JP2020121321A - ブラインドナット締結装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装着動作と締結動作のための機構及び制御が改良されたブラインドナット締結装置を提供することである。【解決手段】ブラインドナット締結装置は、電動モータからスピンシャフトへの回転の伝達を解除するためのクラッチ装置を備える。前記クラッチ装置は、後端側から順にリアクラッチナットとフロントクラッチナットとを備える。前記リアクラッチナットは、前記フロントクラッチナットと係合すると前記電動モータからの回転力を前記フロントクラッチナットに伝達するが、所定の回転負荷により前記フロントクラッチナットから離脱するようになっている。前記フロントクラッチナットは、円筒形状を有し、前記スピンシャフトを軸心部分に配置できるようになっており、前記スピンシャフトの係合部と係合すると前記スピンシャフトに回転力を伝達するが、前記フロントクラッチナットの後方へのストロークとスピンシャフトの先端方向への所定のストロークにより離脱するようになっている。【選択図】図３

Description

本発明は、ブラインドナットを被取付部材に締結する装置に関する。

ブラインドナットを被取付部材に締結する装置（ブラインドナットツール）は、マンドレルの回転（ブラインドナットのマンドレルへの装着）とストローク（ブラインドナット締結）という２つの動作を行う必要がある。

現在の空油圧式のブラインドナットツールの場合は、装着をエアモータで行い、締結を油圧シリンダで行っているが、電動コードレスブラインドナットツールの場合、サイズや重量増の懸念から、装着用と締結用の２つのモータをツールに搭載することは難しい。
従来のＰＯＰ電動コード付きツールの場合は、装着動作と締結動作を１回のトリガ操作で行うため、ブラインドナット装着と締結を個別に動作させることは出来ず装着完了と同時に締結を開始してしまうため、ブラインドナットを事前にワークに挿入するか、ブラインドナットを手で回してツールに装着することが必要となる。

特許文献１のように、１つのモータで装着及び締結を個別に動作可能なツールは存在するが、装着動作と締結動作で２回のトリガ操作を必要とするため作業性が良くない。
また、特許文献２は、マンドレルを押し付けることでブラインドナット装着は可能であるが、装着用にもう１つのモータを必要としている。
また、市場のコードレスツールは、締結管理について、締結ストローク管理又は締結荷重管理のどちらかしか使用できない。特許文献３は、締結力とストロークとともに計測等は出来るが、締結制御は荷重のみで行っている。
また、これらの既存のツールは、ツールの前進端や後退端の位置を確認するため位置確認センサを必要としており、センサが故障した際には、ツールを破損させる恐れがある。

特開平７−２５６３８３号公報 米国２０１１／０２７１５０４号公報 欧州３２０２５３６号公報

従って、本発明の目的は、装着動作と締結動作のための機構及び制御が改良されたブラインドナット締結装置を提供することである。

この目的を達成するため、本発明の１つの態様は、
ブラインドナットを被取付部材に締結するための締結装置であって、
電動モータの回転を伝達するように構成され、第１の伝達系統及び第２の伝達系統を有する動力伝達部と、
前記電動モータの前方に配置され、前記動力伝達部の前記第１の伝達系統により動力を伝えられ回転するジョイントシャフトと、
前記電動モータの前方に配置され、前記動力伝達部の前記第２の伝達系統により動力を伝えられ回転するスピンドルと、
マンドレルの軸部を把持しており、前記ジョイントシャフトの回転に伴い前記マンドレルを回転させるスピンシャフトと、
前記ジョイントシャフトの回転力を前記スピンシャフトに伝達する回転用クラッチと、
前記スピンドルの回転に伴い前記マンドレルをストロークさせるストローク機構と前記スピンドルとの間に配置され、前記スピンドルの回転を前記ストローク機構に伝達するストローク用クラッチと、
を備え、
前記回転用クラッチは、
後端側から順にリアクラッチナットとフロントクラッチナットとを備え、
前記リアクラッチナットは、前記フロントクラッチナットと係合すると前記ジョイントシャフトの回転力を前記フロントクラッチナットに伝達するが、所定の回転負荷により前記フロントクラッチナットから離脱するようになっており、
前記フロントクラッチナットは、円筒形状を有し、前記スピンシャフトを軸心部分に配置できるようになっており、前記スピンシャフトの係合部と係合すると前記スピンシャフトに回転力を伝達するが、前記スピンシャフトの先端方向への所定のストロークにより離脱するようになっており、
前記ストローク用クラッチは、後端側から順にスピンドルクラッチとナットクラッチとを備え、前記スピンドルクラッチは、前記ナットクラッチと係合すると前記スピンドルの回転力を前記ストローク機構に伝達するが、前記マンドレルの後端方向への所定のストロークに伴い前記ナットクラッチから離脱するようになっている、
締結装置である。

前記締結装置において、好ましくは、前記マンドレルをストロークさせる前記ストローク機構は、
前記スピンドルクラッチ及び前記ナットクラッチの回転に伴い回転する円筒状のボールスクリューナットと、
前記ボールスクリューナットの中心部に設けられ、前記ボールスクリューナットの回転に伴い軸方向に移動することにより、前記マンドレルをストロークさせるボールスクリューシャフトと
を備える。

前記締結装置において、好ましくは、前記ボールスクリューシャフトの先端側に配置され、前記ボールスクリューシャフトのストロークに伴いボールスクリューシャフトと同方向に移動するスピンプルヘッドケースを更に備え、
前記スピンプルヘッドケースは、後端方向に所定距離移動すると、前記スピンシャフトの先端側に配置されたスピンプルヘッドと嵌合して、前記スピンプルヘッドと共に前記マンドレルを引き込むように移動させる。

前記締結装置において、好ましくは、
前記マンドレルを軸方向に押圧することにより前記電動モータを始動させるスイッチを更に備え、
前記ブラインドナットを前記マンドレルの先端に配置した状態で前記マンドレルの先端部が後端方向に押圧されると、前記電動モータの前記スイッチが閉状態になり、前記電動モータからの回転力により、前記回転用クラッチと係合する前記スピンシャフトを介して前記マンドレルを回転させ、前記ブラインドナットが前記マンドレルに装着される際に前記マンドレル及び前記スピンシャフトが先端方向にストロークしたことにより、前記スピンシャフトが前記回転用クラッチから離脱すると共に、前記スイッチが開状態になり、
前記スピンシャフトが前記回転用クラッチから離脱した状態で、ユーザの操作によりトリガを介して前記電動モータが始動すると、前記スピンドルが回転すると共に、前記ストローク機構を介して前記マンドレルを後端方向にストロークさせることにより、前記ブラインドナットを前記被取付部材に締結する。

前記締結装置において、好ましくは、前記リアクラッチナットは、
円筒部と、前記円筒部の一端部のフランジ部とを有し、前記フランジ部の前面に複数の第１扇型部分が形成され、前記第１扇型部分は、円周方向の一方の端部が前記フランジ部の端面に垂直な第１垂直面であり、他方の端部が前記フランジ部の端面に対して傾斜した第１傾斜面であり、前記ジョイントシャフトと一体に回転するように構成されており、
前記フロントクラッチナットは、
第１前記扇型部分と相補的な形状の複数の第２扇型部分を有し、前記第２扇型部分は、円周方向の一方の端部が前記フロントクラッチナットの端面に垂直な第２垂直面であり、他方の端部が前記フロントクラッチナットの端面に対して傾斜した第２傾斜面であり、
前記フロントクラッチナットの前記第２扇型部分の前記第２垂直面は、前記リアクラッチナットの前記第１扇型部分の前記第１垂直面と係合することができ、
前記フロントラッチナットの前記第２扇型部分の前記第２傾斜面は、前記リアクラッチナットの前記第１扇型部分の前記第１傾斜面と係合することができ、
前記フロントクラッチナットは、前記リアクラッチナッと一体に回転するように構成される。

前記締結装置において、好ましくは、前記ブラインドナットを前記マンドレルに装着し、前記スピンシャフトが回転できなくなると、前記リアクラッチナットの前記第１扇型部分の前記第１傾斜面と前記フロントクラッチナットの前記第２扇型部分の前記第２傾斜面とはスリップして、前記リアクラッチナットは後方へ移動するようになっている。

前記締結装置において、好ましくは、前記スピンシャフトの前記係合部は、前記係合部より先端側の円柱形状の径より小さい径を有する小径部分を複数有しており、前記スピンシャフトの前記係合部の後端側は、前記係合部の前記小径部分の径より小さい径を有しており、
前記フロントクラッチナットの前記円筒形状の内側形状は、前記係合部と相補的な形状を有している。

本発明によれば、装着動作と締結動作のための制御が改良されたブラインドナット締結装置を提供することができる。

本発明の一実施形態によるブラインドナット締結装置の正面図である。 図１のブラインドナット締結装置のモータ部と、動力伝達部との一部の部品を破断して示す斜視図である。 図１のブラインドナット締結装置の断面図である。 リアクラッチナットの斜視図である。 フロントクラッチナットの斜視図である。 スピンシャフトの斜視図である。 第１クラッチ（リアクラッチナット及びフロントクラッチナット）と第２クラッチ（フロントクラッチナット及びスピンシャフト）の連結状態を示した図である。 ブラインドナット締結装置全体の中に図７の第１クラッチ及び第２クラッチが組み込まれた様子を示す斜視図である。 スピンドルクラッチの斜視図である。 ナットクラッチの斜視図である。 第３クラッチ（スピンドルクラッチ及びナットクラッチ）の連結状態を示した図である。 ブラインドナット締結装置全体の中に図９及び１０の第３クラッチが組み込まれた様子を示す斜視図である。 本発明に係るブラインドナット締結装置の制御部のブロック図を示す。 ブラインドナット締結装置の初期状態の様子を示す断面図である。 ブラインドナットをマンドレルの先端に配置して装着を開始したときの様子を示す断面図である。 ブラインドナット締結装置にブラインドナットの装着が完了した状態を示す断面図である。 ブラインドナットの装着が完了したときにリアクラッチナットとフロントクラッチナット（第１クラッチ）の係合が解除された状態を示す断面図である。 ブラインドナットを被取付部材に締結した状態を示す断面図である。 スピンシャフトの引き込みのオーバーストロークを防止するために第３クラッチが離脱している状態を示す断面図である。

以下、本発明に係るブラインドナット締結装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態によるブラインドナット締結装置の正面図である。図２は、図１のブラインドナット締結装置１のモータ部９と、動力伝達部１１との一部の部品を破断して示す斜視図である。図３は、図１のブラインドナット締結装置１の断面図である。

ブラインドナット締結装置１は、ほぼ円筒形状のツールハウジングに収容されたブラインドナット締結機構と、この締結機構の中間位置からほぼ直交して垂下するように延びるハンドル３とを備える。ハンドル３の下部には、バッテリが取り外し可能に取付けられている。（バッテリは図示せず。）

ブラインドナット締結装置１の先端部にはマンドレル７５があり、後述するように、マンドレル７５の先端にブラインドナット７０を配置して押圧するとモータ部９の電動モータが作動し、マンドレル７５にブラインドナット７０を自動的に装着することができるようになっている。

ハンドル３の上部には、トリガ６が設けられる。作業者がトリガ６を引くと、マンドレル７５が後端方向に引き込まれることによりブラインドナット７０の締結動作を行うようになっている。

図１及び２に示すように、ブラインドリベット締結機構は、前方（図１の左側）のノーズ７と、後方（図１の右側）のモータ部９と、中央部の動力伝達部１１とを含む。モータ部９には、ブラシレスモータ１２からなる電動モータが収容される。ノーズ７には、マンドレル７５の軸部を把持して引き込むための構成が設けられている。

[モータ部]
図１から３の後端位置に示されるモータ部９について説明する。一実施形態では、電動モータはブラシレスモータ１２である。ブラシレスモータ１２は、回転子は磁石であり、巻線回路は固定子側にある。ブラシレスモータ１２に組み込まれたホール素子１３Ａ（磁気センサー）で回転子の回転角度を検出する。ブラシレスモータ１２用の電子回路は、回転子の磁極に合わせたタイミングでスイッチングをしている。ブラシレスモータ１２の回転子の回転数を検出することにより、スピンシャフト５０等の引き込みの軸方向の位置を求めることが出来る。
回転子の回転検出にホール素子以外の公知の素子を使用することもできる。また、遊星ギヤを設けて、ブラシレスモータ１２の回転数を下げてから、動力伝達部に伝達するようにしてもよい。

[動力伝達部]
動力伝達部１１は、ブラシレスモータ１２の回転をジョイントシャフト２３に伝える第１の伝達系統と、ブラシレスモータ１２の回転をスピンドル１４に伝える第２の伝達系統との２つの系統を有する。ジョイントシャフト２３の回転動作はスピンシャフト５０を回転させる機能に寄与するものであり、スピンドル１４の回転動作は、スピンシャフト５０をストロークさせる機能に寄与するものである。

図２に示されるように、モータ部９とノーズ７との間に、動力伝達部１１が設けられる。動力伝達部１１は、モータギヤ１５と、後部ギヤ１９と、第２シャフト１８と、前部ギヤ２１と、スピンドルギヤ１７と、を含む。

動力伝達部１１のモータ部９側には、ブラシレスモータ１２のモータシャフトに連結されたモータギヤ１５が配置され、その前方側には、モータシャフトの軸心と同軸の軸心を有するスピンドル１４に連結されたスピンドルギヤ１７が配置されている。

モータギヤ１５は、その前方のジョイントシャフト２３に回転力を与え、ジョイントシャフト２３の回転は、後述するように、リアクラッチナット６１及びフロントクラッチナット６２を介してスピンシャフト５０に伝達されるようになっている。

一方、モータギヤ１５とスピンドルギヤ１７との間の下方の空間に、第２シャフト１８が設けられている。第２シャフト１８は、ブラシレスモータ１２のモータシャフトとスピンドル１４の軸線に平行な方向に、軸回りに回転可能に支持されている。第２シャフト１８の後端には、モータギヤ１５に係合する後部ギヤ１９が取付けられ、第２シャフト１８の前端には、スピンドルギヤ１７に係合する前部ギヤ２１が取付けられている。第２シャフト１８は、１本のシャフトであり、後部ギヤ１９と前部ギヤ２１とを結合する。第２シャフト１８、前部ギヤ２１等は、ツールハウジング内に収容される。

モータギヤ１５に後部ギヤ１９が係合しているので、ブラシレスモータ１２が正方向に回転すると第２シャフト１８は逆方向に回転する。前部ギヤ２１がスピンドルギヤ１７に係合しているので、第２シャフト１８が逆回転すると、スピンドルギヤ１７が正回転し、スピンドル１４は正方向に回転する。これによって、スピンドル１４は、ブラシレスモータ１２と同じ方向に回転する。このように、ブラシレスモータ１２の回転は第２シャフト１８を介してスピンドル１４に伝達される。スピンドル１４の回転は、後述するように、スピンドルクラッチ６３及びナットクラッチ６４に伝達され、更に、その後段で、スピンシャフト５０をストロークさせる機構（ストローク機構）に伝達されるようになっている。

なお、モータギヤ１５と後部ギヤ１９、及び、前部ギヤ２１とスピンドルギヤ１７のギヤ比は、ブラシレスモータ１２の出力とブラインドナットの締結力との兼ね合いによって任意に定められる。

更に、制御部が、これに限定されるものではないが、例えば、ハンドル３等に設けられており、制御部は、後述する図１３のモータ制御回路８により各種制御を行う。

[ブラインドナット装着時のスピンシャフト（マンドレル）の回転動作]
マンドレル７５の前方より、ブラインドナット７０を押し当てると、スピンプルヘッド２６、スピンシャフト５０、ピン２４及びピンホルダ２５を経由して、検出カラー２２が押されスイッチ１０が閉状態になる。スイッチ１０は、制御部に接続されており、その信号を検知してブラシレスモータ１２を一定数回転させる。

マンドレル７５は、第１減速部１６からのモータギヤ１５がジョイントシャフト２３に繋がっているため、リアクラッチナット６１及びフロントクラッチナット６２（第１クラッチ）とフロントクラッチナット６２及びスピンシャフト５０（第２クラッチ）を経由して、第１減速部１６の減速比で回転する。

マンドレル７５の一定数の回転によりブラインドナット７０がマンドレル７５に徐々に装着される間に、ボールスクリューシャフト３６が一定距離ストロークすると、第２クラッチが離脱して（詳細機構は後述）、ブラシレスモータ１２の回転が伝わらないようになっている。また、マンドレル７５に対するブラインドナット７０の装着が完了し、ある一定の回転負荷がかかると、第１クラッチが離脱して（詳細機構は後述）、スピンシャフトへの回転力が伝わらなくなり、マンドレル７５の回転が止まり、ブラインドナット７０が回転力によって座屈しないようになっている。

[ブラインドナット締結時のスピンシャフト（マンドレル）のストローク動作（引き込み動作）]
マンドレル７５にブラインドナット７０が装着された後のブラインドナットを被取付部材に締結する時には、以下に説明するストローク機構により、マンドレル７５を後端方向に引き込むようなストローク動作が行われる。

ここで、マンドレル７５にブラインドナット７０が装着された状態では、スピンシャフト５０は前方にストロークしており、後述するように、第２クラッチ（フロントクラッチナット６２及びスピンシャフト５０）は離脱している。したがって、マンドレル７５へのブラインドナット７０の装着が完了した段階では、スピンシャフト５０に対する回転力は伝わらないようになっている。

また、マンドレル７５にブラインドナット７０が装着される段階において、スピンドル１４の回転は、第３クラッチ（スピンドルクラッチ６３及びナットクラッチ６４）に繋がる。そして、第３クラッチの回転は、ボールスクリューナット４４を回転させて、ボールスクリューナット４４の内ねじとボールスクリューシャフト３６の外ねじの螺合により、ボールスクリューシャフト３６を軸方向にストロークさせる。

スピンプルヘッドケース２７が、ボールスクリューシャフト３６の前段に配置されており、ボールスクリューシャフト３６のストロークに伴いボールスクリューシャフト３６と同方向に移動する。スピンプルヘッドケース２７は、後端方向に所定距離だけ移動すると、スピンシャフト５０の前段に配置されたスピンプルヘッド２６と嵌合するように構成されており、この段階から、スピンプルヘッド２６はマンドレル７５と共に後端方向に引き込まれることになる。

ただし、マンドレル７５へのブラインドナット７０の装着が完了する前の段階では、スピンプルヘッド２６とスピンプルヘッドケース２７の間には軸方向の隙間が存在するように設定されており、この段階ではマンドレル７５はストロークしないようになっている。

その後、マンドレル７５へのブラインドナット７０の装着が完了された状態では、ボールスクリューナット４４が所定数回転していることによりボールスクリューシャフト３６が後方にストロークしており、スピンプルヘッド２６とスピンプルヘッドケース２７の間には軸方向の隙間がなくなっている。

したがって、この状態でトリガ６を引くと、ブラシレスモータ１２の回転はスピンドル１４経由で、第３クラッチ（スピンドルクラッチ６３及びナットクラッチ６４）に伝達され、第３クラッチからの回転力によりボールスクリューナット４４を回転させてボールスクリューシャフト３６を引き込む方向にストロークさせる。この時、ボールスクリューシャフト３６に連動するスピンプルヘッドケース２７は、スピンプルヘッド２６を介してスピンシャフト５０及びマンドレル７５を回転させることなく引き込むことになり、ブラインドナット７０を被取付部材に締結することが可能となる。

[クラッチの概要]
上述の通り、本発明では、クラッチとして、第１クラッチ（リアクラッチナット６１及びフロントクラッチナット６２）と第２クラッチ（フロントクラッチナット６２及びスピンシャフト５０）と第３クラッチ（スピンドルクラッチ６３及びナットクラッチ６４）を備えている。

第１クラッチ及び第２クラッチは、ジョイントシャフト２３の回転力をスピンシャフト５０の回転に伝える機能を有する。第２クラッチは、スピンシャフト５０の一定のストロークによりスピンシャフト５０に回転力を伝えないようにする機能を有する。また、第１クラッチは、一定の回転負荷により離脱して回転力を伝えないようにする機能を有する。

また、第３クラッチは、スピンドル１４の回転力をボールスクリューナット４４に伝えることにより、ボールスクリューシャフト３６及びスピンシャフト５０のストロークに繋げると共に、スピンシャフト５０が一定のストロークを超えてオーバーストロークしないように回転力をボールスクリューナット４４に伝えないようにする機能を有する。

[第１クラッチ]
第１クラッチの構造は、図４に示されるリアクラッチナット６１と図５に示されるフロントクラッチナット６２から説明できる。

リアクラッチナット６１は、先端にフランジ部を有し、フランジ部は、半径方向に一定の幅を有する円弧形状に一段高い第１扇型部分６１Ａが形成されている。第１扇型部分６１Ａは、図４の例では、等間隔に３個形成されているが、２個であってもよく、４個以上であってもよい。第１扇型部分６１Ａの円周方向の一方の端面は、フランジ部の面に対して垂直な第１垂直面６１Ｂであり、他方の端面は、フランジ部の面に対して傾斜した第１傾斜面６１Ｃである。また、リアクラッチナット６１は、フランジ部の後端側に後端部６１Ｄが形成されており、更に後段のジョイントシャフト２３からの回転力を受けるようになっている。

フロントクラッチナット６２は、リアクラッチナット６１の前段に配置され、リアクラッチナット６１と係合するようになっている。

フロントクラッチナット６２は、スピンシャフト５０を中央に挿入可能できるように円筒部６２Ａを有しており、後端面に、半径方向に一定の幅を有する円弧形状に一段高い第２扇型部分６２Ｂを有している。第２扇型部分６２Ｂは、図５の例では、等間隔に３個形成されているが、２個であってもよく、４個以上であってもよい。第２扇型部分６２Ｂは、リアクラッチナット６１の第１扇型部分６１Ａが無い部分に入り込むことのできる形状である。すなわち、リアクラッチナット６１の第１扇型部分６１Ａとフロントクラッチナット６２の第２扇型部分６２Ｂは、相補的な形状である。第２扇型部分６２Ｂの円周方向の一方の端面は、フロントクラッチナット６２の後端面に対して垂直な第２垂直面６２Ｃであり、他方の端面は、フロントクラッチナット６２の後端面に対して傾斜した第２傾斜面６２Ｄである。

リアクラッチナット６１の第１傾斜面６１Ｃは、マンドレル７５にブラインドナット７０を装着するようにモータが正回転しているときにフロントクラッチナット６２の第２傾斜面６２Ｄと当接する。マンドレル７５へのブラインドナット７０の装着が完了し、スピンシャフトの回転に対する抵抗が増すことにより、この当接部分に一定の負荷がかかると、第１傾斜面６１Ｃと第２傾斜面６２Ｄの傾斜構造により、リアクラッチナット６１の第１扇型部分６１Ａは、フロントクラッチナット６２の第２扇型部分６２Ｂは係合が解除されて回転力が伝わらないようになっており、このときリアクラッチナット６１はスプリング３２に支持されながら後端方向へ移動する。

一方、リアクラッチナット６１の第１垂直面６１Ｂは、モータが逆回転しているときにフロントクラッチナット６２の第２垂直面６２Ｃと当接するようになっており、マンドレル７５からブラインドナット７０を外す際の負荷に耐えられるようになっている。

[第２クラッチ]
第２クラッチの構造は、図５に示されるフロントクラッチナット６２と図６に示されるスピンシャフト５０から説明できる。

スピンシャフト５０は、上述の通り、フロントクラッチナット６２の中央（軸心部分）に挿入可能であり、ストロークによりフロントクラッチナット６２に対して軸方向に相対移動する。スピンシャフト５０は、フロントクラッチナット６２が係合部５０ａの位置にあるときにフロントクラッチナット６２の内側形状と係合するようになっている。スピンシャフト５０は係合部５０ａの先端側は、円柱形状をしており、係合部５０ａは、先端側の円柱形状の径と同程度の径を有する第１の部分と、先端側の円柱形状の径より小さい径を有する第２の部分（小径部分）とからなる。係合部５０ａにおいて、第１の部分と第２の部分は、複数個設けられている。スピンシャフト５０の係合部５０ａの後端側も円柱形状をしているが、第２の部分（小径部分）の径よりも小さい径で形成されている。フロントクラッチナット６２の内側形状は、係合部５０ａの第１及び第２の部分と嵌合するように相補的な形状を有している。フロントクラッチナット６２の中央（軸心部分）にスピンシャフト５０を挿入した状態において、フロントクラッチナット６２は、スピンシャフト５０の係合部５０ａの先端側と後端側の径の大きさの関係により、係合部５０ａよりも先端側に移動できないが、後端側には移動できるようになっている。このような構成により、フロントクラッチナット６２は、スピンシャフト５０の係合部５０ａから後端側に移動することにより係合が解除されるようになっている。
スピンシャフト５０とフロントクラッチナット６２とが係合しているときに、フロントクラッチナット６２に回転力が伝わるとスピンシャフト５０が回転する。

[第１クラッチ及び第２クラッチ（回転用クラッチ）]
上述の通り、第１クラッチ及び第２クラッチは、スピンシャフト５０に回転力を伝えるか否かを制御するものである。

図７は、第１クラッチとして、リアクラッチナット６１とフロントクラッチナット６２を連結することに加えて、第２クラッチとして、スピンシャフト５０とフロントクラッチナット６２が更に連結された様子を示している。また、図８は、ブラインドナット締結装置全体の中に図７の第１クラッチ及び第２クラッチが組み込まれた様子を示す斜視図である。

図７の状態では、ジョイントシャフト２３からの回転力が、リアクラッチナット６１及びフロントクラッチナット６２を介してスピンシャフト５０に伝わり、マンドレル７５を回転させることができる。

図７の状態では、リアクラッチナット６１及びフロントクラッチナット６２は互いに係合しており一体となって回転するが、リアクラッチナット６１及びフロントクラッチナット６２に対するスピンシャフト５０の相対位置が軸方向に移動して、スピンシャフト５０とフロントクラッチナット６２の係合が解除されると、スピンシャフト５０への回転力が伝わらなくなる。また、ナットの装着が完了し、リアクラッチナット６１にかかる回転負荷が一定以上になると、リアクラッチナット６１とフロントクラッチナット６２の上記の形状特性により、リアクラッチナット６１の第１傾斜面６１Ｃとフロントクラッチナット６２の第２傾斜面６２Ｄがスリップし、これらの係合が解除され、スピンシャフト５０への回転力が伝わらなくなる。
すなわち、第１クラッチ及び第２クラッチは、回転負荷又はストロークにより離脱するように構成されている。

[第３クラッチ（ストローク用クラッチ）]
第３クラッチの構造は、図９に示されるスピンドルクラッチ６３と図１０に示されるナットクラッチ６４から説明できる。

図１１は、スピンドルクラッチ６３とナットクラッチ６４とを連結した様子を示している。また、図１２は、ブラインドナット締結装置全体の中に図９及び１０の第３クラッチが組み込まれた様子を示す斜視図である。

スピンドルクラッチ６３は、スピンドル１４に繋がる円筒部６３Ｄと、円筒部６３Ｄの前段に形成されたフランジ部６３Ｃとを有する。フランジ部６３Ｃは、前段のナットクラッチ６４と係合するための係合部６３Ａを有する。フランジ部６３Ｃの一部には、半径方向外側に突出した凸部６３Ｂが形成されている。凸部６３Ｂは、スピンドル１４に形成された軸方向に延びるスロット（図示せず）に係合しており、スピンドル１４の回転に伴い、スピンドルクラッチ６３を回転させる。

ナットクラッチ６４は、スピンドルクラッチ６３の前段に配置されており、円筒部６４Ｂとスピンドルクラッチ６３と係合するための係合部６４Ａを有する。係合部６４Ａは、スピンドルクラッチ６３の係合部６３Ａの回転に伴い前段のボールスクリューナット４４を回転させることにより、ボールスクリューシャフト３６を軸方向にスクロールさせる。
第３クラッチは、後述するように、締結時にマンドレル７５を引き込む方向にストロークするが、この場合に、所定距離以上にストロークすると、ナットクラッチ６４は、スピンドルクラッチ６３から離脱して、オーバーストロークを防止することができる。

[制御ブロック図]
図１３は、本発明に係るブラインドナット締結装置の制御部のブロック図を示す。
モータ制御回路８は、ホール素子１３A、ブラシレスモータ１２、バッテリ５を制御する。例えば、モータ制御回路８は、ブラシレスモータ１２のパルスカウントからストロークを計算し、負荷電流から締結荷重を計算し、リニアセンサや荷重センサなしで、マルチ制御を可能にし得る。また、タッチパネル式のディスプレイ２により、作業者（ユーザ）が容易に装置のストロークや締結荷重の設定を変更できるように構成することができる。

また、モータ制御回路８は、トリガ６、マンドレル押圧検出用のスイッチ１０及びＦＲレバースイッチ４からの入力を受けてブラシレスモータ１２を作動させる。例えば、マンドレルの過剰ストロークにより、ブラインドナット７０のねじを変形させてしまった場合、ＦＲレバースイッチ４のスイッチをオンにすることにより強制逆転ができるように構成してもよい。なお、ＦＲレバースイッチ４による逆回転時には、第１クラッチ及び第２クラッチは上述した構造により、離脱しないようになっており、確実に回転トルクをマンドレル７５に伝えられるようになっている。

[動作フロー]
ブラインドナット７０のマンドレル７５への装着から被取付部材７２への締結までの処理に対応する各構成要素の動作について、図１４から図１９を用いて説明する。

図１４は、ブラインドナット締結装置１の初期状態の様子を示す断面図である。スイッチ１０は開状態となっている。

図１５は、ブラインドナット７０をマンドレル７５の先端に配置して装着を開始したときの様子を示す断面図である。ブラインドナット７０をマンドレル７５の先端に配置した状態で、作業者（ユーザ）がブラインドナット７０をマンドレル７５の軸方向に押圧すると、マンドレル７５が図１５の右方向にストロークし、これに連動してスピンシャフト５０及び検出カラー２２も右方向にストロークする。そうすると、スピンシャフト５０は、フロントクラッチナット６２が係合部５０ａの位置にあるときにフロントクラッチナット６２の内側形状と係合するようになると共に、スイッチ１０が検出カラー２２と接続され閉状態になり、ブラシレスモータ１２が作動する。このとき、リアクラッチナット６１及びフロントクラッチナット６２も互いに係合している。したがって、ジョイントシャフト２３からの回転力が、リアクラッチナット６１、フロントクラッチナット６２及びスピンシャフト５０に伝わり一体となって回転することにより、マンドレル７５の回転を始動させる。なお、リアクラッチナット６１は、後段のピンホルダ２５との間に配置されたスプリング３２により支持されており、リアクラッチナット６１は、このとき、スプリング３２によりフロントクラッチナット６２を前方へ押圧し、フロントクラッチナット６２と係合した状態を保持するようになっている。

図１６は、ブラインドナット７０のマンドレル７５への装着が完了した状態を示す断面図である。図１５の状態から、マンドレル７５が回転することに伴いブラインドナット７０はマンドレル７５に徐々に装着されると共にマンドレル７５は先端方向に向かって徐々にストロークする。そして、ブラインドナット７０が完全にマンドレル７５に装着される位置までマンドレル７５及びスピンシャフト５０が先端方向にストロークすると、スピンシャフト５０の係合部５０aは、フロントクラッチナット６２より先端方向にずれた位置まで移動しており、スピンシャフト５０の係合部５０ａとフロントクラッチナット６２の内側形状（第２クラッチ）とは係合しなくなる。これによって、マンドレル７５及びスピンシャフト５０には回転力が伝わらなくなり、マンドレル７５の回転も止まる。また、ナットの装着が完了し、リアクラッチナット６１にかかる回転負荷が一定以上になると、リアクラッチナット６１とフロントクラッチナット６２の上記に形状特性により、これらの係合が解除され、スピンシャフト５０への回転力が伝わらなくなる。また、このタイミングで、スピンシャフト５０及び検出カラー２２も左方向にストロークしており、スイッチ１０は検出カラー２２と接しなくなり、スイッチ１０は開状態になる。

図１７は、ブラインドナット７０の装着が完了した後にリアクラッチナット６１とフロントクラッチナット６２（第１クラッチ）の係合が解除された状態を示す断面図である。ナットの装着が完了すると、上述の通り、リアクラッチナット６１にかかる回転負荷が所定以上になる。このとき、リアクラッチナット６１とフロントクラッチナット６２の上述の形状特性により、これらの係合が解除され、スピンシャフト５０への回転力が伝わらなくなる。なお、リアクラッチナット６１は、第１クラッチの離脱時には、伸縮を繰り返すスプリング３２によって保持されるように構成してもよい。

ブラインドナット７０の装着が完了した状態では、スピンドル１４及びボールスクリューナット４４が所定数回転していることによりボールスクリューシャフト３６が後方にストロークしており、図１４の初期状態と比較すると、スピンプルヘッド２６とスピンプルヘッドケース２７の間の隙間がなくなっている。なお、これは、ブラシレスモータ１２と回転数とストローク距離の関係から事前にスピンプルヘッド２６とスピンプルヘッドケース２７の間の距離を設定しておくことにより実現可能である。

したがって、この状態でトリガ６を引くと、ブラシレスモータ１２の回転がスピンドル１４経由で、第３クラッチ（スピンドルクラッチ６３及びナットクラッチ６４）に伝達され、第３クラッチからの回転力によりボールスクリューナット４４を回転させてボールスクリューシャフト３６を引き込む方向にストロークさせる。この時、ボールスクリューシャフト３６に連動するスピンプルヘッドケース２７は、スピンプルヘッド２６を介してスピンシャフト５０及びマンドレル７５を回転させることなく引き込むことになり、ブラインドナット７０が被取付部材に締結される。

図１８は、ブラインドナット７０を被取付部材７２に締結した状態を示す断面図である。
上述の通り、マンドレル７５へのブラインドナット７０の装着が完了した状態では、第１クラッチ及び第２クラッチ（回転用クラッチ）の係合が解除され、スピンシャフト５０への回転力が伝わらなくなっている。

ここで、トリガ６を引いてから締結完了までのストローク量に相当するブラシレスモータ１２の回転数を事前に制御部により設定し、締結動作において、その設定された回転数だけブラシレスモータ１２が回転したタイミングで、自動的にブラシレスモータ１２の回転方向を逆回転に切り替えるように設定してもよい。（ストローク管理）
又、締結時にブラシレスモータに流れる負荷電流から締結荷重を計算して、設定した締結荷重になったタイミングで、自動的にブラシレスモータ１２の回転方向を逆回転に切り替えるように設定してもよい。（締結荷重管理）

ブラインドナット７０の締結後、ブラシレスモータ１２の逆回転により、第２クラッチがスピンシャフト５０に対して相対的に先端方向に移動し、再度、第２クラッチが繋がることになる。そうすると、マンドレル７５にはブラシレスモータ１２の逆回転が伝わり、ブラインドナット７０をマンドレルから外すことが可能となる。また、このとき、マンドレル７５が前進方向にオーバーストロークしないように、マンドレルが原位置に復帰するように移動すると、第３クラッチが離脱するようになっている。

なお、スピンドルクラッチ６３は、後段のスピンドル１４との間に配置されたスプリング３３により支持されており、スピンドルクラッチ６３は、このとき、スプリング３３によりナットクラッチ６４を前方へ押圧し、ナットクラッチ６４と係合した状態を保持するようになっている。

図１９は、スピンシャフト５０の引き込みのオーバーストロークを防止するために第３クラッチが離脱している状態を示す断面図である。スピンシャフト５０の引き込みのストロークが所定距離になると、ボールスクリューシャフト３６についているテールキャップ４６が第３クラッチのスピンドルクラッチ６３を後端方向に移動させて、第３クラッチを離脱させる。これにより、センサレスでツールの故障を防止することができる。

本発明によれば、装着及び締結を個別に動作可能とし、また、装着動作を自動的に処理することにより、１回のトリガ操作で装着動作と締結動作が可能となる。この点、第１第２クラッチ及び第３クラッチを搭載することにより、ツール内部におけるストローク位置の確認のためのセンサが必要なく装着動作と締結動作を行うことができる。また、１つのモータにより、２つの動力伝達系統の制御によるマンドレルの回転動作とストロークが可能となる。

以上のように、本発明に係るブラインドナット締結装置の実施の一形態及び実施例について説明してきたが、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、これに種々の変更を加え得るものであることは容易に理解される。そして、それらが特許請求の範囲の各請求項に記載した事項、及びそれと均等な事項の範囲内にある限り、当然に本発明の技術的範囲に含まれる。上記の実施例は、クラッチの係合が所定の形状に基づくものであったが、これはあくまでも一例であり、本発明がこの特定の具体例に限定されるものではない。

１ ブラインドナット締結装置
２ ディスプレイ
３ ハンドル
４ ＦＲレバースイッチ
５ バッテリ
６ トリガ
７ ノーズ
８ モータ制御回路
９ モータ部
１０ スイッチ
１１ 動力伝達部
１２ ブラシレスモータ
１３ 電動モータ
１３Ａ ホール素子
１４ スピンドル
１５ モータギヤ
１６ 第１減速部（遊星）
１７ スピンドルギヤ
１８ 第２シャフト
１９ 後部ギヤ
２１ 前部ギヤ
２２ 検出カラー
２３ ジョイントシャフト
２４ ピン
２５ ピンホルダ
２６ スピンプルヘッド
２７ スピンプルヘッドケース
３１ スプリング
３２ スプリング
３３ スプリング
３６ ボールスクリューシャフト
４４ ボールスクリューナット
４６ テールキャップ
５０ スピンシャフト
５０ａ 係合部
６１ リアクラッチナット
６１Ａ 第１扇型部分
６１Ｂ 第１垂直面
６１Ｃ 第１傾斜面
６１Ｄ 後端部
６２ フロントクラッチナット
６２Ａ 円筒部
６２Ｂ 第２扇型部分
６２Ｃ 第２垂直面
６２Ｄ 第２傾斜面
６３ スピンドルクラッチ
６３Ａ 係合部
６３Ｂ 凸部
６３Ｃ フランジ部
６３Ｄ 円筒部
６４ ナットクラッチ
６４A 係合部
６４B 円筒部
７０ ブラインドナット
７２ 被取付部材
７５ マンドレル

Claims (7)

1. ブラインドナットを被取付部材に締結するための締結装置であって、
   電動モータの回転を伝達するように構成され、第１の伝達系統及び第２の伝達系統を有する動力伝達部と、
   前記電動モータの前方に配置され、前記動力伝達部の前記第１の伝達系統により動力を伝えられ回転するジョイントシャフトと、
   前記電動モータの前方に配置され、前記動力伝達部の前記第２の伝達系統により動力を伝えられ回転するスピンドルと、
   マンドレルの軸部を把持しており、前記ジョイントシャフトの回転に伴い前記マンドレルを回転させるスピンシャフトと、
   前記ジョイントシャフトの回転力を前記スピンシャフトに伝達する回転用クラッチと、
   前記スピンドルの回転に伴い前記マンドレルをストロークさせるストローク機構と前記スピンドルとの間に配置され、前記スピンドルの回転を前記ストローク機構に伝達するストローク用クラッチと、
   を備え、
   前記回転用クラッチは、
   後端側から順にリアクラッチナットとフロントクラッチナットとを備え、
   前記リアクラッチナットは、前記フロントクラッチナットと係合すると前記ジョイントシャフトの回転力を前記フロントクラッチナットに伝達するが、所定の回転負荷により前記フロントクラッチナットから離脱するようになっており、
   前記フロントクラッチナットは、円筒形状を有し、前記スピンシャフトを軸心部分に配置できるようになっており、前記スピンシャフトの係合部と係合すると前記スピンシャフトに回転力を伝達するが、前記スピンシャフトの先端方向への所定のストロークにより離脱するようになっており、
   前記ストローク用クラッチは、後端側から順にスピンドルクラッチとナットクラッチとを備え、前記スピンドルクラッチは、前記ナットクラッチと係合すると前記スピンドルの回転力を前記ストローク機構に伝達するが、前記マンドレルの後端方向への所定のストロークに伴い前記ナットクラッチから離脱するようになっている、
   締結装置。
2. 前記マンドレルをストロークさせる前記ストローク機構は、
   前記スピンドルクラッチ及び前記ナットクラッチの回転に伴い回転する円筒状のボールスクリューナットと、
   前記ボールスクリューナットの中心部に設けられ、前記ボールスクリューナットの回転に伴い軸方向に移動することにより、前記マンドレルをストロークさせるボールスクリューシャフトと
   を備えた請求項１に記載の締結装置。
3. 前記ボールスクリューシャフトの先端側に配置され、前記ボールスクリューシャフトのストロークに伴い前記ボールスクリューシャフトと同方向に移動するスピンプルヘッドケースを更に備え、
   前記スピンプルヘッドケースは、後端方向に所定距離移動すると、前記スピンシャフトの先端側に配置されたスピンプルヘッドと嵌合して、前記スピンプルヘッドと共に前記マンドレルを引き込むように移動させる、
   請求項２に記載の締結装置。
4. 前記マンドレルを軸方向に押圧することにより前記電動モータを始動させるスイッチを更に備え、
   前記ブラインドナットを前記マンドレルの先端に配置した状態で前記マンドレルの先端部が後端方向に押圧されると、前記電動モータの前記スイッチが閉状態になり、前記電動モータからの回転力により、前記回転用クラッチと係合する前記スピンシャフトを介して前記マンドレルを回転させ、前記ブラインドナットが前記マンドレルに装着される際に前記マンドレル及び前記スピンシャフトが先端方向にストロークしたことにより、前記スピンシャフトが前記回転用クラッチから離脱すると共に、前記スイッチが開状態になり、
   前記スピンシャフトが前記回転用クラッチから離脱した状態で、ユーザの操作によりトリガを介して前記電動モータが始動すると、前記スピンドルが回転すると共に、前記ストローク機構を介して前記マンドレルを後端方向にストロークさせることにより、前記ブラインドナットを前記被取付部材に締結する、
   請求項１から３のいずれか１つに記載の締結装置。
5. 前記リアクラッチナットは、
   円筒部と、前記円筒部の一端部のフランジ部とを有し、前記フランジ部の前面に複数の第１扇型部分が形成され、前記第１扇型部分は、円周方向の一方の端部が前記フランジ部の端面に垂直な第１垂直面であり、他方の端部が前記フランジ部の端面に対して傾斜した第１傾斜面であり、前記ジョイントシャフトと一体に回転するように構成されており、
   前記フロントクラッチナットは、
   前記第１扇型部分と相補的な形状の複数の第２扇型部分を有し、前記第２扇型部分は、円周方向の一方の端部が前記フロントクラッチナットの端面に垂直な第２垂直面であり、他方の端部が前記フロントクラッチナットの端面に対して傾斜した第２傾斜面であり、
   前記フロントクラッチナットの前記第２扇型部分の前記第２垂直面は、前記リアクラッチナットの前記第１扇型部分の前記第１垂直面と係合することができ、
   前記フロントクラッチナットの前記第２扇型部分の前記第２傾斜面は、前記リアクラッチナットの前記第１扇型部分の前記第１傾斜面と係合することができ、
   前記フロントクラッチナットは、前記リアクラッチナットと一体に回転するように構成される、
   請求項１から４のいずれか１つに記載の締結装置。
6. 前記ブラインドナットを前記マンドレルに装着し、前記スピンシャフトが回転できなくなると、前記リアクラッチナットの前記第１扇型部分の前記第１傾斜面と前記フロントクラッチナットの前記第２扇型部分の前記第２傾斜面とはスリップして、前記リアクラッチナットは後方へ移動するようになっている
   請求項５に記載の締結装置。
7. 前記スピンシャフトの前記係合部は、前記係合部より先端側の円柱形状の径より小さい径を有する小径部分を複数有しており、前記スピンシャフトの前記係合部の後端側は、前記係合部の前記小径部分の径より小さい径を有しており、
   前記フロントクラッチナットの前記円筒形状の内側形状は、前記係合部と相補的な形状を有している、
   請求項１から６のいずれか１つに記載の締結装置。

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