JP2009063163A - クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 ねじ締付装置などに用いられる小型化された機械式のクラッチを提供する。
【解決手段】 クラッチ５は、ＤＣモータ３の出力軸が連結するクラッチロッド１１、略円盤状のリテーナプレート１２、３個の球形のスチールボール１３、略円盤状のリテーナ１４、コイル状のスプリング１５、スプリングホルダ１６、アジャストナット１７などからなる。リテーナプレート１２の一面には、縁部近傍の周方向にカム（傾斜部１８ａと平坦部１８ｂと傾斜部１８ｃ）１８が３つ等分で形成されている。傾斜部１８ａ，１８ｃの傾斜角θは、１０°〜３０°が望ましい。また、リテーナ１４の一面には、リテーナプレート１２に形成されたカム１８に対向する部位にスチールボール１３を約半分が突出した状態で収納する凹部１４ａが形成されている。スチールボール１３は、リテーナプレート１２に形成されたカム１８とリテーナ１４に形成された凹部１４ａで挟持されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ねじ締付装置などに用いられる機械式のクラッチに関する。

従来のねじ締付装置などに用いられるクラッチとしては、図７に示すように、リテーナプレート１００の縁部近傍の周方向に傾斜部のない壁部（カム山）１０１で仕切られた溝１０２が３等分に形成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。通常スチールボールは、溝１０２に納まっているが、回転負荷が高まりスプリングの反力が上回ると瞬時にカム山１０１を乗り越える。
特開平０６−０７９６３７号公報

しかし、従来のねじ締付装置などに用いられるクラッチにおいては、傾斜部のないカム山１０１を用いているため、低いトルクではスチールボールがカム山１０１を乗り越えることができず、作動しないという問題がある。

本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、低いトルクでも円滑に作動するクラッチを提供しようとするものである。

上記課題を解決すべく請求項１に係る発明は、リテーナプレートと、このリテーナプレートに係合する複数のボールと、これらのボールを前記リテーナプレートと共に挟持するリテーナと、このリテーナを押圧する弾性体を備えたクラッチにおいて、前記リテーナプレートの縁部近傍には、周方向に傾斜を設けたカムが形成されているものである。

請求項２に係る発明は、請求項１記載のクラッチにおいて、前記カムを、傾斜部と平坦部と傾斜部から形成した。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載のクラッチにおいて、前記カムを、周方向に複数等分で形成した。

請求項４に係る発明は、請求項２又は３記載のクラッチにおいて、前記傾斜部の傾斜角を、９０°未満とした。

請求項５に係る発明は、請求項１、２、３又は４記載のクラッチにおいて、前記ボールの移動による前記リテーナの動きを検知してオン・オフする変位スイッチを設けた。

請求項１に係る発明によれば、カムに傾斜を設けたことにより、低いトルクでもボールがカムを乗り越えることができるので、円滑に作動することができる。また、本発明をねじ締付装置に適用した場合には、ねじ締付装置を小型化することができる。

請求項２に係る発明によれば、カムを傾斜部と平坦部と傾斜部から形成したので、低いトルクでもボールがカムを乗り越えることができ、円滑に作動することができる。

請求項３に係る発明によれば、カムを周方向に複数等分で形成したことにより、円滑に作動することができる。

請求項４に係る発明によれば、傾斜部の傾斜角を９０°未満としたことにより、トルクの強弱により選択可能とすることができる。

請求項５に係る発明によれば、リテーナの動きを検知してオン・オフする変位スイッチを設けたので、適用するねじ締付装置のモータの駆動を的確に停止させることができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係るクラッチを適用したねじ締付装置の概要側面図、図２は同じく概要上面図、図３は本発明に係るクラッチの説明図、図４はリテーナプレートの説明図、図５は変位スイッチの動作説明図、図６は断続制御コントローラのコンピュータ設定画面の例を示す図である。

本発明に係るクラッチを適用したねじ締付装置、図１及び図２に示すように、ピストル型の装置本体１と、装置本体１を構成する直流（ＤＣ）モータ３を制御するコントローラ（不図示）と、電源としてのリチュームイオンのバッテリ（不図示）と、装置本体１とコントローラを接続するケーブル２からなる。コントローラとバッテリは、作業者のウエストに巻いたベルトに取り付けることもできるし、装置本体１に組み込むこともできる。

装置本体１は、駆動源となるＤＣモータ３と、ＤＣモータ３のトルクを減速機４に伝達する機械式のクラッチ５と、クラッチ５の回転数を減速する遊星歯車などからなる前記減速機４と、減速機４が出力するトルクにより係合したねじを締付けるツールソケット６と、作業者が片手で把持するための把持部（グリップ部）７、把持部７に設けられるレバー７ａなどを備えている。ＤＣモータ３はブラシレスでもブラシ付きでもよい。また、図５に示すようにクラッチ５にはクラッチ５の動作状態を検知する変位スイッチ８が設置されている。

ＤＣモータ３には、コントローラによりパルス状の電力（電流）が間欠的に供給され、断続的に回転する断続制御がなされる。このような断続制御により、減速機４のギヤ部やジョイント部などのバックラッシュを活用することでインパクト効果が生まれトルクアップが図れる。また、断続時間（オン／オフ時間）のサイクルを短くして（例えば、０．１ｍsec）、締付反力が作業者の腕に伝わる前に回転と停止を繰り返し行えば、反力の軽減が図れる。

本発明に係るクラッチ５は、図３に示すように、ＤＣモータ３の出力軸が連結するクラッチロッド１１、略円盤状のリテーナプレート１２、３個の球形のスチールボール１３、略円盤状のリテーナ１４、コイル状のスプリング１５、スプリングホルダ１６、アジャストナット１７などからなる。リテーナプレート１２の一面には、図４（ａ）に示すように、縁部近傍の周方向にカム（傾斜部１８ａと平坦部１８ｂと傾斜部１８ｃ）１８が３つ等分で形成されている。傾斜部１８ａ，１８ｃの傾斜角θは、１０°〜３０°が望ましい。

また、リテーナ１４の一面には、リテーナプレート１２に形成されたカム１８に対向する部位にスチールボール１３を約半分が突出した状態で収納する凹部１４ａが形成されている。スチールボール１３は、リテーナプレート１２に形成されたカム１８とリテーナ１４に形成された凹部１４ａで挟持されている。

スチールボール１３は、図４（ｂ）に示すように、締付トルクがスプリング１５の弾性力を超える前には傾斜部１８ａと傾斜部１８ｃの間に位置し、締付トルクがスプリング１５の弾性力を超えると、図４（ｃ）に示すように、カム１８の平坦部１８ｂに乗り上げる。そして、ＤＣモータ３が駆動していてもスチールボール１３がカム１８の平坦部１８ｂを乗り越えることを繰り返すことにより、ＤＣモータ３によるリテーナプレート１２の回転が、減速機４に伝達されるのを遮断し、ツールソケット６の回転が停止する。

変位スイッチ８は、図５に示すように、スチールボール１３の位置によって変化するリテーナ１４の動きを検知するオン・オフスイッチである。変位スイッチ８は、クラッチ５の枠体２０に固定されたベース部材２１に取り付けられている。そして、リテーナ１４の動きは、一端２２ａがリテーナ１４の縁部１４ｂで挟持されると共に、中央部２２ｂがベース部材２１に摺動自在に嵌挿され、他端２２ｃが変位スイッチ８に当接するスイッチレバー２２と、スイッチレバー２２の他端２２ｃとベース部材２１との間に縮装されたスプリングダンパ２３により、変位スイッチ８に伝えられる。なお、８ａは変位スイッチ８がオフ状態の時に突出している押釦である。

図５（ａ）に示すように、スチールボール１３がリテーナプレート１２に形成されたカム１８の傾斜部１８ａと傾斜部１８ｃの間に位置している場合には、リテーナ１４とスイッチレバー２２の一端２２ａの間に所定の間隙Ｇが設けられている。また、スイッチレバー２２の他端２２ｃがスプリングダンパ２３により変位スイッチ８を押圧して変位スイッチ８を確実にオン状態にしている。変位スイッチ８がオン状態の場合には、ＤＣモータ３の駆動が可能になる。リテーナ１４とスイッチレバー２２の一端２２ａの間に所定の間隙Ｇを設けているので、不要なリテーナ１４の動きがスイッチレバー２２に伝わることがない。

一方、図５（ｂ）に示すように、スチールボール１３がリテーナプレート１２に形成されたカム１８の平坦部１８ｂに乗り上げると、リテーナ１４がスプリング１５を圧縮する方向に移動する。すると、リテーナ１４がスイッチレバー２２の一端２２ａを押圧するので、スイッチレバー２２がベース部材２１に対して摺動し、更にスイッチレバー２２の他端２２ｃがスプリングダンパ２３を圧縮して変位スイッチ８をオフ状態にする。変位スイッチ８がオフ状態になると、ＤＣモータ３は駆動を停止する。

以上のように構成された本発明に係るクラッチ５の動作を、このクラッチ５を適用したねじ締付装置により説明する。先ず、作業者が装置本体１の把持部７を片手で把持し、ねじをツールソケット６に装着する。次いで、ツールソケット６に装着したねじの先端を締付の対象となるねじ孔に位置決めし、把持部７に設けたスイッチ（不図示）を指で押す。すると、ＤＣモータ３が駆動を開始し、ＤＣモータ３が発生するトルクと回転数が、クラッチ５、減速機４を介してツールソケット６に装着されたねじに伝達される。

この時、ＤＣモータ３はコントローラにより断続制御されるので、減速機４のギヤ部やジョイント部などのバックラッシュを活用することによりインパクト効果が生まれ、トルクアップが図れる。また、例えば０．１ｍsecなどの断続時間（オン／オフ時間）を設定することにより、締付反力が作業者の腕に伝わる前に回転と停止が繰り返えされ、反力の軽減が図れる。

そして、ツールソケット６の回転によりねじがねじ孔に螺合して所望の締付トルクに達すると、図５（ａ）に示すように、カム１８の傾斜部１８ａと傾斜部１８ｃの間に位置していたスチールボール１３が、図５（ｂ）に示すように、カム１８の平坦部１８ｂに乗り上げ、リテーナ１４がスプリング１５を圧縮する方向に移動する。この時、傾斜部１８ａ，１８ｃには、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、例えば約１０°の傾斜角θが設けられているので、低いトルクでもスチールボール１３が平坦部１８ｂに乗り上げることができる。

スチールボール１３が平坦部１８ｂに乗り上がると、クラッチ５がＤＣモータ３による回転を遮断してツールソケット６の回転を停止させると共に、リテーナ１４がスイッチレバー２２の一端２２ａを押圧することにより、スイッチレバー２２の他端２２ｃがスプリングダンパ２３を圧縮して変位スイッチ８をオフ状態にする。この時、スチールボール１３が転がるカム１８の平坦部１８ｂが所定の長さを有しているので、変位スイッチ８を確実にオフ状態にするための押圧時間を設けることができる。

変位スイッチ８がオフ状態なると、ＤＣモータ３は駆動を停止する。そして、ねじは所望の締付トルクでねじ孔に螺合し、１本のねじに対するねじ締付作業は終了する。

図６は断続制御コントローラのコンピュータ設定画面の例を示す図であり、画面中、Ｓ１は回転速度、Ａ１〜Ａ３は電流（トルク）、Ｔ１〜Ｔ１１は波形時間を表わす。この例にあっては、画面の下の部分に回転速度Ｓ１、電流（トルク）Ａ１〜Ａ３及び波形時間Ｔ１〜Ｔ１１を設定する窓部が設けられ、各窓部の右横にはボタンがあり、このボタンをクリックすることで設定条件を増減することができる。上記の設定条件を経時的に表しているのが、画面の上半部のグラフである。

そして、画面のＳｔａｒｔボタンをクリックすると、コンピュータからモータ制御指令が入力コントローラに記憶され、モータを制御しながら回転せしめる。

なお、本発明の実施の形態では、締付トルクが所望の値に達したことをクラッチ５に設けた変位スイッチ８の動作状態（オン状態からオフ状態の変化）で判定したが、ＤＣモータ３の駆動時間と変位スイッチ８の動作状態を判定の条件にすることができる。また、ＤＣモータ３の駆動時間だけで判定することもできる。

本発明によれば、傾斜部と平坦部と傾斜部からなるカムを設けたことにより、低いトルクでもスチールボールがカムを乗り越えることができるので、円滑に作動することができる。また、リテーナの動きを検知してオン・オフする変位スイッチを設ければ、本発明に係るクラッチを適用したねじ締付装置のモータの駆動を的確に停止させることができる。

本発明に係るクラッチを適用したねじ締付装置の概要側面図 本発明に係るクラッチを適用したねじ締付装置の概要上面図 本発明に係るクラッチの説明図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は分解図 リテーナプレートの説明図で、（ａ）はリテーナプレートの平面図、（ｂ）はリテーナプレートとスチールボールとリテーナの関係（クラッチ非作動状態）を示す断面展開図、（ｃ）はリテーナプレートとスチールボールとリテーナの関係（クラッチ作動状態）を示す断面展開図 変位スイッチの動作説明図で、（ａ）はオン状態、（ｂ）はオフ状態 断続制御コントローラのコンピュータ設定画面の例を示す図 従来のリテーナプレートの平面図

符号の説明

１…装置本体、３…ＤＣモータ、４…減速機、５…クラッチ、６…ツールソケット、７…把持部、７ａ…レバー、８…変位スイッチ、１１…クラッチロッド、１２…リテーナプレート、１３…スチールボール（ボール）、１４…リテーナ、１５…スプリング（弾性体）、１８…カム、１８ａ，１８ｃ…傾斜部、１８ｂ…平坦部、２２…スイッチレバー、２３…スプリングダンパ、θ…傾斜角。

Claims (5)

1. リテーナプレートと、このリテーナプレートに係合する複数のボールと、これらのボールを前記リテーナプレートと共に挟持するリテーナと、このリテーナを押圧する弾性体を備えたクラッチにおいて、前記リテーナプレートの縁部近傍には、周方向に傾斜を設けたカムが形成されていることを特徴とするクラッチ。
2. 前記カムは、傾斜部と平坦部と傾斜部からなる請求項１記載のクラッチ。
3. 前記カムは、周方向に複数等分で形成されている請求項１又は２記載のクラッチ。
4. 前記傾斜部の傾斜角は、９０°未満である請求項２又は３記載のクラッチ。
5. 前記ボールの移動による前記リテーナの動きを検知してオン・オフする変位スイッチを設けた請求項１、２、３又は４記載のクラッチ。

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