JP2016022569A - 電動トルクレンチ - Google Patents

Abstract

【課題】パルス状のトルクによってねじを締め付ける際に作業者が受ける反力を実質的に低減して、長時間の使用に伴う作業者の疲労を効果的に軽減することができる電動トルクレンチを提供すること。【解決手段】本体ケーシング３内に本体部分が収容された電動モータ４の回転軸４ａから出力されるパルス状のトルクによってねじを締め付けるようにした電動トルクレンチ１において、本体ケーシング３に対し電動モータ本体４ｂを回転軸線Ｏｓ回りに相対回転可能に支持するようにし、本体ケーシング３に対する電動モータ本体４ｂの相対回転に抗するように弾性体３０を配設して、ねじ締付時における電動モータ本体４ｂからの反力を弾性体３０が受けて弾性変形するようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、電動モータの回転軸から出力されるパルス状のトルクによってねじを締め付けるようにした電動トルクレンチに関し、特に、ねじ締付時の反力を吸収する機能を備えたハンディタイプの電動トルクレンチに関するものである。

従来、ボルトやナットを所定のトルクで締め付けるために、電動トルクレンチが用いられている。
携帯性と作業性の観点から、電動トルクレンチを片手持ちで操作できることが望まれるので、ピストル形状のハンディタイプのものが多く使用されている。

ハンディタイプの電動トルクレンチにおいて、特に、電動モータの回転軸を連続的に回転させてねじを締め付けるようにしたものでは、締付トルクの反力を受ける作業者の負担が大きいため、打撃トルク発生装置で発生させた打撃トルクによってねじを締め付けるようにするとともに、打撃トルクの発生によって生じる反力を、クラッチ機構を切ることにより吸収するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、上記特許文献１に記載のものでは、クラッチ機構が、ギヤケース、ブレーキシュ及びインターナルギヤを組み合わせ、スプリングによりインターナルギヤの外周面とブレーキシュの内周面とを当接する円錐型クラッチ機構で構成するものとされているため、機構が複雑になる。

そこで、クラッチ機構によることなく作業者の反力を低減するものとして、電動モータの作動を、電流が連続的に流れる連続運転ではなく、パルス状の電流による間欠運転としたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
すなわち、電流パルスがオンの際に作業者の持つハンドル部に瞬間的にトルクが加わるが、電動トルクレンチを締付方向とは逆の方向に加速するエネルギーが単位時間当たり微小であるため、加速エネルギーはその後の電流パルスがオフの間に作業者の手で吸収されることとなり、これを連続的に繰り返して、トルクの発生と吸収時間との差によって作業者の負担を軽減するようにしている。

特許第４１９５２７０号公報 特許第３４５６９４９号公報

しかしながら、上記特許文献２に記載のものでは、電流パルスのオン時において作業者に対し瞬間的に作用する反力そのものは実質的に低減されないため、長時間の使用に伴う作業者の疲労を効果的に軽減することができないという問題があった。

本発明は、上記従来の電動トルクレンチの有する問題点に鑑み、パルス状のトルクによってねじを締め付ける際に作業者が受ける反力を実質的に低減して、長時間の使用に伴う作業者の疲労を効果的に軽減することができる電動トルクレンチを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の電動トルクレンチは、本体ケーシング内に本体部分が収容された電動モータの回転軸から出力されるパルス状のトルクによってねじを締め付けるようにした電動トルクレンチにおいて、本体ケーシングに対し電動モータの本体部分を回転軸線回りに相対回転可能に支持するようにし、本体ケーシングに対する電動モータの本体部分の相対回転に抗するように弾性体を配設して、ねじ締付時における電動モータの本体部分からの反力を弾性体が受けて弾性変形するようにしたことを特徴とする。

この場合において、弾性体は、本体ケーシングに対する電動モータの本体部分の相対回転方向に沿って延びる形状とすることができる。

また、弾性体が、制振ゴムからなるようにすることができる。

本発明の電動トルクレンチによれば、パルス状のトルクによってねじを締め付ける際の電動モータの本体部分からの反力を弾性体が受けて弾性変形することにより、電動モータの本体部分からの反力が弾性体で吸収されるので、パルス状のトルクによってねじを締め付ける際に作業者が受ける反力を実質的に低減することができ、長時間の使用に伴う作業者の疲労を効果的に軽減することができる。

また、弾性体は、本体ケーシングに対する電動モータの本体部分の相対回転方向に沿って延びる形状とすることにより、電動モータの本体部分からの反力を弾性体でより効果的に吸収することができる。

また、弾性体が、制振ゴムからなるようにすることにより、電動モータの本体部分からの反力を弾性体でより効果的に吸収することができる。

本発明の一実施形態に係る電動トルクレンチを示す図で、（ａ）は一部を破断して表す側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図である。 図１のＢ−Ｂ線断面図で、（ａ）は電動モータが中立位置にある状態図、（ｂ）は電動モータが第１相対角度位置にある状態図、（ｃ）は電動モータが第２相対角度位置にある状態図である。 図１のＣ−Ｃ線断面図で、（ａ）は本体継手が中立位置にある状態図、（ｂ）は本体継手がねじ締付時の相対回転位置にある状態図、（ｃ）は本体継手がねじ緩め時の相対回転位置にある状態図である。

次に、本発明の電動トルクレンチの実施の形態を、図面に基づいて説明する。

＜電動トルクレンチの概略説明＞
図１（ａ）に示される電動トルクレンチ１は、蓄電池２が着脱自在に装着されるハンドル部３ａを有する本体ケーシング３と、この本体ケーシング３内に本体部分が収容される電動モータ４とを備え、ハンドル部３ａを手で握ったときに人差し指が掛け易い位置に配設されたトリガー５を引くことにより、蓄電池２を電源として図示されない電気回路を経て電動モータ４にパルス状の電流が供給され、これによって電動モータ４の回転軸４ａからパルス状のトルクが出力されるようになっている。

＜電動モータの説明＞
電動モータ４としては、例えば、三相のＡＣサーボモータを好適に用いることができるが、正逆の回転が可能であって、停止時にフリーの状態となり、かつ回転速度の制御が可能なものであれば、単相のＡＣサーボモータ、誘導モータ、ＤＣモータなどの種々のモータを採用することができる。

＜電動モータの本体部分の支持構造の説明＞
電動モータ４の本体部分を構成する電動モータ本体４ｂは、円筒状のハウジング内に回転子や固定子等が収容されてなり、該電動モータ本体４ｂが、本体ケーシング３に形成された電動モータ収容部３ｂに嵌挿されることにより、本体ケーシング３に対し電動モータ本体４ｂが回転軸４ａの軸線Ｏｓ（以下「回転軸線Ｏｓ」と称する。）の回りに相対回転可能に支持されている。

図２（ａ）に示されるように、電動モータ本体４ｂの基端部には、複数（本例では４本）のピン６が周方向に等角度間隔で植設され、各ピン６に対応するようにピン係合孔７が本体ケーシング３に穿設されている。
図１（ｂ）に示されるように、ピン係合孔７は、電動モータ４の回転軸線Ｏｓに沿う方向にピン６を挟むように対向配置される第１係合面７ａ及び第２係合面７ｂを有している。
第１係合面７ａ及び第２係合面７ｂは、ピン６の周面にぴったりと接触されており、これらの係合面７ａ，７ｂでピン６が挟まれることによって、電動モータ本体４ｂの回転軸線Ｏｓ方向の移動が拘束される。

図２（ａ）に示されるように、ピン係合孔７は、回転軸線Ｏｓ（図２（ａ）中記号「Ｏ」で示される点において紙面を垂直に貫く方向に延びる線）の回りの周方向にピン６を挟むように対向配置される第３係合面７ｃ及び第４係合面７ｄを有している。
第３係合面７ｃ及び第４係合面７ｄは、ピン６がそれら係合面７ｃ，７ｄの間の中間位置にあるとき、ピン６の周面との間に所定の隙間を有して配されており、これらの係合面７ｃ，７ｄでピン６が挟まれることによって、第１相対角度位置と第２相対角度位置との間で電動モータ本体４ｂが本体ケーシング３に対し相対回転することができるようになっている。
ここで、第１相対角度位置とは、図２（ｂ）に示されるように、本体ケーシング３に対して電動モータ本体４ｂが回転軸線Ｏｓ回りの一方向に回転し、ピン６が第３係合面７ｃと接触してその回転が止められたときの本体ケーシング３に対する電動モータ本体４ｂの回転軸線Ｏｓ回りの相対角度位置のことである。
また、第２相対角度位置とは、図２（ｃ）に示されるように、本体ケーシング３に対して電動モータ本体４ｂが回転軸線Ｏｓ回りの他方向に回転し、ピン６が第４係合面７ｄと接触してその回転が止められたときの本体ケーシング３に対する電動モータ本体４ｂの回転軸線Ｏｓ回りの相対角度位置のことである。

こうして、電動モータ本体４ｂに植設されたピン６を本体ケーシング３に穿設されたピン係合孔７に係合させるようにして本体ケーシング３に対し電動モータ本体４ｂを回転軸線Ｏｓ回りに相対回転可能に支持させる構造の採用により、本体ケーシング３に対し電動モータ本体４ｂは、回転軸線Ｏｓ方向の移動が拘束されるとともに、回転軸線Ｏｓ回りの第１相対角度位置（図２（ｂ）参照）と第２相対角度位置（図２（ｃ）参照）との間の所定の角度範囲において相対回転することができるようにされている。

＜トルクセンサの説明＞
図１（ａ）に示されるように、電動モータ本体４ｂの先端面には、トルクセンサ１０が装着されている。
トルクセンサ１０は、電動モータ４の回転軸線Ｏｓと同軸心をなして電動モータ本体４ｂの先端面にボルト締結によって固定されるドラム状のセンサ本体１０ａを備え、このセンサ本体１０ａの胴部外周面に歪ゲージ１０ｂが固着されて構成されている。
センサ本体１０ａの先端部には、径方向外向きに張り出すように歯車１１が一体的に形成される一方、基端部には、外向きのフランジ１２が一体的に形成され、このフランジ１２には、ギヤケーシング１３が螺着されている。

センサ本体１０ａの内部には、該センサ本体１０ａを貫通するように中間軸１４が配設されている。
中間軸１４は、センサ本体１０ａと電動モータ本体４ｂとの境界部に組み込まれる軸受１５によって回転自在に支持された状態で、その基端部が電動モータ４の回転軸４ａに動力伝達可能に接続されるとともに、その先端部が遊星歯車機構１６を介して主軸１７に動力伝達可能に接続されている。

なお、遊星歯車機構１６におけるアウターギヤ１６ａと、センサ本体１０ａにおける歯車１１とは、噛み合わされており、アウターギヤ１６ａに加わるトルクがセンサ本体１０ａを歪ませ、この歪が歪ゲージ１０ｂによって電気信号に変換され、この電気信号に基づいてねじ締付動作時の締付トルクが検出されるようになっている。

ギヤケーシング１３は、トルクセンサ１０や中間軸１４、遊星歯車機構１６等を収容するとともに、主軸１７を回転自在に支持する役目をし、センサ本体１０ａを介して電動モータ本体４ｂに固定されている。
このギヤケーシング１３と本体ケーシング３との間には、本体継手２０が配設されている。

＜本体継手の説明＞
本体継手２０は、電動モータ本体４ｂの先端部外周に嵌合・装着されるリング状部２０ａと、本体ケーシング３におけるトリガー５の取付部の上方部位と対向するようにリング状部２０ａから一体的に突設される突出部２０ｂとを備えている。
リング状部２０ａは、本体ケーシング３及びギヤケーシング１３のそれぞれの突き合せ部分に対していんろうのはめあい関係とされて本体ケーシング３及びギヤケーシング１３のそれぞれに対し回転軸線Ｏｓ回りに相対回転可能とされている。

図３（ａ）に示されるように、リング状部２０ａには、複数（本例では４個）のねじ孔２１が周方向に等角度間隔で設けられ、各ねじ孔２１には、六角穴付きの止めねじ２２が螺合され、電動モータ本体４ｂには、各ねじ孔２１に対応して止めねじ２２が差し込み可能な差込穴２３が設けられ、４本の止めねじ２２をねじ込んで対応する差込穴２３の奥面に押し付けることにより、本体継手２０が電動モータ本体４ｂに固定されるようになっている。
こうして、本体継手２０は、回転軸線Ｏｓ回りの第１相対角度位置（図２（ｂ）参照）と第２相対角度位置（図２（ｃ）参照）との間の所定の角度範囲において、電動モータ本体４ｂと一体となって本体ケーシング３に対し相対回転可能とされている。

突出部２０ｂにおける本体ケーシング３との対向面には、所定深さの有底の弾性体嵌込穴２５が形成されている。
弾性体嵌込穴２５は、本体ケーシング３に対する電動モータ本体４ｂの相対回転方向に沿って延びる角丸四角形状の穴であり、言い換えれば、回転軸線Ｏｓ上の点Ｏを中心として突出部２０ｂにおける本体ケーシング３との対向面上に描かれる所定径の仮想円Ｍの周方向に沿って、より正確に言えば、その仮想円Ｍ上の接線Ｌに沿って延びる角丸四角形状の穴である。
弾性体嵌込穴２５は、接線Ｌ方向に比較的大きい間隔をあけて対向配置される一対の湾曲状端壁面２５ａ，２５ｂと、接線Ｌ方向と直交する方向に一対の湾曲状端壁面２５ａ，２５ｂの間隔よりも小さい間隔をあけてそれら湾曲状端壁面２５ａ，２５ｂと連続するように対向配置される一対の平坦状側壁面２５ｃ，２５ｄとを有している。

＜本体ケーシングに植設されるピンの説明＞
図１（ａ）に示されるように、本体ケーシング３におけるトリガー５の取付部の上方部位には、弾性体嵌込穴２５に差し込み可能なピン２６が植設されている。
図３（ａ）に示されるように、ピン２６は、弾性体嵌込穴２５における一対の湾曲状端壁面２５ａ，２５ｂに対して十分に広い隙間を有する一方で、一対の平坦状側壁面２５ｃ，２５ｄに対してやや狭い隙間を有し、弾性体嵌込穴２５の奥壁面に近接する位置まで延びるような形状寸法で配設されている。

＜弾性体の説明＞
弾性体嵌込穴２５には、一対の湾曲状端壁面２５ａ，２５ｂ及び一対の平坦状側壁面２５ｃ，２５ｄとピン２６との間の隙間を埋めるように介在される弾性体３０が嵌め込まれている。
弾性体３０は、本体ケーシング３に対する電動モータ本体４ｂの相対回転方向に沿って延びる、ピン２６の挿通孔を有する断面角丸四角形状で、言い換えれば、仮想円Ｍの周方向に沿って、より正確に言えば、仮想円Ｍ上の接線Ｌ方向に沿って延びる、ピン２６の挿通孔を有する断面角丸四角形状で、弾性体嵌込穴２５の奥壁面に到達して接する奥行寸法に形成されている。
弾性体３０としては、衝撃・振動吸収性に優れ、外力を受けてもほとんど反発せず、エネルギーを吸収する特性を有するものであればよく、例えば、低反発性の制振ゴム（例えば、内外ゴム株式会社製の制振ゴム「ハネナイト」（登録商標））等を好適に用いることができる。
なお、本実施形態においては、弾性体嵌込穴２５を本体継手２０側に、ピン２６を本体ケーシング３側に、それぞれ設けるようにしたが、弾性体嵌込穴２５を本体ケーシング３側に、ピン２６を本体継手２０側に、それぞれ設けるようにすることもでき、また、弾性体嵌込穴２５及びピン２６を設ける箇所を、２箇所以上、好ましくは、回転軸線Ｏｓ上の点Ｏを回転対称として２箇所以上とすることもできる。

＜ねじの締付動作の説明＞
以上に述べたように構成される電動トルクレンチ１によるねじ締付動作は、次のようにして行われる。
主軸１７の先端部にソケットＳを装着し、装着したソケットＳを、締付対象であるボルトやナットに嵌め込み、ハンドル部３ａをしっかりと握りしめてトリガー５を引く。
これにより、電動モータ４にパルス状の電流が供給され、これによって電動モータ４の回転軸４ａからパルス状のトルクが出力され、該トルクが中間軸１４、遊星歯車機構１６及び主軸１７を介してソケットＳに伝達されてボルトやナットが締め付けられる。

上記のねじ締付動作においては、ねじ締付方向の反対方向に電動モータ本体４ｂを回転軸線Ｏｓ回りに回転させるような反力が発生し、かかる反力によって電動モータ本体４ｂと一体となって本体継手２０がねじ締付方向の反対方向に回転する。
これにより、図３（ｂ）に示されるように、弾性体３０は、一方の湾曲状端壁面２５ａとピン２６とで挟まれた部分が圧縮されて弾性変形する。
なお、上記のねじ締付動作の反対の動作であるねじ緩め動作においては、ねじ緩め方向の反対方向に電動モータ本体４ｂを回転軸線Ｏｓ回りに回転させるような反力が発生し、かかる反力によって電動モータ本体４ｂと一体となって本体継手２０がねじ緩め方向の反対方向に回転する。
これにより、図３（ｃ）に示されるように、弾性体３０は、他方の湾曲状端壁面２５ｂとピン２６とで挟まれた部分が圧縮されて弾性変形する。

＜作用効果の説明＞
本実施形態の電動トルクレンチ１によれば、パルス状のトルクによってねじを締め付ける際（ねじを緩める際）の電動モータ本体４ｂからの反力を弾性体３０が受けて弾性変形することにより、電動モータ本体４ｂからの反力が弾性体３０で吸収されるので、パルス状のトルクによってねじを締め付ける際（ねじを緩める際）に作業者が受ける反力を実質的に低減することができ、長時間の使用に伴う作業者の疲労を効果的に軽減することができる。
また、弾性体３０は、本体ケーシング３に対し電動モータ本体４ｂが相対回転する方向に沿って延びる形状とされているので、電動モータ本体４ｂからの反力を弾性体３０でより効果的に吸収することができる。

以上、本発明の電動トルクレンチについて、一実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

上記実施形態においては、弾性体３０を１箇所だけ配設する例を示したが、上記実施形態と同要領で弾性体３０を複数個所配設するようにしてもよい。

本発明の電動トルクレンチは、パルス状のトルクによってねじを締め付ける際に作業者が受ける反力を実質的に低減して、長時間の使用に伴う作業者の疲労を効果的に軽減することができるという特性を有していることから、携帯性と作業性に優れるピストル形状のハンディタイプの電動トルクレンチに適用されて好適である。

１ 電動トルクレンチ
３ 本体ケーシング
４ 電動モータ
４ａ 回転軸
４ｂ 電動モータ本体
２０ 本体継手
２６ ピン
３０ 弾性体

Claims (3)

1. 本体ケーシング内に本体部分が収容された電動モータの回転軸から出力されるパルス状のトルクによってねじを締め付けるようにした電動トルクレンチにおいて、本体ケーシングに対し電動モータの本体部分を回転軸線回りに相対回転可能に支持するようにし、本体ケーシングに対する電動モータの本体部分の相対回転に抗するように弾性体を配設して、ねじ締付時における電動モータの本体部分からの反力を弾性体が受けて弾性変形するようにしたことを特徴とする電動トルクレンチ。
2. 弾性体は、本体ケーシングに対する電動モータの本体部分の相対回転方向に沿って延びる形状としたことを特徴とする請求項１記載の電動トルクレンチ。
3. 弾性体が、制振ゴムからなることを特徴とする請求項１又は２記載の電動トルクレンチ。

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