JP5945304B2 - 締付工具 - Google Patents

Description

本発明は、発電装置を搭載したトルクレンチ等の締付工具に関する。

従来、電子回路を搭載したトルクレンチ等の締付工具において、ボルト等の締結部材を締め付ける際、締付トルクが設定トルク値に達すると、締め付けトルク値等のデータを無線送信し、当該締結部材の締め付けが終了したことを報知するようにしたものが提供されている（特許文献１）。

このような締付工具には、無線送信部を含む電子回路に対する電源供給を行う電源電池（バッテリー）が交換可能に装備される。

締付工具の供給電源をバッテリーとする場合、バッテリーの残量が少ない状態で使用を開始した場合、使用の途中でバッテリー切れとなっているのに気付かずに使用するおそれがある。この場合、締付データが送信されなくなる。

また、バッテリー残量がなくなった場合、あるいはバッテリー残量が少なくなった場合には、バッテリーの交換作業を要し、あるいは充電のために充電ケーブルを接続するといった作業を要する。このような作業は、例えば機械の組み立て工場等において日常のメンテナンスの一環として行われている。

一方、バッテリーの交換方式の締付工具にあっては、電池接点を要するため、接触不良を招きやすく、特にトルクレンチにあっては使用時に大きな衝撃が加わるため、電池接点の不具合等を招きやすい。また、充電式バッテリーを電源とする締付工具にあっては、充電用ジャックの破損、充電ケーブルの断線が避けられない。

したがって、電源部をバッテリー方式とする締付工具にあっては、日常のメンテナンス管理が重要となっていた。

特開２００８−３０７６７０号公報

本発明が解決しようとする課題は、電池を不要として日常のメインテナンスフリーを実現しつつ、電子回路への給電を可能とするトルクレンチ等の締付工具を提供することにある。

（１）本発明の課題を解決する締付工具の構成は、締付トルクが設定トルク値に達してトルクリミッターが作動すると、トルクリミッター作動検知部が出力する検知信号を取得した電子回路部から締付完了信号を出力する締付工具であって、少なくとも前記トルクリミッターの作動時に、前記電子回路部に給電する発電部を有することを特徴とする。
（２）上記（１）の構成において、締付工具は、操作者が締付作業の際に把持する把持部が後端部に設けられたハンドル部と、前記ハンドル部の前端部に設けられたヘッド部と、前記電子回路部を覆うケースと、前記ケースの外面に取り付けられており、光エネルギーを電気エネルギーに変換する、前記発電部としての光電変換素子と、光電変換素子が生成した電力のうち、前記電子回路部で使用されない余剰電力を蓄電する蓄電部とを有する。前記ケースは、前記ハンドル部の外面であって、前記把持部よりも前記ヘッド部側の領域に取り付けられている。
（３）上記（１）の構成において、前記発電部は、ヨークの一対の磁極に与えるＮ極とＳ極の磁極を磁極切り替え手段により切り替えることで、前記ヨークに巻回した誘導コイルから起電力を発生させる電磁誘導方式であって、前記トルクリミッターの作動時における機械的な動作を利用して、前記磁極切り替え手段の切り替え駆動を行う。
（４）上記（１）の構成において、前記発電部は、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する圧電素子であって、前記トルクリミッターの作動時における機械的な動作を利用して、前記圧電素子に衝撃を与える。
（５）上記（１）の構成において、前記発電部は、温度差を電気エネルギーに変換する熱電変換素子であって、操作者が締付作業の際に把持する把持部に設けた。
（６）上記（３），（４）の構成において、前記トルクリミッターの作動時における機械的な動作は、操作者が把持し、締付方向に沿って移動する第１部材と、締結部材に一体的に接続する第２部材との間の動作である。
（７）上記（３）〜（６）のいずれかの構成において、前記発電部で発電した余剰電力を蓄電する蓄電部を有する。
（８）上記（１）の構成において、前記トルクリミッター作動検知部は、前記電子回路部に実装され、前記ヘッド部に対して前記ハンドル部が締付方向に移動したときに、前記ヘッド部に固定されたピンによって作動するスイッチである。
（９）上記（１）〜（８）のいずれかの構成において、前記締付工具は、トルクレンチまたはトルクドライバーである。

本発明によれば、バッテリーや外部電源からの電力供給が不要となり、トルクレンチやトルクドライバーなどの締付工具に対する日常のメンテナンス管理が大幅に軽減される。特に、電池の接点不良、充電ジャックの破損、充電ンケーブルの断線が無くなる。

また、バッテリーの不要に伴い、従来バッテリーを収納していた電子回路のケースを小型化することが可能となり、トルクレンチ等の締付工具のコンパクト化を図ることができる。

請求項１に係る発明では、工場内の照明光でも電力の供給が可能となる。

請求項２、３に係る発明では、トルクリミッターの作動を利用して発電部の駆動を行える。このため、締付完了の際に電力が発生し、電子回路に給電できるので、締付完了信号の出力に支障をきたすことがない。

請求項４に係る発明によれば、操作者の熱エネルギーを有効に利用して発電を行うことができる。

請求項５に係る発明によれば、トグル機構などを利用することができる。

請求項１、６に係る発明によれば、発電部にトラブルが生じる緊急時において、蓄電部の電力により電子回路部を駆動することができる。

本発明の第１の実施形態を示すトルクレンチの概略図で、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）はトルクリミッターの概略図である。 図１に示すトルクレンチの発電部と電子回路との回路ブロック図。 本発明の第２の実施形態を示すトルクレンチの概略図で、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）はトルクリミッターの概略図である。 図３に示すトルクレンチの発電部と電子回路との回路ブロック図。 電磁誘導発電の発電原理を説明する図。 本発明の第３の実施形態を示すトルクレンチの概略図で、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）はトルクリミッターの概略図である。 図６に示すトルクレンチの発電部と電子回路との回路ブロック図。 本発明の第４の実施形態を示すトルクレンチの概略図で、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図である。 図８に示すトルクレンチの発電部と電子回路との回路ブロック図。

以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
第１の実施形態
図１は本発明の締結工具をトルクレンチに適用した第１の実施形態を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）はトルクリミッターの概略図、図２は図１に示すトルクレンチの発電部と電子回路との回路ブロック図である。

トルクレンチ１は、筒形状のハンドル部１１と、角軸部１２ａを有するヘッド部１２と、トグル機構のトルクリミッター１３と、電子回路１４と、電子回路１４を覆う基板ケース１５と、通信アンテナ１６と、光発電部１７とを有する。ハンドル部１１の後端部にはグリップ部Ｇが設けられ、操作者はこのグリップ部Ｇの所定位置を握って締付操作を行う。

トルクレンチ１は、ハンドル部（第１部材）１１の前端部にヘッド部（第２部材）１２のレバー部１２ｂが差し込まれ、支軸１２ｃを介してヘッド部１２をハンドル部１１に揺動自在に取り付ける。ヘッド部１２の角軸部１２ａには不図示のソケットが装着され、前記ソケットがボルト等の締結部材に嵌合される。

電子回路１４の基板１４ａは、ハンドル部１１の外周面に固定される。基板１４ａには、トルクリミッター作動検知スイッチ１００が実装される。また、基板１４ａには、光発電部１７で発電した電力を所定電圧に変換する電力変換部１０１と、電力変換部１０１で変換された電力に基づいて電子回路１４の全体を制御するＣＰＵなどのプロセッサー１０２、通信部１０３を実装し、通信部１０３に通信アンテナ１６が接続される。なお、電力変換部１０１で電力変換した余剰電力は、二次電池またはキャパシタなどの蓄電部１０４にチャージして、光発電部１７の故障時における緊急電源としてもよい。

プロセッサー１０２は、トルクリミッター作動検知スイッチ１００から作動検知信号を取得すると、締結完了信号を通信部１０３に出力する。通信部１０３は、通信アンテナ１６を介して、無線により不図示の管理装置に締結完了信号を送信する。

光発電部１７は、電子回路１４の駆動電源をなす。光発電部は、光エネルギーを電気エネルギーに変換するソーラーセル等の光発電素子を例えば基板ケース１５の上面に取り付けた構成とすることができる。光発電素子は、屋内の照明でも発電可能な特性を備え、例えば置時計などの電源として用いられるものを例示できる。

トルクリミッター１３は、レバー部１２ｂと、トグルレスト１３ａと、トグルレスト１３ａとの間に連結されたトグル１３ｂと、トグルレスト１３ａをヘッド部１２側に向けて付勢するトルク値調整バネ１３ｃと、トルク値調整バネ１３ｃの後端側に当接し、軸方向に移動可能な不図示のトルク値調整部材とを有する。

図１（ｃ）はトルクリミッター１３の非作動状態を示し、ハンドル部１１を握って矢印Ｆ方向に力を加えると、ハンドル部１１からトグルレスト１３ａ、トグル１３ｂ、レバー部１２ｂ、角軸部１２ａに締付力が伝達され、ボルト等の締結部材に対して締め付けが行われる。締付トルクが設定トルク値に達すると、ヘッド部１２は回転せず、ハンドル部１１が支軸１２ｃを中心に回転を始める。そうすると、トグル１３ｂにはハンドル部１１の軸方向に沿って、トルク値調整バネ１３ｃの付勢力に抗する分力が作用し、トグルレスト１３ａが後方に移動してトグル動作が行われる。その際、トグルレスト１３ａとレバー部１２ｂとの剛体的な連結が解除され、ハンドル部１１の内周面がレバー部１２ｂに衝突する。この一連の動作により、ユーザは締結部材を設定トルク値で締め付けたことを認識する。

ハンドル部１１には、長穴部１１ａが形成され、レバー部１２ｂに植設したトグル作動検知ピン１３ｄが長穴部１１ａを貫通し、基板１４ａに設けたトルクリミッター作動検知スイッチ１００を作動可能とする。

本実施形態によれば、光発電部１７は、工場などの屋内において、照明光を受光していると発電する。したがって、締結部材の締め付けトルクが設定トルクとなり、トルクリミッター作動検知スイッチ１００の作動時において、電子回路１４は給電されている。このため、電子回路１４は、締付完了信号を送信することができる。

本実施形態において、トルクリミッター作動検知スイッチ１００を含め、機械的な構成のトルクリミッター１３の作動を検出してプロセッサー１０２に締付完了信号を出力する。しかし、本発明は締付完了信号の検出をこのような機械的な構成に限定されるものではない。例えば、図３に示すように、レバー部１２ｂにひずみゲージ１０５を貼り付け、締付トルク値を測定可能とした構成において、設定トルク値に達した時の特徴的な出力を検出し、これを締付完了信号とすることもできる。また、基板１４ａに角速度センサを実装し、トルクリミッター１３が作動した時に生じるハンドル部１１の特徴的な回転動作を角速度センサが検出し、これを締付完了信号とすることもできる。

第２の実施形態
図３、図４および図５は第２の実施形態を示す。

図３は本発明の締結工具をトルクレンチに適用した第２の実施形態を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）はトルクリミッターの概略図、図４は図３に示すトルクレンチの発電部と電子回路との回路ブロック図、図５は電磁誘導発電部の発電原理を説明する図である。

第２の実施形態は、発電部として電磁誘導発電部１８を設けた点が第１の実施形態と異なる。なお、図３および図４において、図１および図２に示した部材と同じ部材には同じ符号を付してその説明を省略する。

電磁誘導発電部１８は、ハンドル部１１に固定されている基板１４ａに取り付けられる。レバー部１２ｂに設けたトグル作動検知ピン１３ｄと、ハンドル部１１は、トルクリミッター１３の作動時において相対移動する。

本実施形態では、トルクリミッター１３の作動時におけるトグル作動検知ピン１３ｄと基板１４ａとの相対移動により、電磁誘導発電部１８の発電を行う。

図５に示すように、電磁誘導発電部１８は、ヨーク１８１と、誘導コイル１８４と、ロータ１８５と、第１永久磁石板１８６と、第２永久磁石板１８７を有する。ヨーク１８１は、不図示の固定部材に固定され、誘導コイル１８４が巻回される。ロータ１８５は、前記固定部材に回転自在に軸支され、第１永久磁石板１８６と第２永久磁石板１８７が対向してロータ１８５に固定される。

第１永久磁石板１８６は両端部の磁極がともにＮ極に着磁される。第２永久磁石板１８７は両端部の磁極がともにＳ極に着磁される。

ヨーク１８１の対向する第１磁極部１８２と第２磁極部１８３とを跨ぐように、第１永久磁石板１８６と第２永久磁石板１８７が配置される。本実施形態において、第２永久磁石板１８７をバネ１８８により付勢し、ロータ１８５を時計回り方向にバネ付勢する。また、トグル作動検知ピン１３ｄは、第１永久磁石板１８６と当接する。

図５（Ａ）はトルクリミッター１３の非作動状態を示し、第１磁極部１８２には第２永久磁石板１８７のＳ極が当接し、第２磁極部１８３には第１永久磁石板１８６のＮ極が当接する。その際、トグル作動検知ピン１３ｄとヨーク１２との距離をＬ１とする。

図５（Ｂ）はトルクリミッター１３の作動状態を示し、第１磁極部１８２には第１永久磁石板１８６のＮ極が当接し、第２磁極部１８３には第２永久磁石板１８７のＳ極が当接する。その際、トグル作動検知ピン１３ｄとヨーク１２との距離をＬ２とする。トルクリミッター１３の作動により、トグル作動検知ピン１３ｄとヨーク１８１との相対的な距離Ｌ２（Ｌ２＜Ｌ１）は短くなるので、第１永久磁石板１８６がトグル作動検知ピン１３ｄと当接しながら反時計回り方向に回転し、第１磁極部１８２に対する磁極がＳ極からＮ極に、第２磁極部１８３に対する磁極がＮ極からＳ極に切り替わる。トルクリミッター１３の作動を体感した操作者は、トルクレンチ１の締付力を弱めるため、トルクリミッター１３も元の図３（Ｃ）に示す状態に復帰する。その際、トグル作動検知ピン１３ｄとヨーク１８１とは、図５（Ａ）に示す位置に相対移動する。その際、前述した磁極の切り替えが行われる。この磁極の切り替わりにより、誘導コイル１８４を流れる電流の向きが反転し、電磁誘導による起電力（＋Ｖ、−Ｖ）が発生する。そして、電子回路１４に起電力を給電する。

本実施形態のトルクレンチ１において、締付トルクが設定トルク値に達すると、締付完了信号を出力できれば良い。すなわち、本実施形態では締結部材の締め付け中に電力の供給ができないが、締付完了と同時に電磁誘導発電部１８が発電を行うことができるので、何らの支障もない。

なお、発電部として電磁誘導発電部１８に代えて、ステッピングモータ等のモータを発電機として使用することも可能である。

第３の実施形態
図６および図７は第３の実施形態を示す。

図６は本発明の締結工具をトルクレンチに適用した第３の実施形態を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）はトルクリミッターの概略図、図７は図６に示すトルクレンチの発電部と電子回路との回路ブロック図である。

第３の実施形態は、発電部として機械エネルギーを電気エネルギーに変換する機械―電気エネルギー変換発電部１９を設けた点が第２の実施形態と異なる。なお、図６および図７において、図１および図２に示した部材と同じ部材には同じ符号を付してその説明を省略する。

機械―電気エネルギー変換発電部（圧電素子）１９は、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する圧電素子（ピエゾ素子）を利用して発電を行う。圧電素子１９は、圧電素子に外力を加えて歪を生じさせると起電力を発生する。圧電素子１９は、ハンドル部１１に固定されている基板１４ａに取り付けられる。レバー部１２ｂに設けたトグル作動検知ピン１３ｄと、ハンドル部１１は、トルクリミッター１３の作動時において相対移動する。

そこで、圧電素子１９に外力を加える手段として、本実施形態ではトグル作動検知ピン１３ｄを用いる。

第２の実施形態と同様に、トルクリミッター１３の作動時に、トグル作動検知ピン１３ｄと基板１４ａに固定される圧電素子１９は相対的に移動する。すなわち、基板１４ａに固定された圧電素子１９は、トルクリミッター１３の作動時に、瞬間的にトグル作動検知ピン１３ｄに衝突する。その際、圧電素子１９は起電力を発生し、電子回路１４に給電する。そして、トルクリミッター１３の作動に伴う締付完了信号を出力する。

本実施形態のトルクレンチは、第２の実施形態と同様に、トルクリミッター１３の作動時に電子回路１４に給電し、締付完了信号が出力できれば良い。したがって、トルクリミッター１３の作動時に生じる一回の衝撃力で圧電素子１９に生じる起電力でも十分に電子回路１４を駆動でき、締付完了信号を出力することができる。

なお、圧電素子１９を基板１４ａに固定しているが、ハンドル部１１に直接圧電素子１９を固定しても良い。また、圧電素子１９が衝突する相手側はトグル作動検知ピン１３ｄとしているが、ヘッド部１３のレバー部１２ｂに直接衝突するようにしても良い。

第４の実施形態
図８は本発明の第４の実施形態を示すトルクレンチの概略図で、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図である。図９は図８に示すトルクレンチの発電部と電子回路との回路ブロック図である。

第４の実施形態は、発電部として温度差発電部（ペルチェ素子）２０を設けた点が第１の実施形態と異なる。なお、図８および図９において、図１および図２に示した部材と同じ部材には同じ符号を付してその説明を省略する。

本実施形態において、温度差発電部２０は、温度差を電気エネルギーに変換するペルチェ素子等の熱電変換素子を利用したもので、ペルチェ素子２０をトルクレンチ１のグリップ部Ｇに埋設する。グリップ部Ｇは、作業者が締付作業の際に把持するもので、手力線Ｇ１に合わせて把持する。ペルチェ素子２０は、少なくとも手力線Ｇ１の位置に配置される。グリップ部Ｇの手力線Ｇ１を作業者が握ると、ペルチェ素子２０の表面が作業者の手で温められ、金属製のハンドル部１１に接する反対面との間に温度さが生じ、起電力が発生する。この起電力は、操作者がグリップ部Ｇを握っている間において発生する。

したがって、トルクリミッター１３が作動する際において、温度差発電部２０は確実に起電力を発生し、電子回路１４を駆動する。このため、電子回路１４は、トルクリミッター１３の作動時に締付完了信号を出力する。

上記した各実施形態は、電源電池を装備せず、発電部で発電した電力を用いて電子回路を駆動する構成としているため、電池残量のチェックや電池交換等の日常のメンテナンスが不要となる。また、電池の接触端子、充電器が不要となるので、接触不良、充電プラグの故障、充電ケーブルの断線といった問題から解放される。

なお、上記した各実施形態は、締付工具としてトルクレンチを例にして説明したが、本発明はトルクドライバーにも適用することができる。

１ トルクレンチ
１１ ハンドル部（第１部材）
１２ ヘッド部（第２部材）
１３ トルクリミッター
１４ 電子回路
１５ 基板ケース
１６ 通信アンテナ
１７ 光発電部
１８ 電磁誘導発電部
１９ 機械―電気エネルギー変換発電部
２０ 温度差発電部
１００ トルクリミッター作動検知スイッチ
１０１ 電力変換部
１０２ プロセッサー
１０３ 通信部
１０４ 蓄電部
１０５ ひずみゲージ

Claims (8)

1. 締付トルクが設定トルク値に達してトルクリミッターが作動すると、トルクリミッター作動検知部が出力する検知信号を取得した電子回路部から締付完了信号を出力する締付工具であって、
   操作者が締付作業の際に把持する把持部が後端部に設けられたハンドル部と、
   前記ハンドル部の前端部に設けられたヘッド部と、
   前記電子回路部を覆うケースと、
   前記ケースの外面に取り付けられており、光エネルギーを電気エネルギーに変換し、少なくとも前記トルクリミッターの作動時に、前記電子回路部に給電する光電変換素子と、
   前記光電変換素子が生成した電力のうち、前記電子回路部で使用されない余剰電力を蓄電する蓄電部と、を有し、
   前記ケースは、前記ハンドル部の外面であって、前記把持部よりも前記ヘッド部側の領域に取り付けられていることを特徴とする締付工具。
2. 締付トルクが設定トルク値に達してトルクリミッターが作動すると、トルクリミッター作動検知部が出力する検知信号を取得した電子回路部から締付完了信号を出力する締付工具であって、
   少なくとも前記トルクリミッターの作動時に、前記電子回路部に給電する発電部を有し、
   前記発電部は、ヨークの一対の磁極に与えるＮ極とＳ極の磁極を磁極切り替え手段により切り替えることで、前記ヨークに巻回した誘導コイルから起電力を発生させる電磁誘導方式であって、前記トルクリミッターの作動時における機械的な動作を利用して、前記磁極切り替え手段の切り替え駆動を行うことを特徴とする締付工具。
3. 締付トルクが設定トルク値に達してトルクリミッターが作動すると、トルクリミッター作動検知部が出力する検知信号を取得した電子回路部から締付完了信号を出力する締付工具であって、
   少なくとも前記トルクリミッターの作動時に、前記電子回路部に給電する発電部を有し、
   前記発電部は、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する圧電素子であって、前記トルクリミッターの作動時における機械的な動作を利用して、前記圧電素子に衝撃を与えることを特徴とする締付工具。
4. 締付トルクが設定トルク値に達してトルクリミッターが作動すると、トルクリミッター作動検知部が出力する検知信号を取得した電子回路部から締付完了信号を出力する締付工具であって、
   少なくとも前記トルクリミッターの作動時に、前記電子回路部に給電する発電部を有し、
   前記発電部は、温度差を電気エネルギーに変換する熱電変換素子であって、操作者が締付作業の際に把持する把持部に設けたことを特徴とする締付工具。
5. 前記トルクリミッターの作動時における機械的な動作は、操作者が把持し、締付方向に沿って移動する第１部材と、締結部材に一体的に接続する第２部材との間の動作であることを特徴とする請求項２または３に記載の締付工具。
6. 前記発電部で発電した余剰電力を蓄電する蓄電部を有することを特徴とする請求項２から５のいずれか１つに記載の締付工具。
7. 前記トルクリミッター作動検知部は、前記電子回路部に実装され、前記ヘッド部に対して前記ハンドル部が締付方向に移動したときに、前記ヘッド部に固定されたピンによって作動するスイッチであることを特徴とする請求項１に記載の締付工具。
8. 前記締付工具は、トルクレンチまたはトルクドライバーであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の締付工具。