JP2010184332A - 締付け工具 - Google Patents

Abstract

【課題】
インパクト機構に伝わる振動の影響を低減させ、回転トランス部の伝送効率を高め、高いトルク検出精度を実現した締付け工具を提供する。
【解決手段】
モータ３の回転を伝達するインパクト機構４と、インパクト機構４のメインシャフト５に連結され軸受手段（９、１９）によりハウジング７に回転可能に保持される出力軸６を有し、モータ３の回転力を連続的又は断続的に出力軸に伝達する締付け工具において、メインシャフト５と出力軸６の突き当て部に、緩衝材１７を介在させるようにした。メインシャフト５の前端部は断面が多角形状の嵌合軸５ａであり、出力軸６の後端部は嵌合軸を嵌挿させる断面が多角形状の嵌合穴６ａであり、緩衝材１７は嵌合穴６ａ内に設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータにより回転駆動されボルト等の締結部材を締め付ける締付け工具に関し、特にハンマの打撃等によって発生する間欠的な打撃力を利用して締付けを行う締付け工具に関する。

ネジやボルト等の締め付けを行う締付け工具として、ハンマのメカニカルな衝突による打撃力を利用するインパクト工具が知られている。このような工具において、ボルト等の締付けトルクを確認あるいは制御するため、出力軸に歪ゲージなどのトルク検出手段を配置し測定する機能を持たせた製品がある。このようなトルク検出手段を設けた装置の例として、例えば特許文献１の技術がある。

特公平６−２４７１３号公報

ここで締付け工具のメインシャフトと出力軸の連結構造について図４を用いて説明する。図４は、出願人の先行出願（特願２００８−２５５０６８）に係る締付け工具１０１の全体を示す図であり、一部にその断面を示す。尚、本明細書の説明において上下及び左右の方向は、図４中に示した方向として説明する。締付け工具１０１には、トリッガスイッチ８により起動・停止する動力源である電動のモータ３が内蔵されており、モータ３の回転は動力伝達部たるインパクト機構１０４により断続的な打撃力に変換されてメインシャフト１０５を回転させ、ボールベアリング等のベアリング９によって保持された出力軸１０６に伝達される。出力軸１０６の先端は工具保持部１０６ｃが形成され、ここに図示しないソケット等の先端工具を取り付け、ネジやボルト等の締結部材を相手材に締付け・緩めを行う。

このような締付け工具１０１において、締付けトルク値の検出は出力軸１０６に取り付けた歪ゲージ１０によって行うのが一般的である。歪ゲージ１０によりボルト締付け時に発生するトルクによる出力軸１０６の歪を電気抵抗の変化に変換し、歪ゲージ１０に接続された図示しない測定器により電気抵抗の変化をトルクに換算する。ここで歪ゲージ１０は出力軸１０６と一体となり回転するが、測定器は本体内部あるいは工具本体の外部に固定されるため、歪ゲージ１０と測定器を直接電線でつなぐ事ができない。そのため、歪ゲージ１０と測定器の間は、回転トランスを介して連結する必要がある。

回転トランスは、出力軸１０６とほぼ同軸で固定され、出力軸１０６と一体で回転動作する円筒形状の可動コイル１１ａ、１１ｂと、ケース２に固定され内径が可動コイル１１ａ、１１ｂの外径と空間をもって対向する位置に配置される円筒形状の固定コイル１４ａ、１４ｂを含んで構成される。可動コイル１１ａ、１１ｂはボビン１２ａ、１２ｂに収容され、固定コイル１４ａ、１４ｂはボビン１５ａ、１５ｂに収容される。具体的には、測定器から歪ゲージ１０への電力供給は固定コイル１４ｂを介して、対向する可動コイル１１ｂに誘導される。可動コイル１１ｂに発生した電流は歪ゲージ１０に入力され、歪ゲージ１０からの出力は、別の可動コイル１１ａを介し、これと対向位置にある別の固定コイル１４ａに誘導され測定器に伝達される。これら誘導のために、固定コイル１４ａ、１４ｂは可動コイル１１ａ、１１ｂと対向する位置に精度良く固定される必要があり、かつ回転する可動コイル１１ａ、１１ｂの外径と接触することが無いように所定のクリアランスを保持している。

メインシャフト１０５と出力軸１０６は、メインシャフト１０５の先端に設けた断面形状が六角の嵌合軸１０５ａと、出力軸１０６の端面に設けた断面形状が六角の嵌合穴１０６ａとによって回転伝達可能に係合される。一方、出力軸１０６には、ベアリング９への挿入軸１０６ｄより軸径の大きいつば部１０６ｂを設けて段付にし、共回りするベアリング９の内輪につば部１０６ｂを突き当てることでメインシャフト１０５側への出力軸１０６の移動（ガタ）を規制する。または、つば部１０６ｂが当たることでベアリング９の内輪が損傷するのを防ぐため、メインシャフト１０５の嵌合軸１０５ａと出力軸１０６の嵌合穴１０６ａの底面とを突き当てることでメインシャフト１０５側への出力軸１０６の移動（ガタ）を規制する。

しかし図４の連結構造においては、ボルトやネジの締め付け時に、出力軸１０６は、ベアリング９の内輪またはメインシャフト１０５と衝突し、この時の衝撃力によって、インパクト機構１０４が矢印Ａのように軸方向に振動してしまう恐れがあった。一般にインパクト機構１０４のモータ３側は、減速歯車機構を介して接続されることが多く、歯車機構を介してベアリング等に保持される。また、インパクト機構１０４の前方側は、嵌合軸１０５ａの外側に出力軸１０６の挿入軸１０６ｄが位置し、この挿入軸１０６ｄがベアリング９の内輪に挿入され保持される。つまり、インパクト機構１０４は、ベアリング９や、図示しないモータ３とインパクト機構１０４の間にあるベアリングによって直接保持されるのでなく、別の部材を介して間接的に保持される。しかも、図示しない歯車機構や出力軸１０６とは接着固定されるわけではないので、インパクト機構１０４がいわば浮いた状態（フローティング状態）にあり、回転軸方向の衝撃が加わると、インパクト機構１０４が矢印Ａのように振動しやすい。その結果、インパクト機構１０４の振動だけでなく出力軸１０６も振動の影響を受けることになり、出力軸１０６に取り付けた歪ゲージ１０の配線が損傷したり、トルク検出精度が低下する恐れがあった。

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、インパクト機構が振動しにくい締付け工具を提供することにある。

本発明の別の目的は、回転トランス部の伝送効率を高め、高いトルク検出精度を実現した締付け工具を提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、振動の影響を低減させ、歪ゲージの配線部が損傷することを防止して製品寿命を長くすることができる締付け工具を低供することにある。

本願において開示される発明のうち代表的なものの特徴を説明すれば次の通りである。

本発明の一つの特徴によれば、モータと、モータの回転を伝達する動力伝達部と、動力伝達部のメインシャフトに連結され軸受手段によりハウジングに回転可能に保持される出力軸を有し、モータの回転力を連続的又は断続的に出力軸に伝達して、出力軸の先端に取り付けられる先端工具を回転させる締付け工具において、メインシャフトと出力軸の突き当て部に、緩衝材を介在させるようにした。メインシャフトの前端部は軸方向と鉛直な断面が多角形状、例えば六角形状の嵌合軸であり、出力軸の後端部は嵌合軸を嵌挿させる軸方向と鉛直な断面が多角形状、例えば六角形状の嵌合穴であり、緩衝材は嵌合穴内に設けられる。

本発明の他の特徴によれば、出力軸の嵌合穴が形成される部分において、内側において嵌合軸を収容し、外側が軸受手段によって保持されるように構成した。緩衝材は、軸方向と鉛直な断面が嵌合穴の断面形状に対応する多角形状、例えば六角形であると好ましい。緩衝材としては、例えばゴムが用いられる。出力軸には、出力軸の歪を検出するトルク検出手段（歪検出手段）と、トルク検出手段への電気信号の入出力のために用いられる回転トランスを設け、測定された締め付けトルク値をモニターしながらネジ等を被締め付け部材に規定トルクで締め付ける。

本発明のさらに他の特徴によれば、モータと、モータの回転を伝達する動力伝達部と、動力伝達部のメインシャフトに連結され、２つの軸受手段によりハウジングに回転可能に保持される出力軸を有し、モータの回転力を連続的又は断続的に出力軸に伝達して、出力軸の先端に取り付けられる先端工具を回転させる締付け工具において、出力軸に、軸受手段への挿入軸より軸径の大きいつば部を設け、軸受手段とつば部との間に緩衝材を介在させるように構成した。緩衝材と接触する軸受手段はボールベアリングであり、つば部は、ボールベアリングの内輪と同等かやや小さい外径を有し、内輪とツバ部の間にリング状の緩衝材を介在させるようにした。

請求項１の発明によれば、締付け工具において、メインシャフトと出力軸の突き当て部に、緩衝材を介在させたので、出力軸からメインシャフトに伝達される衝撃を大幅に減らすことができ、ボルトやネジの締め付け時に毎回生じる衝撃力を緩和し、歪ゲージの配線部の損傷防止、同時に、トルク検出精度を高めることができる。

請求項２の発明によれば、緩衝材は出力軸の後端部嵌合穴内に設けられるので、緩衝材が脱落することなく、安定して保持することができる。

請求項３の発明によれば、出力軸の嵌合穴が形成される部分において、内側において嵌合軸を収容し、外側が軸受手段によって保持されるので、出力軸を高剛性に保持することができる。

請求項４の発明によれば、緩衝材は、軸方向と鉛直な断面が嵌合穴の断面形状に対応する多角形状であるので、嵌合穴内に安定して配置することができる。

請求項５の発明によれば、緩衝材はゴムであるので、コストの上昇を抑えつつ衝撃力を緩和する構造を実現できる。

請求項６の発明によれば、出力軸に、出力軸の歪を検出するトルク検出手段と、トルク検出手段への電気信号の入出力のために用いられる回転トランスを設けたので、衝撃力の影響を低減させ、配線の損傷を防止したり、トルク検出精度の低下を防止できる。

請求項７の発明によれば、締付け工具において、出力軸に、軸受手段への挿入軸より軸径の大きいつば部を設け、軸受手段とつば部との間に緩衝材を介在させたので、出力軸から軸受手段に直接伝わる衝撃力を低減することができる。

請求項８の発明によれば、つば部は、ボールベアリングの内輪と同等かやや小さい外径を有し、内輪とツバ部の間にリング状の緩衝材を介在させたので、脱落することなく安定して緩衝材を保持することができる。また、緩衝材の製造コストも安く抑えることができる。

請求項９の発明によれば、出力軸に、出力軸の歪を検出するトルク検出手段と、トルク検出手段への電気信号の入出力のために用いられる回転トランスを設けたので、衝撃力の影響を低減させ、配線の損傷を防止したり、トルク検出精度の低下を防止できる。

本発明の上記及び他の目的ならびに新規な特徴は、以下の明細書の記載及び図面から明らかになるであろう。

本発明の実施例に係る締付け工具の全体を示す断面図である。 図１の出力軸６とメインシャフト５の形状を説明するための図である。 本発明の別の実施例に係る締付け工具の全体を示す断面図である。 先行出願によるメインシャフトと出力軸の連結構造を示す図であり、一部にその断面を示す。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明の実施例に係る締付け工具の出力軸６回りの部分断面図である。図４で示した先行出願に係る構造と同じである部分には同じ参照符号を付している。

締付け工具１は、モータ３を駆動源としてインパクト機構４を駆動し、インパクト機構４に設けられたメインシャフト５を連続的に又は断続的に回転させる。モータ３とインパクト機構４はハウジング７の筒状の胴体部７ａ内に収容される。ハウジング７は胴体部７ａとハンドル部７ｂが一体的に、プラスチック等により製造される。ハウジング７の胴体部７ａから略直角に下方向に延びるハンドル部７ｂの取り付け部付近にはトリッガスイッチ８が配設され、モータ３を外部からの操作で制御する。

メインシャフト５の先端部には、回転軸に鉛直な面の断面形状が六角形である嵌合軸５ａが形成される。出力軸６の後端端部には、回転軸に鉛直な面における内壁の断面が六角形であって嵌合軸５ａを必要最小限の隙間を隔てて嵌挿可能な嵌合穴６ａが形成され、ここに嵌合軸５ａの先端が嵌挿される。このようにして回転伝達可能に保持された出力軸６に回転力と打撃力を与えることによってソケット等の図示しない先端工具に回転打撃力を直接又は間欠的に伝達してネジ締めやボルト締め等の作業を行う。

トリッガスイッチ８が引かれてモータ３が起動されると、モータ３の回転はインパクト機構４に伝達される。インパクト機構４の出力はメインシャフト５を介して出力軸６に伝達され、締結対象が設定トルクで締め付けられるまで打撃力が間欠的に繰り返し伝達される。出力軸６は、後ろ側端部がベアリング９により保持され、前側がメタル１６によりケース２に回転可能に保持される。

ケース２の内側には２組の回転トランスが設けられ、回転トランスは可動コイル１１ａと固定コイル１４ａ、及び、可動コイル１１ｂと固定コイル１４ｂの組み合わせで構成される。それぞれのコイルは金属製のボビン（１２ａ、１２ｂ、１５ａ、１５ｂ）の内部に巻きつけた電線を配置する構造である。歪ゲージ１０は出力軸６の細径部に取り付けられる。歪ゲージ１０の右方には、２つの可動コイル１１ａ、１１ｂがスペーサ１３により所定の間隔を保ちながら、図示しないキーにより出力軸６と同軸で一体となるように取り付けられる。歪ゲージ１０への入出力線は２つの可動コイル１１ａ、１１ｂに配線される。ケース２の内壁側には、２つの固定コイル１４ａ、１４ｂが固定コイル用のスペーサ１６により所定の間隔を保って配設される。２つの固定コイル１４ａ、１４ｂの内径は、それぞれ２つの可動コイル１１ａ、１１ｂの外径よりもやや大きい関係にある。

一方、メインシャフト５の端部と、出力軸６の嵌合穴６ａの底部との間には、緩衝材として、六角断面を成すウレタンゴム１７が挿入され、メインシャフト５の端部と当接させることにより出力軸６のメインシャフト５側への移動を規制する。この構造について図２を用いて更に説明する。

図２は、図１の出力軸６とメインシャフト５の形状を説明するための図である。理解を容易にするために、回転トランス部と歪ゲージ部分の図示は省略してある。図２（１）から理解できるように、出力軸６は、前方側がメタル１９によるベアリング手段で保持され、後方側がベアリング９で回転可能にケース２に保持される。ベアリング９は、いわゆるボールベアリングであって、外輪９ａと内輪９ｂの間に複数のボール９ｃが配設される。出力軸６の後方側には、ベアリング９の内輪の前側側壁と接触するためのベアリング９の内周径より大きく、ベアリング９への挿入軸より軸径の大きいつば部６ｂが形成される。

出力軸６のつば部６ｂよりも後方側は、軸方向の断面形状が六角形の嵌合穴６ａが形成される。嵌合穴６ｂ内の軸方向端面（嵌合穴６ｂ穴の底面）は、図４のような凹状（すり鉢状）でなく平らに形成され、この面が出力軸６側の突き当て部となる。一方、図２（２）に示すようにインパクト機構４のメインシャフト５の先端部５ｂは、平坦に構成され、子の面がメインシャフト５側の突き当て部となる。これら突き当て部の間にウレタンゴム１７等の緩衝材が配置される。ここで、重要なことは、メインシャフト５と出力軸６は緩衝材を介して軸方向に接続されることであり、そのため、嵌合穴６ａ内の軸方向端面の形状と、メインシャフト５の先端部５ｂの形状は略相似の形状とすることが望ましい。この形状は、両者が平行な平面であっても良いし、すり鉢状にしても良い。また、突き当て部における両者の距離は必ずしも一定でなくても良く、周辺部の距離が中心部の距離よりも近接するようにして、緩衝材によるダンパ効果を可変となるように構成しても良い。

本実施例によれば、ボルトやネジの締め付け時に、出力軸６はメインシャフト５と衝突して、インパクト機構４が衝撃を直接受けることを防止でき、この時の衝撃力によって出力軸６が振動し、出力軸６に取り付けた歪ゲージ１０の配線が損傷したり、トルク検出精度が低下することを防止できる。

次に、図３を用いて本発明の第２の実施例に係る締付け工具１ａを説明する。モータ３、動力伝達部であるインパクト機構３４、回転トランスなどの構成、および回転伝達手段などは第１の実施例と同じであるため、説明を省略する。出力軸３６にはベアリング９との挿入軸３６ｄより軸径の大きいつば部３６ｂを設けて段付にし、つば部３６ｂとベアリング９の内輪との間に、緩衝材として、リング状のウレタンゴム３７を介在させ、出力軸３６と共回りするベアリング９の内輪に当接させることにより出力軸３６のメインシャフト３５側への移動を規制するように構成した。ウレタンゴム３７は、円周方向に連続して継ぎ目のない形状であるのが好ましい。

このような構成とすることで、出力軸３６のメインシャフト３５側への移動を、嵌合軸３５ａと嵌合穴３６ａというように剛体どうしを直接突き当てることで規制するのでなく、緩衝材であるウレタンゴム３７を介して、出力軸３６の移動を軸受９で受けるように構成した。この構成により、嵌合軸３５ａと嵌合穴３６ａの軸方向端面が突き当たった場合の衝撃力が大幅に緩和される。

本実施例によれば、ボルトやネジの締め付け時に毎回生じる衝撃力を緩和し、歪ゲージの配線部の損傷防止、同時に、トルク検出精度を高めることが出来る。

以上、本発明を示す実施例に基づき説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、本発明はハンマを有するインパクト機構だけでなく、オイルパルス機構を用いた締付け工具においても同様に適用できる。また、動力源としてエアーモータを用いた締付け工具や、ドライバ装置のモータと出力軸との連結部においても同様に適用可能である。

１、１ａ 締付け工具 ２ ケース ３ モータ
４ インパクト機構 ５ メインシャフト
５ａ （メインシャフトの）嵌合軸
６ 出力軸 ６ａ （出力軸の）嵌合穴
６ｂ （出力軸の）つば部 ６ｃ （出力軸の）工具保持部
６ｄ （出力軸の）挿入軸
７ ハウジング ７ａ （ハウジングの）胴体部
７ｂ （ハウジングの）ハンドル部 ８ トリッガスイッチ
９ ベアリング ９ａ （ベアリングの）外輪
９ｂ （ベアリングの）内輪 ９ｃ （ベアリングの）ボール
１０ 歪ゲージ １１ａ、１１ｂ 可動コイル
１２ａ、１２ｂ ボビン １３ スペーサ
１４ａ、１４ｂ 固定コイル １５ａ、１５ｂ ボビン
１６ スペーサ １７ ウレタンゴム
３４ インパクト機構 ３５ メインシャフト
３５ａ （メインシャフトの）嵌合軸
３６ 出力軸 ３６ａ （出力軸の）嵌合穴
３６ｂ （出力軸の）つば部 ３６ｃ （出力軸の）工具保持部
３６ｄ （出力軸の）挿入軸 ３７ ウレタンゴム
１０１ 締付け工具 １０４ インパクト機構 １０５ メインシャフト
１０５ａ （メインシャフトの）嵌合軸
１０６ 出力軸 １０６ａ （出力軸の）嵌合穴
１０６ｃ （出力軸の）工具保持部 １０６ｄ （出力軸の）挿入軸

Claims (9)

1. モータと、該モータの回転を伝達する動力伝達部と、該動力伝達部のメインシャフトに連結され軸受手段によりハウジングに回転可能に保持される出力軸を有し、前記モータの回転力を連続的又は断続的に前記出力軸に伝達して、前記出力軸の先端に取り付けられる先端工具を回転させる締付け工具において、
   前記メインシャフトと前記出力軸の突き当て部に、緩衝材を介在させたことを特徴とする締付け工具。
2. 前記メインシャフトの前端部は軸方向と鉛直な断面が多角形状の嵌合軸であり、
   前記出力軸の後端部は前記嵌合軸を嵌挿させる軸方向と鉛直な断面が多角形状の嵌合穴であり、
   前記緩衝材は前記嵌合穴内に設けられることを特徴とする請求項１に記載の締付け工具。
3. 前記出力軸の嵌合穴が形成される部分において、内側において前記嵌合軸を収容し、外側が軸受手段によって保持されることを特徴とする請求項２に記載の締付け工具。
4. 前記緩衝材は、軸方向と鉛直な断面が前記嵌合穴の断面形状に対応する多角形状であることを特徴とする請求項２又は３に記載の締付け工具。
5. 前記緩衝材は、ゴムであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の締付け工具。
6. 先記出力軸に、前記出力軸の歪を検出するトルク検出手段と、該トルク検出手段への電気信号の入出力のために用いられる回転トランスを設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の締付け工具。
7. モータと、該モータの回転を伝達する動力伝達部と、該動力伝達部のメインシャフトに連結され、２つの軸受手段によりハウジングに回転可能に保持される出力軸を有し、前記モータの回転力を連続的又は断続的に前記出力軸に伝達して、前記出力軸の先端に取り付けられる先端工具を回転させる締付け工具において、
   前記出力軸に、前記軸受手段への挿入軸より軸径の大きいつば部を設け、
   前記軸受手段と前記つば部との間に緩衝材を介在させたことを特徴とする締付け工具。
8. 前記緩衝材と接触する軸受手段はボールベアリングであり、
   前記つば部は、前記ボールベアリングの内輪と同等かやや小さい外径を有し、
   前記内輪と前記ツバ部の間にリング状の緩衝材を介在させたことを特徴とする請求項７に記載の締付け工具。
9. 先記出力軸に、前記出力軸の歪を検出するトルク検出手段と、該トルク検出手段への電気信号の入出力のために用いられる回転トランスを設けたことを特徴とする請求項７又は８に記載の締付け工具。

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