JP3562288B2 - 圧縮空気ねじ締め機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はねじを被締結材にねじ込む圧縮空気ねじ締め機に関するもので、ねじ締め動作の信頼性の向上を図るようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
エアモータによって回転されるドライバビットをピストンによって下降させてねじ込むようにしたねじ締め機は多数提案されており、代表的なものとして例えば特開平１−４５５７９号の如くエアモータとドライバビットが共に下降するもの、特開平５−２６１６７６号の如くエアモータは降下しないでドライバビットのみを下降させるものがある。
【０００３】
前者はエアモータを含む移動部の重量がねじ締め機の重量の大部分を占めるようになって移動部の重量が大きくなる結果、ねじ締め時の反動が大きくなる。後者はかかるねじ締め時の反動を小さくするためにエアモータを固定し、ドライバビットとピストンを一体とした軽量な移動部材のみを下降させるようにしてねじ込むようにしたものである。しかし、ねじ締め時の反動を小さくすることが可能となったが、エアモータのロータ軸がピストンのシリンダを兼用する構成のため、シリンダの径の分だけロータ外径が大きくなり、結果としてエアモータひいてはねじ締め機全体の小型軽量化が期待する程図れないことが分かった。
【０００４】
そのため図４に示すようなねじ締め機を考案した。これは、エアモータ２のロータ３とピストン７３のシリンダ１５は別部品として軸上に配置したので、エアモータ２のロータ３の外径ひいてはエアモータ２及びねじ締め機全体の小型軽量化を図ることができる。その構成は、エアモータ２とギヤ連結された内壁に回転伝達部を有する筒状の回転体９、回転体９内に上下動及び回転可能に設けられた回転スライド部材７１に上端が係止されると共に下端にドライバビット装着部を有するシャフト部材７２、シャフト部材７２の外周に軸受３１、３２を介して同軸配置され、上端にエア遮断用突当面１１を有し、シャフト部材７２と共に上下動する筒状のピストン７３、ピストン７３を案内するシリンダ１５、シリンダ１５の外周に設けられた戻し蓄圧室２０、ねじ１８をドライバビット１６軸上に供給するねじ送り部１９等からなる。
【０００５】
操作弁２４を操作して主弁５を下降させ、後述するエア通路を介してエアモータ２に圧縮空気を供給することによりエアモータ２が回転し、更に遊星歯車装置６、回転体９、回転スライド部材７１、シャフト部材７２、ドライバビット１６と回転が伝達される。ピストン７３は、軸受３１、３２を介してシャフト部材７２の外側に設けられていると共に、外周がシールリング３０を介してシリンダ１５内壁に接触シールしているため、接触摩擦力により回転しない。また、圧縮空気がピストン７３上面に働くことにより、ピストン７３と共にシャフト部材７２、ドライバビット１６、回転スライド部材７１が下降する。すなわち、ドライバビット１６は回転と下降をしてねじ１８の締め付けを行う。ねじ締め終了すなわちピストン７３が下死点に到達すると、図５の如く、ピストン７３上端のエア遮断用突当面１１がシリンダ１５上面のダンパプレート１４に突き当たって下降を停止し、同時にエアモータ２への通気路５６も閉じられて、エアモータ２の回転が停止する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のねじ締め機は小形軽量化を図ることが可能となったが、シャフト部材７２とピストン７３の間に軸受３１、３２を介しているためシール性が悪く、ピストン７３の上部すなわち蓄圧室４の圧縮空気がピストン７３下部に操作弁２４の操作と同時に流入し始め、ピストン７３下降の抵抗となってしまい効率が悪くなる。特に、ドライバビット１６によるねじ１８への押し付け力が最も必要となるねじ締め終了時すなわち下死点到達時に、ピストン７３の推力すなわちドライバビット１６の推力が小さくなり、ねじ１８の十字穴とドライバビット１６の先端の十字部との噛み合い外れ（以下カムアウトという）が生じ易く、ねじ締め不良を起こし易くなるという欠点があった。
【０００７】
またピストン７３が下死点に達しエアモータ２への通気路５６が閉じられると、戻し蓄圧室２０への通路も閉じられることになる。戻し蓄圧室２０にはごく短時間（ピストン７３は約０．１〜０．２秒程度で下死点に到達する）の圧縮空気の流入しかないため空気圧が十分に上昇せず、この状態で流入停止となる。このため、ピストン７３の戻し力が不足し、ピストン７３すなわちドライバビット１６の戻り不良を来たすという欠点があった。
【０００８】
前記ドライバビット１６のカムアウトを防止するためには、ピストン７３の推力を大きくすなわちピストン７３の直径を大きくすればよい。しかし、ピストン直径を大きくすると本体外枠を形成するボディ１への反動（ピストン反力による本体が浮き上がる力）が大きくなり、作業者のボディ１への押し付け力を大きくしないとボディ１が浮くことにより、ねじが浮いてしまうという締め付け不良が発生する。作業者のボディへの押し付け力を大きくすることは、疲労を伴い非常に作業性が悪くなる。そこで、この押し付け力を極力小さくするために、ドライバビット１６がカムアウトしない最小限のピストン推力を出す最小限のピストン径とする必要がある。図４の構成においては、ピストン径を小さくすると、ピストン戻し力も小さくなる。またドライバビット１６を瞬間的に打ち出してねじ十字穴と噛み合わせているため、ねじ十字穴の寸法形状によっては、ねじ締め時ドライバビット１６先端十字部とねじ十字穴とが食い付き状態となり、ねじ締め終了後ドライバビット１６を戻す時、その食い付きを外すために大きい荷重が必要となることがある。このようにピストン径を小さくするとピストン戻し力も小さくなり、ねじ締め終了後ドライバビット１６とねじ１８が強く食い付いた場合、操作弁２４を戻しても食い付きが外れずドライバビット１６（ピストン７３も含む）が戻らなくなることがある。従ってピストン径を小さくすると、ねじ締め時の反動が小さくなってボディ１への押し付け力が小さくてよく作業性がよくなるが、ねじ締め終了後にドライバビット１６が戻らないことがあり、次のねじ締め付けが滞り作業性が悪くなるという欠点があった。
【０００９】
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、ねじ締め動作の信頼性・操作性の向上を図ることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、前記シャフト部材の下端にピストン部を一体成形することにより達成される。またシリンダの圧縮空気流出孔を、シャフト部材が所定量降下して停止した時のピストン部によって閉じられることがない僅か上方に設けると共に回転スライド部材に軸方向に貫通する通気孔を設けることにより、ドライバビットの戻り不良を防止することができるようになる。
【００１１】
更に回転スライド部材のシリンダに嵌挿するシール部及びピストン部の径に差を持たせると共に回転スライド部材の前記通気孔の下端に逆止弁を設けることにより、ドライバビットとねじの食い付きを容易に外せるようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１、図２を参照して説明する。
本体外枠を形成するボディ１内には、圧縮空気取入口２７に連通した蓄圧室４が設けられると共に回転可能に支持されたロータ３を有するエアモータ２が上方に設けられ、またロータ３により遊星歯車装置６を介して回転される有底円筒状の回転体９が回転可能に支持されている。回転体９の軸方向ほぼ中央の側壁には通気孔５１が設けられ、通気孔５１に面したボディ１部の溝２３内に上下動可能に設けられた円筒状の主弁５がバネ２２により上方に付勢されている。溝２３の上方には蓄圧室４に連通する通気孔５４が設けられている。回転体９の内壁には軸方向に延びた少なくとも一対の凹部１０が設けられ、凹部１０に嵌挿される一対の凸部８を上方に有する回転スライド部材７が軸方向に移動可能な如く回転体９内に設けられている。回転スライド部材７には後述するエア遮断用突当面１１及びシリンダ１５に嵌挿してシールする径のＯリング１２が設けられている。上端が回転スライド部材７に例えばねじ止め等の手段によって係止されたシャフト部材２８の下端内側にはドライバビット装着部が設けられ、また下端部にはシールリング３０が装着されたピストン部１３が一体成形されている。回転スライド部材７とシャフト部材２８との間には回転スライド部材７の上面から下面に貫通する通気孔５５が設けられている。シャフト部材２８のドライバビット装着部には図示を省略したＯリング等のシール材を介してドライバビット１６が着脱可能に装着される。シリンダ１５の上方には、回転スライド部材７が所定距離下降した時にエア遮断用突当面１１と当接するダンパプレート１４が設けられ、ダンパプレート１４の下方には通気孔５６が設けられている。通気孔５６は図示しないエア通路を介してエアモータ２の図示しない入気孔に連通している。シリンダ１５の下端にはピストンダンパ１７が設けられ、シリンダ１５の下方でピストン部１３が所定距離下降して停止した時のピストン部１３のシールリング部３０上端に隣接する近傍に圧縮空気流出孔５７、更にその下方に圧縮空気流入孔５８が設けられている。圧縮空気流出孔５７の外周には一方向弁を構成するＯリング２１が設けられている。ボディ１の下方とシリンダ１５外周の間には空気釘打機において周知構成の戻し蓄圧室２０が形成されている。ボディ１の下方には、マガジン２５内の図示しない連結バンドにより連結されたねじ１８を自動的に供給するねじ送り部１９が設けられている。ねじ送り部１９の下方には操作弁２４と連節したプッシュレバー２６が設けられている。
【００１３】
以上のように構成された本発明圧縮空気ねじ締め機の動作を以下説明する。
圧縮空気取入口２７を図示しないコンプッレサに接続すると、蓄圧室４と操作弁２４、通気孔５２を介して主弁５の下部の溝２３内に圧縮空気が流入し、空気圧とバネ２２により主弁５を上方に押し上げ主弁５の上端面をシールしている。すなわち蓄圧室４と回転体９の通気孔５１間を遮断し、ピストン部１３及びエアモータ２等に圧縮空気が供給されないようにしている。
【００１４】
プッシュレバー２６と操作弁２４を作動させると、主弁５の下方の圧縮空気が通気孔５２、操作弁２４を介して排出される。主弁５の上面の外周寄りには圧縮空気がかかっているので、主弁５がバネ２２に抗して押し下げられる。このため通気孔５４、回転体９の通気孔５１等を介して回転体９内に圧縮空気が流入し、ピストン部１３上面に空気圧が加わり、ピストン部１３を下方に押し下げると同時に、通気孔５６から連通したエアモータ２にも圧縮空気が供給され、エアモータ２のロータ３を回転させる。ロータ３の回転は遊星歯車装置６を介して回転体９及び回転体９に嵌挿した回転スライド部材７に伝達される。この結果、回転スライド部材７に係止されたシャフト部材２８の下端のピストン部１３及びドライバビット１６は、下降しながら同時に回転する。ドライバビット１６の下降・回転により、その下方にあるねじ１８が連結バンドから離脱して被締結材８０にねじ込まれる。
【００１５】
図２に示す如く、ドライバビット１６がねじ込み完了位置まで下降すると、ピストン部１３はピストンダンパ１７に、回転スライド部材７のエア遮断用突当面１１はダンパプレート１４に突き当たり、下降を停止する。この時、回転スライド部材７のＯリング１２はシリンダ１５の内周上端をシールし、またエア遮断用突当面１１の突き当たりにより通気孔５６が閉じられ、エアモータ２への圧縮空気の供給が停止される。このためエアモータ２のロータ３は回転を停止し、遊星歯車装置６、回転体９、回転スライド部材７、ピストン部１３、ドライバビット１６の回転が停止する。この状態では、蓄圧室４から通気孔５４、通気孔５１、回転スライド部材７の上室、通気孔５５、圧縮空気流出孔５７を経て、戻し蓄圧室２０に圧縮空気が流入を継続し、また圧縮空気流入孔５８を介してピストン部１３の下面にも圧縮空気が流入する。ピストン部１３の下面はピストンダンパ１７の上面と接するので、ピストン部１３の受圧面積は上面側が大きくなり、ピストン部１３はピストンダンパ１７に押し付けられて停止している。図２はピストン部１３のシールリング３０が圧縮空気流出孔５７を通過した直後を示すが、ねじ込み完了直前すなわちピストン部１３が下死点到達直前までは、ピストン部１３のシールリング３０が圧縮空気流出孔５７を通過せず、戻し蓄圧室２０及びピストン部１３の下面には圧縮空気が流入しないので、ピストン部１３の上面と下面との差圧が大きく取れピストン部１３の推力が大きくなる。
【００１６】
操作弁２４を戻すと、操作弁２４、通気孔５２を介して主弁５の下方の溝２３内に圧縮空気が流入し、主弁５を上方に押し上げる。このため上記同様、蓄圧室４と回転体９の通気孔５１間が遮断されると共に主弁５の中央部の通気孔５３が図示しないエア通路を介して排気路５９に連通し、ピストン部１３上面の圧縮空気がボディ１外部に排出される。戻し蓄圧室２０内の圧縮空気はＯリング２１により圧縮空気流出孔５７を介してシリンダ１５内に流入するのを妨げられている。この結果、ピストン部１３の下面に作用する空気圧によりピストン部１３及びドライバビット１６は上方の初期位置に戻される。同時にねじ送り部１９により次のねじ１８がドライバビット１６軸上に送られて初期状態に戻る。
【００１７】
上記実施形態によれば、シャフト部材２８とピストン部１３、回転スライド部材７とエア遮断用突当面１１を一体とし、図４のピストン７３と軸受３１、３２を削除したので、移動部全体の軽量化を図ることができ、ねじ締め時の本体の反動も小さくなり操作性を向上させることができる。
【００１８】
図３は本発明の他の実施形態を示すもので、回転スライド部材７のＯリング１２が嵌挿するシリンダ１５の上方の内径ｄｋを、ピストン部１３のシールリング３０が嵌挿するシリンダ１５の内径ｄｐより大きくすると共に、回転スライド部材７の通気孔５５の下端に逆止弁となるＯリング２９を設けたものである。
【００１９】
図３はねじ込み完了・停止時の状態であるが、ドライバビット１６の下降・回転によるねじ締め動作は上記と同様である。ドライバビット１６すなわちピストン部１３の戻しについて説明する。操作弁２４を戻すと、回転体９内で回転スライド部材７のエア遮断用突当面１１上方の圧縮空気は上記実施形態同様ボディ１外部に排出される。しかし通気孔５５にＯリング２９があるので、回転スライド部材７のＯリング１２下方からピストン部１３のシールリング３０上面間及び戻し蓄圧室２０とピストン部１３下方の圧縮空気は排出されない。回転スライド部材７のＯリング１２からピストン部１３のシールリング３０上面間の密閉空気室（内圧をＰ _１ とする）においては、シリンダ１５の上方のシール直径ｄｋとその下側のシール直径ｄｐとはｄｋ＞ｄｐなので、面積差ΔＳ＝π・（ｄｋ ^２ −ｄｐ ^２ ）／４の分だけ回転スライド部材７の下面に上方に押し上げる力Ｆ＝ΔＳ・Ｐ _１ が加わる。ピストン部１３下面には、上記と同様に上方に押し上げる空気圧がかかっている。従って、ピストン部１３の戻し力は、図１に比べ、面積差ΔＳの受圧分だけの力Ｆ＝ΔＳ・Ｐ _１ だけ大きくすることができる。なお回転スライド部材７のＯリング１２がシリンダ１５の上端より上方に押し上げられると、前記密閉空気室の空気は回転スライド部材７の上方に抜け回転スライド部材７を押し上げる力はなくなり、これ以降は上記実施形態と同様に戻し蓄圧室２０の戻し力によってのみ戻されるようになる。ドライバビット１６とねじ１８が食い付いた時の食い付き外しは初期のピストン戻し力が大きければ十分である。すなわち図３に示す回転スライド部材７のＯリング１２とピストン部１３のシールリング３０間に形成される密閉空気室内の空気圧の分だけピストン戻し力が大きくなっているので、ドライバビット１６とねじ１８の食い付きは容易に外せるようになる。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ピストン部の下方に圧縮空気が流入しないようにしたので、ピストン推力を大きくすることができ、またねじ込み完了でエアモータへの圧縮空気の流入が遮断されても、戻し蓄圧室に圧縮空気が継続して流入するようにしたので、戻し蓄圧室の空気圧を確保することができ、ねじ締め動作の信頼性・空気消費効率の向上を図ることができる。
【００２１】
またピストン部下方への圧縮空気流入をねじ込み完了直前にしたので、ねじ込み完了までピストン推力を大きくすることができ、ねじ締め動作の信頼性・空気消費効率を更に向上させることができる。
【００２２】
回転スライド部材によるシール径をピストン部によるシール径より大きくし、回転スライド部材の通気孔に逆止弁を設けて、ピストン部を戻す力が大きくなるようにしたので、小さいピストン径にすることが可能となり、ねじ締め時の反動を小さくできると共に戻し力も確保できるようになって、ねじ締め機の操作性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す断面側面図。
【図２】図１の動作状態を示す断面側面図。
【図３】本発明の他の実施形態の主要部の動作状態を示す側面断面図。
【図４】本発明前に考案されたねじ締め機の一例を示す断面側面図。
【図５】図４の動作状態を示す断面側面図。
【符号の説明】
１はボディ、２はエアモータ、７は回転スライド部材、１１はエア遮断用突当面、１２、２１はＯリング、１３はピストン部、１５はシリンダ、１６はドライバビット、２０は戻し蓄圧室、２８はシャフト部材、５５、５６は通気孔、５７は圧縮空気流出孔、５８は圧縮空気流入孔である。

Claims (2)

1. エアモータと、エアモータによって回転されると共に上下動可能に支持され、軸方向に貫通する通気孔を有する回転スライド部材と、上端が回転スライド部材に装着され、下端部にドライバビット装着部及び一体成形されたピストン部を有するシャフト部材と、ピストン部が所定量降下し停止する直前に通過して再び開口する位置に設けられた圧縮空気流出孔及び圧縮空気流出孔の下方に設けられた圧縮空気流入孔を有するシリンダと、回転スライド部材のドライバビット装着部に装着されるドライバビットと、シリンダの外周に設けられ、前記圧縮空気流出孔からの圧縮空気を蓄え、蓄えた圧縮空気を圧縮空気流入孔からシリンダ内に供給してドライバビット及びシャフト部材を上昇させる戻し蓄圧室と、シリンダの上方に設けられ、回転スライド部材が所定量降下した時に回転スライド部材によって閉じられるエアモータへの空気通路とを備え、ドライバビットを下降させることによってねじを締め、ピストン部が所定量降下したねじ締め終了後に通気孔を経た圧縮空気を戻し蓄圧室に貯め、ねじ締め終了時にエアモータの回転を停止させて戻し蓄圧室の圧縮空気によってシャフト部材を初期位置に戻すようにしたことを特徴とする圧縮空気ねじ締め機。
2. 前記回転スライド部材の下方に設けられたシール部が嵌挿するシリンダの上方の内径を、前記ピストン部が嵌挿するシリンダの内径よりも大きくすると共に前記回転スライド部材の通気孔の下端に逆止弁を設けたことを特徴とする請求項１記載の圧縮空気ねじ締め機。

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