JP2013071202A - 回転工具支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転工具に発生する瞬間的な反力が操作側に伝達されることを抑制できる回転工具支持装置を提供する。
【解決手段】回転工具支持装置１は、一端に工具が着脱可能に連結される回転軸５１及び回転軸５１に駆動力を発生させる本体部５２を有する回転工具５０を支持する回転工具支持装置１であって、本体部５２を保持する本体保持部１８と、本体部５２を回転方向及び回転軸方向に移動可能に支持する本体支持部２０と、本体支持部２０に連結されて回転工具５０を任意の位置に移動させるための操作が加えられる操作入力部２８と、を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、回転工具支持装置に関する。

電動ドライバー等の回転工具に過大な負荷が作用した場合に、回転工具の動力伝達を解除すると共に、解除されたことを自動的に検出できる技術が開示されている（特許文献１を参照）。

特許文献１の技術は、回転工具に過大な負荷が作用すると、クラッチスリーブと動力伝達フランジとの間ですべりを生じることで工具の回転が停止する。さらに、クラッチスリーブと動力伝達フランジとの間にすきまを生じてエアー漏れを生じ、これにより工具の回転が停止したことを自動的に検知できる。

特許文献１の技術によれば、電動ドライバー（回転工具）によるねじの締め付けの最中に、トルクの大きさが一定値を超えて、これ以上ねじが締まらなくなるようなねじ締付け完了の瞬間になると、クラッチが外れて回転軸の回転が停止する。これにより、ねじの損傷、タップの折損等が回避できる。

特開昭６２−１３６３３８号公報

電動ドライバーでは、ねじ締付け完了の瞬間に、回転軸の急激な回転停止による瞬間的な反力（停止時最大トルクと同等な反力）が発生する。
また、電動ドライバーの駆動開始（ねじの締付け開始又は取外し開始）の瞬間においても、回転軸の急激な回転開始による瞬間的な反力（起動時最大トルクと同等な反力）が発生する。これらの最大トルク（瞬間最大トルク）と同等な反力は、小さなねじ（例えば呼び径がＭ３〜Ｍ５）を使用する場合であっても発生する。

電動ドライバーに発生する瞬間的な反力は、電動ドライバーに重力バランサーを連結した場合においては、その大部分が重力バランサーに伝達される。しかし、瞬間的な反力の一部は、電動ドライバーを把持する作業者（操作側）にも伝達される。このため、電動ドライバーを長時間連続して使用すると、例えば作業者の手首が腱鞘炎になってしまうという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みて提案されたものであり、回転工具に発生する瞬間的な反力が操作側に伝達されることを抑制できる回転工具支持装置を提供することを目的とする。

本発明に係る回転工具支持装置は、一端に工具が着脱可能に連結される回転軸及び前記回転軸に駆動力を発生させる本体部を有する回転工具を支持する回転工具支持装置であって、前記本体部を保持する本体保持部と、前記本体部を回転方向及び回転軸方向に移動可能に支持する本体支持部と、前記本体支持部に連結されて前記回転工具を任意の位置に移動させるための操作が加えられる操作入力部と、を備えることを特徴とする。

また、前記本体支持部は、回転往復用軸受を介して前記本体部を支持することを特徴とする。

また、前記操作入力部と前記本体部の間に、前記操作入力部と前記本体部を回転軸方向において離間させるように付勢する付勢部を備えることを特徴とする。

また、前記本体保持部に、前記回転工具の重力を相殺して保持する重力バランサーが連結されることを特徴とする。

また、前記回転工具は、電動ドライバー装置であることを特徴とする。

本発明に係る回転工具支持装置は、回転工具の起動時及び停止時に瞬間的な反力が発生した際に、この反力が操作側に伝達されることを抑制することができる。

本発明の実施形態に係る回転工具支持装置の全体構成を示す図である。 回転工具支持装置の主要部を示す平面図である。 回転工具支持装置の主要部を示す側面図である。 回転工具支持装置の主要部を示す上面図である。 回転工具支持装置の主要部を示す縦断面図（図２のE−E断面図）である。 回転工具支持装置の主要部を示す横断面図（図２のF−F断面図）である。 回転工具支持装置の主要部を示す分解斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る回転工具支持装置１の全体構成を示す図である。図１において、紙面左側方向をＸ方向、紙面裏側から表側方向をＹ方向、紙面下側方向をＺ方向とする。
図２〜図７は、回転工具支持装置１の主要部（反力キャンセラー２０等）を示す図である。

電動ドライバー（回転工具）５０は、ねじを締結するためのドライバービット等（不図示）を一端に着脱可能な回転軸５１と、回転軸５１に回転駆動力を発生させるモータ等を収納する本体部５２と、を有している。

回転工具支持装置１は、電動ドライバー５０を保持する本体保持部１８と、電動ドライバー５０の駆動開始時や駆動停止時に発生する瞬間的な反力を吸収する反力キャンセラー２０と、電動ドライバー５０の作業者（操作者）が把持する操作部材２８と、を備えている。

工具固定板（本体保持部）１８は、本体部５２の中間部において電動ドライバー５０に固定される部材であり、例えば矩形状のブロック形に形成される。また、工具固定板１８は、その中心に電動ドライバー５０の本体部５２を挿入（螺合）した状態で固定する工具固定孔１８ａが形成される。すなわち、工具固定板１８は、電動ドライバー５０の本体部５２を外側から固定して支持する。
そして、工具固定板１８は、一対のブラケット１７によって両端側から挟み込まれるようにしてねじ止めされる。さらに、工具固定板１８には、ブラケット１７を介して重力バランサー９が連結される。

重力バランサー９は、電動ドライバー５０の本体部５２が回転軸５１の回転方向（軸周り方向）への回転を抑止しつつ、本体部５２を間接的に保持する。つまり、電動ドライバー５０の回転軸５１が回転する際に、本体部５２が回転軸５１の回転方向とは反対側に回転することを抑止するものである。

重力バランサー９は、ベース１０を介して床面上に固定された支柱１１と、支柱１１の軸方向にスライド可能であると共に軸周り方向に回転可能に取り付けられた元金具１２と、元金具１２に対して一端側が回転可能に取り付けられた元アーム１３と、を備えている。
また、重力バランサー９は、元アーム１３の他端側が回転可能に取り付けられた中間金具１４と、中間金具１４に対して一端側が回転可能に取り付けられた先アーム１５と、先アーム１５の他端側に回転可能に取り付けられた先金具１６と、を備えている。

重力バランサー９は、元アーム１３と先アーム１５に取り付けたバネ（不図示）の弾性力により電動ドライバー５０の重力を相殺することにより、電動ドライバー５０に小さな力が与えられるだけで、電動ドライバー５０を３次元方向へ移動させて任意の位置に保持できる。
また、重力バランサー９は、電動ドライバー５０の駆動時（回転軸５１の回転時）に、本体部５２が回転軸５１の回転方向とは反対側に回転することを抑止する。

反力キャンセラー（本体支持部）２０は、電動ドライバー５０が回転方向に移動できるように、本体部５２を支持するものである。
また、反力キャンセラー２０は、電動ドライバー５０が回転軸方向に移動できるように、本体部５２を支持するものでもある。
そして、反力キャンセラー２０には、作業者が把持するための操作部材２８が連結される。具体的には、後述する回転往復用軸受２１の外筒２３の外周面に操作部材（操作入力部）２８が取り付けられる。

電動ドライバー５０の回転軸５１の駆動開始時及び駆動停止時においては、本体部５２に瞬間的な反力が発生する。反力キャンセラー２０は、本体部５２に発生した瞬間的な反力を吸収して、瞬間的な反力が操作部材２８に伝達しないように抑制する。

反力キャンセラー２０は、本体部５２に対して工具固定板１８を介して間接的に取り付けられた回転往復用軸受２１を備えている。
回転往復用軸受２１は、内筒２２と、内筒２２の外周側に配置された外筒２３と、内筒２２と外筒２３との間隙に配置された複数のボール２４と、ボール２４の配列位置を保持するボールケージ２５と、から構成される。

複数のボール２４は、内筒２２と外筒２３の間隙に配置されて、内筒２２と外筒２３との摩擦係数を小さくするものである。複数のボール２４は、荷重負荷が均等に配分されるように、ボールケージ２５によって千鳥状に配列されている。

ボールケージ２５は、内筒２２と外筒２３の間隙に収納される円筒状に形成され、複数のボール２４を収納している。各ボール２４は、ボールケージ２５に収納されているものの、その一部がボールケージ２５の内周側及び外周側から外部に露出する。そして、露出する部分が内筒２２の外周面及び外筒２３の内周面にそれぞれ接している。このため、外筒２３は、内筒２２に対して、回転方向（Ｚ軸回り）に滑らかに回転可能であると共に、上下方向（Ｚ方向）にも滑らかに移動可能になっている。

図５及び図６に示すように、工具固定板１８の上面には、工具固定孔１８ａの外側同心円上に、リング状凸部である内筒固定環１８ｂが形成される。そして、内筒固定環１８ｂの外周面に対して、内筒２２の一端側の内周面が嵌合して、固定される。
これにより、回転往復用軸受２１（内筒２２）は、工具固定板１８に対して、回転往復用軸受２１の回転軸が電動ドライバー５０の回転軸に一致するように固定される。

また、反力キャンセラー２０は、内筒２２と外筒２３の回転軸方向における一方側の移動を規制するＣリング２６と、内筒２２が固定された工具固定板１８と外筒２３の間に設けられた複数の圧縮スプリング（付勢部）２７と、を備えている。

内筒２２の上側端部の外周面には、Ｃリング２６が嵌め込まれている。Ｃリング２６は、外筒２３の−Ｚ方向への移動限界を規定するものである。つまり、外筒２３は、その上側端部がＣリング２６に接触するまでは、内筒２２に対して−Ｚ方向への移動が可能であるが、Ｃリング２６を超えて−Ｚ方向に移動できないようになっている。

一方、外筒２３の下側端部と内筒２２が固定された工具固定板１８の上面の間には、４つの圧縮スプリング２７が、本体部５１を中心にして四方に設けられている。
このため、外筒２３は、内筒２２に対して−Ｚ方向へ移動するように押付けられる。言い換えれば、内筒２２は外筒２３に対して＋Ｚ方向へ移動するように押付けられる。
したがって、工具固定板１８を介して内筒２２に固定された電動ドライバー５０（本体部５２）は、外筒２３に固定された操作部材２８に対して＋Ｚ方向へ移動（離間させるよう）ように押付けられる。

以上のように構成された回転工具支持装置１において、作業者は、回転工具支持装置１の操作部材２８を操作して、電動ドライバー５０を任意の位置に移動させることができる。

そして、回転工具支持装置１は、ねじの締め付け作業の際には、次のように作用する。
電動ドライバー５０の回転軸５１の先端には、ドライバービット（不図示）が装着される。
作業者は、回転工具支持装置１の操作部材２８を操作して、電動ドライバー５０に取り付けたドライバービットを締め付け対象のねじ（ねじ頭）に当接させる。

さらに、回転工具支持装置１の操作部材２８を操作して、電動ドライバー５０をねじに向けて押付ける（＋Ｚ方向に移動させる）。これにより、電動ドライバー５０のＺ方向の位置は変わらないものの、操作部材２８のみが＋Ｚ方向に移動する。反力キャンセラー２０の４つの圧縮スプリング２７が縮んで、内筒２２に対して外筒２３が移動するからである。

次に、電動ドライバー５０を起動して、ねじの締結を開始する。ねじの締結が開始されると、回転軸５１の始動に伴って、本体部５２に瞬間的な反力は発生する。
この瞬間的な反力の大部分は、工具固定板１８をから重力バランサー９に伝達される。

また、瞬間的な反力の一部は、工具固定板１８に固定されている内筒２２（回転往復用軸受２１）にも伝達される。
しかし、回転往復用軸受２１は、内筒２２と外筒２３が、電動ドライバー５０の回転方向と同一の回転方向に円滑に回転可能になっているので、内筒２２に伝達された瞬間的な反力の一部は、回転往復用軸受２１に吸収される。このため、外筒２３に固定された操作部材２８には、瞬間的な反力の一部は伝達されない。
したがって、電動ドライバー５０（操作部材２８）を操作する作業者には、反力は伝達されず、腱鞘炎などの被害を受けることがない。

そして、ねじの締結を続けると、ねじと電動ドライバー５０が徐々に＋Ｚ方向に移動し始める。
ねじは、締結に伴って＋Ｚ方向に進行する。これに伴って、電動ドライバー５０は、反力キャンセラー２０の４つの圧縮スプリング２７が圧縮状態から開放状態に変化する。つまり、４つの圧縮スプリング２７の作用により、外筒２３に固定された操作部材２８に対して、工具固定板１８を介して内筒２２に固定された電動ドライバー５０は、＋Ｚ方向へ押付けられるように移動する。
このため、電動ドライバー５０（操作部材２８）を操作する作業者は、従来のように、ねじの締結の進行に伴って、電動ドライバー５０（操作部材２８）を＋Ｚ方向に移動させる必要がない。
したがって、電動ドライバー５０の操作者は、ねじの締結作業の際に、電動ドライバー５０を締め付け対象のねじに当接させるだけで済むので、作業の省力化が図られる。

以上のように、本実施の形態に係る回転工具支持装置１では、電動ドライバー５０の起動時に瞬間的なトルクが発生した際に、この反力が操作部材２８を介して操作者に伝達されることを抑制することができる。

すなわち、電動ドライバー５０に発生したトルクの反力の大部分は、工具固定板１８を介して重力バランサー９に伝わって吸収、解消される。また、重力バランサー９により吸収しきれなかった反力の一部が反力キャンセラー２０に伝わるものの、回転往復用軸受２１により吸収、解消されるので、操作部材２８から操作者に伝達されない。

同様に、電動ドライバー５０の回転軸５１の回転が急停止する場合や、ねじを締め込むためのインパクト（打撃）を発生させる場合においても、本体部５２に瞬間的な反力は発生する。
そして、この瞬間的な反力の一部は、工具固定板１８に固定されている内筒２２にも伝達されるが、回転往復用軸受２１により吸収、解消される。このため、外筒２３に固定された操作部材２８には、瞬間的な反力の一部は伝達されないので、電動ドライバー５０の操作者は腱鞘炎などの被害を受けることがない。

また、ねじを締結する場合に限らず、締結されたねじの取り外す場合であって、回転工具支持装置１を用いることにより、作業の省力化が図られる。
つまり、締結されたねじの取り外す際に、ねじは−Ｚ方向に進行する。これに伴って、電動ドライバー５０も、反力キャンセラー２０の４つの圧縮スプリング２７を開放状態から圧縮状態に変化させながら−Ｚ方向に移動する。
したがって、電動ドライバー５０（操作部材２８）を操作する作業者は、従来のように、締結されたねじの取り外しの進行に伴って、電動ドライバー５０（操作部材２８）を−Ｚ方向に移動させる必要がない。

なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、本実施形態では、回転工具として電動ドライバー５０を例に挙げて説明したが、これに限らない。電動研磨装置、電動ドリルなどの回転工具であってもよい。

また、反力キャンセラー２０が回転往復用軸受２１を備える場合について説明したが、これに限らない。すなわち、回転移動と往復移動を一体型の軸受を用いて実現する場合に限らない。例えば、回転往復用軸受２１に代えて、回転軸受とボールスプラインなどを組み合わせた構成としてもよい。

また、圧縮スプリング２７に代えて、内筒２２と外筒２３を軸方向において反発させる反発磁石を用いる場合であってもよい。

工具固定板１８に連結される機構は、重力バランサー９に限らない。工具固定板１８を介して、本体部５２が回転軸５１の回転方向と反対方向に回転することを抑止できるものであればよい。

また、本実施形態では、作業者が操作部材２８を操作する場合について説明したが、ロボットアームにより操作部材２８を操作する場合にも適用可能である。

１…回転工具支持装置、 ９…重力バランサー、 １８…工具固定板（本体保持部）、 ２０…反力キャンセラー（本体支持部）、 ２１…回転往復用軸受、 ２６…Ｃリング、 ２７…圧縮スプリング（付勢部）、 ２８…操作部材（操作入力部）、 ５０…電動ドライバー（回転工具）、 ５１…回転軸、 ５２…本体部

Claims (5)

1. 一端に工具が着脱可能に連結される回転軸及び前記回転軸に駆動力を発生させる本体部を有する回転工具を支持する回転工具支持装置であって、
   前記本体部を保持する本体保持部と、
   前記本体部を回転方向及び回転軸方向に移動可能に支持する本体支持部と、
   前記本体支持部に連結されて前記回転工具を任意の位置に移動させるための操作が加えられる操作入力部と、
   を備えることを特徴とする回転工具支持装置。
2. 前記本体支持部は、回転往復用軸受を介して前記本体部を支持する
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転工具支持装置。
3. 前記操作入力部と前記本体部の間に、前記操作入力部と前記本体部を回転軸方向において離間させるように付勢する付勢部を備える
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転工具支持装置。
4. 前記本体保持部に、前記回転工具の重力を相殺して保持する重力バランサーが連結されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の回転工具支持装置。
5. 前記回転工具は、電動ドライバー装置であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回転工具支持装置。

Images