JPS6013798B2

JPS6013798B2 - 自動クラッチ装置付回転締付工具

Info

Publication number: JPS6013798B2
Application number: JP52081381A
Authority: JP
Inventors: 勝行戸津
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-07-07
Filing date: 1977-07-07
Publication date: 1985-04-09
Also published as: JPS5436699A; BE868823A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、自動クラッチ装置を備える回転縦付工具に
関するものであって、一層詳細には回転締付工具、例え
ば電動ドライバーを使用して被緊締物、例えば、ボルト
の締付を行うに際し、締付完了の直前にボルト頭部に伝
達される緒付トルクの総量から有害な慣性トルクだけを
除去し、モータ騒動源から得られる純然たる回転トルク
だけをボルトに加え、この回転トルクの最大値に等しい
反対方向のトルクによって自動クラッチ装置を作動させ
て動力伝達を瞬時に遮断し、被緊締物に過大な締付トル
クが加わるのを防止すると共に不快な反動が作業者に伝
達されるのを阻止することのできる回転締付工具に関す
るものである。

電動モータを動力源としてドライバー本体の把持ケース
内に収納し、このモータの出力を遊星減速機構を介して
駆動軸に伝達するよう構成した電動バラィバーが現在広
く普及している。

従来、この種の電動ドライバーを使用してボルト等の締
付作業を行う場合、ボルトの続付が進行して最終続付完
了に達する直前に於いてボルトに加わる締付トルクの総
量は、減速装置を介して増強されたモータ出力と、モー
タに内装されるロータおよび減速装置に収納された回転
部材の回転により前記モータ出力に付加される慣性トル
クとの総和であると考えてよい。この場合、モータの純
然たる回転トルクは常に一定であるが、この回転トルク
に付加蓄積される慣性トルクは回転物体の質量、回転速
度および回転時間等の種々のファクターによりその強弱
が左右され、更にボルト蝿着用のねじ孔の形状寸法、材
質の硬軟等によって複雑な変化を余儀なくされる。この
慣性トルクは回転速度の自乗値に比例して大きく変化す
るから、各作業対象における慣性量を予知することは極
めて困難であり、このためモータ出力に見合う耐久力を
持ったトルク制御手段を講じておいても、予期以上の過
大な締付トルクがボルト頭部に放出され、ボルト折損そ
の他締付部の損傷を惹起する虜れがある。このため、一
定のトルク値を上限として緒付を行う場合に、モータ出
力に付加される不安定な慣性トルクを除去乃至極力減殺
して、純然たるモ−タ出力あるいはそれに近いトルクだ
けが得られるようにすれば、一層正確なトルク制御が達
成されることになる。そこで、発明者は鋭意研究試作を
行った結果、ボルト締付の完了直前または完了時におい
て、締付トルクの相当部分を、例えば、静止物体を始動
させるためのェネルギに変換させれば、これにより有害
な慣性トルクは有効に吸収されることに着眼するに到っ
た。

そこで、始動ェネルギを吸収させるための静止物体とし
て、遊星減速機構中に組込まれるインターナルギャを設
けたギヤドラムを応用すれば好適であることが判った。
すなわち、モータ軸に固着したピニオンギャから動力伝
達を受けて自転しつつ公転する遊星ギャとこの遊星ギヤ
に外接してこれに公転軌道を付与する前記インターナル
ギャを設けたギャドラムとからなり、前記ギャドラムの
一側部を閉塞してその外側にクラッチ面を形成すると共
に軸受を設け、このギャドラムを円筒ケーシング内に回
転自在に収納し、前記円筒ケ−シソグの一端部に前記ク
ラッチ面と弾力的に係合するクラッチ部村を設けること
により、次の作用が好適に得られるものである。■ ボ
ルトの締付作業時において、ボルトが緒付対象物中にね
じ込まれつつある間は、抵抗は比較的軽微であるためギ
ャドラムはクラッチ部村による係止作用下に円筒ケーシ
ングに固定され、従って動力はモータからドライバビッ
トに伝達されるが、■ ボルト締付が進行して最終段階
に近づくとボルトの回動は強力な抵抗による抑制力に遭
遇し、一連の遊星ギャを介してギャドラムに加わってい
た反対トルクも急速に増大するに到る。

すなわち、この反対トルクはギャドラムをピニオンギャ
の回転方向と反対の方向に回転させる力となり、遂には
前記クラッチ部村によるギャドラムの係止力を克服し、
このためギャドラムはケーシング内で空転することにな
る。すなわち、ギャドラムは円筒ケーシングに対する固
定支持を解かれてケーシング内を空転することにより、
遊星減速機構内でのモータ出力を伝達は直ちに中断され
る。■ この場合、前記ギヤドラムに加わる反対トルク
がギャドラムの空転を始動する瞬間において、一連の回
転部における回転物体に蓄積された慣性トルクは、それ
まで静止状態を保持していたギャドラム（これはそれ自
体相当の質量を有する）を始動するに必要なェネルギと
して有効に変換される。

ギャドラムの始動後は、持続的に到来するモータの純然
たる出力及び始動ェネルギに変換し尽されたかった残余
の慣性トルクとにより、クラッチ部材の麓性押圧力に抗
してギャドラムの回転を継続する。このため純然たるモ
ー夕出力によってのみボルトの最終締付が達成され、ボ
ルト頭部の折損や締付対象物の損傷が回避されると共に
反動が解消される。従って、本発明の目的は、ボルト等
の締付が完了する直前において、モータの純然たる出力
に付加された有害な慣性トルクを除去乃至減殺し、規定
の締付トルクに達した際に瞬時に出力伝達を遮断し得る
ように構成した自動クラッチ装置付回転締付工具を提供
するにある。前記目的を達成するため、本発明において
は、一端部に閉鎖された円筒状ケーシングと、このケー
シソグに磯支されて外方へ延在する出力軸と、前記ケー
シング内に装着される駆動軸を備えたモータと、前記駆
動軸と出力軸とを連結する自動クラッチ制御を行う遊星
歯車機構とを備え、この遊星歯車機構はインターナルギ
ャを有し前記ケーシング内に回転可能に設けられたギャ
ドラムと前記インターナルギャに噛合する複数の遊星ギ
ャとからなり、前記遊星ギャを出力軸の円盤支持体に支
持すると共に駆動軸のピニオンギャに噛合し、前記ギャ
ドラムの一側部を閉塞してその外側に弾力係合クラッチ
手段を設け、所定レベル以下のトルクに際し前記ギヤド
ラムをケーシングに対し静止状態に保持すると共に所定
レベル以上のトルクに際し前記ギャドラムをケーシング
に対し相対的に回転し得るよう緩成することを特徴とす
る。

次に、本発明に係る回転締付工具、例えば、電動ドライ
バーの空転クラッチ装置につき、好適な実施例を挙げて
締付図面を参照しながら以下詳細に説明する。第１図は
、本発明を実施する電動ドライバーの外観斜視状態を示
すものであって、参照符号１０で示す電動ドライバー本
体は、モータを内蔵する把持部１２、減速装置を収納す
る円筒状ケーシング１４、裁頭円錐状のスリーブカバー
１６およびスリーブ押圧弾力調整用キャップ１８から基
本的に構成されている。

なお、このキャップ１８は、ドライバービット２０の着
脱用チャック２２（第２図参照）を覆う化粧カバーも兼
ねている。キャップ１８、スリーブカバー１６およびス
リーブ（後述）をケーシング１４から順次取外した状態
を第２図に示す。第２図に示すケーシング１４には、チ
ャック２２が麹装されており、このチャック２２を、ケ
ーシング１４に収納される減速装置の出力軸３６から取
外した状態を第３図に示す。ケーシング１４内には、第
４図および第５図に示すように減速装置２６が収納され
ており、この減速装置２６は、噛合歯すなわちインター
ナルギャを周設したギヤドラム２８とこのギャドラム２
８の内歯と噛合して公転しつつ自転する遊星歯車３０と
から構成される。この遊星歯車３０は、円盤３２に仮想
配置した正三角形の各頂点位置に軸３４を介して回転自
在に計３個枢着され、前記円盤３２は出力軸３６の一端
部に固着される。この３個の遊星歯車３０１こは、モー
タ軸３８に固着したピニオンギャ４０が噛合しており、
また前記出力軸３６は、ケーシング１４に一体的に形成
した軸受部４２に回転自在に挿通軸支されている。従っ
て、このギヤドラム２８がケーシング１４に対して固定
されている限り、モータ４４の回転はピニオンギャ４０
→遊星歯車３０→ギャドラム２８を経て出力軸３６に伝
達される。すなわち、この場合は減速装置そのものとし
て好適に作動する。本発明においては、ギャドラム２８
はその外部直径をケーシング１４の内部直径よりも若干
小さめに設定された状態でケーシング１４内に回転自在
に鉄合されている。このギヤドラム２８がケーシング１
４内において円滑に回転するのを補助する目的で、この
ギヤドラム２８の外周には数条の溝部４６を穿設してこ
のギャドラム２８の外周がケーシング１４の内面と摺擬
する接触面積を極力小さくしておくのが好ましい（第６
図参照）。第６図から良好に判明するように、ギヤドラ
ム２８の一端面には中心軸において交差する２本の逆シ
グモィド曲線状の溝部４８を削切してこれをクラッチ面
としておく。なお、この溝部４８は後述するようにクラ
ッチ溝として作用し、その幅は、後述する鋼球の一側部
を鉄合させるに充分な寸法に設定しておく必要がある。
また、このギヤドラム２８の反対側面にはその周端緑部
に沿って環状溝５０を周設しておく（第７図参照）。

この環状溝５０１こは、後述する如く多数の鋼球が配設
されて、ギャドラム２８‘こ加わるスラスト荷重および
ラジアル荷重を支持する。なお、ギャドラム２８は重量
のある金属を材質とし、かつドラム円周から内歯に至る
肉厚は充分大きく設定して大きな質量をもたせるのが好
ましい。次に、ケーシング１４の円形底面には、複数の
通孔５２を穿設し（本実施例では、４つの通孔が穿設さ
れている）、この通孔５２の穿設位置は、第５図に示す
粗上り状態においてギャドラム２８のクラッチ面に設け
た溝部４８に何れも対応するように設定しておくと共に
、鋼球５４の球径はケーシング１４の円板状底部の厚み
寸法（すなわち、通孔５２の深さ寸法）と溝部４８の最
大深さ寸法との合計に略一致するものを選定する。

このように通孔５２に収納した鋼球５４が脱落するのを
防止すると共に鋼球５４を溝部４８１こ強制的に押付け
る目的で、スリーブ５６を軸受部４２の外周に挿通し、
このスリーブ５６に延設したフランジ５８により通孔５
２を完全に、または部分的に閉塞する。このスリーブ５
６をケーシング１４に対し所定位置に位置付けるため、
スリーブカバー１６をこのスリーブ５６に被せて、これ
をケーシング１４にねじ止等の公知の手段により固着す
る。この場合、スリーブ５６の端部は、第４図に示すよ
うにスリーブカバー１６の収束端面から延出させ、また
フランジ５８はスリーブカバー１６の反対端部に設けた
環状溝６０中に遊隙的に収容されている。すなわち、ス
リーブ５６は、スリ−ブカバー１６内に軸万向の遊びを
もって存在している。このスリーブカバー１６には、キ
ヤツプ２８がねじ込接続されるが、キャップ１８内には
第２図および第４図に示すようにコイルスプリング６２
とこれにより鞠線方向外方に押圧されるリング部材６４
が収納されている。従って、第４図に示すようにキャッ
プ１８をスリーブカバー１６にねじ込めば、スリーブカ
バー１６の端面から延出しているスリーブ５６は、その
端部においてリング部材６４と接触し、コイルスプリン
グ６２の弾力作用下にスリーブ５６は矢印方向（第４図
）に強制的に押圧されることが諒解されよう。すなわち
、スリーブ５６のフランジ５８は鋼球５４を通孔５２内
に保持すると共に鋼球の一側部をギャドラム２８のクラ
ッチ面に設けた溝部４８内に強制的に鉄合させている。
このため、ギャドラム２８は溝部４８に鉄合した鋼球５
４によりケーシング１４に対して固定保持され、従って
ピニオンギャ４０の回転は減速増強されて出力軸３６に
直接伝達される。すなわち、装置２６は減速装置として
有効に作用する。いま、この状態でボルトの綿付作業を
遂行すると、ボルトが被緊締物に回転螺入しつつあると
きは出力は出力軸３６に伝達されるが、ボルトの緒付が
完了してボルトの回動が瞬時に停止すると、反対負荷が
ドライバービット２０→出力軸３６→円盤３２→遊星歯
車３０→ギャドラム２８→鋼球５４→ケーシング１４の
順で伝達される。

この反対負荷が所定のモーメントを超過すると、ギャド
ラム２８の溝部４８は、鋼球５４を前記スプリング６２
の弾力作用に抗して反対方向に押圧し、遂にはスプリン
グ弾力を克服するに至る。すなわち、鋼球５４を押えて
いるスリーブ５６は逆方向に若干後退し、このため溝部
４８は鋼球５４を強制的に乗り超えて、次の別の鋼球５
４をその溝部４８中に鉄合させ、またこの鋼球を乗り越
える動作を連続する。結局、ギャドラム２８は、ケーシ
ング１４に対する固定を解かれてケーシング１４内を回
転し、従ってピニオンギャ４０からの動力はここにおい
て遮断され、出力軸３６は回転を停止する。結局、装置
２６はこの場合クラッチとして作用する。なお、ギヤド
ラム２８がケーシング１４内において回転する際の摩擦
損失を極小にするため、第５図に示すように円筒状部材
６６をケーシング１４内に挿入固定し、前記環状溝５０
とこの円筒状部材６６との間に多数の鋼球６８を環状に
配列し、ギヤドラム２８に加わるスラスト荷重およびラ
ジアル荷重を支持するように構成しておけば好適である
。このように、所定の反対トルクに出力軸３６が遭遇す
ると、先ず相当大きな速度で回転していた円盤３２は強
制的に減速され、ピニオンギャ４０の回転が遊星ギヤ３
０を介してギャドラム２８を反対方向に回動させるべ〈
作用する。このとき一連の回転部村の回転に伴い蓄積さ
れていた慣性トルクは、それまでクラッチ部材により係
止されて静止状態を保持していたギャドラム２８の始動
ェネルギとして有効に変換され、更に残余の慣性トルク
は引続き供給されるモータ出力との総和によってコイル
スプリング６２を緊縮させてギャドラム２８を空転させ
る。しかもギヤドラム２８は極めて軽くケーシング１４
内を回転するようになされているので、反対トルクだけ
に正確に応答する厳密なトルク管理が達成される。しか
も、モータは依然回転を正常状態で継続しているので過
負荷が加わる・漠れは全くなく、反トルクはギャドラム
２８を空転させる力として解消されるので操作者に反動
は殆んど加わらず、被労を少くして作業能率を大幅に向
上することができる。なお、どの程度の反対トルクに遭
遇したときギャドラム２８を空転させるか、の選択的な
トルク調整は、第４図に示すキャップ１８を回転させて
内蔵スプリング６２の押圧弾力を調節することによって
達成可能である。

このときは、第１図に示すようにキャップ１８に目盛を
付し、スリーブカバー１６に指示線を付しておけば、反
対トルクの直線ができて便利である。更に、溝部４８は
、第８図に示すようにその断面において放物線状の傾斜
を付することにより、この溝部の深部に鉄合した鋼球５
４は、ギャドラム２８が矢印Ａ方向に力が加わるときは
この溝部４８を乗り越えることが困難であり、また矢印
Ｂ方向に力が加わるときは容易に乗り越えることができ
る。

従って、矢印Ａ方向はドライバーの逆転方向、矢印Ｂ方
向はドライバ−の正転方向としておけば、ドライバー逆
転時には過大な軸トルクが加わってもクラッチとして作
用しないので好適である。なお、本発明に係るクラッチ
装置における出力軸トルクとクラッチ部材に加わる押圧
外力との関係について数行すれば、次の通りである。す
なわち、第４図において、ピニオンギャ４０と遊星ギャ
３０との直径および歯数が等しいものを選定した場合、
ピニオンギヤ４０からのモータ入力と出力軸３６に現わ
れる出力との比は１：４である。今、ギャドラム２８は
円筒ケーシング１４に対して回動自在に配設されている
から、遊星ギャ３０を枢支した円盤３２を外力をもって
強制的に制動してやると、ピニオンギャ４０１こ加わる
入力はギャドラム２８を回動（回転方向は逆）しようと
する出力として遊星ギャ３０１こ現われこのときの入力
：出力の比は１：３となる。従って、ピニオンギャ４川
こ１の入力が働く場合、円盤３２には４の出力となって
現われるのに対し、ギャドラム２８では３の出力となっ
て現われ、これで互に釣合うことになる。すなわち、ギ
ヤドラム２８の回動を３の外力で制動している場合には
、円盤３２に４の対抗外力が作用する迄ギャドラム２８
は有効に制動されるが、円盤３２に加わる外力が４を超
過すると、ギャドラム２８はその制動力に打克つて回動
することになる。換言すれば、ギャドラム２８に３の制
動力を与えておけば円盤側の出力が４となるまで回転力
を伝達させることができることになる。そこで、ギャド
ラム２８を制動する力、すなわちクラッチ部材５４に加
わるコイルスプリング６２の弾力は、円盤３２、すなわ
ちこれに直結する出力軸３６に加わる反対トルク３′４
で足りることになる。このようにコイルスプリング６２
の弾力が比較的小さく設定し得るということは、感度が
向上してクラッチの切れが極めて鉄敏になると共に、ク
ラッチ部村およびクラッチ面に加わる押圧力が小さく済
むためクラッチ機構の精度を長期に亘つて安定に維持し
得る等の多くの利点を生ずるものである。以上、本発明
に係るクラッチ装置につき、電動ドライバーを例に挙げ
て種々説明したが、回転締付工具であれば、その他エア
ードライバー等にも好適に応用でき、発明の精神を逸脱
しない範囲内で多くの改良変更をなし得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るクラッチ装置を組込んだ電動稀
付工具の好適な実施例としての電動ドライバーの斜視図
、第２図は電動ドライバーのケーシング本体からスリー
ブを取外した状態を示す分解図、第３図はクラッチ装置
を兼ねる減速装置の出力軸からチャックを取外した状態
を示す分解図、第４図は本発明に係るクラッチ装置の断
面図、第５図は第４図に示すクラッチ装置の要部断面図
、第６図は本発明に係るクラッチ装置に使用するギャド
ラムのクラッチ面を示す斜視図、第７図は第６図に示す
ギャドラムの反対側部の状態を示す斜視図、第８図は第
６図に示すギヤドラムのクラッチ面に形成された溝部の
好適な穿設例の側面図である。１０・・・電動ドライバー、１２・・・把持部、１４・
・・円筒状ケーシング、１６・・・スリーブカバ−、１
８…キヤツプ、２０…ドライ／ゞ−ビット、２２…チャ
ック、２６・・・減速装置、２８・・・ギャドラム、３
０…遊星歯車、３２・・・円盤、３４…軸、３６・・・
出力軸、３８・・・モータ軸、４０・・・ピニオンギャ
、４２・・・軸受部、４４・・・モータ、４６・・・環
状溝部、４８・・・溝部、５０・・・環状切欠溝、５２
・・・通孔、５４・・・鋼球、５６・・・スリーブ、５
８・・・フランジ、６０・・・環状溝、６２・・・コイ
ルスプリング、６４・・・リング部材、６６・・・円筒
状部材、６８・・・鋼球。ＦＩＧ．ＩＦＩＧ．２ＦＩＧ．３ＦＩＧ．ムＦＩＧ．５ＦＩＧ．６ＦＩＧ．７ＦＩＧ．７ＦＩＧ．８

Claims

【特許請求の範囲】１一端部に閉鎖された円筒状ケーシングと、このケー
シングに軸支されて外方へ延在する出力軸と、前記ケー
シング内に装着される駆動軸を備えたモータと、前記駆
動軸と出力軸とを連結する自動クラツチ制御を行う遊星
歯車機構とを備え、この遊星歯車機構はインターナルギ
ヤを有し前記ケーシング内に回転可能に設けられたギヤ
ドラムと前記インターナルギヤに噛合する複数の遊星ギ
ヤとからなり、前記遊星ギヤを出力軸の円盤支持体に支
持すると共に駆動軸のピニオンギヤに噛合し、前記ギヤ
ドラムの一側部を閉塞してその外側に弾力係合クラツチ
手段を設け、所定レベル以下のトルクに際し前記ギヤド
ラムをケーシングに対し静止状態に保持すると共に所定
レベル以上のトルクに際し前記ギヤドラムをケーシング
に対し相対的に回転し得るよう構成することを特徴とす
る自動クラツチ装置付回転締付工具。２特許請求の範囲第１項記載の回転締付工具において
、クラツチ手段は、ギヤドラムとケーシングの閉鎖端部
との対向面に装着される鋼球である自動クラツチ装置付
回転締付工具。３特許請求の範囲第１項記載の回転締付工具において
、クラツチ手段を弾力的に係合させる手段は、フランジ
付スリーブと、このスリーブのスリーブカバーと、スリ
ーブカバーに進退自在に螺着したキヤツプとを備え、前
記キヤツプ内に前記フランジ付スリーブを弾力的に押圧
するコイルスプリングを装着してなる自動クラツチ装置
付回転締付工具。