図、第３図ａ，ｂ，
ｃはクラッチユニットとリミットスイッチの動作状態を
示す要部断面図である。 ７・・・・・・・・・リミットスイッチ、１３・・・・
・・・・・先端カバー、１４・・・・・・・・・本体カ
バー、１８・・・・・・・・・モータケース、２０・・
・・・・・・・ブラケット、３２・・・・・・・・・第
一遊星歯車、４４・・・・・・・・・クラッチ軸、４５
・・・・・・・・・ロックばね、４６・・・・・・・・
・ロツクカム、４７・・・・・・・・・ビツトホルダー
、５１・・・・・・・・・ハンマーリング、５１ａ・・
・・・・・・・歯、５３・・・・・・・・・ボール、５
４・・・・・・・・・クランチ爪受、５４ａ・・・・・
・・・・歯、５５・・・・・・・・・もどしばね、５７
・・・・・・・・・リセツトばね、５８・・・・・・・
・・クランチケース、６０・・・・・・・・・キャツプ
、６１・・・・・・・・・ピン、６３・・・・・・・・
・アジャストナツト、６４・・・・・・・・・トルクば
ね、６８・・・・・・・・・ロツクボール、６９・・・
・・・・・・ストツパーボール、７１・・・・・・・・
・ボール。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中空のモータシャフト１７を有する電動モー，タｂ
   と、前記電動モータｂを入り切りするスイッチ手段７と
   、前記電動モータｂの駆動力を受入れる駆動クラッチ部
   材４４と前記駆動クラッチ部材４４上を軸方向に摺動可
   能な被駆動クラッチ部材５１と前記両クラッチ部材間に
   位置するカム手段，４４ｂ ，５１ ｂ ，７１とから
   なり、設定トルクに達するとカム作用をなして互いに離
   反するトルク応動クラッチと、前記駆動クラッチ部材４
   ４に嵌合し、それとの間にばね５５を付勢し回転摺動自
   在なビットホルダー４７と、前記被駆動クラッチ部材５
   １に設けた歯５１ａと噛合う歯５４ａをもち、前記ビッ
   トホルダー４７上を摺動可能な第二クラッチ部材５４と
   前記ビットホルダー４７と前記第二クラッチ部材５４を
   回転結合する手段５３と前記ビットホルダー４７と前記
   第二クラッチ部材５４間に軸方向に付勢されたばね５７
   とよりなる噛合いクラッチと、前記駆動クラッチ部材４
   ４と前記ビットホルダー４７に対し、軸方向に摺動可能
   で、前記駆動クラッチ部材４４との間にばね４５を介在
   させたロツクカム４６と前記ロックカム４６の駆動クラ
   ッチ部材に対する前進動作を規制する手段６９と前記ロ
   ックカム４６と前記第二クラッチ部材５４間の前記ビッ
   トホルダー４７中に介在するボール６８とよりなるロッ
   ク手段と、前記ロックカム４６の後端面に当接し、中空
   のモータシャフト１７内を貫通してモータシャフト１７
   とは独立して移動可能で前記スイッチ手段７に通ずるス
   イッチロツド２７と、前記ビットホルダー４７の軸受け
   手段５９を包含するクラッチケース６０と、前記被駆動
   クラッチ部材５１と前記クラッチケース６０間に付勢さ
   れたトルクばね６４と、全体を包囲するケース手段１３
   ．１４とよりなり、ビットホルダーの後退動作で電動モ
   ータｂが起動し、設定トルクに達するとトルク応動クラ
   ッチが働き、ロック手段が動作するとともにスイッチロ
   ツド２７の移動で電動モータが停止する電動ねじ締め機
   。 ２ 前記ロツクカム４６と前記第二クラッチ部材５４間
   に介在する２個のボール６８が、互いのころがり接触を
   なすことによってロック動作を円滑にすることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の電動ねじ締め機。 ３ 複数の平坦部をもつ駆動クラッチ部材４４と、その
   円錘面に前記駆動クラッチ部材４４の平坦部４４ｂと同
   数の溝５１ｂをもつ被駆動クラッチ部材５１と、前記平
   坦部４４ｂと溝５１ｂ間に介在するボール７１とよりな
   るトルク応動クラッチをもつ特許請求の範囲第１項に記
   載の電動ねじ締め機。 ４ 電動モータｂの前部軸受け手段５９と、スイッチロ
   ツド２７を非導電材質で構成し、全体を非導電材質の外
   装ケース１３．１４で被うことによって、露出部を絶縁
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電
   動ねじ締め機。 ５ 外装ケース１３．１４の電動モータ被覆部からクラ
   ッチケース部に至る間に先太の傾胴をつけたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の電動ねじ締め機。 ６ 外装ケース１３．１４の外面形状が左右対称な異な
   る二つの曲面で形成されたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の電動ねじ締め機。 ７ 中空のモータシャフト１７を有する電動モータｂと
   、前記駆動モータｂを入り切りするスイッチ手段７と、
   前記電動モータｂの駆動力を受入れる駆動クラッチ部材
   ４４と前記駆動クラッチ部材４４上を軸方向に摺動可能
   な被駆動クラッチ部材５１と前記両クラッチ部材間に位
   置するカム手段４４ｂ，５１ｂ．７１とからなり、設定
   トルクに達するとカム作用をなして互いに離反するトル
   ク応動クラッチと、前記駆動クラッチ部材４４に嵌合し
   、それとの間にばね５５を付勢し回転摺動自在なビット
   ホルダー４７と、前記被駆動クラッチ部材５１に設けた
   歯５１ａと噛合う歯５４ａをもち、前記ビットホルダー
   ４７上を摺動可能な第二クラッチ部材５４と前記ボット
   ホルダー４７と前記第二クラッチ部材５４を回転結合す
   る手段５３と前記ビットホルダー４７と前記第二クラッ
   チ部材５４間に軸方向に付勢されたばね５７とよりなる
   噛合いクラッチと、前記駆動クラッチ部材４４と前記ビ
   ットホルダー４７に対し、軸方向に摺動可能で、前記駆
   動クラッチ部材４４との間にばね４５を介在させたロツ
   クカム４６と前記ロツクカム４６の、駆動クラッチ部材
   に対する前進動作を規制する手段６９と前記ロックカム
   ４６と前記第二クラッチ部材５４間の前記ビットホルダ
   ー４７中に介在するボール６８とよりなるロック手段と
   、前記ロックカム４６の後端面に当接し、中空のモータ
   シャフト１７内を貫通してモータシャフト１７とは独立
   して移動可能で前記スイッチ手段７に通ずるスイッチロ
   ツド２１と、前記ビットホルダー４７の軸受け手段５９
   を包含するクラッチケース６０と、前記被駆動クラッチ
   部材５１と前記クラッチケース６０間に付勢されたトル
   クばね６４と、クラッチケース６０に螺合するアジャス
   トナット６３と、クラッチケース６０内にありトルクば
   ね６４を押圧するピン６１と、全体を包囲するケース手
   段１３．１４とよりなり、アジャストナット６３の移動
   時、ピン６１の前端がトルクばね６４を押圧してトルク
   を調整するよう構成したことを特徴とする電動ねじ締め
   機。