JP5201842B2 - 電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動モータを使用してドライバービットなどの回転工具を回転駆動する電動回転工具等において、例えばドライバービットによるねじ締め作業に際して電動モータの負荷トルクとなるねじ締めトルクを適正に検出することができると共に、電動モータの支持構造を安定した配置構成とすることができる電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置に関するものである。

従来、ボルトまたはナットの締付け作業において、締付け直前まではＤＣモータを低トルクでしかも高速回転させ、締付け直前から締付け時においては、ＤＣモータを高トルクで低速回転させ、トルク設定値とストレンゲージの出力が一致したとき、高トルク低速回転のＤＣモータを停止するようにした定トルク締付装置が提案されている（特許文献１参照）。

この特許文献１に記載の定トルク締付装置は、一端部においてＤＣモータの下部を固定支持すると共に、他端部をケースに固定する軸受部材の外周にストレンゲージを設けた構成からなり、前記ＤＣモータの上部はツール支持ベアリングでケースに支持した構成とすることにより、ボルト等の締付け時に前記軸受部材にネジリモーメントが加わり、その度合いに応じてストレンゲージの内部抵抗が変化し、この変化を電気信号として取り出してトルク値として検出することが開示されている。

これに対し、本発明者は、ねじの締付け等の作業を行いながら、当該作業の全工程を通じての動的なトルクを、トルク損失を生じることなく連続的なトルク値の変動として高精度に測定し得るトルク検出器を開発し、特許を得た（特許文献２参照）。

この特許文献２に記載のトルク検出器は、モータと減速機とを連結し、前記減速機から出力軸を導出してなるねじ締め用動力ユニットにおいて、前記動力ユニットの一端を、前記出力軸を支持する軸受を介してケーシング内に固定すると共に、動力ユニットの他端を、これと同軸に延在する扁平状の板体からなる支持体を介してケーシング内に固定し、前記板体の一側面にストレンゲージを取付けた構成からなる。すなわち、このトルク検出器において、前記モータと減速機とからなる動力ユニットは、ストレンゲージを取付けた支持体および軸受によって、ケーシング内に懸架されたものである。

また、従来のねじ締め機の改良として、高トルクを発生させる第１のモータと、高速回転を実現する第２のモータを、回転軸が同一軸上になるように直列配置して、その間にクラッチを設置し、高速回転のねじ込みから低速回転の締付けに移行するとき、駆動軸の回転が完全に停止してから電磁クラッチを接続する構成として、クラッチ板の摩耗を少なくし、寿命の長いねじ締め機が提案されている（特許文献３参照）。

この特許文献３に記載のねじ締め機は、前記第２のモータの回転軸とドライバービットの間に、ドライバービットに加わるトルクを検出するトルクセンサを設け、ねじの締付け時に、前記クラッチが接続状態になった時を起点として、トルクセンサの信号に基づいてトルク値を算出し、その値が所定の値になった時に、前記第１のモータを停止させてねじ締めを完了させるように構成したものである。そして、前記トルクセンサは、前記第２のモータのハウジングに二重構造の歪み管を固定し、この歪み管の内管の外壁に歪みゲージを貼り付け、前記歪み管の下部を把持部に連結した構成が開示されている。

特公昭５３−３８４０号公報 特公昭６２−２５９８０号公報 特開平１０−３２９０５１号公報

前述した特許文献１において提案された定トルク締付装置においては、上部を把持部ケースに軸支したモータのケーシングに対し、その下部を、モータに接続される駆動軸を囲繞するように配置した円筒状の支持体を介して把持部ケースに固定するものであり、ドライバービットに受けるねじ締付け時の反力が、前記駆動軸を介してモータのケーシングに伝達される際に、把持部ケースとの間に結合される支持体に設けたストレンゲージにより、ねじ締めトルク値として検出するものである。

しかし、前記構成からなる定トルク締付装置により、ねじ締めトルク値を検出する場合、ストレンゲージを取付けた支持体は、モータを含む全ての荷重を全面的に受ける構成配置であるため、ドライバービットに受けるねじ締付け時の反力として作用するネジリモーメントを、適正かつ高精度に検出することは困難である。また、モータ等を把持部ケースに対して回動変位可能に支持する必要があり、製造に際しての組立て作業が煩雑となると共に、モータ等の支持が構造的に不安定な配置構成となる難点がある。

また、前述した特許文献２に記載のトルク検出器においては、動力ユニットの他端を、これと同軸に延在する扁平状の板体からなる支持体を介して、把持部ケーシング内に固定する構成であるため、ドライバービットに受けるねじ締付け時の反力すなわちねじ締めトルクを、適正かつ高精度に検出する構成として、電動モータからなる動力ユニットを把持部ケーシングに対して回動変位可能に支持する必要がある。従って、製造に際しての組立て作業が煩雑となると共に、動力ユニットの支持が構造的に不安定な配置構成となる難点がある。

さらに、前述した特許文献３に記載のねじ締め機においては、前記特許文献１に記載の定トルク締付装置と同様に、ストレンゲージを取付けた歪み管は、モータを含む全ての荷重を全面的に受ける構成配置であるため、ねじ締めトルクを適正かつ高精度に検出するものとして、満足する構成配置ではない。また、前記と同様に、同一軸上に直列配置した複数のモータを把持部に対して回動変位可能に支持する必要があり、製造に際しての組立て作業が煩雑となると共に、これらモータの支持が構造的に不安定な配置構成となる難点がある。

そこで、本発明者は、前述した問題点を解決するため、鋭意研究並びに試作を重ねた結果、電動モータのモータハウジングの一端部側において、前記モータハウジングの一端部より突出する電動モータの駆動出力軸に対し、この駆動出力軸を囲繞するように配置したスリーブ体を設け、このスリーブ体の一端にフランジ部を形成して前記モータハウジングの一端部に固定すると共に、前記スリーブ体の他端は遊星歯車を備える減速機構のインターナルギヤ部として一体的に構成した構造とし、前記スリーブ体の外周部に一対のストレンゲージを取り付けた構成とすることにより、前記減速機構の出力軸に適宜結合される負荷に対し、電動モータの駆動出力軸へ作用する反対トルクとしての負荷トルクを、前記スリーブ体に取り付けたストレンゲージにより適正かつ高精度に検出することができ、しかも前記電動モータを所要の把持部ないし固定部としての外部ケーシングに固定することができ、これによりその製造が容易になると共に支持構造を安定な配置構成とすることができることを突き止めた。

このように構成される電動モータの負荷トルク検出装置は、例えば、ねじ締め作業を行う電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置として、好適に応用することができる。すなわち、この場合、電動ドライバーとしての把持部ケーシング内に電動モータを固定し、この電動モータの駆動出力軸から減速機構の出力軸を介して、適宜ドライバービットを結合した構成において、ねじ締め作業に際し、ねじの最終的な締付け時においてドライバービットへ作用する反力すなわちねじの締付けトルクを、前記スリーブ体を介してストレンゲージにより適正かつ高精度に検出することができ、しかも電動モータを把持部ケーシング内に固定して、その製造が容易になると共に支持構造を安定な配置構成とすることができることを突き止めた。

また、本発明の目的は、電動モータによりドライバービットを駆動するように構成した電動ドライバーにおいて、電動モータを把持部ケーシング内に安定に固定した構成とすると共に、ねじ締め作業に際してのねじの締付けトルクを適正かつ高精度に検出することができ、その製造を容易にすると共に支持構造を安定な配置構成とすることができる電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、本発明に係る電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置は、電動モータ（１０）のモータハウジングの一端部より突出する回転駆動出力軸（１４）を、遊星歯車（２１）を備える減速機構（２０）に結合し、前記減速機構（２０）の出力軸（２６）に対し、クラッチ板を設けて、このクラッチ板に対しクラッチボールを軸方向に弾力的に係合させ、ねじ締め作業においてドライバービット（３８）より前記出力軸（２６）に一定以上の負荷トルク（反力）が掛ることにより、前記クラッチ板がクラッチボールを乗り越えて回転駆動力の伝達を遮断すると共に、前記クラッチ板の動作を検出する検出素子を設けて、この検出素子により出力されるクラッチ動作信号（Ｓc）に基づいて電動モータ（１０）の電源を遮断するクラッチ機構（３４）を構成し、このクラッチ機構（３４）を介してドライバービット（３８）に結合してなる電動ドライバーからなり、
前記電動モータの回転駆動出力軸（１４）を囲繞するように配置したスリーブ体（１６）を設け、前記スリーブ体の一端には、フランジ部（１８）を形成して、このフランジ部を前記モータハウジングの一端部に固定すると共に、前記スリーブ体（１６）の他端には、前記回転駆動出力軸（１４）と結合する前記減速機構（２０）の遊星歯車（２１）を囲繞するようにして噛合するインターナルギヤ部（２２）を前記スリーブ体と一体的に設けた構成とし、
さらに、前記スリーブ体（１６）の前記フランジ部（１８）とインターナルギヤ部（２２）との間の外周部には、一対のストレンゲージ（２４、２４）を取り付け、前記ストレンゲージ（２４、２４）から検出される信号（Sｓ1、Sｓ2 ）を入力してねじ締めトルクを変換表示するための負荷トルク検出回路を設けて、電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置を構成し、
前記電動ドライバーによるねじ締め作業において、ねじ締め作業が完了する際に、前記ドライバービット（３８）におけるねじ締めトルクが反力として前記回転駆動出力軸（１４）に作用し、前記クラッチ機構（３４）をクラッチ動作させて電動モータ（１０）の電源を遮断する際の前記ねじ締めトルクを、前記負荷トルク検出回路により検出するように構成したことを特徴とする。

本発明における電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置によれば、電動モータの負荷トルク検出装置を応用したものであり、電動モータから遊星歯車を備えた減速機構を介してドライバービットに伝達する回転駆動操作によって、ねじ締め作業を行う電動ドライバーにおいて、電動モータを固定した状態において、電動モータの駆動出力軸に対して作用する反力としてのねじ締付けトルクを、前記駆動出力軸を囲繞するスリーブ体によりネジリモーメントとして有効に作用して、これをストレンゲージにより適正かつ高精度に検出することができ、しかも電動モータを把持部ケーシング内に固定して、その製造を容易にすると共に支持構造を安定な配置構成とすることができる。

また、本発明に係る電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置によれば、ドライバービットによるねじ締めトルクが所定のトルク値になった際に、クラッチ機構を作動させて、電動モータを電源遮断等により迅速に停止させて、ねじ締め作業の効率化を達成することができる。

次に、本発明に係る電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置の実施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。

図１は、電動モータの負荷トルク検出装置としての一構成例を示す概略構成説明図である。すなわち、図１において、参照符号１０は電動モータを示し、この電動モータ１０のモータハウジングは所要の固定部として形成された外部ケーシング１２に固定されている。

そこで、前記電動モータ１０のモータハウジングの一端部より突出する回転駆動出力軸１４に対して、この回転駆動出力軸１４を囲繞するようにスリーブ体１６を配置する。このスリーブ体１６の一端にフランジ部１８を形成して、これを前記電動モータ１０のモータハウジングの一端部に固定する。また、前記スリーブ体１６の他端は、遊星歯車２１を備える減速機構２０のインターナルギヤ部２２として一体的に構成した構造とする。そして、前記スリーブ体１６の外周部に、適宜ストレンゲージ２４を取り付けた構成とする。

さらに、図１に示す構成例において、前記電動モータ１０の回転駆動出力軸１４は、その先端部に形成したピニオン１５を介して、前記インターナルギヤ部２２を含む減速機構２０の遊星歯車２１に噛合し、その回転駆動力が前記遊星歯車２１を回転自在にして一体的に支承する出力軸２６に伝達されるように構成されている。そして、この出力軸２６は、適宜電動モータ１０により回転駆動する負荷手段に結合される。なお、図１において、参照符号２８は前記減速機構２０を囲繞保持するハウジングを示し、スラスト軸受２９を介して前記出力軸２６と結合される遊星歯車２１からなる減速機構２０を回転自在に支承している。

このように構成された本構成例における電動モータの負荷トルク検出装置によれば、電動モータ１０の駆動により、減速機構２０の出力軸２６を介して所要の負荷手段を回転駆動する場合において、前記負荷手段における負荷トルクは、前記出力軸２６および減速機構２０を介して電動モータ１０の回転駆動出力軸１４に作用する反力は、前記減速機構２０のインターナルギヤ部２２を構成するスリーブ体１６にネジリモーメントとして有効に作用し、この状態をストレンゲージ２４により適正かつ高精度に検出することができる。従って、前記ストレンゲージ２４により検出された信号Ｓs1,Ｓs2は、適宜負荷トルク検出回路に入力して負荷トルクとして変換表示することができる。

図２は、前述した構成からなる電動モータの負荷トルク検出装置を応用した、電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置の実施例を示すものである。なお説明の便宜上、図１に示す構成例の構成部分と同一の構成部分には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図２において、本実施例の電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置においては、電動モータ１０を把持部ケーシング３２内に固定保持し、この電動モータ１０のモータハウジングの一端部より突出する回転駆動出力軸１４に対して、この回転駆動出力軸１４を囲繞するように、前記構成からなるスリーブ体１６を配置する。そして、前記減速機構２０の出力軸２６には、従来の電動ドライバーに設けられているような、クラッチ機構３４およびビットホルダ３６を介して、ドライバービット３８を結合した構成からなる。

前記クラッチ機構３４としては、例えば、前記減速機構２０の出力軸２６にクラッチ板を取り付け、このクラッチ板に対しクラッチボールを軸方向に弾力的に係合させ、ねじ締め作業において、ドライバービット３８を介して出力軸２６に一定以上の負荷トルク（反力）が掛ると、前記クラッチ板がクラッチボールを乗り越えて、ドライバービット３８と結合されたビットホルダ３６に対する回転駆動力の伝達が遮断されることにより、ねじを予め設定したトルクで締付けることができるように構成される。

この場合、前記クラッチ板がクラッチボールを乗り越えた状態を、適宜検出素子により検出し、所要のクラッチ動作信号Ｓc を出力させて、電動モータの電源を遮断するように構成することができる。なお、前記構成からなるクラッチ機構３４に代えて、トルクリミッタを設けることもできる。

次に、前記構成からなる電動ドライバーを使用してねじ締め作業を行う場合のトルク検出動作について説明する。

本実施例に係る電動ドライバーにおいて、電動モータ１０を付勢することにより、その回転駆動出力軸１４が正転駆動し、ピニオン１５および遊星歯車２１の噛合により減速機構２０を介して、その出力軸２６に回転駆動力が伝達される。そして、前記出力軸２６の回転駆動力は、さらに前記クラッチ機構３４およびビットホルダ３６を介してドライバービット３８に伝達され、ねじ締め作業を行うことができる。

このようなねじ締め作業において、前記ドライバービット３８よりビットホルダ３６、クラッチ機構３４、出力軸２６および減速機構２０を介して電動モータ１０の回転駆動出力軸１４に作用する反力としてのねじ締めトルクは、前記クラッチ機構３４と共に、前記減速機構２０のインターナルギヤ部２２を構成するスリーブ体１６にネジリモーメントとして有効に作用し、この状態をストレンゲージ２４、２４により適正かつ高精度に検出することができる。従って、前記ストレンゲージ２４、２４により検出される信号Ｓs1、Ｓs2は、適宜前記負荷トルク検出回路に入力して、ねじ締めトルクとして変換表示することができる。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は前述した実施例に限定されることなく、例えばスリーブ体の他端を減速機構のインターナルギヤ以外の電動モータの負荷構成部材とし、電動ドライバー以外の各種の電動モータの駆動を利用した機器や装置への応用も可能となる等、本発明の精神を逸脱しない範囲内において多くの設計変更を行うことができる。

電動モータの負荷トルク検出装置としての構成例を示す概略構成説明図である。 電動モータの負荷トルク検出装置を応用した本発明に係る電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置の一実施例を示す概略構成説明図である。

符号の説明

１０ 電動モータ
１２ 外部ケーシング
１４ 回転駆動出力軸
１５ ピニオン
１６ スリーブ体
１８ フランジ部
２０ 減速機構
２１ 遊星歯車
２２ インターナルギヤ部
２４ ストレンゲージ
２６ 出力軸
２８ ハウジング
２９ スラスト軸受
３２ 把持部ケーシング
３４ クラッチ機構
３６ ビットホルダ
３８ ドライバービット

Claims (1)

1. 電動モータ（１０）のモータハウジングの一端部より突出する回転駆動出力軸（１４）を、遊星歯車（２１）を備える減速機構（２０）に結合し、前記減速機構（２０）の出力軸（２６）に対し、クラッチ板を設けて、このクラッチ板に対しクラッチボールを軸方向に弾力的に係合させ、ねじ締め作業においてドライバービット（３８）より前記出力軸（２６）に一定以上の負荷トルク（反力）が掛ることにより、前記クラッチ板がクラッチボールを乗り越えて回転駆動力の伝達を遮断すると共に、前記クラッチ板の動作を検出する検出素子を設けて、この検出素子により出力されるクラッチ動作信号（Ｓc）に基づいて電動モータ（１０）の電源を遮断するクラッチ機構（３４）を構成し、このクラッチ機構（３４）を介してドライバービット（３８）に結合してなる電動ドライバーからなり、
   前記電動モータの回転駆動出力軸（１４）を囲繞するように配置したスリーブ体（１６）を設け、前記スリーブ体の一端には、フランジ部（１８）を形成して、このフランジ部を前記モータハウジングの一端部に固定すると共に、前記スリーブ体（１６）の他端には、前記回転駆動出力軸（１４）と結合する前記減速機構（２０）の遊星歯車（２１）を囲繞するようにして噛合するインターナルギヤ部（２２）を前記スリーブ体と一体的に設けた構成とし、
   さらに、前記スリーブ体（１６）の前記フランジ部（１８）とインターナルギヤ部（２２）との間の外周部には、一対のストレンゲージ（２４、２４）を取り付け、前記ストレンゲージ（２４、２４）から検出される信号（Sｓ1、Sｓ2 ）を入力してねじ締めトルクを変換表示するための負荷トルク検出回路を設けて、電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置を構成し、
   前記電動ドライバーによるねじ締め作業において、ねじ締め作業が完了する際に、前記ドライバービット（３８）におけるねじ締めトルクが反力として前記回転駆動出力軸（１４）に作用し、前記クラッチ機構（３４）をクラッチ動作させて電動モータ（１０）の電源を遮断する際の前記ねじ締めトルクを、前記負荷トルク検出回路により検出するように構成したことを特徴とする電動ドライバーのねじ締めトルク検出装置。

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