JP2017090403A

JP2017090403A - 定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出方法および装置

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Publication number: JP2017090403A
Application number: JP2015224634A
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Inventors: 勝行戸津; Katsuyuki Totsu
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Priority date: 2015-11-17
Filing date: 2015-11-17
Publication date: 2017-05-25
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Abstract

【課題】トルクリミッタを使用する定トルク電動ドライバーにおいて、ねじ締め作業における適正なねじ締めトルクの検出を行うことができると共に、ねじ締め状態の良否判定も容易かつ確実に達成することができる定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出方法および装置を提供する。【解決手段】ねじ締め操作におけるねじの着座に伴い、ドライバービット２０によるねじ締めトルクがトルクリミッタ１８の設定トルクを超えて、トルクリミッタの駆動回転部が空転を開始すると同時に、電動モータ１２の駆動軸に結合された遊星歯車減速機構１６のインターナルギヤがその出力軸の回転に対し反転する方向に発生する急激な回動力を応力変位としてトーションバーに伝達し、このトーションバーの応力変位をひずみゲージ２８によりねじ締めトルクとして検出する構成からなる。【選択図】図１

Description

本発明は、電動モータの駆動出力軸に対し減速機構を介して出力される駆動軸にトルクリミッタを結合し、このトルクリミッタの従動軸にドライバービット等の回転工具を接続して、ねじ締め作業に際しねじ締めトルクがトルクリミッタにおいて設定されたトルク値を超えた際に、トルクリミッタが作動して従動軸に対し駆動軸が空転し、所要のねじ締め作業を達成できるよう構成した定トルク電動ドライバーにおいて、トルクリミッタの作動に伴うねじ締めの完了に際してのねじ締めトルク値の検出を容易かつ簡便に行うことができる定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出方法および装置に関するものである。

本出願人は、ねじ具の締付けトルクを高精度に設定することができるトルクリミッタを応用することにより、小形精密部品の組立てやプラスチック製品等の脆弱な部品の結合および組立てを行う場合に適した、電動モータ駆動方式の電動ドライバーを種々開発し、それぞれ特許を得ている。

この種のトルクリミッタを応用した電動ドライバーは、電動モータの出力軸に減速機構を接続し、この減速機構の出力軸にトルクリミッタの駆動軸を結合し、前記トルクリミッタの伝動回転軸をドライバービットに結合し、前記トルクリミッタにより規定されるトルク設定値に基づいてねじ締めを行うように構成したものである。

そこで、例えば、前記ドライバービットに結合されるトルクリミッタの伝動回転部の外周面部に、その円周方向に等間隔で配置した複数のマグネットからなるセンサ感知部材を配設すると共に、前記センサ感知部材に対応させて把持部ケーシング内にホール素子からなるセンサを配置することにより、前記ドライバービットによるねじ締め作業において、前記トルクリミッタの駆動軸側が空転してその伝動回転部側が回転停止する状態を前記センサにより検出し、これにより前記電動モータの駆動停止を行うように構成した定トルク電動ドライバーを開発し、特許を得た（特許文献１参照）。

前記特許文献１に記載の定トルク電動ドライバーは、前記センサによって検出されるトルクリミッタの作動時における、電動モータの負荷電流または負荷電圧を検出して、この負荷電流値または負荷電圧値が初期値と比較して所定値以上に変化する場合には、所要のアラームを発生させて、ねじ締め状態の異常ないし不具合を、容易に確認することができるように構成されている。

また、本出願人は、トルクリミッタを応用した電動モータ駆動方式の電動ドライバーとして、電動モータの後端部を、これと同軸に延在する扁平状の板体（トーションバー）を介して把持部ケーシング内に固定し、前記板体の一側面にストレンゲージ（ひずみゲージ）を取付けてトルク値を測定するように構成したトルク固定形ドライバーを開発し、特許を得た（特許文献２参照）。

前記特許文献２に記載のトルク固定形ドライバーは、外ケースの内周面に円筒状の永久磁石を固定配置し、この永久磁石の中心部に駆動軸を回転自在に挿通配置すると共に、この駆動軸の外周部において前記永久磁石の内周面に対向しこれと非接触に円筒状の磁性部材を支持固定し、前記外ケースの後端部を蓋体で閉塞固定してなるトルクリミッタを備え、
(1) 前記トルクリミッタを把持部ケーシングにより回転自在に囲繞保持すると共に、前記トルクリミッタの後端部において、前記ケースを閉塞固定する蓋体に対し前記トルクリミッタの駆動軸と同軸となるように電動モータの出力軸を着脱可能に結合し、(2) 前記電動モータの外部ケーシングを、前記トルクリミッタを囲繞保持する把持部ケーシングに対して着脱交換可能に結合し、(3) さらに前記電動モータの後端部を、これと同軸に延在する扁平状の板体（トーションバー）を介して把持部ケーシング内に固定し、前記板体の一側面にストレンゲージ（ひずみゲージ）を取付けてトルク値を測定し得るように構成されている。

さらに、本出願人は、電動モータの出力軸と従動軸（ドライバービット）との結合部（遊星歯車減速機構）において、所要の負荷トルク受けた際に、これを検知して前記出力軸の回転出力伝達を遮断するためのクラッチ機構を有すると共に、その時のトルク値の検出と電動モータの自動停止とを同時に行う機構を備えた電動回転工具を開発し、特許を得た（特許文献３参照）。

前記特許文献３に記載の電動回転工具は、電動モータを内蔵した把持部を設け、この電動モータの出力軸に遊星歯車減速機構を介して従動軸を結合し、前記遊星歯車減速機構を囲繞する円筒状ケーシング内に前記遊星歯車減速機構の遊星歯車と噛合するインターナルギヤを回転可能に配置し、前記インターナルギヤと把持部ケーシングとの間に鋼球を使用したクラッチ機構を設けると共に、このクラッチ機構の動作を検出する手段を設けたトルク検出機構を備える電動回転工具からなり、
前記クラッチ機構におけるインターナルギヤの一部を開口する切欠を設け、この切欠に揺動検知片の一端を前記クラッチ機構の鋼球と係合させて配置し、前記揺動検知片の他端を把持部ケーシングの一部に固定して、クラッチ動作に際し応力変位を受けるよう構成すると共に、前記揺動検知片の変位部にストレンゲージ（ひずみゲージ）を張設し、さらに前記ストレンゲージの出力信号に基づいてトルク値の検出を行うトルク検出回路と、前記トルク値に基づいて電動モータの駆動停止を行う自動停止回路とを設けて、前記トルク検出および自動停止を行うように構成されている。

この場合、前記揺動検知片としては、インターナルギヤの外周部に刻設したクラッチ面としての円周溝が対向する把持部ケーシングの一部を半径方向外方に突出させて形成したトルク調整ばね収納ケースの把持部ケーシングに近接する一部の切欠部内に配置し、把持部ケーシングの一部に設けた切欠部から突出する外部において電動モータの出力軸と平行に延在させると共に、前記揺動検知片の他端を把持部ケーシングの一部に固定し、前記揺動検知片の平行延在部にストレンゲージを張設した構成とすることが記載されている。

そして、前記自動停止回路は、ストレンゲージから収得される出力信号に基づいて、出力信号のピーク値を検出すると共に、クラッチ動作によりストレンゲージの出力信号が低下することを検出すると同時に電動モータの電源スイッチ回路を一時的に遮断する信号を発生する比較回路とを設けた構成とするものである。

特許第５９８６６４０号公報特許第４３３１２８３号公報特許第３６００２５５号公報

前述した特許文献１において提案した定トルク電動ドライバーは、センサによって、トルクリミッタの作動時における電動モータの負荷電流または負荷電圧を検出して、この負荷電流値または負荷電圧値が初期値と比較して所定値以上に変化する場合に、所要のアラームを発生させて、ねじ締め状態の異常ないし不具合を確認することが可能であるが、この場合において、前記トルクリミッタの作動時におけるねじ締め状態のトルク管理として、適正なトルク値の検出を行うことも重要であることが判明した。

この種のトルクリミッタを使用した定トルク電動ドライバーにおいて、先に提案した特許文献２に記載のトルク固定形ドライバーによれば、電動モータの後端部を、これと同軸に延在する扁平状の板体（トーションバー）を介して把持部ケーシング内に固定し、前記板体の一側面にストレンゲージ（ひずみゲージ）を取付けてトルク値を測定し得るように構成したものであることから、ねじ締め作業においてドライバービットに伝達されるねじ締めトルクに対応する反力としての応力変位が、前記扁平状の板体（トーションバー）に伝達される際には、電動モータ等の過重等が加わるために、実際のねじ締め作業におけるドライバービットに伝達されるねじ締めトルクに対応する反力としての応力変位を、前記ストレンゲージ（ひずみゲージ）に対して適正に伝達しねじ締めトルク値として検出を行うことは不適切であり、検出精度の点においても不具合であることが確認された。

しかるに、実際のねじ締め作業において、ドライバービットに伝達されるねじ締めトルクに対応する反力としての応力変位を、適正に検出することができる手段としては、例えばトルクリミッタを使用しない電動ドライバーとして、本出願人が先に開発した前記特許文献３に示すように、遊星歯車減速機構を構成するインターナルギヤと把持部ケーシングとの間にクラッチ機構を設けた電動回転工具においては、前記クラッチ機構の構成要素に対し、クラッチ動作に際して前記応力変位を受けるようにストレンゲージ（ひずみゲージ）を設けることによって、トルク値の検出を行うように構成することが極めて適正であり、精度の点においても有効であることが確認されている。

しかしながら、前記クラッチ機構を有しない、トルクリミッタを使用した定トルク電動ドライバーにおいては、前記特許文献３に示すようなトルク検出手段を、そのまま適用するように構成することは困難である。

そこで、本発明者は、トルクリミッタを使用した定トルク電動ドライバーにおいて、ねじ締め作業においてドライバービットに負荷されるねじ締めトルクを、適正に検出することができるトルク検出手段を得るべく、種々検討を重ねた結果、予め適正なねじ締めトルクに対応するヒステリシストルク（設定トルク）に調整されたトルクリミッタを設けて、このトルクリミッタの駆動回転部と従動回転部とに対し、それぞれ電動モータの駆動軸に結合された遊星歯車減速機構の出力軸とドライバービットとを相互に結合し、ねじ締め作業によりねじが着座した場合において、前記ドライバービットによるねじ締めトルクが前記トルクリミッタの設定トルクを超えて、トルクリミッタの駆動回転部が空転を開始すると同時に、前記電動モータの駆動軸に結合された遊星歯車減速機構のインターナルギヤがその出力軸の回転に対し反転する方向に急激な回動力が発生することから、前記インターナルギヤの反転方向へ急激に発生する回動力を応力変位としてひずみゲージにより検出し得るように構成することにより、前記電動ドライバーによるねじ締めトルクを、前記ひずみゲージにより適正に検出することができることを突き止めた。

すなわち、この場合、前述したねじ締め作業に際して、前記インターナルギヤの反転方向へ急激に発生する回動力を、応力変位としてひずみゲージにより検出するに際しては、電動モータの駆動軸に結合する遊星歯車減速機構を保持するインターナルギヤを回動可能な状態に支持して前記インターナルギヤの下端面の一部に突起部を設けると共に、この突起部に対して前記インターナルギヤを囲繞するケーシングの外側に、前記遊星歯車減速機構の出力軸と平行にトーションバーをそれぞれ上下部において支持部材を介して設け、前記トーションバーを上部支持部材により固定すると共に下部支持部材を回動可能に設定し、この下部支持部材の外周の一部より水平方向に変位検出アームを突出配置して、その先端を前記ケーシングに設けた開口部を貫通させて前記インターナルギヤの下端面に設けた突起部に係合するように構成することにより、前記インターナルギヤの出力軸とは反転方向への急激に発生する回動力の応力変位を、前記変位検出アームを介してトーションバーへ有効に伝達することができることから、前記トーションバーの側面に対して適宜ひずみゲージを設けることにより、前述したねじ締めトルクの検出を容易に行うことができることを突き止めた。

なお、前記ひずみゲージによるねじ締めトルクの検出に際して、電動ドライバーによるねじ締めに作業において、ドライバービットによるねじ締めの開始時点をプッシュ操作スイッチにより検出し、次いでねじの着座に至るまでの所要のねじ回転量をトルクリミッタに設けたロータリエンコーダにより検出すると共に、そのタイミングにおいて前記遊星歯車減速機構のインターナルギヤに発生する前記応力変位を検出するように設定することにより、前述した適正なねじ締めトルクの検出を容易に達成することができる。

また、前述した適正なねじ締めトルクの検出を行うことができることから、前述したインターナルギヤに発生する前記応力変位を検出するタイミングに異常が生じた場合には、ねじ締め不良として判定することができ、この種の定トルク電動ドライバーにおけるねじ締め作業の良否判定を、適正かつ有効に達成することが可能となる。

従って、本発明の目的は、トルクリミッタを使用する定トルク電動ドライバーにおいて、ねじ締め作業における適正なねじ締めトルクの検出を行うことができると共に、ねじ締め状態の良否判定も容易かつ確実に達成することができる定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出方法および装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出方法は、電動モータの駆動軸に遊星歯車減速機構を介してトルクリミッタの駆動回転部を結合すると共に、前記トルクリミッタの従動回転部をドライバービットに結合して、前記トルクリミッタの設定トルクに基づいてねじ締めを行うように構成した定トルク電動ドライバーを使用し、
ねじ締め操作によりねじが着座した際に、前記ドライバービットによるねじ締めトルクが前記トルクリミッタの設定トルクを超えて、トルクリミッタの駆動回転部が空転を開始すると同時に、前記電動モータの駆動軸に結合された遊星歯車減速機構のインターナルギヤがその出力軸の回転に対し反転する方向に発生する急激な回動力を応力変位としてトーションバーに伝達し、このトーションバーの応力変位をひずみゲージによりねじ締めトルクとして検出することを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出方法は、前記ドライバービットによるねじ締めの開始時点をプッシュ操作スイッチにより検出し、次いでねじの着座に至るまでの所要のねじ回転量をトルクリミッタに設けたロータリエンコーダにより検出すると共に、ねじの着座するタイミングにおいて前記遊星歯車減速機構のインターナルギヤに発生する前記応力変位を検出するように設定することを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出方法は、ねじ締めの開始時点をプッシュ操作スイッチにより検出し、次いでトルクリミッタに設けたロータリエンコーダによりねじの着座に至るまでのねじ回転量が、予め設定したねじ回転量およびその許容範囲内として検出された場合に、適正なねじ締めによるねじ締めトルクと判定することを特徴とする。

本発明の請求項４に記載の定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出方法は、ねじ締めの開始時点をプッシュ操作スイッチにより検出し、次いでトルクリミッタに設けたロータリエンコーダによりねじの着座に至るまでのねじ回転量が、予め設定したねじ回転量およびその許容範囲外として検出された場合に、ねじ締め不良によるねじ締めトルクと判定することを特徴とする。

本発明の請求項５に記載の定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出方法は、ねじの着座するタイミングにおいて、前記遊星歯車減速機構のインターナルギヤに発生する前記応力変位を、ひずみゲージによりねじ締めトルクとして検出した際に、電動モータの停止制御を行うように設定することを特徴とする。

本発明の請求項６に記載の定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置は、電動モータの駆動軸に遊星歯車減速機構を介してトルクリミッタの駆動回転部を結合すると共に、前記トルクリミッタの従動回転部をドライバービットに結合して、前記トルクリミッタの設定トルクに基づいてねじ締めを行うように構成した定トルク電動ドライバーからなり、
電動モータの駆動軸に結合する遊星歯車減速機構を保持するインターナルギヤを回動可能な状態に支持して前記インターナルギヤの下端面の一部に突起部を設け、
前記突起部に対し前記インターナルギヤを囲繞するケーシングの外側において、前記遊星歯車減速機構の出力軸と平行にひずみゲージを装着したトーションバーを設けて、その一端部に変位検出アームを突出配置し、
前記変位検出アームの先端を前記突起部に係合し、ねじ締め操作によりねじが着座した際に、前記インターナルギヤの出力軸とは反転方向への急激に発生する回動力の応力変位を、前記変位検出アームを介してトーションバーへ伝達するように構成したことを特徴とする。

本発明の請求項７に記載の定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置は、前記インターナルギヤを囲繞するケーシングの外側に、前記遊星歯車減速機構の出力軸と平行に設けるひずみゲージを装着したトーションバーは、その一端を上部支持部材により固定すると共に他端を下部支持部材により回動可能に支持し、前記下部支持部材の外周の一部より水平方向に変位検出アームを突出配置して、その先端を前記ケーシングに設けた開口部を貫通させて前記インターナルギヤの下端面に設けた突起部に係合するように構成したことを特徴とする。

本発明の請求項８に記載の定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置は、前記ドライバービットの軸方向の変位に対応してスイッチ動作するプッシュ操作スイッチを設けると共に、トルクリミッタの外周部にその回転変位を検出するロータリエンコーダを設け、ねじ締め操作に際し前記プッシュ操作スイッチのスイッチ動作に基づいて前記ロータリエンコーダによるねじ回転量の検出を行うように構成したことを特徴とする。

本発明の請求項１に記載の定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出方法によれば、電動モータの駆動軸に遊星歯車減速機構を介してトルクリミッタの駆動回転部を結合すると共に、前記トルクリミッタの従動回転部をドライバービットに結合して、前記トルクリミッタの設定トルクに基づいてねじ締めを行うように構成して、ねじ締め操作によりねじが着座した際に、前記ドライバービットによるねじ締めトルクが前記トルクリミッタの設定トルクを超えて、トルクリミッタの駆動回転部が空転を開始すると同時に、前記電動モータの駆動軸に結合された遊星歯車減速機構のインターナルギヤがその出力軸の回転に対し反転する方向に発生する急激な回動力による応力変位を、ひずみゲージにより適正にして簡便に検出することができ、ねじ締めトルクの検出と共にねじ締め状態の良否判定を確実かつ容易に行うことができる。

本発明の請求項２ないし４に記載の定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出方法によれば、ねじ締め操作において、ドライバービットによるねじ締めの開始時点をプッシュ操作スイッチにより検出することにより、ねじ締めを行うねじの着座するタイミングの検出と設定とを整合することができるため、前記ねじ締めトルクの検出とねじ締め状態の良否判定を適正にして確実かつ容易に行うことができる。

本発明の請求項５記載の定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出方法によれば、ねじの着座するタイミングと、前記遊星歯車減速機構のインターナルギヤに発生する前記応力変位とを検出することにより、電動モータの停止制御を適正に行うことができる。

本発明の請求項６記載の定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置によれば、電動モータの駆動軸に遊星歯車減速機構を介してトルクリミッタの駆動回転部を結合すると共に、前記トルクリミッタの従動回転部をドライバービットに結合して、前記トルクリミッタの設定トルクに基づいてねじ締めを行うように構成した定トルク電動ドライバーとし、電動モータの駆動軸に結合する遊星歯車減速機構を保持するインターナルギヤを回動可能な状態に支持して前記インターナルギヤの下端面の一部に突起部を設け、前記突起部に対し前記インターナルギヤを囲繞するケーシングの外側において、前記遊星歯車減速機構の出力軸と平行にひずみゲージを装着したトーションバーを設けて、その一端部に変位検出アームを突出配置し、前記変位検出アームの先端を前記突起部に係合し、ねじ締め操作によりねじが着座した際に、前記インターナルギヤの出力軸とは反転方向への急激に発生する回動力の応力変位を、前記変位検出アームを介してトーションバーへ伝達するように構成することにより、比較的簡単な構成で、ねじ締めトルクの適正な検出と共に、ねじ締め状態の良否判定を確実かつ容易に達成することができる。

本発明の請求項７記載の定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置によれば、前記ねじ締めトルクの検出を行うための前記遊星歯車減速機構のインターナルギヤに発生する応力変位を検出するシステム構成を、簡便かつ容易に構築することができる。

本発明の請求項８記載の定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置によれば、ねじ締め操作において、ドライバービットによるねじ締めの開始時点を検出するプッシュ操作スイッチを設けることにより、ねじ締めを行うねじの着座するタイミングの検出と設定とを整合することができるため、前記ねじ締めトルクの検出とねじ締め状態の良否判定を適正にして確実かつ容易に行うことができる。

本発明に係る定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出方法の一実施例としてのねじ締めトルクを検出するシステム構成を示す概略構成説明図である。本発明に係る定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置の主要構成の一実施例を示す説明図である。図２に示す定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置のねじ締めトルク検出を行う主要部の平面説明図である。図３に示す定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置のねじ締めトルク検出を行う主要部の要部拡大説明図である。

次に、本発明に係る定トルク電動ドライバーのトルク検出方法の実施例につき、その方法を実施する装置との関係において、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。

図１は、本発明に係る定トルク電動ドライバーのトルク検出方法を実施する装置を示す概略構成説明図である。すなわち、図１において、参照符号１０は定トルク電動ドライバーを示し、この電動ドライバー１０の把持部内に、電動モータ１２と、この電動モータ１２を駆動するための駆動スイッチ１４と、前記電動モータ１２の駆動軸（図示せず）に結合される遊星歯車減速機構１６およびトルクリミッタ１８とを、それぞれ内蔵し、前記トルクリミッタ１８を介してドライバービット２０を結合した構成からなる。

前記電動ドライバー１０においては、前記電動モータ１２の駆動スイッチ１３を操作するスイッチ操作部材１５と、電動モータ１２の駆動制御および停止制御を行う電動モータ制御回路２２と、前記トルクリミッタ１８の回転量の検出すなわち回転状態のカウントを行うためのロータリエンコーダ２４が設けられる。さらに、前記ドライバービット２０に対し、その軸方向の変位を感知してねじ締め作業の開始時点を検出するための公知のプッシュ操作スイッチ２６が設けられる。

そして、本発明においては、前記遊星歯車減速機構１６において、ねじ締め作業によりねじが着座した際に、前記遊星歯車減速機構１６を構成するインターナルギヤが、その出力軸の回転に対し反転する方向に発生する急激な回動力としての応力変位をねじ締めトルクとして検出するひずみゲージ２８が設けられる。

本実施例の定トルク電動ドライバー１０において、電動モータ１２としては、ブラシレスモータを好適に使用することができる。また、前記電動モータ１２を駆動するために、前記駆動スイッチ１４を操作するスイッチ操作部材１５としては、例えば電動モータ１２の把持部外周に設ける公知のレバー部材として、あるいは公知のプッシュ操作部材として構成することができる。

本実施例の定トルク電動ドライバー１０において、トルクリミッタ１８としては、例えば前記特許文献１、２に開示されているように、磁気方式による公知のトルクリミッタを使用したり、あるいは前記特許文献２に開示されているように、コイルばね方式による公知のトルクリミッタを使用したりすることができる。

また、前記トルクリミッタ１８においては、後述するように、遊星歯車減速機構１６の出力軸（図示せず）に結合されて、ねじ締め作業に際してドライバービット２０と一体的にねじ締め方向に回転駆動することから、その外周部に公知の磁気式ロータリエンコーダ２４を設けて、前記ドライバービット２０との関係におけるトルクリミッタ１８の回転状態すなわちねじ締め回転量を検出ないしカウントするように構成される。

本実施例の定トルク電動ドライバー１０において、遊星歯車減速機構１６としては、図２に示すように、２段構成の遊星歯車機構からなり、電動モータ１２の駆動軸１３の先端部に設けられたピニオンギヤ１３ａに第１段の遊星歯車１６ａが噛合し、次いでこの第１段の遊星歯車１６ａを支持する円板状支持部１７ａの支軸が第２のピニオンギヤ１３ｂの円板状支持部１７ｂの一部に保持され、この第２のピニオンギヤ１３ｂに第２段の遊星歯車１６ｂが噛合し、そしてこの第２の遊星歯車１６ｂを支持する円板状支持部１７ｂの支軸が遊星歯車減速機構１６としての出力軸を形成する。そして、前記第１段の遊星歯車１６ａおよび第２段の遊星歯車１６ｂは、定トルク電動ドライバー１０の把持部ケーシング１０ａ内において、回転可能に支持されたインターナルギヤ２１に噛合されている。

そこで、本実施例において、前記構成からなる遊星歯車減速機構１６は、前記インターナルギヤ２１の下端面の一部に突起部２１ａを設けると共に、この突起部２１ａに対して前記インターナルギヤ２１を囲繞する把持部ケーシング１０ａの外側に、前記遊星歯車減速機構１６の出力軸（１７ｂ）と平行にトーションバー５０が、それぞれ上下部において上部支持部材５１および上部支持部材５２を介して固定配置される。

前記トーションバー５０は、上部支持部材５２により前記ケーシング１０ａの一部に固定すると共に、下部支持部材５３を前記ケーシング１０ａの一部に回動可能に設定し、この下部支持部材５３の外周の一部より水平方向に変位検出アーム５４を突出配置して、その先端部５４ａを前記ケーシング１０ａに設けた開口部５６を貫通させて，前記インターナルギヤ２１の下端面に設けた突起部２１ａに係合するように構成する（図３参照）。

しかるに、前記インターナルギヤ２１は、ねじ締め作業に際し、最初のねじ締め工程においては、電動モータ１２の駆動軸１３の回転により、第１段の遊星歯車１６ａおよび第２段の遊星歯車１６ｂを介して、前記電動モータ１２の駆動軸１３の回転と同一方向（破線矢印で示す）に回動力が加わる（図３参照）。しかし、この場合、前記インターナルギヤ２１は、その下端面に設けた突起部２１ａが、変位検出アーム５４の先端部５４ａと係合しているため、図３に示すように、遊星歯車減速機構１６の出力軸（１７ｂ）と共に回動することが阻止される。

その後のねじ締め工程において、ねじが着座すると、ドライバービット２０にねじ締め回転方向とは逆方向に反転負荷が加わり、この負荷トルクがトルクリミッタ１８に予め設定されている設定トルク（ヒステリシストルク）以上となると、トルクリミッタ１８の駆動回転部が従動回転部に対して空転することになる。そして、前記トルクリミッタ１８の駆動回転部すなわちこれに結合される前記遊星歯車減速機構１６の出力軸（１７ｂ）が空転を開始する際に、前記電動モータ１２の駆動軸１３に結合された遊星歯車減速機構１６のインターナルギヤ２１がその出力軸（１７ｂ）の回転に対し反転する方向（実線矢印で示す）に急激な回動力が発生し、この回動力を応力変位として変位検出アーム５４を介して前記トーションバー５０へ有効に伝達することができる（図３および図４参照）。

従って、本実施例においては、前記トーションバー５０の側面に、一対のひずみゲージ２８をそれぞれ装着することにより、前記ねじ締め工程において、ねじが着座した時点におけるねじ締めトルクの検出を適正に行うことができる。

次に、前述した本実施例に係る定トルク電動ドライバーのトルク検出装置によるねじ締めトルクの検出方法について説明する。

ねじ締め操作に際して、定トルク電動ドライバー１０のドライバービット２０の先端部に所要のねじを装着して、スイッチ操作部材１５によって操作される駆動スイッチ１４の動作により、駆動スイッチ操作信号Ｓ１４が制御部３０のＣＰＵ３２に入力される。従って、前記制御部３０においては、ＣＰＵ３２に対する駆動スイッチ操作信号Ｓ１４の入力により、電動モータ駆動制御信号Ｓ２２ａを出力すると共に電動モータ制御回路２２に入力して、電動モータ１２の駆動制御を行う（図１参照）。

前記電動モータ１２の回転駆動により、遊星歯車減速機構１６およびトルクリミッタ１８を介してドライバービット２０が回転駆動される。この場合において、前記トルクリミッタ１８に設けたロータリエンコーダ２４により、ドライバービット２０の回転量に対応する回転カウント信号Ｓ２４が検出されてＣＰＵ３２に入力される。

次いで、ドライバービット２０に装着したねじを、所要のねじ取付け対象物に位置決めし、ドライバービット２０を前記対象物に対して押圧してねじ締め操作を開始することにより、プッシュ操作スイッチ２６が作動して、プッシュ操作スイッチ検出信号２６がＣＰＵ３２に入力される。従って、前記ＣＰＵ３２においては、前記プッシュ操作スイッチ検出信号２６の入力に基いて、前記ロータリエンコーダ２４により検出されるドライバービット２０の回転量に対応する回転カウント信号のカウント開始時点を設定して、前記ドライバービット２０の回転量の検出記録が行われる。

このようにして、所要のねじ締め操作が行われ、ねじがその取付け対象物に着座した際には、前述したように、ドライバービット２０にねじ締め回転方向とは逆方向に反転負荷が加わり、この負荷トルクがトルクリミッタ１８に予め設定されている設定トルク（ヒステリシストルク）以上となると、トルクリミッタ１８の駆動回転部が従動回転部に対して空転する。この場合において、前記トルクリミッタ１８の駆動回転部すなわちこれに結合される前記遊星歯車減速機構１６の出力軸（１７ｂ）が空転を開始する際に、前記電動モータ１２の駆動軸１３に結合された遊星歯車減速機構１６のインターナルギヤ２１がその出力軸（１７ｂ）の回転に対し反転する方向（矢印）に急激な回動力が発生し、この回動力を応力変位として変位検出アーム５４を介して前記トーションバー５０へ有効に伝達される。そして、前記トーションバー５０に装着したひずみゲージ２８により検出される、前記応力変化に対応するねじ締めトルク検出信号Ｓ２８がＣＰＵ３２に入力され記録される。

従って、前記ＣＰＵ３２に入力され記録されたねじ締めトルクが、予め設定されたねじ締めトルク値の許容範囲内であれば、適正かつ良好なねじ締め状態であると判定し、所要の表示器４０に対し、前記判定に基づくねじ締め状態表示信号Ｓ４０をＣＰＵ３２から出力して適宜表示を行うことができる。また、前記制御部３０のＣＰＵ３２においては、前記ねじ締めトルク検出信号Ｓ２８の入力に対応して、電動モータ停止制御信号Ｓ２２ｂを出力すると共に電動モータ制御回路２２に入力して、電動モータ１２の停止制御を行う。

なお、本発明のトルク検出方法においては、前述したように、ねじ締め操作において、プッシュ操作スイッチ２６が作動して、プッシュ操作スイッチ検出信号Ｓ２６がＣＰＵ３２に入力され、前記ロータリエンコーダ２４により検出されるドライバービット２０の回転量に対応する回転カウント信号のカウント開始時点を設定して、前記ドライバービット２０の回転量の検出記録が行われる。この場合において、前記ドライバービット２０の回転量が、ねじ締めが行われるねじに対応して予め設定される所要のねじ締め回転量と比較して、許容範囲内であれば、前述したように適正かつ良好なねじ締め状態に移行することができる。

しかしながら、前記ドライバービット２０の回転量が、ねじ締めが行われるねじに対応して予め設定される所要のねじ締め回転量と比較して、許容範囲外であれば、ねじのかじり、ねじ自体またはねじ穴の不具合等の発生による、ねじ締め状態の不具合ないし不良であると判定し、前記表示器４０に対し、前記判定に基づくねじ締め状態表示信号Ｓ４０をＣＰＵ３２から出力して適宜表示を行うことができる。

前述した制御部３０のＣＰＵ３２においては、前記定トルク電動ドライバー１０側の各構成要素からそれぞれ検出記録される信号と、ＣＰＵ３２において予め設定されるデータ等に関して、相互に比較処理を行う場合には、前記信号およびデータの記録および設定処理を適宜パターン化することにより、その取扱いおよび判定処理を円滑に達成することができる。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は前述した実施例に限定されることなく、例えばトルクリミッタがその設定トルクを超えて作動する際に遊星歯車減速機構におけるインターナルギヤに発生する応力変位をひずみゲージにより検出するための形状構成等について、本発明の精神を逸脱しない範囲内において多くの設計変更を行うことができる。

１０定トルク電動ドライバー
１０ａ把持部ケーシング
１２電動モータ
１３駆動軸
１３ａピニオンギヤ
１３ｂ第２のピニオンギヤ
１４駆動スイッチ
１５スイッチ操作部材
１６遊星歯車減速機構
１６ａ第１段の遊星歯車
１６ｂ第２段の遊星歯車
１７ａ円盤状支持部
１７ｂ円盤状支持部部（出力軸）
１８トルクリミッタ
２０ドライバービット
２１インターナルギヤ
２２電動モータ制御回路
２４ロータリエンコーダ
２６プッシュ操作スイッチ
２８ひずみゲージ
３０制御部
３２ＣＰＵ
４０表示器
５０トーションバー
５２上部支持部材
５３下部支持部材
５４変位検出アーム
５４ａ先端部
５６開口部
Ｓ１４駆動スイッチ操作検出信号
Ｓ２２ａ電動モータ駆動制御信号
Ｓ２２ｂ電動モータ停止制御信号
Ｓ２４回転量検出信号
Ｓ２６プッシュ操作スイッチ検出信号
Ｓ２８ねじ締めトルク検出信号
Ｓ４０ねじ締め状態検出信号

Claims

電動モータの駆動軸に遊星歯車減速機構を介してトルクリミッタの駆動回転部を結合すると共に、前記トルクリミッタの従動回転部をドライバービットに結合して、前記トルクリミッタの設定トルクに基づいてねじ締めを行うように構成した定トルク電動ドライバーを使用し、
ねじ締め操作によりねじが着座した際に、前記ドライバービットによるねじ締めトルクが前記トルクリミッタの設定トルクを超えて、トルクリミッタの駆動回転部が空転を開始すると同時に、前記電動モータの駆動軸に結合された遊星歯車減速機構のインターナルギヤがその出力軸の回転に対し反転する方向に発生する急激な回動力を応力変位としてトーションバーに伝達し、このトーションバーの応力変位をひずみゲージによりねじ締めトルクとして検出することを特徴とする定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出方法。
前記ドライバービットによるねじ締めの開始時点をプッシュ操作スイッチにより検出し、次いでねじの着座に至るまでの所要のねじ回転量をトルクリミッタに設けたロータリエンコーダにより検出すると共に、ねじの着座するタイミングにおいて前記遊星歯車減速機構のインターナルギヤに発生する前記応力変位を検出するように設定することを特徴とする請求項１記載の定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出方法。
ねじ締めの開始時点をプッシュ操作スイッチにより検出し、次いでトルクリミッタに設けたロータリエンコーダによりねじの着座に至るまでのねじ回転量が、予め設定したねじ回転量およびその許容範囲内として検出された場合に、適正なねじ締めによるねじ締めトルクと判定することを特徴とする請求項２記載の定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出方法。
ねじ締めの開始時点をプッシュ操作スイッチにより検出し、次いでトルクリミッタに設けたロータリエンコーダによりねじの着座に至るまでのねじ回転量が、予め設定したねじ回転量およびその許容範囲外として検出された場合に、ねじ締め不良によるねじ締めトルクと判定することを特徴とする請求項２記載の定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出方法。
ねじの着座するタイミングにおいて、前記遊星歯車減速機構のインターナルギヤに発生する前記応力変位を、ひずみゲージによりねじ締めトルクとして検出した際に、電動モータの停止制御を行うように設定することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出方法。
電動モータの駆動軸に遊星歯車減速機構を介してトルクリミッタの駆動回転部を結合すると共に、前記トルクリミッタの従動回転部をドライバービットに結合して、前記トルクリミッタの設定トルクに基づいてねじ締めを行うように構成した定トルク電動ドライバーからなり、
電動モータの駆動軸に結合する遊星歯車減速機構を保持するインターナルギヤを回動可能な状態に支持して前記インターナルギヤの下端面の一部に突起部を設け、
前記突起部に対し前記インターナルギヤを囲繞するケーシングの外側において、前記遊星歯車減速機構の出力軸と平行にひずみゲージを装着したトーションバーを設けて、その一端部に変位検出アームを突出配置し、
前記変位検出アームの先端を前記突起部に係合し、ねじ締め操作によりねじが着座した際に、前記インターナルギヤの出力軸とは反転方向への急激に発生する回動力の応力変位を、前記変位検出アームを介してトーションバーへ伝達するように構成したことを特徴とする定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置。
前記インターナルギヤを囲繞するケーシングの外側に、前記遊星歯車減速機構の出力軸と平行に設けるひずみゲージを装着したトーションバーは、その一端を上部支持部材により固定すると共に他端を下部支持部材により回動可能に支持し、前記下部支持部材の外周の一部より水平方向に変位検出アームを突出配置して、その先端を前記ケーシングに設けた開口部を貫通させて前記インターナルギヤの下端面に設けた突起部に係合するように構成したことを特徴とする請求項６記載の定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置。
前記ドライバービットの軸方向の変位に対応してスイッチ動作するプッシュ操作スイッチを設けると共に、トルクリミッタの外周部にその回転変位を検出するロータリエンコーダを設け、ねじ締め操作に際し前記プッシュ操作スイッチのスイッチ動作に基づいて前記ロータリエンコーダによるねじ回転量の検出を行うように構成したことを特徴とする請求項６または７記載の定トルク電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置。