JP4659862B2 - トルク固定形ドライバー - Google Patents

Description

本発明は、ねじ具の締付けトルクないしは緩めトルクを高精度に設定することができるトルクリミッタを応用したドライバーに係り、特に小形精密部品の組立てやプラスチック製品等の脆弱な部品の結合および組立て等を行う場合に適した、低トルクで小ねじの締付けまたは取外しを容易かつ安全に行うことができるトルク固定形ドライバーに関するものである。

従来技術

従来、情報機器等を対象として、回転軸を介して小動力のトルクを伝達ないし遮断を行うために使用可能な小形のトルクリミッタが種々提案されている。

この種のトルクリミッタとして、例えば、図７に示すように構成したものが知られている。すなわち、図７において、参照符号１０は円筒状の外ケースを示し、この外ケース１０の内部１２にコイルばね１３を収納し、このコイルばね１３の一端部に設けたフック１４を前記外ケース１０の端壁部１５に形成した凹部１６に係合し、前記コイルばね１３の他端部に設けたフック１７を外ケース１０の開口端部内に嵌合固定した蓋体１８の凹部１９に係合し、このコイルばね１３の内方に回転軸２０を挿通して、この回転軸２０を前記外ケース１０の軸受部２１および前記蓋体１８により回転自在に支持した構成からなる。

前記コイルばね１３は、小径部１３ａと大径部１３ｂとを有し、小径部１３ａの内径は回転軸２０の外径に対して、自然状態では同等もしくは僅かに大きく作成される。そして、この寸法状態で、コイルばね１３を外ケース１０内に組込み、小径部１３ａに回転軸２０を挿通した後、蓋体１８を嵌着してそれぞれフック１４、１７と凹部１６、１９を係合し、この状態で蓋体１８を回動させてコイルばね１３を巻き方向にねじることにより、小径部１３ａを縮径させて回転軸２０を締まり嵌め状態とし、回転軸２０に対して径方向に緊縛力を与えるように構成される。

従って、このように構成されるトルクリミッタは、回転軸２０をコイルばね１３の巻き方向とは逆方向に回転させると、コイルばね１３を介して外ケース１０に回転力が伝達され、この時に回転軸２０と小径部１３ａとの間で滑りを生じるトルクの最低値がトルク値となる。なお、このトルク値は、前記蓋体１８を回動させてコイルばね１３のねじり量を変えることによって調整が可能である。

また、従来において、電動ドライバーや手動ドライバー等により、ボルト、ナット、ねじ等の被緊締物が所定の締付けトルクで締上げられているか、また一度締付けを完了したねじ等が、どれ位のトルクで緩むかを測定し、常に均一なトルクで締付けを行う手段として、一般的にトルクドライバーが知られている。このトルクドライバーは、渦巻きばねを使用して、その機械的変形量をトルク値として目盛板に表示するものや、トーションバーのねじりを応用したもの等である。

従来の電動ドライバーあるいは手動ドライバー等においては、ねじ等の締付けに際し、ドライバービットに強力な反対負荷が加わった場合に、これを予め設定した締付けトルクで動作するクラッチ機構により所定のトルク値に至った状態を検知して、前記クラッチ機構を動作させて電動モータの出力軸あるいは手動による駆動軸と従動軸（ドライバービット）との結合を一時的に遮断するように構成したものが、提案され実施されている（特許文献１参照）。

一方、前述した電動ドライバーあるいは手動ドライバー等のクラッチ機構とは別に、実際にどの程度のトルク値でねじ等がその取付け対象物に対し締付けられたかを、直接ドライバーで検出する手段として、ドライバービットに作用する強力な反対負荷を、例えばトーションバーの一側面に取付けたストレンゲージにより検出するように構成したトルク検出器も知られている（特許文献２参照）。

従って、前記トル検出器によれば、ねじ込み作業中において、連続的にトーションバーに伝達される応力歪みを直読監視することができることによって、ねじの締付け開始から締付け完了に至る間のトルク値の変動を測定し、最適な締付けトルクを知ることができる。

特公昭６０−５４２８号公報 特公昭６２−２５９８０号公報

前述した構成からなる従来のトルクドライバー、トルクメータあるいはトルク検出器等においては、一般的なねじ具の締付け時におけるトルク値、もしくはねじ具の締付け開始から完了に至る迄の連続的に変動するトルク値を、それぞれ適正に測定ないし監視することは、前記ストレンゲージを使用する場合には可能であるが、多量のねじ具の締付け作業において、特に小形精密部品の組立てやプラスチック製品等の脆弱な部品の結合および組立て等を行う場合のように、低トルクで全て一定のトルク値となるように、小ねじの締付けおよび取外し操作を、安全かつ高精度に達成することは困難である。

前述したように、従来においては、クラッチ機構を備えた電動ドライバーや手動ドライバーが知られているが、このクラッチ機構は、機械的構成からなるものであり、クラッチ動作に際しては、駆動軸に結合されるドライバービットに対して瞬時的変動（機械的な振動）によるショック等を起生するため、特にハードディスク等の各種電子部品や精密機械部品等の組立てに際しては、各部品等に対して損傷等の悪影響を与える難点があり、このためショックレスなトルク設定を可能とするドライバーの要求が高まってきている。

そこで、本発明者は、鋭意研究並びに試作を重ねた結果、従来の機械的なクラッチ機構に代えて、ねじ具の締付け操作を行う動力を遮断させる手段として、従来において知られているコイルばねの摩擦接触抵抗を利用した摩擦方式のトルクリミッタ（図７参照）の構成を採用し、このトルクリミッタをドライバーの把持部ケーシングに内蔵させることにより、前記要求を満足し得るトルク固定形ドライバーを得ることができることを突き止めた。

すなわち、この場合、外ケースの内側に駆動軸を回転自在に収納し、この駆動軸の外周部にコイルばねを締まり嵌めすると共に、前記コイルばねの両端部に設けたフックをそれぞれケースないしは此れに固定した部材に係合してなるトルクリミッタを備え、前記外ケースをドライバーの把持部ケーシングとして、または前記外ケースをドライバーの把持部ケーシングで囲繞固定し、前記トルクリミッタの駆動軸の先端にドライバービットを設けた構成とすることによって、容易にトルク固定形ドライバーを作成することができる。

従って、このように構成されるトルク固定形ドライバーは、特に小形精密部品の組立てやプラスチック製品等の脆弱な部品の結合および組立て等を行う場合のように、低トルクで全て一定のトルク値となるように、小ねじの締付けまたは取外し操作、あるいは予め締付けられているねじ具の確認締め等の作業を、安全かつ高精度に達成することができる。

従って、本発明の目的は、ねじ具の締付けを常に一定のトルク値で円滑かつ高精度に達成することができると共に、簡単かつコンパクトな構成にして、ねじ具の取付け対象物に対するショック等による悪影響を確実に防止することができ、しかも低コストに製造することができるトルクリミッタを適用したトルク固定形ドライバーを提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載のトルク固定形ドライバーは、外ケース(３０)の内側に駆動軸(４６)を回転自在に収納し、この駆動軸の外周部にコイルばね(３６)を締まり嵌めすると共に、前記コイルばねの両端部に設けたフック（３８ａ、３８ｂ）をそれぞれ外ケース(３０)およびその後端部を閉塞固定する蓋体（３２）に係合してなるトルクリミッタを備え、
前記トルクリミッタの駆動軸(４６)をスリーブ（４８）で囲繞保持し、このスリーブをワンウェイクラッチ（５２）を介して前記外ケースに保持すると共に、前記スリーブの先端部にドライバービット（４４）を着脱交換自在に挿着し、
前記トルクリミッタを把持部ケーシング（７２）により回転自在に囲繞保持すると共に、前記トルクリミッタの後端部において、前記外ケース(３０)を閉塞固定する蓋体（３２）に対し前記駆動軸（４６）と同軸になるように電動モータ（６６）の出力軸(６８)を着脱可能に結合し、
前記電動モータの外周部を外部ケーシング(７０)で囲繞し、この外部ケーシングを前記トルクリミッタを囲繞保持する前記把持部ケーシング（７２）に対して着脱交換可能に結合し、
さらに前記電動モータの後端部を、該電動モータの回転軸と同軸になるように延在するトーションバー（７６）を介して前記外部ケーシング(７０)内に固定し、前記トーションバーの一側面にストレンゲージ（７８）を取付けてトルク値を測定し得るように構成したことを特徴とする。

本発明に係るトルク固定形ドライバーは、ねじ具の締付けを常に一定のトルク値で円滑かつ高精度に達成することができると共に、簡単かつコンパクトな構成にして、ねじ具の締付け対象物に対するショック等による悪影響を確実に防止することができ、しかも低コストに製造することができる。

特に、本発明に係るトルク固定形ドライバーによれば、小形精密部品の組立てやプラスチック製品等の脆弱な部品の結合および組立て等を行う場合のように、低トルクで全て一定のトルク値となるように、小ねじの締付けまたは取外し操作、あるいは予め締付けられているねじ具の確認締め等の作業を、安全かつ高精度に達成することができる。さらに、トルクを固定式とすることから、作業者等がトルク値を変更してしまう危険がないため、製品の品質管理の上で簡便でありかつ安全である等、多くの優れた利点が得られる。

次に、本発明に係るトルクリミッタを適用したトルク固定形ドライバーの実施態様につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。

図１は、トルク固定形ドライバーの一構成例を示すものである。すなわち、図１において、参照符号３０は内部にトルクリミッタを収納配置する円筒状の把持部ケーシングを示す。しかるに、本構成例においては、前記把持部ケーシング３０は、トルクリミッタの外ケースとして構成され、この外ケース３０の一端には開口部３０ａを設けると共に他端には蓋体３２を着脱自在に取付けた構成からなる。そして、前記外ケース３０の内部３４には、コイルばね３６を収納し、このコイルばね３６の一端部に設けたフック３８ａを前記蓋体３２に形成した嵌合凹部３２ａに係合し、また前記コイルばね３６の他端部に設けたフック３８ｂを外ケース３０の開口部３０ａ側の端壁部に形成した嵌合凹部３２ｂに係合する。さらに、このコイルばね３６の内方に回転軸４０を挿通配置し、この回転軸４０を前記外ケース３０に取付け、蓋体３２の軸受部４２において回転自在に支持下構成からなる。

なお、前記コイルばね３６は、小径部３６ａと大径部３６ｂとを有し、小径部３６ａの内径は回転軸４０の外径に対して、自然状態では同等もしくは僅かに大きく作成される。そして、この寸法状態で、コイルばね３６を外ケース３０の内部に組込み、小径部３６ａに回転軸４０を挿通した後、蓋体３２を外ケース３０に取付けてそれぞれフック３８ａ、３８ｂと嵌合凹部３２ａ、３２ｂを係合し、この状態で蓋体３２を回動させてコイルばね３６を巻き方向にねじることにより、小径部３６ａを縮径させて回転軸４０を締まり嵌め状態とし、回転軸４０に対して径方向に緊縛力を与えるように構成される。

従って、このように構成されるトルクリミッタは、外ケース３０をコイルばね３６の巻き方向と同じ方向に回転させると、コイルばね３６を介して回転軸４０に回転力が伝達され、この時に回転軸４０とコイルばね３６の小径部３６ａとの間で滑りを生じるトルクの最低値を定トルク値として設定することができる。なお、この定トルク値の設定に際しては、前記蓋体３２を回動させてコイルばね３６のねじり量を変えることによって、適宜調整並びに設定が可能である。

本構成例において、トルク固定形ドライバーは、基本的に前記構成からなるトルクリミッタの回転軸４０に対し、駆動軸としてのドライバービット４４を直接結合した構成とすることにより、実現することができる。すなわち、前記構成によるトルク固定形ドライバーを使用して、ねじ締めを行う際に、その締付けトルクが予め設定した定トルク値になると、回転軸４０とコイルばね３６の小径部３６ａとの間で滑りを生じ、把持部ケーシング３０は回転軸４０に対して空転し、これにより定トルクの締付けを達成することができるのである。

なお、図１に示す構成例においては、前記トルクリミッタの回転軸４０に対し、駆動軸４６を結合すると共に、この駆動軸４６に対しスリーブ４８を囲繞固定し、このスリーブ４８の先端部にボール４９ａ、カラー４９ｂおよびスプリング４９ｃから構成されるチャック機構５０を設けて、このチャック機構５０を介してドライバービット４４を着脱自在に結合するように構成したものである。このように構成することによっても、前記と全く同様のドライバービット４４によるねじの定トルク締付けを達成することができる。

また、本構成例においては、図１に示すように、前記スリーブ４８の一部を半径方向外方に突出形成して、駆動軸４６すなわちドライバービット４４を外部操作によって回動し得る手動調節部４７を設ける。すなわち、この手動調節部４７は、ねじの定トルク締付け後において増し締め等を行う場合に、有効に使用することができる。

図２は、トルク固定形ドライバーの別の構成例を示すものである。すなわち、図２において、説明の便宜上、図１に示す構成例と同一の構成部分については同一の参照符号を付し、詳細な説明は省略する。本構成例においては、トルクリミッタの回転軸４０に対し、駆動軸４６を結合すると共に、この駆動軸４６に対しスリーブ４８を囲繞固定し、スリーブ４８の先端部にチャック機構５０を設けた、前記構成例と同一の構成において、把持部ケーシング３０を、スリーブ４８の駆動軸４６との結合部の外周を囲繞するように延在させ、前記スリーブ４８の外周部を、ワンウェイクラッチ５２を介して、前記把持部ケーシング３０に保持させた構成からなる。

この場合、前記ワンウェイクラッチ５２としては、例えば図３に示すように、内周面にその円周方向において所要間隔離間させて摩擦接触抵抗の少ない複数のローラ５３を嵌合配置したリング部材５４からなり、前記ローラ５３の嵌合溝５５内に、それぞれローラ５３を一方向のみ転がりを許容するようにクサビ片５６を挿着した構成とすることができる。従って、この場合、前記ローラ５３の表面に圧接するように、スリーブ４８に対して挿通固定することにより、前記把持部ケーシング３０による、前記クサビ片５６が挿着された側への回動（ねじの取外し方向の回転）はロックされて、手動による回動力は直接ドライバービット４４に伝達され、ねじの取外し作業を容易に達成することができる。なお、前記とは反対方向の回動操作に際しては、トルクリミッタを介してスリーブ４８の回転はフリーとなり、円滑な定トルク締付け作業を達成することができる。

従って、本構成例のトルク固定形ドライバーによれば、特にねじの取外しに際して、トルクリミッタに影響を与えることなく、把持部ケーシング３０からスリーブ４８を介して直接ドライバービット４４へトルク伝達を行って、適正かつ円滑な作業を達成することができる。

なお、本構成例においても、図１に示す構成例と同様に、ねじの定トルク締付け後において増し締め等を行うための手動調節部を、適宜設けることができる。

図４は、トルク固定形ドライバーのさらに別の構成例を示すものである。すなわち、本構成例においては、図４に示すように、複数のトルクリミッタ６０Ａ、６０Ｂを、軸方向に縦列配置し、一方のトルクリミッタ６０Ａの駆動軸４６Ａを、他方のトルクリミッタ６０Ｂの外ケース３０Ｂに結合して接続し、これら複数のトルクリミッタ６０Ａ、６０Ｂを、把持部ケーシング６２内に収納配置した構成からなるものである。なお、前記他方のトルクリミッタ６０Ｂから突出する駆動軸４６Ｂは、前記各構成例と同様に、ドライバービット４４との結合構成を採用することができることは勿論である（図１および図２参照）。

また、複数のトルクリミッタ６０Ａ、６０Ｂを使用する場合、同一の駆動軸上において、前述した構成からなるトルクリミッタを縦列配置した構成とすることもできる。

図５は、本発明に係るトルク固定形ドライバーの典型的な実施例を示すものである。すなわち、本実施例においては、図５に示すように、例えば図２に示す構成からなるトルク固定形ドライバーの外ケース３０の蓋体３２で閉塞した後端部に、トルクリミッタの駆動軸４６と同軸になるように軸結合凹部６４を設け、この軸結合凹部６４に電動モータ６６の出力軸６８を着脱可能に結合し、前記トルク固定形ドライバーを電動モータ６６により回転駆動し得るように構成したものである。

この場合、前記電動モータ６６を囲繞支持する第１の外部ケーシング７０と、前記トルク固定形ドライバーを囲繞すると共にそのスリーブ４８の位置においてベアリング７１を介して回転自在に支持する第２の外部ケーシング７２とを、ねじ部７３による着脱可能な結合構成とする。これにより、予め所定のトルク設定を行った複数種類のトルク固定形ドライバーを、電動モータ６６に対し着脱交換可能に接続して使用することができる。

なお、図５に示す実施例においては、電動モータ６６に対して適宜減速機６７を結合し、この減速機６７の出力軸６８を、前記トルク固定形ドライバーの外ケース３０の後端部における蓋体３２に設けた軸結合凹部６４に、結合した構成からなる。また、図５において、参照符号７４は電動モータ６６から導出される電源接続コードを示す。

図６は、本発明に係るトルク固定形ドライバーの好適な実施例を示すものである。すなわち、本実施例は、図５に示す実施例の変形例を示すものであって、図６に示すように、第１の外部ケーシング７０に囲繞支持される電動モータ６６につき、前記電動モータ６６の外周部に対しては前記第１の外部ケーシング７０を回転可能に囲繞し、電動モータ６６の後端部を該電動モータの回転軸と同軸になるように延在するトーションバー７６を介して、前記第１の外部ケーシング７０内に固定し、前記トーションバー７６の一側面にストレンゲージ７８を取付けて、トルク値を測定し得るように構成したものである。

このように構成した本実施例のトルク固定形ドライバーによれば、コイルばねの摩擦抵抗とスリップ機能を応用したトルクリミッタの精度は、比較的正確ではあるが、長期間の使用に際しては前記機能が低下することから、継続的なトルクの監視を必要とする場合や、ＩＳＯ（国際化標準機構）への加入やＰＬ法（製造物責任に関する法律）に基づく安全基準の確認のために、ねじ締めトルクの継続的な記録を残すことが必要とされる場合、本実施例のトルク固定形ドライバーは極めて有効である。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本発明の精神を逸脱しない範囲内において種々の設計変更をなし得ることは勿論である。

トルク固定形ドライバーの一構成例を示す要部断面側面図である。 トルク固定形ドライバーの別の構成例を示す要部断面側面図である。 図２に示すトルク固定形ドライバーのIII−III線断面図である。 トルク固定形ドライバーのさらに別の構成例を示す要部概略断面説明図である。 本発明に係るトルク固定形ドライバーの典型的な実施例を示す要部概略断面説明図である。 本発明に係るトルク固定形ドライバーの好適な実施例を示す要部概略断面説明図である。 従来のトルクリミッタの構成を示す概略断面側面図である。

符号の説明

３０ 把持部ケーシング（外ケース）
３０ａ 開口部 ３０ｂ 嵌合凹部
３０Ａ、３０Ｂ 外ケース ３２ 蓋体
３２ａ 嵌合凹部 ３４ 内部
３６ コイルばね ３６ａ 小径部
３６ｂ 大径部 ３８ａ、３８ｂ フック
４０ 回転軸 ４２ 軸受部
４４ ドライバービット ４６ 駆動軸
４６Ａ、４６Ｂ 駆動軸 ４７ 手動調節部
４８ スリーブ ４９ａ ボール
４９ｂ カラー ４９ｃ スプリング
５０ チャック機構 ５２ ワンウェイクラッチ
５３ ローラ ５４ リング部材
５５ 嵌合溝 ５６ クサビ片
６０Ａ、６０Ｂ トルクリミッタ ６２ 把持部ケーシング
６４ 軸結合凹部 ６６ 電動モータ
６７ 減速機 ６８ 出力軸
７０ 第１の外部ケーシング ７１ ベアリング
７２ 第２の外部ケーシング ７３ ねじ部
７４ 電源接続コード ７６ トーションバー
７８ ストレンゲージ ８０ 非接触形トルクリミッタ
８２ 外ケース ８３ 永久磁石
８４ 駆動軸 ８５ 回転部材
８６ 支持部材 ８８ 把持部ケーシング
８８ａ 開口部 ８９ 蓋体

Claims (1)

1. 外ケース(３０)の内側に駆動軸(４６)を回転自在に収納し、この駆動軸の外周部にコイルばね(３６)を締まり嵌めすると共に、前記コイルばねの両端部に設けたフック（３８ａ、３８ｂ）をそれぞれ外ケース(３０)およびその後端部を閉塞固定する蓋体（３２）に係合してなるトルクリミッタを備え、
   前記トルクリミッタの駆動軸(４６)をスリーブ（４８）で囲繞保持し、このスリーブをワンウェイクラッチ（５２）を介して前記外ケースに保持すると共に、前記スリーブの先端部にドライバービット（４４）を着脱交換自在に挿着し、
   前記トルクリミッタを把持部ケーシング（７２）により回転自在に囲繞保持すると共に、前記トルクリミッタの後端部において、前記外ケース(３０)を閉塞固定する蓋体（３２）に対し前記駆動軸（４６）と同軸になるように電動モータ（６６）の出力軸(６８)を着脱可能に結合し、
   前記電動モータの外周部を外部ケーシング(７０)で囲繞し、この外部ケーシングを前記トルクリミッタを囲繞保持する前記把持部ケーシング（７２）に対して着脱交換可能に結合し、
   さらに前記電動モータの後端部を、該電動モータの回転軸と同軸になるように延在するトーションバー（７６）を介して前記外部ケーシング(７０)内に固定し、前記トーションバーの一側面にストレンゲージ（７８）を取付けてトルク値を測定し得るように構成したことを特徴とする電動モータ駆動式のトルク固定形ドライバー。

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