JP2005238418A - トルク検出機能を備える電動ドライバーおよびトルク検出機能を備える電動ドライバー等を使用するトルク管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】トルク検出機能を有する電動ドライバー等において、ねじ締めトルク値の検出測定を適正に行うことができると共に、許容トルク範囲の設定を簡便かつ容易に行える電動ドライバーおよびトルク管理システムを提供する。
【解決手段】電動モータの出力軸１４に遊星歯車１８からなる減速機構２０を介してドライバービットを回転駆動する従動軸３０を結合し、前記従動軸３０の一部を支持する支持部材との間にクラッチ機構１２を設けた構成において、前記減速機構２０のインターナルギヤ２２の外周の一部にトーションバー４４の一端を結合し、その他端を把持部の開口より外部へ導出すると共に把持部と平行に延設して把持部に固定配置し、前記トーションバーの応力変位部にストレンゲージ４６を張設して、このストレンゲージの検出信号に基づいてトルク値の検出を行うように構成した。この検出装置を利用して適正なトルク管理を行うシステムを構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、トルク検出機能を備える電動ドライバーに係り、ねじ等の取付け対象物に対し、常に適正なねじ締めトルクでねじ締め作業を安全にして確実に、しかも円滑に行うことができるトルク検出機能を備える電動ドライバーおよびトルク検出機能を備える電動ドライバー等を使用する場合のトルク管理システムに関するものである。

従来において、本出願人は、トルク検出機能を備える電動ドライバーとして、例えばねじの締め付け作業において、ねじの締め付け開始時から締め付け完了時に至る迄の間のトルク値の変動を、連続的に測定することができるように設定したトルク検出器を備えた電動ドライバーを提案した（特許文献１参照）。すなわち、この特許文献１に記載の電動ドライバーは、(1) 回転駆動源に接続するピニオンギヤと、このピニオンギヤに噛合する遊星歯車と、この遊星歯車に内接噛合するインターナルギヤとにより構成される遊星減速機構と、(2) この遊星減速機構を収納する円筒状ケーシングとからなり、(3) 前記インターナルギヤを円筒状ケーシング内に回転自在に遊嵌し、このインターナルギヤの外周に前記円筒状ケーシングに穿設したスリットを介して半径方向外方に延出するトーションバーを固定し、(4) さらにこのトーションバーと平行して半径方向に延在する支持体を前記円筒状ケーシングに固定し、(5) 前記トーションバーの自由端部近傍においてインターナルギヤの回動を制限するストッパーを前記支持体に取り付けると共に、トーションバーの適宜位置にストレンゲージを配設した構成からなるものである。従って、このように構成された電動ドライバーにおいては、ねじの締め付け開始時から締め付け完了時に至る迄の間のトルク値の変動を、トーションバーに伝達された応力歪みを検出することによって測定することができるように構成されている。

また、従来において、ねじ等の締め付けに際し、ドライバービットに強力な反対負荷が加わった場合に、これを予め設定した締付けトルク値で作動するクラッチ機構により、所定のトルク値に至った状態を検知し、前記クラッチ機構を作動させて電動モータの出力軸とドライバービット側の従動軸との結合を一時的に遮断するように構成し、さらに前記クラッチ機構の作動に際し、これをリミットスイッチ等により検出して、電動モータの駆動を停止するように構成した電動ドライバーが提案され、実用化されている。

このような観点から、本出願人は、先に、電動モータの出力軸と従動軸との間に所定の負荷トルクを受けた際に、これを検知して前記出力軸の回転駆動力の伝達を遮断するためのクラッチ機構を有すると共に、その時のトルク値の検出と電動モータの自動停止とを同時に行う機構を備える、トルク検出および自動停止機構を備える電動回転工具を提案した（特許文献２参照）。すなわち、この特許文献２に記載の電動回転工具は、(1) 電動モータを内蔵した把持部を設け、この電動モータの出力軸に遊星減速機構を介して従動軸を結合し、前記遊星減速機構を囲繞する円筒状ケーシング内に前記遊星減速機構の遊星歯車と噛合するインターナルギヤを回転可能に配置し、前記インターナルギヤと把持部ケーシングとの間に鋼球を使用したクラッチ機構を設けると共に、このクラッチ機構の動作を検出する手段を設けたトルク検出機構を備える電動回転工具において、(2) 前記遊星減速機構のインターナルギヤと把持部ケーシングとの間に設けたクラッチ機構のインターナルギヤの一部を開口する切欠きを設け、この切欠きに揺動検知片の一端を前記クラッチ機構の鋼球と係合させて配置し、この揺動検知片の他端を把持部ケーシングの一部に固定してクラッチ動作に際し応力変位を受けるように構成すると共に、(3) 前記揺動検知片の前記変位部にストレンゲージを張設し、(3a)さらに前記ストレンゲージの検出信号に基づいてトルク値の検出を行うトルク検出回路と、(3b)前記検出トルク値に基づいて電動モータの駆動停止を行う自動停止回路とを設けた構成からなるものである。従って、このように構成された電動回転工具は、クラッチ機構のクラッチ動作に伴う従動軸側からの反対負荷トルクを、ストレンゲージにより精度よく検出することができる共に、このストレンゲージにより検出されるトルク値に基づいて、適正なトルク値の場合には電動モータの駆動を一時的に自動停止させることができ、またストレンゲージにより検出されるトルク値が不適正な場合には、アラームを発生させるように設定することができるものである。

一方、従来において、電動ドライバーの駆動を電気的にオートストップしてトルク制御を行う電動ドライバーも提案され実施化されている。この種の電動ドライバーとして、本出願人は、電動モータを内蔵し、この電動モータの回転により駆動されるドライバーシャフトを有する電動ドライバーにおいて、(1) 電動モータ駆動電源ラインに電動モータの駆動後電源ラインに流れる負荷電流が、前記ドライバーシャフトに加わる外的負荷により所定値以上の過負荷電流に変化した際に、この状態変化を検知する過負荷電流検知回路と、(2) この検知回路の動作に応答して電動モータ駆動電源ラインの通電を遮断すると共に、一定時間経過後に通電を復帰させるようにしたスイッチング回路とを、組み合わせたオートストップ装置を接続配置した構成からなるものを提案した（特許文献３参照）。

さらに、本出願人は、電動ドライバーの駆動を電気的にオートストップしてトルク制御を行うことができる電源装置とねじ締め用電動ドライバーとを組み合わせてなる自動停止装置を備えたねじ締め装置を提案した（特許文献４参照）。すなわち、この特許文献４に記載のねじ締め装置は、(1) 変圧器および整流装置を設けて直流電圧を供給し、前記整流装置の出力側に可変調整し得る定電圧回路を接続すると共に、(2) 直流電圧出力ラインに負荷抵抗を接続して、この負荷抵抗にモータの負荷電流が流れることによって生ずる電位差を前記定電圧回路によって設定した所定定電圧とを比較し、前記負荷抵抗を流れる負荷電流が所定値以上の過負荷電流に変化しかつ一定時間継続して流れた場合に、この過負荷電流をコンデンサに充電し、コンデンサの充電電圧が所定値に達した際にリレーを作動して回路を遮断し、(3) かつ前記コンデンサの放電時間内において前記リレーの作動を保持するようにしたスイッチング回路を設け、このスイッチング回路をモータを内蔵し前記モータにより回転駆動するドライバーシャフトを有する電動ドライバーの電源に接続するように構成したものである。従って、このように構成されたねじ締め装置において、前記負荷抵抗に流れるモータの負荷電流によって生ずる電位差は、電動ドライバーのねじ締めトルク値に比例するものであり、この電位差と比較するための可変調整し得る定電圧回路の設定電圧を調整することにより、所要のトルク値でのねじ締めを達成できるトルク制御を実現することができるものである。

特開昭５６−９４２３３号公報 特開平６−２５４７７５号公報 実公昭５３−４７６７７号公報 特公昭５３−１５２４０号公報

前述した従来のトルク検出機能を備える電動ドライバーにおいては、所要のねじ締め作業において、ねじ締めの完了時におけるねじ締めトルク値を検出することは可能である。そこで、例えば、クラッチ機構を備えた電動ドライバーにおいては、予めトルク設定器によって所定のトルク値に対応して前記クラッチ機構が作動するように設定すれば、常に設定したトルク値となるように電動ドライバーによるねじ締め作業を達成することができる。また、電動モータの負荷電流を検出してトルク制御を行うように構成した電動ドライバーにおいては、負荷電流によって生ずる電位差と比較するための設定電圧を、所定のトルク値に比例する電圧値に設定することにより、前記と同様にして、常に設定したトルク値となるように電動ドライバーによるねじ締め作業を達成することができる。

しかし、前述したようにねじ締めトルク値を設定した電動ドライバーを使用して、所要のねじ締め作業を行う場合において、常に所定のねじ締めを確実に完了することができるとは限らず、例えば、ねじの状態変化、ドライバービットのねじ嵌合溝からのカムアウト、ねじ取付け対象物の材質に伴う変形や破損等の不測の事態が生じて、適正なねじ締めを完了することができない場合がある。このような場合、クラッチ機構の動作時のトルク値や電動モータの負荷電流に対応するトルク値がそれぞれ異常値を示すことから、この状態を検知してアラーム等を発生するように設定することにより、ねじ締めに際しての異常状態をオペレータに報知するように構成した電動ドライバーも実用化されている。

しかるに、前述したように構成した電動ドライバーにおいて、ねじ締めに際しての異常状態を判定するためには、電動ドライバーの設定トルク値に対する許容値を決定する必要がある。そこで、例えば、前記許容値として、設定トルク値に対する上限値と下限値とを、単純に±１０〜３０％と設定することが一般的である。しかしながら、電動ドライバーの場合、ねじ取付け対象物の材質や、ねじの形状、寸法、種類等によって、異常状態を発生する際の異常トルク値は、電動ドライバーの固有の特性が作用して、設定トルク値に対し上回る傾向を示したり、あるいは下回る傾向を示す場合があることが確認された。従って、前記のようにアラーム機能を付加した電動ドライバーにおいて、電動ドライバーの設定トルク値に対する許容範囲としての許容値として、その上限値と下限値とを単純に±１０〜３０％として設定した場合、許容値の範囲が小さいと不必要にアラームが作動したり、また許容値の範囲が大きいとアラームを必要とする場合にアラーム動作しない等、異常状態の誤判定が多発し、適正な許容値を設定することが困難となる問題があった。

そこで、本発明者は、前記問題点を解決すべく鋭意研究並びに試作を重ねた結果、電動モータを内蔵した把持部を設け、この電動モータの出力軸に遊星歯車からなる減速機構を介して従動軸を結合し、前記従動軸の一部を支持する支持部材との間にクラッチ機構を設けた電動ドライバーにおいて、前記減速機構の一部にトーションバーの一端を結合し、その他端を把持部の開口より外部へ導出すると共に把持部と平行に延設して把持部に固定配置し、前記トーションバーの応力変位部にストレンゲージを張設して、このストレンゲージの検出信号に基づいてトルク値の検出を行うように構成することにより、前記クラッチ機構のクラッチ動作に際して、その時の適正なねじ締めトルク値を検出測定することができる、トルク検出機能を備える電動ドライバーを得ることができることを突き止めた。従って、このような構成からなる電動ドライバーを使用することにより、電動ドライバー固有の特性を加味した状態でねじ締めトルク値の適正な検出測定が可能となり、ねじ締めトルク値の設定とその上限値と下限値とからなる許容値の設定を容易かつ適正に行うことができることを突き止めた。

すなわち、前記電動ドライバーにおけるねじ締めトルク値の設定と、その上限値と下限値とからなる許容値の設定とに際しては、クラッチ機構に対し予め所定のねじ締めトルク値でクラッチ動作を行うようにトルク値の設定を行った電動ドライバーを使用して、所要のねじ取付け対象物へのねじの取り付け試行を複数回（例えば１０回程度）繰り返し行うことによって、電動ドライバーのねじ締めトルク値についての生データを得ることができる。そこで、各ねじのねじ締め完了時において、電動ドライバーに設けたストレンゲージにより検出されるトルク値をそれぞれ記憶保持すると共に、これらの記憶保持された生データとしての検出トルク値を前記設定トルク値とそれぞれ比較して、その最大トルク値と最小トルク値とを抽出する。そして、この抽出された最大トルク値および最小トルク値と前記設定トルク値との偏差に対して約５〜１０％に相当する値を算出し、これらの算出値を前記最大トルク値および最小トルク値に加えてそれぞれ上限値および下限値を算出し、これらの上限値および下限値を電動ドライバーの設定トルク値の許容範囲となる許容値として設定する。このように設定することにより、ねじ取付け対象物の材質や、ねじの形状、寸法、種類等によって、異常状態を発生することが予想されるねじ締め作業において、電動ドライバーの設定トルクに対する必要最小限の適正な許容値の許容範囲の設定を簡便かつ容易に行うことができると共に、ねじ締め作業に際して異常状態の誤判定を防止し、常に適正なトルク管理を達成することができることを突き止めた。なお、このようなトルク管理は、クラッチ機構を備えたエアドライバー等にも適用することができる。

また、電動モータの負荷電流を検出して、この負荷電流によって生ずる電位差を所定の設定電圧と比較し、前記負荷電流が所定値以上の過負荷電流に変化して前記電位差が設定電圧を越えると共に前記過負荷電流が一定時間継続して流れた際に、電動モータの駆動電源ラインを遮断するように構成した電動ドライバーにおいても、前記設定電圧を電動ドライバーのねじ締めトルク値に相当する電圧値に設定すると共に、電動モータの負荷電流によって生ずる電位差をねじ締めトルク値として検出するように構成することによって、前記と同様に電動ドライバー固有の特性を加味した状態でねじ締めトルク値の適正な検出測定が可能な、トルク検出機能を備える電動ドライバーを得ることができることを突き止めた。

そして、このように構成されるトルク検出機能を備える電動ドライバーにおいても、前記と同様にして、設定トルク値に対する生データとしての検出トルク値から、その最大トルク値と最小トルク値とを抽出すると共に、前記最大トルク値および最小トルク値と前記設定トルク値との偏差に対して約５〜１０％に相当する値を算出し、これらの算出値を前記最大トルク値および最小トルク値に加えてそれぞれ上限値および下限値を算出し、これらの上限値および下限値を電動ドライバーの設定トルク値の許容範囲となる許容値として設定することも可能である。この場合においても、前記と同様に電動ドライバーの設定トルクに対する必要最小限の適正な許容値の許容範囲の設定を簡便かつ容易に行うことができると共に、ねじ締め作業に際して異常状態の誤判定を防止し、常に使用する電動ドライバーに適合する適正なトルク管理を達成することができることを突き止めた。

従って、本発明の目的は、トルク検出機能を有する電動ドライバー等において、ねじ締めトルク値の検出測定を適正に行うことができると共に、ねじ取付け対象物の材質や、ねじの形状、寸法、種類等によって、異常状態を発生することが予想されるねじ締め作業に際し、電動ドライバーの設定トルクに対する必要最小限の適正な許容値の許容範囲の設定を簡便かつ容易に行うことができると共に、ねじ締め作業に際して異常状態の誤判定を防止し、常に使用する電動ドライバーに適合する適正なトルク管理を達成できるトルク検出機能を備える電動ドライバーおよびトルク検出機能を備える電動ドライバー等を使用するトルク管理システム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に記載のトルク検出機能を備える電動ドライバーは、電動モータを内蔵した把持部を設け、この電動モータの出力軸に遊星歯車からなる減速機構を介してドライバービットを回転駆動する従動軸を結合し、前記従動軸の一部を支持する支持部材との間にクラッチ機構を設けた電動ドライバーにおいて、
前記減速機構の一部にトーションバーの一端を結合し、その他端を把持部の開口より外部へ導出すると共に把持部と平行に延設して把持部に固定配置し、前記トーションバーの応力変位部にストレンゲージを張設して、このストレンゲージの検出信号に基づいてトルク値の検出を行うように構成したねじ締めトルク値検出手段を設けたことを特徴とする。

本発明の請求項２に記載のトルク検出機能を備える電動ドライバーは、電動モータを内蔵した把持部を設け、この電動モータの出力軸に遊星歯車からなる減速機構を介してドライバービットを回転駆動する従動軸を結合し、前記減速機構を囲繞する円筒状ケーシング内に前記減速機構の遊星歯車と噛合するインターナルギヤを回転可能に配置し、前記インターナルギヤと把持部側ケーシングとの間に鋼球を使用したクラッチ機構を設けた電動ドライバーにおいて、
前記減速機構のインターナルギヤの外周の一部にトーションバーの一端を結合し、その他端を把持部の開口より外部へ導出すると共に把持部と平行に延設して把持部に固定配置し、前記トーションバーの応力変位部にストレンゲージを張設して、このストレンゲージの検出信号に基づいてトルク値の検出を行うように構成したねじ締めトルク値検出手段を設けたことを特徴とする。

本発明の請求項３に記載のトルク検出機能を備える電動ドライバー等を使用するトルク管理システムは、予め設定したねじ締めトルク値でクラッチ動作を行うクラッチ機構と、ねじ締め完了時における電動ドライバーのねじ締めトルク値の検出を行うねじ締めトルク値検出手段とを設けたトルク検出機能を備える電動ドライバー等からなり、
前記電動ドライバーにより所要のねじ取付け対象物へのねじの取り付け試行を複数回繰り返し行うことにより、各ねじのねじ締め完了時における電動ドライバーのねじ締めトルク値をそれぞれ記憶保持するねじ締めトルク値記憶手段と、
前記ねじ締めトルク値記憶手段に記憶保持された複数のねじ締めトルク値から、その最大トルク値と最小トルク値とを抽出し、前記最大トルク値および最小トルク値と前記設定トルク値との偏差に対して約５〜１０％に相当する値を、前記最大トルク値および最小トルク値に加えてそれぞれ上限値および下限値を算出する許容値演算手段とを設け、
前記許容値演算手段により算出された上限値および下限値を電動ドライバーの設定トルク値に対する許容値として前記電動ドライバーのねじ締めトルク値検出手段に対して設定することを特徴とする。

本発明の請求項４に記載のトルク検出機能を備える電動ドライバー等を使用するトルク管理システムは、前記トルク検出機能を備える電動ドライバー等として、請求項２に記載のトルク検出機能を備える電動ドライバーを使用することを特徴とする。

本発明の請求項５に記載のトルク検出機能を備える電動ドライバーは、電動モータを内蔵し、この電動モータの出力軸にドライバービットを回転駆動する従動軸を結合し、電動モータの駆動電源ラインに電動モータの負荷電流を検出する負荷抵抗と可変調整し得る定電圧回路とを接続配置し、前記負荷抵抗に流れる負荷電流によって生ずる電位差を前記定電圧回路により設定した所定定電圧と比較し、前記負荷電流が所定値以上の過負荷電流に変化して前記電位差が設定定電圧を越えると共に前記過負荷電流が一定時間継続して流れた際に、電動モータの駆動電源ラインを遮断するように構成した電動ドライバーにおいて、
前記定電圧回路により設定する定電圧を、電動ドライバーのねじ締めトルク値に相当する電圧値に設定すると共に、電動モータの負荷電流を検出する負荷抵抗に流れる負荷電流によって生ずる電位差をねじ締めトルク値として検出するように構成したねじ締めトルク値検出手段を設けたことを特徴とするトルク検出機能を備える電動ドライバー。

本発明の請求項６に記載のトルク検出機能を備える電動ドライバーを使用するトルク管理システムは、電動モータの負荷電流を検出し、この負荷電流によって生ずる電位差をねじ締めトルク値として検出するねじ締めトルク値検出手段を設け、前記負荷電流が予め設定したねじ締めトルク値に相当する設定電圧値以上となった際に電動モータの駆動を停止するように構成したトルク検出機能を備える電動ドライバーからなり、
前記電動ドライバーにより所要のねじ取付け対象物へのねじの取り付け試行を複数回繰り返し行うことにより、各ねじのねじ締め完了時における電動ドライバーのねじ締めトルク値をそれぞれ記憶保持するねじ締めトルク値記憶手段と、
前記ねじ締めトルク値記憶手段に記憶保持された複数のねじ締めトルク値から、その最大トルク値と最小トルク値とを抽出し、前記最大トルク値および最小トルク値と前記設定トルク値との偏差に対して約５〜１０％に相当する値を、前記最大トルク値および最小トルク値に加えてそれぞれ上限値および下限値を算出する許容値演算手段とを設け、
前記許容値演算手段により算出された上限値および下限値を電動ドライバーの設定トルク値に対する許容値として前記電動ドライバーのねじ締めトルク値検出手段に対して設定することを特徴とする。

本発明の請求項７に記載トルク検出機能を備える電動ドライバーを使用するトルク管理システムは、前記トルク検出機能を備える電動ドライバーとして、請求項５に記載のトルク検出機能を備える電動ドライバーを使用することを特徴とする。

本発明の請求項１および２に記載のトルク検出機能を備える電動ドライバーによれば、電動モータを内蔵した把持部を設け、この電動モータの出力軸に遊星歯車からなる減速機構を介してドライバービットを回転駆動する従動軸を結合し、前記減速機構を囲繞する円筒状ケーシング内に前記減速機構の遊星歯車と噛合するインターナルギヤを回転可能に配置し、前記インターナルギヤと把持部側ケーシングとの間に鋼球を使用したクラッチ機構を設けた電動ドライバーにおいて、前記クラッチ機構のクラッチ動作と同時にねじ締め完了時のねじ締めトルク値を、電動ドライバー固有の特性を加味した状態で検出測定が可能となり、電動ドライバー固有の特性に適合したねじ締めトルク値の設定とその上限値と下限値とからなる許容値の設定を容易かつ適正に行うことができる。

本発明の請求項３および４に記載のトルク検出機能を備える電動ドライバー等を使用するトルク管理システムによれば、予め設定したねじ締めトルク値でクラッチ動作を行うクラッチ機構と、ねじ締め完了時における電動ドライバーのねじ締めトルク値の検出を行うねじ締めトルク値検出手段とを設けたトルク検出機能を備える電動ドライバー等を使用する場合において、ねじ取付け対象物の材質や、ねじの形状、寸法、種類等によって、異常状態を発生することが予想されるねじ締め作業に際し、電動ドライバーの設定トルクに対する必要最小限の適正な許容値の許容範囲の設定を、所要のねじ取付け対象物へのねじの取付け試行を複数回繰り返し行って、その時のねじ締めトルク値の生データを記憶保持し、この記憶保持したねじ締めトルク値の生データに基づいて算出することにより、電動ドライバー固有の特性に適合した前記許容値の設定を簡便かつ容易に行うことができると共に、ねじ締め作業に際して異常状態の誤判定を防止し、常に使用する電動ドライバーに適合する適正なトルク管理を達成することができる。

本発明の請求項５に記載のトルク検出機能を備える電動ドライバーによれば、電動モータの負荷電流を検出して、この負荷電流によって生ずる電位差をねじ締めトルク値として検出すると共に、電動ドライバーのねじ締め完了時において予め設定したねじ締めトルク値となるようにトルク制御を行うように構成した電動ドライバーにおいて、電動ドライバー固有の特性を加味した状態でねじ締めトルク値の検出測定が可能となり、ねじ締めトルク値の設定とその上限値と下限値とからなる許容値の設定を容易かつ適正に行うことができる。

本発明の請求項６および７に記載のトルク検出機能を備える電動ドライバーを使用するトルク管理システムによれば、電動モータの負荷電流を検出して、この負荷電流によって生ずる電位差をねじ締めトルク値として検出すると共に、電動ドライバーのねじ締め完了時において予め設定したねじ締めトルク値となるようにトルク制御を行うように構成した電動ドライバーを使用する場合において、ねじ取付け対象物の材質や、ねじの形状、寸法、種類等によって、異常状態を発生することが予想されるねじ締め作業に際し、電動ドライバーの設定トルクに対する必要最小限の適正な許容値の許容範囲の設定を、前記のトルク管理システムと同様に、電動ドライバー固有の特性に適合させて、簡便かつ容易に行うことができると共に、ねじ締め作業に際して異常状態の誤判定を防止し、常に使用する電動ドライバーに適合する適正なトルク管理を達成することができる。

次に、本発明に係るトルク検出機能を備える電動ドライバーおよびこの電動ドライバーを使用するトルク管理システムの実施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。

（トルク検出機能を有する電動ドライバーの構成）
図１は、本発明に係るトルク検出機能を備える電動ドライバーの一実施例を示すものである。すなわち、図１において、参照符号１０は内部に電動モータ（図示せず）を内蔵した電動ドライバーの把持部を示し、この把持部１０の先端部にドライバービット（図示せず）を適宜接続し得るクラッチ機構１２が設けられている。

しかるに、前記電動モータの出力軸１４の先端は、ピニオンギヤ１６を結合固定し、このピニオンギヤ１６を介して遊星歯車１８からなる減速機構２０が噛合接続されている。また、この減速機構２０の外周には、その遊星歯車１８と噛合するインターナルギヤ２２が配置されている。そして、このインターナルギヤ２２は、把持部側円筒状ケーシング２４内に回転自在に収納配置されている。前記インターナルギヤ２２の閉塞底面部２２ａには、その軸中心から放射状に１本もしくは複数本の長溝２３を削設し、この長溝２３中にローラ２８を転動自在に嵌入する。この時、前記ローラ２８は、その転動面半体を長溝２３から外方へ突出するように設定して、前記閉塞底面部２２ａをクラッチ面として構成する。なお、前記インターナルギヤ２２の閉塞底面部２２ａの中心部には、前記出力軸１４と同軸的にドライバービットとの結合を行う従動軸３０が貫通し、その一端にインターナルギヤ２２と噛合する遊星歯車１８を支持して減速回転駆動を行う円板状支持部３１が設けられている。

前記インターナルギヤ２２のクラッチ面が対向する把持部側円筒状ケーシング２４の円形底面部２４ａには、その一部に孔部２６を設けてこの孔部２６内にその肉厚より径大な鋼球３２を配置する。さらに、前記鋼球３２が前記円形底面部２４ａから脱落するのを防止すると共に、これをインターナルギヤ２２のクラッチ面に強制的に押し付けるために、把持部側円筒状ケーシングのボス部２５の外周にフランジ付きスリーブ３４を挿通配置して、そのフランジ部３５により前記鋼球３２を保持するように構成する。さらに、前記フランジ付きスリーブ３４に対しては、コイルばね３６の一端を係止すると共に、このコイルばね３６の他端を前記フランジ付きスリーブ３４を囲繞するスリーブカバー３８の先端部に螺合したトルク調整キャップ４０により保持して、このコイルばね３６の弾力により前記フランジ付きスリーブ３４を前記鋼球３２に対し押圧作用させて、後述するねじ締めトルク値の設定すなわちクラッチ動作点を設定し得るように構成される。

しかるに、本実施例の電動ドライバーにおいては、前記減速機構２０に対応して、把持部側円筒状ケーシング２４の一部に開口部４２を設け、この開口部４２を挿通させてトーションバー４４の一端をインターナルギヤ２２の一部に結合固定し、その他端を把持部１０の外側において軸方向へ平行に延在させて前記把持部１０に固定配置する。そして、前記トーションバー４４の応力変位部にねじ締めトルク値検出手段としてのストレンゲージ４６を張設する。従って、このストレンゲージ４６の検出信号に基づいて、電動ドライバーによるねじ締め作業において、前記クラッチ機構１２が動作した際のねじ締め完了時のトルク値の検出を適正に行うことができる。

なお、図１において、参照符号４８は前記フランジ付きスリーブ３４に近接配置したリミットスイッチを示す。このリミットスイッチ４８は、前記クラッチ機構１２のクラッチ動作に伴ってスイッチ動作し、電動モータの駆動電源ラインを遮断して電動モータの駆動停止制御を行うように設定される。なお、代案として、前記クラッチ機構１２のクラッチ動作を、磁石と磁気センサとの組合せにより、クラッチ機構のカム係合が完全に解除された状態を検出し、電動モータの駆動停止制御を行うように設定した、本願出願人の提案に係るトルク制御方式を採用することもできる（特開２００２−３２１１６６号公報参照）。

（トルク検出機能を有する電動ドライバーによるトルク管理システム）
次に、前記構成からなるトルク検出機能を備える電動ドライバーを使用する場合におけるトルク管理システムについて説明する。
図２は、本発明に係るトルク管理システムの概略システム構成を示す説明図である。すなわち、図２において、参照符号５０はトルク検出機能を備える電動ドライバー、５２は前記電動ドライバー５０のねじ締めトルクすなわちクラッチ動作点の設定を行うためのトルク設定器、５４は前記電動ドライバー５０のクラッチ動作時のねじ締めトルク値を検出するトルク検出器、５６は電動ドライバー用電源装置、５８はねじ取付け対象物をそれぞれ示すものである。

そこで、前記構成からなるトルク管理システムにおけるトルク管理プロセスについて、図３に示すＣＰＵ６０を使用して演算処理を行うシステム構成と、図４に示すトルク管理プロセスを実行するための動作プログラムのフローチャートと、図５に示す許容値の設定プロセス説明図とを、それぞれ参照しながら説明する。

まず、トルク検出機能を備える電動ドライバー５０に対して、トルク設定器５２を使用して所要のねじ締めトルクすなわちクラッチ機構１２（図１参照）の動作点を設定する（ＳＴＥＰ−１）。このようにクラッチ機構１２の動作点を設定した前記電動ドライバー５０を使用して、ねじ取付け対象物５８へのねじの取り付け試行を複数回（例えば１０回程度）繰り返し行う（ＳＴＥＰ−２）。このようにして、複数回のねじの取り付け試行を行った場合において、ねじ締めトルク値検出手段５１により検出されたねじ締めトルク値を記憶保持する（ＳＴＥＰ−３）。従って、前記トルク検出器５４には、図３に示すように、前記ねじ締めトルク値検出手段５１により検出されたねじ締めトルク値を記憶保持するためのねじ締めトルク値記憶手段５５Ａを設ける。なお、このようにしてねじ締めトルク値記憶手段５５Ａに記憶保持されたデータは、例えば図５に示すような破線の折れ線グラフとして表される。

その後、前記ねじ締めトルク値記憶手段５５Ａに記憶保持された複数のねじ締めトルク値の中から、その最大トルク値Ｔmax と最小トルク値Ｔmin とを抽出する（ＳＴＥＰ−４）。次いで、前記最大トルク値Ｔmax および最小トルク値Ｔmin （図５に１点鎖線で示す）について、前記電動ドライバー５０において設定した設定トルク値ＴB との偏差［Ｔmax−ＴB ＝＋αおよびＴmin −ＴB ＝−β］をそれぞれ求めると共に、前記偏差［＋αおよび−β］に対して、約±５〜１０％に相当する値［＋α×（５〜１０％）および−β×（５〜１０％）］を算出する（ＳＴＥＰ−５）。そして、この算出値を前記最大トルク値Ｔmax ［＝ＴB ＋α］および最小トルク値Ｔmin ［＝ＴB −β］にそれぞれ加算して、上限値Ｔmax ′［＝ＴB ＋α＋α×（５〜１０％）］および下限値Ｔmin ′［＝ＴB −β−β×（５〜１０％）］を算出する（ＳＴＥＰ−６）。従って、前記トルク検出器５４には、図３に示すように、前記最大トルク値Ｔmax と最小トルク値Ｔmin の抽出から、前記上限値Ｔmax ′および下限値Ｔmin ′を算出するまでの演算を行うための許容値演算手段５５Ｂを設ける。なお、このようにして許容値演算手段５５Ｂにより算出された、電動ドライバー５０の設定トルク値ＴB に対する上限値Ｔmax ′および下限値Ｔmin ′は、例えば図５に示すような実線による許容ラインとして表される。

このようにして、トルク検出機能を備える電動ドライバー５０に設定したねじ締めトルク設定値ＴB に対し、ねじ締めトルク値検出手段５１で検出されるねじ締めトルク値に対する許容範囲として、それぞれ前記上限値Ｔmax ′および下限値Ｔmin ′を設定することにより、トルク検出器５４に設けたトルク値表示手段５５Ｃに表示することができると共に、ねじ締め作業に際しての異常状態の誤判定によるアラーム発生手段５５Ｄの誤作動を防止し、常に適正なトルク管理を達成することができる（図３参照）。

なお、前述したトルク管理システムは、前記実施例１に示す構成からなるトルク検出機能を備える電動ドライバーに限定されることなく、予め設定したねじ締めトルク値でクラッチ動作を行うクラッチ機構と、ねじ締め完了時における電動ドライバーのねじ締めトルク値の検出を行うねじ締めトルク値検出手段とを設けた構成からなるトルク検出機能を備える電動ドライバーに対しても、広範囲に適用することができる。

（トルク検出機能を有する電動ドライバーの構成例）
本発明のトルク検出機能を備える電動ドライバーの別の実施例として、電動モータを内蔵し、この電動モータの出力軸にドライバービットを回転駆動する従動軸を結合し、電動モータの駆動電源ラインに電動モータの負荷電流を検出する負荷抵抗と可変調整し得る定電圧回路とを接続配置し、前記負荷抵抗に流れる負荷電流によって生ずる電位差を前記定電圧回路により設定した所定定電圧と比較し、前記負荷電流が所定値以上の過負荷電流に変化しかつ一定時間継続して流れた際に、リレーを作動させて電動モータの駆動電源ラインを遮断するように構成した電動ドライバーに適用することができる。
この場合、前記定電圧回路により設定する定電圧を、電動ドライバーのねじ締めトルク値に相当する電圧値に設定すると共に、電動モータの負荷電流を検出する負荷抵抗に流れる負荷電流によって生ずる電位差をねじ締めトルク値として検出するように構成したねじ締めトルク値検出手段を設けた構成とする。このように構成した本実施例のトルク検出機能を備える電動ドライバーにおいても、そのねじ締め作業において、前記リレーが作動した際のねじ締め完了時のトルク値の検出を適正に行うことができる。

（トルク検出機能を有する電動ドライバーによるトルク管理システム）
従って、このように構成されるトルク検出機能を備える電動ドライバーを使用した場合におけるトルク管理システムについても、前記実施例１と全く同様にして、トルク管理システムを実現することができる。
なお、本実施例においては、トルク設定器５２を使用して所要のねじ締めトルクの設定を行う場合、前記定電圧回路により設定する定電圧をねじ締めトルクの設定値に相当する値に設定し、そして、電動ドライバーのねじ締めトルクとして検出されるトルク値は、電動モータの負荷抵抗に流れる負荷電流によって生ずる電位差に相当する値である点で相違するのみである。その他のトルク管理システムに関するシステム構成は、前述した実施例１と全く同様に適用することができ、同様の作用および効果を得ることができる。

なお、前述したトルク管理システムは、前記実施例２に示す構成からなるトルク検出機能を備える電動ドライバーに限定されることなく、電動モータの負荷電流を検出し、この負荷電流によって生ずる電位差をねじ締めトルク値として検出するねじ締めトルク値検出手段を設け、前記負荷電流が予め設定したねじ締めトルク値に相当する設定電圧値以上となった際に電動モータの駆動を停止するように構成したトルク検出機能を備えた電動ドライバーに対しても、広範囲に適用することができる。

以上、本発明の好適な実施例についてそれぞれ説明したが、本発明は前述した各実施例に限定されることなく、例えば設定トルク値ＴB の許容範囲としての上限値Ｔmax ′および下限値Ｔmin ′を算出する場合の最大トルク値Ｔmax および最小トルク値Ｔmin と設定トルク値ＴB との偏差＋αおよび−βに対する好適な演算値として、約±５〜１０％を使用しているが、この演算値に限定されることなく、例えば±３〜２０％の範囲とすることは可能であり、また、トルク検出機能を備える電動ドライバーとしては、クラッチ機構を設けたエアドライバー等にも好適にと起用することができるものであり、その他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可能である。

本発明に係るトルク検出機構を備える電動ドライバーの一実施例を示す要部断面側面図である。 本発明に係るトルク検出機構を備える電動ドライバーを使用するトルク管理システムの概略システム構成を示す説明図である。 本発明に係るトルク検出機構を備える電動ドライバーを使用するトルク管理システムのＣＰＵによる演算処理を行うシステム構成図である。 本発明に係るトルク検出機構を備える電動ドライバーを使用するトルク管理システムにおけるトルク管理プロセスを実行するための動作プログラムのフローチャート図である。 本発明に係るトルク検出機構を備える電動ドライバーを使用するトルク管理システムにおける電動ドライバーのねじ締めトルク値の設定とその許容値の設定プロセスを示す説明図である。

符号の説明

１０ 把持部
１２ クラッチ機構
１４ 出力軸
１６ ピニオンギヤ
１８ 遊星歯車
２０ 減速機構
２２ インターナルギヤ
２２ａ 閉塞底面部
２３ 長溝
２４ 把持部側円筒状ケーシング
２４ａ 円形底面部
２５ ボス部
２６ 孔部
２８ ローラ
３０ 従動軸
３１ 円板状支持部
３２ 鋼球
３４ フランジ付きスリーブ３４
３５ フランジ部
３６ コイルばね
３８ スリーブカバー
４０ トルク調整キャップ
４２ 開口部
４４ トーションバー
４６ ストレンゲージ
４８ リミットスイッチ
５０ トルク検出機能を備える電動ドライバー
５１ ねじ締めトルク値検出手段
５２ トルク設定器
５４ トルク検出器
５５Ａ ねじ締めトルク値記憶手段
５５Ｂ 許容値演算手段
５５Ｃ ねじ締めトルク値表示手段
５５Ｄ アラーム発生手段
５６ 電動ドライバー用電源装置
５８ ねじ取付け対象物
６０ ＣＰＵ

Claims (7)

1. 電動モータを内蔵した把持部を設け、この電動モータの出力軸に遊星歯車からなる減速機構を介してドライバービットを回転駆動する従動軸を結合し、前記従動軸の一部を支持する支持部材との間にクラッチ機構を設けた電動ドライバーにおいて、
   前記減速機構の一部にトーションバーの一端を結合し、その他端を把持部の開口より外部へ導出すると共に把持部と平行に延設して把持部に固定配置し、前記トーションバーの応力変位部にストレンゲージを張設して、このストレンゲージの検出信号に基づいてトルク値の検出を行うように構成したねじ締めトルク値検出手段を設けたことを特徴とするトルク検出機能を備える電動ドライバー。
2. 電動モータを内蔵した把持部を設け、この電動モータの出力軸に遊星歯車からなる減速機構を介してドライバービットを回転駆動する従動軸を結合し、前記減速機構を囲繞する円筒状ケーシング内に前記減速機構の遊星歯車と噛合するインターナルギヤを回転可能に配置し、前記インターナルギヤと把持部側ケーシングとの間に鋼球を使用したクラッチ機構を設けた電動ドライバーにおいて、
   前記減速機構のインターナルギヤの外周の一部にトーションバーの一端を結合し、その他端を把持部の開口より外部へ導出すると共に把持部と平行に延設して把持部に固定配置し、前記トーションバーの応力変位部にストレンゲージを張設して、このストレンゲージの検出信号に基づいてトルク値の検出を行うように構成したねじ締めトルク値検出手段を設けたことを特徴とするトルク検出機能を備える電動ドライバー。
3. 予め設定したねじ締めトルク値でクラッチ動作を行うクラッチ機構と、ねじ締め完了時における電動ドライバーのねじ締めトルク値の検出を行うねじ締めトルク値検出手段とを設けたトルク検出機能を備える電動ドライバー等からなり、
   前記電動ドライバーにより所要のねじ取付け対象物へのねじの取り付け試行を複数回繰り返し行うことにより、各ねじのねじ締め完了時における電動ドライバーのねじ締めトルク値をそれぞれ記憶保持するねじ締めトルク値記憶手段と、
   前記ねじ締めトルク値記憶手段に記憶保持された複数のねじ締めトルク値から、その最大トルク値と最小トルク値とを抽出し、前記最大トルク値および最小トルク値と前記設定トルク値との偏差に対して約５〜１０％に相当する値を、前記最大トルク値および最小トルク値に加えてそれぞれ上限値および下限値を算出する許容値演算手段とを設け、
   前記許容値演算手段により算出された上限値および下限値を電動ドライバーの設定トルク値に対する許容値として前記電動ドライバーのねじ締めトルク値検出手段に対して設定することを特徴とするトルク検出機能を備える電動ドライバー等を使用するトルク管理システム。
4. 前記トルク検出機能を備える電動ドライバー等として、請求項２に記載のトルク検出機能を備える電動ドライバーを使用することを特徴とする請求項３記載のトルク検出機能を備える電動ドライバー等を使用するトルク管理システム。
5. 電動モータを内蔵し、この電動モータの出力軸にドライバービットを回転駆動する従動軸を結合し、電動モータの駆動電源ラインに電動モータの負荷電流を検出する負荷抵抗と可変調整し得る定電圧回路とを接続配置し、前記負荷抵抗に流れる負荷電流によって生ずる電位差を前記定電圧回路により設定した所定定電圧と比較し、前記負荷電流が所定値以上の過負荷電流に変化して前記電位差が設定定電圧を越えると共に前記過負荷電流が一定時間継続して流れた際に、電動モータの駆動電源ラインを遮断するように構成した電動ドライバーにおいて、
   前記定電圧回路により設定する定電圧を、電動ドライバーのねじ締めトルク値に相当する電圧値に設定すると共に、電動モータの負荷電流を検出する負荷抵抗に流れる負荷電流によって生ずる電位差をねじ締めトルク値として検出するように構成したねじ締めトルク値検出手段を設けたことを特徴とするトルク検出機能を備える電動ドライバー。
6. 電動モータの負荷電流を検出し、この負荷電流によって生ずる電位差をねじ締めトルク値として検出するねじ締めトルク値検出手段を設け、前記負荷電流が予め設定したねじ締めトルク値に相当する設定電圧値以上となった際に電動モータの駆動を停止するように構成したトルク検出機能を備える電動ドライバーからなり、
   前記電動ドライバーにより所要のねじ取付け対象物へのねじの取り付け試行を複数回繰り返し行うことにより、各ねじのねじ締め完了時における電動ドライバーのねじ締めトルク値をそれぞれ記憶保持するねじ締めトルク値記憶手段と、
   前記ねじ締めトルク値記憶手段に記憶保持された複数のねじ締めトルク値から、その最大トルク値と最小トルク値とを抽出し、前記最大トルク値および最小トルク値と前記設定トルク値との偏差に対して約５〜１０％に相当する値を、前記最大トルク値および最小トルク値に加えてそれぞれ上限値および下限値を算出する許容値演算手段とを設け、
   前記許容値演算手段により算出された上限値および下限値を電動ドライバーの設定トルク値に対する許容値として前記電動ドライバーのねじ締めトルク値検出手段に対して設定することを特徴とするトルク検出機能を備える電動ドライバーを使用するトルク管理システム。
7. 前記トルク検出機能を備える電動ドライバーとして、請求項５に記載のトルク検出機能を備える電動ドライバーを使用することを特徴とする請求項６記載のトルク検出機能を備える電動ドライバーを使用するトルク管理システム。

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