JP2002508710A - 共鳴振動質量型締付け工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 振動質量が逆転パルスによって共鳴新道近くに励起され、ねじりバネの周りの振動をねじりバネに蓄えられたエネルギーと関連したトルクがファスナーをさらに締めるのに必要なトルクを越える点まで大きくし、ねじりバネから開放されるトルクがファスナーを締め、一方、バイアストルクが開放されたトルクの締め方向にのみ加えられるのを確実にする低反動振動質量型締付け工具が開示されている。

Description

【発明の詳細な説明】 共鳴振動質量型締付け工具 発明の背景 本発明は、一般的にいえば、動力工具に関し、さらに詳しくいえば慣性を用い た手持ち形締付け工具に関する。現在、低反動の工具は、一般的に比較的大きい 移動角度にわたって、回転慣性質量を加速する装置である。この加速は、工具の 出力トルク容量と比較して比較的低いトルク出力のモーターを使って発生される 。慣性質量が加速するにつれて、それは運動エネルギーを蓄える。慣性質量がか なりの角度（例えば180度以上）にわたって移動したあと、握り締め手段が回転 する慣性質量を加工物と係合させる。続く慣性質量の負の加速は、加速モーター によって供給されるものと比較して、比較的高いトルク出力生じる（図3参照） 。反動がはずみ車又は慣性質量の負の加速と関連するトルクによって与えられる ので、この高いトルク出力は、ユーザーに作用を及ぼさない。 一般的に、2種類の握り締め手段が慣性質量と加工物の間に設けられる。主な 方法は、機械式のクラッチを利用することである。クラッチの速い噛合せと解放 は、残念ながら雑音を発生することになり、衝撃転換領域において発生した高い ストレスは、効率を減らし、クラッチ寿命を制限する部品の摩滅と変形をもたら す。 第二の握り締め方法は、油圧式閉鎖クラッチを使う。既存の機械式のクラッチ より動作において静かであるが、製造費用と油圧流体の損失の可能性はそれらの 用途を制限する。 前述のことは、現在の装置と方法にあると知られている限界を例示している。 したがって、上述の限界の一つ以上を克服することを目的とした代替品を提供す ることが有益であろうことは明白である。それゆえに、以下にさらに完全に開示 される特徴を備える適当な代替物が提供される。 発明の概要 本発明の一つの面において、これは、回転可能な共鳴振動質量と、質量の振動 を生じさせる手段と、振動している質量を回転摩擦よってセットされた加工物に 接続するバネ手段と、加工物を締付け方向に回転させるために振動質量によって 一方の締付け回転方向に生成される力と協同してだけ十分な大きさになる前記一 方の締付け回転方向に前記振動質量で回転バイアスを行う手段とを備え、なを引 いた、反対の回転方向に前記振動質量によって生成された力引く回転バイアスが 加工物の反対回転方向の回転を生ずるには不十分である共鳴振動質量型締付け工 具を提供することによって達成される。 添付の図面に関連して考慮されるとき、前述及びその他の面は発明の以下の詳 細な説明から明らかになる。 図面の簡単な説明 図１は、本発明による共鳴振動質量型締付け工具の断面図、 図２は、先行技術による加速された質量を用いる衝撃工具対するファスナーに 加えられるトルク対時間を示すグラフ、及び 図３は、本発明による共鳴振動質量を用いるシステムの工具に対するファスナ ーに加えられるトルク対時間を示すグラフである。 詳細な説明 図１を参照すると、本発明に従う共鳴振動質量型締付け工具が示され、参照数 字１によって総括的にに示されている。コレット型ソケット又は締め付けている 手段５は、締められる（図示なし）ファスナーの頭にきつく係合する。コレット 型ソケット５は、カップ形はずみ車ローター又は振動質量４に付けられたねじり バネ３に取付けられている。はずみ車ローター４は、後で説明する方法で、振動 して内部固定子２０の回りを回転する。シールド・リング及び磁気の戻り経路８ がはずみ車ローター４を囲んで鋼鉄のような磁気伝導性の材料で作られる。シー ルド・リング８は、次に、工具の外側シェルを形成するケース１５の中に入れら れている。工具を保持するために、ケース１５に取付けたハンドル１１が設けら れている。引き金１４が工具を作動させ、前方及び逆方向スイッチ１３がオペレ ーターが見て締まる方向（通常時計回り）か弛める方向（通常反時計回り）のい づれかの回転方向を選ぶ。 図１で示すように、はずみ車ローター４、ねじりバネ３とコレット５は、ハウ ジング１５の中では軸受１６によって及び固定子２０の延長部の中でコレット１ ９を囲む軸受１７、１８によって回転するように軸支されている。前方光学的エ ンコーダ７はコレットの回転を監視するために設けられ、光学的はずみ車位置決 めエンコーダ１０ははずみ車ローター４の運動と位置を決定するために設けられ ている。 作動時には、ねじ付きファスナーを締めると、はずみ車が初めに電磁コイルの 励起及び固定サイクルの停止部分を行う永久磁石９に対する反作用によって普通 のモーターとして駆動される。一旦ファスナーが普通のモーターとして駆動され ているはずみ車の出力限界に達すると、コレット型ソケット５の回転は、前方光 学的エンコーダ７によって検知されて止まる。はずみ車４の位置は光学的位置決 めエンコーダ１０によって検知される。図３に描かれているように、止まったコ レットの状態を検知すると、適当な電気回路は慣性質量バネ・システムの共鳴周 波数又はその近くではずみ車を振動させる電磁コイル９に逆転エネルギー・パル スを加えることによってはずみ車を振動させ始める。パルス化された振動が逆転 方向の振動エネルギーをねじりバネ３の中に溜めて貯蔵し続けるので、はずみ車 は締付け方向に絶えずバイアスされている。これは、振動エネルギー足すモータ 駆動エネルギーがはずみ車の一方の振動方向にファスナーに締付けトルクを加え るように加わり、逆方向の振動を加るときには締付けトルクがバイアストルクの ほぼ２倍の値だけ弛めトルクを上回るように変わる状態を確立する。 各逆転パルスに蓄えられたエネルギーが質量バネ・システムの共鳴状態又はそ の近くにあるために増加するので、加えられたトルクの合計が、逆振動のときの 対応する弛めなしにファスナーの締付けを促進する点が現れる。逆振動がファス ナーを弛めないようにするために、工具の最終出力トルクの約１０乃至２０パー セントの従動トルクが必要であることを分かった。駆動されたトルクのこの量は 、オペレーターによって反発される。 したがって、本発明の振動質量原理を使うと、オペレーターによって反発され るトルクの何倍もの出力トルクを達成することが可能である。言い方を変えると 、ねじりバネの中のトルクがファスナーの運動に抵抗する加工物のトルクを上回 るとき、ファスナーが二つのトルクの差によって加速されるだろうということで ある。このプロセスでは、若干のエネルギーが振動質量システムから除去される だろう。モーターは、このエネルギーにとって代わり、繰り返し振動でさらに大 きくし、振動が増え続けることができるようにする。所望のファスナー・トルク に達すると、モーターははずみ車を励起するのをやめる。 光学的エンコーダ１０及び７は、工具の制御のためにフィードバックを与える 。上述のように、ファスナーの弛みを防ぐために、振動励起トルクはバイアスト ルク又はモーターによって駆動されたトルクの上にさらに加えられるだろう。こ のバイアストルクは、接合部を締付けるに必要なトルクの一部分であるだろう。 上述の実施形態に加えて、多数の他の実施形態が可能である。場合によっては 、振動質量は、この実施形態の場合のように加工物に付けられてもよい。とりわ け、あるレベルの運動エネルギーが振動質量に蓄えられた後に、加工物に加えら れたトルクにバイアスをかけるために握り締め手段を使うことがある。全ての実 施形態における共通の問題は、加工物にトルクを与えるために使われるエネルギ ーがその共鳴周波数又はその近くで質量バネ・システムを振動させることによっ て作られることである。 この概念に基づく工具の利点は、工具の重さが軽いことである。現在の工具が 限られた移動角度わたって慣性を加速しながら、現在の加工物トルクレベルを克 服するのに十分な運動エネルギーを発生するために十分に大きいモータ／慣性の 組合せを必要とする。本発明において、より長時間励起を加え続けることによっ て、より大きいトルク振幅をモーター又は慣性サイズを増やすことなく達成する ことができる。 本発明での工具は、低い反作用及び低い振動を示す。励起周波数は、一般に現 在の工具のトルク伝達周波数に比較して一般に高くできる。これらのより高い周 波数は、現在の工具の繰り返し「はずみ車スピンアップ」と結びついた周波数よ り容易に減衰させられる（図２参照）。狭帯域励起周波数を利用する振動質量に 基づくアプローチでは、音と振動の低減戦略が現在の衝撃工具の広帯域挙動にに 直面しての具体化と比較して、実施するのがより簡単である。なお、衝撃表面を なくして雑音と摩滅をより小さくできる。 本発明による工具は、よりよい締付け精度を制御し示すのがより容易である。 本実施形態の工具は、より小さい、より頻繁なトルク・パルスでトルクを加工物 に伝える。より小さいパルスは加えられたトルクについてより細かな制御を可能 にし、現在の低反動工具より加工物剛性すなわち接合等級によって余り作用され ない。なお、この概念は、他の方法、例えば動作速度、におけるユーザーによる 制御を増やす電子的に駆動される実施形態によく適する。 好ましい実施形態に関して本発明を説明したが、請求の範囲を除いて、我々は 本発明の範囲において制限されることを望まない。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年７月２日（１９９９．７．２） 【補正内容】 （１）明細書の記載を以下の通りに補正する。 １）第１頁第２１行の次に以下の記載を挿入する。 「最近の従来技術は、日本特許JP-A-04030974であり、それは高周波電流が揺 動体と協力して用いられてピットを介してねじに伝えられる微細振動を発生する 動力ねじ駆動装置を開示している。ねじがねじ回しの操作性を改良するために締 めつけられている間、この振動作用はねじにぶつかる。揺動体の振動作用がねじ ドライバの操作性を助けるかもしれないが、振動力は、小さく慣性型手持ち締め 付け工具に必要な摩擦に打ち勝つには不適当である。」 ２）第２頁第１９行の「回転する。」の次に「永久磁石９は弾み車ローター ４の内径以内のスロット２の中に収容されている。」を挿入する。 ３）第３頁第５行の「電磁コイル」を「電磁コイル６」に補正する。 ４）第３頁第１２行の「電磁コイル９」を電磁コイル６」に訂正する。 （２）請求の範囲を別紙の通りに補正する。 請求の範囲 １．回転共鳴、回転振動質量（４）と、 前記質量の共鳴振動を生じるための手段と、 前記振動質量を回転可能な摩擦によってセットされた加工物に接続するバ ネ手段（３）とを備え、前記バネ手段は前記質量の共鳴振動を生じるための手段 と前記回転摩擦によってセットされた加工物との間の相対回転を可能にし、 加工物を締付け方向に回転させるために振動質量によって一方の締付け回 転方向に生成される力と協同してだけ十分な大きさになる前記一方の締付け回転 方向に前記振動質量で回転バイアスを行う手段とを備え、 反対の回転方向に前記振動質量によって生成された力引く前記回転バイア スが加工物の反対回転方向の回転を生ずるには不十分である 共鳴振動質量型締付け工具。 ２．前記締付け工具（１）が手持ちトルクレンチからなる請求項１に記載の共 鳴振動質量型締付け工具。 ３．前記バネ手段（３）がねじりバネからなる請求項１に記載の共鳴振動質量 型締付け工具。 ４．前記回転バイアスを生ずる手段が最終出力トルクの約１０乃至２０パーセ ントの量において回転方向にバイアスされたトルクを加える請求項１に記載の共 鳴質量型締付け工具。 ５．前記振動質量（４）の前記位置が位置エンコーダ（１０）によって求めら れる請求項１に記載の共鳴質量型締付け工具。 ６．前記位置決めエンコーダ（１０）が光学的位置エンコーダからなる請求項 ５に記載の共鳴振動質量型締付け工具。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．回転可能な共鳴振動質量、 前記質量の振動を生じるための手段、 前記振動質量を回転摩擦によってセットされた加工物に接続するバネ手段 、 加工物を締付け方向に回転させるために振動質量によって一方の締付け回 転方向に生成される力と協同してだけ十分な大きさになる前記一方の締付け回転 方向に前記振動質量で回転バイアスを行う手段とを備え、 反対の回転方向に前記振動質量によって生成された力引く前記回転バイア スが加工物の反対回転方向の回転を生ずるには不十分である 共鳴振動質量型締付け工具。 ２．前記締付け工具が手持ちトルクレンチからなる請求項１に記載の振動質量 型締付け工具。 ３．前記バネ手段がねじりバネからなる請求項１に記載の共鳴振動質量型締付 け工具。 ４．前記バネ手段が回転可能な共鳴振動質量と前記摩擦によってセットされた 加工物間で、相対回転を可能にする請求項１に記載の共鳴振動質量型締付け工具 。 ５．回転バイアスを生じるための前記手段が一方の締付け方向にバイアスされ たトルクを加える請求項１に記載の共鳴振動質量型締付け工具。 ６．最終出力トルクの約１０乃至２０パーセントの量において回転方向のトル クにバイアスを与える請求項５に記載の共鳴振動質量型締付け工具。 ７．前記振動質量の前記位置が位置エンコーダによって求められる請求項１に 記載の共鳴振動質量型締付け工具。 ８．前記位置決めエンコーダが光学的位置エンコーダからなる請求項７に記載 の共鳴振動質量型締付け工具。