JP4768357B2 - 電動ドライバ - Google Patents

Description

本発明は、自動車や電子機器の組立工程におけるねじの締め付け作業等に用いられる電動ドライバに関し、特に、ねじの締め付け作業等の際に生じる反力を低減することができるようにした電動ドライバに関するものである。

従来、自動車や電子機器の組立工程におけるねじの締め付け作業には、電動ドライバが汎用されている（例えば、特許文献１参照）。
ところで、この種の電動ドライバは、一般に、回転駆動源のモータとねじ締め付け用ビットを保持するビットホルダとの間にクラッチ機構を介在させ、ねじの締め付け作業時にビットホルダに所定のトルク以上の負荷が加わった場合に前記クラッチ機構が作動して、ビットホルダへの動力の伝達を遮断するようにし、さらに必要に応じて、モータへの通電を遮断する、締め付けトルク制御手段を備え、締め付けトルクを正確に制御できるようにしている。
このように、従来の電動ドライバは、締め付けトルクを制御する点では種々の配慮がなされてしているが、その反面、ねじの締め付け作業の際に生じる反力に対しては特段の配慮がなされておらず、このため、電動ドライバを保持する作業者に負荷がかかり、長時間のねじの締め付け作業によって作業者が疲労したり、反力の影響によって作業者による電動ドライバの保持状態が変動し、ねじの締め付け精度が低下する等の問題があった。
特開２００１−６２７４５号公報

本発明は、上記従来の電動ドライバの有する問題点に鑑み、ねじの締め付け作業等の際に生じる反力を低減することができる電動ドライバを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の電動ドライバは、モータの回転駆動力をビットホルダを介してビットに伝達するようにした電動ドライバにおいて、ビットからビットホルダを介して本体ケーシングに伝わる反力の大きさを測定する本体ケーシングに配設したトルクセンサと、前記ビットホルダの回転方向と同方向にモータによって回転駆動されるフライホイールと、該フライホイールを制動することにより、ビットからビットホルダを介して本体ケーシングに伝わる反力を打ち消す方向の反力を生じさせるブレーキと、ビットからビットホルダを介して本体ケーシングに伝わる反力の前記トルクセンサによって測定された大きさに応じて前記ブレーキを作動させるブレーキ操作機構とを備えるとともに、ビットホルダを回転駆動するモータと、フライホイールを回転駆動するモータとを、個別に配設したことを特徴とする。

この場合において、前記２つのモータの駆動を間欠的に行うようにすることができる。

本発明の電動ドライバによれば、ビットからビットホルダを介して本体ケーシングに伝わる反力の大きさに応じて、ブレーキ操作機構によりブレーキを作動させることによりフライホイールを制動して、ビットからビットホルダを介して本体ケーシングに伝わる反力を打ち消す方向の反力を生じさせ、ねじの締め付け作業等の際に生じる反力を低減することができる。
これによって、電動ドライバを保持する作業者にかかる負荷を軽減することができるとともに、反力の影響によって作業者による電動ドライバの保持状態が変動することがなく、ねじの締め付け精度を向上することができる。

また、前記２つのモータの駆動を間欠的に行うようにすることにより、締め付け時間が長い場合や大きなトルクが発生する場合等でも、ねじの締め付け作業等の際に生じる反力を確実に低減することができる。

以下、本発明の電動ドライバの実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１〜図３に、本発明の電動ドライバの一実施例を示す。
この電動ドライバは、モータＭ２の回転駆動力をビットホルダ２を介してビット（図示省略）に伝達するようにした電動ドライバにおいて、ビットホルダ２の回転方向と同方向に前記モータＭ２とは別のモータＭ１によって回転駆動されるフライホイール３と、このフライホイール３を制動することにより、ビットからビットホルダ２を介して本体ケーシング１に伝わる反力Ｆ２を打ち消す方向の反力Ｆ１を生じさせるブレーキ４と、ビットからビットホルダ２を介して本体ケーシング１に伝わる反力Ｆ２の大きさに応じてブレーキ４を作動させるブレーキ操作機構５とを備えるようにしている。

この場合において、フライホイール３を回転駆動するモータＭ１は、本体ケーシング１の適宜位置に配設したトルクセンサＳ１の出力信号に応じて、コントローラＣ１及びドライバＤ１によって駆動制御される。
また、トルクセンサＳ１の出力信号は、コントローラＣ１を介してブレーキ操作機構（ブレーキコントローラ）５に伝達され、ブレーキ操作機構（ブレーキコントローラ）５は、トルクセンサＳ１によって検出されるビットからビットホルダ２を介して本体ケーシング１に伝わる反力Ｆ２の大きさに応じて、ブレーキ４を作動させる。
なお、ブレーキ４の作動は、電磁石等の任意の付勢機構によって行うことができる。
そして、ブレーキ４が作動すると、フライホイール３が制動されて、ビットからビットホルダ２を介して本体ケーシング１に伝わる反力Ｆ２を打ち消す方向の反力Ｆ１を生じさせ、ねじの締め付け作業等の際に生じる反力を低減することができる。
反力Ｆ１のトルク（ブレーキトルク）の大きさは、次式で表される。
Ｔ＝ＧＤ^２×Ｎ／（３７５×ｔ×９．８）
ここで、Ｔ：反力Ｆ１のトルク（ブレーキトルク）
ＧＤ^２：慣性値
Ｎ：回転数
ｔ：制動時間
である。
これによって、電動ドライバを保持する作業者にかかる負荷を軽減することができるとともに、反力Ｆ２の影響によって作業者による電動ドライバの保持状態が変動することがなく、ねじの締め付け精度を向上することができる。

一方、ビットホルダ２を回転駆動するモータＭ２は、本体ケーシング１の適宜位置に配設したトルクセンサＳ２の出力信号に応じて、コントローラＣ２及びドライバＤ２によって駆動制御される。

ところで、ねじの締め付け操作は、図３（ａ）に示すように、通常、ビットホルダ２を回転駆動するモータＭ２を１回駆動操作し、これに応じて、フライホイール３を回転駆動するモータＭ１を１回駆動操作し、ブレーキ操作機構（ブレーキコントローラ）５は、トルクセンサＳ１によって検出されるビットからビットホルダ２を介して本体ケーシング１に伝わる反力Ｆ２の大きさに応じて、ブレーキ４を作動させるようにするが、締め付け時間が長い場合や大きなトルクが発生する場合等には、ビットからビットホルダ２を介して本体ケーシング１に伝わる反力Ｆ２を打ち消す方向の反力Ｆ１が不足することがある。
このような場合には、図３（ｂ）に示すように、ビットホルダ２を回転駆動するモータＭ２を間欠的に（図示の実施例では４回）駆動操作し、これに応じて、フライホイール３を回転駆動するモータＭ１を間欠的に（図示の実施例では４回）駆動操作し、ブレーキ操作機構（ブレーキコントローラ）５は、トルクセンサＳ１によって検出されるビットからビットホルダ２を介して本体ケーシング１に伝わる反力Ｆ２の大きさに応じて、ブレーキ４を作動させるようにする。
このように、モータＭ１、Ｍ２の駆動を間欠的に行うようにすることにより、締め付け時間が長い場合や大きなトルクが発生する場合等でも、ねじの締め付け作業等の際に生じる反力を確実に低減することができる。

図４〜図６に、電動ドライバの参考例を示す。
この電動ドライバは、モータＭの回転駆動力をビットホルダ２を介してビット（図示省略）に伝達するようにした電動ドライバにおいて、ビットホルダ２の回転方向と同方向に前記モータＭと共通のモータＭによって回転駆動されるフライホイール３と、このフライホイール３を制動することにより、ビットからビットホルダ２を介して本体ケーシング１に伝わる反力Ｆ２を打ち消す方向の反力Ｆ１を生じさせるブレーキ４と、ビットからビットホルダ２を介して本体ケーシング１に伝わる反力Ｆ２の大きさに応じてブレーキ４を作動させるブレーキ操作機構５とを備えるようにしている。

この場合において、モータＭは、本体ケーシング１の適宜位置に配設したトルクセンサＳの出力信号に応じて、コントローラＣ及びドライバＤによって駆動制御される。
また、トルクセンサＳの出力信号は、コントローラＣを介してブレーキ操作機構（ブレーキコントローラ）５に伝達され、ブレーキ操作機構（ブレーキコントローラ）５は、トルクセンサＳによって検出されるビットからビットホルダ２を介して本体ケーシング１に伝わる反力Ｆ２の大きさに応じて、ブレーキ４を作動させる。
そして、ブレーキ４が作動すると、フライホイール３が制動されて、ビットからビットホルダ２を介して本体ケーシング１に伝わる反力Ｆ２を打ち消す方向の反力Ｆ１を生じさせ、ねじの締め付け作業等の際に生じる反力を低減することができる。
これによって、電動ドライバを保持する作業者にかかる負荷を軽減することができるとともに、反力Ｆ２の影響によって作業者による電動ドライバの保持状態が変動することがなく、ねじの締め付け精度を向上することができる。

一方、モータＭは、滑りクラッチ６を介してビットホルダ２に接続するようにし、これにより、ねじの締め付け作業の際には、フリーランニングしてねじが着座するまで締め付けを行った後、ビットホルダ２側は滑りクラッチ６により空転するようにする。
また、ビットホルダ２の外周面と、本体ケーシング１の内周面との間には、ワンウェイクラッチ７を配設するようにしている。これにより、ブレーキ４が作動することによって発生した反力（トルク）Ｆ１は、ワンウェイクラッチ７を介して締め付けトルクとして作用する。

そして、本参考例のように、１台のモータＭを共通に使用する場合も、ねじの締め付け操作は、図６（ａ）に示すように、通常、モータＭを１回駆動操作するようにするが、締め付け時間が長い場合や大きなトルクが発生する場合等には、図６（ｂ）に示すように、モータＭを間欠的に（図示の参考例では４回）駆動操作するようにする。
このように、モータＭの駆動を間欠的に行うようにすることにより、締め付け時間が長い場合や大きなトルクが発生する場合等でも、ねじの締め付け作業等の際に生じる反力を確実に低減することができる。

ところで、トルクセンサＳ、Ｓ１、Ｓ２には、歪ゲージ式センサ、磁歪式センサ等の各種トルクセンサを用いることができる。
なお、上記実施例及び参考例は、トルクセンサＳ、Ｓ１、Ｓ２に、歪ゲージ式センサを用いたものであり、また、図７に示す電動ドライバの参考例の変形例は、トルクセンサＳに磁歪式センサを用いたものである。
ここで、磁歪式センサは、ビットホルダ２を周回するように配設した励磁コイル及び検出コイルＳａにより、溝加工Ｓｂを施したビットホルダ２の透磁率変化を検出コイルの出力電圧変化（トルクの大きさに比例）として検出するようにしたものである。

以上、本発明の電動ドライバについて、実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、実施例や参考例に記載した構成を適宜組み合わせたり、モータＭ、Ｍ１、Ｍ２の回転方向を逆方向とする等、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の電動ドライバは、ねじの締め付け作業等の際に生じる反力を低減することができることから、ねじの締め付け作業の際に大きな反力が生じる用途や長時間のねじの締め付け作業の用途に用いられる電動ドライバに好適に用いることができるほか、例えば、高度のねじの締め付け精度が要求される用途に用いられる電動ドライバ等にも広く用いることができる。

本発明の電動ドライバの一実施例を示す正面断面図である。 同制御系統を示す説明図である。 同ビットからビットホルダを介して本体ケーシングに伝わる反力Ｆ２と、これを打ち消す方向の反力Ｆ１との関係を示す説明図で、（ａ）はモータを１回駆動操作する場合を、（ｂ）はモータを間欠的に駆動操作する場合を、それぞれ示す。 電動ドライバの参考例を示す正面断面図である。 同制御系統を示す説明図である。 同ビットからビットホルダを介して本体ケーシングに伝わる反力Ｆ２と、これを打ち消す方向の反力Ｆ１との関係を示す説明図で、（ａ）はモータを１回駆動操作する場合を、（ｂ）はモータを間欠的に駆動操作する場合を、それぞれ示す。 電動ドライバの参考例の変形例を示す正面断面図である。

１ 本体ケーシング
２ ビットホルダ
３ フライホイール
４ ブレーキ
５ ブレーキ操作機構
６ 滑りクラッチ
７ ワンウェイクラッチ
Ｃ コントローラ
Ｃ１ コントローラ
Ｃ２ コントローラ
Ｄ ドライバ
Ｄ１ ドライバ
Ｄ２ ドライバ
Ｍ モータ
Ｍ１ モータ
Ｍ２ モータ
Ｓ トルクセンサ
Ｓ１ トルクセンサ
Ｓ２ トルクセンサ

Claims (2)

1. モータの回転駆動力をビットホルダを介してビットに伝達するようにした電動ドライバにおいて、ビットからビットホルダを介して本体ケーシングに伝わる反力の大きさを測定する本体ケーシングに配設したトルクセンサと、前記ビットホルダの回転方向と同方向にモータによって回転駆動されるフライホイールと、該フライホイールを制動することにより、ビットからビットホルダを介して本体ケーシングに伝わる反力を打ち消す方向の反力を生じさせるブレーキと、ビットからビットホルダを介して本体ケーシングに伝わる反力の前記トルクセンサによって測定された大きさに応じて前記ブレーキを作動させるブレーキ操作機構とを備えるとともに、ビットホルダを回転駆動するモータと、フライホイールを回転駆動するモータとを、個別に配設したことを特徴とする電動ドライバ。
2. 前記２つのモータの駆動を間欠的に行うようにしたことを特徴とする請求項１記載の電動ドライバ。

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