JP2014133292A - 回転式締付機 - Google Patents

Abstract

【課題】ボルトやナットの締付け作業との際に生じる反力を低減させることができる締付機を提供すること。
【解決手段】回転式締付機１００は、ハンドツールタイプのボルト締付機であり、主として、ケーシング１と、モーター等からなる回転駆動源１０、この回転駆動源１０の回転の回転数及びトルクの大小を変換するギアボックス２０と、このギアボックス２０から得られた回転を先端に伝達する回転出力軸３０と、この回転出力軸３０のトルクの大小を計測するトルクトランスデューサ４０と、ドライバー、ラチェット又はソケット等に回転を伝達する回転出力軸先端部３１と、ケーシング１に連結される２本の第１連結部材５１及び第２連結部材５２と、この２本の連結部材５０に取り付けられる把持部材６０と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ネジ締めやボルト締め作業に使用される回転式締付機に関し、特に、締付け作業の際に生じる反動トルクによって把持部材に生じる反力を低減することができる回転式締付機に関する。

従来、自動車や家電部品等の組立工程におけるネジの締付けやボルトの締付け作業には、電動ドライバーやナットランナーと称する回転式の自動締付機が汎用されている。

この種の回転式締付機は、一般に、回転駆動源のモーターとトルク増幅ギアの組み合わせで構成される。トルクを制御する方法としては、動力駆動源と出力回転軸との間にクラッチ機構を設けて、出力回転軸に所定のトルク以上の負荷が加わった場合に、前記クラッチ機構を作動させて出力回転軸への伝達を遮断したり、又はトルクセンサーを装着し、出力回転軸のひずみの信号をトルクセンサーから送信して電子制御装置によりモーターの動力を遮断したりして締付けトルクを制御する方法がある。

このように従来の回転式締付機は、締付けトルクを制御する点では種々の配慮がなされているが、その反面、ネジ締付け作業の際に生じる反力に対しては特段の配慮がなされておらず、このため、回転式締付機を保持する治具が大きくなったり、反力受け治具が必要になったりしていた。

特開２００６−１８１６６０号公報 特開２０１１−９０６１８号公報

そこで、本発明は、こうした課題を鑑みてなされたものであり、ネジの締付け作業やボルトの締付け作業のときに、ネジ等が着座した場合に生じる反力を把持部材で相殺することできる回転式締付機を提供することを主たる目的とする。

本発明は、上述の目的を達成するために、以下の手段を採った。

本発明の回転式締付機は、
ケーシングと、
前記ケーシングに設置される回転駆動源と、
前記回転駆動源に連接される回転出力軸と、
前記回転出力軸の回転を他の部材に伝達する回転出力軸先端部と、
前記ケーシングに取り付けられる第１連結部材及び第２連結部材と、
前記第１連結部材及び第２連結部材に両方に固定された把持部材と、
前記第１連結部材は、前記回転出力軸の回転が急激に減少させられた際に発生する反力が、前記第２連結部材にかかる力と反対方向に加わるように反転ギアを介して設けられていることを特徴とする。

本発明の回転式締付機は、把持部材が２つの連結部材、すなわち第１連結部材及び第２連結部材を介してケーシングに取り付けられる構造をなしている。この２つの連結部材のうち、一方の第１連結部材は、ボルトやネジ等の螺合部材が着座した際にケーシングに発生する反力の方向と反対の回転方向に力が伝達されるに形成され、他方の第２連結部材は、反力と同じ方向に力が伝達されるように形成されている。従って、把持部材には、ネジ又はボルトが着座した際にケーシングにかかる反動トルクによる反力が第１連結部材と第２連結部材とではそれぞれ逆の方向にかかることになる。すなわち、第１連結部材と第２連結部材は、両方とも把持部材に固定されているので、反力が相殺されて把持部材を把持する手にかかる衝撃・負荷を軽減することができる。

また、本発明の回転式締付機において、前記第２連結部材はケーシングに対して順転ギアを介して設けられているものであってもよい。前記第２連結部材は、順転ギアを介して設けることで順方向への力が伝達されるとともに、順転ギアを介して設けることで第２連結部材に伝達する反力の力を任意に増減させることができる。そのため、第１連結部材との力の均衡を図りやすくすることができ、完全に力を相殺させやすくすることができる。すなわち、第１連結部材と第２連結部材は、ケーシングの異なる位置に取り付けられているので、ケーシングの歪み等によって第１連結部材と第２連結部材に与えられる反力が多少異なることがあるか、ギアを介して連結部材を設けることで、ギア比等を調整することで、第１連結部材及び第２連結部材にかかる反力の大きさを調整することができる。

さらに、本発明の回転式締付機において、前記反転ギアは、遊星歯車機構であってもよい。かかる構成を採用することによって、コンパクトなギアを用いて、ケーシングに係る反力を反転方向の力に変換することができる。また使用する遊星歯車を交換することで、容易に第１連結部材に与える力を調整することができる。

さらに、本発明の回転式締付機において、前記第１連結部材及び前記第２連結部材は、前記出力回転軸と平行に、かつ前記回転出力軸先端部からそれぞれ異なる距離に設けられていてもよい。そのため、第１連結部材と第２連結部材は、出力回転軸を中心に回転するように反力が加わることになる。出力軸先端部から異なる距離に配設された連結部材を跨ぐように把持部材を取り付けることによって、把持部材に対して反対方向に力が加わるため、効率的に把持部材に与えられる力を相殺することができる。

さらに、本発明の回転式締付機において、前記順転ギアから前記第２連結部材に伝達する力の比率と前記反転ギアから前記第１連結部材に伝達する力の比率は異なるものであってもよい。かかる構成を採用することによって、例えば、２つの連結部材が回転出力軸先端部からそれぞれ異なる距離に設けられている場合等に、ケーシングに歪みが生じて、順転ギアと反転ギアに異なる大きさの反力が伝達される可能性がある。かかる場合に、順転ギアから伝達される力と、反転ギアから伝達される力をより完全に相殺し易くするように、それぞれのギアの比を調整することによって、それぞれの第１連結部材と第２連結部材に伝達される反力の大きさが同じ大きさになるようにしたものである。

さらに、前記把持部材は、前記回転出力軸と平行に把持可能に形成されていてもよい。かかる構成を採用することによって、把持部材の前後によって反力を相殺することができる。また、出力回転軸と平行に把持部材を設けることで、操作のしやすい回転式締付機を提供することができる。

さらに、本発明の回転式締付機において、前記連結部材は、伸縮可能に形成されているものであってもよい。かかる構成を採用することによって、ケーシングと把持部との距離を長くすることができる。そのため、手の届かない場所に回転出力軸先端部を移動させやすい。また、本発明においては、第１連結部材及び第２連結部材に対してそれぞれ反対方向の力が働き、把持部材で力が相殺されるので、第１連結部材及び第２連結部材を長く形成したとても、把持している手に与える負荷又は衝撃を減少した状態を維持することができる。

さらに、本発明の回転式締付機において、回転駆動源の起動スイッチが把持部に複数設けられていてもよい。かかる構成を採用することによって、様々な方法又は方向で把持部を持った場合であっても、操作のしやすい把持部とすることができる。

本発明に係る回転式締付機として、締付作業時にネジ又はボルト等の螺合部材が着座した際に発生する反力を軽減して良好な作業性を実現するとともに、作業者の手や腕に与える負荷又は衝撃を軽減して安全を確保しうる回転式締付機を提供することができる。

図１は、実施形態にかかる回転式締付機１００を側面から示した概略側面図である。 図２は、連結部材を伸長した状態を示す回転式締付機１００を側面から示した概略側面図である。 図３は、実施形態にかかる回転式締付機１００の第１連結部材の取付状態を示すＡ−Ａ断面図である。 図４は、実施形態にかかる回転式締付機１００の第２連結部材の取付状態を示すＢ−Ｂ断面図である。 図５は、実施形態にかかる回転式締付機１００の第２連結部材の取付状態の別実施形態を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面に沿って詳細に説明する。

本実施形態にかかる回転式締付機１００について説明する。図１は、回転式締付機１００の要部を側面から示した概略側面図である。回転式締付機１００は、ハンドツールタイプのボルト締付機であり、主として、ケーシング１と、モーター等からなる回転駆動源１０、この回転駆動源１０で得られる回転の回転数及びトルクを変換するギアボックス２０と、このギアボックス２０から得られた回転を先端に伝達する回転出力軸３０と、この回転出力軸３０のトルクを計測するトルクトランスデューサ４０と、ドライバー、ラチェット又はソケット等に回転を伝達する回転出力軸先端部３１と、ケーシング１に連結される２本の第１連結部材５１及び第２連結部材５２と、この２本の連結部材５０に取り付けられる把持部材６０と、を備えている。

ケーシング１は、主として、回転駆動源１０、ギアボックス２０、回転出力軸３０及びトルクトランスデューサ４０を内部に保持する収容部材の役割を有する部材である。回転駆動源１０、ギアボックス２０及びトルクトランスデューサ４０はケーシング１内部に固定されており、回転出力軸３０に反動トルクが発生した場合にケーシングに反力が発生することになる。

回転駆動源１０は、回転動力をギアボックス２０に伝達するものであり、一般に電動モーターからなる。

ギアボックス２０は、回転駆動源１０の回転軸１１と連結されていて、回転数及びトルク強度を変換して回転出力軸３０へ伝達する。例えば、ギアボックス２０は、遊星歯車機構により形成されており、回転駆動源１０によって得られる１０００ｒｐｍの回転軸１１の回転を１００ｒｐｍに回転を落として回転出力軸３０に伝達し、トルク強度を１０倍にして伝達するといったように、回転数及びトルク強度を変換することができる。勿論、回転数やトルク強度の変化量はこれに限定するものではなく、適宜任意の変化量を設定することができる。

回転出力軸３０は、ギアボックス２０からの回転力を回転出力軸先端部３１に取り付けられるドライバーやソケット型のレンチ等に伝達するための主軸である。回転出力軸先端部３１は、ドライバーやソケット型のレンチ等に自在に取り替えることができる。

トルクトランスデューサ４０は、回転出力軸３０のトルク強さ及びひずみを測定することができ、各種信号を送信して公知の制御回路（図示しない。）へ信号を送信することができる。この信号を受領した制御手段を利用して、例えば、回転駆動源１０の動力を遮断したり、締付けトルクを制御したりすることができる。

連結部材５０は、回転出力軸先端部３１から異なる距離を有するように、それぞれケーシング１に対して側方方向へ延出して第１連結部材５１及び第２連結部材５２が形成される。従って、第１連結部材５１と第２連結部材５２は、ケーシング１の表面に回転出力軸３０の軸方向に沿って配置される。連結部材５０は、図２に示すように、棒状に形成されており、第１連結部材５１は、インナー５１ａとアウター５１ｂとからなり、インナー５１ａをアウター５１ｂから引き出すことによって、第１連結部材５１の長さを伸長することができ、第２連結部材５２も同様に、インナー５２ａと５２ｂとからなり、インナー５２ａをアウター５２ｂから引き出すことによって、第２連結部材５２の長さを伸長することができる。

第１連結部材５１は、反転ギア７０を介してケーシング１に取り付けられている。反転ギア７０は、図３に示すように、遊星歯車機構で作製されており、ケーシング１の一部に形成される太陽ギア７１と、遊星ギア７２と、この遊星ギア７２の外周に設けられ、第１連結部材５１と固定される内歯車７３と備えている。そのため、第１連結部材５１は、ケーシング１に与えられた反力と反対の方向に力がかかる。

一方、第２連結部材５２は、ケーシング１に直接連結されている。そのため、ケーシング１に与えられる反力の向きと同じ方向に力がかかる。

把持部材６０は、ケーシング１の長手方向に沿って形成されている第１連結部材５１と第２連結部材５２の両方に連結されている。把持部材６０は握りやすいように、中央に開口孔６１が設けられた略四角形の板状に形成されており、手で把持するグリップ部６２は、回転出力軸３０の方向に配置される。またグリップ部６２を除く３辺には、起動スイッチ６４が設けられている。これにより、締付方向に合わせて把持部材６０持ち替えてもいずれかの起動スイッチ６４を操作でき、作業を行い易くすることができる。

以上のように構成された回転式締付機１００の使用方法とともに、その機能について説明する。回転式締付機は、回転出力軸先端部３１に、例えばソケットが取り付けられた状態で、回転駆動源１０であるモーターに電源又はエアーを供給することで、回転駆動源１０は回転軸１１に約１０００ｒｐｍの右回転の回転力を与える。この回転力はギアボックス２０によって、ボルト締めに適切な回転数、例えば約１００ｒｐｍに変換して回転出力軸３０に回転力を与える。トルクトランスデューサ４０は、回転出力軸３０からトルクの大小及び任意にひずみ計を使って歪みを測定し、各種信号を公知の制御回路（図示しない。）へ送信する。この状態からボルトを締め付けていくと、ボルト締め時のわずかの加減速回転運動又は等速回転運動を行っている間は、反動トルクはほとんど生じない。さらにボルトを締め付けて、ボルトの座面が着座すると反動トルクが発生して目標とするトルクまでボルトを締め付けていくことになる。この際に発生した反動トルクは、ケーシング１に伝達され、ケーシング１は回転出力軸３０と反対方向である左回転の反力が発生し、左方向へ回転しようする。すると、第１連結部材５１は、ケーシング１と第１連結部材５１との間に遊星歯車機構を有する反転ギア７０が設けられているので、ケーシング１の外周に形成される歯によって太陽ギア７１としての機能を有するケーシング１の左方向への回転力は、遊星ギア７２によって内歯車７３に対して、ケーシング１と反対方向である右方向に回転するように回転力を与えることになる。そのため、第１連結部材５１は、矢印αに示すように右方向に回転する力がかかることになる。一方、第２連結部材５２は、直接ケーシング１に取り付けられているので、ケーシング１にかかる反力がそのまま第２連結部材５２にかかり、矢印βに示すように左方向に回転する力がかかることになる。このように、締付作業において発生した反動トルクによる反力は、第１連結部材５１に伝達するときには右回転となり、第２連結部材５２に伝達するときは左回転となる。これら連結部材５０にかかった反力は、その先に連結された把持部材６０に伝達される。その際に、把持部材６０には互いに相反する方向にねじれるように反力がかかることで、反力が相殺される。そのため、把持部材６０にかかるケーシング１の反動トルクの衝撃をかなり軽減することができ、把持部材６０には回転式締付機の自重以外はほとんど力がかからないことになる。このため、作業者へ与える反力の負担を軽減することができ、反力吸収治具を改めて取り付ける必要がなくなる。そのため、反動トルクによってかかる把持部材６０への力を考慮しなくてよいため、連結部材５０は、長くても短くても把持部材６０にかかる力はあまり変化しないため、連結部材５０は任意の長さに作製することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施しうる。

例えば、上述した実施形態においては、回転駆動源１０として電動モーターを使用したが、これに限定するものではなく、エアーモーター等であってもよい。

また、上述した実施形態においては、回転出力軸先端部３１に近い位置に、第１連結部材５１と反転ギア７０を設け、回転出力軸先端部３１から遠い位置に第２連結部材５２をケーシングに一体に形成しているが、回転出力軸先端部３１から遠い位置に、第１連結部材５１と反転ギア７０を設け、回転出力軸先端部３１から近い位置に第２連結部材５２をケーシング１に一体に形成してもよい。

また、ケーシング１と第２連結部材５２を一体に形成する際には、ケーシング１と第２連結部材５２とを別々に作製しておいて、最終的にボルト等で固定する等の別手段で一体化してもよい。

また、上述した実施形態においては、ケーシング１と第２連結部材５２は一体に形成しているが、図５に示すように、１重の順転ギア７５を介して第２連結部材５２を形成してもよい。このようにケーシング１の歯７６に内歯車７７を取り付けることで、内歯車７７の外周の大きさによって第２連結部材５２にかかる反力の大きさを調整することができる。そのため、ケーシング１に対して互いに距離をおいて第１連結部材５１と第２連結部材５２を取り付けている場合において、ケーシング１の歪みによって生じる反力の差を調整して、効率良く相殺させることができる。

また、上述した実施形態においては、トルクトランスデューサ４０を使用しているが、必ずしもトルクトランスデューサを取り付ける必要はなく、なくてもかまわない。

上述した実施の形態で示すように、ボルト締付機等の回転式締付具としてとして産業上利用可能である。

１０…回転駆動源、１１…回転軸、２０…ギアボックス、３０…回転出力軸、３１…回転出力軸先端部、４０…トルクトランスデューサ、５０…連結部材、５０ａ…第１連結部材、５０ｂ…第２連結部材、５１…第１連結部材、５１ａ…インナー、５１ｂ…アウター、５２…第２連結部材、５２ａ…インナー、６０…把持部材、６１…開口孔、６２…グリップ部、７０…反転ギア、７１…太陽ギア、７２…遊星ギア、７３…内歯車、７５…順転ギア、７６…歯、７７…内歯車、１００…回転式締付機

Claims (8)

1. ケーシングと、
   前記ケーシングに設置される回転駆動源と、
   前記回転駆動源に連接される回転出力軸と、
   前記回転出力軸の回転を他の部材に伝達する回転出力軸先端部と、
   前記ケーシングに取り付けられる第１連結部材及び第２連結部材と、
   前記第１連結部材及び第２連結部材の両方に固定された把持部材と、
   前記第１連結部材は、前記回転出力軸の回転が急激に減少させられた際に発生する反力が、前記第２連結部材にかかる力と反対方向に加わるように反転ギアを介して設けられていることを特徴とする回転式締付機。
2. 前記第２連結部材は前記ケーシングに対して順転ギアを介して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転式締付機。
3. 前記反転ギアは、遊星歯車機構であることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転式締付機。
4. 前記第１連結部材及び前記第２連結部材は、前記出力回転軸と平行に、かつ前記回転出力軸先端部からそれぞれ異なる距離に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転式締付機。
5. 前記順転ギアから前記第２連結部材に伝達する力の比率と前記反転ギアから前記第１連結部材に伝達する力の比率が異なることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の回転式締付機。
6. 前記把持部材は、前記回転出力軸と平行に把持可能に形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の回転式締付機。
7. 前記第１連結部材及び前記第２連結部材は、伸縮可能に形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の回転式締付機。
8. 前記回転駆動源の起動スイッチが前記把持部材に複数設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の回転式締付機。
   
   
   

Images