JP2018089643A - 締結工具 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ボルト軸端部を破断することなく、ボルトとカラーで作業材を締結する締結工具であって、ボルト把持部185をアンビル181に対して移動動作させるべく、回転可能な第1機構部161と、長軸方向に移動可能な第2機構部169を有するボルト把持部駆動機構160につき、第1機構部161の第1方向FR側および第2方向RR側には、長軸方向LDの軸力を受けるスラスト転がりベアリング166、167がそれぞれ設けられている。
【選択図】図4
Description
また上記第1・第2の形態に係るファスナとは別に、例えば特開2013−248643号公報のように、いわゆるブラインドリベットを用いた電動式のコンパクトな締結工具も知られているが、かかるブラインドリベットは、軸部が破断した状態で締結を完了する形態であるため、上記第1の形態のような加締め作業時における綿密な出力管理の必要性、および加締め完了後に、締結工具に強固に圧着されたファスナを、確実に締結工具から離脱させるための工夫の必要性に乏しい。
「少なくとも前記ボルト把持部駆動機構の一部または全部を収容するハウジング」とは、ハウジングが、ボルト把持部駆動機構の一部のみを収容する態様、ボルト把持部駆動機構の全部を収容する態様、ボルト把持部駆動機構の一部およびボルト把持部駆動機構以外の構成部材を収容する態様、ボルト把持部駆動機構の全部およびボルト把持部駆動機構以外の構成部材を収容する態様のいずれも包含する。
また「ハウジング」は、少なくともボルト把持部駆動機構の一部または全部を収容することができる構造であれば足り、その外形構造、露出部の有無や程度を問わない。
ボルト把持部駆動機構については、ボールネジ機構の他、例えば、第1機構部がピニオンギア、第2機構部がラック部で構成されたラック&ピニオン機構を採用し、あるいはカム機構等の回転直線変換機構を採用することも可能である。
本発明では、かかる加締め作業における軸力、および加締め作業が完了してカラーをアンビルから離脱させる際の軸力が、第1機構部の回動動作の妨げとなることを防止するべく、第1機構部の構成に工夫を加えている。具体的には、前記第1機構部の第1方向側および第2方向側に、前記第1機構部の回動を許容しつつ、前記ボルト把持部から前記第2機構部を介して前記第1機構部へと伝達される前記長軸方向の軸力を受けるスラスト転がりベアリングをそれぞれ設けている。
本発明においては、第1機構部の第2方向側に設けられるスラスト転がりベアリングは、加締め作業に際して、ボルト把持部をアンビルに対して相対移動する際に生じる力、すなわちボルト把持部をアンビルに対して第1方向に相対移動することでファスナを加締める際に、ボルト把持部から第2機構部を介して第1機構部へと伝達される軸力を確実に受け止め、第1機構部の回動動作に支障がでないように構成されている。
一方、第1機構部の第1方向側に設けられるスラスト転がりベアリングは、加締め作業が完了し、ボルトに加締められた状態のカラーをアンビルから離脱させる際に生じる力、すなわちボルト把持部をアンビルに対して第2方向に相対移動することでカラーをアンビルから離脱させるのに必要な軸力が、ボルト把持部から第2機構部を介して第1機構部へ伝達されるのを確実に受け止め、第1機構部の回転動作に支障がでないように構成されている。
またモータの駆動電流供給手段としては、締結工具に取り付けられるDCバッテリが好適であるが、例えばAC電源を用いることも可能である。
「アンビル」の第1の具体態様として、ボアにテーパー部を設けるとともに、ボア径につき、カラーの加締め領域の外径よりも小径に形成することが好ましい。これにより、ボルト把持部がアンビルに対して締結動作方向に相対動作する際に、アンビルのテーパー部がカラーに当接し、当該カラーを長軸方向に押圧しつつ、さらなる相対動作に応じて、カラーが径方向に圧搾されながらアンビルのボア内に入り込んでいくことになる。
この結果、カラーは、ヘッド部との間で作業材を長軸方向に狭着するとともに、アンビルのボアによってカラーが径方向に圧搾されて縮径変形することで、カラーの中空部が軸部の溝に圧着され、これによってカラーがボルトに加締められ、ファスナによる作業材の締結が遂行される。
図1に、本発明の実施形態に係る作業材Wおよびファスナ1が示される。本実施形態に係る作業材Wは、一例として板状金属製の締結作業部材W1、W2からなり、各締結作業部材W1、W2に予め形成された貫通孔W11、W21が互いに合致するように重ね合されている。
本実施形態における後側方向RRは本発明の「第1方向」に対応し、前側方向FRは本発明の「第2方向」に対応し、長軸方向LDは本発明の「長軸方向」に対応する。
アウタハウジング110は、モータ135を収容するモータ収容領域111と、インナハウジング120を収容するインナハウジング収容領域113と、コントローラ131を収容するコントローラ収容領域117を主体として構成されている。インナハウジング120は、遊星ギア減速機構140、ベベルギア減速機構150およびボールネジ機構160の収容部材であり、その詳細については後述する。コントローラ収容領域117の下部には、モータ135の駆動電源となるバッテリ130を締結工具100に取外し自在に接続するためのバッテリ装着部118が設けられている。
図2においては、インナハウジング収容領域113のうち、モータ収容領域111に隣接する領域は、遊星ギア減速機構140およびベベルギア減速機構150を収容する減速ギア収容領域112として示されている。
またモータ収容領域111とコントローラ収容領域117の連接領域には、モータ135の駆動電流値に関する閾値設定用の操作ダイアル132が設けられている。操作ダイアル132は、特に図示しないものの、その上面表示部に、複数の閾値表示(本実施形態では無段階レベル)が印字されており、作業者の選択および手動操作により、任意の閾値が設定可能とされる。なお閾値に関する詳細については後述する。
上記コントローラ収容領域117、モータ収容領域111、インナハウジング収容領域113(減速ギア収容領域112を含む)、およびグリップ部114は、連続状に配置されてクローズループをなす。
モータ収容領域111に収容されるモータ135には、DCブラシレスモータが採用され、冷却ファン138が取り付けられたモータ出力軸136が、各端部領域においてベアリング137,137によって軸支されている。モータ出力軸136の一方端は、遊星ギア減速機構140における第1サン・ギア141Aに一体回転可能に連結されている。
ベベルギア減速機構150は、ベアリング152,152に両端支持された駆動側中間軸151と、当該駆動側中間軸151に設けられた駆動側ベベルギア153と、ベアリング155,155に両端支持された被動側中間軸154と、当該被動側中間軸154に設けられた被動側ベベルギア156およびボールナット駆動ギア157を主体として構成されている。なお「中間軸」とは、上記モータ出力軸136から、後述するボールネジ機構160(図4参照)へと、モータ135の回転出力を伝達する経路における中間の軸を意味するものである。なおモータ出力軸136および駆動側中間軸151の延在方向EDは、被動側中間軸154の延在方向、すなわち長軸方向LDと傾斜状に交差する構成とされている。
図4に示すように、インナハウジング120の後側方向RRには、ガイドフランジ取付アーム122を介して、ガイドフランジ123が連結されている。ガイドフランジ123には、長軸方向LDへと延在する長穴状のガイド穴124が形成されている。本実施形態におけるインナハウジング120は本発明の「ハウジング」に対応する。
ボールネジ機構160は、ボールナット161およびボールネジシャフト169を主体として構成される。ボールナット161の外周部には、ボールナット駆動ギア157に噛合い係合する被動ギア162が形成され、当該被動ギア162がボールナット駆動ギア157からモータの回転出力を受けることにより、ボールナット161は長軸LD周りに回動可能とされている。またボールナット161には長軸方向LDに延在するボア163が形成され、当該ボア163には溝部164が設けられている。
またガイド穴124は、ローラ173の当接が確保できる範囲にて、例えばガイドレール等といった他の構成に代替することも可能である。
アンビル181は、長軸方向LDに延在するアンビルボア183を有する円筒体として構成される。アンビルボア183においては、前側方向FRにおける開口部181Eから長軸方向LDに所定距離分だけテーパー部181Tが設けられている。テーパー部181Tは、後側方向RRに向かうに従って逐次的に狭くなるように角度αの傾斜角が付与されている。
アンビル181は、その外周に形成されたスリーブ係止リブ182を介してスリーブ125およびスリーブボア126に係止され、インナハウジング120に一体状に連結されている。
なおテーパー部181Tは、長軸方向LDにつき、カラー6の高さ寸法よりも長く形成されており、カラー6がアンビルボア183内に最大限入り込んだ場合であっても、当該カラー6は、長軸方向LDについてテーパー部181Tの形成領域内に位置することになる。
駆動電流検出アンプ133は、モータ135の駆動電流を、シャント抵抗によって電圧に変換し、更にアンプによって増幅した信号をコントローラ131に出力する。
図7に示すように、締結作業部材W1,W2を重合した状態で、各貫通孔W11、W21にボルト2のボルト軸4を貫通させる。そしてヘッド3が締結作業部材W1に当接するとともに、締結作業部材W2側にボルト軸4が突出した状態で、当該ボルト軸4にカラー6を係合させ、ヘッド3とカラー6とで作業材Wを狭着する(予備組み付け)。
そして当該予備組み付け状態において、作業者が締結工具100を手で保持し、ボルト軸端部領域41に、締結工具100におけるボルト把持爪185を係合させる。このとき、ボルト軸4の略全長に渡って溝5が形成されるとともに、ボルト軸端部領域41の溝は特に大きく形成されているため(併せて図1参照)、ボルト把持爪185はボルト軸端部領域41に容易かつ確実に係合することができる。
当該駆動電流値が所定の閾値を超える場合、加締めによる締結作業が完了したものとして、コントローラ131は、3相インバータ134を介してモータ135の駆動を停止する。本実施形態では、駆動電流値が所定の閾値を超える場合、電気ブレーキを作動させてモータ135を急停止させる構成を採用している。
また作業材の材質や仕様、ファスナの材質や仕様等との関係で、締結作業条件が許容する場合には、正転時および逆転時のいずれについてもスラストニードルベアリングで受ける構成に代替することも可能である。
モータ駆動制御ルーチンにおいては、まずステップS11として、トリガ115および電気スイッチアセンブリ116のオン・オフ状態がモニタされる。そしてトリガ115のオン状態が検出された場合、ステップS12として、3相インバータ134において、モータ135を駆動するためのDuty比算出およびPWM信号の生成が行われ、ステップS13としてモータ135が正転駆動される。上述したように、モータ135の「正転駆動」は、図4に示すボールネジシャフト169が後側方向RRに直線動作し、ボルト把持爪185がアンビル181に対し後側方向RRに移動する動作に対応している。ステップS13におけるモータ135の正転駆動により、図1に示すファスナ1において、カラー6のボルト2に対する加締めが行われる。
ステップS14において、締結作業の完了、または停止位置が検出された場合、ステップS15において、電気ブレーキによるモータ135の急速停止が行われる。
次に、ステップS16において、作業者によるトリガのオフ操作が検知された場合、ステップS17において、モータ135の逆転駆動が行われる。当該逆転駆動は、磁石177が初期位置センサ178に達するまで継続される。そしてステップS18における初期位置検出に伴い、電気ブレーキによるモータ135の急速停止が行われ(ステップS19)、モータ駆動処理が終了する。
(態様1)
「前記モータの駆動電流に基づいて、前記ボルト把持部の前記アンビルに対する前記第1方向への相対移動を終了することによって、前記ファスナの加締めを完了する」
この態様によれば、ファスナの加締めが完了に近づくにつれてモータの駆動電流が増大することを有効に利用して綿密な出力管理が行える。
(態様2)
「態様1において、前記モータの駆動電流値が所定の閾値を超える場合に、前記ファスナの加締めを完了する」
この態様によれば、モータの駆動電流値に関する所定の閾値を設定することで、加締め完了のタイミングを確実に図ることができる。
(態様3)
「前記第1方向側および第2方向側のスラスト転がりベアリングの少なくとも一方は、前記第1機構部の外径寸法よりも大径となるように構成されている」
この態様によれば、スラスト転がりベアリングが受ける長軸方向の軸力に関し、単位面積当たりの負荷量を低減することができる。
(態様4)
「前記第1方向側および第2方向側のスラスト転がりベアリングと前記ハウジングの間にはスラストワッシャが介在配置されている」
この態様によれば、スラストワッシャが介在することで部材の組み付け性、動作特性が向上することとなる。
(態様5)
「前記第2機構部の前記長軸周りの回動を規制する規制部材を更に有し、当該規制部材は、前記第2機構部の前記長軸方向への移動動作のガイドを兼務する」
この態様によれば、第2機構部の動作に関する部材構成の簡素化・合理化が図られる。
(態様6)
「態様5において、前記規制部材は、前記ハウジングに連接されるとともに前記長軸方向に延在するガイド部材と、前記第2機構部に連接されるとともに、前記ガイド部材に当接した状態で前記長軸方向にガイドされる被ガイド部材とを有する」
この態様によれば、部材間の当接作用を介して、確実な回動規制および移動動作のガイドが遂行される。
(態様7)
「態様5または態様6において、前記ガイド部材は前記長軸方向に延在する長穴で構成され、前記被ガイド部材は前記長穴に嵌合当接するローラで構成される」
この態様によれば、長穴とローラという簡素化された構成による第2機構部の回動規制および移動動作のガイドが遂行される。
(態様8)
「前記モータから前記第1機構部への動力伝達経路には、更に減速用のベベルギア機構が配置されている」
この態様によれば、ベベルギア機構を採用することで、動力伝達経路の向きを適宜に変更して、装置構成のコンパクト化を促進することができる。
(態様9)
「前記長軸方向における前記第2機構部の位置を検出する検出機構が設けられている」
この態様によれば、第2機構部の位置を検出することで、初期位置への復帰動作を確実ならしめることができる。
(態様10)
「態様9において、前記検出機構は、磁石と、当該磁石の近接を検知可能なホール素子を有し、当該磁石とホール素子の一方が前記第2機構部に設けられ、他方が締結工具における前記第2機構部以外の構成部材に設けられる。」
この態様によれば、磁石とホール素子を利用した確実な第2機構部の位置検出が遂行される。
W1,W2 締結作業部材
W11、W21 貫通孔
1 ファスナ
2 ボルト
3 ヘッド
4 ボルト軸
41 ボルト軸端部領域
5 溝
6 カラー
7 カラー中空部
100 締結工具
101 モータ駆動制御機構
110 アウタハウジング
111 モータ収容領域
112 減速ギア収容領域
113 インナハウジング収容領域
114 グリップ部
115 トリガ
116 電気スイッチアセンブリ
117 コントローラ収容領域
118 バッテリ装着部
120 インナハウジング
120H 孔部
121 ボールネジ機構収容領域
122 ガイドフランジ取付アーム
123 ガイドフランジ
124 ガイド穴
125 スリーブ
126 スリーブボア
127 ジョイントスリーブ
130 バッテリ
131 コントローラ
132 操作ダイアル
133 駆動電流検出アンプ
134 3層インバータ
135 モータ
136 モータ出力軸
137 ベアリング
138 冷却ファン
139 ホールセンサ
140 遊星ギア減速機構
141A 第1サン・ギア
142A 第1遊星ギア
143A 第1インターナルギア
141B 第2サン・ギア
142B 第2遊星ギア
143B 第2インターナルギア
144 キャリア
150 ベベルギア減速機構
151 駆動側中間軸
152 ベアリング
153 駆動側ベベルギア
154 被動側中間軸
155 ベアリング
156 被動側ベベルギア
157 ボールナット駆動ギア
160 ボールネジ機構
161 ボールナット
161F 前方側端部
161R 後方側端部
162 被動ギア
163 ボア
164 溝部
165 スラストワッシャ
166 スラストボールベアリング
167 スラストニードルベアリング
168 ラジアルニードルベアリング
169 ボールネジシャフト
169L 回転軸
171 螺合部
172 ローラシャフト
173 ローラ
174 エンドキャップ
175 アーム取付ネジ
176 アーム
177 磁石
178 初期位置センサ
179 最後端位置センサ
180 ボルト把持機構
181 アンビル
181T テーパー部
182 スリーブ係止リブ
183 アンビルボア
185 ボルト把持爪
186 ボルト把持爪基部
187A 第1連結部
187B 第2連結部
187C 係止フランジ
188 係止部
188A 係止端部
189 第3連結部
190 スペース
Claims (5)
- 溝が形成された軸部にヘッド部が一体形成されたボルトと、当該ボルトに係合可能な中空筒状のカラーを備えたファスナを介して、前記ヘッド部と前記カラー間に配された作業材を締結する締結工具であって、
前記軸部の端部領域を把持可能なボルト把持部と、前記カラーに係合可能なアンビルと、前記ボルト把持部を駆動して、前記アンビルに対し所定の長軸方向に相対移動させるボルト把持部駆動機構と、前記ボルト把持部駆動機構を駆動するモータと、少なくとも前記ボルト把持部駆動機構の一部または全部を収容するハウジングとを有し、
前記軸部の端部領域を把持した状態の前記ボルト把持部が、前記ボルト把持部駆動機構を介して、前記アンビルに対して、前記長軸方向のうちの所定の第1方向へと相対移動することにより、前記アンビルが、前記軸部に嵌合された状態の前記カラーを、前記長軸方向のうちの前記第1方向とは反対の第2方向、および前記カラーの径方向内側へと押圧し、前記カラーと前記ヘッド部とで前記作業材を挟着するとともに、前記カラーの中空部を前記溝に圧着し、前記端部領域が前記軸部と一体となった状態を維持して前記ファスナの加締めを完了可能に構成され、
さらに前記軸部の端部領域を把持した状態の前記ボルト把持部が、前記ボルト把持部駆動機構を介して、前記アンビルに対して、前記第2方向へと相対移動することにより、前記ボルトに加締められた状態の前記カラーを前記アンビルから離脱させるとともに、前記軸部の端部領域を前記ボルト把持部から離脱可能に構成されており、
前記ボルト把持部駆動機構は、前記ハウジングに対し前記長軸方向への移動が規制された状態で支持されるとともに、前記モータによって回転駆動される第1機構部と、前記長軸方向への移動が可能かつ前記長軸周りの回動が規制された状態で、前記ボルト把持部に連接された第2機構部と、を有し、
前記第1機構部の回転駆動により、前記第2機構部が前記長軸方向に駆動され、これによって前記ボルト把持部が、前記アンビルに対して前記長軸方向に移動されるよう構成され、
さらに、前記第1機構部の前記第1方向側および第2方向側には、前記第1機構部の回動を許容しつつ、前記ボルト把持部から前記第2機構部を介して前記第1機構部へと伝達される前記長軸方向の軸力を受けるスラスト転がりベアリングがそれぞれ設けられていることを特徴とする締結工具。 - 請求項1に記載の締結工具であって、
前記第1方向側のスラスト転がりベアリングは、ニードルベアリングで構成されていることを特徴とする締結工具。 - 請求項1または2に記載の締結工具であって、
前記第1方向側のスラスト転がりベアリングは、前記第1機構部の後端部に当接することを特徴とする締結工具。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の締結工具であって、
前記ボルト把持部駆動機構は、前記第1機構部としてのボールナット、および前記第2機構部としてのボールネジシャフトを有するボールネジ機構で構成され、前記ボールナットには、当該ボールナットを前記モータによって回転駆動するボールナット駆動ギアが形成されており、
前記ボールナット駆動ギアの外周部は、前記ハウジングの上部において当該ハウジングの外郭内に位置するよう構成されていることを特徴とする締結工具。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の締結工具であって、
前記モータから前記第1機構部への動力伝達経路には減速用の遊星ギア機構が配置されていることを特徴とする締結工具。
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