JP2683185B2 - ボルト・ナット締付機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は主として建築・土木工事
等のボルト接合に使用するボルト・ナット締付機に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の斯種ボルト・ナット締付機におけ
る締付けトルクの制御装置は、通常の使用状態における
ボルト・ナットの締付トルクと回転駆動源である電動モ
ータの電流値が比例関係にあることに基づき、電動モー
タの電流値を電気的に計測し制御することにより締付ト
ルクを制御するものであり、電動モータの電流値が目標
とするボルト・ナット締付トルクに対応した値になった
ときにモータへの通電を遮断するよう構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする問題点】このように従来のボ
ルト・ナット締付機は、電動モータの電流値を制御する
ことにより所定のボルト・ナットの締付トルクを得よう
とするものであるが、目標とする締付トルクが低い場
合、モータ起動時の起動電流の方が締付トルクに対応す
る電流値よりも高くなってしまい、制御出来ないという
問題がある。従って、起動電流を低減する為の制御回路
を付加し、或いは締付可能な低トルク域を高くせねばな
らなかった。

【０００４】また、出力回転速度が速くて締め付け時間
が非常に短い場合も、締付トルクに対応する電流値が起
動電流の中に埋もれてしまい制御出来ないという問題が
ある。更に、ボルト・ナット締付機を使用する作業現場
では、例えば電気容量の不足、延長コードの過度な使
用、複数台の電動機器の同時起動等、電圧降下を起こす
場合があり、電圧降下によってボルト・ナットの締付ト
ルクと電動モータの電流値の関係が通常の使用状態と異
なってしまい、正確な締付トルクを得る事が出来ない問
題がある。その他、電流の制御回路が締付機とは別のケ
ースに組み込まれ、コード線の途中に連結されているも
のが多く、取扱いが不便であり、制御回路そのものが高
価であることも問題である。

【０００５】回転体の伝達トルクを、捻りバネの撓みと
いう機械的変化に置き換え、この撓みが所定の値になっ
たときにモータへの通電を遮断する装置も提案されてい
る（特開昭５３−７５５９７号）が、これは、回転体と
モータを筒状ケース内に同軸上に配備した電動ドライバ
ーである。ボルト・ナット締付機は、ビス締め用の電動
ドライバーに比べて大きな出力を必要とし、そのためモ
ータも大型化し、装置全体の重量も電動ドライバーとは
比較ならぬほど大である。しかし、作業者が手で支持し
て使用できることが要求されるため、一般にケースの基
端に筒状ケースと直交してハンドルを突設し、該ハンド
ルトと平行にモータを配備して、一方の手でハンドル
を、他方の手でケースの先端側を支持して、モータを含
む締付機全体の重量が嵩んでも、扱い易くしている。し
かし、モータ軸とケース内の回転軸が直交するため、回
転伝達経路に傘歯車を介在させることが余儀なくされ
る。

【０００６】本発明は、この傘歯車のスペースを利用し
て、装置の大型化を来すことなく、締付けトルクの機械
的検出ができ、作業性の面からも実用に供することので
きるボルト・ナット締付機を明らかにするものである。

【０００７】

【課題を解決する手段】本発明のボルト・ナット締付機
は、筒状ケース（１）の基端に該ケースの軸心と略直交
してハンドル（１１）を突設し、該ハンドルの内側にハ
ンドルと略平行に電動モータ（４）を配備し、筒状ケー
ス（１）内の基端側に配備した回転軸（５１）と該ケー
ス（１）の先端に配備した締付けソケット（３）とを遊
星歯車減速機構（２）を介して連繋し、ケース（１）に
は該ソケット（３）によってボルト・ナットを締め付け
る時に生じる締付け反力を隣接の部材、或いはボルト・
ナットに受けさせる反力受け（３１）を突設し、モータ
（４）とソケット（３）との間の回転伝達系統にボルト
・ナットに対する締付け反力が所定の値になったときに
モータへの通電を遮断するトルク検知制御機構（５）を
組込んで構成され、トルク検知制御機構（５）は、前記
回転軸（５１）に該軸に対して一定の角度だけ回転可能
に嵌まり端部の傘歯車（６５）を、モータ（４）と平行
に配備した駆動傘歯車（６０）に噛合した回転体（６）
と、回転軸（５１）に該軸の回転方向に回転可能且つ位
置決め可能に配備されたトルク設定板（７）と、回転体
（６）に余裕のある状態に巻き付き一端を回転体（６）
に、他端をトルク設定板（７）に係止して配備された捩
りバネ（８）と、回転体（６）に対向して回転軸（５
１）と一体に回転可能且つ該回転軸（５１）にスライド
可能に配備されバネによって回転体（６）側に付勢され
たスリーブ（９０）と、前記駆動傘歯車（６０）の軸心
に開設した貫通孔（５３）に軸方向の移動が阻止された
状態で、揺動可能且つ回転可能に配備したレバー（９
５）の一端を前記スリーブ（９０）に当て他端をハンド
ル（１１）側に配備したスイッチ（１４）に対向させて
なる位相検出手段（９）とによって構成され、回転体
（６）とスリーブ（９０）には、捩りバネ（８）の撓み
による回転体（６）と回転軸（５１）の位相のずれによ
って、互いに嵌まり合ってスリーブ（９０）を回転体
（６）に接近する方向に移動可能にさせる突起（６４）
と谷部（９４）を有し、この突起（６４）と谷部（９
４）の嵌まり込みによるスリーブ（９０）の移動によ
り、前記レバー（９５）を揺動させてスイッチ（９０）
操作を行ないモータへの通電を遮断することを特徴とす
る。

【０００８】

【作用】締付けるべきナット又はボルトにソケット
（３）を係合する。モータへの通電によって、反力力受
け（３１）が隣接する適当な突起物に当るまで回転した
後、回転体（６）、バネ（８）、回転軸（５１）を介し
てソケット（３）が回転を始め、ボルト・ナットを締付
ける。

【０００９】ボルト・ナットを所定のトルクまで締め付
けると、捩りバネ（８）には該バネの捩りトルクよりも
大なる負荷が掛って、捩りバネ（８）は撓みを生じ、該
回転体（６）と回転軸（５１）との間に位相角度のずれ
が生じる。回転軸（５１）と一体に回転するスリーブ
（９０）も回転体（６）に対して位相のずれを生じ、回
転体（６）とスリーブ（９０）の突起（６４）と谷部
（９４）が嵌まり合い、バネ付勢されているスリーブ
（９０）は回転体（６）側に移動する。位相検出手段
（９）が上記スリーブ（９０）の移動により回転体
（６）と回転軸（５１）の位相角度のずれを検出してモ
ータへの通電を遮断する。ボルト・ナットは、一定のト
ルクで締付けられる。又、使用中に捩りバネ（８）が必
要締付け伝達トルクにて撓みを開始する様に、予め、ト
ルク設定板（７）を回転軸（５１）で回転させて、捩り
バネ（８）を所望のトルクで撓ませておくことが出来、
この予めの捩りバネの撓み量を調整することにより、締
付けトルクを任意に調節できる。上記の如く、回転体
（６）と回転軸（５１）の位相角度のずれは、スリーブ
（９０）の移動によって検出し、スリーブ（９０）の移
動量は、回転体（６）とスリーブ（９０）の突起（６
４）と谷部（９４）の係合深さによって決めることがで
きるため、モータ（４）への通電を遮断するための、例
えばスイッチの操作に必要なストロークを、回転体
（６）とスリーブ（９０）の突起（６４）と谷部（９
４）の係合深さを大きくすることで、十分に稼ぐことが
でき、操作ミスを生じない。又、ボルト・ナットの所定
トルクの締め付けによって、軸方向に移動するスリーブ
（９０）の動きを、駆動傘歯車（６０）を貫通して配備
したレバー（９５）の揺動に変える、このレバーの揺動
によってスイッチを操作するため、レバー（９５）を配
備するために特別にスペースを確保する必要はなく、
又、スイッチは、ボルト・ナットのハンドル（１１）側
のスペースに余裕のある位置に配備できる。スリーブの
軸方向の移動により、スイッチを直接動作させると、ス
リーブに対向して、スイッチを配備せねばならず、この
場合、スリーブの近傍にスイッチ取付け空間を確保せね
ばならず、そのために締付機が大型化することは避けら
れないのは言うまでもない。

【００１０】

【実施例】図１、図２は、締付け用ソケットを１つだけ
具えたナットランナー型ボルト・ナット締付機を示して
いる。筒状ケース（１）内に減速機構（２）を収容し、
減速機構（２）の出力側にソケット（３）を接続してい
る。ケース（１）は後部が開口して蓋（１０）が取付け
られており、後記するトルク検知制御機構（５）のトル
ク調整をケース外で行なってから、ケース後部から組込
み可能にしている。ケース（１）の基端にケース（１）
の軸心と略直交してハンドル（１１）を突設し、該ハン
ドルと略平行に電動モータ（４）を配備している。

【００１１】モータ（４）は平歯車列（４１）、傘歯車
（６０）（６５）、及び本発明に係るトルク検知制御機
構（５）を介して減速機構（２）に連繋される。減速機
構（２）は第１遊星歯車減速機構（２１）と第２遊星歯
車減速機構（２２）を２段に連繋した公知の構成であ
る。

【００１２】両歯車減速機構（２１）（２２）の夫々の
内歯車（２５）（２６）はケース（１）に回転自由に支
持された筒体（２０）の内面に形成され、該筒体（２
０）の先端にケース（２）の軸心と直交して反力受け
（３１）を突設している。反力受け（３１）は締付ける
べきボルトナット近傍のナット等の突出部に引っ掻け
て、ボルト・ナットの締付け時に、減速機構（２）に作
用する締付け反力を受けることによって、締付機全体が
回転することを防止するものである。

【００１３】第２遊星歯車減速機構（２２）の出力軸
（２４）にソケット（３）を接続しており、第１遊星歯
車減速機構（２１）の太陽歯車軸（２３）を延長してな
る回転軸（５１）上にトルク検知制御機構（５）が構成
される。

【００１４】トルク検知制御機構（５）は、回転軸（５
１）に該軸の回転とは無関係に回転自由に嵌まり先端に
傘歯車（６５）を形成した筒状の回転体（６）と、回転
体（６）に対向して回転軸（５１）に固定されたトルク
設定円板（７）と、回転体（６）とトルク設定円板
（７）を連繋する捩りバネ（８）と、回転軸（５１）に
大なる負荷が作用して捩りバネ（８）が撓んで回転軸
（５１）と回転体（６）に位相のずれが生じた時、この
位相のずれを検出する位相検出手段（９）とで構成され
る。

【００１５】回転体（６）は、軸受け（６１）（６１）
を介して回転軸（５１）に支持され、軸孔には軸（５
１）を挟む対向位置に軸方向に延びる溝（６２）（６
２）が開設されている。回転軸（５１）には軸心に直交
してニードル（５２）（５２）が貫通配備され、ニード
ル（５２）の両端が上記回転体（６）の溝（６２）（６
２）に余裕のある状態に嵌まっている。

【００１６】トルク設定円板（７）は、該円板の周面を
貫通して螺合したクランプネジ（７２）よって回転軸
（５１）に該軸と一体に回転可能に取付けられている。
回転体（６）に余裕の有る状態に捩りバネ（８）が嵌ま
り、バネの両端を外側に屈曲して回転体（６）及びトル
ク設定円板（７）に開設した係止孔（６３）（７１）に
嵌めている。

【００１７】モータ（４）の回転が平歯車列（４１）、
傘歯車（６０）（６５）を介して回転体（６）に伝達さ
れ、更に捩りバネ（８）、トルク設定円板（７）を介し
て回転軸（５１）に回転伝達され、減速機構（２）を介
してソケット（３）を回転駆動する。

【００１８】トルク設定円板（７）は予め捩りバネ
（８）を縮径する方向に回転させて、必要伝達トルクに
対応して撓ませた状態で回転軸（５１）にネジ（７２）
固定されている。このトルク調節のために、トルク設定
円板（７）を回転させて捩りバネ（８）を捩るとき、回
転軸（５１）上のニードル（５２）が回転体（６）の溝
（６２）壁に当って、回転体（６）がトルク設定円板
（７）と共回りすることを防止する。

【００１９】ソケット（３）に設定以上の負荷が作用し
たとき、回転体（６）は回転軸（５１）を空回りして回
転体（６）と回転軸（５１）の位相がずれる。上記回転
体（６）と回転軸（５１）の位相のずれを検出する位相
検出手段（９）は、回転軸（５１）上に該軸と一体回転
可能且つ軸方向にスライド可能に配備されたスリーブ
（９０）と、該スリーブの軸方向の移動によって作動す
るレバー（９５）と、該レバーの動きによって、モータ
（４）への通電を遮断するスイッチ回路（１３）とで構
成される。

【００２０】スリーブ（９０）は、孔（９１）内面の軸
（５１）を挟む対向位置に溝（９２）（９２）を開設
し、回転軸（５１）に軸心と直交して貫通配備したニー
ドル（５３）の両端を該溝（９２）（９２）に回転方向
に余裕のない状態に嵌め、バネ（９８）にて回転体
（６）側に付勢されている。

【００２１】スリーブ（９０）の回転体（６）側の端部
にフランジ（９９）を形成し、該フランジ（９９）の端
面に山部（９３）と溝状谷部（９４）を交互に形成して
いる。前記回転体（６）のスリーブ（９０）側端面に
は、球面突起（６４）が突設され、スリーブ（９０）の
山部（９３）に当接している。該突起（６４）はボール
を回転体（６）表面に埋設し一部を露出させたものであ
る。

【００２２】回転体（６）の傘歯車（６５）に噛合して
いる駆動傘歯車（６０）の軸心に貫通孔（５３）が開設
され、該孔にレバー（９５）が揺動可能に配備される。
レバー（９５）は両端が傘歯車（６０）から臨出してお
り、中央部及び上端に球面瘤部（９６）（９７）が形成
され、中央球面瘤部（９６）が傘歯車（６０）の貫通孔
（５３）に回動可能に嵌まり、且つ孔の段部（５３ａ）
によって下方への抜け止めが画られている。

【００２３】レバー（９５）の先端球面瘤部（９７）は
前記スリーブ（９０）のフランジ（９９）の裏側に当っ
ている。レバー（９５）は下端がバネ（９８ａ）に連繋
されスリーブ（９０）を回転体（６）側に押圧する方向
に付勢されると共に、該レバー下端がスイッチ回路（１
３）のマイクロスイッチ（１３ａ）に連繋され、締付機
始動時は、マイクロスイッチ（１３ａ）をＯＮしてい
る。

【００２４】前記スリーブ（９０）は、直接スリーブを
付勢するバネ（９８）と、上記レバー（９５）のバネ
（９８ａ）の２つのバネによって回転体（６）側に付勢
されているが、この回転体（６）に対する付勢力は、前
記捩りバネ（８）の撓み復帰力よりも弱い。

【００２５】スイッチ回路（１３）は、トリガー（１
２）をＯＮの状態、即ち、モータ（４）が駆動している
状態のとき、マイクロスイッチ（１４）がＯＦＦする
と、トリガー（１２）がＯＮであっても通電回路を遮断
してモータを停止し、一旦トリガー（１２）をＯＦＦに
した後、再びトリガー（１２）をＯＮにすればモータ
（４）が起動する構成になっている。

【００２６】然して、ソケット（３）に締付けるべきナ
ット又はボルトを係合する。トリガー（１２）をＯＮ操
作してモータ（４）を起動する。モータ（４）の回転力
は、平歯車列（４１）、傘歯車（６０）、傘歯車（６
５）を経由して回転体（６）に伝達される。回転体
（６）の回転は捩りバネ（８）を介してトルク設定円板
（７）に伝達される。トルク設定円板（７）は、クラン
プネジ（７２）によって回転軸（５１）に固定されてお
り、回転軸（５１）は減速機構（２）の太陽歯車軸（２
３）と一体に形成されているため、減速機構（２）が作
動して、反力受け（３１）を減速回転させ隣接する適当
な突起物に当って停止すると同時に、ソケット（３）を
減速回転させ、ボルト・ナットを締付ける。

【００２７】ボルト・ナットを所定の設定トルクまで締
め付けると、捩りバネ（８）には該バネに設定している
捻りトルクよりも大なる負荷が掛かって、捩りバネ
（８）は撓みを生じ、該バネ（８）とトルク設定円板
（７）との間、即ち、捩りバネ（８）と回転軸（５１）
との間に位相角度のずれが生じる。

【００２８】回転軸（５１）と一体に回転するスリーブ
（９０）と回転体（６）との間にも位相角のずれが生
じ、スリーブ（９０）の谷部（９４）が回転体（６）の
突起（６４）に対応して、スリーブ（９０）はバネ（９
８）に付勢されて谷部（９４）の深さ分だけ回転体
（６）側にスライドする。

【００２９】傘歯車（６０）の貫通孔（５３）に収容さ
れ、上端がスリーブ（９０）に当接して回転体（６）側
に付勢されているレバー（９５）がスリーブ（９０）の
動きに追従して揺動し、レバー（９５）下端がマイクロ
スイッチをＯＦＦにし、モータ（４）への通電回路を遮
断する。これによって設定トルクでのボルト・ナット締
付けが完了する。

【００３０】モータ（４）が停止すると、回転体（６）
に対する回転駆動力が解除され、捩りバネ（８）は捩り
復帰して回転体（６）を回転させ、回転体（６）と回転
軸（５１）を元の位相関係に戻す。この回転体（６）の
回転によって該回転体（６）の突起（６４）はスリーブ
（９０）を軸方向に押圧しながら該スリーブ（９０）の
谷部（９４）から脱出して山部（９３）に乗り上げ、回
転体（６）とスリーブ（９０）を元の状態に復帰させ
る。モータ（４）への通電が遮断した後、一旦トリガー
（１２）をＯＦＦにし、次の締付けに備える。上記操作
によって、ボルト・ナットを所定のトルクで能率的に締
付けできる。

【００３１】実施例の締付機は、使用中に捩りバネ
（８）が必要締付け伝達トルクにて撓みを開始する様
に、予め、トルク設定円板（７）を回転軸（５１）上で
回転させて、捩りバネ（８）を所望のトルクで撓ませて
おくことが出来、この予めの捩りバネの撓み量を調整す
ることにより、締付けトルクを任意に調節できる。

【００３２】図６は、先端に剪断用チップを具えたシャ
ーボルト（１００）を締付ける、シャーレンチ型ボルト
・ナット締付機に本発明を実施したものである。公知の
如く、シャーレンチ型締付機は、シャーボルトの先端チ
ップ（１０１）に嵌まるインナーソケット（３２）と該
ボルトに螺合したナット（１０２）に嵌まるアウターソ
ケット（３）を同心に配備し、両ソケットを歯車減速機
構（２２）の２つの出力軸（２４）（２７）に接続して
いる。

【００３３】前記ナットランナー型のボルト・ナット締
付けの反力受け（３１）の役割をインナーソケット（３
２）が果たし、ナットの締付け反力をボルトチップ（１
０１）に作用させ、剪断用溝（１０３）からチップを切
断するものである。最終的にボルトチップを剪断するの
であるが、ネジ締めの手順としては、一旦総てのボルト
・ナットを仮締めしてから、順次本締め、即ち、チップ
を剪断するまで締め付ける。本発明のシャーレンチ型の
締付機は、モータ（４）と減速機構（２）との間の回転
伝達系統に前記同様のトルク検知制御機構（５）を内蔵
しており、シャーボルトを一定のトルクで能率的に仮締
めできる。

【００３４】尚、図１のナットランナー型締付機のソケ
ット（３）にシャーボルトに螺合したナットを嵌め、締
付機を少し傾け加減にしてナットを締め付けると、ボル
トの共回りを防ぎながら、シャーボルトを一定のトルク
で仮締めできる。本発明は実施例の構成に限定されるこ
とはなく、特許請求の範囲に記載の範囲で種々の変形が
可能である。

【００３５】

【発明の効果】本発明のボルト・ナット締付機は、目標
の締付トルクが低い場合や、出力回転速度が速く締め付
け時間が非常に短い場合でも、締付トルクを制御するこ
とができる。また、建設現場などで起きる、電圧降下が
締付トルクの制御精度に影響することはない。更に、従
来のボルト・ナット締付機のようにコード線の途中に制
御機を連結する必要がないので取扱が容易であるととも
に、高価な制御回路そのものが不必要であるのでコスト
の低減が計れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のボルト・ナット締付機の概略説明図で
ある。

【図２】トルク制御部の断面図である。

【図３】図２Ａ−Ａ線に沿う断面図である。

【図４】スリーブの斜視図である。

【図５】スリーブの平面図である。

【図６】他の実施例の概略説明図である。

【符号の説明】

（２） 減速機構 （３） ソケット （５） トルク検知制御機構 （５１）回転軸 （６） 回転体 （７） トルク設定円板 （８） 捩りバネ （９） 位相検出手段

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状ケース（１）の基端に該ケースの軸
   心と略直交してハンドル（１１）を突設すると共にハン
   ドルと略平行に電動モータ（４）を配備し、筒状ケース
   （１）内の基端側に配備した回転軸（５１）と該ケース
   （１）の先端に配備した締付けソケット（３）とを遊星
   歯車減速機構（２）を介して連繋し、ケース（１）には
   該ソケット（３）によってボルト・ナットを締め付ける
   時に生じる締付け反力を隣接の部材、或いはボルト・ナ
   ットに受けさせる反力受け（３１）を突設し、モータ
   （４）とソケット（３）との間の回転伝達系統にボルト
   ・ナットに対する締付け反力が所定の値になったときに
   モータへの通電を遮断するトルク検知制御機構（５）を
   組込んで構成され、 トルク検知制御機構（５）は、前記回転軸（５１）に該
   軸に対して一定の角度だけ回転可能に嵌まり端部の傘歯
   車（６５）を、モータ（４）と平行に配備した駆動傘歯
   車（６０）に噛合した回転体（６）と、 回転軸（５１）に該軸の回転方向に回転可能且つ位置決
   め可能に配備されたトルク設定板（７）と、 回転体（６）に余裕のある状態に巻き付き一端を回転体
   （６）に、他端をトルク設定板（７）に係止して配備さ
   れた捩りバネ（８）と、 回転体（６）に対向して回転軸（５１）と一体に回転可
   能且つ該回転軸（５１）にスライド可能に配備されバネ
   によって回転体（６）側に付勢されたスリーブ（９０）
   と、 前記駆動傘歯車（６０）の軸心に開設した貫通孔（５
   ３）に軸方向の移動が阻止された状態で、揺動可能且つ
   回転可能に配備したレバー（９５）の一端を前記スリー
   ブ（９０）に当て他端をハンドル（１１）側に配備した
   スイッチ（１４）に対向させてなる位相検出手段（９）
   とによって構成され、 回転体（６）とスリーブ（９０）には、捩りバネ（８）
   の撓みによる回転体（６）と回転軸（５１）の位相のず
   れによって、互いに嵌まり合ってスリーブ（９０）を回
   転体（６）に接近する方向に移動可能にさせる突起（６
   ４）と谷部（９４）を有し、この突起（６４）と谷部
   （９４）の嵌まり込みによるスリーブ（９０）の移動に
   より、前記レバー（９５）を揺動させてスイッチ（９
   ０）操作を行ないモータへの通電を遮断することを特徴
   とするボルト・ナット締付機。