JPS605428B2

JPS605428B2 - クラツチ式電動回転工具の制御方式

Info

Publication number: JPS605428B2
Application number: JP15626477A
Authority: JP
Inventors: 勝行戸津
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-12-23
Filing date: 1977-12-23
Publication date: 1985-02-12
Also published as: JPS5488000A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、クラッチ式電動回転工具の制御方式に関す
るものであって、一層詳細には所定の反対負荷に遭遇し
て動力の遮断を行うクラッチ装置を内蔵する電動回転工
具において、その正転時にはモータの通電遮断と発電制
動とを自動的に行い、逆転時にはモータへの通電を継続
してクラッチの係合離脱を断続させ、強力な機械的衝撃
（インパクト）を工具の作業軸先端に付与するように電
動回転工具を制御する方式に関するものである。

従来より、電動モータを駆動源として内蔵する電動回転
工具、例えば電動ドライバーが広く普及するに至ってい
る。

この種の電動回転工具（例えば、電動ドライバー）では
、作業対象物の締付作業工程が進行して被緊締物の締上
げが限界に達すると、ドライバーの作業軸は強力な反対
負荷に遭遇し強制的にその回転を停止させられる。この
ため、作業軸の回転に伴いこれに回転慣性として蓄積さ
れた余剰のトルクは、作業軸からドライバービットを経
てボルトに一挙に放出され、過締上げによるボルト頭部
の折損、ねじ山破壊等の弊害を招来すると共に反動を作
業者に直接伝達するので、作業能率を著しく低下させる
ものであった。そこで、このような反対負荷に伴う反動
を解消乃至低減するために、駆動軸と従動軸（作業軸）
との間にクラッチ装置を介在させて有害な反動の逆伝達
を遮断するクラッチ式電動回転工具が種々開発させてい
る。この種のクラッチ式電動回転工具では、所定の反対
負荷に遭遇するとクラッチが作動してモータの駆動軸か
ら従動軸への動力伝達を瞬時に遮断するが、この際、駆
動源であるモータは通電状態におかれるため、モータは
空転を継続する。そこで、クラッチの作動と同期的に運
動するスイッチを設けて、このスイッチによりモータへ
の通電を遮断するよう構成した電動回転工具の自動通電
遮断装置が種々提案されるに至っている。ところで、こ
のようにクラッチ運動スイッチを設けて、これにより電
動モー夕への通電を遮断するにしても「これを実施化
するには更に克服すべき難点が幾つかある。

すなわち、■クラッチ装置が作動した後モータは惰性に
より回転するので、その椿動が停止するまで待たねばな
らないこと。■クラッチが係合離脱を反復するときはク
ラッチ運動スイッチもＯＮ・ＯＦＦを断続するので電動
モータがチャタリングすること等である。本出願人は、
このような諸欠点を一挙に解決するものとして、クラッ
チ連動スイッチとスイッチング回路との組合せによる発
明「クラッチ式電動回転工具の制御方式」を提案し、こ
れについて昭和５２王１２月８日付で特許出願を行った
。この制御方式によれば、所定の稀付トルクの限界を超
過する反対負荷が工具の作業軸に伝達されると、クラッ
チが作動して動力伝達を遮断し、これと同時にクラッチ
運動スイッチが働いてスイッチング回路を付勢して電動
モータへの通電を遮断しかつその発電制動をシーケンス
的に行うものであって、トルク管理に絶大な効果を発揮
するものである。ところで、この制御方式によれば、電
動モータを逆転させて被緊締物（例えば、ボルト）を緩
めようとする場合「工具の作業軸に得られる起動トルク
は、通常締上がっているボルト等を緩ませるに充分では
ないので、直ちにクラッチが作動してスイッチング回路
が付勢される結果電動モータの通電が遮断され「逆転時
の緩め作業には有効に使用し得ない難点がある。

また、従来の電動回転工具では、先に述べたように逆転
時の起動トルクは余り充分でないから、強く締め上げら
れたり、ロックペイントを施されたボルトやナットを緩
めるには、強大な起動トルクを発生する電動モー夕を使
用しなければならない。この場合、緊締されたボルトや
ナットに、緩み方向への断続的な機械的衝撃（インパク
ト）を与えると、締付接合部の緩みが早期に解除される
ことは経験的に知られていることである。そこで、発明
者は鋭意試作を重ねた結果、先に特許出願を行った「ク
ラッチ式電動回転工具の制御方式」を母体とし、クラッ
チ連動スイッチと主スイッチとの間に順方向のみに電流
の通過を許容する回路素子を挿入しかつ電動モータとス
イッチング回路との接続の間において電流の極性を変換
するように制御すれば、電動モータの逆転時には前記回
路素子はスイッチング回路へ電流を通過させないので該
スイッチング回路は作動せず、従って電動モータはその
逆転を継続し、しかもこのとき内蔵クラッチは係合離脱
を反復するので、その際に生ずる断続的な機械的衝撃（
インパクト）が被緊締物に伝達されて容易にその緩め作
業を達成し得ることが判った。

従って、本発明の一般的な目的は、所定の反対負荷に遭
遇して動力の遮断を行うクラッチ装置を内蔵する電動回
転工具において、電動モータの正転時にはクラッチ運動
スイッチによりスイッチング回路を付勢して電動モータ
への通電を遮断すると同時にその発電制動を行い、電動
モータの逆転時にはクラッチ連動スイッチが作動しても
スイッチング回路が付勢しないよう電気的制御を行う電
動回転工具の制御方式を提供するにある。

次に本発明を、好適な一実施例を挙げて添付図面を参照
しながら以下詳細に説明する。

第１図は本発明に係る制御方式を実施するための好適な
一実施例としての回路を示すものであって、参照符号Ｓ
，は単極双技形の主スイッチを示し、この主スイッチＳ
，は電動回転工具、例えば、電動ドライバー（図示せず
）の把持部に設けられ、そのａ接点は駆動源となる電動
モータＭの端子Ｔ，に接続し、またｂ接点は後述する極
性切換スイッチＳ５の■端子に接続している。

なお、主スイッチＳ，の共通端子０は、モータＭの端子
Ｌと接続している。また、参照符号１２で指示し、破線
により囲総した部分はスイッチング回路であって、ここ
では双極双役形のスイッチＳ２およびＳ３を内蔵するり
レーを示す。このリレーには８本のピン端子が■，■，
■，■，■，■，■，■の順で時計回りに配列されてい
る。このピン端子中■は遊びである。■端子と■端子と
の間には電磁コイル１４が接続されると共に、■端子と
■端子の間には電解コンデンサ１６が接続されている。
因みに、この電解コンデンサ１６は、後述する如く電磁
コイル１４に瞬間的に通電された場合に電磁コイル１４
の励磁を持続させる目的で挿入するものである。直流電
源１０の出力端は、極性反転スイッチＳ６を介してその
一方をリレー１２のピン端子■および■に接続すると共
に他方は別の樋性切襖スイッチＳ５の■端子および■端
子に接続する。次に、スイッチＳ２の共通端子Ｃはピン
端子■を介して前記極性切換スイッチＳ５の■端子およ
び■端子に接続する。更に、スイッチＳ２のｂ点は、ピ
ン端子■および■（このピン端子■は、スイッチＳ３の
ｂ接点とも接続している）を介してモータＭの端子Ｔ２
と接続している。なお、もう一方のリレー内蔵スイッチ
Ｓ３は、その共通端子Ｃをピン端子■（これは本釆遊び
端子である）および■に接続している。このスイッチＳ
３は、無接続端子である。接点側に常時投入されており
、電磁コイル１４の励磁によりスイッチＳ２と運動して
夫々ｂ接点側に切換わるよう構成されている。次に、参
照符号Ｓ４は補助スイッチであって、これは常開型のク
ラッチ運動スイッチであり、このスイッチＳ４の共通端
子Ｃは、スイッチＳ，のｂ接点に、順方向にのみ電流の
通過を許容する回路素子、例えば半導体ダイオードＤを
介して接続され、またａ接点はリレー１２のピン端子■
に夫々接続されている。

このクラッチ連動スイッチＳ４は、好ましくは自己圧力
による自動復帰型のマイクロスイッチであり、これをク
ラッチ式の電動回転工具に取付けた一実施例を第２図に
示す。この第２図は電動ドライバー２０の要部断面を示
し、そのケーシング２２内にはリング状部材の内側に噛
合歯を周設したインターナルギャ２４とこのインターナ
ルギャの内歯と噛合して自転しつつこのギャの内側を公
転する遊星歯車２６とからなる減速機構が収納されてい
る。遊星歯車２６は、円盤２８に仮想的に配置した正三
角形の各頂点位置において軸３０を介して回転自在に枢
着した３個の歯車群からなり、前記円盤２８はその中心
において従動軸３２に固着される。この３個の遊星歯車
２６には、モー夕の回転軸（図示せず）に固着したピニ
オンギャ３４が噛合し、また前記従動軸３２はケーシン
グ２２に突出成形したポス３６に回転自在に挿通軸支さ
れている。従って、このインターナルギャ２４がケーシ
ング２２の内壁に固定されている限り、電動モータ（図
示せず）の回転は、ピニオンギャ３４→遊星歯車２６→
インターナルギャ２４を経て従動軸３２に伝達される。
すなわち、この場合、インターナルギャ２４と遊星歯車
２６との組合せは、減速装置そのものとして好適に作動
する。なお、インターナルギャ２４は、その外径をケー
シング２２の円筒状内壁の内径よりも若干小さめに設定
された状態で、ケーシング２２内に回転自在に収納して
あり、このインターナルギヤ２４の一側部円形平面は長
溝３８を中心から放射状に１本乃至複数本削切し、この
長溝３８中にはローラ４０が転動自在に欧挿されている
。

このとき、ローラ４０はその転動面の上部半体を長溝３
８から外方へ突出するよう予め設定して、インターナル
ギヤ２４の円形平面をクラッチ面として構成する。また
、このインターナルギヤ２４のクラッチ面が指向するケ
ーシング２２の円形底面には、１つ乃至複数の通孔４２
を穿設し、この通孔４２には所定直径の鋼球４４を収容
する。この鋼球４４がケーシング２２から脱落するのを
防止すると共にこの鋼球４４をインターナルギャ２４の
クラッチ面に向けて押し付ける目的で、フランジ付スリ
ーブ４６をボス３６の外周に挿通し、フランジ４８によ
り鋼球４４を支持する。このスリーブ４６をケーシング
２２の底部に向けて弾力的に押付けるために、コイルス
プリング５０をスリーブ外周に同軸的に鉄挿する。更に
、ケーシング２２の外部底面に周設したねじ溝付カラー
５２にスプリングキャップ５４を着脱自在に取付ける。
従って、キャップ５４の内面とスリーブ４６のフランジ
４８内面との間にコイルスプリング５０は圧縮態で介装
され、その結果スリーブ４６はケーシング２２の底部に
向けて弾力的に押圧されて鋼球４４を通孔４２内に保持
する。このとき、鋼球４４の直径はケーシング２２の底
部板厚より充分大蓬に設定しておけば、鋼球４４の半体
部はケーシング２２内に臨み、ローラ４０の転勤面と接
触する。従って、インターナルギャ２４は、これに配設
したローラ４０を介して鋼球４４によりケーシング２２
に対して固定保持される。この構成によれば、従動軸３
２に過大な反対トルクが加わると、インターナルギャ２
４はケーシング２２内を回動し、ローラ４０は鋼球４４
をスリーブ４６と共にコイルスプリング５０の押圧力に
抗して軸線方向に押し下げ、インターナルギャ２４を空
転させるに至るものである。そこで、第２図に示すよう
にカラー５２の外側またはこのカラーの内側とスリーフ
４６とにより画成される空間内に補助スイッチ、すなわ
ちクラッチ連動スイッチＳ４を配設し、このスイッチＳ
４の押圧しバー５６をスリーブ４６のフランジ４８に当
接させ、スリーブ４６が軸線方向に所定のストロークだ
け押し下げられるとスイッチＳ４が作動するようタイミ
ング設定しておく。なお、このクラッチ連動スイッチＳ
４は好ましくは単極単没形のマイクロスイッチであり、
第１図に示すスイッチＳ４そのものである。次に、この
ように構成した本発明に係る制御方式の作用および効果
につき説明する。

先ず、第１図に示す回路例は「電動ドライバーの主スイ
ッチＳ，が開放された状態、すなわちねじ緒付作業に直
ちに移行可能な状態で待機中にあることを示す。

なお「直流電源１川ま第１図の接続状態において正転す
るものとする。このとき、主スイッチＳ，はａ接点側に
投入され、従って電動モータＭの端子Ｔ，およびＬは回
路的に短絡されている。すなわち「主スイッチＳ，をｂ
接点側に没入すると、モータ駆動回路が形成されて電動
モータＭが正転し「主スイッチＳ，を解放操作するとｂ
接点側からａ接点側に切換わり、モータへの通電が遮断
されると同時にモータＭの端子Ｔ，，Ｔ２は短絡されて
電機子間に電気的なループが形成され、モータＭは発電
機として機能し発電制動が行われるものである。いま、
主スイッチＳ，をｂ接点側に投入してねじ締作業を進行
させると、モ−夕Ｍの回転につれてボルトは彼緊締物に
螺入してゆく。

これを第２図の実施例に示すクラッチ式電動ドライバー
につき観察すると、インターナルギャ２４はローラ４０
が鋼球４４に係止されているためケーシング２２内に固
定支持され、モー夕出力は従動軸３２に減速増強されて
直接伝達される。しかるにボルト縦付が完了してボルト
の回動が停止すると、反対負荷が外来トルクとして従動
軸３２に逆伝達される。この反対負荷が所定のモーメン
トを超過すると、インターナルギヤ２４はローラ３８に
よる鋼球４４との係止、すなわち全体的にはケーシング
１２に対する固定を解かれて（このとき鋼球４２はロー
ラ４０‘こより押し下げられる。）ケーシング２２内を
回動し、従ってピニオンギャ３４からの動力伝達はここ
において遮断され、従動軸３２は回転を停止するに至る
。すなわちクラッチが作動したことになるが、このとき
スリーブ４６は軸線方向に移動し、クラッチ連動スイッ
チＳ４のレバー５６を押圧するに至る。これを第１図に
示す回路に戻って観察すると、スイッチＳ４はしバー５
６の押圧によりａ接点側に投入され、このとき半導体ダ
イオードＤはプラスの電流の通過を許容するのでリレー
１２の電磁コイル１４は励磁される。従って、リレース
イッチＳ２，Ｓ３は同時に夫々ｂ援点側に投入される。
スイッチＳ２はａ接点から切離されることによってモー
タＭへの通電を遮断するが、これと同時にｂ接点側に投
入されることによりモータＭの両端子を端子Ｔ，一極性
切換スイッチＳ５の■端子−■端子ーリレー１２の■端
子ースィッチＳ２のｂ端子−■端子−■端子一端子Ｌの
経路で短絡し、モータＭに発電制動を加えるので、モー
タＭは通電遮断と同時にその回転を瞬間的に停止する。
このため、モータが通電遮断後も惰動することがないの
で作業能率が一段と向上される。なお鋼球４２はローラ
４０により瞬間的に押圧されるだけであるため、クラッ
チ連動スイッチＳ４も極めて短時間のみＯＮ作動し、そ
の後直ちにＯＦＦ状態に復帰する。このため電磁コイル
１４は消勢されてリレースイッチＳ２をａ接点側に復
帰させてモータＭへの通電を復帰しチャタリング現象を
生ずることになる。これを防ぐため、本発明では、スイ
ッチＳ３をスイッチＳ２の切換と同時にｂ接点側に切換
わるようにして、電磁コイル１４を自己保持し、これに
よってスイッチＳ２によるモータ駆動回路の開放を維持
する。また先に説明した如く第２図に示す型式のクラッ
升ま瞬間的にクラッチ連動スイッチＳ４を押圧した後直
ちに原状復帰するので、クラッチ連動スイッチＳ４は極
めて短時間のみ閉成され、従って電磁コイル１４は可動
鉄片（図示せず）を磁力吸引するに充分なだけ励磁され
ないことがある。そこで、このようなりレーの作動不充
分が生じないように電解コンデンサー６をリレー１２の
■端子および■端子に挿入して、瞬間的な電流をコンデ
ンサー６に充電し、次いでこれを電磁コイル１４に放電
して励磁力を高めてやることにより好適な結果が得られ
た。

このようにして所定の反対負荷に遭遇するとクラッチが
作動して動力伝達を中断すると同時に補助スイッチ、す
なわちクラッチ連動スイッチが押圧され、リレーの作用
下にモータへの通電を遮断すると共に発電制動が行われ
てモータは瞬厚し、かつその停止状態を継続するに至る
。

ここまでの作業経過中は主スイッチＳ，は閉成された状
態にあり、次いで操作者が作業の終了を五官により感知
して主スイッチＳ，を開放すると、リレー１２の内蔵ス
イッチＳ３のｂ接点側切換えにより形成されていた電磁
コイル付勢回路は破れ、電磁コイル１４は消勢される。
従ってリレースイッチＳ２，Ｓ３は何れもａ接点側に切
換わり、作業開始前の状態に戻る。次に極性切換スイッ
チＳ５を、第１図に示す状態から反転させると、直流電
源１０の由極はモータＭの端子Ｔ，に、またｅ極はモー
タＭの端子Ｔ２に夫々切換わるので、モータＭは逆転す
る。

このとき堅く締め付けられたボルトの頭部にその作業軸
を当援させると「モータＭの逆転起動トルクは通常その
ボルトを緩めるには充分でないから、強力な反対負荷に
遭遇してクラッチが作動するに至る。従ってクラッチ連
動スイッチＳ４が投入されるが、半導体ダイオードＤに
は極性の切換った電流が供給されているため、この反対
方向の電流の通過をダイオードＤは許容せず、電磁コイ
ル１４には電流が流れない。このため、モー夕Ｍはクラ
ッチ作動後も回転を継続し、クラッチの係合離脱を断続
させ、機械的衝撃（インパクト）を生ずる。この衝撃（
インパクト）は、工具の作業軸、例えばドライバービッ
トを介してボルト頭部に伝達されるので、堅く締め上が
ったボルトは緩みを開始し、容易に取外すことが可能と
なる。すなわちｔ適性切換えスイッチＳ５の反転だけで
モータＭを逆転させると共に、この場合はスイッチング
回路を作動不可としてモータＭへの通電を継続し、クラ
ッチの係合離脱を反復させることにより衝撃を発生せし
めて被緊締物の緩め作業を促進させることができる。な
お第１図に示すように直流電源１０側の極性切襖スイッ
チＳ６を反転させることによっても同様の操作を達成す
ることができる。このように本発明に係る制御方式によ
れば、簡単な構成でありながらクラッチの作動と同時に
モー夕への通電を遮断し、しかも主スイッチを閉成した
状態においてモー外こ発電制動を加えて瞬時に停止させ
ることが可能である。

更にクラッチが復帰して動力伝達可能な状態になっても
、一旦付勢された電磁コイルはそのまま自己保持される
のでモータのチャタリングが防止され、また主スイッチ
を開放することによりリレースイッチは全てキャンセル
されて常に次の作業開始待機状態に入ることができる。
また極性切換スイッチを反転させるだけで、モータＭは
逆転し、しかもスイッチング回路（リレー）は不作勤状
態に置かれるのでモータは回転を継続し、このためクラ
ッチは係合離脱を反復して大きな機械的衝撃（インパク
ト）を工具の作業軸に伝達し、被緊締物の緩め作業が促
進されるという大きな効果が得られる。以上、本発明に
係るクラッチ式電動回転工具の制御方式につき好適な実
施例を挙げて説明したが、本発明はこの実施例に限定さ
れるものではなく、各種のクラッチ式回転工具に好適に
応用することができ、また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、本発明に係る制御方式を実施するための回路
例、第２図は本発明に係る制御方式を使用するクラッチ
式電動回転工具の好適な実施例としての要部断面図であ
って、クラッチ連動スイッチを取り付けた状態を示すも
のである。Ｓ，……主スイッチ、Ｓ２，Ｓ３・”…リレースイッチ
、Ｓ４…・・・補助スイッチ（クラッチ連動スイッチ）
、Ｓ５，Ｓ６・・・・・・樋性切換スイッチ、１０・・
・・・・直流電源、Ｍ・・・・・・電動モータ、１２・
・・・・・スイッチング回路（リレー）、１４・・・・
・・電磁コイル、１６・・・・・・コンデンサ、２０・
…・・電動ドライバー、２２・・・…ケーシング、２４
……インターナルギヤ、２６・・…・遊星歯車「２８
・・・・・・円盤、３０…・・・軸、３２…・・・従敷
軸、３４……ピニオンギャ、３６・・・・・・ボス、３
８・・・・・・長溝、４０…・・・ローラ、４２・・・
…通孔、４４・・・・・・鋼球、４６・・…・スリーブ
、４８・・・・・・フランジ、５０……コイルスプリン
グ、５２……カラー、５４……スプリングキヤツプ、５
６……押圧しバー。ＦＩＧ．ｌＦＩＧ．２

Claims

【特許請求の範囲】

１電動モータの出力軸と従動軸との間に所定の反対負
荷を受けて出力伝達を遮断するクラツチ装置を介在させ
てなるクラツチ式電動回転工具において、主スイツチの
閉成により電動モータを回転させ、所定の反対負荷を受
けて作動するクラツチの変位に応答して補助スイツチを
連動させ、この補助スイツチの作動によりスイツチング
回路を付勢して電動モータへの通電を遮断すると共に前
記スイツチング回路を自己保持し、更に順方向のみに電
流の通過を許容する回路素子を補助スイツチに直列に接
続することにより供給電源の極性切換時に前記電動モー
タを逆転させると共に前記スイツチング回路を付勢しな
いことを特徴とするクラツチ式電動回転工具の制御方式
。