JP4138913B2 - 電動回転工具およびねじ具の締付けトルク管理システム - Google Patents
電動回転工具およびねじ具の締付けトルク管理システム Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電動回転工具に係り、特にボルトやナット等のねじ具の締付けトルクないしは緩めトルクを高精度に設定および測定することができる電動回転工具およびこれを使用するねじ具の締付けトルク管理システムに関するものである。
【０００２】
従来、電動回転工具により、ボルト、ナット、ねじ等の被緊締物が所定の締付けトルクで締上げられているか、また一度締付けを完了したねじ等がどれ位のトルクで緩むかを測定し、常に均一なトルクで締付けを行う手段として、一般的にトルクドライバーが知られている。このトルクドライバーは、渦巻きばねを使用して、その機械的変位量をトルク値として目盛板に表示するものである。
【０００３】
また、このような機械的な検出手段に代えて、物性歪みを電気抵抗の変化に変換するトランスジューサとして所謂ストレンゲージを使用し、検出された歪みトルク値を数値的に直接ディジタル表示するトルクメータも開発されるに至っている。
【０００４】
そこで、従来の電動ドライバー等においては、ねじ等の締付けに際し、ドライバービットに強力な反対負荷が加わった場合に、これを予め設定した締付けトルクで動作するクラッチ機構により、所定のトルク値に至った状態を検知して前記クラッチ機構を動作させ、電動モータの出力軸とその従動軸（ドライバービット）との結合を一時的に遮断するように構成したものが、提案され実施されている。さらに、前記クラッチ機構の作動に際し、これをリミットスイッチ等により検出して、電動モータの駆動を停止するように構成した電動ドライバーも実用化されている（特公昭６２−２５９８０号公報）。
【０００５】
すなわち、このようなクラッチ機構を備えた電動ドライバーとして、本出願人は、先に、電動モータの出力軸に遊星歯車減速装置を介して、従動軸（ドライバービット）に結合し、この遊星歯車減速装置の遊星歯車と噛合するインターナルギヤを把持部ケーシング内に回転自在に遊嵌し、そしてこのインターナルギヤと把持部ケーシングの一端部側をそれぞれ閉塞して対向させ、前記把持部ケーシングの対向面には通孔を穿設してここに鋼球を収納し、この鋼球を前記把持部ケーシングの外側からフランジ付きスリーブで弾力的に保持し、前記鋼球をインターナルギヤの前記対向面に設けた溝部内に嵌入当接して、自動クラッチ装置を構成した電動回転工具を開発し、特許を得た（特公昭６０−１３７９８号公報）。
【０００６】
前記の自動クラッチ装置は、ねじ等の締付け作業において、電動モータの出力軸からの回転出力は、遊星歯車減速装置を介してドライバービットに伝達されるが、ねじの締付けの完了が近づくと反対負荷がドライバービットより遊星歯車減速装置へ伝達されて遊星歯車を介してインターナルギヤを回転させるように作用する。そして、この反対負荷が鋼球を押圧している弾力に打ち勝つと、すなわち所定の設定トルク以上になると、前記鋼球がインターナルギヤの対向面に設けた溝部を乗り越えるようにして、前記インターナルギヤが回動し、この結果電動モータの出力軸とドライバービットとの結合が、一時的に遮断されることになる。従って、前記鋼球を保持するフランジ付きスリーブの弾力を調整することにより、クラッチ装置の動作点すなわちトルク設定値を変更することができる。
【０００７】
一方、前述した電動回転工具のクラッチ装置とは別に、実際にどの程度のトルク値でねじ等がその取付け対象物に対し締付けられたかを、直接電動回転工具で検出する手段として、ドライバービットに作用する強力な反対負荷を検出するように構成したトルク検出器も知られている。
【０００８】
この種のトルク検出器としては、例えば前記インターナルギヤの外周の一部に対応する円筒状ケーシングにスリットを穿設し、このスリットの開口部に接触しないように前記インターナルギヤの一部にトーションバーを固着し、これを外方に延出させて適宜固定して、インターナルギヤの回動を制限する方向に係止し、前記トーションバーの一側面にトルク検出用のストレンゲージを取付けた構成からなる。
【０００９】
このように構成することにより、駆動源である電動モータが回転すると、その出力軸は、把持部ケーシング中の遊星歯車減速装置により減速増強されて、従動軸すなわちドライバービットに伝達される。この時、遊星歯車減速装置の遊星歯車はインターナルギヤと噛合して自転しつつ前記内歯に沿って公転し、ドライバービットには減速増強された回転力が得られる。そこで、前記インターナルギヤは、把持部ケーシングの内部に回転可能に遊嵌されているが、半径方向外方に延出しているトーションバーは、その先端近傍において指示板に設けたストッパに接触しているので、その回動は阻止され、従って動力伝達が遮断されることはない。すなわち、インターナルギヤの回動が把持部ケーシングに対して阻止されないとすれば、ドライバービットに強力な反対負荷が加わるとインターナルギヤは空転し、動力伝達が遮断されることになる。
【００１０】
そして、この反対負荷は、直接前記インターナルギヤに伝達され、このインターナルギヤを把持部ケーシングに対し回動させようとする力となって現れる。しかし、前記インターナルギヤはストッパによりその回動を阻止されているから、前記インターナルギヤに加わった反対負荷はトーションバーに伝達される。従って、トーションバーには、ストッパとインターナルギヤにおけるトーションバーの接続部との間において、ねじ込み作業中の間、連続的に変動推移する応力歪みがもたらされることになる。この応力歪みは、前記ストレンゲージにより検出され、電気抵抗の変化として、例えばオシロスコープやディジタルカウンタで直読監視することができる。
【００１１】
このようにして、前記トルク検出器は、ねじ込み作業中において、連続的にトーションバーに伝達される応力歪みを直読監視することができることによって、ねじの締付け開始から締付け完了に至る間のトルク値の変動を測定し、最適な締付けトルクを知ることができる（特開平６−２５４７７５号公報）。
【００１２】
また、同様に、ねじの締付け作業を行いながら、この作業の全工程を通じての動的なトルクを、トルク損失を生じることなく連続的なトルク値の変動として高精度に測定することができるトルク検出器として、電動モータと減速機とを連結し、さらに前記減速機から出力軸を導出してなるねじ締め用動力ユニットにおいて、前記動力ユニットの一端を前記出力軸を支持する軸受を介してケーシング内に固定すると共に、動力ユニットの他端をその軸方向に延在する扁平状の支持板を介してケーシング内に固定し、前記支持板の一側面にストレンゲージを取付けた構成からなるものも提案されている（特公昭６２−２５９８０号公報）。
【００１３】
このように構成したトルク検出器は、前記ストレンゲージを動力ユニットと同軸に結合固定した支持板に取付けたものであり、ボルトやナット等のねじ具の取付け作業の遂行に際し、ねじ具の締付けに必要なトルクと全く同じ分量の反対トルクが、支持板に対して連続的に加わる応力歪みとして、ストレンゲージにより検出することができ、これによりねじ具の締付け開始から完了に至る迄の連続的なトルク変動を測定することが可能である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、前述した構成からなる従来のトルクドライバー、トルクメータあるいはトルク検出器においては、ねじ具の締付け時におけるトルク値、もしくはねじ具の締付け開始から完了に至る迄の連続的に変動するトルク値を、それぞれ適正に測定ないし監視することは、前記ストレンゲージを使用する場合には可能であるが、多量のねじ具の締付け作業において、全て一定のトルク値となるように安定かつ高精度なねじ締め操作を達成することは困難である。
【００１５】
従来においては、前述したように、自動クラッチ装置を備えた電動回転工具が知られているが、この自動クラッチ装置は、機械的構成からなるものであり、締付けトルクの設定もばね力を調整するため精度的に限界があるばかりでなく、クラッチ動作に際しては、電動モータの出力軸に結合されるドライバービットに対して瞬間的変動（機械的な振動）によるショック等を起生するため、各種電子部品や精密機械部品等の組立てに際しては、各部品に対して悪影響を与える難点がある。
【００１６】
そこで、本発明者は、鋭意研究並びに試作を重ねた結果、従来の機械的な自動クラッチ装置に代えて、ねじ具の締付け操作を行う動力を遮断させる手段として電磁クラッチ機構を採用し、この電磁クラッチ機構を把持部ケーシングに内蔵させると共に、トルク値の設定ないし検出手段としてストレンゲージを適用し、例えばねじ具の締付け操作を行う場合、ストレンゲージにおいて予め設定したトルク値に到達した際に、ストレンゲージの出力信号に基づいて電磁クラッチ機構を動作させて、ねじ具の締め付け操作を遮断させるように構成することにより、極めて簡単かつコンパクトな構成によって、ねじ具の取付け対象物に対し、ショック等による悪影響を全く与えることなく、常に一定のトルク値でねじ具の締付けを行うこと、あるいは予め締付けられているねじ具の確認締め等の作業を円滑かつ高精度に達成すること、ができる電動回転工具を得ることができることを突き止めた。
【００１７】
特に、負荷トルクが大きいねじ具等を対象とする場合には、電磁クラッチ機構の出力軸に対し、遊星歯車減速装置等を接続配置することにより、電磁クラッチ機構における設定トルク値に対する動力伝達の遮断操作を行う場合の動作精度を、適正に高めることが可能となる。
【００１８】
また、前記電動回転工具の構成において、電磁クラッチ機構の一端側出力軸と直接または前記減速装置を介して結合される操作軸（ドライバービット）との結合部には、ワンウェイクラッチを形成するダンパースプリングを設けて、電磁クラッチ機構の結合時における操作軸の正転方向への最終的な回転角度変化を、前記ダンパースプリングの弾力によって緩除に行うように構成することにより、ねじ具の締付け完了時における締付け動作をより一層緩やかに行って、ストレンゲージによる設定トルクとの照合および電磁クラッチ機構による動力伝達の遮断を、適正かつ円滑に達成することができることを突き止めた。
【００１９】
従って、本発明の目的は、ねじ具の締付けを常に一定のトルク値で円滑かつ高精度に達成することができると共に、簡単かつコンパクトな構成にして、ねじ具の取付け対象物に対するショック等による悪影響を確実に防止することができる電動回転工具およびこの電動回転工具を使用する簡便かつ高精度のねじ具の締付けトルク管理システムを提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明に係る電動回転工具は、円筒状ケーシングを備え、このケーシング内部に電動モータを収納配置し、前記電動モータの一端部側における駆動出力軸に対し電磁クラッチ機構を同軸結合し、前記電磁クラッチ機構の出力軸に対し、前記ケーシング内に軸受を介して回転自在に保持された遊星歯車減速装置を結合すると共に、この遊星歯車減速装置の出力軸をドライバービットと結合する操作軸に回転自在に結合し、
前記遊星歯車減速装置のギヤケースにインターナルギヤを回転自在に保持すると共に、このインターナルギヤと前記ギヤケースとの間に、前記遊星歯車減速装置の出力軸に対しこれを同軸的に囲繞するようにダンパースプリングを接続配置し、
前記電動モータの他端部側を扁平状の支持体を介して前記ケーシング内に固定すると共に、前記支持体の一側面にストレンゲージを取付け、
前記ドライバービットによるねじ具のねじ締め操作に際しては、電動モータから電磁クラッチ機構および遊星歯車減速装置の出力軸に伝達される回転駆動力を直接前記ドライバービットに伝達してねじ締めを行い、ねじ具の締付け完了に際しては、前記ドライバービットに加わる負荷トルクに対して前記ダンパースプリングが作用して弾力的な締付けを行うと共に、前記電動モータを支持する前記支持体に取付けた前記ストレンゲージにより予め設定した締付けトルク値を検出して、このストレンゲージの前記締付けトルク値に基づいて前記電磁クラッチ機構の動力伝達を遮断する操作を行うように構成することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る電動回転工具を使用するねじ具の締付けトルク管理システムは、円筒状ケーシングを備え、このケーシング内部に電動モータを収納配置し、前記電動モータの一端部側における駆動出力軸に対し電磁クラッチ機構を同軸結合し、前記電磁クラッチ機構の出力軸に対し、前記ケーシング内に軸受を介して回転自在に保持された遊星歯車減速装置を結合すると共に、この遊星歯車減速装置の出力軸をドライバービットと結合する操作軸に回転自在に結合し、
前記遊星歯車減速装置のギヤケースにインターナルギヤを回転自在に保持すると共に、このインターナルギヤと前記ギヤケースとの間に、前記遊星歯車減速装置の出力軸に対しこれを同軸的に囲繞するようにダンパースプリングを接続配置し、
前記電動モータの他端部側を扁平状の支持体を介して前記ケーシング内に固定すると共に、前記支持体の一側面にストレンゲージを取付け、
前記ドライバービットによるねじ具のねじ締め操作に際しては、電動モータから電磁クラッチ機構および遊星歯車減速装置の出力軸に伝達される回転駆動力を直接ドライバービットに伝達してねじ締めを行い、ねじ具の締付け完了に際しては、前記ドライバービットに加わる負荷トルクに対して前記ダンパースプリングが作用して弾力的な締付けを行うと共に、前記電動モータを支持する前記支持体に取付けた前記ストレンゲージにより予め設定した締付けトルク値を検出して、このストレンゲージの前記締付けトルク値に基づいて前記電磁クラッチ機構の動力伝達を遮断する操作を行うように構成した電動回転工具を使用し、
所要の組立て物品について、それぞれ設定されているねじ具のそれぞれ取付け個所または組立て物品の部品マニュアルにおいて、各ねじ具の適正な締付けトルク値をそれぞれバーコード等の記号によってデータ表示するように設定し、
前記電動回転工具の制御回路において、前記データ表示されたデータの内容を自動データ読取器により読み取り、得られたデータをＣＰＵを介して、対応する締付けトルク値として設定すると共に、前記ストレンゲージにより検出されるトルク値を入力して、この検出トルク値が前記設定トルク値に達した際に、前記電磁クラッチ機構の動力伝達を遮断する操作を行うように設定することを特徴とする。
【００２２】
【実施例】
次に、本発明に係る電動回転工具の実施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００２３】
基本的構成例（手動方式の構成）
図１は、電動モータからなる駆動源を有しない手動方式による回転工具の構成例を示すものである。図１において、参照符号１０は内部に駆動源を収納していない手動方式の回転工具の把持部を示す。この回転工具の把持部１０は、円筒状ケーシング１２を備え、このケーシング１２の内部には、電磁クラッチ機構１４と遊星歯車減速装置１６とが同軸に結合されて、それぞれ回転可能に収納配置され、前記遊星歯車減速装置１６の出力軸１８に、例えばドライバービット（図示せず）等の結合を行う操作軸２０と結合するように構成されている。
【００２４】
電磁クラッチ機構１６の他端部は、軸受２２を介してケーシング１２に対し回転自在に支持されると共に、電磁クラッチ機構１４と同軸に延在するトーションバー等の支持体２４を介してケーシング１２の内部に固定される。そして、前記支持体２４の一側面にストレンゲージ２６が適宜張設される。
【００２５】
また、遊星歯車減速装置１６のギヤケース２８は、軸受３０を介してケーシング１２に対し回転自在に支持されると共に、このギヤケース２８内に回転可能に配置されたインターナルギヤ３２との間に、前記出力軸１８を囲繞するようにダンパースプリング３４が配設されている。すなわち、前記ダンパースプリング３４は、図２に示すように、円環状に形成され、その一端部３４ａはギヤケース２８の一部に嵌入係止されると共に、その他端部３４ｂは、図３に示すように、インターナルギヤ３２の一部に設けた係止孔３２ａに嵌入係止される。
【００２６】
このように、ダンパースプリング３４を設けることにより、操作軸２０の正転方向への回転時においては、ねじ具の締付け完了時における回転角度変化を前記ダンパースプリング３４の弾力により緩徐に行うことができ、設定トルク値との比較および電磁クラッチ機構１４への動作指令を適正に行うことができる。また、操作軸２０の逆転方向への回転時においては、インターナルギヤ３２の空転を係止して、ねじ具の取外し操作を円滑に達成することができる。
【００２７】
しかるに、本構成例に適用する前記電磁クラッチ機構１４としては、従来公知の機構を採用することができる。例えば、図４に示すように、ケーシング３６の内部に一対の接合離反する摩擦板３８、４０を備え、一方の摩擦板３８に対しては、その中心部に対してばね４２を弾力的に当接配置して、常時他方の摩擦板４０に対して押圧して摩擦係合させると共に、電磁コイル４４を近接配置してこれを付勢することにより、前記一方の摩擦板３８をその電磁力によりばね４２の弾力に抗して、他方の摩擦板４０より所定のクリアランスｄをもって離反するように構成したものである。
【００２８】
なお、図４において、参照符号４６は、一方の摩擦板３８に対して挿通すると共に、他方の摩擦板４０に対して押圧当接するようケーシング３６に設けた案内棒であり、また参照符号４８は、他方の摩擦板４０に一体的に結合した電磁クラッチ機構１４の出力軸を示すと共に、参照符号４９は、前記出力軸４８に対するスラスト軸受を示すものである。
【００２９】
次に、前記構成からなる回転工具の制御動作を行う制御回路およびその動作特性につき、図５および図６を参照して説明する。すなわち、図５は、ストレンゲージ２６によるトルク設定および検出並びに電磁クラッチ機構１４の結合離反動作を行うための制御回路を示し、また図６は、ねじ具の締付け操作に際してのトルク特性および電磁クラッチ動作特性等を示す波形図である。
【００３０】
しかるに、図５に示す制御回路は、ストレンゲージ２６を付勢するための電源装置として、バッテリ５０および定電圧回路５２を備える。また、ストレンゲージ２６の出力回路として、ゼロバランス回路５４、差動増幅回路５６、ローパスフィルタ回路５８、絶対値増幅回路６０、トルク校正バランス回路６２、Ａ／Ｄ変換回路６４、ＣＰＵ６６および表示回路６７ないしプリンタ回路６８を備え、ＣＰＵ６６に予め設定したトルク値特性データに基づき、ねじ具の締付け操作に際してのトルク値の設定、検出および電磁クラッチ機構１４の動作指令、表示回路６８への表示出力指令、プリンタ出力指令、リセット指令等の信号を出力するように構成する。
【００３１】
従って、前記ＣＰＵ６６における電磁クラッチ機構１４の動作指令信号に基づいて、リレー回路６９を付勢して、電磁クラッチ機構１４を付勢することにより、クラッチ動作を解除させることができる。そして、この場合における、ねじ具の締付け操作に際してのトルク特性およびその動作特性等は、図６に示す通りである。
【００３２】
このように構成することにより、本構成例の回転工具によれば、ねじ具の締付け操作を行う場合、ストレンゲージにおいて予め設定されたトルク値に到達した際に、ストレンゲージの出力信号に基づいて電磁クラッチ機構を付勢することによって、ねじ具の締付け操作を迅速に遮断させることができる。この場合、ねじ具の取付け対象物に対しショック等による悪影響を全く与えることなく、常に一定のトルク値でねじ具の締付けを円滑かつ高精度に達成することができる。
【００３３】
なお、本構成例において、特にねじ具の締付け操作に際して、負荷トルクが小さくてもよいねじ具を対象とする場合には、図１に示す回転工具の構成において、遊星歯車減速装置１６を省略したり、さらにはダンパースプリング３４を省略したりする、構成とすることも可能である。
【００３４】
電動回転工具の実施例
図７は、本発明に係る電動回転工具の実施例を示すものである。すなわち、図７において、参照符号７０は、内部に駆動源としての電動モータ７２を収納した電動回転工具の把持部を示す。なお、説明の便宜上、図１に示す回転工具の構成要素と同一の構成要素については、同一の参照符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３５】
しかるに、図７において、本実施例の電動回転工具は、図１に示す回転工具において、電磁クラッチ機構１４′と支持板２４との間に電動モータ７２を結合した構成からなる。この場合、前記電動モータ７２は、電磁クラッチ機構１４′と同様に、軸受７４を介してケーシング１２に対し回転自在に支持されている。その他の構成は、前記回転工具の構成例と同様である。
【００３６】
従って、本実施例における電動回転工具は、電動モータ７２を付勢することにより、操作軸２０に対して所要の回転動力を伝達することができる。そして、この場合に得られる、ねじ具の締付け操作に際してのトルク設定動作について得られる作用および効果は、前記構成例の回転工具と同様である。なお、本実施例の電動回転工具において、前記電動モータ７２の駆動回転数は、電磁クラッチ機構１４′の動作タイミングとの関係から、３０〜６０ｒｐｍに設定するのが好適である。
【００３７】
また、本実施例に適用する電磁クラッチ機構１４′としては、その両端に結合される機器がそれぞれ回転機構であるため、図４に示す電磁クラッチ機構１４に代えて、例えば図８に示すように、電動モータ７２の出力駆動軸７２ａの先端に、一方の摩擦板３８′を結合固定すると共に、この摩擦板３８′と対向させて軸方向に摺動可能な他方の摩擦板４０′を配置する。また、この摩擦板４０′に電磁クラッチ機構１４′の出力軸４８′を一体的に結合し、さらに前記電動モータ７２の出力駆動軸７２ａの外周に、電磁コイル４４′を配置する。そして、前記電磁コイル４４′を付勢することにより、前記一方の摩擦板３８′に対し、他方の摩擦板４０′を電磁力により吸着保持させて、軸結合を行うように構成した、公知の電磁クラッチ機構を好適に使用することができる。
【００３８】
従って、本実施例の電動回転工具においては、前記電磁クラッチ機構１４′の作動につき、前記構成例の回転工具における電磁クラッチ機構１４の作動とは異なり、電磁クラッチ機構１４′の付勢を解除することによって軸結合が解除され、ねじ具の締付け操作を迅速に遮断させることができる。
【００３９】
そして、本実施例の電動回転工具においても、前記構成例の回転工具と同様に、特にねじ具の締付け操作に際して、負荷トルクが小さくてもよいねじ具を対象とする場合には、図７に示す電動回転工具の構成において、遊星歯車減速装置１６を省略したり、さらにはダンパースプリング３４を省略したりした、構成とすることが可能である。なお、この場合、電動モータ７２を、支持体２４を介してケーシング１２へ固定するに際して、電動モータ７２と支持体２４との間に適宜のダンパー部材を設ければ好適である。
【００４０】
さらに、本実施例の変形例として、例えば図７に示す電動モータ７２と電磁クラッチ機構１４′との結合に代えて、低慣性ロータを備える電動モータ（コアレスモータと称する）を使用することができる。この種のコアレスモータとしては、例えばスイス国のインターエレクトリック社（Ｉｎｔｅｒｅｌｅｃｔｒｉｃ ＡＧ）の製造に係り、マクソンジャパン株式会社の販売に係る「マクソンＤＣモータ（ｍａｘｏｎ ＤＣ ｍｏｔｏｒ）」を適用することができる。このように、前記コアレスモータを使用することにより、ねじの締付け操作に際してのトルク特性およびその動作特性等は、図９に示す通りとなる。
【００４１】
応用例（本実施例の電動回転工具を使用するねじ具の締付けトルク管理システム）
前述した実施例に示すように構成した本発明に係る電動回転工具は、図５からも明らかなように、制御操作を全て電気的制御により行うため、例えば図５に示すＣＰＵ６６に対し、外部データ入力回路７６を設けて、種々のねじ具等に対するそれぞれ適正なトルク値の設定を、ディジタル的なデータ処理によって随時簡便に行うことが可能となる。
【００４２】
そこで、例えば図１０の（ａ）に示すように、所要の組立て物品８０について、それぞれ設定されているねじ具のそれぞれ取付け個所Ｓ１〜Ｓ４において、各ねじ具の適正な締付けトルク値をそれぞれバーコード等の記号によってデータ表示したデータシート８２ａ〜８２ｄ等を、適宜貼着しておく。このように構成することにより、例えば物品８０の組立てに際しては、予め電動回転工具の制御回路において、前記外部データ入力回路７６に付設した自動データ読取器７８（図５参照）を使用して、前記データシート８２ａ〜８２ｄにデータ表示されたデータの内容を読み取って、その内容を外部データ入力回路７６を介してＣＰＵ６６に記憶保持させることにより、ねじ具のそれぞれ所定の取付け個所Ｓ１〜Ｓ４における締付けを、設定されたトルク値に基づいて簡便かつ適正に行うことができる。
【００４３】
また、前記組立て物品８０のメンテナンス等に際しては、前記データシート８２ａ〜８２ｄにデータ表示されたデータの内容を読み取って、その内容を表示回路６７に表示させ、それぞれ適正なトルクでねじ具の取外しを行うことができると共に、ねじ具の再度の締付けに際しても、前記と同様にそれぞれ設定されたトルク値に基づいて適正に行うことができる。
【００４４】
代案として、例えば図１０の（ｂ）に示すように、前記所要の組立て物品８０の部品マニュアル８４において、それぞれ部品として記載されるねじ具の表示部８６ａ、８６ｂ・・・ に対応させて、各ねじ具の適正な締付けトルク値をそれぞれバーコード等の記号によってデータ表示したデータ表示部８８ａ、８８ｂ・・・ を設ける。このように構成することによっても、前記と同様にして、データ表示部８８ａ、８８ｂ・・・ にデータ表示されたデータの内容を読み取って、その内容を外部データ入力回路７６を介してＣＰＵ６６に記憶保持させることにより、ねじ具のそれぞれ所定の取付け個所における締付けを、設定されたトルク値に基づいて簡便かつ適正に行うことができる。
【００４５】
このようにして、本発明に係る電動回転工具を使用することにより、ねじ具等の締付けトルク管理を簡便かつ高精度に行うことができる。
【００４６】
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本発明の精神を逸脱しない範囲内において種々の設計変更をなし得ることは勿論である。
【００４７】
【発明の効果】
前述した実施例から明らかなように、本発明に係る電動回転工具は、円筒状ケーシングを備え、このケーシング内部に電動モータを収納配置し、前記電動モータの一端部側における駆動出力軸に対し電磁クラッチ機構を同軸結合し、前記電磁クラッチ機構の出力軸に対し、前記ケーシング内に軸受を介して回転自在に保持された遊星歯車減速装置を結合すると共に、この遊星歯車減速装置の出力軸をドライバービットと結合する操作軸に回転自在に結合し、前記遊星歯車減速装置のギヤケースにインターナルギヤを回転自在に保持すると共に、このインターナルギヤと前記ギヤケースとの間に、前記遊星歯車減速装置の出力軸に対しこれを同軸的に囲繞するようにダンパースプリングを接続配置し、前記電動モータの他端部側を扁平状の支持体を介して前記ケーシング内に固定すると共に、前記支持体の一側面にストレンゲージを取付け、前記ドライバービットによるねじ具のねじ締め操作に際しては、電動モータから電磁クラッチ機構および遊星歯車減速装置の出力軸に伝達される回転駆動力を直接前記ドライバービットに伝達してねじ締めを行い、ねじ具の締付け完了に際しては、前記ドライバービットに加わる負荷トルクに対して前記ダンパースプリングが作用して弾力的な締付けを行うと共に、前記電動モータを支持する前記支持体に取付けたストレンゲージにより予め設定した締付けトルク値を検出して、このストレンゲージの前記締付けトルク値に基づいて前記電磁クラッチ機構の動力伝達を遮断する構成としたことにより、極めて簡単かつコンパクトな構成によって、ねじ具の取付け対象物に対しショック等による悪影響を全く与えることなく、常に一定のトルクでねじ具の締付けや、予め締付けられているねじ具の確認締め等の作業を、円滑かつ高精度に達成することができる。
【００４８】
また、本発明においては、前記構成からなる電動回転工具を使用して、所要の組立て物品について、それぞれ設定されているねじ具のそれぞれ取付け個所または組立て物品の部品マニュアルにおいて、各ねじ具の適正な締付けトルク値をそれぞれバーコード等の記号によってデータ表示するように設定し、前記電動回転工具の制御回路において、前記データ表示されたデータの内容を自動データ読取器により読み取り、得られたデータをＣＰＵを介して、対応する締付けトルク値として設定すると共に、前記ストレンゲージにより検出されるトルク値を入力して、この検出トルク値が前記設定トルク値に達した際に、前記電磁クラッチ機構の動力伝達を遮断する操作を行うように設定することにより、ねじ具のそれぞれ所定の取付け個所における締付けを、設定されたトルク値に基づいて簡便かつ適正に行うことができる、ねじ具の締付けトルク管理システムを容易に構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る電動回転工具の基本構成としての手動回転工具の構成例を示す要部断面側面図である。
【図２】 図１に示す回転工具に付設されるダンパースプリングの構成を示すものであって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図３】 図１に示す回転工具を構成する遊星歯車減速装置のインターナルギヤの構成を示すものであって、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は底面図である。
【図４】 図１に示す回転工具に適用し得る電磁クラッチ機構の概略断面構成図である。
【図５】 本構成例の回転工具の電磁クラッチ機構を制御動作させる制御系の系統図である。
【図６】 本構成例の回転工具において電磁クラッチ機構を使用した場合のトルク特性とその動作特性等を示す波形図である。
【図７】 本発明に係る電動回転工具の構成を示す要部断面側面図である。
【図８】 本発明に係る電動回転工具に適用し得る電磁クラッチ機構の原理構成を示す説明図である。
【図９】 本発明に係る電動回転工具において低慣性ロータを備える電動モータ（コアレスモータ）を使用した場合のトルク特性とその動作特性等を示す波形図である。
【図１０】 （ａ）および（ｂ）は、本発明に係る電動回転工具を使用してねじ具の締付けトルク管理を行う場合のシステム構成の概略をそれぞれ示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 把持部
１２ 円筒ケーシング
１４，１４′ 電磁クラッチ機構
１６ 遊星歯車減速装置
１８ 出力軸
２０ 操作軸
２２ 軸受
２４ 支持体
２６ ストレンゲージ
２８ ギヤケース
３０ 軸受
３２ インターナルギヤ
３４ ダンパースプリング
３４ａ 一端部
３４ｂ 他端部
３８、４０、３８′、４０′ 摩擦板
４２ ばね
４４、４４′ 電磁コイル
４６ 案内棒
４８、４８′ 出力軸
４９ スラスト軸受
６６ ＣＰＵ
６９ リレー回路
７０ 把持部
７２ 電動モータ
７２ａ 電動モータの駆動出力軸
７４ 軸受
７６ 外部データ入力回路
７８ 自動データ読取器
８０ 組立て物品
８２ａ〜８２ｄ データシート
８４ 部品マニュアル
８６ａ、８６ｂ… ねじ具の表示部
８８ａ、８８ｂ… データ表示部
【産業上の利用分野】
本発明は、電動回転工具に係り、特にボルトやナット等のねじ具の締付けトルクないしは緩めトルクを高精度に設定および測定することができる電動回転工具およびこれを使用するねじ具の締付けトルク管理システムに関するものである。
【０００２】
従来、電動回転工具により、ボルト、ナット、ねじ等の被緊締物が所定の締付けトルクで締上げられているか、また一度締付けを完了したねじ等がどれ位のトルクで緩むかを測定し、常に均一なトルクで締付けを行う手段として、一般的にトルクドライバーが知られている。このトルクドライバーは、渦巻きばねを使用して、その機械的変位量をトルク値として目盛板に表示するものである。
【０００３】
また、このような機械的な検出手段に代えて、物性歪みを電気抵抗の変化に変換するトランスジューサとして所謂ストレンゲージを使用し、検出された歪みトルク値を数値的に直接ディジタル表示するトルクメータも開発されるに至っている。
【０００４】
そこで、従来の電動ドライバー等においては、ねじ等の締付けに際し、ドライバービットに強力な反対負荷が加わった場合に、これを予め設定した締付けトルクで動作するクラッチ機構により、所定のトルク値に至った状態を検知して前記クラッチ機構を動作させ、電動モータの出力軸とその従動軸（ドライバービット）との結合を一時的に遮断するように構成したものが、提案され実施されている。さらに、前記クラッチ機構の作動に際し、これをリミットスイッチ等により検出して、電動モータの駆動を停止するように構成した電動ドライバーも実用化されている（特公昭６２−２５９８０号公報）。
【０００５】
すなわち、このようなクラッチ機構を備えた電動ドライバーとして、本出願人は、先に、電動モータの出力軸に遊星歯車減速装置を介して、従動軸（ドライバービット）に結合し、この遊星歯車減速装置の遊星歯車と噛合するインターナルギヤを把持部ケーシング内に回転自在に遊嵌し、そしてこのインターナルギヤと把持部ケーシングの一端部側をそれぞれ閉塞して対向させ、前記把持部ケーシングの対向面には通孔を穿設してここに鋼球を収納し、この鋼球を前記把持部ケーシングの外側からフランジ付きスリーブで弾力的に保持し、前記鋼球をインターナルギヤの前記対向面に設けた溝部内に嵌入当接して、自動クラッチ装置を構成した電動回転工具を開発し、特許を得た（特公昭６０−１３７９８号公報）。
【０００６】
前記の自動クラッチ装置は、ねじ等の締付け作業において、電動モータの出力軸からの回転出力は、遊星歯車減速装置を介してドライバービットに伝達されるが、ねじの締付けの完了が近づくと反対負荷がドライバービットより遊星歯車減速装置へ伝達されて遊星歯車を介してインターナルギヤを回転させるように作用する。そして、この反対負荷が鋼球を押圧している弾力に打ち勝つと、すなわち所定の設定トルク以上になると、前記鋼球がインターナルギヤの対向面に設けた溝部を乗り越えるようにして、前記インターナルギヤが回動し、この結果電動モータの出力軸とドライバービットとの結合が、一時的に遮断されることになる。従って、前記鋼球を保持するフランジ付きスリーブの弾力を調整することにより、クラッチ装置の動作点すなわちトルク設定値を変更することができる。
【０００７】
一方、前述した電動回転工具のクラッチ装置とは別に、実際にどの程度のトルク値でねじ等がその取付け対象物に対し締付けられたかを、直接電動回転工具で検出する手段として、ドライバービットに作用する強力な反対負荷を検出するように構成したトルク検出器も知られている。
【０００８】
この種のトルク検出器としては、例えば前記インターナルギヤの外周の一部に対応する円筒状ケーシングにスリットを穿設し、このスリットの開口部に接触しないように前記インターナルギヤの一部にトーションバーを固着し、これを外方に延出させて適宜固定して、インターナルギヤの回動を制限する方向に係止し、前記トーションバーの一側面にトルク検出用のストレンゲージを取付けた構成からなる。
【０００９】
このように構成することにより、駆動源である電動モータが回転すると、その出力軸は、把持部ケーシング中の遊星歯車減速装置により減速増強されて、従動軸すなわちドライバービットに伝達される。この時、遊星歯車減速装置の遊星歯車はインターナルギヤと噛合して自転しつつ前記内歯に沿って公転し、ドライバービットには減速増強された回転力が得られる。そこで、前記インターナルギヤは、把持部ケーシングの内部に回転可能に遊嵌されているが、半径方向外方に延出しているトーションバーは、その先端近傍において指示板に設けたストッパに接触しているので、その回動は阻止され、従って動力伝達が遮断されることはない。すなわち、インターナルギヤの回動が把持部ケーシングに対して阻止されないとすれば、ドライバービットに強力な反対負荷が加わるとインターナルギヤは空転し、動力伝達が遮断されることになる。
【００１０】
そして、この反対負荷は、直接前記インターナルギヤに伝達され、このインターナルギヤを把持部ケーシングに対し回動させようとする力となって現れる。しかし、前記インターナルギヤはストッパによりその回動を阻止されているから、前記インターナルギヤに加わった反対負荷はトーションバーに伝達される。従って、トーションバーには、ストッパとインターナルギヤにおけるトーションバーの接続部との間において、ねじ込み作業中の間、連続的に変動推移する応力歪みがもたらされることになる。この応力歪みは、前記ストレンゲージにより検出され、電気抵抗の変化として、例えばオシロスコープやディジタルカウンタで直読監視することができる。
【００１１】
このようにして、前記トルク検出器は、ねじ込み作業中において、連続的にトーションバーに伝達される応力歪みを直読監視することができることによって、ねじの締付け開始から締付け完了に至る間のトルク値の変動を測定し、最適な締付けトルクを知ることができる（特開平６−２５４７７５号公報）。
【００１２】
また、同様に、ねじの締付け作業を行いながら、この作業の全工程を通じての動的なトルクを、トルク損失を生じることなく連続的なトルク値の変動として高精度に測定することができるトルク検出器として、電動モータと減速機とを連結し、さらに前記減速機から出力軸を導出してなるねじ締め用動力ユニットにおいて、前記動力ユニットの一端を前記出力軸を支持する軸受を介してケーシング内に固定すると共に、動力ユニットの他端をその軸方向に延在する扁平状の支持板を介してケーシング内に固定し、前記支持板の一側面にストレンゲージを取付けた構成からなるものも提案されている（特公昭６２−２５９８０号公報）。
【００１３】
このように構成したトルク検出器は、前記ストレンゲージを動力ユニットと同軸に結合固定した支持板に取付けたものであり、ボルトやナット等のねじ具の取付け作業の遂行に際し、ねじ具の締付けに必要なトルクと全く同じ分量の反対トルクが、支持板に対して連続的に加わる応力歪みとして、ストレンゲージにより検出することができ、これによりねじ具の締付け開始から完了に至る迄の連続的なトルク変動を測定することが可能である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、前述した構成からなる従来のトルクドライバー、トルクメータあるいはトルク検出器においては、ねじ具の締付け時におけるトルク値、もしくはねじ具の締付け開始から完了に至る迄の連続的に変動するトルク値を、それぞれ適正に測定ないし監視することは、前記ストレンゲージを使用する場合には可能であるが、多量のねじ具の締付け作業において、全て一定のトルク値となるように安定かつ高精度なねじ締め操作を達成することは困難である。
【００１５】
従来においては、前述したように、自動クラッチ装置を備えた電動回転工具が知られているが、この自動クラッチ装置は、機械的構成からなるものであり、締付けトルクの設定もばね力を調整するため精度的に限界があるばかりでなく、クラッチ動作に際しては、電動モータの出力軸に結合されるドライバービットに対して瞬間的変動（機械的な振動）によるショック等を起生するため、各種電子部品や精密機械部品等の組立てに際しては、各部品に対して悪影響を与える難点がある。
【００１６】
そこで、本発明者は、鋭意研究並びに試作を重ねた結果、従来の機械的な自動クラッチ装置に代えて、ねじ具の締付け操作を行う動力を遮断させる手段として電磁クラッチ機構を採用し、この電磁クラッチ機構を把持部ケーシングに内蔵させると共に、トルク値の設定ないし検出手段としてストレンゲージを適用し、例えばねじ具の締付け操作を行う場合、ストレンゲージにおいて予め設定したトルク値に到達した際に、ストレンゲージの出力信号に基づいて電磁クラッチ機構を動作させて、ねじ具の締め付け操作を遮断させるように構成することにより、極めて簡単かつコンパクトな構成によって、ねじ具の取付け対象物に対し、ショック等による悪影響を全く与えることなく、常に一定のトルク値でねじ具の締付けを行うこと、あるいは予め締付けられているねじ具の確認締め等の作業を円滑かつ高精度に達成すること、ができる電動回転工具を得ることができることを突き止めた。
【００１７】
特に、負荷トルクが大きいねじ具等を対象とする場合には、電磁クラッチ機構の出力軸に対し、遊星歯車減速装置等を接続配置することにより、電磁クラッチ機構における設定トルク値に対する動力伝達の遮断操作を行う場合の動作精度を、適正に高めることが可能となる。
【００１８】
また、前記電動回転工具の構成において、電磁クラッチ機構の一端側出力軸と直接または前記減速装置を介して結合される操作軸（ドライバービット）との結合部には、ワンウェイクラッチを形成するダンパースプリングを設けて、電磁クラッチ機構の結合時における操作軸の正転方向への最終的な回転角度変化を、前記ダンパースプリングの弾力によって緩除に行うように構成することにより、ねじ具の締付け完了時における締付け動作をより一層緩やかに行って、ストレンゲージによる設定トルクとの照合および電磁クラッチ機構による動力伝達の遮断を、適正かつ円滑に達成することができることを突き止めた。
【００１９】
従って、本発明の目的は、ねじ具の締付けを常に一定のトルク値で円滑かつ高精度に達成することができると共に、簡単かつコンパクトな構成にして、ねじ具の取付け対象物に対するショック等による悪影響を確実に防止することができる電動回転工具およびこの電動回転工具を使用する簡便かつ高精度のねじ具の締付けトルク管理システムを提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明に係る電動回転工具は、円筒状ケーシングを備え、このケーシング内部に電動モータを収納配置し、前記電動モータの一端部側における駆動出力軸に対し電磁クラッチ機構を同軸結合し、前記電磁クラッチ機構の出力軸に対し、前記ケーシング内に軸受を介して回転自在に保持された遊星歯車減速装置を結合すると共に、この遊星歯車減速装置の出力軸をドライバービットと結合する操作軸に回転自在に結合し、
前記遊星歯車減速装置のギヤケースにインターナルギヤを回転自在に保持すると共に、このインターナルギヤと前記ギヤケースとの間に、前記遊星歯車減速装置の出力軸に対しこれを同軸的に囲繞するようにダンパースプリングを接続配置し、
前記電動モータの他端部側を扁平状の支持体を介して前記ケーシング内に固定すると共に、前記支持体の一側面にストレンゲージを取付け、
前記ドライバービットによるねじ具のねじ締め操作に際しては、電動モータから電磁クラッチ機構および遊星歯車減速装置の出力軸に伝達される回転駆動力を直接前記ドライバービットに伝達してねじ締めを行い、ねじ具の締付け完了に際しては、前記ドライバービットに加わる負荷トルクに対して前記ダンパースプリングが作用して弾力的な締付けを行うと共に、前記電動モータを支持する前記支持体に取付けた前記ストレンゲージにより予め設定した締付けトルク値を検出して、このストレンゲージの前記締付けトルク値に基づいて前記電磁クラッチ機構の動力伝達を遮断する操作を行うように構成することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る電動回転工具を使用するねじ具の締付けトルク管理システムは、円筒状ケーシングを備え、このケーシング内部に電動モータを収納配置し、前記電動モータの一端部側における駆動出力軸に対し電磁クラッチ機構を同軸結合し、前記電磁クラッチ機構の出力軸に対し、前記ケーシング内に軸受を介して回転自在に保持された遊星歯車減速装置を結合すると共に、この遊星歯車減速装置の出力軸をドライバービットと結合する操作軸に回転自在に結合し、
前記遊星歯車減速装置のギヤケースにインターナルギヤを回転自在に保持すると共に、このインターナルギヤと前記ギヤケースとの間に、前記遊星歯車減速装置の出力軸に対しこれを同軸的に囲繞するようにダンパースプリングを接続配置し、
前記電動モータの他端部側を扁平状の支持体を介して前記ケーシング内に固定すると共に、前記支持体の一側面にストレンゲージを取付け、
前記ドライバービットによるねじ具のねじ締め操作に際しては、電動モータから電磁クラッチ機構および遊星歯車減速装置の出力軸に伝達される回転駆動力を直接ドライバービットに伝達してねじ締めを行い、ねじ具の締付け完了に際しては、前記ドライバービットに加わる負荷トルクに対して前記ダンパースプリングが作用して弾力的な締付けを行うと共に、前記電動モータを支持する前記支持体に取付けた前記ストレンゲージにより予め設定した締付けトルク値を検出して、このストレンゲージの前記締付けトルク値に基づいて前記電磁クラッチ機構の動力伝達を遮断する操作を行うように構成した電動回転工具を使用し、
所要の組立て物品について、それぞれ設定されているねじ具のそれぞれ取付け個所または組立て物品の部品マニュアルにおいて、各ねじ具の適正な締付けトルク値をそれぞれバーコード等の記号によってデータ表示するように設定し、
前記電動回転工具の制御回路において、前記データ表示されたデータの内容を自動データ読取器により読み取り、得られたデータをＣＰＵを介して、対応する締付けトルク値として設定すると共に、前記ストレンゲージにより検出されるトルク値を入力して、この検出トルク値が前記設定トルク値に達した際に、前記電磁クラッチ機構の動力伝達を遮断する操作を行うように設定することを特徴とする。
【００２２】
【実施例】
次に、本発明に係る電動回転工具の実施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００２３】
基本的構成例（手動方式の構成）
図１は、電動モータからなる駆動源を有しない手動方式による回転工具の構成例を示すものである。図１において、参照符号１０は内部に駆動源を収納していない手動方式の回転工具の把持部を示す。この回転工具の把持部１０は、円筒状ケーシング１２を備え、このケーシング１２の内部には、電磁クラッチ機構１４と遊星歯車減速装置１６とが同軸に結合されて、それぞれ回転可能に収納配置され、前記遊星歯車減速装置１６の出力軸１８に、例えばドライバービット（図示せず）等の結合を行う操作軸２０と結合するように構成されている。
【００２４】
電磁クラッチ機構１６の他端部は、軸受２２を介してケーシング１２に対し回転自在に支持されると共に、電磁クラッチ機構１４と同軸に延在するトーションバー等の支持体２４を介してケーシング１２の内部に固定される。そして、前記支持体２４の一側面にストレンゲージ２６が適宜張設される。
【００２５】
また、遊星歯車減速装置１６のギヤケース２８は、軸受３０を介してケーシング１２に対し回転自在に支持されると共に、このギヤケース２８内に回転可能に配置されたインターナルギヤ３２との間に、前記出力軸１８を囲繞するようにダンパースプリング３４が配設されている。すなわち、前記ダンパースプリング３４は、図２に示すように、円環状に形成され、その一端部３４ａはギヤケース２８の一部に嵌入係止されると共に、その他端部３４ｂは、図３に示すように、インターナルギヤ３２の一部に設けた係止孔３２ａに嵌入係止される。
【００２６】
このように、ダンパースプリング３４を設けることにより、操作軸２０の正転方向への回転時においては、ねじ具の締付け完了時における回転角度変化を前記ダンパースプリング３４の弾力により緩徐に行うことができ、設定トルク値との比較および電磁クラッチ機構１４への動作指令を適正に行うことができる。また、操作軸２０の逆転方向への回転時においては、インターナルギヤ３２の空転を係止して、ねじ具の取外し操作を円滑に達成することができる。
【００２７】
しかるに、本構成例に適用する前記電磁クラッチ機構１４としては、従来公知の機構を採用することができる。例えば、図４に示すように、ケーシング３６の内部に一対の接合離反する摩擦板３８、４０を備え、一方の摩擦板３８に対しては、その中心部に対してばね４２を弾力的に当接配置して、常時他方の摩擦板４０に対して押圧して摩擦係合させると共に、電磁コイル４４を近接配置してこれを付勢することにより、前記一方の摩擦板３８をその電磁力によりばね４２の弾力に抗して、他方の摩擦板４０より所定のクリアランスｄをもって離反するように構成したものである。
【００２８】
なお、図４において、参照符号４６は、一方の摩擦板３８に対して挿通すると共に、他方の摩擦板４０に対して押圧当接するようケーシング３６に設けた案内棒であり、また参照符号４８は、他方の摩擦板４０に一体的に結合した電磁クラッチ機構１４の出力軸を示すと共に、参照符号４９は、前記出力軸４８に対するスラスト軸受を示すものである。
【００２９】
次に、前記構成からなる回転工具の制御動作を行う制御回路およびその動作特性につき、図５および図６を参照して説明する。すなわち、図５は、ストレンゲージ２６によるトルク設定および検出並びに電磁クラッチ機構１４の結合離反動作を行うための制御回路を示し、また図６は、ねじ具の締付け操作に際してのトルク特性および電磁クラッチ動作特性等を示す波形図である。
【００３０】
しかるに、図５に示す制御回路は、ストレンゲージ２６を付勢するための電源装置として、バッテリ５０および定電圧回路５２を備える。また、ストレンゲージ２６の出力回路として、ゼロバランス回路５４、差動増幅回路５６、ローパスフィルタ回路５８、絶対値増幅回路６０、トルク校正バランス回路６２、Ａ／Ｄ変換回路６４、ＣＰＵ６６および表示回路６７ないしプリンタ回路６８を備え、ＣＰＵ６６に予め設定したトルク値特性データに基づき、ねじ具の締付け操作に際してのトルク値の設定、検出および電磁クラッチ機構１４の動作指令、表示回路６８への表示出力指令、プリンタ出力指令、リセット指令等の信号を出力するように構成する。
【００３１】
従って、前記ＣＰＵ６６における電磁クラッチ機構１４の動作指令信号に基づいて、リレー回路６９を付勢して、電磁クラッチ機構１４を付勢することにより、クラッチ動作を解除させることができる。そして、この場合における、ねじ具の締付け操作に際してのトルク特性およびその動作特性等は、図６に示す通りである。
【００３２】
このように構成することにより、本構成例の回転工具によれば、ねじ具の締付け操作を行う場合、ストレンゲージにおいて予め設定されたトルク値に到達した際に、ストレンゲージの出力信号に基づいて電磁クラッチ機構を付勢することによって、ねじ具の締付け操作を迅速に遮断させることができる。この場合、ねじ具の取付け対象物に対しショック等による悪影響を全く与えることなく、常に一定のトルク値でねじ具の締付けを円滑かつ高精度に達成することができる。
【００３３】
なお、本構成例において、特にねじ具の締付け操作に際して、負荷トルクが小さくてもよいねじ具を対象とする場合には、図１に示す回転工具の構成において、遊星歯車減速装置１６を省略したり、さらにはダンパースプリング３４を省略したりする、構成とすることも可能である。
【００３４】
電動回転工具の実施例
図７は、本発明に係る電動回転工具の実施例を示すものである。すなわち、図７において、参照符号７０は、内部に駆動源としての電動モータ７２を収納した電動回転工具の把持部を示す。なお、説明の便宜上、図１に示す回転工具の構成要素と同一の構成要素については、同一の参照符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３５】
しかるに、図７において、本実施例の電動回転工具は、図１に示す回転工具において、電磁クラッチ機構１４′と支持板２４との間に電動モータ７２を結合した構成からなる。この場合、前記電動モータ７２は、電磁クラッチ機構１４′と同様に、軸受７４を介してケーシング１２に対し回転自在に支持されている。その他の構成は、前記回転工具の構成例と同様である。
【００３６】
従って、本実施例における電動回転工具は、電動モータ７２を付勢することにより、操作軸２０に対して所要の回転動力を伝達することができる。そして、この場合に得られる、ねじ具の締付け操作に際してのトルク設定動作について得られる作用および効果は、前記構成例の回転工具と同様である。なお、本実施例の電動回転工具において、前記電動モータ７２の駆動回転数は、電磁クラッチ機構１４′の動作タイミングとの関係から、３０〜６０ｒｐｍに設定するのが好適である。
【００３７】
また、本実施例に適用する電磁クラッチ機構１４′としては、その両端に結合される機器がそれぞれ回転機構であるため、図４に示す電磁クラッチ機構１４に代えて、例えば図８に示すように、電動モータ７２の出力駆動軸７２ａの先端に、一方の摩擦板３８′を結合固定すると共に、この摩擦板３８′と対向させて軸方向に摺動可能な他方の摩擦板４０′を配置する。また、この摩擦板４０′に電磁クラッチ機構１４′の出力軸４８′を一体的に結合し、さらに前記電動モータ７２の出力駆動軸７２ａの外周に、電磁コイル４４′を配置する。そして、前記電磁コイル４４′を付勢することにより、前記一方の摩擦板３８′に対し、他方の摩擦板４０′を電磁力により吸着保持させて、軸結合を行うように構成した、公知の電磁クラッチ機構を好適に使用することができる。
【００３８】
従って、本実施例の電動回転工具においては、前記電磁クラッチ機構１４′の作動につき、前記構成例の回転工具における電磁クラッチ機構１４の作動とは異なり、電磁クラッチ機構１４′の付勢を解除することによって軸結合が解除され、ねじ具の締付け操作を迅速に遮断させることができる。
【００３９】
そして、本実施例の電動回転工具においても、前記構成例の回転工具と同様に、特にねじ具の締付け操作に際して、負荷トルクが小さくてもよいねじ具を対象とする場合には、図７に示す電動回転工具の構成において、遊星歯車減速装置１６を省略したり、さらにはダンパースプリング３４を省略したりした、構成とすることが可能である。なお、この場合、電動モータ７２を、支持体２４を介してケーシング１２へ固定するに際して、電動モータ７２と支持体２４との間に適宜のダンパー部材を設ければ好適である。
【００４０】
さらに、本実施例の変形例として、例えば図７に示す電動モータ７２と電磁クラッチ機構１４′との結合に代えて、低慣性ロータを備える電動モータ（コアレスモータと称する）を使用することができる。この種のコアレスモータとしては、例えばスイス国のインターエレクトリック社（Ｉｎｔｅｒｅｌｅｃｔｒｉｃ ＡＧ）の製造に係り、マクソンジャパン株式会社の販売に係る「マクソンＤＣモータ（ｍａｘｏｎ ＤＣ ｍｏｔｏｒ）」を適用することができる。このように、前記コアレスモータを使用することにより、ねじの締付け操作に際してのトルク特性およびその動作特性等は、図９に示す通りとなる。
【００４１】
応用例（本実施例の電動回転工具を使用するねじ具の締付けトルク管理システム）
前述した実施例に示すように構成した本発明に係る電動回転工具は、図５からも明らかなように、制御操作を全て電気的制御により行うため、例えば図５に示すＣＰＵ６６に対し、外部データ入力回路７６を設けて、種々のねじ具等に対するそれぞれ適正なトルク値の設定を、ディジタル的なデータ処理によって随時簡便に行うことが可能となる。
【００４２】
そこで、例えば図１０の（ａ）に示すように、所要の組立て物品８０について、それぞれ設定されているねじ具のそれぞれ取付け個所Ｓ１〜Ｓ４において、各ねじ具の適正な締付けトルク値をそれぞれバーコード等の記号によってデータ表示したデータシート８２ａ〜８２ｄ等を、適宜貼着しておく。このように構成することにより、例えば物品８０の組立てに際しては、予め電動回転工具の制御回路において、前記外部データ入力回路７６に付設した自動データ読取器７８（図５参照）を使用して、前記データシート８２ａ〜８２ｄにデータ表示されたデータの内容を読み取って、その内容を外部データ入力回路７６を介してＣＰＵ６６に記憶保持させることにより、ねじ具のそれぞれ所定の取付け個所Ｓ１〜Ｓ４における締付けを、設定されたトルク値に基づいて簡便かつ適正に行うことができる。
【００４３】
また、前記組立て物品８０のメンテナンス等に際しては、前記データシート８２ａ〜８２ｄにデータ表示されたデータの内容を読み取って、その内容を表示回路６７に表示させ、それぞれ適正なトルクでねじ具の取外しを行うことができると共に、ねじ具の再度の締付けに際しても、前記と同様にそれぞれ設定されたトルク値に基づいて適正に行うことができる。
【００４４】
代案として、例えば図１０の（ｂ）に示すように、前記所要の組立て物品８０の部品マニュアル８４において、それぞれ部品として記載されるねじ具の表示部８６ａ、８６ｂ・・・ に対応させて、各ねじ具の適正な締付けトルク値をそれぞれバーコード等の記号によってデータ表示したデータ表示部８８ａ、８８ｂ・・・ を設ける。このように構成することによっても、前記と同様にして、データ表示部８８ａ、８８ｂ・・・ にデータ表示されたデータの内容を読み取って、その内容を外部データ入力回路７６を介してＣＰＵ６６に記憶保持させることにより、ねじ具のそれぞれ所定の取付け個所における締付けを、設定されたトルク値に基づいて簡便かつ適正に行うことができる。
【００４５】
このようにして、本発明に係る電動回転工具を使用することにより、ねじ具等の締付けトルク管理を簡便かつ高精度に行うことができる。
【００４６】
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本発明の精神を逸脱しない範囲内において種々の設計変更をなし得ることは勿論である。
【００４７】
【発明の効果】
前述した実施例から明らかなように、本発明に係る電動回転工具は、円筒状ケーシングを備え、このケーシング内部に電動モータを収納配置し、前記電動モータの一端部側における駆動出力軸に対し電磁クラッチ機構を同軸結合し、前記電磁クラッチ機構の出力軸に対し、前記ケーシング内に軸受を介して回転自在に保持された遊星歯車減速装置を結合すると共に、この遊星歯車減速装置の出力軸をドライバービットと結合する操作軸に回転自在に結合し、前記遊星歯車減速装置のギヤケースにインターナルギヤを回転自在に保持すると共に、このインターナルギヤと前記ギヤケースとの間に、前記遊星歯車減速装置の出力軸に対しこれを同軸的に囲繞するようにダンパースプリングを接続配置し、前記電動モータの他端部側を扁平状の支持体を介して前記ケーシング内に固定すると共に、前記支持体の一側面にストレンゲージを取付け、前記ドライバービットによるねじ具のねじ締め操作に際しては、電動モータから電磁クラッチ機構および遊星歯車減速装置の出力軸に伝達される回転駆動力を直接前記ドライバービットに伝達してねじ締めを行い、ねじ具の締付け完了に際しては、前記ドライバービットに加わる負荷トルクに対して前記ダンパースプリングが作用して弾力的な締付けを行うと共に、前記電動モータを支持する前記支持体に取付けたストレンゲージにより予め設定した締付けトルク値を検出して、このストレンゲージの前記締付けトルク値に基づいて前記電磁クラッチ機構の動力伝達を遮断する構成としたことにより、極めて簡単かつコンパクトな構成によって、ねじ具の取付け対象物に対しショック等による悪影響を全く与えることなく、常に一定のトルクでねじ具の締付けや、予め締付けられているねじ具の確認締め等の作業を、円滑かつ高精度に達成することができる。
【００４８】
また、本発明においては、前記構成からなる電動回転工具を使用して、所要の組立て物品について、それぞれ設定されているねじ具のそれぞれ取付け個所または組立て物品の部品マニュアルにおいて、各ねじ具の適正な締付けトルク値をそれぞれバーコード等の記号によってデータ表示するように設定し、前記電動回転工具の制御回路において、前記データ表示されたデータの内容を自動データ読取器により読み取り、得られたデータをＣＰＵを介して、対応する締付けトルク値として設定すると共に、前記ストレンゲージにより検出されるトルク値を入力して、この検出トルク値が前記設定トルク値に達した際に、前記電磁クラッチ機構の動力伝達を遮断する操作を行うように設定することにより、ねじ具のそれぞれ所定の取付け個所における締付けを、設定されたトルク値に基づいて簡便かつ適正に行うことができる、ねじ具の締付けトルク管理システムを容易に構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る電動回転工具の基本構成としての手動回転工具の構成例を示す要部断面側面図である。
【図２】 図１に示す回転工具に付設されるダンパースプリングの構成を示すものであって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図３】 図１に示す回転工具を構成する遊星歯車減速装置のインターナルギヤの構成を示すものであって、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は底面図である。
【図４】 図１に示す回転工具に適用し得る電磁クラッチ機構の概略断面構成図である。
【図５】 本構成例の回転工具の電磁クラッチ機構を制御動作させる制御系の系統図である。
【図６】 本構成例の回転工具において電磁クラッチ機構を使用した場合のトルク特性とその動作特性等を示す波形図である。
【図７】 本発明に係る電動回転工具の構成を示す要部断面側面図である。
【図８】 本発明に係る電動回転工具に適用し得る電磁クラッチ機構の原理構成を示す説明図である。
【図９】 本発明に係る電動回転工具において低慣性ロータを備える電動モータ（コアレスモータ）を使用した場合のトルク特性とその動作特性等を示す波形図である。
【図１０】 （ａ）および（ｂ）は、本発明に係る電動回転工具を使用してねじ具の締付けトルク管理を行う場合のシステム構成の概略をそれぞれ示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 把持部
１２ 円筒ケーシング
１４，１４′ 電磁クラッチ機構
１６ 遊星歯車減速装置
１８ 出力軸
２０ 操作軸
２２ 軸受
２４ 支持体
２６ ストレンゲージ
２８ ギヤケース
３０ 軸受
３２ インターナルギヤ
３４ ダンパースプリング
３４ａ 一端部
３４ｂ 他端部
３８、４０、３８′、４０′ 摩擦板
４２ ばね
４４、４４′ 電磁コイル
４６ 案内棒
４８、４８′ 出力軸
４９ スラスト軸受
６６ ＣＰＵ
６９ リレー回路
７０ 把持部
７２ 電動モータ
７２ａ 電動モータの駆動出力軸
７４ 軸受
７６ 外部データ入力回路
７８ 自動データ読取器
８０ 組立て物品
８２ａ〜８２ｄ データシート
８４ 部品マニュアル
８６ａ、８６ｂ… ねじ具の表示部
８８ａ、８８ｂ… データ表示部
Claims (2)
- 円筒状ケーシングを備え、このケーシング内部に電動モータを収納配置し、前記電動モータの一端部側における駆動出力軸に対し電磁クラッチ機構を同軸結合し、前記電磁クラッチ機構の出力軸に対し、前記ケーシング内に軸受を介して回転自在に保持された遊星歯車減速装置を結合すると共に、この遊星歯車減速装置の出力軸をドライバービットと結合する操作軸に回転自在に結合し、
前記遊星歯車減速装置のギヤケースにインターナルギヤを回転自在に保持すると共に、このインターナルギヤと前記ギヤケースとの間に、前記遊星歯車減速装置の出力軸に対しこれを同軸的に囲繞するようにダンパースプリングを接続配置し、
前記電動モータの他端部側を扁平状の支持体を介して前記ケーシング内に固定すると共に、前記支持体の一側面にストレンゲージを取付け、
前記ドライバービットによるねじ具のねじ締め操作に際しては、電動モータから電磁クラッチ機構および遊星歯車減速装置の出力軸に伝達される回転駆動力を直接前記ドライバービットに伝達してねじ締めを行い、ねじ具の締付け完了に際しては、前記ドライバービットに加わる負荷トルクに対して前記ダンパースプリングが作用して弾力的な締付けを行うと共に、前記電動モータを支持する前記支持体に取付けた前記ストレンゲージにより予め設定した締付けトルク値を検出して、このストレンゲージの前記締付けトルク値に基づいて前記電磁クラッチ機構の動力伝達を遮断する操作を行うように構成することを特徴とする電動回転工具。 - 円筒状ケーシングを備え、このケーシング内部に電動モータを収納配置し、前記電動モータの一端部側における駆動出力軸に対し電磁クラッチ機構を同軸結合し、前記電磁クラッチ機構の出力軸に対し、前記ケーシング内に軸受を介して回転自在に保持された遊星歯車減速装置を結合すると共に、この遊星歯車減速装置の出力軸をドライバービットと結合する操作軸に回転自在に結合し、
前記遊星歯車減速装置のギヤケースにインターナルギヤを回転自在に保持すると共に、このインターナルギヤと前記ギヤケースとの間に、前記遊星歯車減速装置の出力軸に対しこれを同軸的に囲繞するようにダンパースプリングを接続配置し、
前記電動モータの他端部側を扁平状の支持体を介して前記ケーシング内に固定すると共に、前記支持体の一側面にストレンゲージを取付け、
前記ドライバービットによるねじ具のねじ締め操作に際しては、電動モータから電磁クラッチ機構および遊星歯車減速装置の出力軸に伝達される回転駆動力を直接ドライバービットに伝達してねじ締めを行い、ねじ具の締付け完了に際しては、前記ドライバービットに加わる負荷トルクに対して前記ダンパースプリングが作用して弾力的な締付けを行うと共に、前記電動モータを支持する前記支持体に取付けた前記ストレンゲージにより予め設定した締付けトルク値を検出して、このストレンゲージの前記締付けトルク値に基づいて前記電磁クラッチ機構の動力伝達を遮断する操作を行うように構成した電動回転工具を使用し、
所要の組立て物品について、それぞれ設定されているねじ具のそれぞれ取付け個所または組立て物品の部品マニュアルにおいて、各ねじ具の適正な締付けトルク値をそれぞれバーコード等の記号によってデータ表示するように設定し、
前記電動回転工具の制御回路において、前記データ表示されたデータの内容を自動データ読取器により読み取り、得られたデータをＣＰＵを介して、対応する締付けトルク値として設定すると共に、前記ストレンゲージにより検出されるトルク値を入力して、この検出トルク値が前記設定トルク値に達した際に、前記電磁クラッチ機構の動力伝達を遮断する操作を行うように設定することを特徴とするねじ具の締付けトルク管理システム。
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