JP5174156B2 - 動力工具用トルク感知ユニット及び該トルク感知ユニットを備える動力工具 - Google Patents

Description

本発明は、減速歯車の一部分から工具ハウジングへ伝達される反作用トルクを感知する手段によって、出力トルクに反応する信号を発生させるトルク感知ユニット及びこのようなトルク感知ユニットを備える動力工具に関するものである。

特に、本発明は、遊星減速歯車のリングギアと工具ハウジングとの間に接続され、且つ、伝達された反作用トルク及び従って工具の出力トルクに応じて信号を発生するように配置された歪み感知手段を備える反作用トルク伝達要素で構成されるトルク感知ユニットに関するものである。

従来公知型のトルク感知手段は、例えば、特許文献１に記載されており、減速歯車のリングギアを工具ハウジングに接続する弾性変形可能なスリーブと、工具ハウジングに伝達された反作用トルクに応じたスリーブの弾性捻れ変形を指示するように設けられた歪みゲージ型感知手段とを備えている。この装置は、工具ハウジングにおいて実質的な軸方向の空間を必要とする点で欠点がある。また、この装置は作るのに比較的コストが嵩んでしまう。

トルクを発生する動力工具用の別な型のトルク感知手段は、特許文献２に記載されている。この公知のトルク感知手段は、ホイール型のトルク伝達要素を備え、このホイール型トルク伝達要素は、ハウジングに装着された固定式ディスクに接続するための内部スプラインを備えたハブと、反作用トルクに晒されるリングギア要素に接続するための外部スプラインを備えたリム部とを備えている。この装置は、工具ハウジングにおいて相対的に短い軸方向の空間を要する点では有利であるが、その代わりに、半径方向の大きな空間を必要とし、むしろ製造するには複雑でしかも高い費用が掛かってしまう。

米国特許第４，６２０，４４９号 米国特許第５，１７２，７７４号

本発明の第一の目的は、先行技術による装置の欠点を回避する、改良されたトルク感知ユニット及びそのようなトルク感知ユニットを備える動力工具を提供することにある。従って、本発明は、小型の構成で且つ単純でしかも製造するのに高い経費が掛からない動力工具用トルク感知ユニットを提供しようとするものである。

本発明のさらなる目的及び利点は以下の説明及び特許請求の範囲から明らかになる。

添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態について以下に詳細に説明する。

本発明によるトルク感知ユニットを備える動力工具の長手方向断面図。 図１における線II−IIに沿った断面図。 歪み感知手段を有する本発明によるトルク伝達要素の斜視図。

図面に例示した動力工具は、ネジ継手を緊締するための動力ナットランナーであり、ハウジング１０と、回転モーター１１と、減速ギア１２と、アングルヘッド１４にジャーナル軸受された出力軸１３とで構成されている。減速ギア１２は、周知の種類の直列に接続されそしてハウジング１０に接続された非回転式リングギア１６を備えた二つの遊星歯車を有している。明細書の量を少なく保つために、周知の遊星歯車の構成については詳細な説明を省略する。しかし、減速ギア１２は、太陽ギア１９を備えかつモーター１１に接続される主たる駆動軸を有している。リングギア１６は、工具の動作中、リングギア１６に及ぶ反作用トルクをハウジング１０に伝達するよう配置されたトルク感知ユニット２０を介して、ハウジング１０に接続されている。

先行技術で周知のように、遊星減速歯車のリングギアに作用する反作用トルクは、工具の出力軸を介して伝送される出力トルクに比例し、また工具の出力トルクを測定する固定式の比較的簡単な手段を達成するために、トルク感知手段はリングギアと工具ハウジングの間に用いられてきた。この目的のために、上述のように先行技術による公知の装置は、場所をとり、複雑であり、そのうえ製造するのに費用が掛かり過ぎて問題であった。

図面に例示した動力工具では、環状のトルク伝達要素２２を含むトルク感知ユニット２０は、リングギア１６とハウジング１０との間に接続され、リングギア１６の幾何学軸線に一致する幾何学軸線を有している。このトルク伝達要素２２は、比較的薄く、すなわちその軸方向長さはその半径方向の寸法よりも相当に短く、このことは、トルク感知ユニット２０がハウジング１０の内部領域のうちの限定された軸方向領域だけを占めるということを意味している。トルク伝達要素２２には、ハウジング１０に接続するための直径方向に対向する第一の対の外部係合部２４、２５と、リングギア１６に接続するための直径方向に対向する第二の対の係合部２７、２８とを備えている。第一の対の係合部２４、２５は、第二の対の係合部２７、２８に対して９０度の角度で離間されている。

第一の対の係合部２４、２５は、トルク伝達要素２２からの反応力Ｆ_Ｒをハウジング１０に伝達するようにされている。一方、第二の対の係合部２７、２８は、リングギア１６から受ける接線方向に働く力Ｆ_Ｔに関連するトルクをトルク伝達要素２２に伝達するようにされている。図３参照。

第一の対の係合部２４、２５は、ハウジング１０の溝３１、３２と係合するようにされ、また第二の対の係合部２７、２８は、リングギア１６のポケット３６、３７と共動するようにされている。図２参照。

第一の対の係合部２４、２５と第二の対の係合部２７、２８との間には、それぞれ、四つの同一の弱い部分４２ａ−４２ｄが設けられている。これらの弱い部分４２ａ−４２ｄは、トルク伝達中に曲げ応力を受けて弾性的に変形する。曲げ応力で引き起こされるこの変形を測定するために、歪みゲージ４３が設けられている。そのうちの一つのみを図３に例示する。これらの歪みゲージ４３は、リングギア１６の幾何学軸線Ｃに平行である平面Ａ、Ｂにのびる平坦面４５ａ−４５ｄに装着されている。これらの面Ａ、Ｂは、リングギア１６と同軸の虚軸軌道の弦線に沿って横方向に伸長している。

適当には、それぞれの歪みゲージ４３は、動力工具に搭載され或いは据置（固定）ユニットとして工具から離れて配置した動作制御又は感知手段のホイートストンブリッジ回路に接続され、それによってトルク関連信号は工具の出力トルクを指示するために得られる。実際の信号を、所定の最終トルクレベルを示す予定された設定信号と比較することによって、発生した出力トルクがいつ所望レベルに到達するのか或いは到達していないのかを決定することが可能であり、また必要ならば、動力工具を自動停止させることもできる。

小型の寸法及び単純な構成により、本発明によるトルク感知ユニットは、動力工具に適ししかも特に動力工具に適用するようにされる。環状のトルク伝達要素２２は、押出し成形技術で合理的に製造することができる。例えば所望の断面形状で軽合金製の管状ブランクが押出し成形され、そしてそのブランクを“部片”に切断することによって別個の要素を形成する。

１０ ハウジング
１１ 回転モーター
１２ 減速ギア
１３ 出力軸
１４ 角度ヘッド
１６ リングギア
１９ 太陽ギア
２０ トルク感知ユニット
２２ 環状トルク伝達要素
２４、２５ 第一の対の外部係合部
２７、２８ 第二の対の外部係合部
３１、３２ 溝
３６、３７ ポケット
４２ａ−４２ｄ 弱い部分
４３ 歪みゲージ
４５ａ−４５ｄ 平坦面

Claims (5)

1. ハウジング（１０）と、回転モーター（１１）と、リングギア（１６）を備えた遊星減速歯車（１２）と、リングギア（１６）に作用する反作用トルクをハウジング（１０）に伝達するためリングギア（１６）及びハウジング（１０）の間に挿差されたトルク伝達要素（２２）とを有し、トルク伝達要素（２２）が、伝達された反作用トルクの大きさに応じて電気信号を発生する少なくとも一つの歪み感知装置（４３）を備えるトルク感知ユニットにおいて、
   トルク伝達要素（２２）が、実質的に環状形状であり、その軸方向長さがその半径方向の寸法よりも実質的に短く、トルク伝達要素（２２）の幾何学軸線がリングギア（１６）の幾何学軸線と一致するように配置され、
   トルク伝達要素（２２）が、
   ハウジング（１０）の溝（３１、３２）と共動する第一の対の外部係合部（２４、２５）と、
   リングギア（１６）のポケット（３６、３７）と共動する第二の対の外部係合部（２７、２８）とを備え、
   前記第一の対及び第二の対の係合部（２４、２５、２７、２８）が互いに対して角度間隔を空けて設けられ、
   またトルク伝達要素（２２）が、前記第一の対及び第二の対の係合部（２４、２５、２７、２８）の間に配置され且つトルク伝達要素（２２）によって伝達された反作用トルクによる曲げ応力を受けるよう配置された少なくとも一対の弱い変形部分（４２ａ−４２ｄ）を備え、
   少なくとも一つの前記歪み感知装置（４３）が前記変形部分（４２ａ−４２ｄ）のうちの一つに取り付けられていること
   を特徴とするトルク感知ユニット。
2. 前記変形部分（４２ａ−４２ｄ）のそれぞれが、リングギア（１６）の幾何学軸線と実質的に平行である面（Ａ、Ｂ）にのびる平坦面（４５ａ−４５ｄ）を備え、また、前記少なくとも一つの歪み感知装置（４３）が、少なくとも１つの前記変形部分（４２ａ−４２ｄ）の前記平坦面（４５ａ−４５ｄ）に装着された歪みゲージを備えていることを特徴とする請求項１に記載のトルク感知ユニット。
3. 少なくとも一つの前記変形部分（４２ａ−４２ｄ）が合計で四つであり、一方の対の変形部分（４２ａ、４２ｂ）と直径方向に対向して配置された他方の対の変形部分（４２ｃ、４２ｄ）との二対で構成され、また前記二対の変形部分（４２ａ−４２ｄ）が、互いに対し角度９０度の間隔で配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のトルク感知ユニット。
4. 前記第一の対の前記係合部（２４、２５）が互いに直径方向に対向して配置され、また前記第二の対の前記係合部（２７、２８）が互いに直径方向に対向して配置され、さらに前記第一の対の係合部（２４、２５）が９０度の角度で前記第二の対の係合部（２７、２８）から間隔を空けて設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のトルク感知ユニット。
5. 前記トルク伝達要素（２２）が、一部片体であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のトルク感知ユニット。

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