JPH0632911B2 - 出力軸の回転角度検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は遊星歯車機構に於て、該機構の出力軸に負荷が
作用している状態における出力軸の回転角度を検出する
装置に関するものである。

（従来技術及び問題点） 従来より遊星歯車機構を組み込んだボルトナット締付具
が提案されている。

又、ボルト、ナットを予め設定された強さに締め付ける
工法には「ナット回転角法」と「トルク法」とがある。

ナット回転角法とは仮締状態から締付完了迄のナットの
回転角度を制御することによりボルト軸力を管理するボ
ルトナット締付工法であり、トルク法とは締付時の締付
トルクを制御することによりボルト軸力を管理するもの
である。

トルク法に使用する締付工具は、ストレインゲージや電
動機の負荷電流などによって比較的容易にトルクの計測
を行ない、これを制御することができる。

これに対し、第１３図に示すナット回転角法に使用する
ボルトナット締付工具(特公昭56-4391号)は、ソケット
(７)と電動機(13)との間に遊星歯車減速機(８)及びロー
タリエンコードなどの角度センサー(81)を用いてソケッ
ト(７)の回転角度を計測するものである。この場合ナッ
トＮとソケット(7)の嵌合の遊びや、締付機の反力受(6)
が隣接ボルトＢ₁等、他の部材に当たるまでの空転角度
を計測値に含まない様にする為に、反力受(６)が隣接部
材に当たったことを検知する検知器(82)を反力受(６)に
取り付け、更に電動機(13)には制御ボック(84)を連繋し
なければならず、計測及び制御が複雑になると共に装置
全体が大型化する。

更に、作業上最も問題となるのは、角度センサー(81)を
締付具本体(83)に設けているため、計測の基準点を得る
為に反力受(６)と締付具本体(83)を固定状態に連結しな
ければならず、その為、反力受(６)が隣接部材に当たる
までの空転時に本体が共に回転し、作業者が連れ廻され
危険であった。

更に、締付具本体(83)にはハンドル部(12)が突設されて
おり、反力受(６)の空転によって締付方向に対するハン
ドル部(12)の角度が変わり、締付具の支持及び操作が困
難になる。

上記とは別の既に実用化されているナット回転角法用の
回転工具の中には、電動機の負荷電流を計測し、この値
が一定値以上となってからのロータリエンコーダの計測
値の推移によってソケットの回転角度を計測する方式の
ものがある。しかしこの負荷電流の計測を行なう機構及
び回路は、トルク法の締付具に用いられているものと同
様のものであって、トルク法の締付具にロータリエンコ
ーダとその制御回路を附加したものであるとも言える。
そのため構造の複雑化により、締付具本体の大型化はも
ちろん、大型の制御ボックスを連繋しなければならず、
作業能率が悪い。そのうえ、電動機に加わる負荷がある
程度大きくならないと負荷電流の違いを検知することが
できず、ナットを予め締付具が検知できる値以上に締付
けておく必要があるが、締付力が小さい小型のボルトナ
ットには使用できない場合もあり、適応範囲が限定され
る。

また、ロータリエンコーダを締付具本体に設置している
ので、前述の如く反力受と締付具本体を固定状態に連結
しなければならず反力受の空転時には連れ廻りが起きて
危険であるなどの問題点を抱えている。

しかし、ナット回転角法はトルク法に比較するとボルト
そのものに起因するボルト軸力のバラツキが少ないた
め、ボルトの取扱いが容易という利点があり、近年で
は、ボルト軸力をより高精度に管理する場合や、トルク
法ではトルク係数値が大巾に変動する為に締付けができ
ない亜鉛メッキなどを施した耐候性ボルトを使用する場
合など、ナット回転角法による施工が増加する傾向にあ
り、より小型軽量で、高精度に締付けの出来るナット回
転角法締付具の開発が望まれていた。

（問題点を解決する為の手段） 本発明は、小形軽量で高精度に締付け出来るナット回転
角法締付具の実現のために案出した出力軸の回転角度検
出装置であって、出力軸が実際にボルトナット等の被回
転物を回転駆動し始めたときに軸方向に移動する検出ロ
ッドを遊星歯車機構に組み込み、該ロッドの移動量によ
って出力軸の回転角度を正しく検出するものである。

本発明の出力軸の回転角度検出装置は、入力軸(41)と出
力軸(46)とを同心に配備した遊星歯車機構(４)と、 遊星歯車移行(４)の入力軸(41)及び出力軸(46)の軸心に
摺動可能に嵌まった検出ロッド(51)と、 出力軸(46)と入力軸(41)の相対回転角度に応じて検出ロ
ッド(51)を軸方向に移動させる検出ロッド移動装置(５)
と、 出力軸(46)に負荷が作用したとき検出ロッド移動装置
(5)を作動させる制御装置(8)とで構成される。

（作用及び効果） 出力軸(46)に負荷が作用していない時は、入力軸(41)と
出力軸(46)の相対回転によっても検出ロッド(51)は軸方
向に移動しないが、出力軸(46)に負荷が作用した状態に
て入力軸(41)と出力軸(46)に相対回転が生じたとき検出
ロッド(51)が移動する。

従って、出力軸(46)がボルトナット等の被回転物を回転
駆動している間だけ出力軸の回転角度に応じて検出ロッ
ド(51)が軸方向に移動するため、ボルト、ナット等の被
回転体の回転角度を検出するには、ロッドの移動量を検
出するだけで易い。

又、入力軸側よりロッドの移動量を検出できるため、遊
星歯車機構を駆動する駆動源のスイッチ、駆動源と遊星
歯車機構の動力伝達を遮断するクラッチ等をロッドの移
動によって直接作動させることが出来、入力軸側の回転
制御機構を簡素化できる。

更に、本発明の回転角度検出装置をボルトナット締付具
に組み込んだ場合、ボルト、ナットを実際に回転駆動し
ないことには検出ロッドは移動しないため、前記従来の
様に回転検出基準点を得るために、反力受と締付具本体
を固定状態に連結する必要はない。従って反力受が隣接
部材に当たるまでの空転時においても、作業者が連れ廻
されることもなく、僅かの保持力で自由な方向での操作
が可能であり、扱い易い。

遊星歯車機構を多段にして減速比を大きくした場合で
も、回転角度の検出を出力軸に近い箇所で行なうため、
遊星歯車機構自体の「ねじり」による誤差を極めて小さく
出来、高精度の回転制御が可能となる。

（実施例） 実施例は本発明をボルトナット締付具に実施したもので
あるが、これに限定されることはなく、遊星歯車機構を
組み込んだ回転駆動装置に於ける出力軸の回転検出装置
に実施出来る。

第１図の如く締付具は、遊星歯車機構の出力軸(46)のソ
ケット(７)に接続し、反力受(６)が隣設の部材(図示せ
ず)に当たるまで空転した後ソケットがこれに嵌合する
ナットＮを回転させ始めた時点より、遊星歯車機構(４)
の入力軸(41)と出力軸(46)との相対的な回転角度(以下
相対回転角度と呼ぶ)に応じて、出力軸(46)に内蔵する
検出ロッド(51)を軸方向に移動させ、この移動量によっ
てナットＮの回転角度を検出しソケット(７)の制御を行
なうものである。

遊星歯車機構(４)において、入力軸(41)に入力トルクを
入力し、出力軸(46)より出力を得るには、このときの入
力軸と出力軸の回転角度の関係は、減速比をｉとし、入
力軸回転角度をＲ₁、出力軸回転角度をＲ₃とすると Ｒ₁＝ｉＲ₃ …… となる。

また、入力軸と出力軸の相対回転角度を△Ｒとすると、 △Ｒ＝Ｒ₁−Ｒ₃ …… であるから、これに式を代入すると △Ｒ＝(i−１)Ｒ_３ …… となる。故にＲ₃は Ｒ₃＝△Ｒ／(i−１) …… となる。

減速比iは定数で予め分かっているから、相対回転角度
△Ｒによって出力軸回転角度Ｒ₃が求められることが分
かる。

本締付具では前述の如く上記出力軸の回転角度を出力軸
に内蔵する検出ロッド(51)の軸方向の移動量に変換し、
その移動量によって出力軸回転角度を間接的に検出する
ものである。

本締付具は動力部(1)と出力部(3)とから成り、動力部
(１)のケース(11)にはハンドル部(12)が突設され、該ケ
ースと出力部(３)のケース(31)は遊星歯車機構(４)の入
力軸(41)を中心に回転自由に嵌まっている。出力部(3)
のケース(31)は動力部(1)のケース(11)に軸受(図示せ
ず)によって回転自由に支持されている。

動力部(３)には電動機(13)及び該電動機の回転を遊星歯
車機構(４)の入力軸(41)に伝達、遮断するクラッチ(2)
及びクラッチ(2)の切換及び電動機への通電を制御する
トリガー(26)が配備されている。

クラッチ(２)は、電動機の回転軸(20)とクラッチ出力軸
(29)を同心に配備し、両軸の対向端部に傘歯車(21)(22)
を具え、両軸と直交して且つ両軸に接近離間可能に伝達
傘歯車(24)を配備して構成され、伝達傘歯車(24)を前記
トリガー(26)に形成したカム面(27)によって動作するト
グル(25)によって軸方向に移動させ、伝達歯車(24)と傘
歯車(21)(22)を噛合或は離間させて、電動機(13)の回転
をクラッチ出力軸(29)に伝達または遮断する。

トグル(25)は後記する検出ロッド(51)によっても作動
し、トグル(25)、検出ロッド(51)及びトリガー(26)によ
ってクラッチ遮断装置(28)を構成している。

また、傘歯車(21)(22)と伝達傘歯車(24)は摩擦車によっ
ても構成可能であるし、あるいは軸方向に対向する噛み
合い歯と、それを動作させるに適したトグル機構などに
よっても構成可能でクラッチ遮断装置(28)は本実施例だ
けに限られるものではない。

クラッチ出力軸(29)の先端には後記の如く遊星歯車機構
(４)の入力軸(41)に噛合する歯車(23)が形成されてい
る。

電動機(13)への通電回路(14)には２つのスイッチ(15)(1
6)が配備され、各スイッチは夫々前記トグル(25)及びト
リガー(26)の動きによって作動する押し軸(17)(18)及び
バネ(19)(19)に連繋されている。

出力部ケース(31)に配備された遊星歯車機構(4)は、入
力軸(41)と、該入力軸(41)に同心に配備された出力軸(4
6)と、出力軸(46)に軸承され入力軸(41)上の太陽歯車(5
4)及び出力部ケース(31)の内面に形成された内歯(40)に
噛合するアイドルギヤ(44)とで構成される。

入力軸(41)は出力部ケース(31)の後壁及び動力部ケース
(11)の前壁を回転可能に貫通して該ケース内に臨出し、
臨出端に前記クラッチ出力軸(29)に噛合する大歯車(43)
を具えている。

出力軸(46)の先端に該軸(46)と一体回転可能にソケット
(7)を嵌合し、前記電動機(13)、クラッチ(2)及び遊星歯
車機構(4)によってソケット駆動装置(71)を形成してい
る。

入力軸(41)及び出力軸(46)の軸心に跨がって検出ロッド
(51)が摺動可能に配備されてバネ(54)によってソケット
(7)側に付勢されている。検出ロッド(51)の動力部(１)
側は角軸(52)に形成されて入力軸(41)の貫通角孔(42)に
摺動可能且つ入力軸(41)と一体回転可能に嵌まり、他端
外周部は螺旋条(53)を形成しており、該螺旋条(53)の部
分は出力軸(46)の貫通孔(47)に摺動可能に嵌まってい
る。

第１図、第１０図の如く、出力軸(46)の略中央部には一
部を切欠いて該切欠き部(48)に検出ロッド(51)の軸心を
含む面内にて回転可能且つ検出ロッド(51)の螺旋条(53)
に噛合する歯車(55)を軸承し、歯車の一部を出力軸(46)
の外部に臨出させている。

第１図、第６図の如く、出力軸(46)の略中央部外周部に
はバネ(59)により左側へ押圧されるスリーブ(57)及びリ
ング状の円錐カム(56)を摺動可能に嵌合し、スリーブ(5
7)は前記歯車(55)が自由に回転できる幅の切欠き(58)を
その円筒部の一部に開設して、出力軸(46)より臨出して
いる歯車(55)の侵入を許容している。

出力軸(46)の先端には検出ロッド(51)の前進端を規制す
るネジ軸状のストッパー(30)を螺合している。

上記検出ロッド(51)、歯車(55)、円錐カム(56)スリーブ
(57)及びバネ(59)によって検出ロッド移動装置(５)を構
成している。

第１図、第８図の如く、出力部ケース(31)の先端側外周
は小径のスプライン筒軸(32)に形成され、該スプライン
筒軸(32)に、スプライン軸孔(61)を形成した筒状の反力
受(６)が遊びのある状態に嵌合している。

又、反力受(６)と出力部ケース(31)の間には力の弱い捩
りバネ(33)を配して、本実施例においては動力部(1)側
より見て左廻りの方向に反力受(6)を回転付勢し、反力
受(６)と出力部ケース(31)が嵌合しているスプラインの
それぞれの山谷の側面が当たって止まっている。出力部
ケース(31)のスプライン筒軸(32)の谷部には円筒方向に
等間隔に貫通孔(34)が設けられ、各貫通孔(34)にはボー
ル(35)が配備されいる。

該ボール(35)は前記バネ(59)により押圧されている円錐
カム(56)の円錐カム面(56a)により貫通孔(34)に沿って
半径方向に外向きに押されているが、反力受(６)のスプ
ライン軸孔(61)の内側面に当たって止まっている(第８
図)。

反力受(6)の先端には反力を受ける為の突起(60)が設け
られており、ナット締付けの際には該突起(60)が隣接の
ナット又は部材に当たって反力を受ける。

上記出力部ケース(31)、バネ(33)、反力受(6)、ボール
(35)、バネ(59)及びカム(56)とで出力軸(46)に負荷が作
用したとき検出ロッド移動装置(5)を作動させる制御装
置(８)が構成される。

次にナット締付時の各動作について説明する。

使用前の締付具は、第１スイッチ(15)がバネ(19)によっ
てトリガー(26)は左側へ押圧されており、クラッチ(２)
は遮断状態となっている。またトグル(25)は第２スイッ
チ(16)のバネ(19)によって左側へ押圧されている。

第１、第２スイッチ(15)(16)は電動機(13)への通電を開
閉する電気接点で、運転前の状態では第２スイッチ(16)
は閉じているが第１スイッチ(15)が開いており、電動機
(13)への通電はされず停止している。

実際にナットを締付ける時、まずソケット(７)をナット
Ｎに嵌合させる、このとき反力受(６)の突起(60)は隣接
の部材やナットには当たっておらず、またソケット(７)
とナットの嵌合には遊びがある。次に図２のようにトリ
ガー(26)を右側へ引張ると、クラッチ(２)が伝達状態に
なるとともに、第１スイッチ(15)が閉となり電動機(13)
は始動する。

これにより、入力軸(41)は電動機(13)側より見て右回転
に回転を始めるが、出力部ケース(31)が反力を受けてい
ないためソケット(7)は回転せず、出力部ケース(31)が
反力受(6)とともに入力軸(41)側より見て左回転に空転
を始める。出力部ケース(31)は動力部ケース(11)に軸受
けされており、動力部ケース(11)にはこの軸受けによる
摩擦抵抗が作用しており、遊星歯車(44)からソケット
(７)に至る構成部品が、入力軸(41)と一体に回転するこ
とはない。

また検出ロッド(51)は入力軸(41)とともに回転するので
出力軸(46)との相対回転角度に応じて検出ロッド(51)の
外周の左巻きの螺旋条(53)に噛み合っている歯車(55)が
恰もウォームホイルのごとく回転する。出力部ケース(3
1)は反力受(６)とともに空転をつづけ、ついには反力受
(6)の突起(60)が隣接のナットＮ₁に当たると共にナット
Ｎとソケット(7)の嵌合の遊びもなくなって反力受(6)は
停止する。しかし出力部ケース(31)は更に回転を持続し
ようとするため、捩りバネ(33)を捩りながら、出力部ケ
ース(31)と反力受(６)が嵌合しているスプライン軸孔(6
1)とスプライン筒軸(32)の山谷の嵌め合いの遊び分だけ
なおも回転する。

このとき、第９図の如く反力受(６)のスプライン軸孔(6
1)の内側面に当たって止まっていたボール(35)は外側、
即ちスプラインの遊び空間(36)に移動することが可能と
なり、ボール(35)を押していた円錐カム(56)とスリーブ
(57)はバネ(59)の付勢により前方へ移動を始め、第２
図、第６図のようにスリーブ(57)の円筒部の切欠き(58)
の端部に形成したストップ部(58a)が歯車(55)の歯部に
噛み込んで、歯車(55)の回転を止める。

同時に、反力受(６)と出力部ケース(31)が嵌合するスプ
ライン軸孔(61)とスプライン筒軸(32)のスプラインの山
谷の側面が当たって出力部ケース(31)は反力を受け、出
力軸(46)は回転し始め、ナットを締付ける。またこのと
き歯車(55)に噛み合う検出ロッド(51)は入力軸(41)と出
力軸(46)の相対回転角度によって、恰も、ネジ穴からネ
ジを抜くようにバネ(54)を押し縮めながら動力部(１)側
へ移動して第３図のようにトグル(25)を押圧する。

これによってトグル(25)はトリガー(26)のカム(27)によ
り外れて、クラッチ(２)を遮断するとともに第２スイッ
チ(16)が開いて電動機(13)への通電も遮断する。

この時点で入力軸(41)は回転を停止するとともに出力軸
(46)も回転を停止して何ら出力しなくなり、ナットの締
付けを完了する。また出力部ケース(31)も反力を受けな
くなり、捩りバネ(33)によって初期状態まで回転させら
れるので、第４図、第８図の如くボール(35)は反力上
(６)のスプライン軸孔(61)の内側面によって軸心へ押し
下げられる。

ボール(35)が軸心へ押し下げられることにより、円錐カ
ム(56)、スリーブ(57)はバネ(59)を押し縮めながら動力
部(１)側へ移動し、スリーブ(57)の切欠き(58)のストッ
プ部(58a)と歯車(55)の噛み合いが外れ、歯車(55)は自
由に回転できる。これによって歯車(55)に噛み合ってい
る検出ロッド(51)は軸方向に移動することが可能とな
り、バネ(54)の抗力によって歯車(55)を回転させながら
ソケット(７)側へ移動し第５図のように初期の位置に復
帰する。

次にトリガー(26)を左側へ戻すと第１スイッチ(15)が開
くとともに、第２スイッチ(16)のバネ(19)によって閉じ
且つトグル(25)は初期位置に戻され、第１図の状態に復
帰する。

ナットＮの回転角度の設定は検出ロッド(51)の移動距離
を変えることにより行なう。すなわち第１図のようにネ
ジ軸状ストッパー(30)の螺入位置によって検出ロッド(5
1)の初期位置を変えることにより、検出ロッド(51)が移
動を始めてクラッチ(２)を動作させるまでの距離を変え
て行なうものであり、検出ロッド(51)の移動量は出力軸
(46)と入力軸(41)の相対回転角度と検出ロッド(51)の螺
旋条(53)のリードの積に比例するので、ナット回転角度
をストッパー(30)によって設定できることが判かる。

ボルトナット締付具の使用において、出力軸(46)にナッ
トを係合させず、反力受(６)を固定して反力を受けるこ
とができるようにし、入力軸(41)を回転駆動した場合、
出力軸(46)は回転はするが、何等負荷を受けないため
に、出力部ケース(31)を受けるべき反力の発生は無い。
従ってスリーブ(57)と歯車(55)の噛合いは外れたままで
あり、検出ロッド(51)の回転に伴って歯車(55)が従動回
転し、検出ロッド(51)の軸方向の移動はない。

即ち、出力軸(46)がナットを実際に回転駆動している間
だけ検出ロッド(51)が移動するため、ナットの回転角度
と検出ロッド(51)の移動量は対応し、検出ロッド(51)の
移動量の検出によってナットを適性に締付できる。

以上の説明中、第３図の様に検出ロッド(51)がトグル(2
5)に当たってクラッチ(２)を遮断させる状態から、第５
図の如く検出ロッド(51)が左側へ移動して初期状態に戻
るまでの行程は瞬間的に行なわれる為、トリガー(26)を
左側に戻す操作はこの後にくるとしたが、場合によって
は途中に操作されることも考えられ、このときには２つ
の動作が同時に進行することになる。

本実施例では遊星歯車機構を一段だけ使用した場合につ
いて説明を行なっているが、これに限らず、遊星歯車機
構を数段組み合わせて、その初段入力軸と最終段出力軸
との相対回転角度によっても何ら不都合なく構成するこ
とができる。また第１、第２スイッチ(15)(16)をそれぞ
れバルブに置き換えれば空圧または油圧電動機にも適応
させることが可能である。

第１２図は入力軸(41)の基端に軸方向に延びる窓孔(41
a)を開設し、該窓孔(41a)から検出ロッド(51)の基端の
位置を覗くことが出来る他の実施例を示している。

窓孔(41a)の孔縁には検出ロッド(51)の軸方向の移動量
に対応する出力軸(51)の回転角度目盛(41b)が施されて
いる。

目盛(41b)をダイヤルゲージに置き換えたり、可変抵抗
器に連動させて抵抗変化によって検出ロッド(51)の移動
量を計測することも可能である。

本発明は上記実施例の構成に限定されることはく、特許
請求の範囲に記載の範囲内で種々の変形が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は締付前の状態の締付具の断面図、第２図は締付
時の締付具の断面図、第３図は締付終了時の締付具の断
面図、第４図は歯車とスリーブの係合が外れた状態の締
付具の断面図、第５図は検出ロッドが元位置に復帰した
状態の断面図、第６図は歯車とスリーブの係合状態を示
す断面図、第７図は反力受と空転の説明図、第８図は第
１図VIII−VIII線に沿う断面図、第９図は第２図IX−IX
線に沿う断面図、第１０図は第１図Ｘ−Ｘ線に沿う断面
図、第１１図は第１図XI−XI線に沿う断面図、第１２図
は他の実施例の説明図、第１３図は従来例の締付具の説
明図である。 (1)……動力部、(2)……クラッチ (28)……クラッチ遮断部、(4)……遊星歯車機構 (41)……入力軸、(46)……出力軸 (5)……検出ロッド移動装置 (51)……検出ロッド、(6)……反力受 (8)……制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力軸(41)と出力軸(46)とを同心に配備し
   た遊星歯車機構(４)と、 遊星歯車機構(４)の入力軸(41)及び出力軸(46)の軸心に
   摺動可能に嵌まった検出ロッド(51)と、 出力軸(46)と入力軸(41)の相対回転角度に応じて検出ロ
   ッド(51)を軸方向に移動させる検出ロッド移動装置(５)
   と、 出力軸(46)に負荷が作用したとき検出ロッド移動装置
   (５)を作動させる制御装置(８)とで構成され、 出力軸(46)に負荷が作用していない時は入力軸(41)と出
   力軸(46)の相対回転によっても検出ロッド(51)は軸方向
   に移動せず、出力軸(46)に負荷が作用した状態における
   入力軸(41)と出力軸(46)の相対回転によって検出ロッド
   (51)が移動し、該検出ロッド(51)の移動量によって出力
   軸(46)の回転角度を検出することを特徴とする出力軸の
   回転角度検出装置。