JP2007245284A - Rotary fastening tool - Google Patents

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Kenichi Mitsuda
建一 満田
Hisanori Nakamura
尚範 中村
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Toyota Motor Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotary fastening tool capable of effectively reducing a reaction force in fastening work transmitted to a worker holding the rotary fastening tool. <P>SOLUTION: The rotary fastening tool 10 is equipped with a motor 1, a reducer 2 composed of a planetary gear mechanism mounted to a rotary shaft 11 of the motor 1, an output shaft 51 mounted to the reducer 2, a fixing member 52 which is mounted to the tip end of the output shaft 51 and fixes a fastened member (a), and a control means for variably adjusting the rotational speed of the rotary shaft 11 by a pulse signal. The planetary gear mechanism is composed of a sun gear 21 fixedly provided on the rotary shaft 11, a plurality of planetary gears 22, 22 moving around the sun gear rotating on the outer periphery, and an outer ring gear 24 serving as a housing and rotating on an outer hull of an orbital track of the planetary gears 22, 22. An annular member 4 is fixedly provided on the motor 1, and the outer ring gear 24 is surrounded by the annular member 4 in a mechanically separated attitude. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ボルトやナットなどを締付ける際に使用される回転締付工具に係り、特に、該回転締付工具を把持した作業員に伝達される締付け時の反力を効果的に低減することのできる回転締付工具に関するものである。   The present invention relates to a rotary tightening tool used for tightening bolts, nuts, and the like, and in particular, effectively reduces a reaction force at the time of tightening transmitted to an operator holding the rotary tightening tool. The present invention relates to a rotary fastening tool that can be used.

ボルトやナットなどを締付ける際に、手持ち型の回転締付工具が頻繁に使用される。回転締付工具は、モータと、その回転速度を減速しながら高トルクに変換する減速機を備えた構成となっており、一定の回転速度にてボルト等を任意のワークに締付け施工することができる。この回転締付けの際に、回転締付工具を把持する作業員には締付け時の反力が伝達されるため、該反力が大きな場合には、作業員に対して肉体的な負担や、場合によっては精神的な負担を強いることとなる。したがって、手持ち型の回転締付工具では、そのトルクレンジが狭くならざるを得ない。   When tightening bolts and nuts, hand-held rotary tightening tools are frequently used. The rotary tightening tool has a motor and a speed reducer that reduces the rotational speed and converts it to high torque, and can be used to fasten bolts or the like to any workpiece at a constant rotational speed. it can. At the time of this rotary tightening, since the reaction force at the time of tightening is transmitted to the worker holding the rotary tightening tool, when the reaction force is large, Depending on the situation, it may impose a mental burden. Therefore, the torque range of the hand-held rotary tightening tool must be narrowed.

上記問題に対して、回転締付工具に反力受けを取付け、該反力受けをワークに設置した姿勢でボルト等の締付け作業をおこなうことも一般的ではあるが、反力受けを適用する場合には、反力受けが、設置されるワーク側の形状による制約に応じる必要がある。したがって、ワーク側の制約に応じた反力受けを適用することとなるが、ワーク側の形状は、ボルト等の締付け部位によって多様に変更するため、その都度適用可能な反力受けを用意することはコスト面からの負荷があまりにも大きい。   In response to the above problem, it is common to attach a reaction force receiver to the rotary tightening tool and tighten the bolts etc. with the reaction force receiver installed on the workpiece. Therefore, it is necessary for the reaction force receiver to comply with the restrictions due to the shape of the workpiece to be installed. Therefore, the reaction force receiver according to the restrictions on the workpiece side will be applied, but the shape on the workpiece side will be changed variously depending on the tightening part such as bolts, so prepare a reaction force receiver applicable each time. Is too expensive in terms of cost.

一方、モータ駆動にて往復動するピストンを備え、ピストンの進退ストロークにてボルト等を打撃しながらワークに打ち込む打撃工具もよく知られるところである。この打撃工具の場合は、回転締付工具に比して反力も小さくなり、したがってトルクレンジもより広く取ることが可能となるが、発生する締付けトルクは打撃力に起因するものであるため、ワークの剛性等によって締付けトルクのばらつきが大きくなり、トルク管理精度が要求される部位には適用が困難である。   On the other hand, a striking tool that is provided with a piston that reciprocates when driven by a motor and that strikes a workpiece while striking a bolt or the like with a stroke of the piston is well known. In the case of this impact tool, the reaction force is smaller than that of the rotary tightening tool, and therefore it is possible to take a wider torque range. However, since the generated tightening torque is caused by the impact force, Variations in tightening torque increase due to the rigidity of the screw, and it is difficult to apply it to parts that require torque management accuracy.

ところで、回転締付工具に関する従来の開示技術として、特許文献1を挙げることができる。この回転締付工具は、インターナルギヤを備えたギヤドラムと、該ギヤドラムとケーシングとの間に設けられた弾力係合クラッチ手段と、を少なくとも備えた自動クラッチ装置付きの回転締付工具である。被締結材への締付けトルクが所定トルクを超えた際にはギヤドラムとケーシングとの間のクラッチの係止が解除され、ギヤドラムはケーシングに対して相対的に回転することにより、反力の軽減を図ることができる。   By the way, patent document 1 can be mentioned as a conventionally disclosed technique regarding a rotary fastening tool. This rotary fastening tool is a rotary fastening tool with an automatic clutch device provided with at least a gear drum provided with an internal gear and a resilient engagement clutch means provided between the gear drum and the casing. When the tightening torque to the material to be fastened exceeds a predetermined torque, the clutch between the gear drum and the casing is released, and the gear drum rotates relative to the casing to reduce the reaction force. Can be planned.

特公昭60−13798号公報Japanese Patent Publication No. 60-13798

特許文献1に開示の回転締付工具によれば、反力受けを適用することもなく、ボルト等の締付け時の反力を軽減することが可能となる。しかし、ギヤドラムの回転を抑制するためにクラッチ手段による係止力を利用していることから、該係止力が解除されるまでの締付け反力を低減することはできない。また、当該文献に特に記載はないが、回転締付工具の駆動モータは、連続電流による連続トルクにて回転締付けがおこなわれており、そのために、着座〜締付け完了までのトルク反力が大きくなることが分かっている。   According to the rotary fastening tool disclosed in Patent Document 1, it is possible to reduce the reaction force when fastening a bolt or the like without applying a reaction force receiver. However, since the locking force by the clutch means is used to suppress the rotation of the gear drum, the tightening reaction force until the locking force is released cannot be reduced. Although there is no particular description in the literature, the drive motor of the rotary tightening tool is rotationally tightened with a continuous torque by a continuous current, and therefore, the torque reaction force from the seating to the completion of tightening becomes large. I know that.

本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、回転締付工具を把持した作業員に伝達される締付け時の反力を、締付け作業工程の全般に亘って効果的に低減することのできる回転締付工具を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and effectively reduces the reaction force at the time of tightening transmitted to an operator holding a rotary tightening tool over the entire tightening work process. An object of the present invention is to provide a rotary tightening tool that can be used.

前記目的を達成すべく、本発明による回転締付工具は、モータと、モータの回転軸に装着された遊星歯車機構からなる減速機と、減速機に装着された出力軸と、出力軸の先端に取付けられて被締結材を固定する固定部材と、前記回転軸の回転速度をパルス信号によって可変調整する制御手段と、を具備しており、前記遊星歯車機構は、前記回転軸に固設された太陽歯車と、その外周を自転しながら公転する複数の遊星歯車と、遊星歯車の公転軌道の外郭で回転する外輪歯車と、から構成されており、前記外輪歯車が前記モータに対して相対的に回転自在に構成されてなることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a rotary tightening tool according to the present invention includes a motor, a reduction gear comprising a planetary gear mechanism mounted on the rotation shaft of the motor, an output shaft mounted on the reduction gear, and a tip of the output shaft. And a control member that variably adjusts the rotational speed of the rotating shaft by a pulse signal, and the planetary gear mechanism is fixed to the rotating shaft. A sun gear, a plurality of planetary gears that revolve while rotating on the outer periphery thereof, and an outer ring gear that rotates on the outer periphery of the revolution orbit of the planetary gear, and the outer ring gear is relative to the motor. It is comprised so that it can rotate freely.

本発明の回転締付工具を構成するモータは、サーボモータやステッピングモータなどを適用することができる。このモータの回転軸には公知の遊星歯車機構からなる減速機が装着され、減速機から突出する出力軸の先端には、ボルトを仮固定するソケットやねじを仮固定するドライバービットなどからなる固定部材が装着されている。   A servo motor, a stepping motor, etc. can be applied to the motor constituting the rotary fastening tool of the present invention. A reduction gear made of a known planetary gear mechanism is mounted on the rotation shaft of the motor, and the tip of the output shaft protruding from the reduction gear is fixed by a socket for temporarily fixing a bolt, a screwdriver bit for temporarily fixing a screw, or the like. A member is mounted.

本発明の回転締付工具は、減速機を構成する外輪歯車がモータに対して相対的に回転できるように構成されており、被締結材の回転締付け時の多大な反力が外輪歯車からモータおよび把持部に伝達されないようになっている。   The rotary tightening tool of the present invention is configured so that the outer ring gear constituting the speed reducer can rotate relative to the motor, and a great reaction force at the time of rotary tightening of the fastened material is generated from the outer ring gear to the motor. And it is not transmitted to the gripping part.

所定の減速比にてモータトルクが増幅されて出力トルクとなり、この出力トルクにほぼ相当する反力が減速機に返ってくることとなるが、この際に、減速機の外輪歯車がモータに対して相対的に回転できる構成となっているため、反力のほとんどが最終的に外輪歯車のみに伝達され、該反力によるイナーシャが外輪歯車に作用することとなる。一方、作業員が直接把持している把持部には、理論的にはモータトルクのみが反力として返ってくることとなる。   The motor torque is amplified at a predetermined reduction ratio to become output torque, and a reaction force substantially corresponding to this output torque is returned to the speed reducer. At this time, the outer ring gear of the speed reducer is applied to the motor. Therefore, most of the reaction force is finally transmitted only to the outer ring gear, and inertia due to the reaction force acts on the outer ring gear. On the other hand, theoretically, only the motor torque is returned as a reaction force to the gripping portion directly gripped by the worker.

本発明の回転締付工具では、上記する反力を極力低減するために、モータの回転制御をパルス信号に基づく制御方法とするものである。連続トルクに比して、断続的なパルス信号によるモータトルクを適用することで、減速機に返ってくる反力(この反力によって生じるイナーシャ)を格段に低減することができる。例えば、5msec程度の極めて短い時間でのパルス信号による回転を実現するためには、サーボモータを適用するのが好ましい。なお、このパルス信号制御は、出力トルクを計測し、モータの回転数ないしは回転速度をロータリエンコーダにて計測するとともに計測値をフィードバックさせ、モータの回転速度を目標トルク値に収束するようにPI制御等にて制御し、制御に応じたパルス信号をモータに送信する方法によっておこなうことができる。このような制御方法を適用することで、設計トルクにて精度よく被締結材を締付け施工することができる。   In the rotary fastening tool of the present invention, in order to reduce the reaction force described above as much as possible, the rotation control of the motor is a control method based on a pulse signal. By applying the motor torque by the intermittent pulse signal as compared with the continuous torque, the reaction force (inertia generated by this reaction force) returning to the reduction gear can be significantly reduced. For example, in order to realize rotation by a pulse signal in an extremely short time of about 5 msec, it is preferable to apply a servo motor. This pulse signal control measures the output torque, measures the rotation speed or rotation speed of the motor with a rotary encoder, feeds back the measured value, and controls the PI so that the rotation speed of the motor converges to the target torque value. It can control by the method of transmitting by the method etc. and transmitting the pulse signal according to control to a motor. By applying such a control method, the material to be fastened can be tightened with high accuracy by design torque.

本発明の回転締付工具によれば、モータの回転速度がパルス信号に基づいて制御されること、および、減速機の外輪歯車がモータに対して相対回転自在な構成となっていることにより、減速機に返ってくる反力を可及的に低減することができ、かつ、作業員が感じる反力をほぼモータトルクに相当する小さなトルクに調整することができる。   According to the rotary tightening tool of the present invention, the rotational speed of the motor is controlled based on the pulse signal, and the outer ring gear of the speed reducer is configured to be rotatable relative to the motor. The reaction force returning to the reduction gear can be reduced as much as possible, and the reaction force felt by the worker can be adjusted to a small torque substantially corresponding to the motor torque.

また、本発明による回転締付工具の他の実施の形態において、前記モータには環状部材が固設されており、前記外輪歯車が該環状部材に機械的に切り離された姿勢で囲繞されてなることを特徴とする。   In another embodiment of the rotary tightening tool according to the present invention, an annular member is fixed to the motor, and the outer ring gear is surrounded by the annular member in a mechanically separated posture. It is characterized by that.

例えば、作業員が直接把持する把持部に上記のモータが固設されており、このモータの回転軸が突出する端部には、減速機を収容する環状部材が固設されている。この環状部材は、少なくとも、その内周面の形状が円環状である適宜の形態を選定できる。なお、上記する把持部や環状部材は、軽量素材にて成形されていることが望ましく、プラスチックをはじめとする樹脂材にて成形できるほか、軽量金属素材から成形することができる。   For example, the motor described above is fixed to a gripping part that is directly gripped by an operator, and an annular member that houses a reduction gear is fixed to an end portion from which the rotating shaft of the motor projects. As for this annular member, at least an appropriate form in which the shape of the inner peripheral surface is an annular shape can be selected. The gripping portion and the annular member described above are preferably formed of a light material, and can be formed of a resin material such as plastic or a light metal material.

上記する環状部材と遊星歯車機構を構成する外輪歯車とは機械的に切り離された構成となっており、被締結材の回転締付け時の反力が外輪歯車から環状部材を介して把持部に伝達されないように構成されている。すなわち、環状部材の内径を外輪歯車の外径よりも若干大きく成形しておく等の措置により、双方を切り離した構成とすることができる。なお、環状部材の内壁面に外輪歯車の外周面が摺接する構成とし、双方の摺接面に潤滑材が供給される形態であってもよい。   The annular member and the outer ring gear constituting the planetary gear mechanism are mechanically separated from each other, and the reaction force at the time of rotational tightening of the material to be fastened is transmitted from the outer ring gear to the gripping part via the annular member. It is configured not to be. That is, it is possible to have a configuration in which both are separated by measures such as forming the inner diameter of the annular member slightly larger than the outer diameter of the outer ring gear. Note that the outer peripheral surface of the outer ring gear may be in sliding contact with the inner wall surface of the annular member, and the lubricant may be supplied to both sliding contact surfaces.

本発明の回転締付工具によれば、モータの回転速度がパルス信号に基づいて制御されること、および、減速機の外輪歯車とモータに固設された環状部材とが機械的に切り離された構造となっていることにより、既述と同様の効果、すなわち、減速機に返ってくる反力を可及的に低減することができ、かつ、作業員が感じる反力をほぼモータトルクに相当する小さなトルクとすることができる。   According to the rotary fastening tool of the present invention, the rotational speed of the motor is controlled based on the pulse signal, and the outer ring gear of the speed reducer and the annular member fixed to the motor are mechanically separated. Due to the structure, the same effect as described above, that is, the reaction force returning to the reduction gear can be reduced as much as possible, and the reaction force felt by the worker is almost equivalent to the motor torque. Can be a small torque.

また、本発明による回転締付工具の他の実施の形態は、前記回転締付工具において、前記外輪歯車は減速機のハウジングを兼ねており、該ハウジングの外周には、錘体が固設されており、前記被締結材が回転締付けされる際に作用する反力によって、前記ハウジング及び前記錘体が前記環状部材に対して相対的に回転するように構成されてなることを特徴とする。   According to another embodiment of the rotary fastening tool of the present invention, in the rotary fastening tool, the outer ring gear also serves as a speed reducer housing, and a weight is fixed to the outer periphery of the housing. The housing and the weight body are configured to rotate relative to the annular member by a reaction force acting when the material to be fastened is rotationally tightened.

本発明の回転締付工具は、外輪歯車が減速機のハウジングをも兼ねており、その内周面に遊星歯車機構と噛み合いするギヤが形成されており、その外周面には、例えば円環状の錘体が固設されている。この錘体は、ハウジングとともに、被締結材の締付け時に返ってくる反力によって生じるイナーシャにより、モータと把持部に対して、相対的に自由に回転するものである。イナーシャが大きな場合には、該イナーシャに相当する重量が錘体とハウジングの双方に要求されるが、本発明では、モータの回転速度をパルス信号制御とすることで、発生するイナーシャを小さくできるため、錘体およびハウジングに要求される重量も小さくてよい。   In the rotary tightening tool of the present invention, the outer ring gear also serves as the housing of the speed reducer, and a gear that meshes with the planetary gear mechanism is formed on the inner peripheral surface thereof. The weight is fixed. This weight, together with the housing, rotates relatively freely with respect to the motor and the gripping part by inertia generated by a reaction force returned when the material to be fastened is tightened. When the inertia is large, the weight corresponding to the inertia is required for both the weight body and the housing. However, in the present invention, the generated inertia can be reduced by controlling the rotation speed of the motor by pulse signal control. The weight required for the weight body and the housing may be small.

イナーシャが小さくなるといっても、ハウジングの重量は軽量であることから、ハウジングの重量を重くする代わりに、要求される(発生する)イナーシャを吸収可能な重量の錘体をハウジングに付加する構成とすることにより、被締結材の締付け時の設計反力に応じて、ハウジングに固設される錘体の重量を適宜に調整することが可能となる。   Even if the inertia is reduced, the weight of the housing is light. Therefore, instead of increasing the weight of the housing, a weight body capable of absorbing the required (generated) inertia is added to the housing. By doing so, it is possible to appropriately adjust the weight of the weight body fixed to the housing in accordance with the design reaction force at the time of fastening the material to be fastened.

また、本発明による回転締付工具の他の実施の形態において、前記外輪歯車は減速機のハウジングを兼ねており、該ハウジングの外周には、錘体が該ハウジングに同期回転するように装着されており、前記環状部材のうち、前記ハウジングと前記錘体に対向する面には第1のねじ切りが形成されており、前記錘体はリング状に形成されるとともに前記第1のねじ切りに螺合する第2のねじ切りを備えており、前記被締結材が回転締付けされる際に作用する反力によって前記ハウジングは回転し、前記錘体はハウジングと同期回転しながら前記第1のねじ切りに案内されてモータの回転軸の軸心方向に進退するように構成されてなることを特徴とする。   In another embodiment of the rotary tightening tool according to the present invention, the outer ring gear also serves as a speed reducer housing, and a weight body is mounted on the outer periphery of the housing so as to rotate synchronously with the housing. A first threading is formed on a surface of the annular member facing the housing and the weight body, and the weight body is formed in a ring shape and is screwed into the first threading. The housing is rotated by a reaction force acting when the material to be fastened is rotationally tightened, and the weight body is guided by the first threading while rotating synchronously with the housing. The motor is configured to advance and retreat in the axial direction of the rotation shaft of the motor.

本発明の回転締付工具は、錘体がハウジングと同期回転できるとともに、該ハウジングに対して併進運動できるように構成されており、ハウジングが反力を受けた際に、縁切りされた環状部材に対して該ハウジングが自由に回転し、錘体は、ハウジングの回転に同期回転するとともに、環状部材に案内されて併進運動するものである。   The rotary tightening tool according to the present invention is configured so that the weight body can rotate synchronously with the housing and can move in parallel with the housing, and when the housing receives a reaction force, On the other hand, the housing rotates freely, and the weight body rotates in synchronization with the rotation of the housing and translates while being guided by the annular member.

錘体が回転運動と併進運動をおこなうことにより、発生するイナーシャ(要求されるイナーシャ)を双方の運動エネルギーに変換可能となるため、錘体が回転運動のみをおこなう場合に比して、その重量をより軽減することが可能となる。   As the weight body performs rotational motion and translational motion, the generated inertia (required inertia) can be converted into both kinetic energies, so that the weight of the weight body is larger than when the weight body only performs rotational motion. Can be further reduced.

錘体がハウジングに対して同期回転と相対的な進退移動を可能とする形態としては、例えば、ハウジングの外周に出力軸方向に延設する棒部材を取付けておき、この棒部材に円環状の有孔錘体の孔を遊嵌させておき、棒部材に沿って錘体が進退移動できるような形態などがある。   For example, a rod member extending in the direction of the output shaft is attached to the outer periphery of the housing, and an annular shape is attached to the rod member. There is a form in which the hole of the perforated weight body is loosely fitted and the weight body can move forward and backward along the rod member.

環状部材の内周面に形成されたねじ切り(第1のねじ切り)に、(円環状の)錘体の外周面のねじ切り(第2のねじ切り)が螺合し、錘体がイナーシャを受けて回転する際には第1のねじ切りに案内されながら、回転と併進をおこなう。ここで、双方のねじ切りの間には、併進運動をより円滑におこなわせるための潤滑材を提供できる形態としておくことが好ましい。   The threading (second threading) of the outer circumferential surface of the (annular) weight body is screwed with the threading (first threading) formed on the inner circumferential surface of the annular member, and the weight body is rotated by receiving inertia. When doing so, rotation and translation are performed while being guided by the first threading. Here, it is preferable to provide a configuration that can provide a lubricant for smoother translational movement between the two threads.

本発明の回転締付工具によれば、要求されるイナーシャを錘体の回転運動と併進運動に変換できるため、錘体に要求される重量を可及的に軽量とすることができ、回転締付工具全体の重量の軽量を実現できる。   According to the rotary tightening tool of the present invention, since the required inertia can be converted into the rotational motion and the translational motion of the weight body, the weight required for the weight body can be reduced as much as possible. The weight of the entire attached tool can be reduced.

さらに、本発明による回転締付工具の他の実施の形態において、前記環状部材と前記ハウジングの間に、ベアリング機構が介装されていることを特徴とする。   Furthermore, in another embodiment of the rotary fastening tool according to the present invention, a bearing mechanism is interposed between the annular member and the housing.

縁切りされた環状部材とハウジングの間に複数のベアリングを介装させることにより、ハウジング(及び錘体)の滑らか回転と、回転時の脈動を防止することができる。また、潤滑材を適宜提供する等のメンテナンスの必要もないため、メンテナンスも含めたトータルコストの低い回転締付工具を提供することが可能となる。   By interposing a plurality of bearings between the ring-shaped annular member and the housing, smooth rotation of the housing (and the weight body) and pulsation during rotation can be prevented. In addition, since there is no need for maintenance such as appropriately providing a lubricant, it is possible to provide a rotary fastening tool with low total cost including maintenance.

以上の説明から理解できるように、本発明の回転締付工具によれば、パルス信号に基づくモータ回転によって被締結材の締付け時の反力も小さくすることができ、この反力の殆どは外輪歯車ないしは錘体に作用することとなるため、工具を把持している作業員にはモータトルクに相当する小さなトルク反力しか作用しない。したがって、優れた操作性を提供でき、かつ、作業員に対する心的負荷を極めて少なくすることができる。   As can be understood from the above description, according to the rotary fastening tool of the present invention, the reaction force at the time of fastening the material to be fastened can be reduced by the motor rotation based on the pulse signal, and most of this reaction force is the outer ring gear. Since it acts on the weight body, only a small torque reaction force corresponding to the motor torque acts on the worker holding the tool. Therefore, excellent operability can be provided, and the mental load on the worker can be extremely reduced.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は、本発明の回転締付工具の一実施の形態の断面図を、図2は、図1の回転締付工具の制御ブロック図をそれぞれ示している。図3は、錘体に作用するイナーシャ(慣性モーメント)を説明した力学モデル図である。図4は、本発明の回転締付工具の他の実施の形態の断面図である。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of the rotary fastening tool of the present invention, and FIG. 2 is a control block diagram of the rotary fastening tool of FIG. FIG. 3 is a dynamic model diagram illustrating the inertia (moment of inertia) acting on the weight body. FIG. 4 is a cross-sectional view of another embodiment of the rotary fastening tool of the present invention.

図1は、回転締付工具の一実施の形態を示している。この回転締付工具10は、サーボモータ1と、作業員が直接把持する把持部6とが固設され、サーボモータ1の回転軸11に軸着された遊星歯車機構からなる減速機2と、減速機2のキャリア23に軸着され、回転軸11に同軸に設けられた出力軸51、この出力軸51に着脱可能に取付けられた固定部材52、サーボモータ1に固設されるとともに、減速機2を囲繞するように設けられた円環状の環状部材4とから大略構成されている。   FIG. 1 shows an embodiment of a rotary fastening tool. The rotary tightening tool 10 includes a servo motor 1 and a speed reducer 2 including a planetary gear mechanism fixedly attached to a rotating shaft 11 of the servo motor 1, to which a servo motor 1 and a grip portion 6 that is directly gripped by an operator are fixed. An output shaft 51 that is axially attached to the carrier 23 of the speed reducer 2 and is provided coaxially with the rotary shaft 11, a fixing member 52 that is detachably attached to the output shaft 51, and is fixed to the servo motor 1, and is decelerated. It is mainly composed of an annular member 4 provided so as to surround the machine 2.

減速機2を構成する遊星歯車機構は、中央の太陽歯車21と、該太陽歯車21に周設された噛合歯に噛合う例えば3基ないしは5基の遊星歯車22,22,…と、各遊星歯車22,22,…の公転軌道の外郭を内径とし、遊星歯車22の噛合歯に噛合う外輪歯車24と、遊星歯車22,22同士を繋いで遊星歯車22の公転運動を拾うキャリア23とから構成されている。また、図示する実施の形態では、外輪歯車24が減速機2のハウジングも兼ねており、この外輪歯車24の外壁面には、円環状のフランジ24aが固設されている。所定の減速比に応じてサーボモータ1のモータ回転を減速機2にて減速し、トルクを増大させ、出力軸51および固定部材52を介して被締結材aの回転締付けをおこなう。   The planetary gear mechanism that constitutes the speed reducer 2 includes a central sun gear 21 and, for example, three or five planetary gears 22, 22,... That mesh with meshing teeth provided around the sun gear 21. An outer ring gear 24 having an outer diameter of the revolution orbit of the gears 22, 22,. It is configured. In the illustrated embodiment, the outer ring gear 24 also serves as the housing of the speed reducer 2, and an annular flange 24 a is fixed to the outer wall surface of the outer ring gear 24. The motor rotation of the servo motor 1 is decelerated by the speed reducer 2 according to a predetermined reduction ratio, the torque is increased, and the fastening material a is rotationally tightened via the output shaft 51 and the fixing member 52.

円環状のフランジ24aには、回転軸11に並行な棒部材24bが固設されており、この棒部材24bには、所定重量で円環状の有孔錘体3がその孔を棒部材24bに貫通された状態でフランジ24aに取付けられている。この錘体3の重量は、被締結材aの回転締付け時に生じて外輪歯車24と錘体3に伝達される反力を吸収可能な重量に設定される。   A rod member 24b parallel to the rotary shaft 11 is fixed to the annular flange 24a, and an annular perforated weight body 3 with a predetermined weight is provided to the rod member 24b. It is attached to the flange 24a while being penetrated. The weight of the weight body 3 is set to a weight that can absorb the reaction force generated when the material to be fastened a is fastened by rotation and transmitted to the outer ring gear 24 and the weight body 3.

ここで、サーボモータ1に固設され、外輪歯車24(フランジ24a)を囲繞する環状部材4と、該フランジ24aとの間には周方向に複数のベアリング7,7,…を備えたベアリング機構が介装されており、環状部材4と外輪歯車24(および錘体3)とが完全に切り離された構成となっている。かかる構成により、被締結材aの回転締付け時のトルク反力がサーボモータ1及び把持部6に直接作用することを回避することができ、トルク反力の殆どは、サーボモータ1に対して自由に相対回転可能な外輪歯車24と錘体3に伝達されることとなる。ここで、作業員に伝達されるトルク反力の理論値は、モータトルクのみである。   Here, an annular member 4 fixed to the servo motor 1 and surrounding the outer ring gear 24 (flange 24a), and a bearing mechanism including a plurality of bearings 7, 7,... In the circumferential direction between the flange 24a. Is interposed, and the annular member 4 and the outer ring gear 24 (and the weight body 3) are completely separated from each other. With this configuration, it is possible to avoid that the torque reaction force at the time of rotational tightening of the material to be fastened a directly acts on the servo motor 1 and the grip portion 6, and most of the torque reaction force is free to the servo motor 1. Is transmitted to the outer ring gear 24 and the weight body 3 that can rotate relative to each other. Here, the theoretical value of the torque reaction force transmitted to the worker is only the motor torque.

図2は、回転締付工具10の制御ブロック図を示している。サーボモータ1にはロータリエンコーダ81が装着されており、モータの回転角(または回転速度)を計測可能となっている。この計測データ(信号)は、制御部82に送られる(X方向)。一方、出力軸51には、トルク値と出力軸51の回転数をセンシングする検出部85が設けられており、計測されたアナログ信号は、A/D変換部84を介して演算部83に送られる(Z方向)。この演算部83には、予め目標トルク値とその許容レンジが設定/内蔵されている。また、演算部83に接続する制御部82には、ロータリエンコーダ81から順次送られてくる信号を目標トルク値ないしは該目標トルク周辺の設定レンジ内に収容させるためのPI制御部が内蔵されており、CPUにてこのPI制御部が作動し、ロータリエンコーダ81から送られてきた計測信号と出力軸のトルク値および回転速度とを比較しながら、出力軸のトルクが目標トルクレンジ内となるように、所定の時間刻みのパルス信号をサーボモータ1にフィードバックする(Y方向)。   FIG. 2 shows a control block diagram of the rotary fastening tool 10. A rotary encoder 81 is attached to the servo motor 1 so that the rotation angle (or rotation speed) of the motor can be measured. The measurement data (signal) is sent to the control unit 82 (X direction). On the other hand, the output shaft 51 is provided with a detection unit 85 that senses the torque value and the rotation speed of the output shaft 51, and the measured analog signal is sent to the calculation unit 83 via the A / D conversion unit 84. (Z direction). The calculation unit 83 is preset / built-in with a target torque value and its allowable range. Further, the control unit 82 connected to the calculation unit 83 has a built-in PI control unit for accommodating signals sequentially sent from the rotary encoder 81 within a target torque value or a set range around the target torque. The PI control unit is operated by the CPU so that the torque of the output shaft falls within the target torque range while comparing the measurement signal sent from the rotary encoder 81 with the torque value and rotation speed of the output shaft. The pulse signal at predetermined time intervals is fed back to the servo motor 1 (Y direction).

なお、制御部82には、サーボモータ1の回転を制御するサーボアンプや、サーボモータ1の回転角を制御するレゾルバ、I/F回路などが内蔵されており、かかる制御部82、演算部83、A/D変換部84などは、図では回転締付工具の外部に設けられているが、把持部6内に収容される形態であってもよく、またこのような形態がより好ましい。制御手段が回転締付工具内に収容されることで、操作性、運搬性の向上に繋がるからである。   The control unit 82 incorporates a servo amplifier that controls the rotation of the servo motor 1, a resolver that controls the rotation angle of the servo motor 1, an I / F circuit, and the like. The A / D converter 84 and the like are provided outside the rotary tightening tool in the figure, but may be housed in the gripper 6, and such a form is more preferable. This is because the control means is accommodated in the rotary fastening tool, which leads to improvement in operability and transportability.

サーボモータ1の回転速度を、出力軸のトルク値が目標トルク(またはその周辺レンジ)に収束するようにフィードバック制御し、適宜のパルス信号にてサーボモータ1の回転速度を制御することにより、被締結材の回転締付け時に発生する反力を極力抑えることができ、かつ、所望の締付けトルクにて精度よく被締結材の回転締付けをおこなうことができる。   The rotational speed of the servo motor 1 is feedback-controlled so that the torque value of the output shaft converges to the target torque (or its peripheral range), and the rotational speed of the servo motor 1 is controlled by an appropriate pulse signal. The reaction force generated when the fastening material is rotationally tightened can be suppressed as much as possible, and the fastened material can be rotationally tightened with a desired tightening torque with high accuracy.

次に、図3の力学モデルに基づいて、錘体に作用する(要求される)イナーシャ(慣性モーメント)を説明する。図3は、サーボモータ1と、減速機2、錘体3、回転軸11、出力軸51、被締結材aを模式的に図示したものであり、図中、TMはモータトルクを、ηRは減速比を、TRは錘体のトルクを、TSは被締結材の締付けトルクをそれぞれ示している。ここで、錘体の運動方程式は、数式1となる。
[数1]
TR=IR・ω’
ここで、IRは錘体に発生する(要求される)イナーシャを、ω’は錘体の角加速度である。
Next, the inertia (moment of inertia) acting on (required) the weight body will be described based on the dynamic model of FIG. FIG. 3 schematically shows the servo motor 1, the speed reducer 2, the weight body 3, the rotating shaft 11, the output shaft 51, and the material to be fastened a. In the figure, TM is motor torque, and ηR is The reduction ratio, TR indicates the torque of the weight body, and TS indicates the tightening torque of the material to be fastened. Here, the equation of motion of the weight body is expressed by Equation 1.
[Equation 1]
TR = IR · ω '
Here, IR is the inertia generated (required) in the weight body, and ω ′ is the angular acceleration of the weight body.

一方、各トルク間において、TR=TS−TM,TS=ηR・TMの関係から数式2を導くことができる。
[数2]
TR=TS(1−1/ηR)
On the other hand, Formula 2 can be derived from the relationship of TR = TS−TM and TS = ηR · TM between the torques.
[Equation 2]
TR = TS (1-1 / ηR)

数式1、2より、錘体に発生する(要求される)イナーシャは数式3で表すことができる。
[数3]
IR=1/ω’・TS(1−1/ηR)
From Equations 1 and 2, the inertia generated (required) in the weight body can be expressed by Equation 3.
[Equation 3]
IR = 1 / ω ′ · TS (1-1 / ηR)

数式3からも明らかなように、錘体の角加速度ω’を十分に大きく取ることにより、錘体に発生する(要求される)イナーシャを小さくすることができる。イナーシャが小さくなるということは、錘体の重量を少なくできることに繋がり、回転締付工具全体の重量の軽減に繋がる。   As is apparent from Equation 3, the inertia generated (required) in the weight body can be reduced by sufficiently increasing the angular acceleration ω ′ of the weight body. When the inertia is reduced, the weight of the weight body can be reduced, and the weight of the entire rotary tightening tool is reduced.

錘体の角加速度ω’を十分大きく取るには、既述するように断続的なパルス信号をサーボモータに送信することによって実現することができ、パルスの時間刻みをより短時間とすることで、より大きな角加速度ω’を得ることが可能となる。   To sufficiently increase the angular acceleration ω ′ of the weight body, it can be realized by transmitting an intermittent pulse signal to the servo motor as described above, and by making the time step of the pulse shorter. Thus, it becomes possible to obtain a larger angular acceleration ω ′.

また、図4は、回転締付工具の他の実施の形態を示したものである。この回転締付工具10Aでは、サーボモータ1に固設されている環状部材4aの内壁面にねじ切り4a1が形成されており、円環状の錘体3aの外周面にもねじ切り3a1が形成されており、双方のねじ切り4a1,3a1が螺合している。また、錘体3aは、フランジ24aと切り離されており、棒部材24bを介してフランジ24aに接続されることによって該フランジ24aと同期回転でき(X方向)、かつ、回転に応じてフランジ24aに対して相対的に併進運動可能となっている(Y方向)。この併進運動は、錘体3aがねじ切り4a1,3a1の螺合によって環状部材4aに案内されながらおこなわれる。   FIG. 4 shows another embodiment of the rotary fastening tool. In this rotary tightening tool 10A, a thread 4a1 is formed on the inner wall surface of an annular member 4a fixed to the servomotor 1, and a thread 3a1 is also formed on the outer peripheral surface of the annular weight 3a. Both threading 4a1 and 3a1 are screwed together. Further, the weight body 3a is separated from the flange 24a, and can be rotated synchronously with the flange 24a (X direction) by being connected to the flange 24a via the rod member 24b. On the other hand, translational movement is relatively possible (Y direction). This translational movement is performed while the weight body 3a is guided to the annular member 4a by screwing of the thread cuts 4a1 and 3a1.

回転締付工具10Aによれば、錘体3aに作用する反力(イナーシャ)を錘体3aの回転運動と併進運動に変換することにより、可及的に軽量な錘体3aにて反力を吸収することが可能となる。すなわち、回転締付工具10で適用される錘体3よりも軽量な錘体3aを適用することができ、工具全体の重量をより低減することに繋がる。   According to the rotary tightening tool 10A, the reaction force (inertia) acting on the weight body 3a is converted into the rotational motion and the translational motion of the weight body 3a, so that the reaction force is applied to the weight body 3a as light as possible. It can be absorbed. That is, the weight body 3a that is lighter than the weight body 3 applied in the rotary fastening tool 10 can be applied, which leads to a further reduction in the weight of the entire tool.

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention.

本発明の回転締付工具の一実施の形態の断面図。Sectional drawing of one Embodiment of the rotary fastening tool of this invention. 図1の回転締付工具の制御ブロック図。The control block diagram of the rotary fastening tool of FIG. 錘体に作用するイナーシャ(慣性モーメント)を説明した力学モデル図。FIG. 6 is a dynamic model diagram illustrating inertia (moment of inertia) acting on a weight body. 本発明の回転締付工具の他の実施の形態の断面図。Sectional drawing of other embodiment of the rotary fastening tool of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…サーボモータ、11…回転軸、2…減速機(遊星歯車機構)、21…太陽歯車、22…遊星歯車、23…キャリア、24…外輪歯車(兼ハウジング)、3,3a…錘体、3a1…ねじ切り、4,4a…環状部材、4a1…ねじ切り、51…出力軸、52…固定部材、6…把持部、7…ベアリング、81…ロータリエンコーダ、82…制御部、83…演算部、84…変換部、85…検出部、10,10A…回転締付工具、a…被締結材   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Servo motor, 11 ... Rotary shaft, 2 ... Reduction gear (planetary gear mechanism), 21 ... Sun gear, 22 ... Planetary gear, 23 ... Carrier, 24 ... Outer ring gear (also housing), 3, 3a ... Weight body, 3a1: thread cutting 4, 4a: annular member, 4a1: thread cutting, 51 ... output shaft, 52 ... fixing member, 6 ... gripping part, 7 ... bearing, 81 ... rotary encoder, 82 ... control unit, 83 ... arithmetic unit, 84 ... Conversion unit, 85 ... Detection unit, 10, 10A ... Rotary fastening tool, a ... Fastened material

Claims (5)

モータと、モータの回転軸に装着された遊星歯車機構からなる減速機と、減速機に装着された出力軸と、出力軸の先端に取付けられて被締結材を固定する固定部材と、前記回転軸の回転速度をパルス信号によって可変調整する制御手段と、を具備しており、前記遊星歯車機構は、前記回転軸に固設された太陽歯車と、その外周を自転しながら公転する複数の遊星歯車と、遊星歯車の公転軌道の外郭で回転する外輪歯車と、から構成されており、前記外輪歯車が前記モータに対して相対的に回転自在に構成されてなる回転締付工具。   A motor, a speed reducer comprising a planetary gear mechanism mounted on a rotating shaft of the motor, an output shaft mounted on the speed reducer, a fixing member attached to a tip of the output shaft and fixing a material to be fastened, and the rotation Control means for variably adjusting the rotation speed of the shaft by a pulse signal, and the planetary gear mechanism includes a sun gear fixed to the rotation shaft and a plurality of planets that revolve while rotating on the outer periphery thereof. A rotary tightening tool comprising a gear and an outer ring gear that rotates on the outer periphery of the revolution orbit of the planetary gear, wherein the outer ring gear is configured to be rotatable relative to the motor. 請求項1に記載の回転締付工具において、
前記モータには環状部材が固設されており、前記外輪歯車が該環状部材に機械的に切り離された姿勢で囲繞されてなる回転締付工具。
In the rotary fastening tool according to claim 1,
An annular member is fixed to the motor, and the outer ring gear is surrounded by the annular member in a mechanically separated posture.
前記外輪歯車は減速機のハウジングを兼ねており、該ハウジングの外周には、錘体が固設されており、前記被締結材が回転締付けされる際に作用する反力によって、前記ハウジング及び前記錘体が前記環状部材に対して相対的に回転するように構成されてなる請求項1または2に記載の回転締付工具。   The outer ring gear also serves as a speed reducer housing, and a weight body is fixed to the outer periphery of the housing, and the housing and the outer ring gear are caused by a reaction force acting when the fastened material is rotationally tightened. The rotary fastening tool according to claim 1 or 2, wherein the weight body is configured to rotate relative to the annular member. 前記外輪歯車は減速機のハウジングを兼ねており、該ハウジングの外周には、錘体が該ハウジングに同期回転するように装着されており、
前記環状部材のうち、前記ハウジングと前記錘体に対向する面には第1のねじ切りが形成されており、前記錘体はリング状に形成されるとともに前記第1のねじ切りに螺合する第2のねじ切りを備えており、前記被締結材が回転締付けされる際に作用する反力によって前記ハウジングは回転し、前記錘体はハウジングと同期回転しながら前記第1のねじ切りに案内されてモータの回転軸の軸心方向に進退するように構成されてなる請求項1または2に記載の回転締付工具。
The outer ring gear also serves as a reduction gear housing, and a weight body is mounted on the outer periphery of the housing so as to rotate synchronously with the housing.
A first threading is formed on a surface of the annular member facing the housing and the weight body, and the weight body is formed in a ring shape and is secondly engaged with the first threading. The housing is rotated by a reaction force acting when the material to be fastened is rotationally tightened, and the weight body is guided by the first threading while rotating synchronously with the housing. The rotary fastening tool according to claim 1 or 2, wherein the rotary fastening tool is configured to advance and retract in the axial direction of the rotary shaft.
前記環状部材と前記ハウジングの間に、ベアリング機構が介装されていることを特徴とする請求項3または4に記載の回転締付工具。   The rotary fastening tool according to claim 3 or 4, wherein a bearing mechanism is interposed between the annular member and the housing.
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